JP4312539B2

JP4312539B2 - スプリングの直角度の測定装置

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Publication number: JP4312539B2
Application number: JP2003270178A
Authority: JP
Inventors: 英範仁井内; 隆柳原
Original assignee: Suncall Corp
Current assignee: Suncall Corp
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: JP2005024482A

Description

本発明は、スプリングの座巻面に立てた垂線に対する前記スプリングの軸線の傾斜角で表されるスプリングの直角度の測定装置に関するものである。

自動車エンジンのバルブ開閉機構等には、バルブスプリングをはじめとするスプリングが使用される。このスプリングの製造工程には、スプリング使用時にスプリングに負荷される荷重の偏心や面圧を低減させるため、スプリングの両端面を平坦面状に研磨する工程が含まれる。

前記研磨工程の際、スプリングの一端座巻面の中心軸と、他端座巻面の中心軸とがずれて、スプリングの軸線が傾く場合がある。スプリングが傾くことによって、スプリングに横力と呼ばれる半径方向への力が発生し、この横力が、スプリングの動特性に悪影響を及ぼす。

このように、スプリングの座巻面に立てた垂線に対する前記スプリングの軸線の傾斜角で表されるスプリングの直角度はスプリングの品質を保証するための重要な要素であるため、スプリングの製造工程が完了した後、前記スプリングの直角度を測定し製品の良否判定を行う。従来の直角度測定手段では、図６に示すように、直角ゲージ１１にスプリング１２をその下端部１２ｂが接するようにセットし、ゲージ面１１ａとスプリング上端部の周縁面１２ａとが最も離れた点を目視で確認した後、その距離ｅをシックネスゲージ等を用いて計測することで、スプリングの直角度を検出していた。

しかし、この方法では作業者の感覚あるいは技量の違いによって、前記直角ゲージ面１１ａとスプリング上端部の周縁面１２ａ間の距離ｅの測定値に大きなばらつきが発生するため、正確な直角度を正確に検出することが困難となる。さらに、この方法では、スプリング上部を絞った形状の砲弾型バルブスプリング（ビーハイブスプリング）、円錐形スプリング、といった非円筒形のスプリングの直角度についての正確な測定が難しい。また、従来の直角度測定手段では、搬送ライン上からスプリングを抜き取って直角度の測定を行うため、前記測定に時間がかかるといった問題があった。

そこで、本発明はスプリングの直角度を正確かつ迅速に測定する直角度の測定装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明にかかるスプリングの直角度の測定装置は、スプリングの座巻面に立てた垂線に対するスプリングの軸線の傾斜角で表されるスプリングの直角度の測定装置において、スプリングの一端部の位置を非接触に検出するレーザー位置センサを有し、検出した一端部の位置に基づきスプリングの一端座巻面の中心位置を検出する第１検出手段と、スプリングの他端座巻面を撮像する撮像手段を有し、撮像して得た画像から他端座巻面の中心位置を検出する第２検出手段と、第１および第２検出手段の検出結果から２つの中心位置間の水平距離を演算し、この水平距離とスプリングの自由高さの比からスプリングの直角度を演算する演算手段とを有することを特徴とする（請求項１）。

本発明は、スプリングの何れか一方の座巻面の中心位置と他方の座巻面の中心位置間の水平距離から容易にスプリングの直角度を算出できることに着目し、前記構成に基づいて、前記中心位置間の水平距離とスプリングの自由高さからスプリングの直角度を測定するものである。これにより、円筒形のスプリングに限らず、その両端座巻面が平坦である全てのスプリングの直角度を正確に測定することができる。

また、本発明にかかるスプリングの直角度の測定装置は、スプリングを垂直に立てた状態で連続的に搬送する搬送ラインと、前記搬送ラインの所定位置に搬送ラインからわずか上方に離間させて、かつ、前記搬送ラインの搬送方向に対して斜めに傾斜させて配設されたガイドプレートと、前記ガイドプレートに正対する位置に配設され前記スプリングの下端部を検出してその直径方向両端位置に基づき前記スプリングの下端座巻面の中心位置を検出する第１検出手段と、前記ガイドプレートの上方所定位置に配設され前記スプリングの上端座巻面を軸線方向から撮像してその画像から前記スプリングの上端座巻面の中心位置を検出する第２検出手段と、前記第１および第２検出手段の検出結果から２つの中心位置間の水平距離を演算し、この水平距離と前記スプリングの自由高さの比からスプリングの直角度を演算する演算手段とを有することを特徴とする（請求項２）。

前記構成によれば、本発明は、搬送ライン上に直立して連続的に搬送されるスプリングの直角度を搬送ライン上で測定するものであるから、搬送ライン上を搬送されるスプリングの直角度の測定を全数に渡って実施することができ、かつ検査の迅速化が図られる。また、既存のライン上にて検査を行うため、新たな検査スペースを設けることなく検査を行うことができる。

また、本発明にかかるスプリングの直角度の測定装置は、前記ガイドプレートの搬送ライン下流側端部に回転自在に連結される選別プレートと、前記選別プレートを前記演算手段の演算結果に基づき前記ガイドプレートに対して開閉させる駆動手段からなる選別手段を、前記ガイドプレートの搬送ライン下流側に備えることを特徴とする（請求項３）。

この選別手段は、前記演算手段によって演算されたスプリングの直角度に基づき駆動手段を駆動させ、選別プレートを開閉させるものであるから、スプリングをその測定結果に基づいて搬送ライン上で選別することができる。

以上のように、本発明にかかるスプリングの直角度の測定装置によれば、両端座巻面が平坦である全てのスプリングの直角度を正確に測定することが可能となる。また、この直角度の測定を既存のライン上で実施することによって、搬送ライン上の全てのスプリングについて直角度を連続的かつ迅速に測定することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、この実施形態はスプリングの直角度だけでなく、不等ピッチスプリングの方向判別装置を兼ねたものでもある。従って、便宜上測定対象としては不等ピッチスプリングを用いることとする。

スプリングの直角度の測定装置１は図１に示すように、画像認識装置３と、第一ガイドプレート４およびレーザー位置センサ５とを主要な要素として構成される。

画像認識装置３は、図１に示すように、搬送ライン６上に位置する不等ピッチスプリング２の上方に配置され不等ピッチスプリング２の上端座巻面を撮像する撮像手段としてのＣＣＤカメラ７と、ＣＣＤカメラ７により撮像される不等ピッチスプリング２の上端座巻面を不等ピッチスプリング２の上方から一様に照射するリングライト９と、ＣＣＤカメラ７により撮像される画像に基づいて前記不等ピッチスプリング２の方向判別および直角度の測定を行うコントローラ８と、コントローラ８による処理結果を表示する表示装置１０（図２参照）とで構成される。

コントローラ８は、不等ピッチスプリング２の方向判別のため、図２に示すように、前記ＣＣＤカメラ７によって撮像された画像から不等ピッチスプリング２の上端座巻面の端末部を抽出する第一抽出部８ａ１と、前記第一抽出部８ａ１により抽出された前記端末部の形状を不等ピッチスプリング２端末部の正規形状と比較し両者の相関度を演算する第一演算部８ｂ１と、前記第一演算部８ｂ１の演算結果に基づき不等ピッチスプリング２の向きを判別する第一判定部８ｃ１とを備える。

さらに、前記コントローラ８は、スプリングの直角度測定のため、前記ＣＣＤカメラ７によって撮像された画像から上端座巻面を抽出する第二抽出部８ａ２と、前記第二抽出部８ａ２により抽出された不等ピッチスプリング２の上端座巻面の中心を演算するとともに、後述のレーザー位置センサ５によって検出された不等ピッチスプリング２下端部の直径方向両側端位置に基づいて不等ピッチスプリング２の下端座巻面の中心を演算する第二演算部８ｂ２と、前記第二演算部８ｂ２の演算結果に基づき不等ピッチスプリング２の直角度を算出してその良否を判定する第二判定部８ｃ２とを備えるものである。

第一ガイドプレート４は、適当な支持部材を用いて搬送ライン６からわずか上方に浮かせた状態で、かつ搬送ライン６の搬送方向に対して傾斜させた状態（図１参照）で適当な静止側基礎面に固定される。なお、第一ガイドプレート４の高さを、この第一ガイドプレート４と不等ピッチスプリング２の下端部とが接触し、かつ前記不等ピッチスプリング２が直立した状態で第一ガイドプレート４に沿って整列する程度に設定するのが好ましい。

第一ガイドプレート４の搬送ライン６下流側には第一選別装置１６が配置され、さらにその下流側に第二選別装置２０が配置される。第一選別装置１６および第二選別装置２０は、図４に示すように、それぞれ第一静止側基礎面２５、第二静止側基礎面２６に回転自在に支持される第一シリンダ１７、第二シリンダ２１と、第一シリンダ１７、第二シリンダ２１の長手方向にスライド可能に保持される第一ピストンロッド１８、第二ピストンロッド２２と、第一ピストンロッド１８、第二ピストンロッド２２の突出端部に回転自在に支持されるとともに、第一ガイドプレート４、第二ガイドプレート２３の搬送ライン６下流側端部に第一連結部材１９、第二連結部材２４を介して回動自在に連結される第一選別用プレート４ａ、第二選別用プレート２３ａとで構成される。第一選別装置１６および第二選別装置２０は、コントローラ８から、前記コントローラ８で判定された結果に基づいて送信された信号を受けて第一ピストンロッド１８、第二ピストンロッド２２を伸縮させ、第一選別用プレート４ａ、第二選別用プレート２３ａの開閉動作を行うものである。

レーザー位置センサ５は、前述のように配置した第一ガイドプレート４の長手方向と、前記レーザー位置センサ５から照射されるビーム５ａとが直交するように（図３参照）、適当な支持部材を用いて搬送ライン６からわずか上方に離間させた状態で、もしくは搬送ライン６外に設置される。このレーザー位置センサ５は、ガイドプレート４の長手方向に座標軸をとった場合の不等ピッチスプリング２下端部の直径方向両側端位置を検出するものである。

前述の通り、本実施形態におけるスプリングの直角度の測定装置１は、不等ピッチスプリング２の直角度を測定するための構成要素に加えて、不等ピッチスプリング２の方向判別を実施するための構成要素を兼備したものである。従って、本実施形態では、不等ピッチスプリング２の直角度の測定、不等ピッチスプリング２の方向判別が同時に実施されるが、本文では、以下、不等ピッチスプリング２の直角度の測定、不等ピッチスプリング２の方向判別、の順に各々の作用を説明する。

前記構成のスプリングの直角度の測定装置１を用いた、不等ピッチスプリング２の直角度測定の作用について説明する。

図６（ａ）（ｂ）の工程で所定形状にコイリング形成されかつ所定の熱処理とショットピーニング処理を施された不等ピッチスプリング２を、搬送ライン６の上流側に直立状態で連続的に載置する。これら不等ピッチスプリング２は図３のように搬送ライン６により破線矢印Ａの方向に搬送され、その後第一ガイドプレート４に接する。不等ピッチスプリング２はこのガイドプレート４によりその移動方向を変え、破線矢印Ｂの方向に移動する。

こうして、第一ガイドプレート４に沿って移動してきた不等ピッチスプリング２、２、…が図３点線部の位置まで移動すると、レーザー位置センサ５が、第一ガイドプレート４長手方向を座標軸にとった場合の不等ピッチスプリング２下端部の直径方向両側端位置を検出する。この際、第二演算部８ｂ２は、不等ピッチスプリング２の下端部と第一ガイドプレート４との当接位置およびレーザー位置センサ５が検出した不等ピッチスプリング２下端部の前記両側端位置から、不等ピッチスプリング２の下端座巻面２ｄの中心２ｆ（図５参照）を決定する。

また、レーザー位置センサ５が不等ピッチスプリング２下端部の直径方向両側端位置を検出した際、前記レーザー位置センサ５からコントローラ８へトリガ信号を伝達し、ＣＣＤカメラ７が不等ピッチスプリング２上端座巻面を撮像する。第二抽出部８ａ２がＣＣＤカメラ７によって撮像された画像から不等ピッチスプリング２の上端座巻面２ｃを抽出し、第二演算部８ｂ２が前記第二抽出部８ａ２により抽出された上端座巻面２ｃの中心２ｅ（図５参照）を算出する。

不等ピッチスプリング２の上端座巻面２ｃの中心２ｅおよび下端座巻面２ｄの中心２ｆをそれぞれ第二演算部８ｂ２により求めた後、第二判定部８ｃ２が、図５に示すように、不等ピッチスプリング２をＣＣＤカメラ７の撮像方向から見た場合の上端座巻面２ｃの中心２ｅと下端座巻面２ｄの中心２ｆ間の水平距離δを演算し、前記水平距離δと不等ピッチスプリング２の自由高さλの比から不等ピッチスプリング２の直角度を算出する。この際、算出した直角度が基準値（閾値）以下であれば、直角度に関して良と判定し、算出した直角度が基準値（閾値）を超えていれば、不良と判定する。

次に前記構成のスプリングの直角度の測定装置１を用いた、不等ピッチスプリング２の方向判別の作用について以下に述べる。

前述のように、不等ピッチスプリング２が図３点線部の位置に移動すると、その位置情報を検知したレーザー位置センサ５からコントローラ８にトリガ信号が伝達される。このトリガ信号を受けて、ＣＣＤカメラ７が不等ピッチスプリング２の上端座巻面を撮像すると、コントローラ８に備えられた第一抽出部８ａ１がＣＣＤカメラ７によって撮像された画像から不等ピッチスプリング２の端末部を抽出し、第一演算部８ｂ１が前記第一抽出部８ａ１により抽出された端末部の形状と予め登録しておいた粗巻部又は密巻部の端末部の正規形状（図７（ａ）、（ｂ）の２ａ、２ｂ参照）とを比較し両者の相関度を演算する。

この判別手段は、不等ピッチスプリング２等をコイリングする際、スプリング端末部（切断端部）の形状が巻始め側と巻終り側とで異なる一方、コイリング機の設定によって、巻始め側と巻側終り側とでのピッチの粗密が必然的に決定されることに基づいて行われるものである。

このとき第一判定部８ｃ１は、例えば、前記第一抽出部８ａ１により抽出された端末部の形状と粗巻部側端末部の正規形状との相関度が密巻部側のそれより大きく、かつ所定の相関度（閾値）を超えている場合、不等ピッチスプリング２の上端部が粗巻部であると判定する。この反対に前記第一抽出部８ａ１により抽出された端末部の形状と密巻部側端末部の正規形状との相関度が粗巻部側のそれより大きく、かつ所定の相関度（閾値）を超えている場合、不等ピッチスプリング２の上端部が密巻部であると判定する。

また、稀ではあるが前記いずれにも該当しない場合、不等ピッチスプリング２をコイリング時の切断不良品であると判定する。

前述のようにして、不等ピッチスプリング２の方向判別と直角度測定が実施された結果、各不等ピッチスプリング２は、前記第一判定部８ａおよび第二判定部８ｂでの判定結果に基づいて次工程に搬送される。例えば、第一判定部８ｃ１で上端部が粗巻部であると判定され、かつ第二判定部８ｃ２で直角度に関して良であると判定された不等ピッチスプリング２の場合、第一判定部８ｃ１および第二判定部８ｃ２は前記判定結果に基づいた信号を第一選別装置１６に送信し、その信号を受けた第一選別装置１６は第一ピストンロッド１８を伸長させ、第一選別用プレート４ａを閉じる（図４中実線の位置）。これにより、不等ピッチスプリング２は、次段の塗装工程へ搬送される（図４の矢印Ａのライン）。

これに対して、第一判定部８ｃ１で上端部が密巻部であると判定され、かつ第二判定部８ｃ２で直角度に関して良であると判定された不等ピッチスプリング２の場合、第一判定部８ｃ１および第二判定部８ｃ２はその判定結果に基づいた信号を第一選別装置１６に送信し、その信号を受けた第一選別装置１６は第一ピストンロッド１８を収縮させ、第一選別用プレート４ａを開く（図４中一点鎖線の位置）。これにより、不等ピッチスプリング２は、第一選別用プレート４ａに沿って搬送ライン６上を搬送され、搬送ライン６の下流側に設置される第二選別装置２０の第二ガイドプレート２３に接触する。さらに第二選別装置２０が、第一判定部８ｃ１および第二判定部８ｃ２より受けた信号に基づいて第二ピストンロッド２２を収縮させ、第二選別用プレート２３ａを開くことにより（図４中一点鎖線の位置）、不等ピッチスプリング２は上下方向の反転工程へ搬送される（図４の矢印Ｂのライン）。

また、方向判別で切断不良と判定されたか、あるいは直角度に関して不良であると判定された不等ピッチスプリング２の場合、まず、第一判定部８ｃ１および第二判定部８ｃ２から送られる信号に基づき、第一選別装置１６が第一選別用プレート４ａを開く（図４中一点鎖線の位置）。次に第二選別装置２０が、第一判定部８ｃ１および第二判定部８ｃ２より受けた信号に基づいて第二選別用プレート２３ａを閉じる（図４中実線の位置）ことにより、不等ピッチスプリング２は図４矢印Ｃのライン上を搬送され、廃棄される。

前記実施例では、不等ピッチスプリング２の方向判別と直角度測定を同時かつ短時間に実施する場合について示した。もちろん、直角度測定のみを実施するものであってもよく、その場合、不等ピッチスプリング２に限らず、等ピッチスプリングあるいは非円筒形のスプリング（ビーハイブスプリングや円錐形スプリング等）についても直角度の測定を実施できる。さらに、本実施例では、不等ピッチスプリング２を直立させた状態で方向判別および直角度測定を実施する場合を示したが、不等ピッチスプリング２を横倒しにした状態であっても実施は可能である。その場合、例えば、ＣＣＤカメラ７を、その撮像方向が不等ピッチスプリング２の何れか一方の座巻面と直交するように設置し、レーザー位置センサ５を、そのビーム５ａが不等ピッチスプリング２の軸線と直交し、かつビーム５ａが不等ピッチスプリング２の残る一方の端部を通過するように２つ設ければよい。

また、本実施形態では、第一ガイドプレート４長手方向とレーザー位置センサ５の軸線方向が直交するよう、第一ガイドプレート４とレーザー位置センサ５を適当な支持部材を用いて搬送ライン６からわずか上方に離間させた状態で設置しているが、この構成に限定されることはなく、例えば、第一ガイドプレート４の代わりにレーザー位置センサを、このレーザー位置センサからのビームと既設置のレーザー位置センサ５からのビーム５ａとが直交するように、新たにもう一基設けることもできる。その他、チャッキング等により、不等ピッチスプリング２を保持したままで、不等ピッチスプリング２を前工程ライン上から所定の検査位置まで移動させる治具およびその移動機構を設けるものであってもよい。

本発明にかかるスプリングの直角度の測定装置１の実施形態の一例を示す正面図である。前記スプリングの直角度の測定装置１のコントローラ８を構成する処理要素を示す図である。前記スプリングの直角度の測定装置１の実施形態の一例を示す平面図である。前記コントローラ８による判定結果に基づき不等ピッチスプリング２を選別する第一選別装置１６、第二選別装置２０の平面図である。不等ピッチスプリング２をＣＣＤカメラ７の撮像方向から見た場合の不等ピッチスプリング２の平面図である。従来のスプリング１２の直角度測定手段の一例を示す正面図である。不等ピッチスプリング２の粗巻部又と密巻部それぞれの端末部２ａ、２ｂを示す平面図である。

符号の説明

１不等ピッチスプリングの直角度の測定装置
２不等ピッチスプリング
２Ａ不等ピッチスプリング素材
２ａ不等ピッチスプリングの巻終り側の端末部
２ｂ不等ピッチスプリングの巻始め側の端末部
３画像認識装置
４第一ガイドプレート
４ａ第一選別用プレート
５レーザー位置センサ
６搬送ライン
７ＣＣＤカメラ
８コントローラ
１１直角ゲージ
１６第一選別装置
２０第二選別装置
２３第二ガイドプレート
２３ａ第二選別用プレート

Claims

スプリングの座巻面に立てた垂線に対する前記スプリングの軸線の傾斜角で表されるスプリングの直角度の測定装置において、
前記スプリングの一端部の位置を非接触に検出するレーザー位置センサを有し、検出した前記一端部の位置に基づき前記スプリングの一端座巻面の中心位置を検出する第１検出手段と、
前記スプリングの他端座巻面を撮像する撮像手段を有し、撮像して得た画像から前記他端座巻面の中心位置を検出する第２検出手段と、
前記第１および第２検出手段の検出結果から２つの中心位置間の水平距離を演算し、この水平距離と前記スプリングの自由高さの比からスプリングの直角度を演算する演算手段とを有することを特徴とするスプリングの直角度の測定装置。
スプリングの座巻面に立てた垂線に対する前記スプリングの軸線の傾斜角で表されるスプリングの直角度の測定装置において、
スプリングを垂直に立てた状態で連続的に搬送する搬送ラインと、
前記搬送ラインの所定位置に搬送ラインからわずか上方に離間させて、かつ、前記搬送ラインの搬送方向に対して斜めに傾斜させて配設されたガイドプレートと、
前記ガイドプレートに正対する位置に配設され前記スプリングの下端部を検出してその直径方向両端位置に基づき前記スプリングの下端座巻面の中心位置を検出する第１検出手段と、
前記ガイドプレートの上方所定位置に配設され前記スプリングの上端座巻面を軸線方向から撮像してその画像から前記スプリングの上端座巻面の中心位置を検出する第２検出手段と、
前記第１および第２検出手段の検出結果から２つの中心位置間の水平距離を演算し、この水平距離と前記スプリングの自由高さの比からスプリングの直角度を演算する演算手段と、
を有することを特徴とするスプリングの直角度の測定装置。
前記ガイドプレートの搬送ライン下流側端部に回転自在に連結される選別プレートと、前記選別プレートを前記演算手段の演算結果に基づき前記ガイドプレートに対して開閉させる駆動手段からなる選別手段を、前記ガイドプレートの搬送ライン下流側に配設したことを特徴とする請求項２に記載のスプリングの直角度の測定装置。