測定装置及び測定方法

【課題】被測定物を精度良く測定が可能であるとともに、安価な測定装置を提供する。
【解決手段】長尺な被測定物Ａの形状を測定する測定装置であって、ベース１と、前記ベース１の一方側に設けたビーム支持部２と、前記ビーム支持部２の上部にピン軸４によって一方側の両側部を支持し、他端側を傾動及び倒立可能に設けたビーム５と、前記ビーム５の一方端に設けられ、前記被測定物Ａの一端を支持及び回転可能する支持部６と、前記ビーム５の他方端に移動可能に設けられ、被測定物の他端をクランプ及び回転可能するクランプ部７と、前記ベース１と前記ビーム５との間に設けたビーム傾動及び倒立用のアクチュエータ８と、前記被測定物Ａに対向するように、前記ビーム上に移動可能に設けた寸法測定部１０とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置及び測定方法に係り、更に詳しくは、長尺材を測定するのに好適な測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺物の外径と曲がりを一緒に測定する長尺物形状測定装置として、例えば、被測定長尺物の両端をビーム部の前面側に着脱可能に固定し、ビーム部をその背面の長手方向中間部に設けた水平軸回りに回転させて、重力の影響による長尺物の撓みを発生させないように、被測定長尺物を縦にし、センサをブーム部に沿って移動して、被測定長尺物の外径及び曲がり状態を測定するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３２５８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した従来の測定装置においては、被測定長尺物の両端を着脱可能に固定したビーム部を、その背面の長手方向中間部に設けた水平軸回りに回転させる方式、所謂、被測定長尺物を装着するビーム部を片持ち支持する方式であるため、ビーム部の支持軸、及び支持軸の支持構造を堅固なものにしないと、被測定長尺物を正確に縦置き状態とすることができず、被測定長尺物が撓んでしまうので、被測定長尺物を精度良く測定することができない。また、固定部の片持ち支持構造を堅固にしなければならないため、装置が大型化するとともに、製造コストも高くなる。
【０００５】
本発明は、被測定物を精度良く測定が可能であるとともに、安価な測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、長尺な被測定物の形状を測定する測定装置であって、ベースと、前記ベースの一方側に設けたビーム支持部と、前記ビーム支持部の上部にピン軸によって一方側の両側部を支持し、他端側を傾動及び倒立可能に設けたビームと、前記ビームの一方端に設けられ、前記被測定物の一端を支持及び回転可能する支持部と、前記ビームの他方端に移動可能に設けられ、被測定物の他端をクランプ及び回転可能するクランプ部と、前記ベースと前記ビームとの間に設けたビーム傾動及び倒立用のアクチュエータと、前記被測定物に対向するように、前記ビーム上に移動可能に設けた寸法測定部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記ベースの他方側に、前記ビームの他方側の下面に当接し、前記ビームの他方側を保持するビーム保持部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ビームの一方端に設けた爪と前記ビームの倒立時に前記爪を把持するように、前記ベースに設けたクランプ爪とを有するビーム揺れ防止部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、長尺な被測定物の形状を測定する測定方法であって、一方側を支点として倒立可能なビーム上の支持部とクランプ部との間に、前記被測定物を装着し、前記ビームをその一方側を支点として倒立して、前記被測定物を垂直状態に保持し、前記ビームに装着した垂直状態の前記被測定物に沿って寸法測定部を移動して、前記長尺な被測定物の形状を測定することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第４の発明において、前記ビーム及び装置撓み或いは取付誤差をキャンセルさせるために、前記寸法測定部は、前記被測定物の同一面の測定について前記被測定物の長手方向の軸に対し０度の時、及び１８０度回転時の２回の測定を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被測定物を精度良く測定が可能であるとともに、安価な測定装置及び測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の測定装置、及び測定方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図５は、本発明の測定装置の一実施の形態を示すもので、まず、図１乃至図５を用いて、本発明の測定装置の全体構成について説明する。
図１は本発明の測定装置の一実施の形態を示す正面図、図２は図１に示す本発明の測定装置の平面図、図３は図１に示す本発明の測定装置の右側面図、図４は図１に示す本発明測定装置の左側面図、図５は図２に示す本発明の測定装置をＶ−Ｖ矢視から見た断面図である。なお、図１乃至図５において、同一符号は、同一部分を示している。
【００１３】
本発明の測定装置は、ベース１と、ベース１の一方側（図１の左側）に設けたビーム支持部２と、ベース１の他方側（図１の右側）に設けたビーム保持部３と、ビーム支持部２の上部にピン軸４によって一方側の両側部を支持し他端側を傾動及び倒立可能に設けた枠状のビーム５と、ビーム５の一方端（図１の左側）に設けられ、被測定物Ａの一端を支持する支持部６と、ビーム５の他方端側（図１の右側）に移動可能に設けられ、被測定物Ａの他方端をクランプするクランプ部７と、ビーム５をピン軸４を支点として傾動及び倒立可能にためのシリンダ８と、ビーム５の倒立時にビーム５の一方端を把持するビーム揺れ防止部９と、ビーム５上に移動可能に設けた寸法測定部１０により、大略構成されている。
【００１４】
次に、上述した本発明の測定装置の一実施形態の細部構成について説明する。
まず、寸法測定部１０の詳細な構成を図６及び図７を用いて説明する。図６は寸法測定部１０の平面図、図７は図６のVII−VII矢視から寸法測定部１０を見た側面図である。これらの図において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分である。
寸法測定部１０は、図６に示すように、本体１０ａに複数（この例では４個）の非接触式センサ１０ｂが被測定物Ａを挟んで対称に上下方向に取り付けられている。非接触式センサ１０ｂを備えた本体１０ａは移動テーブル１０ｃに取り付けられている。移動テーブル１０ｃは、サーボモータ１０ｄ、ラック１０ｈ、サーボモータ１０ｄの回転軸に取り付けたピニオン１０ｅを用いて、ビーム５上のレール１０ｆに沿って被測定物Ａの長手方向（図５中、ｘ１方向）に移動可能であり、任意位置決めが可能である。また、寸法測定部１０とビーム５との間には、図５に示すように、動力供給及び信号伝達用のケーブル１０ｇが設けられている。
【００１５】
次に、本発明の測定装置を構成するクランプ部７の詳細な構成を図８乃至図１０を用いて説明する。図８は、クランプ部７の正面図、図９はクランプ部７の断面図、図１０にクランプ部７の左側面図である。これらの図において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分である。
クランプ部７は、図１に示すように、ビーム５の他方端に備えられ、被測定物Ａの外周或いは内径をクランプ爪７ａにより把持できる。クランプ爪７ａはクランプ駆動部７ｂにより開閉動作される。この実施の形態では、図１０に示すように４方チャックを用い、被測定物Ａである中空角パイプの内径にクランプ爪７ａを押し当てることで、被測定物Ａを把持する。回転アクチュエータ７ｃは、クランプ駆動部７ｂ及びクランプ爪７ａを回転位置決めする。クランプ爪７ａ、クランプ駆動部７ｂ、回転アクチュエータ７ｃは、図９及び図１０に示すように、移動テーブル７ｄ上に取り付けられている。移動テーブル７ｄは、サーボモータ７ｅ，ラック７ｈ，サーボモータ７ｅの回転軸に取り付けたピニオン７ｆにより、ビーム５上のレール１０ｆ上を、被測定物Ａの長手方向（図５中、ｘ１方向）に移動可能であり、任意位置決めが可能である。また、クランプ部７とビーム５との間には、図５に示すように、動力供給用のケーブル７ｇが設けられている。
【００１６】
クランプ爪７ａは、様々な形の被測定物Ａに対応できるように様々な形のクランプ爪が用意し用いることができる。
【００１７】
次に、本発明の測定装置を構成する支持部６の詳細な構成を図１１を用いて説明する。図１１は支持部６の断面図である。この図において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分である。
支持部６は、ビーム５の一方側に備えられ、被測定物Ａの外周或いは内径をクランプ爪６ａにより把持できる。クランプ爪６ａはクランプ駆動部６ｂにより動作する。この実施の形態では、４方チャックを用い、被測定物Ａである中空角パイプの内径にクランプ爪６ａを押し当てることで、被測定物Ａを把持する。回転アクチュエータ６ｃは、クランプ駆動部６ｂ及びクランプ爪６ａを回転位置決めする。クランプ爪６ａ、クランプ駆動部６ｂ、回転アクチュエータ６ｃは、テーブル６ｄ上に取り付けられている。テーブル６ｄは、ビーム５に固定されている。
【００１８】
クランプ爪６ａは、様々な形の被測定物Ａに対応できるように様々な形のクランプ爪が用意してある。
【００１９】
次に、本発明の測定装置を構成するシリンダ８、及びビーム揺れ防止部９の詳細な構成を図５及び図１２を用いて説明する。図１２において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分である。
シリンダ８の基端はベース１に回動可能に取り付けられている。シリンダ８のピストンロッド８ａの先端は、ビーム５の他方側（図５の右側）に連結されている。シリンダ８のピストンロッド８ａの伸長により、ビーム５の他方側（図５の右側）が図５に示す水平の状態からピン軸４を支点として、図５において反時計方向に傾動し、垂直状態（倒立状態）となるように構成されている。
【００２０】
次に、ビーム揺れ防止部９の詳細な構成を図１２を用いて説明する。
ビーム揺れ防止部９は、ビーム５の一方側の背面に取り付けた爪９ａと、ビーム５が倒立した際、ビーム５の揺れを抑制するために、爪９ａを把時するクランプ爪９ｂとを備えている。クランプ爪９ｂはベース５の側部に設けられている。クランプ爪９ｂは、クランプ駆動部９ｃにより駆動される。この実施の形例では、平行チャックを用いている。
【００２１】
次に、上述した本発明の測定装置の一実施の形態による被測定物Ａの測定方法の一例を、図１３乃至図１８を用いて説明する。
なお、以下の説明では、中空角パイプを対象として説明するが、中空丸パイプ、中実丸棒、中実角棒、平鋼等の長尺材などに対しても同様に形状測定が行えるものである。
【００２２】
まず、図１３に示すように、被測定物ＡをクレーンＣなどを用いて、被測定物Ａを測定装置の搭載位置まで移動させる。
【００２３】
その後、図１４に示すように、クランプ部７をサーボモータ７ｅによって、被測定物Ａの一方端が支持部６に押し当てられるまで移動させ、被測定物Ａの一方端が支持部６に押し当てられた後、クランプ部７、支持部６にて被測定物Ａの両端をそれぞれ把持する。
【００２４】
クランプ部７、支持部６で被測定物Ａを把持後、図１５に示すように、シリンダ８によってビーム５を倒立させる。
【００２５】
ビーム５を倒立させた後、被測定物Ａに掛っている力での撓みや曲げを防止するため、クランプ部７を一瞬アンクランプ状態にし、被測定物Ａに掛っている力を逃がす。その後、図１６に示すように、寸法測定部１０の移動により、被測定物Ａの長手軸方向の各形状寸法を非接触式センサ１０ｂを用いて計測する。
【００２６】
被測定物Ａをその上端から下端まで非接触式センサ１０ｂを用いて測定を終えたら、図１７に示すように、クランプ部７の回転アクチュエータ７ｃと支持部６の回転アクチュエータ６ｃを用いて被測定物Ａを９０度回転させる。被測定物Ａを９０度回転した後、下側に位置している非接触式センサ１０ｂを上方に移動させて、被測定物Ａの下端から上端部分を測定する。非接触式センサ１０ｂが被測定物Ａの上端まで達したら、測定終了となる。非接触式センサ１０ｂによる測定値の演算処理については、後述する。
【００２７】
次に、被測定物Ａの測定対象面に対し、上記動作を繰り返した後、ビーム５を横の状態にし、クレーンなどを被測定物Ａに取り付ける。被測定物ＡにクレーンＣなど取り付け後、クランプ部７、支持部６をアンクランプする。クランプ部７、支持部６をアンクランプ後、図１８に示すようにクレーンＣなどにより、被測定物Ａを測定装置から取り外し他の場所に移動させる。
【００２８】
次に、非接触式センサ１０ｂによって得られた測定値から、被測定物ＡのゆがみＺを演算処理する手順を図１９を用いて説明する。この演算処理は、マイクロコンピュータ等の演算手段によって演算計測するこができる。
【００２９】
尚、上述の実施の形態においては、ビーム５及び装置或いは取付誤差をキャンセルするために、被測定物Ａの同一面の測定に対し、被測定物Ａの長手方向の軸に対し回転角０度時及び１８０度時の２回の測定を実施している。その理由を図１９を用いて説明する。
図１９の（ａ）は、ビーム５に並設したレール１０ｆの芯が被測定物Ａの回転芯と合っている場合を示し、図中の一点鎖線１００は理想芯、線１０１，１０２は各非接触式センサ１０ｂが移動する際の軌跡を示す。この条件においては、理想芯１００と軌跡線１０１，１０２は平行となる。線１０３は回転角０度における被測定物Ａの外径線を、線１０４は回転角１８０度における被測定物Ａの外径線を示す。図１９の（ａ）より、被測定物Ａの回転角が０度の時、被測定物ＡのゆがみＺは、次の式で求められる。
Ｚ＝Ｘ−（一方の非接触式センサ１０ｂの測定値ａ）
また、被測定物Ａの回転角が１８０度の時、被測定物ＡのゆがみＺは、次の式で求められる。
Ｚ＝Ｙ−（他方の非接触式センサ１０ｂの測定値ｂ）
ここで、Ｘ、Ｙの値は既知である。
レール１０ｆの芯が被測定物Ａの回転芯と合っている場合は、被測定物Ａの回転角が０度のとき、もしくは回転角が１８０度の時のどちらかの結果のみで、被測定物ＡのゆがみZを求めることが可能となる。
【００３０】
図１９の（ｂ）は、レール１０ｆの芯が被測定物Ａの回転芯と合っていない場合、即ちレール１０ｆの芯のずれ量を含む場合を示す。図中の符号１０５は、レール１０ｆの芯を示し、符号１００〜１０４は図１９の（ａ）と同様である。
【００３１】
この条件においては、レール芯１０５と軌跡芯１０１、１０２とが平行となり、理想芯１００とレール芯１０５とでは任意断面において、ずれｃが生じている。
【００３２】
図１９の（ｂ）に示すように、被測定物Ａの回転角が０度の時は、被測定物ＡのゆがみＺは、次の式で求められる。
Ｚ＝Ｘ−（一方の非接触式センサの測定値ａ）＋レール芯のずれｃ・・・（１）
また、被測定物Ａの回転角が１８０度の時は、被測定物ＡのゆがみＺは、次の式で求められる。
Ｚ＝Ｙ−（他方の非接触式センサの測定値ｂ）−レール芯のずれｃ・・・（２）
上記の場合、被測定物Ａの回転角が０度及び１８０度の時、未知量であるレール芯のずれｃを含んでしまうため、差動法を利用し、未知量をキャンセルすることができれば、レール芯がずれている場合でも、被測定物ＡのゆがみZを求めることが可能となる。即ち、被測定物ＡのゆがみZは、回転角が０度の時及び１８０度の時の被測定物ＡのゆがみZの式は、上記の（１）式、（２）式を簡略表示すると、次の（３）式、及び（４）となる。
【００３３】
Ｚ＝Ｘ−ａ＋ｃ・・・（３）
Ｚ＝Ｙ−ｂ−ｃ・・・（４）
上記（３）式と（４）式とを加算すると、次の（５）式から（６）式を得ることができる。
【００３４】
２Ｚ＝Ｘ＋Ｙ−ａ−ｂ・・・・・・（５）
Ｚ＝（Ｘ＋Ｙ−ａ−ｂ）／２・・・（６）
よって、レール１０ｆの芯が被測定物Ａの回転芯と合っていない場合にも、上記の（６）式により、被測定物ＡのゆがみZを求めることができる。
【００３５】
尚、上記では、未知量であるずれｃをキャンセルし、被測定物ＡのゆがみZを求めたが、以下の方法でも寸法測定は可能である。即ち、被測定物ＡのゆがみＺが既知のマスターゲージなどを用いて、被測定物Ａの回転角が０度、１８０度における被測定物Ａの各長手方向の軸位置のずれｃの量を予め求める方法である。以下に、その求め方を示す。
【００３６】
前述した（３）式と（４）式とを減算すると、次の（７）式から（８）式を得ることができる。
０＝Ｘ−Ｙ−ａ＋ｂ＋２ｃ・・・・（７）
ｃ＝（−Ｘ＋Ｙ＋ａ−ｂ）／２・・（８）
したがって、予め、ずれｃの量が分かっていれば、被測定物Ａの回転角が０度のみ、或いは１８０度の時のみにおける計測だけでも、被測定物ＡのゆがみＺを求めることが可能である。
【００３７】
上述したように、本発明の実施の形態によれば、被測定物を倒立させることで、被測定物の撓みを低減することができるので、測定精度が向上する。
【００３８】
また、被測定物の端部を支持するクランプ部と支持部を同期回転させることができるので、被測定物のねじれ変形が低減され、測定精度が向上する。
【００３９】
更に、同一面の測定に際し、クランプ部と支持部を回転角０度及び１８０度にて実施し、測定値を作動させる事で、装置撓み或いは取付誤差を低減できるので、精度向上が図れる。
【００４０】
また、ビームの倒立時に、ビームに揺れを抑えるビーム揺れ防止部９を備えているので、ビーム５の倒立時に、ビーム５の安定性が向上し、測定精度が向上する。
【００４１】
更に、クランプ部７と支持部６で、被測定物Ａを回転させることができるので、被測定物Ａの複数面の測定が可能で、被測定物Ａの脱着が不要となるので、作業時間の短縮が図れる。
【００４２】
尚、上述の実施の形態においては、非接触式センサ１０ｂを用いたが、図２０に示すように、接触式センサ１０ｈを用いても良い。また、本実施の形態においては、センサを対向配置しているが、片側のみの配置でも可能である。
【００４３】
また、上述の実施の形態においては、支持部６は、図２１に示すように、クランプ爪６ａ、クランプ駆動部６ｂを用いる変わりに、支持具６ｅを被測定物Ａの形状に合わせて使用することも可能である。この支持具６ｅは、様々な形の被測定物Ａに対応できるように様々な形の支持具を用意することが有効である。
【００４４】
更に、上述の実施の形態において、ビーム５を傾動させるアクチュエータとして、シリンダ８を用いたが、スクリュウ形式の伸縮器を用いることも可能である。
【００４５】
また、上述の実施の形態においては、測定開始前に、ビーム５を水平状態に保持するために、ビーム５の他方側の下面側に、ビーム保持部３を設けたが、必ずしも必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の測定装置の一実施の形態を示す正面図である。
【図２】図１に示す本発明の測定装置の一実施の形態の平面図である。
【図３】図１に示す本発明の測定装置の一実施の形態の右側面図である。
【図４】図１に示す本発明の測定装置の一実施の形態の左側面図である。
【図５】図２に示す本発明の測定装置の一実施の形態をV−V矢視から見た断面図である。
【図６】本発明の測定装置の一実施の形態を構成する寸法測定部の平面図である。
【図７】図６のVII−VII矢視から寸法測定部を見た側面図である。
【図８】本発明の測定装置の一実施の形態を構成するクランプ部の正面図である。
【図９】図８に示す本発明の測定装置の一実施の形態を構成するクランプ部の縦断正面図である。
【図１０】図８に示す本発明の測定装置の一実施の形態を構成するクランプ部の左側面である。
【図１１】本発明の測定装置の一実施の形態を構成する支持部の縦断正面図である。
【図１２】本発明の測定装置の一実施の形態を構成するビーム揺れ防止部の平面図である。
【図１３】本発明の測定装置の一実施の形態の測定方法を説明する図である。
【図１４】本発明の測定装置の一実施の形態の測定方法を説明する図である。
【図１５】本発明の測定装置の一実施の形態の測定方法を説明する図である。
【図１６】本発明の測定装置の一実施の形態の測定方法を説明する図である。
【図１７】本発明の測定装置の一実施の形態の測定方法を説明する図である。
【図１８】本発明の測定装置の一実施の形態の測定方法を説明する図である。
【図１９】本発明の測定装置の一実施の形態の測定方法におけるゆがみを補正するための説明する図である。
【図２０】本発明の測定装置の一実施の形態を構成する寸法測定部の他の例を示す側面図である。
【図２１】本発明の測定装置の一実施の形態を構成する支持部の他の例を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ被測定物
１ベース
２ビーム支持部
３ビーム保持部
４ピン軸
５ビーム
６支持部
７クランプ部
８シリンダ
９ビーム揺れ防止部
１０寸法測定部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺な被測定物の形状を測定する測定装置であって、
ベースと、
前記ベースの一方側に設けたビーム支持部と、
前記ビーム支持部の上部にピン軸によって一方側の両側部を支持し、他端側を傾動及び倒立可能に設けたビームと、
前記ビームの一方端に設けられ、前記被測定物の一端を支持及び回転可能する支持部と、
前記ビームの他方端に移動可能に設けられ、被測定物の他端をクランプ及び回転可能するクランプ部と、
前記ベースと前記ビームとの間に設けたビーム傾動及び倒立用のアクチュエータと、
前記被測定物に対向するように、前記ビーム上に移動可能に設けた寸法測定部とを備えた
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記ベースの他方側に、前記ビームの他方側の下面に当接し、前記ビームの他方側を保持するビーム保持部を設けた
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の測定装置において、
前記ビームの一方端に設けた爪と前記ビームの倒立時に前記爪を把持するように、前記ベースに設けたクランプ爪とを有するビーム揺れ防止部を備えた
ことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
長尺な被測定物の形状を測定する測定方法であって、
一方側を支点として倒立可能なビーム上の支持部とクランプ部との間に、前記被測定物を装着し、
前記ビームをその一方側を支点として倒立して、前記被測定物を垂直状態に保持し、
前記ビームに装着した垂直状態の前記被測定物に沿って寸法測定部を移動して、前記長尺な被測定物の形状を測定する
ことを特徴とする測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の測定方法において、
前記ビーム及び装置撓み或いは取付誤差をキャンセルさせるために、前記寸法測定部は、前記被測定物の同一面の測定について前記被測定物の長手方向の軸に対し０度の時、及び１８０度回転時の２回の測定を実施する
ことを特徴とする測定方法。

【図１】