JPH01219604A

JPH01219604A - 棒状体の外径測定装置

Info

Publication number: JPH01219604A
Application number: JP4452888A
Authority: JP
Inventors: Masaki Komatsu; 正樹小松
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1989-09-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は棒状体の外径測定装置、特に棒状体の被測定
物の輪郭を光学的にとらえて外径を測定する装置に関す
る。

この発明の外径測定装置は、丸鋼、鋼管、鋼線その他の
材質あるいは形状の材料の外径測定に用いられる。

［従来の技術］従来、この種の測定技術は数多く提案されている。

たとえば、実公昭４０−１６３７７あるいは特開昭５２
−１１９２５３は、回転板に投光用光源と検出部とを取
り付けて構成した回転光学系を用い、棒材の全周にわた
る直径を連続的に測定する方式を提案している。

また、細物材と大物材とを同一回転板上で測定する装置
として、上下に配置した１組の細物用装置と左右に配置
した２組の大物用装置をそれぞれ使い分ける回転形寸法
測定装置が提案されている。

上記回転形寸法測定装置は、環状の回転板、回転板を回
転駆動する装置、平行な測定光を被測定物に照射する３
組の投光装置、小径用検出装置（細物材用）および一対
の大径用検出装置　（大物材用）を備えている。これら
投光装置、小径用検出装置および一対の大径用検出装置
は回転板に取り付けられており、小径用検出装置および
大径用検出装置は被測定物のエツジを検出する結像光学
系およびリニアイメージセンサとを有している。

そして１回転板を回転させ、被測定物の軸線が回転板の
中心に一致するようにして被測定物を送りながら被測定
物に投光装置により測定光を投光し、小径用検出装置に
より一小径の被測定物の両エツジを、また対をなす大径
用検出装置により大径の被測定物の片側エツジをそれぞ
れ検出して、被測定物の外径を測定する。

［発明が解決しようとする課題］上記従来の装置では、細物材の測定装置は一列に配列さ
れた光電素子群内の影の数を計測することによって外径
を測定している。この方法における最小測定可能径は受
光素子１個分から可能であるが、最大測定可能径には限
界がある。すなわち、最大測定可能径は”受光素子１個
分（分解能）×受光素子数”であるので、分解能を大き
くすることは精度を悪くすることを意味し、蹟度面から
みた限界がある。また、受光素子数を大きくすると、情
報量が多くなるため検出信号の処理に長時間を要する。

さらに、結像レンズの口径が大きくなる等の制約もある
。

つぎに、大物材の測定装置は、２組の光電素子群により
影の発生部の両端を検出することによって外径を測定し
ている。この大物材の測定装置では、２組の光電素子群
の設置間隔を０にすることは物理的に不可能であり、ま
た投光部および結像レンズの設置に空間的な制限がある
ことから、最小測定可能径にはある限界がある。したが
って、連続的に細物から大物までの被測定物を測定する
ためには、上記二式以上の装置を使い分ける必要がある
。これより、スペース上の問題、同装置の２組の投光部
が独立しているために光束に相違があり、誤差の原因と
なることおよびコスト高になるなどの問題があった。

そこで、この発明は細物材から大物材まで高い精度で連
続して測定可能であり、構造が簡単、かつ廉価な棒状体
の外径測定装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］第１の発明の棒状体の外径測定装置は、平行な測定光を
被測定物に照射する１組の投光装置、および一対の外径
検出装置を備えている。

投光装置は光源および投影光学系を備えている。光源と
して半導体レーザ、気体レーザ、あるいはハロゲンラン
プなどの白熱ランプが用いられる。投影光学系は幅広い
平行光を作り出すためにコリメータレンズ、放物面鏡な
どからなり、１組の投光装置により小径から大径までの
被測定物を連続的に測定することができる。

外径検出装置は、被測定物の像を検出する結像光学系お
よびリニアイメージセンサを有している。リニアイメー
ジセンサは直線状に配列した光電素子群よりなり、ＣＣ
Ｄ型イメージセンサあるいはＭＯＳ型イメージセンサな
どが用いられる。

対をなす外径検出装置はそれぞれ測定光の光路に対して
直角方向に移動可能に配置されている。

外径検出装置の移動にはリニアアクチュエータ、あるい
はねし機構、ラック機構などと電動モータ、流体圧シリ
ンダなどとの組合せが用いられる。また、手動であって
もよい。

第２の発明の棒状体の外径測定装置は、平行な測定光を
被測定物に照射する１組の投光装置、および一対の外径
検出装置を備えている。また、−対のミラーが測定光の
光路に対して傾斜し、かつ測定光の光路に対して直角方
向に移動可能に設けられている。上記対をなす外径検出
装置は、それぞれ前記ミラーにより反射された被測定物
の像を検出するように配置されている。

ミラーの移動には、第１の発明の外径検出装置と同様に
リニアアクチュエータなどが用いられる。また、手動で
あってもよい。

外径検出装置は固定してもよく、またミラーと一体とな
って移動可能なようにしてもよい。前者の場合には、リ
ニアイメージセンサの結像面に被測定物の像を結像させ
るために自動焦点機構を用いることもできる。

なお、上記投光装置、一対の外径検出装置、あるいは一
対のミラーを一つの基板に取り付けるようにしてもよい
。この場合、基板は支持スタンドなどに支持される。一
般に、被測定物は水平姿勢で送られて来るので、基板は
板面が垂直となる姿勢をしている。また、基板を回転あ
るいは揺動可能に支持するようにしてもよい。この場合
、基板の回転あるいは揺動駆動装置として通常のベルト
伝動機構、チェーン伝動機構−あるいは歯車伝動機構な
どと電動モータあるいは流体圧シリンダなどとの組合せ
が用いられる。

［作用］第１の発明の装置において、被測定物が小径の場合、一
つの　（第１の）外径検出装置で被測定物の外径を測定
する。すなわち、第１の外径検出装置を測定光の光路の
ほぼ中心に位置するようの移動し、他の　（第２の）外
径検出装置は光路の外に退避させる。被測定物の両エツ
ジを含む像は第１の外径検出装置のリニアイメージセン
サの結像面に結像する。被測定物の直径は被測定物の像
の陰の部分の長さとして検出される。

また、大径の被測定物の場合　（被測定物の像が外径検
出装置のリニアイメージセンサの結像面からはみ出す場
合）、まず第１および第２の外径検出装置を被測定物の
直径に応じた距離だけ引き離す。予め内外径検出装置の
リニアイメージセンサの基準点の間の距離を求めておく
。被測定物の像は各外径検出装置のリニアイメージセン
サの結像面に結像する。リニアイメージセンサに結像す
る被測定物の像は、片側のエツジを含む被測定物の一部
の像である。直径はリニアイメージセンサの基準点間の
距離およびリニアイメージセンサに対する被測定物のエ
ツジの像の位置により求めるられる。

第２の発明のミラーを備えた装置の場合も、上記装置を
同様にして被測定物の外径を測定する。

すなわち、被測定物のが小径の場合、一つの　（第１の
）ミラーを測定光の光路のほぼ中心に位置するようの移
動し、他の　（第２の）ミラーは光路の外に退避させる
。被測定物が大径の場合は、対となったミラーを被測定
物の直径に応じた距離だけ引き離す。被測定物の外径の
測定原理は、第１の発明の装置の場合と全く同じである
。

［実施例］第１図および第２図は第１の発明による外径測定装置の
一実施例を示すもので、第１図は縦断面図および第２図
は正面図である。この実施例の装置は、インラインで高
温丸鋼の外径を測定する。

第１図に示すように、円筒状ハブ６が軸受３を介してス
タンド１に回転可能に水平姿勢で支持されている。ハブ
６の先端寄りには測定光りが通過する透過窓７が設けら
れている。

ハブ６の先端寄りに設けられたフランジ８に環状の回転
板１１がボルトにより固定されている。回転板１１には
後述の投光装置２１、および対をなす外径検出装置４１
．４２がそれぞれ取り付けられている。また、回転板１
１は回転板駆動装置１４により回転駆動される。

回転板駆動装置１４は電動モータ１５、原動プーリ１６
、従動プーリ１７および歯付ベルト１８よりなっている
。原動プーリ１６は電動モータ１５の出力軸に、また従
動プーリ１７はハブ６のフランジ８にそれぞれ取り付け
られている。そして、電動モータ１５よりこのベルト伝
動機構を介して回転板ｌｌは回転駆動される。この実施
例では、回転板１１の回転速度は６０　ｒｐｍである。

投光装置２１は第３図および第４図に示すように光源と
して半導体レーザ２２を備えている。投光装置２１の投
影光学系は、コリメータレンズ２３、ミラー２４，２５
　、シリンダレンズ２６、スペーシャルフィルタ　（絞
り）２７および放物面鏡２８よりなっている。コリメー
タレンズ２３は半導体レーザ２２からのコヒーレント光
を集光し、そのスポット点にシリングレンズ２６が位置
している。シリンダレンズ２６から扇状に拡散された光
を焦点距離の位置に設置した放物面鏡２８で反射させて
平行な測定光りを発生させる。光源２２からの光は扇状
に拡散されるので、放物面鏡２８は横に細長の形状とな
っている。光源２２からの光はコヒーレント光であるた
め、回折および干渉現象により雑音が発生するが、上記
スペーシャルフィルタ　（絞り）２７はこの雑音を除去
する。なお、従来の装置ではコリメータレンズを使って
平行光を発生させていたので、幅広い平行光を発生させ
るためには大口径のレンズが必要となり、物理的にもレ
ンズ製作の困難さからしても実用的ではなかった。

対をなす外径検出装置４１．４２は測定光りの光路に沿
って配置されており、測定光りの光路に対して直角方向
に移動可能になっ−ている。外径検出装置４１．４２は
結像レンズ４３、およびその結像面上に一列に配列され
た多数の光電素子よりなるイメージセンサ４６を備えて
いる。光電素子として配列方向に７μｍの長さを有する
ＣＣＤ素子が用いられている。そして、投光装置２１に
よって丸鋼Ｓに照射された測定光りによりイメージセン
サ４６上に丸鋼Ｓの光学像が結像される。その結果、イ
メージセンサ４６より得られる前記光学像の大きさに応
じた信号より九ｗＩＳの外径が測定される。外径検出装
置４］、４２の移動には、リニアアクチュエータ４８が
用いられる。

前記ハブ６には回転トランス５８の１次コイルが、スタ
ンド１には２次コイルがそれぞれ取り付けられている。

リニアイメージセンサ４６からの信号は、回転トランス
５８を介して信号処理装置、表示装置　（いずれも図示
しない）などに伝送される。

ハブ６の内側と出側にそれぞれ水冷筒６１．６２が設け
られている。これら水冷筒６１．６２は内部を冷却水が
循環しており、回転トランス５８その他の付属機器が高
温の丸鋼Ｓにより過熱されるのを防止する。入側の水冷
筒６１に入側ガイド６４が、また出側の水冷筒６２に出
側ガイド６５がそれぞれ配置されている。出側水冷筒６
２の外側にはニアリングノズル６７が取り付けられてい
る。ニアリングノズル６７は清浄な空気を丸鋼通路内に
リング状に噴出して、測定光りの光路の空気の過熱によ
るゆらぎを防止するとともに、光路中に浮遊するほこり
を除去し、はこりによる測定光の散乱を防止する。ハブ
６の先端の透過窓７に投光側クリーナ７１および受光側
クリーナ７２が設けられている。これらクリーナ７１．
７２は駆動装置　（図示しない）により往復動さね、透
過窓面を周期的に摺動してこれを拭き清める。

測定は回転板１１を回転駆動しながら行なうので、多方
向から外径が測定されることになる。し−たがって、断
面形状が円形だけでなく、多角形であっても外径を測定
することができる。たとえば、正ｎ角形　（ｎ：４以上
の偶数）については、最大値（極大値）が外径　（最大
長対角線）を示すことになる。また、丸鋼Ｓをこれの長
手方向に送りながら測定するので、ら旋状に丸鋼Ｓを走
査しながら直径が測定されることになる。

この実施例の・装置では、受光素子群を５０００個配列
し、レンズ倍率は０．７であった。一つの外径検出装置
４１あるいは４２では直径３５ｍｍまで測定可能であり
、それ以上の外径の場合には二つの外径検出装置４１．
４２により測定する。なお、従来の固定タイプの装置で
は、受光素子群、レンズ倍率がこの実施例のものと同じ
であるとすると、大径用受光素子群では直径３５〜１０
０ｍｍまで測定できる。これに対して、この実施例の装
置では１５０ｍｍ以上に拡大可能であり、リニアアクチ
ュエータ４８により二つの外径検出装置４１．４２を移
動させて４００ｍｙａまで測定可能となった。また、小
径の場合の測定誤差は±２０１ＪＩｎであり、大径の場
合の測定誤差は±６０ｇｍである。

第５図は第２の発明による外径測定装置の一実施例を示
すもので、外径測定装置の正面図である。なお、第５図
において、第１図および第２図に示す部品または装置と
同じものには同一の参照符号を付け、その説明は省略す
る。

外径検出装置４１．４２は測定光りの光路の側方に配置
されている。外径検出装置４１．４２は結像レンズ４３
、ミラー４４およびその結像面上に一列に配列された多
数の光電素子よりなるイメージセンサ４６とからなって
いる。なお、外径検出装置４１．４２の鏡筒４７は設置
スペースの関係から９０度折れ曲っている。したがって
、結像系の光路もミラー４４により９０度折れ曲フてい
る。

一対のミラー５４．５５は測定光りの光路に対し４５度
傾斜し、測定光中心線の両側で相対するようにして配置
されている。両ミラー５４．５５はリニアアクチュエー
タ４８によりそれぞれの上記外径検出装置４１．４２と
一体となって移動するようになっている。

丸鋼Ｓか小径の場合、第１のミラー５４を測定光の光路
のほぼ中心に位置するようの移動し、第２のミラー５５
は光路の外に退避させる。丸鋼Ｓの像は第１のミラー５
４により反射され、小径の丸鋼Ｓの両側エツジを含む像
が外径検出装置４１に入射される。また、丸鋼Ｓが大径
の場合、両ミラー５４゜５５を丸ｆｊＡＳの直径に応じ
た距離だけ引き離す。丸鋼Ｓの像はミラー５４．５５に
より反射され、大径の丸鋼Ｓの片側エツジを含む像が外
径検出装置４１゜４２のそれぞれに入射される。

この実施例でも、一つの外径検出装置４１あるいは４２
で直径３５ｍ１ｔ＋まで測定可能である。直径が３５ｍ
１！ｌを超えると両ミラー５４．５５を移動させ、直径
４００ｍｍまで測定可能である。また大径のみ測定する
場合には、１対の外径検出装置と相対するように２組の
投光装置を設置してもよい。

この発明は上記実施例に限られるものではなく、たとえ
ば対となったミラー５４．５５は、設置スペースの点か
ら測定光りに対し４５度以外の角度であってもよい。測
定は回転板１１を回転駆動しながら行ったが、投光装置
２１、外径検出装置４１．４２などを固定した基盤など
に取り付けたもであってもよい。また、伝送装置として
回転トランス５８の代わりに無線方式を用いてもよい。

［発明の効果］この発明の装置は、小径の被測定物Ｓの場合には一つの
外径検出装置４１または４２により外径を測定する。ま
た、大径の被測定物Ｓの場合には、片側エツジ像が対を
なす外径検出装置４１．４２のそれぞれに入射するよう
に測定光の光路に対して直角方向に外径検出装置４１．
４２を移動させて測定する。つまり、被測定物Ｓの直径
に応じて外径検出装置の１組よる測定、あるいは２組に
よる測定を使い分けることができ、１組の投光装置２１
により広いレンジにわたり被測定物Ｓの外径を測定する
ことができる。この結果、検出装置を数組設ける必要は
なく、装置設置のためのスペースは狭くてすむ。また、
細物から大物まで共通した一つの測定光りで測定するた
め、被測定物Ｓの外径あるいは真円度を積度よ〈測定す
ることが可能となった。

一対のミラー５４．５５を測定光りの光路に対して直角
方向に移動可能に配置した場合、外径検出装置４１．４
２を測定光りの光路の側方に配置することができる。し
たがって、外径検出装置４１．４２の設置スペースをコ
ンパクトにまとめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、外径測定装
置の縦断面図、第２図は第１図に示す装置の正面図、第
３図は投光装置の平面図、第４図は第３図に示す投光装
置の側面図、第５図はこの発明の他の実施例を示すもの
で、外径測定装置の正面図である。１・・・スタンド、６・・・ハブ１．１１・・・回転板
、１４・・・回転駆動装置、２１・・・投光装置、２２
・・・光源、２６・・・シリンダレンズ、２７−・・絞
り、２８・・・放物面鏡、４１．４２・・・外径検出装
置、４６−・・イメージセンサ、４７・・・鏡筒、４８
・・・リニアアクチュエータ、５４．５５・・・ミラー
、５８−・・回転トランス、６１．６２・・・水冷筒、
６４゜６５・・・ガイド、６７・・・ニアリングノズル
、７１．７２・・・クリーナ、Ｓ・・・被測定物、Ｌ・
・・測定光。

Claims

【特許請求の範囲】１、平行な測定光を被測定物に照射する投光装置、およ
び一対の外径検出装置を備え、外径検出装置が被測定物
の像を検出する結像光学系およびリニアイメージセンサ
を有する装置において、前記対をなす外径検出装置がそ
れぞれ測定光の光路に対して直角方向に移動可能なよう
にして設けられていることを特徴とする棒状体の外径測
定装置。２、平行な測定光を被測定物に照射する投光装置、およ
び一対の外径検出装置を備え、外径検出装置が被測定物
の像を検出する結像光学系およびリニアイメージセンサ
を有する装置において、一対のミラーが測定光の光路に
対して傾斜し、かつ測定光の光路に対して直角方向に移
動可能に設けられており、前記対をなす外径検出装置が
それぞれ前記ミラーにより反射された被測定物の像を検
出するように配置されていることを特徴とする棒状体の
外径測定装置。