(57)【要約】【課題】円柱体、曲面体、または管状の被測定物の半径、直径の測定を容易に行うことができる測定装置を提供することを課題としている。【解決手段】円柱体、曲面体、または管状の被測定物の内周面、または外周面に光を照射する照射手段１３と、該照射手段１３により照射された光を円錐状のリング光に形成し投影する投影手段１６，１７と照射されたリング光を撮像する撮像手段５を備え、該撮像手段５の魚眼レンズまたは広角レンズ１０の同軸上前方に該照射手段１３と投影手段１６，１７を配置した構成とし、該撮像手段５により被測定物の測定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱体、曲面体、または管状の被測定物の内周面、または外周面に光を照射する照射手段（１３）と、該照射手段（１３）により照射された光を円錐状のリング光（１９）に形成し投影する投影手段（１６）、（１７）と、該投影手段（１６）、（１７）により照射されたリング光（１９）を撮像する撮像手段（５）を備え、該撮像手段（５）による撮像情報に基づき被測定物の内周面、または外周面の測定を行う測定装置において、前記撮像手段（５）の魚眼レンズ、または広角レンズ（１０）の同軸上前方に、該照射手段（１３）と該投影手段（１６）、（１７）を配置した測定装置。
【請求項２】
前記照射手段１３のレーザー装置から該投影手段のコーンレンズ（１６）の平端面側中心に、該照射手段（１３）のレーザー装置からコリメートされた平行なレーザー光を照射することにより、該コーンレンズ（１６）円錐側より円錐状に拡げた線状のリング光（１５）を形成し、さらにコーンミラー（１７）によりリング光の円錐角度を拡げて照射する構成を透明なガラス管（１４）に収容した請求項１の測定装置。
【請求項３】
前記照射手段（１３）と該投影手段（１６）、（１７）を、該撮像手段（５）の魚眼レンズ、または広角レンズ（１０）を覆う透明ドーム（１２）の同軸上前方に取り付けた請求項１または請求項２の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は円柱体、曲面体、または管状の被測定物の半径、直径を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】従来、円柱体の外径、そして管状の被測定物の内径または外径の測定は、外測マクロメーター、内測マイクロメーターを測定用途に合わせて使用している。【０００３】内測、外測マイクロメーターによる測定は、測定する範囲が狭く測定径に合った範囲の測定器を選んで使用している。【０００４】また内測、外測マイクロメーターでは測定できない曲面の半径は三次元測定機を使用し算出している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】上記において、小径の被検査物であればノギス、マイクロメーターなどにより容易に測定することが可能であるが、大径の被測定物は容易に測定することが不可能である。【０００６】被測定物が円柱体ではなく、曲面体の半径測定の場合はノギス、マイクロメーターでは測定することは不可能であり、三次元測定機に搭載して測定しているため多くの時間を費やしている。【０００７】測定径が１ｍ以上では容易に測定することは容易ではない。【０００８】特に大径用外径マイクロメーターを使用する場合は、被測定物の直径部分に接触するアンビルとスピンドルを支持するフレーム部分が熱で膨張すると測定値が不正確なため、定められた温度環境下で使用している。
そのため、屋外など温度が不安定な場所での測定は不可能である。【０００９】本発明は内径外径測定器で内径、外径、曲面の測定を容易で環境温度変化に強く、かつ短時間で測定のできる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】上記目的を解決するため本発明の測定装置は、測定の１例として図１に示す。
被測定物１８の測定面１８ａを測定する測定装置であって、測定面１８ａに亘ってレーザー光を照射する照射手段１３と、
該照射手段１３により照射された光を円錐状のリング光１９に形成し投影する投影手段１６、１７と、該投影手段１６、１７により投影されたリング光１９を撮像する撮像手段５を備え、該撮像手段５による撮像情報に基づき被測定物の外周面１８ａの測定を行う測定装置において、前記撮像手段５の魚眼レンズ、または広角レンズ１０の同軸上前方に、該照射手段１３と該投影手段１６、１７を配置したことを第１の特徴としている。
なお撮像手段による測定の演算はパーソナルコンピュータで行う。【００１１】第２に、照射手段１３と、照射手段１３から平行にコリメートされたレーザー光をコーンレンズ１６平端部中心に照射することで、コーンレンズ１６の円錐部より該レーザー光を円錐状に拡げ、線状のリング光１５を形成し、さらにコーンミラー１７により円錐角度を拡げるリング光１９を形成する投影手段１６、１７を透明なガラス管１４に収容したことを特徴としている。【００１２】第３に前記ガラス管１４に収容した照射手段１３、投影手段１６、１７を該撮像手段５の魚眼レンズまたは広角レンズ１０の前方を覆う透明ドーム１２に撮像手段５中心軸上の前方に配置したことを特徴としている。【００１３】第４にガラス管１４に収容された照射手段１３、投影手段１６、１７の破損防止と、投影手段１６、１７より被測定面に照射されたリング光１９を外乱光から防ぐ保護ドーム６に、該撮像手段５中心軸上に被測定物の径中心が合致するＶ溝と、撮像手段５の測定値校正を行う基準面２０を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】以上のように構成される本発明によると、撮像手段５の魚眼レンズまたは広角レンズ１０同軸上前方にリング光形成の照射手段１３、投影手段１６、１７を配置したことにより、投影されたリング光１９を撮像側から正面で撮像することが可能になり、画像処理による測定が容易になった。【００１５】撮像手段５に魚眼レンズまたは広角レンズ１０を使用したことにより、焦点深度が深く被測定物の大きさが代わっても測定装置を変更することなく測定することが可能であり、測定時間の短縮になる。【００１６】測定装置を被測定物に接することで測定できるため、移動不可能な構造物の測定が可能である。【００１７】ノギス、マイクロメーターのように被測定物の内径や外径を挟むことなく測定できるため、大径の円柱体、管状の大内径の測定が可能である。【００１８】装置構成で環境温度変化による変位要素が少ないため、屋外で大型の被測定物を容易に測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】図１は、本発明の測定装置の概要を示す断面図である。測定の１例として図１に示されるように、本装置は被測定物１８に保護ドーム６の校正基準面２０のＶ溝部を押し付け、本実施形態においては被測定物外周１８ａの半径測定を行うことができる。【００２０】本測定装置は撮像手段５を内蔵する本体軸１は、本体２のスライド穴に挿入され、調整ネジ３とネジフック４により本体２と連結されている。撮像手段５と本体軸１を連結し固定するカメラナット７を、撮像手段５と固定ナット８で固定し、また固定ナット８はレンズホルダー１１と連結し固定ナット９によりレンズホルダー１１を固定し、レンズ部を構成している。
レンズホルダー１１には魚眼レンズまたは広角レンズ１０を備え、レンズホルダー１１の外周より透明ドーム１２を配置し、魚眼レンズまたは広角レンズ１０の中心軸前方に、透明なガラス管１４に収容した照射手段１３とリング光を形成する投影手段１６、１７を透明ドーム１２に固定している。【００２１】なお撮像手段５はデジタルカメラを使用している。【００２２】前記本体２のスライド穴に挿入された本体軸１は、調整ネジ３を回すことで本体２に対し本体軸１がスライドし、被測定物１８に投影されるリング光の位置を調整することで、被測定物の大きさに対応できる。【００２３】前記本体２は、撮像手段、照射手段、投影手段の保護と、被測定物に投影されたリング光を外乱光から保護するための保護ドーム６を配置している。【００２４】保護ドーム６は撮像手段５の中心軸上と被測定物の中心が合致するＶ溝と有しており、また撮像手段５と、リング光の位置と寸法を校正する基準面２０を有している。【００２５】該照射手段１３は平行にコリメートされたレーザー光をコーンレンズ１６平端面中心に照射されるようにコーンレンズとユニット化され、他方のコーンレンズ円錐部からは均一な線状の６０度に拡がる円錐状のリング光１５が形成されようにコーンレンズ円錐角度が設定されおり、中心位置とリング光の拡がる角度の調整を行う必要がない。【００２６】前記６０度に拡がる円錐状のリング光１５形成後に、円錐角９０度のコーンミラー１６を配置し、更に円錐状に拡がるリング光１９の角度を１２０度にしたことで、測定面１８ａとリング光１９が接する角度が鋭角になり曲面の形状を正確にとらえることで高精度に測定を行うことができる。【００２７】図２は被測定物２７の内周面２７ａを測定した断面形態図である。
図３は図２の内周面２７ａに投影されたリング光１９を正面から示した図である。
内周面２７ａの測定は保護ドーム６に内径測定用治具２６を取り付けて行う。内径測定用治具２６を取り付けることにより、被測定物２７の内周面Ｘ軸方向（ｇ、ｍ）と測定装置中心軸（ｈ、ｋ）が直角に設置され内周面２７ａの測定を行う。【００２８】内周面に投影されるリング光１９は、内周面２７ａの形状から横長の楕円１９ａが内周面２７ａに形成される。楕円の最長直径はａ（ｇ、ｍ）となり、最短直径はｂ（ｊ、ｌ）となる。
図２の長さａ（ｇ、ｍ）は、図３のａ（ｇ、ｍ）を置き換えたものである。
この内周面に投影された楕円を撮像した画像情報を最長直径値、最短直径値、中心座標値の算出に使用している関数は、非線形カーブフィット関数を使用している。【００２９】図２は内周面２７ａの測定値算出方法の１例として示す。
投影装置より投影される円錐状のリング光角度ｅは１２０度に設定されている。この角度ｅで想定する三角形座標点ｈ、ｇ、ｍと三角形座標点ｈ、ｊ、ｌにより座標点ｊ、ｌとｉ−ｋ間の長さを求めることにより、座標点ｊ、ｋ、ｌの３点を通過する円の半径値または直径値を求めることができる。算出方法の三角関数、３点を通過する円の演算式は公知であるため詳細な説明は割愛する。【００３０】また外周面の測定値算出方法は、楕円を形成する最長直径と最短直径が、内周面とは異なり最長直径はＹ軸、最短直径がＸ軸となるが計算方法は同一である。【００３１】図４は測定装置の校正を示すものである。
校正台２１の中心に、測定装置の保護ドーム６の基準面が設置できる基準穴２８と、３種類の基準内径２３、２４、２５を有するリングゲージ２２が設置できる基準穴２９を配置している。【００３２】校正台２１にセットされたリングゲージ２２と測定装置は、リング光投影位置を２３、２４、２５の内壁位置へ調整ネジ３を使用し順次移動してリング光を撮像する。【００３３】リングゲージ２３、２４、２５の内径寸法は一定間隔で製作されている。【００３４】リングゲージ位置２３、２４、２５の中心位置と各位置の内径寸法は判明しているので、この３か所の測定値の傾きを算出し補正値としている。【００３５】また内径の測定方法の形態例として、リングゲージによる校正方法と同様の形態で内径測定を行うことが可能である。【００３６】校正時のリングゲージの中心位置は記憶しており、被測定物を測定した中心位置との測定値差が大きい場合は、半径または直径測定値の不確実性が高い表示を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】測定装置の第一態様の概要を示す側断面図である。
【図２】測定装置の第二態様の概要を示す側断面図である。
【図３】測定の概要を示す図である。
【図４】測定装置の校正概要を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００３８】１：本体軸
２：本体
３：調整ネジ
４：ネジフック
５：撮像手段
６：保護ドーム
７：カメラナット
８：固定ナット
９：固定ナット
１０：魚眼レンズまたは広角レンズ
１１：レンズホルダー
１２：透明ドーム
１３：照射手段
１４：透明ガラス管
１５：６０度リング光
１６：コーンレンズ
１７：コーンミラー
１８：被測定物
１９：１２０度リング光
２０：基準面
２１：校正台
２２：リングゲージ
２３：基準内径
２４：基準内径
２５：基準内径
２６：内径測定用治具
２７：被測定物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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