JPH07117397B2 - 断面積測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜本発明の産業上の利用分野＞ 本発明は物体の断面積を光学的に測定するための断面積
測定方法および装置に関する。

＜従来技術＞（第８図） 例えば各種のローラやコード類等のように細長いものの
外径を非接触に測定する場合には、光学的な測定方法が
従来より用いられている。

即ち、第８図に示すように、平行な光ビームを投受光す
る光センサ１の中央部に被測定物２を配置し、被測定物
２によって遮ぎられた光ビームの受光量あるいは被測定
物のエッジを光ビームが横切るタイミングを検出するこ
とにより被測定物の外径寸法Ｒを高精度（マイクロメー
タ単位）に測定するようにしている。

ところが、近年、外径だけでなく、断面積を測定したい
という要望がある。

このため、断面形状が円形と思われるものについては外
径Ｒを測定し、その外径Ｒを直径とする円の面積をこの
被測定物の断面積とする方法がとられている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、実際の被測定物の断面形状が完全な真円
であることは非常に少なく、特にμｍ単位で高精度に外
径測定ができるこの種の外径測定方法は、被測定物の外
表面の僅かなバリや凹凸も含めて測定してしまうため、
一方向で測定された外径値Ｒを用いて、その断面積を求
める方法では、測定精度が低く、より信頼性のある測定
方法の実現が望まれている。

本発明はこの課題を解決した断面積測定方法および装置
を提供することを目的としている。

＜課題を解決するための手段＞ 前記課題を解決するために、本発明の断面積測定方法
は、 所定平面上を進む光を投光する投光器とその光を受光す
る受光器との間に被測定物を位置させて、前記所定平面
と交わる被測定物の断面の外径を前記受光器の出力から
求め、該断面の面積を測定する断面積測定方法におい
て、 前記所定平面上を進む光の前記被測定物に対する向きを
前記所定平面上で90度の複数分の一の角度ずつ相対的に
変化させて、基準の向きからほぼ180度の範囲で被測定
物の外径値を複数回測定する段階と、 前記複数回の測定によって得られた複数の外径値のう
ち、互いに90度異なる向きで測定した一組の外径値を直
交軸とする楕円の面積を、各組毎に算出する段階と、 前記各組毎に算出された楕円の面積の平均演算によっ
て、前記所定平面と交わる被測定物の断面の面積を算出
する段階とを備えている。

また、本発明の断面積測定装置は、 所定平面上を進む測定交を投光する投光器と、前記測定
光を受光する受光器と、前記測定光の一部を遮る位置に
被測定物を支持する支持器とを有し、被測定物の前記測
定光の向きに対応した外径を測定する外径測定手段と、 被測定物に対する前記測定光の向きを前記所定平面上で
90度の複数分の一の角度ずつ相対的に変化させて、基準
の向きからほぼ180度の範囲の外径値を測定させる測定
方向可変手段と、 前記測定光の異なる向きで測定された被測定物の外径値
を、測定光の向きに対応つけて記憶する外径値記憶手段
と、 前記外径値記憶手段に記憶された複数の外径値のうち、
互いに90度の異なる向きで測定した一組の外径値を直交
軸とする楕円の面積を、各組毎に算出する楕円面積算出
手段と、 前記複数の楕円の面積の平均値を算出して、前記所定平
面と交わる被測定物の断面積を算出する第１の平均演算
手段とを備えている。

＜作用＞ このようにしたため、本発明の断面積測定方法および装
置によれば、所定平面に交わる被測定物に対し、所定平
面上を進む光の向きが90度の複数分の一の角度ずつ相対
的に変化されて、基準の向きからほぼ180度の範囲で各
外径が検出され、その外径値のうち互いに90度異なる向
きで検出された一組の外径値を直交軸とする楕円の面積
が各組毎に算出され、各組の断面積の平均演算によっ
て、所定平面に交わる被測定物の断面積が算出される。

＜本発明の実施例＞（第１図〜３図） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面積測定装置の構成を示
す図、第２図は、一実施例の機構部の概略構成を示す図
である。

第２図において、10は測定基台、11、12は、被測定物２
を、測定基台10に平行で、且つその両端を回転自在に支
持する支持板であり、一方の支持板11にはステップモー
タ13が取付けられており、その回転軸13aの先端に設け
られたチャック14と、他方側の支持板12に設けられたチ
ャック12aで被測定物２の両端を回転自在に支持する。

15は、光センサ16を測定基台10に対してＸ−Ｙ方向に移
動させる移動台である。

光センサ16は、投光部17と受光部18とからなり、測定基
台10および被測定物２の支持方向に直交する平面に沿っ
た光を投光部17より掃引出力し、受光部18では、この光
が被測定物のエッジを通過する毎に反転するエッジ検出
信号を出力する。

このエッジ検出信号は第１図に示すように外径算出手段
20に入力されており、外径算出手段20は、光の掃引周期
などの掃引特製とこのエッジ検出信号の反転タイミング
に基づき、外径値を算出する。

21は移動台制御装置、22はモータ制御装置であり、後述
する断面積算出手段25からの制御信号によりステップモ
ータ13および移動台15の駆動を行なう。

なお、この移動台制御装置21は、手動による駆動が可能
になっている（図示せず）。

断面積算出手段25は、例えばパーソナルコンピュータで
構成され、予め、測定条件や初期位置等を設定すると、
移動制御装置21およびモータ制御装置22に制御信号を送
出し、外径算出手段20から出力される外径値に基づいて
断面積の演算を行ない、その演算結果を表示するように
構成されている。

26は、外径値を記憶する外径値記憶手段、27は設定され
た角度ピッチφ、長さピッチｐ、測定断面数Ｎに基づい
て移動台制御装置21とモータ制御装置22に移動条件を設
定する移動制御手段であ。

28は外径値記憶手段26に記憶された外径値から同一平面
上で直交する外径値を直交軸とする楕円の面積を算出
し、その楕円面積を断面毎に平均化する楕円面積算出手
段、29は算出されたＮ個の楕円面積をその断面数Ｎで平
均化する平均演算手段である。30はこの平均演算の結果
を被測定物の断面積として表示する表示装置、31は表示
装置30に外径値、あるいは楕円面積を表示させる表示切
替え手段である。

第３図は、この断面積算出手段25の処理手順を示すフロ
ーチャート図である。

始めに、測定開始位置Ｌ、角度ピッチφ、長さピッチｐ
および測定断面数ＮがそれぞれＬ＝20mm、φ＝10度、ｐ
＝5mm、Ｎ＝10に設定されると、位置決め指令が出力さ
れ、第４図のように光センサの初期位置が決定される
（ステップ１〜３）。

初期位置決めが完了すると、現在の光センサ16の位置
（Ｘ座標でXo）と、ステップモータＭの回転角θが“0"
に初期化され、この時の外径値がＲ（Ｘ、θ）として記
憶される（ステップ３〜７）。

次に、光センサ16が長さピッチｐ（5mm）ずつ移動し、
その都度外径値が記憶される（ステップ７〜９）。

Ｎ（10）個の測定が終了すると、光センサ16が初期位置
（Ｘ＝０）まで戻され、ステップモータ13がφ（10度）
だけ回転して再びステップ７〜９の処理が繰返し行なわ
れる（ステップ10〜12）。

全ての外径値Ｒ（０、０）〜Ｒ（45、170）が記憶され
ると、第５図に示すように、１つの断面について90度異
なる方向から測定された外径値Ｒ（ｉ・ｐ・ｍ・φ）、
Ｒ（ｉ・ｐ、ｍ・φ＋90）を直交軸（ａ、ｂ）とする楕
円の面積（πab/4）の平均Ｓ（ｉ）が求められる（ステ
ップ13〜14）。

これによって、１か所の断面を違った角度から測定した
複数の測定値で求めた断面積値を平均化するため、真値
との誤差の少ない断面積を得ることができる。

この計算が10面Ｓ（０）〜Ｓ（９）について行なわれ、
その平均Ｓがこの被測定物２の断面積として算出される
（ステップ15〜17）。

これによって第６図に示すように所定ピッチで複数の断
面積（角度で平均化された面積）が長さ方向で平均化さ
れるため、全体としてさらに精度の高い断面積測定を行
なうことができる。

勿論、長さ方向の平均化を行なわないで測定方向で平均
化した面積Ｓ（ｉ）の表示を行なうようにしてもよく、
このようにした場合は長さ方向の断面積変化の様子を知
ることが可能である。

＜本発明の他の実施例＞（第７図） なお、前記実施例では、ステップモータ13を駆動するこ
とにより被測定物２を回転して、測定断面に対する外径
測定方法を変化させるようにしていたが、これは本発明
を限定するものでなく、光16センサを被測定物を中心に
回転させるようにしてもよい。

また、前記実施例では、１つの光センサ16を被測定物に
対して相対的にほぼ180度回転するようにしていたが、
例えば第７図に示すように直交する掃引光の投受光を行
なう光センサ40を用い、被測定物に対して相対的にほぼ
90度回転することで前記実施例と同様の測定をするよう
にしてもよい。

また、前記実施例では、測定方向を10度ずつ変えて外径
の測定を行なうようにしていたが、より細かな角度ピッ
チで外径測定を行なえば、より高精度な断面測定が行な
えることは勿論である。

また、前記実施例では、長さ方向について測定後、セン
サを初期位置まで戻していたが、戻り方向の測定を行な
うことで、測定時間を短縮することができる。

また、長さ方向の測定を行なった後、回転を行なってい
るが、回転方向を先に測定し、しかる後、長さ方向に移
動しても良い。

また、被測定物は前記実施例のようにローラのような棒
状のものだけでなく、糸のような柔らかい線状のものや
球状のものについてもその支持方法を変えることにより
同様の断面測定を行なうことができる。

＜本発明の効果＞ 本発明の断面積測定方法および装置は、所定平面に交わ
る被測定物に対し、所定平面上を進む光の向きを、90度
の複数分の一の角度ずつ相対的に変化させて、基準の向
きからほぼ180度の範囲で外径を検出し、その外径値の
うち互いに90度異なる向きで検出された一組の外径値を
直交軸とする楕円の面積を角組毎に算出して、角組の断
面積の平均演算によって、所定平面に交わる被測定物の
断面積を算出しているので、被測定物の外周にバリや凹
凸等があっても、その断面積を高精度に測定することが
でき、測定の信頼性が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は一
実施例の機構部を示す斜視図図、第３図は一実施例の要
部の処理手順を示すフローチャート図である。 第４図は一実施例の動作を説明するための要部斜視図、
第５〜６図は一実施例の処理手順を説明するための図、
第７図は本発明の実施例を説明するための要部側面図で
ある。 第８図は外径測定の原理を説明するための斜視図であ
る。 13……ステップモータ、15……移動台、16……光セン
サ、20……外径算出手段、21……移動台制御装置、22…
…モータ制御装置、25……断面積算出手段、28……楕円
面積算出手段、29……平均演算手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定平面上を進む光を投光する投光器とそ
   の光を受光する受光器との間に被測定物を位置させて、
   前記所定平面と交わる被測定物の断面の外径を前記受光
   器の出力から求め、該断面の面積を測定する断面積測定
   方法において、 前記所定平面上を進む光の前記被測定物に対する向きを
   前記所定平面上で90度の複数分の一の角度ずつ相対的に
   変化させて、基準の向きからほぼ180度の範囲で被測定
   物の外径値を複数回測定する段階と、 前記複数回の測定によって得られた複数の外径値のう
   ち、互いに90度異なる向きで測定した一組の外径値を直
   交軸とする楕円の面積を、各組毎に算出する段階と、 前記各組毎に算出された楕円の面積の平均演算によっ
   て、前記所定平面と交わる被測定物の断面の面積を算出
   する段階とを備えた断面積測定方法。
2. 【請求項２】前記所定平面の位置を被測定物の長手方向
   に所定ピッチずつ相対的に変化させる段階と、 前記各所定平面に交わる被測定物の各断面毎に算出され
   た面積の平均演算によって、被測定物の断面積を算出す
   る段階とを含む第１項記載の断面積測定方法。
3. 【請求項３】所定平面上を進む測定光を投光する投光器
   と、前記測定光を受光する受光器と、前記測定光の一部
   を遮る位置に被測定物を支持する支持器とを有し、被測
   定物の前記測定光の向きに対応した外径を測定する外径
   測定手段と、 被測定物に対する前記測定光の向きを前記所定平面上で
   90度の複数分の一の角度ずつ相対的に変化させて、基準
   の向きからほぼ180度の範囲の外径値を測定させる測定
   方向可変手段と、 前記測定光の異なる向きで測定された被測定物の外径値
   を、測定光の向きに対応付けて記憶する外径値記憶手段
   と、 前記外径値記憶手段に記憶された複数の外径値のうち、
   互いに90度の異なる向きで測定した一組の外径値を直交
   軸とする楕円の面積を、各組毎に算出する楕円面積算出
   手段と、 前記複数の楕円の面積の平均値を演算して、前記所定平
   面と交わる被測定物の断面積を算出する第１の平均演算
   手段とを備えた断面積測定装置。
4. 【請求項４】前記所定平面の位置を被測定物の長手方向
   に所定ピッチずつ相対的に変化させる測定断面移動手段
   と、 前記各所定平面に交わる被測定物の各断面毎に算出され
   た断面積の平均演算を行い、被測定物の断面積を算出す
   る第２の平均演算手段とを備えた第３項記載の断面積測
   定装置。