JPH0652795A - 管状物の内側形体の幾何特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】管状物の軸線及び中心面の位置度などの幾何特
性を、容易に且つ高精度に自動測定することが可能な測
定装置を提供することにある。 【構成】電子銃１を直立調芯固定する保持ジグ４７と回
転割出機構４４の間に軸線間隔割出機構を設け、並列す
る内側形体の全軸線を、測定時に順次基準となる回転割
出機構４４の軸線上に自動移設することにより、全測定
部位について幾何特性の連続測定を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、電子銃などの
管状物に測定子を差込んで内側形体の幾何特性を測定す
る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高精細カラ−ＴＶ受像管などには管状物
としての電子銃が用いられる。この電子銃は、赤色用
（Ｒ）、緑色用（Ｇ）、青色用（Ｂ）の３つの単色用電
子銃により構成されており、複数の円筒電極及び平行板
電極（以下グリッドと総称する）が同軸上に多段に配設
されている。電子銃においては、カソ−ドから発生した
電子が加速整形され、電子ビ−ムとして射出される。高
精細カラ−ＴＶ受像管用の電子銃は比較的大形であり、
受像管の性能を左右する各グリッドの形状、姿勢、位置
などの幾何偏差(JIS B 0621 参照) には、従来の受像管
よりも一層の高精度が要求されている。

【０００３】グリッドの組立精度を管理する方法として
は、これまで“通りゲ−ジ・止りゲ−ジ”を使用して代
表的部位の同軸度を検査する方法、真円度測定機、測定
顕微鏡、三次元測定機などを用いて部分的ながらも同軸
度の測定を試みる方法、真円度測定機を応用した同軸度
測定装置を用いる方法などが在った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述の各
方法には以下のような不具合があった。

【０００５】すなわち、“通りゲ−ジ・止りゲ−ジ”を
使用して触感に依存する方法においては、電子銃の構成
は複数の同径グリッドを含むため、偏差を読取れないば
かりか、グリッドを傷付ける恐れがある。また、真円度
測定機、測定顕微鏡、三次元測定機などの汎用測定機に
は深奥部のグリッドに適用できるものはない。

【０００６】さらに、上記同軸度測定装置を用いる方法
においては、位置検出器の触針の形状が内側形体の配置
に合わせて選定される。しかし、複数のグリッドが狭い
配置間隔で積層され、且つ、グリッド内径差が大きい場
合には、触針の複数の測定面が互いに干渉してしまうと
いう欠点がある。また、必要な測定精度を得るために測
定レンジが± 100μｍ或いはそれ以下と比較的狭く設定
されるので、測定される電子銃の芯出しに格別の熟練が
必要だった。そして、芯出し中に触針を目視できないた
め、触針がグリッドに突き当って壊れることがあった。

【０００７】また、測定を始めてから測定部位が触針の
測定レンジを外れてしまい、芯出しと測定を初めからや
り直すことがしばしばあった。ときには測定中に触針が
予想外の干渉を受けて狂いを生じ、誤った測定結果を得
ても気付かずにいることがあった。

【０００８】さらに、従来は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３軸線を測
定するには、その都度回転テ−ブルの軸線上に置き直
し、必要なら芯出しし直さなければならない。このた
め、ややもすれば段取りに著しく時間が掛かり、連続し
た自動測定ができない。Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に芯出しし直す
と、各軸線単独の同軸度は測定できても、軸線間の幾何
学的に三次元配置を評価する位置偏差(JIS B 0621 参
照) の測定ができない。

【０００９】これらの方法の他にガイドピンを用いてグ
リッドを芯出したのち、このグリッドをクランプする方
法もある。しかし、この方法においては、クランプする
時、例えば厚さ 0.1ｍｍ，内径 0.5ｍｍ程度で比較的軟
質のグリッド穴がガイドピンによって圧潰損傷される恐
れがあった。このため、この方法も不十分であった。

【００１０】一方、高精細カラ−ＴＶ受像管などに用い
る電子銃は、最小径のグリッドが従来形の電子銃より小
さくて全長は長い。従って測定部位までの奥行きは深
く、幾何偏差(JIS B 0621 参照) の規制要求はこれまで
以上に厳しくなる傾向にある。

【００１１】一般にカラ−受像管の電子銃は、３本の電
子銃単体を並列に並べた一体構造を基本に、機能・用途
によりグリッドの形状・寸法・数・配置等に適宜変化を
与えて設計される。グリッド部品単体の精度管理は比較
的容易であっても、電子銃に組立てた後の各グリッドの
姿勢・位置などの幾何偏差の測定評価が困難なため、電
子銃性能と組立精度との十分な相関デ−タが得られな
い。

【００１２】その測定の困難の一つは、深奥部に重畳配
置されたグリッドの繊細な内側に接触・非接触を問わず
適当なプロ−ブを無事接近させる方法を見出せなかった
ことである。また、もう一つは近来の趨勢から、芯出し
などを含む高度の熟練者の養成・確保ができず、現実に
測定不可能になりつつあることである。これらの問題を
解決するため、高精度を維持しながら一層扱い易い自動
測定装置が必要になった。

【００１３】本発明は、上記事情に応じてなされたもの
で、管状物の内側形体の幾何特性を、容易に且つ高精度
に自動測定することが可能な測定装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、異なる内径の円筒及び異なる内
法の平行平面体が複数個同軸上に重畳配設する被測定部
が複数組並列に配設された管状物の内側形体の幾何特性
を測定する幾何特性測定装置において、管状物を芯出し
保持する保持ジグと、円筒及び平行平面体の内面に当接
する大小二個の球付測定子を有しこの測定子の変位量を
出力する変位計と、円筒及び平行平面体の共通軸線の一
つに軸線を一致させた回転割出機構と、保持ジグと回転
割出機構との間に介設され、共通軸線を回転割出機構の
軸線上に順次移動保持する軸線間隔割出機構と、測定子
を回転割出機構の軸線位置に位置決めする水平直動機構
と、測定子を回転割出機構の軸線に沿って測定部に挿脱
位置決めする昇降機構と、両測定子を測定位置に置換す
る回転置換機構と、測定子を測定部に干渉なしに挿脱位
置決めするために定位置に後退保持する測定子後退機構
と、これらを測定手順に従って全自動又は随時手動で制
御する駆動制御部と、変位計の出力に基づいて円筒及び
平行平面体の軸線及び中心面の位置偏差を演算する演算
制御部と、演算制御部の演算結果を印字出力する印字装
置とを具備した。

【００１５】また、本発明は、管状物の各軸線を回転割
出機構の所定の軸線位置に芯出しするために、保持ジグ
内下部に位置する管状物の特定の二つの軸線上の円筒を
視準するように、同軸上の二箇所に配置したファイバス
コ−プと、保持ジグの上部に装着してファイバスコ−プ
で視準される円筒を背光照明するライトガイドと、この
ライトガイドが接続された光源装置と、水平直動機構と
回転割出機構の軸内を貫通して導出した各二本のファイ
バスコ−プの結像面に光学的に接続した顕微鏡ＴＶカメ
ラと、撮像した顕微鏡ＴＶカメラの信号を処理する画像
処理装置と、画像処理装置の出力を表示するモニタＴＶ
とを具備した。

【００１６】また、本発明は、測定子を回転割出機構の
軸線に沿って管状物に挿入するに先立ち、定位置に移動
し保持した測定子後退機構による測定子の正確な実位置
を確認し、回転割出機構の軸線上に位置するように測定
子を自動位置補正駆動するために、直角二方向から測定
子を視準するように望遠鏡ＴＶカメラを配置し、画像処
理装置及びモニタＴＶを共用して得た測定子の位置補正
演算結果を駆動制御部に出力する。

【００１７】管状物を直立調芯固定する保持ジグと回転
割出機構の間に軸線間隔割出機構を設け、並列する内側
形体(JIS B0023 本体２．(2) 参照）の全軸線を、測定
時に順次基準となる回転割出機構の軸線上に自動移設す
ることにより、全測定部位について幾何特性の連続測定
を可能にする。

【００１８】保持ジグ下部に管状物の互いに離れた二軸
線を視準するように二本のファイバスコ−プを上向に取
付け、回転割出機構内を貫通導出したファイバスコ−プ
の他端結像面より顕微鏡カメラで撮像した最下端の被測
定部位をモニタ観測することにより、高精度の非接触芯
出しを容易に実現し、芯出し作業の信頼性と能率を向上
する。

【００１９】同軸上に配置した複数の円筒形状及び平行
板状の内側形体である被測定部位の配置間隔と内径また
は内法との関係から単一の測定子では適用できないとこ
ろから、大小二種の測定子を回転機構で切替えて使用
し、また水平直動機構で測定子を回転割出機構の半径方
向に移設することにより、大径の測定部位にも十分良い
精度の測定レンジを適用でき、容易に高精度で測定でき
る。

【００２０】測定子を、被測定物の深奥部にある繊細な
内側形体まで、経路に干渉せずに挿入し測定部位に当接
させるため、挿入前の測定子先端部を直交二方向から望
遠鏡カメラで視準し、基準線となる回転割出機構の軸線
上からのずれを画像処理装置で求め、測定子を搭載した
回転機構と水平直動機構を微動補正して基準線上に正確
に測定子の位置決めを行い、測定部位まで測定子を干渉
することなく安全確実に挿入することにより、信頼性の
高い自動測定を実現する。

【００２１】測定は一軸線毎に深奥部の最小の円筒形体
から始め、回転割出機構で直交４か所の内面に小球の測
定子を順次当接して変位を読取り、演算装置に記録す
る。順次上方の測定部位に測定子を移して同様に４か所
の測定デ−タの取込みを続け、内径の大きい測定部位に
達したら大球の測定子に切替えて同様の測定を継続す
る。測定部位が平行板状の場合は含軸断面に対向する２
点を測定する。一軸線について測定し終ったら残る軸線
を順次に軸線間隔割出機構で回転割出機構の軸線上に移
し、同様の測定を繰返してデ−タ取込みを完了する。演
算装置に蓄えた測定点の変位デ−タから各形体(JIS B 0
621 参照）の中点位置の三次元座標が得られるから、理
論的に正確な位置（以下“真位置”という。JIS B 0021
付表10.1参照）に対する各被測定形体の軸線又は中心
面の位置度偏差の算出も容易である。また、被測定物の
芯出しには誤差が残っているのが普通だが、基準となる
形体（以下“デ−タム形体”という。JIS B J0022 本体
２.(2)参照）の座標から、幾何学的に容易に座標系を変
換補正し、正確な位置度偏差を算出して評価することが
できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。

【００２３】図１及び図２中の符号１は高精細用カラ−
受像管の一つの電子銃（管状物）である。この電子銃
は、Ｂ，Ｇ，Ｒの色別の映像信号に対応して電子ビ−ム
を制御するため、絶縁支持体２で支持した複数個のグリ
ッド３〜１２をＢ，Ｇ，Ｒの３軸線上に積層配置した構
造を有する。

【００２４】特に測定要求の高い箇所は、隣接する各グ
リッドの対向するアパ−チャ（電磁開口ともいう）１３
Ｂ〜２７Ｂ，１３Ｇ〜２７Ｇ，１３Ｒ〜２７Ｒ、及び、
２８，２９の軸線位置または中心面位置である。グリッ
ド３及び４のアパ−チャ１３Ｂ、１３Ｇ、１３Ｒ、及
び、１４Ｂ、１４Ｇ、１４Ｒは、夫々最小の内径が０．
５ｍｍ程度の円穴である。グリッド５のアパ−チャ１５
Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒは、夫々内径が１．３ｍｍ程度の円
穴である。グリッド５〜７のアパ−チャ１５Ｂ、１５
Ｇ、１５Ｒ〜１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒは、夫々内径が
４．５ｍｍ程度の円穴である。

【００２５】又、グリッド７〜１１のアパ−チャ２０
Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ〜２７Ｂ、２７Ｇ、２７Ｒは、夫々
内法が４．５ｍｍ程度で、各軸線を共通とする平行板で
形成されている。グリッド１１、及び、１２のアパ−チ
ャ２８、及び、２９は、Ｂ，Ｇ，Ｒに一括して作用する
円筒形体であり、それぞれの内径は２５ｍｍ及び２８ｍ
ｍ程度に設定されている。そして、このアパ−チャ２
８、及び、２９は、軸線Ｇを中心としている。

【００２６】図３に本実施例の幾何特性測定装置３０ａ
の主要部の構成を示している。定盤３０上にはコラム３
１が立設されている。コラム３１の側面には昇降部３２
がＺ方向に自在に動けるよう取付けられている。この昇
降部３２は、コラム３１に内蔵された送りねじ（図示し
ない）に連結されており、コラム３１上部のパルスモ−
タ３３によって昇降駆動される。そして、コラム３１、
昇降部３２、及び、パルスモ−タ３３によって昇降機構
３４が構成されている。

【００２７】上記昇降部３２の上面には水平直動テ−ブ
ル３５が搭載されている。この水平直動テ−ブル３５は
送りねじ（図示しない）を内蔵しており、パルスモ−タ
３６によって、コラム３１の側面に平行に、且つ、Ｚ方
向に垂直な方向（Ｘ方向）に進退駆動される。

【００２８】更に、水平直動テ−ブル３５の上面には横
型回転軸３７が搭載されており、この横型回転軸３７
は、水平直動テ−ブル３５のスライド方向に対して平行
に向けられている。横型回転軸３７の右側端に、パルス
モ−タ３８が同軸に連結されており、パルスモ−タ３８
が横型回転軸３７を高分解能の回転角でθ方向に回転駆
動する。

【００２９】横型回転軸３７の左側端には取付けブロッ
ク３９が連結されていて、この取付けブロック３９の前
後面には各１個のてこ式の変位センサ４０ａ，４０ｂが
取付けられている。これら変位センサ４０ａ，４０ｂは
左右方向の変位を読取る。変位センサ４０ａ，４０ｂに
は測定子４１ａ，４１ｂが取付けられている。一方の測
定子４１ａは先端に小径球（例えば、径 0.3ｍｍ）を有
しており、他方の測定子４１ｂは、同じく先端に大径球
（例えば、径 3ｍｍ）を有している。これら測定子４１
ａ，４１ｂが、垂直方向に延びる深く細長い孔に入込ん
で、内側形体に当接する。

【００３０】測定子４１ａ，４１ｂには、レバ−４２
ａ，４２ｂが取付けられており、これらレバ−４２ａ，
４２ｂは測定子４１ａ，４１ｂに対して垂直に（前記横
型回転軸３７に向って）延びている。さらに、取付けブ
ロック３９には夫々小形のエアシリンダ４３ａ，４３ｂ
（一方のみ図示）が取付けられている。これらエアシリ
ンダ４３ａ，４３ｂは各レバ−４２ａ、４２ｂに対向し
ており、各測定子４１ａ，４１ｂを当接状態から一定位
置に後退解放させる。

【００３１】一方、定盤３０の上には回転テ−ブル４４
が設けられている。この回転テ−ブル４４は縦軸のパル
スモ−タ一体形（ダイレクト・ドライブ・モ−タ。通
称：ＤＤモ−タ）であり、回転テ−ブル４４には回転角
（α方向）検出用レゾルバが組込まれている。さらに、
回転テ−ブル４４は、取付けブロック（３９）の前面に
位置する側の変位センサ４０ａ又は４０ｂが管状物に挿
入する位置にあるとき、その真下に軸線を置いている。

【００３２】回転テ−ブル４４上には水平直動テ−ブル
４５が搭載されている。この水平直動テ−ブル４５は送
りねじ（図示しない）を内蔵しており、この送りねじを
介して、パルスモ−タ４６により駆動されて、回転テ−
ブル４４の軸線（Ｚ方向）に直交するＸ方向に移動す
る。

【００３３】図３及び図４に示すように、水平直動テ−
ブル４５上には、測定すべき電子銃１を芯出し固定する
ジグ４７が取付けられている。このジグ４７には芯出し
兼固定用の調整ねじ４８ａ，４８ｂが設けられている。
調整ねじ４８ａ、４８ｂの数はジグ４７の上部で４個、
下部で５個であり、調整ねじ４８ａ、４８ｂは、水平直
交４方向に配設されている。

【００３４】下部の５個は左右及び前部に各１個、後部
に２個並列に配設され、電子銃１の軸線周りの方位(Azi
muth) 調整を行う。また、ジグ４７の下部には上下方向
位置（Ｚ座標）の基準となるピン４９ａ，４９ｂが在
り、これらピン４９ａ，４９ｂは、図６に示すように電
子銃１の最下部のグリッド３の下面を支持する。

【００３５】なお、本実施例では、便宜上、定盤３０の
面上で回転テ−ブル４４の軸線位置を原点とし、図２の
正面から見て右方をＸ+ 、向う側をＹ+ 、上方をＺ+ と
してＸＹＺ座標系を設定する。回転テ−ブル４４の回転
角αはＸ+ の方向を０°、の方向を(+) 、Ｘ+ からＹ-
の回転方向をα+ とした。又、回転テ−ブル４４上の座
標系をｘ、ｙ、ｚとし、回転テ−ブル４４の軸線位置を
ｘ＝０，ｙ＝０、水平直動テ−ブル４５のパルスモ−タ
４６の方向をｘ+ 、ジグ４７下部のピン４９ａ，４９ｂ
の上面をｚ＝０とした。電子銃１自体の座標系ｘ´ｙ´
ｚ´は、アパ−チャ１３Ｇの中心点を原点とし、アパ−
チャ２８の中心に向けてｚ´+ 、アパ−チャ１３Ｂから
１３Ｒの方向に平行にｘ´+ を設定する。

【００３６】図６に示すように、可撓性の光学繊維束よ
りなるイメ−ジガイド５０Ｂ，５０Ｒが配設されてお
り、これらイメ−ジガイド５０Ｂ，５０Ｒは対物レンズ
端（５１Ｂ），（５１Ｒ）をアパ−チャ１３Ｂ、１３Ｒ
の合焦位置に固定している。そして、イメ−ジガイド５
０Ｂ，５０Ｒはグリッド３の下方からアパ−チャ１３Ｂ
及び１３Ｒを視準する。

【００３７】両イメ−ジガイド５０Ｂ，５０Ｒは、水平
直動テ−ブル４５、回転テ−ブル４４、及び、定盤３０
を貫通して導出されている。さらに、図７に示すよう
に、両イメ−ジガイド５０Ｂ，５０Ｒの結像端５２Ｂ，
５２Ｒは顕微鏡５３Ｂ，５３Ｒに光学的に結合され、カ
メラ５４Ｂ，５４Ｒを経て画像処理装置５５に接続され
ている。

【００３８】図４に示すように、ジグ４７の上部にはガ
イドプラグ５６が着脱可能に取付けられている。ガイド
プラグ５６は、ジグ穴と電子銃１の上部のグリッド１１
とを同軸に嵌合しており、グリッド１１の内径軸線をジ
グ４７の軸線上に（従って回転テ−ブル４４の軸線上
に）アライメントする。このガイドプラグ５６の中心部
には、可撓性光学繊維束のライトガイド５７の投光端が
拡散フィルタ５８付きで組込まれている。そして、ライ
トガイド５７は、イメ−ジガイド５０Ｂ，５０Ｒに対し
てアパ−チャ１３Ｂ及び１３Ｒを背光照明する。図７に
示すように、ライトガイド５７の受光側は、光源装置５
９に着脱可能に接続される。

【００３９】電子銃１内へ測定子４１ａ，４１ｂを干渉
なしに挿入するには、回転テ−ブル４４の軸線の位置
（ｘ＝０，ｙ＝０）に測定子４１ａ，４１ｂを高精度に
アライメントする必要がある。この目的で定盤３０上に
はカメラ６１Ｘ，６１Ｙが配設されている。カメラ６１
Ｘ，６１Ｙは互いに直交する二方向に向けられており、
望遠鏡６０Ｘ，６０Ｙを介して、ジグ４７上方で回転テ
−ブル４４の軸線の位置（ｘ＝０，ｙ＝０）に視準す
る。

【００４０】又、望遠鏡６０Ｘ，６０Ｙに対向した回転
テ−ブル４４の反対側の位置には、昇降部３２から張出
したブラケット６２を介して、可撓性光学繊維束のライ
トガイド６３Ｘ，６３Ｙが配設されている。これらライ
トガイド６３Ｘ，６３Ｙの投光端には、拡散フィルタ６
４Ｘ，６４Ｙが付けられている。そして、ライトガイド
６３Ｘ，６３Ｙは測定子４１ａ，４１ｂを背光照明す
る。

【００４１】図７に示すように、カメラ６１Ｘ，６１Ｙ
は画像処理装置５５に接続され、ライトガイド６３Ｘ，
６３Ｙは光源装置５９に着脱可能に接続されている。画
像処理装置５５はモニタ６５に処理結果を出力する。図
７は、幾何特性測定装置のシステム構成を示す。

【００４２】パルスモ−タ３３，３６，３８，４６及び
回転テ−ブル４４は、夫々ドライバ６６，６７，６８，
６９及び７０を経てプロセスコントロ−ラ７１に接続さ
れ、このプロセスコントロ−ラ７１によって制御され
る。また、プロセスコントロ−ラ７１は電磁弁７２ａ，
７２ｂの開閉を制御する。これら電磁弁７２ａ，７２ｂ
によってエアシリンダ４３ａ，４３ｂが制御され、変位
センサ４０ａ，４０ｂが測定状態又は解放状態に駆動さ
れる。

【００４３】変位センサ４０ａ，４０ｂは、表示部７３
を介してプロセスコントロ−ラ７１に接続されている。
画像処理装置５５及び光源装置５９もプロセスコントロ
−ラ７１に接続され、入出力制御される。更に、プロセ
スコントロ−ラ７１は、演算処理装置７４と情報入出力
可能に接続されている。演算処理装置７４には表示部７
５が付属するとともに、プリンタ７６が接続されてい
る。次に、本実施例の幾何特性測定装置の作用を説明す
る。

【００４４】まず、電子銃１がジグ４７に取付けられ
る。図４に示すように、ジグ４７の上部において、グリ
ッド１１の上部のアパ−チャ２８にガイドプラグ５６が
差込まれ、アパ−チャ２８の軸線が回転テ−ブル４４の
軸線に合わせられる。この際、上部調整ねじ４３ａは未
だ締付けられない。

【００４５】光源５９がライトガイド５７を接続されて
点灯すると、拡散フィルタ５８から射出した散乱光がア
パ−チャ１３Ｂ，１３Ｒを背光照明し、イメ−ジガイド
５０Ｂ，５０Ｒ、顕微鏡５３Ｂ，５３Ｒ、カメラ５４
Ｂ，５４Ｒ、画像処理装置５５を経て、アパ−チャ１３
Ｂ，１３Ｒの透過光像が、図８に示すようにモニタ６５
に出力される。

【００４６】ここで、ウインドウ８１の形状を環状では
なく、例えば真円状とすることも可能であるが、環状の
ウインドウ８１を採用すれば、アパ−チャ像がウインド
ウ８１に対して偏っている場合に、アパ−チャ像の輪郭
８３Ｂ，８３Ｒの判別が容易になる。

【００４７】前記カメラ５４Ｂ、５４Ｒによって、２つ
のアパ−チャ１３Ｂ，１３Ｒのみが撮像される。この理
由は以下の通りである。つまり、アパ−チャ１３Ｂ，１
３Ｇ，１３Ｒは一般にプレス成形によって形成される。
プレス成形の精度は十分に高いため、中央のアパ−チャ
１３Ｇのずれ量は、両端のアパ−チャ１３Ｂ，１３Ｒの
相対的なずれ量よりも小さいと考えられる。したがっ
て、両端のアパ−チャ１３Ｂ，１３Ｒを撮像すれば、十
分な観察精度が得られる。

【００４８】アパ−チャ１３Ｂ，１３Ｒの透過光像の出
力の時、実際にはアパ−チャ１３Ｂと１３Ｒは一体のグ
リッド３に付属しているから、双方同時に夫々の真位置
に合うように調整する必要がある。このため、１台のモ
ニタ６５の両面が二分割され、２台のカメラ５４Ｂ，５
４Ｒの映像は同時にモニタされる。この画像合成手法を
実現するために、例えば東京電子工学（株）製のセンタ
−ワイプＨＷＵ０１等が画像処理装置５５に用いられ
る。

【００４９】ここで、予めモニタ６５上にアパ−チャ１
３Ｂ，１３Ｒの画面上の真位置座標を夫々校正しておけ
ば、アパ−チャ１３Ｂ，１３Ｒの像の重心座標を真位置
に一致させることができる。つまり、下部調整ねじ４８
ｂを調整しながら、白レベルの円形像として現れるアパ
−チャ１３Ｂ，１３Ｒの像を動かせば、アパ−チャ１３
Ｂ，１３Ｒの重心座標を容易に真位置に一致させること
ができる。

【００５０】通常は、真位置を中心にアパ−チャ１３
Ｂ，１３Ｒの像と略々同じ大きさの円形又はリング状の
ウインドウ８１が描かれ、モニタ６５上のアパ−チャ１
３Ｂ，１３Ｒの像がウインドウ輪郭から等距離に位置す
るように目で追いながら、調整ねじ４８ｂが調整され
る。このようなやり方でも、十分なアライメント（±10
μｍ／画素以内程度までの調整）が可能であり、重心座
標値を常時読取る必要はない。

【００５１】本実施例において下部調整ねじ４８ｂが５
個設けられている理由は、電子銃１を平行移動調整だけ
でなく、電子銃１を軸線周りの回転移動調整することも
必要だからである。

【００５２】前述のように調整ねじ４８ｂで電子銃１下
部のアライメントと締付け固定を終えたなら、電子銃１
の上部の調整ねじ４８ｂも同様に偏りなく締付け固定さ
れ、ガイドプラグ５６が取外されて電子銃１のアライメ
ントが完了する。こののちスタ−トボタンが押されて自
動測定が開始される。

【００５３】自動測定においては、まず初めに、エアシ
リンダ４３ａが、変位センサ４０ａの測定子４１ａの向
きが鉛直下方に向くようにレバ−４２ａを押し、測定子
４１ａが回転テ−ブル４４の軸線上に移動する。カメラ
６１Ｘ，６１Ｙが、背光照明された測定子４１ａの先端
近くの陰影像を撮り込み、画像処理装置５５が設定した
横長スリット状のウインドウ８２内でこの陰影像の重心
座標（Ｘ，Ｙ）を読取る。

【００５４】予め画像処理装置５５に校正記録されてい
た回転テ−ブル４４の軸線のＸＹ座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）か
ら、ΔＸ＝Ｘ−Ｘ₀ ，ΔＹ＝Ｙ−Ｙ₀ を求め、ΔＸ→
０，ΔＹ→０になるようにパルスモ−タ３６，３８を微
動させる。ΔＸ，ΔＹは、パルスモ−タ３６，３８の分
解能に従い、略々10μｍ／PULSE 以内で０に近付く。こ
のときの望遠カメラのモニタ画像が図９に示されてい
る。

【００５５】測定子４１ａ，４１ｂの先端の球中心のｚ
座標を、予めピン４９ａ，４９ｂの上面位置（ｚ＝０）
から校正しておけば、最初の測定部位となるグリッド３
のアパ−チャ１３Ｇの厚さ方向の中点位置まで、電子銃
１内のどこにも干渉せずに測定子４１ａを挿入できる。

【００５６】次に、エアシリンダ４３ａが引戻され、測
定子４１ａを測定状態に解放する。この時測定子４１ａ
はアパ−チャ１３Ｇのｘ+ （回転テ−ブル４４の初期状
態の回転角α＝０°）方向の内側輪郭面に当接するか
ら、その時の変位センサ４０ａの変位量が読取られ、表
示部７３を経て演算装置７４に記憶される。

【００５７】次に、エアシリンダ４３ａが押出され、測
定子４１ａがアパ−チャ１３Ｇから離れ、回転テ−ブル
４４が時計回りに+ ９０°回され、再びエアシリンダ４
３ａが引戻されて、測定子４１ａがアパ−チャ１３Ｇに
当接する。α＝９０°のとき、ｙ+ 方向の輪郭の変位量
が読込れて演算装置７４に記憶される。同様にして、α
＝１８０°、２７０°のとき、アパ−チャ１３Ｇのｘ-,
ｙ- 方向の輪郭の変位量が演算装置７４に記憶された
後、グリッド４のアパ−チャ１４Ｇの位置まで測定子４
１ａが引き上げられる。回転テ−ブル４４は、今度は９
０°づつ逆回転させられて、アパ−チャ１４Ｇの４方向
の輪郭の変位量が演算装置７４に記憶される。

【００５８】次のグリッド５の下部のアパ−チャ１５Ｇ
の位置まで測定子４１ａが引き上げられたら、アパ−チ
ャ半径が大きくなった分（１．３−０．５）÷２の分だ
け水平直動テ−ブル３５がｘ+ 方向に移動させられる。
こうして、変位センサ４０ａの測定レンジに測定子４１
ａの変位量が適度に納まるようにシフトし、同様の測定
を繰返す。

【００５９】測定子４１ａの先端球径が 0.3ｍｍで、直
ぐ上の頚部（首の部分）の外径 0.2ｍｍであり、その半
径差が0.05ｍｍと小さいのに対して、測定子４１ａの上
部に向かって例えば1,2,4 ｍｍと外径を段階的に漸増し
て剛性を保持させている。このため、グリッド５の上部
アパ−チャ１６Ｇでは上方の同じ内径をもつアパ−チャ
１７Ｇ〜２７Ｇが干渉して測定出来ない。従って測定子
４１ａをジグ４７上方に抜去り、パルスモ−タ３８で横
型回転軸３７を１８０°回転させて変位センサ４０ｂを
適用する。

【００６０】測定子４１ａの場合と同様の画像処理によ
って、測定子４１ｂの先端球径 3ｍｍの直ぐ上の中心座
標が、回転テ−ブル４４の軸線のＸＹ座標（Ｘ₀ ，
Ｙ₀ ）に位置するように自動微調整が行れた後、測定子
４１ｂがグリッド５の上部アパ−チャ１６Ｇの位置まで
挿入され、従前同様の測定と記録がグリッド７の下部ア
パ−チャ１９Ｇまで繰返される。

【００６１】グリッド７の上部アパ−チャ２０Ｇからグ
リッド１１の下部アパ−チャ２７Ｇまでは、対称に配置
された２平行板からなる。従って、測定はｙ+ ，ｙ-(α
＝９０°，２７０°）の２方向だけ行われる。そして、
この測定結果が読取られ、記録される。

【００６２】グリッド１１の上部アパ−チャ２８とグリ
ッド１２のアパ−チャ２９は大径の円筒形を成している
ので、測定子４１ｂが変位センサ４０ｂの測定レンジに
適度に納まる位置まで、水平直動テ−ブル３５がＸ+ 方
向にシフトされる。そして、それぞれ４方向の測定が行
われ、測定結果が記録される。ここまでで、電子銃１の
Ｇの軸線の測定デ−タの取込みが終わる。

【００６３】測定子４１ａがジグ４７の上まで引上げら
れ、横型回転軸３７を１８０°逆転する。変位センサ４
０ａの測定子４１ａは、再び回転テ−ブル４４の軸線位
置に画像処理で自動微調整される。そして、測定子４１
ａがＢの軸線の測定に備える。

【００６４】Ｂ及びＲの軸線は、アパ−チャ１３Ｇとア
パ−チャ２８の中心を結んだ軸線をデ−タムとし、この
デ−タムからＸ- 及びＸ+ 方向に理論的に正確な寸法(J
IS B0021 の10. 備考を参照) だけ離れた位置（例えば
5ｍｍと指示があればｘ＝−５及びｘ＝＋５の位置）を
真位置とする。

【００６５】従って、Ｂの軸線を測定する時は、水平直
動テ−ブル４５のパルスモ−タ４６を駆動して、ｘ+ 方
向に 5ｍｍだけ正確にシフトし、回転テ−ブル４４の軸
線上にＢの真位置を一致させてから、測定を続行する。

【００６６】Ｂの各アパ−チャの測定は、Ｇの場合と同
様に測定子４１ａによって、グリッド３のアパ−チャ１
３Ｂからグリッド５の下部アパ−チャ１５Ｂまで行われ
る。さらに、測定子４１ｂによって、グリッド５の上部
アパ−チャ１６Ｂからグリッド１１の下部アパ−チャ１
５Ｂまでが測定される。

【００６７】次にＲの軸線を測定する時は、水平直動テ
−ブル４５のパルスモ−タ４６が駆動され、ｘ- 方向に
10ｍｍ（従ってデ−タム軸直線からｘ- 方向に 5ｍｍ）
だけ正確にシフトし、回転テ−ブル４４の軸線上にＲの
軸線の真位置を一致させてから、測定が続行される。

【００６８】Ｒの各アパ−チャの測定はＢの場合と同様
に測定子４１ａによって、グリッド３のアパ−チャ１３
Ｒからグリッド５の下部アパ−チャ１５Ｒまで行われ
る。さらに、測定子４１ｂによってグリッド５の上部ア
パ−チャ１６Ｒからグリッド１１の下部アパ−チャ１５
Ｒまでが測定される。

【００６９】このように、プロセスコントロ−ラ７１に
よって自動制御された測定動作が終わり、全測定デ−タ
が演算装置７４に記録された時点で、各アパ−チャの軸
線の位置度の計算が始まり、計算結果は一定のフォ−マ
ットで表示部７５に表示される。また、プリンタ７６に
も随時印字出力される。さらに、必要に応じ、測定デ−
タの各種統計処理も指示出力される。各アパ−チャの軸
線位置の位置度を求めるには、次にような演算処理が行
れる。まず、回転テ−ブル４４上の座標を、系ｘｙｚ
で、各アパ−チャの軸線或いは中心面座標を算出する。

【００７０】変位センサ４０ａ，４０ｂの読取り値の正
負号をＸ+ 方向の変位が(+) となるように設定したと
き、ｘ+ 方向で△ｘ，ｘ- 方向でΔｘ，ｙ+ 方向で△
ｙ，ｙ-方向でΔｙと表せば、アパ−チャ（１３Ｇ）の
軸線位置Ｇ１３のｘｙ座標（ｘＧ１３，ｙＧ１３) は、
４方向の読取り値△ｘ１３，Δｘ１３Ｇ，△ｙＧ１３
Ｇ,ΔｙＧ１３からそれぞれ次式で求められる。 ｘＧ１３＝（△ｘＧ１３−ΔｘＧ１３) ÷２ ｙＧ１３＝（△ｙＧ１３−ΔｙＧ１３) ÷２

【００７１】測定子（４１ａ）は、先端球中心が実用デ
ータム形体（JIS B 0022 2.(3)参照）であるピン４９の
上面から、測定すべきアパーチャ１３Ｇの厚さ方向の中
点位置までの理論的に正確な寸法（例えば 0.4ｍｍ）だ
け上の位置にくるように制御される。したがって、Ｇ１
３のｚ座標ｚＧ１３は、ｚＧ１３＝０．４となる。

【００７２】このｚ´座標がｚ´Ｇ１３＝０となる。実
際の測定子４１ａ，４１ｂのｚ座標位置の調節のため
に、それぞれピン４９の上面で校正しておき、各アパー
チャの図示寸法に基づいて、プロセスコントローラ７１
が昇降機構３４のパルスモータ３３を制御する。

【００７３】又、電子銃３の各アパーチャの位置は、図
示寸法から予め指定された値を演算装置７４に入力して
おき、必要であれば、組立工程中のｚ座標実測値により
補正される。

【００７４】このようにして、アパーチャ１３Ｇ〜１９
Ｇの軸線の座標（ｘＧ１３，ｙＧ１３，ｚＧ１３）〜
（ｘＧ１９，ｙＧ１９，ｚＧ１９）、アパーチャ２０Ｇ
〜２７Ｇの中心面の座標（ｙＧ２０，ｚＧ２０）〜（ｙ
Ｇ２７，ｚＧ２７）、及び、アパーチャ（２８），（２
９）の軸線の座標（ｘＧ２８，ｙＧ２８，ｚＧ２８），
（ｘＧ２９，ｙＧ２９，ｚＧ２９）が求められる。

【００７５】Ｂ，Ｒの軸線の座標の真位置は、Ｇのｘ-
及びｘ+ の方向に理論的に正確な寸法（例えば 5ｍｍ）
づつ離れた位置に真位置がある。従って、水平直動テー
ブル４５を正確に 5ｍｍ移動させて、Ｂ或いはＲの真位
置を回転テーブル４４の軸線位置にシフトさせた後、変
位センサ４０ａ，４０ｂで読取った各アパーチャ輪郭の
変位量読取り値から、Ｂに関しては、アパーチャ（１３
Ｂ）〜（１９Ｂ）の軸線の座標（ｘＢ１３，ｙＢ１３，
ｚＢ１３）〜（ｚＢ１９，ｙＢ１９，ｚＢ１９）と、ア
パーチャ（２０Ｂ）〜（２７Ｂ）の中心面の座標（ｙＢ
２０，ｚＢ２０）〜（ｙＢ２７，ｚＢ２７）が、真位置
からの変位量及び変位方向として算出される。また、Ｒ
に関しては、アパーチャ（１３Ｒ）（１９Ｒ）の軸線の
座標（ｘＲ１３，ｙＲ１３，ｚＲ１３）〜（ｘＲ１９，
ｙＲ１９，ｚＲ１９）と、アパーチャ（２０Ｒ）〜（２
７Ｒ）の中心面の座標（ｙＲ２０，ｚＲ２０）〜（ｙＲ
２７，ｚＲ２７）が算出される。

【００７６】然し、厳密には電子銃１のデータム形体
（JIS B 0022 2(2) 参照）から構成される三平面データ
ム系（JIS B 0022 4.2参照）で位置度偏差が検証されな
ければならない。従って、電子銃１の第１のデータム形
体(JIS B 0022 2.(2) 参照）はアパーチャ１３Ｇとアパ
ーチャ２８Ｇで、この二つの形体の軸線座標Ｇ１３（ｘ
Ｇ１３，ｙＧ１３，ｚＧ１３）とＧ２８（ｘＧ２８，ｙ
Ｇ２８，ｚＧ２８）を結ぶ直線がデータム軸直線［Ｇ］
となる。

【００７７】このデータム軸直線［Ｇ］は、電子銃１上
の座標系（ｘ´，ｙ´，ｚ´）としてはｚ´軸に相当
し、アパーチャ１３Ｇの軸線座標Ｇ１３（ｘＧ１３，ｙ
Ｇ１３，ｚＧ１３）が、そのまま座標原点（ｘ´＝０，
ｙ´＝０，ｚ´＝０）となる。このときｚ軸の傾斜は極
小さいのでｚ´＝ｚ−ｚＧ１３として扱い、座標変換ｚ
→ｚ´のための傾斜補正計算を省略できる。

【００７８】電子銃１の第２次データム形体はアパーチ
ャ１３Ｂとアパーチャ１３Ｒで、この二つの形体の軸線
座標Ｂ１３（ｘＢ１３，ｙＢ１３，ｚＢ１３）とＲ１３
（ｘＲ１３，ｙＲ１３，ｚＲ１３）を結ぶ直線に平行に
なるようにｘ´軸を回転補正する。

【００７９】電子銃１の第３次データム形体はグリッド
３の下面で、これは実用データム形体であるピン４９
ａ，４９ｂでシミュレートして設定する。実際には便宜
上、位置度測定対象の最下部位となるアパーチャ１３
Ｇ，１３Ｂ、１３Ｒのｚ´座標をｚ´＝０とするので、
ｚ´＝ｚ−ｚＧ１３＝ｚ−ｚＢ１３＝ｚ−ｚＲ１３、従
ってアパーチャ（１３Ｇ）のｚ座標がｚＧ１３＝０．４
であればｚ´Ｇ１３＝０となる。実施例の（ｘ，ｙ，
ｚ）→（ｘ´，ｙ´，ｚ´）座標変換補正は次の計算式
で行った。アパーチャの番号ｎ＝１３〜２９に対して全
てｚ´ｎ＝ｚｎ−ｚＧ１３である。このため、以下の変
換値は全て零になる。 ｚ´Ｂ１３＝０，ｚ´Ｇ１３＝０，ｚ´Ｒ１３ ｘ´Ｇ１３＝０，ｙ´Ｇ１３＝０，及び，ｘ´Ｇ２８＝
０，ｙ´Ｇ２８＝０

【００８０】（ｘＧ１３，ｙＧ１３）と（ｘＧ２８，ｙ
Ｇ２８）を通る直線に、ｚ座標軸を傾斜補正するときの
ｘ成分、ｙ成分の補正係数κ，λはそれぞれ次式で表さ
れる。 κ＝（ｘＧ２８−ｘＧ１３）／（ｚＧ２８−ｚＧ１３） λ＝（ｙＧ２８−ｙＧ１３）／（ｚＧ２８−ｚＧ１３）

【００８１】又、ｘ座標軸を（ｘＢ１３，ｙＢ１３）と
（ｘＲ１３，ｙＲ１３）の２点を通る直線に平行になる
ように傾斜補正する補正角をωとすれば、ｘ+ 方向を０
°、反時計回りを+ 方向とすると、 tanωは以下のよう
になる。 tanω＝（ｙＲ１３−ｙＢ１３）／（ｘＲ１３−ｘＢ１
３）

【００８２】したがって、各アパーチャ（ｎ＝１３〜２
９）の補正後の真位置から実測した各アパーチャの軸線
の位置変位量（ｘ´Ｇｎ，ｙ´Ｇｎ），（ｘ´Ｂｎ，ｙ
´Ｂｎ），（ｘ´Ｒｎ，ｙ´Ｂｎ）は、以下の各式で表
される。

【００８３】

【数１】 但し、Ｐは定数（図面指示のＢ，Ｇ，Ｒ軸線間の論理的
に正確な寸法）であり、本実施例ではＰ＝５となる。
又、必然的にｙ´Ｂ１３＝ｙ´Ｒ１３である。演算結果
は、図１０に示すように、合否判定を含めて一定の様式
で表示部７５に出力し、その都度或いは随時一括して、
これをプリンタ７６に印字出力する。

【００８４】以上、一実施例について述べたが、周知の
通り、全測定点の座標データを演算装置７４に読取れ
ば、任意の出力形態への変換を種々容易に選択できる。
同様に、プロセスコントローラ７１の制御ソフトを適宜
変更すれば、狭隘で奥深い内側形体など特殊な対象物の
真円度測定機や縦断面の輪郭形状測定機のように使用す
ることも可能である。

【００８５】すなわち、本実施例の幾何特性測定装置３
０ａにおいては、高精度の回転テーブル軸線を基準とし
て測定すべき対象物の軸線をこの回転テーブル軸線上に
精度良くシフトさせる水平直動テーブルを搭載したこと
により、高精度の三次元座標測定機能を獲得した。又、
測定物の内側形体に干渉することなく挿入し測定作動す
るための、非接触の測定子位置決め制御により、２種類
の細長い測定子を交互に交換しながら連続自動測定が可
能となった。これに連携して、特に、精度上ガイドピン
では適用不可能な、軟質で稠密精細な配置の測定対象形
体のアライメントに回転テーブルを貫通配置したファイ
バースコープで視準する画像処理を適用し、細長い測定
子を狭隘で奥行きの深い内側形体に盲目的に挿入するリ
スクを排除した安全で高能率な非接触芯出し方法を実現
した。

【００８６】そして、この装置３０ａによれば、かつて
は実用上不可能であった深く細い管状物の内側形体の幾
何特性測定が、極めて能率良く、非熟練者でも容易に操
作測定できるとともに、Ｂ，Ｇ，Ｒの３軸線を連続自動
測定することができる。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、深
く細い内側形体の幾何特性測定が、極めて能率良く、非
熟練者でも容易に操作測定できるとともに、Ｂ，Ｇ，Ｒ
の３軸線を連続自動測定することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の幾何特性測定装置によって
測定される電子銃の縦断面図。

【図２】本発明の一実施例の幾何特性測定装置によって
測定される電子銃の正面図。

【図３】本発明の一実施例の幾何特性測定装置の主要部
の外観を示す斜視図。

【図４】上部クランプとライトガイドの装着部の側面
図。

【図５】（ａ）は下部クランプを説明する軸直角断面
図、（ｂ）は同じく下部クランプの側面図。

【図６】電子銃下部を支持するピンとイメージガイドの
配置図。

【図７】本発明の一実施例の幾何特性測定装置の幾何特
性測定装置のシステムを示す構成図。

【図８】電子銃の最下部のアパーチャをモニタＴＶで観
測し芯出しする様子を示す説明図。

【図９】測定子を位置決めする画像処理の様子を示す説
明図。

【図１０】測定結果の表示例を示す図。

【符号の説明】

１…電子銃、３４…昇降機構、３５…水平直動テーブ
ル、３７…横型回転軸、４０ａ，４０ｂ…変位センサ、
４１ａ，４１ｂ…測定子、４４…回転テーブル、４５…
水平直動テーブル、４７…ジグ、５９…光源装置、６５
…モニタ、７１…プロセスコントローラ、７３…表示
部、７４…演算装置、７５…表示部、７６…プリンタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる内径の円筒及び異なる内法の平行
   平面体が複数個同軸上に重畳配設する被測定部が複数組
   並列に配設された管状物の内側形体の幾何特性を測定す
   る幾何特性測定装置において、上記管状物を芯出し保持
   する保持ジグと、上記円筒及び上記平行平面体の内面に
   当接する大小二個の球付測定子を有しこの測定子の変位
   量を出力する変位計と、上記円筒及び上記平行平面体の
   共通軸線の一つに軸線を一致させた回転割出機構と、上
   記保持ジグと上記回転割出機構との間に介設され、上記
   共通軸線を上記回転割出機構の軸線上に順次移動保持す
   る軸線間隔割出機構と、上記測定子を上記回転割出機構
   の軸線位置に位置決めする水平直動機構と、上記測定子
   を上記回転割出機構の軸線に沿って上記測定部に挿脱位
   置決めする昇降機構と、上記両測定子を測定位置に置換
   する回転置換機構と、上記測定子を上記測定部に干渉な
   しに挿脱位置決めするために定位置に後退保持する測定
   子後退機構と、これらを測定手順に従って全自動又は随
   時手動で制御する駆動制御部と、上記変位計の出力に基
   づいて上記円筒及び上記平行平面体の軸線及び中心面の
   位置偏差を演算する演算制御部と、上記演算制御部の演
   算結果を印字出力する印字装置とを具備した管状物の内
   側形体の幾何特性測定装置。
2. 【請求項２】 上記管状物の各軸線を上記回転割出機構
   の所定の軸線位置に芯出しするために、上記保持ジグ内
   下部に位置する上記管状物の特定の二つの軸線上の円筒
   を視準するように、同軸上の二箇所に配置したファイバ
   スコ−プと、上記保持ジグの上部に装着して上記ファイ
   バスコ−プで視準される上記円筒を背光照明するライト
   ガイドと、このライトガイドが接続された光源装置と、
   上記水平直動機構と上記回転割出機構の軸内を貫通して
   導出した上記各二本のファイバスコ−プの結像面に光学
   的に接続した顕微鏡ＴＶカメラと、撮像した上記顕微鏡
   ＴＶカメラの信号を処理する画像処理装置と、上記画像
   処理装置の出力を表示するモニタＴＶとを具備した［請
   求項１］記載の管状物の内側形体の幾何特性測定装置。
3. 【請求項３】 上記測定子を上記回転割出機構の軸線に
   沿って上記管状物に挿入するに先立ち、定位置に移動し
   保持した上記測定子後退機構による上記測定子の正確な
   実位置を確認し、上記回転割出機構の軸線上に位置する
   ように上記測定子を自動位置補正駆動するために、直角
   二方向から上記測定子を視準するように望遠鏡ＴＶカメ
   ラを配置し、上記画像処理装置及びモニタＴＶを共用し
   て得た上記測定子の位置補正演算結果を上記駆動制御部
   に出力する［請求項１］もしくは［請求項２］記載の管
   状物の内側形体の幾何特性測定装置。