JPH036407A - 外周形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は被測定物の外周形状を測定する装置に係り、特
に、光反射型距離測定器を利用して外周形状を測定する
装置に関するものである。

従来の技術 被測定物の外周形状を測定するための装置として、従来
から光走査式測定装置が知られている。

これは、細い光ビームを被測定物と交差する方向へ走査
するとともに、被測定物を挟んで反対側に設けられたイ
メージセンサ等の受光器によりその光ビームを検出し、
被測定物によ□って光が遮断された部分の寸法を測定す
るものであり、その状態で測定装置を被測定物のまわり
に回転させることにより、被測定物の横断面形状や直径
寸法２幅寸法等の外周形状が測定される。また、被測定
物と測定装置とを上記回転中心線と平行な方向へ相対移
動させることにより、被測定物全体の外周形状を測定で
きる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来の外周形状測定装置は被
測定物の影を測定するものであるため、例えば被測定物
に凹みが存在してもそれを測定し得す、被測定物の外周
形状を必ずしも正確に測定することはできなかったので
ある。

本発明は以上の事情に鑑みて為されたもので、その目的
とするところは、被測定物に凹み等が存在してもそれを
正しく測定できる外周形状測定装置を提供することにあ
る。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明は、被測定物の外
周形状を測定する装置であって、（ａ）光を出射すると
ともにその光の反射光を受光して反射位置までの距離を
測定し、その距離に対応する距離信号を出力する光反射
型距離測定器と、（ｂ）一中心線まわりの回転可能に設
けられ、前記光がその一中心線に向かって出射される姿
勢で前記光反射型距離測定器を保持する回転部材と、（
Ｃ）その回転部材を前記一中心線まわりにおける一方向
へ連続回転させる駆動手段と、（ｄ）前記一中心線上に
前記被測定物が略位置する状態で、その一中心線と平行
な方向へその被測定物と前記回転部材とを相対移動させ
る移動装置と、（ｅ）前記回転部材とその回転部材を支
持する支持部材との間に設けられ、前記光反射型距離測
定器から出力された距離信号をその回転部材側からその
支持部材側に伝達する信号伝達手段と、げ）その信号伝
達手段を介して伝達される距離信号に基づいて、前記光
反射型距離測定器と前記被測定物の外周面との間の距離
からその被測定物の前記一中心線まわりにおける外周形
状をその一中心線方向に沿って順次求める信号処理装置
とを有することを特徴とする。

作用および発明の効果 このような外周形状測定装置においては、回転部材が回
転駆動される一中心線上に被測定物を配置した状態にお
いて、駆動手段によりその回転部材をその一中心線まわ
りに連続回転させるとともに、移動装置によって回転部
材と被測定物とを一中心線と平行な方向へ相対移動させ
る。これにより、上記一中心線に向かって光を出射する
姿勢で回転部材に保持された光反射型距離測定器は、そ
の一中心線上に配置された被測定物の外周面で反射され
る反射光を受光してその外周面との間の距離を測定しつ
つ、上記一中心線まわりに回転させられ且つその一中心
線と平行な方向へ被測定物に対して相対移動させられる
。

そして、かかる光反射型距離測定器から出力される上記
外周面との間の距離に対応する距離信号は、信号伝達手
段を介して回転部材側から支持部材側に伝達され、更に
信号処理装置に供給される。

信号処理装置では、上記距離信号が表す被測定物の外周
面と光反射型距離測定器との間の距離から、例えば光反
射型距離測定器と一中心線との間の距離、駆動手段によ
る回転部材の回転速度、移動装置による相対移動速度等
に基づいて、被測定物の横断面形状や大きさ等の外周形
状が求められる。

ここで、かかる本発明の表面形状測定装置は、光反射型
距離測定器を用いて被測定物の表面までの距離を測定す
るようになっているため、その表面に凹凸等が存在する
場合でもその測定が可能で、例えば外周面に凹みや疵が
ある被測定物の横断面形状や疵位置等を正確に測定した
り、断面がＬ字形状やＬ字形状等の被測定物の外周形状
を測定したりすることができるのである。

また、回転部材は駆動手段によって一中心線まわりにお
ける一方向へ連続回転させられるため、これを高速回転
させることにより被測定物の外周形状を高分解能で能率
良く測定できるとともに、例えば被測定物が上記一中心
線上を高速移動させられる場合でも外周面形状を高い精
度で測定することが可能なのである。この場合に、前記
光反射型距離測定器を上記回転部材に等角度間隔で複数
設けておけば、−層高い分解能で測定を行うことができ
る。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図および第２図は、それぞれ本発明の一実施例であ
る外周形状測定装置の正面図および側面図で、被測定物
としての円柱形状を成す銅材１゜の径寸法や表面疵等を
検査するためのものである。

かかる測定装置において、略水平な基台１２上には移動
テーブル１４が配設されており、その移動テーブル１４
は、駆動モータＩ６により送りねじ１８およびボールナ
ツト２０を介して第２図における左右方向へ直線往復移
動させられる。駆動モータ１６にはロータリエンコーダ
２２が取り付けられており、そのロータリエンコーダ２
２からは、駆動モータ１６の回転量に対応して移動させ
られる移動テーブル１４の位置を表すテーブル位置信号
ＳＴが出力される。上記移動テーブル１４および駆動モ
ータ１６等により移動装置が構成されている。

移動テーブル１４上には支持部材としてのフレーム２４
が固設されている。フレーム２４の上部は、第３図から
も明らかなように、移動テーブル１４の移動方向と平行
な円筒形状を成しており、その円筒内には一対のベアリ
ング２６を介して回転筒２８が回転可能に保持されてい
る。回転筒２８の一端部にはリング形状の回転板３０が
同心に固設されている一方、回転筒２８の他端部にはプ
ーリ３２が固設され、移動テーブル１４上に設けられた
駆動モータ３４によりヘルド３６を介して一方向へ連続
回転させられるようになっている。

駆動モータ３４にはロータリエンコーダ３８が取り付け
られており、そのロータリエンコーダ３８からは、駆動
モータ３４の回転量に対応して回転させられる回転板３
００回転位置を表す回転位置信号ＳＲが出力される。上
記回転板３０は回転部材に相当するもので、その回転中
心線は一中心線に相当する。また、駆動モータ３４はそ
の回転部材を連続回転させる駆動手段に相当する。

上記回転板３０には、その回転中心線を中心とする共通
の一円周上に９０°間隔で４個のレーザ測定器４０が設
けられている。このレーザ測定器４０は、レーザ光を出
射するとともにそのレーザ光の反射光をポジションセン
サやイメージセンサ等にて受光し、その受光位置に基づ
いてレーザ測定器４０から反射位置までの距離を測定す
る光反射型の距離測定器であって、何れもそのレーザ光
を回転板３０の回転中心線に向かって出射する姿勢で取
り付けられている。前記鋼材１０は、その軸心が回転板
３０の回転中心線と一致する姿勢で図示しない保持装置
によって位置固定に保持されるようになっており、上記
レーザ測定器４０は、回転板３００回転中心線に向かっ
てレーザ光を出射することによりその鋼材１０の外周面
までの距離を測定し、その距離を表す距離信号ＳＤをそ
れぞれ出力することとなる。なお、このレーザ測定器４
０の動力源は、回転板３０に電池等を取り付けたり、フ
レーム２４に磁石を固定するとともに回転筒２８にコイ
ルを設けて発電機を形成したり、スリップリングを介し
てフレーム２４側から回転筒２８側へ電力を通電したり
するなど、種々の態様で構成され得る。

一方、かかる外周形状測定装置は、第４図に示されてい
る測定回路を備えており、前記４個のレーザ測定器４０
から出力された距離信号ＳＤは、図示しないＡ／Ｄ変換
器によってディジタル信号に変換された後、回転筒２８
とフレーム２４との間に相対抗して設けられた一対のコ
イルから成る回転トランス４２を介してそれぞれフレー
ム２４側へ伝達される。この回転１〜ランス４２は信号
伝達手段に相当する。また、このようにしてフレーム２
４側へ伝達された距離信号ＳＤは、それぞれインタフェ
ース４４を介してサンプル信号ＳＳに従ってマイクロコ
ンピュータ４６に採り込まれる。

マイクロコンピュータ４６には、前記ロータリエンコー
ダ２２および３８からテーブル位置信号ＳＴおよび回転
位置信号ＳＲが供給されるようになっている。

上記マイクロコンピュータ４６は信号処理装置に相当す
るもので、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに
予め記憶されたプログラムに従つ０ て信号処理を行い、距離信号ＳＤが表す鋼材１０の外周
面までの距離、テーブル位置信号ＳＴが表す移動テーブ
ル１４の位置２回転位置信号ＳＲが表す回転板３０の回
転位置、および予め設定されたレーザ測定器４０と回転
板３０の回転中心線までの寸法Ｒに基づいて、鋼材１０
の外周形状を測定するとともに、表示信号ＤＤを表示器
４８に出力してその外周形状を表示させる。

次に、以上のように構成された外周形状測定装置の作動
を説明する。

先ず、図示しない保持装置により鋼材１０を回転板３０
の回転中心線上に位置固定に配置し、駆動モータ３４に
より回転板３０を一方向へ連続回転させるとともに、駆
動モータ１６により移動テーブル１４を直線移動させる
。鋼材１０の軸心は回転板３０の回転中心線と一致させ
られており、且つ移動テーブル１４の移動方向と回転板
３０の回転中心線は平行とされているため、回転板３０
は鋼材１０の軸心を中心として回転させられるとともに
その軸心方向へ移動させられる。また、かかる回転板３
０には、その回転中心線を中心として共通の一円周上に
レーザ測定器４０が取り付けられているため、このレー
ザ測定器４０も、鋼材１０の軸心を中心として回転させ
られるとともにその軸心方向へ移動させられることとな
る。

そして、上記レーザ測定器４０からは鋼材１０の外周面
までの距離を表す距離信号ＳＤが出力され、その距離信
号ＳＤが表す距離をｄとすると、第５図から明らかなよ
うに、その距離ｄと前記寸法Ｒとの差（Ｒ−ｄ）により
鋼材１０の半径が求められる。したがって、その距離信
号ＳＤが供給される前記マイクロコンピュータ４６にお
いては、その差（Ｒ−ｄ）を算出するとともに、回転位
置信号ＳＲが表す回転板３０の回転位置に対応させてそ
の差（Ｒ−ｄ）を表す表示信号ＤＤを出力し、前記表示
器４８に例えば第６図に示されるようなグラフを表示さ
せる。

第６図は鋼材１０の軸方向の任意の１箇所での全周（２
π）における半径を表示したものであるが、回転板３０
には９０°間隔で４個のレーザ測１ ２ 定器４０が取り付けられているため、回転板３０の１／
４回転で鋼材１０の１箇所における外周形状が測定され
る。また、第６図において実線で示されているように半
径が全周において一定であれば、その部分での鋼材１０
の横断面形状は完全な円で表面疵等は存在しないことと
なるが、例えば第５図に示されているように表面疵５０
が存在する場合には、反射光の受光位置がずれて疵深さ
Δｄを含む距離（ｄ＋Δｄ）を表ず距離信号ＳＤがレー
ザ測定器４０から供給されるため、その表面疵５０が存
在する周方向位置では第６図において一点鎖線で示され
ているように半径が小さくなり、このグラフから底深さ
Δｄおよび周方向における疵位置が認識される。

一方、上記第６図に示すグラフは回転板３０の１／４回
転毎に表示され、各グラフにはテーブル位置信号ＳＴが
表す移動テーブル１４の位置に基づいて、鋼材１０の軸
方向位置が表示されるようになっている。したがって、
鋼材１０の外周形状が軸方向に順次測定されることとな
り、軸方向における径寸法の変化や表面疵５０の位置、
長さが認識されや。

このように、本実施例の外周形状測定装置においては、
鋼材１０の表面までの距離を測定してその鋼材１０の外
周形状を測定するようになっているため、その表面に凹
凸等が存在する場合でもその測定が可能で、鋼材１０の
径寸法のみならず前記表面疵５０の疵深さや疵位置をも
正確に測定することができるのである。

なお、上側では被測定物としての鋼材１０を位置固定に
配置し、レーザ測定器４０をその回転中心線と平行な方
向へ移動させて鋼材１０の軸心方向に向かって外周形状
の測定を行うようになっているが、被測定物をレーザ測
定器４０の回転中心線に沿って移動させることも可能で
ある。その場合に、上記レーザ測定器４０を保持してい
る回転板３０はその回転中心線まわりの一方向へ連続回
転させられるため、例えば３０００〜５０００ｒｐｍ程
度で高速回転させることが可能であり、しかもその回転
板３０には４個のレーザ測定器４０３ ４ が設けられて１／４回転で一外周形状を測定できるよう
になっているため、被測定物が例えば数ｍ／秒程度の高
速で移動する場合でも、その外周形状を高分解能で測定
することができるのである。

また、この実施例では信号伝達手段として回転トランス
４２が用いられているため、上記のように回転板３０が
高速回転させられても前記距離信号ＳＤにノイズが混入
することがなく、高い精度で測定できる利点がある。

また、前記実施例の表示方法はあくまでも一例で、鋼材
１０の横断面形状をそのまま表示させるようにしたり、
三次元で立体的に表示させるようにしたり、チャート等
に記録させたりすることも可能である。更に、そのよう
な表示を行うことなく、表面疵５０の位置に塗料を付け
るようにしたり、別の疵取り装置等に疵位置や疵深さを
表す信号を送るようにしたりすることもできる。

また、前記実施例では回転板３０に９０°間隔で４個の
レーザ測定器４０が取り付けられているため、信号処理
装置としてのマイクロコンピュータ４６においては、レ
ーザ測定器４ｏの回転中心線と鋼材１０の軸心との芯ず
れ等を検出して外周形状を補正するようにしたり、相対
向する位置のレーザ測定器４０から出力される距離信号
ＳＤを差動増幅して被測定物の断面形状を測定したりす
ることもできる。なお、本発明の目的を達成する上にお
いては、レーザ測定器４ｏの数は１個或いは２個等であ
っても差支えなく、測定条件に応じて適宜定めることが
できる。

また、前記実施例ではロータリエンコーダ２２゜３８か
らテーブル位置信号ＳＴおよび回転位置信号ＳＲがマイ
クロコンピュータ４６に供給されるようになっているが
、駆動モータ１６，３４が予め定められた一定の速度で
回転駆動される場合には、それ等の信号は必ずしも必要
ない。

また、前記実施例では被測定物として円柱形状の鋼材１
０の径寸法や底位置、疵深さを測定する場合について説
明したが、Ｌ字形状やＨ形状の鋼材、樹脂製品、或いは
軸方向において横断面形状が変化するものなど、本発明
の外周形状測定装置５ ６ は種々の形状を成す被測定物の外周形状測定に利用され
得る。

また、前記実施例では信号伝達手段として回転トランス
４２が用いられているが、スリップリング等を利用する
ことも可能である。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例である外周形状測定装置の正
面図である。第２図は第１図の装置の一部を切り欠いた
側面図である。第３図は第２図の一部を拡大するととも
に切り欠いて示した図である。第４図は第１図の装置に
備えられている測定回路のブロック図である。第５図は
第１図の装置によって外周形状を測定する際の測定原理
を説明するための図である。第６図は第１図の装置の表
示器に表示される測定結果の一例を示す図である。 ２４　： ３０　＝ ３４　： ４０　： ４２　： ４６　： ＳＤ　： フレーム（支持部材） 回転板（回転部材） 駆動モータ（駆動手段） レーザ測定器（光反射型距離測定器） 回転トランス（信号伝達手段） マイクロコンピュータ（信号処理装置）距離信号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物の外周形状を測定する装置であって、光を出射
   するとともに該光の反射光を受光して反射位置までの距
   離を測定し、該距離に対応する距離信号を出力する光反
   射型距離測定器と、一中心線まわりの回転可能に設けら
   れ、前記光が該一中心線に向かって出射される姿勢で前
   記光反射型距離測定器を保持する回転部材と、 該回転部材を前記一中心線まわりにおける一方向へ連続
   回転させる駆動手段と、 前記一中心線上に前記被測定物が略位置する状態で、該
   一中心線と平行な方向へ該被測定物と前記回転部材とを
   相対移動させる移動装置と、前記回転部材と該回転部材
   を支持する支持部材との間に設けられ、前記光反射型距
   離測定器から出力された距離信号を該回転部材側から該
   支持部材側に伝達する信号伝達手段と、 該信号伝達手段を介して伝達される距離信号に基づいて
   、前記光反射型距離測定器と前記被測定物の外周面との
   間の距離から該被測定物の前記一中心線まわりにおける
   外周形状を該一中心線方向に沿って順次求める信号処理
   装置と を有することを特徴とする外周形状測定装置。