JP5536744B2 - コイルばね計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイルばねのピッチを測定可能なコイルばね計測装置に関する。

従来のコイルばね計測装置として、コイルばねを回転させながら、規則的な時間間隔又は角度間隔毎に、ライン走査カメラによりコイルばねを周方向に複数分割した帯状の画像を取得し、それら帯状の画像をつなぎ合わせることで、コイルばねの全体画像を作成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１７７７９１号公報（段落［００５７］、［００５８］、図３）

しかしながら、上述した従来のコイルばね計測装置は、コイルばねの全体画像を作成するときのデータ処理の負荷が大きいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来よりデータ処理の負荷を軽減可能なコイルばね計測装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るコイルばね計測装置は、コイルばねの巻回軸に対してその任意の１巻きの線材を間に挟んで対向し、１巻きの線材の１箇所を横切る照射ライン上をスキャンして線材の１箇所の外面形状を、照射ラインと平行なスキャン座標軸と照射ラインに直交する遠近座標軸とからなる二次元座標軸上の二次元位置データとして捕らえることが可能なスキャナと、スキャナに対して相対的にコイルばねをコイルばねの巻回軸回りに回転駆動可能な回転駆動機構と、コイルばねに対して相対的にスキャナをコイルばねの巻回軸方向に直線駆動可能な直動駆動機構と、スキャナにて外面形状を捕らえた線材のスキャン座標軸上の位置が、スキャン座標軸上に予め設定されたスキャン原位置に配置された初期状態で回転駆動機構によりコイルばねを一方向に回転駆動させると共に、そのコイルばねの回転によってスキャン原位置からずれた線材のスキャン座標軸上の位置をスキャン原位置に戻すようにスキャナを直動駆動機構にて直線駆動させる追従駆動制御手段と、コイルばねの回転量に対するスキャナの直線移動量に基づいて線材に沿った任意の位置毎のコイルばねのピッチを演算するピッチ演算手段とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のコイルばね計測装置において、追従駆動制御手段は、３６０度を複数等分割してなる所定の送り角ずつコイルばねを回転駆動機構により間欠的に回転駆動させると共に、回転駆動機構の作動中は直動駆動機構を停止する一方、回転駆動機構の停止中に直動駆動機構を作動させて、コイルばねの送り角分の回転により生じた線材のスキャン座標軸上の位置のスキャン原位置からのズレ量をキャンセルさせるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のコイルばね計測装置において、ピッチ演算手段は、コイルばねが３６０度回転する間の直線駆動機構によるスキャナの直線移動量の総和をコイルばねのピッチとして求めるところに特徴を有する。

請求項４の発明に係るコイルばね計測装置は、コイルばねの巻回軸に対してその任意の１巻きの線材を間に挟んで対向し、１巻きの線材の１箇所を横切る照射ライン上をスキャンして線材の１箇所の外面形状を、照射ラインと平行なスキャン座標軸と照射ラインに直交する遠近座標軸とからなる二次元座標軸上の二次元位置データとして捕らえることが可能なスキャナと、スキャナに対して相対的にコイルばねをコイルばねの巻回軸回りに回転駆動可能な回転駆動機構と、コイルばねに対して相対的にスキャナをコイルばねの巻回軸方向に直線駆動可能な直動駆動機構と、スキャナにて外面形状を捕らえた線材のスキャン座標軸上の位置が、スキャン座標軸上に予め設定されたスキャン原位置に配置された初期状態で回転駆動機構によりコイルばねを一方向に回転駆動させると共に、線材のスキャン座標軸上の位置を常にスキャン原位置と一致させるために、コイルばねの回転量とコイルばねのピッチの設計値とから演算した理論移動量だけスキャナを直動駆動機構にて直線駆動させる連動駆動制御手段と、コイルばねの複数の回転位置毎の線材のスキャン座標軸上の位置のスキャン原位置からのズレ量に基づいて線材に沿った任意の位置毎のコイルばねのピッチを演算するピッチ演算手段とを備えたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項４に記載のコイルばね計測装置において、連動駆動制御手段は、３６０度を複数等分割してなる所定の送り角ずつコイルばねを回転駆動機構により間欠的に回転駆動させると共に、そのコイルばねの間欠的な回転駆動に合わせてスキャナを直動駆動機構にて直線駆動させるところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置において、線材の断面形状が円形又は楕円形である場合に、スキャナに最も近い頂点のスキャン座標軸上の位置を線材のスキャン座標軸上の位置としたところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項１乃至６のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置において、スキャナから二次元位置データを取得して、線材の１箇所の外面形状を表示する外面形状表示手段を備えたところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置において、コイルばねの巻数に対するピッチの変化を示すグラフを表示するピッチ変化表示手段を備えたところに特徴を有する。

請求項９の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置において、スキャナから二次元位置データを取得し、スキャナにて外面形状を捕らえた線材のうちスキャナに最も近い部分の遠近座標軸上の位置が、コイルばねの回転によって変化する変化量を、コイルばねの外径の変化量として演算する外径変化量演算手段を備えたところに特徴を有する。

請求項１０の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置において、スキャナから二次元位置データを取得し、スキャナにて外面形状を捕らえた線材のうちスキャナに最も近い部分の遠近座標軸上の位置と、コイルばねの巻回軸からスキャナまでの距離とに基づいて、線材に沿った任意の位置毎のコイルばねの外径を演算する外径演算手段を備えたところに特徴を有する。

請求項１１の発明は、請求項９又は１０に記載のコイルばね計測装置において、コイルばねの巻数に対するコイルばねの外径の変化を示すグラフを表示する外径変化表示手段を備えたところに特徴を有する。

請求項１２の発明は、請求項１乃至１１のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置において、コイルばねのうち線材に沿った一端に位置する線材のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置に配置された状態を初期状態とし、スキャナは、線材に沿った他端に位置する線材のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置に配置されるまで直動駆動機構にて直線駆動され、スキャナの直線移動量に基づいてコイルばねの全長を求めるコイルばね測長手段を備えたところに特徴を有する。

請求項１３の発明は、請求項１乃至１２のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置において、照射ラインの長さが、コイルばねの全長より小さいところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の発明では、回転駆動機構によってコイルばねが回転駆動されると、線材のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置からずれる一方、直動駆動機構が、線材のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置に配置されるようにコイルばねに対してスキャナを直線駆動する。その結果、スキャナは、コイルばねの螺旋に沿って線材の外面形状を二次元データとして取得する。そして、本発明によれば、コイルばねに対するスキャナの直線駆動距離からコイルばねのピッチが求められるので、従来のようにコイルばねの全体画像を作成する必要がなくなり、データ処理の負荷軽減が図られる。

［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、線材のスキャン座標軸上の位置をスキャナ原位置に戻すときに、コイルばねの回転が停止しているので、位置合わせが容易となる。また、スキャナを直動させる構成になっているので、コイルばねを直動させる場合と比較して、直動の際にコイルばねに振動が与えられてコイルばねの回転位置がずれることが抑えられ、ピッチの誤差を小さくすることができる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、コイルばねを１回転させる間のスキャナの直線移動距離を足し合わせるだけでピッチを求めることができるので、データ処理の負荷が軽減できる。

［請求項４の発明］
請求項４の発明では、回転駆動機構によってコイルばねが回転駆動されると、線材のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置からずれる一方、直動駆動機構が、予め設定された理論移動量だけスキャナを直線駆動する。その結果、スキャナは、コイルの螺旋に沿って線材の外面形状を二次元データとして取得する。そして、本発明によれば、線材のスキャン座標軸上の位置のスキャナ原位置からのズレ量に基づいてコイルばねのピッチが求められるので、従来のようにコイルばねの全体画像を作成する必要がなくなり、データ処理の負荷軽減が図られる。

［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、コイルばねの回転駆動とスキャナの直線駆動をともに停止させた状態で、線材のスキャン座標軸上の位置のスキャン原位置からのズレ量を測定するので、ズレ量の誤差を小さくすることができる。

［請求項６の発明］
請求項６の発明によれば、正確なピッチの測定を図ることができる。

［請求項７の発明］
請求項７の発明によれば、コイルばねを回転させる前に手動で線材のスキャン座標軸上の位置をスキャナ原位置に位置合わせする場合に、外面形状表示手段による表示を見ながら操作することできるので、容易に位置合わせが可能となる。

［請求項８の発明］
請求項８の発明によれば、コイルばねの巻数に対するピッチの変化が表示されるので、巻数ごとのピッチの設計値との比較が容易に行える。

［請求項９の発明］
請求項９の発明によれば、コイルばねのピッチに加えてコイルばねの外径の変化量を測定することができる。

［請求項１０の発明］
請求項１０の発明によれば、コイルばねのピッチに加えてコイル外径を測定することができる。

［請求項１１の発明］
請求項１１の発明によれば、コイルばねの巻数に対するコイルばねの外径の変化が表示されるので、巻数ごとの外径の設計値との比較が容易に行える。

［請求項１２の発明］
請求項１２の発明によれば、コイルばねのピッチに加えて、コイルばねの全長を測定することができる。

［請求項１３の発明］
請求項１３の発明によれば、スキャナがコイルばね全体をスキャンする場合と比較して、スキャン範囲が狭いので、スキャナの取得データの処理負担を軽減することができる。

本発明の第１実施形態に係るコイルばね計測装置のブロック図 コイルばね回転機構及びレーザセンサ直動機構の平面図 レーザ照射装置の側面図 制御部のブロック図 測定プログラムのフローチャート 測定データ処理のフローチャート （Ａ）コイルばねの回転直前のレーザ照射装置及びコイルばねの平面図、（Ｂ）コイルばねの回転直前の計測用モニタの正面図 （Ａ）コイルばねの回転直後のレーザ照射装置及びコイルばねの平面図、（Ｂ）コイルばねの回転直後の計測用モニタの正面図 区間巻数に対してズレ量積算値をプロットしたグラフ 区間巻数に対して頂点距離をプロットしたグラフ 第２実施形態に係る測定プログラムのフローチャート 第２実施形態に係る測定データ処理のフローチャート

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係るコイルばね計測装置１０がブロック図にして示されている。このコイルばね計測装置１０は、固定ベース１１（図２参照）上にコイルばね回転機構１２（本発明の「回転駆動機構」に相当する）とレーザセンサ直動機構２０（本発明の「直動駆動機構」に相当する）とを固定して備えている。

図２に示すように、コイルばね回転機構１２は、コイルばね９０を軸方向で挟持可能な１対の保持部材１３，１３を有している。保持部材１３は、コイルばね９０側の先端部が、先端に向かうに従って縮径した円錐台形状をなし、コイルばね９０が芯出しされるようになっている。また、保持部材１３，１３は、それら保持部材１３，１３によって芯出しされたコイルばね９０の巻回軸Ｊ１と同軸の連結シャフト１４にて先端部同士が対峙して連結されている。

各保持部材１３の基端部には、連結シャフト１４と同軸の支持シャフト１５が固定され、この支持シャフト１５が、回転支持台１６にベアリングを介して回転可能に支持されている。そして、１対の支持シャフト１５，１５のうち一方の支持シャフト１５が回転用サーボモータ１７Ｍにより回転駆動されるようになっている。

図２に示すように、レーザセンサ直動機構２０は、本発明の「スキャナ」に相当するレーザ照射装置３１を可動ベース２１に搭載した構成になっている。可動ベース２１は、コイルばね９０の巻回軸Ｊ１と平行に延びたボールネジ２２と螺合するボールナット（図示せず）を有し、直動用サーボモータ２３Ｍの回転駆動によって巻回軸Ｊ１方向に直動可能になっている。

また、レーザセンサ直動機構２０には、ボールネジ２２と平行なガイドレール２４が備えられ、そのガイドレール２４に可動ベース２１のスライダ２５が係合することで、可動ベース２１がスムーズに直動するようになっている。

なお、可動ベース２１は、直動用サーボモータ２３Ｍの回転駆動のほかに、手動で巻回軸Ｊ１方向の位置を微調整できるようになっている。

図３に示すように、可動ベース２１には、可動ベース２１に対して上下方向に直動可能な直動ピン２６が取り付けられている。直動ピン２６の上端部には、回動ピン２７が、コイルばね９０の巻回軸Ｊ１と平行な軸回りに回転可能に取り付けられている。そして、回動ピン２７と一体回転可能な支持ベース２８にレーザ照射装置３１が固定され、これにより、レーザ照射装置３１の上下位置及びコイルばね９０に対する姿勢が調整可能になっている。

図７（Ａ）に示すように、レーザ照射装置３１は、コイルばね９０の巻回軸Ｊ１と平行な照射ラインＬ１に沿ってレーザ光を照射し、レーザ照射装置３１と巻回軸Ｊ１との間に挟まれた線材９１までの距離を検出する。言い換えれば、レーザ照射装置３１は、照射ラインＬ１に沿って線材９１をスキャンすることで線材９１までの距離を測定する。照射ラインＬ１は、線材９１を巻回軸Ｊ１と平行に横切り、長さが線材９１の直径の約２倍程度になっている。レーザ照射装置３１は、照射ラインＬ１に沿って線材９１をスキャンして検出した線材９１までの距離をもとに、線材９１の照射ラインＬ１方向の位置ｘと、その位置ｘにおける線材９１までの距離ｙとからなる二次元位置データ（ｘ，ｙ）を取得する。この二次元位置データは、後述する計測用モニタ３４（図１参照）で確認できるようになっている。

レーザ照射装置３１は、照射ラインＬ１の長さを変更可能に構成されている。これにより、コイルばね９０を構成する線材９１が太い場合であっても、照射ラインＬ１の長さを変更して対応することができる。

なお、レーザ照射装置３１は、レーザコントローラ３２（図４参照）によって制御され、このレーザ照射装置３１とレーザコントローラ３２とから、距離センサとしてのレーザセンサ３０が構成されている。

図１に示すように、コイルばね計測装置１０は、上述したコイルばね回転機構１２、レーザセンサ直動機構２０、レーザセンサ３０を制御するための制御部４０を備えている。図４に示すように、制御部４０は、メイン制御回路４１と、データ記憶部４２を備え、メイン制御回路４１が、上記したサーボモータ１７Ｍ，２３Ｍに対応したサーボアンプ１７Ａ，２３Ａ、レーザコントローラ３２、データ記憶部４２、計測用モニタ３４、結果表示用モニタ３５及びコンソール３３に接続されている。

コンソール３３は、電源スイッチ３３Ａ、スタートスイッチ３３Ｂ及び計測条件入力部３３Ｃを備えている。計測条件入力部３３Ｃは、コイルばね９０の巻数、コイルばね９０が右巻きであるか左巻きであるか等の情報を入力可能に構成されている。

データ記憶部４２には、コンソール３３から取得した情報や、レーザセンサ３０によって測定された二次元位置データ（ｘ、ｙ）が記憶される。また、データ記憶部４２には、コイルばね９０のピッチＰ及び外径Ｄを測定するための図５に示される測定プログラムＰＧ１が記憶されている。測定プログラムＰＧ１は、コンソール３３のスタートスイッチ３３Ｂがオンされると実行される。測定プログラムＰＧ１については後に詳述する。

計測用モニタ３４は、本発明の「外面形状表示手段」に相当し、レーザセンサ３０が捕らえた線材９１の外面形状を表示する。具体的には、線材９１の外面形状は、図７（Ｂ）に示すように、照射ラインＬ１と平行なスキャン座標軸Ｘと、照射ラインＬ１と直交した遠近座標軸Ｙとからなる２次元座標軸上に、上述した線材９１についての二次元位置データ（ｘ、ｙ）をプロットすることで表される。なお、本実施形態では、コイルばね９０を構成する線材９１は断面形状が円形になっていて、同図に示されたグラフの円弧上をなす部分が、線材９１の照射ラインＬ１に沿ってスキャンされる部分の外面形状に相当する。また、計測用モニタ３４に表示されるスキャン座標軸Ｘの長さが、照射ラインＬ１の長さに対応する。

結果表示用モニタ３５は、コイルばね計測装置１０の測定結果を表示する。なお、計測用モニタ３４と結果表示用モニタ３５は、別々のモニタであってもよいし、１つのモニタを兼用してもよい。

次に、コイルばね計測装置１０の動作について説明する。このコイルばね計測装置１０では、コイルばね９０の線材９１に沿った任意の位置でのピッチＰと外径ｄの変化量を測定することができる。

コイルばね９０の測定を行うためには、まず、図２に示すようにコイルばね９０をコイルばね回転機構１２にセットし、コイルばね９０とレーザ照射装置３１を初期位置にセットする。本実施形態では、コイルばね９０の一端の巻き始め部分の線材９１の照射ラインＬ１に沿ってスキャンされた部分のうちレーザ照射装置３１に最も近い点Ｐ１（以下、線材の頂点Ｐ１という）のスキャン座標軸上の位置ｘ１が、スキャン座標軸Ｘ上の基準位置Ｑ（以下、スキャン原位置Ｑという）のスキャン座標軸上の位置ｘ２に一致するようにする。なお、詳細には、作業者は、計測用モニタ３４に表示された線材９１の外面形状を見ながら、コイルばね９０とレーザ照射装置３１を手動で位置調整することで行う。

スタートスイッチ３３Ｂがオンされると、メイン制御回路４１がデータ記憶部４２に記憶されている測定プログラムＰＧ１を実行する。図５に示すように、測定プログラムＰＧ１では、まず、初期位置データ取得処理（Ｓ１）が実行される。この処理では、ｉ＝０として、初期位置における線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置ｘ１のスキャン原位置Ｑのスキャン座標軸上の位置ｘ２からのスキャン座標軸Ｘ方向のズレ量δ（０）と、レーザ照射装置３１から線材の頂点Ｐ１までの距離Ｈ（０）、即ち、線材の頂点Ｐ１の遠近座標ｙ１（０）（以下、頂点距離Ｈ（ｉ）と呼ぶことにする。）がデータ記憶部４２に記憶される。ここで、初期位置では、上述のように、線材の頂点Ｐ１のズレ量δ（０）はゼロになっている。

次に、回転開始処理（Ｓ２）が実行されて、コイルばね回転機構１２のサーボモータ１７Ｍによってコイルばね９０が所定の送り角θだけ回転駆動される。コイルばね９０が送り角θだけ回転駆動されると、ｉが１インクリメントされる（Ｓ３）。なお、本実施形態では、送り角θは１０°に設定されている。

ここで、コイルばね９０が送り角θだけ回転すると、図７（Ａ）から図８（Ａ）の変化に示すように、コイルばね９０のうちレーザセンサ３０（レーザ照射装置３１）によって外面形状が捕らえられる線材９１が、コイルばね９０の巻回軸Ｊ１方向にずれる。その結果、図７（Ｂ）から図８（Ｂ）の変化に示すように、線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置Ｑからスキャン座標軸Ｘ方向にδ（ｉ）だけズレる。このズレ量δ（ｉ）を、ステップＳ３の処理の次に実行されるズレ量測定処理（Ｓ４）で測定する。なお、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）では、スキャン原位置Ｑを通って遠近座標軸Ｙと平行な基準線Ｌ２が一点鎖線で示されており、線材の頂点Ｐ１から基準線Ｌ２までの距離がズレ量δ（ｉ）に相当する。

ズレ量測定処理（Ｓ４）が終了すると、データ記憶処理（Ｓ５）が実行される。データ記憶処理（Ｓ５）では、ズレ量測定処理（Ｓ４）で測定したズレ量δ（ｉ）と、頂点距離Ｈ（ｉ）（即ち、線材の頂点Ｐ１の遠近座標ｙ（ｉ））を記憶する。

データ記憶処理（Ｓ５）が終了すると、次に、直動駆動処理（Ｓ６）が実行される。直動駆動処理（Ｓ６）では、レーザセンサ直動機構２０のサーボモータ２３Ｍを作動させてズレ量δ（ｉ）だけ可動ベース２１をコイルばね９０の他端側へ移動させる。これにより、線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置のスキャン原位置Ｑからのズレ量δ（ｉ）がキャンセルされて、線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置Ｑに戻る。

直動駆動処理（Ｓ６）が終了すると、コイルばね９０を巻数Ｎ分だけ回転させるまで、Ｓ２〜Ｓ５の処理を繰り返す（Ｓ７）。これにより、コイルばね９０は、送り角θごとに間欠的に回転駆動され、コイルばね回転機構１２の作動中にレーザセンサ直動機構２０が停止する一方、コイルばね回転機構１２の停止中にレーザセンサ直動機構２０が作動するようになる。そして、コイルばね９０を巻数Ｎ分だけ回転させたら、回転停止処理（Ｓ８）を実行してコイルばね回転機構１２を停止し、測定データ処理（Ｓ１０）を実行する。

図６に示すように、測定データ処理（Ｓ１０）では、まず、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）ごとに、ズレ量積算値Σδ（ｉ）を求める（Ｓ１１）。ここで、ズレ量積算値Σδ（ｉ）は、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）が３６０°未満のとき（即ち、ｉ＝０〜３５のとき）は、そのｉ個分のδの総和とし、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）が３６０°以上のとき（即ち、ｉ≧３６のとき）は、直前の１回転分のズレ量δの総和とする。つまり、ｉ＝０〜３５のときは、ズレ量積算値Σδ（ｉ）は、Σδ（ｉ）＝δ（０）＋δ（１）＋・・・＋δ（ｉ−１）＋δ（ｉ）となり、ｉ≧３６のときは、ズレ量積算値Σδ（ｉ）は、Σδ（ｉ）＝δ（ｉ−３６）＋δ（ｉ−３５）＋・・・＋δ（ｉ−１）＋δ（ｉ）となる。なお、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）は、Σθ（ｉ）＝ｉ×θとなっている。

次いで、各ｉごとに、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）を区間巻数ｔ（ｉ）に変換する（Ｓ１２）。区間巻数ｔ（ｉ）は、変換式ｔ（ｉ）＝（Σθ（ｉ））／３６０から求められる。

次いで、区間巻数ｔ（ｉ）ごとにズレ量積算値Σδ（ｉ）をプロットしたグラフを結果表示用モニタ３５に表示する（Ｓ１３）。図９には、ステップＳ１３の処理を実行したときに結果表示用モニタ３５に表示されるグラフが示されている。図２に示すコイルばね９０の場合、座巻き部９２の途中までは線材９１は巻回軸Ｊ１に対して垂直になっているので、図９に示すように、区間巻数ｔ（ｉ）が０から１までの間では、ズレ量積算値Σδ（ｉ）は、区間巻数ｔ（ｉ）が座巻き部９２の途中までは０でそれを越えると、区間巻数ｔ（ｉ）の増加に従って増加する。区間巻数ｔ（ｉ）＝１のとき、ズレ量積算値Σδ（ｉ）は、線材９１の直径ｄにほぼ等しくなる。なお、区間巻数ｔ（ｉ）が０から１の間のズレ量積算値Σδ（ｉ）は、コイルばね９０のうち一端側の座巻き部９２（図２参照）の線材９１がコイルばね９０の一端から巻回軸Ｊ１方向に沿って他端側へずれる距離に相当する。

図９に示すように、区間巻数ｔ（ｉ）が１から２までの間では、ズレ量積算値Σδ（ｉ）は、区間巻数ｔ（ｉ）の増加に伴って直線的に増加する。また、区間巻数ｔ（ｉ）がＮ−１からＮまでのズレ量積算値Σδ（ｉ）は、区間巻数ｔ（ｉ）の増加に伴ってほぼ直線的に減少する。これらは、コイルばね９０の両端の座巻き部９２とそれに隣接する線材９１との距離がコイルばね９０の中央側へ向かうに従って次第に大きくなることに対応している。

区間巻数ｔ（ｉ）が２以上、Ｎ−１以下の範囲では、ズレ量積算値Σδ（ｉ）の値は、横這いになっている。この範囲のズレ量積算値Σδ（ｉ）が、コイル状に巻かれた線材９１の間隔、即ち、コイルばね９０のピッチＰとなっている。コイルばね計測装置１０によれば、結果表示用モニタ３５に示されたグラフにより、コイルばね９０の線材９１に沿った任意の位置毎のピッチＰの変化を把握することが可能になる。

ステップＳ１３の処理が終了すると、区間巻数ｔ（ｉ）ごとに、頂点距離Ｈ（ｉ）をプロットしたグラフを結果表示用モニタ３５に表示する（Ｓ１４）。図１０には、この処理（Ｓ１４）によって結果表示用モニタ３５に表示されるグラフが示されている。同図に示した例では、コイルばね９０の座巻き部９２でＨ（ｉ）の値が小さくなっており、座巻き部９２で外径Ｒが大きくなっていることが分かる。

なお、ここで、コイルばね９０の巻回軸Ｊ１からレーザ照射装置３１までの距離Ｒ０（図７（Ａ）参照）を予め測定しておき、コンソール３３にて入力可能にしておけば、Ｒ０から頂点距離Ｈ（ｉ）の値を差し引くことで、コイルばね９０の外径Ｒ（ｉ）を測定することもできる。

以上の処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）が終了すると、測定データ処理（Ｓ１０）を抜け、図５に示すように、測定プログラムＰＧ１が終了する。

なお、ステップＳ２からステップＳ７までの処理を実行しているときの制御部４０が本発明の「追従駆動制御手段」に相当し、測定データ処理（Ｓ１０）のステップＳ１３を実行しているときの制御部４０が本発明の「ピッチ演算手段」に相当し、測定データ処理（Ｓ１０）のステップＳ１４を実行しているときの制御部４０が本発明の「外径変化量演算手段」及び「外径演算手段」に相当する。また、結果表示用モニタ３５が本発明の「ピッチ変化表示手段」及び「外径変化表示手段」に相当する。

このように、本実施形態のコイルばね計測装置１０では、コイルばね回転機構１２によってコイルばね９０が回転駆動されると、線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置Ｑからずれる一方、レーザセンサ直動機構２０が、線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置Ｐ２に配置されるようにレーザ照射装置３１を直線駆動する。その結果、レーザセンサ３０は、コイルの螺旋に沿って線材９１の外面形状を二次元データ（ｘ、ｙ）として取得する。そして、本実施形態に係るコイルばね計測装置１０によれば、レーザ照射装置３１の直線駆動距離（＝ズレ量δ（ｉ））からコイルばね９０のピッチＰが求められるので、従来のようにコイルばね９０の全体画像を作成する必要がなくなり、データ処理の負荷軽減が図られる。しかも、コイルばね９０を１回転させる間のレーザ照射装置３１の直線移動距離（＝ズレ量δ（ｉ））を足し合わせるだけでピッチＰを求めることができるので、データ処理の負荷を軽減できる。その上、レーザ照射装置３１がスキャンする範囲が線材９１の直径ｄの約２倍程度と狭くなっているので、レーザ照射装置３１が取得したデータを処理するときの負担を軽減することができる。

また、線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置をスキャナ原位置Ｑに位置合わせする際に、コイルばね９０の回転が停止しているので、位置合わせが容易となる。しかも、レーザ照射装置３１を直動させる構成になっているので、コイルばね９０を直動させる場合と比較して、位置合わせの際にコイルばね９０に振動が与えられて回転位置がずれることが抑えられ、ピッチＰの誤差を小さくすることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態は、主として、測定プログラムＰＧ１Ｖの直動駆動処理（Ｓ６Ｖ）と測定データ処理（Ｓ１０Ｖ）の内容が第１実施形態と異なっている。図１１に示すように、直動駆動処理（Ｓ６Ｖ）では、レーザ照射装置３１を巻回軸Ｊ１方向に所定の距離Δだけ移動させる。座巻き部のないコイルばねの場合、所定の距離Δは、コイルばね９０の全長Ｌ、巻数Ｎ、送り角θに基づいて、Δ＝（Ｌ×θ）／（３６０×Ｎ）の関係式から求められる。即ち、所定の距離Δは、コイルばね９０のピッチＰが設計値通りであった場合に、送り角θの回転に対して線材の頂点Ｐ１のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置Ｑからずれる理論移動量になっている。ここで、コイルばね９０の全長Ｌは、コンソール３３にて入力可能に構成され、全長Ｌの値としては、予め測定した実測値を用いてもよいし、コイルばね９０の設計値を用いてもよい。なお、測定プログラムＰＧ１ＶにおいてステップＳ２〜ステップＳ７までの処理を実行しているときの制御部４０が本発明の「連動駆動制御手段」に相当する。

図１２に示すように、測定データ処理（Ｓ１０Ｖ）は、まず、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）ごとに、線材９１のうち照射ラインＬ１に沿ってスキャンされる部分のスキャン座標軸方向の線材移動量Ｓ（ｉ）を求める（Ｓ１１Ｖ）。ここで、線材移動量Ｓ（ｉ）は、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）が３６０°未満のとき（即ち、ｉ＝０〜３５のとき）は、Ｓ（ｉ）＝ｉ×Δ−δ（ｉ）の関係式から求められる。また、コイルばね９０の総送り角Σθ（ｉ）が３６０°以上のとき（即ち、ｉ≧３６のとき）は、Ｓ（ｉ）＝３６×Δ−δ（ｉ）の関係式から求められる。ここで、総送り角Σθ（Ｉ）が３６０°以上のときの線材移動量Ｓ（ｉ）は、コイルばね９０を１回転させる間にレーザ照射装置３１を巻回軸Ｊ１方向に直動させた距離から、線材の頂点Ｐ１とスキャナ原位置Ｐ２との巻回軸Ｊ１方向のズレ量（δ（ｉ））を差し引いた値であり、コイルばね９０のピッチＰに相当する。

なお、ステップＳ１１Ｖ以降の処理では、ステップＳ１３Ｖで区間巻数ｔ（ｉ）に対して線材移動量Ｓ（ｉ）をプロットする点が第１実施形態と異なっており、他の処理（Ｓ１２、Ｓ１４）については、第１実施形態の測定データ処理（Ｓ１０）と同じになっている。

このように、本実施形態によれば、コイルばね９０の線材９１に沿った任意の位置ごとのピッチＰ及び外径の変化量を測定することができ、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

［他の実施形態］
本発明は、実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、測定結果のグラフをコイルばね９０の測定が終了した後に描かせていたが、コイルばね９０の測定中にグラフを描かせるようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、レーザ照射装置３１を巻回軸Ｊ１方向に直動させる構成であったが、コイルばね９０を巻回軸Ｊ１方向に直動させる構成であってもよい。また、コイルばね９０を巻回軸Ｊ１回りに回転させるかわりに、レーザ照射装置３１を巻回軸Ｊ１回りに回転させる機構であってもよい。

（３）線材９１の断面形状が楕円形であってもよいし、四角形であってもよい。なお、ここで、線材９１の断面形状が四角形の場合には、例えば、線材９１のうちレーザ照射装置３１への最接近位置のスキャン座標軸上の位置がスキャン原位置Ｑに配置されるように構成すればよい。

（４）上記第１実施形態では、コイルばね９０を１回転させる間のズレ量δ（ｉ）の総和からコイルばね９０のピッチを求めていたが、送り角θに対応した各ｉごとのズレ量δ（ｉ）を、１回転分の３６０°に対応したズレ量に変換した値をピッチＰとして求めてもよい。即ち、ピッチＰ＝δ（ｉ）×（３６０／θ）の関係式から、ピッチＰを求めてもよい。

（５）上記実施形態では、コイルばね９０の巻回軸Ｊ１回りの回転及びレーザ照射装置３１の直動は、間欠的な駆動であったが、両方とも連続駆動であってもよいし、また、何れか一方が連続駆動であってもよい。

１０ コイルばね計測装置
１２ コイルばね回転機構（回転駆動機構）
２０ レーザセンサ直動機構（直動駆動機構）
３０ レーザセンサ
３１ レーザ照射装置（スキャナ）
３４ 計測用モニタ（外面形状表示手段）
３５ 結果表示用モニタ
４０ 制御部
９０ コイルばね
９１ 線材
Ｊ１ 巻回軸
Ｌ１ 照射ライン
Ｐ１ 線材の頂点
ＰＧ１，ＰＧ１Ｖ 測定プログラム
Ｑ スキャン原位置
δ ズレ量
θ 送り角

Claims (13)

1. コイルばねの巻回軸に対してその任意の１巻きの線材を間に挟んで対向し、前記１巻きの線材の１箇所を横切る照射ライン上をスキャンして前記線材の１箇所の外面形状を、前記照射ラインと平行なスキャン座標軸と前記照射ラインに直交する遠近座標軸とからなる二次元座標軸上の二次元位置データとして捕らえることが可能なスキャナと、
   前記スキャナに対して相対的に前記コイルばねを前記コイルばねの巻回軸回りに回転駆動可能な回転駆動機構と、
   前記コイルばねに対して相対的に前記スキャナを前記コイルばねの巻回軸方向に直線駆動可能な直動駆動機構と、
   前記スキャナにて外面形状を捕らえた前記線材のスキャン座標軸上の位置が、前記スキャン座標軸上に予め設定されたスキャン原位置に配置された初期状態で前記回転駆動機構により前記コイルばねを一方向に回転駆動させると共に、そのコイルばねの回転によって前記スキャン原位置からずれた前記線材のスキャン座標軸上の位置を前記スキャン原位置に戻すように前記スキャナを前記直動駆動機構にて直線駆動させる追従駆動制御手段と、
   前記コイルばねの回転量に対する前記スキャナの直線移動量に基づいて前記線材に沿った任意の位置毎の前記コイルばねのピッチを演算するピッチ演算手段とを備えたことを特徴とするコイルばね計測装置。
2. 前記追従駆動制御手段は、３６０度を複数等分割してなる所定の送り角ずつ前記コイルばねを前記回転駆動機構により間欠的に回転駆動させると共に、前記回転駆動機構の作動中は前記直動駆動機構を停止する一方、前記回転駆動機構の停止中に前記直動駆動機構を作動させて、前記コイルばねの前記送り角分の回転により生じた前記線材のスキャン座標軸上の位置の前記スキャン原位置からのズレ量をキャンセルさせることを特徴とする請求項１に記載のコイルばね計測装置。
3. 前記ピッチ演算手段は、前記コイルばねが３６０度回転する間の前記直線駆動機構による前記スキャナの直線移動量の総和を前記コイルばねのピッチとして求めることを特徴とする請求項２に記載のコイルばね計測装置。
4. コイルばねの巻回軸に対してその任意の１巻きの線材を間に挟んで対向し、前記１巻きの線材の１箇所を横切る照射ライン上をスキャンして前記線材の１箇所の外面形状を、前記照射ラインと平行なスキャン座標軸と前記照射ラインに直交する遠近座標軸とからなる二次元座標軸上の二次元位置データとして捕らえることが可能なスキャナと、
   前記スキャナに対して相対的に前記コイルばねを前記コイルばねの巻回軸回りに回転駆動可能な回転駆動機構と、
   前記コイルばねに対して相対的に前記スキャナを前記コイルばねの巻回軸方向に直線駆動可能な直動駆動機構と、
   前記スキャナにて外面形状を捕らえた前記線材のスキャン座標軸上の位置が、前記スキャン座標軸上に予め設定されたスキャン原位置に配置された初期状態で前記回転駆動機構により前記コイルばねを一方向に回転駆動させると共に、前記線材のスキャン座標軸上の位置を常に前記スキャン原位置と一致させるために、前記コイルばねの回転量と前記コイルばねのピッチの設計値とから演算した理論移動量だけ前記スキャナを前記直動駆動機構にて直線駆動させる連動駆動制御手段と、
   前記コイルばねの複数の回転位置毎の前記線材のスキャン座標軸上の位置の前記スキャン原位置からのズレ量に基づいて前記線材に沿った任意の位置毎の前記コイルばねのピッチを演算するピッチ演算手段とを備えたことを特徴とするコイルばね計測装置。
5. 前記連動駆動制御手段は、３６０度を複数等分割してなる所定の送り角ずつ前記コイルばねを前記回転駆動機構により間欠的に回転駆動させると共に、そのコイルばねの間欠的な回転駆動に合わせて前記スキャナを前記直動駆動機構にて直線駆動させることを特徴とする請求項４に記載のコイルばね計測装置。
6. 前記線材の断面形状が円形又は楕円形である場合に、前記スキャナに最も近い頂点の前記スキャン座標軸上の位置を前記線材の前記スキャン座標軸上の位置としたことを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置。
7. 前記スキャナから二次元位置データに基づいて前記線材の１箇所の外面形状を画像表示する外面形状表示手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置。
8. 前記コイルばねの巻数に対する前記ピッチの変化を示すグラフを表示するピッチ変化表示手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置。
9. 前記スキャナから前記二次元位置データを取得し、前記スキャナにて外面形状を捕らえた前記線材のうち前記スキャナに最も近い部分の前記遠近座標軸上の位置が、前記コイルばねの回転によって変化する変化量を、前記コイルばねの外径の変化量として演算する外径変化量演算手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置。
10. 前記スキャナから前記二次元位置データを取得し、前記スキャナにて外面形状を捕らえた前記線材のうち前記スキャナに最も近い部分の前記遠近座標軸上の位置と、前記コイルばねの巻回軸から前記スキャナまでの距離とに基づいて、前記線材に沿った任意の位置毎の前記コイルばねの外径を演算する外径演算手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置。
11. 前記コイルばねの巻数に対する前記コイルばねの外径の変化を示すグラフを表示する外径変化表示手段を備えたことを特徴とする請求項９又は１０に記載のコイルばね計測装置。
12. 前記コイルばねのうち前記線材に沿った一端に位置する前記線材のスキャン座標軸上の位置が前記スキャン原位置に配置された状態を前記初期状態とし、
    前記スキャナは、前記線材に沿った他端に位置する前記線材のスキャン座標軸上の位置が前記スキャン原位置に配置されるまで前記直動駆動機構にて直線駆動され、
    前記スキャナの直線移動量に基づいて前記コイルばねの全長を求めるコイルばね測長手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置。
13. 前記照射ラインの長さが、前記コイルばねの全長より小さいことを特徴とする請求項１乃至１２のうち何れか１の請求項に記載のコイルばね計測装置。

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