JPH0585005B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は棒状体の外径測定装置、特に棒状体
の被測定物の輪郭を光学的にとらえて外径を測定
する装置に関する。

この発明の外径測定装置は、丸鋼、鋼管、鋼線
その他の材質あるいは形状の材料の外径測定に用
いられる。

（従来の技術） 従来、この種の測定技術は数多く提案されてい
る。

たとえば、実公昭40−16377あるいは特開昭52
−119253は、回転板に投光用光源と検出部とを取
り付けて構成した回転光学系を用い、棒材の全周
にわたる直径を連続的に測定する方式を提案して
いる。

また、細物材と太物材とを同一回転板上で測定
する装置として、上下に配置した１組の細物用装
置と左右に配置した２組の太物用装置をそれぞれ
使い分ける回転形寸法測定装置が提案されてい
る。

上記回転形寸法測定装置は、環状の回転板、回
転板を回転駆動する装置、平行な測定光を被測定
物に照射する３組の投光装置、小径用検出装置
（細物材用）および一対の大径用検出装置（太物
材用）を備えている。これら投光装置、小径用検
出装置および一対の大径用検出装置は回転板に取
り付けられており、小径用検出装置および大径用
検出装置は被測定物のエツジを検出する結像光学
系およびリニアイメージセンサとを有している。
そして、回転板を回転させ、被測定物の軸線が回
転板の中心に一致するようにして被測定物を送り
ながら被測定物に投光装置により測定光を投光
し、小径用検出装置により小径の被測定物の両エ
ツジを、また対をなす大径用検出装置により大径
の被測定物の片側エツジをそれぞれ検出して、被
測定物の外径を測定する。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の装置では、細物材の測定装置は一列
に配列された光電素子群内の影の数を計測するこ
とによつて外径を測定している。この方法におけ
る最小測定可能径は受光素子１個分から可能であ
るが、最大測定可能径には限界がある。すなわ
ち、最大測定可能径は“受光素子１個分（分解
能）×受光素子数”であるので、分解能を大きく
することは精度を悪くすることを意味するので、
精度面からみた限界がある。また、受光素子数を
大きくすると、情報量が多くなるため検出信号の
処理に長時間を要する。さらに、結像レンズの口
径が大きくなる等の制約もある。

つぎに、太物材の測定装置は、２組の光電素子
群により影の発生部の両端を検出することによつ
て外径を測定している。この太物材の測定装置で
は、２組の光電素子群の設置間隔を０にすること
は物理的に不可能であり、また投光部および結像
レンズの設置に空間的な制限があることから、最
小測定可能径にはある限界がある。したがつて、
連続的に細物から太物までの被測定物を測定する
ためには、上記二式以上の装置を使い分ける必要
がある。これより、スペース上の問題、両装置の
２組の投光部が独立しているために光束に相違が
あり、誤差の原因となることおよびコスト高にな
るなどの問題があつた。

そこで、この発明は細物材から太物材まで高い
精度で連続して測定可能であり、構造が簡単、か
つ廉価な棒状体の外径測定装置を提供しようとす
るものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の棒状体の外径測定装置は、平行な測
定光を被測定物に照射する１組の投光装置、小径
用検出装置、一対の大径用検出装置、ハーフミラ
ーおよび一対のミラーを備えている。

投光装置は光源および投影光学系を備えてい
る。光源として半導体レーザ、気体レーザ、ある
いはハロゲンランプなどの白熱ランプが用いられ
る。投影光学系は幅広い平行光を作り出すために
コリメータレンズ、放物面鏡などからなり、１組
の投光装置により小径から大径までの被測定物を
連続的に測定することができる。

小径用検出装置および大径用検出装置は、それ
ぞれ被測定物の像を検出する結像光学系およびリ
ニアイメージセンサを有している。リニアイメー
ジセンサは直線状に配列した光電素子群よりな
り、CCD型イメージセンサあるいはMOS型イメ
ージセンサなどが用いられる。

小径用検出装置は測定光の光路の側方に配置さ
れている。また、対をなす大径用検出装置は測定
光の光路の両側で相対するようにして小径用検出
装置よりも後方に、すなわち測定光の進行方向に
沿つて被測定物よりもより遠くに配置されてい
る。

ハーフミラーは、測定光の光路に対し傾斜する
ようにしてが配置されている。傾斜角度は、小径
の被測定物の両エツジ像が小径用検出装置に入射
する角度となつている。また、一対のミラーは測
定光の光路に対して傾斜し、かつハーフミラーの
後方で測定光中心線の両側で相対するようにして
配置されている。ミラーの傾斜角度は、大径の被
測定物の片側エツジ像が対をなす大径用検出装置
のそれぞれに入射する角度となつている。

なお、上記投光装置、小径用検出装置、一対の
大径用検出装置、ハーフミラーおよび一対のミラ
ーを一つの基板に取り付けるようにしてもよい。
この場合、基板は支持スタンドなどに支持され
る。一般に、被測定物は水平姿勢で送られて来る
ので、基板は板面が垂直となる姿勢をしている。
また、基板を回転あるいは揺動可能に支持するよ
うにしてもよい。この場合、基板の回転あるいは
揺動駆動装置として通常のベルト伝動機構、チエ
ーン伝動機構あるいは歯車伝動機構などと電動モ
ータあるいは流体圧シリンダなどとの組合せが用
いられる。

（作 用） 小径の被測定物の場合、被測定物の像はハーフ
ミラーにより反射され、小径用検出装置のリニア
イメージセンサの結像面に結像する。被測定物の
直径は被測定物の像の陰の部分の長さとして検出
される。

また、大径の被測定物の場合、予め両大径用検
出装置のリニアイメージセンサの基準点の間の距
離を求めておく。被測定物の像はハーフミラーを
透過し、後方の一対のミラーのそれぞれにより反
射され、各大径用検出装置のリニアイメージセン
サの結像面に結像する。リニアイメージセンサに
結像する被測定物の像は、片側のエツジを含む被
測定物の一部の像である。直径はリニアイメージ
センサの基準点間の距離およびリニアイメージセ
ンサに対する被測定物のエツジの像の位置により
求めるられる。なお、被測定物の直径がハーフミ
ラーの幅よりも大きい場合には、被測定物の像は
ハーフミラーを経ずに直接ミラーに入射される。

（実施例） 第１図および第２図はこの発明の外径測定装置
の一実施例を示すもので、第１図は縦断面図およ
び第２図は正面図である。この実施例の装置は、
インラインで高温丸鋼の外径を測定する。

第１図に示すように、円筒状ハブ６が軸受３を
介してスタンド１に回転可能に水平姿勢で支持さ
れている。ハブ６の先端寄りには測定光Ｌが通過
する透過窓７が設けられている。

ハブ６の先端寄りに設けられたフランジ８に環
状の回転板１１がボルトにより固定されている。
回転板１１には後述の投光装置２１、小径用検出
装置３１、対をなす大径用検出装置４１，４２、
ハーフミラー５１および一対のミラー５４，５５
がそれぞれ取り付けられている。また、回転板１
１は回転板駆動装置１４により回転駆動される。

回転板駆動装置１４は電動モータ１５、原動プ
ーリ１６、従動プーリ１７および歯付ベルト１８
よりなつている。原動プーリ１６は電動モータ１
５の出力軸に、また従動プーリ１７はハブ６のフ
ランジ８にそれぞれ取り付けられている。そし
て、電動モータ１５よりこのベルト伝動機構を介
して回転板１１は回転駆動される。この実施例で
は、回転板１１の回転速度は60rpmである。

投光装置２１は第３図および第４図に示すよう
に光源として半導体レーザ２２を備えている。投
光装置２１の投影光学系は、コリメータレンズ２
３、ミラー２４，２５、シリンダレンズ２６、ス
ペーシヤルフイルタ（絞り）２７および放物面鏡
２８よりなつている。コリメータレンズ２３は半
導体レーザ２２からのコヒーレント光を集光し、
そのスポツト点にシリンダレンズ２６が位置して
いる。シリンダレンズ２６から扇状に拡散された
光を焦点距離の位置に設置した放物面鏡２６で反
射させて平行な測定光Ｌを発生させる。光源２２
からの光は扇状に拡散されるので、放物面鏡２８
は横に細長の形状となつている。光源２２からの
光はコヒーレント光であるため、回折および干渉
現象により雑音が発生するが、上記スペーシヤル
フイルタ（絞り）２７はこの雑音を除去する。な
お、従来の装置ではコリメータレンズを使つて平
行光を発生させていたので、幅広い平行光を発生
させるためには大口径のレンズが必要となり、物
理的にもレンズ製作の困難さからしても実用的で
はなかつた。

小径用検出装置３１は測定光Ｌの光路の側方に
配置されている。小径用検出装置３１は結像レン
ズ３３およびその結像面上に一列に配列された多
数の光電素子よりなるイメージセンサ３６とから
なつている。光電素子として配列方向に7μの長
さを有するCCD素子が用いられている。そして、
投光装置２１によつて丸鋼Ｓに照射された測定光
Ｌによりイメージセンサ３６上に丸鋼Ｓの光学像
が結像される。その結果、イメージセンサ３６よ
り得られる前記光学像の大きさに応じた信号より
丸鋼Ｓの外径が測定される。なお、小径用検出装
置３１の設置スペースの関係から結像系の光路は
ミラー３４により90度折れ曲つている。

対をなす大径用検出装置４１，４２は測定光Ｌ
の光路の両側で相対するようにして小径用検出装
置３１よりも後方に配置されている。検出装置自
体の構成は小径用検出装置３１と同じで、結像レ
ンズ４３、ミラー４４およびイメージセンサ４６
を備えている。

ハーフミラー５１は、測定光Ｌの光路に対し45
度傾斜するように配置されている。丸鋼Ｓの像は
ハーフミラー５１により反射され、小径の丸鋼Ｓ
の両エツジを含む像が小径用検出装置３１に入射
される。小径の丸鋼Ｓと大径の丸鋼Ｓとを小径用
検出装置３１および大径用検出装置４１，４２に
共通の光束として照射するために、ハーフミラー
５１は１：１の透過率：反射率となつている。

一対のミラー５４，５５は測定光Ｌの光路に対
し45度傾斜し、かつハーフミラー５１の後方で測
定光中心線の両側で相対するようにして配置され
ている。丸鋼Ｓの像はミラー５４，５５により反
射され、大径の丸鋼Ｓの片側エツジを含む像が大
径用検出装置４１，４２のそれぞれに入射され
る。

前記ハブ６には回転トランス５８の１次コイル
が、スタンド１には２次コイルがそれぞれ取り付
けられている。リニアイメージセンサ３６，４６
からの信号は、回転トランス５８を介して信号処
理装置、表示装置（いずれも図示しない）などに
伝送される。

ハブ６の内側と出側にそれぞれ水冷筒６１，６
２が設けられている。これら水冷筒６１，６２は
内部を冷却水が循環しており、回転トランス５８
その他の付属機器が高温の丸鋼Ｓにより過熱され
るのを防止する。入側の水冷筒６１に入側ガイド
６４が、また出側の水冷筒６２に出側ガイド６５
がそれぞれ配置されている。出側水冷筒６２の外
側にはエアリングノズル６７が取り付けられてい
る。エアリングノズル６７は清浄な空気を丸鋼通
路内にリング状に噴出して、測定光Ｌの光路の空
気の過熱によるゆらぎを防止するとともに、光路
中に浮遊するほこりを除去し、ほこりによる測定
光の散乱を防止する。ハブ６の先端の透過窓７に
投光側クリーナ７１および受光側クリーナ７２が
設けられている。これらクリーナ７１，７２は駆
動装置（図示しない）により往復動され、透過窓
面を周期的に摺動してこれを拭き清める。

測定は回転板１１を回転駆動しながら行なうの
で、多方向から外径が測定されることになる。し
たがつて、断面形状が円形だけでなく、多角形で
あつても外径を測定することができる。たとえ
ば、正ｎ角形（ｎ：４以上の偶数）については、
最大値（極大値）が外径（最大長対角線）を示す
ことになる。また、丸鋼Ｓをこれの長手方向に送
りながら測定するので、ら旋状に丸鋼Ｓを走査し
ながら直径が測定されることになる。

この実施例の装置では、受光素子群を5000個配
列し、レンズ倍率は0.7であつた。小径用検出装
置３１では直径35mmまで測定可能であり、それ以
上の外径の場合には大径用検出装置４１，４２に
より測定する。なお、従来の固定タイプの装置で
は、受光素子群、レンズ倍率がこの実施例のもの
と同じであるとすると、大径用受光素子群では直
径35〜100mmまで測定できる。これに対して、こ
の実施例の装置では150mm以上に拡大可能である。
また、小径用検出装置３１による測定誤差は±
20μmであり、大径用検出装置４１，４２による
測定誤差は±40μmである。

この発明は上記実施例に限られるものではな
く、たとえばハーフミラー５１あるいは対となつ
たミラー５４，５５は、設置スペースの点から測
定光Ｌに対し45度以外の角度であつてもよい。測
定は回転板１１を回転駆動しながら行つたが、投
光装置２１、検出装置３１，４１，４２などを固
定した基盤などに取り付けたもであつてもよい。
また、小径用検出装置３１および大径用検出装置
４１，４２はＬ字形をしているが、これらは直筒
形であつてもよい。さらにまた、伝送装置として
回転トランス５８の代わりに無線方式を用いても
よい。

（発明の効果） この発明の装置は、小径の被測定物Ｓの両エツ
ジ像が小径用検出装置３１に入射するように測定
光Ｌの光路に対し傾斜するようにしてハーフミラ
ー５１が配置されている。ハーフミラー５１は測
定光Ｌを二分割する。また、大径の被測定物Ｓの
片側エツジ像が対をなす大径用検出装置４１，４
２のそれぞれに入射するように測定光Ｌの光路に
対して傾斜し、かつハーフミラー５１の後方で測
定光中心線の両側で相対するようにして一対のミ
ラー５４，５５が配置されている。したがつて、
小径用検出装置３１および大径用検出装置４１，
４２を被測定物Ｓの直径に応じて使い分けること
ができ、１組の投光装置２１により広いレンジに
わたり被測定物Ｓの外径を測定することができ
る。この結果、検出装置を数組設ける必要はな
く、装置設置のためのスペースは狭くてすむ。ま
た、細物から太物まで共通した一つの測定光Ｌで
測定するため、被測定物Ｓの外径あるいは真円度
を精度よく測定することが可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、外
径測定装置の縦断面図、第２図は第１図に示す装
置の正面図、第３図は投光装置の平面図、および
第４図は第３図に示す投光装置の側面図である。 １……スタンド、６……ハブ、１１……回転
板、１４……回転駆動装置、２１……投光装置、
２２……光源、２６……シリンダレンズ、２７…
…絞り、２８……放物面鏡、３１……小径用検出
装置、３６……イメージセンサ、４１，４２……
大径用検出装置、４６……イメージセンサ、５１
……ハーフミラー、５４，５５……ミラー、５８
……回転トランス、６１，６２……水冷筒、６
４，６５……ガイド、６７……エアリングノズ
ル、７１，７２……クリーナ、Ｓ……被測定物、
Ｌ……測定光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平行な測定光を被測定物に照射する投光装
   置、小径用検出装置および一対の大径用検出装置
   を備え、小径用検出装置および大径用検出装置が
   それぞれ被測定物の像を検出する結像光学系およ
   びリニアイメージセンサを有する装置において、
   小径用検出装置が測定光の光路の側方に配置さ
   れ、対をなす大径用検出装置が測定光の光路の両
   側で相対するようにして小径用検出装置よりも後
   方に配置され、小径の被測定物の両エツジ像が小
   径用検出装置に入射するように測定光の光路に対
   し傾斜させてハーフミラーが設けられており、大
   径の被測定物の片側エツジ像が対をなす大径用検
   出装置のそれぞれに入射するように測定光の光路
   に対し傾斜する一対のミラーが前記ハーフミラー
   の後方で測定光中心線の両側で相対するようにし
   て設けられていることを特徴とする棒状体の外径
   測定装置。