JP6464216B2 - 非接触式内径測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ変位センサにより被測定円筒部材の内径を測定する非接触式内径測定装置に関する。

内燃機関のシリンダなどの内径を測定する場合、従来シリンダゲージを使用した接触式測定が行われていたが、測定精度に限界があるとともに、測定作業の効率が悪く、時間と労力を要するものであった。
そこで、レーザ変位センサを利用した非接触式の内径測定装置の例（特許文献１参照）が提案されている。

特開２０００−１０５１０６号公報

特許文献１に開示された非接触式内径測定装置は、シャフトの途中に一対のレーザ変位センサが支持され、レーザ変位センサから離れたシャフトの先端に一対のレーザ変位センサに対向して一対の直角反射ミラーが取り付けられている。

測定時には、被測定円筒部材の中心軸に同軸にシャフトを移動して、被測定円筒部材の内側に一対の直角反射ミラーを挿入して、被測定円筒部材の外にある一対のレーザ変位センサからそれぞれ対向する直角反射ミラーに向けてレーザ光を射出することにより、直角反射ミラーで直角に反射したレーザ光が被測定円筒部材の内周面で反射して戻る反射レーザ光を再び直角反射ミラーで直角に反射してレーザ変位センサが検知することで、レーザ光が到達した距離が検出され、検出されたレーザ光到達距離のデータから被測定円筒部材の内径が測定される。

従来は、レーザ変位センサが大型であり、特許文献１のように、直角反射ミラーから大きく離して配設することで、大きな一対のレーザ変位センサは被測定円筒部材の内側に挿入せずに、一対の直角反射ミラーのみを挿入して測定できるようにしている。

このように、レーザ変位センサから直角反射ミラーまでの距離が長いということは、測定できる最低限の距離も長くなることで、設定されている測定距離の短い高い検出精度のレーザ変位センサによる測定は困難である。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、被測定円筒部材の内径を、作業効率が良く、高い検出精度で測定することを可能とする非接触式内径測定装置を供する点にある。

上記目的を達成するために、本発明に係る非接触式内径測定装置は、
レーザ変位センサ(25)から射出されたレーザ光が直角反射ミラー(28)により直角に反射して被測定円筒部材(50)の内周面に到達して反射したレーザ光を、同レーザ変位センサ(25)が検知して被測定円筒部材(50)の内径を測定する非接触式内径測定装置において、
支持シャフト(10)の端部に拡径した円盤状のユニットヘッド部(21)が中心部を固着されて設けられ、
一対の前記レーザ変位センサ(25)が、前記ユニットヘッド部(21)の前記支持シャフト(10)を挟んで同支持シャフト(10)の中心軸(Lc)に関して対称位置に、センサ端部を固定されて、前記ユニットヘッド部(21)の外周面より内側に保持されて、センサ端面(25f)のレーザ射出口(25e)からレーザ光を射出可能に設けられ、
前記ユニットヘッド部(21)の端面(21f)に突設されたミラー保持部材(23)により保持された前記直角反射ミラー(28)が、一対の前記レーザ変位センサ(25)のレーザ射出口(25e)の近傍にそれぞれ設けられ、
一対の前記レーザ変位センサ(25)と一対の前記直角反射ミラー(28)がともに前記ユニットヘッド部(21)に集中して支持されてセンサユニット(20)が構成されることを特徴とする。

この構成によれば、一対のレーザ変位センサと各レーザ変位センサのレーザ射出口の近傍に設けられた一対の直角反射ミラーがともにユニットヘッド部に集中して支持されてセンサユニットが構成されているので、センサユニットのユニットヘッド部を直角反射ミラーとともに被測定円筒部材の内側に挿入された状態で、一対のレーザ変位センサによりそれぞれレーザ射出口から直角反射ミラーを経て被測定円筒部材の内周面までのレーザ光到達距離を検出することができることから、高い検出精度を得ることが可能な高分解能のレーザ変位センサの比較的短い距離の測定範囲内に、レーザ光到達距離を設定することが容易にでき、作業効率良くレーザ光到達距離を高い検出精度で検出して被測定円筒部材の内径の測定精度を向上させることができる。

前記構成において、
前記センサ端面は円形をなし、同センサ端面の中心に前記レーザ射出口が形成され、
前記レーザ射出口から射出したレーザ光が前記直角反射ミラーに到達するまでの鉛直距離は、前記レーザ変位センサの設定された測定範囲の最小測定距離から前記センサ端面の半径を減算した距離より短くしてもよい。

この構成によれば、円形をしたセンサ端面の中心のレーザ射出口から射出したレーザ光が直角反射ミラーに到達するまでの鉛直距離を、レーザ変位センサの設定された測定範囲の最小測定距離から測定に必要なセンサ端面の半径の固定分を減算した距離より短くすることで、高い検出精度を得ることが可能な高分解能のレーザ変位センサが要求する測定範囲内にレーザ光到達距離を容易に設定することができる。

前記構成において、
前記ユニットヘッド部の外周面に沿って延出した円筒状のセンサ保護カバーにより一対の前記レーザ変位センサが囲繞されるようにしてもよい。

この構成によれば、ユニットヘッド部の外周面に沿って延出した円筒状のセンサ保護カバーにより一対のレーザ変位センサが囲繞されるので、一対のレーザ変位センサを、センサ保護カバーにより作業者や被測定円筒部材などの接触から保護することができる。

前記構成において、
前記ユニットヘッド部の端面に被せられた扁平な有底円筒状のミラー保護キャップにより一対の前記直角反射ミラーが覆われ、
前記ミラー保護キャップにおける前記直角反射ミラーにより反射した水平なレーザ光が通る箇所には、透明部材が嵌装されるようにしてもよい。

この構成によれば、ユニットヘッド部の端面に被せられた扁平な有底円筒状のミラー保護キャップにより一対の直角反射ミラーが覆われ、ミラー保護キャップにおける直角反射ミラーにより反射した水平なレーザ光が通る箇所には、透明部材が嵌装されて、レーザ光の通る光路を確保しながら、ミラー保護キャップにより一対の直角反射ミラーを作業者や被測定円筒部材などの接触から保護するとともに、塵埃の浸入を防止して直角反射ミラーでの反射光への塵埃の影響を回避して高い検出精度を維持することができる。

前記構成において、
前記レーザ変位センサにより検出した検出値に基づき測定した被測定円筒部材の内径の測定データに対して、逆オフセット法の演算処理を２回行うことにより、測定データからシリンダゲージ測定値へ近似化した包絡内接円の内径を導出する演算処理手段を備えるようにしてもよい。

シリンダのように内部をピストンが往復摺動する被測定円筒部材は、ピストンとの隙間にオイルクリアランスの確保が必要であり、このオイルクリアランスを考慮したシリンダゲージで測定したような包絡内接円の内径が測定されることが望まれる。
しかし、レーザ変位センサを用いると、シリンダ内周面の表面の微小な窪みも精度良く検出した測定データが得られるが、この測定データの中から突出した値を示す測定データを除外した包絡内接円の内径を求める必要がある。

上記構成によれば、演算処理手段により、レーザ変位センサにより検出したレーザ光到達距離に基づき測定した被測定円筒部材の内径の測定データに対して、逆オフセット法の演算処理を２回行うことにより、測定データからシリンダゲージ測定値へ近似化した包絡内接円の内径を導出するので、シリンダのようにピストンとの隙間にオイルクリアランスの確保が必要な被測定円筒部材の適切な内径を精度良く測定することができる。

本発明は、一対のレーザ変位センサと各レーザ変位センサのレーザ射出口の近傍に設けられた一対の直角反射ミラーがともにユニットヘッド部に集中して支持されセンサユニットが構成されているので、センサユニットのユニットヘッド部を直角反射ミラーとともに被測定円筒部材の内側に挿入された状態で、一対のレーザ変位センサによりそれぞれレーザ射出口から直角反射ミラーを経て被測定円筒部材の内周面までのレーザ光到達距離を検出することができることから、高い検出精度を得ることが可能な高分解能のレーザ変位センサの比較的短い距離の測定範囲内に、レーザ光到達距離を設定することが容易にでき、作業効率良くレーザ光到達距離を高い検出精度で検出して被測定円筒部材の内径の測定精度を向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係る非接触式内径測定装置の全体側面図である。 センサユニットの全体斜視図である。 センサ保護カバーを省略した同センサユニットの斜め上方から視た要部斜視図である。 センサ保護カバーとミラー保護キャップを省略した同センサユニットの斜め下方から視た要部斜視図である。 同センサユニットの断面図である。 同センサユニットにリングゲージを位置決めしてセットした状態を示す断面図である。 同センサユニットを被測定シリンダ内に下降して挿入し測定を開始する状態を示す断面図である。 ２回行う逆オフセット法の演算処理を説明するための演算処理前の内径差の測定データの例を示したグラフである。 1回目の逆オフセット法の演算処理を説明するグラフである。 ２回目の逆オフセット法の演算処理を説明するためのグラフである。 演算処理前の内径差と演算処理後の内径差を同時に示したグラフ表示である。 実際に測定した内径差の測定データと２回行う逆オフセット法の演算処理により算出された内径差の測定データを同時に示したグラフである。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図１２に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した一実施の形態に係る非接触式内径測定装置１の全体側面図である。

基台２に立設された支柱３の側面に鉛直方向に指向したリニアガイドのＬＭレール４が敷設されており、同ＬＭレール４に摺動自在に取り付けられたＬＭブロック５を介して昇降支持部材６が昇降可能に設けられている。
リニアガイドにより昇降支持部材６を昇降させる上下駆動用サーボモータ７が支柱３の上端に支持されて設けられている。

昇降支持部材６は、鉛直下方に突出した円柱状の支持シャフト10を支持シャフト10の中心軸Ｌｃを中心に回動自在に軸支しており、支持シャフト10にセンサユニット20が取り付けられる。
昇降支持部材６の上に、支持シャフト10をセンサユニット20とともに回動する回動用エアシリンダ８が設けられている。

したがって、センサユニット20は、上下駆動用サーボモータ７の駆動により昇降支持部材６とともに上下方向に昇降し、回動用エアシリンダ８の駆動により支持シャフト10とともに回動することができる。

図４および図５を参照して、支持シャフト10に取り付けられるセンサユニット20は、支持シャフト10の下端面に、フランジ状に拡径した円盤状のユニットヘッド部21が中心部を下方から当接され、ボルト22により螺着されて取り付けられている。
このユニットヘッド部21における支持シャフト10を挟んで同支持シャフト10の中心軸Ｌｃに関して対称位置に穿孔されたセンサ取付孔21ｈ，21ｈに、一対のレーザ変位センサ25，25の円筒状のセンサヘッド25Ｈ，25Ｈがそれぞれセンサヘッド下端部を嵌入して固定されている（図３参照）。

図３を参照して、ユニットヘッド部21には、外周面からセンサ取付孔21ｈ，21ｈに向けて直角にねじ孔21ｓ，21ｓがそれぞれ形成されており、同ねじ孔21ｓ，21ｓに螺入された固定ねじ27，27の先端が、ねじ孔21ｓ，21ｓに嵌入されたレーザ変位センサ25，25の円筒状のセンサヘッド25Ｈ，25Ｈの側面を押圧してレーザ変位センサ25，25を固定する。
固定ねじ27は、頭部端面に六角穴が形成されて、六角棒スパナなどでねじ孔21ｓに螺入し緊締することができ、固定ねじ27の頭部はねじ孔21ｓ内に没入してユニットヘッド部21の外周面から突出しない。
したがって、固定ねじ27を緩めることで、レーザ変位センサ25の取り付け位置を調整または変更することが容易にできる。

レーザ変位センサ25は、センサヘッド25Ｈの円形のセンサヘッド先端面25ｆの中心にレーザ射出口25ｅが形成され、ユニットヘッド部21のセンサ取付孔21ｈに嵌着されると、本実施の形態では、図４に示されるように、センサヘッド先端面25ｆはユニットヘッド部21の下端面21ｆと同一面に露出しており、レーザ光は、センサヘッド先端面25ｆのレーザ射出口25ｅから下方に射出される。

ユニットヘッド部21の下端面21ｆにおける一対のセンサヘッド先端面25ｆ，25ｆの間で、下方にミラー保持部材23，23が垂設されており、ミラー保持部材23，23の下端で反射した水平部23ａ，23ａがセンサヘッド先端面25ｆ，25ｆと上下で対向している（図４参照）。
このミラー保持部材23，23の水平部23ａ，23ａの上に、直角反射ミラーであるプリズムミラー28，28が取り付けられて保持されている。
プリズムミラー28は、センサヘッド先端面25ｆのレーザ射出口25ｅの直下にある。

プリズムミラー28の斜め上方に向いて傾斜した反射面は、径方向外側に向いており、センサヘッド25ａのレーザ射出口25ｅから鉛直下方に射出したレーザ光は、プリズムミラー28の反射面で支持シャフト10の中心軸Ｌｃから放射する水平方向（中心軸Ｌｃと反対方向）に反射する。

ユニットヘッド部21に下端部を嵌着されて上方に立設されるように支持された一対のレーザ変位センサ25，25のセンサヘッド25Ｈ，25Ｈは、図２に示されるように、ユニットヘッド部21の外周面から上方に延出した円筒状のセンサ保護カバー31により囲繞される。
センサ保護カバー31の上端開口は、支持シャフト10の途中にフランジ状に支持される環状端部材32により閉塞される。

環状端部材32の外径は、ユニットヘッド部21の外径と等しく、円筒状のセンサ保護カバー31は、下端がユニットヘッド部21に外側から嵌合し、上端が環状端部材32に外側から嵌合して、ねじ33によりセンサ保護カバー31の上端部と環状端部材32が螺着されるとともに、ねじ33の先端は支持シャフト10の表面に形成された外周溝に進入して、環状端部材32を介してセンサ保護カバー31が支持シャフト10に支持される（図２参照）。

なお、一対のレーザ変位センサ25，25は、センサヘッド25Ｈ，25Ｈの上端から光ファイバ26，26が延出しており、光ファイバ26，26は、環状端部材32を貫通して外部の演算処理装置40に接続されている（図１参照）。

ユニットヘッド部21の下端面21ｆには、扁平な有底円筒状のミラー保護キャップ35が被せられ、ユニットヘッド部21の下端面21ｆに垂設されたミラー保持部材23，23およびミラー保持部材23，23に保持されたプリズムミラー28，28がミラー保護キャップ35により覆われる。

ミラー保護キャップ35は、扁平筒状の周壁35ｓと円板状の底壁35ｂからなり、底壁35ｂに形成された取付ボス部がボルト37によりユニットヘッド部21の下端面21ｆに螺着されることで、ユニットヘッド部21にミラー保護キャップ35が取り付けられる。
ミラー保護キャップ35の周壁35ｓには、一対のプリズムミラー28，28でそれぞれ反射しして、互いに反対方向に水平に進行するレーザ光が通る箇所に、透明部材36，36が嵌装されている。

以上のように、一対のレーザ変位センサ25，25と一対のプリズムミラー28，28がともに集中してユニットヘッド部21に、一体に支持されてユニット化されてセンサユニット20が構成されている。
このユニット化されたセンサユニット20は、昇降支持部材６から下方に突出した支持シャフト10の下端にユニットヘッド部21をボルト22により螺着して、支持シャフト10に取り付けられ、支持シャフト10の中心軸Ｌｃは、センサユニット20の中心軸でもある。

なお、センサ保護カバー31は、一対のセンサヘッド25Ｈ，25Ｈを囲繞するように取り付けられ、ミラー保護キャップ35は、一対のプリズムミラー28，28を覆うように、ユニットヘッド部21の下端面に下方から被せられる。

図２に示されるように、ユニットヘッド部21の外周面に沿って上方に延出した円筒状のセンサ保護カバー31により一対のレーザ変位センサ25，25が囲繞されるので、一対のレーザ変位センサ25，25を、センサ保護カバー31により作業者や被測定円筒部材などの接触から保護することができる。

図３に示されるように、ユニットヘッド部21の下端面21ｆに被せられた扁平な有底円筒状のミラー保護キャップ35により一対のプリズムミラー28が覆われ、ミラー保護キャップ35におけるプリズムミラー28により反射した水平なレーザ光が通る箇所には、透明部材36が嵌装されて、レーザ光の通る光路を確保しながら、ミラー保護キャップ35により一対のプリズムミラー28を作業者や被測定円筒部材などの接触から保護するとともに、塵埃の浸入を防止してプリズムミラー28での反射光への塵埃の影響を回避して高い検出精度を維持することができる。

本非接触式内径測定装置１のレーザ変位センサ25は、分解能が１０nmの検出精度の高いセンサであるが、円筒状のセンサヘッド25Ｈの外径が８mmで長さが４２mmと小型のセンサである。
１０nmの分解能を得るために、測定範囲は１１．３〜１２．３５mmに限定されている。

図５を参照して、本非接触式内径測定装置１のセンサユニット20のユニットヘッド部21の外径Ｄが、４２mmであり、センサ保護カバー31の外径と略等しく、よって、センサユニット20は、略外径Ｄのセンサ保護カバー31の円筒内に収まっている。
一対のセンサヘッド25Ｈ，25Ｈのレーザ射出口25ｅ，25ｅの間の距離ｄが、３１mmである。

レーザ変位センサ25は、レーザ射出口25ｅから射出したレーザ光がプリズムミラー28で直角に反射して被測定円筒部材の内周面に到達するまでのレーザ光到達距離を検出するので、レーザ射出口25ｅからプリズムミラー28の反射面にレーザ光が到達するまでの鉛直距離ｖをレーザ光到達距離から減算することで、プリズムミラー28から被測定円筒部材の内周面までの水平距離が算出でき、一対のレーザ変位センサ25の双方の各水平距離とレーザ射出口25ｅ，25ｅの間の距離ｄとを加算することで、被測定円筒部材の内径を算出することができる。

プリズムミラー28は、センサヘッド先端面25ｆのレーザ射出口25ｅの直下にあり、レーザ射出口25ｅからプリズムミラー28の45度に傾斜した反射面にレーザ光が到達するまでの鉛直距離ｖは、２．５mm程度である。

円筒状のセンサヘッド25Ｈのセンサヘッド先端面25ｆは、円形をしており、その中心にレーザ射出口25ｅが形成されており、この円形のセンサヘッド先端面25ｆの半径ｒは、４mm（センサヘッド25Ｈの外径８mmの半分）である。
本レーザ変位センサ25の測定範囲１１．３〜１２．３５mmにおける最小測定距離１１．３mmから測定に必要なセンサヘッド先端面25ｆの半径ｒの４mmの固定分を減算すると、６．３mmとなり、この６．３mmより上記レーザ光の鉛直距離ｖ（２．５mm）は短く、本レーザ変位センサ25が要求する測定範囲内に、レーザ光到達距離を容易に設定することができる。

非接触式内径測定装置１により内燃機関のシリンダの内径を、実際に測定する場合の作業工程を、図６および図７に基づき説明する。

今回、測定しようとするシリンダ50は、鋳鉄製の内径５０mmのシリンダスリーブ50ｓが鋳込まれている。

まず、図６に示すように、リングゲージ55をセンサユニット20の中心軸Ｌｃに位置決めしてセットし、一対のレーザ変位センサ25を初期化する。
今回、内径を測定しようとするシリンダ50のために用意されたリングゲージ55は、実内径が５０．００００mmのものである。

センサユニット20の中心軸Ｌｃにリングゲージ55の中心軸を一致させてリングゲージ55を位置決めし、一対のレーザ変位センサ25の各々により検出されたレーザ光到達距離に基づいて測定されたリングゲージ55の内径の測定値は、基準の５０mmをゼロとして、ゼロプリセットしておく。

次いで、測定しようとするシリンダ50について測定を開始する。
ゼロプリセットされた一対のレーザ変位センサ25によりシリンダ50の内径を測定するので、シリンダ50の内径測定値は内径５０mmとの内径差として出力される。

センサユニット20の中心軸Ｌｃにシリンダスリーブ50ｓの中心軸を一致させてシリンダ50をセンサユニット20の下方にセットする。
そして、図７に示すように、支持シャフト10に支持されたセンサユニット20を、シリンダ50内に下降して、センサユニット20のユニットヘッド部21がプリズムミラー28ともにシリンダスリーブ50ｓの内側に挿入された所定高さ位置（図７で実線で示す）から測定を開始する。

センサユニット20が、図７に実線で示すように、所定高さ位置で、一対のセンサヘッド25Ｈ，25Ｈが両側に位置する姿勢で、測定が開始される。
上下駆動用サーボモータ７の駆動により所定の一定速度（１５００mm/min）でセンサユニット20を姿勢を維持したまま下降し、所定のピッチで一対のレーザ変位センサ25により測定データを取り込む。

センサユニット20を、図７で２点鎖線で示す所定高さまで下降すると、回動用エアシリンダ８の駆動により支持シャフト10をセンサユニット20とともに中心軸Ｌｃを中心に９０度回動し、センサユニット20を９０度回動した姿勢で、測定を再開する。

今度は、上下駆動用サーボモータ７の駆動によりセンサユニット20を下降時と同じ一定速度で初めに測定を開始した所定の高さまで上昇し、その間所定のピッチで一対のレーザ変位センサ25により測定データを取り込む。

このようにしてシリンダスリーブ50ｓの互いに直角断面の内径を、所定のピッチごとの高さ位置で順次測定することができる。
したがって、非接触式内径測定装置１は、内燃機関のシリンダの内径を作業効率良く測定することができる。

このように本非接触式内径測定装置１は、一対のレーザ変位センサ25と各レーザ変位センサ25のレーザ射出口25ｅの鉛直距離ｖ（２．５mm）直下に設けられた一対のプリズムミラー28がともにユニットヘッド部21に集中して支持されてセンサユニット20が構成されているので、センサユニット20のユニットヘッド部21をプリズムミラー28とともにシリンダ50の内側に挿入された状態で、一対のレーザ変位センサ25によりそれぞれレーザ射出口25ｅからプリズムミラー28を経てシリンダ50の内周面までのレーザ光到達距離を検出することができるため、高い検出精度を得ることが可能な高分解能のレーザ変位センサ25の比較的短い距離の測定範囲１１．３〜１２．３５mm内に、レーザ光到達距離を設定することが容易にでき、高分解能のレーザ変位センサ25を使用して、作業効率良くレーザ光到達距離を高い検出精度で検出して、シリンダ50の内径の測定精度を向上させることができる。

レーザ変位センサ25は、分解能が１０nmの検出精度の高いセンサであるので、シリンダ内周面のシリンダゲージなどの接触式測定では測れない窪みなども高精度に測定されてしまう。
今回、測定しようとする鋳鉄製のシリンダスリーブ50ｓの場合などは、鋳鉄中の黒鉛の含有率が高く、シリンダスリーブ50ｓの内周面のファインボーリング加工された加工表面には、黒鉛開口部の深い空孔部が点在する。

レーザ変位センサ25は、スポット径が極めて小さいため、黒鉛開口部の奥底まで測定してしまうことになるが、黒鉛開口部は加工によって形成された形状ではないため、極端に突出した測定値として測定され、内径測定に悪影響を与える。
したがって、黒鉛開口部のような加工によって形成された形状ではない深い窪みなどを検出した測定値は内径測定において除外する必要がある。

なお、レーザ変位センサに比べて非常に大きい径の測定子をもつシリンダゲージで測定した場合は、黒鉛開口部は検出できず、自ずと無視されて測定されるので、内径測定に影響はない。

検出精度の高いレーザ変位センサ25により測定したときに、検出される黒鉛開口部のような窪みの極端に大きな測定値を除外して、本来の内径を得るために、本演算処理装置40は、測定データに対して、逆オフセット法の演算処理を２回行うことにより包絡内接円の内径を導出する演算処理を行うものである。
この演算処理は、逆オフセット法の演算処理を２回行うことで、測定データからシリンダゲージ測定値へ近似化した包絡内接円の内径を導出するので、逆レトロフィット処理と称する。

逆オフセット法は、従来の特開平６−１０３３４６号公報を参考とした新たな演算処理であって、曲面を含む立体形状のＮＣフライス加工において、主に使用される方法であり、形状加工処理に際して、要求形状と工具形状から工具を移動させる移動面を求める方法である。

加工面は工具中心移動面からの工具形状を考慮したオフセット面となっているので、逆に、要求形状面上を逆向き工具が移動する際に切れ刃の包絡面により形成されたオフセット面を導出すれば、該オフセット面が工具中心移動面となる。
すなわち、要求形状面上を逆向き工具が移動する際に切れ刃の包絡面をオフセット面として導出するのが、逆オフセット法である。

この逆オフセット法を、レーザ変位センサ25によるシリンダスリーブ50ｓの内径測定の演算処理に適用する。
シリンダスリーブ50ｓの内径測定に適用した逆オフセット法の演算処理を、理解し易くするために、演算処理に必要なパラメータを極めて小さく設定した場合の例を、図８ないし図１１にグラフに表示して説明する。

図８ないし図１１は、所定ピッチで測定された内径差のデータをグラフ表示した一例である。
所定ピッチｐは０．２mmである。
図８は、レーザ変位センサ25により検出したレーザ光到達距離に基づき測定した被測定円筒部材の内径のゼロプリセットされた測定データ（内径差）をそのまま示しており、所定ピッチｐごとの測定位置における測定値を黒丸で示し、順次黒丸の測定値を接続線で連結して実線の折れ線が示されている。

図９は、１回目の逆オフセット法の演算処理を示している。
まず各測定値（黒丸）を中心に、半径Ｒの円を描く。
半径Ｒの円は、シリンダゲージの球状測定子に相当する。
この測定子の半径Ｒを、理解をし易くするために、極めて小さく設定している。
すなわち、図９および図１０では、測定子の半径Ｒを、０．７５〜１．０mmに設定している。

図９を参照して、所定ピッチごとの測定位置垂直線と各測定値（黒丸●）を中心とする半径Ｒのそれぞれの円が交わっており、この複数の交点のうちで各測定位置垂直線ごとに最も値の小さい交点（白丸○）を選択することで、１回目の逆オフセット法の演算処理を行う。
図９には、順次白丸○の交点を接続線で連結して破線の折れ線が示されている。

次に、図１０を参照して、選択された交点（白丸○）を中心とする半径Ｒの円を描き、それぞれの円が所定ピッチｐごとの測定位置垂直線と交わる交点のうちで、各測定位置垂直線ごとに最も値の大きい交点（三角△）を選択することで、２回目の逆オフセット法の演算処理を行う。
図１０には、順次三角△の交点を接続線で連結して点線の折れ線が示されている。
このようにして、２回の逆オフセット法の演算処理による逆レトロフィット処理がなされる。

図１１には、逆レトロフィット処理前の測定値（黒丸●）とその折れ線（実線）に重ねて、逆レトロフィット処理後の算出値（三角△の交点）とその折れ線（点線）が表示されている。
算出値（三角△の交点）は、測定値（黒丸●）からシリンダゲージ測定値へ近似化した包絡内接円の内径を示している。
図１１に示されるように、極端に大きい測定値は、除外されて包絡内接円の内径が導出されている。

図８ないし図１１では、理解をし易くするために、演算用の測定子の半径Ｒを、極端に小さい０．２３mmに設定して演算したものであるが、実際は、測定テストの結果から測定子の半径Ｒを、２０〜３０mm程度にして演算する。

実際に、一対のレーザ変位センサ25，25によりシリンダスリーブ50ｓの内径を検出した測定値と、演算用の測定子の半径Ｒを２５mmとして逆レトロフィット処理の演算をした算出値を、図１２に示す。
図１２に示されるように、分解能が１０nmのレーザ変位センサ25により測定された測定値（細い実線）は、上下に激しく振れているが、逆レトロフィット処理後の算出値（太い実線）は、包絡内接円の内径を示している。

図１２には、シリンダゲージで測定したときのシリンダゲージ測定値（破線）も同時に示している。
逆レトロフィット処理後の算出値（太い実線）は、シリンダゲージ測定値へ近似化した包絡内接円の内径であることが示されており、かつシリンダゲージ測定値よりもシリンダスリーブ50ｓの内径を精度良く測定している。

測定値（細い実線）のうちで、極端に大きく突出した測定値は、黒鉛開口部等の深い窪みを検出して測定したものであり、逆レトロフィット処理によりこのような突出した測定値は除外されて内径が算出されている。

以上のように、シリンダスリーブ50ｓの内径の測定データに対して、逆オフセット法の演算処理を２回行うことにより、測定データからシリンダゲージ測定値へ近似化した包絡内接円の内径を導出する逆レトロフィット処理により、ピストンとの隙間にオイルクリアランスの確保が必要なシリンダスリーブ50ｓの適切な内径を精度良く、かつ効率良く測定することができる。

本レーザ変位センサ25により検出した測定データを逆レトロフィット処理により包絡内接円の内径を導出する非接触式内径測定装置１は、ファインボーリング加工仕上げとした工作物の測定やホーニング前のシリンダのように、シリンダ内周面の面粗度が大きく、深い窪みが存在するようなシリンダの内径測定に適している。

特に、ファインボーリング加工する場合、同じボーリング加工具で複数回加工するときに、ある加工回数を越えると、加工バラツキが出易く、このような場合に、本非接触式内径測定装置１により効率良く測定することで、不良品の出現を容易に知ることができる。

このように、本非接触式内径測定装置１は、ホーニング前のファインボーリング仕上げ加工品のように面粗度の粗いシリンダの内径を測定するのに適しているが、ホーニング加工後のシリンダの内径測定にも当然適用できる。
また、被測定円筒部材の肉厚変化に起因する剛性の違いから起こる加工時の逃げ量を伴う完成品での包絡内接円の内径も精度良く測定することができる。

以上、本発明に係る一実施の形態に係る非接触式内径測定装置について説明したが、本発明の態様は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲で、多様な態様で実施されるものを含むものである。
例えば、シリンダに限らず、管や管継手などの円筒部材の内径を、効率良く高い精度で測定することができる。

１…非接触式内径測定装置、２…基台、３…支柱、４…ＬＭレール、５…ＬＭブロック、６…昇降支持部材、７…上下駆動用サーボモータ、８…回動用エアシリンダ、
10…支持シャフト、
20…センサユニット、21…ユニットヘッド部、21ｆ…下端面、22…ボルト、23…ミラー保持部材、24…、25…レーザ変位センサ、25Ｈ…センサヘッド、25ｆ…センサヘッド先端面、25ｅ…レーザ射出口、26…光ファイバ、27…固定ねじ、28…プリズムミラー（直角反射ミラー）、31…センサ保護カバー、32…環状端部材、33…ねじ、35…ミラー保護キャップ、36…透明部材、37…ボルト、
40…演算処理装置、
50…シリンダ、50ｓ…シリンダスリーブ、55…リングゲージ。

Claims (5)

1. レーザ変位センサ(25)から射出されたレーザ光が直角反射ミラー(28)により直角に反射して被測定円筒部材(50)の内周面に到達して反射したレーザ光を、同レーザ変位センサ(25)が検知して被測定円筒部材(50)の内径を測定する非接触式内径測定装置において、
   支持シャフト(10)の端部に拡径した円盤状のユニットヘッド部(21)が中心部を固着されて設けられ、
   一対の前記レーザ変位センサ(25)が、前記ユニットヘッド部(21)の前記支持シャフト(10)を挟んで同支持シャフト(10)の中心軸(Lc)に関して対称位置に、センサ端部を固定されて、前記ユニットヘッド部(21)の外周面より内側に保持されて、センサ端面(25f)のレーザ射出口(25e)からレーザ光を射出可能に設けられ、
   前記ユニットヘッド部(21)の端面(21f)に突設されたミラー保持部材(23)により保持された前記直角反射ミラー(28)が、一対の前記レーザ変位センサ(25)のレーザ射出口(25e)の近傍にそれぞれ設けられ、
   一対の前記レーザ変位センサ(25)と一対の前記直角反射ミラー(28)がともに前記ユニットヘッド部(21)に集中して支持されてセンサユニット(20)が構成されることを特徴とする非接触式内径測定装置。
2. 前記センサ端面(25f)は円形をなし、同センサ端面(25f)の中心に前記レーザ射出口(25e)が形成され、
   前記レーザ射出口(25e)から射出したレーザ光が前記直角反射ミラー(28)に到達するまでの鉛直距離(v)は、前記レーザ変位センサ(25)の設定された測定範囲の最小測定距離から前記センサ端面(25f)の半径(r)を減算した距離より短いことを特徴とする請求項１記載の非接触式内径測定装置。
3. 前記ユニットヘッド部(21)の外周面に沿って延出した円筒状のセンサ保護カバー(31)により一対の前記レーザ変位センサ(25)が囲繞されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触式内径測定装置。
4. 前記ユニットヘッド部(21)の端面(21f)に被せられた扁平な有底円筒状のミラー保護キャップ(35)により一対の前記直角反射ミラー(28)が覆われ、
   前記ミラー保護キャップ(35)における前記直角反射ミラー(28)により反射した水平なレーザ光が通る箇所には、透明部材(36)が嵌装されることを特徴とする請求項３記載の非接触式内径測定装置。
5. 前記レーザ変位センサ(25)により検出したレーザ光到達距離に基づき測定した被測定円筒部材(50)の内径の測定データに対して、逆オフセット法の演算処理を２回行うことにより、測定データからシリンダゲージ測定値へ近似化した包絡内接円の内径を導出する演算処理手段(40)を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の非接触式内径測定装置。

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