JP2015102368A - ロール形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大径のロールの形状を、小径用の既存の寸法測定器を用いて測定できるロール形状測定装置を提供する。【解決手段】ロール形状測定装置は、アーム３に吊り下げた状態で取り付けられ、ロール１００の外径の水平位置を測定する一対の寸法測定器５ａ、５ｂを備えている。また寸法測定器５ａ、５ｂは、それぞれ帯状の平行光Ｌを照射する投光器５０６と、この帯状の平行光Ｌがロール１００によって遮られる位置を測定する受光器５０７とを備えている。寸法測定器５ａ，５ｂのアーム３への取り付け位置は、ロール１００の直径に応じて調整され、それぞれの投光器５０６から照射された帯状の平行光Ｌの一部がロール１００によって遮られる位置に取り付けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、円柱状または円筒状のロールの形状を非接触で測定するロール形状測定装置に関する。

グラビア印刷では、円筒状の鋼管の表面に銅メッキを施した後、メッキ層の表面に印刷イメージを彫り込んで印刷を行っている。そして印刷が終了した後は、メッキ層を剥がして、再度、鋼管の表面にメッキ層を形成し、その表面を研磨して鋼管を繰り返し使用している。

上述の表面に銅メッキ層が形成された鋼管（ロール）を、一般にシリンダーという。このシリンダーは、その性質上、高い寸法精度が要求されるため、研磨を終える毎に、作業者がマイクロメータを用いて外径寸法を測定することにより、規定内の寸法に収まるように監視している。

一方、円筒状のロールの形状を測定する装置として、レーザ光を用いた非接触式の三次元形状測定装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の三次元形状測定装置は、帯状の光ビームを照射する投光器と、光ビームがロールによって遮られた位置を測定する受光器とで構成された寸法測定器を備えている。ロールを回転させ、かつ寸法測定器をロールの軸方向に移動させながら外径寸法の測定を繰り返すことにより、ロールの三次元形状を測定することができる。

特許文献１に記載の三次元形状測定装置は、ロールの形状を自動的かつ高速で測定できるため、この測定装置を用いてグラビア印刷用シリンダーの形状を測定すれば、シリンダーの製造に要する時間を大幅に短縮できる。

更に、マイクロメータでロールの外径寸法を測定する場合、ロールの表面を傷つける恐れがあるが、特許文献１に記載の三次元形状測定装置は、非接触でロール形状を測定するため、ロールの表面を傷つけることもない。

特開２００２−１４８０２６号公報

上述したように非接触式の三次元形状測定装置は優れた特性を備えているが、測定できるロール径に限界がある。グラビア印刷用のシリンダーには、直径が１００ｍｍを超えるような大きなものがあるが、実用化されている三次元形状測定装置は、６０ｍｍ程度の平行光を照射する寸法測定器を使用しているため、それを超える寸法のロールの外径を測定することはできない。

従って、そのような大径のロールについては、マイクロメータで外径を測定するしかないのが実情である。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、大径のロールの形状を、小径用の既存の寸法測定器を用いて測定できるロール形状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、本発明にかかるロール形状測定装置は、
測定対象である円筒状または円柱状のロールを、中心軸が水平に保たれた状態で回転させるロール回転手段と、
前記ロールの上方において略水平に保たれ、かつ長手方向が前記ロールの中心軸と直交する方向に配置された直線状のアームと、
前記アームに吊り下げた状態で取り付けられ、前記ロールの外径寸法を測定する一対の寸法測定器と、
前記アームを、前記ロールの中心軸と平行な方向に移送するアーム移送手段とを備え、
前記一対の寸法測定器は、それぞれ
帯状の平行光を照射する投光器と、
前記帯状の平行光を受光する複数の受光素子が直線状に配置され、前記帯状の平 行光が前記ロールによって遮られる位置を検出する受光器と、
前記投光器および受光器を、一定の間隔を保ち、かつ前記帯状の平行光が鉛直方向に照射される状態で支持するプレートとで構成され、
前記一対の寸法測定器の前記アームへの取り付け位置は、前記ロールの直径に応じて調整され、それぞれの投光器から照射された帯状の平行光の一部が前記ロールによって遮られる位置に取り付けられることを特徴とする。

本発明にかかるロール形状測定装置は、更に、前記ロールの一方の端部の近傍に設置され、かつ前記ロール回転手段の回転軸が貫通する孔を有し、水平方向の寸法があらかじめ測定された複数の板状部材で構成されたマスターゲージを備え、
前記一対の寸法測定器のそれぞれの投光器から照射された帯状の平行光の一部が前記複数の板状部材のいずれかで遮られたときに前記受光器で測定された位置データは、
前記一対の寸法測定器のそれぞれの投光器から照射された帯状の平行光の一部が前記ロールの外径で遮られたときに前記受光器で測定された位置データを用いて前記ロールの外径寸法を算出するときの基準データとして用いられることが好ましい。

また前記マスターゲージは、直径の異なる複数の円板で構成され、それぞれの円板は、中心軸が前記ロール回転手段の回転軸の回転中心と略一致する状態で配列されていることが好ましい。

また前記寸法測定器のプレートは、角筒状のブラケットの下部に取り付けられ、
前記プレートは、角柱状に形成された前記アームを前記ブラケットの中空部に挿入することにより、前記アームに吊り下げられた状態で保持されることが好ましい。

本発明にかかるロール形状測定装置において、前記ロール回転手段は、回転軸の先端が、前記ロールの一方の端面の中心部に形成された穴に挿入される主軸台と、回転軸の先端が、前記ロールの他方の端面の中心部に形成された穴に挿入される芯押台とで構成され、
前記主軸台は、前記回転軸を回転可能に支持する台本体と、前記回転軸を回転させるモータとを備え、
前記芯押台は、前記回転軸を回転可能に支持する台本体と、当該台本体を、前記ロールの中心軸と平行な方向に移動させる一対のレールと、前記台本体を前記一対のレールに固定する固定部材と、前記回転軸を前記ロールの端面に押し付ける押圧部材とで構成されることが好ましい。

本発明にかかるロール形状測定装置において、前記アーム移送手段は、前記ロールの中心軸と平行に配置されたネジ軸、当該ネジ軸に螺合するナット、および前記ネジ軸を回転させるモータとを備えたボールねじで構成され、
前記アームの一方の端は、前記ナットに接続されたスライダに固定され、
前記スライダは、前記ロールの中心軸と平行に設置された一対のレールに沿って移動できるように構成されていることが好ましい。

また前記ロール回転手段は、階段状の金属製フレームの下段フレームの上面に設置され、前記アーム移送手段は、前記フレームの上段フレームの上面に設置されることが好ましい。

本発明にかかるロール形状測定装置は、更に、前記ロール回転手段、前記アーム移送手段および前記一対の寸法測定器の動作を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記一対の寸法測定器で測定した前記ロールの外径の位置を示す第１のデータおよび前記マスターゲージのいずれかの板状棒材の位置を示す第２のデータ、ならびに当該板状部材の寸法を示す第３のデータに基づいて前記ロールの外径寸法を算出することが好ましい。

本発明にかかるロール形状測定装置を用いれば、大径のロールの外径寸法を自動的かつ短時間に、しかも小径のロールの外径寸法を測定する場合と同様の精度で測定できる。

本発明の実施の形態にかかるロール形状測定装置の機構系の構成を示す斜視図である。 同装置の正面図である。 図１のアームおよびアーム移送手段を左斜め上方から見た要部斜視図である。 寸法測定器によってロールの外径寸法を測定する状態を示す概念図である。 本発明の実施の形態にかかるロール形状測定装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかるロール形状測定装置の動作を説明するフローチャートである。 ロールの測定点を示す図で、（ａ）はロールを回転させて外径寸法を測定したときの測定角度、（ｂ）はアームをロールに沿って移動させながら外径寸法を測定したときの測定位置を示す。 外径寸法の測定データに基づいて作成したグラフで、（ａ）は真円度、（ｂ）は円筒度を示す。

以下、本発明の実施の形態にかかるロール形状測定装置について、図面を参照して説明する。

＜ロール形状測定装置の構成＞
最初に、図１および図２を参照して、本実施の形態にかかるロール形状測定装置（以降、単に「形状測定装置」という）の構成のうち、主として機構系の構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる形状測定装置の機構系の構成を示す斜視図、図２は、同正面図である。

図中、各構成部材はボルトやナット等を用いて組み立てられているが、これらは周知の締結部材であるため、符号を付して説明することはしない。また図示しないが、形状測定装置の近傍には、装置の動作を制御するコントローラ（図５参照）が設置され、コントローラと各構成部材の間は、電力供給用および信号伝送用のケーブルで接続されている。図では煩雑さを避けるため、これらのケーブルは省略している。

本実施の形態にかかる形状測定装置１は、ロール回転手段２（主軸台２ａおよび芯押台２ｂ）、アーム３、アーム移送手段４、第１および第２の寸法測定器５ａおよび５ｂ、ならびにマスターゲージ６で構成され、これらの部材は、階段状に形成され、かつ十分な強度を備えた金属製のフレーム７上にそれぞれ設置されている。

形状測定装置１の測定対象であるロール１００は、円柱状または円筒状に形成されており、円柱状のロールの両端面の中心部には、ロール回転手段２の回転軸を挿入する穴が形成されている。一方、円筒状のロールの場合、両端面がフランジで覆われ、カバーの中心部には、ロール回転手段２の回転軸を挿入する穴が形成されている。

ロール回転手段２は、ロール１００を、中心軸が水平に保たれた状態で、軸を中心に回転させるもので、ロール１００の左右の端面の中心部に形成された穴に回転軸を挿入してロール１００を支持する主軸台２ａおよび芯押台２ｂで構成されている。

主軸台２ａは、下段フレーム７０１に固定された直方体状の台本体２０１、台本体２０１に軸受２０３を介して回転可能に支持された回転軸２０２、回転軸２０２の先端に取り付けられた円錐台状のセンターコーン２０４、回転軸２０２の後端に取り付けられた第１のプーリ２０５、台本体２０１の近傍の下段フレーム７０１上に設置されたモータ２０６（図２参照）、モータ２０６の回転軸に取り付けられた第２のプーリ２０７（同）、ならびに第１および第２のプーリ２０５、２０７間に巻回されたベルト２０８（図２に一点鎖線で示す）で構成されている。

モータ２０６の回転は、第２のプーリ２０７、ベルト２０８および第１のプーリ２０５を介して回転軸２０２に伝達される。後述するように、モータ２０６の回転軸にはロータリーエンコーダ（以降、単に「エンコーダ」という）２１０が取り付けられており（図５参照）、回転軸２０２の回転角度はエンコーダ２１０によって検出される。

一方、芯押台２ｂは、平板状のスペーサ２５２上に設置された直方体状の台本体２５１、下段フレーム７０１上に設置され、その上をスペーサ２５２が移動する一対のレール２５３、軸受２５５を介して台本体２５１に回転可能な状態で支持された回転軸２５４、および回転軸２５４の先端に取り付けられた円錐台状の傘型センター２５６で構成されている。一対のレール２５３は、それぞれがロール１００の中心軸と並行となる状態で、下段フレーム７０１上に設置されている。

台本体２５１の前面には、制御用の複数のスイッチを備えたスイッチパネル２５７が取り付けられている。また図示しないが、台本体２５１の内部には、回転軸２５４をロール１００に対して押し付ける押圧部材が内蔵され、スペーサ２５２の下部には、スペーサ２５２をレール２５３に固定する固定部材が取り付けられている。なお、下段フレーム７０１には、固定部材の移動を妨げないように直方体状の凹部７０３が形成されている。

本実施の形態では、押圧部材としてエアーシリンダを用い、固定部材としてアクチュエータを用いているが、同様の機能を発揮できるものであれば、他の部材を用いてもよい。エアーシリンダおよびアクチュエータの機能については、後に、図５を参照して詳述する。

ロール１００を主軸台２ａおよび芯押台２ｂに取り付ける際には、作業者が手動でスペーサ２５２を一対のレール２５３に沿って移動させ、ロール１００の長さに合わせて芯押台２ｂの位置を調整する。次に、ロール１００の左右端部の中心に形成された穴にセンターコーン２０４および傘型センター２５６の先端を挿入する。この際、必要に応じて芯押台２ｂの位置を調整する。

ロール１００がセンターコーン２０４および傘型センター２５６で保持された後、作業者は、後述するアクチュエータによってスペーサ２５２をレール２５３に固定し、またエアーシリンダによって回転軸２５４をロール１００に押し付ける。このようにして、ロール１００は、主軸台２ａおよび芯押台２ｂによって回転可能な状態で支持される。

なお、本実施の形態では、両端面の中心部に回転軸挿入用の穴が形成されたロールの外径を測定する場合について説明したが、本発明にかかる形状測定装置は、両端面の中心部に回転軸が取り付けられた、いわゆる軸付きロールの外径を測定することもできる。ただし、その場合には、それらの回転軸をチャッキングまたは２個の回転ロールを用いて回転可能に支持する必要があるため、それに合わせて主軸台２ａおよび芯押台２ｂの構造を変更する必要がある。

次に、前述の図１および図２、更に図３を参照して、アーム３、アーム移送手段４および一対の寸法測定器５ａ、５ｂの構成と機能を説明する。図３は、アーム３およびアーム移送手段４を、左斜め上方から見た要部斜視図である。図では、アーム移送手段４の構造を分かりやすく示すために、アーム移送手段４が載置された上段フレーム７０２を省略している。同様の理由で、寸法測定器５ｂの手前に取り付けられたカバーを省略している。

角柱状のアーム３はロール１００の上方において略水平に保たれ、かつ長手方向がロール１００の中心軸と直交する方向に配置されている。アーム３の後部はアーム移送手段４のスライダ４０１に固定され、前部の開放端側に一対の寸法測定器５ａ、５ｂが、アーム３に吊り下げられた状態で取り付けられている。

アーム移送手段４は、アーム３をロール１００の中心軸と平行な方向に移送するもので、ボールネジで構成されている。具体的には、アーム移送手段４は、アームを固定するスライダ４０１と、スライダ４０１の移動方向を規制する一対のレール４０２と、ボールネジの主要構成要素であるネジ軸４０３、ナット４０４、軸受４０５および４０６、カップリング４０７ならびにモータ４０８で構成されている。

一対のレール４０２は、上段フレーム７０２の上面に固定されている。また上段フレーム７０２のうち一対のレール４０２の間に直方体状の凹部７０４が形成されており、ネジ軸４０３、軸受４０５、４０６、カップリング４０７およびモータ４０８はその凹部７０４に収容されている。

ネジ軸４０３は、両端が軸受４０５および４０６に回転可能な状態で支持され、途中にナット４０４が螺合している。またネジ軸４０３は、カップリング４０７を介してモータ４０８に結合されており、モータ４０８が回転すると、ナット４０４がネジ軸４０３に沿って左右に移動する。

図３に示すように、スライダ４０１の前後の下部は、一対のレール４０２を挟むような形状をしている。またアーム３が固定された平板状のスライダ４０１はナット４０４に接続されて一体となっているため、ネジ軸４０３が回転すると、アーム３はレール４０２に沿って左右に移動する。

アーム移送手段４の左端に設置されたメカリミット４１０は、何らかの理由でナット４０４が左方向に暴走したときに、機械的にナット４０４を停止させるものであり、ショックアブソーバの機能も備えている。

なお、本実施の形態では、アーム移送手段４をボールネジで構成したが、必ずしもボールネジに限定されない。同様の移動速度と位置精度を確保できるものであれば、リニアーモータ等の他の手段を用いてアーム移送手段を構成してもよい。

次に、寸法測定器５ａおよび５ｂについて説明する。一対の寸法測定器５ａおよび５ｂは、ロール１００の外径寸法を測定するために用いられる。寸法測定器５ａおよび５ｂは同一の形状をしており、図３に示すように、ロール１００の外径寸法を測定する部分が対向する状態でアーム３に取り付けられている。以下、寸法測定器５ｂを代表として、その構成と機能を説明する。

寸法測定器５ｂは、アーム３への取付部であるブラケット５０１、ブラケット５０１に取り付けられた板状のプレート５０４、プレート５０４の上部および下部に固定された投光器５０６および受光器５０７、ならびに板状のカバー５０８および５０９（図では省略）で構成されている。

寸法測定器５ｂは、角筒状のブラケット５０１の中空部にアーム３を挿入することにより、アーム３に吊り下げられた状態で取り付けられる。ブラケット５０１のアーム３への取付位置は、測定するローラ１００の外径に合わせて作業者が調整する。ブラケット５０１の上部にはレバー５０２が取り付けられており、レバー５０２を時計回りに回転させると、ブラケット５０１はアーム３に固定され、その位置に保持される。

ブラケット５０１の下部には、板状のプレート５０４、カバー５０８および５０９（図では省略）が、それぞれ直交する状態で取り付けられている。プレート５０４の上部には、半導体レーザを光源として帯状の平行光を照射する投光器５０６が取り付けられ、下部には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）で構成された受光器５０７が取り付けられている。投光器５０６から下方に照射された帯状の平行光は受光器５０７に入射される。

図では、投光器５０６と受光器５０７の配置状態が分かるようにカバー５０９を省略しているが、カバー５０８および５０９は、図１に示すように投光器５０６および受光器５０７を囲むように配置され、相互にビス等で固定されている。またカバー５０９はプレート５０４と同様の形状をしている。

通常、寸法測定器は、投光器と受光器の間に測定対象物を挿入し、その対象物によって帯状の平行光が遮られた位置を検出することによって、測定対象物の寸法を測定する。本実施の形態では、この寸法測定器を２つ用いて、ロール１００の外径寸法を測定している。

投光器５０６と受光器５０７の間のプレート５０４には、ロール１００を挿入する凹部５０５が形成されている。なお、寸法測定器５ａおよび５ｂによるロールの外径寸法の測定については、後に図４を用いて詳述する。

なお、図では、第２のプレート５０４の上部に取り付けられた投光器５０６から帯状の平行光が鉛直下方に向けて照射されるが、投光器５０６をプレート５０４の下部に取り付け、帯状の平行光を鉛直上方に向けて照射し、それをプレート５０４の上部に取り付けられた受光器５０７で受光するようにしてもよい。

次に、キャリブレーション（較正）の際に使用するマスターゲージ６について説明する。本実施の形態では、キャリブレーションは、マスターゲージ６を構成する円板の水平方向の位置データを、寸法測定値５ａおよび５ｂを用いて読み取ることをいう。読み取られた位置データは、ロール１００の外形寸法を算出する際の基準データとして用いられる。

本実施の形態では、マスターゲージ６として、直径の異なる３つの円板６０１、６０２および６０３がロール１００の中心軸と平行な方向に配列されたものを用いている。円板６０１、６０２および６０３は、中心軸が主軸台２ａの回転軸２０２の回転中心Ｏと略一致する状態で、台本体２０１に取り付けられている。また円板６０１、６０２および６０３の中心部には、回転軸２０２を通す孔が形成されている。

＜ロールの外径寸法の測定方法＞
次に、図４を参照して、寸法測定器５ａおよび５ｂを用いて、ロール１００の外径寸法を測定する方法を説明する。図４は、寸法測定器５ａおよび５ｂによってロール１００の外径寸法を測定する状態を示す概念図である。

図４は、主軸台２ａおよび芯押台２ｂに取り付けられたロール１００を、側面から見た状態を示している。なお、実施の形態では、寸法測定器５ｂの投光器５０６および受光器５０７はプレート５０４の裏側に取り付けられているが、説明を分かりやすくするため、図では実線で示している。

寸法の測定に先立ち、作業者は寸法測定器５ａおよび５ｂのそれぞれのブラケット５０１を矢印で示す方向に移動させ、ロール１００の外径が、投光器５０６から照射された帯状の平行光Ｌの一部を遮る位置に設定する。

プレート５０４への投光器５０６および受光器５０７の取り付け位置は、正確に調整されており、投光器５０６から鉛直下方に照射された幅Ｗの帯状の平行光Ｌは、幅ＷのＣＣＤが設置された受光器５０７に入射する。ロール１００の外径によって平行光が遮られた位置を受光器５０７で測定すると、その位置データは、幅Ｗの帯状の平行光Ｌの端部からの距離を表している。

図４において、２点鎖線で示した円は複数の円板で構成されたマスターゲージ６のうちの１つの円板（ここでは円板６０１とする）の外径を示している。マスターゲージ６は正確な形状の円板を、中心軸が主軸台２ａの回転軸２０２の回転中心Ｏと略一致する状態で台本体２０１に取り付けたものであり、円板の外径寸法Ｄ０は予め測定されている。

寸法測定器５ａおよび５ｂを用い、マスターゲージ６の円板６０１の外径に、投光器５０６から帯状の平行光を照射し、円板６０１によって遮られた位置を受光器５０７で測定する。測定された位置データをＬ０およびＲ０とする。一方、同じ寸法測定器５ａおよび５ｂを用い、ロール１００の外径に、投光器５０６から帯状の平行光を照射し、ロールによって遮られた位置を受光器５０７で測定する。測定された位置データをＬ１およびＲ１とする。

ロールの外径寸法Ｄ１は、寸法測定器５ａおよび５ｂの測定データＬ０、Ｌ１、Ｒ０、Ｒ１を用いて下記（１）式で表される。
Ｄ１＝Ｄ０−｜Ｌ０−Ｌ１｜−｜Ｒ０−Ｒ１｜ -----（１）

式（１）において、円板６０１の外径寸法Ｄ０は予め正確に測定されており、またＬ０、Ｌ１、Ｒ１、Ｒ０の値は、寸法測定器５ａおよび５ｂを用いて測定されている。従って、ロール１００の外径寸法は、寸法測定器５ａおよび５ｂを用いて帯状の平行光マスターゲージの円板およびロールの外径によって遮られる位置を測定することによって、求めることができる。

なお、図４では、ロールの外径寸法Ｄ１が円板の外径寸法Ｄ０より小さいものとして説明を行ったが、ロールの外径寸法Ｄ１が円板の外径寸法Ｄ０より大きい場合には、ロールの外径寸法Ｄ１は、下記式（２）で表される。
Ｄ１＝Ｄ０＋｜Ｌ０−Ｌ１｜＋｜Ｒ０−Ｒ１｜ -----（２）

寸法測定器５ａおよび５ｂとして市販の寸法測定器を用いた場合、ロール１００の外径によって遮られる位置を＋−０．００３ｍｍの精度で測定できるため、上述した方法で測定を行えば、ロールの外径Ｄ１を０．００３ｍｍの精度で測定できる。

またアーム移送手段４を動作させ、アーム３をロール１００の中心軸と平行に移動させながら、寸法測定器５ａおよび５ｂによる測定を繰り返すことにより、長さ方向の複数の位置におけるロールの外径寸法を測定できる。更に、ロール回転手段２を用いてロール１００を所定の角度だけ回転させ、その状態で外径寸法の測定を行えば、円周方向におけるロール１００の外径寸法の偏りを測定することもできる。

上述の式（１）（２）から分かるように、ロールの外径寸法の算出には、寸法測定器５ａおよび５ｂのアーム３への取り付け位置を示すデータを必要としない。従って、作業者が寸法測定器５ａおよび５ｂのアーム３への取り付け位置を調整する際、目視でロール１００の一部がプレート５０４の凹部５０５に挿入されるようにするだけでよい。そのため、寸法測定器５ａおよび５ｂの位置調整を短時間で終えることができる。

ところで、発明者等は、本発明にかかる形状測定装置の検討過程において、寸法測定器５ａおよび５ｂをロールの上下に配置した構成、すなわち図４の構成を時計回りに９０度回転させた構成を用い、同様の方法でロールの外径寸法を測定してみた。しかし、この構成では０．００３ｍｍの精度を確保することができず、測定精度が１桁近く悪い値となった。

その原因について検討を行ったが、寸法測定器をロールの上下に配置する構成の場合、アームを垂直方向に立てた状態で水平方向に移送することになる。この場合、寸法測定器の重さによってアームに回転モーメントが働き、移送の際に、そのモーメントによってアームの先端が振動し、そのために測定精度が低下したものと思われる。

これに対し、本発明の形状測定装置では、寸法測定器をアームから吊り下げる構成を採用しているために、アームに生じる回転モーメントが非常に小さく、結果として、アーム３がほとんど振動しないために、寸法測定器の本来の精度を維持できるものと思われる。

更に、本実施の形態では、階段状のフレーム７の上段フレーム７０２にアーム移送手段４を設置すると共に、アーム３の端部を固定したスライダ４０１を、上段フレーム７０２の上面に設置された一対のレール４０２で支持している。このような構成を採用した場合、アーム３の長さを必要最小限に留めることができるために、アームに生じる回転モーメントの値を一層小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、マスターゲージ６を構成する円板６０１、６０２および６０３を主軸台２ａに取り付けているが、この構成に限定されない。ロール１００の中心軸と同軸に配列されていれば、円板６０１、６０２および６０３を芯押台２ｂに取り付けてもよい。

また本実施の形態では、複数の円板を用いてマスターゲージ６を構成したが、必ずしも円板を用いる必要はない。水平方向の寸法があらかじめ測定された複数の板状部材を用いても、円板を用いた場合と同様の機能を実現できる。ただし、この場合、投光器５０６から放射された平行光Ｌが板状部材の表面で反射して投光器５０６に入射すると、投光器に障害が生じる恐れがあるため、反射光が投光器に入射しないような形状を採用する必要がある。

更に、板状部材の数は３枚に限定されない。測定するロールの直径が広い範囲に及ぶ場合には、板状部材の数を増やせばよい。ただし、板状部材の数を増やすと構造が複雑になるため、測定するロールの直径の範囲に応じて適切な枚数を選択する必要がある。

＜形状測定装置の制御系の構成＞
次に、図５を参照して、本実施の形態にかかる形状測定装置の制御系の構成について説明する。図５は、形状測定装置１の制御系の構成を示すブロック図である。

形状測定装置１の制御系は、寸法測定器５ａおよび５ｂ、アーム移送手段４、主軸台２ａ、芯押台２ｂ、コントローラ８およびパーソルコンピュータ（以降、「ＰＣ」と略記する）９で構成されている。これらのうち寸法測定器５ａおよび５ｂについては、先に詳しく説明したので、説明を省略する。

アーム移送手段４のエンコーダ４１１は、モータ４０８の回転軸に取り付けられており、モータ４０８の回転数を検出する。モータ４０８の回転数はスライダ４０１の移動距離に比例しているため、エンコーダ４１１でモータ４０８の回転数を検出することにより、アーム３の位置、すなわち寸法測定器５ａおよび５ｂの測定位置を検出することができる。

主軸台２ａのモータ２０６の回転軸に取り付けられたエンコーダ２１０は、主軸台２ａの回転軸２０２の回転角度を検出する。エンコーダ２１０で検出した値によってモータ２０６の回転を制御することにより、ロール１００を所定の角度だけ回転させることができる。

芯押台２ｂのエアーシリンダ２６０は、回転軸２５４を前方に押し出して傘型センター２５６をロール１００の端面に押し付けるために用いられる。一方、アクチュエータ２６１は、台本体２５１が設置されたスペーサ２５２をレール２５３に固定するために用いられる。

スイッチパネル２５７には、エアーシリンダ２６０の動作をオン／オフさせるスイッチ、アクチュエータ２６１の動作をオン／オフさせるスイッチおよび緊急時にモータ２０６の回転を停止させるスイッチが設けられている。

コントローラ８は、形状測定装置１の各部の動作を制御するもので、フレーム７の近傍に設置されたボックス（図示せず）内に収容され、制御部８０１、演算部８０２、記憶部８０３、タッチパネル８０４、プリンタ８０５および電源８０６で構成されている。

図示しないが、コントローラ８はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を内蔵しており、ＲＯＭに格納されたプログラムを読み出してＣＰＵで実行することにより、制御部８０１および演算部８０２のそれぞれの機能を実現している。

制御部８０１は、記憶部８０３に格納された制御用データに基づいてモータ２０６の回転を制御することによってロール１００の回転角度を調整し、同様に、モータ４０８の回転を制御することによってアーム３の移送位置を調整する。

演算部８０２は、寸法測定器５ａおよび５ｂのそれぞれの受光器５０７から送られてきた測定データを用い、上述の式（１）または(２)に基づいてローラ１００の外径寸法を算出する。演算部８０２で算出された外径寸法は、記憶部８０３に格納され、必要に応じてプリンタ８０５から打ち出される。

記憶部８０３は、通常、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリで構成され、測定の際に必要となるデータ、測定データおよび演算部８０２で演算したデータを格納する。

液晶ディスプレイで構成されたタッチパネル８０４は、測定位置や測定角度、許容値等の、測定および判定の際に必要となるデータを入力するために用いられ、また測定結果を表示するために用いられる。プリンタ８０５は、測定データおよび演算部８０２の演算データを打ち出すために用いられる。

電源８０６は外部の商用電源８０７に接続されており、図示しないケーブルを介して、形状測定装置１の各部に動作用の電力を供給する。

ＰＣ９は、寸法測定器５ａ、５ｂの測定データおよび演算部８０２の演算データに基づいて、図８に示す真円度や円筒度のグラフを作成する。ＰＣ９に内蔵されたハードディスクには、真円度や円筒度のグラフを作成するためのソフトウェアが格納されている。ＰＣ９で作成されたグラフはディスプレイに表示される。真円度や円筒度のグラフの作成方法については、後に図８を用いて詳述する。

＜形状測定装置の動作＞
次に、図２の正面図、図５のブロック図および図６のフローチャートを参照して、本実施の形態にかかる形状測定装置１の動作を説明する。形状測定装置１の一連の動作は、コントローラ８の制御に基づいて行われる。なお、形状測定装置１の動作を開始する前の状態では、アーム３は図２のＡに示す位置で待機している。

最初に、主軸台２ａと芯押台２ｂとの間に、測定対象であるロール１００を取り付ける（ステップＳ１１）。具体的には、ロール１００の長さに応じて、作業者が芯押台２ｂを移動させる。更に、主軸台２ａのセンターコーン２０４の先端をロール１００の左側の端面の穴に挿入し、芯押台２ｂの傘型センター２５６の先端をロール１００の右側の端面の穴に挿入する。

その後、芯押台２ｂのスイッチパネル２５７のスイッチを押して、アクチュエータ２６１を動作させ、スペーサ２５２をレール２５３に固定する。更にエアーシリンダ２６０を動作させ、回転軸２５４を前方に押し出して傘型センター２５６をロール１００の端面に押し付ける。

主軸台２ａおよび芯押台２ｂへのローラ１００の取り付けが終了した後、作業者は、コントローラ８のタッチパネル８０４から測定条件を入力する（ステップＳ１２）。具体的には、外径寸法を測定するロールの位置やロールの回転角度のデータ、外径寸法の許容値を示すデータを入力する。

次に、作業者はアーム３に対する寸法測定器５ａおよび５ｂの位置を調整して、図４に示す位置、すなわち投光器５０６から照射された帯状の平行光の一部がロール１００によって遮られる位置に取り付ける（ステップＳ１３）。位置調整後、レバー５０２を回転して、ブラケット５０１をアーム３に固定する。

次に、キャリブレーションを行う（ステップＳ１４）。キャリブレーションの際には、アーム３を図２のＢに示す領域に移動させ、位置をずらしながら３つの円板６０１、６０２、６０３について、図４に示した方法で、投光器５０６から受光器５０７に向けて帯状の平行光を照射し、円板によって遮光される位置Ｌ０およびＲ０を測定し、測定データを記憶部８０３に格納する。

円板の大きさによっては、円板が帯状の平行光Ｌを遮光しない場合もあるため、３つの円板のうち位置Ｌ０およびＲ０が測定できた円板のいずれか（例えば測定値がロールの測定値に近い方）の測定値を、基準データＬ０およびＲ０として用いる。

キャリブレーションが終了した後、アーム３は待機位置（図２の位置Ａ）を通過して測定領域（図２の領域Ｃ）に移動し、外径寸法の測定を行う（ステップＳ１５）。具体的には、制御部８０１は、アーム移送手段４を駆動してアーム３を測定点まで移動させ、寸法測定器５ａおよび５ｂを用いてロール１００が帯状の平行光Ｌを遮光する位置Ｌ１、Ｒ１を測定した後、そのデータを記憶部８０３に格納する。

図２の領域Ｃにおいて、アーム３を左から右に移動させながら上述の測定を繰り返す。また必要に応じて、ロール１００を所定の角度だけ回転させ、更にアーム３を右から左に移動させながら測定を繰り返す。測定データは記憶部８０３に格納される。

予め定めた全ての測定点における測定が終了した場合（ステップＳ１６でＹｅｓ）、制御部８０１はアーム３を待機位置（図２の位置Ａ）まで移動させ、その位置に停止させる（ステップＳ１７）。一方、測定が終了していない場合（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１５の処理に戻って測定を継続する。

次に、演算部８０２は寸法測定器５ａ、５ｂの測定データを用い、式（１）または式（２）に基づいてロール１００の測定点の外径寸法を算出し（ステップＳ１８）、続いて、算出結果を、記憶部８０３に格納された許容値と比較して、ロールの適否を判定する（ステップＳ１９）。具体的には、算出したロールの外径寸法が許容値の範囲内に含まれている場合は適、そうでない場合は否と判定する。

判定結果は、制御部８０１によってタッチパネル８０４に表示されると共に、記憶部８０３に格納される。また必要な場合、作業者は、プリンタ８０５を操作して判定結果を打ち出す。

最後に、ロール１００を主軸台２ａおよび芯押台２ｂから取り外して作業を終了する（ステップＳ２０）。具体的には、芯押台２ｂのスイッチパネル２５７を操作して、エアーシリンダ２６０およびアクチュエータ２６１の動作を解除し、芯押台２ｂを手動で右方向に移動させ、ロール１００を主軸台２ａおよび芯押台２ｂから取り外す。以上で、ロール形状の測定作業は終了する。

表１に、平行光の幅Ｗが６５ｍｍの市販の寸法測定器を用い、図６に示したフローに従ってロール１００の外径寸法を測定した結果の一例を示す。図７は、ロール１００の外径寸法の測定点を示した図で、表１の測定結果に対応している。図７（ａ）は、ロール１００を回転させながら測定を行ったときの測定角度、図７（ｂ）は、アーム３をロール１００に沿って移動させながら外径寸法を測定したときの測定位置を示している。

表１に示すように、本実施の形態にかかる形状測定装置１を用いれば、ロールの外径寸法を０．００１ｍｍの単位で、かつ０．００３ｍｍの精度で測定することができる。

＜ロールの形状に関するデータの作成例＞
上述の実施の形態では、ロールの外径寸法を測定する場合についてのみ説明したが、本発明にかかる形状測定装置は外径寸法の測定に限定されず、寸法測定器で測定したデータを加工することによって、真円度、円筒度、芯振れ度等のロールの形状に関する様々なデータを作成することができる。

図８は、表１に示した外径寸法の測定データを基に、専用のソフトウェアを用いて作成したデータをグラフ化したものである。図８（ａ）はロールの真円度を示すグラフ、図８（ｂ）はロールの円筒度を示すグである。図中、実線は外径寸法の測定値Ｄ１を示し、細線は外径寸法の最大許容値Ｄｍａｘと最小許容値Ｄｍｉｎを示す。

図に示したロールの形状は、実際の形状とは異なり、外径寸法の最大許容値Ｄｍａｘと最小許容値Ｄｍｉｎの近傍の値のみを示している。更に、測定角度および測定位置の中間の値は、測定データに基づいて作成した推定値である。

なお、図８のグラフは表１のデータだけでは作成できないため、追加の測定が必要となる。以下、その理由を簡単に説明する。

前述の図４に示した外径寸法の測定方法では、ロールの回転軸とマスターゲージ６の各円板の中心軸とが一致しているものとしたが、実際には若干のずれがある。ロールの外径寸法の測定であれば、このずれは測定値に影響しないが、図８に示すグラフを作成するためには、ロールの中心軸から外径までの距離すなわちロールの半径のデータが必要となる。

ロールの半径のデータを得るためには、任意の角度において外径寸法を測定した後、更にロールを１８０度回転させた状態で外径寸法を測定し、それら２つの測定データから、ロールの中心軸とマスターゲージ６の円板の中心軸との間のずれ量を算出し、ずれ量だけ半径の寸法を増減させる必要がある。

図８（ａ）の真円度および図８（ｂ）の円筒度のグラフを見れば、測定対象のロールがどのような形状をしているか、また外径寸法が許容値の範囲内にあるか否かを、視覚を通して簡単に確認することができる。

なお、上述の実施の形態では、本発明にかかる形状測定装置を用いて、グラビア印刷用のシリンダーの形状を測定する場合について説明したが、本発明にかかる形状測定装置の用途は、グラビア印刷用シリンダーの形状測定に限定されない。タービンの軸等のより径の大きいロールの形状測定にも適用できることは、云うまでもない。

１ ロール形状測定装置
２ ロール回転手段
２ａ 主軸台
２ｂ 芯押台
３ アーム
４ アーム移送手段
５ａ、５ｂ 寸法測定器
６ マスターゲージ
７ フレーム
８ コントローラ
９ ＰＣ
２０１、２５１ 台本体
２０２、２５４ 回転軸
２０３、２５５、４０５、４０６ 軸受
２０４ センターコーン
２０５、２０７ プーリ
２０６、４０８ モータ
２０８ ベルト
２５２ スペーサ
２５３、４０２ レール
２５６ 傘型センター
２５７ スイッチパネル
４０１ スライダ
４０３ ネジ軸
４０４ ナット
４０７ カップリング
５０１ ブラケット
５０２ レバー
５０４ プレート
５０６ 投光器
５０７ 受光器
５０８、５０９ カバー
６０１、６０２、６０３ 円板
７０１ 下段フレーム
７０２ 上段フレーム
７０３、７０４ 凹部
８０１ 制御部
８０２ 演算部
８０３ 記憶部
８０４ タッチパネル
８０５ プリンタ
８０６ 電源

Claims (8)

1. 測定対象である円筒状または円柱状のロールを、中心軸が水平に保たれた状態で回転させるロール回転手段と、
   前記ロールの上方において略水平に保たれ、かつ長手方向が前記ロールの中心軸と直交する方向に配置された直線状のアームと、
   前記アームに吊り下げた状態で取り付けられ、前記ロールの外径寸法を測定する一対の寸法測定器と、
   前記アームを、前記ロールの中心軸と平行な方向に移送するアーム移送手段とを備え、
   前記一対の寸法測定器は、それぞれ
   帯状の平行光を照射する投光器と、
   前記帯状の平行光を受光する複数の受光素子が直線状に配置され、前記帯状の平 行光が前記ロールによって遮られる位置を検出する受光器と、
   前記投光器および受光器を、一定の間隔を保ち、かつ前記帯状の平行光が鉛直方向に照射される状態で支持するプレートとで構成され、
   前記一対の寸法測定器の前記アームへの取り付け位置は、前記ロールの直径に応じて調整され、それぞれの投光器から照射された帯状の平行光の一部が前記ロールによって遮られる位置に取り付けられることを特徴とするロール形状測定装置。
2. 前記ロールの一方の端部の近傍に設置され、かつ前記ロール回転手段の回転軸が貫通する孔を有し、水平方向の寸法があらかじめ測定された複数の板状部材で構成されたマスターゲージを備え、
   前記一対の寸法測定器のそれぞれの投光器から照射された帯状の平行光の一部が前記複数の板状部材のいずれかで遮られたときに前記受光器で測定された位置データは、
   前記一対の寸法測定器のそれぞれの投光器から照射された帯状の平行光の一部が前記ロールの外径で遮られたときに前記受光器で測定された位置データを用いて前記ロールの外径寸法を算出するときの基準データとして用いられる、請求項１に記載のロール形状測定装置。
3. 前記マスターゲージは、直径の異なる複数の円板で構成され、それぞれの円板は、中心軸が前記ロール回転手段の回転軸の回転中心と略一致する状態で配列されている、請求項２に記載のロール形状測定装置。
4. 前記寸法測定器のプレートは、角筒状のブラケットの下部に取り付けられ、
   前記プレートは、角柱状に形成された前記アームを前記ブラケットの中空部に挿入することにより、前記アームに吊り下げられた状態で保持される、請求項１ないし３のいずれかに記載のロール形状測定装置。
5. 前記ロール回転手段は、回転軸の先端が、前記ロールの一方の端面の中心部に形成された穴に挿入される主軸台と、回転軸の先端が、前記ロールの他方の端面の中心部に形成された穴に挿入される芯押台とで構成され、
   前記主軸台は、前記回転軸を回転可能に支持する台本体と、前記回転軸を回転させるモータとを備え、
   前記芯押台は、前記回転軸を回転可能に支持する台本体と、当該台本体を、前記ロールの中心軸と平行な方向に移動させる一対のレールと、前記台本体を前記一対のレールに固定する固定部材と、前記回転軸を前記ロールの端面に押し付ける押圧部材とで構成される、請求項１ないし４のいずれかに記載のロール形状測定装置。
6. 前記アーム移送手段は、前記ロールの中心軸と平行に配置されたネジ軸、当該ネジ軸に螺合するナット、および前記ネジ軸を回転させるモータとを備えたボールねじで構成され、
   前記アームの一方の端は、前記ナットに接続されたスライダに固定され、
   前記スライダは、前記ロールの中心軸と平行に設置された一対のレールに沿って移動できるように構成されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のロール形状測定装置。
7. 前記ロール回転手段は、階段状の金属製フレームの下段フレームの上面に設置され、
   前記アーム移送手段は、前記フレームの上段フレームの上面に設置される、請求項１ないし６のいずれかに記載のロール形状測定装置。
8. 前記ロール回転手段、前記アーム移送手段および前記一対の寸法測定器の動作を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記一対の寸法測定器で測定した前記ロールの外径の位置を示す第１のデータおよび前記マスターゲージのいずれかの板状棒材の位置を示す第２のデータ、ならびに当該板状部材の寸法を示す第３のデータに基づいて前記ロールの外径寸法を算出する、請求項１ないし７のいずれかに記載のロール形状測定装置。

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