JPS6236514A - 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】 免に１致 ［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１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、冶具を用いて測定を行なうといっ
た構成がとられていた。

これに対し、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１測定装置」等が知られており、二次元形状に曲げ加
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１ ところが従来のこうり、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った。

（１）ブ・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ってし
まうといった問題があった。

（２）？！！！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
ことがあった。

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」ＬＱ」Ｌ或− し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った。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Ｍ
２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、上記ブＯ−ブ
〜１３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によって上記第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によっ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によって上記第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によっ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Ｍ
４によって上記第２接触子Ｍ２の被測定ｖＡＷへの接触
が検出された時、上記枢支手段Ｍ５によって枢支された
上記プローブＭ３の回動角度を検出する角度検出手段Ｍ
１０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により検出された第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ブＯ−ブＭ３
の回動角度と、予め設定された被測定ＳＷ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Ｍ１
１と、 を儀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、実際に交わっている必要はない。第１接触子Ｍ１を
鉛直方向に、第２接触子Ｍ２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．Ｍ２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Ｍｌ、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、通常コンピュ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同等差支えな
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
三次元座標値と、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、該ブ０−１３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によっ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１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によって第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によって円筒座標に対応したものとなっている。

三次元座標値Ｗ５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。ざらに上記垂直ホルダ８は２本
の水平ガイドバー９ａ。

９ｂの一端に固定され、該水平ガイドバー９ａ。

９ｂは水平ホルダ１０で該水平ガイドバー９ａ。

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。従りて、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
移動によっても、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７８に当接されたローラ（図
示せず）に連動する２軸エンコーダ１４によって検出さ
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、即ら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によって検
出することにより求められる。

以上、２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１４．１５゜１８が三次元位置検
出手段として動く。

一方、枢支装置４内にはブＯ−ブ３の回動角度を検出す
る為に角度検出手段として動く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図に示すブロック図を用
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。制御手段として動く電子制御回路１０
０は、第３図に示すように、周知（７）ＣＰＵ１０１．
ＲＯＭ１０２．ＲＡＭ１０３．／＜ッ’）７７ブＲＡＭ
１０４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ル入出力回路１゜５、
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によって相互に接
続されてデータを遺り取りし、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１０６に設
けられたキーボード１０６ａがら、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１０
６ｂ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。従って、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＠Ｒ１
，Ｒｚを介して′ＦＩｈｓ電圧にプルアップされている
。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。従って、ＣＰＵ１０１はレベル入力
回路１０８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動く。

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図のフローチャートに拠って説明し、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、ステップ
２００では、ステップ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にセットする処理が行な
われる。次にステップ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
テップ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、処理はステップ２２０へ進
み、その時点でのプローブ３の二次元座標Ｘ１　（１）
、Ｙｌ　（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
、２軸エンコーダ１４、Ｒ軸エンコーダ１５．０輪エン
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）
、Ｙｌ　（１）を取り込むのである。続くステップ２３
０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
くステップ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、ステップ
２１０へ進み、上述したステップ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ったプローブ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。従って、ステップ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
Ｘｌ　（２）、Ｙｌ　（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ップ２４０での判
断はｒＮＯＪとなって処理はステップ２５０へ進み、二
次元の座標計算が行なわれる。即ち、ステップ２５０で
は、ステップ２２０で読み込マレタ座標Ｘ１　（１）、
Ｙｌ　（１）、Ｘｌ　（２）、Ｙｌ　（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の径り
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。

次に処理はステップ２６０へ進み、ステップ２６０では
ステップ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にセットする処理が行なわれる。ステ
ップ２７０では上述した第１接触子１の場合（ステップ
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ップ２
８０へ進む。ステップ２８０では、第１接触子１の場合
（ステップ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１１Ｘ２　（１＞、　
Ｙ２　（１）、　Ｚ２　（１）の読み込みと角度ψ２（
１）の読み込みとが行なわれる。続くステップ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
、これに続くステップ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、処理はステップ２７０へ戻って、
上述したステップ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ったブー〇−１
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。従って、ステップ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１１Ｘ２　（２＞、Ｙ２　（２＞、Ｚ２
　（２＞。

ψ２（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ップ３００での判
断はｒＮＯＪとなって処理はステップ３１０へ進む。ス
テップ３１０では、ステップ２８０で読み込まれた座ｔ
ｌＸ２　（１）、Ｙ２　（１）。

Ｚ２（１）、ψ２　（１）　、！：Ｘ２　（２）、　Ｙ
２　（２）、Ｚ２（２）、ψ２（２）と予め設定された
被測定物Ｗの径りとから被測定物Ｗの中心線を求める座
標計算が行なわれる。即ち、ステップ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、ステップ２
８０で求めたＸ２（ｎ）。

Ｙ２　（ｎ　）、　Ｚ２　（ｎ　）、ψ２　（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の径り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うのである。

以上の処理の後、本測定ルーチンをＥＮＤへ搗けて終了
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
。従って、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
に行なわれたか否かを容易に判断プ゛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、被測定物Ｗの径等が
異なってもプローブ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
った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にプローブ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
できるといった利点も有する。

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ｔＩＭ例に同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。

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ック図、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
例を示すフローチャート、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】 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って上記第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っ
   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って上記第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っ
   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って上記第２接触子の被測定物へ
   の接触が検出された時、上記枢支手段によって枢支され
   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
   を備えた測定装置。