JP6277890B2 - 寸法測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定対象の寸法の大小を識別する装置に関する。

従来、指向性をもった光線を被測定対象に照射し、該光線の透過および遮光のいずれかを判別して被測定対象の寸法の大小を識別する方法がある。

もっとも単純な構成は、被測定対象を測定用治具に固定し、一つの光源から発せられた光線を被測定対象に照射するものである。しかしながら、この構成の場合、測定用治具に被測定対象を固定する位置のばらつきに起因して、寸法の大小を誤って識別してしまうことがある。具体的には、光線の光路を被測定対象が遮れば「大」、遮ることなく透過すれば「小」と識別するシステムを想定する。「大」と識別されるべき被測定対象が、位置ばらつきによって最も光路から離れる位置において、被測定対象が光路を遮るように光源を配置すると、本来「小」と識別されるべき被測定対象が、位置ばらつきによって最も光路に近い位置に配置された場合に、光路を被測定対象が遮ってしまい、誤って「大」であると識別してしまう虞がある。

このような問題を解消するため、特許文献１に記載の寸法測定方法では、それぞれに光源および光を平行光とするビームエキスパンダを含む２つのテレセントリックセンサを備え、光源が１つの場合に較べて被測定対象の寸法を高精度に測定可能に構成されている。

また、特許文献２に記載のレーザー利用測定装置は、一つの光源から発せられた光線を、コリメータと回転透明板（プリズム）を用いて平行光を生成し、これをハーフミラーによって分離して２つの光路を確保している。これにより、特許文献１と同様に、光路が１つの場合に較べて被測定対象の寸法を高精度に測定可能である。そして、単一光源で２光路を実現することができ、装置規模を抑制することができる。

さらに、特許文献３に記載の穴サイズ判別装置は、光を検出するセンサとしてファイバセンサを用いている。ファイバセンサは、被測定対象に光を照射する際に送光用光ファイバを用いており、特許文献１に記載のビームエキスパンダや、特許文献２のコリメータおよび回転透明板を用いることなく平行光を作り出している。よって、装置規模を抑制しつつ平行光を得ることができるから、被測定対象の寸法を高精度に測定可能である。

特開２０１２−２６８１６号公報 特開平７−４９２７号公報 特開２００５−２２１３７７号公報

上記した各特許文献では、２つあるいは１つの光源を用いて、ひとつの被測定対象の寸法を測定するものである。逆に言えば、例えば２種類の大きさの被測定対象を同時に測定することはできない。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、設計値として２種類の大きさをもつ被測定対象を一度の測定で同時に寸法測定することのできる寸法測定装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、最小寸法の設計値がＭ±δＭの大部材（２００）と、最大寸法の設計値がｍ±δｍ（Ｍ＞ｍ）の小部材（３００）と、を含む被測定対象の寸法の大小を識別する寸法測定装置であって、平行な２つの光路と、光路を第１方向と第２方向の２つの方向に分割する第１ビームスプリッタ（２０）と、第１方向において、光路上に置かれた２つの第１受光器（３０）と、第２方向において、光路上に置かれた２つの第２受光器（４０）と、を備え、第１ビームスプリッタと第１受光器との間に大部材が配置され、第１ビームスプリッタと第２受光器との間に小部材が配置され、平行な２つの光路の間隔Ｌが、ｍ＋δｍ＜Ｌ＜Ｍ−δＭとされることを特徴としている。

これによれば、大部材が設計値の範囲に正しく製造されていれば、光路は大部材により遮られて、２つの第１受光器はいずれも受光しない。第１受光器のいずれか１つに光路を通った光が受光すれば、大部材が設計値に比べて小さく製造されていることを識別することができる。

一方、小部材が設計値の範囲に正しく製造されていれば、光路は小部材により遮られることはなく、２つの第２受光器はいずれも受光する。第２受光器のいずれか１つが受光しない状態となれば、小部材が設計値に比べて大きく製造されていることを識別することができる。

本発明では、第１ビームスプリッタで分割され第１方向に向かう光路にて大部材を測定し、第２方向に向かう光路にて小部材を測定するから、上記した大部材と小部材の寸法判定を同時に行うことができる。

第１実施形態に係る寸法測定装置の概略構成を示す上面図である。 大ボルトの概略構成を示す上面図である。 小ボルトの概略構成を示す上面図である。 光路とボルトの位置関係を示す上面図である。 第２実施形態に係る寸法測定装置の一部を示す上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る寸法測定装置の概略構成について説明する。

本実施形態の寸法測定装置における被測定対象はボルトの頭部である。図１〜図３に示すように、この寸法測定装置１００は、大部材としての大ボルト２００の頭部２０１と、小部材としての小ボルト３００の頭部３０１の寸法の大小を識別する。

なお、図２に示すように、大ボルト２００は、頭部２０１と、軸部２０２と、頭部２０１と軸部２０２の間に形成されたフランジ部２０３と、から構成された一般的なボルトである。大ボルト２００は、軸部２０２の軸を対称軸とした回転対称形状をしている。なお、本実施形態における頭部２０１は六角形状を成しているから厳密には６回対称形状である。また、頭部２０１の、軸部２０２に直交する方向における最小寸法は、設計値でＭ±δＭとする。

また、図３に示すように、小ボルト３００についても、頭部３０１と、軸部３０２と、頭部３０１と軸部３０２の間に形成されたフランジ部３０３と、から構成された一般的なボルトである。小ボルト３００は、軸部３０２の軸を対称軸とした回転対称形状をしている。なお、本実施形態における頭部３０１は六角形状を成しているから厳密には６回対称形状である。また、頭部３０１の、軸部３０２に直交する方向における最大寸法は、設計値でｍ±δｍとする。なお、Ｍ＞ｍである。

この寸法測定装置１００は、図１に示すように、第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂと、第１ビームスプリッタ２０と、２つの第１受光器３０と、２つの第２受光器４０と、を備えている。また、第１受光器３０および第２受光器４０と通信可能に接続された処理部５０を備えている。

さらに、この寸法測定装置１００は、大ボルト２００を搬送する第１フィーダ２１０と、小ボルト３００を搬送する第２フィーダ３１０と、第１フィーダ２１０または第２フィーダ３１０から各ボルト２００，３００を摘出して搬送するボルト摘出具４００と、を備えている。

第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂは指向性の光源であり、例えば光ファイバを通して光ファイバの先端から光を射出する。第１光源１０ａは、第１受光器３０の一方に入射するように光を照射する。また、第２光源１０ｂは、第１光源１０ａの照射する光と平行に光を照射し、その光が第１受光器３０の他方に入射するようになっている。第１光源１０ａと第２光源１０ｂは、互いに距離Ｌだけ離れて配置されており、これらから照射された平行光も、互いに距離Ｌだけ離れている。そして、この距離Ｌは、ｍ＋δｍ＜Ｌ＜Ｍ−δＭの関係を満たすようにされている。

第１ビームスプリッタ２０は、例えばハーフミラーであり、入射した光を２つの方向に分離する。本実施形態における第１ビームスプリッタ２０は、第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂと、第１受光器３０との間に配置されている。第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂから照射された光は、第１ビームスプリッタ２０のミラー面に照射されて、第１方向に透過する光と、第２方向に反射する光とに分離される。

第１受光器３０は光を電気信号に変換する検出器である。第１受光器３０は、例えばＣＣＤなどの光電変換式や、ボロメータなどの熱効果式の検出器を採用することができる。第１受光器３０は、第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂから照射され、第１ビームスプリッタ２０を透過して第１方向に進行した光を受光する。このため、２つの第１受光器３０は互いに距離Ｌだけ離間している。第１受光器３０は後述の処理部５０に通信可能に接続されており、受光により変換された電気信号を処理部５０に出力する。

第２受光器４０も第１受光器３０同様に光を電気信号に変換する検出器である。第２受光器４０は、第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂから照射され、第１ビームスプリッタ２０により反射して第２方向に進行した光を受光する。このため、２つの第２受光器４０は互いに距離Ｌだけ離間している。第２受光器４０は後述の処理部５０に通信可能に接続されており、受光により変換された電気信号を処理部５０に出力する。

処理部５０は、第１受光器３０および第２受光器４０と通信可能に接続されている。処理部５０は、第１受光器３０からの電気信号に基づいて、大ボルト２００の寸法の大小の識別を行う。また、第２受光器４０からの電気信号に基づいて、小ボルト３００の寸法の大小の識別を行う。具体的な処理方法については後述する。

第１フィーダ２１０はレール状の部材であり、中央に走った溝２１１に大ボルト２００の軸部２０２がクリアランスを持って嵌合するようになっている。大ボルト２００は、その頭部２０１あるいはフランジ部２０３が第１フィーダ２１０に当接して支えられている。大ボルト２００は、第１フィーダ２１０の溝２１１に沿ってボルト摘出具４００側に搬送されるようになっている。第１フィーダ２１０に搬送された大ボルト２００は、一旦ボルト摘出具４００に搬送を遮られて位置が固定され、固定された状態で頭部２０１の寸法の大小が識別される。

第２フィーダ３１０も第１フィーダ２１０同様、レール状の部材であり、第１フィーダ２１０と平行に配置されている。そして、第２フィーダ３１０に中央に走った溝３１１に小ボルト３００の軸部３０２がクリアランスを持って嵌合するようになっている。小ボルト３００は、その頭部３０１あるいはフランジ部３０３が第２フィーダ３１０に当接して支えられている。小ボルト３００は、第２フィーダ３１０の溝３１１に沿ってボルト摘出具４００側に搬送されるようになっている。第２フィーダ３１０に搬送された小ボルト３００は、一旦ボルト摘出具４００に搬送を遮られて位置が固定され、固定された状態で頭部３０１の寸法の大小が識別される。

ボルト摘出具４００は、頭部２０１，３０１の寸法の大小が識別されたボルト２００，３００を第１フィーダ２１０あるいは第２フィーダ３１０から摘出する治具である。本実施形態におけるボルト摘出具４００は、第１フィーダ２１０および第２フィーダ３１０に対して直交して配置され、各フィーダ２１０，３１０の終端に取り付けられている。ボルト摘出具４００における、各フィーダ２１０，３１０の終端との接触面４０１には一部に切り欠き４０２が形成されている。頭部２０１，３０１の寸法を識別する場合には、搬送されてきたボルト２００，３００は、ボルト摘出具４００の接触面４０１に接触して搬送が妨げられて位置が固定される。一方、ボルト２００，３００を各フィーダ２１０，３１０から取り出す際には、上記切り欠き４０２が各フィーダ２１０，３１０における溝２１，３１１に一致する位置まで移動して、ボルト２００，３００の軸部２０２，３０２を切り欠き４０２に嵌合させて摘出する。

次に、本実施形態における寸法測定装置１００の作用効果について、処理部５０の具体的な処理方法とともに説明する。

第１光源１０ａと第２光源１０ｂは、ｍ＋δｍ＜Ｌ＜Ｍ−δＭの関係を満たす距離Ｌだけ離間している。それぞれの光源１０ａ，１０ｂが照射する光の光路は、互いに距離Ｌだけ離れた平行光になっている。

図１に示すように、大ボルト２００は、第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂが照射するそれぞれの光路が第１ビームスプリッタ２０を透過する第１方向において、第１ビームスプリッタ２０と第１受光器３０との間に配置されるようになっている。

同様に、小ボルト３００は、第１光源１０ａおよび第２光源１０ｂが照射するそれぞれの光路が第１ビームスプリッタ２０を反射する第２方向において、第１ビームスプリッタ２０と第２受光器４０との間に配置されるようになっている。

とくに、図４に示すように、大ボルト２００および小ボルト３００は、それぞれ軸部２０２，３０２の軸線が、２つの光路と等距離になる仮想線上を通るように配置されている。

まず、大ボルト２００の頭部２０１の寸法測定について説明する。

大ボルト２００の頭部２０１は、設計値の最小寸法がＭ±δＭであるから、ばらつきを含めた寸法の最小値はＭ−δＭである。これに対して、２つの光路間の距離はＬであり、ＬはＭ−δＭよりも小さいから、第１ビームスプリッタ２０から第１方向に向かう光路は大ボルト２００によって遮られることになる。すなわち、大ボルト２００が設計値通りの寸法で製造されていれば、第１受光器３０には、第１ビームスプリッタ２０からの直接光は入射しない。逆に言えば、２つの第１受光器３０のうち、少なくとも一方に、第１ビームスプリッタ２０からの直接光が入射する状態は、大ボルト２００の寸法が設計値に対して小さく製造されていることを意味する。

処理部５０は、２つの第１受光器３０にて検出された光量が、いずれも所定の閾値以下である場合には大ボルト２００を良品判定し、少なくとも一方が閾値を上回っている場合には大ボルト２００を不良判定する。これにより、大ボルト２００のうち、頭部２０１が設計値に比べて小さく製造されてものを識別することができる。

次いで、小ボルト３００の頭部３０１の寸法測定について説明する。

小ボルト３００の頭部３０１は、設計値の最大寸法がｍ±δｍであるから、ばらつきを含めた寸法の最大値はｍ＋δｍである。これに対して、２つの光路間の距離はＬであり、Ｌはｍ＋δｍよりも大きいから、第１ビームスプリッタ２０から第２方向に向かう光路は小ボルト３００に妨げられず透過することになる。すなわち、小ボルト３００が設計値通りの寸法で製造されていれば、第２受光器４０には、第１ビームスプリッタ２０からの直接光が入射する。逆に言えば、２つの第２受光器４０のうち、少なくとも一方に、第１ビームスプリッタ２０からの直接光が入射しない状態は、小ボルト３００の寸法が設計値に対して大きく製造されていることを意味する。

処理部５０は、２つの第２受光器４０にて検出された光量が、いずれも閾値を上回っている場合には小ボルト３００を良品判定し、少なくとも一方が閾値以下である場合には小ボルト３００を不良判定する。これにより、小ボルト３００のうち、頭部３０１が設計値に比べて大きく製造されてものを識別することができる。

また、第１ビームスプリッタ２０で分割され第１方向に向かう光路にて大ボルト２００を測定し、第２方向に向かう光路にて小ボルト３００を測定するから、上記した大ボルト２００と小ボルト３００の寸法判定を同時に行うことができる。これにより、従来の測定に較べて測定に要する時間を短縮することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、平行な２つの光路を、第１光源１０ａと第２光源１０ｂの２つの光源により生成する例について説明した。これに対して、本実施形態では、光源として第１光源１０ａのみを用いた例について説明する。

本実施形態における寸法測定装置１００は、図５に示すように、第１実施形態における第２光源１０ｂに代えて、第２ビームスプリッタ１１と、ミラー１２とを備えている。

第２ビームスプリッタ１１は、例えばハーフミラーであり、第１光源１０ａと第１ビームスプリッタ２０との間に配置されている。第１光源１０ａから照射された光は第２ビームスプリッタ１１に到達したのち、透過光と反射光とに分割される。透過光はそのまま第１ビームスプリッタ２０に向かう。反射光は、その先に配置されたミラー１２により進行方向が変えられる。ミラー１２により反射された光は、上記の透過光に平行となり、第１ビームスプリッタ２０に向かう。この透過光と反射光の光路が、平行な２つの光路となる。第１ビームスプリッタ２０に到達後の挙動は、第１実施形態と同様であるから、詳細を記載しない。

本実施形態に係る寸法測定装置１００は、第１実施形態に対して光源の数を減少させることができ、省エネ化とともにコストを低減できる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態では、被測定対象をボルトの頭部２０１，３０１とする例を示したが、被測定対象はボルトに限定されるものではない。

また、上記した各実施形態では、寸法測定装置１００が処理部５０を備える例について示したが、処理部５０は必ずしも必要としない。例えば、第１受光器３０および第２受光器４０に入射する光の光量に対する判定を人が行っても良い。

上記した各実施形態では、被測定対象の寸法をより一般的に記載した。具体的には、大ボルト２００、すなわち大部材、の最小寸法の設計値をＭ±δＭとした。また、小ボルト３００、すなわち小部材、の最大寸法の設計値がｍ±δｍ（Ｍ＞ｍ）とした。ここで、一つの例を挙げる。例えば、大ボルト２００の最小寸法の設計値が９．８２±０．１８ｍｍ（Ｍ＝９．８２ｍｍ，δＭ＝０．１８ｍｍ）とし、小ボルト３００の最大寸法の設計値が８．９０±０．３４ｍｍ（ｍ＝８．９０ｍｍ，δｍ＝０．３４ｍｍ）であるとする。この例では、Ｍ−δＭ＝９．６４ｍｍであり、ｍ＋δｍ＝９．２４ｍｍであるから、平行な２つの光路の離間距離Ｌは、９．２４ｍｍ＜Ｌ＜９．６４ｍｍの関係を満たせばよい。よって、例えば、Ｌ＝９．５０ｍｍとすることができる。

１０ａ…第１光源，１０ｂ…第２光源，２０…第１ビームスプリッタ，３０…第１受光器，４０…第２受光器，５０…処理部，２００…大ボルト（大部材），３００…小ボルト（小部材）

Claims (4)

1. 最小寸法の設計値がＭ±δＭの大部材（２００）と、最大寸法の設計値がｍ±δｍ（Ｍ＞ｍ）の小部材（３００）と、を含む被測定対象の寸法の大小を識別する寸法測定装置であって、
   平行な２つの光路と、
   前記光路を第１方向と第２方向の２つの方向に分割する第１ビームスプリッタ（２０）と、
   前記第１方向において、前記光路上に置かれた２つの第１受光器（３０）と、
   前記第２方向において、前記光路上に置かれた２つの第２受光器（４０）と、を備え、
   前記第１ビームスプリッタと前記第１受光器との間に前記大部材が配置され、前記第１ビームスプリッタと前記第２受光器との間に前記小部材が配置され、
   平行な２つの前記光路の間隔Ｌが、ｍ＋δｍ＜Ｌ＜Ｍ−δＭとされることを特徴とする寸法測定装置。
2. 平行な２つの前記光路は、２つの光源により生成されることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
3. 第２ビームスプリッタ（１１）と、光の進行方向を変更するミラー（１２）と、を備え、
   平行な２つの前記光路は、
   １つの光源により生成される１つの光路を、前記第２ビームスプリッタで分割し、さらに、分割した一方の光路を前記ミラーにより反射させて、他方の光路と平行にすることにより生成されることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
4. 前記第１受光器および前記第２受光器に接続された処理部（５０）を備え、
   前記処理部は、
   ２つの前記第１受光器にて検出された光量が、いずれも所定の閾値以下である場合には前記大部材を良品判定し、少なくとも一方が前記閾値を上回っている場合には前記大部材を不良判定し、
   ２つの前記第２受光器にて検出された光量が、いずれも前記閾値を上回っている場合には前記小部材を良品判定し、少なくとも一方が前記閾値以下である場合には前記小部材を不良判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の寸法測定装置。

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