JPH0312241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、計測部が連続回転しながら被検体の
外径を計測する光学式外径計測装置に関する。

〔従来の技術〕

鋼管、棒鋼などの外面が円柱状の物体は種々の
位置で外径を測定して真円度を知る等の測定を行
なう。この場合被検体と測定装置は相対回転させ
ることになるが、被検体が大型、大重量物である
とこれを回転させるのは大変であるから、測定装
置の方を回転させることになる。この種の測定装
置の一例を第３図に示す。

図示のようにこの測定装置は、送りねじ軸SS
に取付けられた一対の投光器ａ，ｂ、該送りねじ
軸を回転させるモータＭ、その回転角従つて投光
器ａ，ｂの位置を検出するエンコーダENC、他
方の送りねじ軸に取付けられた一対のカメラａ，
ｂ、モータＭ及びエンコーダENCを回転円板Ｄ
上に配設してなる。円板Ｄの中央には孔があり、
この孔を被検体であるパイプが貫通する。送りね
じ軸は中央の左側、右側ではねじ山が逆に切つて
あるのでモータＭを一方向に回転させると投光器
ａ，ｂ、カメラａ，ｂは互いに接近し、逆方向に
回転させると互いに離れる。エンコーダによりカ
メラａ，ｂの原点からの移動量を知り、カメラの
出力からカメラ視野内のパイプ端面位置が分れ
ば、パイプ外径を求めることができ、円板Ｄを回
転させて種々の回転位置で外径測定をすれば、パ
イプ真円度を求めることができる。

第４図は上記のパイプ端面位置を求める従来装
置を示し、５はCCDなどのリニアセサで構成さ
れる前述のカメラ、５１は該カメラの多段階状出
力ビデオ信号を滑らかにするCR波形整形回路、
１２は設定器１１からの基準値で整形回路５１の
出力を比較し、該出力が基準値を越えるときアン
ドゲート１３を開く比較器、２５は増幅器でアン
ドゲート１３を通つたクロツク発生器１からのク
ロツクを増幅し、スリツプリング及びブラシ機構
５２を通して該クロツクを外部へ送出する。３０
はレシーバ、１４はカウンタ、１５はラツチメモ
リである。この第４図の回路はカメラａ，ｂに対
してそれぞれ別々に設けられるが、構成は同じで
ある。カメラ例えばａへ入射する光は第３図の如
くであるとし、走査は左から右へ行なうとする
と、カメラａのビデオ信号は前半は高レベル
（明）、後半は低レベル（暗）であり、中間で高、
低が切換わる。設定器１１の基準値を適当に定め
ておけば、走査開始から該中間までアンドゲート
１３が、カウンタ１４へ送られて計数され、その
計数値がメモリ１５にラツチされる。この計数値
はカメラ視野の始端からパイプ端面までの距離を
示すから、カメラｂ側の同様な計数値により該カ
メラの視野終端からパイプ端面までの位置を知
り、これらのカメラａ，ｂの位置とからパイプ外
径を求めることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこの従来装置では次のような欠点
がある。即ち、カメラ出力の前記中間部における
高／低切換えは余り急峻なものではなく、このた
め基準値によつて検出結果が変り、検出精度が高
くない。また外部へはスリツプリング機構５２を
通してクロツクを送出するので雑音に弱い。この
クロツクの周波数はイメージセンサカメラ５の撮
像素子を2048個とし、１走査の時間を8mSとする
と、250KHzになり、かゝる高周波パルス信号が
スリツプリング機構を通して送出されると雑音が
混入し易く、また混入した雑音の除去手段に適当
なものがなく、各走査における測定結果がのそれ
と大幅に異なるなら当該測定データは異常とす
る、という程度である。またスリツプリング機構
は各カメラ対応で設ける必要があり、カメラ２台
なら２組必要である。

本発明はかゝる点を改善し、測定精度を向上さ
せ、また雑音に強いようにしようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はパイプ又は棒状材料の外径を、回転板
に取付けた複数個のリニアイメージセンサカメラ
を用いて光学的に各回転位置で測定する外径計測
装置において、該回転板に該カメラと、そのカメ
ラ出力を滑らかにする遅延積分回路と、該回路の
出力を微分する第１微分回路と、その微分出力を
更に微分する第２微分回路と、遅延積分回路の出
力と第２微分回路の出力との差を出力する減算回
路と、該減算回路の出力が基準値以上のときゲー
トを開く比較器と、該ゲートを通して入力された
クロツクを計数するカウンタと、該カウンタの計
数値をカメラ位置データ及びパリテイビツトと共
に直列信号の形態で送出する回路を搭載し、一
方、静止側はスリツプリング機構を介して該直例
信号を入力されるレシーバと、該レシーバ出力を
逐次入力される複数個直列のシフトレジスタ群
と、該シフトレジスタ群に入力された受信直列信
号のパリテイ及びフオーマツトチエツクをする回
路と、該チエツク回路でのチエツク結果が正常の
とき該シフトレジスタ群の各シフトレジスタのデ
ータを取込むラツチ回路とを配設してなることを
特徴とするものである。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明の実施例を示し、
前者は回転円板Ｄに搭載される部分、第２図は該
円板の外部の静止部分に取付けられる部分であ
る。第４図と同じ部分には同じ符号が付してあ
る。本実施例は鋼管工場で造管されたパイプの外
径真円度計測用で、照度自動制御の投光器と共に
円板Ｄに取付けられる第１図部分は毎秒１回転程
度の速さで回転する。

第１図に示すように本装置ではカメラ５と比較
器１２の間に遅延積分回路６（これは第４図の整
形回路５１に相当する）、第１微分回路７、第２
微分回路８、および減算回路１０を設ける。第５
図を参照しながらこの部分の回路の動作を説明す
ると、カメラ５の出力は第５図１の如くであり、
カメラ５ａでは前半が高レベル、後半が低レベル
である。カメラ５ｂは、カメラ５ａと同様な走査
をするならこの逆になるが、本例では右から左へ
カメラ５ａとは逆の走査をするのでやはり前半が
高レベル、後半が低レベルであり、第５図では図
示省略している。カメラはCCDなどのラインセ
ンサであるから出力は微細ながら階段状を呈す
る。遅延積分回路６はこれを滑らかにして第５図
２の如くする。第１微分回路７はこれを微分して
第５図３の如き出力を生じ、第２微分回路８は更
にそれを微分して第５図４の如き出力を生じる、
減算器１０では２と４の差をとり、第５図５の如
き出力を生じる。この出力５は同２と比較すれば
明らかなように高、低切換部が垂直に起立してお
り、比較器１２の基準値が若干上、下にずれても
比較器出力には殆んど影響がない。第５図６は比
較器１２の出力を示す。この垂直起立部は１次微
分値が最大、従つて高、低変化が最も大きい所に
対応しており、この部分にパイプ端面があるとし
てよいから、このような信号処理により外径測定
精度を上げることができる。

カウンタ１４はアンドゲート２及び１３を通つ
て入力したクロツク発生回路１からのクロツクを
計数し、その計数はパルス発生回路２９がパルス
Ｚを出力するときメモリ１５にラツチされる。こ
のパルスＺはワンシヨツト回路１６にも入力して
該パルスＺの消滅に続いてパルスＰを発生させ、
パルスＰはカメラ５に入つて走査開始を指示する
スタートパルスになり、またカウンタ１４に入つ
てリセツトパルスとなる。従つてメモリ１５にラ
ツチされるのはカウンタ１４がリセツトされる直
前の計数値である。パルスＰはまたフリツプフロ
ツプ４に入力してこれをセツトし、アンドゲート
２を開く。このフリツプフロツプ４は、こうして
カメラ５の走査開始時にセツトされてアンドゲー
ト２を開き、分周器３が出力を生じるときリセツ
トされてアンドゲート２を閉じる。分周器３はカ
メラ５の撮像素子数、本例では2048個だけクロツ
クが出るとき出力を生じる。クロツク発生器１は
各カメラに付属しており、これに対してパルス発
生回路２９は各カメラに共通に設けられる。従つ
て各カメラの走査開始は同時に行なわれ（データ
取込み誤りを防止すべく各カメラ間の同期化が図
られ）、走査終了は各カメラ毎に行なわれる。

ラツチメモリ１５へは１つのカメラでの計測デ
ータがラツチされ、他のカメラでの計測データ
（この計測回路は図示を省略しているが同じ構成）
はメモリ２８にラツチされる。各カメラでの計測
データ及び、投光器位置を検出するエンコーダ２
６の出力、カメラ位置を検出するエンコーダ２７
の出力は直列信号でスリツプリング機構５２を通
して外部へ送出される。エンドビツト（本例では
２ビツト）用マルチプレクサ１７、投光器位置エ
ンコーダ用（同16ビツト）マルチプレクサ１８、
カメラ位置エンコーダ用（同16ビツト）マルチプ
レクサ１９、カメラａ，ｂ用ラツチメモリ１５，
２８用（同ａ，ｂとも11ビツト）マルチプレクサ
２０，２１、本伝送路のアドレス用（同４ビツ
ト）マルチプレクサ２２、および全体の同期ビツ
ト用（同４ビツト）マルチプレクサ２３は、該直
列信号（同64ビツト）を作成する回路素子であ
る。これらのマルチプレクサは具体的にはシフト
レジスタである。該直列信号に、パリテイビツト
発生回路２４でパリテイビツトを付加し、ホトカ
プラ２５、スリツプリング機構５２を通して外部
へ送出する。

投光器ａ，ｂとしては小型の平行光源を用い、
カメラａ，ｂと同調して位置を変えるが、この位
置制御用に投光器位置データを静止側へ送る。静
止側へ送られた投光器位置データは、投光器位置
確認表示器の駆動にも用いられる。なお特に説明
しなかつたが、回転板Ｄの回転位置も検出し、円
形パターン表示の時の位置情報、１回転毎の平均
外径及び真円度計算に供する。

パルス発生回路２９はパルスＸ，Ｙ，Ｚを出力
し、これらは第６図に示す波形を有する。パルス
Ｘは連続しており、上記直列信号発生のためのシ
フトパルスになる。パルスＺは前述のようにラツ
チ用などになり、１直列信号の伝送完了毎に発生
する。パルスＹはパリテイビツトを作成させるも
ので、直列信号の同期用４ビツトを除く全ビツト
従つて60ビツトに対しその反転ビツトを発生させ
る。従つて送出される直列信号は64＋60＝124ビ
ツトである。これを4mS毎に送出するとして、ス
リツプリング機構を通して送出されるパルスの周
波数は16KHz程度となり、第４図の250KHzに比
べて大幅に減少する。

第２図の受信側ではかゝる直列信号をレシーバ
３０を通してシフトレジスタ３２，３５〜４０へ
取り込む。この取込みにはシフトパルス発生器３
１を用い、これはレシーバ３０の出力より受信信
号のエツジに同期したクロツク（シフトパルス）
を作成する。シフトレジスタ４０に直列信号の先
頭の同期ビツト４ビツトが入つたとき、シフトレ
ジスタ３９，３８，３７，３６，３５，３２には
アドレスビツト４ビツト（これにパリテイが入る
ので実際は８ビツト、以下同じ）、カメラａ用11
ビツト、カメラｂ用11ビツト、カメラ位置エンコ
ーダ用16ビツト、投光器位置エンコーダ用16ビツ
ト、エンドビツト２ビツトが入ることになる。な
おパリテイビツトはデータビツトと対になつてい
るので、レジスタ３９，３８，……の容量は上記
の倍である。同期ビツト、アドレス、及びエンド
ビツトが予定のものであると一致検出回路４６，
４５，３３は出力を生じ、またパリテイチエツク
回路３は各データビツトとそのパリテイビツトに
対するEXORゲートと、これらのEXORゲート
の各出力を入力とするアンドゲートからなり、同
期ビツトを除く全ビツトのパリテイチエツクを行
ない、異常がなければ出力を生じ（各EXORの
出力は“１”、従つてアンドゲートの出力も
“１”）、この結果アンドゲート４７は出力を生じ
てレジスタ３８，３７，３６，３５の内容をラツ
チ回路４４，４３，４２，４１へ取込ませる。ラ
ツチ回路４４，４３が取込んだデータはカメラ
ａ，ｂ用11ビツトデータ、ラツチ回路４２，４１
が取込んだデータはカメラ、投光器各位置エンコ
ーダ用16ビツトであり、これらはパイプ外径の計
測、表示、真円度計算に利される。エンコーダ出
力から求めたカメラａ，ｂの視野の始，終端間距
離をＬ、カメラａ，ｂによる計測値を同じａ，ｂ
とすると、パイプ外径ＤはＤ＝Ｌ−（ａ＋ｂ）で
ある。

一致不検出及び又はパリテイエラー発生があれ
ばラツチ４１〜４４へのデータ取込みは行なわれ
ない。このときは必要に応じて警報表示などを行
なう。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では回転板にカウン
タなども取付けてその計数結果を送出するので、
スリツプリング機構を通して外部へ送出されるパ
ルスの周波数を低減でき、ノイズに強くすること
ができる。また伝送信号は直列信号にしたのでス
リツプリング機構を１組で済ますことができ、こ
の直列信号の先頭に同期ビツト、尾端にエンドビ
ツトを設けてフオーマツトを整えたので受信が容
易であり、かつパリテイビツトを付加したのでビ
ツトエラー検出が容易で、高精度、正確確実な外
径／真円度測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示すブ
ロツク図、第３図は外径測定装置の概要を示す説
明図、第４図は従来の計測回路を示すブロツク
図、第５図及び第６図は動作説明用の波形図であ
る。 図面で、５はカメラ、Ｄは回転板、５１は遅延
積分回路、７は第１微分回路、８は第２微分回
路、１０は減算回路、１２は比較器、１４はカウ
ンタ、１７〜２５は送出回路、５２はスリツプリ
ング機構、３０はレシーバ、３２，３５〜４０は
シフトレジスタ群、３３，３４，４５，４６はチ
エツク回路、４１〜４４はラツチ回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パイプ又は棒状材料の外径を、回転板に取付
   けた複数個のリニアイメージセンサカメラを用い
   て光学的に各回転位置で測定する外径計測装置に
   おいて、 該回転板に該カメラと、そのカメラ出力を滑ら
   かにする遅延積分回路と、該回路の出力を微分す
   る第１微分回路と、その微分出力を更に微分する
   第２微分回路と、遅延積分回路の出力と第２微分
   回路の出力との差を出力する減算回路と、該減算
   回路の出力が基準値以上のときゲートを開く比較
   器と、該ゲートを通して入力されたクロツクを計
   数するカウンタと、該カウンタの計数値をカメラ
   位置データ及びパリテイビツトと共に直列信号の
   形態で送出する回路を搭載し、 スリツプリング機構を介して該直例信号を入力
   されるレシーバと、該レシーバ出力を逐次入力さ
   れる複数個直列のシフトレジスタ群と、該シフト
   レジスタ群に入力された受信直列信号のパリテイ
   及びフオーマツトチエツクをする回路と、該チエ
   ツク回路でのチエツク結果が正常のとき該シフト
   レジスタ群の各シフトレジスタのデータを取込む
   ラツチ回路とを静止側に配設してなることを特徴
   とする外径計測装置。