JP2023082165A - 光学式測定器およびそれを用いた測定方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】被測定物の内径および外径の少なくともいずれかを測定する、インクレメンタル方式の光学式測定器が備えるストッパで、接触子の移動を制限された状態で、リーディングヘッドを用いてリニアスケールを検出する。このときの読みのカウント数を初期値として予め記憶しておく。次に、測定基準となるマスタを測定してリニアスケールの読みのカウント数を記憶する。その後、実際の被測定物を測定する。そして被測定物の測定では、記憶されたストッパで移動を制限された状態の読みとマスタを測定した状態の読みを用いて、被測定物の測定結果を補正する。【効果】ストッパを有する簡単な構成のインクレメンタル方式の光学式測定器を用意したので、電源切断後にリニアスケールと検出部の間の相対距離が移動していても、マスタリングを実行せずに原点を設定できる。【選択図】 図６

Description

本発明は、内径や外径等を計測する光学式測定器およびそれを用いた測定方法に係り、特にインクレメンタル方式の光学スケールを備えて好適な光学式測定器およびそれを用いた測定方法に関する。

例えばシリンダ内径を測定するボアゲージにおいては、高精度の測定が可能なために光学式測定器がしばしば用いられる。そのような光学式測定器では、光を透過する部分と光を透過しない部分が規則的に多数並べられたスケールをセンサ部に設け、そのスケールに光を照射した後の透過光または反射光を検出して、インクレメンタル方式のエンコーダを構成する。インクレメンタル方式のエンコーダの場合には、計測前には絶対位置が不明なので計測時には絶対位置の基準となる原点を何らかの方法で求める必要がある。

特許文献１では、簡単な構成で、光学式エンコーダの原点信号を検出するため、エンコーダが、光源と、配列方向に相対移動が可能なインクレメンタル信号生成用パターンを有するメインスケールと、光源で照射されたメインスケールを透過または反射した光束を受光し、インデックススケールを兼ねる複数のフォトダイオードからなる第１のフォトダイオードアレイと、複数の第１のフォトダイオードアレイから構成される第２のフォトダイオードアレイを有するインクレメンタルスケール信号検出部と、第２のフォトダイオードアレイからの出力信号を処理するインクレメンタル信号処理部を有する。そして、メインスケールは複数のインクレメンタル信号生成用パターンと同一ピッチの原点信号生成用パターンを有し、複数の第１のフォトダイオードアレイから構成される原点信号検出部からの出力信号を原点信号処理部が信号処理している。

光学式エンコーダの原点を決定する他の方法が、特許文献２に記載されている。この公報では、インクレメンタル方式のエンコーダにおいて、原点検出用の特別なスケールを設けることなく、簡単な構成で原点位置を決定するために、発光部と受光部を有するリーディングヘッドと、リーディングヘッドに対向して配置されスケール・パターンが複数並べて形成されたリニアスケールを、エンコーダが有する。そして、リニアスケールでは交互に形成される反射部と透過部の幅が実質的に同一であり、その全長における少なくとも１カ所で反射部または透過部が欠落しており、欠落部を原点として決定している。

また特許文献３では、測定ヘッドにおける接触子の基準点を検出するために、起動時のアームの角度位置と、複数の段差をもつブロックの各段差に接触子を当接させたときのアームの角度位置を異なる２カ所で計測して得られた角度位置から、接触子の基準点を求めている。

特開２０１３－３６９４５号公報 特開２０１７－１４２２０３号公報 特開２００４－１２５７３２号公報

インクレメンタル方式のスケールを有する測定器、例えばエンコーダでは、携帯するためもしくは商用電源配線が測定に邪魔になる等の理由で、電池を用いることがある。その場合、電池の無駄な消耗を避けて電池交換の期間を延ばすため、測定時以外は電源を切断する。測定器の不使用時に電源を切断すると、電源切断中に測定器のスケールと受光部の相対位置が変化するか、または位置情報がクリアされて測定器には何らの記録も残らない状態が出現し、原点検出の作業が必要になる。そこで一般的には寸法が既知のマスタでの再確認作業を実行している。測定器の電源切断のたびにマスタでの原点検出が必要になると、加工後の検測などでは加工のたびごとにマスタでの原点校正が必要となり、作業工数が増し作業効率が低下する。この不具合を回避するために、常時測定器に通電することは、電池式測定器の場合には上述した頻繁な電池交換作業もしくは充電作業をもたらす。

上記特許文献１では、原点検出のために特別に反射／非反射のパターンが形成されたスケールを設けているので、確実に原点を検出することが可能であると思われるが、余分なスケールを付設するために、スケール幅が増えて小型化が難しくなる。また、標準スケールを使用できず高価になる。また特許文献２では、スケールの一部のパターンを省くことにより同様に原点位置を検出しているが、パターンを省いた箇所での精度悪化が懸念される。また、この場合も標準スケールに加工が必要なため高価になる。また、これらはいずれも測定器ごとに原点位置を予め測定範囲に対応した位置に設定する必要があり、事前の調整作業に多大な時間を要する。

一方、原点検出に段差付ブロックを用いる特許文献３に記載のものでは、原点検出のたびに段差ブロックを用いた校正が必要であり、これはマスタを用いた検出と同じことであるので、作業効率を低下させる。特に、測定器の電池の消耗を減らすために頻繁に測定器の電源を切断する場合には、切断頻度と同程度の頻度でのブロックを用いた原点検出が必要となる。

本発明は上記従来の技術に鑑みなされたものであり、その目的は、電源切断後にスケールと検出部の間の相対距離情報が失われても、簡単な構成のインクレメンタル方式の測定器を用意することで、マスタを用いた原点設定のための計測を省略可能な測定方法を提供することにある。本発明の他の目的は、電源切断に容易に対応可能なインクレメンタル方式の測定器を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の構成は、以下のとおりである。

［１］ 反射部と透過部とが交互に規則的に形成されたスケールと、発光手段および受光手段を有するリーディングヘッドと、制御手段と、を備えるインクレメンタル方式の測定器であって、上記リーディングヘッドに対する上記スケールの相対的な移動を制限するストッパを備え、上記制御手段は、上記ストッパにより、上記移動が制限された状態と、マスタを計測した状態と、における出力差を演算することを特徴とする測定器。
［２］ 上記制御手段は、ワークによる上記移動の量を、上記移動が制限された状態の測定値と、予め記憶された上記出力差とから計算する、［１］に記載の測定器。
［３］ 上記スケールに接続され、ワークと接触することで、上記リーディングヘッドに対して上記スケールを相対的に移動させる接触子を更に備え、上記制御手段は、上記ワークとの接触による上記移動の量を、上記移動が制限された状態の測定値と、予め記憶された上記出力差とから計算する、［１］に記載の測定器。
［４］ 上記移動の量が、上記スケールの読みのカウント数である、［１］～［３］のいずれかに記載の測定器。
［５］ ［１］に記載の測定器を用いて、ワークの測定を行う、測定方法において、上記ストッパにより上記移動が制限された状態における、上記スケールの読みのカウント数を初期値として予め記憶しておく工程と、上記マスタを測定して上記カウント数を記憶する工程と、上記ワークを測定する工程と、を含み、上記ワークの測定は、上記初期値と、上記マスタを測定した上記カウント数とを用いて、上記ワークを測定して得られた読みのカウント数を補正し、測定値を得る、測定方法。

また、本発明の他の特徴は、内径および外径の少なくともいずれかを測定可能な光学式測定器において、被測定部に当接可能な少なくとも２個の接触子と、該接触子を保持する測定アームと、該測定アームを回動可能に押圧する押圧手段と、前記測定アームを回動可能に保持し前記測定アームの回動を制限するストッパが形成された保持部材と、前記測定アームの移動量を検出するセンサ部および該センサ部の出力を処理し記憶する制御部を備え、前記センサ部は、前記測定アームと前記保持部材の一方に取り付けられ、反射部と透過部が交互に規則的に形成されたスケールと、前記測定アームと前記保持部材の他方に取り付けられた発光手段および受光手段を有するリーディングヘッドを備えてインクレメンタル方式のセンサ部を形成し、前記制御部は、前記測定アームが前記ストッパで動きを制限された状態とマスタを計測した状態における出力差を記憶可能な記憶手段を有することにある。

そしてこの特徴において、前記光学式測定器が内径を測定可能な光学式測定器であり、前記センサ部からの出力が前記ストッパで制限された状態、マスタを計測した状態、前記接触子が前記保持部材内に退避した状態の順で多くなるまたはこの順で小さくなるように前記スケールおよび前記受光手段を配置するのが好ましく、前記センサ部および前記制御部に電力を供給する電池および電池からの電力供給を切断するスイッチ手段を備えるのが望ましい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、インクレメンタル方式の光学式測定器を用いて被測定物の内径および外径の少なくともいずれかを測定する測定方法において、前記光学式測定器が備えるストッパで接触子の移動を制限された状態における、リーディングヘッドを用いて得られた前記光学式測定器のリニアスケールの読みのカウント数を初期値として予め記憶しておく工程と、次に測定基準となるマスタを測定して前記リニアスケールの読みのカウント数を記憶する工程と、その後実際に被測定物の内径と外径の少なくともいずれかを測定する工程とを含み、前記被測定物の測定工程においては、記憶された前記ストッパで移動を制限された状態の読みのカウント数と前記マスタを測定した状態の読みのカウント数とを用いて前記被測定物を測定して得られた読みのカウント数を補正し、補正されたカウント数から内径または外径を得ることにある。

そしてこの特徴において、前記マスタを測定してカウント数を記憶する工程後に、前記光学式測定器の電源切断の有無にかかわらず、前記マスタを測定してカウント数を記憶する工程を実行すること無く前記被測定物の測定工程を複数回連続して実行するのが望ましく、さらに被測定物を測定する測定工程を２回以上の所定回繰り返したらマスタを測定して、前記リニアスケールの読みのカウント数を更新記憶するのが望ましい。

本発明によれば、インクレメンタル方式の光学式測定器において測定限界となるストッパ位置を超えてスケールを配置し、このストッパ位置より測定範囲内に基準となるマスタ位置を設定し、マスタ位置とストッパ位置の関係を記憶する手段を設けることにより、電源切断があっても原点設定に対応する実際のマスタリングを実行せずに、記憶された電源切断前の位置情報に基づいて原点を設定できる。また、記憶されたマスタ位置とストッパ位置を用いて原点設定が可能なので、インクレメンタル方式の光学式測定器は電源切断に容易に対応できるとともに、測定に要する時間を低減できる。

本発明に係る光学式内径測定器の一実施例の縦断面図である。 本発明に係る光学式外径測定器の一実施例の縦断面図である。 本発明に係るセンサ部の一例を示す上面図および側面図である。 図３に示すセンサ部の動作を説明する図である。 図３に示すセンサ部の出力例を示す図である。 本発明に係る原点設定方法を説明する模式図である。 本発明に係る原点設定方法のフローチャートである。

以下、本発明に係るインクレメンタル方式のセンサを用いた光学式測定器のいくつかの例を、図面を用いて説明する。図１は、インクレメンタル方式の光学センサを用いた光学式測定器１００の一例を示す図であり、内径測定用のボアゲージ１００の例である。図１（ａ）は側面断面図であり、図１（ｂ）は正面断面図、図１（ｃ）は底面図である。

ボアゲージ１００は、下部に配置される測定部６０と上部に配置される制御部７０を有する。測定部６０の外形は円筒形で、底面４３が閉じられた保護カバー４２により保護されている。保護カバー４２の内側では、上下に長く延びた一対の測定アーム２８が保護カバー４２の近くに配置されている。各測定アーム２８の上端部には、開口が形成されており、アーム保持具４０に取り付けた軸３４がこの開口に嵌合している。アーム保持具４０は、図示しないボアゲージ１００のベース部材とともに、ボアゲージ１００の静止側を構成する。

軸３４と測定アーム２８の間には軸受手段３２が配設されており、測定アーム２８は軸３４を回転中心として低摩擦で回動できるようになっている。ボアゲージ１００の大型化を防ぐために軸受手段３２には含油軸受等の滑り軸受も用いられるが、大きさの制限がない場合等には軸受精度を期待できる転がり軸受を用いることもできる。

各測定アーム２８の他端部、すなわち下端部付近には、測定アーム２８の長手軸（上下軸）に直角な方向であって外向きに測定子２４が取り付けられている。測定子２４は、ほぼ円柱の基材と、基材の外側端部に取り付けられた接触子２６を有する。接触子２６は被測定物であるワークの内面に当接する部分であり、ほぼ半球状をしており、測定対象に応じて柔らかい材料と硬い材料が用いられる。例えば測定対象がアルミ合金等であれば測定対象を傷つけない比較的柔らかい金属または非金属とし、測定対象が比較的硬い鋼等であればステンレス鋼等の金属やルビー等の非金属を使用できる。測定子２４に対応する保護カバー４２の部分には、測定子２４より一回り大きい貫通孔２０が形成されており、測定子２４の先端部が測定アーム２８の長手軸に直角な方向にこの貫通孔２０を抵抗なく出入りできるようになっている。

測定子２４が取り付けられた部分の上方の測定アーム２８の部分には、測定子２４の取り付け側とは反対側の測定アーム２８の内側部分に、押圧バネ２２が取り付けられる凹部が形成されている。つまり一対の測定アーム２８の長手軸上の同じ位置であって、測定アーム２８の対向する面に凹部が形成され、各凹部に押圧バネ２２の各端部が保持されている。これにより、一対の測定アーム２８は常時互いが外側に向かって遠ざかるように押圧される。なお図１では、１個の押圧バネ２２の両端部を一対の測定アーム２８にそれぞれ保持させているが、押圧バネ２２を２個以上用いて、その一端部を測定アーム２８に当接させ、他端部を図示しないベース部材に固定するようにしてもよい。

押圧バネ２２よりも上方の位置であって保護ケース４２の内面側には、各測定アーム２８の移動位置に突起状のストッパ５０が形成されている。ストッパ５０は軸３４を中心とする各測定アーム２８の外側への回動を制限するためのものである。すなわち、ストッパ５０に測定アーム２８の側面が当接することで、押圧バネ２２による押圧力が測定アーム２８に加えられていても、測定アーム２８はストッパ５０により物理的に回動を止められ、それ以上回動することができない。この測定アーム２８の位置が、本ボアゲージ１００を使用するときの初期状態である。

ストッパ５０の上方には、インクレメンタル方式のセンサ部を構成するリニアスケール４が測定アーム２８の表面上に取り付けられている。リニアスケール４ではスケール方向が測定子２４の移動方向に合わせられている。リニアスケール４に対向して、リーディングヘッド１が配置されている。リーディングヘッド１はリーディングヘッド保持材３０に保持されており、リーディングヘッド保持材３０は図示しないベース部材に接続している。なおセンサ部については図３を用いて詳細を後述する。

リーディングヘッド１の検出信号は、リーディングヘッド保持材３０等を介してボアゲージ１００の上部の制御部７０に送られる。制御部７０には記憶手段８６を備える制御手段８２が設けられており、リーディングヘッド１の検出信号を信号処理した結果が記憶手段８６の不揮発性メモリに記憶される。制御手段８２には電源として、例えば単三乾電池等の電池８４がスイッチ８８を介して接続されている。

ここで、図１に示したボアゲージ１００は、例えばＮＣ自動機やマシニングセンタにおいてワークを加工した後の製品検査、いわゆる検測に用いることができるので、加工中に制御手段８２に通電していると電池８４の消耗が激しく頻繁な交換が必要となる。そこで、この不具合を解消するため、一般的にはワークの加工時にはスイッチ８８を切断し、検測に必要なときだけスイッチ８８を投入して通電するようにしている。その場合ボアゲージ１００がインクレメンタル方式であれば、電源再投入のたびに絶対長さのための校正が必要となる。本発明は、後述するようにこの電源再投入後の処理を簡素化している。

本発明に係るインクレメンタル方式の測定器の他の実施例を図２に示す。本測定器１９０は、測定部１６０と制御部１７０を備えた光学式の外径測定器１９０であり、主要構成は図１に示したボアゲージ１００とほぼ同じである。この図は、ワークＷを測定する状態を示している。一対の対向配置された測定アーム１２８の長手方向中間部には、この測定アーム１２８を回動可能に保持する軸１３４と軸受１３２が配置されている。各測定アーム１２８の先端側には接触子１２６を有する測定子１２４が、互いに対向するよう内向きに取り付けられている。接触子１２６は半球形であり、ワークＷの外面に当接する。

測定アーム１２８の他端側には、センサ部を構成するリニアスケール１０４が取り付けられている。ここで、測定アーム１２８では分解能を向上させるため、リニアスケール１０４の長手方向取り付け位置を、回動中心である軸１３４からできるだけ遠ざけている。図示しないがリニアスケールに対向してリーディングヘッドが配置され、その検出信号は破線で示したように制御部１７０の制御手段１８２へ入力される。

一対の測定アーム１２８が常時閉じる方向に回動するように、押圧バネ１２２が回動中心位置である軸１３４とリニアスケール１０４が取り付けられた先端部の間に設けられている。すなわち、一端が図示しないベース部材に固定された押圧バネ１２２の他端は、測定アーム１２８の側面に当接しており、この位置で各測定アーム１２８を外側へ押圧している。また、回動中心である軸１３４とリニアスケール１０４の取り付け側先端の間であって、測定アーム１２８の外側面に対応するケース１４２に、突起状のストッパ１５０が形成されている。ストッパ１５０は押圧バネ１２２の押圧力による測定アーム１２８の測定位置での狭まる方向への回動を制限するもので、ストッパ１５０に測定アーム１２８が当接した状態が、外径測定器１９０の初期状態である。

制御部１７０では、ケース１４２内に記憶手段１８６を備える制御手段１８２が配置されており、制御手段１８２には単三乾電池等の電池１８４がスイッチ１８８を介して接続されている。図示しないリーディングヘッドが検出した検出信号は、制御手段１８２内でデジタル変換等の処理がなされて、記憶手段１８６に記憶される。

次にインクレメンタル方式のセンサ部を構成するリニアスケール４とリニアスケール４に対向配置されるリーディングヘッド１の詳細を、図３および図４を用いて説明する。図３は、リニアスケール４とリーディングヘッド１の配置を示す図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は正面図である。図４は、センサ部で検出された信号を図１の制御手段８２（または図２の制御手段１８２）で処理する様子を模式的に示した図である。

リニアスケール４は、例えばガラス製のスケール４ａ にＡｇ、Ａｌ等の光反射率の高い金属を蒸着等で成膜して形成した反射部５ｂと、反射部５ｂ間に非成膜部分（または非処理部）として形成された透過部５ａを有する。反射部５ｂと透過部５ａは同一幅、例えば２０μｍであり、これら反射部５ｂと透過部５ａとでスケール・パターン５が形成される。そして、このスケール・パターン５が、測定アーム２８（１２８）の移動方向であるＸ方向に多数繰り返し形成されている。上述したように、リニアスケール４は測定アーム２８に取り付けられ、測定アーム２８とともにＸ方向に移動する。

一方リーディングヘッド１は、リニアスケール４から間隔を置いてリニアスケール４に平行に対向配置され、リニアスケール４とともにインクレメンタル方式の光学エンコーダもしくはセンサ部を形成する。リーディングヘッド１は、発光部２と受光部３をスケール基板１ａ上に有している。発光部２はＬＥＤアレイやレーザアレイからなる光源を有する。受光部３は、フォトダイオードアレイからなる受光素子と格子や光透過部材を有する。

このように構成したセンサ部は、リニアスケール４が測定アーム２８とともに図中Ｘ方向に動くと、発光部２から発光された入射光１１は、リニアスケール４上の複数のスケール・パターン５に入射し、反射部５ｂでは反射して反射光１２として受光部３へ入射し、一方透過部５ａでは透過光１３としてリニアスケール４を通り抜ける。受光部３に入射した反射光１２が、リニアスケール４のＸ方向への移動量の検出信号として以後処理される。

このセンサ部における発光以後の処理を、図４を用いて説明する。リーディングヘッド保持材３０上に配置されたリーディングヘッド１は、リニアスケール４の移動により図４の左側上部円内に示したように、受光素子が備えるダイオードアレイ内の各ダイオードから正弦波の検出信号２０２を得る。これらの検出信号は、ダイオードアレイ内のダイオードを組み合わせて、Ａ相信号２０４およびＡ相とは９０°位相の異なるＢ相信号２０６に集約されて、逓倍回路２３０に送られ、そこで増幅された後、アナログ／デジタル変換回路を経てデジタル信号に変換される。デジタル信号化されたＡ相信号２１４およびＢ相信号２１６はカウンタ回路２３２でカウントされ、リニアスケール４のＸ方向の移動量に応じたカウント数が得られる。

ここで本実施例に用いる光学式測定器１００、１９０は、インクレメンタル方式を採用しているので、リニアスケール４の移動前と移動後の間のカウント数の差は長さとして換算できる。しかし、アブソリュートエンコーダではないので、移動前のカウント数がどの位の絶対長さに対応しているかはカウント数だけからは知ることができず、測定ごとに事前の校正が必要である。特に、測定前に測定器の電源が切断されていると、測定器のゼロ点または基準位置が情報として保持されないので必ず校正が必要になる。その場合、従来は、既知の内径または外径のマスタＭに測定器を位置決めして測定を開始し、その時点でのマスタのカウント数を基準点またはゼロ点としている。そして、以後の測定ではマスタＭの測定カウント数とワークＷを測定したカウント数との差を、ワークＷのカウント数に加減して測定値としている。このため、マスタＭとワークＷを同一測定位置に設定する必要があり、設定に多大な時間を要している。以下にこの不具合を解消する、図１～図４を用いて説明した測定器１００、１９０による本発明の計測方法を、説明する。

図５～図７は、本発明に係る測定器１００、１９０を用いる測定方法の図であり、図５はリーディングヘッド１が検出した検出信号の例を示す図である。デジタル変換回路を経てデジタル化された後の状態を示しており、同図（ａ）は、最初に測定器１００、１９０を使用する際の出力例であり、同図（ｂ）は２回目以降の計測時の出力例を示している。図６は、図１に示したボアゲージ１００の下部のみを模式的に示す図であり、同図（ａ）は測定器１００の初期状態を示し、同図（ｂ）は初期状態での測定（（ａ）の状態）後に電源切断を経ることなくマスタＭを測定する場合を示している。また同図（ｃ）は、一旦測定が終了して電源切断した後、電源を再投入したときの測定器１００の状態を示す図であり、同図（ｄ）は同図（ｃ）の後に電源を切断することなくワークＷを測定する状態を示す図である。図７は、上記一連の測定動作を説明するフローチャートである。

例えば、同一形状の部品（ワーク）をマシニングセンタで複数個連続して自動で内径加工する場合を考える。マシニングセンタには内径測定用のボアゲージが備えられており、１個のワークＷの加工終了ごとに、ボアゲージ１００を用いてワークＷの内径を測定する。加工には所定時間を要するので、加工中はボアゲージ１００の測定用の電源が切断される。ボアゲージ１００はインクレメンタル方式であるから、原点が記憶されていない。そこで、まず第１個目のワークＷの測定前に、ボアゲージ１００の最大径（最大測定範囲）でのカウント数を計測する。すなわち、ボアゲージ１００の測定アーム２８がボアゲージのストッパ５０に当接したときのカウント数ｎ_０を計測する。これは図６（ａ）に対応し、この例ではカウント数は５０である。測定アーム２８がストッパ５０に当接する位置は、以後の計測におけるボアゲージ１００上の基準点Ｐ_Ｓとして用いる。

次に、ボアゲージ１００をマスタＭの位置へ移動する。またはマスタＭを測定位置へ移動して、マスタＭのボアゲージ１００上の内径位置Ｐ_Mに対応するカウント数ｎ_ｍを測定する。このときボアゲージ１００の接触子２６はマスタＭの内面に当接するが、測定アーム２８はもはやストッパ５０には当接せず、ストッパ５０から離れている。この状態は図６（ｂ）に対応し、本例ではカウント数は１００である。マスタＭは内径が既知であるので、図６（ａ）で測定した基準点位置Ｐ_Ｓは、マスタＭのカウント数ｎ_ｍと基準点位置Ｐ_Ｓのカウント数ｎ_０との差Ｎから、図５（ａ）を参照して、次式のようになる。

φＤ_Ｓ＝φＤ_Ｍ＋ｋＮ＝φＤ_Ｍ＋ｋ（ｎ_ｍ－ｎ_０）
ここでＤ_Ｓは測定アーム２８がストッパ５０に当接したときの接触子２６の先端間の距離であり、φＤ_ＭはマスタＭの内径（既知）である。ｋは、１カウント当たりの長さであり測定器に固有な値である。なお、ここで得られたマスタＭのカウント数と基準点位置Ｐ_Ｓのカウント数の差Ｎは、ボアゲージ１００の制御手段８２が有する不揮発性メモリである記憶手段８６に記憶される。測定アーム２８がストッパ５０に当接した状態である基準点Ｐ_Ｓでの計測値のカウント数およびその距離換算置が得られたので、次にボアゲージ１００の電源を切断することなく１個目のワークＷ_１の内径を測定する。

ボアゲージ１００の接触子２６がワークＷ_１の内面に当接する。これは図６（ｄ）に対応し、本例ではカウント数は２１２である。この状態でも、測定アーム２８はストッパ５０には当接しておらず、ストッパ５０から離れている。上式と同様に、測定したワークＷ_１の内径φＤ_Ｗ１は、次式で得られる。

φＤ_Ｗ１＝φＤｓ+ｋ（ｎ_Ｗ１－ｎ_０）
ここで、ｎ_Ｗ１はワークＷ_１の測定カウント数である。

この後、マシニングセンタは次のワークＷ_２の加工に取りかかる。そこで、ボアゲージ１００の電池８４の消耗を抑えるため、ボアゲージ１００の電源を一旦切断する。そしてワークＷ_２の加工を終えた後、ワークＷ_２の内径の測定を再開する。ボアゲージ１００では電源を切断していた間に、インクレメンタル方式のリニアスケール４とリーディングヘッド１の相対位置を示す情報が失われている、もしくは何らかの理由で相対位置が変化していて、基準位置の情報が得られない。

そこで、ワークＷ_２の計測前に、測定アーム２８がストッパ５０に当接する状態で再度カウント数ｍ_０を計測する。ボアゲージ１００は常時押圧バネ２２で測定アーム２８をストッパ５０の側に押圧しているので、この測定は電源を再通電するだけで容易に実行できる。測定状態は図６（ｃ）に対応し、本例では測定して得られたカウント数は７０である。ボアゲージ１００の状態は、１個目のワークＷ_１の測定前と同じ条件であるが、電源が切断されていたため、カウント数には違いが出る場合がある。１個目のワークＷ_１の測定前において、基準位置とマスタ位置との相対関係が知られており、それはカウント数Ｎとして記憶手段８６に記憶されている。そこで、図５（ｂ）を参照して、ストッパ５０に測定アーム２８が当接するこの基準位置Ｐ_Ｓ１からＮカウント数だけカウント数が多いところをマスタＭのボアゲージ１００上の位置Ｐ_Ｍ１と見なす。マスタＭの位置Ｐ_Ｍ１が得られたので、マスタＭを用いた計測が２個目以降のワークＷでは不要になる。すなわち、マスタＭによる校正値に変えて、ボアゲージ１００が備えるストッパ５０を用いた計測を用いているので、大幅に作業効率が向上する。

ストッパ５０を用いて、マスタＭを用いた校正に相当する校正を行ったので、ボアゲージ１００は校正が完了している。そこで図６（ｄ）と同様に、接触子２６をワークＷ_２の内面に当接させ、そのときのカウント数ｎ_Ｗ２を求める。得られたカウント数から、
φＤ_Ｗ２＝φＤｓ+ｋ（ｎ_Ｗ２－ｍ_０）
で、ワークＷ_２の内径が正確に得られる。３個目以降のワークＷでも上記ストッパ５０と測定アーム２８を当接させた測定と実際のワークＷの内径の測定を繰り返す。

上記から明らかなように、内径を測定可能な光学式測定器であるボアゲージ１００では、ストッパ５０に測定アーム２８が当接したデフォルト状態以上には測定範囲が広がらないのでこの状態が、リニアスケール４をリーディングヘッド１が読み込むカウント方向によるが、リニアスケール４のカウント数の下限または上限になる。マスタＭはこの限界値よりもリニアスケール４の内側に計測され、さらに接触子２６が保護カバー４２側へ退避した状態ではそれ以上小径のものは測定できないから、測定の上限または下限になる。したがって、ストッパ５０と測定アーム２８の当接位置、マスタ位置、接触子の引き込み限界位置の順で計測される内径は小さくなり、カウント数はリーディングヘッド１のカウント方向に応じて、この順で小さくなるかまたは大きくなる。なお、本発明においては、測定アーム２８を回動可能に保持し、測定アーム２８の回動を制限するストッパ５０が形成された部材を保持部材と称する。図１に示した実施形態においては、保持部材は、アーム保持具４０と保護カバー４２の２つを合わせた物となる。

次に、図７のフローチャートを用いて上記測定方法を再び説明する。測定プログラムが開始されると、第１個目のワークＷ_１を測定する前に、ステップＳ７００でボアゲージ１００の電源が投入される。通常この状態では、ボアゲージ１００の測定アーム２８は押圧バネ２２によりストッパ５０に押圧されているので、この状態のボアゲージ１００の出力を測定する（ステップＳ７１０）。次いで、内径が既知のマスタＭの内径を、ボアゲージ１００を用いて測定する（ステップＳ７２０）。そしてステップＳ７３０において、ステップＳ７１０で測定した測定アーム２８がストッパ５０に当接したときのカウント数とステップＳ７２０で測定したボアゲージ１００のカウント数の差を制御手段８２が演算し、記憶手段８６に記憶する。１個目のワークの場合には差分読み出しは省略し、接触子２６をワークＷ_１の内面に当接させてワークＷ_１の内径を測定し、カウント数の差分を用いて制御手段８２がワークＷ_１の内径を演算する。演算結果は記憶手段８６に記憶する、または加工のフィードバックに使用する（ステップＳ７４０）。

ステップＳ７４０で１個目のワークＷ_１についての測定が終了したので、次のワークの内径加工が開始される。ボアゲージ１００の電池８４の消耗を抑制するため、ステップＳ７５０で電源を切断し、次の測定を待つ。ステップＳ７６０において、次の測定があるか否かを判断する。測定がなければ終了する。次の測定があれば、ステップＳ７７０に進む。ステップＳ７７０では、加工を終えた次のワークＷ_２を待ち、ワークＷ_２が測定位置に到ったらボアゲージ１００の電源を再投入する。そして、通常デフォルト状態である測定アーム２８をストッパ５０に当接させボアゲージ１００の測定を実行する（ステップＳ７８０）。

次に、前回のマスタＭの測定時から予め定めた測定回数が実行されたか否かをステップＳ７９０で判断する。この判断は、例えば測定対象のワークＷの硬度が比較的高く、それに対して接触子２６の硬度が低い場合に、ワークＷの内面への接触子２６の当接が所定回数に達すると接触子２６の摩耗量が有意になり、測定誤差を増大させる恐れがあるため実行される。逆にワークＷの硬度が低くて、ワークＷに損傷を与えるのを防止するために接触子２６の硬度を低下させざるを得ない時にも、同様に接触子２６がワークＷとの当接により摩耗することがあるためである。測定結果に影響を与えるほどの摩耗発生が懸念される回数に達したら、ステップＳ７２０に戻り、マスタＭを再度測定する。まだ接触子２６の摩耗が顕著になるほどの回数に達していなければ、ステップＳ７４０に戻り、制御手段８２が有する記憶手段８６に記憶された初期のマスタＭを計測したカウント数と測定アーム２８がストッパ５０に当接したときのカウント数の差Ｎを読み出し、ワークＷ_２の測定をする。以下ステップＳ７４０からＳ７９０またはステップＳ７２０からＳ７９０を、測定対象がある限り繰り返す。

以上説明したように、上記実施例によれば内径または外径測定用のインクレメンタル方式の光学式測定器において、測定アームが当接するストッパを設けたので、測定器の電源切断ごとのマスタによる校正をストッパ検出で代行できるので、校正に要する時間を大幅に低減でき、光学測定の時間が低減される。これによりワークの機械加工後の検測時間が減少し、ワーク加工の工数を低減できる。なお上記実施例では、ストッパを保護ケース等の測定器の静止側に設けているが、可動側である測定アーム側に設けても良いことは言うまでも無い。ストッパは可動側の動きを停止できるものであれば、どのような形態でも可能である。

１…リーディングヘッド、２…光源（発光部）、３…フォトダイオード（受光部）、４…リニアスケール、５…スケール・パターン、５ａ…透過部、５ｂ…反射部、１１…入射光、１２…反射光、１３…透過光、２０…貫通孔、２２…押圧バネ、２４…測定子、２６…接触子、２８…測定アーム、３０…リーディングヘッド保持材、３２…軸受手段、３４…軸、４０…アーム保持具、４２…保護カバー、４３…底面、５０…ストッパ、６０…測定部、７０…制御部、８２…制御手段、８４…電池、８６…記憶手段、８８…スイッチ、１００…内径測定器（ボアゲージ）、１０４…リニアスケール、１２２…押圧バネ、１２４…測定子、１２６…接触子、１２８…測定アーム、１３２…軸受、１３４…軸、１４２…ケース、１５０…ストッパ、１６０…測定部、１７０…制御部、１８２…制御手段、１８４…電池、１８６…記憶手段、１８８…スイッチ、１９０…外径測定器、２０２…検出信号、２０４…出力信号（Ａ相）、２０６…出力信号（Ｂ相）、２１４～２１４ｂ…デジタル化信号（Ａ相）、２１６～２１６ｂ…デジタル化信号（Ｂ相）、２３０…逓倍回路、２３２…カウンタ回路、Ｃ_０…表示カウンタ、ｋ…係数、Ｍ…マスタ、ｍ_０…カウント数、Ｎ…カウント数差、ｎ_０…カウント数（ストッパ）、ｎ_ｍ…カウント数（マスタ）Ｐ_Ｓ、Ｐ_ｓ１…（リニアスケール上の）ストッパ位置、Ｐ_Ｍ、Ｐ_Ｍ１…（リニアスケール上の）マスタ位置、Ｗ…ワーク（被測定物）、Ｘ…測定子移動方向

Claims (5)

1. 反射部と透過部とが交互に規則的に形成されたスケールと、
   発光手段および受光手段を有するリーディングヘッドと、制御手段と、を備えるインクレメンタル方式の測定器であって、
   前記リーディングヘッドに対する前記スケールの相対的な移動を制限するストッパを備え、
   前記制御手段は、前記ストッパにより、前記移動が制限された状態と、マスタを計測した状態と、における出力差を演算することを特徴とする測定器。
2. 前記制御手段は、ワークによる前記移動の量を、前記移動が制限された状態の測定値と、予め記憶された前記出力差とから計算する、請求項１に記載の測定器。
3. 前記スケールに接続され、
   ワークと接触することで、前記リーディングヘッドに対して前記スケールを相対的に移動させる接触子を更に備え、
   前記制御手段は、前記ワークとの接触による前記移動の量を、前記移動が制限された状態の測定値と、予め記憶された前記出力差とから計算する、請求項１に記載の測定器。
4. 前記移動の量が、前記スケールの読みのカウント数である、請求項１～３のいずれか１項に記載の測定器。
5. 請求項１に記載の測定器を用いて、ワークの測定を行う、測定方法において、
   前記ストッパにより前記移動が制限された状態における、前記スケールの読みのカウント数を初期値として予め記憶しておく工程と、
   前記マスタを測定して前記カウント数を記憶する工程と、
   前記ワークを測定する工程と、を含み、
   前記ワークの測定は、
   前記初期値と、前記マスタを測定した前記カウント数とを用いて、前記ワークを測定して得られた読みのカウント数を補正し、測定値を得る、測定方法。

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