JPH1089945A - 外形寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の外形寸法を高精度にしかも高速度
で測定すること。 【解決手段】 駆動モータ１４の駆動によりボールスク
リュー１３を回転駆動し、第１および第２センサ１０，
１１を移動させる。第１センサ１０が被測定物Ｓの一側
の端面を検出してから第２センサ１１が他側の端面を検
出するまでのロータリーエンコーダ１７におけるパルス
数からセンサ移動距離Ｌ３を換算し、この移動距離Ｌ３
および第１センサ１０と第２センサ１１との間隔Ｌ１か
らＬ１−Ｌ３の計算式によって被測定物Ｓの外形寸法Ｌ
２を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、外形寸法測定装
置に関し、セラミック成形体などの被測定物の外形寸法
を非接触で測定するための外形寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の非接触外形寸法測定技術の一つと
して、例えば、図７に示すように、画像処理カメラ１を
用いた画像処理方式の測定装置がある。これは、画像処
理カメラ１の視野内に被測定物Ｓを入れ、図８に示す標
準画素数４８０×５２０の範囲内における被測定物Ｓの
端面間に相当する画素数から被測定物Ｓの外形寸法を求
めるようにしたものである。なお、この例では、１画素
の寸法が、例えば０．０５×０．０５ｍｍであるため、
２４×２６ｍｍサイズ以下の被測定物Ｓが測定の対象と
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像処理方式の
測定装置においては、上述のような画像処理カメラ１を
用いているため、分解能の限界が０．０５ｍｍ（１画素
が０．０５×０．０５ｍｍであるため）であり、被測定
物の外形寸法をそれ以上高精度に測定することが不可能
であった。本願発明は、上記問題点を解決するものであ
り、被測定物の外形寸法を高精度に、しかも高速度で測
定することが可能な外形寸法測定装置の提供を目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願第１の発明の外形寸法測定装置は、被測定物の
端面を非接触で検出するセンサと、前記センサを移動さ
せる送り軸と、前記送り軸を駆動する駆動部と、前記セ
ンサが前記被測定物の一方側の端面を検出してから他方
側の端面を検出するまでの前記駆動部の駆動量に基づい
て前記被測定物の外形寸法を求める演算手段とを含むこ
とを特徴としている。

【０００５】上記構成においては、被測定物における寸
法を測定する部分がセンサの移動方向と平行になるよう
に被測定物がセットされる。それから、駆動部の駆動に
より送り軸が回転駆動され、センサが移動して測定が開
始される。そして、演算手段により、センサが被測定物
の一方側の端面を検出してから他方側の端部を検出する
までの駆動部の駆動量が求められる。この駆動量からセ
ンサの移動距離が換算され、被測定物の外形寸法が求め
られる。ここで、センサ及び送り軸として、分解能の高
いものや位置決め精度の高いものを使用することによ
り、従来の画像処理方式に比べて高精度に被測定物の外
形寸法を測定することが可能になる。

【０００６】また、本願第２の発明の外形寸法測定装置
は、被測定物の端面を非接触で検出する第１センサ及び
第２センサと、これら第１センサ及び第２センサを移動
させる送り軸と、この送り軸を駆動する駆動部と、前記
第１センサと第２センサとの間隔及び前記第１センサが
前記被測定物の一方側の端面を検出してから前記第２セ
ンサが他方側の端面を検出するまでの前記駆動部の駆動
量に基づいて前記被測定物の外形寸法を求める演算手段
とを含むことを特徴としている。

【０００７】上記構成においては、上述のように被測定
物をセットして測定が開始されると、演算手段により、
第１センサが被測定物の一方側の端面を検出してから第
２センサが他方側の端部を検出するまでの駆動部の駆動
量が求められ、この駆動量から第１及び第２センサの移
動距離が換算され、第１センサと第２センサとの間隔と
移動距離との関係から被測定物の外形寸法が求められ
る。したがって、１個のセンサを使用して被測定物の一
方側の端部から他方側の端部まで移動させて測定すると
きと比べて、第１及び第２センサの移動距離を短くする
ことが可能になり、被測定物の外形寸法を高速度で測定
することができる。

【０００８】また、本願発明の外形寸法測定装置は、前
記センサがレーザ変位センサであることを特徴としてい
る。前記センサとして、分解能の高いレーザ変位センサ
を用いることにより、従来の画像処理方式に比べて高精
度に被測定物の外形寸法を測定することが可能になる。

【０００９】また、本願発明の外形寸法測定装置は、前
記送り軸としてボールスクリューシャフトを用いるとと
もに、該ボールスクリューシャフトにエンコーダを取り
付け、前記駆動部の駆動量に基づいて前記被測定物の外
形寸法を求めるのに、前記エンコーダから前記ボールス
クリューシャフトの回転に対応して発生するパルス数を
カウントし、一定の係数演算を行うようにしたことを特
徴としている。ボールスクリューシャフトにエンコーダ
を取り付け、駆動部の駆動量に基づいて被測定物の外形
寸法を求めるのに、エンコーダから発生するパルス数を
カウントし、一定の係数演算を行うようにした場合、送
り軸の位置決め精度を向上させるとともに、係数演算の
精度を高めて高精度に被測定物の外形寸法を測定するこ
とが可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施形態を添付
図面に基づき詳細に説明し、その特徴とするところをさ
らに詳しく説明する。図１は本願発明の一実施形態にか
かる外形寸法測定装置の概略構成図である。この外形寸
法測定装置は、被測定物（例えば２０×３０×１ｍｍの
小形板）Ｓの端面を非接触で検出する第１センサ１０及
び第２センサ１１を備えている。第１及び第２センサ１
０，１１としては、１μｍ以下の高分解能で、検出時間
が１．５ｍｓ／回、しかも被測定物Ｓの端面の粗さ、
色、傾きなどの影響を受けることなく被測定物Ｓの端面
を光学的に検出することが可能な市販のレーザ変位セン
サが使用されている。

【００１１】この第１及び第２センサ１０，１１は、そ
れぞれの検知面を下方に向けて同じ高さ位置で、かつ所
定の間隔Ｌ１をおいてセンサ固定フレーム１２に取付け
られている。間隔Ｌ１は、被測定物Ｓの外形寸法すなわ
ち検出される端面間の距離Ｌ２よりも大きな値に設定さ
れている。

【００１２】また、この外形寸法測定装置は、送り軸と
してボールスクリューシャフト１３を備えており、この
ボールスクリューシャフト１３には、センサ固定フレー
ム１２の中央突出部１２ａが移動可能に螺合されてい
る。なお、ボールスクリューシャフト１３としては、市
販のもので、繰り返し位置決め精度±２μｍ以下（本実
施形態においては安定移動状態であるため±１μｍ以下
となる）のものが使用されている。

【００１３】このボールスクリューシャフト１３は、セ
ンサ固定フレーム１２を水平方向に直線的に移動させる
ことにより、第１及び第２センサ１０，１１を一体的か
つ直線的に移動させるように構成されており、具体的に
は第１及び第２センサ１０，１１が同一直線上を移動す
ることになる。

【００１４】なお、上記ボールスクリューシャフトなど
を備えてなる位置決め機構は、耐環境性として、温度０
〜４０℃、湿度ＭＡＸ８５％ＲＨ以下において正常に動
作することが保証されたものであり、実際の使用環境
は、通常、温度１５〜３０℃、湿度ＭＡＸ６０％ＲＨ以
下であるため、使用上の問題はない。

【００１５】また、ボールスクリューシャフト１３を回
転駆動する駆動部として駆動モータ１４が配設されてお
り、そのモータ軸１４ａがボールスクリューシャフト１
３の基端部に連結されている。駆動モータ１４の回転数
及びボールスクリューシャフト１３のリードは、第１及
び第２センサ１０，１１が１ｍｍを１．５秒で移動する
ように設定されている。

【００１６】また、この外形寸法測定装置には、被測定
物Ｓの外形寸法Ｌ２を求める演算手段１６が設けられて
おり、この演算手段１６は、モータ軸１４ａに無端ベル
ト１５を介して接続されたロータリーエンコーダ１７
と、第１及び第２センサ１０，１１ならびにロータリー
エンコーダ１７の各出力が与えられるマイクロコンピュ
ータ１８とを備えて構成されている。ロータリーエンコ
ーダ１７としては、市販のもので、１０００〜４０００
パルス／回転、０．２５〜１μｍ／パルスの分解能のも
のが使用されている。

【００１７】マイクロコンピュータ１８は、図１及び図
２に示すように、駆動モータ１４の駆動量すなわちロー
タリーエンコーダ１７から発生するパルス数をカウント
するカウンター部１９と、第１センサ１０が被測定物Ｓ
の一方側の端面を検出してから第２センサ１１が他方側
の端面を検出するまでのカウンター部１９でカウントさ
れたパルス数から第１及び第２センサ１０，１１の移動
距離Ｌ３を求め、第１センサ１０と第２センサ１１との
間隔Ｌ１と移動距離Ｌ３とから被測定物Ｓの外形寸法Ｌ
２を求める演算部２０とを備えている。なお、間隔Ｌ
１、移動距離Ｌ３、外形寸法Ｌ２の関係を図３に示して
いる。なお、図３においては光軸を矢印Ｚで示してい
る。

【００１８】本実施形態の外形寸法測定装置を用いて、
被測定物Ｓの外形寸法Ｌ２を測定する際の動作について
説明する。 まず、被測定物Ｓにおける寸法を測定する部分が第１
及び第２センサ１０，１１の移動方向と平行になるよう
に、被測定物Ｓをセットする。例えば、図４に示すよう
に、被測定物Ｓの縦寸法Ｘを測定したい場合には、被測
定物Ｓの縦方向が第１及び第２センサ１０，１１の移動
方向と平行になるようにセットし、被測定物Ｓの横寸法
Ｙを測定したい場合には、被測定物Ｓの横方向が第１及
び第２センサ１０，１１の移動方向と平行になるように
セットする。 そして、図５（ａ）に示すように、第１センサ１０の
光軸Ｚを被測定物Ｓ上に位置させ、駆動モータ１４（図
１）の駆動によりボールスクリューシャフト１３（図
１）を回転駆動し、第１及び第２センサ１０，１１を図
中Ａ方向に移動させて、測定を開始する。 それから、図５（ｂ）に示すように、第１センサ１０
が被測定物Ｓの一方側の端面を検出すると、このときの
第１センサ１０からの検出信号がトリガとなり、カウン
ター部１９（図２）によるロータリーエンコーダ１７
（図２）から発生するパルスのカウントを開始する。 そして、この状態から第１及び第２センサ１０，１１
が移動すると、図５（ｃ）に示すように、第１及び第２
センサ１０，１１が被測定物Ｓを検出しない状態とな
る。 第１及び第２センサ１０，１１がさらに移動すると、
図５（ｄ）に示すように、第２センサ１１が被測定物Ｓ
の他方側の端面を検出し、このときの第２センサ１１か
らの検出信号がトリガとなり、カウンター部１９（図
２）によるパルスのカウントを停止する。 カウントされたパルスの合計値（パルス数）は、図６
に示すように、第１センサ１０が被測定物Ｓの一方側の
端面を検出してから第２センサ１１が被測定物Ｓの他方
側の端面を検出するまでの第１及び第２センサ１０，１
１の移動距離Ｌ３と比例関係にあるため、演算部２０に
よりパルス数から第１及び第２センサ１０，１１の移動
距離Ｌ３を換算する。さらに、既知の値である第１セン
サ１０と第２センサ１１との間隔Ｌ１、求めた移動距離
Ｌ３、被測定物Ｓの外形寸法Ｌ２は、図３に示す関係と
なっていることから、演算部２０によりＬ１−Ｌ３＝Ｌ
２の演算を行うことで被測定物Ｓの外形寸法Ｌ２を求め
る。この外形寸法Ｌ２は、分解能の高い第１及び第２セ
ンサ１０，１１、位置決め精度の高いボールスクリュー
シャフト１３、分解能の高いロータリーエンコーダ１７
を用いて±１μｍ以下の分解能で高精度に測定すること
ができる。なお、測定した外形寸法Ｌ２は、図示しない
表示部に表示されたり、不良の被測定物Ｓの選別のため
の制御に利用されたりすることになる。

【００１９】このように、本実施形態の外形寸法測定装
置においては、駆動モータ１４の駆動によりボールスク
リューシャフト１３を回転駆動し、これによって第１及
び第２センサ１０，１１を移動させて被測定物Ｓの両端
面を検出し、このときの駆動モータ１４に接続されたロ
ータリーエンコーダ１７におけるパルス数から被測定物
Ｓの外形寸法Ｌ２を求めるよう構成されており、第１及
び第２センサ１０，１１、ボールスクリューシャフト１
３、ロータリーエンコーダ１７として、分解能の高いも
のや位置決め精度の高いものが市販されていて使用可能
な状態にあるため、従来のような分解能の限界が０．０
５ｍｍである画像処理方式に比べて、±１μｍ以下の分
解能で高精度に被測定物Ｓの外形寸法Ｌ２を測定するこ
とが可能となる。

【００２０】また、第１及び第２センサ１０、１１の２
個のセンサを使用して、第１センサ１０と第２センサ１
１との間隔Ｌ１、及び第１センサ１０が被測定物Ｓの一
方側の端面を検出してから第２センサ１１が他方側の端
面を検出するまでのロータリーエンコーダ１７における
パルス数から換算した移動距離Ｌ３から被測定物Ｓの外
形寸法Ｌ２を求めているので、１個のセンサを使用して
被測定物Ｓの一方側の端部から他方側の端部まで移動さ
せて測定するときと比べて、第１及び第２センサ１０、
１１の移動距離Ｌ３を短くでき、被測定物Ｓの外形寸法
Ｌ２を高速度で測定することができる。

【００２１】なお、本願発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、例えば１個のセンサを使用し、この
センサを被測定物Ｓの一方側の端部から他方側の端部ま
で移動させて、そのときのロータリーエンコーダ１７に
おけるパルス数から被測定物Ｓの外形寸法Ｌ２を測定す
るようにしてもよい。

【００２２】また、上記実施形態では、被測定物Ｓの端
面を検出するセンサとしてレーザ変位センサを用いてい
るが、非接触式の高精度な磁気センサや超音波センサな
どを用いることも可能である。

【００２３】さらに、上記実施形態では、センサを移動
させる送り軸としてボールスクリューシャフト１３を用
いているが、マグネットスクリューシャフトなどを用い
てもよい。

【００２４】さらにまた、上記実施形態では、駆動モー
タ１４の駆動量を検出するためにロータリーエンコーダ
１７を用いているが、リニアエンコーダを用いることも
可能である。

【００２５】また、上記実施形態では、第１センサ１０
と第２センサ１１との間隔Ｌ１を被測定物Ｓの外形寸法
Ｌ２よりも大に設定していたが、第１センサ１０と第２
センサ１１との間隔Ｌ１′を被測定物Ｓの外形寸法Ｌ２
よりも小さい値に設定してもよい。この場合、第１及び
第２センサ１０，１１の移動距離Ｌ３′を求め、Ｌ１′
＋Ｌ３′＝Ｌ２の演算を行って被測定物Ｓの外形寸法Ｌ
２を求めることになる。

【００２６】本願発明は、さらにその他の点においても
上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の
範囲内で種々の設計変更及び修正を加えることが可能で
ある。

【００２７】

【発明の効果】上述のように、本願第１の発明の外形寸
法測定装置は、駆動部により送り軸を駆動し、これによ
ってセンサを移動させて被測定物の両端面を検出し、こ
のときの駆動部の駆動量に基づいて被測定物の外形寸法
を求めるよう構成されており、センサ及び送り軸とし
て、分解能の高いものや位置決め精度の高いものを使用
することにより、従来のような分解能の限界が０．０５
ｍｍである画像処理方式に比べて、±１μｍ以下の分解
能で高精度に被測定物の外形寸法を測定することが可能
となる。

【００２８】また、本願第２の発明の外形寸法測定装置
は、２個のセンサを使用し、第１センサと第２センサと
の間隔、及び第１センサが被測定物の一方側の端面を検
出してから第２センサが他方側の端面を検出するまでの
駆動部の駆動量に基づいて被測定物の外形寸法を求める
ようにしているので、１個のセンサを使用して被測定物
の一方側の端部から他方側の端部まで移動させて測定す
るときと比べて、第１及び第２センサの移動距離を短く
でき、被測定物の外形寸法を高速度で測定することがで
きる。

【００２９】また、センサとして、分解能の高いレーザ
変位センサを用いることにより、従来の画像処理方式に
比べて高精度に被測定物の外形寸法を測定することが可
能になる。

【００３０】また、ボールスクリューシャフトにエンコ
ーダを取り付け、駆動部の駆動量に基づいて被測定物の
外形寸法を求めるのに、エンコーダから発生するパルス
数をカウントし、一定の係数演算を行うようにした場
合、送り軸の位置決め精度を向上させるとともに、係数
演算の精度を高めて高精度に被測定物の外形寸法を測定
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態にかかる外形寸法測定装
置の概略構成図である。

【図２】マイクロコンピュータのブロック図である。

【図３】第１及び第２センサの間隔、移動距離、被測定
物の外形寸法の関係を示す図である。

【図４】被測定物の縦横の寸法とセンサの移動方向との
関係を示す図である。

【図５】外形寸法測定時の動作を示す図で、（ａ）測定
初期状態、（ｂ）第１センサが被測定物の一方側の端面
を検出した状態、（ｃ）は第１及び第２センサが被測定
物を検出していない状態、（ｄ）は第２センサが被測定
物の他方側の端面を検出した状態である。

【図６】カウンター部によりカウントされたロータリー
エンコーダのパルスを示す図である。

【図７】従来の画像処理方式の外形寸法測定技術の原理
を示す図である。

【図８】画像処理カメラの標準画素数の範囲を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ 第１センサ １１ 第２センサ １２ センサ固定フレーム １２ａ 中央突出部 １３ ボールスクリューシャフト（送り
軸） １４ 駆動モータ（駆動部） １４ａ モータ軸 １５ 無端ベルト １６ 演算手段 １７ ロータリーエンコーダ １８ マイクロコンピュータ １９ カウンター部 ２０ 演算部 Ｌ１ 間隔 Ｌ２ 外形寸法 Ｌ３ 移動距離 Ｓ 被測定物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の端面を非接触で検出するセンサ
   と、 前記センサを移動させる送り軸と、 前記送り軸を駆動する駆動部と、 前記センサが前記被測定物の一方側の端面を検出してか
   ら他方側の端面を検出するまでの前記駆動部の駆動量に
   基づいて前記被測定物の外形寸法を求める演算手段とを
   含むことを特徴とする外形寸法測定装置。
2. 【請求項２】被測定物の端面を非接触で検出する第１セ
   ンサ及び第２センサと、 これら第１センサ及び第２センサを移動させる送り軸
   と、 この送り軸を駆動する駆動部と、 前記第１センサと第２センサとの間隔及び前記第１セン
   サが前記被測定物の一方側の端面を検出してから前記第
   ２センサが他方側の端面を検出するまでの前記駆動部の
   駆動量に基づいて前記被測定物の外形寸法を求める演算
   手段とを含むことを特徴とする外形寸法測定装置。
3. 【請求項３】前記センサがレーザ変位センサであること
   を特徴とする請求項１又は２記載の外形寸法測定装置。
4. 【請求項４】前記送り軸としてボールスクリューシャフ
   トを用いるとともに、該ボールスクリューシャフトにエ
   ンコーダを取り付け、前記駆動部の駆動量に基づいて前
   記被測定物の外形寸法を求めるのに、前記エンコーダか
   ら前記ボールスクリューシャフトの回転に対応して発生
   するパルス数をカウントし、一定の係数演算を行うよう
   にしたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の外形
   寸法測定装置。