特許 6865441 光学式内面測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6865441

(24)【登録日】2021年4月8日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】光学式内面測定装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 23/24 20060101AFI20210419BHJP

   G02B 23/26 20060101ALI20210419BHJP

   A61B 1/00 20060101ALI20210419BHJP

   A61B 1/12 20060101ALI20210419BHJP

【ＦＩ】

   G02B23/24 A

   G02B23/26 C

   G02B23/26 B

   A61B1/00 523

   A61B1/00 526

   A61B1/12 540

   A61B1/00 654

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-524689(P2018-524689)

(86)(22)【出願日】2016年6月30日

(86)【国際出願番号】JP2016069540

(87)【国際公開番号】WO2018003097

(87)【国際公開日】20180104

【審査請求日】2019年6月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000240477

【氏名又は名称】アダマンド並木精密宝石株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山崎 大志

(72)【発明者】

【氏名】森本 正人

(72)【発明者】

【氏名】舘山 拓也

(72)【発明者】

【氏名】淺田 隆文

【審査官】 越河 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００１−５０１７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−００２１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１３２６６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１５−５１８３９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２３／２４−２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物の観察および測定を行う光学式内面測定装置において、
チューブに内蔵された光ファイバーと、
前記光ファイバーの先端部に少なくとも１つ以上の光路変換手段を有し、
前記光路変換手段を回転駆動させるモータをチューブ内に有し、
前記モータより先端側から取り込んだ気体はチューブ内を通して前記モータよりも手前側から排気し、
前記モータは、第１モータと、前記第１モータの後方側に配置された第２モータとからなり、
前記光路変換手段は、前記第１モータにより動作する第１光路変換手段と、前記第２モータにより動作する第２光路変換手段とからなり、
前記光ファイバーは、前記第２モータの後方側で、固定具を介して前記チューブに回転不能に配置された固定側光ファイバーと、前記第２モータにより回転する回転側光ファイバーとで構成されており、
前記第１モータの回転軸部および前記第２モータの回転軸部は、各々が中空形状をしており、
前記回転側光ファイバーは、先端側の少なくとも一部が前記第１モータの回転軸部の中空穴に回転自在に挿通されるとともに、後方側の少なくとも一部が前記第２モータの回転軸部の中空穴に固定されており、
前記第１光路変換手段は、前記第２光路変換手段の先端側で、前記第１モータの回転軸部と一体的に回転可能に配置され、
前記第２光路変換手段は、前記回転側光ファイバーの先端にあり前記第１光路変換手段と前記第１モータの間に位置するように構成されており、
前記チューブの先端部は硬質の透光性パイプが取り付けられ、
被測定物の内径に前記透光性パイプを挿入し、
前記光路変換手段が前記光ファイバーから導いた光線は前記透光性パイプを通して円周方向に光線を放射し、その放射を受けた被測定物からの反射光を、再び前記透光性パイプを通して検出することを特徴とする光学式内面測定装置。

【請求項2】

前記モータより先端側から取り込んだ気体はチューブ内のモータの回転部と固定部の隙間を経由して前記モータより手前側に導かれ、強制的に排気するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の光学式内面測定装置。

【請求項3】

被測定物の観察および測定を行う光学式内面測定装置において、
チューブに内蔵された光ファイバーと、
前記光ファイバーの先端部に少なくとも１つ以上の光路変換手段を有し、
前記光路変換手段を回転駆動させるモータをチューブ内に有し、
前記モータより先端側から取り込んだ気体はチューブ内のモータの回転部と固定部の隙間を経由して前記モータより手前側に導かれ、強制的に排気するように構成され、
前記チューブの先端部は硬質の透光性パイプが取り付けられ、
被測定物の内径に前記透光性パイプを挿入し、
前記光路変換手段が前記光ファイバーから導いた光線は前記透光性パイプを通して円周方向に光線を放射し、その放射を受けた被測定物からの反射光を、再び前記透光性パイプを通して検出することを特徴とする光学式内面測定装置。

【請求項4】

被測定物の観察および測定を行う光学式内面測定装置において、
チューブに内蔵された光ファイバーと、
前記光ファイバーの先端部に少なくとも１つ以上の光路変換手段を有し、
前記光路変換手段を回転駆動させるモータをチューブ内に有し、
前記モータより先端側から取り込んだ気体はチューブ内を通して前記モータよりも手前側から排気し、
前記チューブの先端部は硬質の透光性パイプが取り付けられ、
被測定物の内径に前記透光性パイプを挿入し、
前記光路変換手段が前記光ファイバーから導いた光線は前記透光性パイプを通して円周方向に光線を放射し、その放射を受けた被測定物からの反射光を、再び前記透光性パイプを通して検出し、
前記チューブ又は前記透光性パイプの少なくともいずれか一方は摺動部材に固定され、前記透光性パイプ又は前記チューブが被測定物に当接した時、一定以上の当接荷重により前記摺動部材が前記透光性パイプと共に摺動し損傷を防止することを特徴とする光学式内面測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定物の内周面または深穴内径に、光学式測定プローブを進入させ、内面または深穴底面に光線を放射し、反射光を立体的に取り込んで内部形状の観察、及び寸法及び幾何学精度を測定するための光学式内面測定装置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の燃料噴射ノズル部品の加工仕上がり寸法や幾何学精度の良否は自動車の動力性能と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、リニヤスケールを用いた測長機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の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を観察または検査する手段として、画像診断技術（光イメージング技術）は、装置機械、医療現場などにおいて広く利用されている技術である。例えば、精密機器などの製造現場において、深穴の奥部の検査や画像診断の手法として、一般的な内視鏡によるカメラ観察に加えて、光線を内面に照射し反射光の強弱を光センサで捉え、コンピュータで判断して表面傷の有無を自動検査する方法等が採用されている。

【0004】

一方、医療の分野では人体内部の患部の観察に断層画像が観察可能なＸ線ＣＴ、核磁気共鳴、光の干渉性を利用した内視鏡によるＯＣＴ画像(近赤外光を用いた光干渉断層撮影)などの方式が研究されると共に活用されている。そして、これら光学技術を機械装置の分野で活用し、穴や精密内径を有する機械部品の内周面に光線を照射して内周面の傷の観察または寸法測定が検討されている。これら観察および測定装置の代表的な構造は、例えば、特許文献１から３に示す通りである。

【0005】

特許文献１に示す穴形状測定方法および測定装置では、該文献中の被測定物(2)の小径穴(1)の中にスリットを通した光線を斜めから照射し、小径穴(1)の内周面から反射した光線をカメラで捉え、小径穴の形状精度を読み取っていた。
しかしながらこの構成では、被測定物の表面が例えばリングゲージのように平滑な面であれば測定が可能であるが、光線を斜めから照射しているために、一般的な複雑形状の機械部品の測定を行う場合には、小径穴(1)の内面の凹凸形状の影響を受け、光線が発散し反射光が得られにくくなるため正しい形状をカメラが捉えることができず、高精度な測定は不可能であった。また、被測定物(2)が想定以上に長い場合にも反射光を捉えることが出来ず測定が行えなかった。

【0006】

また、特許文献２に示す光イメージング用プローブを用いて細孔内面を測定する方法では、被測定物孔の内周面にプローブを挿入し、集光レンズ(3)からの光線を光路変換手段であるミラー(18)が回転し３６０度回転すると共に、遠心力の変化によりミラーの角度が変化し光線の放射角が変わることにより光線を三次元方向に放射して立体形状を計測する。
しかしながら被測定物の内部にプローブを挿入するため、プローブ内で回転するモータの発熱が被測定物に伝搬するため、被測定物の測定面が数ナノメートル程度ではあるが変形し正しい形状寸法を測定することができなかった。

【0007】

特許文献３に示す測定機においては、内径寸法の測定基準となるリングゲージと、被測定物(2)の温度差を温度計(6)で実測し、この温度差による熱膨張量を演算し、測定寸法を補正するというものである。
しかしながら被測定物の膨張は一定ではなく材質や形状に複雑に変化するため、正しい補正は行い難く、例えば０．０１マイクロメートルレベルの正しい補正計算と高精度な測定ができていなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】日本特開平０８−２３３５４５号公報

【特許文献2】日本特開２０１５−００８９９５号公報

【特許文献3】日本特開平０５−３１２５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は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、被測定物の内周面または深穴内径、または長くて屈曲するパイプの穴内に、測定用プローブを進入させ内周面または深穴底面に光線を回転放射し、反射光を立体的に収集してコンピュータ処理し三次元画像データを観察、及び寸法測定及び幾何学精度を測定すること。そして、測定内周面に光線を回転放射する測定プローブ自身の機械振動、および回転放射用モータ回転軸に生じる軸振れの影響を完全に排除すること。そして、より重要な要求は、回転用モータからの発熱を被測定物及び自身の回転放射部への伝搬を防止することである。これら課題解決により、従来、回転モータの発熱が引き起こしていた温度変化によるデータのばらつきを解消して、正しく精密な内径及び内周面の三次元精度測定を可能にする光学式内面測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するための一手段は、光学測定法（光干渉法、分光干渉法等）を用いて被測定物内周面の観察および寸法精度を測定する光学式内面測定装置において、チューブに内蔵された光ファイバーと、前記光ファイバーの先端部に少なくとも１つ以上の光路変換手段を有し、前記光路変換手段を回転駆動させるモータをチューブ内に有し、前記モータより先端側から取り込んだ気体はチューブ内を通して前記モータより手前側から排気し、前記チューブの先端部は硬質の透光性パイプが取り付けられ、被測定物の内径に前記透光性パイプを挿入し、前記光ファイバーを通して導いた光線は前記光路変換手段から放出され、前記透光性パイプを通して被測定物の円周面に照射され、その反射光は前記透光性パイプを通して検出するよう構成した。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、測定用光プローブを被測定物の穴内に侵入して光線の放射が行えるため、表面形状や粗さの影響なく安定に測定が行えると共に、光プローブに内蔵されたモータからの発熱の伝搬を防止する冷却機能を有し、また、測定用プローブ内モータの軸受振れや振動の影響が測定の基準となる透光性パイプを用いた測定により排除でき、正しく精密な内径及び内周面の精度測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態に係る光学式内面測定装置の構成図

【図2】同光学式内面測定装置の第１の光プローブ断面図

【図3】同光プローブの回転動作説明図

【図4】同光プローブの走査角度説明図

【図5】同光プローブの走査角度説明図

【図6】同光プローブの３次元走査範囲説明図

【図7】同光プローブの校正方法説明図

【図8】同光プローブの温度変化説明図

【図9】同光学式内面測定装置の測定ばらつき説明図

【図10】同光学式内面測定装置の第２の光プローブ断面図

【図11】同光プローブ用スライダの荷重制限機構説明図

【図12】同スライダの荷重オーバー時の動作説明図

【発明を実施するための形態】

【0013】

本実施の光学式内面測定装置の第１の特徴は、被測定物の観察および測定を行う光学式内面測定装置において、チューブに内蔵された光ファイバーと、光ファイバーの先端部に少なくとも１つ以上の光路変換手段を有し、光路変換手段を回転駆動させるモータをチューブ内に有し、モータより先端側から取り込んだ気体はチューブ内を通してモータより手前側から排気し、チューブの先端部は硬質の透光性パイプが取り付けられ、被検対象物の内径に前記透光性パイプを挿入し、光路変換手段が前記光ファイバーから導いた光線は透光性パイプを通して円周方向に光線を放射し、その反射光を再び透光性パイプを通して検出するよう構成している。
この構成により、測定用プローブを被測定物の穴内に侵入させて、穴内近くから内周面に略直角に光線の放射が行えるので、表面形状や粗さの影響なく安定した測定が行える。また、光プローブに内蔵されたモータからの発熱の伝搬を、気体の流入による冷却作用により防止できる。また、測定精度のばらつき原因であった光プローブ内蔵モータの軸受振れや振動の影響は、透光性パイプの寸法を基準にして被測定物の内面を計測することにより排除することができる。これらのことによって、正しく精密な内径及び内周面の精度測定が可能である。

【0014】

第２の特徴としては、第１モータと、第１モータの後方側に配置された第２モータとを有し、第１モータにより動作する第１光路変換手段と、第２モータにより動作する第２光路変換手段を有し、第２モータの後方側で、固定具を介してチューブに回転不能に配置された固定側光ファイバーと、第１モータまたは第２モータの回転軸部と一体的に回転する回転側光ファイバーとで構成され、第１モータおよび第２モータの前記回転軸部は、各々が中空形状をしており、前記回転側光ファイバーは、先端側の少なくとも一部が第１モータの回転軸部の中空穴に回転自在に挿通されるとともに、後方側の少なくとも一部が第２モータの回転軸部の中空穴に固定されており、第１光路変換手段は、第２光路変換手段の先端側で、第１モータの回転軸部と一体的の回転可能に配置されており、第２光路変換手段は、回転側光ファイバーの先端にあり第１光路変換手段と前記第１モータの間に位置するよう構成している。
この構成により、光線が３次元方向に放出され、被測定物内周面の３次元データの取得と内周面の三次元精密測定が行える。

【0015】

第３の特徴としては、モータより先端側から取り込んだ気体はチューブ内のモータの回転部と固定部の隙間を経由してモータより手前側に導かれ、排気するよう構成している。
この構成により、モータの発熱源であるモータコイル部分を流入させた気体で直接に冷却できるため、測定プローブ内モータからの発熱の伝搬をより確実に防止し、一層精密な精度測定が可能である。

【0016】

第４の特長としては、前記チューブ又は透光性パイプの少なくともいずれか一方は摺動部材に固定され、透光性パイプ又はチューブが被検対象物に当接した時、一定以上の当接荷重により摺動部材が透光性パイプと共に摺動し損傷を防止するよう構成した。
この構成によれば、吸気穴を開けているために強度が低く損傷し易いチューブまたは透光性パイプが、被検対象物に当接した場合の損傷を防止し、安心して内径及び内周面の精度測定が可能である。

【0017】

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。

【実施例1】

【0018】

本発明に関わる光学式内面測定装置の実施形態について説明する。
図１〜図８は本発明に係る光学式内面測定装置の実施形態を示している。

【0019】

図１は本発明の実施の形態に係る光学式内面測定装置の構成図である。測定機ベース８０にスタンド８１が固定され、スライダ用モータ８３によりスライダ８２が光プローブ３４と共に上下に移動する。被測定物１００は測定ベース８０上にセットされており、光プローブ３４の先端部又は透光性パイプ２１は被測定物１００の深穴に出入りするよう構成されている。光線はチューブ６の先端に固定された透光性パイプ２１を通して被測定物１００の内周面に照射され、この反射光は、透光性パイプ２１を通してチューブ６の内部を通過して固定側光ファイバー１を進み、さらに測定機本体８５の接続部８４を通過して、光干渉解析部８８に入り、コンピュータ８９で解析してモニタ９０に画像もしくは測定数値を表示する。

【0020】

この光学式内面測定装置は、直径測定機能、真円度測定機能、および三次元的に表示して得る円筒度測定機能を有している。

【0021】

図２は本発明の実施形態に係る光学式内面測定装置の光プローブ３４の先端部断面図である。光プローブ３４の後端側から先端側に光線を導く固定側光ファイバー１は十分に長いチューブ６の内部に挿通され、光ファイバー固定具４により固定されている。

【0022】

固定側光ファイバー１の先端側には回転側光ファイバー２が回転自在に配置されている。回転側光ファイバー２のさらに先端側には略平面状のミラー等からなる第１光路変換手段３ａ、３ｂが第１モータ１２により回転側光ファイバー２とは独立して回転自在に取り付けられ、回転する事で光線を３６０度の全周方向に放射するよう構成されている。

【0023】

回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１のそれぞれの端面は５ミクロン程度の微小距離を隔てて対向し，回転する遮光板５，光ファイバー固定具４を含めて回転光コネクター２２を構成し，回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１の間は高い透過率が維持でき、ほとんど損失なく光学的に接続されている。

【0024】

また、第１光路変換手段３ａ、３ｂと第１モータ１２との間に位置において、固定側光ファイバー１と回転光コネクター２２を透過してきた光線を集光して回転しながら先端方向に少々の角度を付けて第１光路変換手段３ａ、３ｂに向けて光線を放射する第２光路変換手段２０が回転側光ファイバー２の先端に取り付けられている。

【0025】

第１モータ１２は、モータケース２４に第１モータコイル７、第１軸受９ｂ、９ａ、モータスラスト板８が固定され、第１ロータ磁石１１が取り付けられた第１中空回転軸１０が回転する。第１モータコイル７には電線１７から電圧が印加され、回転する第１中空回転軸１０にはミラー等を用いた第１光路変換手段３が取り付けられている。

【0026】

第２モータ１９は、第１モータ１２より後方に位置すると共に、モータケース２４に第２軸受１６ａ、１６ｂと、第２モータコイル１５が取り付けられ、第２軸受１６ａ、１６ｂは第２ロータ磁石１４を有する第２中空回転軸１３を回転自在に支持し、第２電線１８から電圧が印加され回転する。第２中空回転軸１３の穴１３ａには回転側光ファイバー２が挿通固定され、その先端にはプリズム等からなる第２光路変換手段２０が取り付けられこれらは一体的に回転する。また回転側光ファイバー２の一部は第１モータ１２の第１中空回転軸の穴に回転自在に挿入され相対的に回転する。

【0027】

第１モータ１２及び第２モータ１９は、固定ダボ３３ａ、３３ｂによりモータケース２４に隙間を空けて固定される。第１モ−タ１２より先端側において、チューブ６または透光性パイプ２１には、少なくとも１個以上の吸気穴６ａが空けられ、透光性パイプ２１またはチューブ６には、パイプ用温度センサ３１が設けられている。図１において、チューブ６には吸気チューブ２９と吸気ファン３０が取り付けられており、図２の吸気穴６ａから気体を吸い込み、吸い込まれた気体は吸気ファン２９から排気されるまでの間、第１モータ１２、第２モータ１９を冷却し、これらモータからの発熱が透光性パイプ２１と被測定物１００に伝搬することを防止し、熱膨張による被測定物の測定寸法が防止されている。

【0028】

図２の第１モータ１２には図１に示す第１モータドライバ回路８６から電力が供給されて回転駆動され、第２モータ１９は第２モータドライバ回路８７から電圧が印加されて回転駆動される。

【0029】

光線２６，２７が放射される第１光路変換手段３の外周近傍には光線が透過可能な透光性パイプ２１がチューブ６と一体的に取り付けられている。透光性パイプ２１の内周面または外周の表面には必要に応じて表面反射を減らし、光線の透過率を高めるためのコーティング等がなされている。また、第１光路変換手段３は回転可能なミラー又はプリズムで構成されており、反射効率が高く光学的損失を減らして高精度な精度測定が可能である。

【0030】

第２光路変換手段２０は先端に傾斜する略平面を有するプリズム等で構成されており、光線の集光性が高く、光学的損失を減らして高精度な精度測定が可能である。

【0031】

次に図２に示した三次元走査型の光プローブを用いた図１の光学式内面測定装置について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。

【0032】

図１および図２において測定機本体８５内から発光された近赤外またはレーザ等の光線はチューブ６に内蔵された固定側光ファイバー１の中を通過して進む。

【0033】

電線１７、１８から電力が供給され、第１モータ１２と第２モータ１９の２個のモータが約９００〜２万ｒｐｍの範囲の同一回転数で同期回転すると、導かれた光線は回転光コネクター２２と回転側光ファイバー２を通過し，図２に示すように、第２光路変換手段２０から放出され、第１光路変換手段３ａの略平面部で反射し一定の角度方向（図２においてはθ１の角度）に方向を変えて３６０度方向に回転放射され、この時の放射範囲は図４の様に角度θ１の傘状の範囲になる。

【0034】

光線はさらに透光性パイプ２１を通過し、被検査物１００の内周面から反射した光線を上記と同じ光路を逆方向に透光性パイプ２１⇒第１光路変換手段３⇒第２光路変換手段２０⇒回転側光ファイバー２⇒回転光コネクター２２⇒固定側光ファイバー１を通過して光干渉解析部８８に導かれる。

【0035】

次に、第１モータ１２と第２モータ１９の回転数が例えば、第１モータ１２の回転数が３６００ｒｐｍ一定で、一方第２モータ１９の回転数は３５７０ｒｐｍ一定で回転させ、これら２個のモータ回転数に若干の差を与える回転状態に切り換える。この状態では、図３に示すように第１光路変換手段３が回転すると同時に、第２光路変換手段２１との相対回転角度位相が徐々に変化していき、やがて光線は回転する第１光路変換手段３で反射し光線は３６０度に全周方向に放射されつつ、長手方向の放射角度が徐々に変化し図５の図中θ２に示すように変わる。すなわち、この瞬間の光線の放射範囲は図５に示すような傾斜した傘状の走査範囲に変わっている。

【0036】

この回転角度位相差は、第１モータ１２が１分間に３６００回転する間に第２モータ１９の回転数との差分である３０回転（即ち、３６００−３５７０＝３０回転／分）ずれるので、即ち１分間あたり３０回（即ち３０往復）、回転角度位相差が生じ、引き続き第１光路変換手段３と第２光路変換手段２０の回転位相差がゆっくりと１分間に３０回ずつ生じ続ける、この動作により、光線の放射方向が図６に示すように、θ１〜θ２の範囲で連続的に変化し、光線の放射範囲７９はθ１＋θ２の範囲で三次元的に繰り返し照射される。

【0037】

図２において、回転パルス発生器２８が第１光路変換手段３または、第１中空回転軸１０の１回転当り１回のパルスを発生し、このパルス信号は図１の第１モータドライバ回路に送られ、第１モータ１２の回転速度を調整し、また、コンピュータ８９に送られ、三次元ディジタル画像を１フレーム毎に描写するためのトリガー信号に使用される。

【0038】

本発明の光学式内面測定装置において、被測定物１００の内径１００ａの測定を行う手順は次のとおりである。

【0039】

まず、測定を行う前の準備としてキャリブレーション（校正）を行う。図７に示すように、内径寸法（Ｄ１）が既知のリングゲージ７８の穴部に光プローブ３４の透光性パイプ２１を挿入し、透光性パイプ２１の外径からリングゲージ７８内周面までの半径差（Ｌ１−Ｌ２）と（Ｌ１’−Ｌ２’）と、リングゲージ内周面から光プローブ３４の仮想中点までの距離Ｌ１とＬ１’を求める。ここで、透光性パイプ２１の半径数値（Ｒ＝Ｄ１／２―（Ｌ１−Ｌ２）、 Ｒ’＝Ｄ１／２―（Ｌ１’−Ｌ２’）を求め、このＲ、Ｒ’の基準半径数値を透光性パイプ２１の基準半径データとして、コンピュータ８９に記憶させキャリブレーションを完了する。このキャリブレーションは１ケ月に１回程度定期的に行うものである。

【0040】

キャリブレーション（校正）が終わると次に測定を開始する。別の被検査物の内周面１００ａに光プローブ３４の透光性パイプ２１挿入し、第１モータ１２及び第２モータ１９を回転させ、光線を放射し、被測定物１００の内径寸法（Ｄ）＝Ｒ＋（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｒ’＋（Ｌ１’−Ｌ２’）を求めることができる。

【0041】

図８及び図９は、図１及び図２において、吸気穴６ａから気体を吸い込み、第１モータ１２、第２モータ１９を吸気ファン３０の運転により冷却している場合と、吸気ファン３０を停止し冷却していない場合の差異を示している。図８の示すように冷却有りでは約２０秒で透光性パイプ２１が０.５℃上昇するがその後は上昇が止まり一定温度が保たれ、被測定物１００への温度伝搬はほぼ無く温度変化による測定精度の狂いは防止できている。一方、冷却無しでは透光性パイプ２１の温度は約１分で３℃上昇しその後も徐々に上昇を続け、被測定物１００も温度上昇を始めるため、高精度な測定が行い難い。

【0042】

図９は本発明内面測定装置で被測定物１００に内径寸法を繰り返し測定した場合の測定ばらつきの大きさを示している。冷却有りの条件で３０分の時間内に計１００回繰返し測定を行った結果のばらつきは（繰返し再現性：σ）が０.０５マイクロメートルに収まり、高精度な測定が行えたが、一方冷却が無い場合は０．１５マイクロメートルのばらつきが生じ、高精度な測定は困難であった。

【0043】

このように図２に示す光プローブ３４を用いることにより、図１の被測定物１００の内周面１００ａから、光ファイバー１および２を経て導き入れた反射光をコンピュータ８９で計算することにより、透光性パイプを基準に寸法測定が行え、スライダ８２が静止した状態で三次元データの収集が可能になり、また、測定プローブ３４内のモータ１２，１９からの発熱の伝搬が防止でき、従来問題であった、測定用プローブ内モータの軸受振れや振動の影響を排除し、正しく精密な内径及び内周面の精度測定が可能である。

【実施例2】

【0044】

図１０は本発明に係る光学式面測定装置の第２の光プローブの断面を示している。
図１０においては、モータケース２４はチューブ６の内部に直接固定されており、吸気穴６ａから導入された気体はモータスラスト板８に適宜設けられた通気穴８ａを通し、少なくとも第１モータ１２の第１モータコイル７と第１ロータ磁石１１の隙間を通過することで、第１モータが効率良く冷却されるよう構成されている。また第２モータ１９に関しても必要に応じて気体を第２モータコイル１５と第１ロータ磁石１４の隙間を通過させより一層冷却が良く行えるように構成されている。

【0045】

この構成により、吸気穴から取り込んだ気体はチューブ内のモータの回転部と固定部の隙間を経由してモータより手前側（プローブの先端側に対して測定機本体側）に導かれ、モータの発熱源であるモータコイル部分を流入させた気体で直接に冷却できるため、測定プローブ内モータからの発熱の伝搬を確実に防止し、一層精密な精度測定が可能である。

【0046】

図１０において、その他の構成と機能は図２の第１の光プローブの図と同じである。

【実施例3】

【0047】

図１１及ぶ図１２は本発明に係る光学式面測定装置の第３の実施形態を示している。
図１１において通気穴６ａが開けられたチューブ６又は薄肉の石英やガラスからなる透光性パイプ２１は強度が弱くなっており、測定作業中にうっかり被測定物１００に強く当接すると折れて損傷する危険性がある。そこで図１１のようにチューブ６はプローブ固定具３７に対し摺動自在にセットされ、例えばボール等による予圧手段３９ａ、３９ｂ、３９ｃにより押圧された摺動部材３８に固定されることにより、被測定物１００に強く当接した場合には、例えばボールと切り欠きの組合せで構成される荷重リミッター４０が外れて光プローブ３４は図中上方向にスライドし、衝突による損傷が防止されるよう構成されている。尚、拡大鏡（カメラ）３５は被測定物１００の穴１００ａ付近の状態を常にモニタ９０に表示し、測定機の使用者に光プローブ３４が衝突させないよう注意を促す働きをしている。

【0048】

この構成によれば、光プローブ３４は摺動部材３８に固定され、透光性パイプ２１又はチューブ６が被測定物１００に強く当接した場合には、一定以上の当接荷重により前記摺動部材３８が透光性パイプ２１と共に上方へ摺動し損傷を防止することができ、正しく精密な内径及び内周面の精度測定を安全に行うことができる。

【0049】

尚、図２及び図１０において、チューブ６はその直径は約２ミリメートル以下程度でありその内部に貫通する固定側光ファイバー１は、屈曲自在なグラスファイバーであり直径は０．０８５〜０．１２５ミリメートル程度の物を採用している。

【0050】

第１光路変換手段３は平滑な反射面を有するミラーかプリズムで構成されており、反射率を高めるため、その表面粗さと平面度は一般の光学部品と同等以上の精度に磨きあげられている。

【0051】

第１中空回転軸１０は、金属またはセラミックスからなり、溶融金属のダイによる引き抜き加工か、または焼成前のセラミックスのダイによる押し出し加工で中空が成形され、硬化処理後に研磨加工法等により仕上げ加工される。

【0052】

第１中空回転軸１０の穴は直径が０．１〜０．５ミリメートルであり、回転側光ファイバー２の直径より十分大きくしているため、光ファイバー固定具４で固定された固定側光ファイバー１が第１中空回転軸１０に接触する危険性はなく、仮に軽く接触しても摩耗粉が発生するほどではない。また、この部分で回転摩擦トルクが変動する問題もない。

【0053】

本発明によれば、測定用プローブ３４を被測定物１００の穴内に侵入させて、穴内から光線を放射することで、内周面の表面形状や粗さの影響なく安定に測定が行えると共に、光プローブ３４内のモータ１２，１９からの発熱の伝搬を防止する。また、従来問題であった、光プローブ内モータの軸受振れや振動の影響が排除でき、また、光プローブの損傷を防止する荷重リミッターを設けることで、正しく精密な内径及び内周面の精度測定が安全に行える。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明の光学測定法を用いて被測定物の観察と測定を行う光学式内径測定装置は、深穴内面の高精度な三次元観察と幾何学精度計測が可能になるため、軸受部品、エンジン燃料噴射部品、ウォータジェットノズル部品、等の工業用精密機構部品の高精度な測定を行うことができる。また、医療現場での微細な病巣の寸法の数値的な診断や治療への活用についても期待される。

【符号の説明】

【0055】

１ 固定側光ファイバー
２ 回転側光ファイバー
３ａ、３b 第１光路変換手段（ミラー）
４ 光ファイバー固定具
５ 回転遮蔽板
６ チューブ
６ａ 吸気穴
７ 第１モータコイル
８ モータスラスト板
９ａ、９ｂ 第１軸受
１０ 第１中空回転軸
１１ 第１ロータ磁石
１２ 第１モータ
１３ 第２中空回転軸
１３ａ 穴
１４ 第２ロータ磁石
１５ 第２モータコイル
１６ａ、１６ｂ 第２軸受
１７ 電線
１８ 電線
１９ 第２モータ
２０、２０ａ、２０ｂ 第２光路変換手段（プリズム等）
２１ 透光性パイプ
２２ 回転光コネクター（光ロータリコネクター）
２３ａ パルス発生器
２４ モータケース
２５、２５ａ、２５ｂ 走査範囲
２６、２７ 光線
２８ 回転パルス発生器
２９ 吸気チューブ
３０ 吸気ファン
３１ パイプ用温度センサ
３２ ワーク用温度センサ
３３ａ、３３ｂ 固定ダボ
３４ 光プローブ
３５ 拡大鏡（カメラ）
３７ プローブ固定具
３８ 摺動部材
３８ａ 切り欠き
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ 予圧手段
４０ 荷重リミッター
７８ リングゲージ
７９ 走査範囲
８０ 測定機ベース
８１ スタンド
８２ スライダ
８３ スライダ用モータ
８４ 接続部
８５ 測定機本体
８６ 第１モータドライバ回路
８７ 第２モータドライバ回路
８８ 光干渉解析部
８９ コンピュータ
９０ モニタ
１００ 被測定物
１００ａ 被測定内面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】