JP3011613B2 - 外径測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物に光を照射
し、受光量の変化から被測定物の外径を求める外径測定
装置に係り、特にドリルやリーマ等の高速回転している
切削工具の外径や振れ等を測定するのに好適な外径測定
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドリルやリーマ等の回転切削工具
の外径の測定は、工具をボール盤などの孔あけ機に装着
する前にノギスやマイクロメータによって行うのが一般
的である。また、切削工具の外径の自動測定を行うため
に、画像処理技術を応用し、受光部に電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）からなるリニアイメージセンサを用い、このイメ
ージセンサの出力を画像処理装置によって処理し、切削
工具の外径を求めるようにした検査装置が開発されてい
る。

【０００３】ところが、上記の画像処理技術を応用した
検査装置は、受光部がＣＣＤを用いたリニアイメージセ
ンサによって構成してあり、各素子の検出信号が時系列
に出力されるため、データの取り出しに時間がかかり、
高速回転する工具の外径を測定することができなかっ
た。また、外径の測定精度がＣＣＤの画素ピッチに依存
するため、高分解能に欠け、高精度の測定ができない欠
点があった。そこで、本願出願人は、切削工具を高速回
転させた状態で外径や振れを測定することができる切削
工具の検査装置を提案した（特開平５−３２９７５１号
公報）。

【０００４】この装置は、図１０に示したようになって
おり、光源である発光ダイオード１０が放射した光を細
いスリットを有する絞り１２を介してレンズ系１４に導
き、レンズ系１４によって被測定物１６の軸線に直交し
た細い直線状の直線光Ｌ₀ にする。そして、この直線光
Ｌ₀ を被測定物１６に照射し、被測定物１６の後方に配
設したフォトセンサ１８ａ、１８ｂによって被測定物部
を通過した光の量を検出して測定処理部２０のアンプ２
２、２４に入力する。この測定処理部２０には、被測定
物１６の先端（下端）位置を検出するための高さ測定部
２６、被測定物１６の外径を測定するための外径測定部
２８、被測定物１６の回転に伴う振れを測定するための
被測定物振れ測定部３０、図示しないゲージピンの振れ
を測定するためのゲージピン振れ測定部３２とが設けて
ある。

【０００５】外径測定部２８は、アンプ２２、２４が出
力した検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ を加算回路３４によって加算
し、その最大値を最大値保持回路で保持し、この保持し
た最大値をＡ／Ｄ変換回路によってディジタル信号に
し、被測定物１６の外径として外径表示器に表示する。
また、被測定物振れ測定部３０は、アンプ２２が出力し
た検出信号Ｓ₁ の、交互に現れる２つの最大値（極大
値）を２つの最大値保持回路で保持し、減算回路でこれ
ら両最大値の差を求め、その差を被測定物１６の振れ量
として振れ量表示器に表示する。

【０００６】ゲージピン振れ測定部３２は、減算回路に
よって２つのアンプ２２、２４の出力信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ の
差を求め、この差の最大値と最小値とを最大値保持回路
と最小値保持回路とによって保持し、さらにＳ₁ とＳ₂
との差の最大値と最小値との差を減算回路によって求
め、これをＡ／Ｄ変換してゲージピンの振れ量として振
れ量表示器に表示する。また、高さ測定部２６は、加算
回路３４の出力を比較回路によって予め定めた基準値と
比較し、被測定物１６を上方から徐々に下降させ、被測
定物先端（下端）が直線光Ｌ₀ を横切って加算回路３４
の出力が基準値を超えると、表示回路が作動して被測定
物１６の先端が所定の高さ（直線光Ｌ₀ の高さ位置）に
あることを表示する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光源である
発光ダイオード１０の出力（出射光量）は、電源電圧の
変動や基板内各素子の温度変動による特性の変化などに
より変動し、測定精度に影響する。このため、レンズ系
１４の照射領域内にフォトセンサ３６を配置し、フォト
センサ３６の検出信号を光量制御回路３８にフィードバ
ックして発光ダイオード１０の出力の安定を図ってい
る。しかし、発光ダイオード１０の出力を光量制御回路
３８にフィードバックしても完全な温度補償を図ること
は困難で、出力変動に伴う測定精度の低下を避けること
ができない。

【０００８】一方、フォトセンサ１８ａ、１８ｂを構成
しているフォトダイオードの特性も温度依存性があり、
温度の変化に伴って検出波長に対する感度が変化して暗
電流が変わり、センサ出力が変動する。また、装置の配
線基板内の増幅回路を構成している素子の温度特性も増
幅率を変動させ、測定精度に大きな影響を与えている。
このため、検査装置の検出特性を一定に保持することが
極めて困難であり、測定環境の温度変化が測定誤差を生
ずる大きな原因となっていた。

【０００９】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、測定環境の温度による影響を排
除できるようにすることを目的としている。また、本発
明は、発光側および受光側の各素子の温度特性の影響を
受けないようにすることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る外径測定方法は、測定光の光路中に
被測定物が存在していないときに得た受光部の受光量
と、前記光路中に前記被測定物が存在しているときに得
た前記受光部の受光量との差を求め、この差と前記光路
中に被測定物が存在していないときに得た受光部の受光
量との比を基準値に乗ずることにより、前記被測定物の
外径を求めることを特徴としている。基準値は、受光量
を出力する受光部の有効受光長さである。

【００１１】また、上記の測定方法を実施するための外
径測定装置は、被測定物に照射する測定光を出射する測
定光出射手段と、前記測定光の照射領域内に配置され、
受光量に応じた検出信号を出力する光量検出手段と、こ
の光量検出手段の検出信号に基づいて、前記被測定物の
外径を算出する演算手段とを有する外径測定装置におい
て、前記演算手段は、光量検出手段が検出した前記測定
光の光路中に前記被測定物が存在しないときの受光量Ｖ
₀ と、前記光路中に前記被測定物を挿入したときの受光
量Ｖ_m と、予め与えられた前記光量検出手段の受光部有
効長さＤ₀ とに基づいて、前記被測定物の外径Ｄ_m を、

【数３】Ｄ_m ＝Ｄ₀ ｛１−（Ｖ_m ／Ｖ₀ ）｝ の式より算出することを特徴としている。

【００１２】また、光量検出手段を２つの受光部によっ
て構成した場合、被測定物の外径Ｄ_m を求める式は、

【数４】Ｄ_m ＝Ｄ₀ −｛（Ｄ₀ −Ｇ）Ｖ_m ／Ｖ₀ ｝ となる。ただし、Ｇは２つの受光部間のギャップ、Ｄ₀
はギャップを含む２つの受光部の長さの和であって、Ｖ
₀ 、Ｖ_m は前記と同じ被測定物が光路中に存在しないと
きと、存在するときとの受光部の受光量である。

【００１３】測定光出射手段には、光源が出射した光
を、被測定物への照射位置において被測定物の軸線方向
に集束させて軸線と直交した直線光を形成するレンズ系
を設けるとよい。直線光は、レンズ系を球面レンズと円
柱レンズとによって構成し、光源の出射した光を細いス
リットを有する絞りを介して球面レンズに入射して平行
光にし、円柱レンズによって集束することにより、容易
に得られる。そして、測定光出射手段の光源としては、
発光ダイオードまたは半導体レーザやガスレーザなどの
レーザ装置、キセノンランプ等の各種ランプなどを用い
ることができるが、出力の安定性や取扱いの容易性、設
置スペース等の点から発光ダイオードまたは半導体レー
ザを用いることが望ましい。また、光量検出手段の受光
部としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、
太陽電池等の受光素子を用いることができるが、出力の
安定性などの面からフォトダイオードまたはフォトトラ
ンジスタを用いるとよい。

【００１４】

【作用】受光部の受光量は、光の強さが一定であれば受
光面積に比例する。従って、受光部の幅を一定にしてお
けば、受光部が出力する受光量に相当する検出信号は、
受光部が光を受けている長さに比例する。そこで、被測
定物を光の光路に挿入しない状態、特に被測定物を光路
に挿入する直前、または被測定物を光路から取り出した
直後の受光量を求めることにより、そのときの光の強さ
における受光量と受光部が光を受けている長さとの関係
を容易に求めることができ、測定環境の温度が異なって
いるとしても、温度の影響をほとんど受けることがな
く、被測定物を光路中に配置したときの受光量を検出す
ることにより、正確な被測定物の外径等を求めることが
できる。

【００１５】すなわち、受光部の有効長さ（基準値）を
Ｄ₀ とし、測定環境の温度がＴであるときに、光路中に
被測定物が存在しない状態において検出した受光量（光
量検出手段の出力電圧）がＶ₀ であったとすると、光量
検出手段の受光長さと光量検出手段の出力Ｖとの関係
は、図８の実線のような関係になり、ドリルなどの被測
定物の外径Ｄは、光量検出手段の出力をＶとすると、

【数５】Ｄ＝Ｄ₀ ｛１−（Ｖ／Ｖ₀ ）｝ の関係が得られる。従って、測定光の光路中に被測定物
を挿入したときの光量検出手段の検出信号がＶ_m であれ
ば、

【数６】Ｄ_m ＝Ｄ₀ ｛１−（Ｖ_m ／Ｖ₀ ）｝ により被測定物の外径Ｄ_m を求めることができる。

【００１６】また、測定環境の温度がＴ′に変化し、被
測定物が光路中に存在しない状態における光量検出手段
の出力がＶ₀ ′となった場合には、図８の一点鎖線に示
したように、

【数７】Ｄ＝Ｄ₀ ｛１−（Ｖ／Ｖ₀ ′）｝ の関係が得られる。従って、このときに外径Ｄ_m の被測
定物を光路中に挿入すれば、光量検出手段の出力は
Ｖ_m ′となる。なお、これが成立する条件は、温度が変
化したときに、Ｄ₀ の変化がＶ₀ の変化よりも無視でき
る程度に充分小さいことである。

【００１７】なお、光量検出手段を２つの受光部によっ
て構成すると、各受光部の受光量の変化から、回転して
いる被測定物の振れ量を容易、正確に測定することがで
きる。また、光源の出射した光を被測定物の軸線方向に
集束させて軸線に直交した細い直線光にして被測定物に
照射すると、ドリルのように投影した形状が軸線方向に
変化している場合であっても、容易に正確な外径を求め
ることができる。

【００１８】

【実施例】本発明に係る外径測定方法および装置の好ま
しい実施例を、添付図面に従って詳細に説明する。図２
は、本発明に係る外径測定装置の構成図である。

【００１９】図２において、測定光出射手段である測定
光出射部５０は、測定光を放射する光源としての発光ダ
イオード５２と、その前方の光路中に配置した絞り５４
とレンズ系５６とから構成してある。絞り５４は、図３
に示したように、水平方向に形成した細いスリット５８
を有し、発光ダイオード５２の放射した測定光を楕円状
の放射光束Ｌ₁ にしてレンズ系５６に入射する。

【００２０】レンズ系５６は、球面レンズ６０とこれに
対面させて配置した円筒型レンズ６２とからなってい
る。そして、球面レンズ６０は、発光ダイオード５２か
らその焦点距離だけ離間した位置に配置され、入射した
放射光束Ｌ₁ を楕円状の平行光束Ｌ₂ にして円筒型レン
ズ６２に入射する。円筒型レンズ６２は、入射してきた
平行光束Ｌ₂ を被測定物１６の軸線方向にのみ集束した
集束光Ｌ₃ を出射し、その焦点距離に被測定物１６の軸
線に直交した細い一直線状の直線光Ｌ₀ を形成し、焦点
位置に配置した被測定物１６に照射する。

【００２１】被測定物１６の後方（図２の右側）には、
光量検出部（光量検出手段）６４が配設してある。この
光量検出部６４は、所定の間隔を隔てて直線光Ｌ₀ と平
行に配置した一対の受光部６６、６８からなっている。
これらの受光部６６、６８は、それぞれが直線状に配置
した複数のフォトダイオードと電気的に直列接続した構
造となっており、直線光Ｌ₀ が拡散されて形成する拡散
光束Ｌ₄ の照射領域内に配置され、受光量に相当する検
出信号を対応する増幅器（アンプ）７０、７２に出力す
る。また、レンズ系５６が出射した測定光の光路中に
は、フォトダイオードやフォトトランジスタ等から構成
したフォトセンサ３６が配設してあり、このフォトセン
サ３６の検出信号を光量制御回路３８にフィードバック
し、発光ダイオード５２の出力を安定させるようにして
いる。

【００２２】アンプ７０、７２が増幅したアナログの検
出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ は、アナログ−ディジタル変換回路
（Ａ／Ｄ変換回路）７４、７６によってディジタル信号
に変換され、バス７８を介して演算手段としての中央処
理装置（ＣＰＵ）８０に入力するようになっている。こ
のＣＰＵ８０には、データの読み込みや各種処理のタイ
ミング等を同期させる同期信号のための水晶発振子８２
が接続してあるとともに、バス７８を介してシステムプ
ログラムや後述する演算式、定数等を格納したＲＯＭ８
４と、受光部６６、６８の検出データや後述する検出デ
ータの最大値、最小値等を一時的に格納するＲＡＭ８６
が接続してある。さらに、ＣＰＵ８０には、バス７８と
パラレル入出力インターフェース（パラレルＩ／Ｏ）８
８を介して、測定光の光路中に被測定物１６が存在して
いるか否かの信号をＣＰＵ８０に与える入力部９０と、
ＣＰＵ８０が求めた外径等を表示するための表示部９２
とが接続してある。

【００２３】上記のごとく構成した実施例の作用は、次
のとおりである。例えば、被測定物１６が円柱状のゲー
ジピンであり、このゲージピンの外径を測定する場合、
まず測定装置を起動し、ゲージピンの外径測定を選択し
たのち、ゲージピンを測定光の光路中、すなわちゲージ
ピンを円筒型レンズ６２の焦点位置に配置する直前に、
入力部９０から「被測定物無」の信号を入力する。これ
により、ＣＰＵ８０は、図１のステップ１００のよう
に、入力部９０から与えられた信号から被測定物１６が
測定光路中に配置されているかを判断する。ＣＰＵ８０
は、被測定物１６が測定光路中に配置されていない場
合、アンプ７０、７２が増幅し、Ａ／Ｄ変換回路７４、
７６がディジタル信号に変換した受光部６６、６８の出
力信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ を読み込む。そして、ＣＰＵ８０は、
被測定物１６が光路中に存在しないときの光量検出部６
４の受光量Ｖ₀ を算出するために増幅された検出信号
（以下、単に検出信号という）Ｓ₁ 、Ｓ₂ を変数Ｘ₁ 、
Ｘ₂ とし、

【数８】Ｖ₀ ＝Ｘ₁ ＋Ｘ₂ を演算して受光量Ｖ₀ を求めてＲＡＭ８６に書き込む
（ステップ１０１）。このとき、Ｖ₀ を表示部９２に表
示してもよいし、Ｖ₀ の演算が終了したことをランプ等
で表示するようにしてもよい。

【００２４】次に、ボール盤などの回転装置によって回
転させられている被測定物（ゲージピン）１６を図３の
ように直線光Ｌ₀ の位置に配置し、入力部９０から「被
測定物有」の信号を入力すると、ＣＰＵ８０は、ステッ
プ１００からステップ１０２に進む。そして、ＣＰＵ８
０は、受光部６６、６８の検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ を読み込
み、被測定物１６が光路中に配置されたときの光量検出
部６４の受光量Ｖ_m を求めるために検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂
を変数Ｙ₁ 、Ｙ₂ とし、

【数９】Ｖ_m ＝Ｙ₁ ＋Ｙ₂ を演算して被測定物１６が光路中に存在しているときの
受光量Ｖ_m を求める。

【００２５】その後、ＣＰＵ８０は、ステップ１０１と
ステップ１０２とにおいて求めたＶ₀ 、Ｖ_m とからゲー
ジピンの外径Ｄ_m を次の〔数１０〕式によって求め（ス
テップ１０３）、求めたＤ_m を表示部９２に表示し、ス
テップ１００に戻り、前記の処理を繰り返す。

【数１０】Ｄ_m ＝Ｄ₀ −｛（Ｄ₀ −Ｇ）Ｖ_m ／Ｖ₀ ｝ ただし、ここにＧは２つの受光部６６、６８間のギャッ
プであり、Ｄ₀ はギャップを含む受光部６６と受光部６
８との長さの和であって、予め与えられた定数（基準
値）である。

【００２６】図４は、被測定物１６がドリルである場合
におけるドリルの外径（刃径）を求める手順を示すフロ
ーチャートである。ドリルの刃径は、２枚刃ドリルの場
合、回転中の最大値を検出することにより得ることがで
きる。ＣＰＵ８０は、ドリルの外径測定が選択される
と、ステップ１１０に示したように、まず演算値と比較
する変数Ａを０にする。その後、ＣＰＵ８０は、ゲージ
ピンの外径測定と同様に、測定光路中に被測定物（ドリ
ル）１６が存在するか否かを判断し（ステップ１１
１）、光路中に被測定物１６が存在しないときの光量検
出部６４の受光量Ｖ₀ を求める（ステップ１１２）。次
に、高速回転しているドリルを直線光Ｌ₀ 中に配置し、
光路中に被測定物１６が存在しているときのＶ_m を求め
（ステップ１１３）、これらのＶ₀ 、Ｖ_m の値から前記
した〔数１０〕式によってドリルの外径Ｄ_m を演算する
（ステップ１１４）。

【００２７】その後、ＣＰＵ８０は、求めたＤ_m を変数
Ａと比較し（ステップ１１５）、

【数１１】Ｄ_m ≦Ａ ならばステップ１１１に戻って前記の処理を繰り返す。
また、ステップ１１５において、

【数１２】Ｄ_m ＞Ａ ならば、ＡにＤ_m を代入してこのＤ_m をドリルの外径と
して表示部９２に表示したのち（ステップ１１６、１１
７）、ステップ１１１に戻る。すなわち、ＣＰＵ８０
は、最初に求めたＤ_m を変数Ａ（＝０）と比較し、これ
をＡとして記憶したのち、外径として表示する。その
後、ＣＰＵ８０は、次に求めたＤ_m をＡとした最初のＤ
_m と比較して〔数１２〕を満足するか否かを判断し、
〔数１２〕を満足するまで最初に求めＤ_m を表示し続け
る。そして、ＣＰＵ８０は、〔数１２〕を満足するＤ_m
が得られると、新たに求めたＤ_m をＡとするとともに、
この書き換えたＤ_m を表示する。

【００２８】図５は、被測定物１６がゲージピンである
場合のゲージピンの振れ量を測定する手順を示すフロー
チャートである。ＣＰＵ８０は、ゲージピンの振れ測定
が選択されると、まずステップ１２０において、入力部
９０からの信号によって光路中に被測定物１６が配置さ
れているか否かを判断する。光路中に被測定物１６が存
在しない場合、ＣＰＵ８０は受光部６６、６８のいずれ
か一方、例えば受光部６６の検出信号Ｓ₁ を取り込み、
この検出信号を受光量Ｖ₀ としてＲＡＭ８６に書き込む
（ステップ１２１）。その後、ＣＰＵ８０は、高速回転
しているゲージピンが光路中に配置され、入力部９０か
ら被測定物有りの信号が入力されると、ステップ１２０
からステップ１２２に進み、受光部６６の検出信号Ｓ₁
を読み込んでこの値を被測定物１６が存在するときの受
光量Ｖ_m とし、

【数１３】Ｄ_m ′＝Ｄ₀ ′｛１−（Ｖ_m ／Ｖ₀ ）｝ を演算する。ただし、ここにＤ_m ′は、ゲージピンの受
光部６６に投影された長さ（幅）であり、Ｄ₀ ′は受光
部６６の有効長さである。

【００２９】その後、ＣＰＵ８０は、例えば１ｍｓの周
期でＳ₁ を読み込んでＤ_m ′の連続測定を行い、Ｄ_m ′
の最大値Ｄ_maと最小値Ｄ_mbとを求めてＲＡＭ８６に書き
込む（ステップ１２４）。そして、ＣＰＵ８０は、ステ
ップ１２５において、最大値Ｄ_maと最小値Ｄ_mbとの差Ｂ
を演算し、この差Ｂを振れ量として表示部９２に表示
し、ステップ１２０に戻る（ステップ１２５、１２
６）。

【００３０】図６は、被測定物１６がドリルである場合
の振れ量を測定する手順を示すフローチャートである。
なお、この実施例においては、刃の数が２であるドリル
を被測定物１６として使用している。ＣＰＵ８０は、ド
リルの振れ測定が選択されると、演算値と比較する変数
Ａを０にし（ステップ１３０）、入力部９０からの信号
によって光路中に被測定物１６が存在しているか否かを
判断する（ステップ１３１）。そして、ＣＰＵ８０は、
ゲージピンの振れ測定と同様に、入力部９０からの信号
が「被測定物無」である場合、受光部６６の検出信号Ｓ
₁ を被測定物１６が存在していないときの受光量Ｖ₀ と
し（ステップ１３２）、入力部９０からの信号が「被測
定物有」である場合、このときの受光部６６の検出信号
Ｓ₁ を被測定物１６が光路中に存在するときの受光量Ｖ
_m とする（ステップ１３３）。その後、ＣＰＵ８０は、
〔数１３〕式に基づいてＤ_m ′を求める（ステップ１３
４）。

【００３１】刃の数が２であるドリルの場合、刃部が直
線光Ｌ₀ 、すなわち受光部６６と平行になったときに検
出値が最大となり、刃部が直線光Ｌ₀ と直交したときに
検出値が最小となる。しかし、ドリルに振れが生じてい
る場合、一側の刃部が受光部６６の前方にあるときと、
他側の刃部が受光部６６の前方にあるときとで受光部６
６に投影される長さ（幅）が異なるために検出信号に差
を生じ、受光部６６の検出信号Ｓ₁ が図６の下部に示し
たように変化をする。従って、ドリルの振れ測定の場
合、ＣＰＵ８０は連続する２つの最大値（極大値）
Ｄ_m1′、Ｄ_m2′を求める（ステップ１３５）。そして、
ＣＰＵ８０は、前記したドリルの外径測定と同様に
Ｄ_m1′、Ｄ_m2′を変数Ａと比較し、最初に求めた
Ｄ_m1′、Ｄ_m2′をＡとする。その後、ＣＰＵ８０は、２
つの最大値Ｄ_m1′、Ｄ_m2′の差の絶対値、すなわち

【数１４】Ｂ＝｜Ｄ_m2′−Ｄ_m1′｜ を演算し（ステップ１３６）、求めた値Ｂを振れ量とし
て表示部９２に表示してステップ１３１に戻る（ステッ
プ１３７）。

【００３２】図７は、ドリルやリーマ等の回転切削工具
の先端（下端）の高さ位置の検出手順を示すフローチャ
ートである。ドリルによって孔をあける場合、ドリルの
ストローク量を適正に設定し、これを孔あけ機の数値制
御装置（ＮＣ）に記憶させる必要がある。そこで、まず
被測定物１６であるドリルを直線光Ｌ₀ の上方に位置さ
せ、先端測定を選択してドリルの先端を検出するための
基準値Ｚを設定し（ステップ１３９）、入力部９０から
被測定物無の信号をＣＰＵ８０に与える。ＣＰＵ８０
は、ステップ１４０において被測定物無を確認すると、
２つの受光部６６、６８の検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ を読み込
み、被測定物（ドリル）１６が光路中に存在しないとき
の光量検出部６４の受光量Ｖ₀ を外径測定のときと同様
に求める（ステップ１４１）。

【００３３】その後、入力部９０からＣＰＵ８０に被測
定物有りの信号を与え、ドリルを徐々に下降させる。Ｃ
ＰＵ８０は、入力部９０から被測定物有りの信号を受け
取ると、ステップ１４０からステップ１４２に進み、受
光部６６、６８の検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ を読み込み、Ｖ_m
を求めるために検出信号Ｓ₁ 、Ｓ₂ をＹ₁ 、Ｙ₂ とした
のち、

【数１５】Ｖ_m ＝Ｙ₁ ＋Ｙ₂ を演算し、ドリルが光路中に配置されているものとして
光量検出部６４の受光量Ｖ_m を求める（ステップ１４
２）。そして、ＣＰＵ８０は、ステップ１４２からステ
ップ１４３に進み、

【数１６】Ｄ_m ＝Ｄ₀ −｛（Ｄ₀ −Ｇ）Ｖ_m ／Ｖ₀ ｝ を演算してドリルの径Ｄ_m を求める。

【００３４】ＣＰＵ８０は、さらに求めた径Ｄ_m を設定
されている基準値Ｚと比較し、径Ｄ_m が基準値Ｚを超え
たか否かを調べる（ステップ１４４）。この基準値Ｚ
は、ドリルの先端が所定位置まで下降したときに検出さ
れるドリル先端部の径に相当する値である。そして、ド
リルの先端が直線光Ｌ₀ まで下降していない場合、ステ
ップ１４２において求めた受光量Ｖ_m はＶ₀ に等しく、

【数１７】Ｄ_m ＜Ｚ であるため、ＣＰＵ８０は、高さ検出信号表示出力をＯ
ＦＦに維持し（ステップ１４５）、ステップ１４０に戻
ってステップ１４０、１４２〜１４４の処理を繰り返
す。一方、ドリルが下降して先端が直線光Ｌ₀ 中に挿入
され、

【数１８】Ｄ_m ≧Ｚ となると、処理はステップ１４４からステップ１４６に
進み、ＣＰＵ８０が高さ検出信号表示出力をＯＮにし、
ステップ１４０に戻って前記と同様の処理を繰り返す。

【００３５】このように、実施例においては、被測定物
１６を測定光の光路中に配置する直前の光量検出部６４
の受光量Ｖ₀ を検出し、この受光量Ｖ₀ に基づいて、図
８に示したような受光量と被測定物１６の外径（長さ）
との関係から、被測定物１６を光路中に配置したときの
受光量Ｖ_m を検出して被測定物１６の外径Ｄ_m を算出す
るようにしているため、測定環境の温度による影響を排
除することができ、極めて正確な外径の検出や、回転に
伴う被測定物１６の振れを測定することができる。しか
も、実施例においては、レンズ系５６によって被測定物
１６の軸線と直交した極めて細い直線光Ｌ₀ を形成し、
この直線光Ｌ₀ 中に被測定物１６を配置するようにして
いるため、回転しているドリルのように周期的に検出値
が変動する場合であっても、正確な外径を求めることが
できる。

【００３６】なお、前記実施例においては、回転してい
る切削工具やゲージピンの外径や振れを測定する場合に
ついて説明したが、静止させた棒状被測定物の外径や板
状被測定物の幅、厚さまたは長さ等の検出にも適用でき
ることは勿論である。また、前記実施例においては、光
路中に被測定物１６が存在していないときの受光量とし
て、被測定物１６の挿入直前の受光量について説明した
が、被測定物１６を光路から取り出した直後の受光量で
あってもよい。

【００３７】そして、前記実施例においては、２つの受
光部６６、６８を用いた場合について説明したが、被測
定物１６の外径Ｄ_m だけを求める場合、光量検出部６４
を図９のように１つの受光部だけで構成してもよい。こ
の場合、外径Ｄ_m を求める式は、

【数１９】Ｄ_m ＝Ｄ₀ ｛１−（Ｖ_m ／Ｖ₀ ）｝ のようになる。ただし、Ｄ₀ は受光部の有効長さ、Ｖ₀
は被測定物が光路中に存在していないときの受光量、Ｖ
_m は被測定物が光路中に存在するときの受光量である。

【００３８】

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、被測定物が測定光の光路に存在していないときの受
光量を求め、このときの光の強さを基準にして測定する
ため、測定環境の温度が異なっているとしても、その温
度による影響をほとんど受けることがなく、正確な被測
定物の外径等を求めることができる。また、光量検出部
を２つの受光部によって構成したことにより、回転する
被測定物の振れ量を求めることができる。そして、測定
光を被測定物の軸線方向に集束させて軸線と直交した細
い直線光にして被測定物に照射するようにしているた
め、ドリル等のように投影した形状が軸線方向に変化
し、検出値が周期的に変化する場合であっても、容易、
正確に外径を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外径測定方法の一実施例である円
柱状ゲージピンの外径を測定する手順を示すフローチャ
ートである。

【図２】本発明の実施例に係る外径測定装置の構成ブロ
ック図である。

【図３】実施例における測定光出射部の詳細を示す斜視
図である。

【図４】実施例によるドリルの外径を測定する手順を示
すフローチャートである。

【図５】実施例による円柱状ゲージピンの回転振れを測
定する手順を示すフローチャートである。

【図６】実施例によるドリルの回転振れを測定する手順
を示すフローチャートである。

【図７】実施例によるドリルの先端高さ位置を検出する
手順を示すフローチャートである。

【図８】本発明の測定原理を示す図である。

【図９】他の実施例の説明図である。

【図１０】従来の外径測定装置の構成ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１６ 被測定物 ５０ 測定光出射部 ５２ 発光ダイオード ５６ レンズ系 ６４ 光量検出部 ６６、６８ 受光部 ８０ 演算手段（ＣＰＵ） Ｌ₀ 直線光

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に照射する測定光を出射する測
   定光出射手段と、前記測定光の照射領域内に配置され、
   受光量に応じた検出信号を出力する光量検出手段と、こ
   の光量検出手段の検出信号に基づいて、前記被測定物の
   外径を算出する演算手段とを有する外径測定装置におい
   て、前記光量検出手段はギャップを隔てて配置した一対
   の直線状受光部を有し、光量検出手段が検出した前記測
   定光の光路中に前記被測定物が存在しないときの受光量
   をＶ ₀ 、前記光路中に前記被測定物を挿入したときの受
   光量をＶ _m 、前記一対の受光部間のギャップをＧ、この
   ギャップを含む一対の受光部の長さの和をＤ ₀ としたと
   きに、前記演算手段は、前記被測定物の外径Ｄ_m を、【数２】 の式より算出することを特徴とする外径測定装置。