JPH05223526A

JPH05223526A - 板厚測定装置

Info

Publication number: JPH05223526A
Application number: JP2355392A
Authority: JP
Inventors: Utayoshi Eguchi; 詠美江口; Naoki Takahashi; 直紀高橋; Shigeyasu Ueno; 恵尉上野; Yasuyuki Nakajima; 靖之中島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1993-08-31

Abstract

(57)【要約】【目的】非接触式の板厚測定装置において、温度を測定
し更正を行うことによって、温度の影響をなくし、高精
度に板厚測定を行うことを目的とする。【構成】板材の両側から光ビームを照射し、その反射光
を用いて板厚を測定する測定装置において、測定器を支
持している部材、試料台及び外気の温度を測定し、各部
の熱膨張による変形を予測して、正確な板厚を推測す
る。【効果】温度の変化によらず高精度に板厚測定を行うこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は板材の厚み測定装置に係
り、例えば磁気ヘッドの支持ばね等に用いる板ばねの素
材の厚みを測定するのに好適な、測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】磁気ヘッドの支持ばねのようにミクロン
オーダーの精度を要求される板金の曲げ加工では、素材
の板厚の誤差が加工精度に大きく影響する。そのため、
米国特許第４６０３５６７号に示されるように、加工精
度を向上するためには、素材の板厚を計測し、その結果
に応じて、曲げ角度等の成形条件を制御することが有効
である。

【０００３】従来の板厚計測装置としては、特開昭６２
−２４５１１０号公報の様な、変位測定装置を２個組み
合わせて用いるものがある。この変位測定装置は、非測
定物に、レーザ光を当て、反射光の位置を見ることによ
って測定物の位置を測定するものである。前記特許には
板厚の測定方法については記されていないが、板厚を測
定するためには、板材の両側にこのような変位測定装置
を設置して、板厚が既知である板材と、非測定物の変位
の差によって、非測定物の板厚を計算するという方法が
一般的に取られている。この方法は、試料に接触しない
状態で測定を行うことができるため、接触圧の変動によ
る誤差等がなく、高精度に板厚を測定することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による板
厚測定装置では、板材の厚みを測定しているときに、温
度変化があると、測定器を固定しているフレームや試料
台が熱膨張して、測定値に変化があった。従って、高精
度に測定するためには、温度を一定に制御された特別室
の中で測定を行わなければならなかった。

【０００５】従って、測定器の設置場所が限定され、例
えば生産ライン上に設置するようなことができず、低い
精度で使用するか、ライン外で計測しその結果を生産ラ
イン用の制御装置に入力するという煩雑な操作を行わな
ければならなかった。

【０００６】また、米国特許によるばね成形装置におい
ては、ライン上に板厚測定装置を設置しているが、板厚
測定方法及び装置については詳しくは述べられていな
い。この成形装置では、板厚の測定結果に応じて成形条
件を変えているため、ある程度の成形精度の向上は計ら
れているものの、１回の成形で必要精度を満たすことが
できず、２度曲げや曲げ戻しなどによる調整を行わなけ
ればならなかった。

【０００７】従って、本発明の目的は、温度変化による
精度の劣化を小さくし、生産ラインのように温度管理の
されていない場所でも使用することのできる板厚測定器
を提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は、生産ライン上に上記
板厚測定器を設置し、ライン上で高精度に板厚を測定す
ることにより、短時間で高精度なばね成形を行うことの
できる、成形装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】温度変化による精度の劣
化を防ぐために、測定器各部の温度を測定し、その結果
を基に板厚測定器から得られた出力値を補正して、温度
の変化による測定値の変化を除去する。

【００１０】また、ばね成形を短時間で高精度に行うた
めに、成形を行う前に上記板厚測定装置により、ライン
上で素材の板厚を測定する。

【００１１】

【作用】温度測定を行い、その結果を用いて板厚出力の
更正を行うことにより、温度変化による膨張の影響をな
くし、高精度な板厚測定を行うことができる。

【００１２】さらに、温度による更正を行うことのでき
る板厚測定装置を板ばねの成形ライン上に設け、この結
果により成形条件を変えることにより、短時間で高精度
なばね成形を行うことができる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図１により説明する。２は
板材１の位置を測定するための、レーザ変位計であり、
フレーム３上に２個上下に取り付けてある。フレーム３
は、スタンド４により、ベース１０に取り付けてある。
５は試料１をのせるための試料台である。４１は、測定
器各部の、温度を測定するための温度センサである。

【００１４】各レーザ変位計２は、変位計２と試料１の
間の距離を測定することができる。その方法を図２によ
って説明する。変位計２よりレーザビーム２１を試料１
に対してある角度をもって照射し、反射光２２ａを受光
する。試料１と変位計２の距離が異なると、反射光が２
２ｂとなり受光位置が変わる。従って、この受光位置を
測定することによって、変位計２と試料１の距離を知る
ことができる。板厚を測定するためには、レーザ変位計
２により板材１の両側から測定を行う。このときの、各
変位計２と試料１の間の距離の合計値と、板厚が既知の
更正用板材の場合のものとの差によって、試料１の板厚
を計算することができる。以上の計算は、図１に示す専
用の演算器３１によって行う。

【００１５】この方法では、更正用板材を測定した時
と、試料を測定した時の温度が等しい場合は、高精度に
測定を行うことができるが、温度が異なる場合は次のよ
うに誤差を生じる。

【００１６】まず、温度が上昇すると図３のようにフレ
ーム３が膨張することにより、レーザ変位計２同士が離
れ、見かけ上板厚が小さくなる。その変化は

【００１７】

【数１】δ１＝αＬ（Ｋ−Ｋ０） α：熱膨張率Ｌ：センサの取付位置間距離Ｋ：温度Ｋ０：更正時の温度と表すことができる。

【００１８】また、試料と次のような問題もある。温度
は、測定環境中で一定とはならず、外気温に対してレー
ザ変位計は発熱のため、温度が１〜数度高くなってい
る。その結果、フレームやスタンド上で温度差を生じ
る。温度分布としては、変位計の発熱源に接触している
部分が最も高く、ベースに近くなるに従って温度が低く
なる。そのため、温度の高い部分では膨張が大きく、低
い部分では小さくなる。例えば図４に示すようにスタン
ド４の変形により、変位計２が持ち上がる形で、フレー
ム３が傾く。また、フレーム先端部においては、発熱源
の位置が、外側あるいは内側に近いかによって個々の変
位計の位置が移動したり、傾いたりする。また、周囲環
境によっては、試料台が、発熱源を持つ他の装置と連続
している場合等、試料台に傾きを生じる場合もある。あ
るいは、変位計，ベース，試料台という連続した系の中
に、熱膨張係数の異なる部材が挾まれている場合等は、
温度差がなくても膨張の大きさが異なるため、傾きや相
対位置の変化を生じる。相対位置の変化を生じた場合
は、変位計同士の間隔が変わらなければ問題はないが、
変位計同士の相対位置が変化した場合は、フレームが膨
張した時と同じ原理により、誤差を生じる。

【００１９】また、測定器と試料の相対角度の変化があ
ると、次の原理により見かけ上の板厚が変化する。

【００２０】図５のように、試料１が傾くと、板厚方向
に対して斜めの方向に計測してしまうため、見かけ上板
厚が大きくなる。その誤差は、

【００２１】

【数２】δ２＝Ｔ（１／ＣＯＳθ−１）Ｔ：板厚の真値 θ：傾きとなる。

【００２２】また、図６のように測定器の光軸２３即ち
測定点を通りレーザビームと反射光の２等分軸がずれて
いると、傾いたときの上側測定点と下側測定点の上下の
ずれかたが異なるため、誤差が生じる。その誤差は

【００２３】

【数３】δ３＝ＤＳＩＮ（θ）Ｄ：光軸のずれとなる。

【００２４】従って、温度変化による出力値の誤差は、
次のように表現される。

【００２５】

【数４】 δ＝δ１＋δ２＋δ３＝Ｔ（１／ＣＯＳθ−１）＋ＤＳＩＮ（θ）＋αＬ（Ｋ−Ｋ０）ここでθは温度による関数となり、熱源がレーザ変位計
のみで、各部材に同一の材質を使用している場合は、

【００２６】

【数５】θ＝ａ（Ｋ−Ｋ０）ａ：定数と近似できる。

【００２７】従って、測定値と、温度を用いて、板厚は
次のように表現される。

【００２８】

【数６】Ｔ＝Ｔm−δ（Ｋ，Ｋ０）Ｔm：演算器による板厚出力 δ（Ｋ，Ｋ０）：温度による測定系固有の関数熱源が多数にわたる場合や材質の異なる部材を用いてい
る場合は、それに応じて式を多項にすれば良い。

【００２９】図１に示すように、レーザ変位計２の出力
は、一端演算器３１に取り込まれ、受光位置より板厚の
計算が行われる。この値は温度による誤差を含んでい
る。一方、温度センサの出力は、温度測定器４２に取り
込まれる。板厚演算器３１の出力と温度測定器４２の出
力は、パソコン３２に転送され、上式により板厚の温度
による更正値を計算する。

【００３０】この実施例によれば、温度変化による板厚
測定器の出力の変化を補正することにより、温度の影響
を受けず高精度に板厚を測定することができる。

【００３１】次に本発明の他の実施例を説明する。上述
の実施例では、温度が異なる可能性のある全ての点にお
いて、温度を測定していた。２ヵ所の温度を測定するこ
とにより他の位置での温度を推測すれば測定点を少なく
することができる。例えば、熱源となる光源近くの温度
と外気温を測定することによって、フレームやスタンド
の温度分布を推測する。この温度分布は各部材の熱伝達
率や熱源の正確な位置がわかれば理論的に求めることも
可能であるが、形状が複雑な場合などは実験によって求
め、使用時には実験結果に基づいて予測を行う。

【００３２】この実施例によれば、温度の測定点を少な
くすることができ、最小では、熱源またはその付近とベ
ースまたは外気の温度を測定すれば済む。従って、温度
センサを取り付けるのが困難な場所でも温度を推測する
ことにより、温度による変形を予測することが可能であ
る。

【００３３】また、本発明による更に他の実施例では、
外気もしくは熱源の一方の温度を測定し、温度の時間に
よる変化により、他方の温度を予測する。この場合、熱
源の温度変化が外気温の変化をもたらす場合は熱源を、
外気温の変化が熱源の温度変化をもたらす場合は外気温
を測定する。熱源が、変位計のみである場合は、変位計
と外気との温度差は高々数°であり、装置立ち上げ時を
除いては変位計自体による温度変化は生じないため、外
気温を測定すれば良い。測定した温度に対し、熱量の伝
達の時間が必要とされるため、他方の温度は遅れて変化
する。温度の時間的変化の度合いにより、この遅れを予
測する。この実施例では更に測定点の数を減らすことが
できる。

【００３４】以上の実施例は、測定器単体について示し
たものである。上述の実施例による測定器は、温度変化
による影響を受けずに高精度に板厚測定を行うことがで
きるため、温度管理のされていない、生産ライン上で用
いることが可能である。

【００３５】磁気ヘッドの支持ばねのように曲げ加工に
高い精度を要求される場合、板厚のばらつきが加工精度
に大きく影響する。そこで、板厚を測定し、その値をも
とに曲げ角度や曲げ開始位置、加圧力等の成形条件を変
化させることにより、板厚のばらつきによる、成形品の
ばらつきを小さくすることができる。

【００３６】このような生産設備は、前後の工程を同一
ラインで流し、近い場所に集中させることにより、リー
ドタイムを小さくすることができる。しかし、多種の工
程を１ヵ所に集中させると、温度管理が難しくなる。本
発明による。温度補償のされた板厚測定器を用いれば、
このような環境下でも高精度に板厚測定を行うことがで
きる。

【００３７】ばね成形ラインにおいて板厚測定器を用い
るには、図７に示すように、成形機の手前で、搬送ライ
ン５１上に試料台を設け、測定器を搬送ラインを挾み込
む形で設置する。この場合は、搬送ライン５１の上下で
空気の層が遮断されているため、外気温の測定は、上下
で行う。また、測定器のフレーム３の両側でも空気が、
流れにくい為、フレーム３の両側合計４ヵ所に温度セン
サ４１を設置するのが好ましい。但し、この４ヵ所で外
気の温度差を生じない場合は、２ヵ所あるいは１ヵ所で
も構わない。この測定器によって測定された板厚を用い
てばね成形における曲げ角度等の成形条件を変化させれ
ば、板厚のばらつきによる、成形品のばらつきをなくし
高精度なばね成形を行うことができる。

【００３８】この実施例によれば、温度管理のされてい
ないライン上で、高精度に板厚を測定することができ、
短時間で高精度にばね成形を行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、温度を測定し、その結
果によって、板厚を計算することにより、温度変化によ
る測定器の膨張の影響をなくした、高精度な板厚測定を
行うことができる。

【００４０】また、本発明による板厚測定装置を、板ば
ねの成形ライン上に設けることにより、高精度に測定さ
れた板厚をもとに、成形条件を変化させることが可能と
なり、短時間で高精度なばね成形を行うことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による板厚測定器を示した図である。

【図２】本発明による板厚測定器の変位測定方法を示し
た図である。

【図３】フレームの膨張による測定誤差についての説明
図である。

【図４】測定器の熱変形による傾きを示した図である。

【図５】測定器と試料の相対角度の変化による測定誤差
についての説明図である。

【図６】測定器と試料の相対角度の変化による測定誤差
についての説明図である。

【図７】測定器を生産ライン上で用いた場合の概略図で
ある。

【符号の説明】

１…試料、２…変位計、３…フレーム、２３…光軸、４
１…温度センサー。

フロントページの続き (72)発明者中島靖之神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板材の両面から光を当てることによって板
材の厚さを検出する測定装置において、測定器を支持す
る部材の少なくとも２ヵ所において温度を測定し、その
結果により測定した板厚の結果を補正することを特徴と
する板厚測定装置。
【請求項２】請求項１記載の板厚測定装置において、少
なくとも２ヵ所の温度を計測し、他の部分の温度を測定
することを特徴とする板厚測定装置。
【請求項３】板材の両面から光を当てることによって板
材の厚さを検出する測定装置において、測定器を支持す
る部材の少なくとも１ヵ所において温度を測定し、他の
部分の温度の予測を行い、その結果により測定した板厚
の結果を変更することを特徴する板厚測定装置。
【請求項４】板金の塑性加工装置と連続する部分を持つ
ことを特徴とする請求項１記載の板厚測定装置。
【請求項５】請求項１記載の板厚測定装置と連続する部
分を持ち、板厚の測定結果をもとに加工条件を変更する
ことを特徴とする板金の塑性加工装置。