(57)【要約】【課題】寸法測定装置で測定された寸法の補正量を得るにあたり、より正確な寸法の補正量を得ること。【解決手段】測定対象物の表面から内部にパルス状の超音波を送信し、測定対象物からの超音波の反射エコーを受信し、受信した反射エコーに基づいて測定対象物の温度を推定し、推定した測定対象物の温度に基づいて、寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法の補正量を取得する。測定対象物の内部平均温度に基づいて補正量を取得することができるので、熱膨張により変化する寸法の変化量をより正確に把握することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
寸法測定装置によって測定された測定対象物の寸法の補正量を取得する寸法補正量取得装置であって、
測定対象物の表面から内部にパルス状の超音波を送信するとともに測定対象物からの超音波の反射エコーを受信する超音波送受信部と、
前記超音波送受信部に受信された反射エコーに基づいて、測定対象物の温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部により推定された温度に基づいて、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法の補正量を取得する補正量取得部と、
を備える、寸法補正量取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の寸法補正量取得装置において、
前記温度推定部は、前記超音波送受信部が測定対象物の一表面から内部に超音波を送信してから、その超音波が測定対象物の内部を通過して測定対象物の他表面で反射したときに生じる超音波の反射エコーを受信するまでの時間と、超音波が測定対象物の前記一表面と前記他表面との間を往復する距離とに基づいて、測定対象物の内部を往復する超音波の音速を推定する音速推定部を備え、前記音速推定部により推定された音速に基づいて測定対象物の温度を推定する、寸法補正量取得装置。
【請求項３】
請求項２に記載の寸法補正量取得装置において、
前記温度推定部は、前記音速推定部により推定された音速を、予め記憶されている測定対象物の前記一表面から前記他表面に亘る内部平均温度と超音波の音速との関係に照らし合わせることにより、測定対象物の温度を推定する、寸法補正量取得装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の寸法補正量取得装置において、
前記補正量取得部は、前記温度推定部により推定された測定対象物の温度と予め定められている基準温度との差をΔＴ、測定対象物を構成する材質の線膨張係数をα、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法をｄとしたときに、前記補正量Δｄを、以下の式
Δｄ＝α×ｄ×ΔＴ
により計算する、寸法補正量取得装置。
【請求項５】
寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法の補正量を算出する寸法補正量算出方法であって、
測定対象物の表面から内部にパルス状の超音波を送信する超音波送信工程と、
測定対象物からの超音波の反射エコーを受信する反射エコー受信工程と、
反射エコー受信工程にて受信された反射エコーに基づいて、測定対象物の温度を推定する温度推定工程と、
前記温度推定工程にて推定された測定対象物の温度に基づいて、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法の補正量を取得する補正量取得工程と、
を含む、寸法補正量算出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の寸法補正量算出方法において、
前記温度推定工程は、測定対象物の一表面から内部に超音波を送信してから、その超音波が測定対象物の内部を通過して測定対象物の他表面で反射したときに生じる反射エコーを前記反射エコー受信工程にて受信するまでの時間と、超音波が測定対象物の前記一表面と前記他表面との間を往復する距離とに基づいて、測定対象物の内部を往復する超音波の音速を推定し、推定した音速に基づいて測定対象物の温度を推定する工程である、寸法補正量算出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の寸法補正量算出方法において、
前記温度推定工程は、推定した音速を、予め記憶されている測定対象物の前記一表面から他表面に亘る内部平均温度と超音波の音速との関係に照らし合わせることにより、測定対象物の内部平均温度を推定する工程である、寸法補正量算出方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の寸法補正量算出方法において、
前記補正量取得工程は、前記温度推定工程にて推定された測定対象物の温度と予め定められている基準温度との差をΔＴ、測定対象物を構成する材質の線膨張係数をα、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法をｄとしたときに、前記補正量Δｄを、以下の式
Δｄ＝α×ｄ×ΔＴ
により計算する工程である、寸法補正量算出方法。
【請求項９】
ワークを加工するための加工具と、
前記加工具で加工される部位に関連するワークの寸法を測定する寸法測定装置と、
ワークの表面から内部にパルス状の超音波を送信するとともにワークからの超音波の反射エコーを受信する超音波送受信部と、
前記超音波送受信部に受信された反射エコーに基づいて、ワークの温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部により推定されたワークの温度に基づいて、前記寸法測定装置により測定されたワークの寸法の補正量を取得する補正量取得部と、
前記補正量取得部により取得された補正量に基づいて前記加工具によるワークの加工量を制御する加工量制御部と、
を備えるワークの加工装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のワークの加工装置において、
前記温度推定部は、前記超音波送受信部がワークの一表面から内部に超音波を送信してから、その超音波がワークの内部を通過してワークの他表面で反射したときに生じる超音波の反射エコーを受信するまでの時間と、超音波がワークの前記一表面と前記他表面との間を往復する距離とに基づいて、ワークの内部を往復する超音波の音速を推定する音速推定部を備え、前記音速推定部により推定された音速に基づいてワークの温度を推定する、ワークの加工装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のワークの加工装置において、
前記温度推定部は、前記音速推定部により推定された音速を、予め記憶されているワークの前記一表面から前記他表面に亘る内部平均温度と超音波の音速との関係に照らし合わせることにより、ワークの温度を推定する、ワークの加工装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のワークの加工装置において、
前記補正量取得部は、前記温度推定部により推定されたワークの温度と予め定められている基準温度との差をΔＴ、測定対象物を構成する材質の線膨張係数をα、前記寸法測定部に測定されたワークの寸法をｄとしたときに、前記補正量Δｄを、以下の式
Δｄ＝α×ｄ×ΔＴ
により計算する、ワークの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寸法補正量取得装置、寸法補正量算出方法およびワークの加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、測定対象物の寸法を測定するとともに測定対象物の温度を測定し、測定温度に応じて、熱膨張によって生じる寸法誤差を補正するための補正量を取得する補正量取得装置が知られている。例えば、特許文献１は、リングゲージでゼロ点補正された測定器でワークの寸法を測定し、その後、リングゲージの温度およびワークの温度に基づいて、測定器で測定されたワークの寸法の補正量を取得する補正量取得装置を開示する。また、特許文献２は、測定対象物の温度変化に基づいて寸法の補正量を取得する補正量取得装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３１２５５７号公報
【特許文献２】特開平３−１００４１２号公報
【発明の概要】
【０００４】
上記した特許文献１および特許文献２に記載の補正量取得装置によれば、ワークの表面温度に基づいて寸法の補正量が算出される。しかしながら、ワークの熱膨張による寸法の変化量は、ワークの表面温度よりもむしろ内部温度に依存する。したがって、表面温度と内部温度の差が大きい場合等には、ワークの表面温度に基づいて得られる寸法の補正量が実際に必要な寸法の補正量と大きく乖離する。そこで、本発明は、より正確な寸法の補正量を得ることを目的とする。
【０００５】
本発明は、寸法測定装置によって測定された測定対象物の寸法の補正量を取得する寸法補正量取得装置であって、測定対象物の表面から内部にパルス状の超音波を送信するとともに測定対象物からの超音波の反射エコーを受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部に受信された反射エコーに基づいて、測定対象物の温度を推定する温度推定部と、前記温度推定部により推定された測定対象物の温度に基づいて、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法の補正量を取得する補正量取得部と、を備える、寸法補正量取得装置を提供する。
【０００６】
前記温度推定部は、前記超音波送受信部が測定対象物の一表面から内部に超音波を送信してから、その超音波が測定対象物の内部を通過して測定対象物の他表面で反射したときに生じる超音波の反射エコーを受信するまでの時間と、超音波が測定対象物の前記一表面と前記他表面との間を往復する距離とに基づいて、測定対象物の内部を往復する超音波の音速を推定する音速推定部を備え、前記音速推定部により推定された音速に基づいて測定対象物の温度を推定するのがよい。この場合、前記温度推定部は、前記音速推定部により推定された音速を、予め記憶されている測定対象物の前記一表面から前記他表面に亘る内部平均温度と超音波の音速との関係に照らし合わせることにより、測定対象物の温度を推定するのがよい。また、前記補正量取得部は、前記温度推定部により推定された測定対象物の温度と予め定められている基準温度との差をΔＴ、測定対象物を構成する材質の線膨張係数をα、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法をｄとしたときに、前記補正量Δｄを、以下の式
Δｄ＝α×ｄ×ΔＴ
により計算するとよい。
【０００７】
本発明によれば、測定対象物の内部を通過する超音波の反射エコーを利用して測定対象物の温度が推定され、推定された温度に基づいて、寸法測定装置によって測定された測定対象物の寸法の補正量が取得される。測定対象物の内部を通過する超音波の反射エコーに基づいて推定される温度は、測定対象物の内部の平均温度を表す。測定対象物の内部平均温度に基づいて補正量を取得することにより、測定対象物の表面温度に基づいて寸法の補正量を取得する場合に比較して、熱膨張により変化する寸法の変化量をより正確に把握することができる。このためより正確な補正量を取得することができる。
【０００８】
また、本発明は、寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法の補正量を算出する寸法補正量算出方法であって、測定対象物の表面から内部にパルス状の超音波を送信する超音波送信工程と、測定対象物からの超音波の反射エコーを受信する反射エコー受信工程と、反射エコー受信工程にて受信された反射エコーに基づいて、測定対象物の温度を推定する温度推定工程と、前記温度推定工程にて推定された測定対象物の温度に基づいて、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法の補正量を取得する補正量取得工程と、を含む、寸法補正量算出方法を提供する。
【０００９】
前記温度推定工程は、測定対象物の一表面から内部に超音波を送信してから、その超音波が測定対象物の内部を通過して測定対象物の他表面で反射したときに生じる反射エコーを前記反射エコー受信工程にて受信するまでの時間と、超音波が測定対象物の前記一表面と前記他表面との間を往復する距離とに基づいて、測定対象物の内部を往復する超音波の音速を推定し、推定した音速に基づいて測定対象物の温度を推定する工程であるのがよい。この場合、前記温度推定工程は、推定した音速を、予め記憶されている測定対象物の前記一表面から前記他表面に亘る内部平均温度と超音波の音速との関係に照らし合わせることにより、測定対象物の温度を推定する工程であるのがよい。また、前記補正量取得工程は、前記温度推定工程にて推定された測定対象物の温度と予め定められている基準温度との差をΔＴ、測定対象物を構成する材質の線膨張係数をα、前記寸法測定装置により測定された測定対象物の寸法をｄとしたときに、前記補正量Δｄを、以下の式
Δｄ＝α×ｄ×ΔＴ
により計算する工程であるとよい。
【００１０】
本発明に係る寸法補正量算出方法によっても、上述の寸法補正量取得装置の発明と同様の作用効果を奏する。
【００１１】
また、本発明は、ワークを加工するための加工具と、前記加工具で加工される部位に関連するワークの寸法を測定する寸法測定装置と、ワークの表面から内部にパルス状の超音波を送信するとともにワークからの超音波の反射エコーを受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部に受信された反射エコーに基づいて、ワークの温度を推定する温度推定部と、前記温度推定部により推定されたワークの温度に基づいて、前記寸法測定装置により測定されたワークの寸法の補正量を取得する補正量取得部と、前記補正量取得部により取得された補正量に基づいて前記加工具によるワークの加工量を制御する加工量制御部と、を備えるワークの加工装置を提供する。
【００１２】
前記温度推定部は、前記超音波送受信部がワークの一表面から内部に超音波を送信してから、その超音波がワークの内部を通過してワークの他表面で反射したときに生じる超音波の反射エコーを受信するまでの時間と、超音波がワークの前記一表面と前記他表面との間を往復する距離とに基づいて、ワークの内部を往復する超音波の音速を推定する音速推定部を備え、前記音速推定部により推定された音速に基づいてワークの温度を推定するのがよい。この場合、前記温度推定部は、前記音速推定部により推定された音速を、予め記憶されているワークの前記一表面から前記他表面に亘る内部平均温度と超音波の音速との関係に照らし合わせることにより、ワークの温度を推定するのがよい。また、前記補正量取得部は、前記温度推定部により推定されたワークの温度と予め定められている基準温度との差をΔＴ、測定対象物を構成する材質の線膨張係数をα、前記寸法測定部に測定されたワークの寸法をｄとしたときに、前記補正量Δｄを、以下の式
Δｄ＝α×ｄ×ΔＴ
により計算するとよい。
【００１３】
本発明に係るワークの加工装置によっても、上述の寸法補正量取得装置の発明と同様の作用効果を奏する。加えて、加工具でワークを加工しながら、インラインでワークの内部平均温度に基づいて加工量を制御することができる。このためよりワークの加工精度を向上させることができる。
【００１４】
上記発明において、測定対象物（あるいはワーク）の「一表面」とは、超音波が測定対象物（あるいはワーク）に入射する箇所を含む面であり、「他表面」とは、測定対象物（あるいはワーク）内部を通過した超音波が反射する箇所を含む面である。超音波の入射箇所と反射箇所は、場所が異なっていれば、同一面上に存在していてもよいし異なる面上に存在していてもよい。したがって、上記「一表面」と「他表面」は、同一面でもよいし異なった面でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る寸法補正量取得装置の概略図である。
【図２】音速ｃと測定対象物の内部平均温度Ｔとの関係を求めるための実験装置の概略図である。
【図３】超音波が測定対象物内部を進行する様子を模式的に描いた図である。
【図４】波形解析部に入力されるエコー信号の強度の時間変化を示すグラフである。
【図５】（２）式により表わされる内部平均温度Ｔと音速ｃとの関係を表すグラフである。
【図６】本実施形態の寸法補正量取得装置が組み込まれた加工装置を示す図である。
【図７】寸法測定装置と、バイトと、バイトにより切削加工されているワークＷの配置関係を、図６のＹ軸方向から見た図である。
【図８】超音波がワークＷの内部を径方向に進むようにワークＷに取付けられている超音波探触子が用いられた加工装置をＹ軸方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る寸法補正量取得装置の概略図である。図１に示すように、寸法補正量取得装置１は、検査ステージ１０と、寸法測定装置２０と、補正量演算装置３０と、表示装置４０とを備える。この寸法補正量取得装置１は、寸法測定装置２０によって測定（計算）された測定対象物ＯＢの寸法ｄの補正量Δｄを取得する。
【００１７】
検査ステージ１０は平板形状をなし、その上に測定対象物ＯＢが載置される。本実施形態においては、測定対象物ＯＢは、側周面Ｓ１、一方端面Ｓ２および他方端面Ｓ３を有する円柱形状（または円筒形状）をなす。また、この測定対象物ＯＢは、例えば切削加工により成形され、切削加工直後に検査ステージ１０上に載置される。よって、測定対象物ＯＢは切削加工時に発生する摩擦熱によって加熱されている。加熱による熱膨張によって、測定対象物ＯＢの寸法は基準温度Ｔｒｅｆにおける寸法から変化している可能性がある。
【００１８】
寸法測定装置２０は、測定対象物ＯＢの寸法を計算するとともに、計算した寸法ｄを表す値を後述する信号処理装置３３に出力する。本実施形態では、寸法測定装置２０で計算される寸法は、円柱形状の測定対象物ＯＢの軸方向長さである。寸法測定装置２０として、本実施形態ではレーザ光を利用した非接触式の測定装置が利用されるがこの限りでない。レーザ光を利用した非接触式の測定装置を用いる場合、寸法測定装置２０は、レーザ光源と、受光センサと、演算回路とを備える。レーザ光源からは、測定対象物ＯＢに向けてレーザ光が出射される。受光センサは測定対象物ＯＢの表面に照射されたレーザ光の反射光を受光する。演算回路は、受光センサで受光した反射光の強度等に基づいてレーザ光源から測定対象物までの距離を計算し、計算した距離に基づいて測定対象物ＯＢの寸法を計算する。
【００１９】
補正量演算装置３０は、超音波探触子（超音波送受信部）３１と、パルサーレシーバ３２と、信号処理装置３３とを備える。超音波探触子３１は図１に示すように測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２にジェル状の接触媒質（超音波伝達媒質）Ｊを介して当接されており、当接部位から測定対象物ＯＢ内に超音波を送信するとともに測定対象物ＯＢからの超音波の反射エコーを受信する。パルサーレシーバ３２は、パルサー部３２１とレシーバ部３２２とを有する。パルサー部３２１は超音波探触子３１を励振させるためのパルス信号を出力する。レシーバ部３２２は超音波探触子３１が受信した超音波の反射エコーを表す値を取得するとともに取得した値をエコー信号として信号処理装置３３に出力する。
【００２０】
信号処理装置３３は、波形解析部（音速推定部）３３１と、温度推定部３３２と、基準温度寸法換算部（補正量取得部）３３３とを有する。波形解析部３３１は、レシーバ部３２２からエコー信号を入力するとともに、入力したエコー信号に基づいて測定対象物ＯＢの内部を進んだ超音波の音速ｃを計算（推定）し、計算した音速ｃを表す値を温度推定部３３２に出力する。温度推定部３３２は、入力した音速ｃを表す値に基づいて測定対象物ＯＢの内部の温度、より具体的には超音波が測定対象物ＯＢの内部を通過した領域における平均温度（以下、内部平均温度）Ｔを推定し、推定した内部平均温度Ｔを表す値を基準温度寸法換算部３３３に出力する。基準温度寸法換算部３３３は、寸法測定装置２０から測定対象物ＯＢの寸法ｄを表す値を、温度推定部３３２から測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔを表す値を入力し、これらの入力情報に基づいて、寸法ｄの補正量Δｄを演算する。この補正量Δｄは、寸法測定装置２０を用いて測定された測定対象物ＯＢの寸法（軸方向長さ）ｄと、測定対象物ＯＢの温度が基準温度Ｔｒｅｆであるときに要求される基準寸法（基準軸方向長さ）ｄｒｅｆとの差を表す。また、基準温度寸法換算部３３３は、補正量Δｄを表示装置４０に出力する。表示装置４０は例えば液晶モニタであり、入力した補正量Δｄを表示する。
【００２１】
上記したように、温度推定部３３２は測定対象物ＯＢの内部を進む超音波の音速ｃに基づいて測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔを計算（推定）する。ここで、音速ｃの大きさは超音波が通過する媒体の平均温度（本実施形態の場合は測定対象物ＯＢの内部平均温度）に依存する。音速ｃと測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔとの関係は測定対象物ＯＢの形状や材質によって変化するので、予め調査しておく必要がある。本実施形態では、図２に示す実験装置を用いて、測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から他方端面Ｓ３に亘る内部平均温度Ｔと、上記両端面Ｓ２−Ｓ３間を通る超音波の音速ｃとの関係が予め求められる。この実験装置２によれば、恒温槽６１内に、検査ステージ１０上に載置された測定対象物ＯＢが収容される。また、測定対象物ＯＢの内部に第１温度センサ６２が取付けられ、恒温槽６１内の雰囲気中に第２温度センサ６３が取付けられる。なお、複数の温度センサによって測定対象物ＯＢの内部温度を測定するように構成してもよい。さらに、恒温槽６１内の測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２に超音波探触子３１が接触媒質Ｊを介して当接される。この超音波探触子３１にはパルサーレシーバ３２が電気的に接続される。パルサーレシーバ３２には波形解析部３３１が電気的に接続される。
【００２２】
このような実験装置２において、まず恒温槽６１内の雰囲気温度を所定の温度Ｔ１に設定し、測定対象物ＯＢの内部温度が温度Ｔ１に達するまで放置する。測定対象物ＯＢの温度が温度Ｔ１に達した後に、パルサーレシーバ３２から超音波探触子３１にパルス信号を出力する。すると、超音波探触子３１からパルス状の超音波が出力される。この超音波は接触媒質Ｊを介して測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から測定対象物ＯＢの内部に進入する。
【００２３】
図３は、超音波が測定対象物ＯＢ内部を進行する様子を模式的に描いた図である。図３に示すように、超音波探触子３１から発振された超音波は、接触媒質Ｊを介して測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から内部に入射する。このとき、入射する超音波の反射エコーが発生する。また、測定対象物ＯＢの内部に進入した超音波は他方端面Ｓ３で反射する。このときにも超音波の反射エコーが発生する。これらの反射エコーがパルサーレシーバ３２に受信される。パルサーレシーバ３２で受信された反射エコーを表す値がエコー信号として波形解析部３３１に入力される。
【００２４】
図４は、波形解析部３３１に入力されるエコー信号の強度の時間変化を示すグラフである。図４によれば、時刻ｔ０にて１回目のエコー信号が入力され、時刻ｔ１にて２回目のエコー信号が入力される。１回目のエコー信号は測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から超音波が入射する際に生じる超音波の反射エコーを表し、２回目のエコー信号は測定対象物ＯＢ内部を通過した超音波が測定対象物ＯＢの他方端面Ｓ３で反射する際に生じる超音波の反射エコーを表す。また、波形解析部３３１に１回目のエコー信号が入力されてから２回目のエコー信号が入力されるまでの間に、測定対象物ＯＢ内部を進む超音波は測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２と他方端面Ｓ３との間を往復する。測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２と他方端面Ｓ３との間の距離Ｌは既知であるので、超音波の上記往復距離も既知（２Ｌ）である。つまり、時刻ｔ０からｔ１の間に超音波が進む距離が２Ｌである。よって、以下の（１）式によって超音波の音速ｃを求めることができる。
ｃ＝２Ｌ／（ｔ１−ｔ０）      （１）
ここで、時間（ｔ１−ｔ０）は、超音波探触子３１が測定対象物ＯＢ内部に超音波を送信してから測定対象物ＯＢの内部を通過して測定対象物ＯＢの他方端面Ｓ３で反射したときに生じる超音波の反射エコーを受信するまでの時間に等しい。
【００２５】
また、超音波の音速ｃは通過する媒体の温度に依存する。したがって、音速ｃは、測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から他方端面Ｓ３に亘る内部平均温度Ｔに依存する。測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔと音速ｃは、以下の（２）式に示す相関関係を持つ。
ｃ＝ＡＴ＋Ｂ                  （２）
ここで、Ａ、Ｂは超音波が通過する媒体（測定対象物ＯＢ）に固有の定数である。図５は、（２）式により表わされる内部平均温度Ｔと音速ｃとの関係を表すグラフの一例である。
【００２６】
以上のことから、恒温槽６１の設定温度を種々変更して測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔを種々変更させるとともに変更させたそれぞれの内部平均温度Ｔごとに超音波の音速ｃを推定し、内部平均温度Ｔとそれに対応する音速ｃとの複数の組み合わせを求め、複数の組み合わせを（２）式に当てはめることにより、ＡおよびＢを決定することができる。（２）式のＡおよびＢが求められれば、音速ｃと測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔとの関係が定まる。こうして定められた測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から他方端面Ｓ３に亘る内部平均温度Ｔと音速ｃとの関係が、温度推定部３３２に予め記憶されている。温度推定部３３２は、記憶されている音速ｃと測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔとの関係に、入力された音速ｃを照らし合わせることにより、音速ｃに基づいて測定対象物ＯＢの内部平均温度Ｔを推定することができる。
【００２７】
次に、寸法補正量取得装置１の作動について説明する。まず、寸法測定装置２０を用いて測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２までの距離ｈを測定する。この場合において、寸法測定装置２０は、測定対象物ＯＢの直上にて検査ステージ１０から距離Ｈだけ高さ方向に離れた位置で固定されおり、測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２のうちレーザ光源から垂直下方に位置する部分にレーザ光が照射される。したがって、測定距離ｈは寸法測定装置２０と測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２との間の高さ方向における距離を表す。この測定距離ｈを距離Ｈから減算することにより、測定対象物ＯＢの寸法ｄ（一方端面Ｓ２から他方端面Ｓ３までの軸方向長さ）が計算される。計算された寸法ｄを表す値が基準温度寸法換算部３３３に出力される。
【００２８】
また、パルサーレシーバ３２のパルサー部３２１からパルス信号が超音波探触子３１に出力される。すると、超音波探触子３１からパルス状の超音波が送信される。この超音波は接触媒質Ｊを介して測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２に伝わる。そして、測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から測定対象物ＯＢの内部にパルス状の超音波が送信される（超音波送信工程）。このとき、一方端面Ｓ２から入射する超音波の反射エコーが発生する。発生した反射エコーは超音波探触子３１に受信され、さらにパルサーレシーバ３２のレシーバ部３２２に受信される。レシーバ部３２２で受信された反射エコーを表す値がエコー信号として、レシーバ部３２２から波形解析部３３１に入力される。
【００２９】
また、超音波探触子３１からの超音波は、測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から測定対象物ＯＢの内部にも進入する。内部に進入した超音波は他方端面Ｓ３に向かって測定対象物ＯＢの内部を進行する。そして、測定対象物ＯＢの他方端面Ｓ３で反射する。このとき超音波の反射エコーが発生する。発生した超音波の反射エコーは超音波探触子３１に受信され、さらにパルサーレシーバ３２のレシーバ部３２２に入力される（反射エコー受信工程）。レシーバ部３２２で受信された反射エコーを表す値がエコー信号として、レシーバ部３２２から波形解析部３３１に入力される。
【００３０】
波形解析部３３１では、１回目のエコー信号（測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２で反射した超音波の反射エコーを表す信号）が入力された時（図４において時刻ｔ０）から２回目のエコー信号（測定対象物ＯＢの他方端面Ｓ３で反射した超音波の反射エコーを表す信号）が入力された時（図４において時刻ｔ１）までの時間Δｔ（＝ｔ１−ｔ０）が計測される。そして、上記（１）式を用いて測定対象物ＯＢの内部を通過する超音波の音速ｃが計算される。計算された音速ｃを表す値が温度推定部３３２に出力される。
【００３１】
温度推定部３３２では、入力された音速ｃを表す値、予め決定されている固有定数Ａ、Ｂを上記（２）式に代入することにより、測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から他方端面Ｓ３に亘る内部平均温度Ｔ（Ｋ）が演算される（温度推定工程）。演算された内部平均温度Ｔを表す値が基準温度寸法換算部３３３に出力される。
【００３２】
基準温度寸法換算部３３３では、寸法測定装置２０から入力された寸法ｄを表す値および、温度推定部３３２から入力された内部平均温度Ｔを表す値に基づいて、補正量（寸法補正量）Δｄを演算する（補正量取得工程）。具体的には、以下の（３）式を用いて補正量Δｄが演算される。
Δｄ＝α×ｄ×ΔＴ      （３）
上記（３）式において、αは測定対象物ＯＢを構成する材質の熱膨張係数（１／Ｋ）、ΔＴは、内部平均温度Ｔと予め定められている基準温度Ｔｒｅｆとの差（Ｔ−Ｔｒｅｆ）である。基準温度Ｔｒｅｆは、例えば２０℃（２９３Ｋ）に設定することができる。
【００３３】
（３）式により求められた補正量Δｄは表示装置４０に出力される。そして、表示装置４０に補正量Δｄが表示される。作業者は表示装置４０に表示された補正量Δｄに基づいて測定対象物ＯＢの加工条件を変更することができる。例えば、測定対象物ＯＢの温度が基準温度Ｔｒｅｆであるときに測定対象物ＯＢの寸法が基準寸法ｄ＊であるように加工する場合において、熱収縮による寸法変化（補正量Δｄ）を考慮して、測定対象物ＯＢの寸法がｄ＊＋Δｄとなるように測定対象物ＯＢの加工条件が変更される。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、測定対象物ＯＢの内部を通過する超音波の反射エコーを利用して測定対象物ＯＢの一方端面Ｓ２から他方端面Ｓ３に亘る内部平均温度が推定され、推定された温度に基づいて、寸法測定装置２０によって測定された測定対象物ＯＢの寸法ｄの補正量Δｄが取得される。測定対象物ＯＢの内部平均温度に基づいて補正量Δｄを取得することにより、測定対象物ＯＢの表面温度に基づいて寸法の補正量を取得する従来に示す場合に比較して、熱膨張により変化する寸法の変化量をより正確に把握することができる。このためより正確な補正量を取得することができる。
【００３５】
上記構成の寸法補正量取得装置１は、ワークを加工するための加工装置に組み込むことができる。そして、加工装置で加工されているワークＷの加工寸法の補正量をリアルタイムで演算することもできる。この場合、リアルタイムで演算した補正量に基づいて、加工装置による測定対象物ＯＢの加工条件をリアルタイムで（すなわちインラインで）変更することができる。
【００３６】
図６は、本実施形態の寸法補正量取得装置が組み込まれた加工装置７０を示す図である。この加工装置７０は、円筒形状（または円柱形状）のワークＷ（例えばエンジン部品としてのピストン）の外径を所望の寸法に加工するための切削加工装置であり、加工台７１と、ワーク支持部７２と、バイト７３（加工具）と、第１送り装置７４と、第２送り装置７５と、第１ガイドレール７６と、第２ガイドレール７７と、第３ガイドレール７８と、送り制御部７９（加工量制御部）とを備える。
【００３７】
加工台７１は図６に示すように平板形状をなしており、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とで表わされる平面に平行な上面７１ａを有する。加工台７１の上面７１ａにワーク支持部７２が固定される。ワーク支持部７２は、加工台７１の上面７１ａに固定された基台７２１と、基台７２１に回転可能に支持された回転機構７２２とを有する。回転機構７２２はＹ軸回りに回転するように構成される。回転機構７２２として例えば、ステータ部が基台７２１に固定支持されロータ部がステータ部に対して回転可能なモータを採用することができる。この回転機構７２２には、ワークＷがＹ軸回りに同軸回転するように取付けられる。
【００３８】
また、加工台７１の上面７１ａには、Ｙ軸方向に沿って延びた第１ガイドレール７６が形成される。第１ガイドレール７６には第１送り装置７４が載置される。第１送り装置７４の下面には溝が形成されていて、この溝が第１ガイドレール７６に嵌り合っている。したがって、第１送り装置７４は、Ｙ軸方向に移動可能であり、それ以外の方向に移動不能である。第１送り装置７４は駆動装置を内蔵している。内蔵された駆動装置が駆動することにより、第１送り装置７４は第１ガイドレール７６に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００３９】
第１送り装置７４には、Ｘ軸方向に沿って延びた第２ガイドレール７７が固定される。この第２ガイドレール７７を挟んで第２送り装置７５が第１送り装置７４に対面配置している。第２送り装置７５は、第２ガイドレール７７に沿ってＸ軸方向に沿って移動可能でありそれ以外の方向に移動不能であるように、第２ガイドレール７７に嵌め合わされている。第２送り装置７５は駆動装置を内蔵している。内蔵された駆動装置が駆動することにより、第２送り装置７５は第２ガイドレール７７に沿ってＸ軸方向に移動する。
【００４０】
第２送り装置７５にブラケットＢＲが固定され、このブラケットＢＲにバイト７３が取付けられる。バイト７３はその刃先が回転機構７２２に取付けられたワークＷの側周面に向くようにＸ軸に沿って延びている。また、バイト７３の刃先の高さ位置（Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向における位置）が、回転機構７２２に取付けられたワークＷの軸心の高さ位置に一致するように、バイト７３がブラケットＢＲに取付けられる。
【００４１】
第３ガイドレール７８が加工台７１の上面７１ａに形成される。第３ガイドレール７８は第１ガイドレール７６と平行にＹ軸方向に沿って延びる。この第３ガイドレール７８には寸法測定装置２０が装着される。寸法測定装置２０は、第３ガイドレール７８に沿ってＹ軸方向に移動可能であり、それ以外の方向に移動不能であるように、第３ガイドレール７８に嵌め合わされる。なお、この例において、寸法測定装置２０には駆動装置が内蔵されている。内蔵された駆動装置が駆動することにより、寸法測定装置２０は第３ガイドレール７８に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００４２】
送り制御部７９は、第１送り装置７４に内蔵された駆動装置および第２送り装置７５に内蔵された駆動装置に電気的に接続され、これらの駆動装置に制御信号を送信することにより、第１送り装置７４のＹ軸方向への移動位置および第２送り装置７５のＸ軸方向への移動位置を制御する。第１送り装置７４が第１ガイドレール７６に沿ってＹ軸方向に移動すると、第１送り装置７４に固定された第２ガイドレール７７もＹ軸方向に移動する。このため第２ガイドレール７７に嵌め合わされている第２送り装置７５、ブラケットＢＲおよびバイト７３も第１送り装置７４とともにＹ軸方向に移動する。よって、送り制御部７９が第１送り装置７４のＹ軸方向位置を制御することによって、バイト７３のＹ軸方向への送り量が制御される。また、第２送り装置７５が第２ガイドレール７７に沿ってＸ軸方向に移動すると、第１送り装置７４に対して、ブラケットＢＲおよびバイト７３が第２送り装置７５とともにＸ軸方向に移動する。よって、送り制御部７９が第２送り装置７５のＸ軸方向位置を制御することによって、バイト７３のＸ軸方向への送り量が制御される。
【００４３】
また、送り制御部７９は、寸法測定装置２０に内蔵された駆動装置にも電気的に接続され、この駆動装置に制御信号を送信することにより、寸法測定装置２０のＹ軸方向への移動位置を制御する。本実施形態においては、寸法測定装置２０のＹ軸方向位置は、バイト７３のＹ軸方向位置から一定の距離だけワーク支持部７２から離れる方向にシフトした位置に寸法測定装置２０が配置するように、制御される。つまり、寸法測定装置２０は、バイト７３のＹ軸方向に沿った移動にわずかに遅れて追従するように、そのＹ軸方向位置が制御される。また、送り制御部７９は回転機構７２２にも電気的に接続されており、制御信号を回転機構７２２に出力することにより、回転機構７２２の回転を制御する。
【００４４】
寸法測定装置２０は、レーザ光をＸ軸方向に沿ってワークＷの側周面に照射し、照射位置における反射光を受光し、受光信号に基づいて、寸法測定装置２０からワークＷの側周面までのＹ軸方向における距離（Ｙ軸方向距離）を測定することができるように構成されている。そして、測定した距離に基づいて、ワークＷの寸法ｄ（外径）を計算する。
【００４５】
超音波探触子３１が、回転機構７２２に取付けられたワークＷの先端面（一方の端面）に接触媒質を介して当接される。超音波探触子３１はパルサーレシーバ３２に電気的に接続される。パルサーレシーバ３２は信号処理装置３３に電気的に接続される。パルサーレシーバ３２および信号処理装置３３の構成は図１に示す構成と基本的に同一であるのでその具体的説明は省略する。
【００４６】
また、信号処理装置３３の基準温度寸法換算部３３３では補正量Δｄが算出される。この例において、補正量Δｄは、ワークＷの外径の補正量である。具体的には、補正量Δｄは、ワークＷの加工後の外径の基準寸法（基準温度Ｔｒｅｆであるときに必要なワークＷの外径寸法）ｄ＊と、寸法測定装置２０で計算されたワークＷの寸法（外径）ｄとの差（ｄ−ｄ＊）を表す。信号処理装置３３で算出された補正量は送り制御部７９に入力される。送り制御部７９は、入力された補正量Δｄに基づいて、第２送り装置７５のＸ軸方向への送り量をフィードバック制御することができるように構成される。
【００４７】
上記構成を用いてワークＷを加工する場合には、まず加工対象である円柱状のワークＷが回転機構７２２に取付けられる。次いで、回転機構７２２に取付けられたワークＷの先端面（一方端面）に接触媒質が塗布され、その上から超音波探触子３１がワークＷに取付けられる。
【００４８】
次いで、送り制御部７９が回転駆動指令信号を回転機構７２２に出力する。これにより回転機構７２２が回転する。回転機構７２２の回転に伴い、回転機構７２２に取付けられたワークＷも回転する。さらに送り制御部７９は、制御信号を第１送り装置７４および第２送り装置７５に出力することによりバイト７３のＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置を制御する。この場合において、まず、バイト７３が回転機構７２２から最も離れて配置されるようにバイト７３のＹ軸方向位置が制御される。そして、バイト７３のＹ軸方向位置が固定された状態でバイト７３の刃先がワークＷに近づくようにバイト７３のＸ軸方向位置が制御される。これによりバイト７３の刃先が回転中のワークＷの側周面に接触し、ワークＷが切削加工される。切削加工中にバイト７３が回転機構７２２に近づくようにバイト７３を徐々にＹ軸方向に移動させることにより、ワークＷの側周面の全体が加工される。
【００４９】
ワークＷの加工中に、パルサーレシーバ３２がパルス信号を超音波探触子３１に出力する。これにより超音波探触子３１がパルス状の超音波をワークＷの内部に送信する。超音波はワークＷの一方端面からワークＷの軸方向に沿ってワークＷの内部を通り、ワークＷの他方端面で反射する。ワークＷの一方端面および他方端面で反射した超音波の反射エコーが超音波探触子３１に受信されるとともに受信された反射エコーがパルサーレシーバ３２に送信される。パルサーレシーバ３２は受信した反射エコーを表すエコー信号を波形解析部３３１に出力する。波形解析部３３１は入力したエコー信号に基づいて、ワークＷ内を軸方向に進む超音波の音速ｃを算出し、算出した音速ｃを温度推定部３３２に出力する。温度推定部３３２は入力した音速ｃに基づいて、ワークＷの一方端面から他方端面に亘る内部平均温度Ｔを計算（推定）する。この場合において、ワークＷの一方端面から他方端面に亘る内部平均温度Ｔと、ワークＷを軸方向に進む超音波の音速ｃとの関係が予め求められており、その関係が温度推定部３３２に記憶されている。したがって、温度推定部３３２は、音速ｃを、予め求められている音速ｃと内部平均温度Ｔとの関係に照らし合わせることにより、ワークＷの内部平均温度Ｔを計算する。そして、計算した内部平均温度Ｔを基準温度寸法換算部３３３に出力する。
【００５０】
また、寸法測定装置２０からレーザ光がワークＷの側周面に照射される。これにより寸法測定装置２０からワークＷの側周面までの距離が測定される。図７は、寸法測定装置２０と、バイト７３と、バイト７３により切削加工されているワークＷの配置関係を、図６のＹ軸方向から見た図である。図７に示すように、寸法測定装置２０から出射されるレーザ光ＬＳの出射方向の延長線上に、ワークＷの回転中心（軸心）およびバイト７３の刃先が位置するように、寸法測定装置２０がワークＷおよびバイト７３に対して配置される。つまり、レーザ光源、ワークＷの中心、バイト７３の刃先がＸ軸方向に沿って一直線上に並ぶ。このような配置関係である場合において、寸法測定装置２０からバイト７３の刃先までのＸ軸方向距離Ｌ１は、バイト７３のＸ軸方向位置から求められる。したがって、寸法測定装置２０で測定された寸法測定装置２０からワークＷの側周面までのＸ軸方向距離Ｌ２を、寸法測定装置２０からバイト７３の刃先までのＸ軸方向距離Ｌ１から減算することにより、ワークＷの外径の寸法ｄを求めることができる。また、上述したように、寸法測定装置２０のＹ軸方向位置は、寸法測定装置２０がバイト７３のＹ軸方向に沿った移動にわずかに遅れて追従するように制御される。したがって、ワークＷのうちバイト７３によって切削加工された直後の部分の寸法ｄが、寸法測定装置２０により求められる。なお、寸法測定装置２０にラインセンサを用いることもできる。この場合、ワークＷの軸方向に沿ってレーザ光がライン状に照射され、その反射光に基づいてワークＷの寸法ｄが軸方向に亘り測定される。これによれば、寸法測定装置２０をＹ軸方向に移動させることなく、バイト７３に切削された直後の部分の寸法ｄを得ることができる。
【００５１】
このようにして求められたワークＷの外径の寸法ｄが基準温度寸法換算部３３３に出力される。基準温度寸法換算部３３３は、上述の（３）式に基づいて補正量Δｄを演算し、演算した補正量Δｄを表示装置４０および送り制御部７９に出力する。
【００５２】
送り制御部７９は、基準温度寸法換算部３３３から入力した補正量Δｄに基づいて、第２送り装置７５のＸ軸方向への送り量、すなわちワークＷの加工量を制御する。補正量Δｄは、基準温度ＴｒｅｆにおけるワークＷの基準寸法（基準外径）ｄ＊と寸法測定装置２０で計算した外径の寸法ｄとの差を表すので、切削加工により生じる摩擦熱によりワークＷが加熱されてワークＷの温度が基準温度Ｔｒｅｆよりも高い場合は、熱膨張によりワークＷの外径がΔｄだけ増加する。したがって、送り制御部７９は、加工後の熱収縮分を見込んで、ワークＷの外径がｄ＊＋Δｄとなるようにバイト７３のＸ軸方向への送り量を制御する。このようにして、補正量Δｄに基づいて、インラインでワークＷの加工寸法が調整される。このためよりワークの加工精度を向上させることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、図６に示す例では、加工中のワークＷ内部を軸方向に進む超音波の反射エコーに基づいてワークＷの軸方向に沿った内部平均温度が推定される。しかしながら、加工中のワークＷの内部を径方向に進む超音波の反射エコーに基づいてワークＷの径方向に沿った内部平均温度を推定してもよい。この場合、図８に示すように、ワークＷの側周面に当接し、ワークＷの径方向に超音波を送信する超音波探触子３１ａを加工台７１の上面７１ａ上に固定配置すればよい。あるいは、空中超音波探傷法を用いてワークＷに超音波探触子や接触媒質を接触させることなくワークＷの径方向に超音波を進ませるように構成してもよい。これによれば、加工により変化するワークＷの曲率が測定結果に及ぼす影響が小さいので、ワークＷの径方向における内部平均温度の算出精度が向上する。また、上記実施形態では測定対象物ＯＢおよびワークＷが円筒形状あるいは円柱形状であるが、どのような形状の測定対象物あるいはワークでもよい。さらに、上記実施形態では、寸法補正量取得装置１が寸法測定装置２０を含むように構成したが、寸法補正量取得装置１と寸法測定装置２０が別々に構成されており、寸法測定装置２０により測定した寸法が寸法補正量取得装置１に入力されるよう構成してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて変形可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１…寸法補正量取得装置、２…実験装置、１０…検査ステージ、２０…寸法測定装置、３０…補正量演算装置、３１，３１ａ…超音波探触子（超音波送受信部）、３２…パルサーレシーバ、３２１…パルサー部、３２２…レシーバ部、３３…信号処理装置、３３１…波形解析部、３３２…温度推定部、３３３…基準温度寸法換算部（補正量取得部）、４０…表示装置、６１…恒温槽、６２…第１温度センサ、６３…第２温度センサ、７０…加工装置、７１…加工台、７１ａ…上面、７２…ワーク支持部、７２１…基台、７２２…回転機構、７３…バイト（加工具）、７４…第１送り装置、７５…第２送り装置、７６…第１ガイドレール、７７…第２ガイドレール、７８…第３ガイドレール、７９…送り制御部（加工量制御部）、ＢＲ…ブラケット、ｃ…音速、Ｊ…接触媒質、ＯＢ…測定対象物、Ｓ１…側周面、Ｓ２…一方端面、Ｓ３…他方端面
【図１】
2013253918.tif 000003
【図２】
2013253918.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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