JP5535095B2 - Work size measuring device - Google Patents
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Description
本発明はワークの外形寸法を迅速かつ正確に測定できるワーク寸法測定装置に関する。 The present invention relates to a workpiece dimension measuring apparatus that can quickly and accurately measure an outer dimension of a workpiece.
ワーク外形を自動測定する測定装置としては特許文献1に示すようなものが知られている。これは三次元空間を移動可能としたZ軸スピンドルの先端にタッチセンサを設けたものである。また、特許文献2には、測定寸法方向へ移動可能に配設した一対のCCDカメラの光学的中心軸をワークの測定対象部の端に一致させることによってワークの平面的寸法を測定するものが示されている。さらに、特許文献3には、平行光線をワークに照射して、ワークの背後と側方にそれぞれ設置したCCD受光器の受光状況からワークの寸法を測定するものが示されている。 As a measuring device for automatically measuring the workpiece outer shape, a device as shown in Patent Document 1 is known. This is a touch sensor provided at the tip of a Z-axis spindle that can move in a three-dimensional space. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 measures the planar dimension of a workpiece by matching the optical center axis of a pair of CCD cameras arranged so as to be movable in the measurement dimension direction with the end of the workpiece measurement target portion. It is shown. Further, Patent Document 3 discloses a technique in which a workpiece is irradiated with parallel light rays and the dimensions of the workpiece are measured from the light receiving conditions of CCD light receivers installed behind and on the sides of the workpiece.
しかし、特許文献1に記載の装置では正確なワーク外形を得ようとするとタッチセンサをかなり多くのワーク外形点に順次接触させる必要があって測定に時間を要するという問題がある。また、特許文献2に記載の装置では帯状ワークの幅寸法等を測定することはできるが、円形ワーク等の直径を正確に測定することは困難である。さらに特許文献3に記載の装置ではワークの背後や側方に複数設けたCCD受光器の受光状況を判定するアルゴリズムが比較的複雑であるという問題がある。 However, the apparatus described in Patent Document 1 has a problem that it takes time for measurement because it is necessary to sequentially bring a touch sensor into contact with a large number of workpiece outline points in order to obtain an accurate workpiece outline. Moreover, although the apparatus of patent document 2 can measure the width dimension etc. of a strip | belt-shaped workpiece | work, it is difficult to measure the diameter of a circular workpiece | work etc. correctly. Furthermore, the apparatus described in Patent Document 3 has a problem that the algorithm for determining the light reception status of a plurality of CCD light receivers provided behind or on the side of the workpiece is relatively complicated.
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、円形ワーク等を含む種々のワークの形状を短時間で簡易かつ正確に測定できるワーク寸法測定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a workpiece dimension measuring apparatus that can easily and accurately measure the shapes of various workpieces including circular workpieces in a short time.
上記目的を達成するために、本第1発明では、ワーク(W)を挟んで両側に位置させられ、ワーク(W)に向けて一定長の線状レーザ光(L)を照射する一対のレーザ光照射手段(4A,4B)と、これらレーザ光照射手段(4A,4B)を互いに対向する方向で離間ないし接近方向へ移動させる移動駆動手段(2A,2B)と、ワーク(W)に照射された線状レーザ光(L)がワーク(W)の表面に線像(M)を生じさせた際の移動距離に基づいてワーク(W)の外形寸法を算出する外形算出手段(6)とを備え、かつワーク(W)は円形であり、その外周面に生じる線像(M)は頂点(M1)を有する円弧状をなし、外形算出手段(6)は上記移動距離と頂点(M1)の位置に基づいてワーク(W)の外径を算出するものである。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a pair of lasers that are positioned on both sides of a workpiece (W) and irradiate the workpiece (W) with a linear laser beam (L) of a certain length The light irradiation means (4A, 4B), the movement drive means (2A, 2B) for moving the laser light irradiation means (4A, 4B) in a direction opposite to each other or in the approaching direction, and the work (W) are irradiated. An outer shape calculating means (6) for calculating the outer dimension of the workpiece (W) based on the moving distance when the linear laser beam (L) generates a line image (M) on the surface of the workpiece (W). The workpiece (W) has a circular shape, and the line image (M) generated on the outer peripheral surface thereof has an arc shape having a vertex (M1), and the outer shape calculation means (6) has the moving distance and the vertex (M1). The outer diameter of the workpiece (W) is calculated based on the position .
本第1発明においては、レーザ光照射手段からワークに照射された線状レーザ光がワークの表面に線像を生じさせた際の移動距離に基づいてワークの外形寸法を算出しているから、ワークの形状を短時間で簡易かつ正確に測定できる。特に本第1発明ではレーザ光照射手段によって頂点を有する円弧状の線像を生じさせ、線像を生じさせた際の移動距離と頂点の位置より円形ワークの外径を短時間で簡易かつ正確に測定できる。 In the first invention, since the linear laser beam irradiated to the workpiece from the laser beam irradiation means calculates the outer dimension of the workpiece based on the moving distance when the line image is generated on the surface of the workpiece, The shape of the workpiece can be measured easily and accurately in a short time. In particular, in the first invention, an arc-shaped line image having a vertex is generated by the laser beam irradiation means, and the outer diameter of the circular workpiece is easily and accurately determined in a short time from the moving distance and the position of the vertex when the line image is generated. Can be measured.
本第2発明では、移動駆動手段(2A,2B)によって互いに対向する方向で離間ないし接近方向へ移動させられる一対の接触式検知器(5A,5B)を設け、外形算出手段(6)は頂点(M1)間を結ぶ線上で接触式検知器(5A,5B)がワーク(W)の内周面に接触した際の移動距離よりワーク(W)の内径を算出するものである。 In the second aspect of the present invention, a pair of contact detectors (5A, 5B) that are moved away from each other or in an approaching direction by the movement drive means (2A, 2B) are provided, and the outer shape calculation means (6) is the apex. The inner diameter of the workpiece (W) is calculated from the moving distance when the contact detectors (5A, 5B) contact the inner peripheral surface of the workpiece (W) on the line connecting (M1).
本第2発明においては、線像の頂点を結ぶ線上で接触式検知器がワークの内周面に接触した際の移動距離よりワークの内径を短時間で簡易かつ正確に測定できる。 In the second invention, the inner diameter of the workpiece can be measured easily and accurately in a short time from the moving distance when the contact detector contacts the inner peripheral surface of the workpiece on the line connecting the vertices of the line image.
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。 The reference numerals in the parentheses indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
以上のように、本発明のワーク寸法測定装置によれば、円形ワーク等を含む種々のワークの形状を短時間で簡易かつ正確に測定することができる。 As described above, according to the workpiece dimension measuring device of the present invention, the shapes of various workpieces including circular workpieces can be measured easily and accurately in a short time.
図1にはワーク測定装置の側面図を示す。図1において、一定幅の長板状の基体1には下面の両側に長手方向へ延びる移動駆動手段としてのスライダ機構2A,2Bが設けられている。スライダ機構2A,2Bは本実施形態では基体1を長手方向へ等分する同一長としてあり、小間隙をおいて対向位置している。各スライダ機構2A,2Bには支持部材3A,3Bが垂設されており、これら支持部材3A,3Bにはそれぞれレーザ光照射手段たるレーザ変位計(例えば(株)キーエンス製LJ−G080)4A,4Bが互いに対向させて設けてある。
FIG. 1 shows a side view of the workpiece measuring apparatus. In FIG. 1, a long plate-like substrate 1 having a constant width is provided with
レーザ変位計4A,4Bは、一定長の線状レーザ光を出力するレーザ出力器41と、線状レーザ光の反射光を受光するCCD受光器42を備えている。また、各支持部材3A,3Bには側面に接触式検知器たるタッチプローブ5A,5Bが設けられて、その接触子51が下方へ突出している。CCD受光器42およびタッチプローブ5A,5Bの出力信号は外形算出手段としてのパソコン6に入力している。なお、上記スライド機構2A,2Bの駆動モータ21がパソコン6の出力信号で制御されるようになっている。
The
上記支持部材3A,3Bの移動位置はスライダ機構2A,2B内に設けたリニアスケール(図示略)によって検出されている。また、基体1は中央上面がロボットアームHに結合されており、ロボットアームHによって、支持台S上に載置されたワークWに対して予めティーチングされた所定の位置に位置決めされる。すなわち各支持部材3A,3Bが基体1の中央から遠い外端にあるときに、これら支持部材3A,3BがワークWの中心線から大きくずれない範囲で、ワークWを挟んでその両側に位置するように基体1が水平姿勢で位置決めされる。
The movement positions of the
ワークWが円形の場合は、左右の支持部材3A,3Bを互いに接近する方向へ移動させて、図1に示すように線状レーザ光LをワークWの外周面に照射する。支持部材3A,3Bは、レーザ出力器41の光軸とCCD受光器42の光軸が交差する点がワークWの外周面上になる距離までワークWの外周面に接近させられる。そして、図2に示すように、この時ワークWの外周面に生じた線像Mが各レーザ変位計4A,4BのCCD受光器42で捉えられる。線像Mは、ロボットアームHの軸心を中心に回転することで図2に示すようにワークWの外周面に沿った円弧となる。
When the workpiece W is circular, the left and
この円弧は頂点M1を有するから、左右のCCD受光器42で捉えられた各線像Mの頂点M1を結ぶ線がワークWの中心Oを通る中心線Cであり、上記頂点M1を結ぶ線の長さがワークWの外径Dとなる。そこで、パソコン6内では、両支持部材3A,3Bが移動した際の、基体1の中央から両支持部材3A,3Bまでの距離Yl,Yr(図1)と、レーザ変位計4A,4Bの寸法X、および各レーザ変位計4A,4Bから頂点M1までの、基体1の長手方向に沿った距離Sl,Srから以下の計算式(1)で円形ワークの直径Dを算出する。なお、ワークWの周方向の複数個所で直径Dを算出する必要がある場合にはロボットアームHの軸心を中心に左右の支持部材3A,3Bを適当角度旋回させることによって行う。
D=Yl−(Sl+X)+Yr−(Sr+X)
=Yl+Yr−(Sl+Sr+2X) …(1)
Since this circular arc has a vertex M1, the line connecting the vertexes M1 of the line images M captured by the left and right
D = Yl− (Sl + X) + Yr− (Sr + X)
= Yl + Yr- (Sl + Sr + 2X) (1)
ワークWの内径Eを測定する必要がある場合には、各支持部材3A,3Bを基体1の中央に近い内端へ移動させた状態で、左右のタッチプローブ5A,5Bを結ぶ線が、上述の方法で検出されたワークWの中心線Cと一致するようにロボットアームHによって基体1を平行移動させる(図3)。そして、スライダ機構2A、2Bにより各支持部材3A,3Bを、タッチプローブ5A,5Bの接触子51がワークWの内周面に当接するまで互いに外方へ移動させ、この間の支持部材3A,3Bの移動距離からパソコン6内でワークWの内径Eを算出する。このようにタッチプローブ5A,5Bの接触子51をワークWの内周面に一回接触させるだけでその内径Eを迅速かつ正確に測定することができる。
When it is necessary to measure the inner diameter E of the workpiece W, the lines connecting the left and
以上のように、本実施形態のワーク寸法測定装置によれば、円形ワークWの外径Dと内径Eを短時間で簡易かつ正確に測定することができる。本実施形態のワーク寸法測定装置は、例えばスパッタリングターゲット(ターゲット材)のようなワークWの各部寸法を迅速かつ正確に測定することができる。例えば、図4に示す凹陥部のある円形ワークWの場合、ワークWの厚み寸法J,Kは基体1の姿勢を垂直にして、スライダ機構2A、2Bにより各支持部材3A,3B上のレーザ変位計4A,4Bを上下方向からワークWを挟むように接近させることによって測定する。なお、この場合の線像は頂点の無い直線状のものとなり、各CCD受光器42で得られた直線間の距離がワークWの厚み寸法J,Kとなる。外径D1,D2および内径Eは基体1の姿勢を水平に戻して上述の方法で迅速に測定できる。
As described above, according to the workpiece dimension measuring apparatus of the present embodiment, the outer diameter D and the inner diameter E of the circular workpiece W can be easily and accurately measured in a short time. The workpiece dimension measuring apparatus of this embodiment can measure each part dimension of the workpiece | work W like a sputtering target (target material) rapidly and correctly, for example. For example, in the case of the circular workpiece W having the recessed portion shown in FIG. 4, the thickness dimensions J and K of the workpiece W are set so that the posture of the base body 1 is vertical, and the laser displacements on the
また、図5に示すような段付きの円形ワークWについても、その厚みJ,K、外径D1,D2を上述の方法で迅速に測定でき、さらには図6に示すような円錐台形ワークWについてもその厚みJと外径Dを上述の方法で迅速に測定できる。 Further, for the stepped circular workpiece W as shown in FIG. 5, the thicknesses J and K and the outer diameters D1 and D2 can be quickly measured by the above-described method. Furthermore, the truncated cone workpiece W as shown in FIG. The thickness J and the outer diameter D can be quickly measured by the above method.
1…基体、2A,2B…スライダ機構(移動駆動手段)、4A,4B…レーザ変位計(レーザ光照射手段)、5A,5B‥タッチプローブ(接触式検知器)、6…パソコン(外形算出手段)、H‥ロボットアーム、L…線状レーザ光、M‥線像、M1…頂点、W…ワーク。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate, 2A, 2B ... Slider mechanism (movement drive means), 4A, 4B ... Laser displacement meter (laser beam irradiation means), 5A, 5B ... Touch probe (contact type detector), 6 ... Personal computer (outline calculation means) ), H ... robot arm, L ... linear laser beam, M ... line image, M1 ... vertex, W ... work.
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