JP5943778B2 - 座厚測定装置、プログラム、記録媒体、及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイルばねの座厚測定に供する座厚測定装置、プログラム、記録媒体、及び方法に関する。

従来、特許文献１にコイルばね形状測定装置と形状測定方法が記載されている。この装置及び方法は、コイルばねの軸方向に広がるスリット光をコイルばねの表面に照射するレーザと、コイルばねをその軸回りに回転させる回転ステージと、コイルばねの表面からの反射光を撮影するＣＭＯＳカメラと、コイルばねをその軸回りに回転させたときに複数の回転角のそれぞれについてＣＭＯＳカメラで撮影される撮影画像から、コイルばねの素線の座標値を算出するコンピュータとを備えている。

この形状測定装置によると、コイルばねの撮影画像からコイルばねの位置を特定し、コイルばねの形状測定を行うことができる。

しかし、この装置及び方法では、ＣＭＯＳカメラで撮影される撮影画像から、コイルばねの素線の座標値を算出するため、画像処理や固定治具の反射像の消去を必要とし、処理が煩雑になるという問題があった。

また、コイルばねの座厚測定については考慮されていなかった。

特開２０１０−１０１６９３号公報

解決しようとする問題点は、コイルばねの形状測定を行うことはできるが、画像処理等により処理が煩雑となり、コイルばねの座厚測定については考慮されていなかった点である。

本発明の座厚測定装置は、画像処理を必要とせずコイルばねの座厚測定を簡単に行わせることを可能とするため、コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を測定する座厚測定装置であって、前記コイルばねのコイル径方向の一側から前記座部の外表面にレーザー光を照射し反射する測定点の座標値を前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で検出するレーザー変位センサと、前記複数の測定点の座標値群に基づいて前記座厚を演算する演算部とを備えたことを特徴とする。

本発明の座厚測定プログラムは、コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を求める機能をコンピュータに実現させる座厚測定プログラムであって、前記機能は、前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で取得した座標値群に基づいて前記座厚を演算することを特徴とする。

本発明の座厚測定プログラム記録媒体は、コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を求める機能をコンピュータに実現させる座厚測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な座厚測定プログラム記録媒体であって、前記機能は、前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で取得した座標値群に基づいて前記座厚を演算することを特徴とする。

本発明の座厚測定方法は、コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を求める座厚測定方法であって、前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で取得した座標値群に基づいて前記座厚を求めることを特徴とする。

本発明の座厚測定装置は、上記構成であるから、レーザー光を照射し反射する測定点の座標値を座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で検出した座標値群に基づいて座厚を演算することができ、画像処理を不要とし、座厚の測定処理を簡単且つ確実に行わせることができる。

本発明の座厚測定プログラムは、上記構成であるから、座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で検出した座標値群に基づいて座厚を演算する機能をコンピュータに実現させ、画像処理を不要とし、座厚の測定処理を簡単且つ確実に行わせることができる。

本発明の座厚測定プログラム記録媒体は、上記構成であるから、座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で検出した座標値群に基づいて座厚を演算する機能をコンピュータに実現させるプログラムを記録し、コンピュータに読み取らせることで、画像処理を不要とし、座厚の測定処理を簡単且つ確実に行わせることができ、汎用性を高めることができる。

本発明の座厚測定方法は、上記構成であるから、座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で検出した座標値群に基づいて座厚を求めることができる。

座厚測定装置の概念図である。（実施例１） センサの移動距離とセンサ測定値とを示す説明図である。（実施例１） 端点の除外を示す説明図である。（実施例１） 円形断面の近似を示す説明図である。（実施例１） 近似円から外れたデータの除外を示す説明図である。（実施例１） 外れたデータ除外後の円近似を示す説明図である。（実施例１） 座面厚さを示す説明図である。（実施例１） 座厚検出のフローチャートである。（実施例１） 座標値群を示す概念図である。（実施例１） 座標値群、中心位置、及び座厚を示す概念図である。（実施例１）

画像処理を必要とせずコイルばねの座厚測定を簡単に行わせることを可能にするという目的を、図1のように、コイル端部が平坦な座面３ｂに形成された座部３ｃを有するコイルばね３の座厚を検出する座厚測定装置１であって、前記コイル径方向の一側から前記座部３ｃの外表面にレーザー光を照射し反射する測定点の座標値を前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で検出するレーザー変位センサ５と、前記複数の測定点の座標値群に基づいて前記座厚を演算する演算部７とを備えることにより実現した。

［座厚測定装置］
図１は、座厚測定装置の概念図、図２は、センサの移動距離とセンサ測定値とを示す説明図、図３は、端点の除外を示す説明図、図４は、円形断面の近似を示す説明図、図５は、近似円から外れたデータの除外を示す説明図、図６は、外れたデータ除外後の円近似を示す説明図、図７は、座面厚さを示す説明図である。

図１のように、本発明実施例１の座厚測定装置１は、コイルばね３の座厚測定を行うものである。コイルばね３は、例えば円形断面の素線３ａで形成され、コイル端部が平坦な座面３ｂに形成された座部３ｃを有している。

座厚測定装置１は、レーザー変位センサ５と、演算部７とを備えている。演算部７の演算結果は、表示部８に出力され、演算結果として座厚が表示される。

レーザー変位センサ５は、反射型レーザー変位計で構成されている。このレーザー変位センサ５は、アクチュエータ１１に昇降可能に支持されている。レーザー変位センサ５及びアクチュエータ１１は、制御部１３によって制御されるようになっている。レーザー変位センサ５は、制御部１３により予め設定されたタイミングでレーザー光を照射し、反射光を受光して測定点の座標値を測定し、演算部７へ出力する。

アクチュエータ１１は、例えばボールねじで構成され、制御部１３により予め設定されたタイミングでレーザー変位センサ５を下方から上方へ駆動し、且つアクチュエータ１１自体もコイルばね３の周りを周回するように駆動される。アクチュエータ１１が、ボールねじで構成されていることから、レーザー変位センサ５を下方から上方へ駆動することでボールねじのバックラッシュの影響を受けずに正確に駆動することができる。

制御部１３は、コンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えている。

前記駆動により、レーザー変位センサ５は、コイルばね３のコイル軸方向（Ｘ軸方向）の一側に沿って直線的に相対移動し、垂直方向の下方から上方へ座部３ｃに沿って図２のように各測定点を検出するように移動する。

この相対移動により座部３ｃの外表面にレーザー光を照射し反射する測定点の座標値を、座部３ｃに沿って一定間隔で検出する。この検出により複数の測定点で座標値が連続的に検出される。

座部３ｃに沿った複数の測定点の座標値群は、座部３ｃのX軸方向での断面における外表面の円弧に対応し、例えば図２のようになる。

演算部７は、コンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えている。この演算部７は、制御部１３と同一又は別々のコンピュータの何れでも構成することができる。演算部７には、後述する座厚測定プログラムがインストールされている。

座厚測定プログラムは、素線３ａで形成されコイル端部が平坦な座面３ｂに形成された座部３ｃを有するコイルばね３の座厚を求める機能をコンピュータに実現させるものであり、本実施例では、後述のフローチャートのように座厚を演算する。

なお、座厚測定プログラムは、これを記録した座厚測定プログラム記録媒体を用い、コンピュータで構成された演算部７に読み取らせることで、コイルばね３の座厚の演算を実現することもできる。

演算部７は、図３ように、複数の測定点の座標値群１５から端点１５ａを除外する。この端点１５ａは、両端の1点づつに限らず端点からそれぞれ数点、例えば２点等とすることもできる。端点１５ａはデータとして乱れやすいため、これを除外して正確な演算を可能とする。

演算部７は、端点１５ａを除外した座標値群１５から図４のように素線３ａ（図１）の円形の断面形状１５ｂを近似してから座厚を演算する。このとき、演算部７は、近似した円形の断面形状１５ｂから外れた図４で示す座標値データ１５ｃを除外して図５の座標値群１５とし、再度図６のように近似を行う。

このように、端点１５ａや円形の断面形状１５ｂから外れた座標値データ１５ｃを除外することにより、座標値群１５の測定点が少ない座部３ｃにおいても、より正確な測定を行わせることができる。

なお、一度除外した端点１５ａであっても、図４のように最初の近似円から大きくずれていない場合は、これを含めて図６の再度の近似を行わせることもでき、可能な限りデータを増やして誤差を抑制することができる。

そして、図７のように、円形の断面形状１５ｂの近似から中心位置Ｏを演算し、この中心位置Ｏに基づき座厚を演算する。

表示部８は、演算部７の演算結果により、座厚を視覚的に出力表示する。座厚の演算結果は、印刷出力することもできる。

したがって、制御部１３の制御でレーザー変位センサ５によるレーザーの照射によりコイルばね３の座部３ｃに沿って測定点のデータを取得し、かかるデータから演算部７により座標値群１５を検出し、図３〜図６のように円形の断面形状１５ｂを近似し、素線３ａの円形断面の中心位置Ｏを検出し、巻端部の先端の座厚を演算することができる。なお、座標値群を、コイル周方向に沿って所定間隔で複数群検出し、座厚をコイル周方向に沿って複数箇所演算することもできる。
［座厚測定プログラム及び方法］
図８は、座厚測定のフローチャート、図９は、座標値群を示す概念図、図１０は、座標値群、中心位置、及び座厚を示す概念図である。

前記演算部７でのデータの処理が開始されると、図８のステップＳ１（以下、各ステップをＳにより略称する。）において、「データ群をＸ値の小さいものから測定値Ｐ_１、Ｐ_２、・・・Ｐ_ｎ（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ）とし、全ての処理はＰ_１から順に行なう」処理が実行される。前記のように、Ｘ，Ｙ座標軸のＸ軸は、コイル軸方向、Ｙ軸は、コイル径方向に設定している。この処理により、レーザー変位センサ５が動作し、測定点の測定が行われＳ２へ移行する。

Ｓ２では、「測定値の読み込み」の処理が実行され、測定された測定値Ｐ_１−ｎ（Ｘ_１−ｎ、Ｙ_１−ｎ）が一つずつ読み込まれ、Ｓ３へ移行する。なお、測定値Ｐ_１−ｎ（Ｘ_１−ｎ、Ｙ_１−ｎ）は、Ｐ_１（Ｘ_１、Ｙ_１）からＰ_ｎ（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ）までの測定値を意味する。

Ｓ３では、「判断対象の測定値を前後の測定値と比較し、異常値はないか？」の判断処理により、異常値であると判断されれば（Ｎｏ）、Ｓ４へ移行し、異常値ではないと判断されれば（Ｙｅｓ）、その測定値の記憶が行われＳ５へ移行する。異常値か否かの判断では、例えば予め測定した素線３ａの直径から、ある測定値Ｙ_ｍの前後の測定点のＹ方向の測定値Ｙ_ｍ−１、Ｙ_ｍ＋１、とその間の測定点の測定値Ｙ_ｍとの間の差の閾値ａ_ｍ−１、閾値ａ_ｍ＋１を設定する。測定値Ｙ_ｍ−１、Ｙ_ｍ＋１間の比較も同様に行い、精度を向上させることができる。この閾値ａ_ｍ−１、閾値ａ_ｍ＋１と実際の測定値間の差とを比較することで判断対象の測定値が前後の測定値に対し異常値か否かが判断される。なお、異常値判断の閾値は一定の値とすることもできる。レーザー変位センサ５を構成する反射型レーザー変位計では、測定原理的に、測定する表面の状態などにより異常値となる場合が存在する。この異常値を予め排除し、より精度の高い近似を行わせることができる。

Ｓ４では、「測定値を、前後の測定値の平均値とする」の処理により、前後の二つの測定点の測定値の平均が測定値として記憶されステップＳ５ヘ移行する。例えば、測定値Ｐ_１、Ｐ_３の平均値をＰ_２とし、同様に、順次前後の平均により、Ｐ_３、・・・Ｐ_ｎ−１（Ｘ_ｎ−１、Y_ｎ−１）を決める。このように、異常値を取り除き、測定値を前後の二つの測定点の座標値の平均とすることで、測定値のばらつきが抑制され、より精度の高い近似を行わせることができる。なお、測定値Ｐ_１、Ｐ_２の平均値を測定値Ｐ_１とし、同様に、順次前後の平均により、測定値Ｐ_２、・・・Ｐ_ｎ-１（Ｘ_ｎ-１、Ｙ_ｎ-１）を決定することもできる。

Ｓ５では、「全ての測定値について上記処理を行ったか？」の判断処理が行われ、全ての測定値Ｐ_１−ｎ（Ｘ_１−ｎ、Ｙ_１−ｎ）について処理が完了していなければ（Ｎｏ）、Ｓ２へ戻り、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の処理が繰り返される。本実施例では、巻端部の先端の座部３ｃの測定値群が、全ての測定値となる。但し、素線３ａに沿って一定間隔により測定された複数群を全ての測定値とすることもできる。この場合、巻端部に沿って座厚の変化を測定することができる。Ｓ５において、全ての測定値について処理が完了したと判断されれば（Ｙｅｓ）、Ｓ６へ移行する。

したがって、例えば図９にＸＹ座標で概念的に示すように、座部に対応する測定値群を得ることができる。

Ｓ６では、「Ｐａ（Ｘａ、Ｙａ）〜Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）に対して円近似を行い、近似円を生成するａ＞１、ｂ＜ｎ、ａ＜ｂ」の処理により、図４のように、最小二乗法により最初の近似円を生成し、Ｓ７へ移行する。この円近似では、図４のように、複数の測定点の座標値群１５から端点１５ａが除外されている。

Ｓ７では、「測定値の読み込み」の処理により、測定値が順に読み込まれ、Ｓ８へ移行する。

Ｓ８では、「測定値と生成した近似円との距離がＬ（定義値）を越えているか？」の判断処理により、越えていれば（Ｙｅｓ）、Ｓ９へ移行し、越えていなければ（Ｎｏ）、Ｓ１０へそのまま移行する。この処理により、Ｓ３の異常値の除外よりもさらに厳密な除外を行わせることができる。

Ｓ９では、「測定値を除外する」の処理により、図４で示すような座標値データ１５ｃを除外し、Ｓ１０へ移行する。

Ｓ１０では、「全ての測定値について上記処理を行ったか？」の判断処理が行われ、前記前後の測定値の平均として特定された全ての測定値Ｐ_１-ｎ（Ｘ_１-ｎ、Ｙ_１-ｎ）について処理が完了していなければ（Ｎｏ）、Ｓ７へ戻り、Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０の処理が繰り返される。全ての測定値Ｐ_１-ｎ（Ｘ_１-ｎ、Ｙ_１-ｎ）について処理が完了していれば（Ｙｅｓ）、Ｓ１１へ移行する。

Ｓ１１では、「残った測定値群に対して円近似を行い近似円を生成する。＊近似円中心座標をＯ（Ｘｏ，Ｙｏ）、近似円の半径をＲとする」の処理により、前記図４で示す座標値データ１５ｃ等を除外して図５のように残った座標値群１５に対して図６のように再度近似円を生成し、図７のように、中心位置Ｏを演算する。この近似円の半径がＲとされる。

この中心位置Ｏの演算により、図１０のように座面厚さ（座厚）が演算される。

図１０の演算では、座標値群１５が中心位置Ｏ（Ｘｏ，Ｙｏ）を跨いで測定されており、下端点のＸ軸座標をＸ_１、中心位置ＯのＸ軸座標をＸ_０、近似円の半径Ｒとし、
座厚＝Ｘ_０-Ｘ_１+Ｒ
としている。

したがって、例えば図２に概念的に示すような座部の座標値群から座厚を演算することができる。

本発明実施例の座厚測定装置１は、円形断面形状を有する素線３ａで形成されコイル端部が平坦な座面３ｂに形成された座部３ｃを有するコイルばね３の座厚を検出する座厚測定装置１であって、コイル径方向の一側から座部３ｃの外表面にレーザー光を照射し反射する測定点の座標値を座部３ｃのコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点の座標値群に基づいて座厚を演算することができ、画像処理を不要とし、処理を簡単且つ確実に行わせて座厚を得ることができる。

レーザー変位センサ５を使用するから、撮影画像からの測定に比較してより高精度な測定ができ、角度特性も良い。
［その他］
上記実施例では、コイルばね３の素線３ａを円形断面としたが、例えば楕円断面等にも同様に適用することができる。

１ 座厚測定装置
３ コイルばね
３ａ 素線
３ｂ 座面
３ｃ 座部
５ レーザー変位センサ
７ 演算部
８ 表示部
１１ アクチュエータ
１３ 制御部
Ｏ 断面中心位置（断面中央位置）

Claims (9)

1. コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を検出する座厚測定装置であって、
   前記コイルの径方向の一側から前記座部の外表面にレーザー光を照射し反射する測定点の座標値を前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で検出するレーザー変位センサと、
   前記複数の測定点の座標値群に基づいて前記座厚を演算する演算部と、
   を備えたことを特徴とする座厚測定装置。
2. 請求項１記載の座厚測定装置であって、
   前記演算部は、前記コイルばねを形成する素線の断面形状を近似してから前記座厚を演算する、
   ことを特徴とする座厚測定装置。
3. 請求項２記載の座厚測定装置であって、
   前記演算部は、前記座標値群の端点側の座標値データを除外して前記近似を行う、
   ことを特徴とする座厚測定装置。
4. 請求項２又は３記載の座厚測定装置であって、
   前記演算部は、前記近似した断面形状から外れた座標値データを除外して前記近似を行う、
   ことを特徴とする座厚測定装置。
5. 請求項２〜４のいずれか1項記載の座厚測定装置であって、
   前記断面形状の近似から断面中央位置を演算し、この断面中央位置に基づき前記座厚を演算する、
   ことを特徴とする座厚測定装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項記載の座厚測定装置であって、
   前記演算部の演算結果を表示する表示部を備えた、
   ことを特徴とする座厚測定装置。
7. コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を求める機能をコンピュータに実現させる座厚測定プログラムであって、
   前記機能は、前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で取得した座標値群に基づいて前記座厚を演算する、
   ことを特徴とする座厚測定プログラム。
8. コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を求める機能をコンピュータに実現させる座厚測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な座厚測定プログラム記録媒体であって、
   前記機能は、前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で取得した座標値群に基づいて前記座厚を演算する、
   ことを特徴とするコンピュータにより読み取り可能な座厚測定プログラム記録媒体。
9. コイル端部が平坦な座面に形成された座部を有するコイルばねの座厚を求める座厚測定方法であって、
   前記座部のコイル軸方向に沿った断面における外表面の複数の測定点で取得した座標値群に基づいて前記座厚を求める、
   ことを特徴とする座厚測定方法。

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