JPS6110166Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

この考案は被加工物の内外径の精密測定装置に
関するものである。 被加工物の内外径の精密測定に際し、従来は万
能測長機等を用いて、ブロツクゲージとの比較測
定が行なわれていた。しかしこの場合、第１図に
示すように内径測定を例にとれば、測定値は測定
個所により変化する。そこで極めて慎重に数回の
測定を繰返して、その値の最大のものを直径の値
としていた。即ち、万能測長機の２個の測定子
１，１を結ぶ直線と、被測定物２の直径とが完全
に一致しなければ、十分精密な測定値が得られな
い。従つて、測定そのものが煩雑となり、しかも
数回の平均値をとる必要がある。更に、被測定物
の大きさが測定器の大きさに制限される。 上記万能測長機に代えて、測定器本体の周囲等
配位帯に90゜間隔で４個の変位検出器を取付け、
測定器本体中心を通る直線上に対向配置された２
個１対の変位検出器により、被測定物の直径を縦
と横について別個独立して演算するようにしたも
のが、特開昭47−13486号公報で紹介されてい
る。しかし、この方式は高価な変位検出器を４個
使用するものであり、かつ、縦直径と横直径との
２つの演算を行う回路を別々に必要としており、
しかも、被測定物の中心と測定器本体の中心との
偏心に基づく誤差を演算する回路が必要であるた
め、測定装置全体としては、４個の変位検出器の
測定器本体への組込み性に難点があり、制約され
たスペース内への組込みに不利であり、演算回路
全体の構成も複雑であり等の点で十分満足できる
ものではなかつた。 この考案は、変位検出器を３個使用し、これを
特定配置角度で配置し、しかも、被加工物中心と
測定器本体中心との偏心に基づく誤差の修正を、
上記特定の配置角度で一義的に決定されて定数化
された１つの簡単な演算式の演算回路で構成して
上記従来の装置の問題点が一挙に解決し得る測定
装置を提供せんとするものである。 以下その測定装置について説明すると次の通り
である。 第２図に示すように、３個の変位検出器（例え
ば、空気マイクロメータ、電気マイクロメータ、
静電容量変位計、指針測微器等）を有した測定器
本体３の中心O′が被測定物４の内径上の３点
W₁，W₂，W₃で定義される円（以下平均円と称
す）の中心Ｏとｅだけの偏心を有して、内径の平
均直径を測定する場合を考える。３個の検出器の
配置角を各々τ，φとし、これらの検出器により
測定される間隙量はy¹，y²，y³で与えられる。
尚、測定器本体３の径は既知であり、その半径を
Ｒとする。 検出器により間隙y¹，y²，y³が測定され、測定
器本体３の半径Ｒは既知であるので、測定器によ
りY₁＝Ｒ＋y¹，Y₂＝Ｒ＋y²，Y₃＝Ｒ＋y³の値が
読み取られる。 しかし、実際に求めたい量は₁，₂，
₃であるので、これらの長さを測定器により
検出される量と、幾何学的に決められる諸量とで
表わせば、₁ ＝Y₁cosα＋ｅ cosδ〓 (1)₂ ＝Y₂cosβ−ｅ cos（π−α＋β−τ−
δ）₃ ＝Y₃cosγ＋ｅ cos（−α−γ＋φ−δ） そこで、被測定物内径の平均半径ROを、₁，
₂，₃の算術平均で与えるとすれば、 RO１／３（₁＋₂＋₃） ＝１／３｛Y₁cosα＋Y₂cosβ＋Y₃cosγ ＋ｅ cosδ−ｅ cos（π−α＋β−γ−
δ） ＋ｅ cos（−α−γ＋φ−δ）｝ (2) ここで、角α，β，γは微小であると仮定すれ
ば、cosα≒１，cosβ≒１，cosγ≒１となり、
(2)式は次のようになる。 RO＝１／３〔（Y₁＋Y₂＋Y₃） ＋ｅ｛cosδ＋cos（δ ＋γ）＋cos（φ−δ）｝〕 (3) 上式の第２項、ｅ｛cosδ＋cos（δ＋γ）＋cos
（φ−δ）｝が、測定器本体の中心O′が被測定物
内径の平均円の中心Ｏと一致していない為に生ず
る誤差項である。 そこで、偏心の影響をなくすように(3)式の誤差
項をゼロとするために、以下の手法を導入する。 測定器の３個の検出器から、最終的に被測定物
の平均半径₁，₂，₃が(1)式のように計
算される訳であるが、これらの値に１：ａ：ｂ
（ａ≠１、ｂ≠１）の重みをかけて、それらの和
を考えれば、 ₁＋ａ₂＋ｂ₃ ＝Y₁＋ｅ cosδ＋ａ｛Y₂＋ｅ cos（δ＋
τ）｝ ＋ｂ｛Y₃＋ｅ cos（φ−δ）｝ ＝｛Y₁＋aY₂＋bY₃｝ ＋ｅ｛cosδ（１＋acosτ＋bcosφ） −sinδ（asinτ−bsinφ）｝ (4) ここで、１＋acosτ＋bcosφ＝Ｏ〓 (5) asinτ−bsinφ＝Ｏ となるように検出器配置角τ，φと倍率ａ，ｂを
設定する。 即ち、(5)式に於いて変数は検出器配置角τ，φ
と重みａ，ｂの計４個で、方程式は２個であるか
ら、幾何学的にτ，φの組合せを与えれば、ａ，
ｂは次式を用いて計算されることになる。 ａ＝−ｓｉｎφ／ｓｉｎ（τ＋φ） ｂ＝−ｓｉｎτ
／ｓｉｎ（τ＋φ） ここで(5)式について、τ，φを求めると、 cosτ＝−１／２ａ（a²−b²＋１）〓 (7) cosφ＝１／２ａ（a²−b²−１） sinτ＝１／２ａ√−⁴＋2^{2 2}−⁴＋2²＋2²
＋１ sinφ＝１／２ｂ√−⁴＋2^{2 2}−⁴＋2²＋2²
−１ ａ＞Ｏ，ｂ＞Ｏとして、(7)式で示される三角関
数の絶対値は１以下であるという条件から、次の
不等式が導かれる。 ∴（ａ−ｂ＋１）（ａ＋ｂ−１）（ａ−ｂ−１）
≦Ｏ (8) (8)式の不等式を図示すれば、第３図のようにな
る。但し、重みａ，ｂは共に１ではないので、こ
の点は含まれない。 第３図のａ，ｂのとりうる範囲をτ，φのとり
うる範囲に変換すると、第４図のようになる。但
し、ａ≠１、ｂ≠１なので、τ，φ＝（120゜、
120゜）の点は除かれる。 即ち、第４図の斜線部の領域に入るτ，φを決
めた上で、(6)式より重みａ，ｂを計算により求め
ることができる。 例として、τ，φの値を数種とり、(6)式により
ａ，ｂの値を計算した結果を表１に示すと、

【表】 実際にτ，φの値を決定するに際しては、精密
測定の原則からも、３倍の検出器の感度がほぼ一
様になることが望ましく、表１の計算結果例かれ
も明らかな如く、τ，φの値としては、120゜近
傍でａ，ｂの値がほぼ１近くになる任意の角度を
選べばよいことになる。 従つて、検出器配置角τ，φから、倍率ａ，ｂ
を決めると、(4)式の誤差項は消去され、しかも測
定点W₁，W₂，W₃で定義される円は一義的に決め
られるものであるから、結局(4)式は次のようにな
る。 （１＋ａ＋ｂ）RO＝Y₁＋aY₂＋bY₃ (a) ∴RO＝Ｙ_１＋ａＹ_２＋ｂＹ_３／１＋ａ＋ｂ これから、 DO＝２（Ｙ_１＋ａＹ_２＋ｂＹ_３）／１＋ａ＋ｂ(1
0) となり、求める平均直径が算出される。 以上がこの考案測定器の測定原理であつてこれ
をブロツク線図的にあらわしたのが第５図の演算
回路である。第５図の演算回路について説明すれ
ば、先ず空気マイクロメータ、電気マイクロメー
タ等の変位検出器により測定器本体と被測定物内
径上の測定点との間隙y¹，y²，y³が検出される。
これらの測定量を電気的に変換し、更に既知の測
定器本体の半径Ｒをそれぞれに加算することによ
り、測定器本体中心Ｏから測定点W₁，W₂，W₃ま
での距離Y₁，Y₂，Y₃が求められる。このうち
Y₁，Y₂，Y₃の測定値に重みａ，ｂを乗じてそれ
らの総和を求め、更に２／１＋ａ＋ｂを乗ずれば、(10)
式 で表わされる平均直径DOが演算により求められ
る。 以上の例では内径測定について述べたが、第６
図に示す如く、円筒状工作物の外径測定にも適用
が可能である。即ち、第６図は小形円筒物の外径
測定を示すもので、５は被測定物、６は測定器本
体、７は測定子である。第７図は円筒測定物が大
形なる為に測定器本体を分割させたもので、８は
被測定物、９は定盤、１０は測定子である。又、
大形円転物の内径測定も同様に測定器本体を分割
させて行なうこともできる。 以上説明したようにこの考案は、測定器本体中
心に対して半径方向へ出没変位可能とされる３個
の変位検出器を、１つを基準にして他の２つを
τ，φ（τ及びφは、120゜ではなく、120゜近傍
の値）の角度で測定器本体中心から等距離の円周
上に配置し、この３個の変位検出器により、被測
定物内外径上の３点の測定器本体中心からの寸法
Y₁，Y₂，Y₃を検出するようにした測定器本体
と、測定器本体の上記検出値Y₁，Y₂，Y₃を電気
量に変換し、その値に１：ａ：ｂ（但し、ａ，ｂ
≠１、 ａ＝−ｓｉｎφ／ｓｉｎ（τ＋φ），ｂ＝−ｓｉｎτ／
ｓｉｎ（τ＋φ）の電気量 を積算すると共に、これら３つの積算値Y₁，
aY₂，bY₃を電気的に加算し、この加算値（Y₁＋
aY₂＋bY₃）に ２／１＋ａ＋ｂの電気量を乗じて被測定物の直径を電気 的に求める演算回路とで被加工物の内外径の精密
測定装置を構成したから、３個の変位検出器の検
出値から直接的に被加工物の内外径が測定でき、
被加工物中心と測定器本体中心との偏心角δ及び
偏心量ｅを求めるための演算回路や演算時間が不
要となり、演算回路を簡単安価とできる他、演算
時間め短縮化でき、より高速度で直径測定ができ
る。 即ち、３個の変位検出器の配置角τ，φは、測
定器本体の上記特定の値で取付けられため既知量
となるのであり、従つて、既知のτ及びφからａ
及びｂも既知量（定数）として予め設定しておく
ことができるため、直径の演算は、３個の変位検
出器の検出値から、 Do＝２／１＋ａ＋ｂ（Y₁＋aY₂＋bY₃） の式によつて直接求められるのであり、前記偏心
角δや偏心量ｅの演算を不要化できる利点があ
る。 また、変位検出器は、測定精度に直接影響を及
ぼす関係から比較的高価であり、その取扱いにも
細心の注意が必要でもあるから、これを４個から
３個に減少させることは、コストダウンを図る上
で多大のメリツトがあり、測定器本体への組込み
性においても有利であり、一層小径の測定にみ利
用できるようになり、また、各変位検出器には、
これを電気量に変換する電気回路が付属するので
あつて、この変位検出器を４個から３個に減少さ
せることは、電気回路をもコンパクト化できて一
層安価となし得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内径測定の測定要領を示す断面
図、第２図はこの考案に係る平均直径の測定原理
を示す概略図、第３図は倍率ａ，ｂのとりうる範
囲を示す座標、第４図は検出器配置角τ，φのと
りうる範囲を示す座標、第５図はこの考案の演算
回路ブロツク線図、第６図及び第７図はこの考案
の他の実施例である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 測定器本体中心に対して半径方向へ出没変位可
   能とされる３個の変位検出器を、１つを基準とし
   て他の２つをτ，φ（τ及びφは、120゜ではな
   く、120゜近傍の値）の角度で測定器本体中心か
   ら等距離の円周上に配置し、この３個の変位検出
   器により、被測定物内外径上の３点の測定器本体
   中心からの寸法Y₁，Y₂，Y₃を検出するようにし
   た測定器本体と、測定器本体の上記検出値Y₁，
   Y₂，Y₃を電気量に変換し、その値に１：ａ：ｂ
   （但し、ａ，ｂ≠１、 ａ＝−ｓｉｎφ／ｓｉｎ（τ＋φ），ｂ＝−ｓｉｎτ／
   ｓｉｎ（τ＋φ））の電気 量を積算すると共に、これら３つの積算値Y₁，
   aY₂，bY₃を電気的に加算し、この加算値（Y₁，
   aY₂，bY₃）に２／１＋ａ＋ｂの電気量を乗じて被測定物 の直径を電気的に求める演算回路とよりなること
   を特徴とする被加工物の内外径の精密測定装置。