JPS6378014A - 棒状物の非接触測定子 - 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】 イ　産業上の利用分野 本発明は棒状物の非接触測定子に係り、その目的とする
ところは、三次元形状に曲げ加工されたパイプや丸棒と
いった棒状物の三次元形状を、三次元測定装置における
検知器を被測定物に接触させることなく形状の高精度な
測定を可滝とする棒状物の非接触測定子に関する。

口　従来技術 棒状物を三次元形状に曲げ加工するいわゆる三次元加工
に際しては、その加工された三次元形状を検査、測定す
る場合、パイプや丸棒等のように直接中心線の測定が不
可能な棒状物の三次元形状を従来の三次元測定装置で高
精度に測定することは極めて困難である。そこでパイプ
や丸棒等の三次元加工では、一般に直線状のパイプ等を
所定の箇所で曲折して加工が行なわれることに着目し、
従来では被測定物の直線部分を測定してその中心線ベク
トルを求める接触測定器具による測定装置が提案され、
例えば特開昭５０−１４７３５１号公報の「測定装置」
等が知られており、それによって三次元形状に曲げ加工
されたパイプ等が設計値通りに曲げ加工されたか否かを
判定するのに用いられていた。

ハ　発明が解決しようとする問題点 それ故、従来の三次元測定装置で使用する特定形状の測
定子は、その形状が比較的大きいため曲げ加工された被
測定物の直線部分が短い場合には測定が不可能となり、
又測定子の形状を小さくすると測定誤差が大きくなって
しまう。

更に先端が球形の測定子で測定しようとすれば、三次元
測定装置の操作が煩雑となってしまう、このように、従
来の測定装置では、測定子を被測定物に直接接触させて
測定する測定方法であったため、被測定物が接触により
移動したり、歪んだりして高い測定精度を得ることがで
きなかった。

二　問題を解決しようとする手段 従来の接触器具による測定方法においては種々の測定子
が開発されてきたものの、　Ｊｓ定子の形状をどのよう
に変更してもそれには目と限界があり、むしろ三次元測
定装置の操作が煩雑化するばかりであった。

そこで発明者は、照射方向が互いに異なる２個の投光器
と、その投光器より照射される各々の光軸上に設けられ
た２個の受光器とから成る２　ｍｌの光センサーを備え
たプローブと、前記プローブを一軸回りに回動自在に支
持する支持手段と、前記プローブの回動角度を検知する
角度検知手段とを’ｄｔｌえた棒状物の非接触測定子を
発明した。

ホ　作用 本発明の非接触測定子奢備えた三次元測定装置は、支持
手段で回動自在に支持された２組の光センサーを有した
プローブを任意の方向より被測定物に接近させ、被測定
物の輪郭を光学的に検知し、その光学的に検知した２点
以上におけるプローブの回動角度を角度検知手段により
検知するように作動させ棒状物の中心座標を非接触で測
定できる。

へ　実施例 本発明に係る棒状物の非接触測定子（以下測定子と称す
、）を図面に基いて説明する。

第１図は本発明の測定子を示したもので、プローブ１は
水平アーム１０１と垂直アーム１０２とを、互いに９０
度の角度を保ってＬ型に結合し、これら水平アーム１０
１と垂直アーム１０２の両光端には、内方に向けた突出
部１０３．１０４が形成されている。突出部１０３．１
０４には、各アームと平行で、アームの基端方向にレー
ザー光線を発射する投光器であるところの半導体レーザ
ー１０５．１０６が夫々備えられている。又半導体レー
ザーｌＯ５から発射されるレーザー光線の光軸Ａと垂直
アーム１０２との交点には、受光器である受光素子１０
８が備えられ、同様に半導体レーザー１０６から発射さ
れるレーザー光線の光軸Ｂと水平アーム１０１との交点
にも受光素子１０７が備えられ、前記光軸Ａ及び光軸Ｂ
は直交している。水平アーム１０１には光軸Ｂの延長線
上に接続部１０９が形成されており、その接続部１０９
は、支持手段２のハウジング２０１内において軸受け２
０２．２０３により回動可部に支持された垂直軸２０４
の突出先端に固定され、それによってプローブ１は垂直
軸２０４と一体的に光軸Ｂを中心として回動するように
なっている。垂直軸２０４には、千山車２０５が取り付
けられており、コイルスプリング２０６により付勢され
ているストッパ２０７により段階的に回動角度が固定回
走となっている。その回動角度は、角度検知手段である
エンコーダ２０８で検知する。

第２図はこの測定子を組み込んだ三次元測定袋ご３の説
明図であり、その三次元測定装置３は、水平ガイドバー
３０１の長手方向に沿って摺動する垂直ガイドバー３０
２に、その垂直ガイドバー３０２の長手方向に沿って上
下に摺動し、且つ両ガイドへ−３０１，３０２の長手方
向と直交方向に摺動する取り付はアーム３０３°とで構
成され、測定子はその取り付はアーム３０３先端に第１
図示のポル）３０４にて締着固定する。又三次元測定装
置３の各可動部には、夫々位置検知器３０５，３０６，
３０７が取り付けられており、これら位行検知器３０５
．３Ｏ６，３０７と測定子に設けられているエンコーダ
２０８からの信号は、信号線によって別に設けた制御装
置４に取り込み可１七に接続され、この制御装置４で被
測定物Ｐの座標値が求められるようになっている。

次にこの実施例の電気系統の制御を第３図に示すブロッ
ク図を用いて説明する。

前記三次元測定装ε３における位置検知器３０５．３０
６，３０７及びエンコーダ２０８の検知信号は全て制御
装置４内に取り込まれて被測定物Ｐの座標計算に用いら
れる。制ｇｇ装置４は周知のＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０
２．ＲＡＭ４０３、バックアップＲＡＭ４０４とで構成
されたマイクロコンピュータを主要部とし、■１０制御
回路４０５ではターミナルに備えられたキーボード４０
６から被測定物Ｐの径等のデータを入力したり、ＣＲＴ
ディスプレー４０７に計算した座標値等の表示を行なう
。

水平センサー回路４０８及び垂直センサー回路４０９は
半導体レーザーを制御し、半導体し一ザーより照射する
レーザー光を受光素子により感知している。受光素子が
レーザー光を感知している間は受光素子からの電位はハ
イレベルで、プローブを移動させて被測定物Ｐでレーザ
ー光が遮断されると受光素子からの電位はロウレベルに
なるので、その電位が下った時点の三次元測定装ｇ！１
３からのデータを座標読み込み回路４１１で読み込む、
又同時に角度読み込み回路４１０はエンコーダ２０８か
ら出るパルス信号のパルス数をＣＰＵ４０１に送る。

従ってＣＰＵ４０１は水平センサー回路４０８及び垂直
センサー回路４０９を介して２組の受光素子の電位のレ
ベルを監視し、その電位が下がった時点の、角度読み込
み回路４１０からのデータ及び座標読み込み回路４１１
からのデータをハード的に取り込み、被測定物Ｐのデー
タ検知を可１七としている。

尚各々の回路間はデータバスによって接続されている。

次に前記制御装置！ｉ４で行なわれるデータ処理につい
て第４図のフローチャートに基いて説明し併せて実施例
の三次元測定装着３及び本発明の測定子の操作について
説明する。

先ず測定に先立ち被測定物Ｐを測定用ホルダー等で固定
しておく。

ここで第４図に示す測定制御用サブプログラムは、他の
サブプログラム、例えばＣＲＴディスプレー４０７に測
定した結果を即座に写し出すプログラム等と同時進行さ
れる。

先ず三次元測定装置３と制御装置４に電源が供給される
と、ステップＳ１でキーボード４０６の入力により被測
定物Ｐの径の設定及び原位置補正が行なわれる。この原
位置補正は別途に設けられた図示していない補正基準ブ
ロックで光軸Ａ及び光軸Ｂが遮断することにより行なわ
れ、水平半導体レーザー１０５及び垂直半導体レーザー
１０６からは電源供給と同時にレーザー光が照射される
。

ステップＳ２ではカウンタとして用いる変数Ｎの値を１
にセットする処理が行なわれる０次にステップＳ３に進
み、垂直方向の光軸Ｂが遮断されたか否かを判断するが
、ここで第５図に示すように、測定子を手作業により被
測定物Ｐの光軸遮断個所まで導く、（第５図示Ａ）光軸
が遮断されなければ、ステップＳ３を何度も繰り返し光
軸遮断を待つ、光軸が遮断されればステップＳ４に進み
、その光線が遮断された時点での座標（ｘｉ、ｙｌ）が
読み込まれる。

次にステップＳ５に進み、手作業により測定子の位置変
更及び回動が行なわれ、水平軸の光軸Ａを遮断したか否
かを判断する。光軸が遮断されればステップＳ６に進み
（ｘｉ、ｙｌ、ｚｌ）及びその時点の回動角度角度θ１
が読み込まれる。

以上のステップを終了するとステップＳ７で変数Ｎが２
であるか否か判断され、前記ステップを１回終了した時
点では変数Ｎ＝１であるのでＩ定はＮｏとなり、今一度
同じステップを繰り返すべく次へ進む。

ステップＳ８では変ｆｉＮが１インクリメントされＮ−
２となりステップＳ３へ戻る。

この時点で手作業により第５図に示すように被測定物Ｐ
の同一直線部分に属す今１つの位置（第５図示Ｂ）まで
測定子を移動し改めて測定が再開される。

同様にしてステップＳ３からステップＳ６まで繰り返さ
れ、（ｘ２．ｙ２）、（ｘ２．ｙ２、ｚ２）及びθ２の
測定がなされる。

ここでステップＳ７に進み変数Ｎ＝２であるのでステッ
プＳ９に進み座標計算が行なわれるステップＳ９では先
ずステップＳ４で求めた（ｘｉ、ｙｌ）、（ｘ２．ｙ２
）及び予めキーボード４０６より入力された被測定物Ｐ
の径りより光軸Ｂと垂直なｘ−ｙ平面上での被測定物Ｐ
の中心線の計算が行なわれ、同様にして中心線を通りｘ
−ｙ平面と垂直なα平面も求められる。

次に求められたα平面から、ステップＳ６で測定された
（ｘｉ、ｙｌ、ｚｌ）、　　θ１、（Ｘ２、ｙ２．ｚ２
）、０２よりα平面上での被測定物Ｐの外周を求め、そ
の径りより被測定物Ｐの中心線を求める。これを通常の
三次元座標に変換し被測定物Ｐの中心線の座標とし、こ
のサブプログラムを終了する。

次にこのサブプログラムのステップＳ９での座標計算の
処理部分を数式によって理論上より説明する。

この場合光軸は円柱であると仮定し、高精度の半導体レ
ーザーでは円柱の半径はＯと考えればよい、尚ここでは
、光軸Ａ及び光軸Ｂが測定物Ｐと垂直な場合を例にとり
５以下に示す。

第７図（ａ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面上で光軸Ａが被
測定物Ｐと接触した時点での２測定点をＰＬ　（Ｘｉ、
Ｙｌ）、Ｐ２　（Ｘ２．Ｙ２）とする。

被測定物の中心線はこの２測定点を結ぶ直線と平行で、
中心より被測定物の半径＋光軸の半径だけ離れた距離に
位置にするＸ−Ｙ平面上の直線を含んだ、Ｘ−Ｙ平面に
垂直な面上にある被測定物Ｐの半径＝Ｐｒ 光軸の半径＝Ｐｄ とすると このＸ−Ｙ平面上の直線は式■で表わされるＹｐ＝Ｙ１
”（Ｐｒ”Ｐｄ）ＣｏｓＡ Ｘｐ＝Ｘ１−（Ｐｒ＋　ｐｄ）・ｓｉｎ　Ａ次に第７図
（ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面上での光軸Ａが被測定
物Ｐに接触した時点の２測定点での光軸Ｂの位置なＰ３
　（Ｘａ　、Ｙ３　。

Ｚ３）　、ｐ４　（ｘ４　、Ｙ４　、Ｚ４）　とし、光
軸Ａの外周が被測定物Ｐに接した位置での光軸Ａの任意
の中心位置をＰ５　（Ｘ５　、Ｙ５　、Ｚ３）、Ｐ６　
（Ｘａ　、Ｙ６　、Ｚ４）　とする。

Ｐ７（Ｘ７　、　Ｙ７　、２３） Ｐ６（Ｘａ　、Ｙ６　、Ｚ４）は Ｙ７　＝ｔａｎＡ・（Ｘ７−Ｘｐ）→ＹＰＹｓ　＝ｔａ
ｎＡ（Ｘｓ　−Ｘｐ）　十Ｙｐ被測定物Ｐの中心線を含
むＸ−Ｙ平面に垂直な面をα平面とし、このα平面上で
の被接触物Ｐと光軸Ａが接触した時点の光軸の中心点Ｐ
７、Ｐ８の座標をＰ７（α７．Ｚ３）、Ｐ８　（αＢ、
Ｚ４）とする。

但しα７＝　（Ｘ７　、Ｙ７） α８＝　（Ｘａ　、Ｙ８） 以上の計算結果から第７図（Ｃ）に示す点Ｐ９及び点Ｐ
１０を求める。、ｍ、：でＰ９　（Ｘ７　。

Ｙ７．Ｚ９）、ＰＩＯ（Ｘａ、Ｙ８，２１０）は各々被
測定物Ｐの中心線に含まれる点であるとする、従って光
軸の中心点Ｐ７、Ｐ８を結んだ直線はα平面上にあり、
被測定物Ｐの中心線と平行になる。

故に このようにして被測定物Ｐの中心線に含まれる２点Ｐ９
及びＰＩＯの各Ｘ、Ｙ、Ｚ方向成分ｘ７、Ｙ７、Ｚ９及
びｘ８、Ｙ８．　Ｚｌｏが求められる。

ここでは被測定物Ｐと光軸とが直交する場合を例にして
説明したが、９０度以外の角度で交叉する場合は各々の
場合において補正をする。

通常、曲げ加工された棒状物はその直線部分毎の中心線
の交点座標で示されるが、前記測定を被測定物Ｐの直線
部分毎に行なうことにより、その直線部分毎に含まれる
２点Ｐ９及びＰｌｏを夫々求め、その２点よりその中心
線を求める。

而る後、周知の方法でその隣接した直線部分毎の中心線
の交点の座標を求める。その座標により、曲げ加工され
た棒状物の形状を表示するのである。

この中心座標により曲げ加工が適正になされているかを
判断することができる。

尚、前記プログラムによる座標計算は１実施例を示した
にすぎず、他の計算方法によって中心座標を求めても何
ら差し支えない。

又ここでは測定子を移動するのに手作業で行なったが、
コンピュータ制御等で自動に行なったり、パイプの径も
キーボード入力ではなく測定子により自動計測してもよ
く、又測定子の回動もモーター等を取り付は同様に自動
制御してもよい、更に、ここでは光軸Ａと光軸Ｂが直交
するように設定しているが光軸同士の交叉角度は任意に
設定できるし、光軸同士は必ずしも交叉していなくても
よく、回動は必ず光軸回りでなくても任意の一軸回りに
回動すればよい、但し、前記の場合は、その条件に応じ
たプログラムを組み直す必要がある。

又前記実施例においては、プローブを上下、左右１前後
の三次元的移動をさせるためにレイアウトマシン型の三
次元測定装置３を用いたが、第６図示のブリッジ型の三
次元測定装置３′や図示していないカンチレバー型の三
次元測定装置を使用することもできる。

ト　効果 本発明に係る棒状物の非接触測定子は、非接触方式であ
るが故に、被測定物に全く接触せずに形状を測定できる
ため、被測定物が導電性、絶縁性にかかわらず測定でき
る。又被測定物の移動や変形に関する考慮は全く必要な
く、更に被測定物の径に応じて測定子を交換したり測定
の為の面倒な段取りも不要となる。そして被測定物の形
状の如何に拘わらず測定可能であり、而もその測定値は
従来では予想すらされない高い精度が得られる。

この結果、被測定物の中心線から、その中心線相互の交
点を求めることにより、パイプや丸棒等の曲げ加工が適
正に行なわれたか否かを容易且つ正確に検査することが
でき、その実用的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非接触測定子の説明図、第２図は三次
元測定装置の説明図、第３図は電気系統のブロック図、
第４図は制御部分のフローチャート図、第５図は測定作
業例の斜視図、第６図は本発明の非接触測定子をブリッ
ジ型三次元測定装鐙に装着した場合の斜視図、第７図ａ
、ｂ、ｃは座標計算の説明図である。 ｌ・・プローブ、１０１・・水平アーム、１０２＠・垂
直アーム、１０３．１０４・・突出部、１０５−・水平
半導体レーザー、１０６・・垂直半導体レーザー、１０
７・・垂直受光素子、１０８・・水平受光素子、１０９
・惨接続部、２・・支持手段、２０１・・ハウジング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パイプ、丸棒等棒状の被測定物の形状を測定する三次元
   的に移動可能な測定装置のアームに取り付けられる検知
   器であり、 照射方向が互いに異なる２個の投光器と、その投光器よ
   り照射される各々の光軸上に設けられた２個の受光器と
   から成る２組の光センサーを備えたプローブと、 前記プローブを１軸回りに回動自在に支持する支持手段
   と、 前記プローブの回動角度を検知する角度検知手段と、 を備えた棒状物の非接触測定子。