JP5288110B2 - 角度測定器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば折り曲げ加工されたプレス成形品の曲げ角度を測定する角度測定器に関する。

この種の角度測定器として、特許文献１の角度検出装置が公知である。そこでは、水平状態からＶ字状に折り曲げられる板材に追随できるよう追跡部材をばねで移動付勢し、追跡部材の先端に設けた、首振り自在な棒状の接触部材を板材の曲げ角度の変化に追随させている。接触部材の傾斜角度の変化は、巻掛伝動機構を介してロータリーエンコーダーに入力されて角度変換される。

上記の角度検出装置は、Ｖ字状に折り曲げられた板材の外面に接触部材を接当させて、板材の曲げ角度を測定するが、Ｖ字状の板材の内面の角度を計測する角度測定器が提案されている（特許文献２）。そこでは、菱形に組まれたリンクのうち、下半側の２個のリンクをＶ字状の板材の内面に接当させ、この接当状態において上半側の２個のリンクを連結するピンの上方移動量を差動トランスで検知して、Ｖ字状の板材の折曲げ角度を測定している。

特公平１−２４５７２号公報（第３頁５欄７〜１５行、第１図） 特開２００１−７４４０６号公報（段落番号００５６〜００５７、図６）

特許文献１の角度検出装置においては、接触部材の回転変位を巻掛伝動機構を介してロータリーエンコーダーに伝動して角度検出を行なう。そのため、角度検出精度はロータリーエンコーダーの分解能に依存するしかなく、充分な測定精度が得られにくい。分解能の高いロータリーエンコーダーはあるが、その外形寸法が大きいため、プレス金型の近傍に配置される角度検出装置に適用するのには不向きである。特許文献２の角度測定器は、プレス装置の可動金型の内部に組み込んである。そのため、角度測定器と可動金型をひとまとめにして導入する必要があり、そのコストが嵩む。また、既存のプレス装置に角度測定器を追加して板材の曲げ角度を測定することができず汎用性に欠ける。

本発明の目的は、測定精度を高精度化しながら全体を小形化することができる角度測定器を提供することにある。

本発明に係る角度測定器は、回動可能に支持される接触体と、接触体の回動変位を直線変位に変換する動作変換機構と、動作変換機構で変換された直線変位を検出して角度信号を出力するリニアセンサーと、各部材を支持するベースとを備えている。動作変換機構は、接触体に連動して回転する計測ローラーおよびガイドローラーと、両ローラーに巻き掛けられる金属ベルトとを含む。リニアセンサーは、金属ベルトの直線移行部に介装される検出ロッドと、ベースに固定されて、検出ロッドの直線変位を電気信号に変換する検出ヘッドとで構成してある。金属ベルトは、計測ローラーおよびガイドローラーに巻き掛けられる巻掛部と、両巻掛部から対向状に連出される一対の連結部とを一体に備えている。両巻掛部を両ローラーに巻き掛けた状態において、一対の連結部の間に検出ロッドの両端を固定する。ガイドローラーを回転自在に支持するローラー枠を、テンションばねで計測ローラーから遠ざかる向きへ移動付勢する。

接触体は、測定対象に外接する一対の接触子と、一対の接触子を支持するホルダーとで構成し、計測ローラーのローラー軸にホルダーを固定する。

動作変換機構を構成する各部材をベースの一側に配置し、ベースの他側に接触体を配置する。動作変換機構を構成する各部材の外面を、ベースの一側に装着したカバーで覆う。

本発明の角度測定器では、接触体の回動変位を動作変換機構で直線変位に変換し、動作変換機構の直線移行部に設けた検出ロッドの直線変位を検出ヘッドで検出することにより測定対象の角度を測定できるようにした。このように、リニアセンサーを検出要素にして角度測定を行なうと、ロータリーエンコーダーを検出要素とする従来の角度測定器に比べて、高い分解能で角度測定を行なえる。また、検出ロッドと検出ヘッドとで構成したリニアセンサーは、ロータリーエンコーダーに比べて構造が簡単であるため、無理なく小形化でき、コストも少なくて済む。さらに、計測ローラーおよびガイドローラーと、両ローラーに巻き掛けられる金属ベルトで回動変位を直線変位に変換し、金属ベルトの直線移行部に検出ロッドおよび検出ヘッドを配置するので、機器配置に無駄がなく、角度測定器を小形化できる。したがって本発明の角度測定器によれば、ロータリーエンコーダーを検出要素とする従来の角度測定器に比べて、測定精度の高精度化と小形化とを同時に実現できることとなる。

測定対象に外接する一対の接触子と、一対の接触子を支持するホルダーとで接触体を構成し、ホルダーを計測ローラーのローラー軸に固定する角度測定器によれば、測定対象に対して一対の接触子が接触する状態で角度測定を行なうことになる。このように、測定対象の２箇所に接触子を接触させて角度測定を行なうと、測定対象の表面の撓みや局部的な凹凸など表面状態に影響されることなく接触体を安定した状態で測定対象に接触でき、したがって測定結果の信頼度を向上できる。また、ホルダーを計測ローラーのローラー軸に直接固定するので、接触体の回動を計測ローラーに対して遅滞なくしかも正確に伝動して、角度測定を的確に行なえる。

一対の巻掛部と、一対の連結部などで金属ベルトを構成し、ガイドローラーを支持するローラー枠をテンションばねで計測ローラーから遠ざかる向きへ移動付勢する動作変換機構によれば、常に金属ベルトを両ローラーに密着させて両者間のずれを解消できる。したがって、計測ローラーと金属ベルトとの間の伝動ロスを一掃し、さらに金属ベルトの温度ひずみの影響を排除して、計測ローラーの変位量と検出ロッドの変位量を正確に比例させて、測定精度をさらに向上できる。

動作変換機構を構成する各部材をベースの一側に配置し、各部材の外面をベースの一側に装着したカバーで覆う角度測定器によれば、精密さが要求される動作変換機構およびリニアセンサーをカバーで防護し、さらに、塵埃やオイルなどで汚染されるのを防止できる。したがって、劣悪な作業環境下で角度測定器を使用するような場合であっても、角度測定器による角度測定を適正に、しかも安定した状態で行なえる。また、ベースの他側に接触体を配置するので、接触体の清掃等のメンテナンスを容易に行なえる。

（実施例） 図１ないし図９は本発明に係る角度測定器を備えているプレス装置の実施例を示す。図１ないし図３においてプレス装置は、機台１上に載置固定される固定金型２と、固定金型２に対して下降ないし上昇変位する可動金型３とを有する。機台１の左右両側には、両金型２・３で折り曲げられた板材Ｗの曲げ角度を測定する角度測定器４と、角度測定器４を板材Ｗに対して接近ないし離反する向きに案内するガイド構造５と、角度測定器４をガイド構造５に沿って往復駆動する駆動機構６とが設けてある。

図２においてガイド構造５は、対向配置した側枠９の一方に固定されるガイドブロック１０と、ガイドブロック１０で往復スライド自在に案内されるスライダー１１とで構成する。スライダー１１に角度測定器４が取付台１２を介して固定してある（図３参照）。ガイド構造５は、そのガイド中心軸線Ｐが両金型２・３で折り曲げられる板材Ｗを指向する向きに傾斜する状態で配置する。具体的には、可動金型３の移動中心軸線に対して２５度傾斜する状態で配置する。これにより、角度測定器４が上昇するほど可動金型３に接近できることとなる。

図３において駆動機構６は、両側枠９に固定されるエアシリンダー（流体圧シリンダー）１４と、エアシリンダー１４で昇降操作される下方の第１テーブル１５、および上方の第２テーブル１６と、両テーブル１５・１６の前後に配置される一対の平行リンク機構１７などで構成する。第１テーブル１５はエアシリンダー１４のピストンロッド１８に固定してある。平行リンク機構１７は、第１テーブル１５の昇降動作を増幅して第２テーブル１６に伝動するために設けられており、Ｘ字状に連結された４個のリンク棒２０・２１・２２・２３と、スライドピン２５・２６・２７・２８、および固定ピン２９などで構成する。

図４に向かって下段左側のリンク棒２０の傾斜下端に設けた固定ピン２９は、側枠９で軸支する。また、下段右側のリンク棒２１の傾斜下端に装着したスライドピン２５は、側枠９に設けた横長のガイド溝３１でスライド自在に案内する。同様に、上段右側のリンク棒２３の傾斜上端に装着したスライドピン２８は、第２テーブル１６に設けた横長のガイド溝３２でスライド自在に案内する。リンク棒２１・２３を連結するスライドピン２６と、上段左側のリンク棒２２の傾斜上端に装着したスライドピン２７は、それぞれ側枠９に設けた縦長のガイド溝３３でスライド自在に案内する。リンク棒２１・２３を連結するスライドピン２６は第１テーブル１５に連結する。

上記のように平行リンク機構１７を構成することにより、第２テーブル１６に固定した角度測定器４を図２に示す下方の待機位置と、図１に示す測定位置との間で昇降操作することができる。待機位置と測定位置との間の第２テーブル１６の昇降ストロークは、ピストンロッド１８の昇降ストロークの約２倍に増幅される。

図５ないし図８に角度測定器４の詳細構造を示す。角度測定器４は、板材Ｗの曲げ変位に追随して回動する接触体３５と、接触体３５の回動を直線動作に変換する動作変換機構３６と、動作変換機構３６で変換された直線変位を検出するリニアセンサー３７と、これらの部材を支持するハウジング３８などで構成する。ハウジング３８は、取付台１２に固定されるベース４０と、ベース４０の前面側に被せ付けられるカバー４１とで構成してあり、これら両者４０・４１で形成される区室内に動作変換機構３６とリニアセンサー３７とが収容してある。

動作変換機構３６は、区室の上方に配置される計測ローラー４２と、区室の下方に配置されるガイドローラー４３と、両ローラー４２・４３に巻き掛けられる金属ベルト４４と、金属ベルト４４に所定の緊張力を付与するテンションばね４５などで構成する。計測ローラー４２にはローラー軸４６が一体に形成してあり、このローラー軸４６をベース４０に設けた軸受構造で軸支することにより、計測ローラー４２が回転自在に支持されている。軸受構造は、ベース４０に装着されるベアリング４８と、ベース４０の後面に固定される軸受ブロック４９と、軸受ブロック４９に装着されるベアリング５０とで構成する。接触体３５は、ベース４０と軸受ブロック４９との間の隙間に配置されてローラー軸４６に固定してある。これにより、接触体３５がローラー軸４６と共に回動するとき、計測ローラー４２は接触体３５に連動して回転できる。

ガイドローラー４３は、ローラー枠５２で軸５３を介して回転自在に軸支してある。金属ベルト４４に適度の緊張力を付与するために、ローラー枠５２はＬ字状に折り曲げられた板ばね製のテンションばね４５に装着されて、計測ローラー４２から遠ざかる向きへ付勢してある。ガイドローラー４３の直径寸法は、計測ローラー４２の直径寸法と同じで６ｍｍに設定してある。

図７に金属ベルト４４の詳細構造を示す。金属ベルト４４は、剛性に富む薄鋼板を素材にして形成してあり、計測ローラー４２に巻き掛けられる広幅の巻掛部５５と、ガイドローラー４３に巻き掛けられる幅狭の巻掛部５６と、両巻掛部５５・５６から対向状に連出される一対の連結部５７・５８を備えている。計測ローラー４２側の巻掛部５５の幅方向中央部分には固定片６０が一体に形成され、その先端部にビス穴が開口してある。

自由状態における金属ベルト４４は平坦になっており、計測ローラー４２およびガイドローラー４３に巻き付けることにより、前記巻掛部５５・５６がローラー周面に沿って湾曲する。両巻掛部５５・５６が湾曲する状態で、各連結部５７・５８の端部に検出ロッド６４の両端をビス６１で固定し、さらに固定片６０をビス６２で計測ローラー４２に締結することにより、金属ベルト４４を両ローラー４２・４３に張り渡すことができる。

リニアセンサー３７は非接触式のポテンショメーターからなり、丸軸状の検出ロッド６４と、検出ロッド６４の直線変位を電気信号に変換する検出ヘッド６５とを備えている。検出ヘッド６５はヘッド取付ブロック６６を介してベース４０に固定してある。図５および図６において符号７５は検出ヘッド６５から導出される信号ケーブルであり、信号ケーブル７５はベース４０に設けたケーブル穴からハウジング３８の外部に導出してある。先に説明したテンションばね４５の基端はヘッド取付ブロック６６に固定してある。

接触体３５は、板材Ｗに外接する一対の接触子６８と、一対の接触子６８を支持するホルダー６９とで構成する。図６に示すように、ホルダー６９はローラー軸４６に固定される逆三角形状の取付壁７０と、取付壁７０の突端から後向きに突設される庇状の装着座７１とを一体に備えており、装着座７１の左右端寄りに接触子６８が固定してある。接触体３５を中立位置へ復帰付勢するために、取付壁７０の下端とベース４０に固定したピンとの間に引っ張りコイルばねからなる復帰ばね７２が設けてある。

以上のように構成した角度測定器４は、計測ローラー４２の中心とガイドローラー４３の中心を結ぶ線が、ガイド構造５のガイド中心軸線Ｐの延長上にあって、ガイド中心軸線Ｐと同じ角度で傾斜するように第２テーブル１６に固定してある。また、自由状態における接触体３５は、復帰ばね７２で中立位置に保持されて、左右の接触子６８の中心を結ぶ線がガイド中心軸線Ｐと直交する状態になっている。図８に示すように接触体３５は、中立位置から時計回転方向と反時計回転方向へ回動でき、いずれの方向へも最大で２５度ずつ回動できる。計測ローラー４２とガイドローラー４３の中心間距離は３０ｍｍであり、このことから理解できるように角度測定器４の全体はコンパクトにまとめられて小形化してある。

固定金型２と可動金型３で折り曲げられた板材Ｗの曲げ角度の測定は、以下のようにして行なう。まず、角度測定器４を図２に示すように待機位置に保持した状態で、固定金型２の上端面に板材Ｗを載置し、前後方向および左右方向の位置決めを行なう。この状態で、駆動機構６を作動させて、角度測定器４をガイド構造５に沿って上昇移動させる。このとき、角度測定器４はガイド中心軸線Ｐと同じ向きに傾いているので、中立位置において上方に位置する接触子６８のみが板材の下面で受け止められる。さらに角度測定器４を上昇変位させると、接触体３５は復帰ばね７２の張力に抗しながら時計回転方向へ回動し、図４に示すように一対の接触子６８が板材Ｗの下面に同時に接当する。

接触体３５の回動動作は、計測ローラー４２と金属ベルト４４を介して直線変位に変換され、検出ロッド６４に伝えられる。このとき検出ヘッド６５から出力される信号によって、接触体３５の零点を設定する。なお、エアシリンダー１４による押し上げ力は、板材Ｗをその重量に打ち勝って押し上げる力より小さく設定してあり、したがって、接触体３５の零点を設定する際に、板材Ｗが固定金型２から浮き離れることはない。

上記の状態において、図９に示すように可動金型３を下降移動させることにより、板材Ｗを固定金型２で規定される角度に沿ってＶ字状に折り曲げることができる。このとき、角度測定器４は板材Ｗの曲げ変化に追随して駆動機構６で上昇操作される。その結果、接触体３５はローラー軸４６を中心にして、中立位置を越えて反時計回転方向へ回動し、一対の接触子６８が板材Ｗの傾斜面に接当する。このときの検出ロッド６４の位置を検出ヘッド６５で検出することにより、接触体３５の零点からの回動角度を特定し、板材Ｗの折曲げ角度θを測定できる。Ｖ字状に折り曲げられた板材Ｗの傾斜面の角度は、左右の角度測定器４によって個別に測定するので、一対の傾斜面で挟まれた板材Ｗの折り曲げ角度を正確に測定することができる。角度測定が終了したら、左右の角度測定器４を待機位置へ復帰させて、折り曲げられた板材Ｗを金型から取り出す。

ガイド構造５のガイド中心軸線Ｐは、角度測定器４が両金型２・３で折り曲げられる板材Ｗを指向する向きに傾斜させてある。そのため、より小さな往復ストロークで接触体３５を板材Ｗの傾斜面に接触させることができ、その分だけガイド構造５および駆動機構６を小形化することができる。また、ガイド中心軸線Ｐを傾斜させることにより、接触体３５の回動領域のうち、中立位置の一側の回動領域で零点設定をし、中立位置の他側の回動領域で曲げ角度の測定を行なうことができる。したがって、接触体３５の回動領域を有効に利用して板材Ｗの曲げ角度を測定でき、角度測定器４を小形化することに寄与できる。

上記の実施例では、テンションばね４５を板ばねで形成したが、その必要はなく、引っ張りばねや圧縮ばねでテンションばね４５を形成してもよい。接触子６８は球体である必要はなく、丸軸で構成することができる。ガイド構造５は実施例で説明した構造である必要はなく、要は角度測定器４を往復スライド自在に案内できる構造であればよい。エアシリンダー１４に換えて油圧シリンダーを適用することができる。リニアセンサー３７は接触式のポテンショメーターであってもよい。

プレス装置に適用した角度測定器の正面図である。 角度測定器の駆動構造を示す正面図である。 角度測定器の駆動構造を示す側面図である。 零点設定時の角度測定器の状態を示す正面図である。 角度測定器の縦断正面図である。 図５におけるＡ−Ａ線断面図である。 金属ベルトの斜視図である。 図６におけるＢ−Ｂ線断面図である。 接触体による角度測定状態を示す正面図である。

符号の説明

２ 固定金型
３ 可動金型
４ 角度測定器
５ ガイド構造
６ 駆動機構
１４ 流体圧シリンダー
１５ 第１テーブル
１６ 第２テーブル
１７ 平行リンク機構
３５ 接触体
３６ 動作変換機構
３７ リニアセンサー
４２ 計測ローラー
４３ ガイドローラー
４４ 金属ベルト
４５ テンションばね
６４ 検出ロッド
６５ 検出ヘッド

Claims (3)

1. 回動可能に支持される接触体と、前記接触体の回動変位を直線変位に変換する動作変換機構と、前記動作変換機構で変換された直線変位を検出して角度信号を出力するリニアセンサーと、前記各部材を支持するベースとを備えており、
   前記動作変換機構が、前記接触体に連動して回転する計測ローラーおよびガイドローラーと、前記両ローラーに巻き掛けられる金属ベルトとを含み、
   前記リニアセンサーが、前記金属ベルトの直線移行部に介装される検出ロッドと、前記ベースに固定されて、前記検出ロッドの直線変位を電気信号に変換する検出ヘッドとで構成されており、
   前記金属ベルトが、前記計測ローラーおよび前記ガイドローラーに巻き掛けられる巻掛部と、前記両巻掛部から対向状に連出される一対の連結部とを一体に備えており、
   前記両巻掛部を前記両ローラーに巻き掛けた状態において、前記一対の連結部の間に前記検出ロッドの両端が固定されており、
   前記ガイドローラーを回転自在に支持するローラー枠が、テンションばねで前記計測ローラーから遠ざかる向きへ移動付勢してある角度測定器。
2. 前記接触体が、測定対象に外接する一対の接触子と、前記一対の接触子を支持するホルダーとで構成されており、
   前記計測ローラーのローラー軸に前記ホルダーが固定してある請求項１に記載の角度測定器。
3. 前記動作変換機構を構成する各部材が前記ベースの一側に配置され、前記ベースの他側に前記接触体が配置されており、
   前記動作変換機構を構成する各部材の外面が、前記ベースの一側に装着したカバーで覆ってある請求項２に記載の角度測定器。

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