JPH087053B2 - 物体位置計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば加速器のマグ
ネット据付けなどに利用され、基準線に対する物体位置
を高精度に計測することができる物体位置の計測方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基準線に対する物体位置を測定す
るには、たとえばマイクロメータなどの接触式変位計を
用いて、基準線上に一致したピアノ線などのワイヤが使
用される基準線材と、物体との変位量を測定する方法を
とっている。この方法では、マイクロメータの先端が基
準線材に接触するときの一定の押付け強さが測定精度に
非常に影響し、熟練を要する。すなわち、マイクロメー
タの押付け強さが強ければ基準線材が逃げ、測定精度が
大きく変動してしまうものである。このため、マイクロ
メータの先端が基準線材に接触したか否かを確認するた
めに、光を照射して拡大鏡などを利用した目視による方
法や、電気的接触の有無によって確認するようにした方
法などが知られている。

【０００３】図７は、電気的接触の有無によって確認す
るようにした従来技術の物体位置計測方法を用いた構成
を示す斜視図である。サポートテーブル１ａの上にはエ
アーテーブル１ｂを介して位置計測が行われる物体とし
て、たとえば加速器に用いられるマグネット２が載置さ
れる。マグネット２の基準位置を表示するため基準ブロ
ック５がマグネット２上に設けられ、基準ブロック押え
６によって固定支持される。基準線材であるピアノ線な
どのワイヤ３（直径０．１ｍｍ）と基準ブロック５に固
定されたマイクロメータ４とが接触したことを、テスタ
７を用いてワイヤ３の一端８と基準ブロック５上の１点
との間に電流が導通したか否かによって調べ、テスタ７
に設けられるブザー音の発生で確認する。

【０００４】図８は、光を照射して目視による計測方法
を用いた構成を示す図である。図７と同様に、マイクロ
メータ４はマグネット２上の基準ブロック５に固定さ
れ、基準ブロック５を固定支持するため基準ブロック押
え６が設けられる。ワイヤ３とマイクロメータ４が接触
したことを、光を照射して、拡大鏡などを利用し、目視
によって確認する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】目視による方法の場
合、測定者の目の位置により測定位置が異なる欠点があ
り、計測精度が２０〜３０μｍ程度である。また、ブザ
ー音を発生させる方法による場合、マイクロメータの先
端が十分に基準線材に接触しなければ接触抵抗が大きい
ためにブザー音が発生しない。マイクロメータの先端が
十分に基準線材に接触すると、マイクロメータの基準線
材への押付け強さが大きくなるために誤差が大きく、正
しい計測値を得ることができない。さらに、計測精度を
向上させるためには、マイクロメータが接触し、基準線
材が緊張した際の撓みが小さく、かつ、基準線材の外径
の計測精度がよいものである必要があり、そのためには
基準線材の直径を図７に示すワイヤの直径（０．１ｍ
ｍ）のようにできる限り細くした方がよいが、そうする
と計測位置の違いにより電気抵抗の差が大きくなり、マ
イクロメータの基準線材に対する押付け量も一定になら
ない。

【０００６】上記欠点を解決するため、特開昭４８−５
４４９が提案している発明では、テスタなどの検出器の
抵抗値をできるだけ大きくすることによって接触圧力を
小さく設定することができるようにしているが、接触圧
力が完全になくなるわけではないので、なお、測定精度
に限界がある。さらに、周囲の環境によって、風がある
場合などに、基準線材も揺れており、計測上の誤差が生
じる。すなわち、接触式変位計として用いられる機械式
の寸法計測器は、基準線材などの被計測物と計測用接触
端子が完全に接触した状態において、始めてその計器の
計測精度が保証されるものである。したがって、被計測
物が固定されておらず、計測のために移動もしくは変形
する場合には、その計測値の精度は著しく低下する。

【０００７】本発明の目的は、基準線材などの移動に影
響を受けることなく、基準線に対する物体位置を高精度
に計測することができる物体位置計測方法を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、物体と基準線
上に一致させた基準線材との変位量を接触式変位計を用
いて計測する工程と、非接触式変位計を用いて、接触式
変位計によって生じた基準線に対する基準線材の非接触
式変位計位置における撓み量を計測する工程と、非接触
式変位計の位置で計測された撓み量を、接触式変位計の
位置での撓み量に換算する工程と、接触式変位計を用い
て計測された変位量を、接触式変位計の位置での撓み量
を用いて補正することによって、基準線に対する物体位
置を計測する工程とを含むことを特徴とする物体位置計
測方法である。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、計測されるべき物体と、予め
基準線上に一致させた基準線材との変位量を接触式変位
計を用いて計測する。基準線材に接触式変位計を接触さ
せて計測するので、基準線材に負荷される張力によって
生じた基準線と基準線材との撓み量を、非接触式変位計
を用いて計測する。非接触式変位計は基準線材に接触す
ることなく、前記撓み量を計測するので、非接触式変位
計の使用による撓み量は生じず、接触式変位計のみによ
って生じた基準線と基準線材との撓み量を計測すること
ができる。非接触式変位計の計測位置は、接触式変位計
の計測位置と同じでなくても、張力が負荷された基準線
材の撓み解析を予め行うことによって、非接触式変位計
の位置で計測された撓み量を、接触式変位計の位置での
撓み量に換算する。接触式変位計を用いて計測した変位
量と、接触式変位計の位置での撓み量との差をとること
によって、接触式変位計を用いて計測した変位量の補正
を行い、基準線に対する物体位置を高精度に計測するこ
とができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の物体位置計測方法を用いる
一実施例の斜視図である。位置測定される物体であるマ
グネット１２は、エアーテーブル１１ｂに固定支持され
て、サポートテーブル１１ａ上に設置される。以下、エ
アーテーブル１１ｂに固定されたマグネット１２のサポ
ートテーブル１１ａ上での位置測定を高精度に行う方法
について説明する。サポートテーブル１１ａの両端から
撓まぬよう基準線材であるピアノ線などのワイヤ１３を
引張り、ワイヤ１３が基準線上に一致するように固定す
る。マグネット１２の基準位置を表示するため、マグネ
ット１２上に、基準ブロック１５を設置し、基準ブロッ
ク押え１６によって固定支持する。基準ブロック１５と
ワイヤ１３との変位量を測定するため、マイクロメータ
１４を基準ブロック１５上に固定して、ワイヤ１３とマ
イクロメータ１４の中心線とを一致させる。マイクロメ
ータ１４によって基準ブロック１５とワイヤ１３との変
位量を測定する。マイクロメータ１４がワイヤ１３と接
触したか否かは、光を照射し、目視などによって確認す
る。

【００１１】注目すべきは、接触式変位計であるマイク
ロメータ１４による測定とともに、非接触式変位計であ
る光学式外径測定器２０を用いて測定することである。
光学式外径測定器２０は、コの字形に構成される検出部
１７で投受光を行い、コの字形の空間部分に挿入された
測定物の変位量を測定する。サポートテーブル１１ａ上
に、光学式外径測定器２０の検出部１７を設置する。検
出部１７のコの字形の空間部分に、測定物としてワイヤ
１３が挿入配置される。このとき、サポートテーブル１
１ａ上におけるマイクロメータ１４のワイヤ１３の長手
方向に沿った設置位置と、光学式外径測定器２０の検出
部１７のワイヤ１３の長手方向に沿った設置位置を予め
測定しておき、マイクロメータ１４の設置位置でワイヤ
１３を撓ませたときの、双方の設置位置におけるワイヤ
１３の撓み量を算出しておく。光学式外径測定器２０に
レコーダ１９を接続し、ワイヤ１３の静止状態における
ワイヤ１３のエッジが測定され、レコーダ１９に記録さ
れる。次に、マイクロメータ１４をワイヤ１３に接触さ
せ、かつ、若干量押付けてワイヤ１３を撓ませる。この
ときのマイクロメータ１４の値から基準ブロック１５と
ワイヤ１３との変位量を測定するとともに、光学式外径
測定器２０においてもワイヤ１３のエッジを測定する。
レコーダ１９に記録されているワイヤ１３の静止状態に
おいて行った測定結果と、ワイヤ１３を撓ませたときに
光学式外径測定器２０を用いて測定した測定結果から、
ワイヤ１３の変位量、すなわち、検出部１７の設置位置
におけるワイヤ１３の撓み量が求められる。予め、算出
しておいたマイクロメータ１４の設置位置と検出部１７
の設置位置におけるワイヤ１３の撓み量の関係から、マ
イクロメータ１４の設置位置におけるワイヤ１３の撓み
量が換算される。マイクロメータ１４で計測した基準ブ
ロック１５とワイヤ１３との変位量から、マイクロメー
タ１４の設置位置におけるワイヤ１３の撓み量を差引く
ことによって、ワイヤ１３に対するマグネット１２の位
置を高精度に計測することができる。

【００１２】図２は、本発明の物体位置計測方法の原理
を示す図である。サポートテーブルなどの据付台２１の
上に計測されるべきマグネットなどの物体２２が載せら
れる。据付台２１の両端からワイヤなどの基準線材２３
が撓まぬよう引張られて破線で示される基準線２５上に
一致するように設置される。図２では、マイクロメータ
などの接触式変位計２４が、基準線材２３に接触され、
かつ若干量押付けられて、張力が負荷され基準線材２３
が直線２６に示される位置まで撓む状態を示す。Ｘｍ
は、接触式変位計２４によって計測される物体２２と基
準線材２３との変位量、Ｘｂは、光学式外径測定器２０
などの非接触式変位計２７によって計測される非接触式
変位計２７設置位置での基準線２５に対する基準線材２
３の撓み量、Ｘａは、Ｘｂから換算される接触式変位計
２４の設置位置における基準線２５に対する基準線材２
３の撓み量、Ｘｏは、物体２２と基準線２５との距離Ｌ
ａは、据付台２１の一端から接触式変位計２４の設置位
置までの距離、Ｌｂは、据付台２１の一端から非接触式
変位計２７の設置位置までの距離を示す。

【００１３】基準線材２３の撓み量と基準線材２３の一
端からの距離との関係を予め算出し、撓み量を距離の関
数Ｆとして表示しておけば、非接触式変位計２７によっ
て計測されるＸｂおよび予め測定されるＬａ，Ｌｂから
ＸａはＸｂ，Ｌａ，Ｌｂの関数、すなわち、Ｘａ＝Ｆ
（Ｘｂ，Ｌａ，Ｌｂ）で表すことができる。接触式変位
計２４によって計測されるＸｍから上記Ｘａを差引く
（Ｘｏ＝Ｘｍ−Ｘａ）と、Ｘｏを求めることができる。
たとえば、基準線材２３の自重を無視する場合には、Ｌ
ａ：Ｘａ＝Ｌｂ：Ｘｂの関係が成立するため、

【００１４】

【数１】

【００１５】として表せる。なお、前記関数Ｆを算出す
るにあたり、基準線材２３の自重などを考慮すると、よ
り正確なＸｏを求めることができ望ましい。

【００１６】図３は、非接触式変位計である光学式外径
測定器２０の表示部１８に示される測定結果を示す。縦
軸に時間（秒）横軸に電圧（ｍＶ）が表示され、電圧
（ｍＶ）が撓み量（μｍ）に対応している。基準線材で
あるワイヤ１３の静止状態における光学式外径測定器２
０を用いたワイヤ１３のエッジ位置を表す測定結果が矢
符２８で示され、接触式変位計であるマイクロメータ１
４とワイヤ１３との接触状態における、光学式外径測定
器２０を用いたワイヤ１３のエッジ位置を表す測定結果
が矢符２９で示される。マイクロメータ１４がワイヤ１
３に接触して、ワイヤ１３が撓む結果、ワイヤ１３のエ
ッジ位置が変位し、矢符２８で示される電圧値から矢符
２９で示される電圧値に変化する。したがって、矢符２
８，２９に示される双方の測定結果の差が光学式外径測
定器２０によって計測されたワイヤ１３の撓み量にな
る。

【００１７】図４は、図１に示される本発明の方法に用
いられる光学式外径測定器２０の構成を示すブロック図
である。コの字形の検出部１７に設けられる発光ダイオ
ード（以下「ＬＥＤ」という）３１から出た光はレンズ
３２ａを介して平行光にされ、物体であるワイヤ１３に
照射される。ワイヤ１３の形状部分は光を透過しないの
で、光の明暗を作り出し、レンズ３２ｂを介して集光さ
れた光は明暗部分が電荷電送デバイス（以下「ＣＣＤ」
という）３３の複数の受光素子を直線上に並べた受光面
に結像し、それに対応した受光信号に変換される。ＣＣ
Ｄドライブ回路３４は、ＣＣＤ３３を駆動するタイミン
グに併せてＬＥＤを駆動する信号をＬＥＤドライブ回路
３５に送信する。ＣＣＤ３３から送られるアナログ信号
は、アナログデジタル変換器（以下「Ａ／Ｄ変換器」と
いう）３６でデジタル信号に変換される。また、ＣＣＤ
ドライブ回路３４によってＡ／Ｄ変換器３６はサンプリ
ングされる。Ａ／Ｄ変換器３６からデジタル信号は、エ
ッジ検出回路３７に送られ、一定の出力値以上のデジタ
ルデータは取除かれてデジタルデータのエッジが検出さ
れる。その後、中央演算処理装置（以下「ＣＰＵ」とい
う）３８において、デジタルデータのエッジに対応して
ワイヤ１３のエッジ位置が電圧値の関数として算出され
る。なお、ワイヤ１３の外径は、レンズ径の倍率と受光
素子のピッチとの関係を基にして、デジタルデータのエ
ッジ間から求められる。また、ＣＰＵ３８では、このよ
うな投受光による物体のエッジ位置の測定を複数回行
い、平均をとることによって精度を向上させている。な
お、データ入力装置３９からＣＰＵ３８におけるデータ
処理に必要なデータ等が入力される。ワイヤ１３の静止
状態におけるワイヤ１３のエッジ位置の測定結果を表す
データは、ＣＰＵ３８から再びデジタルアナログ変換器
（Ｄ／Ａ変換器）４０でアナログ信号に変換されてレコ
ーダ１９に記録される。ワイヤ１３の撓み状態における
ワイヤ１３のエッジ位置の測定結果も同様に、ＣＰＵ３
８でデータ処理され、レコーダ１９に記録されているワ
イヤ１３の静止状態におけるデータとともに、図３のグ
ラフに示されるように表示部１８で表示される。図３の
グラフに示すように、ワイヤ１３の静止状態および撓み
状態で変化するエッジ位置の変位量が求める撓み量であ
る。さらに、インターフェイス４１をＣＰＵ３８に接続
することによって、コンピュータなどとのデータ通信を
行うことにしてもよい。

【００１８】図５および図６は、本発明の方法を使用す
ることが極めて有効である例を示す。図５は、加速器に
用いられる電子線を集束するためのマグネット１２を示
し、図６は、図５の切断面線Ａで切断したマグネットの
断面図である。図５に示すように、複数のマグネット１
２が電子４４を加速させるために、設置され、電子４４
の通路としてマグネット１２ａとマグネット１２ｂを連
結する管４３ａが設けられる。電子は、マグネット中を
通過するたびに加速される。図６に示すマグネットの切
断面線Ａによる断面には、コイル磁石４６ａ，４６ｂ，
４６ｃ，４６ｄが、四方向から内方に延設されており、
電流によって磁極を変化させることができる。中央に
は、電子４４が通過するための通路４５が設けられる。
通路４５を通過しつつ、磁極の変化によって加速された
電子４４は電子線として取出されるが、その焦点は数μ
ｍ単位の高精度が要求されるため、本発明の方法を適用
することによって、マグネット１２の据付けに極めて有
効である。本発明の方法を用いた場合、計測者の個人差
に影響を受けることなく計測再現性は±１μｍで計測す
ることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接触式変
位計を用いて計測された物体と基準線材との変位量を、
非接触式変位計の位置で計測された基準線と基準線材と
の撓み量から換算された接触式変位計の位置での撓み量
を用いて補正するので、基準線に対する物体位置を高精
度にまた、計測値に個人差がでることなく、容易に測定
することができる。さらに、従来の接触式変位計を何ら
改造することなく、使用することができるので、高価な
計測器を使用せずに設備費の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の物体位置計測方法を用いる一実施例の
斜視図である。

【図２】本発明の物体位置計測方法の原理を示す図であ
る。

【図３】非接触式変位計である光学式外径測定器２０の
検出部１８に表示される測定結果である。

【図４】本発明の物体位置計測方法に用いられる光学式
外径測定器２０の構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の物体位置計測方法を使用することが有
効である例としてマグネットの斜視図である。

【図６】図５に示されるマグネットの切断面線Ａで切断
した断面図である。

【図７】図７は、電気的接触の有無によって確認するよ
うにした従来技術の物体位置計測方法を用いた構成を示
す斜視図である。

【図８】図８は、光を照射して目視による計測方法を用
いた構成を示す図である。

【符号の説明】

１１ａ サポートテーブル １１ｂ エアーテーブル １２ マグネット １３ ワイヤ １４ マイクロメータ １５ 基準ブロック １６ 基準ブロック押え １７ 検出部 １８ 表示部 １９ レコーダ ２０ 光学式外径測定器 ２１ 据付台 ２２ 物体 ２３ 基準線材 ２４ 接触式変位計 ２５ 基準線 ２７ 非接触式変位計 ３１ 発光ダイオード（ＬＥＤ） ３２ａ，３２ｂ レンズ ３３ 電荷電送デバイス（ＣＣＤ） ３７ エッジ検出回路 ３８ 中央演算処理装置（ＣＰＵ） ３９ データ入力部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体と基準線上に一致させた基準線材と
   の変位量を接触式変位計を用いて計測する工程と、 非接触式変位計を用いて、接触式変位計によって生じた
   基準線に対する基準線材の非接触式変位計位置における
   撓み量を計測する工程と、 非接触式変位計の位置で計測された撓み量を、接触式変
   位計の位置での撓み量に換算する工程と、 接触式変位計を用いて計測された変位量を、接触式変位
   計の位置での撓み量を用いて補正することによって、基
   準線に対する物体位置を計測する工程とを含むことを特
   徴とする物体位置計測方法。