(57)【要約】【課題】位置決めガイドを用いて測定ヘッドを開口部に対して位置決めする必要なく、開口部の内径を精度良く測定することのできる内径測定装置を提供する。【解決手段】本内径測定装置１は、特に、ミラー角度可変装置１８によりレーザの照射角度を、測定ヘッド１５の回転軸と直交する軸直交方向を跨ぐように変化させながら、測定ヘッド１５により測定された多数の測定値を一つのデータ群とし、該データ群を、測定ヘッド１５を回転駆動部７により回転させながらその単位回転角度毎にそれぞれ取得し、各データ群から最小値をそれぞれ選択して、該複数の最小値に基づいて、開口部２の内径を算出するデータ処理部２４を備えているので、測定ヘッド１５を開口部２に対して位置決めする位置決めガイドを必要とせず、開口部２の内径を精度良く測定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状の開口部の内径を測定する内径測定装置であって、
前記開口部の内壁面に向かってレーザを照射し、その反射光を検出することで基準点から内壁面までの距離を測定する測定ヘッドと、
該測定ヘッドをその回転軸周りに、前記開口部の内壁面に対して相対的に回転させる回転駆動部と、
前記測定ヘッドの前記回転軸上に位置する前記基準点から照射されるレーザの、前記測定ヘッドの回転軸と直交する軸直交方向に対する照射角度を変化させる角度可変装置と、
該角度可変装置によりレーザの照射角度を、前記軸直交方向を跨ぐように変化させながら、前記測定ヘッドにより測定された多数の測定値を一つのデータ群とし、該データ群を、前記測定ヘッドを前記回転駆動部により回転させながらその単位回転角度毎にそれぞれ取得し、各データ群から最小値をそれぞれ選択して、該複数の最小値に基づいて、前記開口部の内径を算出するデータ処理部と、
を備えることを特徴とする内径測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形状の開口部の内径を測定するための内径測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内径測定装置は、概略、開口部の内壁面までの距離を測定する測定ヘッドと、該測定ヘッドを開口部に対して位置決めする位置決めガイドと、測定ヘッドを開口部の内壁面に対して相対的に回転させる回転駆動部と、を備えている。そして、測定ヘッドを位置決めガイドにより開口部に対して位置決めした後、回転駆動部により測定ヘッドを回転させながら、該測定ヘッドにより開口部の内壁面までの距離を複数箇所測定して、これら複数の測定値により開口部の径方向中心点及びその内径を算出している。そこで、位置決めガイドは、測定ヘッドの回転軸上に位置するセンサ基準点を開口部のほぼ径方向中心点に一致させると共に、測定ヘッドの軸方向（回転軸）の、開口部の軸方向に対する傾斜を矯正するために備えられている。この位置決めガイドは、測定ヘッドの外周を囲むように円筒状に形成されており、その外径が、開口部の内径よりも僅かに小径に形成されている。そして、位置決めガイドにより測定ヘッドを開口部に対して位置決めする際には、位置決めガイドを測定ヘッドの外周に装着して開口部内に挿入しながら測定ヘッドを開口部に対して位置決めしている。
【０００３】
しかしながら、従来の内径測定装置では、開口部の内径に対応した位置決めガイドを備える必要があるために、内径の違う開口部を測定するたびに位置決めガイド、あるいは測定ヘッド全体を交換しなければならず、作業の効率化を図ることができない。また、位置決めガイドは開口部内にその内壁面に接触しながら挿入されて測定ヘッドを開口部に対して位置決めするために、位置決めガイドにより開口部の内壁面が損傷する虞があり、これを未然に防止するための措置が必要になる。しかも、位置決めガイドの外壁面も摩耗や損傷する虞があり、位置決めガイドの外壁面と開口部の内壁面との間で適正なクリアランスを維持することができず、測定ヘッドの過度の傾きを許容してしまい、測定値に対して信頼性が低下する。
【０００４】
そこで、位置決めガイドを備えることなく、開口部の内径を測定する従来技術として特許文献１には、測定対象へレーザを照射し、反射光を検出して測定点までの距離を算出する距離センサと、該距離センサからの光を複数に分離する分離部と、距離センサと測定対象とを相対的に回転させる回転部と、距離センサから得た複数の測定点までの距離の測定結果を統合するデータ処理部とを備え、管体の深さ方向が異なる複数の断面に係る測定結果により測定装置の傾斜角度を算出して、管体の内径を算出する形状計測装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１７８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に係る形状計測装置では次のような問題がある。この形状計測装置では、深さ方向の異なる複数の断面に係る測定結果から、各断面形状の中心点Ｏ１及びＯ２を算出して、この算出結果に基づいて、内面形状計測装置の中心軸の傾きθを算出して、最終的に実際の測定データに対して角度補正して管体の内径を算出している。このため、この算出方法では、複数の演算過程を要するので誤差が大きくなる虞があり、管体の内径を精度良く測定することが困難である。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、位置決めガイドを用いて測定ヘッドを開口部に対して位置決めする必要なく、開口部の内径を精度良く測定することのできる内径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】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、円形状の開口部の内径を測定する内径測定装置であって、前記開口部の内壁面に向かってレーザを照射し、その反射光を検出することで基準点から内壁面までの距離を測定する測定ヘッドと、該測定ヘッドをその回転軸周りに、前記開口部の内壁面に対して相対的に回転させる回転駆動部と、前記測定ヘッドの前記回転軸上に位置する前記基準点から照射されるレーザの、前記測定ヘッドの回転軸と直交する軸直交方向に対する照射角度を変化させる角度可変装置と、該角度可変装置によりレーザの照射角度を、前記軸直交方向を跨ぐように変化させながら、前記測定ヘッドにより測定された多数の測定値を一つのデータ群とし、該データ群を、前記測定ヘッドを前記回転駆動部により回転させながらその単位回転角度毎にそれぞれ取得し、各データ群から最小値をそれぞれ選択して、該複数の最小値に基づいて、前記開口部の内径を算出するデータ処理部と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明では、特に、データ処理部において、角度可変装置によりレーザの照射角度を、測定ヘッドの回転軸と直交する軸直交方向を跨ぐように変化させながら、測定ヘッドにより測定された多数の測定値を一つのデータ群とし、該データ群を測定ヘッドの単位回転角度毎にそれぞれ取得し、各データ群から最小値をそれぞれ選択して、該複数の最小値に基づいて、開口部の内径を算出することができる。これにより、測定ヘッドを開口部に対して位置決めする位置決めガイドを必要とせず、また、測定ヘッドの軸方向（回転軸）の、開口部の軸方向に対する傾斜角度を算出して、角度補正する等の複数の演算過程を必要とせず、開口部の内径を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る内径測定装置の模式図である。
【図２】図２は、本内径測定装置の測定ヘッドが開口部内に配置され、開口部の内径を測定する様子を示す図である。
【図３】図３は、本内径測定装置の距離センサ及びミラー角度可変装置を示す概略図である。
【図４】図４は、データ処理部において開口部の内径を算出する方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る内径測定装置１は、図１に示すように、ワークＷに設けた開口部２の内径を測定するものである。ワークＷは円筒状に形成されており、径方向中央部に軸方向に沿う円形状の開口部２が貫通されている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本内径測定装置１は、ワークＷが載置される載置台５と、載置台５の端部から上方に延びる柱状の支持体６とを備えている。該支持体６の側壁には上下方向に延びるスライドレール８が突設される。支持体６の側壁には測定ヘッド１５を回転させる回転駆動部７がスライドレール８を介して連結される。回転駆動部７は、昇降装置１０の駆動によりスライドレール８に沿って支持体６に対して昇降自在となる。回転駆動部７の下端には下方に延びるシャフト部９が連結される。該シャフト部９の下端に測定ヘッド１５が連結される。そして、回転駆動部７の駆動により、シャフト部９が回転すると共に、測定ヘッド１５がその回転軸、すなわちシャフト部９の軸心周りを回転するようになる。本実施形態では、測定ヘッド１５は回転駆動部７の駆動により設定角度ピッチ（本実施形態では１°ピッチ）で回転するようになる。回転駆動部７には、測定ヘッド１５の、ワークＷの開口部２の内壁面２ａに対する相対回転角度を検出する角度エンコーダ１６が備えられている。昇降装置１０、回転駆動部７及び角度エンコーダ１６は制御部２５に電気的にそれぞれ接続される。
【００１３】
測定ヘッド１５は、上側に位置する小径ヘッド部１５ａと、小径ヘッド部１５ａより大径で下側に位置する大径ヘッド部１５ｂとからなる。当然ながら、大径ヘッド部１５ｂはワークＷの開口部２よりも小径となる。図３も参照して、測定ヘッド１５内には、大径ヘッド部１５ｂの外壁面からワークＷの開口部２の内壁面２ａに向かってレーザを照射し、その反射光を検出することで、測定ヘッド１５の回転軸上に位置する基準点（図２、図３の黒点及び図４の点Ｏ１）から内壁面２ａまでの距離を測定する距離センサ１７と、距離センサ１７から照射されるレーザの、測定ヘッド１５の回転軸（軸方向）と直交する軸直交方向（径方向）に対する照射角度を変化させる角度可変装置であるミラー角度可変装置１８とが備えられている。
【００１４】
図３に示すように、距離センサ１７は、レーザを照射して被測定面からの反射光を検出して被測定面までの距離を測定する投受光部２０を備えている。ミラー角度可変装置１８は、投受光部２０から離れて配置され、投受光部２０からのレーザを測定ヘッド１５の大径ヘッド部１５ｂの外壁面からワークＷの開口部２の内壁面２ａに向かうように屈曲させるガルバノミラー２１と、該ガルバノミラー２１をレーザのガルバノミラー２１との屈曲点（図３の黒点）を中心に所定角度の範囲でスイングさせる角度可変本体部１９とが備えられている。そして、距離センサ１７の投受光部２０からのレーザをガルバノミラー２１にて屈曲させてワークＷの開口部２の内壁面２ａに向かって照射して、内壁面２ａからの反射光を投受光部２０で検出することで、測定ヘッド１５の回転軸上に位置するレーザの基準点となる投光点、すなわちレーザのガルバノミラー２１との屈曲点（図２、図３の黒点及び図４の点Ｏ１）からワークＷの開口部２の内壁面２ａまでの距離を測定している。なお、本実施形態では、距離センサ１７である投受光部２０を測定ヘッド１５内に配置しているが、測定ヘッド１５の外部に配置してもよい。
【００１５】
ミラー角度可変装置１８は、ガルバノミラー２１を、角度可変本体部１９により基準角度（投受光部２０からのレーザの屈曲角度が９０°になる角度）からレーザのガルバノミラー２１との屈曲点（図３の黒点）を中心に所定方向に±α°の範囲でスイングさせることで、投受光部２０からのレーザをガルバノミラー２１で屈曲させて測定ヘッド１５の回転軸と直交する軸直交方向に対して±α°の範囲で傾斜して照射されるように構成される。なお、このスイング角度α°は、測定ヘッド１５の軸方向（回転軸）の、開口部２の軸方向に対する傾斜角度θの推定値よりも大きく設定する必要がある。距離センサ１７（投受光部２０）及びミラー角度可変装置１８（角度可変本体部１９）は制御部２５に電気的にそれぞれ接続される。該制御部２５は、各構成装置の起動及び停止を制御するものである。
【００１６】
距離センサ１７の投受光部２０は、データ処理部２４に電気的に接続される。データ処理部２４は、距離センサ１７からの測定結果に基づいて、ワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２及びその内径を算出するものである。その算出方法は後で詳述する。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態に係る内径測定装置１の作用を説明する。
まず、ワークＷを本内径測定装置１の載置台５上に、その開口部２が上方を向くように位置決めして載置する。なお、以下の説明では、測定ヘッド１５の軸方向（回転軸）が、ワークＷの開口部２の軸方向に対して傾斜角度θで傾斜した状態を想定して説明している。
【００１８】
次に、制御部２５からの信号により昇降装置１０が駆動して、測定ヘッド１５がワークＷの開口部２内の所定位置に挿入される。続いて、制御部２５からの信号により、レーザが測定ヘッド１５の距離センサ１７からワークＷの開口部２の内壁面２ａに向かって照射される。続いて、制御部２５からの信号により角度可変本体部１９が駆動して、ガルバノミラー２１を−α°から＋α°（または＋α°から−α°）までスイングさせることで、ガルバノミラー２１からのレーザの照射角度を測定ヘッド１５の回転軸と直交する軸直交方向を跨ぐように−α°から＋α°（または＋α°から−α°）まで変化させながら、距離センサ１７により、測定ヘッド１５の回転軸上に位置するレーザの基準点である投光点（図２、図３の黒点及び図４の点Ｏ１）からワークＷの開口部２の内壁面２ａまでの距離を多数測定する。その測定された多数の測定値が一つのデータ群としてデータ処理部２４に送信される。
【００１９】
次に、この位置における測定の終了を制御部２５が検出すると、制御部２５からの信号により回転駆動部７が駆動すると共に測定ヘッド１５が開口部２の内壁面２ａに対して相対的に回転する。続いて、角度エンコーダ１６により測定ヘッド１５の回転角度、例えば回転角度１°を検出すると、該検出信号が制御部２５を介して回転駆動部７に伝達されて、測定ヘッド１５の回転が一旦停止する。続いて、再び、制御部２５からの信号により角度可変本体部１９が駆動して、ガルバノミラー２１を−α°から＋α°（または＋α°から−α°）までスイングさせることで、ガルバノミラー２１からのレーザの照射角度を測定ヘッド１５の回転軸と直交する軸直交方向を跨ぐように−α°から＋α°（または＋α°から−α°）まで変化させながら、距離センサ１７により、測定ヘッド１５のレーザの投光点（基準点）からワークＷの開口部２の内壁面２ａまでの距離を多数測定する。その測定された多数の測定値が一つのデータ群としてデータ処理部２４に送信される。
以後、上述した測定操作が、測定ヘッド１５を１回転させながら、その単位回転角度毎、例えば回転角度１°毎に繰り返される。
【００２０】
つまり、測定ヘッド１５を１回転させながら、その単位回転角度毎、例えば回転角度１°毎に、角度可変本体部１９の駆動により、ガルバノミラー２１からのレーザの照射角度を測定ヘッド１５の回転軸と直交する軸直交方向を跨ぐように−α°から＋α°（または＋α°から−α°）まで変化させながら、距離センサ１７により、測定ヘッド１５のレーザの投光点（基準点）からワークＷの開口部２の内壁面２ａまでの距離を多数測定する。そして、回転角度１°毎に測定されたデータ群（３６０個）がそれぞれデータ処理部２４に送信される。
【００２１】
そして、図４を参照して、データ処理部２４では、測定ヘッド１５を１回転（３６０°）させた際、その単位回転角度（回転角度１°）毎に測定した３６０個のデータ群を取得しており、その３６０個のデータ群から、測定ヘッド１５のレーザの基準点である投光点（図４の点Ｏ１）からワークＷの開口部２の内壁面２ａまでの距離の最小値（Ｌ１、Ｌ２・・・Ｌ３５９、Ｌ３６０）をそれぞれ選択する。続いて、その選択した３６０個の最小値（Ｌ１、Ｌ２・・・・Ｌ３５９、Ｌ３６０）、すなわち最小値（Ｌ１、Ｌ２・・・・Ｌ３５９、Ｌ３６０）それぞれに対応した、投光点Ｏ１を原点とする３６０個の座標（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）・・・・（Ｘ３５９、Ｙ３５９）、（Ｘ３６０、Ｙ３６０）に基づいて、円の最小二乗法等の演算方式により、測定軌跡として開口部２の径方向に沿う断面形状を得て、ワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２及びその内径を算出する。この結果、測定ヘッド１５のレーザの基準点である投光点Ｏ１がワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２に一致せず、測定ヘッド１５の軸方向（回転軸）が開口部２の軸方向に対して傾斜角度θで傾斜していても、ワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２及びその内径を精度良く測定することができる。
【００２２】
なお、本実施形態では、測定ヘッド１５を１回転（３６０°）回転させて、ワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２及びその内径を算出しており、最良の形態であるが、測定ヘッド１５を１８０°回転させて、１８０個のデータ群から最小値をそれぞれ選択して、選択した１８０個の最小値に基づいて、ワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２及びその内径を算出するようにしてもよい。
【００２３】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る内径測定装置１は、特に、測定ヘッド１５の回転軸上に位置する基準点である投光点Ｏ１から照射されるレーザの、測定ヘッド１５の回転軸（軸方向）と直交する軸直交方向（径方向）に対する照射角度を変化させるミラー角度可変装置１８と、該ミラー角度可変装置１８によりレーザの照射角度を、測定ヘッド１５の回転軸と直交する軸直交方向を跨ぐように変化させながら、測定ヘッド１５により測定された多数の測定値を一つのデータ群とし、該データ群を、測定ヘッド１５を回転駆動部７により回転させながらその単位回転角度毎にそれぞれ取得し、各データ群から最小値をそれぞれ選択して、該複数の最小値に基づいて、開口部２の内径を算出するデータ処理部２４と、を備えている。
【００２４】
これにより、本発明の実施の形態に係る内径測定装置１では、位置決めガイドを用いて測定ヘッド１５をワークＷの開口部２に対して位置決めすることなく、その結果、測定ヘッド１５のレーザの基準点である投光点Ｏ１がワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２に一致せず、測定ヘッド１５の軸方向（回転軸）が開口部２の軸方向に対して傾斜角度θで傾斜していても、ワークＷの開口部２の径方向中心点Ｏ２及びその内径を精度良く測定することができる。このように、本発明の実施の形態に係る内径測定装置１では、測定ヘッド１５をワークＷの開口部２に対して位置決めする位置決めガイドを必要としないので、内径の違う開口部２を測定するたびに位置決めガイド、あるいは測定ヘッド全体を交換する必要がなく、作業の効率化を図ることができる。
【００２５】
しかも、本発明の実施の形態に係る内径測定装置１では、位置決めガイドを必要としないので、位置決めガイドによる開口部２の内壁面への損傷を防止することができ、また位置決めガイドの外壁面の摩耗や損傷等による測定ヘッド１５の位置決め不具合の問題も解消することができる。さらに、本発明の実施の形態に係る内径測定装置１では、測定ヘッド１５の軸方向（回転軸）の、ワークＷの開口部２の軸方向に対する傾斜角度θを算出して、角度補正する等の複数の演算過程を必要としないので、開口部２の内径の測定誤差を最小限に留めることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  内径測定装置，２  開口部，２ａ  内壁面，７  回転駆動部，１５  測定ヘッド，１７  距離センサ，１８  ミラー角度可変装置（角度可変装置），２４  データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017072546.tif 000006