JPH04130201A - 測定装置 - Google Patents

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） 本発明は、円形断面を有する物体例えば円柱・円筒体、
球体又はこれらを部分的に備えた被測定物の外径の測定
装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に、この種の測定装置は、ノギスやマイクロメータ
に代表される如く、被測定物の円の中心を通る直線上で
、対向する円周上の２点間距離を直接的に測定する直接
的直径測定装置が用いられる。

また、回転中の被測定物に測定回転ローラを押し当て一
１被測定物の円周長を計測し、直径を演算する周長計測
装置も使用されている。

近年、各種機械の自動化、無人化に伴ない、機械上で被
加工物の直径を自動測定する要望がある。

従来、圧延したストリップのコイルを巻き出す際に、コ
イル外径を精度良く検出する間接的直径測定装置が提案
されている（実開昭６２−１０５７１５号公報参照）、
この間接的直径測定装置は、２つのコイルフォーミング
ロール上に載置されたコイルの上部外周面に、一端を枢
支したタッチアーム先端のタフチングロールを押し当て
、前記アームの回転角度を回転数に変換して検出し、こ
の検出信号によりコイル外径を演算装置により演算して
直径を求めるようになっている。

（発明が解決しようとする課Ｂ） ところで、従来例で説明した上記間接的直径測定装置は
、長大径の円筒物外径を自動的に測定できる利点を有す
るが、旋盤、研削盤等の加工機械上での被加工物の外径
測定を行なうことができず、しかも、被測定物の大きさ
によっては、フォーミングロールとタッチアームの枢支
位置等の関係から、測定できないこともあり、さらに計
算式が非常に複雑であるほか、被測定物の重量でフォー
ミングローラ支承部分が凹んで正確な測定ができないな
どの問題がある。

本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、被測定物の外周上に押圧接触
させることにより、簡単にかつ正確に外径の測定ができ
、しかも、測定可能最大径に対して装置寸法が大きくな
らず、加工機械上にも装着でき、高精度の外径自動測定
が可能な測定装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明では、上記目的を達成するために、次の技術的手
段を講じた。

すなわち、本発明は、円形断面を有する被測定物２に対
して接近離反移動可能なフレーム３に、所定の間隔で２
個のローラ１２．１３が互いに平行な軸１０．１１を介
して設けられ、前記フレーム３に前記ローラ１２．１３
の各中心Ｏｘ、　Ｏｓを通る直線りの前記中心０８を含
む延長上に位置して旋回アーム１４が軸１１．２２を介
して回動自在に設けられ、該旋回アーム１４の先端部に
、旋回アーム１４の旋回中心ｐから遠い側の前記ローラ
１３の中心Ｏ５間距離ｌＩと等しい距離ｌにローラ１６
が設けられて各ローラ径ｒが同一とされてなるローラ装
置４と、前記各ローラ１２．１３．１６を被測定物２に
押圧接触させる装置５と、前記旋回アーム１４の回転角
度検出装置６と、旋回アーム１４の回転角度θにより３
個のローラ１２゜１３、１６に外接する被測定物２の外
径りを演算する演算装置７を具備していることを特徴と
している。

（作　用） 本発明によれば、被測定物２の外周面に、３個のローラ
１２．１３．１６を押圧接触装置５により接触させ、こ
の時のフレーム３に対する旋回アーム１４の変位（角度
θ）を回転角度検出装置６により検出し、この検出信号
を演算装置７に入力し、Ｄ／２　　＝　　　（（（ｊ＋
ａ）／２ｓｉｎ（θ／２））”−ａ　ｊ！　　）　　電
／Ｚ　　　　　ｒの演算を行い、被測定物２の外径りを
求めることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図及び第２図は本発明の第１実施例を示し、測定装
置１は、円形断面を有する被測定物２に対して接近、離
反移動可能なフレーム３と、該フレーム３に取付けられ
たローラ装置４と、ローラ押圧接触装置５と、旋回アー
ム回転角度検出装置６と、被測定物２の外径りを演算す
る演算装置７とから成り、前記フレーム３は機械等８に
摺動自在に支承された押出アーム９の先端に取付けられ
ている。

前記フレーム３は、上からみてコ字形を呈し、その前後
側板３ａ、３ｂ間に、前記ローラ装置４及び前記角度検
出装置６が取付けられている。

前記ローラ装置４は、前記フレーム３に間隔（中心０．
、０．間距離）！、をもって平行な水平軸１０、１１を
介して回転自在に取付けられた２個のローラ１２．１３
（測定子）と、前記水平軸１１に回動自在に設けられた
旋回アーム１４と、該旋回アーム１４の先端に前記水平
軸１１と平行な軸１５を介して回転自在に設けられたロ
ーラ１６（測定子）とから成っている。そして水平軸１
１の中心０□が旋回アーム１４の旋回中心ｐとされ該中
心０．から先端のローラ１６の軸中心ＯＩまでの距離ｌ
が、前記ローラ１２．１３の軸中心Ｏ，，ＯＸ間距離ら
と等しくされると共に、各ローラ１２．１３．１６の半
径ｒｓ＋　ｒｇ＋　ｒ＋が等しくされている（第２図参
照）。

前記ローラ押圧接触装置５は、前記機械等８に取付けら
れたシリンダ本体１７ａのピストンロッド１７ｂ外端を
前記フレーム３の右側面に連結したローラ１２．１３用
のエアシリンダ１７と、前記旋回アーム１４にその旋回
軸心０□と同心的に固着された扇形歯車１８に噛合する
ラック１９がピストンロッド２０ｂ外端に連結されると
共にシリンダ本体２０ａがフレーム３に固着されている
ローラ１６用のエアシリンダ２０とから成っており、旋
回アーム１４の旋回駆動は前記エアシリンダ２０により
行なわれる。

前記旋回アーム回転角度検出装置６は、旋回アーム１４
にその旋回軸中心０２と同心的に固着された扇状ロータ
リエンコーダ６ａと、該エンコーダ６ａに対応して前記
フレーム３に取付けられた読取りヘッド６ｂとからなり
、該読取りへラド６ｂはリード線２１により前記演算装
置７に接続されている。

前記演算装置７は、従来一般に使用されるもので、被測
定物２の外径りを求めるための演算は、次の式（１）に
より行なわれる。

Ｄ　＝　ｌ　／ｓｉｎ　　　　−２ｒ　　　　　−・−
−−−一式（１）該式（１）は、第２図において、被測
定物２に３個のローラー２．１３．１６が接触した状態
で、被測定物２の中心を０゜、半径をＲとし、芳Ｏｏ　
Ｏｘ　（ｈ＝α、芳０・０，０．＝β、ローラ中心０．
．０．を結ぶ直線０．０！とローラ中心０！、０．を結
ぶ直線０．０．とのなす角、即ち旋回アーム回転角をθ
とするとき、次のようにして求められる。

まず、三角形０゜０Ｉ０８と三角形０゜０．０．におい
て、三角関数の第２余弦定理から、式（２）式（３）が
成立する。

（Ｒ＋ｒｔ）”　−７”　＋　（Ｒ＋ｒｘ）”−２７（
Ｒ＋ｒ、）　　ｃｏｓ　ａ　−−−−−−−−−−−−
−一式（２） ％式％ 一−−−−−一・式（３） また、２中心線間の角度θと、角度α、βとの関係は次
式で表わされる。

θ−π−（α＋β）　　　　　・−−−−−一式（４こ
−で、ローラー２．１３．１６の半径及び中心間距離が
等しいため、ｒ！　ｒ、　−ｒ、　ｍ　ｆ、、１−１１
．となりしかもα−βとなるため、式（４）は となり、これらの関係式が成立するときのＲは、式（２
）、式（３）より θ ”　””　’　／　２ｓｉｎ　　　−ｒ、、−−−−−
−式（６）で表わされる。したがって、被測定物２の外
径りは、式（６）を２倍にして式（１）で表わされる。

なお、前記ローラ１２．１３．１６の半径ｒ３＋　ｒ２
．’　ｒｌ及び中心間距離Ｉｔ、Ｉｔ、は既知であり、
角度θは前記検出装置６により計測されるので、式（１
）により被測定物２の外径りが演算装置７により演算さ
れて求められる。

上記第１実施例によれば、被測定物２に対してフレーム
３をエアシリンダ１７によって接近さセ、ローラ１２．
１３を被測定物２の外周面に当接させた後、エアシリン
ダ２０によって旋回アーム１４を被測定物２に向うて旋
回させ、ローラ１６をその外周面に当接させる。このと
き、旋回アーム１４の回転角度θを、前記角度検出装置
６により検出し、その検出信号を演算装置７に入力する
ことにより、演算装置７において前記式（１）の演算が
行なわれ、被測定物２の外径りが求められる。このよう
にして、計測が終了すれば、エアシリンダ１７によりフ
レーム３が後退すると共に、エアシリンダ２０によって
、旋回アーム１４が後退旋回し、０点設定位置即ち、第
２図に２点鎖線１６ａで示す中心０２Ｏ１を通る直接り
の延長線上に、ローラ１６の中心ＯＩが復帰する。

第３図及び第４図は本発明の第２実施例を示し、第１実
施例と異なるところは、旋回アーム１４の旋回中心ｐが
、ローラ１２．１３の中心Ｏｘ　Ｏｓを通る直線りの延
長線上に位置している点であり、その他は第１実施例と
同じである。したがって、第１図及び第２図と同じ符号
を付し、特徴部分についてのみ説明する。

前記旋回アーム１４は、フレーム３にローラ１２゜１３
の軸１０．１１と平行な軸２２により回動自在に取付け
られており、旋回アーム１４に扇形歯車１８及び扇状ロ
ータリエンコーダ６ａが前記軸２２と同心的に取付けら
れている。そして、軸２２の中心即ちアーム旋回中心ｐ
とローラ１６の中心０．までの距離ｌは、アーム旋回中
心ｐとローラ１２の中心Ｏ１までの距離２＋（距離（ａ
）　＋　（ｂｌ　）と等しくされている。

そこで、第４図において、被測定物２の中心０゜とアー
ム旋回中心ｐとの中心間距離をｋとし、各ローラー２．
１３．１６の半径を等しくするとき、δ ＬＯｏｐｏ、＝Ｌｏ。ｐｏｚ＝□　となり、Ｒ，＝Ｒ＋
ｒとして三角関数の第２余弦定理から、次の式が成立す
る。

δ Ｒ，”　＝　１”　＋ｋ”　　２１ｋ　ｃｏｓ　−一−
−−−−−式（７）Ｒ，”　＝ａ”＋ｋ”−２ａｋ　ｃ
ｏｓ−−−−−−−一式（８）この両式（７）、　（８
）から δ ｋ　　＝　ｌ　＋ａ　／２　ｃｏｓ　−・−−−−−−
一式（９）で表わすことができ、これらの関係が成立す
るときの被測定物の半径Ｒは で表わされる。

ここで、θ＝π−δであるので弐〇〇はとなる。

なお、前記各ローラ１２．１３．１６の半径ｒ（ｒｌ＝
ｒｚ＝ｒｓ）及び中心間距離１＝１．は既知であり、角
度θは前記検出装置６により計測されるので、弐ＯＩに
より被測定物２の外径りが演算装置７により演算されて
求められる。

また、上記式〇のにおいて、第１実施例のように中心ｐ
と中心０．が重なるときのａ＝Ｏであるから、ａ＝０を
代入すると、弐〇Ｄは式（６）と同じ式になる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、例え
ば、円筒状被測定物の内径の測定を可能とし、また各ロ
ーラ１２．１３．１６に軸受を介装でき、さらに、ロー
ラに代えてビン、ボール等の測定子を用いることができ
る。

（発明の効果） 本発明にかかる測定装置は、上述のように、円形断面を
有する被測定物２に対して接近離反移動可能なフレーム
３に、所定の間隔で２個のローラ１２、１３が互いに平
行な軸１０．１１を介して設けられ、前記フレーム３に
前記ローラ１２．１３の各中心０□。

０３を通る直線りの前記中心０２を含む延長上に位置し
て旋回アーム１４が軸１１．２２．を介して回動自在に
設けられ、該旋回アーム１４の先端部に、旋回アーム１
４の旋回中心ｐから遠い一側の前記ローラ１３の中心０
８間距離ｌｌと等しい距離ｌにローラ１６が設けられて
各ローラ径ｒが同一とされてなるローラ装置４と、前記
各ローラ１２．１３．１６を被測定物２に押圧接触させ
る装置５と、前記旋回アーム１４の回転角度・検出装置
６と、旋回アーム１４の回転角度θにより３個のローラ
１２．１３．１６に内接する被測定物２の外径りを演算
する演算装置７を具備していることを特徴とするもので
あるから、被測定物２の外周面上に各ローラ１２．１３
．１６を所定の圧力で押圧接触させることにより、簡単
で安定よくかつ正確に外径の自動測定ができ、演算式が
非常に簡単で高精度が得られ、同一寸法装置での測定可
能径の範囲が大きくしかも測定可能最大径に対して装置
寸法が大きくならず、加工機械上にも簡単に装着でき、
さらに、被測定物２が回転中であっても高精度の自動測
定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は本発明の第１実施例を示すもので第
１図は一部破断正面図、第２図は演算式に用いた各部の
記号説明図、第３図及び第４図は同第２実施例の一部破
断正面図及び演算式に用いた各部の記号説明図である。 １−測定装置、２−被測定物、３−フレーム、４−ロー
ラ装置、５−　ローラ押圧接触装置、６旋回アーム回転
角度検出装置、７・−演算装置、１０゜１１．１５．２
２−・軸、１２．１３．１６−　ローラ、１４−旋回ア
ーム、０８，０□、０．−・・ローラ中心、ｐ・・−旋
回アームの旋回中心、２，２．・−中心間距離、Ｌ−中
心Ｏｔ。 ０３を通る直線、ｏ　−被測定物の外径、θ−旋回アー
ムの回転角度。 特許出願人　　大洋工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）円形断面を有する被測定物（２）に対して接近離
   反移動可能なフレーム（３）に、所定の間隔で２個のロ
   ーラ（１２）（１３）が互いに平行な軸（１０）（１１
   ）を介して設けられ、前記フレーム（３）に前記ローラ
   （１２）（１３）の各中心（Ｏ＿２）（Ｏ＿２）を通る
   直線（Ｌ）の前記中心（Ｏ＿２）を含む延長上に位置し
   て旋回アーム（１４）が軸（１１）（２２）を介して回
   動自在に設けられ、該旋回アーム（１４）の先端部に、
   旋回アーム（１４）の旋回中心（ｐ）から遠い側の前記
   ローラ（１３）の中心（Ｏ＿３）間距離（ｌ＿１）と等
   しい距離（ｌ）にローラ（１６）が設けられて各ローラ
   径（ｒ）が同一とされてなるローラ装置（４）と、前記
   各ローラ（１２）（１３）（１６）を被測定物（２）に
   押圧接触させる装置（５）と、前記旋回アーム（１４）
   の回転角度検出装置（６）と、旋回アーム（１４）の回
   転角度（θ）により３個のローラ（１２）（１３）（１
   ６）に外接する被測定物（２）の外径（Ｄ）を演算する
   演算装置（７）を具備していることを特徴とする測定装
   置。