JP2008076139A - 棒材の真直度測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】人為的作業を省きながら、棒材の真直度判定（測定）を機械的、自動的に実施可能にするとともに、作業上の熟練度が要求されず、数値化による真直度の客観的合否判定を実現可能にする。
【解決手段】 直線状のナイフエッジ２ａを持つ基準長尺部材２と、前記ナイフエッジ２ａに対し所定距離を置いて対向設置された棒材支承部材３、４とが設けられて前記基準長尺部材２および前記棒材９の長手方向に移動可能に設置された架台１と、前記基準長尺部材２および前記棒材支承部材２，３に支承された前記棒材９の上方および下方に設置された発光手段５および受光手段６と、を備え、真直度演算手段７に、前記受光手段６から得られる出力信号に基づいて、前記棒材９および前記ナイフエッジ２ａ間の距離を該棒材９の長手方向の測定ポイントごとに演算させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定長に切断された精密細物研磨棒鋼等の棒材の真直度を自動測定するための棒材の真直度測定システムに関する。

従来、精密機器、その他、各種の用途に使用される精密細物研磨棒鋼等の棒材を製造するため、線材を直線状に矯正する装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、前記線材は、生産現場からコイル状に巻かれて提供されており、曲がり癖がついているため、前記精密機器、その他の各種用途に使用するに先立って直線状に矯正する必要があった。また、前記線材は、加工および取り扱いの容易化のために所定の長さに切断され（例えば、特許文献２参照）、さらには周面を研磨し、精密細物研磨棒鋼等の棒材として精密機器メーカ等に提供されている。

ところで、前記精密細物研磨棒鋼等の棒材は、所定長に切断され、この切断された棒材の真直性が、前記精密機器等の最終製品の品質の良し悪しに大きく影響する。

このため、棒材の真直度を判定して、品質の悪いものは生産工程から排除する必要があり、これまでは、太物（直径が３ミリを超える棒材）では、Ｖブロックに支承した状態で機械的接触式の測定手段により真直度の測定を行っている。

一方、細物（直径が３ミリ以下の棒材）は全体が柔らかくしなやかで、剛性がなく、Ｖブロック等に支持しても中央部に撓み（変形）が生じ、前記機械的接触方法による真直測定は不可能である。

このため、このような細物では、作業者が棒材の一本一本を指で拾い上げ、指先の感覚のみで真直度の良し悪しの判定を行っている。
特開２００５−１７７８５７号公報 特許第２８６９６２６号公報

しかしながら、前記のような作業者の指先の感覚による真直度測定方法では、長年の経験と熟練を要し、判定結果に個人差によるバラつきが発生することになる。また、その判定結果が数値化されず判定結果に十分な信頼性、客観性が得られないという不都合があった。また、目視観察のみでは、棒材の曲がりを正確に判定することができないという不都合があった。

本発明は、前記のような従来の問題に着目してなされたものであり、人為的作業を省きながら、棒材の真直度判定（測定）を機械的、自動的に実施可能にするとともに、作業上の熟練度が要求されず、数値化による真直度の客観的合否判定を実現できる棒材の真直度測定システムを得ることを目的とする。

前記目的達成のために、本発明にかかる棒材の真直度測定システムは、所定長に切断された棒材の真直度を測定する棒材の真直度測定システムであって、直線状のナイフエッジを持ち略水平に設置された基準長尺部材と、該基準長尺部材の前記ナイフエッジに対し所定距離を置いて対向設置されて前記棒材の両端部を支承するための複数の棒材支承部材とが設けられて前記基準長尺部材および前記棒材の長手方向に移動可能に設置された架台と、前記基準長尺部材および前記棒材支承部材に支承された前記棒材の上方および下方に設置された発光手段および受光手段と、前記発光手段から前記棒材および前記基準長尺部材への光の照射によって前記受光手段に得られる前記棒材および前記基準長尺部材のイメージ情報に基づいて、前記棒材およびナイフエッジ間の距離を該棒材の長手方向の、所定の測定ポイントごとに演算し、前記棒材の真直度情報として出力する真直度演算手段と、を備えることを特徴とする。

前記構成により、前記棒材支承部材間に棒材の一本を支承し、該支承された前記棒材および前記基準長尺部材に対して上方に配置された前記発光手段から光を照射することによって、あるいはさらに前記基準長尺部材、前記棒材支承部材及び該棒材支承部材に支承された前記棒材をそれらの長手方向に移動させることによって、前記棒材および前記基準長尺部材のイメージ光を、下方に配置された前記受光手段に受光させることができる。該受光手段では、そのイメージ光を電気信号に変換して真直度演算手段に入力し、該真直度演算手段はその電気信号である前記棒材および前記基準長尺部材間の距離を含む情報から前記棒材の真直度を解析、演算し、数値データやグラフなどの客観的情報としてディスプレイ等に出力表示することができる。

また、本発明にかかる棒材の真直度測定システムは、前記棒材支承部材のうち、前記棒材の少なくとも一端部を支承する前記棒材支承部材が、前記棒材の長手方向に位置調整自在であることを特徴とする。

前記構成により、真直度測定対象である前記棒材の長さに応じて、前記棒材支承部材のいずれかを移動可能にすることで、前記棒材に大きな撓み等を発生させることなしに真直度測定を行うことができる。

また、本発明にかかる棒材の真直度測定システムは、前記発光手段が、レーザ発生装置であることを特徴とする。この構成により、レーザ発生装置が発生するレーザ光の直進性を利用して、前記棒材の多数の測定点における真直度を高い精度で測定することが可能になる。

本発明にかかる棒材の真直度測定システムによれば、人為的作業を省きながら、棒材の真直度測定を機械的、自動的に実施できるとともに、作業上の熟練度が要求されず、棒材の数値化による真直度の客観的合否判定を、高い精度で実現できる。

以下に、本発明の実施形態による棒材の真直度測定システムを、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる棒材の真直度測定システムの概観図、図２は、図１に示す棒材真直度測定システムの動作説明図、図３は、本発明による真直度測定手順を示すフローチャート、図４は、合格となった棒材の真直度測定データを示す特性図、図５は、不合格となった棒材の真直度測定データを示す特性図である。

本発明の実施形態による棒材の真直度測定システムは、基準長尺部材２と、棒材支承部材３、４とが設けられて前記基準長尺部材２および前記棒材支承部材３、４に支承された棒材９の長手方向に沿って移動可能に設置された架台１と、前記基準長尺部材２および前記棒材支承部材３、４に支承された前記棒材９の上方に設置された発光手段５と、下方に設置された受光手段６と、真直度演算手段７と、プリンタ８と、を備えている。

この実施形態では、まず、被測定対象の前記棒材９の一本を前記棒材支承部材３、４間に水平に支承させる。つぎに前記基準長尺部材２、前記棒材支承部材３、４および該棒材支承部材３、４間に支承された前記棒材９が設けられた前記架台１を、その長手方向に移動させる。

その結果、前記基準長尺部材２および前記棒材９を上下から挟むように配置された前記発光手段５および前記受光手段６によって、前記棒材９および前記基準長尺部材２相互間の距離を、前記棒材９の多数の測定ポイントについてデータ化し、このデータから前記真直度演算手段７により前記棒材９の真直度を演算し、結果を数値化するなどして出力可能にしている。

以下に、本発明の棒材の真直度測定システムについてさらに詳細に説明する。前記架台１は、支持台Ｓ上に、その長手方向に図示しないモータ及びスクリューロッド等によって移動（往復動）可能に設置され、前記基準長尺部材２および前記棒材支承部材３、４が設けられている。前記基準長尺部材２は、全体として直線状のナイフエッジ２ａを持つ、略三角断面形の金属材からなり、表面は光反射率の高い鏡面処理面となっている。このため、前記基準長尺部材２がステンレスなどの光沢がある金属材料により作られる場合がある。

前記棒材支承部材３、４は、中央部上面がＶ字状に切り込まれたＶ字溝３ａ、４ａを有し、これらが前記棒材９の両端部をそれぞれ支承可能にしている。なお、前記Ｖ字溝３ａ、４ａの各中心、つまり前記棒材９と前記ナイフエッジ部２ａとの距離を正確に保つようにセットすることが好ましいが、実際には、前記距離を、例えば０．１μｍを維持するように調整することが物理的に困難であるため、測定ソフトによりデータ補正する手段が採用される。したがって、前記棒材９のセットには時間を必要としない。

また、前記棒材支承部材３、４のうち、一方の棒材支承部材３が、前記架台１上において前記棒材９の長手方向に移動する支持ブロック１０上に取り付けられている。該支持ブロック１０は、前記基準長尺部材２に対し等距離の位置に配置されたガイド棒１１に対し、軸方向摺動自在（位置調整自在）に支持されている。

なお、前記支持ブロック１０には、前記ガイド棒１１に対する軸方向位置をロックするための止め具１２がねじ込まれている。一方、前記棒材支承部材４は架台１に固定されているが、必要に応じて前記棒材支承部材３と同様に前記ガイド棒１１の軸方向摺動自在（位置調整自在）としてもよい。

前記発光手段５は、発光ダイオードやレーザダイオード等を含む光学装置が用いられるが、特に細物を測定対象とする用途では、高精度データが必要となるため、直線性の良好なレーザ光を発生するレーザダイオードを持つものとすることが望ましい。

前記発光手段５は、前記受光手段６とともに、レーザスキャンマイクロメータ（ＬＳＭ）と呼ばれる高精度検査装置を構成して、支持柱１３に設けられ、前記受光手段６は、前記発光手段５が発生した光が前記棒材９および前記基準長尺部材２の前記ナイフエッジ２ａに照射されることによって得られるイメージ光を受光して、これを電気信号に変換するように機能する。具体的には、イメージ光は、前記棒材９の全長に亘って前記基準長尺部材２との距離情報を持つ。

そのため、前記発光手段５および前記受光手段６は、図２に示すように、前記基準長尺部材２および前記棒材支承部材２、３に支承された前記棒材９の上方および下方に設置される。

前記真直度演算手段７には、例えばパソコン（詳しくは、マイクロプロセッサ）が用いられる。前記真直度演算手段７は出力装置としてのディスプレイ７ａを備えている。

前記真直度演算手段７では、前記イメージ光の電気信号に基づいて、前記棒材９の前記ナイフエッジ２ａに対する距離（ギャップ）を解析、演算し、演算結果として前記棒材９の真直度データを出力するように機能する。なお、この出力データは、前記ディスプレイ７ａに出力表示可能にするほか、前記プリンタ８によって印刷出力することができる。

次に、図３のフローチャートを参照しながら動作を説明する。

まず、所定長の、例えば２００ｍｍ〜４００ｍｍに切断した前記棒材９に合わせて前記止め具１２を操作して前記支持ブロック１０を前記ガイド棒１１に沿って移動させる。そして、前記棒材支持部材３、４が前記棒材９の両端部を支承可能な位置関係になったとき、前記止め具１２を締め付け操作して、前記支持ブロック１０を前記ガイド棒１１上の所定位置に固定する。

続いて、前記棒材９の一本を前記棒材支持部材３、４のＶ字溝３ａ、４ａ内に供給および支承させる（ステップＳ１）。これにより前記棒材９は前記Ｖ字溝３ａ、４ａの中央部に位置決めされて、全体が安定支承される。

前記棒材９の安定支承によって、前記架台１が移動させられ、該架台１の移動とともに前記基準長尺部材２および前記棒材支承部材３、４に支承された前記棒材９が予め設定された速度にて水平移動させられる（ステップＳ２）。

前記架台１による基準長尺部材２および前記棒材支承部材３、４の水平移動時には、前記発光手段５は光を前記棒材９および基準長尺部材２の双方に照射する（ステップＳ３）。このため、前記棒材９および前記基準長尺部材２間の距離情報が光のイメージデータとして受光素子に入力される。

したがって、前記受光素子６は、このイメージ光を電気信号に変換して前記真直度演算手段７へ入力する（ステップＳ４）。該真直度演算手段７では、前記電気信号に基づき、前記基準長尺部材２に対する真直度の演算を実行し（ステップＳ５）、これを数値化処理して、またはグラフ化するなどして前記ディスプレイ７ａに出力表示する（ステップＳ６）。また、必要に応じて、前記プリンタ８によってその真直度情報を印刷出力することができる（ステップＳ７）。

前記の場合において、前記棒材９は円周方向のいずれの方向へも撓み（変形）を持つことが考えられ、前記棒材９の一方向からの光によるイメージ像からでは、該棒材９の真直度を正確に測定することができない。このため、前記Ｖ字溝３ａ、３ｂに支承された前記棒材９を、図示しないチャックなどの把持部材を用いて把持し、該棒材９を１２０°ずつ回転させて、つまり前記棒材９を軸廻りに１２０°、２４０°、３６０°の角度に回転させた位置に固定し、これらの角度位置ごとに、前記同様の手順にて真直度の演算を行わせるようにする。こうすることで、真直度の測定結果の信頼性が極めて高くなる。なお、前記把持部材の角度を９０度ずつ、６０度ずつ、さらにはこれら以外の適当な複数角度にして、前記同様の方法で真直度の測定を行うことも可能である。

前記棒材９を前記３つの角度に固定して得られた軸方向位置の真直度特性は、図４に示す真直度特性グラフに示す通りである。これは、前記棒材９の長手方向（軸方向）に複数の、ここでは、例えば、５ｍｍ（棒材長２００ｍｍのとき）〜１０ｍｍ（棒材長４００ｍｍのとき）の感覚で、４１箇所の測定ポイントを設定し、各測定ポイントごとに求めた真直度をグラフにて表したものである。また、前記グラフは前記ディスプレイ７ａ上に表示したり、前記プリンタ８にて印刷出力したりすることができるので、熟練度が低い作業者も、前記棒材９の真直度を人目で、正確に把握することができる。

この図４のケースでは、３つの角度における各真直度がいずれの測定ポイントにおいても、規定値の１０.２μｍ以内に抑えられているため、例えば合格の判定をすることができる。なお、真直度が悪く、不合格の判定があった場合には、必要に応じて前記棒材９の曲がりの再調整などを行うことができる。

一方、図５に示すような真直度特性が得られた場合には、３つの角度で計測した真直度がいくつかの測定ポイントで規定値の１５μｍを超えるため、例えば不合格の判定をすることができる。

以上のように、本実施形態の棒材の真直度測定システムでは、直線状の前記ナイフエッジ２ａを持ち略水平に設置された基準長尺部材２と、該基準長尺部材２の前記ナイフエッジ２ａに対し所定距離を置いて対向設置されて前記棒材９の両端部を支承するための複数の棒材支承部材３、４とが設けられて前記基準長尺部材２および前記棒材９の長手方向に移動可能に設置された架台１と、前記基準長尺部材２および前記棒材支承部材３、４に支承された前記棒材９の上方および下方に設置された発光手段５および受光手段６と、前記発光手段５から前記棒材９および前記基準長尺部材２への光の照射によって前記受光手段６に得られる前記棒材９および前記基準長尺部材２のイメージ情報に基づいて、前記棒材９および前記ナイフエッジ２ａ間の距離を前記棒材９の長手方向の、所定の測定ポイントごとに演算させることにより、人為的作業を省きながら、前記棒材９の真直度判定（測定）を機械的、自動的に実施可能にするとともに、作業上の熟練度が要求されず、数値化による真直度の客観的合否判定を実現できる。

本発明は、人為的作業を省きながら、棒材の真直度判定（測定）を機械的、自動的に実施可能にするとともに、作業上の熟練度が要求されず、数値化による真直度の客観的合否判定を実現できるという効果を有し、精密細物研磨棒鋼等の棒材の真直度を自動測定するための棒材の真直度測定システム等に有用である。

本発明の実施形態による棒材の真直度測定システムの概観図である。 図１に示す棒材の真直度測定システムの動作説明図である。 本発明の実施形態による棒材の真直度の測定手順を示すフローチャートである。 本発明による真直度測定結果を示す真直度特性グラフである。 本発明による他の真直度測定結果を示す真直度特性グラフである。

符号の説明

１ 架台
２ 基準長尺部材
２ａ ナイフエッジ
３、４ 棒材支承部材
３ａ、４ａ Ｖ字溝
５ 発光手段
６ 受光手段
７ 真直度演算手段
９ 棒材
１０ 支持ブロック
１１ ガイド棒
１２ 止め具
１３ 支持柱

Claims (3)

1. 所定長に切断された棒材の真直度を測定する棒材真直度測定システムであって、直線状のナイフエッジを持ち略水平に設置された基準長尺部材と、該基準長尺部材の前記ナイフエッジに対し所定距離を置いて対向設置されて前記棒材の両端部を支承するための複数の棒材支承部材とが設けられて前記基準長尺部材および前記棒材の長手方向に移動可能に設置された架台と、前記基準長尺部材および前記棒材支承部材に支承された前記棒材の上方および下方に設置された発光手段および受光手段と、前記発光手段から前記棒材および前記基準長尺部材への光の照射によって前記受光手段に得られる前記棒材および前記基準長尺部材のイメージ情報に基づいて、前記棒材および前記ナイフエッジ間の距離を該棒材の長手方向の、所定の測定ポイントごとに演算し、前記棒材の真直度情報として出力する真直度演算手段と、を備えることを特徴とする棒材の真直度測定システム。
2. 前記棒材支承部材のうち、前記棒材の少なくとも一端部を支承する前記棒材支承部材が、前記棒材の長手方向に位置調整自在であることを特徴とする請求項１に記載の棒材の真直度測定システム。
3. 前記発光手段が、レーザ発生装置であることを特徴とする請求項１に記載の棒材の真直度測定システム。

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