(57)【要約】      （修正有）【課題】測定の応答遅れを考慮する必要のない高速サンプリングが可能で、測定の瞬時値から算出することで測定精度を向上させることができる丸棒外形寸法測定装置を提供する。【解決手段】丸棒Ｗの径よりも大きな径のレーザ光を照射するレーザ光源と、複数の受光素子を有して該レーザ光源からのレーザ光を受光する受光センサを有する受光部２０とを備え、レーザ光源が、レーザ光源と受光部２０との間の位置で軸方向がレーザ光の光軸と直交する方向に配置された丸棒Ｗに、レーザ光を照射し、受光センサの複数の受光素子が、丸棒Ｗの外形方向にライン状に配置され、丸棒Ｗの外形の外側を通過したレーザ光の強度を、受光センサの受光素子毎に連続的に測定し、丸棒Ｗの外形寸法を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ形状を含む丸棒の外形寸法を測定する丸棒外形寸法測定装置において、
該丸棒の径よりも大きな径のレーザ光を照射するレーザ光源と、
複数の受光素子を有して該レーザ光源からのレーザ光を受光する受光センサを有する受光部とを備え、
該レーザ光源が、該レーザ光源と該受光部との間の位置で軸方向が前記レーザ光の光軸と直交する方向に配置された丸棒に、該レーザ光を照射し、
該受光センサの複数の受光素子が、該丸棒の外形方向にライン状に配置され、
該丸棒の外形の外側を通過した該レーザ光の強度を、該受光センサの受光素子毎に連続的に測定し、該丸棒の外形寸法を算出することを特徴とする丸棒外形寸法測定装置。
【請求項２】
前記受光部が、
前記丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を、該丸棒の外形側毎に分割するレーザ光分割手段を有すると共に、
前記受光センサを該丸棒の外側毎に有することを特徴とする請求項１記載の丸棒外形寸法測定装置。
【請求項３】
前記受光部が、
前記丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を拡大するレーザ光拡大手段を有し、
該レーザ光拡大手段で拡大されたレーザ光を前記受光センサで測定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の丸棒外形寸法測定装置。
【請求項４】
前記受光センサが、ラインセンサで構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の丸棒外形寸法測定装置。
【請求項５】
前記受光センサの受光素子のうち、どの受光素子で前記丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を受光したかを峻別し、該丸棒の外側付近を通過したレーザ光を受光した該受光素子で検出した該レーザ光の強度により該丸棒の外形寸法を算出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の丸棒外形寸法測定装置。
【請求項６】
前記受光センサの受光素子のライン状の配置位置が異なる前記受光部を、前記丸棒の軸方向に所定間隔隔てて複数配置したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の丸棒外形寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプ形状を含む丸棒の外形寸法を測定する丸棒外形寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パイプ形状を含む丸棒の外形寸法を測定する装置として、非接触で測定するものが用いられている。例えば、非特許文献１に示される寸法測定器がある。この寸法測定器は、ＬＥＤの光をコリメータレンズ等の光学系で均一な平行光とした上で、測定対象物に照射する。そして、ＬＥＤの測定対象物の反対側に位置するＣＣＤにより、測定対象物で生じる影の映像を光学系を介して撮影し、撮影映像を検算して測定対象物の寸法を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】株式会社キーエンス、”特長  高速・高精度CCD型 LS-7000シリーズ：株式会社キーエンス”、［online］、［平成２３年４月２５日検索］、インターネット（URL：http://www.keyence.co.jp/henni/sokuteiki/ls_7000/menu/1825/）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の寸法測定器は、測定対象物の影の映像をＣＣＤで撮影し、その上で演算処理していることから、サンプリング速度を高速にすることができない。その結果として、移動する測定対象物の測定には不向きで、加工中の測定対象物を測定することが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定の応答遅れを考慮する必要のない高速サンプリングが可能で、測定の瞬時値から算出することで測定精度を向上させることができる丸棒外形寸法測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の丸棒外形寸法測定装置は、丸棒の径よりも大きな径のレーザ光を照射するレーザ光源と、複数の受光素子を有して該レーザ光源からのレーザ光を受光する受光センサを有する受光部とを備え、レーザ光源が、レーザ光源と受光部との間の位置で軸方向がレーザ光の光軸と直交する方向に配置された丸棒に、レーザ光を照射し、受光センサの複数の受光素子が、丸棒の外形方向にライン状に配置され、丸棒の外形の外側を通過したレーザ光の強度を、受光センサの受光素子毎に連続的に測定し、丸棒の外形寸法を算出することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の丸棒外形寸法測定装置は、受光部が、丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を、丸棒の外側毎に分割するレーザ光分割手段を有すると共に、受光センサを丸棒の外形側毎に有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の丸棒外形寸法測定装置は、受光部が、丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を拡大するレーザ光拡大手段を有し、レーザ光拡大手段で拡大されたレーザ光を受光センサで測定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の丸棒外形寸法測定装置は、受光センサが、ラインセンサで構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の丸棒外形寸法測定装置は、受光センサの受光素子のうち、どの受光素子で丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を受光したかを峻別し、丸棒の外側付近を通過したレーザ光を受光した受光素子で検出したレーザ光の強度により丸棒の外形寸法を算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の丸棒外形寸法測定装置は、受光センサの受光素子のライン状の配置位置が異なる受光部を、丸棒の軸方向に所定間隔隔てて複数配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１及び請求項４の発明によれば、受光センサの複数の受光素子が丸棒の外形方向にライン状に配置され、丸棒の外形の外側を通過したレーザ光の強度を、受光センサの受光素子毎に連続的に測定し、丸棒の外形寸法を算出することから、測定の応答遅れを考慮する必要のない高速サンプリングが可能で、測定の瞬時値から算出することで測定精度を向上させることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、受光部が、丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を、丸棒の外側毎に分割するレーザ光分割手段を有すると共に、受光センサを丸棒の外形側毎に有することから、外側毎に測定を行うことで、より高精度な測定及び算出が可能となる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、受光部が、丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を拡大するレーザ光拡大手段を有し、レーザ光拡大手段で拡大されたレーザ光を受光センサで測定することから、拡大されたレーザ光により、より高精度な測定及び算出が可能となる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、受光センサの受光素子のうち、どの受光素子で丸棒の外形の外側を通過したレーザ光を受光したかを峻別し、丸棒の外側付近を通過したレーザ光を受光した受光素子で検出したレーザ光の強度により丸棒の外形寸法を算出することから、より高速な測定及び算出が可能となる。
【００１６】
請求項６の発明によれば、受光センサの受光素子のライン状の配置位置が異なる受光部を、丸棒の軸方向に所定間隔隔てて複数配置することで、受光素子間で隙間があったり測定できない部分があっても、測定抜けのない正確な測定及び算出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る丸棒外形寸法測定装置の構成の一例を示す構成図である。
【図２】同丸棒外形寸法測定装置の受光部の詳細を示す説明図である。
【図３】同丸棒外形寸法測定装置の他の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係る丸棒外形寸法測定装置の構成の一例を示す構成図である。図２は、同丸棒外形寸法測定装置の受光部の詳細を示す説明図である。図３は、同丸棒外形寸法測定装置の他の構成を示す構成図である。
【００１９】
図における丸棒外形寸法測定装置１は、パイプ形状を含む測定対象物である丸棒Ｗの外形寸法を測定するためのものである。丸棒外形寸法測定装置１は、図１に示すように基本的には、レーザ投光部１０、受光部２０及び電子計算機５０とから構成されている。レーザ投光部１０は、内部にレーザ光源１２を有しており、固定台１６に固定されている。また、受光部２０は、内部に、レーザ投光部１０から発射されたレーザ光を受光する受光センサ４０を備え、必要に応じてレンズ２２を介して受光するように構成されている。さらに、受光センサ４０からの信号は、増幅器５２を介してデジタル変換されて、電子計算機５０に取り込まれるように構成されている。尚、電子計算機５０は、大型コンピュータやパーソナルコンピュータ等の演算が可能な装置であればよく、コンピュータに限らず専用の電子回路のみで構成されているようなものでもよく、その形態により制限されるものではない。
【００２０】
測定対象物である丸棒Ｗは、レーザ投光部１０と受光部２０との間の位置で軸方向がレーザ光の光軸と直交する方向に配置されて測定される。尚、図では、丸棒Ｗが水平に配置されて測定されるように図示されているが、必ずしも水平である必要はなく、後述の受光センサ４０との位置関係が維持できていればよい。
【００２１】
受光部２０における受光センサ４０は、具体的には図２に示されるような受光センサ４２，４４である。すなわち、受光センサ４２，４４は、複数の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆで構成されている。そして、図２に示すように、受光センサ４２，４４の複数の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆは、丸棒Ｗの外形方向にライン状に配置されている。丸棒Ｗの外形方向とは、丸棒Ｗの軸方向に直角な方向でもあり、丸棒Ｗの外周の上側の辺部を外側上部Ｗｕとし、外周の下側の辺部を外側下部Ｗｄとした場合、外側上部Ｗｕと外側下部Ｗｄとを結ぶラインに並ぶライン状となる。このような受光センサ４２，４４に適しているのは、ラインセンサである。
【００２２】
そして、実際の測定では、受光センサ４２，４４は、丸棒Ｗの外形の外側（外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄ）を通過したレーザ光の強度を、受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆ毎に連続的に測定し、丸棒Ｗの外形寸法を算出することになる。より具体的には、図２に示す丸棒Ｗの外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄの外側の上部通過レーザ光ＬＤｕ及び下部通過レーザ光ＬＤｄの強度を特に詳細に受光センサ４２，４４で連続的に測定する。
【００２３】
次に、上部通過レーザ光ＬＤｕ及び下部通過レーザ光ＬＤｄの測定及び丸棒Ｗの外形寸法の算出について説明する。基本的な測定及び算出は、受光センサ４２，４４の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆの値を所定間隔（たとえば１０μｓ）で連続的に採取して電子計算機５０に取り込み、フィルタリングや平均化の処理を施した後に、取り込んだ数値から、外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄの位置を求め、丸棒Ｗの外形寸法（φ）を算出する。すなわち、外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄの位置を検出し、その位置から丸棒Ｗの外形寸法を算出している。
【００２４】
次に、寸法算出の計算の方法を示す。まず、受光センサ４２，４４の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆの受光の様子を把握することで、大まかな寸法を知ることができる。具体的には、図２の受光センサ４２でみると、受光素子４２ａ、受光素子４２ｅ及び受光素子４２ｆは、大きな受光量があり、この素子の周辺には、外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄが位置しないことがわかる。また、受光素子４２ｃの光量は極めて小さいことから、この素子の周辺にも外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄが位置しないことがわかる。そして、受光量が中間的な受光素子４２ｂや受光素子４２ｄの周辺に、外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄが位置していることがわかる。
【００２５】
すなわち、受光素子４２ｂや受光素子４２ｄのそれぞれで測定された丸棒Ｗの外形上部Ｗｕ及び外形下部Ｗｄを通過したレーザ光の強度を用いて、寸法を算出することができる。受光素子４２ｂや受光素子４２ｄでは、測定されたレーザ光の強度によって、素子のどの程度の面積にレーザ光が当たったのかが経験的にわかっており、強度により受光素子４２ｂや受光素子４２ｄのどの位置にレーザ光が当たったかが正確に推定できる。このことにより、受光素子４２ｂや受光素子４２ｄで、丸棒Ｗの外側上部Ｗｕ及び外側下部Ｗｄの位置が算出され、丸棒Ｗの外形寸法（φ）が算出される。
【００２６】
上述のような丸棒外形寸法測定装置１によれば、受光センサ４０（４２，４４）の複数の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆが丸棒Ｗの外形方向にライン状に配置され、丸棒Ｗの外形の外側を通過したレーザ光の強度を、受光センサ４０（４２，４４）の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆ毎に連続的に測定し、丸棒Ｗの外形寸法を算出することから、ＣＣＤの測定の場合のような測定の応答遅れを考慮する必要のない高速サンプリングが可能で、また、測定値の平均化が必要な従来の測定方法とは異なり、測定の瞬時値から算出することで測定精度を向上させることができる。このため、移動中や回転中の丸棒Ｗにおいてもその瞬時の寸法が測定できる。されに、凸凹な形状においても、従来の方法では凸凹が平均化された値になり実際の寸法とは異なった平均化された寸法となってしまうのに対し、本件の丸棒外形寸法測定装置１によれば、その凸部凹部の個々の寸法が測定できる。
【００２７】
また、受光センサ４２，４４の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆのうち、どの受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆで丸棒Ｗの外形の外側を通過したレーザ光を受光したかを峻別し、丸棒Ｗの外側付近を通過したレーザ光を受光した受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆで検出したレーザ光の強度により丸棒Ｗの外形寸法を算出することで、より高速な測定及び算出が可能となる。
【００２８】
さらに、受光センサ４２，４４の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆのライン状の配置位置が異なる受光部を、丸棒の軸方向に所定間隔隔てて複数配置することで、受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆ間で隙間があったり測定できない部分があっても、測定抜けのない正確な測定及び算出が可能となる。
【００２９】
尚、上述の説明では、受光センサの受光素子のライン状の配置位置が異なる受光センサ４２及び受光センサ４４を設けた場合について説明しているが、１系統でもかまわない。しかし、図２の受光センサ４２，４４のように、隣接する受光素子と受光素子との間に間が開いていたり受光できない部分があるような場合、受光素子４４ｅで示されるように、丸棒Ｗの位置や揺れにより、受光素子の位置に丸棒Ｗの外側が来ないで正確な測定・算出ができなくなってしまうケースもあり得る。このような場合に、受光センサ４４だけだと、正確な算出ができなくなってしまうため、２系統以上の受光センサを設けることが好ましくなる。
【００３０】
このため、その２系統の受光センサ４２，４４の受光素子４２ａ〜４２ｆ，４４ａ〜４４ｆの位置は、隣り合う受光素子（たとえば受光素子４２ａと受光素子４４ａ）とでは、丸棒Ｗに対しての配置位置が異なる必要がある。このように。受光センサをそれぞれに有する受光部を複数配置することにより、丸棒Ｗの外形寸法、位置や丸棒Ｗの揺れに影響されにくく正確な測定が可能になる。尚、受光センサ４２と受光センサ４４との間隔については、受光素子相互の間隔や、丸棒Ｗの移動速度や、丸棒Ｗの揺れの度合い等により適宜定めるようにする。
【００３１】
上述の丸棒外形寸法測定装置１では、丸棒Ｗの脇を通過したレーザ光を、そのまま受光センサ４０で受光する場合について説明しているが、他の光学系を介して受光することもできる。その例を示すのが、図３の丸棒外形寸法測定装置２である。丸棒外形寸法測定装置２では、レーザ光源１２から発射されたレーザ光が、コリメートレンズユニット１４で、より厳格な平行光にされて丸棒Ｗに照射される。そして、丸棒Ｗの外側を通り越したレーザ光は、その先に配置されたレーザ光分割手段である表面反射プリズム３０で２つに分割される。表面反射プリズム３０では、外側上部と外側下部のそれぞれ別々なレーザ光に分割される。そして、分割されたレーザ光は、それぞれに、反射プリズム３２ａ，３２ｂを介して、アモルフィックプリズムペア３４ａ，３４ｂに導かれる。アモルフィックプリズムペア３４ａ，３４ｂは、レーザ光を拡大するレーザ光拡大手段の一種類で、例えば、アモルフィックプリズムペア３４ａ，３４ｂでレーザ光を５倍に拡大する。
【００３２】
次に、アモルフィックプリズムペア３４ａ，３４ｂで拡大されたレーザ光を、さらにビームエキスパンダ３６ａ，３６ｂで例えば１０倍に拡大する。そして、拡大されたレーザ光を、外側上部と外側下部のそれぞれ別々な受光センサ４６ａ，４６ｂに受光させて、外側上部と外側下部のそれぞれで別々に、外側上部と外側下部の位置を測定し、丸棒Ｗの外形寸法（φ）が算出させる。
【００３３】
この丸棒外形寸法測定装置２によれば、受光部が、丸棒Ｗの外形の外側を通過したレーザ光を、丸棒Ｗの外形側毎に分割するレーザ光分割手段である表面反射プリズム３０を有すると共に、受光センサ４６ａ，４６ｂを丸棒Ｗの外形側毎に有することから、外側毎に測定を行うことで、より高精度な測定及び算出が可能となる。
【００３４】
また、丸棒外形寸法測定装置２の受光部が、丸棒Ｗの外形の外側を通過したレーザ光を拡大するレーザ光拡大手段であるアモルフィックプリズムペア３４ａ，３４ｂやビームエキスパンダ３６ａ，３６ｂを有し、レーザ光拡大手段で拡大されたレーザ光を受光センサ４６ａ，４６ｂで測定することから、拡大されたレーザ光により、より高精度な測定及び算出が可能となる。
【００３５】
尚、図３の丸棒外形寸法測定装置２では、外側上部と外側下部で、別々の受光センサ４６ａ，４６ｂを用いて測定しているが、途中の光学系に加え、ビームエキスパンダ３６ａ，３６ｂの後段に、２つの拡大されたレーザ光を再び合成する光学系を設け、拡大して合成されたレーザ光を１つの受光部で測定し、丸棒Ｗの外形寸法（φ）が算出させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明によれば、測定の応答遅れを考慮する必要のない高速サンプリングが可能で、測定の瞬時値から算出することで測定精度を向上させることができる丸棒外形寸法測定装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・・・丸棒外形寸法測定装置
２・・・・・丸棒外形寸法測定装置
１０・・・・レーザ投光部
１２・・・・レーザ光源
１４・・・・コリメートレンズユニット
１６・・・・固定台
２０・・・・受光部
２２・・・・レンズ
３０・・・・表面反射プリズム
３２ａ・・・反射プリズム
３２ｂ・・・反射プリズム
３４ａ・・・アモルフィックプリズムペア
３４ｂ・・・アモルフィックプリズムペア
３６ａ・・・ビームエキスパンダ
３６ｂ・・・ビームエキスパンダ
４０・・・・受光センサ
４２・・・・受光センサ
４２ａ〜４２ｆ・・・受光素子
４４・・・・受光センサ
４４ａ〜４４ｆ・・・受光素子
４６ａ・・・受光センサ
４６ｂ・・・受光センサ
５０・・・・電子計算機
５２・・・・増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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