JP2000263379A - 回転体の平均外径測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】測定対象が曲率変動がある場合や、特徴的な波
形がある場合には１回転の検出が可能であるが、表面精
度が高い場合には、１回転の検出は困難である。切削機
や研削機へ適用しようとした場合、表面を削りながらの
測定は不可能である円柱や円筒状の被測定材の平均外径
を、切削又は研削等の回転中に、十分な精度で測定可能
とする。 【解決手段】 被測定材４０と非接触型の測長センサ６
０を相対的に回転させながら、被測定材４０の回転角
と、該回転角に対応する周長Ｃを測定し、測定された周
長Ｃと回転角から、被測定材４０の平均外径Ｄを計算す
る。測長計センサ６０は、球７２を介して接触し、被測
定材４０に押しつけられることで、距離Ｌを一定に保つ
機構となっている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の平均外径
を回転中に測定するための平均外径測定方法及び装置に
係り、特に、円柱あるいは円筒状の被測定材の平均外径
を、切削又は研削等の回転中に測定する際に用いるのに
好適な、回転体の平均外径測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】円柱又は円筒状の被測定材の平均外径又
は周長を、回転中に測定する従来の装置の１つに、例え
ば特開平４−３４０４１１に記載されたＵＯＥ鋼管の周
長測定装置がある。この測定装置は、ＵＯＥ鋼管の機械
的拡管時に付与される、図１のような鋼管外周の曲率の
変動パターンに着目して、外周面の変位データの自己相
関値により１回転を検出し、鋼管の外周長を測定するも
のである。

【０００３】具体的には、図２に示す如く、ターニング
ローラ１０で回転されているＵＯＥ鋼管１２の外周面の
周方向変位を、該ＵＯＥ鋼管１２の表面と当接する一対
のローラ２０によって位置決めされる、接触式のメジャ
リングローラ２２の回転に応じてパルス信号を発生す
る、パルス発生器２４とパルス発生回路２６を用いて測
定する一方、前記ローラ２０の間に設けられた変位測定
器３０で、ＵＯＥ鋼管１２の外周面の径方向変位を検出
することにより曲率変動を測定する。該変位測定器３０
で測定される外周面の変位データを、データサンプリン
グ装置３２により、１回転を所定量超えた範囲にわたっ
て測定した後で、自己相関演算装置３４で、図３に示す
如く、公称径から求まる基準周長前後の一定区間で一定
周長ピッチｎでずらしながら自己相関値Ｍｎを計算し、
図４に示す如く、該自己相関値Ｍｎを最大とするずらし
量ｎ′を求めて、周長演算装置３６で基準周長と加算し
て周長を演算し、周長表示装置３８に表示する。図２に
おいて、１４はフロアである。

【０００４】この周長測定装置では、被測定材であるＵ
ＯＥ鋼管１２の１回転を検出するのに、外周の曲率の変
動パターンに着目し、外周面の変位データの自己相関値
が最大となる点を１回転の地点としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この検
出方法では、次のような問題点がある。

【０００６】（１）測定対象が、機械的拡管が行われる
ＵＯＥ鋼管のように、被測定材の外周面に、つなぎ目等
による大きな曲率変動がある場合や、表面精度が粗く、
特徴的な波形がある場合には、波形形状の類似性、即
ち、自己相関値の大小により１回転の検出が可能である
が、精密加工された被測定材のように、表面精度が高い
場合には、自己相関値による１回転の検出は困難であ
り、測定対象に制限がある。

【０００７】（２）この検出方法は、被測定材の外周面
形状の類似性により１回転を検出するため、切削機や研
削機へ適用しようとした場合、表面を削りながらの測定
は不可能である。即ち、切削と測定の手順は、「切削→
切削を中断しての測定→切削」の断続的な繰り返しとな
り、連続切削ができず、非効率である。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、円柱又は円筒状の被測定材の平均外
径を、切削又は研削途中にも測定可能とすることを課題
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転体の平均
外径を測定するに際して、被測定材と非接触型の周長測
定手段を相対的に回転させながら、被測定材の回転角
と、該回転角に対応する周長を測定し、測定された周長
と回転角から、被測定材の平均外径を計算するようにし
て、前記課題を解決したものである。

【００１０】又、回転体の平均外径を回転中に測定する
ための平均外径測定装置において、被測定材を回転させ
る回転手段と、回転中の被測定材の周長を非接触で測定
する周長測定手段と、被測定材の回転角を測定する回転
角測定手段と、測定された周長と回転角から、被測定材
の平均外径を計算する外径演算手段とを備えることによ
り、同じく前記課題を解決したものである。

【００１１】即ち、被測定材の周長を、非接触型の周長
測定手段、例えばレーザドップラ測長計を用いて測定す
ることで、被測定材の切削又は研磨といった回転中に測
長可能であり、切削機や研削機への適用及び連続切削中
での測定が可能となる。

【００１２】更に、被測定材の回転角を認識するため
に、被測定材にマーキングする手段を設け、被測定材の
例えば端面や加工しない外周上の１箇所に、蛍光塗料や
疵等のマーキングを行い、該マーキングを検出すること
により、被測定材の表面形状（外周の曲率変動パター
ン）や表面精度による制限を受けることなく、被測定材
の回転角の認識が可能となる。

【００１３】更に、被測定材表面と周長測定手段の距離
を一定に保つための倣い手段を設けることによって、被
測定材と周長測定手段間の距離を一定に保つことが可能
とになり、実用化可能な測定精度を得ることができる。

【００１４】特に、周長測定手段として、ドップラ効果
で周速を検出し、積分して周長を得るレーザドップラ測
長計を用いた場合には、被測定材と該レーザドップラ測
長計間の距離を一定に保つことが非常に重要である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。

【００１６】本実施形態は、図５に示す如く、強化プラ
スチック複合管４０の端部切削時における端部４０Ａの
平均外径の測定に、本発明を適用したものである。

【００１７】図５において、４０は、被測定材の強化プ
ラスチック複合管であり、４２は切削用カッタ、４４及
び４６は、被測定材４０の回転用及び支持用ローラであ
る。５０は回転の回数を検出するために、被測定材４０
の例えば端面４０Ｅに塗られた蛍光塗料等のマーキング
で、マーキング検出センサ５２により被測定材４０の回
転の回数が検出される。

【００１８】６０は、非接触型測長計の測長センサであ
り、センサ架台６２を矢印に示す如く上下に昇降させる
ことで、測長センサ６０の配設位置が調整される。

【００１９】前記測長計センサ６０は、球７２を介して
被測定材４０に接触し、且つ、図６に示す如く、測長セ
ンサ６０に圧力をかけて被測定材４０に押し付けること
で、被測定材４０との距離Ｌを一定に保つ倣い機構７０
となっている。

【００２０】非接触型測長計として、図７に測定原理を
示すような、レーザドップラ測長計を用いた場合、実用
化可能な測定精度を得るには、被測定材４０と測長セン
サ６０間の距離を一定に保つことが重要であるが、図６
に示したような倣い機構７０により、十分な測定精度を
得ることができる。

【００２１】図７において、６０Ａは半導体レーザ光
源、６０Ｂはコリメータレンズブロック、６０Ｃはビー
ムスプリッタ、６０Ｄはミラー、６０Ｅは、被測定材４
０表面からの散乱光を受光するための受光レンズブロッ
ク、６０Ｆは光検出器、６０Ｇはアンプである。

【００２２】このようなレーザドップラ測長計において
は、ビームスプリッタ６０Ｃで２分されたレーザ光が、
所定の交差角φで被測定材４０に照射され、それぞれの
ビームからの散乱光が、被測定材４０表面の速度に比例
したドップラ周波数変化を受けて、光検出器６０Ｆによ
りヘテロダイン検波される。このドップラ周波数変化ｆ
Ｄは、被測定材４０表面の速度Ｖに比例しているので、
被測定物表面の移動距離、即ち周長は、速度の積分値で
与えられ、ドップラ周波数を時間で積分したものとな
る。即ち、ドップラ周波数の波数を積算することで、周
長が測定される。

【００２３】図５に戻って、８０は、制御・演算装置で
あり、前記マーキング検出センサ５２からの信号により
測長の制御を行うと共に、測長計の測長信号処理回路６
４からの出力データにより、被測定材４０の平均外径Ｄ
の演算を行う。測定結果は、該演算・制御装置８０か
ら、プリンタ８２に印字出力し、又、検査基準を超えた
場合は、警報表示器８４により作業者に不合格品の警報
通知をする。

【００２４】以下、図８を参照して、測定手順を詳細に
説明する。なお、本実施形態では、まず切削しながら概
略測定を行い、ある程度の径まで連続切削する。その
後、空回しでの厳密測定と微小切削を繰り返し、目標寸
法まで切削するようにしている。

【００２５】（手順１）測定・切削前の準備 ステップ１００で、被測定材４０を切削機に設置した
後、ステップ１０２でセンサ架台６２を昇降し、測長セ
ンサ６０の設置位置を調整する。又、測長センサ６０に
圧力をかけて被測定材４０に押し付け、被測定材４０と
の距離Ｌが一定となるようにする。

【００２６】次に、ステップ１０４で、被測定材４０へ
のマーキングを行うと共に、平均外径Ｄを演算する際
に、何回転分のデータを平均化するかを設定するための
測定回数ｍ、平均外径の検査基準の上限値Ｄmax、下限
値Ｄmin、及び、概略測定時に用いる周長の概略目標値
Ｃａの設定値を入力する。

【００２７】（手順２）概略測定 概略測定では、ステップ１１０で、連続切削しながら被
測定材４０の周長を測長計で測定し、ステップ１１２で
概略目標値Ｃａ以下になるまで連続切削する。ここで、
被測定材４０の１回転の認識は、マーキング検出センサ
５２による蛍光塗料のマーキング５０検出で行い、マー
キング検出から次のマーキング検出までの長さを周長Ｃ
とする。

【００２８】（手順３）厳密測定と合格・不合格判定 厳密測定は、ステップ１１４で切削を自動停止し、ステ
ップ１１８で微小切削した後、ステップ１２０で、被測
定材４０を切削せずに空回ししながら、周長を複数回転
分測定し、次式により平均外径Ｄを演算する。

【００２９】

【数１】 ここで、ｍは、平均外径演算用の測定回数、Ｃｉは、測
長計によるｉ回目の測定周長である。

【００３０】次いで、ステップ１２２、１２４で、平均
外径の測定結果Ｄと検査基準の上限値Ｄmax、下限値Ｄm
inをそれぞれ比較して、合格及び不合格の判定を行う。
不合格の場合には、ステップ１２６で、アラームやパト
ライト等の警報表示器により作業者に通知する。

【００３１】なお、概略測定から厳密測定への移行は、
ステップ１１２の判定結果により自動的に行ったり、あ
るいは、手動により行うこともできる。手動の場合、作
業者へ切削停止を通知する。

【００３２】本実施形態においては、球７２を用いた倣
い機構７０を設けているので、被測定材の外周面が真円
でない場合にも、精度良く平均外径を測定できる。な
お、球以外の手段による倣い機構を設けたり、被測定材
の外周面が真円に非常に近い場合には、倣い機構を省略
したりすることもできる。

【００３３】又、マーキングについても、本実施形態の
ように、被測定材４０の端部４０Ａのみを切削する場合
には、マーキング５０を端面４０Ｅでなく非切削外周面
に付けることもできる。

【００３４】なお、前記実施形態においては、本発明
が、強化プラスチック複合管の端部切削時における端部
の平均外径の測定に適用されていたが、本発明の適用対
象はこれに限定されず、強化プラスチック複合管以外の
一般の管又は円柱の外周全面を切削する場合にも、同様
に適用できることは明らかである。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、被測定材の平均外径
を、切削又は研磨といった回転中に測定することがで
き、切削機や研削機への適用、及び、連続切削中での測
定が可能となる。従って、従来、作業者がスケールで被
測定材の外径を測定していたため、作業負荷がかかると
共に、寸法品質も不安定であったものが、外径測定の自
動化により、省力化及び寸法品質の安定化を図ることが
できる。

【００３６】特に、被測定材の外周又は端面にマーキン
グを設けた場合には、マーキングを検出して被測定材の
回転数を正確に認識することができ、被測定材の表面形
状（外周の曲率変動パターン）や表面精度に関係なく、
被測定材の平均外径を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】特開平４−３４０４１１に記載されたＵＯＥ鋼
管の周長測定装置における回転検出の原理を説明するた
めの線図

【図２】前記周長測定装置の構成を示すブロック線図

【図３】前記周長測定装置で用いられている変位測定器
のデータ例を示す線図

【図４】同じく自己相関値の例を示す線図

【図５】本発明の実施形態の全体構成を示す斜視図

【図６】前記実施形態で用いられている倣い機構を示す
側面図

【図７】同じくレーザドップラ測長計の測定原理を示す
光路図

【図８】前記実施形態の測定手順の例を示す流れ図

【符号の説明】

４０…被測定材 ４２…切削用カッタ ４４…被測定材回転用ローラ ４６…被測定材支持用ローラ ５０…マーキング ５２…マーキング検出センサ ６０…測長センサ ６４…測長信号処理回路 ７０…倣い機構 ８０…制御・演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福高 善己 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Ｆターム(参考） 3C029 AA29 BB03 BB10 3C034 AA01 AA13 CA02 CB13 DD20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定材と非接触型の周長測定手段を相対
   的に回転させながら、 被測定材の回転角と、該回転角に対応する周長を測定
   し、 測定された周長と回転角から、被測定材の平均外径を計
   算することを特徴とする回転体の平均外径測定方法。
2. 【請求項２】回転体の平均外径を回転中に測定するため
   の平均外径測定装置において、 被測定材を回転させる回転手段と、 回転中の被測定材の周長を非接触で測定する周長測定手
   段と、 被測定材の回転角を測定する回転角測定手段と、 測定された周長と回転角から、被測定材の平均外径を計
   算する外径演算手段と、 を備えたことを特徴とする回転体の平均外径測定装置。
3. 【請求項３】請求項２において、更に、被測定材の回転
   角を認識するために、被測定材のマーキングを検出する
   手段を備えたことを特徴とする回転体の平均外径測定装
   置。
4. 【請求項４】請求項２又は３において、更に、被測定材
   表面と周長測定手段の距離を一定に保つための倣い手段
   を備えたことを特徴とする回転体の平均外径測定装置。