孔内形状測定方法及びその装置
【課題】孔内形状あるいは孔内面の欠陥を高速で測定することができる孔内形状測定方法及びその装置を目的とする。
【解決手段】 コーンプリズム５を通じてスリット光を投光する円環状光ファイバー群３と、コーンプリズム５によって導光されるリング状の光像を結像レンズ７で撮り込んで投影する画像伝達光学系８とを挿入し、視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、逆円錐部６から投光されるスリット光のコーンプリズム５の軸線に対してなす角度と、リング状の光像の逆円錐部６への受光光がコーンプリズム５の軸線に対してなす角度とを異ならせた方法及び逆円錐部６から投光されるスリット光の投光角を設定するコーンプリズム５への入射角を決定する屈曲部を円環状光ファイバー群３の先方部に形成し、投光角と異なる受光角を有する結像レンズ７をコーンプリズム５の後方に配置した装置。
【解決手段】 コーンプリズム５を通じてスリット光を投光する円環状光ファイバー群３と、コーンプリズム５によって導光されるリング状の光像を結像レンズ７で撮り込んで投影する画像伝達光学系８とを挿入し、視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、逆円錐部６から投光されるスリット光のコーンプリズム５の軸線に対してなす角度と、リング状の光像の逆円錐部６への受光光がコーンプリズム５の軸線に対してなす角度とを異ならせた方法及び逆円錐部６から投光されるスリット光の投光角を設定するコーンプリズム５への入射角を決定する屈曲部を円環状光ファイバー群３の先方部に形成し、投光角と異なる受光角を有する結像レンズ７をコーンプリズム５の後方に配置した装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は孔内形状あるいは孔内面の欠陥を検出することができる孔内形状測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スリット光源を反射ミラーにより反射させたスリット光を筒内面に照射し、筒内面に照射されたスリット光をカメラにより撮像して内面形状を三次元計測する装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、円錐台プリズムにより管路内壁面を照明し、管路内壁の全周からの反射光を受光用プリズムとしての円錐台プリズムにより受光し、受光した反射光をレンズにより結像して管路の欠陥を診断する装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１の装置は、スリット光の照射範囲が狭いため筒内の全周を計測するためには筒を回転させる必要があり、装置が大きくなる問題があった。また、特許文献２の装置は、管路内壁の広い撮影領域を照明するため、照明距離の違いにより撮像に明暗が生じて診断が難しくなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００７−１８７６３４号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は孔内形状あるいは孔内面の欠陥等を高速で測定することができる孔内形状測定方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせたことを特徴とする孔内形状測定方法及び、測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する装置であって、逆円錐部から投光されるスリット光の投光角を設定するコーンプリズムへの入射角を決定する屈曲部を円環状光ファイバー群の先方部に形成するとともに、投光角と異なる受光角を有する結像レンズをコーンプリズムの後方に配置したことを特徴とする孔内形状測定装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムにより導光されたリング状の光像を結像レンズにより撮り込み、その像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせた孔内形状測定方法であり、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせて孔内形状を測定することにより、視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸の座標に従って形状を精確、且つ高速で測定できる。また、従来のように、測定対象を回転させる回転装置が不要となるので装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の実施形態を図１、２、３に基づいて詳細に説明する。
図１において、１は孔の軸線方向に走査自在な孔内形状測定装置であり、該孔内形状測定装置１は撮像装置２と、先方部の逆円錐部６から孔の内周面に円形のスリット光を投光するとともに、孔の内周面のリング状の光像を基端に導光するコーンプリズム５と、コーンプリズム５にスリット光の光源を供給する円環状光ファイバー群３と、コーンプリズム５の基端に導光されるリング状の光像を結像レンズ７で撮り込むとともに撮像装置２にリング状の光像を伝達する画像伝達光学系８とを備えたものである。なお、孔内形状測定装置１は図示しない走査機構により孔内をスリット光の照射幅分ずつ間歇的に下降あるいは上昇することにより孔全体の形状測定を行うものである。
【０００８】
前記撮像装置２は画像伝達光学系８の出射基端に伝達されたリング状の光像を撮像レンズ９を介して撮像するＣＣＤ素子あるいはＣＭＯＳ素子よりなる受光素子１１を備えたものである。そして、受光素子の全ピクセルを左から右へ、上から下へと順次走査することによりリング状の光像のピクセル情報を取り込む。
【０００９】
また、前記円環状光ファイバー群３は横向きの集束光ファイバー群を９０°屈曲させて縦向きにするとともに順次円環状に配設したもので、先端を狭窄させる屈曲部を円環状の先方部に形成してコーンプリズム５へのレーザ光の入射角を決定している。この入射角とコーンプリズム５の屈折率及び円錐角に基づいてコーンプリズム５から投光されるシート光の投光角が設定される。
【００１０】
前記コーンプリズム５の逆円錐部６からのスリット光の投光角度とスリット光像の受光角度との角度差に基づいて視差が発生する。この視差に基づいて孔内形状が測定されることとなる。なお、視差を生じさせる角度差は高い検出精度が要求されるものほど大きくし、検出精度が要求されないものは小さくすればよく、設計に応じて、約２０°〜約５０°の範囲内とする。
【００１１】
孔内面に照射されたスリット光は図３に示されるように、投光角と異なる角度でコーンプリズム５の逆円錐部６に受光される。そして、コーンプリズム５の基端に導光されたリング光像は結像レンズ７により画像伝達光学系８の入射始端に結像され、ロッドレンズまたはリレーレンズあるいはイメージファイバケーブルよりなる画像伝達光学系８の出射基端に伝達される。コーンプリズム５あるいは画像伝達光学系８によるリング光像の投影像は図２に示されるように、孔内形状及び孔の凹部欠陥が表れる。凹部欠陥が凸状として表れるのは逆円錐部６に映し出される像は円錐先端から離れるほど拡大されるため、凹部のリング状光像は孔内面のスリット光像より上方にでき、凹部のリング状光像は逆円錐部６の先端から離れるので像は拡大されて見える。
【００１２】
４は円環状光ファイバー群３に光を供給する光源であり、該光源４はレーザ投光器１２と、ビームエキスパンダ１３とからなる。
【００１３】
このような孔内形状測定装置１を用いて孔内形状の測定を行うには、例えば、エンジンブロックのような被測定体Ｂの孔の中心軸線と孔内形状測定装置１のコーンプリズム５、画像伝達光学系８の中心軸線を一致させる。
【００１４】
次いで、孔内形状測定装置１全体をスリット光の照射幅分ずつ間歇的に下降あるいは上昇させて孔長全体の走査を行う。このとき光源４のレーザ投光器１２からのレーザ光はビームエキスパンダ１３により拡大されて集束光ファイバー群に伝達される。該集束光ファイバー群は縦向きに屈曲されたうえロッドレンズあるいはリレーレンズ等よりなる画像伝達光学系８の外周に環状に配置されるとともに、先方部に屈曲部を形成して先端を狭窄させ、スリット光の投光角に基づきコーンプリズム５への入射角を設定する。
【００１５】
逆円錐部６から所定の投光角でスリット光は被測定体Ｂの孔の全内周面に向けて投光される。そして、孔の全内周面に投光されたスリット光のリング状光像はコーンプリズム５の逆円錐部６に投光角と角度差をもつ受光角で受光されることとなる。このため、視差視に基づいて孔内形状に倣うリング状の光像が表れることとなる。
【００１６】
例えば、図１に示されるように凹部欠陥が形成された孔内形状の場合、リング状光像には図２に示されるように、凸状が形成された孔形状が表されることとなる。この凸状付の孔形状が表れた光像を撮像装置２により撮影し、光像のピクセル情報を座標として取り込み、基準孔の座標と比較すれば欠陥を含む孔形状が測定されることとなる。この測定をスリット光の幅毎、間歇的に行って孔全体の測定を行い孔内形状の測定を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示す正面図である。
【図２】撮像装置により撮像されたリング状の光像を示す平面図である。
【図３】要部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
２ 撮像装置
３ 円環状光ファイバー群
５ コーンプリズム
６ 逆円錐部
７ 結像レンズ
８ 画像伝達光学系
９ 撮像レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は孔内形状あるいは孔内面の欠陥を検出することができる孔内形状測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スリット光源を反射ミラーにより反射させたスリット光を筒内面に照射し、筒内面に照射されたスリット光をカメラにより撮像して内面形状を三次元計測する装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、円錐台プリズムにより管路内壁面を照明し、管路内壁の全周からの反射光を受光用プリズムとしての円錐台プリズムにより受光し、受光した反射光をレンズにより結像して管路の欠陥を診断する装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１の装置は、スリット光の照射範囲が狭いため筒内の全周を計測するためには筒を回転させる必要があり、装置が大きくなる問題があった。また、特許文献２の装置は、管路内壁の広い撮影領域を照明するため、照明距離の違いにより撮像に明暗が生じて診断が難しくなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００７−１８７６３４号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は孔内形状あるいは孔内面の欠陥等を高速で測定することができる孔内形状測定方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせたことを特徴とする孔内形状測定方法及び、測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する装置であって、逆円錐部から投光されるスリット光の投光角を設定するコーンプリズムへの入射角を決定する屈曲部を円環状光ファイバー群の先方部に形成するとともに、投光角と異なる受光角を有する結像レンズをコーンプリズムの後方に配置したことを特徴とする孔内形状測定装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムにより導光されたリング状の光像を結像レンズにより撮り込み、その像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせた孔内形状測定方法であり、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせて孔内形状を測定することにより、視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸の座標に従って形状を精確、且つ高速で測定できる。また、従来のように、測定対象を回転させる回転装置が不要となるので装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の実施形態を図１、２、３に基づいて詳細に説明する。
図１において、１は孔の軸線方向に走査自在な孔内形状測定装置であり、該孔内形状測定装置１は撮像装置２と、先方部の逆円錐部６から孔の内周面に円形のスリット光を投光するとともに、孔の内周面のリング状の光像を基端に導光するコーンプリズム５と、コーンプリズム５にスリット光の光源を供給する円環状光ファイバー群３と、コーンプリズム５の基端に導光されるリング状の光像を結像レンズ７で撮り込むとともに撮像装置２にリング状の光像を伝達する画像伝達光学系８とを備えたものである。なお、孔内形状測定装置１は図示しない走査機構により孔内をスリット光の照射幅分ずつ間歇的に下降あるいは上昇することにより孔全体の形状測定を行うものである。
【０００８】
前記撮像装置２は画像伝達光学系８の出射基端に伝達されたリング状の光像を撮像レンズ９を介して撮像するＣＣＤ素子あるいはＣＭＯＳ素子よりなる受光素子１１を備えたものである。そして、受光素子の全ピクセルを左から右へ、上から下へと順次走査することによりリング状の光像のピクセル情報を取り込む。
【０００９】
また、前記円環状光ファイバー群３は横向きの集束光ファイバー群を９０°屈曲させて縦向きにするとともに順次円環状に配設したもので、先端を狭窄させる屈曲部を円環状の先方部に形成してコーンプリズム５へのレーザ光の入射角を決定している。この入射角とコーンプリズム５の屈折率及び円錐角に基づいてコーンプリズム５から投光されるシート光の投光角が設定される。
【００１０】
前記コーンプリズム５の逆円錐部６からのスリット光の投光角度とスリット光像の受光角度との角度差に基づいて視差が発生する。この視差に基づいて孔内形状が測定されることとなる。なお、視差を生じさせる角度差は高い検出精度が要求されるものほど大きくし、検出精度が要求されないものは小さくすればよく、設計に応じて、約２０°〜約５０°の範囲内とする。
【００１１】
孔内面に照射されたスリット光は図３に示されるように、投光角と異なる角度でコーンプリズム５の逆円錐部６に受光される。そして、コーンプリズム５の基端に導光されたリング光像は結像レンズ７により画像伝達光学系８の入射始端に結像され、ロッドレンズまたはリレーレンズあるいはイメージファイバケーブルよりなる画像伝達光学系８の出射基端に伝達される。コーンプリズム５あるいは画像伝達光学系８によるリング光像の投影像は図２に示されるように、孔内形状及び孔の凹部欠陥が表れる。凹部欠陥が凸状として表れるのは逆円錐部６に映し出される像は円錐先端から離れるほど拡大されるため、凹部のリング状光像は孔内面のスリット光像より上方にでき、凹部のリング状光像は逆円錐部６の先端から離れるので像は拡大されて見える。
【００１２】
４は円環状光ファイバー群３に光を供給する光源であり、該光源４はレーザ投光器１２と、ビームエキスパンダ１３とからなる。
【００１３】
このような孔内形状測定装置１を用いて孔内形状の測定を行うには、例えば、エンジンブロックのような被測定体Ｂの孔の中心軸線と孔内形状測定装置１のコーンプリズム５、画像伝達光学系８の中心軸線を一致させる。
【００１４】
次いで、孔内形状測定装置１全体をスリット光の照射幅分ずつ間歇的に下降あるいは上昇させて孔長全体の走査を行う。このとき光源４のレーザ投光器１２からのレーザ光はビームエキスパンダ１３により拡大されて集束光ファイバー群に伝達される。該集束光ファイバー群は縦向きに屈曲されたうえロッドレンズあるいはリレーレンズ等よりなる画像伝達光学系８の外周に環状に配置されるとともに、先方部に屈曲部を形成して先端を狭窄させ、スリット光の投光角に基づきコーンプリズム５への入射角を設定する。
【００１５】
逆円錐部６から所定の投光角でスリット光は被測定体Ｂの孔の全内周面に向けて投光される。そして、孔の全内周面に投光されたスリット光のリング状光像はコーンプリズム５の逆円錐部６に投光角と角度差をもつ受光角で受光されることとなる。このため、視差視に基づいて孔内形状に倣うリング状の光像が表れることとなる。
【００１６】
例えば、図１に示されるように凹部欠陥が形成された孔内形状の場合、リング状光像には図２に示されるように、凸状が形成された孔形状が表されることとなる。この凸状付の孔形状が表れた光像を撮像装置２により撮影し、光像のピクセル情報を座標として取り込み、基準孔の座標と比較すれば欠陥を含む孔形状が測定されることとなる。この測定をスリット光の幅毎、間歇的に行って孔全体の測定を行い孔内形状の測定を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示す正面図である。
【図２】撮像装置により撮像されたリング状の光像を示す平面図である。
【図３】要部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
２ 撮像装置
３ 円環状光ファイバー群
５ コーンプリズム
６ 逆円錐部
７ 結像レンズ
８ 画像伝達光学系
９ 撮像レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせたことを特徴とする孔内形状測定方法。
【請求項２】
測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する装置であって、逆円錐部から投光されるスリット光の投光角を設定するコーンプリズムへの入射角を決定する屈曲部を円環状光ファイバー群の先方部に形成するとともに、投光角と異なる受光角を有する結像レンズをコーンプリズムの後方に配置したことを特徴とする孔内形状測定装置。
【請求項１】
測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する方法であって、前記逆円錐部から投光されるスリット光のコーンプリズムの軸線に対してなす角度と、前記リング状の光像の逆円錐部への受光光がコーンプリズムの軸線に対してなす角度とを異ならせたことを特徴とする孔内形状測定方法。
【請求項２】
測定対象となる孔の内部に、コーンプリズムを通じて孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバー群と、孔の内周面を視野とするコーンプリズムと、コーンプリズムを通じてリング状の光像を結像する結像レンズと、結像レンズによるリング状の光像を伝達する画像伝達光学系とを挿入し、このコーンプリズムの逆円錐部により受光され、コーンプリズムの基端に導光された孔の内周面の視差視に基づくリング状の光像に表れる凹凸により孔内形状を測定する装置であって、逆円錐部から投光されるスリット光の投光角を設定するコーンプリズムへの入射角を決定する屈曲部を円環状光ファイバー群の先方部に形成するとともに、投光角と異なる受光角を有する結像レンズをコーンプリズムの後方に配置したことを特徴とする孔内形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１９８３４５（Ｐ２００９−１９８３４５Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４０８９４（Ｐ２００８−４０８９４）
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【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２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【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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