JP2014145640A

JP2014145640A - 円形ワークの径測定方法および径測定装置

Info

Publication number: JP2014145640A
Application number: JP2013013982A
Authority: JP
Inventors: Yuji Okamoto; 有史岡本; Kenichi Kaneshige; 健一兼重; Tatsuya Saito; 達也齋藤; Hiroyuki Watanabe; 裕之渡邊
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: JP6131610B2

Abstract

【課題】振動による測定精度の低下を回避でき、かつ円形ワークの位置が所期の位置からずれていても高精度に円形ワークの内径ないし外径、あるいはその両方を測定することができる。
【解決手段】円形ワークＷの周方向の複数位置で周面を直線的に横切る方向で円形ワークＷの位置ずれＥ１〜Ｅ４を検出するステップと、検出された位置ずれＥ１〜Ｅ４のずれ量に基づいて前記円形ワークＷの中心Ｏ位置を決定するステップと、決定された中心Ｏ位置を通る直線上で前記円形ワークＷの内径Ｄ１及び外径Ｄ２の少なくとも一方を測定するステップとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は円形ワークの径測定方法及び径測定装置に関し、特に径方向に位置ずれを生じている円形ワークの内径や外径を精度良く測定できる円形ワークの径測定方法及び径測定装置に関する。

この種の径測定方法としては例えば特許文献１に示された方法がある。これは円形ワーク内でその内周面に向けて変位センサを旋回させてワーク内周の全周形状を得、全周形状からワーク中心位置や内径を算出するものである。

特開２００３−２５４７４２

しかし、上記従来の方法では、円形ワークの中心と変位センサの旋回中心がずれていると、すなわち円形ワークが正確に位置決めされていないと測定誤差を生じ、また変位センサを旋回作動させる際の振動によっても測定誤差を生じるという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、検出部を旋回させることなく、したがって振動による測定精度の低下を回避でき、しかも円形ワークの位置が所定の位置からずれていても高精度に円形ワークの内径ないし外径、あるいはその両方を測定することが可能な円形ワークの径測定方法および径測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明の径測定方法では、円形ワーク（Ｗ）の周方向の複数位置で周面を直線的に横切る方向で前記円形ワーク（Ｗ）の位置ずれ（Ｅ１〜Ｅ４）を検出するステップと、検出された位置ずれ（Ｅ１〜Ｅ４）のずれ量に基づいて前記円形ワーク（Ｗ）の中心（Ｏ）位置を決定するステップと、決定された中心（Ｏ）位置を通る直線上で前記円形ワーク（Ｗ）の内径（Ｄ１）及び外径（Ｄ２）の少なくとも一方を測定するステップとを備える。

本第１発明においては、検出部を旋回させる必要が無いから振動による測定精度の低下を回避できる。また、検出された位置ずれのずれ量に基づいて円形ワークの中心位置を決定しているから、円形ワークの位置が所定の位置からずれていても高精度に円形ワークの内径ないし外径、あるいはその両方を測定することができる。

本第２発明の径測定方法では、前記円形ワーク（Ｗ）を回転テーブル（１）上に載置して当該回転テーブル（１）の回転軸（Ａｘ）周りに旋回させることで前記円形ワーク（Ｗ）の周方向の複数位置で、径方向の位置ずれ（Ｅ１〜Ｅ４）を検出するようにする。

本第２発明においては、回転テーブルによって円形ワークを旋回させることで、円形ワークの周方向複数位置で、前記回転テーブルの径方向での前記円形ワークの位置ずれ検出を、円形ワークの周方向の同一箇所で行うことができる。

本第３発明の径測定方法では、前記回転テーブル（Ｗ）の回転軸（Ａｘ）周りの周方向の一箇所に、回転テーブル（Ｗ）の径方向における一定長さの直線上の各点の変位を検出する二次元変位センサ（２）を配設し、前記円形ワーク（Ｗ）の表面の特徴点（Ｗｐ）位置の、前記直線の中央位置（Ａｓ）からのずれを前記径方向の位置ずれ（Ｅ１〜Ｅ４）とする。

本第３発明においては、円形ワークの表面の特徴点位置の、前記直線の中央位置からのずれを簡易に検出することができる。

本第４発明の径測定装置では、円形ワーク（Ｗ）を載置してこれを旋回移動させる回転テーブル（１）と、回転テーブル（１）の周方向の一箇所に設けられて前記回転テーブル（１）の径方向に沿う一定長さの直線（ｌ）上の各点の変位を検出する二次元変位センサ（２）と、前記円径ワーク（Ｗ）の表面の特徴点（Ｗｐ）位置の、前記直線（ｌ）の中央位置からのずれを、前記回転テーブル（１）の径方向での前記円形ワーク（Ｗ）の位置ずれとして、当該位置ずれのずれ量に基づいて前記円形ワーク（Ｗ）の中心（Ｏ）位置を決定する演算器と、決定された中心位置を通る直線上で前記円形ワーク（Ｗ）の内径及び外径の少なくとも一方を測定する径測定器（３）とを備える。

本第４発明によれば、上記第１発明ないし第３発明の作用効果を得ることができる。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明の円形ワークの径測定方法によれば、検出部を旋回させることなく、したがって振動による測定精度の低下を回避でき、しかも円形ワークの位置が所定の位置からずれていても高精度に円形ワークの内径ないし外径、あるいはその両方を測定することができる。

本発明の一実施形態を示す、位置ずれ検出時の円形ワークの垂直断面図である。本発明の一実施形態を示す、ワーク中心位置決定方法を説明する円形ワークの平面図である。本発明の一実施形態を示す、ワーク中心位置決定方法を説明する円形ワークの平面図である。本発明の一実施形態を示す、内外径測定時の円形ワークの垂直断面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１において、断面同一のリング状の円形ワークＷが回転テーブル１上に置かれており、回転テーブル１の上方位置には下方に向けて二次元レーザ変位センサ２が配設されている。当該変位センサ２は一定長さｌの直線上でレーザ光Ｌを走査して三角測量の原理で当該直線上の各点の変位（本実施形態では高さ）を検出するものである。本実施形態では、テーブル周面に対向する上方位置で回転テーブル１の回転軸Ａｘから一定距離離れて設けられた単一のレーザ変位センサ２によって、回転テーブル１の径方向の一定長さｌの直線上で、円形ワークＷの上側表面上の各点の高さを検出している。

そして、本実施形態では特徴点として円形ワーク１の上側表面上の最高点Ｗｐによって円形ワークＷの位置ずれを検出している。すなわち、レーザ変位センサ２の走査中央位置を通る垂線Ａｓ上に上記最高点Ｗｐが位置する時を位置のずれ量Ｅ＝０とし、最高点Ｗｐが垂線Ａｓよりも外径側に位置する時を正のずれ量、内径側に位置する時を負のずれ量とする。このようなずれ量Ｅの測定を、回転テーブル１を回転させて図２に示すように回転テーブル１の互に直交する径方向の対称位置である四点で行う。

図２は、円形ワークＷの中心Ｏと回転テーブル１の回転軸Ａｘが一致している場合を示しており、回転テーブル１を回転させて円形ワークＷを旋回させ、その周方向のいずれの四点で位置ずれを測定しても、これらのずれ量Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は同一値である。したがって下式（１）で円形ワークＷの中心位置Ｏを求めると、そのＸ座標、Ｙ座標は０となって、円形ワークＷの中心Ｏは回転テーブル１の回転軸Ａｘに一致している。
Ｘ＝（Ｅ１−Ｅ２）／２ …（１）
Ｙ＝（Ｅ３−Ｅ４）／２

円形ワークＷはロボットアーム等で回転テーブル１上に搬送されてくるため、通常は図３に示すように、円形ワークＷの中心Ｏは回転テーブル１の回転軸Ａｘからずれる。この場合にも、回転テーブル１を回転させて円形ワークＷを旋回させ、その周方向の四点でそれぞれ垂線Ａｓと最高点Ｗｐの位置のずれ量Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４を測定すれば、上式より円形ワークＷの中心位置ＯのＸ座標、Ｙ座標を求めることができる。なお、回転テーブル１を設けず、レーザ変位センサ２を四箇所に設ける構成としても良い。

このようにして円形ワークＷの中心Ｏの位置を定めた後は、図４に示すように、径測定器３を構成するリニアスケール３１を、その中央Ｏｓの位置が円形ワークＷの中心Ｏに一致するように移動させる。なお、測定する径方向において中央Ｏｓの位置を中心Ｏに正確に一致させる必要はない。リニアスケール３１には一対のスライダ３２，３３がこれに沿って移動可能に設けられており、これらスライダ３２，３３には下端部にリニアスケール３１に沿う内方側を測定領域Ｚ１とするレーザ変位計３４，３５と、外方側を測定領域Ｚ２とするレーザ変位計３６，３７が上下位置にそれぞれ設けられている。

そこで、円形ワークＷの外径を測定する場合には図４（１）に示すように各レーザ変位計３４，３５を円形ワークＷの外周に向けて位置させて、レーザ変位計３４，３５の測定領域Ｚ１までスライダ３２，３３を移動させる。スライダ３２，３３の移動位置はリニアスケール３１によって検出されているから、既知のリニアスケール３１の全長、スライド量、および変位測定値から公知の方法で円形ワークＷの中心Ｏを通る径方向の直線上での外周面間の距離、すなわち円形ワークＷの外径Ｄ１を算出測定することができる。

円形ワークＷの内径を測定する場合には図４（２）に示すように各レーザ変位計３６，３７を円形ワークＷの内周に向けて位置させて、レーザ変位計３６，３７の測定領域Ｚ２までスライダ３２，３３を移動させる。スライダ３２，３３の移動位置はリニアスケール３１によって検出されているから、既知のリニアスケール３１の全長、スライド量、および変位測定値から公知の方法で円形ワークＷの中心Ｏを通る直線上での内周面間の距離、すなわち円形ワークＷの内径を算出測定することができる。なお、以上の手順のうち、演算を要する部分は図略のコンピュータのような演算器で実行される。

上記実施形態において、変位測定はレーザ等を使用した非接触式に限られず、タッチプローブのような接触式で行ってももちろん良い。また、内外径が既知の校正用ワークに対して予め上記手順で内外径を測定しておけば、その後の円形ワークの内外径の測定において正確な絶対値を得ることができる。

上記径測定器のレーザ変位計を、円形ワークを挟むように上下位置に設けて、上下のワーク表面の各最高点を検出することで円形ワークの厚みを測定することが可能であり、この厚み測定の一環として上側表面の最高点に基づく上述の円形ワークの位置ずれ検出を行うようにしても良い。なお、ずれ量の検出は必ずしも円形ワーク表面の最高点によって行う必要はなく、他の目印になる特徴点を使用しても良い。また、円形ワークはリング状のものには限られない。

１…回転テーブル、２…二次元レーザ変位センサ（二次元変位センサ）、３…径測定器、Ａｓ…中央位置、Ａｘ…回転軸、Ｄ１…内径、Ｄ２…外径、Ｅ，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４…位置ずれ、Ｏ…中心、Ｗ…円形ワーク、Ｗｐ…最高点（特徴点）。

Claims

円形ワークの周方向の複数位置で周面を直線的に横切る方向で前記円形ワークの位置ずれを検出するステップと、検出された位置ずれのずれ量に基づいて前記円形ワークの中心位置を決定するステップと、決定された中心位置を通る直線上で前記円形ワークの内径及び外径の少なくとも一方を測定するステップとを備える円形ワークの径測定方法。
前記円形ワークを回転テーブル上に載置して当該回転テーブルの回転軸周りに旋回させることで前記円形ワークの周方向の複数位置で、前記回転テーブルの径方向での前記円形ワークの位置ずれを検出するようにした請求項１に記載の円形ワークの径測定方法。
前記回転テーブルの回転軸周りの周方向の一箇所に、回転テーブルの径方向において一定長さの直線上の各点の変位を検出する二次元変位センサを配設し、前記円径ワークの表面の特徴点位置の、前記直線の中央位置からのずれを前記径方向の位置ずれとする請求項２に記載の円形ワークの径測定方法。
円形ワークを載置してこれを旋回移動させる回転テーブルと、回転テーブルの周方向の一箇所に設けられて前記回転テーブルの径方向に沿う一定長さの直線上の各点の変位を検出する二次元変位センサと、前記円径ワークの表面の特徴点位置の、前記直線の中央位置からのずれを、前記回転テーブルの径方向での前記円形ワークの位置ずれとして、当該位置ずれのずれ量に基づいて前記円形ワークの中心位置を決定する演算器と、決定された中心位置を通る直線上で前記円形ワークの内径及び外径の少なくとも一方を測定する径測定器とを備える円形ワークの径測定装置。