(57)【要約】【課題】被測定対象となる円筒形状物体の内径または外径の寸法が大きく、直径を挟むように円筒形状物体の寸法測定装置を設けることが困難な場合でも、円筒形状物体の片側の一部分に対向するように円筒形状物体の寸法測定装置を設けるだけで円筒形状物体の内径または外径を高い精度で測定することができる円筒形状物体の寸法測定装置を提供する。【解決手段】円筒形状物体１の中心軸１ａと直交する平面内における円筒形状物体１の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を測定する測定手段２と、これら少なくとも３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置から円筒形状物体１の内径または外径を演算により算出する数値演算手段３とを備えた。【選択図】　　　図１
2004045206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状物体の内径または外径を測定する寸法測定装置であって、
円筒形状物体の中心軸と直交する平面内における円筒形状物体の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点の位置を測定する測定手段と、
これら少なくとも３つの点の位置から円筒形状物体の中心点を求め、この中心点と３つの点の位置から円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とする数値演算手段とを備えたことを特徴とする円筒形状物体の寸法測定装置。
【請求項２】
上記測定手段は、測定軸上を直線的に移動可能な接触子を円筒形状物体に当接させることにより測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの接触式距離計と、
これら接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段と、
この保持手段を円筒形状物体の中心軸と直交する方向に移動させて接触式距離計のそれぞれの接触子を円筒形状物体の外表面もしくは内表面に当接させる移動手段とを備え、
上記数値演算手段は、それぞれの測定軸においてそれぞれの接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから、円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算することを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置。
【請求項３】
上記測定手段は、測定軸上を直線的に移動可能な接触子を円筒形状物体に当接させることにより測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの接触式距離計と、
これら接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段と、
これら接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持された状態で、この平面内の回動軸を中心にして、これら接触式距離計と、保持手段とを回動させる回動手段とを備え、
上記数値演算手段は、回動軸を中心に回動するそれぞれの測定軸において接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから、円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とすることを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置。
【請求項４】
上記接触子は、直径が既知の球状をなしていることを特徴とする請求項２ないし請求項３のいずれかに記載の円筒形状物体の寸法測定装置。
【請求項５】
上記接触子は、直径が既知の車輪形状をなしていることを特徴とする請求項２ないし請求項３のいずれかに記載の円筒形状物体の寸法測定装置。
【請求項６】
上記測定手段は、測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの非接触式距離計と、
これら非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段とを備え、
上記数値演算手段は、それぞれの測定軸においてそれぞれの非接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とすることを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置。
【請求項７】
上記測定手段は、測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの非接触式距離計と、
これら非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段と、
これら非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持された状態で、この平面内の回動軸を中心にして、これら非接触式距離計と、保持手段とを回動させる回動手段とを備え、
上記数値演算手段は、回動軸を中心に回動する測定軸においてそれぞれの非接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから、円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とすることを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置。
【請求項８】
上記非接触式距離計は、渦電流式変位計を用いて円筒形状物体の外表面もしくは内表面の位置を検出するものであることを特徴とする請求項６ないし請求項７のいずれかに記載の円筒形状物体の寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば大径のパイプや機械部品など、円筒形状物体の外径または内径寸法を高精度に測定するために採用される円筒形状物体の寸法測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パイプや機械部品など、円筒形状物体の外径または内径寸法を測定するために採用される円筒形状物体の寸法測定装置としては、ノギスなどの接触式の計測器を用いた方法やレーザ等による非接触式の計測器を用いた方法が種々開発されている。
【０００３】
例えば、接触式の計測器を用いて測定する方法として、特開平７−３５５３６号公報には、図９に示すように鋼管３１をフレーム３２に設けられたアンビル固定子３３とノギスやマイクロメータなどからなる測定端子３４で挟み込むようにしてダイヤルゲージ３５で測定値を読み取る鋼管の外径寸法測定装置の技術が開示されている。また、特開平６−６６５５０号公報には、図１０に示すように、円筒までの距離を一定にした状態で、２本の測定子４２を円筒４１の両側から挟み込み、測定子４２の開き具合で外径寸法を測定するようにした円柱体の外径の測定方法および測定装置の技術が開示されている。
【０００４】
また、非接触式の計測器を用いた方法として、特開平６−２２９７２５号公報には、図１１に示すようにレーザ投光器５２と受光器５３とを測定対象円筒５１の両側に配置し、円筒５１によって生じる陰の長さから外径を測定する円筒状物体の外径測定方法の技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の円筒形状物体の寸法測定装置は、いずれも円筒形状物体の直径を挟むものであるので、被測定対象となる円筒形状物体の内径または外径の寸法が大きく、直径を挟むように寸法測定装置を設けることが困難な場合は、円筒形状物体の内径または外径を高い精度で測定することができないという不具合があった。
【０００６】
例えば、特開平７−３５５３６号公報に開示された技術は、小径の円筒形状物体に対しては従来広く行われている測定方法であるが、特に測定対象が大径の場合には、それを挟み込むフレーム３２も大きくなり、測定対象の中心軸に対して測定器を正確に直交させて配置するのが難しくなるため、正確な測定には熟練を要する方法である。また、円筒形状物体の周囲にスペースがなく、直径を挟むように寸法測定装置を設けることが困難な場合は、適用することができない。
【０００７】
特開平６−６６５５０号公報に開示された技術も、測定対象が大径の場合には２本の測定子４２が長大化することは避けられず、正確な測定が難しい。また、円筒形状物体の周囲にスペースがなく、直径を挟むように寸法測定装置を設けることが困難な場合は、適用することができない。
【０００８】
また、これらの接触式計測器を用いた方法は、測定対象が高温のものや移動しているものに対しては適用が困難という不具合があった。
【０００９】
一方、特開平６−２２９７２５号公報に開示された技術は、非接触であるために、測定対象が高温のものや移動しているものに対して有効であるが、１つのレーザを走査できる範囲には限界があるため、測定対象が大径の場合には、レーザ投光器と受光器との組み合わせを測定対象の両エッジ付近にそれぞれ１組ずつ計２組を配置することが必要になり、装置が複雑で高価になる。また、円筒形状物体の周囲にスペースがなく、円筒形状物体の直径に渡るような装置を設けることが困難な場合は、適用することができないという事情は前述の接触式計測器を用いた方法と同様である。
【００１０】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、被測定対象となる円筒形状物体の内径または外径の寸法が大きく、直径を挟むように寸法測定装置を設けることが困難な場合でも、円筒形状物体の片側の一部分に対向するように寸法測定装置を設けるだけで円筒形状物体の内径または外径を高い精度で測定することができる円筒形状物体の寸法測定装置を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、円筒形状物体の内径または外径を測定する寸法測定装置であって、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内における円筒形状物体の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点の位置を測定する測定手段と、これら少なくとも３つの点の位置から円筒形状物体の中心点を求め、この中心点と３つの点の位置から円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とする数値演算手段とを備えたことを特徴とする円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項１）。
【００１２】
本発明によれば、円筒形状物体の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点の位置を測定するので、直径を挟むように寸法測定装置を設ける必要がない結果、被測定対象となる円筒形状物体の内径または外径の寸法が大きく直径を挟むように寸法測定装置を設けることが困難な場合でも円筒形状物体の内径または外径を測定することができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、上記測定手段は、測定軸上を直線的に移動可能な接触子を円筒形状物体に当接させることにより測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの接触式距離計と、これら接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段と、この保持手段を円筒形状物体の中心軸と直交する方向に移動させて接触式距離計のそれぞれの接触子を円筒形状物体の外表面もしくは内表面に当接させる移動手段とを備え、上記数値演算手段は、それぞれの測定軸においてそれぞれの接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから、円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算することを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項２）。
【００１４】
この態様によれば、接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内において互いの相対位置を保つようになっているので、接触式距離計の各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データを求めるとともに各接触式距離計の測定軸の相対位置を斟酌するだけで、円筒形状物体の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点の位置を容易に同定することができる。
【００１５】
本発明の別の好ましい態様は、上記測定手段は、測定軸上を直線的に移動可能な接触子を円筒形状物体に当接させることにより測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの接触式距離計と、これら接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段と、これら接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持された状態で、この平面内の回動軸を中心にして、これら接触式距離計と、保持手段とを回動させる回動手段とを備え、上記数値演算手段は、回動軸を中心に回動するそれぞれの測定軸において接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから、円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とすることを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項３）。
【００１６】
この態様によれば、接触式距離計で測定した円筒形状物体の外表面もしくは内表面の３つの点が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内に位置した時に、算出される内径または外径が最小値となることを利用しているので、保持手段において、接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交するように精度よく設定することが困難な場合でも、円筒形状物体の一部分に対向するように円筒形状物体の寸法測定装置を設け、回動軸を中心にして、これら接触式距離計と、保持手段とを回動させるだけで、円筒形状物体の外径を高い精度で測定することができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様は、上記接触子は、直径が既知の球状をなしていることを特徴とする請求項２ないし請求項３のいずれかに記載の円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項４）。
【００１８】
この好ましい態様によれば、接触子を直径が既知の球状にすることで、被測定対象に対し、接触子がどの方向から接触しても、接触子の中心は常に、接触子の半径分外側の円周上に位置し、円筒形状物体の同定が容易になる。
【００１９】
また、本発明の別の好ましい態様は、上記接触子は、直径が既知の車輪形状をなしていることを特徴とする請求項２ないし請求項３のいずれかに記載の円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項５）。
【００２０】
この好ましい態様によれば、接触子を直径が既知の車輪形状にすることで、被測定対象に対し、接触子がどの方向から接触しても、接触子の中心は常に、接触子の半径分外側の円周上に位置し、円筒形状物体の同定が容易になる。また、被測定対象が回転していてもそれに併せて接触子が回転可能であることにより、円筒形状物体と測定装置との間に磨耗等の問題が発生することを防ぐことができる。
【００２１】
本発明の別の好ましい態様は、上記測定手段は、測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの非接触式距離計と、これら非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段とを備え、上記数値演算手段は、それぞれの測定軸においてそれぞれの非接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とすることを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項６）。
【００２２】
この態様によれば、非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内において互いの相対位置を保つようになっているので、非接触式距離計の各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データを求めるとともに各接触式距離計の測定軸の相対位置を斟酌するだけで、円筒形状物体の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点の位置を非接触で容易に同定することができる。
【００２３】
また、本発明の別の好ましい態様は、上記測定手段は、測定軸上において測定軸の基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの非接触式距離計と、これら非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持する保持手段と、これら非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、同一の平面内において互いの相対位置を保ちながら保持された状態で、この平面内の回動軸を中心にして、これら非接触式距離計と、保持手段とを回動させる回動手段とを備え、上記数値演算手段は、回動軸を中心に回動する測定軸においてそれぞれの非接触式距離計で測定した各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データと、それぞれの測定軸の互いの相対位置データとから、円筒形状物体の外表面もしくは内表面における少なくとも３つの点の位置を求めることにより、円筒形状物体の内径または外径を演算により算出し、回動による変化のうち最小値を内径または外径とすることを特徴とする請求項１記載の円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項７）。
【００２４】
この態様によれば、非接触式距離計で測定した円筒形状物体の外表面もしくは内表面の３つの点が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内に位置した時に、算出される内径または外径が最小値となることを利用しているので、保持手段において、非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交するように精度よく設定することが困難な場合でも、円筒形状物体の一部分に対向するように円筒形状物体の寸法測定装置を設け、回動軸を中心にして、これら非接触式距離計と、保持手段とを回動させるだけで、円筒形状物体の外径を高い精度で測定することができる。
【００２５】
そして本発明の好ましい態様は、上記非接触式距離計は、渦電流式変位計を用いて円筒形状物体の外表面もしくは内表面の位置を検出するものであることを特徴とする請求項６ないし請求項７のいずれかに記載の円筒形状物体の寸法測定装置である（請求項８）。
【００２６】
この態様によれば、簡単な構成で、経済的に円筒形状物体の内径または外径を高い精度で測定する非接触式の円筒形状物体の寸法測定装置を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について詳述する。図１は本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０の構成を示す概念図であり、図２は本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０の測定手段２の構成を示す側面図である。また、図３は本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０の測定手段２の構成を示す正面図であり、図４は本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０の接触子４ｃの構成を示す概念図である。
【００２８】
図１〜図３を参照して、図示の本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０は、大径のパイプや機械部品など、円筒形状物体１の外径寸法を測定するためのものであり、円筒形状物体１の中心軸１ａと直交する平面内における円筒形状物体１の外表面の直径１ｂを境としてその片側にある３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を測定する測定手段２と、これら少なくとも３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置から円筒形状物体１の中心点Ｄを求め、この中心点Ｄと３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置から円筒形状物体１の外径を演算により算出する数値演算手段３とを備えている。そして、大径のパイプや機械部品など、被測定対象となる円筒形状物体１の外径の寸法が大きく、直径を挟むように円筒形状物体の寸法測定装置を設けることが困難な場合でも、円筒形状物体１の一部分に対向するように円筒形状物体の寸法測定装置１０を設けることにより、円筒形状物体１の外径を測定することができるように構成されている。
【００２９】
上記測定手段２は、本実施形態では、３つの接触式距離計４と、これら接触式距離計４のそれぞれを保持する保持手段５と、この保持手段５を移動させて接触式距離計４のそれぞれの接触子４ｃを円筒形状物体１の外表面もしくは内表面に当接させる移動手段６とを備えている。
【００３０】
接触式距離計４は、測定軸４ａ上を直線的に移動可能な接触子４ｃを円筒形状物体１に当接させることにより測定軸４ａ上において測定軸４ａの基準位置４ｂから接触子４ｃの先端までの距離すなわち円筒形状物体１の外表面までの距離を測定可能とするものであり、本実施形態では、市場に広く流通して利用可能な接触式変位計が採用されている。この接触式変位計には、分解能が約０．２μｍの性能を有する図略の接触式変位センサが組み込まれており、測定軸４ａの基準位置４ｂから接触子４ｃの先端Ａ、Ｂ、Ｃまでの各距離データＹ１、Ｙ２、Ｙ３がディジタル信号に変換されて、それぞれ後述する数値演算手段３に出力される。
【００３１】
そして、接触子４ｃは、図４にも示すように、被測定対象に対し、接触子４ｃがどの方向から接触しても、接触子４ｃの中心を常に、接触子４ｃの半径分外側の円周上に位置させ、円筒形状物体１の同定が容易になるようにするために、直径ｄが既知の球状の形状をしている。
【００３２】
保持手段５は、これら接触式距離計４のそれぞれの測定軸４ａが、円筒形状物体１の中心軸１ａと直交する平面内において互いに一定の間隔距離Ｌを保ちながら平行になるように保持するための構造部材であり、図２、図３にも示すように、型鋼を略長方形のフレーム状に組んで、その長手両端５ａ、５ｂにそれぞれ接触式距離計４を保持するとともに、その中央部分５ｃにも接触式距離計４を保持している。そして合計３つの接触式距離計４のそれぞれの基準位置４ｂがこの保持手段５の上に定められている。
【００３３】
移動手段６は、保持手段５を円筒形状物体の中心軸と直交する方向に移動させて接触式距離計のそれぞれの接触子を円筒形状物体の外表面もしくは内表面に当接させるためのものであり、図１に示すように、３つの接触式距離計４を互いに一定の間隔距離Ｌを保ちながら平行になるように保持した状態で、サーボモータ機構などからなる水平移動手段６ａや垂直移動手段６ｂにより移動して円筒形状物体１を測定する測定姿勢と円筒形状物体１から離脱して待機する待機姿勢との間で変位することができるように構成されている。
【００３４】
上記数値演算手段３は、それぞれの測定軸４ａにおいてそれぞれの接触式距離計４で測定した各基準位置４ｂから円筒形状物体１の外表面までの各距離データＹ１、Ｙ２、Ｙ３と、それぞれの測定軸４ａの互いの間隔距離Ｌのデータとから、円筒形状物体１の外表面における少なくとも３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を求めることにより、円筒形状物体１の内径または外径を演算するために設けられた数値演算回路であり、本実施形態では、この機能を実現するものとしていわゆるマイクロコンピュータが採用されている。このマイクロコンピュータは、測定手段２の各接触式距離計４から入力されたディジタル形式の距離データを処理するとともに、このマイクロコンピュータに接続される液晶ディスブレーなどの表示器８に演算結果として円筒形状物体１の直径の数値を表示するように構成されている。
【００３５】
なお、本実施形態では、測定手段２に３つの接触式距離計４を採用したが、接触式距離計４の代わりに一般の光学式距離計、あるいは図５に示すような渦電流式変位計１４ｃを用いた円筒形状物体１の外表面の位置を検出する非接触式距離計１４を採用して３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を測定することも可能である。
【００３６】
渦電流式変位計１４ｃは、誘導コイル１４ｄを備え、この誘導コイル１４ｄに通電した状態で誘導コイル１４ｄを金属などの導体に近接させた場合に、その距離に応じて導体側に渦電流が発生する原理を応用した変位計であり、市場に流通して一般に利用可能となっているものである。
【００３７】
そして非接触式距離計１４として渦電流式変位計１４ｃを採用する場合は、非接触式距離計１４の測定軸１４ａ上を直線的に移動可能な渦電流式変位計１４ｃを円筒形状物体１に近接させるとともに、渦電流式変位計１４ｃの先端から円筒形状物体１までの距離を測定することにより測定軸１４ａ上において測定軸１４ａの基準位置１４ｂから円筒形状物体１の外表面までの距離を測定する。
【００３８】
このように非接触式距離計１４として渦電流式変位計１４ｃを採用した場合は、市場に流通して一般に利用可能となっている安価な変位計を採用可能であるので、簡単な構成で、経済的に円筒形状物体１の外径を高い精度で測定する非接触式の円筒形状物体の寸法測定装置を実現することができる。
【００３９】
次に図６を参照して、本発明の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０の作用について説明する。
【００４０】
図６は本発明の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０の数値演算手段３における演算の要領を説明するための説明図である。
【００４１】
図６を参照して、３つの点Ａ、Ｂ、Ｃのひとつ３つの点Ｂを原点（０、０）として、また、円筒形状物体１の断面の円に係る中心の座標を（α、β）、円の半径をｒとすると、円の任意の点（ｘ、ｙ）は、次の円の方程式で表される。
（ｘ−α）２＋（ｙ−β）２＝ｒ２
この円は、点（０、０）を通るので、ｘ＝０、ｙ＝０を代入して、
α２＋β２＝ｒ２
という関係式を得る。これにより円の方程式は次の式で表される。
（ｘ−α）２＋（ｙ−β）２＝α２＋β２
この円は、また、点Ａ（Ｘ１、Ｌ）、点Ｂ（Ｘ２、−Ｌ）を通るのでそれぞれの値を代入することにより、次の２式を得る。
Ｌ２−２βＬ＋Ｘ１２−２αＸ１＝０
Ｌ２＋２βＬ＋Ｘ２２−２αＸ２＝０
これより、
α＝（Ｘ１２＋Ｘ２２＋２Ｌ２）／（２Ｘ１＋２Ｘ２）　　　　　　　　　▲１▼
β＝（Ｌ２＋Ｘ１２−２αＸ１）／（２Ｌ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　▲２▼
ここで、Ｘ１、Ｘ２については、接触式距離計もしくは非接触式距離計における測定軸４ａ上の測定値をＹ１、Ｙ２、Ｙ３とすれば、次のような関係にある。
Ｘ１＝Ｙ２−Ｙ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　▲３▼、
Ｘ２＝Ｙ２−Ｙ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　▲４▼
また、直径Ｄは、次の式で表される。
Ｄ＝２ｒ＝２（α２＋β２）０．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　▲５▼
以上から、直径Ｄは、測定値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３と、既知の値Ｌとから▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼の式を用いて求めることができる。
【００４２】
このように、被測定対象物に対して測定器がどの位置にあっても、接触式距離計もしくは非接触式距離計の測定可能範囲内であれば、被測定対象の円筒形状物体１において曲率中心を演算によって計算することができ、円筒形状物体１の直径を求めることができる。
【００４３】
例えばＬが１５０ｍｍ、被測定物が概略６００ｍｍ程度の場合、接触式距離計もしくは非接触式距離計の測定精度が１μｍであれば、直径の算出精度は１５μｍ程度になる。
【００４４】
以上の演算要領は、円筒形状物体１の外径についてのみならず、円筒形状物体１の内径についても適用が可能であり、接触式距離計もしくは非接触式距離計を円筒形状物体１の内部から内表面に対向するようにして同様に測定すれば、円筒形状物体１の内径を測定することも可能である。
【００４５】
また円筒形状物体１を回転させながら連続的に測定するようにすれば、円筒形状物体１の偏心状態を計測することも可能となる。
【００４６】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０によれば、円筒形状物体１の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を測定するので、直径を挟むように寸法測定装置を設ける必要がない結果、被測定対象となる円筒形状物体１の内径または外径の寸法が大きく直径を挟むように寸法測定装置を設けることが困難な場合でも円筒形状物体１の内径または外径を測定することができる。
【００４７】
また、本発明の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０によれば、接触式距離計もしくは非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体の中心軸と直交する平面内において互いの相対位置を保つようになっているので、接触式距離計もしくは非接触式距離計の各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データを求めるとともに接触式距離計もしくは非各接触式距離計の測定軸の相対位置を斟酌するだけで、円筒形状物体の外表面もしくは内表面の任意の直径を境としてその片側にある少なくとも３つの点の位置を容易に同定することができる。
【００４８】
また、本発明の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置１０によれば、渦電流式変位計を用いた非接触式距離計の場合、簡単な構成で、経済的に円筒形状物体１の内径または外径を高い精度で測定する非接触式の円筒形状物体の寸法測定装置１０を実現することができる。
【００４９】
次に図７を参照して、本発明の第二の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置２０について説明する。図７は本発明の第二の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置２０の構成を示す概念図である。
【００５０】
以下、本発明の第二の実施の形態について第一の実施の形態と同様の点については説明を省略し、第一の実施の形態から異なる点についてのみ説明する。
【００５１】
図７を参照して、図示の本発明の第二の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置２０においては、測定手段２は、測定軸４ａの基準位置４ｂから円筒形状物体１の外表面までの距離を測定可能な少なくとも３つの接触式距離計４と、これら接触式距離計４のそれぞれの測定軸４ａが、同一の平面内において互いに一定の間隔距離Ｌを保ちながら平行になるように保持する保持手段５と、これら接触式距離計４のそれぞれの測定軸４ａが、同一の平面内において互いに一定の間隔距離Ｌを保ちながら平行になるように保持された状態で、この平面内の回動軸９ａを中心にして、これら接触式距離計４と、保持手段５とを回動させる回動手段９とを備えている。
【００５２】
また、数値演算手段３は、第二の実施の形態においては、回動軸９ａを中心に回動するそれぞれの測定軸４ａにおいて接触式距離計４で測定した各基準位置４ｂから円筒形状物体１の外表面までの各距離データの最小値と、平行になるように保持されているそれぞれの測定軸４ａの互いの間隔距離Ｌのデータとから、円筒形状物体１の外表面における少なくとも３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を求めることにより、円筒形状物体１の外径を演算により算出するように構成されている。
【００５３】
なお、第二の実施の形態についても、第一の実施の形態のように、接触式距離計４の代わりに渦電流式変位計を用いた距離計、あるいは一般の光学式距離計など、非接触式距離計を採用して３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を測定するように設計変更することが可能であることは同様である。
【００５４】
次に、本発明の第二の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置２０の作用について説明する。
【００５５】
円筒形状物体１の直径を測定する場合、接触式距離計４もしくは非接触式距離計が配置された平面が円筒形状物体１の中心軸１ａに直交する必要があるが、一般的にはいつもそのように測定器を厳密に配置することは困難である。本発明の第二の実施の形態では、接触式距離計４もしくは非接触式距離計のそれぞれの測定軸４ａが、同一の平面内において互いに一定の間隔距離Ｌを保ちながら平行になるように保持された状態で、この平面内の回動軸９ａを中心にして、これら接触式距離計４もしくは非接触式距離計と、保持手段５とを回動させ、接触式距離計もしくは非接触式距離計の各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データを連続的に測定した場合に、接触式距離計４もしくは非接触式距離計が配置された平面が中心軸１ａに直交した位置において、接触式距離計もしくは非接触式距離計の各基準位置から円筒形状物体の外表面もしくは内表面までの各距離データより演算される直径が最小になることを利用して、厳密に円筒形状物体の寸法測定装置２０が直交配置された場合と同様に円筒形状物体１の直径を測定する事を可能とするものである。
【００５６】
このように、本発明の第二の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置２０によれば、接触式距離計４もしくは非接触式距離計で測定した円筒形状物体１の外表面もしくは内表面の３つの点が、円筒形状物体１の中心軸と直交する平面内に位置した時に、接触式距離計４もしくは非接触式距離計で測定した各距離データより演算した直径が最小値となることを利用しているので、保持手段５において、接触式距離計４もしくは非接触式距離計のそれぞれの測定軸が、円筒形状物体１の中心軸と直交するように精度よく設定することが困難な場合でも、円筒形状物体１の一部分に対向するように円筒形状物体の寸法測定装置２０を設け、回動軸９ａを中心にして、これら接触式距離計４もしくは非接触式距離計と、保持手段５とを回動させるだけで、円筒形状物体１の外径を高い精度で測定することができる。
【００５７】
次に図８を参照して、本発明の実施形態に係る接触子４ｃの変形例について説明する。図８は本発明の実施形態に係る接触子４ｃの変形例の構成を示す概念図である。
【００５８】
図８を参照して、図示の本発明の実施形態に係る接触子４ｃの変形例は、車輪軸４ｄと車輪４ｅを備えることにより、直径ｄが既知の車輪形状をなしている。
【００５９】
この変形例によれば、接触子４ｃを直径ｄが既知の車輪形状にすることで、被測定対象に対し、接触子４ｃがどの方向から接触しても、接触子４ｃの中心は常に、接触子４ｃの半径分外側の円周上に位置し、円筒形状物体１の同定が容易になる。また、被測定対象が回転していてもそれに併せて接触子４ｃが回転可能であることにより、円筒形状物体１と円筒形状物体の寸法測定装置１０、２０との間に磨耗等の問題が発生することを防ぐことができる。
【００６０】
このため、円筒形状物体１を回転させながら連続的に測定して円筒形状物体１の偏心状態を計測する場合などに特に好適である。
【００６１】
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【００６２】
例えば、円筒形状物体の寸法測定装置１０、２０は、大径のパイプや機械部品などの外径寸法を測定するために採用されるものに必ずしも限定されない。パイプや機械部品以外の円筒形状物体１やこれらの内径についても、円筒形状物体１の中心軸１ａと直交する平面内における円筒形状物体１の内表面の任意の直径を境としてその片側にある３つの点Ａ、Ｂ、Ｃの位置を測定することができるものであるならば適用可能である。
【００６３】
また、測定手段２の接触式距離計４あるいは非接触式距離計の個数は、必ずしも３つに限定されない。３つ以上の接触式距離計４あるいは非接触式距離計を備え、これらの任意の３点の組み合わせのそれぞれに基づいて複数の直径の値を求め、平均値を算出したり、偏心状態を確認したりすることが可能である。
【００６４】
また、本実施例では、３つの距離計を互いに平行にかつ等間隔で同一平面内に配置した例であるが、同一平面内にあれば、これに限定されるものではない。例えば、距離計がある一点を向いて放射状に配置されていても相対位置が一定で既知であれば問題はない。
【００６５】
また、接触式距離計４の接触子４ｃは、直径ｄが既知の球状の形状と直径ｄが既知の車輪形状とが好適であるが、必ずしもこれらの形状に限らない。測定軸４ａ上を直線的に移動可能な接触子４ｃを円筒形状物体１に当接させることにより測定軸４ａ上において測定軸４ａの基準位置４ｂから円筒形状物体１の外表面までの距離を測定可能な形状であれば、採用可能である。
【００６６】
また、保持手段５も必ずしも図示の形状に限定されない。接触式距離計４のそれぞれの測定軸４ａが、円筒形状物体１の中心軸１ａと直交する平面内において互いに一定の間隔距離Ｌを保ちながら平行になるように保持するための構造であれば、種々の設計変更が可能である。
【００６７】
数値演算手段３も必ずしもマイクロコンピュータに限定されず、パーソナルコンピュータを適用するなど、種々の設計変更が可能である。また、液晶ディスブレーなどの表示器も必ずしも本発明を限定するものではない。
【００６８】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被測定対象となる円筒形状物体の内径または外径の寸法が大きく、直径を挟むように円筒形状物体の寸法測定装置を設けることが困難な場合でも、円筒形状物体の片側の一部分に対向するように円筒形状物体の寸法測定装置を設けるだけで円筒形状物体の内径または外径を高い精度で測定することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置の測定手段２の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置の測定手段の構成を示す正面図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置の接触子の構成を示す概念図である。
【図５】渦電流式変位計を用いた非接触式距離計の一例を示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置の数値演算手段における演算の要領を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態に係る円筒形状物体の寸法測定装置の構成を示す概念図である。
【図８】本発明の実施形態に係る接触子の変形例の構成を示す概念図である。
【図９】接触式計測器を用いた状来の円筒形状物体の寸法測定装置の一例を示す説明図である。
【図１０】接触式計測器を用いた状来の円筒形状物体の寸法測定装置のもう一つの例を示す説明図である。
【図１１】非接触式計測器を用いた状来の円筒形状物体の寸法測定装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　　　　　円筒形状物体
１ａ　　　　中心軸
２　　　　　　測定手段
３　　　　　　数値演算手段
４　　　　　　接触式距離計
４ａ　　　　測定軸
４ｂ　　　　基準位置
４ｃ　　　　接触子
５　　　　　　保持手段
６　　　　　　移動手段
９　　　　　　回動手段
９ａ　　　　回動軸
１０、２０　　　　　　円筒形状物体の寸法測定装置
Ａ、Ｂ、Ｃ　　　　　　３つの点
Ｄ　　　　　　中心点
【図１】
2004045206.tif 000003
【図２】
2004045206.tif 000004
【図３】
2004045206.tif 000005
【図４】
2004045206.tif 000006
【図５】
2004045206.tif 000007
【図６】
2004045206.tif 000008
【図７】
2004045206.tif 000009
【図８】
2004045206.tif 000010
【図９】
2004045206.tif 000011
【図１０】
2004045206.tif 000012
【図１１】
2004045206.tif 000013