JPH0619251B2 - 多数の円筒面により構成された物品の外形状測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば自動車排ガス浄化器に用いられている異
形ハニカム構造体のような、外周面が凹部を持たない多
数の円筒面により構成され、かつ軸線方向に断面形状の
変化のない筒状の物品の外形状測定方法の改良に関する
ものである。

（従来の技術） 自動車の排ガス浄化用の触媒担体として用いられるセラ
ミックス製のハニカム構造体は、従来は円筒状あるいは
楕円筒状のものが一般的であったが、近年では例えば第
１図に示されるように外周面が凹部を持たない多数の円
筒面により構成された異形ハニカム構造体が用いられ始
めている。そしてこれらのハニカム構造体はケーシング
の内部に正確にセットされる必要があるため、その外形
状を正確に測定する必要がある。一般に、このような物
品の外形状の測定には理想形状に許容できる寸法公差を
加味した限界ゲージが用いられ、物品がこの限界ゲージ
を通るか否かによって良否を判定する方法が採られてい
る。しかしこのような接触式の測定法は、ハニカム構造
体のようなセラミックス製の内薄の物品については表面
を破損するおそれがあり、好ましくない。

そこで本出願人は特開昭５５−３７９１９号公報に示さ
れるように、円筒形又は楕円形状のハニカム構造体をタ
ーンテーブル上に載せて回転させ、その端面に平行光線
を照射して物品により平行光線が遮られる位置の変化を
受光器により検出して外形状を測定する装置を既に開発
し、実用化している。ところがこの先行発明の装置は円
筒状又は楕円形状の物品を対象とするものであり、外周
面を構成する円筒面の中心点がＸ軸又はＹ軸上に存在す
ることを前提としているため、第１図に示されるように
中心点Ｏ_１〜Ｏ_７にいくつかがＸ，Ｙ軸上に存在しない
物品については正確な測定が行えない欠点があった。即
ち、この従来技術においてはターンテーブルを回転させ
たときに得られる平行光線の遮断位置の変化がピークを
示すターンテーブルの回転角度を検出してターンテーブ
ル上への物品のセット角度のずれ等を補正するのである
が、第１図に示されるような形状の物品については変化
がなだらかとなり、ピークの位置を正確に読み取ること
ができなかったのである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記のような従来の問題点を解決して、第１図
に示されるようにＸ又はＹ軸上に存在しないいくつかの
中心点を持つ多数の円筒面により外周面が構成された物
品の外形状を正確に測定することができる方法を提供す
るために完成されたものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、外周面が凹部を持たない多数の円筒面により
構成された物品をターンテーブル上の所定位置に載せて
回転させつつ、この物品の一端面に平行光線を照射して
物品の端面で平行光線が遮られる幅とターンテーブルの
回転中心から該平行光線までの距離との和Ｌの変化を受
光器によりターンテーブルの回転角度θの関数Ｌ（θ）
として検出し、そのデータをコンピュータのメモリに取
込んだうえでＬ（θ）＋Ｌ（θ＋180゜）の演算を行
い、この演算値と理想形状の物品についての同様の演算
値とを比較してそのピーク位置のθ方向の差からまずタ
ーンテーブル上の物品の角度ずれを演算して補正し、次
に両演算値のＬの値の差からターンテーブル上の物品の
位置ずれを演算して補正し、これらの補正後のＬ（θ）
のデータに基づいて物品の外形状についての正しい測定
値を得ることを特徴とするものである。

（作用） 本発明によれば、ターンテーブル上に載せて回転される
物品の端面で平行光線が遮られる幅とターンテーブルの
回転中心から該平行光線までの距離との和Ｌ（θ）の変
化から直接ピーク値及びピーク値を示すターンテーブル
の角度θを読み取るのではなく、Ｌ（θ）と、180゜ず
れた角度位置θ＋180゜のときのＬ（θ＋ 180゜）との
和、即ちＬ（θ）＋Ｌ（θ＋180゜）の演算値に基づい
てピーク値及び角度θの読取りを行うので、後の実施例
にも示すとおり第３図に示すような多数の円筒面により
構成されに物品についてもシャープなピークを持った曲
線を得ることができる。従って本発明によればターンテ
ーブル上の所定位置に物品を載せるときに不可避的に生
ずるターンテーブルと物品間との間の微小な位置及び角
度のずれをコンピュータ上で正確に検出してＬ（θ）の
データを補正することができ、物品の外形状の測定を極
めて正確に行うことが可能となる。

（実施例） 次に本発明を図面を参照しつつ更に詳細に説明するが、
それに先立ってまず第３図に示される物品の形状を表現
するための変数を定める。

図中に記したとおり、円筒面の中心点をＯ_１、Ｏ_２、…
…Ｏ_７とし、物品の最大長さの方向をＹ軸、これに直角
方向をＸ軸とする。実施例では外周面が凹部のない７つ
の円筒面により構成された物品が示されており、Ｏ_３、
Ｏ_７を通る直線がＹ軸とされているが、中心点の数やＸ
軸、Ｙ軸の方向は対象物品によって変化することは言う
までもない。しかし中心点の数が４以下の場合には従来
技術によって測定しても大差はないため、本発明が測定
対象とする物品は５以上の中心点を持つものが中心とな
る。

第４図のように、これらの中心点Ｏ_ＮとＸ，Ｙ座標軸の
原点Ｏとの距離をＹ_Ｎとし、線分Ｏ，Ｏ_Ｎの方向をＸ軸
を起点として時計まわりに測った角度をθ_Ｎ、各中心点
Ｏ_Ｎのまわりに描かれる円筒面の曲率半径をＲ_Ｎ、隣接
する２つの円筒面の接点を変曲点Ｐ_Ｎとする。また各円
筒面どうしはなめらかに接続しているので第５図のよう
に変曲点Ｐ_Ｎは中心点Ｏ_Ｎと中心点Ｏ_Ｎ１とを通る直線
上に位置することとなり、この直線をＸ，Ｙ座標軸の原
点Ｏを通るように平行移動したうえでその直線がＸ軸に
対してなす角度を変曲角Ｐ_PNとする。

本発明においては、上記のような外周面が多数の円筒面
により構成された物品(1)を第１図に示されるようにタ
ーンテーブル(2)上の予め定められた所定位置にセット
して回転させるとともに、投光器(3)からレーザ光線の
ような平行光線を物品(1)の一端面に向けて照射し、受
光器(4)によって物品の端面で平行光線が遮られる幅ｅ
を測定し、予め正確に測定されているターンテーブル
(2)の回転中心までの距離Ｒとの和をＬとする。このＬ
の値はターンテーブル(2)の回転角度θの関数Ｌ（θ）
となり、物品(1)が理想形状であり、ターンテーブル(2)
の所定位置に正確に置かれた場合には次式のとおりとな
る。

Ｌ（θ）＝Ｒ_Ｎ＋Ｙ_Ｎ・COS（θ_Ｎ−θ） 但し、θが前述した変曲角θ_PNを越えるごとにＮの値が
変化するので、例えば ０≦θ≦θ_P1のとき Ｌ（θ）＝Ｒ_１＋Ｙ_１・COS（θ_１−θ） θ_P1＜θ≦θ_P2のとき Ｌ（θ）＝Ｒ_２＋Ｙ_２・COS（θ_２−θ） のようにＲ_Ｎ、Ｙ_Ｎ、θ_Ｎの値が変化する。この計算に
より求められたＬ（θ）の値を０≦θ≦360゜の範囲に
わたり図示すると、第２図の太線のとおりとなる。

しかし実際に形状測定を行う場合には、ターンテーブル
の中心と物品(1)の中心とは第６図に示されるようにＯ
からＯへ位置がずれるとともに、その方向もψだけねじ
れることが避けられず、このため現実に測定されたＬ
（θ）のグラフは例えば第２図に細線で示されるように
変化する。そこでこのような中心位置及び角度のずれを
Ｌ（θ）のピーク値及びそのときのθの値を利用して補
正するのであるが、このような物品についてのＬ（θ）
のグラフは第２図に示されるように比較的なだらかであ
り、ピーク値を示すθの値を正確に読み取りにくい。本
発明においてはこのような欠点を解消するため、Ｌ
（θ）のデータをコンピュータのメモリに取込んだうえ
でＬ（θ）の値にＬ（θ＋180゜）の値を加算し、Ｌ
（θ）＋Ｌ（θ＋180゜）の値を求める。この結果、第
２図に点線で示すように比較的シャープなピークを持っ
た曲線を得ることができるので、次にこの演算値に基い
てターンテーブル上の物品の位置及び角度の補正を行
う。

まずねじれ角ψを求めるには、上記のようにした求めら
れた物品についてのＬ（θ）＋Ｌ（θ＋180゜）の演算
値と、理想形状の物品についての同様の演算値とのピー
ク位置のθ方向の差を演算する。実施例の場合、θ＝90
゜及びθ＝270゜付近の前後例えば13゜の角度範囲内の
１゜おき13点のＬ（θ）のデータから次の第１回帰式ｙ
_１及び第２回帰式ｙ_２を求める。

ｙ_１（θ）＝ａ_１θ^２＋ｂ_１θ＋ｃ_１ ｙ_２（θ）＝ａ_２θ^２＋ｂ_２θ＋ｃ_２ これを前述のとおり加算し、 Ｙ（θ）＝ｙ_１（θ）＋ｙ_２（θ＋180゜） としたうえθで微分して dY（θ）／dθ＝d/dθ｛ｙ_１（θ）＋ｙ_２（θ＋180
゜）｝ を求め、この値が０となるときθの値θmaxを求め、ね
じれ角ψを ψ＝θmax−90゜ として求める。上記の演算は理想形状の物品についての
Ｌ（θ）＋Ｌ（θ＋180゜）の演算値がθ＝90゜及びθ
＝270゜付近でピークを示すことを利用したものであ
る。

上記のようにして求められたねじれ角ψを利用して、次
に物品中心のずれを第６図に示すように極座標（Ｗ：θ
_Ｗ）を用いて求める。これにはねじれ角ψを求める場合
と同様に、θ＝90゜、θ＝270゜の前後例えば13゜の角
度範囲内の１゜おき13点のデータから第３と第４の回帰
式ｙ_３、ｙ_４を求める。

ｙ_３（θ）＝ａ_３θ^２＋ｂ_３θ＋ｃ_３ ｙ_４（θ）＝ａ_４θ^２＋ｂ_４θ＋ｃ_４ 次にこれらの回帰式とθ＝０゜、90゜、180゜、270゜に
おける理想形状のＬ（θ）との差に基いて、第６図の
ａ、ｂの値を次のとおり求める。

ａ＝［｛ｙ_２（180゜−ψ）−Ｌ（180゜）｝ −｛ｙ_１（θmax）−Ｌ（０゜）｝］／２ ｂ＝［｛ｙ_４（270゜−ψ）−Ｌ（270゜）｝ −｛ｙ_３（90゜−ψ）−Ｌ（90゜）｝］／２ そしてこれらのａ、ｂの値を次式により座標変換し、 ａ＝−（ａcosψ＋ｂsinψ） ｂ＝−（ｂcosψ−ａsinψ） このようにして得られたａ、ｂの値から Ｗ＝（ａ^２＋ｂ^２）^１／２ θ_Ｗ＝ｎπ±sin^−１（ｂ／Ｙ） として物品中心のずれを示す極座標（Ｗ、θ_Ｗ）が正確
に求められる。

このように、本発明によればＬ（θ）とＬ（θ＋180
゜）との和の演算値におけるピーク位置のθ方向の差お
よびＬの値の差に基いてねじれ角ψ、中心のずれを示す
（Ｗ、θ_Ｗ）の各値を正確に求めることができるので、
物品(1)をターンテーブル(2)上の所定位置へ載せる際に
不可避的に生ずる微小な位置及び角度のずれを正しく補
正することができる。そしてこのような補正を加えた後
のＬ（θ）のデータは物品(1)の形状を標準状態におい
て表現したものとなるので、理想形状についてのＬ
（θ）との間の差を演算すれば、物品(1)の外形状が理
想形状からどれだけ変形しているかを知ることができ
る。この変形量が許容値を越えた場合には不良品として
排除することとなる。

（発明の効果） 本発明は以上の説明からも明らかなように、外周面が凹
部を持たない多数の円筒面により構成された物品の外形
状を非接触で測定することができるから、ハニカム構造
体のように肉薄の物品の形状測定に適したものである。
またこのような測定法においては物品の中心とターンテ
ーブルの中心との間に不可避的に微小な位置及び角度の
ずれを生ずるが、本発明においてはＬ（θ）＋Ｌ（θ＋
180゜）の演算値におけるピーク位置のθ方向の差およ
びＬの値の差を正確に把握し、これらのずれを補正する
ことができるので、これらのずれに影響されることのな
い正しい測定値を得ることができる。従って本発明によ
れば測定対象物品が理想形状に対してどれだけ変形して
いるかを精度良く知ることができる。よって本発明は従
来の問題点を一掃した多数の円筒面により構成された物
品の外形状測定方法として、産業の発展に寄与するとこ
ろは極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定原理を示す平面図、第２図は測定
されたＬ（θ）のグラフ、第３図は物品形状の一例を示
す平面図、第４図及び第５図は物品形状を表現するため
の各変数を説明するための平面図、第６図はねじれ角ψ
と中心のずれ（Ｗ、θ_Ｗ）との関係を説明する平面図で
ある。 (1)：物品、(2)：ターンテーブル、 θ：回転角度、Ｌ（θ）：平行光線が物品の端面により
遮られる位置の変化を示す関数、ψ：ねじれ角、（Ｗ、
θ_Ｗ）：中心のずれを表わす極座標。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面が凹部を持たない多数の円筒面によ
   り構成された物品をターンテーブル上の所定位置に載せ
   て回転させつつ、この物品の一端面に平行光線を照射し
   て物品の端面で平行光線が遮られる幅とターンテーブル
   の回転中心から該平行光線までの距離との和Ｌの変化を
   受光器によりターンテーブルの回転角度θの関数Ｌ
   （θ）として検出し、そのデータをコンピュータのメモ
   リに取込んだうえでＬ（θ）＋Ｌ（θ＋180゜）の演算
   を行い、この演算値と理想形状の物品についての同様の
   演算値とを比較してそのピーク位置のθ方向の差からま
   ずターンテーブル上の物品の角度ずれを演算して補正
   し、次に両演算値のＬの値の差からターンテーブル上の
   物品の位置ずれを演算して補正し、これらの補正後のＬ
   （θ）のデータに基づいて物品の外形状についての正し
   い測定値を得ることを特徴とする多数の円筒面により構
   成された物品の外形状測定方法。