JPH02302603A - 光学式プローブ及びその測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は測定器、特に、パイプの中心線の位置を測定す
る技術に関する。

（従来の技術及びその課題） ホーマー・エル・イートン（ＨｏｍｅｒしＥａｔｏｎ）
の米国特許第３．９４４．７９８号において、多数の異
なる位置及び方向に動かし、測定しようとするパイプに
接触し得るようにした■字形のワーキングヘッド又はプ
ローブが最外側のアームの自由端に支承された５軸の関
節式アームによりパイプの中心線の位置及び方向を測定
する方法及び装置が開示されている。一般的に、曲げた
パイプを測定するためには、パイプの直線状部分又は曲
げ部分間の長さくＤＩ３Ｂ）、曲げ角度又は曲げ程度（
ＤＯＢ）及び曲げ角度の面又は曲げ面（ＰＯＢ）を含む
、各種のパラメータを知ることが重要である。パイプの
直線状部分の中心線に沿ったベクトルを位置決めするこ
とにより、必要とするパラメータは容易に計算すること
が可能である。このため、曲げたパイプ及びその幾多の
曲げ部分を画成するために必要な情報又はデータを得る
ためには、パイプのそれぞれの直線状部分の中心線の位
置及び方向を画成するデータを入手するだけで十分であ
る。

これらベクトルの位置及び方向は各ベクトル上の２つの
点の位置を測定し、よってベクトルを画成するか、又は
■字形のワーキングヘッド及びパイプの外側間の単一の
接触により、ベクトルの方向の測定を可能にする米国特
許第３．９４４．７９８号の測定器を使用するかして求
めることが出来る。

上記米国特許第３．９４４．７９８号のパイプの接触プ
ローブ、又はワーキングヘッドは全部がパイプの外面と
電気的に接触し、ワーキングヘッドに対するパイプの中
心線の所望の相対位置及び方向が求められるように位置
決めされた４つの接触要素を有している。全ての電気的
接触要素がパイプに接触しなければならないため、ワー
キングヘッドの適正な接触及び方向法めを可能にするに
は、ワーキングヘッドの操作にある程度の時間及び力が
必要とされる。このため、完全なパイプ曲げ部分セット
を得るのに十分なデータを画成するのに必要とされる多
数の測定が遅れる。

上記イートンの米国特許の接触プローブに伴うもう一つ
の問題点はプローブとある種の細長い可撓性のパイプと
が接触しなければならない結果、パイプが歪曲し、これ
により、パイプの中心線の位置又は方向の何れかの測定
値に誤差が生じる可能性があることである。故に、極め
て小さい直径の細長い可撓性のパイプを測定する場合、
従来技術の接触プローブはさらに遅い速度にて、しかも
さらに細心の注意を以て使用し、必要な接触によるパイ
プの歪曲を防止し、よって読み取り値に誤差が生じない
ようにすることが必要である。

従って、本発明の目的は上述の問題点を回避し、又は最
小とするパイプの測定プローブを提供することである。

（課題を達成するための手段） 本発明の好適な実施例に従って本発明の原理を具現化す
るため、ワーキングヘッドは相互に離間。

した第１及び第２の光センサと、及び相互にかつ上記光
センサから離間して配設され、共通の感光領域を通じて
センサに光を投射する第１及び第２点光源とを備えてい
る。１つの作用モードにおいて、両アレー共、重なり合
う視野内に管のような遮光物が存在することにより、完
全に遮光される視野部分を有する。センサに応答して、
ワーキングヘッドに対する遮光物の相対位置を集合的に
画成する組の信号を発生させる手段が設けられる。

特別の実施例において、ワーキングヘッドは各々の内端
にて相互に固定され、かつその外端には点光源が取り付
けられた一対のアームを備えている。

センサはこれらアームの内側部分に取り付けられ、それ
ぞれ１つの光源に対向する。

第２の作動モードにおいて、一部分のみが光ビームを遮
光し得るように位置決めされた断面を有する既知の直径
の管について測定が行われる。実際上、両方の光ビーム
が管により一部分遮断される限り、測定される管の何れ
の部分も光ビームの共通の重なり合う部分内に伸長する
必要はない。

このモードにおいて、各点光源から管外周に対する接線
が測定され、管の直線状部分に沿った少なくとも２つの
点にて計算されたこれらの接線は管の既知の直径と共に
利用して、管の中心線上における点を計算する。プロー
ブの感知面及び計算された管の略中心線間の斜角度が計
算されかつ補正された中心線の点を計算するのに利用さ
れ、その補正計算が反復される。

本発明の方法及び装置は各種の組立体に使用される部品
及び装置の適正な作用を確保するために位置決めするの
に必要とされる、各種型式の被測定物の位置を測定する
のに適用可能である。

デジタル式に作動する曲げ機械に使用されるサンプル曲
げパイプ又は管を測定することが出来、及び実際に実施
される曲げ工程で完成された管の測定にも利用すること
が出来る。本発明は又、測定せんとする被測定物の外面
のみを感知するため、中実ロッドの測定にも有用である
。故に、ここで使用するパイプ又は管という表現は中空
又は中実の被測定物の双方を意味するものとする。

本発明の重要な適用例はその後、サンプルに従って曲の
管を曲げ得るようにするためのデータを入手し又は補正
する目的にて、曲げ管のサンプルを測定することである
。この測定法は、所定のプローブの操作により得られた
測定値が記憶された測定値と自動的に比較され、測定中
の部品の精度を判定する形態の曲げ管の検査に適用する
ことが出来る。ここに記載する光学式プローブは線形動
作、回転動作又は線形動作及び回転動作のある種の組み
合わせを利用するかどうかを問わず、多くの異なる型式
及び形態による測定器のワーキングへ・ンドとして採用
可能であるが、ここでは説明の便宜上の理由のためにだ
け、米国特許第３．９／１４．７９８号に記載された５
軸の測定器により支承されているプローブとして説明す
る。このプローブはある型式の支持体に取り付けられる
か、又はその他の方法で支持され、オペレータがプロー
ブを把持し、かつ以下に説明する所望のプローブ走査路
を通って動かし固定又は基準の座標系内におけるプロー
ブの方向及び位置がプローブ走査の少なくとも多数の点
にて測定しかつ判定されるようにする。

（実施例） 第１図を参照すると、サンプル曲げ管１０が一対のクラ
ンプ、又はその池の保持構造体（図示せず）により支持
又はワーキングテーブル１２に固定状態に取り付けられ
ている。この管は多数の所望のしかし一定の位置及び方
向の任意の一つにてテーブルに取り付けることが出来る
。管の特定の位置又は方向は測定サイクル中、管が動か
ない限り、著しく変更することが可能である。検査及び
製造を含む多（の目的上、管ＩＯの一定のパラメータを
測定することが望ましい。これらのパラメータには、６
管の直線状部分の長さく曲げ部分間の距離）、隣接する
直線状部分間の角度（曲げ程度）、各曲げ部分の面（曲
げ面）及び管の端部から端部までの全長が含まれる。こ
れらのパラメータは反り及びその池のファクタに対して
補正した後、例えば、米国特許第４．０６３．０４１号
、第４．２０１．０７３号及び第４．４９５．７８８号
に記載されたような自動管曲げ機械に対する命令値を計
算するのに使用するか、又は検査工程においてコンピュ
ータに供給し、測定中の管の精度をチェックすることの
利用することが出来る。これらすべてのパラメータは管
の幾つかの部分における中心線の位置及び方向から並び
に中心線の終端点の位置から求めることが出来る。

本発明の原理によると、中心線及び終端点（又は中心線
上の少なくとも２つの点）を画成するデータは、幾多の
図面に示された光学式プローブを担持する、第１図に示
した５軸の測定器により、該測定器と管とを接触させる
ことなく、正確に、迅速かつ簡単に得ることが出来る。

光学式プローブ又は光学式ワーキングベッドが異なる点
を除いて、第１図に示した測定器は米国特許第３．９４
４．７９８号に記載された測定器と同一である。

ここに開示された非接触型プローブの利点は小さい寸法
のプローブにて、著しく異なる直径の管を測定すること
が出来るという点である。測定せんとする管を受け入れ
るプローブの開口部が管の直径より僅かに大きいならば
、寸法の小さい典型的なプローブは３０ゲ一ジ程度の細
いワイヤー、及び直径７６．２　ｍ　（３インチ）の管
まで測定することが可能である。

第１図の測定器は第１軸線ｒＡＪを中心として回転可能
であるようにテーブル１２に取り付けられた第１リンク
２０を備えている。第２リンク２２が軸線ｒＡＪに対し
て直角の第２軸線ｒＢＪを中心として回転可能であるよ
うに第１リンク２０に枢動可能に接続されている。第３
リンク２４が第３軸線ｒＣＪを中心として回転可能であ
るように第２リンク２２に枢着されている。第４リンク
２６が軸線ｒＣＪに対して直角であり、かつ第３リンク
２４の軸線に一致する第４軸線ｒＤＪを中心として回転
可能であるように第３りアク２４内に取り付けられてい
る。リンク２６は第４軸線「Ｄ」に対して垂直である第
５軸線を中心として回転可能に第５リンク２８を担持し
ている。これら第２、第３及び第５リンクは各々、その
隣接するリンクに対して略３６０°の回転角度を有して
いる。第１リンク２０は支持テーブル１２に対して完全
に３６０°回転することが出来ると共に、第４リンクも
又、第３リンクに対して３６０°回転することが出来、
これにより、極めて高程度のフレキシビリティを以て比
較的小さい寸法の測定器にて著しく大きい寸法の被測定
物を測定することが可能となる。

軸線ｒＡＪ上の角度エンコーダ２２ｂ、２４Ｃ。

２８ｅ、第５エンコーダ（図示せず）は５つの軸線ｒＢ
Ｊ、ｒＣＪ、ｒＤＪ、ｒＥＪ及びｒＡＪのそれぞれに１
つの軸線上にて関節式アームに取り付けられ、幾つかの
リンクのそれぞれの軸線を中心とする角度位置を示すエ
ンコーダ信号（プローブの位置データ）を発生させる。

光学式ワーキングヘッド又はプローブ３０が第５リンク
２８に対してかつ該第５リンク２８により一定の方向に
担持されている。このプローブは米国特許第３．９４４
．７９８号の測定器の機械式又はその池のプローブに代
わるものである。第２図、第３図及び第４図に示すよう
に、このプローブ３０は相互に直角に伸長しかつその内
端にて相互に固定状態に接続された第１及び第２アーム
３２．３．４を有する略逆■字形のハウジングにて形成
されている。これらアームの内端は固定された接続シャ
フト３８（該シャフト３８によりプローブは第５リンク
２８に固定状態に取り付けられる）を担持するプローブ
のネック部３６に固定されている。

オペレータがプローブのネック部に設けられた手操作式
の押しボタン３７を押し、プローブを保持することによ
り、ボタンが押されているときに限り、プローブがその
データを読み取るようにすることが出来る。

プローブのハウジング脚部はハウジングアーム３２．３
４の外端から略内方に伸長し、その間にプローブ開口部
を画成するそれぞれ角度付きの外端部分４０．４２を有
し、この開口部の寸法によりこのプローブにて測定可能
な管の直径の上限値が定まる。それぞれのプローブアー
ム３２．３４はそれぞれ回路板５０．５２に取り付けら
れた光感知ダイオードの線形アレーの形態による光セン
サ４６．４８をその内端に担持している。一方、これら
の回路板５０．５２はプローブアーム内に取り付けられ
ている。ダイオードはプローブアーム３２．３４の内壁
５４．５６の内側に面している。これらの内壁には、壁
５４．５６の相互に隣接する内端から伸長し、このため
、アーム３２．３４の内端からアームの外端に向けて約
２５．４ｍｍ（ｉインチ）の距離だけ伸長する狭小な窓
又は開口部５８．６０が設けられている。

レーザダイオード６６．６８のような第１及び第２点光
源がアームの端部分４０．４２内に取り付けられている
。これらのダイオードは約６０°のビーム幅を有する極
めて強力で鮮明に画成された放散光の点光源を提供する
。これらのビームは端部分４０．４２の狭小な幅の窓メ
ロ１．ドロア、６９を通じて投射される。このビーム幅
の一部分のみが上述の装置に利用される。レーザダイオ
ード６６のビームの有用又は有効部分は第３図に仮想線
７０で示した１つの端縁（外端縁）を有している。この
端縁７０はダイオードの有効中心から対向するアーム３
４の窓部分６０の最外側端縁７２（第２図）まで伸長し
、さらに、この窓部分６０を経て、センサアレー４８の
最外側の要素まで伸長している。実際のレーザビームの
幅は図示したもの以上であり、有効端縁７０を越えて伸
長しているが、光の付加的部分は全（センサアレー上に
照射されることはなく、ビームのかかる外側部分は本発
明の作用上無視されている。レーザ６６により投射され
るビームの内側部分は壁５４の表面であり、従って、レ
ーザ６６の有効ビーム幅は７６で示す角度により画成さ
れる（第３図）。同様にして、ダイオード６６とは位置
及び方向が異なる点を除いて、ダイオード及びそのビー
ムがダイオード６６及びそのビームと同一であるレーザ
ダイオード６８のビームは、アーム３４の有効外側アー
ム端縁７８及び内壁５６間に画成される。レーザ６８の
有効ビーム幅は角度８０にて示されている。

有効ビーム幅はその内端及び外端８４．７２間にて窓部
分５８．６０の長さにより画定される。

一実施例において、光センサダイオードアレー４６．４
８は１インチを僅かに上側る長さを有し、各々がＬ２０
４ｇの光検出ダイオードを備えている。

レーザビームの角度の配置及び窓部５８．６０の長さは
、各ビームが対向状態に配設され、反対側のダイオード
に向けて方向法めされた視界を有するダイオードアレー
の略全長を照射し得るように設定される。

ワーキングヘッドの構成要素と以下に説明する外部演算
回路との間の電気的接続部はプローブのネック部３６を
介して接続された電気ケーブル３９（第４図）により担
持されている。

ここに開示されたプローブは２つのレーザビームが重な
り合うことにより画成されると共に、窓部分５８．６０
及び有効ビーム端縁７６．７８と境界を接している全視
界の感知領域を有している。

長い窓部分と共に長いセンサダイオードアレーを利用し
て大きいプローブの感知領域を得ることが出来る。しか
し、以下に説明する接線視野モードにて測定する場合に
は、かかるモードにおいては、管の一部分のみがレーザ
ビームに入ればよいから、大きい感知領域は必要としな
い。

光感知ダイオードアレーを走査し、アレーの遮光部分の
アレー内における位置を示す信号を発生させる手段が設
けられる。センサダイオードの読み取り信号はアレー上
の陰部分とアレーの１端との間におけるダイオード（「
画素」）の数を示す。

各レーザビームは極めて高強度でかつ鮮明に画成されて
いるため、鮮明に画成された陰端縁を画成する（ビーム
が感知領域内にて被測定物により一部分遮光されるとき
、又は被測定物が１つの光ビームの一部分だけを透過す
るとき）。このため、符号８６で示した管（第３図）の
ような小さい直径の管は感知領域内に完全に位置決めさ
れ、このため、各アレーの特定のダイオードは陰となり
、その陰部分の両端縁は鮮明に画成される。以下により
具体的に説明するように、アレー上における陰部分の端
縁の位置を識別することにより、管６０の中心線上にお
ける１点の位置を画成する一組みの座標を計算すること
が可能となる。鮮明で明確に画成された陰部分の端縁を
提供するためにはレンズは必要とせず、又、ある型式の
レンズの場合に必要とされるように、光路の長さを増大
させるための光学式機構が必要とされることもない。

さらに、レーザにより画成される鮮明に画成された高強
度の光によりプローブは周囲光又は測定される管から反
射された光に対する調節に対する感度が低（なる。レー
ザから直接受け取られる光は測定中の管又はその池の表
面から反射される光又は周囲光と比べて極めて大きい強
度を有するため、感度の調節は容易に行うことが出来る
。管又はプローブの他の表面から反射されたレーザ光線
は非常に放散されるため、光センサアレーの感度調節に
より容易に除去される。さらに、レーザはその他の光源
よりも電力使用量が著しく少なく、しかもより信頼性が
ありかつ寿命が長い。

レーザ点光源はレンズ又は重なり合った光路を必要とし
ないため、プローブ自体はレンズを使用する同等のプロ
ーブよりも実際上、５０％程度まで著しく小さくするこ
とが出来る。一実施例において、第２図、第３図及び第
４図に示した形態を有するプローブは端部分４０．４２
からその外側部までの幅寸法が約１２７　ｔｒｙｓ　（
５インチ）であり、接続シャフト３８から端部分４０．
４２までの全高さ寸法は約１５９　ｏｎ　（ｉ６−１／
４インチ）、肉厚は約１９　ｎ＋ｍ　（３／４インチ）
である。ネック部３６はシャフト３８と共に、約７６、
２　ｅｍｕ　（３インチ）の長さにすることが出来る。

端部分４０．４２の内側部間のプローブ開口部は約８９
　ｎｎ　（３，５インチ）である。

以下により具体的に説明するように、該プローブはプロ
ーブの全視野の感知領域よりも著しく大きい直径を有す
る管の中心線の位置座標を測定するのに使用することが
出来る。このようにして、第３図に図示するように、端
部分４０．４２の相互に対面する内面間の距離に略等し
いか又はこれを僅かに下側る直径を有する大きな直径の
管８８をプローブの領域内に挿入し、管表面のいかなる
部分も重なり合うプローブの感知領域内に属しない箇所
まで挿入することが出来る。説明の便宜上、第３図には
、２つの管が図示されているが、該プローブを使用して
一時に管８６．８８の一方のみを測定することも出来る
。より大きいプローブはその外面の一部分が両方のレー
ザビームの少なくとも最外側の端縁を通過し、プローブ
がこれらビームのそれぞれの外端縁７０．７８の内側方
向に貫通するように位置決めされる。より大きい管がか
かる位置にあることにより、それぞれのレーザダイオー
ドの中心から管外周までの接線を測定することが可能と
なる。これらの接線を基に、及び管の直径より、より大
きい管の中心線上における一点の１組みの座標を計算す
ることが出来る。接線を測定するとき、ハウジングの内
壁５４．５６に交差しかつ該内壁５４．５６に対して垂
直である対称面（例えば、第４図の断面３−３の面）で
あるプローブの検出面が管の中心線に対して正確に垂直
であるならば、かかる測定値を利用して、中心線上にお
ける点の位置を正確に画定することが出来る。しかし、
接線を測定するとき、プローブ感知面が管の中心線に対
して斜めになっているならば、そのようにして測定され
た中心線上の点の位置の座標はその斜角度いかによる誤
差を生じることになるであろう。故に、プローブの感知
面と管の略中心線間の斜角度を計算するために管の略中
心線が画定され、及びその斜角度を利用して中心線上の
点に対する組みの補正された座標を計算する。その補正
段階を何回か反復し、以下に説明するように、正確に画
定された管の中心線の位置が最終的に求められるように
する。

上述のように、管８６のような小径の管に対するプロー
ブの全視野の感知領域はハウジング壁５４．５６により
、より具体的には、窓部分５８．６０及び光ビームの有
効端縁７０．７８により画定されるが、プローブは小さ
い全視野感知領域を包含するも、ビームを重なり合わせ
る領域を越えて伸長する、管８８のような大径の管に対
する接線視野感知領域をも有している。大径の管を測定
するための接線視野領域は有効ビーム端縁７０．７８の
内側になる両ビームの全部分を包含する。

接線視野モードにおいて、点光源の中心から管の外周ま
で伸長する接線の傾斜角度が測定される。

これらの接線は効果的には管により遮光されるビーム部
分と管により遮光されないビーム部分とを仕切る線であ
る。

プローブは全視野モード、例えば、全視野領域に完全に
包含される小径の管を測定するのに使用されるモードに
おいて利用し、容管の直線状部分上の相互に離間させた
２つの中心線点を測定し、このようにして、管の直線状
部分の中心線を画定することが出来、又は該プローブを
利用して、複数の点を測定し、中心線を正確に画定する
ことも出来る。全視野モードの好適な適用例において、
作用は本出願の原米国特許出願第１７９．４９６号に記
載されたものと略同−である。全視野モードにおける計
算及び幾何学的形態は上記米国特許出願に記載された通
りであり、管の陰部分の各端縁が位置決めされた２つの
アレー上における点を測定し、これにより、各陰部分の
中心線を画定するだけでよい。これらの中心点及びのプ
ローブの既知の幾何学的形態を基にして、プローブに対
して一定の関係を有する座標系における管の中心線の座
標が計算される。又、関節式アームのエンコーダ出力も
利用して、ワーキングテーブル１２に固定された座標系
Ｘ、ＹＳＺ　（第１図）におけるプローブ（及びプロー
ブに固定された座標系）の位置及び方向の双方を測定し
、これにより、固定された座標系における管の中心線の
位置及びベクトルが分かる。

プローブを較正するためには、プローブの座標系に対す
るダイオードアレーの位置を正確に位置決めすることが
必要である。この目的のため、各プローブアームには、
ダイオードアレーの感知面に対して平行でかつ内壁５４
．５６の伸長部分に平行な方向に向けてアームのハウジ
ングの上面に対して垂直でかつ該上面を通って伸長する
（第２図に示すように）孔９０．９２のような小孔が形
成されている。これらの較正孔９０．９２はプローブの
感知面に対して垂直でありかつ較正ピン等を受け入れ得
るように約１．２７　ｍｍ（０，０５０インチ）又はそ
れよりも僅かに小さい径を有している。かかるピンが孔
９０内に挿入された状態にて、ピンにより遮光されるア
レー４６の領域は既知の位置を有しており、このため、
プローブに対するアレーの位置を計算し、アレーの読み
取り値を較正することが出来る。同様にして、アレー４
８の位置は孔９０と丁度間し様にアレー４８に対して位
置決めされた孔９２内に較正ピン９２等を挿入すること
により較正される。

全視野モードを利用して走査を行う場合、管が測定中、
常時、プローブの全視野領域内にあるようにして、プロ
ーブは管の直線状部分に沿った走査路内を動かす。プロ
ーブを管に沿って動かす間、センサアレー上における陰
部分の位置及びエンコーダ角度は例えば１０ミリ秒毎に
反復的に読み出して、管中心線の多数の点を計算するこ
とが出来る。

次に、これらの中心線の点を基にして、最良の適合線を
計算し、管の中心線上における位置の点の座標を識別し
かつ確定することが出来る。

センサアレーのダイオードの出力、例えばプローブの光
学式データは原米国特許出願に記載されたように、走査
制御回路からクロック信号の制御下、１つずつ逐次的か
つ反復的に読み出され、一連のパルスを発生させる。こ
れと同時に、関節式アームのエンコーダ出力が読み取ら
れ、幾多の軸心ｒＡＪ、ｒＢＪ、ｒＣＪ、ｒＤＪ及び「
＆」を中心とするそれぞれのアームの角度を示す。この
角度データは、ダイオードアレーの読み取りデータと共
にコンピュータに供給され、ワーキングテーブルに対し
て固定された座標系、Ｘ、Ｙ、Ｚ　（第１図）に対する
遮光バイブ８６の中心線上における点の位置座標が計算
される。コンピュータの出力は適当なディスプレー利用
又は記録装置（図示せず）に供給し、測定値を記録する
だけで曲げ制御プログラムを作製し又は補正することが
出来る。

５つの角度の読み取り値を基にしてプローブの位置及び
方向を計算することは米国特許第３．９４４．７９８号
の明細書に記載されている。

走査モードにおいて、管の各直線状部分毎に、その管の
直線状部分の長さに沿った離間した位置において多数の
組みのエンコーダ角度データ及びプローブの光学的デー
タが集められる。これらのエンコーダの角度データを利
用して、固定された座標系におけるプローブの３次元位
置及び方向を集合的に画定する組みのプローブ位置デー
タが画定される。センサアレーを走査することにより得
られるプローブの光学的データを利用して、プローブに
対して固定された座標系に対する管の中心線上における
点の位置を集合的に画定する組みの管位置信号が画定さ
れる。未処理のエンコーダ及びプローブデータは直線状
部分の中心線上における例えば２００乃至１００個の集
合した測定点を識別する座標に変換される。これらの座
標は記憶される。

プローブの方向も又計算されかつ記憶される。各集合点
毎に、最良の適合線が求められ、この線は管の直線状部
分の中心線のベクトルとして利用される。

第５図はプローブ走査モードに関係する電子的読み取り
値及び未処理の記憶データの一部分を示す機能的なブロ
ンク線図である。全体として符号１４０で示されたエン
コーダ（第１図には符号２２ｂ乃至２２ｅにて図示）及
び符号１４２で示した光学式プローブダイオードアレー
走査回路は選択された間隔にてゲートパルスを発生させ
るクロック１４８の制御下、ゲート１４４．１４６を介
して例えばｌＯミリ秒毎といった適当な間隔にて情報を
提供する。エンコーダパルスデータは１組みのアップダ
ウンカウンタ１５０を励起させるために供給され、この
ため、該カウンタ１５０はそれぞれのエンコーダにより
測定された角度の読み取り値を包含している。ダイオー
ドアレーの走査データはゲート１４６を通じてプローブ
データ記憶装置１５２に供給される。ダイオードアレー
の走査回路からのデータはデータ品質論理回路１５４に
供給され、この論理回路１５４はダイオードアレーの走
査回路からの未処理データを分析し、管がプローブアレ
ー上に陰部針又は遮光部分を提供し得るようにプローブ
の感知領域内に位置決めされているか否か判定する。こ
の論理回路１５４は効果的に、双方のアレーの全てのダ
イオードに照射されているか否かを判定する。全てのダ
イオードが照射光を受けるならば遮光は生ぜず、及び受
け入れ可能な光学式データ信号が発生されることはない
。両アレーの走査により、１つの遷移パルスが明から暗
に向い、次のパルスが暗から明に遷移する、各アレーの
ダイオードから読み取られた一対のパルス遷移が明らか
にされたならば、アレー領域は遮光されたことが分かる
。上述のように両方のアレーが遮光されたならば、その
データ品質は是認し得る。データ論理回路１５４の機能
はソフトウェアプログラム内にて全て実行されるように
することが望ましい。

ダイオードアレーの走査データ（例えば、プローブの光
学的データ）はデータが許容可能であると判定された場
合に限り、品質論理回路１５４の制御下、記憶装置１５
２に記憶される。カウンタ１５０及びプローブデータ記
憶装置１５２からのデータは、同様にデータ品質論理回
路１５４からの信号の制御下、未処理データ記憶装置１
５６に供給される。未処理データはデータの品質が許容
可能である場合に限り記憶される。この未処理データは
データが得られた各点のｘ、ｙ、ｚ座標を計算する演算
回路１５８に供給され、これらの座標はさらに別のデー
タ記憶装置１６０にて点座標のアレーとして記憶される
。

ここに説明された段階及び計算は例えば、所定の機能を
発揮し得るようにプログラム化されたＩＢＮ　ＰＣ−Ｘ
Ｔのような標準型のコンピュータにて実行することが望
ましい。

全視野モードｑ爽何生的形駄 全視野モードに対する計算の幾何学的形状は双方のレー
ザがプローブの面内にて管の全幅を照射する配置形態を
示す第６図に図示されている。第６図において、レーザ
点光源６６．６８はそれぞれＬｌ、Ｌ２としそ表示され
、それぞれの線形ダイオードアレー４６．４８は１７０
．１７２として略図的に図示されている。各レーザのビ
ーム幅は各アレーの全長と交差するのに十分な角度にて
伸長し、故に、管１７４のような管は、２つのビームの
重なり合う領域を画定する平行四辺形の形状体１７６に
て示した全視野感知領域内に位置決めされたとき、双方
のレーザの全視野内にある。

各ビームの端縁はアレーの陰部針１７８．１８０及び遮
光部分を形成する管の両側部を越えて伸長する。アレー
１７０の場合、アレーの内端縁１８２から遮光領域の端
縁までの距離は長さＸＬＯ及びＸＨＩとして示しである
。アレー１７２の場合、端縁１８１から遮光領域の端縁
までの距離は長さＹＬＯ及びＹＨＩとして示されている
。

第６図の紙面であるプローブの感知面はプローブＸ軸及
びＹ軸（レーザＬ１、Ｌ２間を伸長する）を包含してい
る。アレーは相互に直角に配設され、谷レーザからその
関係するアレーまでの距離は図面にｄ−１ａｚ２ｃａｍ
　（レーザからカメラまでの距離）として示されている
。レーザがＬｌ及びＬ２の中間を伸長するＸ軸を中心と
して対称状であるため、各レーザからそのアレーまでの
距離は等しい。各レーザから反対側アレーの端部１８２
．１８１のような零端部までの線はＹ軸に対して４５°
の角度に伸長する。レーザＬ１からＸ軸までの距離は［
プラス−ＹＩＮＴＪと称する一方、レーザＬ２からＸ軸
までの距離は［マイナス−ＹＩＮＴＪと称する。プラス
−ＹｔＮＴは正である一方、マイナス−ＹＩＮＴは負で
ある。これら２つは説明する対称状のプローブに対して
同一の大きさである。

管は常に、円形の断面形状を有すると考えられるが、管
の中心線がプローブの感知面に対して垂直でないならば
、楕円形にみえるかも知れな一−以下に説明するように
、管が傾いた場合、接線視野モードにおける計算に影響
を及ぼすであろうが、全視野モードの計算には影響がな
−１゜管１７４が感知領域１７６内に完全に位置決めさ
れた状態番こて、アレー１７０．１７２を走査すると、
量ＸＬＯ１ＸＨＩ、ＹＬＯ及びＹＨＩを画定するデータ
が提供される。実施例において、これらの量は場合に応
じて、照射され又は遮光されるアレー要素の数の実際の
計数値である。このように、距離ＸＬＯはかかる距離に
おけるダイオードアレー要素の実際に照射される数に各
ダイオード要素又は画素を掛けた値となる。従って、レ
ーザ点２１から管１７４の中心Ｃまでの線間の角度θ１
は次のように規定される。

θ１＝１／２　　ｘ　　ｔａｎ−’　　ｘ　　ＸＬＯ＊
ｉｊ真′ｌｊ法／ｄ−１ａｚ２ｃａＩＩｌ　＋　　４５
゜＋　　ｔａｎ−’　　ｘ　　ＸｆｌＩ本１素寸法／ｄ
−１ａｚ２ｃａｍ　　＋　　４５°　　　　　式（ｉ）
ここで画素寸法は各アレー要素の寸法である。

レーザＬ２から中心点Ｃまでの線とＹ軸間の角度θ２は
次のように規定される。

θ２４／２　　ｘ　　ｔａｎ−’　　ｘ　　ＹＬＯ本１
真ゴｉｔ／ｄ−１ａｚ２ｃａｍ　　＋　　４５゜＋　　
ｔａｎ−’　　ｘ　　ＹＬＯ＊ｉｌ↑法／ｄ−１ａｚ２
ｃａｍ　　＋　　４５°　　　　　式（２）レーザ及び
中心点間の２本の線の傾斜は傾斜１及び傾斜２として次
のように規定される。

傾斜１＝ｓｉｎθｌ／ｃｏｓθ１　　　　　　　式（３
）傾斜２　＝　ｓｉｎθ２／ｃｏｓθ２　　　　　　　
　式（４）中心点ＣからレーザＬ１及び１，２までの２
本の線に対する直線等式を解くと、中心点ＣのＸ、Ｙ座
標は次のように規定される。

Ｘ＝ｖ（＋スＹＩＮＴ−７うＩＹＩＮＴ／傾斜１−傾斜
２　式（５）ＹＹ＝（（傾斜１＊Ｘ）　　＋７ラスＹＩ
ＮＴ）　　　　　　　　　　　　　　　式（６）好適な
実施例において、上に掲げた計算及びここに説明するそ
の他の計算は上述のＩＢＭ　ＰＣ−ＸＴコンピュータ又
は同等品に対してターボパスカルにて書かれた適当なプ
ログラムにより実行される。

接線視野モードの幾何８的形状 第７図乃至第７ａ図に示した幾何学的形状は上述の接線
視野モードを採用するための計算を説明するのに有用で
ある。上述のように、接線視野モードにおいて、はるか
に大きい径の管を測定することができ、管の一部分のみ
がレーザ光線を遮光すれば良い。実際上、管の主要部分
は両ビーム幅の完全に外側にある。更に、測定するとき
、管はプローブに対して静止状態にし、プローブが測定
位置まで動く間における管に対する該プローブの速度又
は経路を把握し又は判断する必要はない。

プローブは管に向けて動かし、光ビームが最初に破断さ
れるようにする必要はないが、管が２つのレーザにより
一部分照射されたならば、プローブは走査路内にて管に
沿って動かすことが出来、これにより、管は有効ビーム
幅内に絶えず位置している。管は走査中、一方又は両方
のビーム外に瞬間的に動くことが出来るが、管が両ビー
ムにより照射されない限り測定は全く行われない。基本
的に、測定は静的に行われ、プローブが測定位置まで動
く動作とは完全に独立的に行われる。測定は静的である
と考え得るが、プローブは１つの直線状部分に沿って走
査する間、実際に停止する必要はない（停止させること
は可能であるが）。

接線視野モードにおいて、各レーザから管に対する第１
及び第２接線の傾斜が測定され、これらの接線を基に、
管の径及びプローブの幾何学的形状を求め、プローブの
Ｘ軸及びＹ軸が管の中心線から偏心する状態が求められ
る。このように、第７図に示すように、レーザＬ１、Ｌ
２は上述のように、正の長さプラスＹＩＮＴ及び負の長
さマイナスＹＩＮＴ（これらは好適な実施例において等
しいことが望ましい）だけプローブのＸ軸から離間して
配設される。各レーザは図面においてｄ−１ａｚ２ｃａ
ｌＩ＋として表示した同一の距離だけそのアレーから離
間して配設される。

第７図の例において、既知の半径Ｒを有する円形断面の
管１９０が一例としての測定位置に位置決めされ、この
ため、管の主要部分が両レーザの視野外に位置し、管の
一部分のみが両レーザの最外側端縁を補足する。このよ
うに、レーザＬ１の外端縁が管の一部分を補足し、図面
にて「端縁１」として表示した最内側端縁を有するアレ
ー１７０の一部分を遮光する影領域１９２を提供する。

同様にして、レーザＬ２のビームは遮光されて、図面に
て「端縁２」として表示した遮光部分の内端縁を有する
アレー１７２の最外側部分を遮光する影領域１９４を提
供する。管はビームの重なり合った領域の一部に入るこ
とは出来るが、かかるビームの重なり合った部分の何れ
の部分内に位置する必要はない。接線視野モードにおい
て、アレーの端縁１及び端縁２間の距離、及びそれぞれ
の内端１８２．１８１間の距離を測定し得るように、各
ビームはその最外側端縁が管により貫通されてさえいれ
ば良い。レーザから管への接線は第７図において、線１
９３．１９５により表示されている。

接線を測定するとき、計算は管がレーザにより照射され
ているものと想定して行う。このようにして、管は２つ
の接線測定を行う場合、プローブに対して同一の位置を
占める。

接線視野モードにおいて、管の中心線の座標を計算する
場合、最初に管の軸心はプローブの感知面に対して、即
ち、プローブ座標系のＸ及びＹ軸を包含する面に対して
垂直であると仮定する。これは第７図の紙面である。上
述のように、プローブの測定は管に対する２本の接線の
傾斜を測定する。これらの傾斜を知ることにより、管の
半径及びプローブの幾何学的形状、管の中心線上におけ
るプローブ面内の点座標を求めることが出来る。

望ましい点はそれぞれ接線１９３．１９５に対して平行
である線ＡＣとＢＣとの交点である（第７図）。線ＡＣ
，ＢＣは管の既知の半径Ｒだけ、それぞれの接線から離
間して配設されている。線ＡＣ，ＢＣのそれぞれの接線
からの距離は管の中心線がプローブの面に対して垂直で
ないならば、実際上、それぞれＲ１、Ｒ２となる。しか
し、最初、Ｒ１、Ｒ２は相互に及び半径Ｒに対して等し
いものと仮定し、第１組みの近似座標を計算する。線Ａ
Ｃと線ＢＣとの交点ＹはΔＹｌ、ΔＹ２として表示した
距離だけＬｌ、Ｌ２から離間した位置にある。　接線視
野モードにおいて、２本の接線のＹ軸に対する角度θ１
、θ２は最初、次のようにして計算される。

θ１＝ｊａｎ−’（（端縁１本画素寸法）　／ｄ−１ａ
ｚ２ｃａｍ）＋４５’）　　　　　式（７） ％式％） ＋４５°）　　　式（８） ここで端縁１及び端縁２は照射されるセンサ要素の数で
あり、画素寸法はアレーの単一要素の幅である。

接線１９３．１９５の角度を知ることにより、接線に対
してそれぞれ平行でかつ管の中心点Ｃを通って伸長する
線ＡＣ，ＢＣはそれぞれ点Ａ、　ＢにてＹ軸と交差する
ように構成することが出来る。

長さΔＹ１、ΔＹ２は接線１９３．１９５の角度θ１、
θ２及び距離Ｒ１、Ｒ２を用いて次のように計算される
。

ΔＹｌ　（（ＲＬ　ｃｏｓ　１／ｓｉｎ　１）”　＋Ｒ
１２）１′２　　式（９）ΔＹ２　＝（（Ｒ２ｃｏｓ　
２／ｓｉｎ　２）２＋Ｒ２ｚ）”　　式（ｌＯ）上述の
ように、最初の計算を行うために、Ｒ１、Ｒ２は相互に
及び管の既知の半径Ｒに対して等しいものと仮定する。

等式（５）及び（６）に表示されるものと同様の方法に
て、管の中心線上の点Ｃの近似Ｘ座標、Ｙ座標は次のよ
うに計算することが出来る。

Ｘ＝　　７（？スＹＩＮＴ−７ラスＹＩＮＴ／’１Ｆ１
−１１２４ΔＹｌ＋　　ΔＹ２　　式（ｉ１）Ｙ＝　−
（（傾斜）＊Ｘ）＋７ラスーＹＩＮＴ−ΔＹ１　　　式
（ｉ２）斜乃度の補償 第７図に関して説明した接線視野モードの幾何学的形状
及び計算はＸ軸及びＹ軸の双方を包含する面であるプロ
ーブの感知面が管の中心線に対して垂直である場合に限
り正確である。管の中心線がプローブの感知面に対して
垂直でないならば、及びほとんどの場合、かかる垂直度
は実際に測定するときに維持し得ないことから、管の見
掛けの直径は大きくなる。このことは、接線２０２を有
する管２００を示す第７ａ図に図示されている。

符号２０４．２０６で示す軸は接線２０２に対してそれ
ぞれ垂直でかつ平行であるとして図示されている。第７
ａ図において、図面の面はプローブの面を包含し、管２
００はプローブの面内にて円形の断面を有するとして図
示されている。管の中心線がプローブ面に対して正確に
垂直であるならば、管の断面は円形となる。管２００を
軸２０４を中心として僅かな程度だけ回転させたならば
、管とプローブの感知面との交点は点線２０８で示すよ
うになり、管の直径は接線２０２に対して平行な方向に
細長くなり、接線に対して平行な方向に対しては同一の
寸法を有する。一方、管２００を接線に対して平行な軸
２０６を中心として僅かに傾斜させたならば、その見掛
けの直径２１０は接線に対して平行な方向に大きくなる
が、接線に対して平行な方向には変化しない。このため
、接線視野モードの計算はそれぞれの接線に対して垂直
な方向に対して管の見掛けの直径を増大させるであろう
プローブの面に対する管の斜角度又は傾斜角度を補償し
なければならない。管に対する２本の接線は異なる方向
に配向するため、斜角度は各々の接線に対して別々に補
償しなければならない。

第７ａ図に示すように、直径りを有する管２１１は、プ
ローブの面に対し斜角度αだけ傾斜させたならば、Ｄ／
ｓｉｎαに等しい見掛は直径又は増大した直径ＤＩを有
する。かかる斜角度は接線視野モードにおいて計算され
た偏心度を補償するために、各接線について計算される
。

各接線の測定を最初に行うとき、管の中心線は未だ決定
されていないため、斜角度を計算することは出来ない。

このため、接線視野モードにおいて、プローブは管の直
線状部分に沿って望ましくは連続的に走査を行い、接線
データ（センサアレーからの）及びプローブの位置デー
タ（関節式アームエンコーダからの）を読み取る。一組
みのプローブ位置データが接線データが得られるときの
プローブの位置及び方向を画定する。接線視野モードの
走査動作は全視野モードの場合と同一であるが、この走
査中、管の断面の一部分のみが接線視野の感知領域内に
維持されるようにするだけでよい。全視野モードにおい
ては、管の中心線上の多数の点を利用して、多数の測定
値を効果的に平均し得るようにすることが望ましいが、
接線視野モードにおいては、２つの離間して配設された
点を画定するだけで中心線を完全に画定し得ることが理
解されよう。

走査中におけるプローブの多数の測定位置毎に走査を行
い、プローブの位置及び接線データを記憶させたならば
、選択された数のプローブの測定位置毎に、管の中心線
がプローブの座標系から偏心する組みの近似Ｘ、Ｙ偏心
度を計算する（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒと仮定して）。プローブ
の測定位置はプローブ位置及び接線データの双方が読み
取られる位置に過ぎない。これらの計算は管の近似中心
線上における多数の点を提供するものであり、これらの
点は全走査点におけるプローブ面が管の中心線に対して
垂゛直である場合に限り正確に画定されるであろう。こ
れは実際には不可能であるため、感知された接線データ
から計算された各組みの中心線座標は、プローブの斜角
度により起因する管の直径の見掛けの増大に対応して補
償される。この目的のため、最初に、略最良に適合する
管の中心線が画定される。これは、米国共同出願筒１７
９．４９６号に記載された多重回帰法により、又は望ま
しくは以下により詳細に説明する最小二乗法の何れかに
より行われる。

管の近似中心線を画定し、かつプローブの方向を画定す
るデータを包含するプローブの位置データを記憶させた
ならば、管の各測定位置における接線毎の斜角度を計算
することができる。この計算された斜角度を利用して、
第１対の補償された半径Ｒ１，Ｒ２を計算し、及びプロ
ーブの座標系における管の中心線の組みのＸ、Ｙ座標を
計算して（上述のように）、第１組みの補償された中心
線の点を求める。次に、補償された中心線の点を基にし
て、第１の補償された最良の適合線を計算する。次に、
第１の補償された最良の適合線に対して第２組みの斜角
度を計算し、第２対の補償された半径を求め、第２組み
の補償された管の中心線の点（実際には第３組みの中心
線の点）を計算する。最後に計算された中心線の点を基
にして、第３の最良の適合線又は第２の補償された最良
の適合線を計算する。この一連の反復計算及び補償はさ
らに何回も繰り返すことが出来る。しかし、それ以上反
復しても精度が著しく増大しないことが分かっているた
め、この補償手順を３回反復（即ち、第４の最良の適合
線を求めるための計算）すれば妥当な望ましい精度を得
るのに十分である。

斜角度を求めるためには、ワーキングテーブルに対して
固定された座標系内のプローブの方向は関節式アームエ
ンコーダから読み取られたプローブの位置データを基に
して計算される。このプローブの方向は３つのベクトル
により規定される。

これらのベクトルは、１つのレーザダイオード２１６が
プローブのセンサアレー２２２の一部分ヲ遮光する、管
２２０に対する接線２１８を画成するプローブの略図で
ある第７Ｃ図に図示されている。この第７ｃ図にＡＳＢ
で図示されたベクトルはプローブの面内にあり、第６図
及び第７図のＸ軸及びＹ軸に対応している。ベクトルＣ
はプローブの感知面を画定する面である、ベクトルＡ及
びＢの面に対して垂直である。

接線２１８の斜角度を求めるためには、最初、ベクトル
Ａ、Ｂ及びＣにより画成される座標系をベクトシレＣを
中心として接線２１８の傾斜角度だけ回転させ、これに
より、ベクトルＡは接線２１８に対して平行となるよう
にする。この位置は第７ｄ図に図示されている。

これでベクトルＡの面に対して垂直であるベクトル及び
及び管の中心線のベクトルが求められる。

この垂直方向のベクトルは管の方向及びベクトルＡのベ
クトル断面成分である。

ＰＥＲＰ＝ＸＰＤＴ（管−ｄｉｒ、　Ａｄｉｒ［１］）
　　　　　式（ｉ３）ここで、ＰＥＲＰはベクトルＡの
面及び管の中心線に対して垂直であり、管−ｄｉｒは管
の中心線のベクトル、＾ｄｉｒｔ］はベクトルＡＳＸＰ
ＤＴは断面成分である。

最後に、補償に必要とされる斜角度はベクトルＰＥＲＰ
及びベクトルＢの点成分により求められる。

点成分は２つのベクトル間の角度を規定する。

ａ　：ＤＩ’ＤＴ（ＰＥＲＰ、　Ａｄｉｒ［２］）　　
　　　　　式（ｉ４）ここで、αはベクトルＰＥＲＰと
ベクトルＢの間の接線２１８に対して垂直な面にて測定
された斜角度であり、Ａｄｉｒ［２］はベクトルＢ、Ｄ
ＰＤＴは点成分である。第７ｂ図に示されるように、実
際の管の直径をこの角度で割ると、見掛けの半径Ｒ１、
Ｒ２が得られる。第７図及び等式（９）、（ｉ０）、（
ｉ１）、（ｉ２）に示されるように、接線モードにおけ
る中心線のＸ、Ｙ偏心度の計算は半径Ｒ１、Ｒ２を利用
して反復される。中心線の点の補償されたＸ、Ｙ座標を
使用して補償された最良の適合線を計算する。上述のよ
うに、これらの計算は何回も反復される。

」駆７）ｊｌｌ肛毬（方 上述のように、最良の適合線は多重回帰法を利用して求
めることが出来る。しかし、現在は、アラインジェイワ
シントン（＾１ｌｙｎ　Ｊ、ｊｌａｓｈｉｎｇｔｏｎ）
による教科書ベーシックテクニカルマセマテイクス（Ｂ
ａｓｉｃ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ
ｓ）、第２版の４６２−４６５ページに記載された最小
二乗法を利用して最良の適合線を求めることが望ましい
。

簡単に説明すると、上記ワシントンの教科書に記載され
たように、最良の適合線法は最小二乗法を利用し、例え
ばＸ、Ｙのような２次元の最良の適合線を求めることに
より実行される。この最小二乗法によると、全ての点が
最良の適合線から偏位する値の二乗の合計値が可能な最
小値となる。

各点の偏位値を求め、その値を２乗し、その２乗値全て
の合計値の最小値を求め、最良の適合線°を求める。Ｘ
、Ｙのような２次元による最良の適合線を求めたならば
、次に、Ｘ１２面又はＹ１２面何れかによる３次元の最
良の適合線を求める。これらＸＳＹ及びＹＳＺの一方の
適合線を選択して使用される組みのデータについて最も
偏位する第２の最良の適合線を求める。

最良の適合線の終端を明らかにするためには、第１及び
最後の点Ａ、Ｂは第８図に示すようにこれらを最良の適
合線に対して垂直な方向に向けて点Ａ′、Ｂ′まで動か
すことにより最良の適合線２３０まで動かす。これは、
最良の適合線に対して垂直である第１及び最後の点Ａ、
Ｂを通る線ＢＢ′、ＡＡ’を求め、及びかかる垂直線と
最良の適合線との交点Ａ′、Ｂ′を求めることにより、
終端点を求めることができる。

２次元、及び３次元の最良の適合線を求めたならば、例
えば、Ｘ、Ｙの組みの第１及び最後の点は最良の適合線
Ｘ、Ｚ線に対して垂直な方向に向けてこれらの最良の適
合線ｘＺに対して垂直方向に動かす。これら終端点の新
たな位置はＸ１２線に対して垂直でかつこれらの終端点
を通る線とＸ１２の最良の適合線との交点である。次に
、ｘ、ｚ線のＺ座標をかかる終端点に対する第３の座標
として利用する。

性随へ□□□玉竺方 直線状部分の中心線の位置から、曲げ程度、曲げ面及び
曲げ部分間の距離のような管の曲げデータ以外の管に関
するその他のデータを計算することが出来る。又、管の
中心線の各端部、即ち、管の２つの最端部における各直
線状部分の自由端の位置を求めることが必要とされるこ
とが多い。管の終端点は管の最端部の直線状部分につい
て上述したように、管のデジタル化後（例えば、管の中
心線を求めた後）に明らかとなる。

管の最端部の直線状部分の中心線に対する補償された最
良の適合線を計算するための補償を完了したならば、オ
ペレータはプローブを短い距離だけ動かして、管の端部
から離反させ、プローブの探知及び読み取りを開始する
ボタン３７を押す。

これで、プローブはその感知面が端部の直線状部分の中
心線に対して適正に垂直状態に保持された状態にて、管
の端部を越える位置から管に向けて徐々に動き、これに
より管の端部がプローブの感知面に貫入する。終端点を
求める方法は管の端部がプローブの感知面を最初に侵入
する位置を読み取ることに基づく。両方のセンサアレー
に影部分が最初に生じるときに、第１組みのデータの読
み取りを行う。この説明の便宜上、プローブの感知面は
第９図の紙面に対して垂直であるが、管の中心線に対し
て垂直ではなく、線Ｐに沿って伸長しているものと仮定
する。第９図を参照すると、プローブは半径Ｒの管２３
４の自由端に向けて矢印２３２の方向に動かされる。管
の端部分がプローブの感知面を貫入し、少なくとも１つ
のレーザビームの一部分に最初に侵入すると、管の自由
端における点１４のような管端部の「隅部」がセンサア
レーの走査により位置が求められる最初の点となる。プ
ローブはその感知面と理論上の零直径の管との交点を効
果的に明らかにする。この交点はこの終端点の計算上既
知である管の実際の直径に対して補償される。

１つのプローブセンサの第１の読み取りを行ったならば
、関節式アームエンコーダの出力を読み取りかつ記憶さ
せ、ダイオードアレーセンサの出力も記憶する。上述の
ように、エンコーダ出力を利用して、プローブの感知領
域を包含する面を計算しかつ画定する。この面に対して
垂直なベクトルは第９図において、ｒｅｙｅＪとして示
されている６ 望ましい管の終端点は管の中心線と「隅部」点１４を通
って中心線に対して垂直な面との交点である点Ｅである
。点Ｅは距ｆｉＥ＋だけ点１から変位される。この距離
Ｅ＋は次のようにして計算される。

プローブの感知面及び管の中心線間の角度θは管の中心
線のベクトル及びプローブの方向を画定するベクトルの
黒成分の絶対値として計算される。

ｃｏｓθ＝　ＡＢＳ　（ＤＰＤＴ　（ｄｉｒ、　ＥＹＥ
）　）　　　　式（ｉ５）ここで、ｄｉｒは管の中心線
のベクトルであり、ＥＹＥはプローブの方向を画定する
ベクトル（プローブの感知面に対して垂直なベクトル）
である。

ｓｉｎ　＝　（ｉ−（ｃｏｓθ）２）１７２　　　　　
　　式（ｉ６）ＥＩ＝　（Ｒ／ｃｏｓθ）　ｓｉｎθ　
　　　　　　　式（ｉ７）　これで、望ましい終端点Ｅ
を画定するためには、線長さＥ！と点ｉを示す座標とを
組み合わせるだけでよい。管の第２の終端点を求めるた
めにはこの手順を反復する。

管の中心線を画定する管のデジタル化手順を要約すると
、読み取りボタン３７を押している間に、次の段階（ｉ
）乃至（８）を実行する。

（ｉ）プローブを管の直線状部分に沿って走査路内にて
動かす。

（２）センサ（カメラ）データを読み取る。

（３）アームエンコーダ角度を読み取る。

（４）カメラデータをプローブ固定座標系におけるプΩ
−ブの中心点からのＸ、Ｙ偏心度に変換する。

（５）アームエンコーダのカウント値をテーブル固定座
標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ位置及びプローブの方向に変換
する。

（６）Ｘ、Ｙ偏心度をブｏ−フＸ、　Ｙ、　Ｘ位ｆｉｆ
に加え、管の中心線上の点のｘ、ｙ、ｚ座標を画定する
。

（７）管の中心線のＸＳＹ、Ｚ座標を記憶させる。

（８）各測定された点に対してｘ、ｙ、ｚプローブ位置
座標及びプローブ方向を記憶させる。

上記の段階は管の１つの直線状部分を１回走査する間に
多数の点について実施される。

次に、記憶させた管の中心線の座標Ｘ、Ｙ、Ｚを基にし
て略最良の適合線を計算する。

接線視野モードの場合、次の２段階から成る１サイクル
を３回反復する。

（ｉ）最後に計算された最良の適合線の方向及び記憶さ
れたプローブの方向に基づき、各組みのＸ、Ｙ、、Ｚの
中心線座標を補償する。

（２）補償されたＸ、Ｙ、Ｚ座標を通じて補償された最
良の適合線を計算する。

管の終端点を求めるために行う手順段階は次のように要
約することが出来る。

（ｉ）管の最端部の直線状部分の最良の適合線（管の方
向）を求める。

（２）プローブの読み取りボタンを押す。

（３）プローブの管の一端を越える位置からその他端ま
で動かす。

（４）管の最初の部分がセンサに表示されるのを待ち、
そのセンサデータを読み取る。

（５）センサデータの最初の部分を読み取るときのエン
コーダ角度を読み取り、プローブの感知面を求める。

（６）プローブの感知面を管の最良の適合線（管の方向
）と交差させ、零直径の管の終端点（管の中心線とプロ
ーブの感知面との交点）を求める。

（７）管の実際の直径を補償する（長さＥＬを加える）
。

フローチャート 例えばＩＢＭ　ＰＣ−ＸＴのようなコンピュータに対し
てターボパスカルの言葉にて書き込み、ここに説明した
１ｌｌ１１定を行うためのコンピュータプログラムを示
すフローチャートが第１０図に図示されている。ブロッ
ク３００に表するように、このプログラムは最初に、オ
ペレータが測定すべき管の直線状部分の数及び管の直径
を入力することを必要とする。次に、このプログラムは
ブロック３０２にてボタン３７が押されるのを待ち、ブ
ロック３０４にてカメラ及び関節式アームエンコーダ双
方のデータの読み取りを行う。次に、ブロック３０６に
て、カメラデータに基き、管の中心線のＸＳＹ。

Ｚ偏心度を計算し、ブロック３０８にて、アームエンコ
ーダデータに基づき、プローブのＸＳＹ。

２位置を計算する。テーブル固定又は参照座標における
管の実際の位置を求めるには、ブロック３１０にて、プ
ローブＸ、Ｙの偏心度をプローブのＸ、Ｙ、Ｚ位置に加
え、次に、ブロック３１２にて、管の中心上の点につい
て形成された座標Ｘ１Ｙ、Ｚを記憶させる。ブロック３
１４に図示するように、プローブのボタンが押されてい
る限り、これらの段階は１つの直線状部分に沿って走査
パスを行う間に何回も反復される。このボタンが押され
ていないならば、１つの直線状部分の走査が完了し、ブ
ロック３１６にて、中心線の点の記１．＠させたＸ、Ｙ
、Ｚ座標に基づき最良の適合線を計算することが出来る
。

斜角度の補償は３回反復して実行しなければならないた
め、補償カウンタはブロック３１８に示すように零に設
定される。次に、記憶された各データ点はブロック３２
０にてプローブの斜角度に対して補償され、ブロック３
２２にて、新しい最良の適合線が計算され、補償カウン
タが増分されていく。ブロック３２４における補償カウ
ンタのカウンタ値が２以上でないならば、斜角度の補償
が反復される。補償の計算が３回行われたならば、ブロ
フク３２６にて、その最良の適合線が計算された直線状
部分が最初であるか最後であるかについて判定される。

斜角度の補償が最初又は最後の直線状部分について行わ
れたならば、次に、第９図に関して説明するように、ブ
ロフク３２８にて、かかる直線状部分の終端点が求めら
れ、このようにして求められた終端点はブロック３３０
にて記憶される。最初又は最後の直線状部分のこの終端
点を記憶させ、又は、最初又は最後の直線状部分以外の
直線状部分について、斜角度の補償の計算が行われたな
らば（かかる直線状部分に終端点が存在しないようにす
るため）、次に、ブロック３３２にて、この最後に計算
された直線状部分に対する最良の適合線が記憶される。

この直線状部分は直線状部分の２つの離間した点の座標
として記憶させるのが最も都合良い。ブロック３３４に
て、最後の直線状部分について補償計算が行われたと判
断されたならば、中心点に対する最初又は！ｌｋ後のｘ
Ｘｙ１ｚ座ｍ１ＪＪみがブロック３３６にて、最初及び
最後の直線状部分の終端点として識別されかつ採用され
る。カウンタを利用して、直線状部分の番号を追跡し、
オペレータにより入力された直線状部分の全数と比較す
ることにより、測定しようとする直線状部分が最初の測
定部分であること、及び測定した直線状部分が最後の測
定部分であることを直ちに表示する。

これでプログラムは管の必順の測定を完了し、幾つかの
管部分の直線状部分の中心線を画成し、又、最初及び最
後の直線状部分の終端点を画成する。次に、例えば各種
の直線状部分の交点の識別といったような曲げ管に関す
るさらに別のデータを計算することも出来る。

幾つかの関節式アーム軸上におけるエンコーダの読み取
り値を変換するために、一般的でかつ周知のベクトル計
算方法が採用される。並進に対するベクトルＡＤＤ（Ｖ
ＲＡＤ）及び回転に対する回転軸（ＲＯＴ−ＡＸＩＳ）
という２つのベクトル演算法が利用される。ＶＲＡＤ演
算法は、 ＶＲＡＤ　（Ｌ、開始点、方向ベクトル、終了点）の演
算形態により、３次元のスペース内のベクトルの方向に
沿って長さしを加える。

ＲＯＴ−ＡＸＩＳ演算法は３つの相互に垂直なベクトル
の３方向座標系である参照フレームを１つのベクトルを
中心として、回転させ、 ＲＯＴ−ＡＸＩＳ（軸１、軸２、角度、参照フレーム）
の形態にする。

この形態は第１図の第Ｘ軸のような軸１、又は第１図の
Ｙ軸のような軸２が第１図の第３の軸３、又はＺ軸を中
心として、選択された角度だけ回転され、これにより、
Ｘ、ＹＳＺ参照フレーム全体がＺ軸を中心として選択さ
れた角度だけ回転されたことを示す。

上述のように、第１図のテーブル固定の参照座標系にお
けるプローブの方向を明らかにすることが必要である。

この方向を明らかにするためには、マスト又は垂直アー
ム２０の基部（それが第１図のテーブル１２の面と交差
ため）である原点から開始し、その後金てのマスト部分
（例えば関節式アーム）に沿って並進かつ回転させ、プ
ローブに到達する。それぞれのエンコーダから読み取ら
れた角度だけ回転させ、幾つかのアームの長さだけ並進
させる。ＸＳＹ及びＺが零である原点から開始し、座標
系はアーム２０の長さだけＺ軸に沿って並進させる。

ＶＲＡＤ　（長さ２０、点、ＥＹＥ−ＤＩＲ［３］、点
１）　式（ｉ８）ここで「点」はテーブル固定の参照座
標系の開始点又は原点であり、点１は第１点が並進して
到達する点、及びＥＹＥ−ＤＩＲ［３］はＺ軸の方向で
ある。

次に、並進された参照フレームを回転させ、次のように
、第１図の軸Ａ及びＢ上におけるエンコーダの読み取り
値に対応させる。

ＲＯＴ−ＡＸＩＳ（ｉ，２、角度Ａ、　ＥＹＥ−ＤＩＲ
）　　　式（ｉ９）ＲＯＴ−ＡＸＩＳ（３，１、角度Ｂ
ＳＥＹＥ−ＤＩＲ）　　　式（２０）ここでＥＹＥ−Ｄ
ＩＲは参照フレームであり、１．２、及び３はそれぞれ
Ｘ、ＹＳＺ軸及び角度Ａ、Ｂはそれぞれ軸Ａ及びＢ上に
てエンコーダにより測定された角度である。

これで、最初、固定座標系の原点であった点１はアーム
部分２０の頂部となり、第１図のＸ軸である参照軸［１
］のフレームはアーム２２の軸に沿った方向を指す。次
に、参照座標系は、ＶＲＡＤ　（長す２２、点Ｌ　ＥＹ
Ｅ−ＤＩＲ［１］、点２）　式（２１）によりアーム２
２の長さに沿って並進させられる。

次に１．座標系は、 ＲＯＴ−ＡＸＩＳ（３，１，角度Ｃ，ＥＹＥ−ＤＩＲ）
　　　　　式（２２）により関節式アームの軸Ｃを中心
とし回転され、座標系は又、 ＶＲＡＤ　（長す２４、点２、ＥＹＥ−ＤｔＲ［ｌ］、
点３　）　式（２３）によりアーム２４の長さに沿って
並進させられる。

このとき、並進されかつ回転された参照フレームの原点
である点３は第１図の回転軸Ｅの中心点にて軸り上にあ
り、ＥＹＥ−ＤＩＲ［１］は縦方向に伸長するシャフト
に沿ってプローブの方向を指す。

これで、座標系は最初、Ｄ軸を中心として回転され、そ
の後、Ｅ軸を中心として回転される。Ｄ軸に沿った長さ
がないため、並進させる必要はない。

ＲＯＴ−ＡＸＩＳ（２，３、角度り、　ＥＹＥ−ＤＩＲ
）　　　　式（２４）ＲＯＴ−ＡＸＩＳ（３，１、角ｆ
ｆ’Ｅ、　ＥＹＥ−ＤＩＲ）　　　　式（２５）最後に
、プローブ頂部までの長さはこの例において、？６．２
　ｔａａ　（３，０インチ）であるから、参照座標系は
管の中心線ＸＳＹの偏心度が測定される点までこの距離
だけ並進させることが出来る。

ＶＲＡＤ（３，０、点３、ＥＹＥ−ＤＩＲ［１］）、Ｅ
ＹＥ一点）式（２６）ここで、ＥＹＥ−ＤＩＲ［１］は
プローブ面内におけるＸ軸であり、プローブの方向、即
ち、シャフト２８の軸上のプローブに沿った方向を指す
。ＥＹＥ点は第６図及び第７図に示した計算に採用した
Ｙ軸であるＥＹＥ−ＤＩＲ［２］である。このＥＹＥ−
ＤＩＲ［２］はＥＹＥ−ＤＩＲ［１］の垂直方向を指す
が、依然、プローブの面内にあり、このため、ＥＹＥ−
ＤＩＲ［ｌ］及びＥＹＥ−ＤＩＲ［２］はプローブ面を
画成する一方、ＥＹＥ−ＤＩＲ［３］はプローブ面に対
して垂直な方向を指す。

管の中心線上における点の実際のｘ、ｙ、ｚ座標を求め
るため、管の中心線がプローブの参照点に対して偏心す
るＸ、Ｙ偏心度がプローブのＸ、Ｙ、Ｚ座標に加えられ
る。プローブの偏心度はＶＲＡＤ（Ｘ、ＥＹＥ一点、Ｅ
ＹＥ−ＤＩＲ［１］、管−ＣＩ、）式（２７）＋、：よ
りプローブのｘＳｙ、ｚ位置に加えられる。Ｙ偏心度は
、 ＶＲＡＤ（Ｙ、管−ＣＬＳＥＹＥ−ＤＩＲ［２］、管−
ＣＬ）　　式（２８）により加えられる。

ここで、管−ＣＬはプローブ面内にお（する管の中心線
上の点を示す。これで、管−ＣＬの点はマシーン又はテ
ーブルの固定した参照系において管の中心線上にある。

管及び同様の被測定物を非接触式に測定する新規かつ改
良された装置及び方法がここに開示され、単一の比較的
小さい寸法の非接触式プローブが極く小さい径の被測定
物又はプローブの開口部に入るには過大である被測定物
の双方を測定することが出来る。測定は測定しようとす
る被測定物に接触することなく、迅速に行われる。プロ
ーブを管及び既知の任意の経路に沿った測定位置まで接
近させたり、かかる接近の経路又は速度を確認し又は制
御する必要もない。管の中心線における多数の点が測定
されかつ効果的に平均され、測定中の被測定物の外面に
局部的に異常を生じさせる虞れの少ない精度にて中心線
を画定することが出来る。

このため、読み取り値に誤差を生じさせる虞れのある管
の反射率、へこみ又は変形が効果的に平均される。この
装置及び方法は周囲光又は表面反射光に比較的影響され
難く、しかもこの装置は部分数が少なくかつ設計公差が
ゆるやかで、より軽量、小型であり、更により高精度で
あって整合及び較正が容易である。

上記の説明は本発明の一例を示すものに過ぎず、本発明
の精神及び範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ判
断されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って構成された５軸測定器の
斜視図に 第２図は第１図の測定器のワーキングヘッド又は光学式
プローブの斜視図、 第３図は第２図の線３−３に沿ったワーキングヘッドの
断面図、 第４図は第９図の線４−４に沿ったワーキングヘッドの
断面図、 第５図は走査モードにおいてプローブを使用するために
エンコーダ及びプローブからの未処理のデータを集めか
つ記憶させる状態を示す簡略化した機能ブロック線図、 第６図は第１図乃至第４図のプローブの作用を理解する
のに有用である幾何学的形状を示す図、第７図、第７ａ
図、第７ｂ図、第７Ｃ図及び第７ｄ図はプローブの接線
視野モードを理解するのに有用な幾何学的形状を示す図
、 第８図は最良の適合線を求める方法を示す図、第９図は
管の終端点を求めるための幾何学的形状を示す図、 第１０図は走査モード及び上記プローブの計算を行うデ
ジタルコンピュータプログラムを実行する演算のフロー
チャート図である。 １０・サンプル曲げ管 Ｌ２：ワーキングテーブル ２０・第１リンク　　　　　２２：第２リンク２４、第
３リンク　　　　　２６：第４リンク２８　第５リンク ２２ｂ、２４ｃ、２８ｅ：エンコーダ ３０・プローブ　　　　　　３２．第１アーム３１１　
第４アーム　　　　　３６　ネック部３７　押しボタン
　　　　　３８・シャフト４０．４２：外端部　　　　
４８　アレー５０．５２・回路板　　　　５４．５６・
内壁５８．６０・開口部 ６６．６８．レーザダイオード ６７．６９　窓スロフト ７８　ビーム端縁　　　　　８０　角度８６．８８：管 ９０．９２：較正孔 外４名 −弓一１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学式プローブにおいて、 ワーキングヘッドと、 前記ワーキングヘッドに取り付けられ相互に離間した第
   １及び第２の光センサと、 相互に及び前記ワーキングヘッドに取り付けられた前記
   センサから離間して配設された第１及び第２の点光源に
   して、前記センサに隣接する感知領域を通じて第１及び
   第２の光ビームをそれぞれ前記第１及び第２の光センサ
   に向けて投射し得るような形態及び配設状態とされた前
   記点光源を備え、 前記両光センサが位置を測定しようとする遮光被測定物
   が前記感知領域に存在することによりその少なくとも一
   部分が遮光されるようにし、さらに、前記センサに応答
   して、ワーキングヘッドに固定状態に関係付けられた参
   照座標系内にて前記ワーキングヘッドに対する遮光被測
   定物の位置を集合的に画成する一組みの信号を発生させ
   る手段を備えることを特徴とする光学式プローブ。 ２、前記センサが第１及び第２の感光要素の線形アレー
   を備え、前記光源が前記感知領域を通じて投射される比
   較的幅の広いビームを有する第１及び第２のレーザを備
   えることを特徴とする請求項１記載の光学式プローブ。 ３、前記ワーキングヘッドが内端及び外端を有する第１
   及び第２のアームを有する本体と、前記アームの内端を
   相互に固定状態に接続させる手段とを備え、 前記センサがそれぞれ前記第１及び第２のアームの前記
   内端に取り付けられると共に、 前記点光源がそれぞれ前記第１及び第２のアームの外端
   に取り付けられ、前記外端が相互に離間されて被測定物
   を前記感知領域に受け入れるためのプローブ入口を画成
   することを特徴とする請求項１記載の光学式プローブ。 ４、前記ワーキングヘッドがその内端にて相互に接続さ
   れかつ外端を有する第１及び第２のアームを有するプロ
   ーブ本体を備え、前記第１及び第２のセンサがそれぞれ
   その前記内端にて前記第１及び第２のアームに取り付け
   られ、前記光源がそれぞれ前記外端に取り付けられた第
   １及び第２のレーザダイオードを備えることを特徴とす
   る請求項１記載の光学式プローブ。 ５、前記第１及び第２のアームが相互に略直角に伸長し
   、及び前記第１及び第２のセンサがアームの前記内端に
   取り付けられかつそれぞれのアームの方向に対して略平
   行に伸長する第１及び第２の光感知要素アレーを備え、
   前記アームの各々が比較的短い内方角度を付けた端部分
   を有し、前記第１及び第２の点光源がそれぞれ前記端部
   分に取り付けられ、それぞれ前記第１及び第２のセンサ
   アレー要素に比較的幅の広い相互に重なり合う光ビーム
   を投射する第１及び第２のレーザダイオード手段を備え
   ることを特徴とする請求項４記載の光学式プローブ。 ６、前記アレーのそれぞれ１つに対する既知の位置にて
   前記アームの各々に形成された較正凹所にして、各々が
   細長い較正要素を受け入れかつ位置決めし得るような形
   状とした前記較正凹所を有する較正手段を備えることを
   特徴とする請求項５記載の光学式プローブ。 ７、管の中心線の位置を測定する方法において、相互に
   離間された第１及び第２の発信部分と、及び相互に離間
   された第１及び第２の受取り部分とを有すると共に、前
   記受取り部分及び発信部分間に感知領域を画成するワー
   キングヘッドを提供する段階と、 前記第１及び第２の発信部分上の第１及び第２の点光源
   から前記感知領域を通じてそれぞれ前記第１及び第２の
   受取り部分に向けて幅の広い光ビームを投射する段階と
   、 管を前記感知領域内に位置決めし、これにより、前記発
   射部分から投射された光に対して前記受取り部分の一部
   分を遮光する段階と、及び 管の中心線上の点の前記ワーキングヘッドに対する位置
   を示す一組みの信号を発生させる段階とを備えることを
   特徴とする測定方法。 ８、管を位置決めする前記段階が管の断面の第１部分が
   前記感知領域内にあり、及び管の断面の第２部分が前記
   感知領域外にあるように管を位置決めする段階を備える
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。 ９、前記信号を発生させる段階が前記第１及び第２の点
   光源から前記管までの第１及び第２の接線を画成する一
   方、前記受取り部分が前記管によりー部分遮光されるよ
   うにする段階を備えることを特徴とする請求項７記載の
   方法。 １０、前記一組みの信号を発生させる段階が前記ワーキ
   ングヘッドと前記管の中心線との間の斜角度を画成する
   段階と、及び前記斜角度に従って管の中心線上の点の前
   記座標位置を補償する段階とをさらに備えることを特徴
   とする請求項７記載の方法。 １１、前記管を前記感知領域内に位置決めする段階が管
   の直線状部分に沿った多数の走査点を通って伸長する走
   査路内にて前記ワーキングヘッドを管に対して動かす段
   階を備え、 前記一組みの信号を発生させる段階が複数の前記走査点
   の各々にて、前記管の中心線の点の座標点を画成する段
   階と、及び前記座標の選択された群から最良の適合線を
   計算する段階とを備えることを特徴とする請求項７記載
   の方法。 １２、測定器において、 支持体と、 プローブに対する管の位置を感知する手段を有する前記
   プローブと、 相互に関節式に接続された複数の軸を中心とする回転成
   分を有する動作が可能であるように、プローブを支持体
   に取り付ける関節式アームとを備え、 前記プローブが測定せんとする管に対して走査路内にて
   可動であるようにされ、 さらに、前記関節式アーム及びプローブに応答して、前
   記プローブにより感知され得るように位置決めされた管
   上の点の３次元の座標を集合的に画成する組みの信号を
   発生させる手段と、を備え、前記組みの信号を発生させ
   る手段が、 前記プローブに応答して、前記プローブから前記管まで
   の第１及び第２の接線を画成する接線データを発生させ
   る手段と、 前記アームの関節式運動に応答して、管の位置及び方向
   を画成するプローブの位置データを発生させる手段と、 前記走査路に沿った連続的な走査点にて前記データを反
   復的に抽出する手段と、 前記抽出されたデータに対応して、測定せんとする管の
   中心線上の複数の点の近似座標を表現する組みの座標デ
   ータを計算する手段と、 前記組みの信号に応答して、前記走査路に沿った複数の
   前記点の各々にて前記プローブと前記管との間の斜角度
   を計算する手段と、及び 前記組みの座標データ及び前記斜角度に応答して、測定
   せんとする管上における点の補償された座標を表現する
   補正された組みの座標データを計算する手段とを備える
   ことを特徴とする測定器。 １３、前記斜角度を計算する手段が前記近似座標により
   画成された点を通じて最良の適合線を選択する手段を備
   え、 及び前記補正された組みの座標データを計算する手段が
   前記補正された組みの座標データにより画成された点を
   通じて補正された最良の適合線を選択する手段を備える
   ことを特徴とする請求項１２記載の測定器。 １４、前記補正された最良の適合線とプローブとの間の
   補正された斜角度を計算する手段と、前記補正された斜
   角度に応答して測定せんとする管の点の第２の補正され
   た座標を表現する第２の組みの補正された座標データを
   計算する手段と、前記第２の補正された座標により画成
   される前記点を通じて第２の補正された最良の適合線を
   選択する手段とを備えることを特徴とする請求項１３記
   載の測定器。 １５、測定せんとする管が位置決めされたプローブ感知
   領域を通じて光センサに向けて光を投射するプローブを
   利用して中心線を判断する方法において、 測定せんとする管の長さに沿ってかつ近接して相互に離
   間された少なくとも２つの位置にプローブを動かす段階
   と、 前記位置の各々における前記プローブ感知領域内に前記
   管の少なくとも一部分を位置決めする段階と、 前記位置の各々にてプローブを利用してプローブ上の点
   から管への第１及び第２の接線までの傾斜を測定する段
   階と、 前記測定された傾斜値に基づき及び前記位置の各々に対
   し、前記プローブに対する管の中心線上の第１及び第２
   点の組みの偏心度を計算する段階とを備えることを特徴
   とする方法。 １６、プローブがプローブの感知面内に位置する感知領
   域を有し、及び管の中心線が画成せんとする管の終端点
   を有する請求項１５記載の方法において、 管端部がプローブの感知領域に貫入するまで、管から変
   位された点から管の中心線に沿った方向に管端部に向け
   て管の終端点を越えてプローブを動かす段階と、管端部
   がプローブの感知領域内に最初に貫入するとき第１組み
   のプローブデータを発生させる段階と、前記第１組みの
   プローブデータを利用して前記感知面内における前記管
   の中心線上の第１点を画成する段階と、管の中心線とプ
   ローブの感知面との間の角度を計算する段階と、前記角
   度を利用して、前記第１点と管の終端点との間の距離を
   画成するデータを発生させる段階とを備えることを特徴
   とする方法。 １７、前記プローブを動かす段階が前記位置を通って走
   査路内でプローブを動かす段階と、管の中心線上の点に
   対する最良の適合線を画成する段階とを備えることを特
   徴とする請求項１５記載の方法。 １８、前記プローブが測定面を有し、前記プローブを利
   用して前記傾斜を測定するときに前記プローブの測定面
   の方向を画定する段階と、前記プローブの測定面と前記
   最良の適合線との間の斜角度を計算する段階と、前記斜
   角度に基づく管の中心線上の補正された点を画成する段
   階とを備えることを特徴とする請求項１７記載の方法。 １９、前記位置の各々にてプローブと管の中心線との間
   の斜角度を計算する段階と、前記測定された斜角度に基
   づき前記組みの偏心度を再計算する段階とを備えること
   を特徴とする請求項１５記載の方法。 ２０、感知面内にある感知領域を有するプローブ本体と
   、測定せんとする被測定物が感知領域内に存在すること
   に応答して、信号を発生させる光学式手段と、プローブ
   の位置及び方向を画成するデータを発生させる手段とを
   備えるプローブにして、測定せんとする被測定物に向け
   て選択された通路内にて動き得るような形状とした前記
   光学式プローブと共に使用される、管の終端点を判断す
   る方法において、 終端点を測定せんとする管の中心線を画成するデータを
   発生させる段階と、 管端部が管の感知面及び感知領域に貫入するまで、管の
   中心線に沿った方向に管から変位された点から管の終端
   点を越えて管に向けてプローブを動かす段階と、 管の一端が最初にプローブの感知領域に貫入するとき、
   第１組みのプローブ信号を発生させる段階と、 前記第１組みの信号を利用して、前記プローブの感知面
   内における前記管の中心線上の第１点を画成するデータ
   を発生させる段階と、 管の中心線とプローブ面との間の斜角度を計算する段階
   と、 前記斜角度を利用して、前記第１点と管の終端点との間
   の距離を画定するデータを発生させる段階とを備えるこ
   とを特徴とする方法。 ２１、管に沿った走査路内を可動である光学式プローブ
   にして、プローブの感知面内に位置する感知領域を有す
   る前記プローブを利用して、管の直線状部分の中心線を
   測定する方法において、（ａ）少なくとも外周の一部分
   がプローブの前記感知領域内に伸長するように位置決め
   された管に沿った走査路内にてプローブを動かす段階と
   、（ｂ）前記走査路に沿った複数の位置の各々にて、固
   定座標系におけるプローブの位置を画成するプローブの
   組みの位置データを発生させる段階と、 （ｃ）前記複数の位置の各々にて、プローブ上の点から
   管への第１及び第２の接線を画成するデータを有するカ
   メラデータを発生させる段階と、（ｄ）カメラデータを
   プローブの座標系に対する管の中心線の前記感知面内に
   おける組みの偏心度に変換させる段階と、 （ｅ）プローブの位置データを固定座標系におけるプロ
   ーブの位置を画成するプローブ座標に変換する段階と、 （ｆ）プローブ座標を偏心度と組み合わせ、前記走査路
   に沿った組みの前記位置に対して、固定座標系における
   管の中心線上の点の組みの近似中心線座標を画成する段
   階と、 （ｇ）近似中心線座標を記憶させる段階と、（ｈ）プロ
   ーブの位置データを記憶させる段階と、 （ｉ）近似中心線座標を利用して、管の中心線上の点を
   通る略最良の適合線を求める段階と、（ｊ）プローブの
   感知面と前記組みの各位置に対する前記略最良の適合線
   との間の斜角度を計算する段階と、 （ｋ）前記斜角度を基に、前記組みの各位置に対する補
   償された組みの近似中心線座標を計算する段階と、 （ｉ）補償された組みの近似中心線座標により画成され
   た点を通る補償された最良の適合線を求める段階と、 （ｍ）段階（ｉ）にて計算された補償後の最良の適合線
   を段階（ｊ）にて利用し、段階（ｊ）乃至（ｉ）の手順
   を反復することを特徴とする測定方法。 ２２、管が感知面に最初に貫入する終端位置にして、プ
   ローブの方向及び位置が測定される前記終端位置まで、
   管の一端を越える位置からプローブを管の中心線の方向
   に管に向けて動かす段階と、前記終端位置におけるプロ
   ーブの感知面と前記最良の適合線との間の斜角度を計算
   する段階と、前記終端位置にて前記最良の適合線とプロ
   ーブの感知面との交点を画成する座標データを発生する
   段階と、前記斜角度及び管の直径を利用して、管の直径
   に対する終端点の補償値にして、最良の適合線の交点と
   （ａ）プローブの面との間の距離、及び（ｂ）管の終端
   点との間の距離を有する前記補償値を求める段階とを備
   えていることを特徴とする請求項２１記載の方法。