JPH0321444Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、主として穴部や凹状部を有する形鋼
などの外形寸法を測定し品質管理や技術管理など
の資料を得る目的に用いられる物体形状測定装置
に関する。

（従来技術） 鋼材特に型鋼についてその外形寸法を正確に測
定することは品質保証や圧延技術資料として重要
であるが、従来適当な手段が無いままに、鋼材の
１部を切り取つてサンプルとしノギスやマイクロ
メーターを用いて人手で測定記録する方法が採用
されていたが、多大な時間を要する割には精度が
悪いと云う問題点があつた。

特に鋼矢板のような爪部を有する複雑な断面を
備えた鋼材について精度上の問題があり強く改善
が望まれていた。

そこで本考案者等は光学的手段で非接触に測定
する装置の開発に取り組み本考案装置を創案した
が、このような光学的測定手段に用いられる装置
として特開昭55−119006号公報に示されているよ
うな変位測定装置がある。このような装置を用い
て連続的に物体の外形輪郭を測定すると部分的で
はあるが物体の外形を知ることが可能である。該
装置の概要を第５図に示す。

第５図で１は被測定物体たとえば鋼材で図では
その１部分を示す。２はその表面である。３は光
電変位測定器であつて、光源３ａと該光源３ａの
光ビームを細い照射ビーム３ｂとする照射レンズ
３ｃと、前記照射ビーム３ｂが前記表面２によつ
て反射された反射ビーム３ｄを集光する集光レン
ズ３ｅと、該集光レンズ３ｅからの入射光を受光
する光位置検出器３ｆと、該光位置検出器３ｆか
らの信号を増幅する増幅器３ｇ、および該増幅器
３ｇの信号の非直線性を補正する補正回路３ｈか
らなる。而して該光電変位測定器３の検出要領は
まず被測定物体が基点０を中心として矢印Ａもし
くはＢに変位した場合反射ビーム３ｄの位置が変
り、光位置検出器３ｆによつてその変位が促えら
れ、増幅器３ｇ、補正回路３ｈを介して変位信号
Δlを取り出すようになつている。ところでこの
光電変位測定器３を用いて形鋼の外形寸法を測定
しようとした場合の問題点として下記(1)〜(2)のよ
うな技術的課題がある。

(1) 形鋼は複雑な断面形状をしているので、該光
電変位測定器３では特に凹状部や穴部が測定し
難い。

(2) 形鋼は500×900mmと云うような寸法のものが
あり、前記光電変位測定器３を用いる場合何等
かの補助手段がが付加されないと実用上使用し
難い。

（考案の目的） 本考案は、鋼材特に鋼矢板のように複雑な形状
をした爪部を有するような物体の寸法測定に用い
られる物体形状測定装置を提供することを目的と
する。

（考案の構成・作用） さて、本考案は、前述の光電変位測定器３と同
じ測定原理による微少間隔測定用の光電式変位測
定を利用するもので、その特徴は形鋼の凹所たと
えば鋼矢板の爪部などの外形形状を測定すること
が可能な点にあり、その概略を第６図について説
明する。

第６図は本考案にかかる物体形状測定装置のう
ちの光ビーム照射部と受光装置および増幅器さら
に補正回路を有する測定函３′に関する概略説明
図である。測定函３′は小径筒状照射体４を備え
ており、被測定物体１の凹部５（たとえば鋼矢板
の爪部内側）の奥深く該照射体４を挿入しうるよ
う構成されている。該照射体４の先端部には光源
３ａ，照射レンズ３ｃからなる光ビーム照射部が
備えられ、照射ビーム３ｂは凹部５の表面で反射
され、反射ビーム３ｄは前記照射体４に設けられ
た通過間隙即ち窓部６を通つて集光レンズ３ｅ、
光位置検出器３ｆからなる反射光受光装置に入射
する。入射後の信号処理は第３図の場合と同様で
あり、照射レンズ３ｃと凹部５の表面間の距離
Δlを求めることが出来る。

前記照射レンズ３ｃ、光源３ａを測定函３′内
に設け、照射ビーム３ｂを光フアイバーで前記照
射体４の先端部に導いて該光端部から外方に光を
照射する手段を採用しても良い。本考案における
光ビーム照射部はその意味において用いる。

第７図は前記測定函３′の概略斜視図であつて、
照射レンジ３ｃから出た照射ビーム３ｂは被測定
物体１にあつて反射され、反射ビーム３ｄとなつ
て集光レンズ３ｅから図示していない光位置検出
器に入射する。而して小径筒状照射体４は光源に
対する給電線やあるいは照射レンズ３ｃに連結さ
れる光導路（光フアイバー）を内蔵するため内部
に管路もしくは溝部（図示していない）を備える
ことが必要であり、さらに小径の測定孔に挿入自
在であることが必要なので小径筒状のものである
ことが望ましい。また反射ビーム３ｄの通過間隙
６を有することが必須の条件であるが、これには
異なつた形状のものを用いることが可能で、それ
を第８図ａ，ｂに示す。

第８図ａは小径筒状照射体４′の先端部が横に
膨出しておりその膨出部４ａに照射レンズ３ｃが
設けられており、集光レンズ３ｅはそれと対向す
るように位置せしめられているので、広大な通過
間隙６を有することとなり、該照射体４の本体が
反射ビーム３ｄを遮ることはない。ｂは照射体
４″が２本の筒状体の先端に照射レンズ３ｃと支
持部４ｂを有する態様のもので、これも通過間隙
６を大きく取ることが出来る。

本考案では小径筒状照射体は前述のようなそれ
ぞれ異なつた構成を有することが出来、用途に応
じて適宜な態様のものを採用する。次に本考案は
前述のような測定函を備えているので、これによ
りたとえば被測定物体の凹んだ表面と照射レンズ
間の距離の変動つまり変位を知ることが出来る。
即ちたとえばあらかじめ、照射レンズを絶対的座
標で定めた被測定物体表面から設定距離離隔した
軌跡に沿つて動かすと、被測定物体表面と軌跡と
の微少な離隔距離を測定することが可能となる。
前記測定にあたつては光ビーム投射部の任意の位
置を測定の基点として採用して良い。

さて、本考案装置に係る前記測定函を使つて得
た測定値と前記軌跡のある測定基準からの絶対値
を演算すると被測定物体の外形形状を求めること
が可能となる。そこで本考案装置の利用効果の１
例として次に実施例を用いて、本考案装置にかか
る変位測定とそれを利用した被測定物体の形状測
定を同時に説明する。

（実施例） 第１図は本考案にかかる実施例における多関節
支持ロボツトのうち、もつとも簡易な倣いロボツ
トの概要を説明するための概略斜視図であつて、
被測定物体この場合Ｕ字形鋼矢板の切断サンプル
１００は、測定台７の上にたやすく移動すること
のないよう載置即ち定置されている。８は倣いロ
ボツトで、架台９の上にＹ方向自走自在に装着さ
れており、かつＸ方向に移動自在な進退自在ビー
ム１０を有し、その前部に保持装置１１を介して
回転支持ロツド１２を回転自在に保持している。
さらに前記回転支持ロツド１２の先端には第６図
において説明した測定函３′が昇降自在に装着さ
れており、小径筒状照射体４がそれから下方に垂
下するように突出している。電気信号系路、制御
系路は図示を省略しているが、前記倣いロボツト
８は図示していない制御装置からの指令に従つて
Ｘ，Ｙおよび上下方向自在に前記測定函３′を移
動せしめ測定することが可能である。

次に第２図は本考案装置を用いた実施例にかか
る測定要領の概念を説明するもので、１３は測定
基準となる線状基準であり１４は点状基準であ
る。而して１５は基準測定軌跡を示す。この基準
測定軌跡１５はあらかじめ被測定物体１の外形に
相似する形状とし、前記被測定物体１に包摂する
ように設定しておく。つまり前記測定基準１３あ
るいは１４を頂点とすれば前記基準測定軌跡１５
はそれと位置関係を正確に定めておくことが出来
る。そこで基準測定軌跡１５と被測定物体１の外
形形状１ａとの離隔距離Δlを実測し、演算すれ
ば、被測定物体１の外形形状１ａの幾何学的形状
および外形寸法の絶対値を求めることが可能とな
る。

而して、実際の生産現場では、被測定物体１の
数箇所の測定部位を知れば品質および操業上のデ
ータとして充分である場合が多い。本考案装置は
そのような場合に極めて有効に機能する。第３図
はその場合の測定部位を示す鋼矢板の概略断面図
であり、鋼矢板１６の場合は幅Ａ、高さＢ、爪部
球幅Ｃ、爪部穴幅Ｄ、厚みＥの５個所が外形寸法
の基準となる。

第４図は本考案装置を利用した測定および演算
要領を示す説明図で、倣いロボツト８は、その本
体をＹ方向に進退自在に移動させるサーボモータ
１７、ビーム１０をＸ方向に進退自在に移動させ
るサーボモータ１８、回転支持ロツド１２を鉛直
状態で方向および角度θ自在に回転せしめるサー
ボモータ１９と前記各サーボモータによる移動量
を計測するシヤフトエンコーダ２０，２１，２２
を備えると共に前記サーボモータ１７〜１９を駆
動する位置制御装置２３，２４，２５を有してい
る。

前述のように鋼矢板１６に対する基準測定軌跡
１５は制御装置２６に与えられているので、制御
装置２６は測定函３′が該基準測定軌跡１５に沿
つて移動するようそれぞれの目標値θr，xr，yrを
時々刻々位置制御装置２３〜２５に与えてサーボ
モータ１７〜１９を作動せしめる。

位置制御装置２３〜２５はシヤフトエンコーダ
２０〜２２からの現在位置θ，ｘ，ｙの入力と前
記目標値θr，xr，yrを比較しつつ予定の基準測定
軌跡１５に沿つて測定函３′を移動させる。この
ようにして測定函３′は前記基準測定軌跡１５と
被測定物体１たとえば鋼矢板の外形形状との離隔
距離Δlを測定する。

信号処理装置２７は前記Δl，θ，ｘ，ｙ信号
の時々刻々の入力から鋼矢板１の外形形状位置
Xn，Ynを下記(1)，(2)式に従つて演算する。

Xn＝Δln×cosθn＋xn …(1) Yn＝Δln×sinθn＋yn …(2) Δln：光電変位測定器と外形形状との時々刻々の
離間距離 θn：光電変位測定器と外形形状との時々刻々の
角度 xn：光電変位測定器の時々刻々の位置における
測定基準と基準測定軌跡間のＸ方向距離 yn：光電変位測定器の時々刻々の位置における
測定基準と基準測定軌跡間のＹ方向距離 測定基準が線１３の場合、定点を線上に設定
し、演算の起点とする。測定基準が点１４の場合
は、アーム１０を回動自在としその角度とアーム
の延伸距離をパラメータとして利用する。

次に前記Xn，Ynから前記幅Ａ，高さＢ，爪部
球幅Ｃ，爪部穴幅Ｄ，厚みＥを次のようにして求
める。第３図に示すように、鋼矢板１６には特徴
的な位置として最上端位置Xnb₁、最下端位置
Xnb₂、爪部下端位置Xnb₃、爪部上端位置Xnb₄、
中心位置における上端位置Xnb₅、最右端位置
Xna₁、最左端位置Xna₂があり、これらは信号処
理操作によつて容易に求めることが可能である。
従つて幅Ａは前記Xna₁とXna₂の差、高さＢは前
記Xnb₁とXnb₂の差、爪部球幅ＣはXnb₁とXnb₃
の差、爪部穴幅ＤはXnb₃とXnb₄の差、厚みＥは
Xnb₅とXnb₂の差を求めることによつて夫々算出
することができる。

第４図において３ｈは第５図、第６図と同様信
号の非直線性を補正する補正回路である。本考案
の装置によつて250×250〜400×900mmのＨ形鋼お
よびJISA5528に規定される鋼矢板の測定を行つ
た結果、作業能率を1.5〜３倍に向上させること
が出来た。

（考案の効果） 本考案装置を利用すると、微小な変位を測定で
きると共に複雑な断面形状を有する物体の外形輪
郭および寸法形状を正確に非接触で検出すること
ができ、かつ入力に比し測定時間を激減させるこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる実施例装置の概略斜視
図、第２図は本考案装置を用いた測定例概略説明
図、第３図は実施例にかかる測定要領説明図、第
４図は本考案装置にかかる制御要領説明図、第５
図は周知の光電変位測定器の測定原理概略説明
図、第６図は本考案装置に係る測定原理概略説明
図、第７図は本考案装置にかかる測定函概略斜視
図、第８図ａ，ｂは本考案にかかるそれぞれ異な
つた小径筒状照射体の実施例概略説明図である。 １：被測定物体、２：表面、３：光電変位測定
器、３ａ：光源、３ｂ：照射ビーム、３ｃ：照射
レンズ、３ｄ：反射ビーム、３ｅ：集光レンズ、
３ｆ：光位置検出器、３ｇ：増幅器、３ｈ：補正
回路、４：小径筒状照射体、５：凹部、６：窓部
（通過間隙）、７：測定台、８：倣いロボツト、
９：架台、１０：ビーム、１１：保持装置、１
２：回転支持ロツト、１３：測定基準（線）、１
４：測定基準（点）、１５：基準測定軌跡、１
６：鋼矢板、１７，１８，１９：サーボモータ、
２０，２１，２２：シヤフトエンコーダ、２３，
２４，２５：位置制御装置、２６：制御装置、２
７：信号処理装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 先端に光ビーム照射部と反射ビームの通過間隙
   を備えた小径筒状照射体と；前記通過間隙を通り
   照射位置を見通す軸上において後記測定函に装着
   された反射光受光装置と；該受光装置から得られ
   る光−電気変換信号入力を増幅する増幅器と；前
   記受光装置および増幅器を内蔵すると共に前記小
   径筒状照射体を突出支持する測定函と；該測定函
   を位置変化自在に保持すると共に物体の穴部また
   は凹状部に前記小径筒状照射体を挿脱自在に位置
   せしめる多関節支持ロボツトからなる物体形状測
   定装置。