JP7345765B2 - リング状製品の寸法測定装置及びリング状製品の寸法測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｏリングなどのリング状製品の寸法測定装置及びリング状製品の寸法測定方法に関する。

従来、リング状製品の寸法測定装置として、合成樹脂の板を円錐状に形成し、その母線方向に等間隔に目盛りを刻んだＯリング測定器は知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、画像測定器を用いた周囲長測定、近似円測定や実体測定顕微鏡による近似円測定によってリング状製品の寸法を測定することが行われている。

実開平３－２５１０２号公報

しかしながら、特許文献１のようなＯリング測定器のように手作業でＯリングの内径を実測するのは大変手間がかかって生産効率が低い。

また、Ｏリングなどのリング状製品は、成形時にバリが発生するが、内径又は外径寸法は、バリ抜きで定義される。

従来の画像測定器は、透過光照明ならバリが含まれた測定値となり、上方から光を照射するリング照明などの反射光照明を用いるとバリの境界点指定が安定しない。結果として測定値にオフセットが加わったり、大きくばらついたりすることになる。

実体測定顕微鏡は、人が測定点を決定するため測定値にばらつきがあり、測定者によって測定値が異なることもある。

このように、バリと製品の境界点を正しく検出するのは困難であるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リング状製品のバリ抜き寸法測定を自動化し、生産性向上や評価技術の向上を図ることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、斜めから測定光を照射してリング状製品のバリとの境界点が含まれるプロファイルを取得するようにした。

具体的には、第１の発明では、測定対象のリング状製品を、旋回可能な旋回テーブルの載置面に載置し、
上記旋回テーブルの載置面に載置された上記リング状製品に対して所定角度傾斜した位置から測定光を照射するように光学プロファイル測定器を移動させ、
上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点が含まれるプロファイルを取得する構成とする。

上記の構成によると、バリ境界点のデータを取得しながらリング状製品のプロファイルのデータを取得するので、バリが生じている領域を正確に把握できるので、バリを除いたリング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を自動で正確に計測することができる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記リング状製品の１周分の測定値を取得し、上記バリとの境界点を把握した上で上記バリが無い状態の上記リング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を測定する構成とする。

上記の構成によると、１周分のリング状製品のプロファイルの測定値を取得することで、バリが無い部分でリング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を測定できる。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記リング状製品の周方向に所定の間隔毎に１周分の断面のプロファイルから上記バリが無い状態の上記リング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を測定する構成とする。

上記の構成によると、バリが無い部分１周分のリング状製品のプロファイルの測定値を結んだ長さが円周長となるので、円周率で割ると、内径や外径が自動で容易に得られる。

第４の発明では、第１から第３のいずれか１つの発明において、
上記リング状製品の１周分の測定値を取得し、該リング状製品の線径も測定する構成とする。

上記の構成によると、１周分のリング状製品のプロファイルを取得しているので、線径も自動で容易に取得できる。

第５の発明では、第１から第４のいずれか１つの発明において、
予め上記リング状製品の基準となる基準プロファイルを登録しておき、バリ境界点があると予想される領域を指定する構成とする。

上記の構成によると、リング状製品の基準となる基準プロファイルから、バリ境界点のある位置を推定できるので、誤った点を取得しづらくなり、測定が安定する。

第６の発明では、第１から第５のいずれか１つの発明において、
上記旋回テーブルの載置面に何も無い状態と、寸法が予め登録されているリングゲージを上記旋回テーブルの載置面に載置した状態より、上記光学プロファイル測定器と上記載置面の座標関係を把握しておく構成とする。

上記の構成によると、光学プロファイル測定器で得られたデータを旋回テーブルの載置面状の座標に変換することにより、リング状製品のプロファイルが得られる。

第７の発明では、リング状製品が載置される旋回可能な旋回テーブルと、
上記旋回テーブルの載置面に対して所定角度傾斜した位置から該旋回テーブルに載置された上記リング状製品に対して測定光を照射し、該リング状製品のプロファイルを測定する光学プロファイル測定器と、
上記光学プロファイル測定器を移動させる測定器位置決め機構と、
上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点が含まれるプロファイルを取得する制御部とを備えている。

上記の構成によると、測定器位置決め機構により、光学プロファイル測定器の位置を適切な位置に移動させた状態で、バリとの境界点を含んだプロファイルのデータを取得するので、バリを除いたリング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を自動で正確に計測することができる。

以上説明したように、本発明によれば、リング状製品のバリ抜き寸法測定を自動化し、生産性向上や評価技術の向上を図ることができる。

本実施形態に係るリング状製品の寸法測定装置を示す斜視図である。 本実施形態に係るリング状製品の寸法測定装置を示す平面図である。 本実施形態に係るリング状製品の寸法測定装置を示す正面図である。 本実施形態に係るリング状製品の寸法測定装置を示す側面図である。 レーザ変位計と各座標軸との関係を示す図である。 測距レーザによってプロファイルを取得する様子を示す図である。 リング状製品を示す拡大断面図である。 レーザ照射方向とリング製品との関係を示す断面図である。 プロファイルにおけるレーザ照射方向と変曲点等との関係を示す図である。 リングゲージを用いて校正を行う様子の概要を示す斜視図である。 取得した各境界点の旋回テーブル上の位置関係を示す図である。 境界点が無い場合のプロファイルと補欠点の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

－寸法測定装置の構成－
図１～図４は本発明の実施形態のリング状製品Ｐの寸法測定装置１を示し、この寸法測定装置１は、例えば、矩形板状のベースプレート２を有し、このベースプレート２は、図示しない防振ゴム等を介して被固定部材２ａに固定されている。ベースプレート２の構成はこれに限定されない。

ベースプレート２には、リング状製品Ｐが載置される円形の載置面３ａを有する旋回テーブル３が旋回可能に設けられている。旋回テーブル３は、例えば、ベースプレート２に設けたロータリアクチュエータ３ｂなどにより、所定速度で旋回されるようになっている。

要部を見やすくするために、一部のみ図示しているが、ベースプレート２には、後述する光学プロファイル測定器としてのレーザ変位計４を移動させる測定器位置決め機構５が設けられている。例えば、この測定器位置決め機構５は、レーザ変位計４を所定角度に固定する取付角度変更ブラケットと、この取付角度変更ブラケットを所定位置に移動可能に支持するガントリフレームと、このガントリフレームを移動させるアクチュエータ７、モータ８、直線ガイド９、高精度ＸＹステージ等を備えている。

この測定器位置決め機構５により、レーザ変位計４は、旋回テーブル３の載置面３ａに対して所定の傾斜角度α（例えば、α＝３０°）傾斜した位置から旋回テーブル３に載置されたリング状製品Ｐに対して測定光を照射し、リング状製品Ｐのプロファイルを測定するようになっている。

これらロータリアクチュエータ３ｂ、測定器位置決め機構５、レーザ変位計４など寸法測定装置１の全体は、マイクロコンピュータなどの制御部６で制御されるようになっている。

そして、この制御部６は、詳細は後述するように、旋回テーブル３を旋回させながらレーザ変位計４で得られた測定値からリング状製品Ｐに形成されたバリが存在するバリ境界点Ｃのデータが含まれるプロファイルを取得するように構成されている。

－寸法測定装置の作動－
次に、本実施形態に係るリング状製品Ｐの寸法測定装置１の作動について説明する。

まず、図１～図４に示すように、測定対象のリング状製品Ｐを、旋回可能な旋回テーブル３の載置面３ａに載置する。

次いで、測定器位置決め機構５を用いて、旋回テーブル３の載置面３ａに載置されたリング状製品Ｐに対して角度α＝３０°だけ傾斜した位置から測定光を照射するようにレーザ変位計４を移動させる。

なお、予め、旋回テーブル３の載置面３ａに何も無い状態からＺ軸と角度αを測定して傾斜校正する。そして、図１０に示すように、旋回テーブル３の載置面３ａに、制御部６に形状が予めインプットされているリングゲージＧを載置し、図示しないリニアスケールの値、レーザ変位計４の傾斜角度などの計測値より、径校正を行ってレーザ変位計４と旋回テーブル３との位置関係を把握しておくとよい。さらに、予めリング状製品Ｐの基準となる基準プロファイルを登録しておき、バリ境界点Ｃがあると予想される領域を指定しておいてもよい。

次いで、旋回テーブル３を旋回させながらレーザ変位計４から測定光としてのレーザを照射し、その反射光を捉えることで、レーザ変位計４で得られた測定値を、制御部６に随時送信する。

具体的には、図５に示すように、レーザ変位計４は、所定幅の測距レーザ帯で計測を行う。レーザ変位計原点と載置面３ａとの角度αは、３０°に限定されず、それよりも大きくても小さくてもよく、例えば、４５°でもよい。これにより、様々なリング状製品Ｐの形状やサイズに対応できる。

図６に示すように、レーザ変位計４が測定光としての測距レーザ帯を照射すると、太線のような形状の、リング状製品Ｐの外周形状の一部を表すプロファイルデータが取得される。図７に黒丸で示すように、バリ境界点Ｃは、レーザ変位計４側の、バリの根元と外周面との交点の隅角部に位置する。

図８及び図９にも示すように、旋回テーブル３を旋回させながら、所定の間隔をあけてデータを取得する工程を繰り返すことで、１周分のリング状製品Ｐに形成されたバリが存在するバリ境界点Ｃ（α＝９０°付近）のデータが含まれるプロファイルを取得する。境界点Ｃが見つからない場合（言い換えればバリが無い場合）には、図１２に示すように、α＝６０°～８５°の範囲で、得られたプロファイルデータから制御部６が外周及び内周のいずれについても仮想円弧を形成することができ、α＝９０°に位置する値を取得する。例えば、旋回角度θ＝１°毎にデータを取得する場合、３６０点のデータを取得する。なお、データ取得の間隔は限定されず、例えば、θ＝０．１°ずつで３６００点取得してもよい。

Ｏリングなどのリング状製品Ｐの成形型の構成からバリが発生する領域は、型の合わせ面近傍であると、ほぼ予測が付く。このため、図９に示すように、バリ境界点Ｃは、α＝８５°～９５°の辺りであるという予測をする。なお、レーザ測距帯の関係から外側限界はα＝－３５°となる。

次いで、又は、それと同時に、制御部６において、得られた測定値からレーザ変位計４の座標をステージ座標に変換する。上述したように、制御部６は、旋回テーブル３を旋回させながらバリ境界点Ｃのデータを取得するため、旋回テーブル３の現在角度θとバリ境界点Ｃの座標を対応させながらデータを取得する。

そして、例えば、図１１に示すように、バリの無い領域における、３６０点の、点と点を結ぶ点間距離を１周分積算した値が周囲長となる。この周囲長を円周率で割ると、直径（内径又は外径）が算出される。

線径についても同時に取得することができる。例えば、載置面３ａの位置を０として、α＝０°のときの高さが線径となる。

このように、本実施形態では、バリ境界点Ｃのデータを含んだリング状製品Ｐのプロファイルのデータを取得するので、バリを除いたリング状製品Ｐの内径及び外径の少なくとも一方を自動で正確に計測することができる。つまり、バリを除いたリング状製品Ｐの内径のみを計測してもよいし、外径のみを計測してもよく、場合によっては両方を計測してもよい。両方を測定する場合は、例えば、内径測定後にレーザ変位計４をＸ方向に移動させて外径測定を行うとよい。

従来の画像寸法測定器や実体測定顕微鏡などは、例えば旋回ステージの搭載面全体の測定エリアのプロファイルを濃淡などにより取得し、又は、見てからバリの境界点を選択し、その点の集合から寸法を計算する。

一方、本実施形態では、測定器位置決め機構５により、レーザ変位計４の位置を適切な位置に移動させた状態で、バリ境界点Ｃのデータを含んだリング状製品Ｐのプロファイルのデータを取得するので、バリを除いたリング状製品Ｐの内径及び外径の少なくとも一方を自動で正確に計測することができる。

また、１周分のリング状製品Ｐのプロファイルを取得しているので、線径も容易に取得できる。

さらに、バリが生じる部位は、リング状製品Ｐを成形する金型では一定であり、その領域を基準プロファイルから推定できるので、誤った点を取得しづらく、測定が安定する。

したがって、本実施形態に係るリング状製品Ｐの寸法測定装置１によると、リング状製品Ｐのバリ抜き寸法測定を自動化し、生産性向上や評価技術の向上を図ることができる。

それにより、省人化や工数削減などの生産性改善に加え、ばらつきが減り測定者間の差異が減るなどの評価技術向上を図ることができる。加えて実体測定顕微鏡を覗く目の疲れや認定者教育不要などが見込まれる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、実施形態では、制御部６（コントローラ）の一例として、マイクロコンピュータを説明した。ただし、制御部６は、「寸法測定装置１」を制御するものであれば、物理的にどのように構成してもよい。例えば、制御部６は、マイクロコンピュータやプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等のように、ソフトウェア（プログラム）を利用するものであってもよい。あるいは、制御部６は、ハードウェア（回路部品）を組み合わせて実現してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 寸法測定装置
２ ベースプレート
２ａ 被固定部材
３ 旋回テーブル
３ａ 載置面
３ｂ ロータリアクチュエータ
４ レーザ変位計（光学プロファイル測定器）
５ 測定器位置決め機構
６ 制御部
７ アクチュエータ
８ モータ
９ 直線ガイド

Claims (8)

1. 測定対象のリング状製品を、旋回可能な旋回テーブルの載置面に載置し、
   上記旋回テーブルの載置面に載置された上記リング状製品に対して所定角度傾斜した位置から測定光を照射するように光学プロファイル測定器を移動させ、
   上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点のデータが含まれるプロファイルを取得するリング状製品の寸法測定方法であって、
   上記リング状製品の１周分の測定値を取得し、上記バリとの境界点を把握した上で上記バリが無い状態の上記リング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を測定する
   ことを特徴とするリング状製品の寸法測定方法。
2. 測定対象のリング状製品を、旋回可能な旋回テーブルの載置面に載置し、
   上記旋回テーブルの載置面に載置された上記リング状製品に対して所定角度傾斜した位置から測定光を照射するように光学プロファイル測定器を移動させ、
   上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点のデータが含まれるプロファイルを取得するリング状製品の寸法測定方法であって、
   上記リング状製品の周方向に所定の間隔毎に１周分の断面のプロファイルから上記バリが無い状態の上記リング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を測定する
   ことを特徴とするリング状製品の寸法測定方法。
3. 測定対象のリング状製品を、旋回可能な旋回テーブルの載置面に載置し、
   上記旋回テーブルの載置面に載置された上記リング状製品に対して所定角度傾斜した位置から測定光を照射するように光学プロファイル測定器を移動させ、
   上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点のデータが含まれるプロファイルを取得するリング状製品の寸法測定方法であって、
   上記リング状製品の１周分の測定値を取得し、該リング状製品の線径も測定する
   ことを特徴とするリング状製品の寸法測定方法。
4. 予め上記リング状製品の基準となる基準プロファイルを登録しておき、バリ境界点があると予想される領域を指定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のリング状製品の寸法測定方法。
5. 上記旋回テーブルの載置面に何も無い状態と、寸法が予め登録されているリングゲージを上記旋回テーブルの載置面に載置した状態より、上記光学プロファイル測定器と上記載置面の座標関係を把握しておく
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のリング状製品の寸法測定方法。
6. リング状製品が載置される旋回可能な旋回テーブルと、
   上記旋回テーブルの載置面に対して所定角度傾斜した位置から該旋回テーブルに載置された上記リング状製品に対して測定光を照射し、該リング状製品のプロファイルを測定する光学プロファイル測定器と、
   上記光学プロファイル測定器を移動させる測定器位置決め機構と、
   上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点が含まれるプロファイルを取得し、
   上記リング状製品の１周分の測定値を取得し、上記バリとの境界点を把握した上で上記バリが無い状態の上記リング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を測定する制御部とを備えていることを特徴とするリング状製品の寸法測定装置。
7. リング状製品が載置される旋回可能な旋回テーブルと、
   上記旋回テーブルの載置面に対して所定角度傾斜した位置から該旋回テーブルに載置された上記リング状製品に対して測定光を照射し、該リング状製品のプロファイルを測定する光学プロファイル測定器と、
   上記光学プロファイル測定器を移動させる測定器位置決め機構と、
   上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点が含まれるプロファイルを取得し、
   上記リング状製品の周方向に所定の間隔毎に１周分の断面のプロファイルから上記バリが無い状態の上記リング状製品の内径及び外径の少なくとも一方を測定する制御部とを備えていることを特徴とするリング状製品の寸法測定装置。
8. リング状製品が載置される旋回可能な旋回テーブルと、
   上記旋回テーブルの載置面に対して所定角度傾斜した位置から該旋回テーブルに載置された上記リング状製品に対して測定光を照射し、該リング状製品のプロファイルを測定する光学プロファイル測定器と、
   上記光学プロファイル測定器を移動させる測定器位置決め機構と、
   上記旋回テーブルを旋回させながら上記光学プロファイル測定器で得られた測定値から上記リング状製品のバリとの境界点が含まれるプロファイルを取得し、
   上記リング状製品の１周分の測定値を取得し、該リング状製品の線径も測定する制御部とを備えていることを特徴とするリング状製品の寸法測定装置。

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