JPS6238642B2

JPS6238642B2 -

Info

Publication number: JPS6238642B2
Application number: JP53110600A
Authority: JP
Inventors: Isao Ito
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1978-09-11
Filing date: 1978-09-11
Publication date: 1987-08-19
Also published as: GB2030286B; SE7905377L; FR2435698B1; JPS5537919A; SE442343B; FR2435698A1; CA1120590A; CH640937A5; GB2030286A; DE2926140A1; DE2926140C2; US4298285A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、円柱あるいは楕円柱状等の連続的な
凸な面を持つ製品の外形形状を非接触状態で迅速
かつ精度よく測定することができる外形形状の自
動測定方法に関するものである。

従来、例えば円柱あるいは楕円柱状の製品の外
形形状の測定には、寸法公差を加味した限界ゲー
ジに製品を当接して寸法を検出測定したり、ある
いは接触針を製品表面に接触させて寸法を測定す
る装置等が知られている。しかしながら、これら
のいずれの装置も製品に直接限界ゲージあるいは
接触針等が接触するものであるので、例えば肉薄
のセラミツクハニカム等の脆弱製品の測定には不
向きなものであつた。

本発明の外形形状自動測定方法は、従来のこの
ような測定方法の欠点を全て解決するためのもの
で、円柱あるいは楕円柱状等の連続的に凸な面を
持つ製品の外形形状を非接触状態で迅速かつ精度
よく測定することができる方法であり、連続的に
凸な面を持つ被測定物を載置して回転するターン
テーブルと、該ターンテーブルの回転角度を検出
するロータリエンコーダと、前記ターンテーブル
上の被測定物を間にはさんで対向する少なくとも
一対の平行光線投光部および平行光線受光部とよ
りなる平行光線測定器と、基準の位置を示す基準
測定片と、平行光線受光部およびロータリエンコ
ーダよりの信号ならびに予め記憶回路に記憶され
た真の形状に対応する信号を演算処理する演算器
とより少なくとも成り、被測定物を回転させなが
ら平行光線を照射して被測定物の外形形状を測定
する方法において、ターンテーブル上に載置され
た被測定物に投射された平行光線の直進が阻害さ
れなかつた受光量より測定値Ｓを求め、予め測定
し記憶しておいたターンテーブルの中心と基準測
定片との間の距離Ｌと、回転角度信号θとよりタ
ーンテーブル中心からの距離ｒ（θ）を前記Ｌと
Ｓ（θ）の差として求め、この値を予め記憶回路
に記憶しておいた真の形状に対応した設計形状ro
（θ）と比較演算し、Ｘ、Ｙ方向および角度の補
正を行い、さらに予め記憶回路に記憶しておいた
寸法公差信号と比較演算し、被測定物の外形形状
が公差内にあるか否かを判別することを特徴とす
る外形形状自動測定方法にある。

本発明の更に詳しい構成を、一具体例を示す第
１図および第２図に基づいて説明すれば、被測定
物１を定位置において回転するためのターンテー
ブル２が設けられ、該ターンテーブル２上には被
測定物１をターンテーブル２のほぼ中央に載置す
るためのガイド板３が設けられている。更にター
ンテーブル２の回転軸４には、ターンテーブル２
の回転角度を検出するロータリエンコーダ５が直
結して設けられている。そしてターンテーブル２
上の被測定物１を間にはさんで少なくとも一対の
平行光線投光部６および平行光線受光部７からな
る平行光線測定器８が対向して設置されている。

また、測定の基準となる基準測定片９が第１図
の如く設置されている。

また、平行光線投光部６および平行光線受光部
７とよりなる少なくとも一対の平行光線測定器８
は、図面に示すごとく、被測定物１の例えば上端
部Ａ、中央部Ｂおよび下端部Ｃのように複数個所
に設けることにより、製品の軸方向の歪あるいは
直角度なども同時に測定できるものである。

なお、平行光線の照射に際しては、第１図に示
すように被測定物１の一方の側のみに平行光線を
照射して、照射幅に比して寸法の大きい被測定物
の測定を行う。

こうして平行光線受光部７からの測定に関与し
た信号およびロータリエンコーダよりの回転角度
に対応した信号をそれぞれ演算器１０に入力し、
被測定物１の外形形状を測定する外形形状自動測
定方法である。

本発明は以上述べたような構成より成るもので
あるので、例えば楕円形状よりなる被測定物１を
ターンテーブル２上に載置し、平行光線投光部６
より平行光線を例えば第１図に示すように、被測
定物１の外周にその一部が衝突して直進が阻害さ
れるように照射し、直進が阻害されなかつた平行
光線が平行光線受光部７によつてその量が検出さ
れるように構成してある。まず前以つて寸法のわ
かつている基準円柱１１を第３ａ図の如く載置
し、測定曲線ｅ（θ）から演算器１０によつてそ
の平均値ｅ_n値を求める。これよりターンテーブ
ル中心Ｏと基準測定片までの距離Ｌを下記の式で
定義する。

Ｌ＝Ｒ＋ｅ_n 例えば第１図においてターンテーブル中心Ｏよ
りターンテーブル２の回転角度θにおける被測定
物１の下端部の半径ｒは、既知のターンテーブル
中心Ｏと基準測定片までの距離Ｌから受光長Ｓを
減ずることによつて極めて簡単に求めることがで
きる。このようにして、ターンテーブル２の各回
転角における半径ｒをそれぞれ求めることによ
り、被測定物１の外周寸法、歪の程度などを測定
することができる。また、被測定物１の上端部、
中央部および下端部におけるそれぞれ半径ｒの測
定値を比較することにより、被測定物１の直角度
をも求めることができる。

なお、前述のとおりターンテーブル２上には被
測定物１をターンテーブル２のほぼ中央に載置す
るためにガイド板３が設けられているが、実際に
はターンテーブル２の中心に被測定物１が載置さ
れることはほとんどなくずれているのが普通であ
る。すなわち、設計形状をもつた標準円柱をター
ンテーブル２上にターンテーブルの中心軸と設計
形状をもつた標準円柱の中心軸とを一致させて載
置して１回転させると、設計形状の回転角θに対
応して第４図に示すようにｒ＝R₁＋（Ｄ_L／２−
R₁）cosθ又はｒ＝R₂＋（Ｄ_S／２−R₂）sinθを
求めることができ、これを曲線で表わすと真の形
状の設計形状をもつた標準円柱については第５図
の曲線ａとなる。これに対し前述のとおり実際の
測定では被測定物の中心がずれているので、測定
曲線は第５図の曲線ｂのようになる。

前記位置ずれを演算器１０により補正する一具
体例を示すと、まず中心位置についての補正値
は、第５図に示すように、長径方向ｒ（dp₁＋dp₂）／２短径方向r′（dq₁＋dq₂）／２また、回転方向すなわち角度について、前記中
心位置の補正後の曲線ｃと所定の点θ_Oにおける
曲線ａとの角度差α_１、α_２、α_３、α_４から最
少二乗法によりから求められるαを角度ずれと定義する。

こうして、真の形状すなわち設計形状をもつた
標準円柱の長径Ｄ_L、短径Ｄ_S、小半径R₁、大半
径R₂の値に上で求めた長軸方向、短軸方向、角
度のずれを加え、演算器１０に実際の被測定物と
同じ中心軸において設計形状のデータに変換した
測定曲線と被測定物のデータとの差および公差と
の比較演算をする。このようにして求められた値
および合否の判定を必要により表示記録するもの
である。

なお、前記具体例は楕円形状の被測定物につい
て述べたが、楕円形状以外に円形状あるいは連続
的に凸な形状等についても演算方法が異なるのみ
で、全く同様に検出測定することができるのであ
る。

上述の説明をフローチヤートで示すと第６図の
通りである。

先ず、第３ａ図において説明したように、前も
つて半経Ｒの寸法がわかつている基準円柱１１を
ターンテーブル２上に載置し、平行光線測定器８
の平行光線投光部６より基準円柱１１に平行光線
を投光させ、他端の平行光線受光部７で受光させ
ることにし、ターンテーブル２を回転させ、ター
ンテーブル２の回転中心と基準測定片９までの距
離Ｌを測定する。この距離Ｌは既知であるとして
先に説明したが、本発明の演算器１０内での演算
は次のように行う。

基準円柱１１の半径Ｒの値は既知であるので、
このＲの値を演算器１０の記憶回路に記憶させて
おく。平行光線投光部６よりの平行光線が第３ａ
図に示すように標準物体１１にその一部が衝突し
て直進が阻害されるように照射し、直進を阻害さ
れなかつた平行光線が平行光線受光部７によつて
その量ｅが検出される。演算器１０での演算は基
準円柱実測値ｅと、ロータリエンコーダ５よりの
回転角度位置θとより各回転角度の基準円柱より
の実測値ｅ（θ）が求められる。

この基準円柱よりの実測値ｅ（θ）は第３ｂ図
に示すように、各回転角度（90゜、180゜、270
゜、360゜）において、若干の差があり、ｅ
（θ）の平均値をｅ_nとすると、基準円柱１１より
の測定データの平均化演算ｅ_n＝∫ｅ（θ）／θ
により求められる。

このようにして求められた基準円柱実測値の平
均値ｅ_nと先に記憶回路に記憶させておいて基準
円柱半径Ｒと演算器１０で加算することにより、
ターンテーブル２の中心より基準測定片９までの
距離ＬはＬ＝Ｒ＋ｅ_n として求められる。

この距離Ｌを演算器１０の記憶回路に記憶させ
ておく。なお記憶回路には、寸法公差入力ΔＤ
と、設計形状データ入力r₀（θ）とを記憶させて
おく。

ここで、ターンテーブル２上の基準円柱１１を
取除き、被測定物１をターンテーブル２上に載置
し、基準円柱の実測値ｅ（θ）を求めたと同じよ
うに、被測定物１の実測値Ｓと回転角度信号θと
より、各角度における実測値Ｓ（θ）を求め、こ
の実測値Ｓ（θ）と、前記ターンテーブルの中心
と基準測定片９との距離Ｌとより、ターンテーブ
ル中心からの距離ｒの各回転角（θ）の距離ｒ
（θ）＝Ｌ−Ｓ（θ）を演算する。

次に、Ｘ、Ｙ方向のずれ量dp₁、dp₂、dq₁、
dq₂演算をし、Δｘ、Δｙの補正量 Δｘ＝（dp₁＋dp₂）／２ Δｙ＝（dq₁＋dq₂）／２を演算し、第５図曲線ｃに示すような補正をした
補正曲線r₁（θ）を演算して、角度のずれα_１、
α_２、α_３、α_４を演算する。

上述の角度のずれα_１、α_２、α_３、α_４から
最少二乗法によりから求められる角度の補正量αを演算する。

この角度の補正量αと、前記Ｘ方向（長軸方
向）、Ｙ方向（短軸方向）の補正量ΔＸ、ΔＹと
を記憶回路に記憶した設計形状データ入力r₀
（θ）とで演算し、Ｘ、Ｙ方向および角度の補正
曲線r₂（θ）を求める。この補正値r₂（θ）と実
測値ｒ（θ）の差、および記憶回路に記憶された
寸法公差入力ΔＤとを比較演算し、 −ΔＤ／２＜ｒ（θ）−r₂（θ）＜ΔＤ／２を求めて、演算値および合否の判定を表示記録す
るのである。

本発明は以上述べたとおり、被測定物に非接触
状態でその被測定物の外形形状を精度よく測定す
ることができるものであり、円柱あるいは楕円形
状等の接触により破壊しやすい物品の外形形状の
測定に適しており、しかも１個当りの測定時間が
２〜３秒間程度と非常に短時間に測定できるもの
であつて、例えばセラミツクハニカム構造体等の
外形形状の測定に利用できるものであり、産業上
極めて有用な測定方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の具体例の上面お
よび側面を模式的に示す説明図、第３図は本発明
のターンテーブル中心と基準測定片までの距離を
測定する具体例を示す説明図、第４図は被測定物
が楕円形状の場合の説明図、第５図は被測定物が
楕円形状の場合の位置ずれにともなう１回転の線
図の説明図、第６図は演算器のフローチヤートを
示す図である。１……被測定物、２……ターンテーブル、３…
…ガイド板、４……回転軸、５……ロータリエン
コーダ、６……平行光線投光部、７……平行光線
受光部、８……平行光線測定器、９……基準測定
片、１０……演算器、１１……基準円柱。

Claims

【特許請求の範囲】

１連続的に凸な面を持つ被測定物を載置して回
転するターンテーブルと、該ターンテーブルの回
転角度を検出するロータリエンコーダと、前記タ
ーンテーブル上の被測定物を間にはさんで対向す
る少なくとも一対の平行光線投光部および平行光
線受光部とよりなる平行光線測定器と、基準の位
置を示す基準測定片と、平行光線受光部およびロ
ータリエンコーダよりの信号ならびに予め記憶回
路に記憶された真の形状に対応する信号を演算処
理する演算器とより少なくとも成り、被測定物を
回転させながら平行光線を照射して被測定物の外
形形状を測定する方法において、ターンテーブル
上に載置された被測定物に投射された平行光線の
受光量により被測定物の外形より基準測定片まで
の値Ｓを求め、予め測定記憶しておいたターンテ
ーブルの中心と基準測定片との間の距離Ｌと、回
転角度信号θとよりターンテーブル中心からの距
離ｒ（θ）を前記ＬとＳ（θ）の差として求め、
この値を予め記憶回路に記憶しておいた真の形状
に対応した設計形状r₀（θ）と比較演算し、Ｘ，
Ｙ方向および角度の補正を行い、さらに予め記憶
回路に記憶しておいた寸法公差信号と比較演算
し、被測定物の外形形状が公差内にあるか否かを
判別することを特徴とする外形形状自動測定方
法。