JPH07146106A

JPH07146106A - 直径測定装置

Info

Publication number: JPH07146106A
Application number: JP29327493A
Authority: JP
Inventors: Aritsune Hama; 有恒濱; Mikiya Teraguchi; 幹也寺口; Kazuhiko Hidaka; 和彦日高; Chihiro Marumo; 千尋丸茂; Kunitoshi Nishimura; 国俊西村; Kiyokazu Okamoto; 清和岡本
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡単かつコンパクトで、しかも、簡
易、迅速かつ高精度に直径寸法を測定できる直径測定装
置を提供する。【構成】測定子１に径の異なる第１，第２の測定子部
２_1,２₂を設け、第１の測定子部２₁に第１，第３電極
３₁,３₃を、第２の測定子部２₂に第２電極３₂を設け
るとともに、各電極３₁,３₂,３₃とこれに対向する穴Ｈ
の導体壁との間で形成する第１，第２, 第３静電容量Ｃ
₁,Ｃ₂,Ｃ₃を検出する回路６₁,６₂,６₃を設け、第１，
第３静電容量Ｃ₁,Ｃ₃が等しくなるように測定子１の姿
勢を調整した状態において、第１，第２静電容量Ｃ₁,Ｃ
₂から穴Ｈの直径寸法を算出す演算手段７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直径測定装置に関す
る。詳しくは、測定対象物の外径寸法や内径寸法などの
直径寸法を非接触で測定する直径測定装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、測定対象物の外径寸法や内径寸法な
どの直径寸法を測定する直径測定装置としては、主とし
て、ノギスやマイクロメータなどの接触式測定器が用い
られてきた。しかし、これらの接触式測定器は、接触式
であるが故に測定対象物に力（測定力）がかかり、その
結果、アッベ誤差の発生や測定対象物を傷つけるなどの
欠点がある。

【０００３】このような接触式測定器の欠点を解消する
ものとして、非接触で直径寸法を測定する方法が開発さ
れた。たとえば、内径寸法を測定する方法としては、
三次元測定機のＺスピンドルに非接触式プローブを装着
し、この非接触式プローブを用いて測定対象物の内径寸
法を非接触で測定する方法、エアーマイクロメータに
よる方法、測定子を回転させながらその測定子と測定
対象物表面とのギャップを光学測距手段で離散的に逐次
測定し、得られたデータを所定のアルゴリズムで処理し
て測定対象物の内径寸法を求める方法、などが知られて
いる。

【０００４】また、外径寸法を測定する方法としては、
上記のエアーマイクロメータのほかに、レーザ光を
測定対象物の外径方向へ掃引し、その透過光を観察しな
がら影となった部分（つまり、測定対象物によってレー
ザ光が遮られた部分）の寸法を測定対象物の外径寸法と
して測定するレーザ光掃引方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した
〜の方法では、次に述べるような欠点がある。の方
法は、三次元測定機を用いなければならないから、装置
が大掛かりなうえ、測定に時間がかかるという欠点があ
る。の方法は、測定子と測定対象物表面とのギャップ
をあまり大きくとることができないうえ、空気流出量を
一定に保つ必要があるため、手間と時間がかるという欠
点がある。の方法は、測定子と測定対象物表面とのギ
ャップを光学測距手段で離散的に逐次測定し、得られた
データを所定のアルゴリズムで処理して測定対象物の内
径寸法を求めるため、測定に時間がかかるという欠点が
ある。の方法は、レーザ光源と透過光観察部とを測定
対象物を挟んで両側に対向配置しなければならないか
ら、測定対象物より広い空間を必要とする。また、光学
系に高価な部品を多く必要とするため、製造コストが高
いという欠点がある。

【０００６】ここに、本発明の目的は、このような従来
の欠点を全て解消し、構造が簡単かつコンパクトで、し
かも、簡易、迅速かつ高精度に直径寸法を非接触で測定
することができる直径測定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】そのため、本
発明の直径測定装置は、測定対象物と測定子との間の静
電容量を測定し、この静電容量を基に測定対象物の内径
寸法や外径寸法などの直径寸法を非接触で測定できるよ
うにしたものである。そこで、まず、本発明の測定原理
について説明する。たとえば、図１に示すように、測定
対象である穴Ｈの中心軸Ｌ₁に対して、測定子１の中心
軸Ｌ₂が距離ｄだけ偏心し、かつ、角度θだけ傾いた姿
勢で挿入されている状態を考える。測定子１には電極３
₁,３₂,３₃が形成され、これにより、各電極３₁,３₂,３
₃と穴Ｈの導体壁との間には静電容量Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃が形
成されている。

【０００８】いま、測定子１が理想的な姿勢（θ＝０，
ｄ＝０）にあるとき、たとえば、電極３₁ と穴Ｈの導体
壁とで形成する円筒型コンデンサの静電容量Ｃ₁ は、軸
方向の単位長さあたり、１／Ｃ₁＝（２πε₀)^-1 log〔 x／a 〕………（１）で表される。ここで、ε₀ は真空中の誘電率、ａは測定
子１の細径部の半径寸法でそれぞれ既知であるから、静
電容量Ｃ₁を測定すれば、上記（１）式を用いて穴Ｈの
直径寸法（２・ｘ）を求めることができる。

【０００９】また、ｄ≠０のときは、１／Ｃ₁＝（２πε₀)^-1 Arccosh〔 (x²＋a²−d²) ／(2ax) 〕……（２）で表される。静電容量Ｃ₂については、上記（２）式中
のａを測定子１の太径部の半径寸法ｂに変えればよい。
なお、（２）式において、ｄ＝０とすると、（１）式の
右辺と一致する。以上のことから、ｄ≠０のときは、円
筒型コンデンサの静電容量Ｃ₁ と円筒型コンデンサの静
電容量Ｃ₂とをそれぞれ測定すれば、（２）式を用いて
穴Ｈの直径寸法（２・ｘ）を求めることができる。

【００１０】本発明においては、測定子１に同芯で径の
異なる直径（２・ａ，２・ｂ）を有する第１および第２
の測定子部２_1,２₂を軸方向に設け、第１の測定子部２
₁に第１電極３₁を、第２の測定子部２₂に第２電極３
₂をそれぞれに全周に亘って設ける。これにより、第１
電極３₁と穴Ｈの導体壁との間に形成される第１静電容
量Ｃ₁ および第２電極３₂と穴Ｈの導体壁との間に形成
される第２静電容量Ｃ ₂に対して、ｘとｄとの２つの未
知数が（２）式でそれぞれ与えられるから、これらから
ｄを消去すればｘを静電容量Ｃ₁,Ｃ₂の関数で求めるこ
とができる。

【００１１】次に、傾き角度θがある場合では、境界条
件が複雑となり、解析的に表すのは難しい。そこで、本
発明では、円筒の対称性を利用し、θの影響を排除する
ようにしている。図１において、電極３₃に着目する
と、もしθ＝０となるように、測定子１の姿勢が調整さ
れれば、円筒の対称性から（各々の円筒度が高いとの前
提の下に）ｄ≠０であってもＣ₁＝Ｃ₃となる。従っ
て、静電容量Ｃ₁,Ｃ₃( もしくはこれらを反映した量）
を随時検出しながら、 IＣ₁-Ｃ₃I＝０（もしくは所定許
容値以下）となるように、測定子１の姿勢を調整し、 I
Ｃ₁-Ｃ₃I＝０（もしくは所定許容値以下）となったこと
を条件として、ｘを静電容量Ｃ₁,Ｃ₂との関数で求めれ
ば、θの影響を排除できる。

【００１２】このような測定原理に基づき、本発明の直
径測定装置は、次の構成としてある。つまり、同芯で径
の異なる直径を有する第１および第２の測定子部を軸方
向に備え、かつ、第１の測定子部に第１電極を、第２の
測定子部に第２電極をそれぞれ全周に亘って設けた絶縁
体からなる測定子と、前記第１電極とこれに対向する測
定対象壁との間で形成する第１静電容量に基づく値を検
出する第１の検出手段と、前記第２電極とこれに対向す
る測定対象壁との間で形成する第２静電容量に基づく値
を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段から
の第１静電容量検出信号と前記第２の検出手段からの第
２静電容量検出信号とから測定対象壁の直径または半径
寸法を算出する演算手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１３】ここで、前記測定子の第１の測定子部に第
３電極を全周に亘って設けるとともに、前記第３電極と
これに対向する測定対象壁との間で形成する第３静電容
量に基づく値を検出する第３の検出手段を設け、前記演
算手段は、前記第１の検出手段からの第１静電容量検出
信号と前記第３の検出手段からの第３静電容量検出信号
とが等しくなるように前記測定子の姿勢が調整されてい
る状態において、前記第１の検出手段からの第１静電容
量検出信号と前記第２の検出手段からの第２静電容量検
出信号とから測定対象壁の直径または半径寸法を算出す
る、構成でもよい。

【００１４】また、前記第１および第２電極は、それぞ
れの測定子部に軸方向に平行に設けられた複数の電極群
から構成され、前記第１の検出手段は、前記第１電極群
のうちの任意の１つの電極と測定対象壁との間で形成す
る第１静電容量に基づく値を検出する第１検出部と、前
記第１電極群のうちからいずれか１つの電極を第１検出
部に選択的に切替え結合する第１切替部とを有し、前記
第２の検出手段は、前記第２電極群のうちの任意の１つ
の電極と測定対象壁との間で形成する第２静電容量に基
づく値を検出する第２検出部と、前記第２電極群のうち
からいずれか１つの電極を第２検出部に選択的に切替え
結合する第２切替部とを有し、前記演算手段は、前記第
１切替部の選択的切替えによって前記第１検出部を通じ
て得られる複数の静電容量検出信号の平均値を算出する
第１平均値算出部と、前記第２切替部の選択的切替えに
よって前記第２検出部を通じて得られる複数の静電容量
検出信号の平均値を算出する第２平均値算出部と、前記
第１および第２平均値算出部で算出された平均値から測
定対象壁の直径または半径寸法を算出する寸法算出部と
を有する、構成でもよい。

【００１５】また、前記演算手段は、前記第１切替部の
選択的切替えによって前記第１検出部を通じて得られる
複数の静電容量検出信号の平均値を算出する第１平均値
算出部と、前記第２切替部の選択的切替えによって前記
第２検出部を通じて得られる複数の静電容量検出信号の
平均値を算出する第２平均値算出部と、前記第１および
第２平均値算出部で算出された平均値から測定対象壁の
直径または半径寸法を算出する寸法算出部と、前記第１
切替部を選択的に切替えるとともに前記第１検出部を通
じて得られるいずれか２つの静電容量検出信号および前
記第２切替部を選択的に切替えるとともに前記第２検出
部を通じて得られるいずれか２つの静電容量検出信号を
それぞれ取り込み、各２つの静電容量検出信号の差がそ
れぞれ０または許容値以下になったときに前記寸法算出
部に演算開始指令を与える制御部とを有する、構成でも
よい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の直径測定装置を図に示す実施
例に基づいて詳細に説明する。第１実施例第１実施例を図２および図３に示す。これは、測定対象
である穴Ｈの内径（直径）を測定する場合の例である。
なお、穴Ｈの内壁は、導体で外部と結合する電極を構成
している。本実施例の直径測定装置は、図２に示す如
く、測定子１と、第１の検出手段としてのブリッジ回路
６₁と、第２の検出手段としてのブリッジ回路６₂と、
第３の検出手段としてのブリッジ回路６₃と、前記ブリ
ッジ回路６₁からの検出信号と前記ブリッジ回路６₃か
らの検出信号とが等しくなるように前記測定子１の姿勢
が調整されている状態において、前記ブリッジ回路６₁
からの検出信号と前記ブリッジ回路６₂からの検出信号
とから測定対象である穴Ｈの半径寸法ｘ〔または直径寸
法（２・ｘ）；以下同じ〕を算出する演算手段７とを含
んで構成されている。

【００１７】前記測定子１は、絶縁体によって形成され
ているとともに、同芯で径の異なる外径（測定対象の穴
Ｈの内径に近い直径２・ａ，２・ｂ）を有する第１およ
び第２の測定子部２₁,２₂を軸方向に備える形態であ
る。第１の測定子部２₁ には第１電極３₁ および第３電
極３₃が、第２の測定子部２₂には第２電極３₂が、そ
れぞれ形成されている。これらの第１，第２，第３電極
３₁,３₃,３₂は、軸方向に平行に、かつ、それぞれ同一
幅で全周に亘って薄帯状に形成されている。

【００１８】前記ブリッジ回路６₁は、前記第１電極３
₁ とこれに対向する穴Ｈの導体壁とに接続され、その第
１電極３₁ と穴Ｈの導体壁との間で形成する静電容量Ｃ
₁によるインピーダンスＺ₁＝１／ｊωＣ₁（ただし、
ｊは虚数単位、ωはブリッジ回路に印加する交流電源の
角周波数である。）を検出する。また、前記ブリッジ回
路６₂は、前記第２電極３₂とこれに対向する穴Ｈの導
体壁とに接続され、その第２電極３₂と穴Ｈの導体壁と
の間で形成する静電容量Ｃ₂によるインピーダンスＺ₂
＝１／ｊωＣ₂を検出する。更に、前記ブリッジ回路６
₃は、前記第３電極３₃とこれに対向する穴Ｈの導体壁
とに接続され、その第３電極３₃と穴Ｈの導体壁との間
で形成する静電容量Ｃ₃によるインピーダンスＺ₃＝１
／ｊωＣ ₃を検出する。

【００１９】前記演算手段７は、前記ブリッジ回路６₁
からのインピーダンス検出信号Ｚ₁と前記ブリッジ回路
６₂からのインピーダンス検出信号Ｚ₂とから穴Ｈの半
径寸法ｘを算出する寸法算出部９Ａと、この寸法算出部
９Ａにおける演算アルゴリズムに対応する命令群を格納
したアルゴリズム格納部９Ｂと、前記ブリッジ回路６ ₁
からのインピーダンス検出信号Ｚ₁とブリッジ回路６₃
からのインピーダンス検出信号Ｚ₃とを基にこれらが等
しくなるように前記測定子１の姿勢を調整する姿勢調整
装置Ａに対して調整動作指令を与えるとともに、これら
が互いに等しくなったことを条件として前記寸法算出部
９Ａに演算開始指令を与える制御部１０とから構成され
ている。

【００２０】前記寸法算出部９Ａは、図３に示す如く、
前記各ブリッジ回路６₁,６₂からのインピーダンス検出
信号Ｚ_1,Ｚ₂をデジタル信号に変換する２つのＡ／Ｄコ
ンバータ９Ａ−１，９Ａ−２と、この各Ａ／Ｄコンバー
タ９Ａ−１，９Ａ−２を通じて与えられる各ブリッジ回
路６₁,６₂からのインピーダンス検出信号Ｚ_1,Ｚ₂を前
記アルゴリズム格納部９Ｂに格納された命令群に基づい
処理し、穴Ｈの半径寸法ｘを算出するコンピュータ９Ａ
−３を含む。なお、前記姿勢調整装置Ａとしては、前記
制御部１０から出される調整動作指令に基づいて測定子
１の姿勢を自動的に調整するもの、あるいは、調整動作
指令に基づいてオペレータが手動的に調整するものなど
いずれでもよい。例えば、特開平５−１７２９７０号公
報に記載された「レベリング装置」などを利用すること
ができる。

【００２１】次に、測定方法を説明する。まず、測定の
前段階として、測定子１の姿勢調整を行う。つまり、図
１に示したように、測定対象である穴Ｈの中心軸Ｌ₁と
測定子１の中心軸Ｌ₂との相対的な傾き角度θを姿勢調
整装置Ａによって調整する。これは、制御部１０におい
て、ブリッジ回路６₁からのインピーダンス検出信号Ｚ
₁とブリッジ回路６₃からのインピーダンス検出信号Ｚ
₃とを受け取り、Ｚ₁＝Ｚ₃となるように、姿勢調整装
置Ａに対して調整動作指令を与える。この場合、制御部
１０において、 IＺ ₁−Ｚ₃Iの信号を出力し、オペレー
タがその信号が IＺ₁−Ｚ₃I＜（許容値）になるように
姿勢調整装置Ａを調整するようにすることもできる。

【００２２】やがて、制御部１０は、インピーダンス検
出信号Ｚ₁,Ｚ₃を基に、測定子１の姿勢が図２に示す姿
勢（θ＝０）になったと判断すると、寸法算出部９Ａに
対して演算開始指令を与える。すると、寸法算出部９Ａ
は、前記アルゴリズム格納部９Ｂに格納された演算アル
ゴリズムに基づく命令群に基づいて、各ブリッジ回路６
₁,６₂からのインピーダンス検出信号Ｚ₁,Ｚ₂の値およ
び（２）式よりｄを消去して穴Ｈの半径寸法ｘを算出す
る。

【００２３】従って、第１実施例によれば、測定子１を
測定対象である穴Ｈ内に挿入し、姿勢を調整するだけ
で、つまり、測定子１の中心軸Ｌ₂を穴Ｈの中心軸Ｌ₁
に対して一致させることなく偏心した状態でも、穴Ｈの
半径寸法ｘを非接触で測定することができる。そのた
め、測定対象物を傷つけることなく、穴Ｈの半径寸法ｘ
を簡易かつ迅速に測定することができる。

【００２４】また、測定子１の姿勢調整にあたっては、
測定子１の第１の測定子部２₁に第１，第３電極３₁,３
₃を設け、この各電極３₁,３₃と穴Ｈの導体壁との間で
形成する静電容量Ｃ₁,Ｃ₃によるインピーダンスＺ₁,Ｚ
₃を検出するようにしているから、それらが互いに等し
くなるように測定子１の姿勢を調整すればよいから、測
定子１の姿勢調整を容易に行うことができる。

【００２５】また、構成的にも簡単であるから安価にで
きる。特に、測定子１は、径の異なる第１および第２の
測定子部２_1,２₂に第１，第３電極３₁,３₃および第２
電極３₂を設けるだけでよいから、簡単なうえ、軽量か
つコンパクトにできる。そのため、ＮＣ工作機械や三次
元測定機などに組み込んで使用することができる。

【００２６】なお、上記実施例では、ブリッジ回路６₁
からのインピーダンス検出信号Ｚ₁とブリッジ回路６₂
からのインピーダンス検出信号Ｚ₂とから穴Ｈの半径寸
法ｘを算出するようにしたが、図２の状態においては、
Ｃ₁=Ｃ₃、つまり、Ｚ₁=Ｚ₃であるから、寸法算出部９
Ａへの入力Ｚ₁ の代わりにＺ₃を用いるようにしても同
様な効果を奏することができる。

【００２７】第２実施例第２実施例を図４に示す。これも、内径を測定する場合
の例である。なお、同図の説明にあたって、前記第１実
施例と同一構成要件については、同一符号を付し、その
説明を省略もしくは簡略化する。本実施例の測定子１１
には、前記第１の測定子部２₁に前記第１電極を構成す
るｍ枚（ｍ≧２）の第１電極群３₁₁〜３_1mが、前記第２
の測定子部２₂に前記第２電極を構成するｎ枚（ｎ≧
２）の第２電極群３₂₁〜３_2nが、軸方向に平行に、か
つ、それぞれ同一幅で全周に亘って薄帯状に形成されて
いる。

【００２８】また、第１の検出手段１４₁は、前記第１
電極群３₁₁〜３_1mのうちの任意の１つの電極と穴Ｈの導
体壁との間で形成する第１静電容量Ｃ₁₁〜Ｃ_1mによるイ
ンピーダンスＺ_1i( ただし、_i= ₁〜_m )を検出する第
１検出部としてのブリッジ回路１６₁と、前記第１電極
群３₁₁〜３_1mのうちから後述する制御部２０によって指
定されるいずれか１つの電極を前記ブリッジ回路１６₁
に選択的に切替え結合する第１切替部としてのスイッチ
１５₁とから構成されている。また、第２の検出手段１
４₂は、前記第２電極群３₂₁〜３_2nのうちの任意の１つ
の電極と穴Ｈの導体壁との間で形成する第２静電容量Ｃ
₂₁〜Ｃ_2nによるインピーダンスＺ_2j( _j= ₁〜_n )を検
出する第２検出部としてのブリッジ回路１６₂と、前記
第２電極群３₂₁〜３_2nのうちから後述する制御部２０に
よって指定されるいずれか１つの電極を前記ブリッジ回
路１６₂に選択的に切替え結合する第２切替部としての
スイッチ１５₂とから構成されている。

【００２９】また、演算手段１７は、前記スイッチ１５
₁の選択的切替えによって前記ブリッジ回路１６₁を通
じて得られる複数のインピーダンス検出信号Ｚ_1iの平均
値を算出する第１平均値算出部１８₁と、前記スイッチ
１５₂の選択的切替えによって前記ブリッジ回路１６₂
を通じて得られる複数のインピーダンス検出信号Ｚ_2jの
平均値を算出する第２平均値算出部１８₂と、前記第１
および第２平均値算出部１８_1,１８₂で算出された平均
値から穴Ｈの半径寸法ｘを算出する寸法算出部１９Ａ
と、この寸法算出部１９Ａにおける演算アルゴリズムに
対応する命令群を格納したアルゴリズム格納部１９Ｂ
と、前記スイッチ１５₁を選択的に切替えるとともにそ
れによって前記ブリッジ回路１６₁を通じて得られるい
ずれか２つのインピーダンス検出信号Ｚ_1k,Ｚ_1Lおよび
前記スイッチ１５₂を選択的に切替えるとともにそれに
よって前記ブリッジ回路１６₂を通じて得られるいずれ
か２つのインピーダンス検出信号Ｚ_2p,Ｚ_2qをそれぞれ
取り込み、各２つのインピーダンス検出信号Ｚ
_1k,Ｚ_1L、Ｚ_2p,Ｚ_2qが互いに等しくなるように姿勢調
整装置Ａに対して調整動作指令を出力し、かつ、各２つ
のインピーダンス検出信号Ｚ_1k,Ｚ_1L、Ｚ_2p,Ｚ_2qの差
がそれぞれ０または許容値以下になったときに前記寸法
算出部９Ａに演算開始指令を与える制御部２０とから構
成されている。

【００３０】次に、測定方法を説明する。まず、第１実
施例と同様に、測定子１の姿勢調整を行う。これには、
制御部２０によりスイッチ１５₁を切り替えながら、第
１電極群３₁₁〜３_1mのうちの１つと穴Ｈの導体壁との間
で形成する静電容量によるインピーダンスＺ_1iをブリッ
ジ回路１６₁の出力として順次モニタし、いずれか２つ
のインピーダンス検出信号Ｚ_1k,Ｚ_1Lが互いに等しくな
るように、かつ、制御部２０によりスイッチ１５₂を切
り替えながら、第２電極群３₂₁〜３_2nのうちの１つと穴
Ｈの導体壁との間で形成するの静電容量によるインピー
ダンスＺ_2jをブリッジ回路１６₂の出力として順次モニ
タし、いずれか２つのインピーダンス検出信号Ｚ_2p,Ｚ
_2qが互いに等しくなるように、姿勢調整装置Ａに対して
調整動作指令を与える。このとき、２つのインピーダン
ス検出信号Ｚ_1k,Ｚ_1L、Ｚ_2p,Ｚ_2qは、各測定子部２₁,
２₂において最も離れた両端に位置する電極によるもの
を選べば、傾き検出に有利である。

【００３１】やがて、制御部２０は、２つのインピーダ
ンス検出信号Ｚ_1k,Ｚ_1L，Ｚ_2p,Ｚ _2qを基に、測定子１
の姿勢が図４に示す姿勢（θ＝０）になったと判断する
と、スイッチ１５₁を切り替えながら、第１電極群３₁₁
〜３_1mの各電極と穴Ｈの導体壁との間で形成する静電容
量によるインピーダンスｍ個をブリッジ回路１６₁によ
って、また、スイッチ１５₂を切り替えながら、第２電
極群３₂₁〜３_2nの各電極と穴Ｈの導体壁との間で形成す
る静電容量によるインピーダンスｎ個をブリッジ回路１
６₂によって、それぞれ検出するよう制御を行う。

【００３２】このようにして得られたｍ個およびｎ個の
インピーダンス検出信号Ｚ_1i，Ｚ_2jは、それぞれ平均値
算出部１８₁,１８₂に記憶され、そこで、それぞれのイ
ンピーダンス検出信号Ｚ_1i，Ｚ_2jの平均値が算出された
のち、寸法算出部１９Ａに与えられる。寸法算出部１９
Ａは、前記アルゴリズム格納部１９Ｂに格納された演算
アルゴリズムに基づく命令群に基づいて、各平均値算出
部１８₁,１８₂からのインピータンス検出信号の平均値
および（２）式よりｄを消去して穴Ｈの半径寸法ｘを算
出する。

【００３３】従って、第２実施例によれば、第１実施例
で述べた効果に加え、第１電極群３ ₁₁〜３_1mと穴Ｈの導
体壁との間で形成する静電容量Ｃ₁₁〜Ｃ_1mによるｍ個の
インピーダンスＺ_1iの平均値を求めるとともに、第２電
極群３₂₁〜３_2nと穴Ｈの導体壁との間で形成する静電容
量Ｃ₂₁〜Ｃ_2nによるｎ個のインピーダンスＺ_1jの平均値
を求めるようにしたので、測定精度の向上が期待でき
る。

【００３４】なお、第１実施例では、ブリッジ回路６₁,
６₃からインピーダンス検出信号Ｚ ₁,Ｚ₃を基にこれら
が等しくなるように姿勢調整装置Ａを介して測定子１の
姿勢を調整し、また、第２実施例では、ブリッジ回路１
６₁の出力のうちいずれか２つのインピーダンス検出信
号Ｚ_1k,Ｚ_1Lが互いに等しくなるように、かつ、ブリッ
ジ回路１６₂の出力のうちいずれか２つのインピーダン
ス検出信号Ｚ_2p,Ｚ_2qが互いに等しくなるように姿勢調
整装置Ａを介して測定子１の姿勢を調整し、それぞれ両
信号が等しくなったことを条件として、寸法算出部９
Ａ，１９Ａにおける演算を開始するようにしたが、測定
子１，１１が穴Ｈの中心軸Ｌ₁に対してほぼ平行な姿勢
で挿入されることが確保されている条件下では、これら
の姿勢調整を行わなくてもよい。たとえば、ジグボーラ
や高精度加工用マシニングセンタなどのように、穴Ｈを
有する被加工物の移動面（水平）に対し予め垂直度が所
定の誤差内に調整されているスピンドル軸（上下軸）に
測定子１，１１を取りつけた場合には、姿勢調整を行わ
なくてもよい。

【００３５】また、上記各実施例では、第１の測定子部
２₁の直径（２・ａ）に対して第２測定子部２₂の直径
（２・ｂ）を大きくしたが、これとは逆に、第１の測定
子部２₁の直径（２・ａ）に対して第２測定子部２₂の
直径（２・ｂ）を小さくしてもよい。

【００３６】また、上記各実施例では、いずれも内径測
定の例を挙げたが、測定子１，１１と測定対象である穴
Ｈとの幾何学的関係をそっくり入れ替えると、つまり、
測定対象物が円筒度の高い外径を有し、測定子が内径の
異なる２つの測定子部を有する形態とすれば、本発明の
原理と方法は、外径測定に対してもそのまま適用できる
ことは明らかである。従って、図５に示すように、径が
異なる外径（２ａ_O２ｂ_O）を有する２つの測定子部２
_1,２₂および径が異なる内径（２ａ_i,２ｂ_i）を有する
２つの測定部２２_1,２２₂を軸方向に形成すれば、１つ
の測定子２１で測定対象物の内外径を測定することがで
きる。なお、３₁,３₂,３₃ は測定子部２ _1,２₂ 側に形成
された電極、２３₁,２３₂,２３₃ は測定子部２２_1,２２
₂ 側に形成された電極である。

【００３７】

【発明の効果】以上の通り、本発明の直径測定装置によ
れば、構造が簡単かつコンパクトで、しかも、簡易、迅
速かつ高精度に直径寸法を非接触で測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定原理を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す図である。

【図３】同上実施例における演算手段を示すブロック図
である。

【図４】本発明の第２実施例を示す図である。

【図５】同上各実施例における測定子を内外径測定用に
改良した例を示す図である。

【符号の説明】

１，１１，２１測定子２₁,２２₁ 第１の測定子部２₂,２２₂ 第２の測定子部３₁,２３₁ 第１電極３₂,２３₂ 第２電極３_3,２３₃ 第３電極３₁₁〜３_1m 第１電極群３₂₁〜３_2n 第２電極群６₁ ブリッジ回路（第１の検出手段）６₂ ブリッジ回路（第２の検出手段）６₃ ブリッジ回路（第３の検出手段）７，１７演算手段９Ａ，１９Ａ寸法算出部１０，２０制御部１４₁ 第１の検出手段１４₂ 第２の検出手段１５₁ スイッチ（第１切替部）１５₂ スイッチ（第２切替部）１６₁ ブリッジ回路（第１検出部）１６₂ ブリッジ回路（第２検出部）１８₁ 第１平均値算出部１８₂ 第２平均値算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸茂千尋神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１株式会社ミツトヨ内 (72)発明者西村国俊神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１株式会社ミツトヨ内 (72)発明者岡本清和神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１株式会社ミツトヨ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同芯で径の異なる直径を有する第１および
第２の測定子部を軸方向に備え、かつ、第１の測定子部
に第１電極を、第２の測定子部に第２電極をそれぞれ全
周に亘って設けた絶縁体からなる測定子と、前記第１電極とこれに対向する測定対象壁との間で形成
する第１静電容量に基づく値を検出する第１の検出手段
と、前記第２電極とこれに対向する測定対象壁との間で形成
する第２静電容量に基づく値を検出する第２の検出手段
と、前記第１の検出手段からの第１静電容量検出信号と前記
第２の検出手段からの第２静電容量検出信号とから測定
対象壁の直径または半径寸法を算出する演算手段と、を備えたことを特徴とする直径測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の直径測定装置において、前記測定子の第１の測定子部に第３電極を全周に亘って
設けるとともに、前記第３電極とこれに対向する測定対象壁との間で形成
する第３静電容量に基づく値を検出する第３の検出手段
を設け、前記演算手段は、前記第１の検出手段からの第１静電容
量検出信号と前記第３の検出手段からの第３静電容量検
出信号とが等しくなるように前記測定子の姿勢が調整さ
れている状態において、前記第１の検出手段からの第１
静電容量検出信号と前記第２の検出手段からの第２静電
容量検出信号とから測定対象壁の直径または半径寸法を
算出する、ことを特徴とする直径測定装置。
【請求項３】請求項１に記載の直径測定装置において、前記第１および第２電極は、それぞれの測定子部に軸方
向に平行に設けられた複数の電極群から構成され、前記第１の検出手段は、前記第１電極群のうちの任意の
１つの電極と測定対象壁との間で形成する第１静電容量
に基づく値を検出する第１検出部と、前記第１電極群の
うちからいずれか１つの電極を第１検出部に選択的に切
替え結合する第１切替部とを有し、前記第２の検出手段は、前記第２電極群のうちの任意の
１つの電極と測定対象壁との間で形成する第２静電容量
に基づく値を検出する第２検出部と、前記第２電極群の
うちからいずれか１つの電極を第２検出部に選択的に切
替え結合する第２切替部とを有し、前記演算手段は、前記第１切替部の選択的切替えによっ
て前記第１検出部を通じて得られる複数の静電容量検出
信号の平均値を算出する第１平均値算出部と、前記第２
切替部の選択的切替えによって前記第２検出部を通じて
得られる複数の静電容量検出信号の平均値を算出する第
２平均値算出部と、前記第１および第２平均値算出部で
算出された平均値から測定対象壁の直径または半径寸法
を算出する寸法算出部とを有する、ことを特徴とする直径測定装置。
【請求項４】請求項３に記載の直径測定装置において、前記演算手段は、前記第１切替部の選択的切替えによっ
て前記第１検出部を通じて得られる複数の静電容量検出
信号の平均値を算出する第１平均値算出部と、前記第２
切替部の選択的切替えによって前記第２検出部を通じて
得られる複数の静電容量検出信号の平均値を算出する第
２平均値算出部と、前記第１および第２平均値算出部で
算出された平均値から測定対象壁の直径または半径寸法
を算出する寸法算出部と、前記第１切替部を選択的に切
替えるとともに前記第１検出部を通じて得られるいずれ
か２つの静電容量検出信号および前記第２切替部を選択
的に切替えるとともに前記第２検出部を通じて得られる
いずれか２つの静電容量検出信号をそれぞれ取り込み、
各２つの静電容量検出信号の差がそれぞれ０または許容
値以下になったときに前記寸法算出部に演算開始指令を
与える制御部とを有する、ことを特徴とする直径測定装置。