JP2016176791A - 温度測定装置及びこれを用いた寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単独では測定精度の課題がある非接触式温度センサを用いた測定でありながら、高精度に被測定物の温度分布を測定できる温度測定装置、及びこれを用いた寸法測定装置を提供する。【解決手段】温度測定装置は、非接触式温度センサ３により被測定物の温度分布を測定する。被測定物の放射率と等しい放射率を有する放射率マスタＭｗ，Ｍａと、放射率マスタに設けられる接触式温度センサ５，７と、非接触式温度センサ３により測定される放射率マスタＭｗ，Ｍａの温度が、接触式温度センサ５，７による測定温度と等しくなる放射率設定値を設定する放射率設定部と、この放射率設定値に設定された非接触式温度センサ３により測定した実温度分布情報を、接触式温度センサ５，７による温度測定値を用いて補正する温度補正部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、温度測定装置及びこれを用いた寸法測定装置に関する。

一般に、被測定物の三軸方向の長さを測定する三次元測定装置等の寸法測定装置が知られている。寸法測定時の基準温度は、国際規格に基づいて２０℃と定められているため、これまでの精密寸法測定は、２０℃に制御された恒温室内で行う必要があった。しかし、近年になって、生産効率の向上に伴って加工製造現場に近い場所での測定に対する要求が強まり、寸法測定装置を加工製造現場の周辺に設置するケースが増えている。

しかしながら、加工製造現場の雰囲気温度が２０℃に一定に保たれていることは稀である。このような環境で寸法測定装置を使用した場合は、寸法測定装置及び被測定物の熱変形に起因する誤差が発生するため、高精度の測定が困難となる。また、２０℃に制御された恒温室で測定する場合であっても、寸法測定装置本体及び被測定物の温度を２０℃に安定させるためには、恒温室内で長時間ならす必要がある。そのため、寸法測定に時間がかかるという問題があった。

上記問題を解決する先行技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。この技術では、寸法測定装置の各軸（三次元測定装置の場合は三軸）の温度及び被測定物の温度を温度検出手段により測定し、それら検出温度に基づいて寸法測定値を補正している。

高精度が要求される寸法測定装置においては、一般的に温度補正が必須なため、寸法測定装置本体や被測定物の温度を正確に把握する必要がある。従来では、そのような場合の温度測定手段として、測定精度の高い接触式温度センサが主に用いられていた。しかし、接触式温度センサは、ケーブルの引き回し等の問題があり、寸法測定装置の可動部に取り付けることが難しい。また、被測定物を入れ替えする場合には、測定の度に被測定物にセンサを付け外しする必要があり、自動化には不向きである。

また、被測定物は、その各部で均一な温度分布となっていることは少なく、部分毎に僅かに温度差を有していることが多い。そのため、高精度に温度補正を行うには、被測定物の全体の温度分布までを正確に把握する必要がある。しかし、接触式温度センサでは、センサを取り付けた１点のみの測定であり、被測定物全体の温度分布までは把握できない。接触式温度センサの数を増やして多点測定するようにすれば、全体の温度分布を大まかには把握できる。しかし、その場合には、ケーブルが増える等の問題が発生し、好ましくない。

一方、放射温度計による非接触式の温度測定方法も知られている。しかし放射温度計は、被測定物の放射率によって異なる結果が出力されるため、高精度の温度測定が難しい。

特開平１１−１９０６１７号公報

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、単独では測定精度の課題がある非接触式温度センサを用いた測定でありながら、高精度に被測定物の温度分布を測定できる温度測定装置、及びこれを用いた寸法測定装置を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
（１） 被測定物からの放射赤外線を非接触式温度センサにより検出して前記被測定物の温度分布を測定する温度測定装置であって、
前記被測定物の放射率と等しい放射率を有する放射率マスタと、
前記放射率マスタに設けられる接触式温度センサと、
前記被測定物と前記放射率マスタを含む領域の温度分布を前記非接触式温度センサにより測定して調整用温度分布情報を取得し、前記調整用温度分布情報から求められる前記放射率マスタの位置の温度が、前記接触式温度センサによる測定温度と等しくなるように、前記非接触式温度センサの放射率設定値を設定する放射率設定部と、
前記放射率設定値が設定された前記非接触式温度センサにより前記被測定物の温度分布を測定して実温度分布情報を取得し、前記実温度分布情報を、前記接触式温度センサによる温度測定値を用いて補正する温度補正部と、
を備えることを特徴とする温度測定装置。
（２） 前記放射率マスタは、前記被測定物の互いに異なる放射率を有する複数の部位毎に複数設けられ、
前記放射率設定部は、前記非接触式温度センサを前記部位毎の前記放射率設定値に順次設定し、
前記温度補正部は、前記非接触式温度センサにより、前記放射率設定値毎に測定された前記実温度分布情報を補正することを特徴とする（１）に記載の温度測定装置。
（３） 前記非接触式温度センサは、２次元の温度分布を測定する放射温度計であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の温度測定装置。
（４） （１）乃至（３）のいずれか一つに記載の温度測定装置と、
前記被測定物の寸法を測定する寸法測定部と、
前記寸法測定部による寸法測定値を、前記温度測定装置により得られる補正後の温度と、予め定めた基準温度との差に基づいて補正する寸法補正部と、
を備えることを特徴とする寸法測定装置。

本発明によれば、単独では測定精度の課題がある非接触式温度センサを用いた測定でありながら、高精度に被測定物の温度分布を測定でき、これにより、高精度な寸法測定が可能となる。

本発明の実施形態を説明するための図で、寸法測定装置の全体構成を示す斜視図である。 寸法測定部の要部構成を示す外観斜視図である。 測定子を移動させるＸ軸方向直動機構の構成を示す部分構成図である。 寸法測定装置の制御ブロック図である。 温度補正の手順を示すフローチャートである。 放射温度計による測定ポイントを示す説明図である。 温度補正の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、寸法測定装置の全体構成を示す斜視図である。

寸法測定装置１００は、被測定物（以降、ワークＷと呼称する）の寸法を測定する寸法測定部２００と、ワークＷや寸法測定部２００の温度変化による熱変形を補償するために必要部位の温度を測定する温度測定装置と、温度測定装置による測定温度と予め定めた基準温度（２０℃）との差に基づいて、寸法測定値を補正する寸法補正部と、を備える。

温度測定装置は、被測定物からの放射赤外線を検出して被測定物の温度分布を測定する非接触式温度センサである放射温度計３と、接触式温度センサ５，７とを有する。放射温度計３は、ワークＷや寸法測定部２００の温度分布を測定し、接触式温度センサ５，７は、寸法測定部２００の特定部位の温度を測定する。

寸法補正部は、放射温度計３により測定された温度分布と、接触式温度センサ５，７により測定された特定部位の温度測定値に基づいて、寸法測定部２００によるワークＷの寸法測定値を補正する。

この温度測定装置と寸法補正部は、寸法測定装置１００の全体制御を行う制御部１を含んで構成される。この制御部１は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）やＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等により構成される。これら温度測定装置と寸法補正部についての詳細は後述する。

＜寸法測定部の構成＞
まず、寸法測定部２００の構成を説明する。
寸法測定装置１００は、架台１１と、架台１１上に設けられワークＷが載置される載置台１３と、一対の測定子１５Ａ、１５Ｂ、及び一対の測定子１７Ａ、１７Ｂと、各測定子をＸ軸方向に駆動するＸ直動機構２１と、Ｚ軸方向に駆動するＺ直動機構２５と、Ｙ軸方向に駆動するＹ直動機構２７とを備える。

Ｘ直動機構２１は取付板１９に設けられ、Ｚ直動機構２５はフレーム２３に設けられ、Ｙ直動機構２７は架台１１上に設けられる。

載置台１３は、架台１１内部に設置された図示しない回転軸に直結され、ワークＷを回転可能に支持する。例えば、ワークＷが円筒状であれば、載置台１３に支持されたワークＷを、ワークＷの円筒中心を回転中心として、任意の回転角度に回転できる。

一対の測定子１５Ａ，１５Ｂと、一対の測定子１７Ａ，１７Ｂとは、それぞれ等価な構造である。各測定子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの基端部は、それぞれＸ直動機構２１に接続され、各測定子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄがそれぞれ独立してＸ軸方向に移動自在に支持される。

図２は寸法測定部の要部構成を示す外観斜視図である。
Ｘ直動機構２１は、ボールネジ機構３１と、リニアガイド部３３とを有する。ボールネジ機構３１は、取付板１９にＸ軸方向に沿って配置されたボールネジ３５と、ボールネジ３５を回転駆動するサーボモータ３７と、ナット部３９Ａ、３９Ｂとを有する。

ナット部３９Ａは測定子１５Ａを支持し、ナット部３９Ｂは測定子１７Ａを支持する。これらナット部３９Ａ、３９Ｂは、共にボールネジ３５に螺合された状態で、ボールネジ３５の回転によってＸ軸方向に移動する。

リニアガイド部３３は、ガイドレール４１と、ガイドレール４１に沿ってＸ軸方向に移動するスライダ４３Ａ，４３Ｂ，４５Ａ，４５Ｂとを有する。スライダ４３Ａには測定子１５Ａが固定され、スライダ４３Ｂには測定子１５Ｂが固定される。また、スライダ４５Ａには測定子１７Ａが固定され、スライダ４５Ｂには測定子１７Ｂが固定される。

測定子１５Ａ，１５Ｂの対、及び測定子１７Ａ，１７Ｂの対は、それぞれ同一の構成であるため、以降は測定子１５Ａ，１５Ｂの対を例にとり説明する。

図３は測定子を移動させるＸ軸方向直動機構の構成を示す部分構成図である。
被測定物のワークＷが円筒形状である場合、測定子１５Ａは外径測定用の測定子、測定子１５Ｂは内径測定用の測定子として機能する。

各測定子１５Ａ，１５Ｂは、Ｘ直動機構２１側からワークＷに向けて垂下して延設される長尺状のアーム部４７Ａ，４７Ｂを有する。アーム部４７Ａ，４７ＢのワークＷ側の先端部には、ワークＷとの距離を測定する変位検出部としての電気マイクロメータ（electric micrometer）４９Ａ，４９Ｂが配置される。

電気マイクロメータ４９Ａ，４９Ｂは、接触式の触子５１の微小変位を電気的量に変換して測定する比較測長器である。触子５１は、距離の検出方向に沿って電気マイクロメータ４９Ａ，４９Ｂの本体部から突出して設けられ、突出する向きに弾性付勢されて支持される。この電気マイクロメータ４９Ａ，４９Ｂは、所定長の検出可能ストローク内における触子５１の位置を距離情報として出力する。本構成の場合、各電気マイクロメータ４９Ａ，４９Ｂの触子５１，５１は、アーム部４７Ａ，４７Ｂの互いに対面し合う、ワークＷとの接触側に配置される。

測定子１５Ａのナット部３９Ａとスライダ４３Ａとの間には、測定子１５Ｂの基端部に接続される電動アクチュエータ５３の一端が接続される。電動アクチュエータ５３は、測定子１５Ｂに設けられ、測定子１５Ｂを測定子１５Ａに対してＸ軸方向に沿って相対的に接近又は離反させる。

取付板１９上におけるガイドレール４１のボールネジ３５側には、リニアスケール５５が配置される。測定子１５Ａのリニアスケール５５に対面する位置には、検出ヘッド５９が配置される。この検出ヘッド５９は、対面するリニアスケール５５からアーム部４７ＡのＸ軸方向位置を検出する。また、測定子１５Ｂのリニアスケール５５に対面する位置には検出ヘッド６３が配置される。この検出ヘッド６３は、リニアスケール５５からアーム部４７ＢのＸ軸方向位置を検出する。

上記構成の寸法測定部２００は、測定子１５Ａ，１５Ｂの先端部がワークＷの外周面７３と内周面７５とを挟み込み、ワークＷに接触した状態でワークＷのＸ軸方向位置を検出する。

また、寸法測定部２００は、被測定物の放射率と等しい放射率を有する放射率マスタＭｗと、測定子１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの放射率と等しい放射率を有する放射率マスタＭａとを備える。本構成の場合、放射率マスタＭｗは、ワークＷと同一の材料で形成され、放射率マスタＭａは、アーム部４７Ａ，４７Ｂと同一の材料で形成される。

＜温度測定装置の構成＞
温度測定装置は、被測定物からの放射赤外線を検出して被測定物の温度分布を測定する非接触式温度センサである放射温度計３と、放射率マスタＭｗに取り付けられた接触式温度センサ５と、放射率マスタＭａに取り付けられた接触式温度センサ７と、を備える。

放射温度計３としては、２次元の温度分布を測定できる例えばサーモグラフィが用いられる。接触式温度センサ５，７としては、例えば、白金測温体や熱電対等が用いられる。

なお、本構成例では、２種類の放射率マスタを用意したが、放射率マスタは、必要に応じて、被測定物の互いに異なる放射率を有する複数の部位毎（材料毎）に、１種類以上設けられていればよい。

＜寸法測定装置による寸法測定手順＞
次に、寸法測定装置１００による寸法測定手順について説明する。図４は寸法測定装置１００の制御ブロック図である。なお、ここでも測定子１５Ａ，１５Ｂを用いた動作について説明する。

制御部１は、入力部７７に入力される測定開始信号を受けて、Ｘ直動機構２１、Ｚ直動機構２５、Ｙ直動機構２７のそれぞれに駆動信号を出力して、測定子１５Ａ，１５Ｂを空間内の所望の位置に移動させる。

制御部１は、触子５１をワークＷ等の被測定物に接触させた状態にして、測定子１５Ａの電気マイクロメータ４９Ａが出力する距離検出信号を取り込むと共に、測定子１５Ｂの電気マイクロメータ４９Ｂが出力する距離検出信号を取り込む。

制御部１は、取り込んだ距離検出信号に基づいて被測定物の寸法測定値を求める。求めた寸法測定値の情報は記憶部８１により記憶される。

本構成の寸法測定部２００による寸法測定は、寸法が既知であるマスタ体（前述のマスターワークＷｍ）とワークＷとの寸法相対差を求めること、つまり、マスターワークＷｍの寸法とワークＷの寸法とを測定し、双方の差分を求めることで行う。

マスターワークとは、規定通りの寸法となっていることが保証されたものであり、被測定物であるワークＷと同一形状又はこれに近い形状を有する。ここでは、図１に示すように、ブロックゲージにより構成されたマスターワークＷｍを一例として使用している。マスターワークの寸法情報は、予め記憶部８１に登録されているか、寸法測定前に別途に登録して、制御部１が参照可能な状態にされている。

寸法測定に際して、制御部１は、Ｘ直動機構２１、Ｚ直動機構２５、Ｙ直動機構２７を駆動して、測定子１５Ａ、１５Ｂを、待機位置からマスターワークＷｍが予めセットされた位置に移動させる。

そして、制御部１は、手動操作、又は予め登録されたアルゴリズムに基づいて、マスターワークＷｍの形状に応じてＸ直動機構２１、Ｚ直動機構２５、Ｙ直動機構２７を駆動して、各測定子１５Ａ，１５Ｂを、各測定子１５Ａ，１５Ｂの電気マイクロメータ４９Ａ，４９ＢがマスターワークＷｍに接触する位置に移動させる。

すなわち、制御部１は、図３に示すように、測定子１５ＡをマスターワークＷｍの寸法測定部分における外側面（ワークＷの外周面７３に相当する面）の外側へ移動させる。このとき測定子１５Ｂは、マスターワークＷｍの寸法測定部分における内側面（ワークＷの内周面７５に相当する面）の内側に移動させる。

そして、制御部１は、ボールネジ機構３１を駆動して、電気マイクロメータ４９Ａの触子５１がマスターワークＷｍに接触するまで測定子１５ＡをＸ軸方向に移動させる。また、制御部１は、電動アクチュエータ５３を駆動して、電気マイクロメータ４９Ｂの触子５１がマスターワークＷｍに接触するまで測定子１５Ｂを測定子１５Ａ側に向けて移動させる。

これにより、マスターワークＷｍの外周面と内周面とが、電気マイクロメータ４９Ａ，４９Ｂで挟まれた状態となる。制御部１は、このマスターワークＷｍを挟んだ状態で、電気マイクロメータ４９Ａ，４９ＢによりマスターワークＷｍとの距離（触子５１が押し込まれた量）を検出する。また、検出ヘッド５９，６３によりリニアスケール５５のＸ軸方向絶対位置を読み取る。

そして、制御部１は、検出された電気マイクロメータ４９Ａ，４９Ｂからの出力値と、検出ヘッド５９，６３からの出力値とを基準値として記憶部８１に記憶させる。このときの各出力値が、ワークＷを測定する際の基準点（原点）に相当する出力値となる。

基準値の設定を完了すると、制御部１は、Ｘ直動機構２１、Ｚ直動機構２５、Ｙ直動機構２７を駆動して、測定子１５Ａ，１５Ｂを一旦退避させた後、載置台１３上のワークＷのセットされた位置に移動させて、ワークＷの寸法測定を開始する。

制御部１は、マスターワークＷｍの測定と同様に、Ｘ直動機構２１、Ｚ直動機構２５、Ｙ直動機構２７を駆動して、各測定子１５Ａ，１５Ｂを所望の測定位置に移動させる。そして、制御部１は、測定子１５Ａ，１５Ｂが測定位置に移動完了した状態で、電気マイクロメータ４９Ａ，４９ＢによりワークＷとの距離（触子５１が押し込まれた量）を検出する。また、検出ヘッド５９，６３によりリニアスケール５５のＸ軸方向絶対位置を読み取る。

制御部１は、検出された電気マイクロメータ４９Ａ，４９Ｂからの出力値と、検出ヘッド５９，６３からの出力値とを記憶部８１に記憶させる。

次に、制御部１は、記憶部８１に記憶された各種の出力値を用いてワークＷの寸法測定値を演算する。つまり、既知の寸法のマスターワークＷｍを測定して求めた第１の距離と、ワークＷを測定して求めた第２の距離との差分を求め、これら差分をマスターワークの既知の寸法に加算することで、ワークＷの寸法測定値を求める。

この寸法測定値を演算する際、制御部１は、基準温度（２０℃）からのワークＷやアーム部４７Ａ，４７Ｂの温度の差分に応じて、発生した熱変形量を補償するように、寸法測定値を補正処理する。

＜熱変形量の補正処理手順＞
次に、制御部１が測定した寸法測定値の温度補償を行う手順を、図５、図７のフローチャートを参照しながら説明する。以降に示す各手順は、制御部１によって統括制御される。

本明細書においては、各種温度測定値を次のように定義する。
Ｔｗ_０：ワークＷに対する放射率マスタＭｗの接触式温度センサ５による測定値
Ｔａ_０：アーム部（以下、ここでは一例としてアーム部４７Ａとする）に対する放射率マスタＭａの接触式温度センサ７による測定値
ｔｗ_０：ワークＷに対する放射率マスタＭｗの放射温度計３による測定値
ｔａ_０：アーム部４７Ａに対する放射率マスタＭａの放射温度計３による測定値
ｔｗ ：ワークＷの放射温度計３による測定値
ｔａ ：アーム部４７Ａの放射温度計３による測定値

図６に放射温度計３によるワークＷ，アーム部４７Ａ，及び放射率マスタＭｗ，Ｍａの領域を含む２次元の温度分布画像ＩＭＧと、各測定ポイントを示す。放射温度計３による温度測定の準備として、まず、温度分布画像における以下の各部座標値を求めておき、記憶部８１（図４参照）に記憶させておく。
・アーム部４７Ａに対する放射率マスタＭａの位置（Ｘ１，Ｙ１）
・アーム部４７Ａの位置（Ｘ２，Ｙ２）
・被測定物の放射率マスタＭｗの位置（Ｘ３，Ｙ３）
・被測定物の位置（Ｘ４，Ｙ４）

上記温度分布画像ＩＭＧからは、次のように温度測定値ｔｗ_０、ｔａ_０、ｔｗ、ｔａが求められる。
・放射率マスタＭａの測定ポイントＰ１（Ｘ１，Ｙ１）の温度測定値を求め、これをｔａ_０とする。
・アーム部４７Ａの測定ポイントＰ２（Ｘ２，Ｙ２）の温度測定値を求め、これをｔａとする。
・放射率マスタＭｗの測定ポイントＰ３（Ｘ３、Ｙ３）の温度測定値を求め、これをｔｗ_０とする。
・ワークＷの測定ポイントＰ４（Ｘ４、Ｙ４）の温度測定値を求め、これをｔｗとする。

上記の準備工程の後、制御部１は、放射率マスタＭｗの接触式温度センサ５により、放射率マスタＭｗの温度Ｔｗ_０を測定する。また、放射率マスタＭａの接触式温度センサ７により、放射率マスタＭａの温度Ｔａ_０を測定する（図６のＳ１１）。

次に、接触式温度センサ５，７と、放射温度計３とによる温度測定値が等しくなる放射温度計３の放射率εｗ，εａを、それぞれ求める（Ｓ１２）。この処理の詳細を図７のフローチャートに示す。

最初に、ワークＷに対する放射率εｗを求める。まず、予め定めた放射率設定値の初期値εｗ₀を、放射温度計３の放射率設定値としてセットする（Ｓ２１）。そして、放射率設定値が初期値εｗ₀にセットされた放射温度計３により、２次元の温度分布画像（第１の調整用温度分布情報）を取得する（Ｓ２２）。

取得した温度分布画像から、予め定めたワークＷの画像内における座標値（測定ポイント）を参照して、各部の温度測定値ｔｗ_０を求める（Ｓ２３）。

そして、放射温度計により求めたｔｗ_０と、接触式温度センサ５により求めたＴｗ_０とを比較する（Ｓ２４）。双方の値が異なる場合は、放射率設定値を変更して（Ｓ２５）、再度、放射温度計３による測定を行い、上記のＳ２２からの処理を繰り返す。なお、このとき、接触式温度センサ５により、Ｔｗ_０を再度測定してもよい。Ｓ２２からの処理を繰り返す度にＴｗ_０を測定することにより、放射温度計３による測定精度をより向上できる。

測定されたｔｗ_０とＴｗ_０の値が等しくなった場合、そのときの放射温度計３の放射率設定値を放射率εｗとして決定する（Ｓ２６）。

次に、上記同様に、アーム部４７Ａに対する放射率εａを、放射温度計により求めたｔａ_０と、接触式温度センサ５により求めたＴａ_０とが等しくなるまで放射温度計３の放射率設定値を徐々に変化させて、繰り返し測定する。

すなわち、予め定めた放射率εａの初期値εａ₀を、放射温度計３の放射率設定値としてセットする（Ｓ２１）。そして、放射率設定値が初期値εａ₀にセットされた放射温度計３により、２次元の温度分布画像（第２の調整用温度分布情報）を取得する（Ｓ２２）。

取得した温度分布画像から、予め定めた画像内における座標値（測定ポイント）を参照して、各部の温度測定値ｔａ_０を求める（Ｓ２３）。

そして、放射温度計により求めたｔａ_０と、接触式温度センサ７により求めたＴａ_０とを比較する（Ｓ２４）。双方の値が異なる場合は、放射率設定値を変更して（Ｓ２５）、双方の値が等しくなるまで、放射温度計３による測定を繰り返す。なお、このときも、接触式温度センサ７により、Ｔａ_０を再度測定してもよい。

以上のようにして、Ｔｗ_０とｔｗ_０とが等しくなる放射率εｗと、Ｔａ_０とｔａ_０とが等しくなる放射率εａを、放射率設定値毎に温度分布画像を測定してそれぞれ求める。

なお、放射率設定値の初期値は、予め記憶部８１（図４参照）に登録された値を用いてもよく、入力部７７から入力される値を用いてもよい。

次に、放射温度計３の放射率設定値を、求めた放射率εｗに設定して、放射温度計３により温度分布画像（第１の実温度分布情報）を取得する（図５のＳ１３）。また、放射率マスタＭｗに取り付けた接触式温度センサ５によって、放射率マスタＭｗの位置における温度測定値Ｔｗ_０を求める（Ｓ１４）。

そして、放射温度計３により取得した温度分布画像から、放射率マスタＭｗの位置〔測定ポイントＰ３（Ｘ３、Ｙ３）〕における温度測定値ｔｗ_０と、実際のワークＷの位置〔測定ポイントＰ４（Ｘ４、Ｙ４）〕における温度測定値ｔｗを求める（Ｓ１５）。

次に、放射温度計３の放射率設定値を、求めた放射率εａに設定して、放射温度計３により温度分布画像（第２の実温度分布情報）を取得する（Ｓ１６）。また、放射率マスタＭａに取り付けた接触式温度センサ７によって、放射率マスタＭａの位置における温度測定値Ｔa_０を求める（Ｓ１７）。

そして、放射温度計３により取得した温度分布画像から、放射率マスタＭａの位置〔測定ポイントＰ１（Ｘ１、Ｙ１）〕における温度測定値ｔａ_０と、実際のアーム部の位置〔測定ポイントＰ２（Ｘ２、Ｙ２）〕における温度測定値ｔａを求める（Ｓ１８）。

なお、上記放射率設定値εｗ、εａの温度分布画像の取得と処理の手順は、任意であり、上記順に限らない。

次に、ワークＷの温度ｔｗを、下記（１）式で補正して、補正後の被測定物の温度ｔｗｃを求める。
ｔｗｃ ＝Ｔｗ_０＋（ｔｗ−ｔｗ_０） …（１）
また、アーム部の温度ｔａを、下記（２）式で補正して、補正後のアーム部の温度ｔａｃを求める（Ｓ１９）。
ｔａｃ ＝Ｔａ_０＋（ｔａ−ｔａ_０） …（２）

そして、補正後のワークＷの温度ｔｗｃ、アーム部の温度ｔａｃと基準温度（２０℃）との差から、ワークＷ及びアーム部の熱変形量を算出する。この算出された熱変形量を、各種寸法値に反映させる（Ｓ２０）

例えば、補正後のワークＷの温度ｔｗｃが基準温度（２０℃）よりも高い場合は、ワークＷの熱膨張量を算出して、測定された内外径の寸法測定値から膨張量を差し引く。また、低い場合は、ワークＷの熱収縮量を算出して、測定された内外径の寸法測定値に熱収縮量を加算する。

補正後のアーム部の温度ｔａｃが基準温度（２０℃）よりも高い場合、又は低い場合は、アーム部の熱膨張によるアーム部の回転量を算出して、測定された内外径の寸法測定値から回転量に応じた寸法変化量を加減算する。

上記の内外径の寸法測定値を補正することによって、装置各部の温度変化によらずに、正確な寸法測定値を得ることができる。なお、制御部１は、放射温度計３の放射率設定値を設定する放射率設定部と、放射温度計３による測定結果を補正する温度補正部と、測定された寸法測定値の補正処理を行う寸法補正部として機能し、寸法測定装置１００の全体を統括制御する。

上記例ではアーム部４７Ａの温度を用いて寸法測定値を補正したが、必要に応じて、他の部位の温度を求めて上記同様に寸法測定値を補正することもできる。また、上記例では２種類の放射率の材料を被測定物としているが、これに限らず、更に複数種類の放射率の材料を被測定物としてもよい。その場合、被測定物の数と同数の放射率を上記同様にして求め、求めた各放射率を放射温度計の放射率設定値としてセットし、順次に実温度分布画像を測定する。得られた実温度分布画像を用いて、上記同様の要領で寸法測定値を補正する。

また、測定後のワークＷを、次のワークに入れ替え、再び測定を開始する場合には、一旦求めた放射率設定値をそのまま用い、上記のＳ１５〜Ｓ２２の処理を行うようにしてもよい。また、ワークＷの入れ替えの度に、放射率を設定することであってもよい。前者の場合は、処理を簡略化でき、後者の場合は、より高精度な測定が行える。

以上説明したように、本構成の寸法測定装置１００によれば、単独では測定精度の低い放射温度計３を用いた非接触な測定でありながら、高精度に被測定物（ワークＷやアーム部）の温度を測定できる。そして、得られた温度測定値を用いて、測定された寸法測定値を補正することにより、高精度な寸法測定を実現できる。

また、アーム部等の可動部には接触式温度センサ５，７を取り付ける必要がないので、ケーブルの引き回し等の問題を生じることがない。また、入れ替えの発生するワークＷに接触式温度センサを付け外しする必要がないので、寸法測定の自動化に有利な構成となる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

上記の実施形態においては、三軸式の寸法測定装置に適用した場合を説明したが、一軸式の寸法測定装置等、他の温度補正を要する計測装置に適用することもできる。

１ 制御部（放射率設定部、温度補正部、寸法補正部）
３ 放射温度計（非接触式温度センサ）
５，７ 接触式温度センサ
１５Ａ，１５Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ 測定子
４７Ａ，４７Ｂ アーム部
Ｗ ワーク
Ｍｗ，Ｍａ 放射率マスタ
ＩＭＧ 温度分布画像

Claims (4)

1. 被測定物からの放射赤外線を非接触式温度センサにより検出して前記被測定物の温度分布を測定する温度測定装置であって、
   前記被測定物の放射率と等しい放射率を有する放射率マスタと、
   前記放射率マスタに設けられる接触式温度センサと、
   前記被測定物と前記放射率マスタを含む領域の温度分布を前記非接触式温度センサにより測定して調整用温度分布情報を取得し、前記調整用温度分布情報から求められる前記放射率マスタの位置の温度が、前記接触式温度センサによる測定温度と等しくなるように、前記非接触式温度センサの放射率設定値を設定する放射率設定部と、
   前記放射率設定値が設定された前記非接触式温度センサにより前記被測定物の温度分布を測定して実温度分布情報を取得し、前記実温度分布情報を、前記接触式温度センサによる温度測定値を用いて補正する温度補正部と、
   を備えることを特徴とする温度測定装置。
2. 前記放射率マスタは、前記被測定物の互いに異なる放射率を有する複数の部位毎に複数設けられ、
   前記放射率設定部は、前記非接触式温度センサを前記部位毎の前記放射率設定値に順次設定し、
   前記温度補正部は、前記非接触式温度センサにより、前記放射率設定値毎に測定された前記実温度分布情報を補正することを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
3. 前記非接触式温度センサは、２次元の温度分布を測定する放射温度計であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度測定装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の温度測定装置と、
   前記被測定物の寸法を測定する寸法測定部と、
   前記寸法測定部による寸法測定値を、前記温度測定装置により得られる補正後の温度と、予め定めた基準温度との差に基づいて補正する寸法補正部と、
   を備えることを特徴とする寸法測定装置。

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