特許 7143089 接触式の外径測定装置及び外径測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-16

(45)【発行日】2022-09-28

(54)【発明の名称】接触式の外径測定装置及び外径測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/08 20060101AFI20220920BHJP

【ＦＩ】

G01B5/08

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018037191

(22)【出願日】2018-03-02

(65)【公開番号】P2019152504

(43)【公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-02-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100163533

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 義信

(72)【発明者】

【氏名】池村 幸夫

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２０１３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０１２５５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ５／００ － ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物を挿入するガイドと、前記被測定物に測定子を当接して変位量を検出して出力する検出器と、該検出器の出力が入力され前記変位量に基づいて前記被測定物の直径を演算する計測アンプと、を備えた接触式の外径測定装置において、
少なくとも４方向から前記被測定物に前記測定子を当接し、それぞれの方向の前記変位量を検出する前記検出器と、
補正対象の方向に対して９０°方向のずれ距離に応じて補正値を求め、前記補正値及び前記補正対象の方向の前記変位量に基づいて前記補正対象の方向における前記被測定物の直径を演算する前記計測アンプと、
を備え、
前記計測アンプには、前記被測定物の狙い値の半径ＴＲ、及び、前記測定子の半径ＣＲ毎に、９０°方向のずれ距離を段階的にランク分けして、前記ランク毎にあらかじめ定められた前記補正値がデータベースとして記憶されており、
前記計測アンプは、登録された前記半径ＴＲ、及び、前記半径ＣＲ、並びに、測定された前記ずれ距離に応じた前記補正値を前記データベースを参照して求める、接触式の外径測定装置。

【請求項2】

ボールコンタクトとされ移動ガイドにそれぞれ固定された前記測定子と、
前記移動ガイドが摺動自在として設置されるレールと、
先端が移動ガイドと当接して前記被測定物の直径が測定範囲となる前記検出器と、
を備えた、請求項１に記載の接触式の外径測定装置。

【請求項3】

Ｙ方向及びＸ方向に設けられるそれぞれ二つの前記移動ガイドと、
Ｙ方向に設けられたＹ方向の前記レールと、
Ｘ方向に設けられたＸ方向の前記レールと、
を備え、
Ｙ方向の二つの前記移動ガイドはＹ方向の前記レールに、Ｘ方向の二つの前記移動ガイドはＸ方向の前記レールに、設置され、
Ｙ方向の二つの前記移動ガイドのうち一方が設置されるレールと他方が設置されるレールとは一体化しており、
Ｘ方向の二つの前記移動ガイドのうち一方が設置されるレールと他方が設置されるレールとは一体化している、請求項２に記載の接触式の外径測定装置。

【請求項4】

前記測定子の半径ＣＲを４～６ｍｍ、前記被測定物の狙い値の半径ＴＲを１５～６０ｍｍとして、前記被測定物と前記ガイドとの隙間を片側で片側１００～２００μｍとした、請求項１から３のいずれか１項に記載の接触式の外径測定装置。

【請求項5】

被測定物を挿入するガイドと、前記被測定物に測定子を当接して変位量を検出して出力する検出器と、該検出器の出力が入力され前記変位量に基づいて前記被測定物の直径を演算する計測アンプ、を用いる接触式の外径測定方法であって、
少なくとも４方向から前記被測定物に前記測定子を当接し、それぞれの方向の前記変位量を検出し、補正対象の方向に対して９０°方向のずれ距離に応じて補正値を求め、前記補正値及び前記補正対象の方向の前記変位量に基づいて前記補正対象の方向における前記被測定物の直径を演算することを含み、
前記計測アンプには、前記被測定物の狙い値の半径ＴＲ、及び、前記測定子の半径ＣＲ毎に、９０°方向のずれ距離を段階的にランク分けして、前記ランク毎にあらかじめ定められた前記補正値がデータベースとして記憶されており、
前記補正値は、登録された前記半径ＴＲ、及び、前記半径ＣＲ、並びに、測定された前記ずれ距離に応じた前記補正値を前記データベースを参照して求められる、接触式の外径測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば円柱状のワークの外径等を高精度に測定する接触式の外径測定装置及び外径測定方法に関し、特に工作機械等に取り付けて自動測定するのに好適である。

【背景技術】

【0002】

従来、製品の多様化、商品寿命の短期化といった市場の流れに対応する生産設備の手段として加工機のフレキシブル化、自動化については、小中量、大量生産に関わらず、加工品質の維持、監視など、インライン計測が必要となる。インライン計測は、加工現場での環境下で信頼性の高い、高精度かつ高能率な測定が必要とされる。

【0003】

また、要求される寸法精度や環境などの条件によって接触式、非接触式のインライン計測機を使い分けている。そして、切粉、切削液、温度変動、機械振動などの影響を十分回避するために、接触子をマスタやワークに当接させる接触式の外径測定装置が広く用いられている。

【0004】

そして、接触式の外径測定装置としては、被測定物の内径又は外径を測定するため、一対の測定子を被測定物の内径の２点又は外径の２点に当接させ、測定子間の間隔から被測定物の内径又は外径を測定するものが知られている。

【0005】

インラインでの計測は、加工機の精度、安定性、能率、稼動率などの向上に寄与できるものでなくてはならなく、スクラップと休止時間を低減し、効率を上げるための正確な計測、作業時間削減、を維持しながら計測しなければならない。接触式の外径測定装置としては、零点調整が簡単にでき、小型・シンプルな構造であり、先端部に被測定物に当接される接触子を有する測定レバーを備えた測定ヘッドが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。

【0006】

また、高精度の外径測定には、被測定物であるワークの精密な位置決めが必要なこと、ガイドに被測定物を挿入する場合、隙間量が少ないことが必要とされる。そのため、手作業機の場合、搬入出の作業性が悪く、自動機の場合、搬入出設備に精密な位置決め機構、フローティング機構、リリービング機構が必要となる。

【0007】

フローティング機構に関しては、筒状部材に棒状部材を嵌合させる際に、両部材間の相対位置関係が少々不正確でも正確な嵌合が可能なように、挿入側でそのずれを保証して良好な挿入作業を保証することが特許文献２に記載されている。

【0008】

一対の測定子を被測定物の外径の２点に当接させ、測定子間の間隔から被測定物の外径を測定するものにおいて、測定をより正確に行うためには、測定装置に被測定物を設置した際、被測定物の直径位置と測定装置の測定軸線（測定子が移動する軸線）とを一致させるための調整（測定位置調整）が必要とされる。

【0009】

そこで、測定子を被測定物へ所定圧で付勢した状態において、一対の測定子と被測定物とを測定軸線に対して直交しかつ被測定物の径方向と略平行な第１相対移動方向へ相対移動させながら一対の測定子間の間隔を計測する。そして、この一対の測定子間の間隔が最大となる位置に一対の測定子と被測定物とを位置させることが知られ、特許文献３に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００４－１０９１１０号公報

【文献】特開平７－９６４２６号公報

【文献】特開平１０－３０７０１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上記特許文献１に記載の測定ヘッドにおいて、接触子としては先端が球面又はボールとなったものが用いられる。そして、球面又はボール接触子がワークに当接されるが、測定ヘッドとワークの間には、径方向のクリアランス（ワークを挿入するための隙間）が必要となる。そして、ワークや測定ヘッドを縦置き姿勢にすると、測定時に傾くことがある。この傾きの向きなどにばらつきがあるため、測定精度が不安定になる。

【0012】

さらに、また、製造ラインでは、ワークを横置き姿勢（中心軸を水平方向に延ばした状態）にして搬送することが一般的である。このため、ワークの径を測定するときには、測定時に一旦ワークを縦置き姿勢にし、測定後に横置き姿勢に戻している。したがって、高精度の外径測定には、被測定物であるワークの精密な位置決めが必要となる。そのため、測定機を構成する部品に高精度が必要となり、コスト高となる。

【0013】

また、ガイドにワークを挿入する場合、高精度に測定するためには、球面又はボール接触子とワークとの隙間量を少なくとも片側２０～３０μｍ程度と小さくしなければならない。そのため、測定が手作業機の場合は、搬入出の作業性が悪く、自動機の場合は、搬入出設備に精密な位置決め機構、フローティング機構、リリービング機構が必要となる。ただし、特許文献２に記載のようなフローティング機構は、構造が複雑になり小型化が難しく、かつ部品点数が増加し、コスト増や信頼性の低下を招く恐れがある。

【0014】

さらに、特許文献３に記載のような測定位置調整を行うものでは、精密な位置決めを不要とするためにガイドとワークとの隙間量を大きくすると、調整に要する時間が長くなる。したがって、製造ラインでの作業性が悪くなり、加工されるワークの生産性が劣化し、コスト高となる。

【0015】

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ガイドとワークとの隙間量を比較的に大きくしても高精度で、安定した測定精度、繰り返し精度を確保できるようにして、外径測定時、被測定物であるワークの精密な位置決めを不必要とすることにある。そして、測定機本体のコスト低減、手作業機の搬入出の作業性向上、自動機の搬入出設備の簡素化による生産物であるワークのコスト低減を行うことにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的を達成する本発明は、被測定物を挿入するガイドと、前記被測定物に測定子を当接して変位量を検出して出力する検出器と、該検出器の出力が入力され前記変位量に基づいて前記被測定物の直径を演算する計測アンプ、を備えた接触式の外径測定装置において、少なくとも４方向から前記被測定物に前記測定子を当接し、それぞれの方向の前記変位量を検出する前記検出器と、補正対象の方向に対して９０°方向のずれ距離に応じて補正値を求め、前記補正値及び前記補正対象の方向の前記変位量に基づいて前記補正対象の方向における前記被測定物の直径を演算する前記計測アンプと、を備えたものである。

【0017】

また、上記において、ボールコンタクトとされ移動ガイドにそれぞれ固定された前記測定子と、前記移動ガイドが摺動自在として嵌合または設置されるレールと、先端が移動ガイドと当接して前記被測定物の直径が測定範囲となる前記検出器と、を備えたことが望ましい。

【0018】

さらに、Ｙ方向及びＹ方向に対して９０°方向となるＸ方向へそれぞれ二つの前記測定子が前記被測定物に当接し、前記補正対象の方向をＹ方向としＸ方向の前記ずれ距離を求めて演算したＹ方向直径と、前記補正対象の方向をＸ方向としＹ方向の前記ずれ距離を求めて演算したＸ方向直径と、を求めて前記被測定物の直径を演算する前記計測アンプを備えたことが望ましい。

【0019】

さらに、Ｙ方向及びＸ方向に設けられるそれぞれ二つの前記移動ガイドと、Ｙ方向に設けられ一体化されたＹ方向の前記レールと、Ｘ方向に設けられ一体化されたＸ方向の前記レールと、を備え、Ｙ方向の二つの前記移動ガイドはＹ方向の前記レールに、Ｘ方向の二つの前記移動ガイドはＸ方向の前記レールに、摺動可能に嵌合または設置され、Ｙ方向の二つの前記移動ガイドのうち一方が設置されるレールと他方が設置されるレールとは一体化しており、Ｘ方向の二つの前記移動ガイドのうち一方が設置されるレールと他方が設置されるレールとは一体化していることが望ましい。

【0020】

さらに、前記被測定物の狙い値の半径ＴＲと、前記測定子の半径ＣＲと、を計測アンプに登録し、前記補正値はＴＲ、ＣＲ毎に、９０°方向のずれ距離に応じて定められたことが望ましい。ただし、ＴＲ≫ＣＲならば、前記補正値はＴＲ毎に、９０°方向のずれ距離に応じて定められていれば良い。

【0021】

さらに、Ｘ方向で測定した位置をＸ１、Ｘ２として、Ｘ方向ずれ距離ＸＬ＝（Ｘ１－Ｘ２）／２を求め、Ｙ方向で測定した位置Ｙ１と、Ｙ２と、前記被測定物の狙い値の半径ＴＲ、前記測定子の半径ＣＲ、として、Ｙ方向の補正値ＺＹ、Ｙ方向の直径Ｙｍａｘを

【数1】

として求めることが望ましい。ただし、ＴＲ≫ＣＲならば、ＣＲ＝０として良い。

【0022】

さらに、Ｙ方向で測定した位置をＹ１、Ｙ２として、Ｙ方向ずれ距離ＹＬ＝（Ｙ１－Ｙ２）／２を求め、Ｘ方向で測定した位置Ｘ１と、Ｘ２と、前記被測定物の狙い値の半径ＴＲ、前記測定子の半径ＣＲ、として、Ｘ方向の補正値ＺＸ、Ｘ方向の直径Ｘｍａｘを

【数2】

として求めることが望ましい。

【0023】

さらに、上記において、Ｙ方向で測定した位置Ｙ１と、Ｙ２、Ｘ方向で測定した位置をＸ２として、Ｘ方向ずれ距離ＸＬを、

【数3】

として求めることが望ましい。

【0024】

また、上記において、前記測定子の半径ＣＲを４～６ｍｍ、前記被測定物の狙い値の半径ＴＲを１５～６０ｍｍとして、前記被測定物と前記ガイドとの隙間を片側で片側１００～２００μｍとしたことが望ましい。

【0025】

本発明は、被測定物を挿入するガイドと、前記被測定物に測定子を当接して変位量を検出して出力する検出器と、該検出器の出力が入力され前記変位量に基づいて前記被測定物の直径を演算する計測アンプ、を備えた接触式の外径測定方法であって、少なくとも４方向から前記被測定物に前記測定子を当接し、それぞれの方向の前記変位量を検出し、補正対象の方向に対して９０°方向のずれ距離に応じて補正値を求め、前記補正値及び前記補正対象の方向の前記変位量に基づいて前記補正対象の方向における前記被測定物の直径を演算する。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、少なくとも４方向から被測定物に測定子を当接し、それぞれの方向の変位量を検出する。そして、補正対象の方向に対して９０°方向のずれ距離に応じて補正値を求める。そして、補正対象の方向における被測定物の直径を演算するので、被測定物であるワーク５０とガイド５１との隙間量を比較的に大きくしても高精度で、安定した測定精度、繰り返し精度を確保できる。したがって、被測定物の搬入出の作業性向上、自動機の搬入出設備の簡素化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明による一実施形態に係る外径測定装置の概略を示す平面図

【図2】一実施形態において、被測定物であるワークを装着した状態を示す側面図

【図3】一実施形態において、被測定物であるワークの測定状態を示す側面図

【図4】ワーク５０をガイド５１に装着したときに生じる隙間量を示す側面拡大図

【図5】理想中心上にワーク５０がある場合のワーク５０と測定子との位置関係を示す平面図

【図6】理想中心上からワーク５０の中心がずれた状態を示す平面図

【図7】補正値を求める説明図

【図8】３点より補正値を求める場合の説明図

【図9】測定点を６０°等間隔配置として６方向とした場合のワーク５０と測定子との位置関係を示す平面図

【図10】測定点を６０°等間隔配置として６方向とした場合、理想中心上からワーク５０の中心がずれた状態を示す平面図（６点より補正値を求める場合の説明図）

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、一実施形態である外径測定装置の概略を示す平面図、図２は、被測定物であるワーク５０をガイド５１に装着した状態を示す側面図、図３は、測定時の状態を示す側面図、図４は、ワーク５０をガイド５１に装着したときに生じる隙間量を示す側面拡大図である。

【0029】

円柱状のワークの代表例として、中空の円筒形の内側にはまりこむ円筒形ピストンが挙げられ、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関などに用いられる。ピストンの側面はカーブ曲線を付けているので、下側の外径が大きいので、多くのピストンは最大径となる部分を計測してサイズを確認する。計測のポイントが違うと、測定値が変わり指定ポイントを計測する必要がある。

【0030】

図１において、測定対象となるワーク５０はワーク５０の位置決めを行う円筒形のガイド５１の内側に挿入される。高精度の外径測定には、ワーク５０の精密な位置決めが必要とされる。従来、ワーク５０とガイド５１の隙間量を少なくとも片側２０～３０μｍ程度と小さくしなければならない。そのため、測定が手作業機の場合は、搬入出の作業性が悪く、自動機の場合は、搬入出設備に精密な位置決め機構、フローティング機構、リリービング機構が必要となる。

【0031】

接触式の外径測定装置は、ワーク５０へボールコンタクトとされた測定子１－１、１－２、１－３、１－４を所定の測定圧を与えて接触させ、ワーク５０の外径を検出器２－１、２－２、２－３、２－４で測定する。図１では、４方向［図中の方向１（図中ではマルの中に数字の１）、方向２（図中ではマルの中に数字の２）、方向３（図中ではマルの中に数字の３）、方向４（図中ではマルの中に数字の４）の矢印］から測定子１－１、１－２、１－３、１－４がワーク５０の外径部へ当接され、測定子１－１、１－２はＹ方向、測定子１－３、１－４はＹ方向に対して９０°方向となるＸ方向からワーク５０へ当接する。（図１において、検出器２－１、２－２、２－４は記載を省略している。）

【0032】

測定にあたって、ガイド５１に挿入されたワーク５０とガイド５１との間には、図４に示すように隙間がある。そのため、測定圧によりワーク５０の位置は理想中心であるガイド５１の中心からずれて、つまり、ワーク５０の直径位置と外径測定装置の測定軸線（測定子が移動する軸線）とが一致しない状態で測定が行われることになる。この理想中心とワーク５０の位置のずれ距離は測定精度へ直接影響する。

【0033】

検出器２－１、２－２、２－３、２－４は、変位量を検出する検出器であり、コアとボビンから差動トランスが構成される差動トランス型、あるいは小型光学スケールが内蔵された小型・省スペースの高精度ペンシル型ゲージが望ましい。

【0034】

ボールコンタクトとされた測定子１－１、１－２、１－３、１－４は、移動ガイド３－１、３－２、３－３、３－４にそれぞれ固定されている。移動ガイド３－１、３－２、３－３、３－４は、下部がベース５に固定されたレール４－１、４－２にそれぞれ摺動自在とされて嵌合されている。レール４－１は、Ｙ方向に設けられ、図中の方向１、方向２で一体化されたＹ方向のレールである。レール４－２は、Ｘ方向に設けられ、図中の方向３、方向４で一体化されたＸ方向のレールである。

【0035】

移動ガイド３－１、３－２はＹ方向に、移動ガイド３－３、３－４はＸ方向に移動可能とされる。レール４－１、４－２とガイド５１とは測定軸線として基準となるので、予めレール４－１、４－２それぞれにおける真直度及び平行度、レール４－１とレール４－２の直角度、ガイド５１の位置などが高精度に組み立てられている。

【0036】

図２に示すように、検出器２－３、２－４は、先端が移動ガイド３－３、３－４と当接してワーク５０の直径が測定範囲となるように、アーム７－３、７－４によってベース５に固定されている。（図２では検出器２－１、２－２、移動ガイド３－１、３－２、アーム７－１、７－２の記載を省略しているが、検出器２－１、２－２も同様にアーム７－１、７－２によってベース５に固定されている。）これにより、移動ガイド３－３、３－４の変位量、つまり、測定子１－３、１－４の変位量が測定される。（測定子１－１、１－２の変位量も同様である。）

【0037】

図２に示すエアシリンダ９－３、９－４は、シリンダ本体９－３－１、９－４－１がシリンダアーム８－３、８－４によってベース５に固定されている。可動部９－３－２、９－４－２はプレート６－３、６－４によって移動ガイド３－３、３－４に固定される。図２の状態では可動部９－３－２、９－４－２とプレート６－３、６－４が係合している。

【0038】

したがって、可動部９－３－２、９－４－２を縮小すれば移動ガイド３－３、３－４及び測定子１－３、１－４をワーク５０からリトラクトするように後退する。ワーク５０のガイド５１への挿入は、このリトラクトした状態、測定子１－３、１－４はワーク５０から離れた状態で行われる。（図２ではプレート６－１、６－２、シリンダアーム８－１、８－２、エアシリンダ９－１、９－２、シリンダ本体９－１－１、９－２－１、可動部９－１－２、９－２－２の記載を省略しているが、同様である。）

【0039】

移動ガイド３－３、３－４の間には引張りバネ１０－２が取り付けられ、この付勢力がワーク５０に対するＸ方向の測定圧となる。可動部９－３－２、９－４－２は、引張りバネ１０－２の付勢力に抗して縮小可能とされている。図２で図示していないが、同様に、移動ガイド３－１、３－２の間には引張りバネ１０－１が取り付けられ、引張りバネ１０－１の付勢力がワーク５０に対するＹ方向の測定圧となる。

【0040】

図３は、測定時の状態を示し、エアシリンダ９－３の可動部９－３－２が伸長してプレート６－３との係合が解放されている。したがって、移動ガイド３－３、３－４は引張りバネ１０－２の付勢力によって近付き、測定子１－３、１－４を被測定物であるワーク５０に当接させてワーク５０のＸ方向の測定が行われる。同様に、測定子１－１、１－２を被測定物であるワーク５０に当接させてワーク５０のＹ方向の測定が行われる。

【0041】

なお、移動ガイド３－１、３－２、３－３、３－４には調整機構１１－１、１１－２、１１－３、１１－４が設けられ、対向する測定子１－１と１－２、さらには１－３と１－４との向きを平行となるように角度の微調整が可能となっている。

【0042】

測定手順は、以下となる。
（１）ワーク５０をガイド５１に挿入する。
（２）エアシリンダ９－１、９－２、９－３、９－４のそれぞれの可動部９－１－２、９－２－２、９－３－２、９－４－２を伸長させて、測定子１－１、１－２、１－３、１－４をワーク５０に当接させ、リトラクトを解除する。
（３）検出器２－１、２－２、２－３、２－４の出力をマイクロプロセッサが内蔵された計測アンプに取り込み、補正の演算を行い測定値とする。
（４）エアシリンダ９－１、９－２、９－３、９－４のそれぞれの可動部９－１－２、９－２－２、９－３－２、９－４－２を縮小して、測定子１－１、１－２、１－３、１－４をワーク５０からリトラクトする。
（５）ワーク５０をガイド５１から取り出す。

【0043】

上記の手順において、測定値に対してワーク５０をガイド５１に装着したときに生じる隙間量の測定精度への影響を無くすように測定値に対して補正する。これにより、ワーク５０とガイド５１との隙間量を従来に比べて大きくすることができる。隙間量を大きくすることにより、手順（１）（５）において、手動ならば作業性が向上し、自動機ならば搬入出設備の位置決め精度を下げることができる。そして、測定機本体のコスト低減、搬入出設備の簡素化による生産物であるワークのコスト低減を行うことができる。

【0044】

測定値に対して補正方法を説明する。図５は、理想中心上にワーク５０がある場合のワーク５０と測定子１－１、１－２、１－３、１－４の位置関係を示す平面図、図６は、理想中心上からワーク５０の中心がずれた状態を示す平面図である。図５の状態で、ワーク５０の中心位置はガイド５１の中心上、つまり、外径測定装置のＸ方向の測定軸線（測定子が移動する軸線）と、Ｙ方向の測定軸線と、が交差する中心上にあることになる。

【0045】

図６では、Ｘ方向にＸＬ、Ｙ方向にＹＬだけワーク５０の中心がずれている。測定子１－１、１－２、１－３、１－４はボールコンタクトなので、その半径（ボールコンタクトする測定子の先端の球状部の半径）をＣＲとしている。また、測定対象となるワーク５０の直径は、予め狙い値（期待値、近似値）として分かっており、その半径をＴＲとしている。

【0046】

測定前の準備作業の手順は、以下となる。
（１）事前に測定対象となるワーク５０の狙い値の半径ＴＲ、測定子１－１、１－２、１－３、１－４の半径ＣＲ、とを計測アンプ５２に登録する。
（２）ワーク５０の狙い値の直径を持ち、真円度の高い測定対象の基準となるマスタを理想中心であるガイド５１の中心にセットする。
（３）測定手順と同様にしてマスタを検出器２－１、２－２、２－３、２－４で測定し、測定した位置をそれぞれ計測アンプ５２に登録する。
以上がワーク５０を測定するための測定前の準備作業となる。

【0047】

次に、先に述べた測定手順にしたがって、測定対象となるワーク５０をガイド５１に挿入する。そして、リトラクトを解除して検出器２－１、２－２、２－３、２－４の出力を計測アンプ５２に取り込む。補正手順は、以下となる。

【0048】

Ｙ方向の最大値Ｙｍａｘ（補正された直径の測定値）を演算
（１）検出器２－４で測定した位置をＸ１、検出器２－３で測定した位置をＸ２として、ガイド５１に挿入されリトラクトが解除されたワーク５０の中心と理想中心とのＸ方向ずれ距離ＸＬ＝（Ｘ１－Ｘ２）／２を求める。

【0049】

（２）検出器２－１で測定した位置Ｙ１と、検出器２－２で測定した位置Ｙ２と、Ｘ方向ずれ距離をＸＬ、ワーク５０の狙い値の半径ＴＲ、測定子１－１、１－２、１－３、１－４の半径ＣＲ、を用いる。図７は補正値を求める説明図であり、図７を参照して式１によりＹ方向の補正値ＺＹを求め、Ｙｍａｘを式２により演算して補正値とする。

【数4】

なお、ボールコンタクトとされた測定子１－１、１－２、１－３、１－４は十分に真球度が高いものを使用する。ただし、ＴＲ≫ＣＲならば、ＣＲ＝０として良い。

【0050】

同様に、Ｘ方向の最大値Ｘｍａｘ（補正された直径の測定値）を演算
（１）検出器２－１で測定した位置をＹ１、検出器２－２で測定した位置をＹ２として、ガイド５１に挿入されリトラクトが解除されたワーク５０の中心と理想中心とのＹ方向ずれ距離ＹＬ＝（Ｙ１－Ｙ２）／２を求める。

【0051】

（２）検出器２－４で測定した位置Ｘ１と、検出器２－３で測定した位置Ｘ２と、Ｙ方向ずれ距離ＹＬ、ワーク５０の狙い値の内径ＴＲ、測定子１－１、１－２、１－３、１－４の半径ＣＲ、を用いて式３によりＸ方向の補正値ＺＸを求め、Ｘｍａｘを式４により演算して補正値とする。

【数5】

【0052】

上記の補正によって、理想中心とワーク５０の位置がずれ量によって、ワーク５０の直径が小さく検出されることを防ぐことができる。そして、ワーク５０とガイド５１の隙間量が大きい場合であっても測定精度を向上できる。ワーク５０とガイド５１の隙間量を大きくできれば、搬入出の作業性を改善し、搬入出設備に精密な位置決め機構、フローティング機構、リリービング機構を不要とすることができる。

【0053】

具体的には、ワーク５０の狙い値の半径ＴＲ＝２０ｍｍ、測定子１－１、１－２、１－３、１－４の半径ＣＲ＝６ｍｍ、とし、Ｘ方向ずれ距離ＸＬを２００μｍとすると、式１よりＺＹ＝０．８μｍとなる。式２より、検出器２－１で測定した位置Ｙ１と、検出器２－２で測定した位置Ｙ２に対して、２ＺＹ＝１．６μｍだけ補正すれば良いことになる。つまり、この例では、従来において必要とされたワーク５０とガイド５１との隙間量の５倍以上の隙間量でも良いことになる。

【0054】

なお、本発明者の鋭意研究の結果、測定子１－１、１－２、１－３、１－４の半径ＣＲは４～６ｍｍ、ワーク５０の狙い値の半径ＴＲを１５～６０ｍｍとして、従来に必要とされたワーク５０とガイド５１との隙間量の５倍以上、片側１００～２００μｍ程度の隙間量で、１～５μｍの補正が実用的であり、誤差が小さく適切であることが判明した。

【0055】

また、補正値ＺＹ、ＺＸについて、式１、式３によって、演算するとしたが、表１に示すようにデータベース化して定めても良い。つまり、ワーク５０の狙い値の内径ＴＲ、測定子１－１、１－２、１－３、１－４の半径ＣＲを定めれば、Ｘ方向ずれ距離ＸＬ、Ｙ方向ずれ距離ＹＬに依存するだけなので、例えば、ワーク５０の狙い値の半径ＴＲ＝２０ｍｍ、測定子１－１、１－２、１－３、１－４の半径ＣＲ＝６ｍｍの場合、補正値ＺＹに対して、

【表1】

として、Ｘ方向ずれ距離ＸＬを４段階にランク分けして、それに応じてデータベース化すれば良い。補正値ＺＸについても同様である。

【0056】

図８は、３点より補正値を求める場合の説明図であり、上記の説明では、検出器２－１、２－２、２－３、２－４による四つの出力を用いて補正値ＺＹを演算したが、図８のように検出器２－１、２－２、２－３の出力から求めても良い。

【0057】

検出器２－１で測定した位置をＹ１、検出器２－２で測定した位置をＹ２、検出器２－３で測定した位置Ｘ２の三つの値から円中心を求める。そして、円中心からワーク５０の中心と理想中心とのＸ方向ずれ距離ＸＬを式５により求め、上記と同様に式１よりＹ方向の補正値ＺＹを求め、Ｙｍａｘを式２により演算して補正値とする。

【数6】

【0058】

測定方向が４方向以外、測定点が四つ以外の場合も同様に補正することができる。
（１）４方向の場合と同様に事前に測定対象となるワーク５０の狙い値の半径ＴＲ、測定子の半径ＣＲ、とを計測アンプ５２に登録する。
（２）ワーク５０の狙い値の直径を持ち、真円度の高い測定対象の基準となるマスタを理想中心であるガイド５１の中心にセットする。
（３）マスタを検出器で測定し、測定した位置をそれぞれ計測アンプ５２に登録する。
（４）補正対象の測定方向に対してその他の検出器の値を用い、理想中心から９０°方向のＸ方向ずれ距離ＸＬを求める。
（５）検出器位置Ｙ１と、Ｙ２と、Ｘ方向ずれ距離ＸＬ、ワーク５０の狙い値の内径ＴＲ、測定子半径ＣＲ、を用いて、式１によりＹ方向の補正値ＺＹを求め、Ｙｍａｘを式２により演算して補正値とする。

【0059】

図９、１０は、測定点を６０°等間隔配置として６方向、六つで測定した例を示す。図９は、理想中心上にワーク５０がある場合のワーク５０と各測定子の位置関係を示す平面図、図１０は、理想中心上からワーク５０の中心がずれた状態を示す平面図（６点より補正値を求める場合の説明図）である。図でＹ方向の最大位置Ｙｍａｘを求める。

【0060】

（１）Ａ方向におけるワーク５０の中心と理想中心との距離ＸＡＬ＝（ＸＡ１-ＸＡ２）/２として求める。
（２）Ａ方向によるＸ方向のずれ距離ＸＡ＝ＸＡＬ／ｃｏｓ３０°とする。
（３）（１）と同様にＢ方向におけるワーク５０の中心と理想中心と距離ＸＢＬ＝（ＸＢ１-ＸＢ２）/２として求める。
（４）Ｂ方向によるＸ方向のずれ距離ＸＢ＝ＸＢＬ／ｃｏｓ３０°とする。
（５）ＸＡとＸＢとにより、Ｘ方向のずれ距離ＸＬ＝（ＸＡ+ＸＢ）/２として求める。
（６）Ｘ方向のずれ距離ＸＬより、式１によりＹ方向の補正値ＺＹを求め、Ｙｍａｘを式２により演算して補正値とする。
（７）別方向も同様に最大位置を補正値として算出する。

【0061】

上記のように、測定点の数や角度に係らず、補正対象の測定方向に対して、９０°方向のずれ距離をその他の検出器を用いて求めれば、同様な補正が可能となる。

【0062】

また、測定方向が４方向以外、測定点が四つ以外の場合においても、表１の説明と同様に、Ｘ方向ずれ距離ＸＬ、Ｙ方向ずれ距離ＹＬを数段階にランク分けして、補正値ＺＹ、ＺＸをデータベース化して定めても良い。

【0063】

この場合、補正対象の測定方向（Ｙ方向）に対して、その他の検出器を用い、９０°方向（Ｘ方向）のずれ距離を求める。そして、９０°方向（Ｘ方向）のずれ距離に応じて数段階にランク分けして、補正対象の測定方向の補正値を定めておけば良い。なお、補正値は、ワーク５０の狙い値の半径ＴＲ、測定子の半径ＣＲ毎にデータベース化すれば、より汎用性を高めることができる。

【0064】

以上、ワーク５０とガイド５１の隙間量を大きくしても、ワーク５０の中心と、ガイド５１の中心（理想中心）とのずれ距離に応じて、補正値を加味して直径測定を行うので、ワーク５０の外径が実際より小さく測定されることを防ぐことができる。したがって、被測定物であるワーク５０とガイド５１の隙間量を大きくしても、高精度な測定が可能となる。また、被測定物の搬入出が容易となる。

【0065】

具体的には従来の測定機の５倍以上の隙間量で繰り返し1μｍ以下の保障が可能となった。なお、検出器は差動トランスとして説明したが、例えば光方式等の変位測定機であっても同様である。

【0066】

その結果、外径測定装置へワーク５０を搬入出するローダーの精度を落とすことができる。そして、自動機の場合、搬入出設備に精密な位置決め機構、フローティング機構、リリービング機構を低価格とすることができる。

【0067】

また、従来の外径測定装置に対して、ずれ距離に応じて補正するだけで良いので、検出器等は代える必要がなく、コスト上昇は最小限で済む。さらに、工作機械や専用機における加工後のワークの測定工程が促進され、作業効率が向上する。

【符号の説明】

【0068】

５０…ワーク（被測定物）
５１…ガイド
５２…計測アンプ
１－１、１－２、１－３、１－４…測定子
２－１、２－２、２－３、２－４…検出器
３－１、３－２、３－３、３－４…移動ガイド
４－１、４－２…レール
５…ベース
６－１、６－２、６－３、６－４…プレート
７－１、７－２、７－３、７－４…アーム
８－１、８－２、８－３、８－４…シリンダアーム
９－１、９－２、９－３、９－４…エアシリンダ
９－１－１、９－２－１、９－３－１、９－４－１…シリンダ本体
９－１－２、９－２－２、９－３－２、９－４－２…可動部
１０－１、１０－２…引張りバネ
１１－１、１１－２、１１－３、１１－４…調整機構
ＴＲ…ワーク５０の狙い値の半径
ＣＲ…測定子の半径
ＸＬ…Ｘ方向ずれ距離
ＹＬ…Ｙ方向ずれ距離
ＺＹ…Ｙ方向の補正値
ＺＸ…Ｘ方向の補正値
ＸＡＬ…Ａ方向におけるワーク５０の中心と理想中心との距離
ＸＡ…Ａ方向によるＸ方向（補正対象の方向に対して９０°方向）のずれ距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】