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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:真円度の計測、(a=2Σx/n, b=2Σy/n…)

真円度の計測方法と最小二乗中心法について

noname#230359の回答

noname#230359
noname#230359
回答No.7

【m-sudo様へ】 旧JISですね。(真円度測定器が普及していなかった頃は、マイクロメータ で直径の偏差を測定するしかなっかたためかな?。)現在でも、このように 簡易的に真円度として測定、評価されている場合も確かにありますね。 現在では、外接円と内接円の半径の差を真円度と定義されています。 【ナナのパパ様へ】 さて、この外接円と内接円の中心をどのように求めるかです。 この外接円と内接円で挟まれる間隔(領域)が最小となる場合ですが、 ここに最小二乗法を適用すると、計算式はどうなるのでしょうか?

noname#230358
質問者

お礼

御礼が遅れまして申しわけございません。 ≪K1さま≫  頭が混乱してきましたので整理しますと、 まず、真円度測定において、 最小二乗平均円?中心法(LSC)における真円度とは、 『記録紙の中央を原点として、測定物の輪郭を計測、その計測値を 演算処理(最小二乗法)して最小二乗円の中心Pcを求め、 このPcから同心円を描き、 測定物の内接円(複数存在するであろう)のうち最小となるCmin(半径値)と 同様に外接円のうち最大となるCmax(半径値)の差を?rとした、この?rのことをいうこと、 又、前記測定に係る各計測点は記録紙の中央を原点(中心)に等角度・偶数本の放射線を描き、 当該輪郭と放射線との各交点とする』、と理解しております。  このことは、例えば桑田浩志著『新しい幾何公差方式』 /(財)日本規格協会発行のp131及びJIS B7451の記載等から自分なりに 理解できたと思ったのですが、問題のa=2Σx/n・・・についての説明は一切無く理解できませんでした。  今回の質問投稿の出発点はここにあります。  さて、内接円と外接円に挟まれる領域に最小ニ乗法を適用・・・、 というのは同じところにいきつくような感じもしますが、最初に計測点から最小二乗円の中心Pcを演算で求めるところ、 この逆から解を求めるイメージでしょうか? 私の能力ですとこちらからはたどり着けないようです。  ところで、私の誤解のもとは、(上記内容を承知で)最小二乗法だから、測定物の輪郭の測定点はどこにとっても(ある程度左右対称になっていれば)大きな誤差はなく、円の中心(a,b)の算出が可能と考えた部分にあると思っています(ご指摘にもありました)。以下それを示します。  作図で再確認しようとしたのですが、各交点をanalsisで求め、それを電卓で計算していくとたいへんです。  catia本体のプログラムにそのような計算手順をうずめ込むことも可能なのでしょうが、まず、ランダムに線を引いて確認していくこと自体、普段使用していない者にとっては苦痛です。  そこで、 円の方程式  (x-a)^2+(y-b)^2=r^2 ---? と 直線の方程式 y=c*x+d ---?の交点を求め、 各交点座標からΣx/n,Σy/nを直接計算してa=2Σx/n等が正しいのかどうかプログラムを組んで確認してみました。  一般式で証明する前に、?、?の定数をいろいろ変化させ、得られた座標とΣx/n等の関係を考察しようとしたわけです。  ここに、?におけるcの値は直線の傾き、JISのとおり、水平から反時計方向に30度間隔で水平も含めて6本引きます。つまり、c=0,tan30,tan60,x=x0←垂直線の意味,tan120,...  計算結果は省略しますが、得られた数値は直感的にみて偶数本等間隔で放射線を引いたため、数値同士で相殺する関係になっていることがわかりました。これは、一般式でも絶対に証明できると確信いたしました。但し、当面最小二乗法とのかかわりは不明のままです。  一般式での証明は以下のとおり、といっても強引に計算しただけです。もっとエレガントな解があるはずです...  1.JISを無視しますが、最小二乗円の中心から放射線を引いた場合の 円の中心座標はa=Σx/n か又は 2Σx/nが正しいか?(y座標は省略)  測定にかかる円の中心座標を(a,b)とし当該中心から上記のとおり、放射線を6本引きます。 放射線と円との交点のx座標は、水平線正方向(時計の3時方向)の交点をx1,反時計方向に30度傾斜した交点をx2,以下x3からx12まで得られる。  ここで、x1=x4+r ← x4は(a,b)に立てた垂直線V0に該当、rは半径。      x7=x4-r x2=x4+L2 ← L2はV0とx2との距離。         x6=x4-L2 x3=x4+L3 ← L3はV0とx3との距離。         x5=x4-L3 x4=x4 x10=x4 x8=x4-L2 ← L2はV0とx2(=x8)との距離。         x12=x4+L2 x9=x4-L3 ← L3はV0とx3(=x9)との距離。         x11=x4+L3 上記12の式の左辺を加算するとΣx,一方右辺を加算すると12*x4ここにx4はaそのものだから 結局Σx=12*a したがって、a=Σx/12これはまさにa=Σx/nに相当するということである。  よって、JISの手順を無視して、最小二乗円に放射線を引くとその中心はa=Σx/nになるのことが証明できたことになる。パソコンの数値計算も同じ結果となる。  2.JISの手順どおりの場合  前記?と?の交点は2次方程式の根の公式により、 x=(a+b*c±sqrt((a+b*c)^2-(1+c*c)(a*a+b*b-r*r))) /(1+c*c)---? (原点放射のためd=0) sqrtの部分をfとおくと、 x=(a+b*c±f)/(1+c*c)---? fは相殺されるため深く考えない。    そうすると、 x1=a+sqrt(r*r-b*b) ⇒水平線との交点です(3時方向) x7=a-sqrt(r*r-b*b) ⇒水平線との交点です(9時方向) x4=0 ⇒ 垂直線つまりy軸との交点です x10=0 ⇒ 垂直線つまりy軸との交点です x2=(a+b*c2+f2)/(1+c2*c2)  ⇒30度傾斜 =(a+b*c2+f2)*0.75     x8=(a+b*c2-f2)*0.75  ⇒ x2とは180度反対側の交点 というのは、c2はtan(30度)のため、 1+c2*c2=1+(tan(30度))^2 =1/(cos(30度))^2 =1/0.75となるためである。直接代入してもまた同じ。   同様に、    x3=(a+b*c3+f3)*(cos60)^2 ここにc3=tan60    x9=(a+b*c3-f3)*(cos60)^2  x5=(a+b*c5+f5)*(cos120)^2 ここにc5=tan120 x11=(a+b*c5-f5)*(cos120)^2 x6=(a+b*c6+f6)*(cos150)^2 ここにc6=tan150 x12=(a+b*c6-f6)*(cos150)^2 ------------------------------各交点はここ↑まで x1+x7+x4+x10=2*a x2+x8=1.5*a+(b*sqrt(3))/2 x3+x9=0.5*a+(b*sqrt(3))/2 x5+x11=0.5*a-(b*sqrt(3))/2 x6+x12=1.5*a-(b*sqrt(3))/2 左辺の合計はΣxです。 右辺の合計は6*aになります。 つまり、Σx=6*aです。  相殺されて半分の値になってしまうため 中心座標はΣxを2倍すると、2*Σx/nとなって一致します(ここではn=12)。  このように、Σxを2倍しないと一致しないのは上の理由によるものであることが一般的に証明できたことになる。yについても同様です。  したがって、誤差の許容範囲を2倍にするとか、そちらの理由ではなく、 真円度の定義というより、測定手順に従い、純粋に数学的な理由で (2Σx/n,2Σy/n)が導かれたものと判断しております。  しかし、いまだ最小二乗法とのからみについては謎のままです。 《k1さま》,《m-sudoさま》いろいろアドバイスいただきまして感謝しております。 《k1さま》の作図をした、が直接のヒントになったと思っています。  上の証明方法で間違い等ございましたら、ご指摘願えれば幸いに存じます。又、最小二乗法とどこでつながっているのか等、判明しましたら、 又お知らせ頂ければと思います。 それでは、失礼致します。

noname#230358
質問者

補足

↑の補足・訂正です。  ↑の『このように、Σxを2倍しないと一致しないのは上の理由によるものであることが一般的に証明できたことになる。』を  『このように、Σxを2倍しないと一致しないのは、相殺効果によるものと思われます。』に訂正。  尚、今回の計算はいわば基準円?を想定し、その円に対して方程式をたてていますが、基準円上に存在する各X座標つまり、xsiに対してxi=xsi+εiとおいて、基準円からずれた場合も同様な計算をすれば、 a=2*(Σxi/n)+δ(δはΣεiに依存)となり、極端な形状以外では、δが小さいため、aの座標は結果的に 2*(Σxi/n)の基本式に支配されることがわかります。  実際、円周近傍に点をずらして計算しても、ほぼ2*(Σxi/n)に近い値が得られるのだと思います。  ここに、xiは実際の計測にかかる計測値、xsiは基準円と各放射線との交点のX座標、εiは基準円からのずれで正負の符号をもつとする。

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