２．レーザ外径測定機
　２．１　レーザ外径測定機の種類

図１　レーザ外径測定器による測定

図２　レーザ外径測定機の測定原理
　レーザ外径測定機は図１に示すようにレーザ光で物体を走査し，投影像から物体の寸法を測定するもので，現在では，オンラインによる金属線や被服ケーブル，光ファイバの外径，各種シート厚み，ロールやピンのすき間，テープの幅，歯車ラックのエッジ形状などの測定に広く利用されている２）。レーザ光の走査方式には，大別すると，多面鏡回転方式，音叉振動鏡方式，ラインセンサ方式の３種類がある。測定によって得られる値は，時間や電圧であるが，他の測定方法で値付けされたゲージ等を用いることにより，絶対測定値の校正を行うことができる。
　２．１．１　多面鏡回転方式
　この方式の測定系の概略を図２(a)に示す。半導体レーザ発振器から出たレーザ光は高速回転している多面ミラーで反射され，ｆθレンズにより一方向に一定速度で走査する平行光線となって測定物を走査し，集光レンズによって受光素子に集められる。このときの受光素子の出力電圧からレーザ光が測定物によって遮られている時間を算出することにより，外径を測定することができる。この方式の測定感度は，測定最大寸法の10−５すなわち0.1〜0.01mm，精度は10−４程度になる。レーザ光の走査回数は100〜700回/sのものが多い。高速送りのラインでは測定物の振動があるため，10−４の精度を得るには0.1〜数秒の間測定値の平均化をする必要がある．

　２．１．２　音叉振動鏡方式
　この方式は，多面鏡の代わりに音叉の腕の先端に平面鏡を接合した偏光器を使用してレーザ光を走査するもので，その概略を図２(b)に示す。振動によりレーザ光を走査するため，レーザ光の走査速度は一定ではなく正弦波的に変化する。そのため，測定物のエッジ信号によって時間を計測する代わりに，音叉の振動をモニタし，それと完全に同期した正弦信号を作り，エッジ信号によってその電圧をサンプリングすることにより測定値を得る。

　２．１．３　ラインセンサ方式
　この方式は，図２(c)のように光源から出たレーザ光をコリメータレンズにより帯状の平行光にして測定物に照射し，レーザ光が遮られた部分の長さを直接ＣＣＤラインセンサにより読み取る。この方式の測定分解能はラインセンサの分解能によって決まるため，10mm程度であるが，装置内部にミラーの可動機構を持たないため加工現場での測定などに適している。

　２．２　レーザ外径測定機の測定誤差要因

図３　レーザ外径測定機の測定値の変動

　本研究では，測定感度の高さなどから多面鏡回転型のレーザ外径測定機を使用した。この方式の測定機における測定精度に関わる要因として，測定機の原理・構造に起因する内的要因と測定条件・環境に起因する外的要因がある３）。内的要因には多面鏡の角度誤差や回転誤差などがあり，外的要因には測定物の振動や空気の乱れなどがある。なお，測定物がレーザ光の走査方向に振動すると直接測定誤差となる。
　静止状態の測定物の外径をレーザ外径測定機により測定し，平均値に対する測定値の変動を調べた結果を図３に示す。同図(a)は回転反射鏡１面毎の測定値であるが，多面鏡の角度誤差によると思われる8点毎の周期的な変動がみられる。このデータの分解能は0.08mmである．この生データを8個ずつ移動平均し，0.01mmの分解能で表示した結果が同図(b)である。平均化処理により，測定誤差が±0.1mm以内に収まり，安定した測定が行われることがわかる。通常のレーザ外径 (a)　回転反射鏡１面毎の測定値 (b)　８個のデータの平均値 図３　レーザ外径測定機の測定値の変動 測定機はこの平均値を表示している。

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