外径測定方法および外径測定装置
【課題】心合わせ作業をせずとも円柱状被測定体の外径を高精度に測定できる方法および装置を提供する。
【解決手段】半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップ（Ｓ２）と、第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップ（Ｓ３）と、半径が未知である円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第２の測定ステップ（Ｓ４）と、第１の記憶ステップ（Ｓ３）で記憶された第１、第２、および第３の測定値と、第４、第５、および第６の測定値と、基準円柱状被測定体の半径とから、円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップ（Ｓ６）とを含む。
【解決手段】半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップ（Ｓ２）と、第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップ（Ｓ３）と、半径が未知である円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第２の測定ステップ（Ｓ４）と、第１の記憶ステップ（Ｓ３）で記憶された第１、第２、および第３の測定値と、第４、第５、および第６の測定値と、基準円柱状被測定体の半径とから、円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップ（Ｓ６）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外径測定方法および外径測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
棒鋼や鋼管等の円柱ないし円筒形状をなす鋼材製品の製造では、断面形状が製品全長に亘って一定であることが求められる。そのために、棒鋼や鋼管等の加工工程は多数段階に亘る圧延工程および矯正工程を有し、これらの加工工程中および加工工程後に製品全長に亘る断面形状を高精度に測定することが非常に重要となっている。
【０００３】
一方、円柱形状ないし円筒形状の被測定体（以降、外形のみを扱うので、これらの形状を区別せず円柱状被測定体という）の形状を測定するためには、円柱状被測定体の断面の仮中心位置と測定装置の中心位置とを合わせる作業（いわゆる心合わせ作業）が高精度測定に不可欠である。
【０００４】
このための技術として、円柱状被測定体の外周に配置したセンサを円周方向に回転させて半径方向の変位を測定することによって円柱状被測定体の断面の中心を算出する技術（例えば特許文献１を参照）、あるいはセンサを回転させる代わりに、円周方向にセンサを多数配置する技術（例えば特許文献２を参照）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８３１０７号公報
【特許文献２】特開２００２−９８５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、センサを円周方向に回転（または円柱状被測定体を回転）させる方式を加工工程中に適用しようとすると、円柱状被測定体の軸方向の搬送を止めてから円柱状被測定体の断面の中心位置を算出するか、あるいは軸方向の搬送と円周方向の回転とが併存した螺旋状走査で近似的に円柱状被測定体の断面の中心位置を算出せざるを得ない。その結果、搬送の停止または低速化による加工工程の効率低下、または螺旋状にセンサを走査することによる測定精度の低下という問題点があった。しかも、搬送中の円柱状被測定体の揺動のため、ある断面における中心位置を算出したとしても、その中心位置を円柱状被測定体の全長に亘り使用することはできない。また、センサを回転させる代わりに、円周方向にセンサを多数配置する方法を採用する場合でも、同一平面上に高精度のセンサを多数配置するのは寸法上の制約が大きいなどの問題点がある。
【０００７】
このため、加工工程中の測定でも円柱状被測定体の搬送を停止することなく、かつ全長に亘り断面形状を高精度に測定する方法として、心合わせ作業を必要としない測定方法が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、心合わせ作業をせずとも、円柱状被測定体の外径を高精度に測定できる方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる外径測定方法は、円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に第１、第２、および第３の変位センサを配置した外径測定装置を用いた外径測定方法であって、半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップと、前記第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップと、半径が未知である前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ第４、第５、および第６の測定値として測定する第２の測定ステップと、前記第１の記憶ステップで記憶された前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる外径測定装置は、円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に配置した第１、第２、および第３の変位センサと、半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第１、第２、および第３の測定値を記憶する第１、第２、および第３の記憶手段と、半径が未知の前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第４、第５、および第６の測定値を記憶する第４、第５、および第６の記憶手段と、前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる外径測定方法および外径測定装置は、心合わせ作業をせずとも、円柱状被測定体の外径を高精度に測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、３点法おける円柱状被測定体と透過光式変位センサの配置を説明する図である。
【図２】図２は、透過光式変位センサの測定値について説明する図である。
【図３】図３は、円柱状被測定体の中心と測定系の中心とが一致しない状態での測定について説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる外径測定装置の構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態にかかる外径測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態にかかる外径測定方法による測定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
〔測定原理〕
まず、本発明の実施形態の説明の前に、本発明の測定原理について説明する。なお、以下の説明では、被測定物の断面形状が円柱ないし円筒であると仮定した場合の半径を算出するので、この値を等価半径とし、簡単のため区別せず半径と称する。
【００１５】
図１は、透過光式変位センサを用いた３点法による円柱状被測定体の外径を測定するための透過光式変位センサと円柱状被測定体との配置を表す図である。また、図２は、図１における透過光式変位センサが測定する測定値について説明する図である。図２では、簡単のため、第１の変位センサ１のみを図示して説明するが、第２の変位センサ２および第３の変位センサ３についても同様の説明が成り立つ。
【００１６】
図１に示されるように、透過光式変位センサを用いた３点法では、円柱状被測定体Ａの円周断面の属する平面上に配置した第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３を利用する。第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３は、それぞれ投光部１１，２１，３１と受光部１２，２２，３２とを備え、
基準半径の方向（図１中ではｘ軸方向）からそれぞれ所定角度θ１，θ２，θ３の半径方向に関する円柱状被測定体Ａの変位を測定するように配置されている。
【００１７】
図２に示されるように、透過光式変位センサである第１の変位センサ１は、投光部１１と受光部１２を備え、投光部１１から射出した平行光１３を受光部内１２の撮像素子１４が検出する構成をしている。このとき、円柱状被測定体Ａが平行光１３の一部を遮った場合、受光部内１２の撮像素子１４は、円柱状被測定体Ａによって生じた影１５の大きさｓ１を検出することにより、円柱状被測定体Ａの半径方向の変位を測定する。
【００１８】
したがって、撮像素子１４により検出される影１５の大きさｓ１を第１の変位センサ１の測定値ｓ１とすると、円柱状被測定体Ａの半径Ｒは、測定系の中心Ｏから平行光１３までの距離であるオフセット量ｏ１を用いて、Ｒ＝ｓ１＋ｏ１と表現できる。
【００１９】
同様に、図２を用いた説明が第２の変位センサ２および第３の変位センサ３についても成り立つので、円柱状被測定体Ａの半径Ｒと第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３のそれぞれの測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３とは、
【数１】
と表される。ただし、ｏ１，ｏ２，ｏ３は、各変位センサ１，２，３のオフセット量である。
【００２０】
以上のように、３点法では、事前にオフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３を測定しておくと〔式１〕を用いて円柱状被測定体Ａの半径Ｒを測定することができる。しかしながら、上記に説明した〔式１〕が成立するためには、円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’を測定系の中心Ｏに一致させることが前提であり、現実的には加工工程などの搬送中における円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’を測定系の中心Ｏに一致させることは難しい。
【００２１】
その結果、搬送中の円柱状被測定体Ａを測定する場合、図３に示されるように、円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’と測定系の中心Ｏとが一致しない状態で、円柱状被測定体Ａの測定を行うことになる。すなわち、円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’と測定系の中心Ｏとのずれ量を（ｐ，ｑ）と表すと、円柱状被測定体Ａの半径Ｒと第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３との関係は、〔式１〕の代わりに、
【数２】
となり、ずれ量（ｐ，ｑ）を含んだ量となってしまう。しかも、このずれ量（ｐ，ｑ）は、円柱状被測定体Ａの搬送中に時々刻々と変化する量であり、一度このずれ量を測定したとしても、このずれ量を恒久的に使用することはできない。
【００２２】
そこで、〔式２〕から、ずれ量（ｐ，ｑ）の影響を排除するために、以下のような式変形を考える。
【００２３】
まず、
【数３】
を満たす（ｗ１，ｗ２)があれば、以下の〔式４〕のように、ずれ量（ｐ，ｑ）を消去することができることが解る。
【数４】
【００２４】
さらに、〔式４〕を整理すると、円柱状被測定体Ａの半径Ｒと第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３との関係は、以下のようになる。
【数５】
【００２５】
ここで、〔式５〕の右辺は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３のそれぞれのオフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３を含んでいる。ところが、これらのオフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３は、以下の方法により、半径Ｒ０が既知である基準円柱状被測定体の測定値によって消去することができる。
【００２６】
まず、半径Ｒ０が既知である基準円柱状被測定体に対する、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を取得しておく。すなわち、この基準円柱状被測定体の半径Ｒ０と測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３では、下式が成り立つ。
【数６】
【００２７】
一方、半径Ｒが未知である円柱状被測定体Ａの測定を行う。この測定における第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値をｍ１，ｍ２，ｍ３とすると、下式が成り立つ。
【数７】
【００２８】
すると、〔式６〕と〔式７〕との差をとることにより、オフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３を消去することができ、下式を得る。
【数８】
【００２９】
すなわち、〔式８〕からは、〔式３〕を満たす（ｗ１，ｗ２)があれば、未知であった円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する方法が得られることが解る。
【００３０】
ところで、〔式３〕を満たす（ｗ１，ｗ２)は、係数行列の逆行列を求めることにより、
【数９】
というように、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が測定する変位の半径方向の角度（θ1,θ2,θ3）により一意に求めることができることが解る。なお、上記説明ではθ1,θ2,θ3を図１におけるｘ軸を基準半径とした角度として説明したが、ｘ軸以外を基準半径としてθ1,θ2,θ3を定めても、〔式９〕における（ｗ１，ｗ２)は不変である。
【００３１】
したがって、どのように基準半径をとるかにかかわらず、〔式８〕は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が測定する変位方向の角度により一意に定まる関数であるといえる。
【００３２】
しかも、この関数〔式８〕に基準円柱状被測定体に対する測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３と基準円柱状被測定体の半径Ｒ０と円柱状被測定体Ａに対する測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３とを代入することにより、円柱状被測定体Ａの半径Ｒを計算できることが導かれた。
【００３３】
なお、上記測定原理は、変位センサとして透過光式変位センサの例を用いたが、透過光式変位センサに限らず、上記〔式２〕のようにずれ量（ｐ，ｑ）およびオフセットｏ１，ｏ２，ｏ３を含む測定系で適切に適用できる。
【００３４】
〔外径測定装置〕
次に、本発明の実施形態にかかる外径測定装置４について説明する。
【００３５】
図４は、本発明の実施形態にかかる外径測定装置４の構成を示す模式図である。図４に示されるように、本発明の実施形態にかかる外径測定装置４は、センサユニット５、記憶部６、演算部７、表示部８、入力部９、およびＡ／Ｄ変換器１６、２６、３６を備えている。
【００３６】
センサユニット５は、内部に第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３を有し、それらの内部配置は、図１で説明した通りとする。すなわち、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３は、それぞれ投光部１１，２１，３１と受光部１２，２２，３２とを備え、基準半径の方向（図１中ではｘ軸方向）からそれぞれ所定角度θ１，θ２，θ３の半径方向に関する円柱状被測定体Ａの変位を測定するように配置されている。
【００３７】
また、センサユニット５の内部の第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３は、それぞれＡ／Ｄ変換器１６、２６、３６を介して、演算部７と接続されている。さらに、記憶部６は、演算部７を介して入力された第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値を記憶するよう構成されている。
【００３８】
記憶部６は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値を、半径Ｒ０が既知である基準円柱状被測定体および半径Ｒが未知である円柱状被測定体について、それぞれ独立に記憶することができるように構成されている。すなわち、記憶部６は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３によって測定されたそれぞれ測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｍ１，ｍ２，ｍ３を記憶する第１、第２、第３、第４、第５、および第６の記憶手段として機能する。なお、これらの記憶手段は、物理的に分離した記憶手段である必要はなく、独立した変数として測定値を記憶部６に格納することにより実現すればよい。
【００３９】
演算部７は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３によって測定された測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｍ１，ｍ２，ｍ３を、記憶部６に読み書きする制御を行うことができる。さらに、演算部７は、記憶部６に記憶された測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｍ１，ｍ２，ｍ３および既知の半径Ｒ０から、〔式８〕に基づいて円柱状被測定体の半径を算出する演算を行う。例えば、演算部７は、ＲＯＭまたはＰＬＤなどの演算素子、あるいはＭＰＵ上で実行するプログラムなどで構成することができる。
【００４０】
表示部８は、演算部７に接続されており、演算部７によって算出された円柱状被測定体の半径、および外径測定装置４の操作に必要なその他の情報を表示する。
【００４１】
入力部９は、演算部７に接続されたキーボードなどの一般的なユーザーインターフェースで構成することができ、オペレーターが基準円柱状被測定体の既知の半径Ｒ０を入力する際に操作される。さらに、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の取り付け位置をオペレーターが変更し得る構成では、各変位センサが測定する変位方向の角度（θ1,θ2,θ3）を入力部９によりオペレーターが入力するのに用いることもできる。なお、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の取り付け位置を変更しない構成では、各変位センサの取り付け角度（または、これから一意に定まるキャンセル係数（ｗ１，ｗ２)）をプリセット値として記憶部６または演算部７に格納しておく構成も可能である。
【００４２】
なお、上記外径測定装置４の例では、３つの変位センサからなる場合について説明したが、変位センサを円周方向の角度を変えて複数配置することにより、より細かな測定が可能となるのは当然である。
【００４３】
〔外径測定方法〕
次に、先述の測定原理に従い円柱状被測定体Ａの半径Ｒを測定する外径測定方法について説明する。なお、以下の説明では、上記外径測定装置４を用いた外径測定方法について説明を行うが、本発明は、外径測定装置４の構成に限定されるものではない。
【００４４】
図５は、本発明の実施形態にかかる外径測定方法の手順を示すフローチャートである。図５に示されるように、本発明の実施形態にかかる外径測定方法は、開始直後に初期設定を行う（ステップＳ１）。
【００４５】
初期設定（ステップＳ１）では、外径測定装置４のオペレーターが、基準円柱状被測定体の既知の半径Ｒ０を入力部９に入力する作業である。さらに、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の取り付け角度を変更し得る構成においては、オペレーターが各変位センサ１，２，３の測定する変位の方向を入力することもできる。なお、この初期設定は、初期設定の値を記憶部６に保存しておくことにより、適宜、初期設定の実行を省略することが可能である。
【００４６】
次に、基準円柱状被測定体を外径測定装置４にセットして、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が、基準円柱状被測定体の測定を行う（ステップＳ２）。なお、ここでの測定とは、基準円柱状被測定体の半径そのものの測定ではなく、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を取得することをいう。そして、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を外径測定装置４の演算部７が記憶部６に記憶する（ステップＳ３）。
【００４７】
なお、この基準円柱状被測定体の測定（ステップＳ２）およびその測定値の記憶（ステップＳ３）は、半径Ｒが未知の円柱状被測定体Ａの測定ごとに実行してもよいが、測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を記憶部６に保存しておき、この測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を次回も利用することにより適度に実行頻度を省略することが可能である。
【００４８】
次に、被測定物である円柱状被測定体Ａを外径測定装置４にセットして、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が、円柱状被測定体Ａの測定を行う（ステップＳ４）。なお、ここでの測定とは、円柱状被測定体Ａの半径そのものの測定ではなく、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を取得することをいう。そして、この円柱状被測定体Ａの第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を演算部７が記憶部６に記憶する（ステップＳ５）。
【００４９】
その後、演算部７が、記憶部６に記憶されている基準円柱状被測定体に対する測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３とこの基準円柱状被測定体の半径Ｒ０と円柱状被測定体Ａに対する測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３とから、円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する（ステップＳ６）。この算出において、演算部７は、上述の〔式８〕を用いれば円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出することができる。
【００５０】
上記実施形態では、演算部７が測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を記憶部６に記憶した後に、記憶された測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を用いて円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する方法を説明した。しかしながら、演算部７が、測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を直接用いて円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する実施形態も可能である。
【００５１】
なお、上記の外径測定方法により測定された円柱状被測定体Ａの半径Ｒは、外径測定装置４の表示部８に表示される構成としてもよい。加工工程中に円柱状被測定体Ａの半径Ｒを測定した場合は、測定された円柱状被測定体Ａの半径Ｒの値を、圧延工程および矯正工程にフィードバックすることにより加工工程の調節に利用する構成としてもよい。
【００５２】
以上より、本発明の実施形態にかかる外径測定方法は、半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップと、第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップと、半径が未知である円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第２の測定ステップと、第２の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第４、第５、および第６の測定値として記憶する第２の記憶ステップと、第１、第２、および第３の測定値と、第４、第５、および第６の測定値と、基準円柱状被測定体の半径とから、円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップと、を含むことにより、心合わせ作業をせずとも、円柱状被測定体の外径を高精度に測定することができる。すなわち、本発明の実施形態にかかる外径測定方法は、心合わせ作業をする必要がないので、加工工程中に外径測定を行っても加工工程の障害となることはない。
【００５３】
〔測定例〕
最後に、本発明の効果を実証するために、本発明の実施形態にかかる外径測定方法により測定を行った測定例について説明する。
【００５４】
図６に示される表およびグラフは、本発明に従い、半径１０．００ｍｍのピンゲージで外径測定装置を校正し、その上で半径１５．００ｍｍのピンゲージを被測定物として測定したものである。本測定例の測定条件は、被測定物を静止状態で固定し、外径測定装置の測定系の中心（図３の例ではＯ）と、被測定物であるピンゲージの中心（図３の例ではＯ’）を１ｍｍ間隔でｙ軸方向に±４ｍｍの範囲で移動させて、被測定物の半径を２回測定したものである。また、本測定における外径測定装置の第１の変位センサ、第２の変位センサ、および第３の変位センサの取り付け角度は、ｘ軸を基準としてそれぞれθ１＝６０°，θ２＝１８０°，θ３＝３００°である。
【００５５】
図６から判るように、被測定物の中心が基準位置に一致した場合での真値と測定値との測定誤差は０．２μｍ以内と小さく、また被測定物を基準位置から±４ｍｍの範囲で移動させた場合も測定値の変動は±２．５μｍ以内である。このように、本発明にかかる外径測定方法によれば、簡単な測定方法によって高精度な外径測定が可能であり、かつ被測定物の遥動による影響が非常に小さい高精度な外径測定が可能である。なお、図６の測定例の結果のとおり、被測定物の遥動に対して非線形的な誤差がわずかに残存するが、測定器校正で一般的に利用される線形あるいは多項式回帰による補正法を併用することにより、この非線形的な誤差を除去してさらに精度を高めることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 第１の変位センサ
２ 第２の変位センサ
３ 第３の変位センサ
４ 外径測定装置
５ センサユニット
６ 記憶部
７ 演算部
８ 表示部
９ 入力部
１１ 投光部
１２ 受光部
２１ 投光部
２２ 受光部
３１ 投光部
３２ 受光部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外径測定方法および外径測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
棒鋼や鋼管等の円柱ないし円筒形状をなす鋼材製品の製造では、断面形状が製品全長に亘って一定であることが求められる。そのために、棒鋼や鋼管等の加工工程は多数段階に亘る圧延工程および矯正工程を有し、これらの加工工程中および加工工程後に製品全長に亘る断面形状を高精度に測定することが非常に重要となっている。
【０００３】
一方、円柱形状ないし円筒形状の被測定体（以降、外形のみを扱うので、これらの形状を区別せず円柱状被測定体という）の形状を測定するためには、円柱状被測定体の断面の仮中心位置と測定装置の中心位置とを合わせる作業（いわゆる心合わせ作業）が高精度測定に不可欠である。
【０００４】
このための技術として、円柱状被測定体の外周に配置したセンサを円周方向に回転させて半径方向の変位を測定することによって円柱状被測定体の断面の中心を算出する技術（例えば特許文献１を参照）、あるいはセンサを回転させる代わりに、円周方向にセンサを多数配置する技術（例えば特許文献２を参照）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８３１０７号公報
【特許文献２】特開２００２−９８５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、センサを円周方向に回転（または円柱状被測定体を回転）させる方式を加工工程中に適用しようとすると、円柱状被測定体の軸方向の搬送を止めてから円柱状被測定体の断面の中心位置を算出するか、あるいは軸方向の搬送と円周方向の回転とが併存した螺旋状走査で近似的に円柱状被測定体の断面の中心位置を算出せざるを得ない。その結果、搬送の停止または低速化による加工工程の効率低下、または螺旋状にセンサを走査することによる測定精度の低下という問題点があった。しかも、搬送中の円柱状被測定体の揺動のため、ある断面における中心位置を算出したとしても、その中心位置を円柱状被測定体の全長に亘り使用することはできない。また、センサを回転させる代わりに、円周方向にセンサを多数配置する方法を採用する場合でも、同一平面上に高精度のセンサを多数配置するのは寸法上の制約が大きいなどの問題点がある。
【０００７】
このため、加工工程中の測定でも円柱状被測定体の搬送を停止することなく、かつ全長に亘り断面形状を高精度に測定する方法として、心合わせ作業を必要としない測定方法が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、心合わせ作業をせずとも、円柱状被測定体の外径を高精度に測定できる方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる外径測定方法は、円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に第１、第２、および第３の変位センサを配置した外径測定装置を用いた外径測定方法であって、半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップと、前記第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップと、半径が未知である前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ第４、第５、および第６の測定値として測定する第２の測定ステップと、前記第１の記憶ステップで記憶された前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる外径測定装置は、円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に配置した第１、第２、および第３の変位センサと、半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第１、第２、および第３の測定値を記憶する第１、第２、および第３の記憶手段と、半径が未知の前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第４、第５、および第６の測定値を記憶する第４、第５、および第６の記憶手段と、前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる外径測定方法および外径測定装置は、心合わせ作業をせずとも、円柱状被測定体の外径を高精度に測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、３点法おける円柱状被測定体と透過光式変位センサの配置を説明する図である。
【図２】図２は、透過光式変位センサの測定値について説明する図である。
【図３】図３は、円柱状被測定体の中心と測定系の中心とが一致しない状態での測定について説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる外径測定装置の構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態にかかる外径測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態にかかる外径測定方法による測定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
〔測定原理〕
まず、本発明の実施形態の説明の前に、本発明の測定原理について説明する。なお、以下の説明では、被測定物の断面形状が円柱ないし円筒であると仮定した場合の半径を算出するので、この値を等価半径とし、簡単のため区別せず半径と称する。
【００１５】
図１は、透過光式変位センサを用いた３点法による円柱状被測定体の外径を測定するための透過光式変位センサと円柱状被測定体との配置を表す図である。また、図２は、図１における透過光式変位センサが測定する測定値について説明する図である。図２では、簡単のため、第１の変位センサ１のみを図示して説明するが、第２の変位センサ２および第３の変位センサ３についても同様の説明が成り立つ。
【００１６】
図１に示されるように、透過光式変位センサを用いた３点法では、円柱状被測定体Ａの円周断面の属する平面上に配置した第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３を利用する。第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３は、それぞれ投光部１１，２１，３１と受光部１２，２２，３２とを備え、
基準半径の方向（図１中ではｘ軸方向）からそれぞれ所定角度θ１，θ２，θ３の半径方向に関する円柱状被測定体Ａの変位を測定するように配置されている。
【００１７】
図２に示されるように、透過光式変位センサである第１の変位センサ１は、投光部１１と受光部１２を備え、投光部１１から射出した平行光１３を受光部内１２の撮像素子１４が検出する構成をしている。このとき、円柱状被測定体Ａが平行光１３の一部を遮った場合、受光部内１２の撮像素子１４は、円柱状被測定体Ａによって生じた影１５の大きさｓ１を検出することにより、円柱状被測定体Ａの半径方向の変位を測定する。
【００１８】
したがって、撮像素子１４により検出される影１５の大きさｓ１を第１の変位センサ１の測定値ｓ１とすると、円柱状被測定体Ａの半径Ｒは、測定系の中心Ｏから平行光１３までの距離であるオフセット量ｏ１を用いて、Ｒ＝ｓ１＋ｏ１と表現できる。
【００１９】
同様に、図２を用いた説明が第２の変位センサ２および第３の変位センサ３についても成り立つので、円柱状被測定体Ａの半径Ｒと第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３のそれぞれの測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３とは、
【数１】
と表される。ただし、ｏ１，ｏ２，ｏ３は、各変位センサ１，２，３のオフセット量である。
【００２０】
以上のように、３点法では、事前にオフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３を測定しておくと〔式１〕を用いて円柱状被測定体Ａの半径Ｒを測定することができる。しかしながら、上記に説明した〔式１〕が成立するためには、円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’を測定系の中心Ｏに一致させることが前提であり、現実的には加工工程などの搬送中における円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’を測定系の中心Ｏに一致させることは難しい。
【００２１】
その結果、搬送中の円柱状被測定体Ａを測定する場合、図３に示されるように、円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’と測定系の中心Ｏとが一致しない状態で、円柱状被測定体Ａの測定を行うことになる。すなわち、円柱状被測定体Ａの中心Ｏ’と測定系の中心Ｏとのずれ量を（ｐ，ｑ）と表すと、円柱状被測定体Ａの半径Ｒと第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３との関係は、〔式１〕の代わりに、
【数２】
となり、ずれ量（ｐ，ｑ）を含んだ量となってしまう。しかも、このずれ量（ｐ，ｑ）は、円柱状被測定体Ａの搬送中に時々刻々と変化する量であり、一度このずれ量を測定したとしても、このずれ量を恒久的に使用することはできない。
【００２２】
そこで、〔式２〕から、ずれ量（ｐ，ｑ）の影響を排除するために、以下のような式変形を考える。
【００２３】
まず、
【数３】
を満たす（ｗ１，ｗ２)があれば、以下の〔式４〕のように、ずれ量（ｐ，ｑ）を消去することができることが解る。
【数４】
【００２４】
さらに、〔式４〕を整理すると、円柱状被測定体Ａの半径Ｒと第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３との関係は、以下のようになる。
【数５】
【００２５】
ここで、〔式５〕の右辺は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３のそれぞれのオフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３を含んでいる。ところが、これらのオフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３は、以下の方法により、半径Ｒ０が既知である基準円柱状被測定体の測定値によって消去することができる。
【００２６】
まず、半径Ｒ０が既知である基準円柱状被測定体に対する、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を取得しておく。すなわち、この基準円柱状被測定体の半径Ｒ０と測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３では、下式が成り立つ。
【数６】
【００２７】
一方、半径Ｒが未知である円柱状被測定体Ａの測定を行う。この測定における第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値をｍ１，ｍ２，ｍ３とすると、下式が成り立つ。
【数７】
【００２８】
すると、〔式６〕と〔式７〕との差をとることにより、オフセット量ｏ１，ｏ２，ｏ３を消去することができ、下式を得る。
【数８】
【００２９】
すなわち、〔式８〕からは、〔式３〕を満たす（ｗ１，ｗ２)があれば、未知であった円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する方法が得られることが解る。
【００３０】
ところで、〔式３〕を満たす（ｗ１，ｗ２)は、係数行列の逆行列を求めることにより、
【数９】
というように、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が測定する変位の半径方向の角度（θ1,θ2,θ3）により一意に求めることができることが解る。なお、上記説明ではθ1,θ2,θ3を図１におけるｘ軸を基準半径とした角度として説明したが、ｘ軸以外を基準半径としてθ1,θ2,θ3を定めても、〔式９〕における（ｗ１，ｗ２)は不変である。
【００３１】
したがって、どのように基準半径をとるかにかかわらず、〔式８〕は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が測定する変位方向の角度により一意に定まる関数であるといえる。
【００３２】
しかも、この関数〔式８〕に基準円柱状被測定体に対する測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３と基準円柱状被測定体の半径Ｒ０と円柱状被測定体Ａに対する測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３とを代入することにより、円柱状被測定体Ａの半径Ｒを計算できることが導かれた。
【００３３】
なお、上記測定原理は、変位センサとして透過光式変位センサの例を用いたが、透過光式変位センサに限らず、上記〔式２〕のようにずれ量（ｐ，ｑ）およびオフセットｏ１，ｏ２，ｏ３を含む測定系で適切に適用できる。
【００３４】
〔外径測定装置〕
次に、本発明の実施形態にかかる外径測定装置４について説明する。
【００３５】
図４は、本発明の実施形態にかかる外径測定装置４の構成を示す模式図である。図４に示されるように、本発明の実施形態にかかる外径測定装置４は、センサユニット５、記憶部６、演算部７、表示部８、入力部９、およびＡ／Ｄ変換器１６、２６、３６を備えている。
【００３６】
センサユニット５は、内部に第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３を有し、それらの内部配置は、図１で説明した通りとする。すなわち、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３は、それぞれ投光部１１，２１，３１と受光部１２，２２，３２とを備え、基準半径の方向（図１中ではｘ軸方向）からそれぞれ所定角度θ１，θ２，θ３の半径方向に関する円柱状被測定体Ａの変位を測定するように配置されている。
【００３７】
また、センサユニット５の内部の第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３は、それぞれＡ／Ｄ変換器１６、２６、３６を介して、演算部７と接続されている。さらに、記憶部６は、演算部７を介して入力された第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値を記憶するよう構成されている。
【００３８】
記憶部６は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の測定値を、半径Ｒ０が既知である基準円柱状被測定体および半径Ｒが未知である円柱状被測定体について、それぞれ独立に記憶することができるように構成されている。すなわち、記憶部６は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３によって測定されたそれぞれ測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｍ１，ｍ２，ｍ３を記憶する第１、第２、第３、第４、第５、および第６の記憶手段として機能する。なお、これらの記憶手段は、物理的に分離した記憶手段である必要はなく、独立した変数として測定値を記憶部６に格納することにより実現すればよい。
【００３９】
演算部７は、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３によって測定された測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｍ１，ｍ２，ｍ３を、記憶部６に読み書きする制御を行うことができる。さらに、演算部７は、記憶部６に記憶された測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｍ１，ｍ２，ｍ３および既知の半径Ｒ０から、〔式８〕に基づいて円柱状被測定体の半径を算出する演算を行う。例えば、演算部７は、ＲＯＭまたはＰＬＤなどの演算素子、あるいはＭＰＵ上で実行するプログラムなどで構成することができる。
【００４０】
表示部８は、演算部７に接続されており、演算部７によって算出された円柱状被測定体の半径、および外径測定装置４の操作に必要なその他の情報を表示する。
【００４１】
入力部９は、演算部７に接続されたキーボードなどの一般的なユーザーインターフェースで構成することができ、オペレーターが基準円柱状被測定体の既知の半径Ｒ０を入力する際に操作される。さらに、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の取り付け位置をオペレーターが変更し得る構成では、各変位センサが測定する変位方向の角度（θ1,θ2,θ3）を入力部９によりオペレーターが入力するのに用いることもできる。なお、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の取り付け位置を変更しない構成では、各変位センサの取り付け角度（または、これから一意に定まるキャンセル係数（ｗ１，ｗ２)）をプリセット値として記憶部６または演算部７に格納しておく構成も可能である。
【００４２】
なお、上記外径測定装置４の例では、３つの変位センサからなる場合について説明したが、変位センサを円周方向の角度を変えて複数配置することにより、より細かな測定が可能となるのは当然である。
【００４３】
〔外径測定方法〕
次に、先述の測定原理に従い円柱状被測定体Ａの半径Ｒを測定する外径測定方法について説明する。なお、以下の説明では、上記外径測定装置４を用いた外径測定方法について説明を行うが、本発明は、外径測定装置４の構成に限定されるものではない。
【００４４】
図５は、本発明の実施形態にかかる外径測定方法の手順を示すフローチャートである。図５に示されるように、本発明の実施形態にかかる外径測定方法は、開始直後に初期設定を行う（ステップＳ１）。
【００４５】
初期設定（ステップＳ１）では、外径測定装置４のオペレーターが、基準円柱状被測定体の既知の半径Ｒ０を入力部９に入力する作業である。さらに、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３の取り付け角度を変更し得る構成においては、オペレーターが各変位センサ１，２，３の測定する変位の方向を入力することもできる。なお、この初期設定は、初期設定の値を記憶部６に保存しておくことにより、適宜、初期設定の実行を省略することが可能である。
【００４６】
次に、基準円柱状被測定体を外径測定装置４にセットして、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が、基準円柱状被測定体の測定を行う（ステップＳ２）。なお、ここでの測定とは、基準円柱状被測定体の半径そのものの測定ではなく、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を取得することをいう。そして、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を外径測定装置４の演算部７が記憶部６に記憶する（ステップＳ３）。
【００４７】
なお、この基準円柱状被測定体の測定（ステップＳ２）およびその測定値の記憶（ステップＳ３）は、半径Ｒが未知の円柱状被測定体Ａの測定ごとに実行してもよいが、測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を記憶部６に保存しておき、この測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３を次回も利用することにより適度に実行頻度を省略することが可能である。
【００４８】
次に、被測定物である円柱状被測定体Ａを外径測定装置４にセットして、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３が、円柱状被測定体Ａの測定を行う（ステップＳ４）。なお、ここでの測定とは、円柱状被測定体Ａの半径そのものの測定ではなく、第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を取得することをいう。そして、この円柱状被測定体Ａの第１の変位センサ１、第２の変位センサ２、および第３の変位センサ３による測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を演算部７が記憶部６に記憶する（ステップＳ５）。
【００４９】
その後、演算部７が、記憶部６に記憶されている基準円柱状被測定体に対する測定値ｓ１，ｓ２，ｓ３とこの基準円柱状被測定体の半径Ｒ０と円柱状被測定体Ａに対する測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３とから、円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する（ステップＳ６）。この算出において、演算部７は、上述の〔式８〕を用いれば円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出することができる。
【００５０】
上記実施形態では、演算部７が測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を記憶部６に記憶した後に、記憶された測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を用いて円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する方法を説明した。しかしながら、演算部７が、測定値ｍ１，ｍ２，ｍ３を直接用いて円柱状被測定体Ａの半径Ｒを算出する実施形態も可能である。
【００５１】
なお、上記の外径測定方法により測定された円柱状被測定体Ａの半径Ｒは、外径測定装置４の表示部８に表示される構成としてもよい。加工工程中に円柱状被測定体Ａの半径Ｒを測定した場合は、測定された円柱状被測定体Ａの半径Ｒの値を、圧延工程および矯正工程にフィードバックすることにより加工工程の調節に利用する構成としてもよい。
【００５２】
以上より、本発明の実施形態にかかる外径測定方法は、半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップと、第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップと、半径が未知である円柱状被測定体の半径方向の変位を第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第２の測定ステップと、第２の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第４、第５、および第６の測定値として記憶する第２の記憶ステップと、第１、第２、および第３の測定値と、第４、第５、および第６の測定値と、基準円柱状被測定体の半径とから、円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップと、を含むことにより、心合わせ作業をせずとも、円柱状被測定体の外径を高精度に測定することができる。すなわち、本発明の実施形態にかかる外径測定方法は、心合わせ作業をする必要がないので、加工工程中に外径測定を行っても加工工程の障害となることはない。
【００５３】
〔測定例〕
最後に、本発明の効果を実証するために、本発明の実施形態にかかる外径測定方法により測定を行った測定例について説明する。
【００５４】
図６に示される表およびグラフは、本発明に従い、半径１０．００ｍｍのピンゲージで外径測定装置を校正し、その上で半径１５．００ｍｍのピンゲージを被測定物として測定したものである。本測定例の測定条件は、被測定物を静止状態で固定し、外径測定装置の測定系の中心（図３の例ではＯ）と、被測定物であるピンゲージの中心（図３の例ではＯ’）を１ｍｍ間隔でｙ軸方向に±４ｍｍの範囲で移動させて、被測定物の半径を２回測定したものである。また、本測定における外径測定装置の第１の変位センサ、第２の変位センサ、および第３の変位センサの取り付け角度は、ｘ軸を基準としてそれぞれθ１＝６０°，θ２＝１８０°，θ３＝３００°である。
【００５５】
図６から判るように、被測定物の中心が基準位置に一致した場合での真値と測定値との測定誤差は０．２μｍ以内と小さく、また被測定物を基準位置から±４ｍｍの範囲で移動させた場合も測定値の変動は±２．５μｍ以内である。このように、本発明にかかる外径測定方法によれば、簡単な測定方法によって高精度な外径測定が可能であり、かつ被測定物の遥動による影響が非常に小さい高精度な外径測定が可能である。なお、図６の測定例の結果のとおり、被測定物の遥動に対して非線形的な誤差がわずかに残存するが、測定器校正で一般的に利用される線形あるいは多項式回帰による補正法を併用することにより、この非線形的な誤差を除去してさらに精度を高めることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 第１の変位センサ
２ 第２の変位センサ
３ 第３の変位センサ
４ 外径測定装置
５ センサユニット
６ 記憶部
７ 演算部
８ 表示部
９ 入力部
１１ 投光部
１２ 受光部
２１ 投光部
２２ 受光部
３１ 投光部
３２ 受光部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に第１、第２、および第３の変位センサを配置した外径測定装置を用いた外径測定方法であって、
半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップと、
半径が未知である前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ第４、第５、および第６の測定値として測定する第２の測定ステップと、
前記第１の記憶ステップで記憶された前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップと、
を含むことを特徴とする外径測定方法。
【請求項２】
前記第２の測定ステップで測定したそれぞれ前記第４、第５、および第６の測定値を記憶する第２の記憶ステップとを更に含み、
前記演算ステップは、前記第１の記憶ステップで記憶された前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出することを特徴とする請求項１に記載の外径測定方法。
【請求項３】
前記演算ステップは、前記第１、第２、および第３の変位センサが測定する変位方向の角度によって定まる関数に、前記基準円柱状被測定体の半径と前記第１、第２、および第３の測定値と前記第４、第５、および第６の測定値とを代入することによって、前記円柱状被測定体の半径を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の外径測定方法。
【請求項４】
前記関数は以下の式で表されることを特徴とする請求項３に記載の外径測定方法。
【数１】
ただし、ｓ１，ｓ２，ｓ３は、それぞれ前記第１、第２、および第３の測定値であり、ｍ１，ｍ２，ｍ３は、それぞれ前記第４、第５、および第６の測定値であり、θ１，θ２，θ３は、前記第１、第２、および第３の変位センサが測定する変位方向の基準半径からの角度であり、Ｒ０は、前記基準円柱状被測定体の半径である。
【請求項５】
前記変位センサは、透過光式変位センサであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の外径測定方法。
【請求項６】
円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に配置した第１、第２、および第３の変位センサと、
半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第１、第２、および第３の測定値を記憶する第１、第２、および第３の記憶手段と、
半径が未知の前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第４、第５、および第６の測定値を記憶する第４、第５、および第６の記憶手段と、
前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする外径測定装置。
【請求項１】
円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に第１、第２、および第３の変位センサを配置した外径測定装置を用いた外径測定方法であって、
半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定する第１の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで測定した測定値を、それぞれ第１、第２、および第３の測定値として記憶する第１の記憶ステップと、
半径が未知である前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ第４、第５、および第６の測定値として測定する第２の測定ステップと、
前記第１の記憶ステップで記憶された前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算ステップと、
を含むことを特徴とする外径測定方法。
【請求項２】
前記第２の測定ステップで測定したそれぞれ前記第４、第５、および第６の測定値を記憶する第２の記憶ステップとを更に含み、
前記演算ステップは、前記第１の記憶ステップで記憶された前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出することを特徴とする請求項１に記載の外径測定方法。
【請求項３】
前記演算ステップは、前記第１、第２、および第３の変位センサが測定する変位方向の角度によって定まる関数に、前記基準円柱状被測定体の半径と前記第１、第２、および第３の測定値と前記第４、第５、および第６の測定値とを代入することによって、前記円柱状被測定体の半径を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の外径測定方法。
【請求項４】
前記関数は以下の式で表されることを特徴とする請求項３に記載の外径測定方法。
【数１】
ただし、ｓ１，ｓ２，ｓ３は、それぞれ前記第１、第２、および第３の測定値であり、ｍ１，ｍ２，ｍ３は、それぞれ前記第４、第５、および第６の測定値であり、θ１，θ２，θ３は、前記第１、第２、および第３の変位センサが測定する変位方向の基準半径からの角度であり、Ｒ０は、前記基準円柱状被測定体の半径である。
【請求項５】
前記変位センサは、透過光式変位センサであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の外径測定方法。
【請求項６】
円柱状被測定体の円周断面の属する平面上に配置した第１、第２、および第３の変位センサと、
半径が既知である基準円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第１、第２、および第３の測定値を記憶する第１、第２、および第３の記憶手段と、
半径が未知の前記円柱状被測定体の半径方向の変位を前記第１、第２、および第３の変位センサによってそれぞれ測定した第４、第５、および第６の測定値を記憶する第４、第５、および第６の記憶手段と、
前記第１、第２、および第３の測定値と、前記第４、第５、および第６の測定値と、前記基準円柱状被測定体の半径とから、前記円柱状被測定体の半径を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする外径測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０７９４８（Ｐ２０１２−１０７９４８Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６１４６（Ｐ２０１０−２５６１４６）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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