光学式測定装置
【課題】 非接触式のプローブを具備することで、穴の内部を短時間で容易に測定することができる光学式測定装置を提供する。
【解決手段】プローブ１５の基体３１の内部には、光源としての発光ダイオード３２（ＬＥＤ）と、透過部としてのピンホール（第１ピンホール３３ａ）と、受光素子としてのＰＳＤ３４とが収容されている。そして、プローブ１５を穴２１の内部に挿入し、ＰＳＤ３４上における散乱光の受光位置に基づいて仮想円を求めることで、穴２１の内径が算出される。
【解決手段】プローブ１５の基体３１の内部には、光源としての発光ダイオード３２（ＬＥＤ）と、透過部としてのピンホール（第１ピンホール３３ａ）と、受光素子としてのＰＳＤ３４とが収容されている。そして、プローブ１５を穴２１の内部に挿入し、ＰＳＤ３４上における散乱光の受光位置に基づいて仮想円を求めることで、穴２１の内径が算出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、シリンダブロック等の鋳物類や、種々の機械加工品等に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、鋳物類等の被測定物に形成された穴の内部形状（例えば、内径、真円度、表面粗さ等）を測定する装置としては、以下に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された測定装置は、被測定物を所定の方向に移動可能とする種々のテーブル、被測定物の穴の位置を撮像するＣＣＤカメラ、同ＣＣＤカメラの出力が入力されるコンピュータ、被測定物の穴の内部に挿入されるマイクロプローブ等を備えている。マイクロプローブは、その先端部に一対の接触子を有している。この測定装置によれば、マイクロプローブ（接触子）を被測定物の穴の内壁面に接触させることで、穴の内部形状に関する所望の測定が可能となる。
【０００３】
例えば、上記穴の内径を測定する場合には、以下のステップにより行われる。すなわち、テーブル上に載置された被測定物の穴の内壁面に向かってプローブを移動させて一方の接触子を上記穴の内壁面に接触させる第１ステップと、一方の接触子が上記穴の内壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第２ステップと、前記第１ステップとは逆方向へプローブを移動させて他方の接触子を上記穴の内壁面に接触させる第３ステップと、この他方の接触子が上記穴の内壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第４ステップと、第２ステップ及び第４ステップによりそれぞれ特定した二つの接触点の位置に基づいて接触点間の距離、すなわち穴の内径を算出する第５ステップとを備えている。
【特許文献１】特開２００４−５３４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の測定装置においては、マイクロプローブを穴の内壁面に接触させる操作を複数回繰り返すことが必要となる。そうした操作は作業者にとって煩雑なものであり、時間を要するものとなっていた。また、マイクロプローブを穴の内壁面に接触させるステップ（第１ステップ及び第３ステップ）においては、マイクロプローブ（接触子）を穴の内壁面に接触させるべくテーブルを移動させて、同マイクロプローブ（接触子）が穴の内壁面に接触したときの抵抗変化の信号をトリガとしてテーブルを停止させる等の複雑な機構が必要となる。このため、測定装置の複雑化、ひいては大型化を招くこととなり、被測定物の製造現場において短時間で所望の測定をするのは困難であった。
【０００５】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触式のプローブを具備することで、穴の内部を短時間で容易に測定することができる光学式測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の光学式測定装置は、被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円を求めることにより、前記穴の内径を算出する演算手段とを備えてなることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、内壁面で反射された散乱光の一部が透過部を介して受光素子によって受光される。そして、この受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づき、穴の内壁面上における基本光の反射位置とプローブとの間の間隔が算出され、基本光の反射位置の座標値が決定される。その結果、そうした反射位置の座標値に基づいて１つの仮想円が求められる。そして、反射位置の座標値と、仮想円の中心座標値とより、穴の内径が算出される。
【０００８】
このように、本構成では、穴の内壁面にプローブを接触させる必要はなく、同プローブを穴の内部に挿入するといった極めて単純な操作により、穴の内部形状に関する所望の測定、すなわち穴の内径の測定が可能となる。従って、装置構造の複雑化を招くことがなく、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明の光学式測定装置は、被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも２箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出する演算手段とを備えてなることを要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、内壁面で反射された散乱光の一部が透過部を介して受光素子によって受光される。そして、この受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づき、穴の内壁面上における基本光の反射位置とプローブとの間の間隔が算出され、基本光の反射位置の座標値が決定される。その結果、そうした反射位置の座標値に基づいて１つの仮想円が求められる。続いて、穴の深さ方向に沿う別の箇所においても、上記と同様に、受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づいて別の仮想円を求める。これにより、穴の深さ方向に沿う２箇所において別途仮想円が同定され、それぞれの仮想円の中心座標を求めることで、穴の傾斜角度が算出される。
【００１１】
このように、本構成では、穴の内壁面にプローブを接触させる必要はなく、同プローブを穴の内部に挿入するといった極めて単純な操作により、穴の内部形状に関する所望の測定、すなわち穴の傾斜角度の測定が可能となる。よって、装置構造の複雑化を招くことがなく、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明の光学式測定装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において３つ以上設けられてなることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、一度の測定により反射位置の座標値が３つ以上求められることから、穴の傾斜角度を測定するに際して必要となる仮想円を同定しやすくなる。すなわち、穴の内部を容易に測定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学式測定装置によれば、非接触式のプローブを具備することで、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光学式測定装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、光学式測定装置１０は、基台１１と、同基台１１に軸支されてなるアーム部１２とを備えている。アーム部１２は、複数（本実施形態では３つ）のアーム部材１３が互いに回動自在に軸支されてなるものである。これら複数のアーム部材１３のうち最も先端側に配設されたアーム部材１３には、非接触式のプローブ（以下、単にプローブ１５という）が設けられている（図２参照）。また、光学式測定装置１０は、演算手段としてのコンピュータ（図示略）を備えている。そして、このプローブ１５を、シリンダブロック等の被測定物２０の穴２１（シリンダ）の内部において所定方向へ移動させることで、その穴２１の内部形状（本実施形態では、穴の傾斜角度）を測定することができる。以下、本実施形態のプローブ１５について説明する。
【００１６】
図３に示すように、プローブ１５は、金属材料より形成されて中空状をなす基体３１を備えている。この基体３１の内部には、光源としての発光ダイオード３２（ＬＥＤ）と、透過部としてのピンホール（第１ピンホール３３ａ）と、受光素子としてのＰＳＤ３４（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）とが収容されている。本実施形態のプローブ１５においては、上記発光ダイオード３２（光源）、第１ピンホール３３ａ（透過部）、ＰＳＤ３４（受光素子）等よりなるユニットが、周方向において３組設けられている（図４参照）。
【００１７】
図４に示すように、発光ダイオード３２（以下、ＬＥＤ３２という。）は、周方向において複数（本実施形態では３つ）設置されている。より詳しくは、これら複数のＬＥＤ３２は、基体３１の軸線３１ａ上に中心を有する同一円周３６上において等間隔（１２０°）毎に設けられている（図３及び図４参照）。なお、このＬＥＤ３２の発光色は特に限定されるものではない。
【００１８】
以下においては、上記３組のユニットのうち任意の１組のユニットについて、ＬＥＤ３２を除く各部材の構成について説明する。なお、他の２組のユニットに関してもこれと同様の構成を有するものとする。
【００１９】
図３に示すように、基体３１には、ＬＥＤ３２から発せられた基本光を絞り込むための第２ピンホール３７ａが設けられている。より詳しくは、ＬＥＤ３２の先端部に対向する基体３１の壁面には、第２ピンホール３７ａを有するピンホール板３７が配設されている。そして、ＬＥＤ３２から発せられた基本光は、第２ピンホール３７ａを通じて前記軸線３１ａに直交する方向に向けて照射される。
【００２０】
この第２ピンホール３７ａを有するピンホール板３７よりも基体３１の先端側に位置する、基体３１の壁面には、透過部としての第１ピンホール３３ａを有するピンホール板３３が配設されている。そして、穴２１の内壁面２２の所定箇所で反射された散乱光が第１ピンホール３３ａを通じて基体３１の内部に入射される。
【００２１】
なお、本実施形態では、穴２１の内壁面２２のうち、ＬＥＤ３２から発せられた基本光が反射される所定箇所を「反射位置２２ａ」という。また、図３においては、穴２１の内壁面２２（反射位置２２ａ）で反射された多数の散乱光のうち、第１ピンホール３３ａを透過し得る特定の光のみを一点鎖線で示すものとする。
【００２２】
基体３１の内部において、前記ＬＥＤ３２よりも同基体３１の先端側に位置する所定箇所にはＰＳＤ３４が配設されている。より詳しくは、前記反射位置２２ａと第１ピンホール３３ａとを結ぶ線上に、同ＰＳＤ３４が配設されている。このＰＳＤ３４の受光部３４ａ上には、前記第１ピンホール３３ａを通じて入射されてきた特定の散乱光が受光され、ＬＥＤ３２の像が形成される。そして、このＰＳＤ３４からは、前記散乱光の受光位置（ＬＥＤ３２の像の位置）に応じた出力信号が出力される。この出力信号は、端子ピン（図示略）を経てコンピュータ（図示略）に入力される。その結果、前記反射位置２２ａと第２ピンホール３７ａとの距離Ｌ（前記反射位置２２ａとプローブ１５との間の、前記軸線３１ａに直交する方向における距離Ｌ）が算出され、これに基づいて同反射位置２２ａの座標値が求められる。
【００２３】
本実施形態では、図４に示すように、３つのＬＥＤ３２の基本光をそれぞれ別途内壁面２２に照射して各反射位置２２ａの座標値を求め、これらの座標値に基づいて仮想円を同定してその仮想円の中心座標及び半径を算出することで、穴２１の内部形状（穴の傾斜角度、穴の内径）を測定する。
【００２４】
次に、被測定物２０に設けられた穴２１の内部の測定方法について説明する。
被測定物２０の穴２１の内部を測定する際には、図５に実線で示すように、まず穴２１の内部にプローブ１５を挿入し、任意の箇所において各ＬＥＤ３２の基本光を第２ピンホール３７ａ（Ｂ点）を通じて穴２１の内壁面２２に向けて照射する。すると、ＬＥＤ３２から発せられた基本光は、第２ピンホール３７ａ（Ｂ点）から前記軸線３１ａに直交する方向へ所定距離Ｌ１離れた、内壁面２２上の反射位置２２ａ（Ａ点）において反射して散乱される。そして、ここで散乱された光のうち特定の光が、前記第２ピンホール３７ａ（Ｂ点）から軸線方向Ｊに所定距離ｓ離れた第１ピンホール３３ａ（Ｃ点）を通じて基体３１の内部に入射し、最終的にＰＳＤ３４の受光部３４ａ上に像を形成する。このとき、像は、受光部３４ａの中心Ｘ０を原点として変位Ｘ１の位置（Ｅ点）に形成されているものとする。
【００２５】
ここで、Ｃ点を通り前記軸線３１ａに直交する仮想線４１と、Ｅ点を通り前記軸線３１ａに平行な仮想線４２との交点をＤ点で表し、ＣＤ間の距離をｄ、ＤＥ間の距離をｑとする。この場合、穴２１の内壁面２２（反射位置２２ａ）とプローブ１５との距離、すなわちＡＢ間の距離Ｌは、三角形ＡＢＣと三角形ＣＤＥとの相似により、下記式（１）により算出される。
【００２６】
【数１】
そして、ここで算出されたＬの値から、反射位置２２ａ（Ａ点）の座標値が求められる。以下、他の２つのＬＥＤ３２に関しても、これと同様に基本光を内壁面２２に対して照射してＰＳＤ３４上に像を形成させることで、それぞれ反射位置２２ａの座標値を求める。これにより、穴２１の内壁面２２上において３箇所の反射位置２２ａの座標値が求められることとなる。
【００２７】
続いて、これら３つの座標値に基づき、測定箇所における仮想円を同定する。すなわち、まず、これら３つの反射位置２２ａの座標値のうち任意の２点の座標値(ｘｉ,ｙｉ)，(ｘｉ＋１,ｙｉ＋１)を、下記式（２）（円の方程式）に代入する。なお、本実施形態では、穴２１の断面形状を略真円と仮定する。
【００２８】
【数２】
そして、各座標値をそれぞれ代入した後に得られた双方の式を減算し、Ｃｘ,Ｃｙについて整理すると、下記式（３）が得られる。なお、ｎ点（本実施形態では３点）の測定結果においては、式（３）が(ｎ−１)個得られる。
【００２９】
【数３】
ここで、式（３）を下記の式（４）〜（６）のようにおくと、
【００３０】
【数４】
上記式（３）は、下記の式（７）のように表される。
【００３１】
【数５】
なお、ｎ点（本実施形態では３点）の測定結果からは、(ｎ−１)個の式（７）が得られる。この結果から、最小二乗法を用いてＣｘ,Ｃｙを求めると、下記の式（８）及び式（９）が得られる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】
但し、Σの範囲は１≦ｉ≦ｎ−１である。これにより、第１の仮想円４４の中心座標４４ａが求められる（図６参照）。そして、この中心座標４４ａを決定した後、下記式（１０）により各反射位置２２ａの座標値に対応したＲｉを求め、その平均値を仮想円４４の半径の測定値Ｒとする。
【００３４】
【数８】
但し、Σの範囲は１≦ｉ≦ｎである。このようにして仮想円４４の半径を求めることで、穴２１の内径（仮想円４４の直径）が算出される。
【００３５】
次に、図５に鎖線で示すように、プローブ１５を、基体３１の軸線方向Ｊに沿って距離Ｔだけ穴２１の内奥側に移動させる。そして、図６に示すように、移動後の箇所においても上記と同様の操作により第２の仮想円４６を同定し、その中心座標４６ａを算出する。以上の操作により、穴２１の深さ方向Ｆにおいて２つの仮想円４４，４６が同定される。そして、これら２つの仮想円４４，４６の中心座標４４ａ，４６ａと前記距離Ｔとから、内壁面２２の傾斜角度θが算出される。
【００３６】
前記の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１） 本実施形態の光学式測定装置１０によれば、各ＬＥＤ３２の基本光を内壁面２２に対して照射することで各反射位置２２ａの座標値を求め、穴２１の内部における任意の箇所で１つの仮想円を同定することにより穴２１の内径が測定される。また、穴２１の内部における２箇所でそれぞれ仮想円を同定することにより穴２１の傾斜角度が測定される。すなわち、プローブ１５を穴２１の内壁面２２に接触させることなく同穴２１の内部が測定可能とされる。これにより、本実施形態では、穴２１の内壁面２２にプローブ１５を接触させるための複雑な機構を必要とせず、構成の簡略化を図ることができ、ひいては装置の大型化が回避される。そして、穴２１の内部にプローブ１５を挿入するといった極めて簡易な操作により、所望の測定が可能となる。従って、本実施形態の光学式測定装置１０によれば、被測定物２０の製造現場においてその穴２１の内部を短時間で容易に測定することができる。
【００３７】
（２） 本実施形態では、内壁面２２上の反射位置２２ａにおいて散乱された散乱光のうちの任意の光をＰＳＤ３４上に入射させている。このため、本実施形態では、極めて絞られた光束を出力するレーザ光源を使用する場合のように反射光を正確にＰＳＤ３４上に入射させるべく光の入射角度や、基体３１の内部におけるＰＳＤ３４の設置箇所等を厳密に調整する必要がない。従って、本実施形態の光学式測定装置１０によれば、構造の簡易化を図ることができる。
【００３８】
（３） 本実施形態の光学式測定装置１０には、ＬＥＤ３２が周方向において３つ設けられている。ここで、上記仮想円を同定する際には最低限３つの座標値が必要となる。本実施形態によれば、そうした３つの座標値が一度の測定において同時に算出可能とされる。これにより、仮想円の同定を容易に行うことができる。
【００３９】
また、各ＬＥＤ３２は、周方向において等間隔毎に設けられている。すなわち、周方向において等間隔毎に反射位置２２ａの座標値が求められることとなる。これにより、穴２１の内部形状を高い精度で反映する仮想円を同定することが可能となるため、穴２１の内壁面２２の傾斜角度や穴２１の内径を正確に測定することができる。
【００４０】
（４） 光源としてＬＥＤ３２を用いることにより、内壁面２２の所定箇所に対して基本光を確実に照射させることができる。
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００４１】
・ 本実施形態では、光源としてＬＥＤ３２を採用したが、これをレーザダイオード等の他の光源に変更してもよい。
・ 本実施形態では、３つのＬＥＤ３２を周方向において等間隔毎に設けたが、周方向において隣接するＬＥＤ３２間の間隔はそれぞれ相違するものであってもよい。
【００４２】
・ 本実施形態では、３つのＬＥＤ３２を設けたが、ＬＥＤ３２の数はこれに限定されるものではなく、３つ未満でも４つ以上でもよい。ＬＥＤ３２の数が３つ未満のプローブ１５を用いて穴２１の内部を測定する場合は、穴２１の内部の任意の箇所において前記軸線３１ａを軸としてプローブ１５を回転させて少なくとも３つの反射位置２２ａの座標値を求め、本実施形態と同様に第１の仮想円４４を同定する。続いて、穴２１の内奥側へとプローブ１５を移動させ、ここでも上記と同様にプローブ１５を回転させて少なくとも３つの反射位置２２ａの座標値を求め、第２の仮想円４６を同定する。そして、ここで同定した各仮想円４４，４６の中心座標４４ａ，４６ａにより穴２１の内部に関しての所望の測定が可能となる。
【００４３】
一方、図７に示すように、本実施形態のプローブ１５におけるＬＥＤ３２のユニットを、同プローブ１５の先端側にさらに１組設ける構成が好ましい。すなわち、プローブ１５には、合計６つのＬＥＤ３２が設けられることとなる。このように構成した場合には、穴２１の内部において前記軸線方向Ｊにプローブ１５を動かさずとも、穴２１の深さ方向に沿う２箇所において別途仮想円４４，４６を同定することが可能となる。従って、この構成によれば、穴２１の内部においてプローブ１５を動かす操作が省略されるため、穴２１の内部の測定が一層容易なものとなる。
【００４４】
また、基体３１の軸線３１ａ上に中心を有する同一円周３６上において４つ以上のＬＥＤ３２を設ける構成を採用してもよい。この場合には、穴２１の内壁面２２上における反射位置２２ａの座標値が少なくとも４つ求まり、これらの座標値から上記仮想円が求められることとなる。
【００４５】
・ 本実施形態では、穴２１の内部において１箇所で１つの仮想円を同定し、その仮想円の半径から穴２１の内径を求めたが、穴２１の内部において２箇所以上でそれぞれ仮想円を同定し、各仮想円の直径の平均値を穴２１の内径としてもよい。
【００４６】
・ 本実施形態では、穴２１の断面形状を略真円と仮定したが、その断面形状が仮に楕円であるときには、上記式２の代わりに楕円の公式を採用する。この場合、上記と同様に仮想円を求める際には、穴２１の内壁面２２上における反射位置２２ａの座標値が少なくとも４つ必要となる。こうしたときには、測定の簡易化及び迅速化を図るべく、基体３１の軸線３１ａ上に中心を有する同一円周３６上において４つ以上のＬＥＤ３２を設ける構成が好ましい。
【００４７】
・ 穴２１の内部において３箇所以上で仮想円を同定し、穴２１の内部形状を測定するようにしてもよい。
・ 本実施形態では、穴２１の内部において仮想円を同定することで穴２１の内壁面２２の傾斜角度を測定したが、これを以下の方法に変更してもよい。すなわち、穴２１の内部の２箇所において本実施形態と同様の方法でＡＢ間の距離Ｌ（Ｌ１,Ｌ２）を算出した後、下記式（１１）により傾斜角度θｉを求める（図８参照）。
【００４８】
【数９】
この式（１１）により各ＬＥＤ３２に対応した傾斜角度θｉをそれぞれ求め、その平均値を、内壁面２２の傾斜角度θの測定値とする。
【００４９】
・ 本実施形態における透過部として、ピンホール３３ａの代わりに、スリットや凸レンズ等を採用してもよい。
・ また、本実施形態における受光素子として、ＰＳＤ３４の代わりに、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を採用してもよい。
【００５０】
・ 本実施形態では、ＬＥＤ３２よりも基体３１の先端側に位置する箇所にＰＳＤ３４を配設したが、同ＰＳＤ３４の配設箇所はこれに限定されるものではない。すなわち、ＬＥＤ３２よりも基体３１の基端側に位置する箇所にＰＳＤ３４を配設してもよい。このような構成とした場合においても、穴２１の内壁面２２で反射した散乱光のうち任意の光がＰＳＤ３４上に入射されることから、穴２１の内部形状に関する所望の測定が可能となる。
【００５１】
・ 本実施形態では、第１の仮想円４４を同定した後にプローブ１５を穴２１の内奥側に移動させて第２の仮想円４６を同定したが、これとは逆方向（穴２１の開口部側）へプローブ１５を移動させて上記第２の仮想円４６を同定する方法を採用してもよい。
【００５２】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 請求項３に記載の光学式測定装置であって、前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において等間隔毎に設けられてなることを特徴とする光学式測定装置。この構成によれば、穴の内壁面の周方向において等間隔毎に反射位置の座標値が求められることとなり、穴の内部形状を高い精度で反映する仮想円を同定することが可能となる。従って、穴の傾斜角度を正確に測定することができる。
【００５３】
・ 被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブを具備する光学式測定装置を用いて前記穴の内部を測定する測定方法であって、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円を求めることで、前記穴の内径を算出することを特徴とする測定方法。
【００５４】
・ 被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブを具備する光学式測定装置を用いて前記穴の内部を測定する測定方法であって、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも２箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出することを特徴とする測定方法。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態の光学式測定装置を示す概略図。
【図２】同光学式測定装置を示す部分拡大概略図。
【図３】本実施形態のプローブの内部を示す概略図。
【図４】同プローブを示す平断面概略図。
【図５】穴の内部の測定方法を示す概略図。
【図６】穴の内部の測定方法を示す概念図。
【図７】別例のプローブの内部を示す概略図。
【図８】本実施形態とは別の測定方法を示す概略図。
【符号の説明】
【００５６】
１０…光学式測定装置、１５…プローブ、２０…被測定物、２１…穴、２２…内壁面、３１ａ…軸線３２…光源としてのＬＥＤ、３３ａ…透過部としてのピンホール、３４…受光素子としてのＰＳＤ、４４，４６…仮想円。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、シリンダブロック等の鋳物類や、種々の機械加工品等に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、鋳物類等の被測定物に形成された穴の内部形状（例えば、内径、真円度、表面粗さ等）を測定する装置としては、以下に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された測定装置は、被測定物を所定の方向に移動可能とする種々のテーブル、被測定物の穴の位置を撮像するＣＣＤカメラ、同ＣＣＤカメラの出力が入力されるコンピュータ、被測定物の穴の内部に挿入されるマイクロプローブ等を備えている。マイクロプローブは、その先端部に一対の接触子を有している。この測定装置によれば、マイクロプローブ（接触子）を被測定物の穴の内壁面に接触させることで、穴の内部形状に関する所望の測定が可能となる。
【０００３】
例えば、上記穴の内径を測定する場合には、以下のステップにより行われる。すなわち、テーブル上に載置された被測定物の穴の内壁面に向かってプローブを移動させて一方の接触子を上記穴の内壁面に接触させる第１ステップと、一方の接触子が上記穴の内壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第２ステップと、前記第１ステップとは逆方向へプローブを移動させて他方の接触子を上記穴の内壁面に接触させる第３ステップと、この他方の接触子が上記穴の内壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第４ステップと、第２ステップ及び第４ステップによりそれぞれ特定した二つの接触点の位置に基づいて接触点間の距離、すなわち穴の内径を算出する第５ステップとを備えている。
【特許文献１】特開２００４−５３４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の測定装置においては、マイクロプローブを穴の内壁面に接触させる操作を複数回繰り返すことが必要となる。そうした操作は作業者にとって煩雑なものであり、時間を要するものとなっていた。また、マイクロプローブを穴の内壁面に接触させるステップ（第１ステップ及び第３ステップ）においては、マイクロプローブ（接触子）を穴の内壁面に接触させるべくテーブルを移動させて、同マイクロプローブ（接触子）が穴の内壁面に接触したときの抵抗変化の信号をトリガとしてテーブルを停止させる等の複雑な機構が必要となる。このため、測定装置の複雑化、ひいては大型化を招くこととなり、被測定物の製造現場において短時間で所望の測定をするのは困難であった。
【０００５】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触式のプローブを具備することで、穴の内部を短時間で容易に測定することができる光学式測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の光学式測定装置は、被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円を求めることにより、前記穴の内径を算出する演算手段とを備えてなることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、内壁面で反射された散乱光の一部が透過部を介して受光素子によって受光される。そして、この受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づき、穴の内壁面上における基本光の反射位置とプローブとの間の間隔が算出され、基本光の反射位置の座標値が決定される。その結果、そうした反射位置の座標値に基づいて１つの仮想円が求められる。そして、反射位置の座標値と、仮想円の中心座標値とより、穴の内径が算出される。
【０００８】
このように、本構成では、穴の内壁面にプローブを接触させる必要はなく、同プローブを穴の内部に挿入するといった極めて単純な操作により、穴の内部形状に関する所望の測定、すなわち穴の内径の測定が可能となる。従って、装置構造の複雑化を招くことがなく、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明の光学式測定装置は、被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも２箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出する演算手段とを備えてなることを要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、内壁面で反射された散乱光の一部が透過部を介して受光素子によって受光される。そして、この受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づき、穴の内壁面上における基本光の反射位置とプローブとの間の間隔が算出され、基本光の反射位置の座標値が決定される。その結果、そうした反射位置の座標値に基づいて１つの仮想円が求められる。続いて、穴の深さ方向に沿う別の箇所においても、上記と同様に、受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づいて別の仮想円を求める。これにより、穴の深さ方向に沿う２箇所において別途仮想円が同定され、それぞれの仮想円の中心座標を求めることで、穴の傾斜角度が算出される。
【００１１】
このように、本構成では、穴の内壁面にプローブを接触させる必要はなく、同プローブを穴の内部に挿入するといった極めて単純な操作により、穴の内部形状に関する所望の測定、すなわち穴の傾斜角度の測定が可能となる。よって、装置構造の複雑化を招くことがなく、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明の光学式測定装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において３つ以上設けられてなることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、一度の測定により反射位置の座標値が３つ以上求められることから、穴の傾斜角度を測定するに際して必要となる仮想円を同定しやすくなる。すなわち、穴の内部を容易に測定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光学式測定装置によれば、非接触式のプローブを具備することで、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光学式測定装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、光学式測定装置１０は、基台１１と、同基台１１に軸支されてなるアーム部１２とを備えている。アーム部１２は、複数（本実施形態では３つ）のアーム部材１３が互いに回動自在に軸支されてなるものである。これら複数のアーム部材１３のうち最も先端側に配設されたアーム部材１３には、非接触式のプローブ（以下、単にプローブ１５という）が設けられている（図２参照）。また、光学式測定装置１０は、演算手段としてのコンピュータ（図示略）を備えている。そして、このプローブ１５を、シリンダブロック等の被測定物２０の穴２１（シリンダ）の内部において所定方向へ移動させることで、その穴２１の内部形状（本実施形態では、穴の傾斜角度）を測定することができる。以下、本実施形態のプローブ１５について説明する。
【００１６】
図３に示すように、プローブ１５は、金属材料より形成されて中空状をなす基体３１を備えている。この基体３１の内部には、光源としての発光ダイオード３２（ＬＥＤ）と、透過部としてのピンホール（第１ピンホール３３ａ）と、受光素子としてのＰＳＤ３４（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）とが収容されている。本実施形態のプローブ１５においては、上記発光ダイオード３２（光源）、第１ピンホール３３ａ（透過部）、ＰＳＤ３４（受光素子）等よりなるユニットが、周方向において３組設けられている（図４参照）。
【００１７】
図４に示すように、発光ダイオード３２（以下、ＬＥＤ３２という。）は、周方向において複数（本実施形態では３つ）設置されている。より詳しくは、これら複数のＬＥＤ３２は、基体３１の軸線３１ａ上に中心を有する同一円周３６上において等間隔（１２０°）毎に設けられている（図３及び図４参照）。なお、このＬＥＤ３２の発光色は特に限定されるものではない。
【００１８】
以下においては、上記３組のユニットのうち任意の１組のユニットについて、ＬＥＤ３２を除く各部材の構成について説明する。なお、他の２組のユニットに関してもこれと同様の構成を有するものとする。
【００１９】
図３に示すように、基体３１には、ＬＥＤ３２から発せられた基本光を絞り込むための第２ピンホール３７ａが設けられている。より詳しくは、ＬＥＤ３２の先端部に対向する基体３１の壁面には、第２ピンホール３７ａを有するピンホール板３７が配設されている。そして、ＬＥＤ３２から発せられた基本光は、第２ピンホール３７ａを通じて前記軸線３１ａに直交する方向に向けて照射される。
【００２０】
この第２ピンホール３７ａを有するピンホール板３７よりも基体３１の先端側に位置する、基体３１の壁面には、透過部としての第１ピンホール３３ａを有するピンホール板３３が配設されている。そして、穴２１の内壁面２２の所定箇所で反射された散乱光が第１ピンホール３３ａを通じて基体３１の内部に入射される。
【００２１】
なお、本実施形態では、穴２１の内壁面２２のうち、ＬＥＤ３２から発せられた基本光が反射される所定箇所を「反射位置２２ａ」という。また、図３においては、穴２１の内壁面２２（反射位置２２ａ）で反射された多数の散乱光のうち、第１ピンホール３３ａを透過し得る特定の光のみを一点鎖線で示すものとする。
【００２２】
基体３１の内部において、前記ＬＥＤ３２よりも同基体３１の先端側に位置する所定箇所にはＰＳＤ３４が配設されている。より詳しくは、前記反射位置２２ａと第１ピンホール３３ａとを結ぶ線上に、同ＰＳＤ３４が配設されている。このＰＳＤ３４の受光部３４ａ上には、前記第１ピンホール３３ａを通じて入射されてきた特定の散乱光が受光され、ＬＥＤ３２の像が形成される。そして、このＰＳＤ３４からは、前記散乱光の受光位置（ＬＥＤ３２の像の位置）に応じた出力信号が出力される。この出力信号は、端子ピン（図示略）を経てコンピュータ（図示略）に入力される。その結果、前記反射位置２２ａと第２ピンホール３７ａとの距離Ｌ（前記反射位置２２ａとプローブ１５との間の、前記軸線３１ａに直交する方向における距離Ｌ）が算出され、これに基づいて同反射位置２２ａの座標値が求められる。
【００２３】
本実施形態では、図４に示すように、３つのＬＥＤ３２の基本光をそれぞれ別途内壁面２２に照射して各反射位置２２ａの座標値を求め、これらの座標値に基づいて仮想円を同定してその仮想円の中心座標及び半径を算出することで、穴２１の内部形状（穴の傾斜角度、穴の内径）を測定する。
【００２４】
次に、被測定物２０に設けられた穴２１の内部の測定方法について説明する。
被測定物２０の穴２１の内部を測定する際には、図５に実線で示すように、まず穴２１の内部にプローブ１５を挿入し、任意の箇所において各ＬＥＤ３２の基本光を第２ピンホール３７ａ（Ｂ点）を通じて穴２１の内壁面２２に向けて照射する。すると、ＬＥＤ３２から発せられた基本光は、第２ピンホール３７ａ（Ｂ点）から前記軸線３１ａに直交する方向へ所定距離Ｌ１離れた、内壁面２２上の反射位置２２ａ（Ａ点）において反射して散乱される。そして、ここで散乱された光のうち特定の光が、前記第２ピンホール３７ａ（Ｂ点）から軸線方向Ｊに所定距離ｓ離れた第１ピンホール３３ａ（Ｃ点）を通じて基体３１の内部に入射し、最終的にＰＳＤ３４の受光部３４ａ上に像を形成する。このとき、像は、受光部３４ａの中心Ｘ０を原点として変位Ｘ１の位置（Ｅ点）に形成されているものとする。
【００２５】
ここで、Ｃ点を通り前記軸線３１ａに直交する仮想線４１と、Ｅ点を通り前記軸線３１ａに平行な仮想線４２との交点をＤ点で表し、ＣＤ間の距離をｄ、ＤＥ間の距離をｑとする。この場合、穴２１の内壁面２２（反射位置２２ａ）とプローブ１５との距離、すなわちＡＢ間の距離Ｌは、三角形ＡＢＣと三角形ＣＤＥとの相似により、下記式（１）により算出される。
【００２６】
【数１】
そして、ここで算出されたＬの値から、反射位置２２ａ（Ａ点）の座標値が求められる。以下、他の２つのＬＥＤ３２に関しても、これと同様に基本光を内壁面２２に対して照射してＰＳＤ３４上に像を形成させることで、それぞれ反射位置２２ａの座標値を求める。これにより、穴２１の内壁面２２上において３箇所の反射位置２２ａの座標値が求められることとなる。
【００２７】
続いて、これら３つの座標値に基づき、測定箇所における仮想円を同定する。すなわち、まず、これら３つの反射位置２２ａの座標値のうち任意の２点の座標値(ｘｉ,ｙｉ)，(ｘｉ＋１,ｙｉ＋１)を、下記式（２）（円の方程式）に代入する。なお、本実施形態では、穴２１の断面形状を略真円と仮定する。
【００２８】
【数２】
そして、各座標値をそれぞれ代入した後に得られた双方の式を減算し、Ｃｘ,Ｃｙについて整理すると、下記式（３）が得られる。なお、ｎ点（本実施形態では３点）の測定結果においては、式（３）が(ｎ−１)個得られる。
【００２９】
【数３】
ここで、式（３）を下記の式（４）〜（６）のようにおくと、
【００３０】
【数４】
上記式（３）は、下記の式（７）のように表される。
【００３１】
【数５】
なお、ｎ点（本実施形態では３点）の測定結果からは、(ｎ−１)個の式（７）が得られる。この結果から、最小二乗法を用いてＣｘ,Ｃｙを求めると、下記の式（８）及び式（９）が得られる。
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】
但し、Σの範囲は１≦ｉ≦ｎ−１である。これにより、第１の仮想円４４の中心座標４４ａが求められる（図６参照）。そして、この中心座標４４ａを決定した後、下記式（１０）により各反射位置２２ａの座標値に対応したＲｉを求め、その平均値を仮想円４４の半径の測定値Ｒとする。
【００３４】
【数８】
但し、Σの範囲は１≦ｉ≦ｎである。このようにして仮想円４４の半径を求めることで、穴２１の内径（仮想円４４の直径）が算出される。
【００３５】
次に、図５に鎖線で示すように、プローブ１５を、基体３１の軸線方向Ｊに沿って距離Ｔだけ穴２１の内奥側に移動させる。そして、図６に示すように、移動後の箇所においても上記と同様の操作により第２の仮想円４６を同定し、その中心座標４６ａを算出する。以上の操作により、穴２１の深さ方向Ｆにおいて２つの仮想円４４，４６が同定される。そして、これら２つの仮想円４４，４６の中心座標４４ａ，４６ａと前記距離Ｔとから、内壁面２２の傾斜角度θが算出される。
【００３６】
前記の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１） 本実施形態の光学式測定装置１０によれば、各ＬＥＤ３２の基本光を内壁面２２に対して照射することで各反射位置２２ａの座標値を求め、穴２１の内部における任意の箇所で１つの仮想円を同定することにより穴２１の内径が測定される。また、穴２１の内部における２箇所でそれぞれ仮想円を同定することにより穴２１の傾斜角度が測定される。すなわち、プローブ１５を穴２１の内壁面２２に接触させることなく同穴２１の内部が測定可能とされる。これにより、本実施形態では、穴２１の内壁面２２にプローブ１５を接触させるための複雑な機構を必要とせず、構成の簡略化を図ることができ、ひいては装置の大型化が回避される。そして、穴２１の内部にプローブ１５を挿入するといった極めて簡易な操作により、所望の測定が可能となる。従って、本実施形態の光学式測定装置１０によれば、被測定物２０の製造現場においてその穴２１の内部を短時間で容易に測定することができる。
【００３７】
（２） 本実施形態では、内壁面２２上の反射位置２２ａにおいて散乱された散乱光のうちの任意の光をＰＳＤ３４上に入射させている。このため、本実施形態では、極めて絞られた光束を出力するレーザ光源を使用する場合のように反射光を正確にＰＳＤ３４上に入射させるべく光の入射角度や、基体３１の内部におけるＰＳＤ３４の設置箇所等を厳密に調整する必要がない。従って、本実施形態の光学式測定装置１０によれば、構造の簡易化を図ることができる。
【００３８】
（３） 本実施形態の光学式測定装置１０には、ＬＥＤ３２が周方向において３つ設けられている。ここで、上記仮想円を同定する際には最低限３つの座標値が必要となる。本実施形態によれば、そうした３つの座標値が一度の測定において同時に算出可能とされる。これにより、仮想円の同定を容易に行うことができる。
【００３９】
また、各ＬＥＤ３２は、周方向において等間隔毎に設けられている。すなわち、周方向において等間隔毎に反射位置２２ａの座標値が求められることとなる。これにより、穴２１の内部形状を高い精度で反映する仮想円を同定することが可能となるため、穴２１の内壁面２２の傾斜角度や穴２１の内径を正確に測定することができる。
【００４０】
（４） 光源としてＬＥＤ３２を用いることにより、内壁面２２の所定箇所に対して基本光を確実に照射させることができる。
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００４１】
・ 本実施形態では、光源としてＬＥＤ３２を採用したが、これをレーザダイオード等の他の光源に変更してもよい。
・ 本実施形態では、３つのＬＥＤ３２を周方向において等間隔毎に設けたが、周方向において隣接するＬＥＤ３２間の間隔はそれぞれ相違するものであってもよい。
【００４２】
・ 本実施形態では、３つのＬＥＤ３２を設けたが、ＬＥＤ３２の数はこれに限定されるものではなく、３つ未満でも４つ以上でもよい。ＬＥＤ３２の数が３つ未満のプローブ１５を用いて穴２１の内部を測定する場合は、穴２１の内部の任意の箇所において前記軸線３１ａを軸としてプローブ１５を回転させて少なくとも３つの反射位置２２ａの座標値を求め、本実施形態と同様に第１の仮想円４４を同定する。続いて、穴２１の内奥側へとプローブ１５を移動させ、ここでも上記と同様にプローブ１５を回転させて少なくとも３つの反射位置２２ａの座標値を求め、第２の仮想円４６を同定する。そして、ここで同定した各仮想円４４，４６の中心座標４４ａ，４６ａにより穴２１の内部に関しての所望の測定が可能となる。
【００４３】
一方、図７に示すように、本実施形態のプローブ１５におけるＬＥＤ３２のユニットを、同プローブ１５の先端側にさらに１組設ける構成が好ましい。すなわち、プローブ１５には、合計６つのＬＥＤ３２が設けられることとなる。このように構成した場合には、穴２１の内部において前記軸線方向Ｊにプローブ１５を動かさずとも、穴２１の深さ方向に沿う２箇所において別途仮想円４４，４６を同定することが可能となる。従って、この構成によれば、穴２１の内部においてプローブ１５を動かす操作が省略されるため、穴２１の内部の測定が一層容易なものとなる。
【００４４】
また、基体３１の軸線３１ａ上に中心を有する同一円周３６上において４つ以上のＬＥＤ３２を設ける構成を採用してもよい。この場合には、穴２１の内壁面２２上における反射位置２２ａの座標値が少なくとも４つ求まり、これらの座標値から上記仮想円が求められることとなる。
【００４５】
・ 本実施形態では、穴２１の内部において１箇所で１つの仮想円を同定し、その仮想円の半径から穴２１の内径を求めたが、穴２１の内部において２箇所以上でそれぞれ仮想円を同定し、各仮想円の直径の平均値を穴２１の内径としてもよい。
【００４６】
・ 本実施形態では、穴２１の断面形状を略真円と仮定したが、その断面形状が仮に楕円であるときには、上記式２の代わりに楕円の公式を採用する。この場合、上記と同様に仮想円を求める際には、穴２１の内壁面２２上における反射位置２２ａの座標値が少なくとも４つ必要となる。こうしたときには、測定の簡易化及び迅速化を図るべく、基体３１の軸線３１ａ上に中心を有する同一円周３６上において４つ以上のＬＥＤ３２を設ける構成が好ましい。
【００４７】
・ 穴２１の内部において３箇所以上で仮想円を同定し、穴２１の内部形状を測定するようにしてもよい。
・ 本実施形態では、穴２１の内部において仮想円を同定することで穴２１の内壁面２２の傾斜角度を測定したが、これを以下の方法に変更してもよい。すなわち、穴２１の内部の２箇所において本実施形態と同様の方法でＡＢ間の距離Ｌ（Ｌ１,Ｌ２）を算出した後、下記式（１１）により傾斜角度θｉを求める（図８参照）。
【００４８】
【数９】
この式（１１）により各ＬＥＤ３２に対応した傾斜角度θｉをそれぞれ求め、その平均値を、内壁面２２の傾斜角度θの測定値とする。
【００４９】
・ 本実施形態における透過部として、ピンホール３３ａの代わりに、スリットや凸レンズ等を採用してもよい。
・ また、本実施形態における受光素子として、ＰＳＤ３４の代わりに、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を採用してもよい。
【００５０】
・ 本実施形態では、ＬＥＤ３２よりも基体３１の先端側に位置する箇所にＰＳＤ３４を配設したが、同ＰＳＤ３４の配設箇所はこれに限定されるものではない。すなわち、ＬＥＤ３２よりも基体３１の基端側に位置する箇所にＰＳＤ３４を配設してもよい。このような構成とした場合においても、穴２１の内壁面２２で反射した散乱光のうち任意の光がＰＳＤ３４上に入射されることから、穴２１の内部形状に関する所望の測定が可能となる。
【００５１】
・ 本実施形態では、第１の仮想円４４を同定した後にプローブ１５を穴２１の内奥側に移動させて第２の仮想円４６を同定したが、これとは逆方向（穴２１の開口部側）へプローブ１５を移動させて上記第２の仮想円４６を同定する方法を採用してもよい。
【００５２】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 請求項３に記載の光学式測定装置であって、前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において等間隔毎に設けられてなることを特徴とする光学式測定装置。この構成によれば、穴の内壁面の周方向において等間隔毎に反射位置の座標値が求められることとなり、穴の内部形状を高い精度で反映する仮想円を同定することが可能となる。従って、穴の傾斜角度を正確に測定することができる。
【００５３】
・ 被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブを具備する光学式測定装置を用いて前記穴の内部を測定する測定方法であって、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円を求めることで、前記穴の内径を算出することを特徴とする測定方法。
【００５４】
・ 被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブを具備する光学式測定装置を用いて前記穴の内部を測定する測定方法であって、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも２箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出することを特徴とする測定方法。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態の光学式測定装置を示す概略図。
【図２】同光学式測定装置を示す部分拡大概略図。
【図３】本実施形態のプローブの内部を示す概略図。
【図４】同プローブを示す平断面概略図。
【図５】穴の内部の測定方法を示す概略図。
【図６】穴の内部の測定方法を示す概念図。
【図７】別例のプローブの内部を示す概略図。
【図８】本実施形態とは別の測定方法を示す概略図。
【符号の説明】
【００５６】
１０…光学式測定装置、１５…プローブ、２０…被測定物、２１…穴、２２…内壁面、３１ａ…軸線３２…光源としてのＬＥＤ、３３ａ…透過部としてのピンホール、３４…受光素子としてのＰＳＤ、４４，４６…仮想円。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、
前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円を求めることにより、前記穴の内径を算出する演算手段とを備えてなることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項２】
被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、
前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも２箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出する演算手段とを備えてなることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学式測定装置であって、
前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において３つ以上設けられてなることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項１】
被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、
前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円を求めることにより、前記穴の内径を算出する演算手段とを備えてなることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項２】
被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、
前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも２箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出する演算手段とを備えてなることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学式測定装置であって、
前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において３つ以上設けられてなることを特徴とする光学式測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２４６４６（Ｐ２００７−２４６４６Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０６０３１（Ｐ２００５−２０６０３１）
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（３９１００２４８７）学校法人大同学園 (23)
【出願人】（３９３０１１０３８）菱栄エンジニアリング株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（３９１００２４８７）学校法人大同学園 (23)
【出願人】（３９３０１１０３８）菱栄エンジニアリング株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
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