JP2003322501A - ダクトの真円度・真直度計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明に於いては、加速器ビームダクトとし
て用いる大口径（φ200ｍｍ〜φ350ｍｍ）且つ長尺（Ｌ
500ｍｍ〜1200ｍｍ）の円筒状セラミックダクトの外面
側、内面側の両方について、真円度及び円筒軸真直度を
安価に且つ必要な精度（数十μｍ）で計測することを課
題とする。 【解決手段】 本願発明に於いては、対向し且つ連動す
る二つの接触式デジタルゲージ（測微器）を有し、その
２つのデジタルゲージでダクトを外面側と内面側から挟
んで計測することを特徴とする、ダクト用の真円度計測
機と汎用の表計算アプリケーションソフトウェアExcel
で組んだ真円度算出（データ解析）プログラムを解決手
段とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状ダクト（断
面が楕円形やいびつな円形のダクトを含む）の真円度計
測機、真直度計測機の分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】真円度・真直度の計測装置に関しては、
英国テーラーホブソン社、東京光電子工業（株）等の市
販装置は実績が多いが、計測対象は比較的短い、又は小
口径の円筒状物体に限られている（例えば、テーラーホ
ブソン社製の「Talyrond 265 RSV」では最大長さＬ300
ｍｍ、最大直径φ400ｍｍであり、東京光電子工業
（株）製の「RSVシリーズ ローラ測定装置」では、最大
長さＬ600ｍｍ、最大直径φ60ｍｍ〜φ80ｍｍであ
る）。

【０００３】一方、（株）小坂研究所の市販装置では比
較的大口径、長尺の円筒状物体の計測が可能（「ロンコ
ーダEC5000，EC6000」で最大長さＬ1000ｍｍ〜2000ｍ
ｍ、最大直径φ450ｍｍ〜φ680ｍｍ）とされるが、実績
はまだ少なく、また非常に高価（2500〜3000万円）であ
る。

【０００４】これらの真円度・真直度の計測装置に於い
ては、ダクトの外面側と内面側を同時計測できる市販装
置はない。加えて、加速器用ビームダクト（セラミック
ダクト、又は通常の金属製ダクト）の真円度、真直度の
報告例はない。

【０００５】

【発明の解決しようとする課題】本発明に於いては、加
速器ビームダクトとして用いる大口径（φ200ｍｍ〜φ3
50ｍｍ）且つ長尺（Ｌ500ｍｍ〜1200ｍｍ）の円筒状セ
ラミックダクトの外面側、内面側の両方について、断面
の真円度及び円筒軸の真直度を安価に且つ必要な精度
（数十μｍ）で計測することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明に於いては、請求項１に記載するように、
対向し且つ連動する二つの接触式デジタルゲージ（測微
器）を有することを特徴とするダクト用の真円度計測機
を解決手段とする。

【０００７】また、本願発明に於いては、請求項２に記
載するように、円筒状ダクトをそれぞれ外面側と内面側
の両側から挟む、対向する二つの接触式デジタルゲージ
（測微器）と、前記ゲージをダクト表面上鉛直方向に連
動してスライドさせる機構と、ダクトをその中心軸のま
わりに回転させる機構とを有することを特徴とする、ダ
クト用の真円度計測機を課題解決手段とする。

【０００８】また、本願発明に於いては、請求項３に記
載するように、ダクト表面上に任意の計測基準点（０
点）を設定し、各計測点に於いて接触式デジタルゲージ
（測微器）により、前記計測基準点に於ける計測値（ゲ
ージ指示値）からの変位のみを計測することを特徴とす
る、請求項１又は２に記載のダクト用の真円度計測機を
課題解決手段とする。

【０００９】更に本願発明に於いては、請求項４に記載
したように、ダクトの長さ方向数箇所にそれと直交する
計測断面を取り、且つ各計測断面円周上に於いて一定の
角度おきに計測点（計測角度）を取ることを特徴とし、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の計測機を用いるダ
クトの真円度の計測方法を課題解決手段とする。

【００１０】また、本願発明に於いては、請求項５に記
載するように、キャリブレーションとして、ダクトの一
端近傍に取った計測基準点においてダクトの外径と肉
厚、又は外径と内径、又は肉厚と内径を実測することを
特徴とする、請求項４記載の真円度の計測方法を課題解
決手段とする。

【００１１】加えて、本願発明に於いては、請求項６に
記載したように、ダクトの最小二乗中心法真円度の計算
手順が組み込まれ、変位データ（ゲージ指示値）の入力
と多少のドラッグアンドドロップ操作によりダクトの真
円度を算出・表示できる、表計算アプリケーションソフ
トウェアExcelで組んだプログラム（Excelプログラム）
を課題解決手段とする。

【００１２】また、本願発明に於いては、請求項７に記
載したように、ダクトの最小二乗円中心、最小二乗円半
径、最大径・最小径・平均径、最大扁平率の計算手順が
組み込まれ、これらの幾何データを算出・表示できる、
請求項６記載のExcelプログラムを課題解決手段とす
る。

【００１３】加えて、本願発明に於いては、請求項８に
記載したように、請求項５記載の計測方法によって得た
変位データ（ゲージ指示値）を用い、請求項６又は７記
載のExcelプログラムからダクトの真円度を求める計測
システムを課題解決手段とする。

【００１４】更に本願発明に於いては、請求項９に記載
したように、請求項８記載の計測システムにより、加速
器用セラミックビームダクトの真円度を求める方法を課
題解決手段とする。

【００１５】加えて、本願発明に於いては、請求項１０
に記載したように、請求項４又は５記載の方法を用いて
ダクトの各計測断面の最小二乗円中心を求め、ダクト断
面上に於いて２次元的に最も離れた２点の最小二乗円中
心の座標から、ダクトの円筒軸の真直度を求める方法を
課題解決手段とする。

【００１６】また、本願発明に於いては、請求項１１に
記載したように、請求項１０記載の方法によるダクトの
円筒軸の真直度の算出手順が組み込まれ、最小二乗円中
心の座標データの入力と多少のドラッグアンドドロップ
操作により、ダクトの円筒軸の真直度を算出・表示でき
るExcelプログラムを課題解決手段とする。

【００１７】更に本願発明に於いては、請求項１２に記
載したように、請求項８記載の計測システムと請求項１
１記載のExcelプログラムからダクトの円筒軸の真直度
を求める計測システムを課題解決手段とする。

【００１８】加えて、本願発明に於いては、請求項１３
に記載したように、請求項１２記載の計測システムによ
り、加速器用セラミックビームダクトの円筒軸の真直度
を求める方法を課題解決手段とする。

【００１９】

【発明の実施の態様】本発明者らは、上記課題を解決す
るため鋭意研究を重ねた結果、ダクトの真円度・真直度
計測システムに関する発明を完成した。すなわち、本発
明者らは： ａ）円筒状ダクトをそれぞれ外面側と内面側の両側から
挟む、対向する二つの接触式デジタルゲージ（測微器）
と、前記ゲージをダクト表面上鉛直方向に連動してスラ
イドさせる機構と、ダクトをその中心軸のまわりに回転
させる機構とを有する、手動式の大口径・長尺ダクト用
真円度計測機（真円度・真直度計測機）であって、各計
測点に於いて、ダクト上の任意の計測基準点（０点）に
於ける計測値（ゲージ指示値）からの変位のみを計測
し、真円度を算出することを特徴とする計測機を開発し
た。

【００２０】ｂ）ダクトの長さ方向数箇所にそれと直交
する計測断面を取り、且つ各計測断面円周上に於いて一
定の中心角度おきに計測点（計測角度）を取り、さらに
キャリブレーションとしてダクト一端近傍に取った計測
基準点（０点）に於いてノギス等で外径と肉厚を実測す
る、ａ）記載の真円度計測機に対応する計測方法を考案
した； ｃ）ダクトの最小二乗中心法真円度、及び最小二乗円中
心、最小二乗円半径、最大径・最小径・平均径、最大扁
平率等の計算手順を組み込み、上記ａ）、ｂ）の計測機
と計測方法を用いて取得した変位データ（ゲージ指示
値）の入力と多少のドラッグアンドドロップ操作により
これらの幾何データを算出・表示できる、「真円度算出
のExcelプログラム（Excelデータ表）」を開発した； ｄ）ダクト断面上に於いて、２次元的に最も離れた２点
の計測断面最小二乗円中心の座標から、ダクトの円筒軸
の真直度を求める方法を開発した；そして、 ｅ）ｄ）記載の方法によるダクトの円筒軸の真直度の算
出手順が組み込まれ、ｃ）で算出した各計測断面の最小
二乗円中心の座標データの入力と多少のドラッグアンド
ドロップ操作によりダクトの円筒軸の真直度を算出・表
示できる、「真直度算出のExcelプログラム（Excelデー
タ表）」を開発した。

【００２１】本発明により開発した真円度計測機（真円
度・真直度計測機）の一態様を図１に、その主要仕様を
表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】図１に於いて、この計測機は、円筒状ダク
ト（セラミックダクト供試体）３をそれぞれ外面側と内
面側の両側から挟む、対向する２つの接触式デジタルゲ
ージ（測微器）１，２と、前記ゲージをダクト表面上鉛
直方向にスライダーシャフト１４に沿って連動してスラ
イドさせるゲージ駆動ハンドル８と、ダクト３を載せた
ダクト台１０をその中心軸のまわりに回転させるターン
テーブル６とを有する。

【００２４】本発明に於ける「接触式デジタルゲージ
（測微器）」は、その測定子がダクト表面に接触して変
位を計測するものであればいずれのものであってもよ
い。但し、このとき２つのゲージは完全に対向するよう
に、即ち鉛直面内で常に同じ高さに位置し、ダクト表面
上をスライドするときには連動するように、機械的に連
結されている。

【００２５】また、ゲージ駆動ハンドル８は、ハンドル
の手動回転により生ずる駆動力を機械的に連結されてい
る外側ゲージ１と内側ゲージ２に同時に伝える手段（例
えば、ベルト等）を有している。かかる構造を採用する
ことにより、ゲージ駆動ハンドル８を回転させると、ゲ
ージ１，２をスライダーシャフト１４に沿って連動させ
ることができる。

【００２６】また、この計測機は、表１に示すように、
最大径360mm、最大長1200mmのダクトを計測することが
できる大口径・長尺ダクト用真円度計測機（真円度・真
直度計測機）である。

【００２７】本発明の一態様においては、図１に示す計
測機を用いることにより、ダクトの真円度を計測する。
かかる計測機は、各計測点に於いて、ダクト上の任意の
計測基準点（０点）に於ける計測値（ゲージ指示値）か
らの変位のみを計測することにより真円度を算出するこ
とを特徴とする。計測点（計測角度）は、ダクトの長さ
方向数箇所にそれと直交する計測断面を取り、各計測断
面円周上に於いて一定の中心角度おきに設定する。

【００２８】

【実施例】Ａ．計測準備（供試体ダクトのセッティング
と軸出し調整） 本発明の一態様である真円度計測機（図１）の計測準備
（供試体ダクトのセッティング及び軸出し調整）の手順
を以下に示す。 Ａ−１．供試体ダクトのセッティングの手順 （１）供試体ダクトの外径側を測定するデジタルゲージ
（外側ゲージ）１の測定子４を外径表面から離れるよう
に引っ込め、ストッパー（図１中に示さず）で固定す
る。

【００２９】（２）ターンテーブル６を原点位置（回転
角0°）に設定する。 （３）スライダー・ストッパー７（ゲージが下端に衝突
して損傷するのを防止する）を外し、ゲージ駆動ハンド
ル８を回して外側及び内側ゲージ１，２を最下部（定位
置のスライダー・ストッパーに当たる所）までゆっくり
下げる。

【００３０】（４）計測機のダクト台側支柱９にかぶせ
るようにしながら、供試体ダクト３をダクト台１０上に
ほぼ同心円上になるように降ろす。 （５）ゲージ紐１１を引いてダクトの内径側を測定する
ゲージ（内側ゲージ）２の測定子５（ゲージ紐１１が連
結されている）を内径表面から離れるように引っ込めな
がら、ゲージ１，２をダクトの原点位置（ダクト長方向
の計測位置0ｍｍ）まで上げ、ゲージ紐１１を引く力を
弱めて内側ゲージ２の測定子５を静かにダクト内径側に
当てる。

【００３１】（６）スライダー・ストッパー７を定位置
に設定する。 （７）ストッパーを外し、外側ゲージ１の測定子４を静
かにダクト外径側に当てる。 Ａ−２．軸出し調整の手順 （１）前述の「ダクトのセッティングの手順」における
ダクトの原点位置に於いて、外側ゲージ１、内側ゲージ
２の指示値をリセット（０点調整）する。

【００３２】（２）ターンテーブル６を90°ずつ回転さ
せながら指示値を読み、ターンテーブルの円中心を挟ん
で180°対向する角度（0−180°，90−270°）でのゲー
ジ指示値を均衡させるように、ダクト押しネジ１２でダ
クト３をダクト台上の水平面内で微少移動させる。この
とき、上記対向角度でのゲージ指示値の平均値を目標に
均衡させてゆく。

【００３３】（３）両方のゲージをダクト上端部に移動
させる。 （４）傾き調整ネジ１２（3本）でダクト台１０の傾き
を調整しつつ、ターンテーブル６を90°ずつ回転させな
がらゲージ指示値を読み、対向する角度でのゲージ指示
値を均衡させるようにする。このとき、対向角度でのゲ
ージ指示値の平均値を目標に均衡させてゆく。目標に収
束しやすくするため、初めに２本のネジを使う方向を調
整し、次に90°回転させ、もう１本のネジで調整する。

【００３４】（５）必要な精度（偏差〜20μｍ）が得ら
れるまで、（２）〜（４）の調整作業を繰り返す。 Ｂ．真円度・真直度の計測 Ａの操作によりダクトのセッティングと軸出し調整を行
った後、ダクトの真円度・真直度の計測を行った。 Ｂ−１．計測 （１）供試体ダクト３上に図２に示す４箇所の計測断面
を、また各計測断面円周上に図３に示す計測基準点（０
点）と15°おき24点の計測点（計測角度）を仮想的に設
定する。前記の供試体ダクト３のセッティング、軸出し
調整の後、ゲージ１，２をダクトの計測基準点に移動さ
せ、ゲージ指示値をリセット（０点調整）する。

【００３５】（２）まず、ダクトの上端部近傍の計測断
面について計測を開始する。供試体ダクト３を載せたダ
クト台１０と連結されているターンテーブル６を15°時
計回りに回転させる。このときデジタルゲージ１，２の
測定子４，５は各々ダクトの外面と内面に接したまま、
ダクト表面上を水平面内でスライドし、デジタルゲージ
１，２の指示値は、計測基準点に於ける計測値（ゲージ
指示値：０）からの変位を示す。２つのゲージ指示値を
読んで記録する。

【００３６】（３）以下、同様にターンテーブル６（供
試体ダクト３）を15°ずつ時計回りに回転させ、２つの
ゲージ指示値を読んで記録する。 （４）ダクトが１回転したら、次に２つのゲージと連結
されているゲージ駆動ハンドル８を回して、デジタルゲ
ージ１，２をスライダーシャフト１４上をスライドさ
せ、鉛直方向に次の計測断面の０°位置に移動する。こ
のときデジタルゲージ１，２の測定子４，５は、各々ダ
クトの外面と内面に接したまま、ダクト表面上を鉛直面
内でスライドし、デジタルゲージ１，２の指示値は計測
基準点における計測値（ゲージ指示値：０）からの変位
を示す。２つのゲージ指示値を読んで記録する。

【００３７】以下、同様にターンテーブル６を１回転す
るまで15°ずつ時計回りに回転させ、２つのゲージ指示
値を読んで記録する。 （５）以下、３番目、４番目の計測断面についても同様
の作業を繰り返す。 Ｂ−２．キャリブレーション 計測終了後、供試体ダクト３をダクト真円度計測機から
取り外す。ダクト上端の計測基準点位置（ダクト上端部
×計測断面の計測角度０°位置）に於いて、標準ノギス
を用いて外径値（０°／１８０°間）、肉厚値（０°）
を実測する。 Ｃ．真円度・真直度の算出 Ｃ−１．真円度の算出 （１）上記のようにして取得した変位データ（ゲージ指
示値）から、ダクトの最小二乗中心法真円度、及び最小
二乗円中心、最小二乗円半径、最大径・最小径・平均
径、最大扁平率等を算出するため、市販の汎用表計算ア
プリケーションソフトウェアであるExcel（登録商標）
（Microsoft社）を用いてこれらの計算手順を組み込ん
だプログラム（データ表）を開発した。このExcelプロ
グラムを用いれば、本発明の計測機と計測方法を用いて
取得した変位データ（ゲージ指示値）の入力と多少のド
ラッグアンドドロップ操作を行うことにより、手計算で
複雑な計算をすることなく、上記の幾何データを容易に
算出・表示することができる。

【００３８】（２）開発した「真円度算出のExcelプロ
グラム（Excelデータ表）」を表２に示す。

【００３９】

【表２】

【００４０】以下、表中の各列について説明する。 （i）Ｂ列は、各計測点（計測角度）θ_jを示す（ｊは表
中の行番号）。 （ii）Ｃ列は計測の生データであり、各計測点でのゲー
ジ指示値（変位量）δ _jを示す。

【００４１】（iii）Ｄ列は、ｒ_j＝ｒ₀＋δ_jから求まる
各計測点でのダクトの外半径ｒ_jを示す。 演算式； ＝Ｃ_j＋97.785（計測基準点に於けるダクト
の外半径ｒ₀＝97.785、キャリブレーションによる） ここで、Ｃ_jはＣ列第ｊ行のデータを表し、以下も同様
である。

【００４２】（iv）Ｅ列は、ｘ_j＝ｒ_j＋COSθ_jに示す、
各計測点を極座標（ｒ_j，θ_j）から２次元直交座標に変
換したｘ座標：ｘ_jを示す。 演算式； ＝Ｄ_j＊COS（Ｂ_j＊2＊3.141592654／360） （v）Ｆ列は、ｙ_j＝ｒ_j＋SINθ_jに示す、各計測点のｙ
座標：ｙ_jを示す。

【００４３】 演算式； ＝Ｄ_j×SIN（Ｂ_j＊2＊3.141592654／360） （vi）Ｇ列は、Ｒ_j ²＝（ｘ_j−ａ）²＋（ｙ_j−ｂ）²に示
す、各計測点と最小二乗円中心との二乗距離：Ｒ_j ²を示
す。

【００４４】演算式： ＝（Ｅ_j＋0.238055918）＾2＋
（Ｆ_j＋0.123762003）＾2 ＊最小二乗円中心：ａ＝−0.238055918，ｂ＝−0.12376
2003 （vii）Ｈ列は、Ｒ_j＝｛（ｘ_j−ａ）²＋（ｙ_j−ｂ）²｝
^1/2示す、各計測点と最小二乗円中心との距離：Ｒ_jを示
す。

【００４５】演算式； ＝SQRT（Ｇ_j） （３）以下、本Excelプログラム（データ表）により、
ダクトの真円度等を算出するまでの手順について説明す
る。このExcelプログラム（データ表）のＣ列に、各計
測点でのゲージ指示値（変位量）δ_jを入力する。次い
で、Ｄ列最上部に於いて演算式：＝Ｃ_j＋ｒ₀にキャリブ
レーションから求めたｒ₀の値を入力し、角度（計測
点）345°までドラッグアンドドロップ操作を行う。そ
して、Ｇ列最上部に於いて、演算式：＝（Ｅ_j−ａ）＾2
＋（Ｆ_j−ｂ）＾2にＥ列及びＦ列の最下部に計算・表示
された最小二乗円中心座標（ａ，ｂ）の値を入力し、角
度（計測点）345°までドラッグアンドドロップ操作を
行う。

【００４６】以上の操作により、表２ではＨ列下部に最
小二乗中心法真円度；ΔＺ_q（＝max（Ｒ_j）−min
（Ｒ_j））、最小二乗円半径；Ｒ（＝1/24ΣＲ_j）が、ま
たＥ列及びＦ列下部に最小二乗円中心の座標が計算・表
示される。

【００４７】即ち、真円度計測の生データである径の変
位量と外径・肉厚実測のキャリブレーションから、汎用
の表計算アプリケーションExcelを用いて円筒状セラミ
ックダクトの真円度を算出する方法を確立できた。

【００４８】（４）次に、ダクトの最大径・最小径・平
均径、最大扁平率の算出（表２中Ｉ列〜Ｋ列）について
同様に説明する。 （i）Ｉ列は、ｌ_j＝ｒ_j＋ｒ_(j+12)に示す、各計測点
（計測角度）におけるダクト計測断面の外径（外直径）
ｌ_jを示す。

【００４９】演算式： ＝Ｄ_j＋Ｄ_(j+12) （ii）Ｊ列は、各計測点（計測角度）でのダクト外径
と、それと直交するダクト外径との差の絶対値を示す。

【００５０】演算式： ＝ABS（Ｉ_j−Ｉ_(j+6)） （iii）Ｋ列は、ζ_j＝｜ｌ_j−ｌ_(j+6)｜／MAX（ｌ_j，l
_(j+6)）で定義した、各計測点での扁平率：ζ_jを示す。

【００５１】演算式： ＝Ｊ_j／MAX（Ｉ_j，Ｉ_(j+6)） 表２では、前記（３）に記載したデータ入力と多少のド
ラッグアンドドロップ操作により、真円度ΔＺ_q、最小
二乗円半径Ｒ、最小二乗円中心の座標等とともにダクト
の最大径・最小径・平均径等がＪ列中央部に、最大扁平
率がＫ列中央下部に計算・表示される。

【００５２】即ち、Excelを用いることで、真円度に加
え、円筒状ダクトにとって有用な最大径・最小径・平均
径、最大扁平率等の一連の幾何データを容易に得る方法
をも確立できた。 Ｃ−２．円筒軸の真直度の算出 （１）ダクトの円筒軸は、円筒の各断面の中心を連結す
る曲線として定義することができる。従って、近似的
に、真円度計測時に算出したダクト長方向の各計測断面
の最小二乗円中心を結ぶ曲線（直線）と考えてよい。ま
た、通常セラミックダクト等では、ダクト本体の円筒と
ダクトの円筒軸を含む最小領域としての円筒の交角は小
さく、殆ど平行と見なすことができる。

【００５３】このとき最小領域法によるダクトの円筒軸
の真直度の値は、多くの場合、各最小二乗円中心をダク
ト長方向から見たときの、２次元的に最も離れた２点の
距離として表すことができる。即ち、多くの場合この２
点の座標からダクトの円筒軸の真直度を求めることがで
きる。

【００５４】図４は、最小領域法による円筒軸の真直度
の求め方を表す図である。言い換えれば、図４は、SSA-
S/No.1供試体セラミックダクトについて、真円度計測過
程で算出した各計測断面の最小二乗円中心のばらつきを
示している。ここで、座標の原点（0，0）は仮想中心軸
である。

【００５５】この供試体ダクト外径側の円筒軸真直度の
値は、最も離れた２つの最小二乗円中心を通る円（図中
に最小領域として示す）の直径ｆで表される。 （２）開発した「真直度算出のExcelプログラム（Excel
データ表）」を表３に示す。

【００５６】

【表３】

【００５７】以下、表中の各列を説明する。 （i）Ｃ列は、外径側・内径側についての、各計測断面
の最小二乗円中心のｘ座標の入力データである。

【００５８】（ii）Ｄ列は、外径側・内径側について
の、各計測断面の最小二乗円中心のｙ座標の入力データ
である。 （iii）Ｅ列は、計測断面１の最小二乗円中心と、計測
断面２〜４の最小二乗円中心との二乗距離：Ｌ_j ²を示
す。

【００５９】演算式： ＝（Ｃ_j−0.326394881）＾2＋
（Ｄｊ−0.300757443）＾2 ＊計測断面１の最小二乗円中心： ａ₁＝0.326394881，
ｂ₁＝0.300757443 但し、外径側・内径側の各々最下行には、これら二乗距
離の最大値を示す。

【００６０】（iv）Ｆ列は、計測断面２の最小二乗円中
心と、計測断面３〜４の最小二乗円中心との二乗距離：
Ｌ_j ²を示す。 演算式： ＝（Ｃ_j−0.846905868）＾2＋（Ｄｊ−0.324
723105）＾2 ＊計測断面２の最小二乗円中心： ａ₂＝0.846905868，
ｂ₂＝0.324723105 但し、外径側・内径側の各々最下行には、これら二乗距
離の最大値を示す。

【００６１】（v）Ｇ列は、計測断面３の最小二乗円中
心と、計測断面４の最小二乗円中心との二乗距離：Ｌ_j ²
を示す。 演算式： ＝（Ｃ_j−0.499778100）＾2＋（Ｄｊ−0.190
723091）＾2 ＊計測断面３の最小二乗円中心： ａ₃＝0.499778100，
ｂ₃＝0.190723091 但し、外径側・内径側の各々最下行には、これら二乗距
離の最大値を示す。

【００６２】（vi）Ｈ列は、Ｅ〜Ｇ列について、外径側
・内径側の各々最下行に示された二乗距離の最大値の中
から更に最大値を取り、且つ平方根を取った値を示す。
従ってこの値が、計測断面１〜４の最小二乗円中心同士
の２次元的な距離の中の最大値、即ち供試体ダクトの円
筒軸の真直度ｆ［ｍｍ］に相当する。

【００６３】演算式： ＝SQRT（MAX（Ｅ_j：Ｇ_j）） （vii）Ｉ列は、円筒軸の真直度ｆ［μｍ］を示す。 演算式： ＝Ｈ_j＊1000 （３）以下、本Excelプログラムにより、ダクトの円筒
軸の真円度を算出するまでの手順について説明する。こ
のExcelプログラム（データ表）のＣ列に、各計測断面
の最小二乗円中心ｘ座標の値（表２Ｅ列下部に表示）を
入力する。次いで、Ｄ列に、各計測断面の最小二乗円中
心ｙ座標の値（表２Ｆ列下部に表示）を入力する。

【００６４】外径側、内径側共にＥ列最上部（計測断面
２対応の行）に於いて、演算式：＝（Ｃ_j−ａ₁）＾2＋
（Ｄ_j−ｂ₁）＾2にＣ列及びＤ列の最上部に入力した、
計測断面１の最小二乗円中心座標ａ₁，ｂ₁の値を入力
し、計測断面４の行までドラッグアンドドロップ操作を
行う。

【００６５】次いで、外径側、内径側共にＦ列最上部
（計測断面３対応の行）に於いて、演算式： ＝（Ｃ_j
−ａ₂）＾2＋（Ｄ_j−ｂ₂）＾2にＣ列及びＤ列に入力し
た、計測断面２の最小二乗円中心座標ａ₂，ｂ₂の値を入
力し、計測断面４の行までドラッグアンドドロップ操作
を行う。

【００６６】そして、外径側、内径側共にＧ列最上部
（計測断面４対応の行）に於いて、演算式： ＝（Ｃ_j
−ａ₃）＾2＋（Ｄ_j−ｂ₃）＾2にＣ列及びＤ列に入力し
た、計測断面３の最小二乗円中心座標ａ₃，ｂ₃の値を入
力する。

【００６７】以上の操作により、表３ではＨ列に最小領
域法による円筒軸真直度ｆ［ｍｍ］が、またＩ列には円
筒軸真直度ｆ［μｍ］が計算・表示される。 （４）上述したように、本発明に於いては、ダクト断面
上に於いて２次元的に最も離れた２点の計測断面最小二
乗円中心の座標から、ダクトの最小領域法による円筒軸
の真直度を求める方法を開発した。

【００６８】また、かかる方法によるダクトの円筒軸真
直度の算出手順が組み込まれ、最小二乗円中心の座標デ
ータの入力と多少のドラッグアンドドロップ操作により
ダクトの円筒軸真直度を算出・表示できる、「真直度算
出のExcelプログラム（Excelデータ表）」を開発した。 Ｄ．結果 今回開発した真円度計測機、計測方法、真円度算出のEx
celプログラムを用いて計測・算出した、加速器ビーム
ダクト用の円筒状セラミックダクト供試体（３種類計７
本）の真円度をプロットしたグラフを図５、図６に示
す。

【００６９】更に、今回開発した真円度計測機、計測方
法、真円度算出のExcelプログラム、真直度算出のExcel
プログラムを用いて計測・算出した、加速器ビームダク
ト用の円筒状セラミックダクト供試体（３種類計７本）
の真直度（円筒軸真直度）をプロットしたグラフを図７
に示す。

【００７０】

【発明の効果】本発明により、極めて安価且つ必要な精
度（20μｍ程度）で、加速器ビームダクトとして用いる
大口径（φ200ｍｍ〜φ350ｍｍ）で長尺（Ｌ500ｍｍ〜1
200ｍｍ）の円筒状セラミックダクトについて、真円度
及び真直度を計測・算出できるようになった。

【００７１】費用は、真円度計測機の製作費約200万円
のみと、非常に安価である。本発明により、ダクトの外
面側、内面側の両方について真円度・真直度を同時計測
できるようになった。

【００７２】本発明により、真円度・真直度のみならず
円筒状ダクトにとって有用な最小二乗円半径、最大径・
最小径・平均径、扁平率等の幾何データも同時に計測・
算出できるようになった。

【００７３】本発明では、汎用の表計算アプリケーショ
ンソフトExcel上で、真円度・真直度等の算出を行うデ
ータ解析のプログラムを組んでいる。このため誰もが容
易に使用でき、また複数の箇所で分担・並行してデータ
解析を行うことも可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、ダクト真円度計測機（ダクト真円度
・真直度計測機）の構成としくみを表す図である。

【図２】 図２は、ダクト長方向の計測断面を表す図で
ある。

【図３】 図３は、計測断面円周上の計測点（計測角
度）を表す図である。

【図４】 図４は、最小領域法による円筒軸の真直度の
求め方を表す図である。

【図５】 図５は、セラミックダクト真円度のダクト長
依存性を示す図である。

【図６】 図６は、セラミックダクト真円度の扁平率依
存性を示す図である。

【図７】 図７は、セラミックダクト真直度のダクト長
依存性を示す図である。

【符号の説明】

１ 外側デジタルゲージ ２ 内側デジタルゲージ ３ セラミックダクト供試体 ４ 外側測定子 ５ 内側測定子 ６ ターンテーブル ７ スライダーストッパー ８ ゲージ駆動ハンドル ９ 支柱 １０ ダクト台 １１ ゲージ紐 １２ ダクト押しネジ １３ 傾き調整ネジ １４ スライダーシャフト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金正 倫計 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所東海研究所内 (72)発明者 金澤 謙一郎 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所東海研究所内 (72)発明者 齊藤 芳男 茨城県つくば市大穂１−１ 高エネルギー 加速器研究機構 加速器研究施設内 (72)発明者 久保 富夫 茨城県つくば市大穂１−１ 高エネルギー 加速器研究機構 加速器研究施設内 (72)発明者 佐藤 吉博 茨城県つくば市大穂１−１ 高エネルギー 加速器研究機構 加速器研究施設内 Ｆターム(参考） 2F062 AA01 AA12 AA55 AA57 AA81 BB04 CC27 EE03 EE47 EE63 FF03 FF17 FF23 FG08 GG18 HH05 JJ01 JJ08 JJ09 LL07

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向し且つ連動する二つの接触式デジタ
   ルゲージ（測微器）を有することを特徴とするダクト用
   の真円度計測機。
2. 【請求項２】 円筒状ダクトをそれぞれ外面側と内面側
   の両側から挟む、対向する二つの接触式デジタルゲージ
   （測微器）と、 前記ゲージをダクト表面上鉛直方向に連動してスライド
   させる機構と、 ダクトをその中心軸のまわりに回転させる機構とを有す
   ることを特徴とする、ダクト用の真円度計測機。
3. 【請求項３】 ダクト表面上に任意の計測基準点（０
   点）を設定し、各計測点に於いて接触式デジタルゲージ
   （測微器）により前記計測基準点に於ける計測値（ゲー
   ジ指示値）からの変位のみを計測することを特徴とす
   る、請求項１又は２に記載のダクト用の真円度計測機。
4. 【請求項４】 ダクトの長さ方向数箇所にそれと直交す
   る計測断面を取り、且つ各計測断面円周上に於いて一定
   の角度おきに計測点（計測角度）を取ることを特徴とす
   る、請求項１〜３のいずれか１項に記載の計測機を用い
   るダクトの真円度の計測方法。
5. 【請求項５】 キャリブレーションとして、ダクトの一
   端近傍に取った計測基準点においてダクトの外径と肉
   厚、又は外径と内径、又は肉厚と内径を実測することを
   特徴とする、請求項４記載の真円度の計測方法。
6. 【請求項６】 ダクトの最小二乗中心法真円度の計算手
   順が組み込まれ、変位データ（ゲージ指示値）の入力と
   多少のドラッグアンドドロップ操作によりダクトの真円
   度を算出・表示できる、表計算アプリケーションソフト
   ウェアExcelで組んだプログラム（Excelプログラム）。
7. 【請求項７】 ダクトの最小二乗円中心、最小二乗円半
   径、最大径・最小径・平均径、最大扁平率の計算手順が
   組み込まれ、これらの幾何データを算出・表示できる、
   請求項６記載のExcelプログラム。
8. 【請求項８】 請求項５記載の計測方法によって得た変
   位データ（ゲージ指示値）を用い、請求項６又は７記載
   のExcelプログラムからダクトの真円度を求める計測シ
   ステム。
9. 【請求項９】 請求項８記載の計測システムにより、加
   速器用セラミックビームダクトの真円度を求める方法。
10. 【請求項１０】 請求項４又は５記載の方法を用いてダ
    クトの各計測断面の最小二乗円中心を求め、ダクト断面
    上に於いて２次元的に最も離れた２点の最小二乗円中心
    の座標から、ダクトの円筒軸の真直度を求める方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の方法によるダクトの
    円筒軸の真直度の算出手順が組み込まれ、最小二乗円中
    心の座標データの入力と多少のドラッグアンドドロップ
    操作により、ダクトの円筒軸の真直度を算出・表示でき
    るExcelプログラム。
12. 【請求項１２】 請求項８記載の計測システムと請求項
    １１記載のExcelプログラムからダクトの円筒軸の真直
    度を求める計測システム。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の計測システムによ
    り、加速器用セラミックビームダクトの円筒軸の真直度
    を求める方法。