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技術 光イメージング用プローブ

出願人 アダマンド並木精密宝石株式会社
発明者 山崎大志成田憲士舘山拓也淺田隆文
出願日 2018年4月26日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-085522
公開日 2019年10月31日 (8ヶ月経過) 公開番号 2019-191417
状態 未査定
技術分野 孔内観察装置 光学的手段による測長装置
主要キーワード 回転ブラケット 取得波形 加工仕上がり 回転角度位相 略チューブ状 穴底面 リングゲージ 立体形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年10月31日)のものです。
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図面 (15)

課題

被測定物の穴奥部において内周面に対する底面の同軸および直角度計測できる光イメージング用プローブを提供する。

解決手段

この光イメージング用プローブは、チューブ状のケース10と一体の透光性部材11と、ケース10の内側に固定配置された非回転の光ファイバー1と、光線の方向を変える複数の光路変換手段3,6,7と、光路変換手段を回転駆動させる2つ以上のモータとを備える。複数ある光路変換手段3,6,7の少なくとも1つは、光線を複数の方向に分岐する機能を有し、光ファイバー1から放出された光線の向きが、光路変換手段3,6,7によって変換され、回転軸軸線上2箇所以上で該軸線に対して略直角方向かう光線を透光性部材11を透過して放出できるとともに、回転軸の軸線に対して斜め前方に向かう光線を透光性部材11を透過して放出できるように構成する。

概要

背景

例えば自動車用エンジンシリンダーボア燃料噴射ノズル内面加工仕上がり寸法や幾何学精度の良否は、自動車動力性能燃料消費効率に大きく影響するが、これらの検査は一般には真円度測定機、表面粗さ計等の接触式測定機を用いて検査されていた。しかし近年、被測定物に傷を付けない目的から光学式非接触式測定機が登場している。

非接触で被測定物内面の形状データを取得する手段として、画像診断技術光イメージング技術)は、例えばレーザ光白色光等を立体的照射してその戻り光から干渉縞を捉え、その波長周波数)および位相差データコンピュータ解析することで立体形状の数値データに変換し、三次元形状画像を得る方法がある。

しかしながら従来、光学式の非接触測定機では、自動車用エンジンのシリンダーボアや燃料噴射ノズルの穴の奥部光学式センサーを挿入し、光線を三次元的に放射する光イメージングプローブ機構に乏しかった。特に、穴底面直角度が測定できる光プローブがない為これらの計測が行なえず、機械部品の精度が悪い場合は、自動車エンジンのシリンダーボアでは圧力漏れ摩擦損失の増加に影響し、また、燃料噴射ノズルでは噴射量の制御性に影響し、漏れが生じるという問題があった。

機械部品等の被測定物の内周面および底部に光線を照射して、内面の観察または測定を行う技術を適用した観察装置の代表的な構造は、例えば、特許文献1から3に示すとおりである。

特許文献1に示す内視鏡は、CCDカメラ撮像範囲の中で、半分は前方を観察するために透過性にすると共に、CCD撮像範囲の残り半分側方の画像を得るよう角度を有するミラー取付けることで、1つのCCDで前方と側方の画像を半分ずつ、同時に観察できるものである。
しかしながら、この内視鏡は回転機構スライド機構をいずれも有していないため、観察できるのは前方1点と側方の1点だけであり、内周面の内径真円度および、穴底面の同意軸度、直角度を計測する事はできなかった。

また、特許文献2に示す光イメージング用プローブは、光ファイバー(1,2)に導かれた近赤外光線集光レンズ(20)が前方に少しの角度を持って回転放射し、その光線を回転プリズムミラー(3)が側方に回転放射することで、側方については1点ではなく全周スキャンを行い、OCTにより三次元データ収集している。
しかしながらこの構成では、前方の観察は行えず、穴底面の同軸度と直角度を計測することができなかった。

また、特許文献3に記載される発明では、光プローブは、第1照射部が光線を2分岐し直線方向と略直角方向に照射し、第2照射部が先端で光線を略直角方向に放射し、且つミラーの角度を可変させて少しの範囲で光線の放射方向を変え立体的にデータを収集している。
しかしながら、この光プローブも略直角方向に2カ所の観察しか行えず、穴底面の同軸度と直角度を計測することはできなかった。

概要

被測定物の穴奥部において内周面に対する底面の同軸および直角度を計測できる光イメージング用プローブを提供する。この光イメージング用プローブは、チューブ状のケース10と一体の透光性部材11と、ケース10の内側に固定配置された非回転の光ファイバー1と、光線の方向を変える複数の光路変換手段3,6,7と、光路変換手段を回転駆動させる2つ以上のモータとを備える。複数ある光路変換手段3,6,7の少なくとも1つは、光線を複数の方向に分岐する機能を有し、光ファイバー1から放出された光線の向きが、光路変換手段3,6,7によって変換され、回転軸軸線上2箇所以上で該軸線に対して略直角方向かう光線を透光性部材11を透過して放出できるとともに、回転軸の軸線に対して斜め前方に向かう光線を透光性部材11を透過して放出できるように構成する。

目的

本発明はこのような上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする

効果

実績

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請求項1

光学式測定装置に用いる光イメージング用プローブにおいて、略チューブ状ケースと一体の透光性部材と、前記ケースの内側に固定配置された非回転の光ファイバーと、光線の方向を変える複数の光路変換手段と、前記光路変換手段を回転駆動させる2つ以上のモータとを備え、複数ある前記光路変換手段の少なくとも1つは、光線を複数の方向に分岐する機能を有し、前記光ファイバーから放出された光線の向きが、前記光路変換手段によって変換され、回転軸軸線上2箇所以上で該軸線に対して略直角方向かう光線を前記透光性部材を透過して放出できるとともに、前記回転軸の軸線に対して斜め前方に向かう光線を前記透光性部材を透過して放出できることを特徴とする光イメージング用プローブ。

請求項2

複数の前記光路変換手段として第1〜第3の光路変換手段があり、第1光路変換手段を回転駆動させる第1モータと、第2光路変換手段と第3光路変換手段とを回転駆動させる第2モータとを備え、前記第1光路変換手段は、光線を複数の方向に分岐する機能を有し、前記第2光路変換手段と前記第3光路変換手段とは、前記第1光路変換手段よりも前方に位置し、前記第1光路変換手段は、光線を回転軸方向に対して略直角方向と斜め前方に分岐して放射し、前記第1光路変換手段から回転軸方向に分岐された光線は、前記第2光路変換手段又は前記第3光路変換手段に導かれ、前記第2光路変換手段に導かれた光線は、回転軸方向に対して略直角方向に光路を変換され、前記第3光路変換手段に導かれた光線は、より斜め前方に光路を変換され、前記第1光路変換手段から回転軸方向に対して略直角方向に放射された光線と、前記第2光路変換手段から放射された光線と、前記第3光路変換手段から放射された光線とを、前記透光性部材を透過して被測定物に対して照射するものであることを特徴とする請求項1記載の光イメージング用プローブ。

請求項3

前記第1モータは中空回転軸を有し、前記中空回転軸には前記光ファイバーが相対的に回転自在に挿通されており、前記光ファイバーは先端側に集光レンズを有していることを特徴とする請求項2記載の光イメージング用プローブ。

請求項4

前記第1光路変換手段は、複数枚回転プリズムまたは偏光板から構成した偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項2又は3に記載の光イメージング用プローブ。

請求項5

前記第1光路変換手段で2つに分岐された光線のビームスポット径に大小の差を与えることを特徴とする請求項2〜4何れか1項に記載光イメージング用プローブ。

技術分野

0001

本発明は、機械部品等の穴の底部に光学式センサーを挿入し、光線照射し、被測定物からの戻り光反射光)を三次元的に取り込んで底部の立体観察、および機械部品底部の寸法を三次元測定する光学式測定装置に用いる光イメージング用プローブに関するものである。

背景技術

0002

例えば自動車用エンジンシリンダーボア燃料噴射ノズル内面加工仕上がり寸法や幾何学精度の良否は、自動車動力性能燃料消費効率に大きく影響するが、これらの検査は一般には真円度測定機、表面粗さ計等の接触式測定機を用いて検査されていた。しかし近年、被測定物に傷を付けない目的から光学式非接触式測定機が登場している。

0003

非接触で被測定物内面の形状データを取得する手段として、画像診断技術光イメージング技術)は、例えばレーザ光白色光等を立体的に照射してその戻り光から干渉縞を捉え、その波長周波数)および位相差データコンピュータ解析することで立体形状の数値データに変換し、三次元形状画像を得る方法がある。

0004

しかしながら従来、光学式の非接触測定機では、自動車用エンジンのシリンダーボアや燃料噴射ノズルの穴の奥部に光学式センサーを挿入し、光線を三次元的に放射する光イメージングプローブ機構に乏しかった。特に、穴底面直角度が測定できる光プローブがない為これらの計測が行なえず、機械部品の精度が悪い場合は、自動車エンジンのシリンダーボアでは圧力漏れ摩擦損失の増加に影響し、また、燃料噴射ノズルでは噴射量の制御性に影響し、漏れが生じるという問題があった。

0005

機械部品等の被測定物の内周面および底部に光線を照射して、内面の観察または測定を行う技術を適用した観察装置の代表的な構造は、例えば、特許文献1から3に示すとおりである。

0006

特許文献1に示す内視鏡は、CCDカメラ撮像範囲の中で、半分は前方を観察するために透過性にすると共に、CCD撮像範囲の残り半分側方の画像を得るよう角度を有するミラー取付けることで、1つのCCDで前方と側方の画像を半分ずつ、同時に観察できるものである。
しかしながら、この内視鏡は回転機構スライド機構をいずれも有していないため、観察できるのは前方1点と側方の1点だけであり、内周面の内径真円度および、穴底面の同意軸度、直角度を計測する事はできなかった。

0007

また、特許文献2に示す光イメージング用プローブは、光ファイバー(1,2)に導かれた近赤外光線集光レンズ(20)が前方に少しの角度を持って回転放射し、その光線を回転プリズムミラー(3)が側方に回転放射することで、側方については1点ではなく全周スキャンを行い、OCTにより三次元データ収集している。
しかしながらこの構成では、前方の観察は行えず、穴底面の同軸度と直角度を計測することができなかった。

0008

また、特許文献3に記載される発明では、光プローブは、第1照射部が光線を2分岐し直線方向と略直角方向に照射し、第2照射部が先端で光線を略直角方向に放射し、且つミラーの角度を可変させて少しの範囲で光線の放射方向を変え立体的にデータを収集している。
しかしながら、この光プローブも略直角方向に2カ所の観察しか行えず、穴底面の同軸度と直角度を計測することはできなかった。

先行技術

0009

特開2001−299679号公報
特許第5961891号公報
特許第4864662号公報

発明が解決しようとする課題

0010

本発明はこのような上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、被測定物の穴底部に対して、第1に内周面に複数個所に回転放射し、さらに第2に底部または斜方に1カ所以上回転放射し、計3カ所以上に観察光を回転放射し、これらからの戻り光を捉えて内周面と底部の3次元形状を取り込んで、コンピュータにより全体の立体画像を得ることを目的としている。そして、穴底部の内周面の内径と真円度、および、内周面を基準にして穴底面の同軸度および直角度を計測可能なイメージング用光プローブを供給することにある。

課題を解決するための手段

0011

上記課題を解決するための一手段は、光学式測定装置に用いる光イメージング用プローブにおいて、略チューブ状ケースと一体の透光性部材と、ケースの内側に固定配置された非回転の光ファイバーと、光線の方向を変える複数の光路変換手段と、光路変換手段を回転駆動させる2つ以上のモータとを備えている。そして、複数ある光路変換手段の少なくとも1つは、光線を複数の方向に分岐する機能を有し、光ファイバーから放出された光線の向きが、光路変換手段によって変換され、回転軸軸線上2箇所以上で該軸線に対して略直角方向かう光線を透光性部材を透過して放出できるとともに、回転軸の軸線に対して斜め前方に向かう光線を透光性部材を透過して放出できるように構成している。

発明の効果

0012

本発明によれば、観察光を被測定物の穴奥部において内周面の複数個所と斜め前方に分岐して放射し、その合計3カ所以上からの戻り光を捉えて3次元形状を取得し、コンピュータの解析により内周面に対する底面の同軸および直角度を計測する光イメージング用プローブを提供できる。

図面の簡単な説明

0013

本発明光イメージング用プローブ前斜方走査時の第1回転角状態の断面図
同プローブの第2回転角状態の断面図
同プローブの第3回転角状態の断面図
同プローブの第4回転角状態の断面図
同プローブの被測定物への放射領域説明図
同プローブによる直角度測定説明図
同プローブの取得波形透光性キャップ基準測定の説明図
同プローブによる内周面測定の説明図
同プローブの軸方向スライド状態説明図
同プローブによる広範囲な直角度測定説明図
同プローブ第2実施例のビーム径説明図
同第2実施例の粗さデータ取得説明図
同第2実施例の透光性基準パイプ有無説明図
本発明光イメージング用プローブを用いた測定装置説明図

0014

本実施の形態の光イメージング用プローブの第一の特徴は、略チューブ状のケースと一体の透光性部材と、前記ケースの内側に固定配置された非回転の光ファイバーと、光線の方向を変える複数の光路変換手段と、前記光路変換手段を回転駆動させる2つ以上のモータとを備える。そして、複数ある前記光路変換手段の少なくとも1つは、光線を複数の方向に分岐する機能を有し、前記光ファイバーから放出された光線の向きが、前記光路変換手段によって変換される。そして、回転軸の軸線上2箇所以上で該軸線に対して略直角方向かう光線を前記透光性部材を透過して放出できるとともに、前記回転軸の軸線に対して斜め前方に向かう光線を前記透光性部材を透過して放出できる。
この構成により、観察光を被測定物の穴奥部において内周面と斜め前方に分岐して放射し、その戻り光を捉えて内周面複数個所と前斜方の合計3箇所以上から形状データを取り込んで、コンピュータにより全体の3次元画像と内周面に対する底面の同軸および直角度を得ることができる。

0015

本発明の第二の特徴は、より具体的な態様として、次のように構成している。複数の前記光路変換手段として第1〜第3の光路変換手段があり、第1光路変換手段を回転駆動させる第1モータと、第2光路変換手段と第3光路変換手段とを回転駆動させる第2モータとを備える。そして、前記第1光路変換手段は、光線を複数の方向に分岐する機能を有し、前記第2光路変換手段と前記第3光路変換手段とは、前記第1光路変換手段よりも前方に位置している。そして、前記第1光路変換手段は、光線を回転軸方向に対して略直角方向と斜め前方に分岐して放射する。前記第1光路変換手段から回転軸方向に分岐された光線は、前記第2光路変換手段又は前記第3光路変換手段に導かれる。前記第2光路変換手段に導かれた光線は、回転軸方向に対して略直角方向に光路を変換される。前記第3光路変換手段に導かれた光線は、より斜め前方に光路を変換される。
前記第1光路変換手段から回転軸方向に対して略直角方向に放射された光線と、前記第2光路変換手段から放射された光線と、前記第3光路変換手段から放射された光線とを、前記透光性部材を透過して被測定物に対して照射するものであることを特徴とする請求項1記載の光イメージング用プローブ。
この構成により、光線を複数の方向に分岐する機能を有する第1光路変換手段と、第1光路変換手段よりも前方に配置した第2光路変換手段と第3光路変換手段とにより、観察光を被測定物の穴奥部において内周面と斜め前方に分岐して放射できる。そして、その戻り光を捉えて内周面複数個所と前斜方の合計3箇所以上から形状データを取り込んで、光学式測定装置のコンピュータにより全体の3次元画像と内周面に対する底面の同軸および直角度を得ることができる。

0016

本発明の第三の特徴は、前記第1モータは中空回転軸を有し、前記中空回転軸には前記光ファイバーが相対的に回転自在に挿通されており、前記光ファイバーは先端側に集光レンズを有していることにある。
この構成により、小型化が図れるとともに、光ファイバーから放出される光線を第1光路変換手段に対して安定して照射できる。

0017

本発明の第四の特徴は、前記第1光路変換手段は、複数枚の回転プリズムまたは偏光板から構成した偏光ビームスプリッタとしたことにある。
この構成により、光線を直角方向と前斜方向に安定して分岐することができ、また、軽量であるためモータユニット回転負荷を小さく抑えることができる。

0018

本発明の第五の特徴は、前記第1光路変換手段で2つに分岐された光線のビームスポット径に大小の差を与えたことにある。
この構成により、分岐された一方の内ビームスポット径が大きい方の光線で内径並びに真円度等の形状測定を行うと共に、小さい方の光線で表面粗さの測定が行える。

0019

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

0020

図1図4は本発明に係る光イメージング用プローブの実施形態を示している。

0021

図1は本発明の実施の形態に係る光学式内周面測定機に用いる光イメージング用プローブの断面図である。略チューブ状のケース10の略中心位置には非回転の光ファイバー1が位置し、光ファイバー1はケース10に一体的に取り付けられた光ファイバー固定具12により固定される。該光ファイバー1の先端側に例えば球状の集光レンズ2を有している。光ファイバー固定具12と集光レンズ2の間には第1モータユニットが、また光ファイバー固定具12と第1モータユニットの間には第2モータユニットを配置している。第1モータの回転軸5bは中空であり、この中空穴に光ファイバー1が相対的に回転自在に挿通される。

0022

集光レンズ2の前方には複数枚のプリズムや偏光板等で構成され、光線を複数の方向に分岐する機能を有する第1光路変換3が、第1中空軸5bに第1回転ブラケット4により取り付けられ回転駆動させられる。ここで「前方」は、プローブの先端側に向かう方向を指している。第1光路変換3は、光線を回転中心に対して略軸直角方向と、斜め前方に分岐して放射する。光線の分岐にはハーフミラーや偏光板を用いた、一般に偏光ビームスプリッタと呼ばれる光学部品等が使われている。

0023

第2モータ9は前記ケースに内蔵されるか少なくとも一体的に取り付けられている。第1光路変換3の前方にはミラーからなる第2光路変換手段6と第3光路変換手段7を回転自在有し、これら第2および第3光路変換手段は第2モータユニット9の第2回転軸9bに取り付けられ回転する。第2回転軸9bも中空穴を有しており、この中空穴に第1モータ5の第1回転軸5bが相対的に回転自在に挿通されている。

0024

本実施例の動作について以下に説明する。図9に示す測定装置の光学ユニット本体85から放出された近赤外光等の光線100は、光ファイバー1を経由して集光レンズ2に導かれ、中心軸の前方に放射される。光線100は第1光路変換3に導かれ、そして分岐され、光線の一部は中心軸に対して略直角方向に放出し、残りの光線は中心軸に対し少し傾斜角をなして略前方であり、光線は第2光路変換手段6または、第3光路変換手段7のいずれかに向かって放出される。

0025

第2および第3光路変換手段は回転中心線に対して直角な面を想定したとき、その面内において、回転中心に対して角度を分割する位置に配置され、第1光路変換3から斜め前方に分岐して放射された光線は、第2光路手段6に照射した時は中心軸に対して略直角方向に放射され、一方、第3光路変換手段7に照射された時は、光線は中心軸に対し斜めに放射される。光線100はこのようにして3カ所以上に放出される。

0026

また、図1において、第1モータユニット5の回転角度は例えば光スリット円盤などからなる回転センサー5cで、第2モータユニット9の回転角度は回転センサー9cでその回転位置が検出されている。第1モータユニットの回転角度は5c第1モータユニット5と第2モータユニット9の2個のモータユニットは同期回転しており、図9の第1モータドライブ回路86と第2モータドライブ回路87により第1中空軸5bと第2中空軸9bの回転角度位相は自在に調整可能であるため、第1光路変換3と第2および第3光路変換手段との間の回転位相差回転制御可能であり、光線は第2または第3光路変換手段に選択的に向かわせることができる。
図1においては、第1モータユニット5の回転角度(θ1)は0度、第2モータユニット9の回転角度(θ2)は0度の位置にあり、この場合、第1光路変換3から光線の一部は僅かに斜め下方に放出され、第3光路変換手段により光路は図1のα1に示すように大きく斜め下方に放出され、透光性部材である透光性キャップ11を透過して被測定物に照射される。

0027

図2においては、第1モータユニット5の回転角度(θ1)は45度、第2モータユニット9の回転角度(θ2)は0度の位置にある。この場合、第1光路変換3から光線の一部は僅かに斜め下方に放出され、第3光路変換手段により光路は図中α2に示すように大きく斜め下方に放出され、透光性キャップ11を透過して被測定物に照射される。

0028

このように光線100の一部は、光ファイバー1を経由して⇒集光レンズ⇒第1光路変換3から直角方向に放出され⇒透光性キャップ⇒被測定物の内周円筒面に放射される。また残りの光線は、光ファイバー1を経由して⇒集光レンズ⇒第1光路変換3から回転中心に僅か角度をつけて略前方に放出し⇒第3光路変換手段⇒透光性キャップ11⇒被測定物の底面に放射される。

0029

被測定物の内周面と底面に放射された近赤外光等の光線100の戻り光は、透光性キャップ11を透過して先程とは逆の順序で最終的に光ファイバー1を経て、図14に示す測定装置の本体85に戻される。

0030

図3においては、第1モータユニット5の回転角度(θ1)は135度〜225度の範囲、第2モータユニット9の回転角度(θ2)は0度の位置にある。この場合、第1光路変換3から光線の一部は僅かに斜め上方に放出され、第2光路変換手段6により光路は図中略直角方向に放出され、透光性キャップ11を透過して被測定物に照射される。

0031

図4においては、第1モータユニット5の回転角度(θ1)は180度、第2モータユニット9の回転角度(θ2)は180度の位置にある。この場合、第1光路変換3から光線の一部は僅かに斜め上方に放出され、第3光路変換手段7により光路は図中α1に示すように大きく斜め下方に放出され、透光性キャップ11を透過して被測定物に照射される。

0032

このように図5および図6において、観察光100を被測定物16の穴奥部において内周面16iと、底面16bの方向又は斜め前方に分岐して放射し、その戻り光を捉えて内周面と前斜方の3次元形状を取り込み、コンピュータにより全体の立体画像と内周面に対する底面の同軸および直角度を得ることができる。

0033

図7図8は、同プローブによる透光性キャップ11を基準とした測定の説明図である。
図7は戻り光のコンピュータ89による解析データの一例を示す図であり、縦軸は距離を示し、横軸は回転放射の回転角度を示している。図7中に3本の半径距離データが示されているが、データ(a)は内側透光性キャップ11の内面までの距離、(b)は同外面までの距離、(c)は被測定物16の内面16iまたは16bまでの距離である。
実際の測定においては、測定開始前校正を行うが、この測定機においては、(a)透光性キャップ11の内面までの距離は、予め、数値が保証されたリングゲージブロックゲージとの比較測定を行って透光性キャップ11の真の距離(図中、Rp1-in)を求めてコンピュータ89にデータを予め記憶させている。
ここで、図7の(a)から(c)の各データは光イメージング用プローブの2個のモータユニット5、9の1〜3マイクロメートル程度の振れの影響を受けて再現性が非常に乏しいものであり、そのままでは高精度な測定に使うことができない。そこで、図7にいて、被測定物16の内/底面の毎回の測定は、内面16i、16bから内側透光性キャップ11の内面までの距離(図中、R-inとRp1-inまでの距離差)に、予め校正で求めておいた透光性キャップ7の真の距離(図中、Rp1-in)を加えて求める事で高精度な測定を達成している。図8はこのようにして得られた被測定物16の内径測定データの一例である。

0034

図9および図10において、本発明光イメージング用プローブは被測定物16の奥底部において、図14に示す軸昇降モータ83で上下させることにより、図8に示すように奥底部の広範囲にわたり測定することができる。

0035

図11から図13は第2の実施例を示すデータである。実施例2の構成は図1から図10の実施例1と同じである。

0036

図11は被測定物表面に照射される光線100のビームスポット径を示しており、一方のビーム径101aは小さく、約0.5μmから5μm(マイクロメートル)の大きさである。一方101bの直径は大きく、10μmから50μmの大きさになるよう集光させている。本発明の第2の実施例においては、第1光路変換および分岐手段3により分岐さえた2つの光線100のビームスポット径に大小差を設け、小さい方の光線で被測定物16の表面粗さを計測し、一方、大きい方の光線で被測定物16の直径、真円度の形状精度計測を行なっている。これにより分岐された一方の光線で内径、真円度等の形状測定を行うと共に、他方の光線で表面粗さの測定を1本のプローブを使って同時に行うことができる。

0037

図12は光イメージングプローブを2個のモータユニット5,9で回転させた時、または、図14に示すZ軸昇降モータでスライドさせた時に、被測定物16の表面から取り込んだ表面データの一例である。小さいビーム101aで取込んだデータは表面粗さを忠実に表示しており、一方大きいビーム101bで取込んだデータはこれら表面粗さの影響を受け難く、表面の大きなうねりを正確に取り込んでいる。

0038

図13は小さいビーム101aで表面粗さデータを取込む際に、図1図4に示すように透光性キャップ11を有する場合の取込み波形データ(Cap Based)と、比較としてこの透光性キャップ11を取り外して被測定物16までの距離を計測したデータ(Without Cap)を取得した実験データである。図13から明らかなように、透光性キャップ11が無い場合には、第1モータユニット5および第2モータユニット9の回転振れ振動ガタによって取込んだ波形にうねりやノイズが乗ってしまい、正しい計測にはノイズが支障になっていた。一方、本発明の構成のように透光性キャップ11を設け、これの表面を基準にして被測定物16までの距離を求める測定方法を採用することによって、ノイズを排除した正しい表面粗さの測定が可能である。

0039

なお、透光性キャップ11は、線膨張係数が小さく、かつ透過性が良好なガラス石英サファイヤ等の材料からなり、また、必要に応じて表面反射を減らし、光線の全反射を最小に押さえ透過率を高めるためのコーティング等が施されている。

実施例

0040

本発明によれば、観察光を被測定物の穴奥部において内周面の複数個所と斜め前方に分岐して放射し、その3カ所以上からの戻り光を捉えて3次元形状を取得し、コンピュータの解析により内周面に対する底面の同軸および直角度を計測できる、また、表面粗さを同時に計測することができる。また、被測定物16の内/底面の精度は、透光性キャップ11を基準に行うことで、モータユニット5,9の振れの影響を完全に除外し、ナノメートルオーダーで、繰返し再現性が良好な測定を行うことが可能な光イメージング用プローブを提供できる。

0041

本発明の光イメージング用プローブは、光学式深穴形精密測定機において、深穴を有する自動車エンジン用噴射ノズルや、小径穴を有する滑り軸受内面及び奥部に光線を照射し、内周面と底面の両方の3次元の形状観察画像を同時に得て観察すると共に、内周面と奥底部の直角度等の幾何精度の精密測定が可能であり、工業用および医療用の測定装置や検査装置への活用が期待される。

0042

1光ファイバー
2集光レンズ
3 第1光路変換(プリズム等)
4 第1回転ブラケット
5 第1モータユニット
5a電線
5b 第1中空軸
5c回転センサー
6 第2光路変換手段
7 第3光路変換手段
8 第2回転ブラケット
9 第2モータユニット
9a 電線
9b 第2中空軸
9c 回転センサー
10 ケ−ス
11透光性キャップ(透光性部材)
12 光ファイバー固定具
16被測定物
16i 穴内周
16o穴底部
80測定台
81 Z軸スライダー
82取付
83 Z軸昇降モータ
84 接続部
85光学ユニット本体
86 第1モータドライブ回路
87 第2モータドライブ回路
88光干渉解析部
89コンピュータ
90モニタ
100光線
101a、101b ビームスポット

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