(57)【要約】【課題】ダイアフラム弁の全長寸法を測定するに際して、ダイアフラム弁に僅かな傾きが生じている場合でも、正確にダイアフラム弁の全長寸法を測定して信頼性の高い測定結果を安価に得ることができる寸法測定装置を提供する。【解決手段】円柱状の樹脂シャフトの先端に傘状のゴム部材が被覆されたダイアフラム弁にレーザー光を照射することによりダイアフラム弁の軸方向の全長寸法を非接触状態で測定する寸法測定装置であって、測定対象のダイアフラム弁を支持するダイアフラム弁支持部と、支持されたダイアフラム弁の樹脂シャフトを回転させる回転駆動機構と、回転するダイアフラム弁にレーザー光を照射してダイアフラム弁の垂直寸法をダイアフラム弁の周方向に沿って逐次測定するレーザー寸法測定機構と、測定された寸法データを収集して記録するデータ収集機構と、収集された寸法データに基づいてダイアフラム弁の軸方向の全長寸法を算出する全長寸法算出機構とを備えている寸法測定装置。【選択図】図１
2017223486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の樹脂シャフトの先端に傘状のゴム部材が被覆されたダイアフラム弁にレーザー光を照射することにより前記ダイアフラム弁の軸方向の全長寸法を非接触状態で測定する寸法測定装置であって、
測定対象の前記ダイアフラム弁を支持するダイアフラム弁支持部と、
支持された前記ダイアフラム弁の前記樹脂シャフトを回転させる回転駆動機構と、
回転する前記ダイアフラム弁にレーザー光を照射して前記ダイアフラム弁の垂直寸法を前記ダイアフラム弁の周方向に沿って逐次測定するレーザー寸法測定機構と、
測定された寸法データを収集して記録するデータ収集機構と、
収集された前記寸法データに基づいて前記ダイアフラム弁の軸方向の全長寸法を算出する全長寸法算出機構とを備えていることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
前記ダイアフラム弁支持部が支持板の上面に設けられていると共に、前記ダイアフラム弁支持部と前記支持板との間に前記ダイアフラム弁支持部を回転可能に支持する軸受が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項３】
前記回転駆動機構が、駆動モータで生じた回転力を前記ダイアフラム弁支持部へ伝達する駆動伝達手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の寸法測定装置。
【請求項４】
前記駆動伝達手段が、無端状のベルトまたは組み合わされたギアであることを特徴とする請求項３に記載の寸法測定装置。
【請求項５】
前記レーザー寸法測定機構が、
前記ダイアフラム弁の前記樹脂シャフトの軸心に向けてスリット状のレーザー光を照射する投光部と、
照射された前記レーザー光を、前記ダイアフラム弁を挟んで対向する面で受光する受光部とを備えており、
前記受光部で受光された前記レーザー光に基づいて、前記ダイアフラム弁の垂直寸法を測定するレーザー寸法測定機構であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光により非接触状態でダイアフラム弁の全長寸法（軸方向の全長寸法）を測定する寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の液体配管において配管の流路を開閉するために、図３に示すような円柱状の樹脂シャフト１１の先端に傘状のゴム部材１２が被覆された小型のダイアフラム弁１０が用いられている。このとき、流路開閉部の動作効率を考慮し、ダイアフラム弁１０の上下動を１ｍｍ以下の範囲で制御する観点から、ダイアフラム弁１０の製造工程において全長寸法Ｌを管理するに際して、１ｍｍ以下の測定精度で測定することが要求されている。
【０００３】
上記した全長寸法Ｌの測定に際して、ノギスやマイクロメータを用いた接触式の測定方法を採用すると、接触によりゴム部材１２の圧縮変形が生じて測定精度が低下する恐れがある。このため、通常は、レーザー光を被測定体に照射して垂直方向の寸法を測定する小型の非接触式インラインレーザー寸法測定装置を用いた非接触式の測定方法が採用されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４１７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した小型の非接触式インラインレーザー寸法測定装置を用いた全長寸法Ｌの測定は、レーザー光が一面照射であるために測定箇所が１箇所に限られており、成形後のゴム部材１２の収縮変形や樹脂シャフト１１の寸法ばらつき等により樹脂シャフト１１に僅かに傾きが生じている場合には、どの位置を測定しているかによって測定値が大きくばらついて、測定結果の信頼性が低くなるという問題があった。
【０００６】
一方、複数の方向からレーザー光を照射する非接触式の三次元計測システムは、装置機構が大掛かりかつ高価であるため、汎用のインライン測定器としては実用的ではないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、ダイアフラム弁の全長寸法を測定するに際して、ダイアフラム弁に僅かな傾きが生じている場合でも、正確にダイアフラム弁の全長寸法を測定して信頼性の高い測定結果を安価に得ることができる寸法測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、
円柱状の樹脂シャフトの先端に傘状のゴム部材が被覆されたダイアフラム弁にレーザー光を照射することにより前記ダイアフラム弁の軸方向の全長寸法を非接触状態で測定する寸法測定装置であって、
測定対象の前記ダイアフラム弁を支持するダイアフラム弁支持部と、
支持された前記ダイアフラム弁の前記樹脂シャフトを回転させる回転駆動機構と、
回転する前記ダイアフラム弁にレーザー光を照射して前記ダイアフラム弁の垂直寸法を前記ダイアフラム弁の周方向に沿って逐次測定するレーザー寸法測定機構と、
測定された寸法データを収集して記録するデータ収集機構と、
収集された前記寸法データに基づいて前記ダイアフラム弁の軸方向の全長寸法を算出する全長寸法算出機構とを備えていることを特徴とする寸法測定装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
前記ダイアフラム弁支持部が支持板の上面に設けられていると共に、前記ダイアフラム弁支持部と前記支持板との間に前記ダイアフラム弁支持部を回転可能に支持する軸受が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
前記回転駆動機構が、駆動モータで生じた回転力を前記ダイアフラム弁支持部へ伝達する駆動伝達手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の寸法測定装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、
前記駆動伝達手段が、無端状のベルトまたは組み合わされたギアであることを特徴とする請求項３に記載の寸法測定装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、
前記レーザー寸法測定機構が、
前記ダイアフラム弁の前記樹脂シャフトの軸心に向けてスリット状のレーザー光を照射する投光部と、
照射された前記レーザー光を、前記ダイアフラム弁を挟んで対向する面で受光する受光部とを備えており、
前記受光部で受光された前記レーザー光に基づいて、前記ダイアフラム弁の垂直寸法を測定するレーザー寸法測定機構であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の寸法測定装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ダイアフラム弁の全長寸法を測定するに際して、ダイアフラム弁に僅かな傾きが生じている場合でも、正確にダイアフラム弁の全長寸法を測定して信頼性の高い測定結果を安価に得ることができる寸法測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る寸法測定装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る寸法測定装置のダイアフラム弁支持部の周辺の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】ダイアフラム弁の断面構造を模式的に示す図である。
【図４】全長寸法算出機構によるダイアフラム弁の軸方向の全長寸法の算出を説明する図である。
【図５】全長寸法算出機構によるダイアフラム弁の軸方向の全長寸法の算出を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態に係る寸法測定装置を模式的に示す斜視図であり、図２は本実施の形態に係る寸法測定装置のダイアフラム弁支持部の周辺の断面構造を模式的に示す図である。
【００１８】
１．寸法測定装置
図１および図２に示すように、本実施の形態に係る寸法測定装置１は、円柱状の樹脂シャフト１１の先端に傘状のゴム部材１２が被覆されたダイアフラム弁１０にレーザー光Ｌ１を照射することによりダイアフラム弁１０の全長寸法Ｌ（図３参照）を非接触状態で測定する点においては従来と同様である。
【００１９】
しかし、本実施の形態においては、測定対象のダイアフラム弁１０を支持するダイアフラム弁支持部３と、支持されたダイアフラム弁１０をダイアフラム弁支持部３と共に回転させる回転駆動機構６と、回転するダイアフラム弁１０にレーザー光Ｌ１を照射してダイアフラム弁１０の垂直寸法Ｈをダイアフラム弁１０の周方向に沿って逐次測定するレーザー寸法測定機構２と、測定された寸法データを収集して記録するデータ収集機構と、収集された寸法データに基づいてダイアフラム弁１０の全長寸法Ｌを算出する全長寸法算出機構とを備えている点が従来と異なる。
【００２０】
このように、ダイアフラム弁１０を回転させながらレーザー光Ｌ１を照射することにより、円柱状のダイアフラム弁１０の全周に亘ってダイアフラム弁１０の垂直寸法Ｈを逐次測定することができる。そして、このダイアフラム弁１０の全周に亘って測定された複数の寸法データを収集して記録することにより、ダイアフラム弁１０に僅かな傾きが生じていても、収集された寸法データに基づいて正確なダイアフラム弁１０の全長寸法を算出して、信頼性高く全長寸法を測定することができる。
【００２１】
即ち、ダイアフラムの成形後の収縮変形や樹脂シャフトの寸法のばらつき等により樹脂シャフトが傾いている場合には、どの位置を測定しているかによって垂直寸法がばらつくが、本実施の形態においては、全周に亘って垂直寸法を測定して収集しているため、ばらつきのある寸法データから樹脂シャフトの傾きを知ることができ、さらに、その傾きに基づいて正確な全長寸法を求めることができ、信頼性の高い測定を行うことができる。
【００２２】
また、従来の非接触式の三次元計測システムと異なり、レーザー寸法測定機構側を回転させる必要がないため、測定装置を小型かつ安価にすることができ、製造工程における汎用のインライン測定器として実用的である。
【００２３】
以下、本実施の形態に係る寸法測定装置１を具体的に説明する。
【００２４】
（１）ダイアフラム弁支持部
本実施の形態において、ダイアフラム弁支持部３は、断面Ｌ字状の板材である支持板５の上面に設けられたリング状の部材である。図２に示すように、本実施の形態においては、円柱状のダイアフラム弁１０の樹脂シャフト１１をリング状のダイアフラム弁支持部３に挿入することによりダイアフラム弁１０を立設した状態で支持することができる。
【００２５】
そして、ダイアフラム弁支持部３と支持板５との間には軸受５０が設けられている。この軸受５０によりダイアフラム弁支持部３が回転可能に支持されており、ダイアフラム弁支持部３を回転させることにより、ダイアフラム弁１０をダイアフラム弁支持部３に支持した状態で回転させることができる。
【００２６】
（２）回転駆動機構
本実施の形態の回転駆動機構６は、駆動モータを内蔵した本体部６１と、本体部６１の上面から立設した回転駆動軸６０とを備えている。本実施の形態においては、回転駆動機構６の回転駆動軸６０が、駆動伝達手段としての無端状のベルト９によって、ダイアフラム弁支持部３に連結されている。このベルト９を介して回転駆動軸６０の回転力をダイアフラム弁支持部３に伝達することにより、ダイアフラム弁支持部３に支持されたダイアフラム弁１０を回転させることができる。
【００２７】
（３）レーザー寸法測定機構
レーザー寸法測定機構２は、ダイアフラム弁支持部３に支持されたダイアフラム弁１０にレーザー光Ｌ１を照射するレーザー寸法測定ヘッド２２と、受光されたレーザー光Ｌ１からダイアフラム弁の垂直寸法Ｈを測定する測定本体部７とを備えている。
【００２８】
本実施の形態において、レーザー寸法測定ヘッド２２には、投光部２０と受光部２１とがダイアフラム弁１０を挟んで対向する位置に設けられている。投光部２０は、ダイアフラム弁１０の樹脂シャフト１１の軸心に向けてスリット状のレーザー光Ｌ１を照射する。一方、受光部２１は、ダイアフラム弁１０の周囲を通過したレーザー光Ｌ１を受光する。
【００２９】
そして、受光部２１で受光されたレーザー光Ｌ１に基づいて、測定本体部７において、ダイアフラム弁１０の垂直寸法Ｈが測定される。
【００３０】
（４）データ収集装置
データ収集装置８は、レーザー寸法測定機構２の測定本体部７に接続されており、測定本体部７により測定された寸法データを受信して、例えば、ダイアフラム弁１０の回転角度毎に収集し、記録する。
【００３１】
（５）全長寸法算出機構
全長寸法算出機構は、データ収集装置に収集、記録されたダイアフラム弁１０の垂直寸法Ｈに基づいて、以下の手順に従ってダイアフラム弁１０の全長寸法Ｌを算出する。図４および図５は全長寸法算出機構によるダイアフラム弁の軸方向の全長寸法の算出を説明する図である。なお、図４中のＲは回転駆動機構６（図１参照）により回転するダイアフラム弁１０の回転軸である。
【００３２】
（ａ）ダイアフラム弁１０が傾いている場合、上記したデータ収集装置８に記録されるダイアフラム弁１０の垂直寸法が回転角度毎に変化する。全長寸法算出機構は、まず、記録された複数の垂直寸法から最大値Ａおよび回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂ（図４参照）を取得する。
【００３３】
具体的には、図４中の垂直寸法の最大値Ａおよび回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂは以下のようにして得られる。所定の傾斜角度αで傾いているダイアフラム弁１０を回転させると、図４の紙面に対して水平な方向からダイアフラム弁１０にレーザー光が照射された場合には、ゴム部材１２の頭頂部の最高位置１２ａと、樹脂シャフト１１の下端部の最低位置１１ｂが検出されるため、この２点の位置データに基づいて垂直寸法の最大値Ａを取得する。
【００３４】
そして、図４の紙面に対して垂直な方向からダイアフラム弁１０にレーザー光が照射された場合には、回転軸Ｒとゴム部材１２の頭頂部とが交わる位置１２ｂと、回転軸Ｒと樹脂シャフト１１の下端部とが交わる位置１１ａが検出されるため、この２点の位置データに基づいてダイアフラム弁１０の回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂを取得する。
【００３５】
（ｂ）次に、垂直寸法の最大値Ａと、回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂと、ゴム部材１２の頭頂部の直径Ｃと、樹脂シャフト１１の下端部の直径Ｄから、ダイアフラム弁１０の傾斜角度αを算出する。この傾斜角度αの算出には下記の式（１）が用いられる。
【００３６】
【数１】
2017223486.tif 000003
【００３７】
なお、上記した式（１）は、下記の式（２）と式（３）との連立方程式より求められる。具体的に、式（２）は、全長寸法Ｌを底辺、回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂを斜辺とし、傾斜角度αを底辺と斜辺がなす角の角度とした直角三角形の関係を示した式である。
【００３８】
【数２】
2017223486.tif 000004
【００３９】
次に、ダイアフラム弁１０の全長寸法Ｌと垂直寸法の最大値Ａとの関係は、下記の式（３）により表される。式（３）は、図５中のＸ、Ｙ、Ｚの三点で形成される直角三角形の関係を示した式であり、この直角三角形の底辺の長さは垂直寸法の最大値Ａ、斜辺の長さは図５中のＸからＺまでの距離、底辺と斜辺がなす角の角度は傾斜角度αとなる。なお、斜辺の長さであるＸからＺまでの距離は、Ｌ＋（（Ｃ＋Ｄ）／２）ｔａｎαで表すことができる。
【００４０】
【数３】
2017223486.tif 000005
【００４１】
そして、上記した式（２）と式（３）の連立方程式より、下記の式（４）が求められる。具体的に、式（４）は、上記した式（３）中の「Ｌ」に式（２）の「Ｌ＝Ｂｃｏｓα」を代入した後、式中の「ｃｏｓα」と「ｔａｎα」を「ｓｉｎα」を用いて表し、各項を整理することにより得られる式である。そして、この式（４）からｓｉｎαが求められ、さらに式（１）から傾斜角度αが算出される。
【００４２】
【数４】
2017223486.tif 000006
【００４３】
なお、上記した式（１）には±が含まれており、２種類の傾斜角度αが算出される。しかし、樹脂シャフト１１の上端と、ダイアフラム弁支持部３の穴との間には僅かな隙間しか形成されないため、このことに基づいて次工程の全長寸法Ｌの算出に使用される傾斜角度αが決定される。
【００４４】
具体的には、樹脂シャフト１１の上端部の直径Ｄ１とダイアフラム弁支持部３の穴の直径Ｅとに基づいて傾斜可能な角度の限度の値（例えば１０°）を算出し、この値を下回った方の傾斜角度を、次工程に使用される傾斜角度αとして決定する。
【００４５】
（ｃ）以上より、ダイアフラム弁１０の傾斜角度αと回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂとが決まるため、これらの値を上記した式（２）に代入することによりダイアフラム弁１０の全長寸法Ｌを算出することができる。
【００４６】
以上の手順を経ることにより、ダイアフラム弁の僅かな傾き（傾斜角度α）を検出し、この傾斜角度αと回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂとからダイアフラム弁の正確な全長寸法Ｌを求めることができる。
【００４７】
２．ダイアフラム弁の寸法測定方法
次に、上記した本実施の形態に係る寸法測定装置１を使用したダイアフラム弁１０の寸法測定方法について説明する。
【００４８】
先ず、リング状のダイアフラム弁支持部３にダイアフラム弁１０を挿入して、ダイアフラム弁１０を立設させた状態で支持する。この状態で、回転駆動機構６の回転駆動軸６０の回転力をダイアフラム弁支持部３に伝達することにより、ダイアフラム弁支持部３に支持されたダイアフラム弁１０を回転させる。
【００４９】
次に、ダイアフラム弁１０を回転させながら、レーザー寸法測定機構２の投光部２０から受光部２１に向けて垂直方向にスリット状のレーザー光Ｌ１を照射する。このとき、レーザー光Ｌ１がダイアフラム弁支持部３の回転中心を通過するように照射方向を調整する。
【００５０】
そして、レーザー寸法測定機構２の測定本体部７は、ダイアフラム弁１０に照射されずに受光部２１に受光されたレーザー光Ｌ１に基づいてダイアフラム弁１０の垂直寸法Ｈを測定する。このとき、レーザー寸法測定機構２は、回転しているダイアフラム弁１０の垂直寸法Ｈを全周に亘って自動的に逐次測定する。
【００５１】
測定されたダイアフラム弁１０の全周に亘って測定された寸法データは、例えば、ダイアフラム弁１０の回転角度毎に測定本体部７からデータ収集装置８に送信されてデータ収集装置８に記録される。そして、全長寸法算出機構がデータ収集装置８に記録された複数の寸法データに基づいてダイアフラム弁１０の全長寸法を算出する。具体的には、上記した手順に従って、データ収集装置８に収集された垂直寸法の最大値Ａおよび回転軸Ｒ上の垂直寸法Ｂに基づいてダイアフラム弁１０の傾斜角度αを算出し、算出された傾斜角度αに基づいてダイアフラム弁１０の正確な全長寸法Ｌを算出する。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係る寸法測定装置によれば、ダイアフラム弁支持部３に支持されたダイアフラム弁を回転させながら垂直寸法を逐次測定することにより、ダイアフラム弁の全周に亘って垂直寸法を測定して収集することができる。このため、ダイアフラム弁に僅かな傾きが生じている場合であっても、複数の垂直寸法のデータに基づいて正確なダイアフラム弁の全長寸法を算出して信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００５３】
また、本実施の形態に係る寸法測定装置は、ベルトと駆動モータ等によりダイアフラム弁１０を回転させるという比較的に簡素な構造でダイアフラム弁１０の全周に亘って垂直寸法Ｈを測定することができるため、レーザー寸法測定機構側を回転させるような場合に比べて、装置を小型かつ安価なものにすることができ、汎用のインライン測定器として実用的である。
【００５４】
なお、上記した実施の形態においては、回転駆動機構６の駆動モータの回転をダイアフラム弁支持部３に伝達する駆動伝達手段としてベルト９を用いているが、これに限定されず、複数のギアにより回転駆動機構６の回転をダイアフラム弁支持部３に伝達させるような構成を採用してもよい。
【００５５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１              寸法測定装置
２              レーザー寸法測定機構
３              ダイアフラム弁支持部
５              支持板
６              回転駆動機構
７              測定本体部
８              データ収集装置
９              ベルト
１０            ダイアフラム弁
１１            樹脂シャフト
１１ａ          回転軸と樹脂シャフトの下端部とが交わる位置
１１ｂ          樹脂シャフトの下端部の最低位置
１２            ゴム部材
１２ａ          ゴム部材の頭頂部の最高位置
１２ｂ          回転軸とゴム部材の頭頂部とが交わる位置
２０            投光部
２１            受光部
２２            レーザー寸法測定ヘッド
５０            軸受
６０            回転駆動軸
６１            本体部
Ａ              垂直寸法の最大値
Ｂ              回転軸上の垂直寸法
Ｃ              ゴム部材の頭頂部の直径
Ｄ              樹脂シャフトの下端部の直径
Ｄ１            樹脂シャフトの上端部の直径
Ｅ              ダイアフラム弁支持部の穴の直径
Ｈ              垂直寸法
Ｌ              全長寸法
Ｌ１            レーザー光
Ｒ              回転軸
Ｘ、Ｙ、Ｚ      式（３）で示される直角三角形の頂点
α              ダイアフラム弁の傾斜角度
【図１】
2017223486.tif 000007
【図２】
2017223486.tif 000008
【図３】
2017223486.tif 000009
【図４】
2017223486.tif 000010
【図５】
2017223486.tif 000011