JPH045328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は測定装置に関し、詳しくは三次元形状
に曲げ加工されたパイプまたは丸棒の三次元形状
を測定する測定装置に関するものである。

［従来の技術］ パイプや丸棒等を三次元形状に曲げ加工する三
次元加工が行なわれるに従い、その三次元形状を
測定する必要が生じたが、パイプや丸棒のように
稜線を有しない部材の三次元形状を通常の三次元
測定装置で精度よく測定することは難しく、パイ
プや丸棒の加工形状や径に応じて専用の測定治具
を作り、治具を用いて測定を行なうといつた構成
がとられていた。

これらに対し、パイプや丸棒の三次元加工は一
般に直線状のパイプ等を所定の箇所で曲折して行
なわれることに着目し、被測定物の直線部分を測
定してそのベクトルを求める測定装置が提案され
ている。この種の測定装置としては、特定形状の
プローブを用いて直線部分のベクトルを求めるも
の、例えば特開昭50−147351号公報の「測定装
置」等が知られており、三次元形状に曲げ加工さ
れたパイプ等が設計値通りに曲げ加工されている
か否かを測定・検査するのに用いられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが従来のこうした装置では、方向軸線を
有するプローブを用いているため、以下の如き問
題があつた。

(1) プローブの形状が比較的大きなものでは、曲
げ加工後の直線部分が短い場合には測定でき
ず、一方、プローブの形状を小さくすると測定
誤差が大きくなつてしまうといつた問題があつ
た。

(2) 被測定物の径によりプローブの大きさを交換
しなければならない場合があり、作業効率が低
下することがあつた。

そこで本発明は上記の問題点を解決することを
目的とし、曲げ加工後の測定を好適に行なうこと
ができる測定装置を提供することを目的としてな
された。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は問題点を解
決するための手段として次の構成をとつた。即
ち、第１図に示すように、 互いに交差する円柱状の第１接触子Ｍ１と第２
接触子Ｍ２とを備えたプローブＭ３と、 該プローブＭ３の上記接触子Ｍ１、Ｍ２が、所
定の外径を有する被測定物Ｗと接触したことを
各々検出する接触検出手段Ｍ４と、 上記プローブＭ３を第１接触子Ｍ１の軸方向の
回りに回動自在に枢支する枢支手段Ｍ５と、 上記枢支手段Ｍ５により枢支された上記プロー
ブＭ３の回動軸の方向を保存して、上記プローブ
Ｍ３と上記枢支手段Ｍ５とを一体に三次元的に移
動させる三次元移動手段Ｍ６と、 該三次元移動手段Ｍ６の移動に応答して、上記
プローブＭ３の位置を三次元座標で検出する三次
元位置検出手段Ｍ７と、 上記接触検出手段Ｍ４によつて上記第１接触子
Ｍ１の被測定物Ｗへの接触が検出された時、上記
三次元位置検出手段Ｍ７によつて検出された上記
プローブの三次元位置から第１接触子Ｍ１の二次
元位置を検出する第１座標検出手段Ｍ８と、 上記接触検出手段Ｍ４によつて上記第２接触子
Ｍ２の被測定物Ｗへの接触が検出された時、上記
三次元位置検出手段Ｍ７によつて検出された上記
プローブＭ３の三次元位置から第２接触子Ｍ２の
三次元位置を検出する第２座標検出手段Ｍ９と、 上記接触検出手段Ｍ４によつて上記第２接触子
Ｍ２の被測定物Ｗへの接触が検出された時、上記
枢支手段Ｍ５によつて枢支された上記プローブＭ
３の回動角度を検出する角度検出手段Ｍ１０と、 被測定物Ｗの２以上の点において上記第１座標
検出手段Ｍ８により検出された第１接触子Ｍ１の
二次元位置と、被測定物Ｗの２以上の点において
上記第２座標検出手段Ｍ９によつて検出された第
２接触子Ｍ２の三次元位置と、上記第２座標検出
手段Ｍ９の検出と同時に上記角度検出手段Ｍ１０
により検出された上記プローブＭ３の回動角度
と、予め設定された被測定物Ｗの径とから被測定
物Ｗの中心線の三次元座標を演算する演算手段Ｍ
１１と、 を備えた測定装置の構成がそれである。

ここで、プローブＭ３に備えられた第１接触子
Ｍ１と第２接触子Ｍ２とはその軸方向が互いに交
差していればよく、実際に交わつている必要はな
い。第１接触子Ｍ１を鉛直方向に、第２接触子Ｍ
２を水平方向に、各々配設し、座標に関する演算
を簡略化することもできるが、両接触子Ｍ１，Ｍ
２の配設方向はこれに限定されるものではない。

接触検出手段Ｍ４は、被測定物Ｗと上記第１、
第２接触子Ｍ１，Ｍ２との接触を検出するもので
あり、被測定物が導電性材料であれば、各接触子
Ｍ１，Ｍ２を介して通電がなされることを利用し
て両者の接触を検出するよう構成することができ
る。また、レーザ等を用いた光学的な手法によ
り、非接触かつ高精度に検出するよう構成するこ
ともできる。

三次元移動手段Ｍ６、三次元位置検出手段Ｍ７
はいずれもプローブＭ３を三次元的に移動させか
つ三次元的に位置を検出するものであり、ここで
いう三次元とは直交座標系、円筒座標系等を問わ
ず、種々の座標系における三次元を考えることが
できる。

演算手段Ｍ１１は、通常コンピユータを用いた
論理演算回路として実現されるが、第１座標検出
手段Ｍ８や第２座標検出手段Ｍ９と一体に形成す
ることも何等差支えない。

［作用］ 上記構成を有する本発明の測定装置は、互いに
交差する円柱状の第１接触子と第２接触子とを備
えたプローブを回動自在に枢支すると共に、三次
元的に移動させる三次元移動手段を備え、該移動
を三次元座標で検出し、さらに上記プローブの回
動角度をも検出して、予め設定された被測定物の
径と、上記第１接触子で検出した２以上の二次元
座標値と、上記第２接触子で検出した２以上の三
次元座標値と、上記角度検出手段で検出した２以
上の回動角度と、から被測定物の三次元座標にお
ける中心線を求めるように働く。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第２図は本発明の一実施例である測定装置の構
成を示す概略構成図である。この測定装置には、
第１接触子１と第２接触子２とを備えたプローブ
３、該プローブ３を上記第１接触子１の軸方向の
回りに回動自在に枢支する枢支装置４、該枢支装
置４を支持し三次元的に移動させる三次元移動装
置５が設けられている。また、上記プローブ３の
位置を三次元座標で検出する三次元位置検出手
段、上記接触子１，２と被測定物Ｗとの接触を検
出する接触検出手段、上記プローブ３の回動角度
を検出する角度検出手段の各々に相当するエンコ
ーダ等も配設されているが、これらについては後
で詳細に説明する。尚、この測定装置は図示しな
いスタンド等で固定された被測定物Ｗと共に定盤
６等に配設される。

三次元移動装置５によつて自在に三次元位置を
とるプローブ３の第１接触子１は略鉛直方向に設
けられており、第２接触子２は第１接触子に正確
に直交するよう設けられている。プローブ３は枢
支装置４によつて第１接触子１の軸方向（ここで
は鉛直方向）のまわりに回動自在に枢支されてお
り、その三次元の移動は、三次元移動装置５によ
つて円筒座標に対応したものとなつている。

三次元移動装置５は、プローブ３を枢支する枢
支装置４を２本の垂直ガイドバー７ａ，７ｂの一
端に固定し、該垂直ガイドバー７ａ，７ｂを垂直
ホルダ８で該垂直ガイドバー７ａ，７ｂの軸方向
（矢印Ｚ方向）に移動可能に支持している。さら
に上記垂直ホルダ８は２本の水平ガイドバー９
ａ，９ｂの一端に固定され、該水平ガイドバー９
ａ，９ｂは水平ホルダ１０で該水平ガイドバー９
ａ，９ｂの軸方向（矢印Ｒ方向）に移動可能に支
持されている。また上記水平ホルダ１０は支持体
１１に回動自在（矢印θ方向）に軸支されてい
る。従つて、方向Ｚ、Ｒ、θの円筒座標に対応し
てなされるプローブ３の三次元の移動によつて
も、枢支装置４に枢支されたプローブ３の回動軸
の方向は常に保存されることになる。

上記支持体１１には上記プローブ３の三次元原
位置補正用プレート１２と角度原位置補正用プレ
ート１３とが設けられている。上記三次元原位置
補正用プレート１２には、凹部が設けられ、該凹
部に第１接触子１を挿入することにより三次元原
位置の補正が行なわれる。また角度原位置補正用
プレート１３にも同様に凹部が設けられ、該凹部
に第２接触子２を嵌合させることにより角度原位
置の補正が行なわれる。

プローブ３の三次元位置及び回動角度の検出
は、こうして補正された三次元原位置及び角度原
位置を基準として行なわれることになる。上述し
た垂直ガイドバー７ａ，７ｂの移動量、即ちＺ方
向の移動量は、垂直ホルダ８内に設けられ垂直ガ
イドバー７ａに当接されたローラ（図示せず）に
連動するＺ軸エンコーダ１４によつて検出され
る。一方、水平ガイドバー９ａ，９ｂの移動量、
即ちＲ方向の移動量は、同様の構成により、水平
ホルダ１０内に設けられたＲ軸エンコーダ１５に
より検出される。更に、水平ホルダ１０の回動角
度、即ちθ方向の回動角度は、支持体１１の回転
軸と同軸に設けられて回転する大歯車１６と噛合
した小歯車１７の回動を、この小歯車１７と同軸
に設けられたθ軸エンコーダ１８によつて検出す
ることにより求められる。

以上、Ｚ方向、Ｒ方向、θ方向の位置を検出す
るエンコーダ１４，１５，１８について説明した
が、本実施例ではこれらのエンコーダ１４，１
５，１８が三次元位置検出手段として働く。

一方、枢支装置４内にはプローブ３の回動角度
を検出する為に角度検出手段として働くφ軸エン
コーダ１９が設けられている。

次に本実施例の電気系統を第３図に示すブロツ
ク図を用いて説明する。上記の各エンコーダ等の
検出信号は、電子制御回路１００に取り込まれ、
被測定物Ｗの座標の計算に用いられる。制御手段
として働く電子制御回路１００は、第３図に示す
ように、周知のCPU１０１，ROM１０２，
RAM１０３、バツクアツプRAM１０４を主要
部とする論理演算回路として構成され、測定に必
要な諸元の入力もしくは表示用のターミナル１０
６等との入出力を行なうターミナム入出力回路１
０５、上記エンコーダ１４，１５，１８からのパ
ルス信号を入力するパルス入力回路１０７あるい
は後述するレベル入力回路１０８等とはコモンバ
ス１０９によつて相互に接続されてデータを遣り
取りし、上記被測定物Ｗの中心線の座標値を計算
するよう構成されている。

ターミナル入出力回路１０５は、ターミナル１
０６に設けられたキーボード１０６ａから、被測
定物Ｗの径等のデータを入力すると共に、ブラウ
ン管等の表示装置１０６ｂに計算した座標値等の
表示を行なう。また上記パルス入力回路１０７は
エンコーダ１４，１５，１８，１９からのパルス
信号を入力し、各エンコーダ１４，１５，１８，
１９毎にそのパルス信号をカウントするカウンタ
を備えている。従つて、CPU１０１はパルス入
力回路１０７内のカウンタの値を随時読み取るこ
とにより、プローブ３の三次元位置を知ることが
できる。

レベル入力回路１０８は、第１接触子１、第２
接触子２の各々に接続されており、その接続ライ
ンは抵抗器R₁，R₂を介して電源電圧にプルアツ
プされている。これに対し、被測定物Ｗは図示し
ないスタンドを介して電気的に接地されているの
で、接触子１，２のいずれかが被測定物Ｗに接触
すると、接続ラインの電位はロウレベルに変化す
る。従つて、CPU１０１はレベル入力回路１０
８を介して接触子１，２の電位のレベルを監視す
ることにより、接触子１，２と被測定物Ｗとの接
触を知ることができ、この構成が接触検出手段と
して働く。

次に上述した制御回路１００において行なわれ
る処理について第４図のフローチヤートに拠つて
説明し、併せて本実施例における測定装置の操作
について説明する。

測定装置は電源が投入され、ターミナル１０６
のキーボード１０６ａの操作による被測定物Ｗの
径の設定と上記原位置補正とが行なわれ、操作が
開始されると、第４図に示す測定制御ルーチンを
他の制御ルーチン、例えば測定結果をターミナル
のブラウン管１０６ｂに表示する処理を行なうル
ーチン等と共に実行する。まず、ステツプ200で
は、ステツプ210以下の処理でカウンタとして用
いる変数ｎの値を初期値１にセツトする処理が行
なわれる。次にステツプ210では、第１接触子１
が被測定物Ｗに接触したか否かの判断が行なわれ
る。該接触は、第５図の操作説明図に示す如く、
操作者が三次元移動装置５を動かして、プローブ
３の第１接触子１を被測定物Ｗの外周に接触させ
ることにより行なわれる。具体的には、レベル入
力回路１０８を介して第１接触子１の電位のレベ
ルを読み込み、これがロウレベルとなるまでステ
ツプ２１０の判断を繰り返すのである。

第１接触子１の電位のレベルがロウとなり、上
記接触が行なわれたと判断されると、処理はステ
ツプ２２０へ進み、その時点でのプローブ３の二
次元座標X1（１）、Y1（１）の読み込みが行なわ
れる。即ち、パルス入力回路１０７内のカウンタ
の値を読み取ることにより、Ｚ軸エンコーダ１
４、Ｒ軸エンコーダ１５、θ軸エンコーダ１８が
原位置より移動する間に出力したパルスの数（エ
ンコーダが逆転した時には減算されている）を読
み込んで、これから求められるＸ、Ｙ座標X1
（１）、Y1（１）を取り込むのである。続くステツ
プ230では第１回目の座標の入力は終了したとし
て、変数ｎの値を１だけインクリメントする処理
が行なわれる。続くステツプ240では、変数ｎが
２以上か否かの判断が行なわれる。変数ｎが２未
満の時は、今一度、第１接触子１の座標の読み込
みを行なうとして、ステツプ210へ進み、上述し
たステツプ210ないし240の処理が繰り返される。

この時、第５図に実線で示した位置にあつたプ
ローブ３は、被測定物Ｗとの接触を一旦解かれ、
被測定物Ｗの同一直線部分に属する今ひとつの位
置、ここでは二点鎖線で示す位置まで移動され
て、改めてその第１接触子１が被測定物Ｗに接触
される。従つて、ステツプ220では、今度は二点
鎖線で示した位置でのプローブ３の座標がX1
（２）、Y1（２）として読み込まれることになる。

こうして２回の測定が終了するとステツプ240
での判断は「NO」となつて処理はステツプ250
へ進み、二次元の座標計算が行なわれる。即ち、
ステツプ250では、ステツプ220で読み込まれた座
標X1（１）、Y1（１）、X1（２）、Y1（２）及び予め
ターミナル１０６より入力しておかれた被測定物
Ｗの径Ｄとから第１接触子１と垂直なＸ−Ｙ平面
上の被測定物Ｗの中心線の計算が行なわれる。さ
らに上記Ｘ−Ｙ平面に垂直で上記被測定物Ｗの中
心線を含むα平面も求められる。

次に処理はステツプ260へ進み、ステツプ260で
はステツプ270以下の処理でカウンタとして用い
る変数ｎの値を初期値１にセツトする処理が行な
われる。ステツプ270では上述した第１接触子１
の場合（ステツプ210）と同様に、第２接触子２
が被測定物Ｗに接触したか否かの判断が行なわれ
る。該接触は、第６図の操作説明図に示す如く、
第２接触子２を被測定物Ｗの外周に接触させるこ
とにより行なわれる。第２接触子２が被測定物Ｗ
に接触したことが検出されると処理はステツプ
280へ進む。ステツプ280では、第１接触子１の場
合（ステツプ220）と同様に、第２接触子２が被
測定物Ｗに接触した時のプローブ３の座標X2
（１）、Y2（１）、Z2（１）の読み込みと角度φ2
（１）の読み込みとが行なわれる。続くステツプ
290では測定回数を示す変数ｎの値を１だけイン
クリメントし、これに続くステツプ300では、変
数ｎが２以上か否かの判断が行なわれる。変数ｎ
が２未満の時は、今１回測定を行なうとして、処
理はステツプ270へ戻つて、上述したステツプ270
ないし300の処理を繰り返す。

この時、第６図に実線で示した位置にあつたプ
ローブ３は、被測定物Ｗとの接触を一旦解かれ、
被測定物Ｗの同一直線部分に属する今ひとつの位
置、ここでは二点鎖線で示す位置まで移動され
て、改めてその第２接触子２が被測定物Ｗに接触
される。従つて、ステツプ280では今度は二点鎖
線で示した位置でのプローブ３の三次元座標及び
回転角度がX2（２）、Y2（２）、Z2（２）、φ2（２）
として読み込まれることになる。

こうして２回の測定が終了するとステツプ300
での判断は「NO」となつて処理はステツプ310
へ進む。ステツプ310では、ステツプ280で読み込
まれた座標X2（１）、Y2（１）、Z2（１）、φ2（１）
とX2（２）、Y2（２）、Z2（２）、φ2（２）と予め設
定された被測定物Ｗの径Ｄとから被測定物Ｗの中
心線を求める座標計算が行なわれる。即ち、ステ
ツプ250で求めたα平面を用い、まず測定の行な
われた２つの位置におけるα平面上での第２接触
子２の中心の座標を、ステツプ280で求めたX2
（ｎ）、Y2（ｎ）、Z2（ｎ）、φ2（ｎ）｛ｎ＝１、２
｝
を用いて求め、α平面上における第２接触子２の
外周を確定する。続いて、２つの位置で確定した
第２接触子２の外周から被測定物Ｗのα平面上で
の外周を確定し、被測定物Ｗの径Ｄからその中心
線を求める。そして、これを通常のXYZ座標に
変換し、被測定物Ｗの中心線の座標とするのであ
る。

以上の処理の後、本測定ルーチンをENDへ抜
けて終了する。

上述した測定を、被測定物Ｗの直線部分ごとに
行なうことにより、直線部分ごとの中心線を求め
ることができる。従つて、この中心線相互の交点
を計算して求めれば、交点の位置や交点間の距離
等を、被測定物Ｗの曲げ加工の設計値と比較する
ことが容易にでき、曲げ加工が適正に行なわれた
か被かを容易に判断することができる。

また本実施例では三次元位置の検出手段に加え
て互いに交差する２つの接触子を備えたプローブ
３と、この接触子の一方の軸のまわりにプローブ
３を回動する枢支装置４を備えているだけの構造
なので、否測定物Ｗの径等が異なつてもプローブ
３を変更する必要はほとんどなく、しかもプロー
ブ３の形状がシンプルで信頼性・耐久性が高く、
加えて被測定物Ｗの直線部分が長ければ大きく隔
つた２つの位置で測定することにより高い測定精
度を実現することができる。

更に通常の三次元測定装置に対して一軸追加し
ているだけなので、既存の三次元測定装置のプロ
ーブ３を一体に取付けた枢支装置４を加えるだけ
で、容易にパイプや丸棒等の三次元形状を測定す
る測定装置に改造することができるといつた利点
も有する。

以上本発明の一実施例について説明したが、本
発明はこの実施例に何等限定されるものではな
く、例えば被測定物Ｗの直線部分の測定回数を３
回以上として測定精度を上げる構成としてもよ
く、本発明の要旨を変更しない範囲において、
種々なる構成にて実施しえることは勿論である。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の測定装置は、三
次元形状に曲げ加工された被測定物の中心線を高
精度かつ容易に求めることができるという優れた
効果を奏する。この結果、被測定物の直線部分に
おける各々の中心線から、その中心線相互の交点
を求めることにより、曲げ加工が適正に行なわれ
たか否かを容易に判断することができる。また、
本発明の測定装置における接触子の外径は測定に
支障がない程度に小さくすることができ、被測定
物の直線部分が短くとも測定することができると
いう効果も奏する。

さらに、本発明の測定装置においては、被測定
物Ｗの径により接触子を交換する必要がなく測定
のための段取りが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は本発
明の一実施例としての測定装置の構成を示す概略
構成図、第３図は実施例の電気系統の構成を示す
ブロツク図、第４図は実施例の制御回路において
行なわれる測定ルーチンの一例を示すフローチヤ
ート、第５図は実施例の第１接触子の接触方法を
示す操作説明図、第６図は実施例の第２接触子の
接触方法を示す操作説明図、である。 Ｗ……被測定物、１……第１接触子、２……第
２接触子、３……プローブ、４……枢支装置、５
……三次元移動装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに交差する円柱状の第１接触子と第２接
   触子とを備えたプローブと、 該プローブの上記接触子が、所定の外径を有す
   る被測定物と接触したことを各々検出する接触検
   出手段と、 上記プローブを第１接触子の軸方向の回りに回
   動自在に枢支する枢支手段と、 上記枢支手段により枢支された上記プローブの
   回動軸の方向を保存して、上記プローブと上記枢
   支手段とを一体に三次元的に移動させる三次元移
   動手段と、 該三次元移動手段の移動に応答して、上記プロ
   ーブの位置を三次元座標で検出する三次元位置検
   出手段と、 上記接触検出手段によつて上記第１接触子の被
   測定物への接触が検出された時、上記三次元位置
   検出手段によつて検出された上記プローブの三次
   元位置から第１接触子の二次元位置を検出する第
   １座標検出手段と、 上記接触検出手段によつて上記第２接触子の被
   測定物への接触が検出された時、上記三次元位置
   検出手段によつて検出された上記プローブの三次
   元位置から第２接触子の三次元位置を検出する第
   ２座標検出手段と、 上記接触検出手段によつて上記第２接触子の被
   測定物への接触が検出された時、上記枢支手段に
   よつて枢支された上記プローブの回動角度を検出
   する角度検出手段と、 被測定物の２以上の点において上記第１座標検
   出手段により検出された第１接触子の二次元位置
   と、被測定物の２以上の点において上記第２座標
   検出手段により検出された第２接触子の三次元位
   置と、上記第２座標検出手段の検出と同時に上記
   角度検出手段により検出された上記プローブの回
   動角度と、予め設定された被測定物の径とから被
   測定物の中心線の三次元座標を演算する演算手段
   と、 を備えた測定装置。