JP6192128B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物を測定する測定装置に関する。

被測定物の三次元形状を測定する様々な測定装置が普及している。このような測定装置においては、測定可能な位置に被測定物を保持して位置決めすることが必要となる。

例えば、特許文献１では、連なる三角形の貫通孔及び四角形の凹部を有し、貫通孔の壁面に押圧することで被測定物を保持する被測定物保持装置が提案されている。

また、例えば、特許文献２では、四角錐の形状の溝を有するステージにて被測定物を保持する測定装置を提案している。

特開２００６−１７０９１３号公報 特開２００７−６４６６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている被測定物保持装置は、特殊な形状であるため被測定物保持装置を生産するための原材料費、加工費等の費用が高くなるという問題がある。また、特許文献２に開示されている測定装置は、ステージに四角錐の形状の溝を刻設する必要があるため、加工費等の費用が高くなるという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、離隔した当接部に被測定物を当接させて保持することにより、費用の高騰を抑制する測定装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本願記載の測定装置は、載置面に載置された被測定物を走査して測定する測定装置であって、被測定物を当接させる二の当接部材を備え、前記二の当接部材は、前記載置面上に、間隙を設けて離隔配置されており、被測定物の有無を検出する検出照射線を、前記二の当接部材の間隙側を通って載置位置側へ、載置面に対して斜交する方向へ向けて照射する照射部を更に備えることを特徴とする。

従って、本願記載の測定装置は、載置面に載置された被測定物を離隔した当接部材に当接させることにより、被測定物を保持して位置決めを行うことができる。

本願記載の測定装置は、被測定物を当接させる当接部材の当接部を離隔するようにして配置する。これにより、比較的、簡単な構成の部材で被測定物を保持して位置決めをすることができるので、費用の高騰を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

本願記載の測定装置の外観を示す概略斜視図である。 本願記載の測定装置の外観を示す概略斜視図である。 本願記載の測定装置の一部を拡大して示す概略斜視図である。 本願記載の測定装置の一部を拡大して示す概略斜視図である。 本願記載の測定装置が備える測定機構の内部構造を概略的に示す概略斜視図である。 本願記載の測定装置の側断面を概略的に示す概略側断面図である。［図４（ａ）は概略側断面図であり、図４（ｂ）は概略正面図である］ 本願記載の測定装置が備える制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。 本願記載の測定装置の動作の一例を示す説明図である。 本願記載の測定装置の動作の一例を示す説明図である。 本願記載の測定装置の動作の一例を示す説明図である。 本願記載の測定装置の動作の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について詳述する。なお、以下の実施形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術範囲を限定する性格のものではない。

＜測定装置の構造＞
図１Ａ及び図１Ｂは、本願記載の測定装置の外観を示す概略斜視図である。図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係る測定装置１を示しており、測定装置１は、例えば、ベアリング用の軸受け等の回転体状の形状をなす円筒体が被測定物Ｗ（ワーク）として載置された場合に、載置された被測定物Ｗの三次元形状を測定する。なお、図１Ａは、測定装置１に被測定物Ｗが載置されていない状態を示しており、図１Ｂは、測定を行うべく測定装置１に被測定物Ｗが載置された状態を示している。

図１Ａ及び図１Ｂに例示する測定装置１は、上部の測定装置本体部１ａと、下部のラック部１ｂとを一体化した構成となっている。なお、以降の説明において、測定装置１を使用する作業者が相対する方向を前面とし、必要に応じて、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、そして、上下方向をＺ軸方向として示すものとする。測定装置本体部１ａの外形を形成する筐体は直方体状をなし、前面が上方から下方にかけて手前方向へ突出するように傾斜している。従って、測定装置本体部１ａの側面は略台形状となっている。

測定装置１内部には、被測定物Ｗを測定する空間として測定室１０が設けられており、測定室１０に対する被測定物Ｗの出し入れ等の作業用に、測定装置１の傾斜した前面には開口部１１が開設されている。測定装置１の傾斜した前面に開設された開口部１１は、前面の下部２／３程度が開口しており、左右は、両端の縁部を残し、４／５程度が開口している。開口部１１は、測定装置１内部への被測定物Ｗの出し入れ等の作業に用いられる。測定装置１の前面において、開口部１１の上方には、液晶タッチパネルを用いた表示操作部１２が配設されており、表示操作部１２により情報の表示及び操作の受け付けを行う。また、開口部１１の両側の縁部には、複数の発光素子及び受光素子を用いてライトカーテン（図示せず）が形成されており、ライトカーテンにより、作業者の手等の遮光物の挿入を検知する。

ラック部１ｂは、前面及び底面が開放された直方体状をなし、測定装置本体部１ａを作業しやすい高さに固定する台座として用いられる。ラック部１ｂには、後述する制御装置１８（図５参照）が収納されており、制御装置１８は、測定装置１の測定に関する機能を制御する。また、ラック部１ｂは、４本の脚部１７，１７，…により支持されており、各脚部１７，１７，…には昇降可能なキャスターが設けられている。そして、キャスターを降下させることにより、測定装置１を容易に移動させることが可能となる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本願記載の測定装置１の一部を拡大して示す概略斜視図である。図２Ａ及び図２Ｂは、開口部１１からの視点で測定装置１内部の測定室１０を拡大して示している。なお、図２Ａは、被測定物Ｗが載置されていない状態を示しており、図２Ｂは、被測定物Ｗが載置されている状態を示している。

測定装置１内部の測定室１０には、被測定物Ｗを載置する載置台１３が配設されており、載置台１３には二の当接部材１４，１４が離隔配置されている。また、載置台１３の上方（Ｚ軸方向）には被測定物Ｗを三次元測定する測定機構（測定部）１５が配設されている。さらに、載置台１３の後方（Ｘ軸方向）には、被測定物Ｗの有無を検出する検出照射線を照射する照射部１６が配設されている。

載置台１３は、直方体状をなし、各辺は面取りがなされ、上面の載置面１３ａが水平となるように配置されている。また、載置台１３は、縦、横、及び高さ方向が、それぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸と平行になるように配置されている。載置台１３の材質としては、御影石等の耐候性が高い材料を用いることが好ましい。

載置台１３の載置面１３ａには、直方体状をなす略同一形状の二の当接部材１４，１４が間隔を開けて「ハ」の字状に、より具体的には、長辺方向がＸＹ平面と平行となり、奥側の間隔が狭く、手前側が広くなるように離隔して配置されている。二の当接部材１４，１４の奥側の間隔は、被測定物Ｗの幅の外径より狭く、手前側の間隔は被測定物Ｗの幅の外径より広くなるように配置されている。また、略同一形状である二の当接部材１４，１４は、ＸＺ面に平行な面として定義される対称面に対し、面対称となるように配置されている。面対称となるように配置された二の当接部材１４，１４は、それぞれの長辺方向へ、例えば、被測定物Ｗに当接する側の上辺を延長することにより、対称面上で直交するように配置されている。ただし、必ずしも直角で交差するようにする必要は無く、延長線が交差する角度は鈍角であっても、鋭角であっても良い。そして、被測定物Ｗを、手前側から二の当接部材１４，１４の双方に当接させるようにして載置面１３ａ上に載置することにより、被測定物Ｗを測定するための位置決めが可能となる。被測定物Ｗは、各当接部材１４，１４の当接部（図中交差した斜線にて表記）１４ａ，１４ａ、即ち、被測定物Ｗに相対する側の側面、上辺及び下辺のうち少なくとも一つに当接することにより、位置決めがなされる。位置決めされる被測定物Ｗが回転体状の物体である場合、被測定物Ｗの対称軸は、二の当接部材１４，１４に対する対称面上に位置するように位置決めがなされる。

図２Ａ、図２Ｂ等の図面に例示したそれぞれの当接部材１４，１４は、直方体状をなすことから、例えば、二の当接部材１４，１４を「Ｌ」字状をなす一の当接部材１４として形成する場合と比べて、成形加工が容易であり、材料コストを削減することができ、点検、メンテナンス等の維持費用も削減することができる。従って、当接部材１４に関する様々なコストを抑制することが可能となる。

測定機構１５は、測定照射線（図中点線にて表記）を上方から被測定物Ｗに対して照射し、照射した測定照射線の反射線を受けることにより、照射位置から被測定物Ｗ上の反射位置までの距離を測定し、測定した距離に基づいて被測定物Ｗの外形を測定する。測定照射線は、赤外線、可視光、紫外線等の光線を使用したレーザー光であり、測定機構１５は、当該レーザー光を、帯状の幅を有し、かつ扇状に広がる測定照射線として照射する。なお、測定照射線としては、直進性を有し、被測定物Ｗで反射する音波、電磁波等の他の照射線を用いることも可能である。

照射部１６は、測定室１０の外側に配置されており、測定室１０の奥側の側壁に開設された貫通孔を通って、検出照射線を照射し、照射した検出照射線の反射状況に基づいて、載置された被測定物Ｗの有無を検出する。また、照射部１６は、離隔して配置された二の当接部材１４，１４の中間を通るように検出照射線を照射する。即ち、照射部１６が照射する検出照射線の軌跡は、二の当接部材１４，１４の対称面上を通る。検出照射線としては、レーザー光等の光線、音波、各種電磁波を使用することが可能である。検出照射線は対称面上を通り、二の当接部材１４，１４は離隔配置されていることから、検出照射線は、二の当接部材１４，１４の間隙を通って被測定物Ｗに照射される。即ち、例示したように配置した当接部材１４，１４間の間隙は検出照射線の通り道となる。また、照射部１６は、二の当接部材１４，１４の中間を通って検出照射線を照射することにより、被測定物Ｗの中心を照射する方向となるので、被測定物Ｗの有無を正確に検出することが可能である。

図３は、本願記載の測定装置１が備える測定機構１５の内部構造を概略的に示す概略斜視図である。図３は、測定機構１５の外部カバー（図中一点鎖線にて表記）を透過し、内部構造を可視化して示している。測定機構１５は、測定照射線の照射及び受光を行うセンサヘッド１５０と、センサヘッド１５０をＺ軸方向に移動させるＺ軸アクチュエータ１５１と、センサヘッド１５０をＸ軸方向に移動させるＸ軸アクチュエータ１５２とを備えている。Ｚ軸アクチュエータ１５１及びＸ軸アクチュエータ１５２は、例えば、油圧シリンダ、空圧シリンダ等のシリンダ及びピストンを用いて構成されており、センサヘッド１５０をＺ軸方向及びＸ軸方向に移動させ、センサヘッド１５０の位置決めを行う。測定機構１５は、位置決めされた位置から測定照射線を連続して照射し、また反射線を受けることにより、反射物、ここでは被測定物Ｗの反射位置までの距離を連続して測定することができる。なお、センサヘッド１５０は、測定照射線の軌跡が、二の当接部材１４，１４に係る対称面上に位置するように測定照射線を照射し、また、Ｚ軸アクチュエータ１５１及びＸ軸アクチュエータ１５２は、センサヘッド１５０が当該対称面に沿って移動するように動作する。

被測定物Ｗは、二の当接部材１４，１４に当接して位置決めがなされるため、回転体状の被測定物Ｗを中心軸が載置面１３ａに対して垂直をなすように載置した場合には、被測定物Ｗの中心軸は、面対称である二の当接部材１４，１４の対称面上に位置することになる。測定機構１５は、対称面と載置面１３ａとの交線に向けて測定照射線を照射し、走査することにより、Ｙ軸方向の位置決めをせずとも、被測定物Ｗの中心軸を通る部位を測定することが可能である。また、回転体状の被測定物Ｗは、一般的に回転させながら成形されるため、中心軸から外側へ向かう一方向に対する測定結果に基づいて、全体の形状を推測することが可能である。従って、測定装置１は、Ｙ軸方向の移動手段を用いず、Ｘ軸方向の移動手段（Ｘ軸アクチュエータ１５２）だけでも、十分な測定を行うことが可能である。

図４は、本願記載の測定装置１の側断面を概略的に示す概略側断面図である。図４は、測定装置１を、測定装置本体部１ａを中心に示したものであり、図４（ｂ）の概略正面図に示すＡ−Ａ方向の断面を図４（ａ）として示している。測定装置１の照射部１６は、検出照射線を水平方向へ向けて照射するのではなく、水平方向から１０°程度下方向へ、即ち、載置台１３の載置面１３ａに対して斜交する方向へ向けて検出照射線を照射する。

検出照射線を水平方向へ向けて照射した場合、例えば、測定室１０内又は開口部１１近傍に、作業者の手等の反射体が存在するとき、反射体で検出照射線が反射し、反射体を被測定物Ｗと誤検出する虞がある。しかしながら、検出照射線を載置面１３ａに対して斜交する方向へ向けて照射することにより、このような誤検出を防止することが可能となる。

＜測定装置の制御系統＞
次に測定装置１の制御系統について説明する。図５は、本願記載の測定装置１が備える制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。測定装置１は、前述の表示操作部１２、照射部１６、制御装置１８、センサヘッド１５０、Ｚ軸アクチュエータ１５１、Ｘ軸アクチュエータ１５２等の各種構成の他、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１９、２軸コントローラ１５４、Ｚ軸ドライバ１５５、Ｘ軸ドライバ１５６等の様々な構成を備えている。

制御装置１８は、ＣＰＵを備えたコンピュータ等の装置を用いて構成され、ＰＬＣ１９及びセンサコントローラ１５３と連係し、各種機能及び動作の設定、測定にて得られた情報に基づく測定結果の導出、解析等の制御を行う。また、制御装置１８には、モニタ、プリンタ等の出力部１８０、及びハードディスク、フラッシュメモリ等の各種記録媒体１８１が接続されている。

ＰＬＣ１９は、制御装置１８と連係し、表示操作部１２、照射部１６、２軸コントローラ１５４及びセンサコントローラ１５３を制御するようにプログラミングされた制御回路である。ＰＬＣ１９は、ユーザインタフェースとなる表示操作部１２を介して、情報の表示、操作の受け付けを行う。また、ＰＬＣ１９は、各種制御命令を出力することにより、照射部１６による被測定物Ｗの検出に関する制御、２軸コントローラ１５４を介したセンサヘッド１５０の位置決めに関する制御、及びセンサコントローラ１５３を介したセンサヘッド１５０による測定の制御を行う。

２軸コントローラ１５４は、ＰＬＣ１９からの制御命令に基づき、Ｚ軸アクチュエータ１５１の制御プログラムであるＺ軸ドライバ１５５の処理により、Ｚ軸アクチュエータ１５１の動作を制御し、また、Ｘ軸アクチュエータ１５２の制御プログラムであるＸ軸ドライバ１５６の処理により、Ｘ軸アクチュエータ１５２の動作を制御する。

センサコントローラ１５３は、ＰＬＣ１９からの制御命令に基づき、センサヘッド１５０により被測定物Ｗを測定し、測定により得られた情報を制御装置１８へ出力する。

＜測定装置の動作＞
次に測定装置１の測定に係る動作について説明する。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、本願記載の測定装置１の動作の一例を示す説明図である。図６Ａ乃至図６Ｄは、測定装置１が備える測定機構１５について、被測定物Ｗの外形測定に係る動作を概略断面図にて示している。例えば、軸受け等の回転体状の円筒体を被測定物Ｗに対し、縁部の面取り状態等の外形を測定する場合、作業者は、二の当接部材１４，１４に被測定物Ｗが当接されるように、載置面１３ａに被測定物Ｗを載置する。そして、作業者は、表示操作部１２を操作して、高さ、内径、外径等の測定項目に関する判断基準となる規格及び公差等の設定値を入力し、測定を開始する操作を行う。

測定装置１は、測定に際し、先ず、センサヘッド１５０が走査する交線方向の走査範囲を決定する予備走査を行う。ここでいう交線方向とは、二の当接部材１４，１４の対称面と載置台１３の載置面１３ａとの交線方向であり、センサヘッド１５０は、予備走査として、当接部材１４，１４に当接した回転体状をなす被測定物Ｗに対し、中心軸を通るＸ軸方向へ走査する。測定装置１は、被測定物ＷのＺ軸方向を、設定値として入力された高さに基づいて決定し、Ｘ軸方向の走査範囲を、予備走査に基づいて決定する。

図６Ａは、被測定物Ｗが載置台１３に載置された状態を示しており、センサヘッド１５０は初期位置に位置する。図６Ｂは、予備走査を開始した状態を示しており、被測定物Ｗの高さの設定値に基づき決定された高さまで、Ｚ軸アクチュエータ１５１の動作により、センサヘッド１５０がＺ軸に沿って下降している。図６Ｃは、Ｘ軸アクチュエータ１５２の動作によりセンサヘッド１５０がＹ軸に沿って前進しながら被測定物Ｗを走査している状況を示している。図６Ｃに示す走査により、被測定物Ｗが載置された位置を判断し、判断結果に基づいてＸ軸方向の走査範囲を決定する。図６Ｄは、予備走査が終了後、センサヘッド１５０が上昇及び後退し、元の位置に戻った状況を示している。図６Ｄに示す状態は、センサヘッド１５０が上昇しており、被測定物Ｗの交換をすることができる。そして、決定された走査範囲に基づいて、センサヘッド１５０は、図６Ａ〜図６Ｄに示した動作を繰り返すことにより、予備走査した被測定物Ｗ又は予備走査した被測定物Ｗと同じ規格の被測定物Ｗの測定を繰り返し行う。

被測定物Ｗの測定された結果は、高さ、内径、外径等の設定された項目についての数値結果及び規格に対する合否として、表示操作部１２に表示される。また、測定された結果を、形状を示す画像として、表示操作部１２に表示することも可能である。さらにこれらの結果を出力部１８０から出力し、また記録媒体に１８１に記録することも可能である。

以上のように本願記載の測定装置１は、被測定物Ｗの載置位置の位置決めを行うことが可能である。しかも、被測定物Ｗの成形に関するコストの増大を抑制することが可能である。また、照射部１６は、検出照射線を載置面１３ａに対して斜交する方向へ向けて照射することにより、作業者の手等の反射体の影響を受けることなく、載置状況を判定することが可能である。また、載置台１３上で、位置決めされた被測定物Ｗが回転体状の形状をなす場合、Ｚ軸方向に走査するだけで、全体の形状を推測することが可能である。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の色々な形態で実施することが可能である。そのため、かかる実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。

例えば、前記実施形態では、同一形状の二の当接部材１４，１４を面対称に配置する形態を示したが、本発明はこれに限らず、当接部材１４，１４自体は異なる形状であっても、当接部材１４，１４において被測定物Ｗに当接する当接部１４ａ，１４ａのみが面対称となるように配置されていれば良い等、様々な形態に展開することが可能である。

また、前記実施形態では、離隔して配置された二の当接部材１４，１４の間を通って検出照射線を照射する形態を示したが、本発明はこれに限らず、載置面１３ａに対して斜交する方向へ向けて照射されるのであれば、当接部材１４，１４の上方を超えて照射するようにしても良い。即ち、検出照射線は、二の当接部材１４，１４の間隙側を通って、載置位置側へ、載置面１３ａに対して斜交する方向へ向けて照射されれば良い。

さらに、前記実施形態では、直方体状の当接部材１４，１４を「ハ」の字状に載置する形態を示したが、例えば、「Ｌ」字状の当接部材１４を用い、当接部１４ａ，１４ａのみが「ハ」の字状であっても良く、またその場合、「Ｌ」字の屈曲部に貫通孔を開設し、貫通孔を通って、検出照射線を照射するようにしても良い。即ち、検出照射線は、被測定物Ｗを当接させる二の当接部１４ａ，１４ａの間隙を通って、載置位置側へ、載置面１３ａに対して斜交する方向へ向けて照射されれば良い。

１ 測定装置
１３ 載置台
１３ａ 載置面
１４ 当接部材
１４ａ 当接部
１５ 測定機構（測定部）
１６ 照射部
Ｗ 被測定物

Claims (5)

1. 載置面に載置された被測定物を走査して測定する測定装置であって、
   被測定物を当接させる二の当接部材を備え、
   前記二の当接部材は、前記載置面上に、間隙を設けて離隔配置されており、
   被測定物の有無を検出する検出照射線を、前記二の当接部材の間隙側を通って載置位置側へ、載置面に対して斜交する方向へ向けて照射する照射部を更に備える
   ことを特徴とする測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置であって、
   前記二の当接部材は、当接する部分が面対称の位置関係となるように配置されており、
   前記照射部が照射する検出照射線の軌跡は、面対称に係る対称面上に位置する
   ことを特徴とする測定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の測定装置であって、
   測定照射線を上方から照射して、載置面に載置された被測定物を測定する測定部を備え、
   前記二の当接部材は、当接する部分が面対称の位置関係となるように配置されており、
   前記測定部は、面対称に係る対称面と載置面との交線に向けて走査する
   ことを特徴とする測定装置。
4. 請求項３に記載の測定装置であって、
   前記測定部が走査する交線方向の走査範囲を決定する予備走査を行う
   ことを特徴とする測定装置。
5. 載置面に載置された被測定物を走査して測定する測定装置であって、
   間隙を設けて配置され、被測定物を当接させる二の当接部と、
   被測定物の有無を検出する検出照射線を、前記二の当接部の間隙側を通って載置位置側へ、載置面に対して斜交する方向へ向けて照射する照射部と
   を備えることを特徴とする測定装置。

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