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特開2024-163201内面形状測定機、及び内面形状測定機のアライメント方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024163201
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】内面形状測定機、及び内面形状測定機のアライメント方法
(51)【国際特許分類】
G01B 21/00 20060101AFI20241114BHJP
G01B 21/20 20060101ALI20241114BHJP
【ＦＩ】
G01B21/00 F
G01B21/20 D
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024150905
(22)【出願日】2024-09-02
(62)【分割の表示】P 2020046504の分割
【原出願日】2020-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000151494
【氏名又は名称】株式会社東京精密
(74)【代理人】
【識別番号】100140992
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲政
(74)【代理人】
【識別番号】100170069
【弁理士】
【氏名又は名称】大原 一樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128635
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(72)【発明者】
【氏名】森井 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】森山 克文
(57)【要約】
【課題】穴の位置を適切にアライメントする内面形状測定機、及び内面形状測定機のアライメント方法を提供する。
【解決手段】第１の方向に平行な回転軸ＡＲを中心に回転する回転体１４に支持される直動傾斜ステージ１６であって、回転体１４に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージ１６にワークＷが固定される。光源１９から第１の方向に出射した光であって、ワークＷの細穴Ｈの第１の開口から入射して細穴Ｈを通過した光の光量を取得し、取得した光量に基づく細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転軸ＡＲのずれ情報を出力する。
【選択図】図１
【解決手段】第１の方向に平行な回転軸ＡＲを中心に回転する回転体１４に支持される直動傾斜ステージ１６であって、回転体１４に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージ１６にワークＷが固定される。光源１９から第１の方向に出射した光であって、ワークＷの細穴Ｈの第１の開口から入射して細穴Ｈを通過した光の光量を取得し、取得した光量に基づく細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転軸ＡＲのずれ情報を出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
光源から前記第１の方向に出射した光であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から入射して前記穴を通過した光の光量を取得する光量取得部と、
前記取得した光量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、
を備える内面形状測定機。
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
光源から前記第１の方向に出射した光であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から入射して前記穴を通過した光の光量を取得する光量取得部と、
前記取得した光量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、
を備える内面形状測定機。
【請求項2】
前記ずれ情報に基づいて前記直動傾斜ステージを制御し、前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれを目標値以内にするステージ制御部を備える請求項１に記載の内面形状測定機。
【請求項3】
前記光源と前記第１の方向に沿って互いに対向して配置される受光部を備え、
前記受光部は、前記第１の開口とは異なる第２の開口から出射する出射光を受光する請求項１又は２に記載の内面形状測定機。
前記受光部は、前記第１の開口とは異なる第２の開口から出射する出射光を受光する請求項１又は２に記載の内面形状測定機。
【請求項4】
前記直動傾斜ステージに固定され、前記ワークが設置されるワーク設置治具を備え、
前記光源が前記ワーク設置治具に配置される請求項３に記載の内面形状測定機。
前記光源が前記ワーク設置治具に配置される請求項３に記載の内面形状測定機。
【請求項5】
前記直動傾斜ステージの前記傾斜を変更するための傾斜軸の位置と前記光源の位置とが一致する請求項４に記載の内面形状測定機。
【請求項6】
前記直動傾斜ステージに固定され、前記ワークが設置されるワーク設置治具と、
光を受光する受光部と、
前記受光部の受光方向に対して同軸に前記光源からの光を出射する同軸照明光学系と、
を備え、
前記ワーク設置治具は、前記第１の開口とは異なる第２の開口から出射した光を反射して前記第２の開口に入射させる乱反射体を備える請求項１又は２に記載の内面形状測定機。
光を受光する受光部と、
前記受光部の受光方向に対して同軸に前記光源からの光を出射する同軸照明光学系と、
を備え、
前記ワーク設置治具は、前記第１の開口とは異なる第２の開口から出射した光を反射して前記第２の開口に入射させる乱反射体を備える請求項１又は２に記載の内面形状測定機。
【請求項7】
第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
圧力気体源から発生した気体流であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した気体流の前記第１の方向の指向性を選別して流量を取得する流量取得部と、
前記取得した流量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、
を備える内面形状測定機。
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
圧力気体源から発生した気体流であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した気体流の前記第１の方向の指向性を選別して流量を取得する流量取得部と、
前記取得した流量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、
を備える内面形状測定機。
【請求項8】
第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
超音波発生源から発生した超音波であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した超音波の前記第１の方向の指向性を選別して強度を取得する強度取得部と、
前記取得した強度に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、
を備える内面形状測定機。
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
超音波発生源から発生した超音波であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した超音波の前記第１の方向の指向性を選別して強度を取得する強度取得部と、
前記取得した強度に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、
を備える内面形状測定機。
【請求項9】
第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、
光源から前記第１の方向に出射した光であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から入射して前記穴を通過した光の光量を取得する光量取得工程と、
前記取得した光量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力工程と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、
光源から前記第１の方向に出射した光であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から入射して前記穴を通過した光の光量を取得する光量取得工程と、
前記取得した光量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力工程と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。
【請求項10】
第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、
圧力気体源から発生した気体流であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した気体流の前記第１の方向の指向性を選別して流量を取得する流量取得工程と、
前記取得した流量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力工程と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、
圧力気体源から発生した気体流であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した気体流の前記第１の方向の指向性を選別して流量を取得する流量取得工程と、
前記取得した流量に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力工程と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。
【請求項11】
第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、
超音波発生源から発生した超音波であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した超音波の前記第１の方向の指向性を選別して強度を取得する強度取得工程と、
前記取得した強度に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力
工程と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第１の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第１の方向に平行に延びるプローブであって、前記第１の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、
超音波発生源から発生した超音波であって、前記ワークの前記穴の第１の開口から流入して前記第１の開口とは異なる第２の開口から流出した超音波の前記第１の方向の指向性を選別して強度を取得する強度取得工程と、
前記取得した強度に基づく前記穴の中心軸と前記回転軸とのずれ情報を出力する出力
工程と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。
【請求項12】
前記穴の内径が５００μｍ以下である、
請求項１から８のいずれか１項に記載の内面形状測定機。
請求項１から８のいずれか１項に記載の内面形状測定機。
【請求項13】
前記穴の内径が５００μｍ以下である、
請求項９から１１のいずれか１項に記載の内面形状測定機のアライメント方法。
請求項９から１１のいずれか１項に記載の内面形状測定機のアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワークに形成された細穴の内面形状を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
接触式又は非接触式のプローブとワークとを相対移動させることでワークの形状を測定する形状測定装置において、回転軸を中心にワークを回転させてワークの真円度を測定する内面形状測定機が知られている。内面形状測定機では、回転軸とワークの軸心とを一致させる必要がある。
【0003】
特許文献１には、回転テーブル上に載置されたワークの孔の内周部に検出器の接触子を当接させて孔の真円度を測定する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、検出器の接触子をワークの外周面に当接させ、回転テーブルを回転させながら低倍率でワークの振れを見て、振れが小さくなるようにワークの載置位置を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００６－１４５３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
内面形状測定機を用いて極小径穴を測定する場合、極小径穴のアライメントが課題となる。即ち、プローブを極小径穴に挿入してワークを回転させると、プローブと穴壁とが衝突するという課題があった。
【0006】
これに対し、特許文献１に記載の技術のように、穴と同軸形状部分を利用してアライメントする場合は、測定可能な測定対象物の形状に制限があった。
【0007】
また、作業者が観察顕微鏡で確認しながら挿入する場合には、作業者の熟練が必要となる。この場合、自動化が困難であり、操作ミスによってプローブと穴壁とが衝突する可能性があった。
【0008】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、穴の位置を適切にアライメントする内面形状測定機、及び内面形状測定機のアライメント方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するための内面形状測定機の一の態様は、第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第１の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第１の直動機構によって第１の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、光源から第１の方向に出射した光であって、ワークの細穴の第１の開口から入射して細穴を通過した光の光量を取得する光量取得部と、取得した光量に基づく細穴の中心軸と回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、を備える内面形状測定機である。
【0010】
本態様によれば、出力されたずれ情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。穴が５００μｍ以下の径を有する極小径穴である場合に特に有効である。
【0011】
ずれ情報に基づいて直動傾斜ステージを制御し、細穴の中心軸と回転軸とのずれを目標値以内にするステージ制御部を備えることが好ましい。これにより、穴の位置を自動的にアライメントすることができる。
【0012】
光源と第１の方向に沿って互いに対向して配置される受光部を備え、受光部は、第１の開口とは異なる第２の開口から出射する出射光を受光することが好ましい。これにより、細穴を通過して第２の開口から出射する光を受光部に適切に受光させることができる。
【0013】
直動傾斜ステージに固定され、ワークが設置されるワーク設置治具を備え、光源がワーク設置治具に配置されることが好ましい。これにより、光源からワークの細穴の第1の開口に適切に光を入射させることができる。
【0014】
直動傾斜ステージの傾斜を変更するための傾斜軸の位置と光源の位置とが一致することが好ましい。これにより、第１の方向に直交する平面に対する傾斜によらず光源からワークの細穴の第1の開口に入射させる光を均一にすることができる。
【0015】
直動傾斜ステージに固定され、ワークが設置されるワーク設置治具と、光を受光する受光部と、受光部の受光方向に対して同軸に光源からの光を出射する同軸照明光学系と、を備え、ワーク設置治具は、第１の開口とは異なる第２の開口から出射した光を反射して第２の開口に入射させる乱反射体を備えることが好ましい。これにより、細穴を通過して第２の開口から出射する光を乱反射体によって反射して第２の開口に入射させ、再度細穴を通過して第１の開口から出射する光を受光部によって適切に受光することができる。
【0016】
上記目的を達成するための内面形状測定機の一の態様は、第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第１の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第１の直動機構によって第１の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、圧力気体源から発生した気体流であって、ワークの細穴の第１の開口から流入して第１の開口とは異なる第２の開口から流出した気体流の第１の方向の指向性を選別して流量を取得する流量取得部と、取得した流量に基づく細穴の中心軸と回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、を備える内面形状測定機である。
【0017】
本態様によれば、出力されたずれ情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。穴が５００μｍ以下の径を有する極小径穴である場合に特に有効である。
【0018】
上記目的を達成するための内面形状測定機の一の態様は、第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第１の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第１の直動機構によって第１の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、超音波発生源から発生した超音波であって、ワークの細穴の第１の開口から流入して第１の開口とは異なる第２の開口から流出した超音波の第１の方向の指向性を選別して強度を取得する強度取得部と、取得した強度に基づく細穴の中心軸と回転軸とのずれ情報を出力する出力部と、を備える内面形状測定機である。
【0019】
本態様によれば、出力されたずれ情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。穴が５００μｍ以下の径を有する極小径穴である場合に特に有効である。
【0020】
上記目的を達成するための内面形状測定機のアライメント方法の一の態様は、第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第１の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第１の直動機構によって第１の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、光源から第１の方向に出射した光であって、ワークの細穴の第１の開口から入射して細穴を通過した光の光量を取得する光量取得工程と、取得した光量に基づく細穴の中心軸と回転軸とのずれ情報を出力する出力工程と、を備える内面形状測定機のアライメント方法である。
【0021】
本態様によれば、出力されたずれ情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。穴が５００μｍ以下の径を有する極小径穴である場合に特に有効である。
【0022】
上記目的を達成するための内面形状測定機のアライメント方法の一の態様は、第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第１の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第１の直動機構によって第１の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、圧力気体源から発生した気体流であって、ワークの細穴の第１の開口から流入して第１の開口とは異なる第２の開口から流出した気体流の第１の方向の指向性を選別して流量を取得する流量取得工程と、取得した流量に基づく細穴の中心軸と回転軸とのずれ情報を出力する出力工程と、を備える内面形状測定機のアライメント方法である。
【0023】
本態様によれば、出力されたずれ情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。穴が５００μｍ以下の径を有する極小径穴である場合に特に有効である。
【0024】
上記目的を達成するための内面形状測定機のアライメント方法の一の態様は、第１の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第１の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第１の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第１の直動機構によって第１の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、超音波発生源から発生した超音波であって、ワークの細穴の第１の開口から流入して第１の開口とは異なる第２の開口から流出した超音波の第１の方向の指向性を選別して強度を取得する強度取得工程と、取得した強度に基づく細穴の中心軸と回転軸とのずれ情報を出力する出力工程と、を備える内面形状測定機のアライメント方法である。
【0025】
本態様によれば、出力されたずれ情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。穴が５００μｍ以下の径を有する極小径穴である場合に特に有効である。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、穴の位置を適切にアライメントすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。
【0029】
〔第１の実施形態〕
＜内面形状測定機の構成＞
図１は、本実施形態に係る内面形状測定機１０の構成を示す概略図である。内面形状測定機１０は、ワークＷに形成された細穴Ｈの内面形状（真円度等）を測定する装置である。本例において、細穴Ｈは、ワークＷの中心軸に沿って形成された細穴である。細穴Ｈの内径は極小径（例えば内径が５００μｍ以下）のものである。図１において、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は互いに直交する方向であり、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向である。
＜内面形状測定機の構成＞
図１は、本実施形態に係る内面形状測定機１０の構成を示す概略図である。内面形状測定機１０は、ワークＷに形成された細穴Ｈの内面形状（真円度等）を測定する装置である。本例において、細穴Ｈは、ワークＷの中心軸に沿って形成された細穴である。細穴Ｈの内径は極小径（例えば内径が５００μｍ以下）のものである。図１において、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は互いに直交する方向であり、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向である。
【0030】
図１に示すように、内面形状測定機１０は、本体ベース１２、回転体１４、直動傾斜ステージ１６、ワーク設置治具１８、コラム２０、キャリッジ２２、アーム２４、変位検出器２８、直動傾斜機構３３、カメラ３４、及びカメラアライメント用変位検出器３６を備える。
【0031】
回転体１４は、本体ベース１２上に固定される。本体ベース１２の内部には、回転体１４に連結される不図示のモータ、不図示のエンコーダ、及び不図示の高精度回転機構が備えられている。回転体１４は、モータの駆動によってＺ方向（第１の方向の一例）に平行な回転軸ＡＲを中心に高精度に回転する。また、回転体１４は、エンコーダから出力される回転角信号によって回転体１４の回転角度が検出される。
【0032】
直動傾斜ステージ１６（直動傾斜ステージの一例）は、回転体１４に対して相対移動可能に回転体１４に支持される。直動傾斜ステージ１６は、不図示のモータの駆動によりＸ方向及びＹ方向に平行移動する。これにより、直動傾斜ステージ１６は、直動傾斜ステージ１６に固定されたワークＷのＺ方向に直交する平面内（ＸＹ平面内）の位置を変更可能である。また、直動傾斜ステージ１６は、不図示のモータの駆動によりＹ方向に平行なＸ方向の傾斜軸ＡＸ（図１１参照）及びＸ方向に平行な不図示のＹ方向の傾斜軸を中心にそれぞれ回動する。これにより、直動傾斜ステージ１６は、直動傾斜ステージ１６に固定されたワークＷのＸＹ平面に対する傾斜を変更可能である。
【0033】
ワーク設置治具１８は、直動傾斜ステージ１６に載置される。ワーク設置治具１８には、ワークＷが設置される。即ち、直動傾斜ステージ１６には、ワーク設置治具１８を介してワークＷが固定される。ワークＷは、極小径の細穴Ｈを有する。細穴Ｈは、ワークＷの内部を上側開口ＯＵ（図４参照）から下側開口ＯＤ（図４参照）までを直進して貫通している。
【0034】
ワーク設置治具１８は、内部に光源１９を備える。
【0035】
内面形状測定機１０においてワークＷの細穴Ｈの真円度等の内面形状を測定するには、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨが回転体１４の回転軸ＡＲと同軸上となるようにワークＷをアライメントする必要がある。このワークＷのアライメントについては後述する。図１は、ワークＷのアライメント前の様子を示している。アライメントされたワークＷは、回転体１４とともに回転軸ＡＲを中心に回転する。
【0036】
また、本体ベース１２上には、Ｚ方向に平行に延びるコラム（支柱）２０が立設される。コラム２０は、下端部が本体ベース１２の上面に固定される。
【0037】
キャリッジ２２は、Ｚ方向に移動可能にコラム２０に支持される。キャリッジ２２は、不図示のモータの駆動によりＺ方向に移動する。キャリッジ２２は、変位検出器２８及びカメラ３４をＺ方向に移動させるための垂直直動機構（第１の直動機構の一例）に相当する。
【0038】
アーム２４は、Ｘ方向（第１の方向に直交する方向の一例）に移動可能にキャリッジ２２に支持される。アーム２４は、不図示のモータの駆動によりＸ方向に移動する。アーム２４は、変位検出器２８及びカメラ３４をＸ方向に移動させるための水平直動機構に相当する。
【0039】
変位検出器２８は、アーム２４に支持される。変位検出器２８は、非接触式又は接触式のプローブ３０を備えている。
【0040】
図２は、プローブ３０の一例を示す概略図である。図２の２０２Ａは、非接触式のプローブ３０を示している。非接触式のプローブ３０を備える変位検出器２８（図１参照）は、検出光を出射する不図示の発光素子と、発光素子から出射される検出光の反射光を受光する不図示の受光素子とを備える。非接触式のプローブ３０は、光ファイバ３８及び反射ミラー４０を備える。変位検出器２８（図１参照）の不図示の発光素子から出射された光は、光ファイバ３８によって反射ミラー４０に導かれ、反射ミラー４０の反射面で反射してワークＷに入射する。ワークＷで反射した反射光は、反射ミラー４０に入射し、反射ミラー４０の反射面で反射して光ファイバ３８に導かれる。光ファイバ３８に導かれた反射光は、変位検出器２８の不図示の受光素子に入力される。変位検出器２８は、受光素子において受光される反射光に基づいてワークＷの変位を検出する。
【0041】
非接触式の変位検出器２８の方式として、レーザー干渉計、白色干渉計、ＳＤ－ＯＣＴ（Spectral Domain-Optical Coherence Tomography）、ＳＳ－ＯＣＴ（Swept Source-Optical Coherence Tomography）等の既知の手法を適用することができる。
【0042】
なお、変位検出器２８は、接触式でワークＷの変位を検出してもよい。図２の２０２Ｂは、接触式のプローブ３０を示している。接触式のプローブ３０は、先端にワークＷに向けて付勢される接触子４２を備える。接触子４２がワークＷに接触すると、ワークＷの形状に応じて接触子４２が変位する。接触子４２の変位は、プローブ３０を介して変位検出器２８に伝達される。変位検出器２８は、接触子４２の変位に基づいてワークＷの変位を検出する。
【0043】
接触式の変位検出器２８の変位検出機構としては、ＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）、干渉計、光三角測量方式、薄膜歪み測定等の既知の機構を適用することができる。更に、変位検出器２８として、共振周波数で接触子４２を加振しておき、接触によって共振点が変化することを利用する方式を適用してもよい。
【0044】
図１の説明に戻り、内面形状測定機１０においてワークＷの細穴Ｈの真円度を測定する際には、プローブ３０はキャリッジ２２により変位検出器２８とともにＺ方向に移動され、ワークＷの細穴Ｈに挿入される。変位検出器２８は、プローブ３０により細穴Ｈの穴壁（内側面）の変位を検出する。
【0045】
また、アーム２４は、直動傾斜機構３３を支持する。直動傾斜機構３３は、カメラ３４の光軸ＡＣ（図８参照）をＺ方向の下方に向けて、カメラ３４を固定する。直動傾斜機構３３は、アーム２４に対して相対移動可能にアーム２４に支持される。直動傾斜機構３３は、不図示のモータの駆動によりＸ方向及びＹ方向に平行移動する。これにより、直動傾斜機構３３は、直動傾斜機構３３に固定されたカメラ３４のＸＹ平面内の位置を変更可能である。また、直動傾斜機構３３は、不図示のモータの駆動によりＸ方向に平行な軸及びＹ方向に平行な軸を中心に回動する。これにより、直動傾斜機構３３は、直動傾斜機構３３に固定されたカメラ３４のＸＹ平面に対する傾斜を変更可能である。
【0046】
カメラ３４（受光部の一例）は、被観察物を拡大投影する拡大光学系（顕微鏡）を含む。カメラ３４は、被観察物の拡大画像を撮影することができる。また、カメラ３４は、カメラ３４の光軸ＡＣと同軸の円筒面３４Ａを有する。カメラ３４は、Ｚ方向の下方から入射する光を受光する受光部に相当する。カメラ３４に代えて、フォトダイオードなどの受光素子を配置してもよい。
【0047】
カメラアライメント用変位検出器３６は、直動傾斜ステージ１６に配置される。カメラアライメント用変位検出器３６は、接触式の変位検出機構を有する。カメラアライメント用変位検出器３６は、回転体１４とともに回転軸ＡＲを中心に回転し、接触式でカメラ３４の円筒面３４Ａの変位を検出することで、カメラ３４の光軸ＡＣの変位を検出する。カメラアライメント用変位検出器３６は、非接触式の変位検出機構や画像測定方式を用いてもよい。
【0048】
このように構成された内面形状測定機１０において、ワークＷをアライメントし、プローブ３０をワークＷの細穴Ｈに挿入し、回転体１４を回転させてワークＷとプローブ３０とを相対的に移動させ、変位検出器２８において細穴Ｈの穴壁の変位を検出することで、細穴Ｈの真円度を測定することができる。
【0049】
＜内面形状測定機の電気的構成＞
図３は、内面形状測定機１０の電気的構成を示すブロック図である。内面形状測定機１０は、制御装置５０を備える。
図３は、内面形状測定機１０の電気的構成を示すブロック図である。内面形状測定機１０は、制御装置５０を備える。
【0050】
制御装置５０は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ等の汎用のコンピュータによって実現されるものである。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置５０では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、内面形状測定機１０内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。
【0051】
図３に示すように、制御装置５０は、測定制御部５２、変位取得部５４、真円度計算部５６、カメラ変位取得部５７、カメラ位置傾斜制御部５９、光量取得部６１、ステージ制御部６２、及び出力部６３を含む。
【0052】
測定制御部５２は、キャリッジ２２、アーム２４、及び回転体１４にそれぞれ連結される不図示のモータを制御し、変位検出器２８のプローブ３０とワークＷの細穴Ｈとの相対位置を制御する。
【0053】
変位取得部５４は、変位検出器２８を制御し、変位検出器２８が検出した細穴Ｈの穴壁の変位を取得する。
【0054】
真円度計算部５６は、測定制御部５２から取得したプローブ３０とワークＷとの相対位置、及び変位検出器２８が検出した変位から、細穴Ｈの真円度を算出する。
【0055】
カメラ変位取得部５７は、カメラアライメント用変位検出器３６を制御し、カメラ３４の光軸ＡＣの変位を取得する。カメラ位置傾斜制御部５９は、カメラ変位取得部５７が取得したカメラ３４の光軸ＡＣの変位に基づいて直動傾斜機構３３を駆動する不図示のモータを制御し、カメラ３４のＸＹ平面内の位置及びＸＹ平面に対する傾斜を変更する。
【0056】
光量取得部６１は、カメラ３４を制御し、カメラ３４に入射する光量を取得する。ステージ制御部６２は、光量取得部６１が取得した光量に基づいて直動傾斜ステージ１６を駆動する不図示のモータを制御し、直動傾斜ステージ１６のＸＹ平面内の位置及びＸＹ平面に対する傾斜を変更する。出力部６３は、光量取得部６１から取得した光量に基づく情報を不図示の出力インターフェースに出力する。
【0057】
＜アライメント方法＞
前述したように、ワークＷの細穴Ｈの真円度等の内面形状を測定するためには、細穴Ｈの中心軸ＡＨを回転体１４の回転軸ＡＲに一致させるアライメントが必要である。アライメントには、ＸＹ平面内の位置を調整するセンタリングと、ＸＹ平面に対する傾斜を調整するチルチングとがある。内面形状測定機１０は、直動傾斜ステージ１６によってセンタリングとチルチングとが可能である。
前述したように、ワークＷの細穴Ｈの真円度等の内面形状を測定するためには、細穴Ｈの中心軸ＡＨを回転体１４の回転軸ＡＲに一致させるアライメントが必要である。アライメントには、ＸＹ平面内の位置を調整するセンタリングと、ＸＹ平面に対する傾斜を調整するチルチングとがある。内面形状測定機１０は、直動傾斜ステージ１６によってセンタリングとチルチングとが可能である。
【0058】
図４は、光源１９（図４では不図示）からＺ方向に出射した光であって、ワークＷの細穴Ｈの下側開口ＯＤから入射し、細穴Ｈを通過して上側開口ＯＵから出射する光をカメラ３４で受光する様子を示す図である。図４では、ワークＷを断面で示している。図４の２０４Ａに示すワークＷと図４の２０４Ｂに示すワークＷとでは、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が異なっており、２０４Ｂに示すワークＷの方が細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい。
【0059】
２０４Ａに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に大きい場合は、細穴Ｈの内壁（内側面）での多重散乱により、上側開口ＯＵから出射する出射光の光量は相対的に小さくなる。また、２０４Ｂに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい場合は、細穴Ｈの内壁での反射が少なく、上側開口ＯＵから出射する出射光の光量は相対的に大きくなる。
【0060】
図５は、図４に示す構成において、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度（単位：°）と、上側開口ＯＵから出射する出射光の光量（単位：arbitrary、任意単位）との関係を示すグラフである。図５は、細穴Ｈの下側開口ＯＤに入射する光が平行光であり、細穴Ｈの上側開口ＯＵ及び下側開口ＯＤの穴径と上側開口ＯＵから下側開口ＯＤまでの長さとのアスペクト比が１：２０であり、細穴Ｈの内側面の反射率が０．５であり、内側面での乱反射の発生がないと仮定した場合を示している。図５に示すように、細穴Ｈの上側開口ＯＵから出射する出射光の光量を測定することで、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度を推定することができる。
【0061】
内面形状測定機１０は、光源１９からワークＷの細穴Ｈの第１の開口に相当する下側開口ＯＤに入射した入射光のうち細穴Ｈを通過して第２の開口に相当する上側開口ＯＵから出射した出射光をカメラ３４により受光し、受光量が大きくなるように直動傾斜ステージ１６の傾斜を変更することで、細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを目標値以内にする。
【0062】
図６は、内面形状測定機１０のアライメント方法の処理の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、内面形状測定機１０のアライメント方法は、ステップＳＡのカメラ３４のアライメント工程と、ステップＳＢの細穴Ｈのアライメント工程とを含む。
【0063】
【0064】
ステップＳ１では、カメラ変位取得部５７は、カメラアライメント用変位検出器３６によってカメラ３４の光軸ＡＣと同軸の円筒面３４Ａの変位を取得する。ここでは、図８の２０８Ａに示すように、カメラアライメント用変位検出器３６は、Ｚ方向の高さがＬ１の測定高さの円筒面３４Ａの変位を検出する。Ｚ方向の高さは、基準となる位置からのＺ方向の距離であり、ここではカメラ３４の上端からのＺ方向の距離とする。
【0065】
ステップＳ２では、カメラ変位取得部５７は、カメラアライメント用変位検出器３６によってカメラ３４の光軸ＡＣと同軸の円筒面３４Ａの変位を取得する。ここでは、図８の２０８Ｂに示すように、カメラアライメント用変位検出器３６は、Ｚ方向の高さがＬ２の測定高さの円筒面３４Ａの変位を検出する。
【0066】
ステップＳ３では、カメラ変位取得部５７は、ステップＳ１で取得した測定高さＬ１の円筒面３４Ａの変位とステップＳ２で取得した測定高さＬ２の円筒面３４Ａの変位とから、カメラ３４の光軸ＡＣの位置及び傾斜を計算する。さらに、カメラ変位取得部５７は、回転体１４の回転軸ＡＲとカメラ３４の光軸ＡＣとのずれ量を計算する。
【0067】
最後に、ステップＳ４では、カメラ位置傾斜制御部５９は、ステップＳ３で計算した回転体１４の回転軸ＡＲとカメラ３４の光軸ＡＣとのずれ量に基づいて直動傾斜機構３３の不図示のモータを駆動し、図８の２０８Ｃに示すように、カメラ３４の光軸ＡＣを回転体１４の回転軸ＡＲと同軸とする。この状態では、光源１９とカメラ３４とは、Ｚ方向に沿って互いに対向して配置されている。回転体１４の回転軸ＡＲとカメラ３４の光軸ＡＣとのずれ量に基づいて、ユーザが手動でカメラ３４の光軸ＡＣを回転体１４の回転軸ＡＲと同軸としてもよい。
【0068】
以上により、ステップＳＡのカメラ３４のアライメント工程が終了する。続いて、ステップＳＢの細穴Ｈのアライメント工程を行う。細穴Ｈのアライメント工程を行うには、最初にユーザがワーク設置治具１８にワークＷを設置する。
【0069】
図９は、細穴のアライメント工程前後の内面形状測定機１０を示す図である。図９の２０９Ａは細穴のアライメント工程を行う前の内面形状測定機１０を示している。２０９Ａに示すように、細穴のアライメント工程前ではワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとがずれている。
【0070】
図１０は、細穴Ｈのアライメント工程の処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１では、光量取得部６１は、通過光発生光源である光源１９を点灯させる。
【0071】
ステップＳ１２（光量取得工程の一例）では、測定制御部５２は、ワークＷの細穴Ｈの上側開口ＯＵがカメラ３４の撮影範囲に入るように、キャリッジ２２及びアーム２４のそれぞれの不図示のモータを駆動し、カメラ３４を移動させる。さらに、光量取得部６１は、カメラ３４を制御し、カメラ３４への入射光量Ｐ１を測定する。
【0072】
入射光量Ｐ１は、例えばカメラ３４の不図示の絞りを一定とし、電子シャッタ機能により不図示の撮像素子の電荷を放電してから一定期間電荷を蓄積させ、蓄積した電荷量によって測定する。
【0073】
出力部６３は、光量取得部６１が取得した入射光量Ｐ１（細穴の中心軸と回転体の回転軸とのずれ情報の一例）をステージ制御部６２に出力する（出力工程の一例）。
【0074】
ステップＳ１３（ステージ制御工程の一例）では、ステージ制御部６２は、直動傾斜ステージ１６を駆動する不図示のモータを制御し、直動傾斜ステージ１６の傾斜を設定方向にステップ角だけ変更する。ここでは、直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜を変更するものとする。設定方向は、例えばＸ方向の図９に示す左方向であり、ステップ角は、例えば角度θ１である。
【0075】
ステップＳ１４（光量取得工程の一例）では、光量取得部６１は、カメラ３４を制御し、カメラ３４への入射光量Ｐ２を測定する。入射光量Ｐ２は、入射光量Ｐ１の測定と同じ条件で測定する。出力部６３は、光量取得部６１が取得した入射光量Ｐ２をステージ制御部６２に出力する。
【0076】
ステップＳ１５では、ステージ制御部６２は、入射光量Ｐ１＞入射光量Ｐ２であるかを判定する。入射光量Ｐ１≦入射光量Ｐ２である場合、すなわち直動傾斜ステージ１６の傾斜の変更によって入射光量が増加した場合、又は変化しない場合は、制御装置５０はステップＳ１２の処理を行う。すなわち、入射光量が減少するまでステップＳ１２～ステップＳ１４の処理を繰り返す。
【0077】
一方、入射光量Ｐ１＞入射光量Ｐ２である場合、すなわち直動傾斜ステージ１６の傾斜の変更によって入射光量が減少した場合は、制御装置５０はステップＳ１６の処理を行う。
【0078】
ステップＳ１６では、ステージ制御部６２は、ステップＳ１３における設定方向を反転させる。例えば、ステップＳ１３における設定方向がＸ方向の図９に示す左方向であれば、ここで設定される設定方向はＸ方向の図９に示す右方向となる。また、ステージ制御部６２は、設定方向の反転回数をインクリメントする。
【0079】
ステップＳ１７では、ステージ制御部６２は、設定方向の反転回数が２回を超えたか否かを判定する。設定方向の反転回数が２回を超えていない場合は、制御装置５０はステップＳ１２の処理を行う。すなわち、入射光量が減少するまでステップＳ１２～ステップＳ１４の処理を繰り返す。一方、設定方向の反転回数が２回を超えた場合は、制御装置５０はステップＳ１８の処理を行う。
【0080】
ステップＳ１８では、ステージ制御部６２は、ステップＳ１３におけるステップ角を相対的に小さいステップ角に設定する。例えば、ステップＳ１３におけるステップ角が角度θ１であれば、ここで設定されるステップ角は例えば角度θ２（＜θ１）である。続くステップＳ１９では、ステージ制御部６２は、設定方向の反転回数を０回にリセットする。
【0081】
ステップＳ２０では、ステージ制御部６２は、ステップＳ１８で設定されたステップ角が、規定値である角度θＴＨを下回ったか否かを判定する。ステップ角が角度θＴＨを下回っていない場合は、制御装置５０はステップＳ１２の処理を行う。一方、ステップ角が角度θＴＨを下回った場合は、制御装置５０は本フローチャートの処理を終了する。
【0082】
以上のように、直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜を変更してカメラ３４で受光する光量が大きくなる位置を探索することで、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成すＸ方向の角度を目標値以内にすることができる。Ｙ方向についても同様に、直動傾斜ステージ１６のＹ方向の傾斜を変更してカメラ３４で受光する光量が大きくなる位置を探索することで、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成すＹ方向の角度を目標値以内にすることができる。
【0083】
同様に、直動傾斜ステージ１６のＸ方向及びＹ方向の位置を変更してカメラ３４で受光する光量が大きくなる位置を探索することで、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸Ａとのずれを目標値以内にすることができる。
【0084】
図９の２０９Ｂに示すように、細穴のアライメント工程後は、細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとが同軸になっている。
【0085】
なお、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成すＸ方向及びＹ方向の角度を目標値以内にした後、カメラ３４によってワークＷの細穴Ｈの上側開口ＯＵを観察し、カメラ３４の撮影範囲の中心に上側開口ＯＵが位置するように直動傾斜ステージ１６のＸ方向及びＹ方向の位置を変更することで、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを目標値以内にしてもよい。
【0086】
このように、本実施形態に係るアライメント方法によれば、細穴Ｈの中心軸ＡＨを回転体１４の回転軸ＡＲにアライメントすることができる。本実施形態に係るアライメント方法は、細穴Ｈが５００μｍ以下の径の極小径穴である場合に有効である。さらに、細穴Ｈの径が２００μｍ以下であり、プローブ３０の径が１００μｍ以下である場合に、特に有効である。なお、径が５００μｍより大きい細穴Ｈであってもよい。
【0087】
なお、出力部６３は、光量取得部６１から取得した入射光量Ｐ１に基づく細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれ情報を不図示の出力インターフェースなどに出力（出力工程の一例）してもよい。ユーザは、出力されたずれ情報に基づいて直動傾斜ステージ１６を手動で動作させることで、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨを回転体１４の回転軸ＡＲにアライメントすることができる。
【0088】
＜光源及びワークの下側開口の位置＞
光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤの位置を、直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜軸ＡＸ及びＹ方向の傾斜軸の位置に一致させる構成が好ましい。
光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤの位置を、直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜軸ＡＸ及びＹ方向の傾斜軸の位置に一致させる構成が好ましい。
【0089】
図１１及び図１２は、それぞれ直動傾斜ステージ１６の傾斜の変更前後のカメラ３４と光源１９との位置関係を示す図である。図１１及び図１２では、ワークＷを断面で示している。図１１では、光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤの位置と直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜軸ＡＸの位置とが相対的に離れている場合を示している。また、図１２では、光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤの位置と直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜軸ＡＸの位置とが一致している場合を示している。
【0090】
図１１の２１１Ａに示した状態では、カメラ３４の光軸ＡＣ上に光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤが配置されている。また、図１１の２１１Ｂは、２１１Ａに示した状態から直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜を変更した状態を示している。２１１Ｂに示すように、光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤは、カメラ３４の光軸ＡＣ上から外れてしまう。
【0091】
これに対し、図１２の２１２Ａに示した状態では、図１１の２１１Ａと同様に、カメラ３４の光軸ＡＣ上に光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤが配置されている。また、図１２の２１２Ｂは、２１２Ａに示した状態から直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜を変更した状態を示している。２１２Ｂに示すように、直動傾斜ステージ１６の傾斜が変更されても、光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤは、カメラ３４の光軸ＡＣ上から移動しない。
【0092】
このように、光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤの位置と直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜軸ＡＸとを一致させることで、直動傾斜ステージ１６のＸ方向の傾斜を変更した場合であっても光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤがカメラ３４の光軸ＡＣ上から移動しないため、光量測定への影響が少なく、より高精度にワークＷの細穴Ｈを位置決めすることが可能となる。同様に、光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤの位置と直動傾斜ステージ１６のＹ方向の傾斜軸とを一致させることで、直動傾斜ステージ１６のＹ方向の傾斜を変更した場合であっても光源１９及びワークＷの下側開口ＯＤがカメラ３４の光軸ＡＣ上から移動しないため、光量測定への影響が少なく、より高精度にワークＷの細穴Ｈを位置決めすることが可能となる。
【0093】
＜光源の他の態様＞
ワークＷの形状によっては、下側開口ＯＤをワーク設置治具１８と対向させることができない場合がある。図１３は、特殊な形状のワークＷをワーク設置治具１８に載置した様子を示す図である。図１３では、ワークＷを断面で示している。図１３に示すワークＷは、細穴Ｈの下側開口ＯＤ側にワークＷの他の部分が配置されている。このため、ワーク設置治具１８に配置された光源１９からＺ方向の上方に光を出射しても、細穴Ｈの下側開口
ＯＤから光を入射させることができない。
ワークＷの形状によっては、下側開口ＯＤをワーク設置治具１８と対向させることができない場合がある。図１３は、特殊な形状のワークＷをワーク設置治具１８に載置した様子を示す図である。図１３では、ワークＷを断面で示している。図１３に示すワークＷは、細穴Ｈの下側開口ＯＤ側にワークＷの他の部分が配置されている。このため、ワーク設置治具１８に配置された光源１９からＺ方向の上方に光を出射しても、細穴Ｈの下側開口
ＯＤから光を入射させることができない。
【0094】
また、図１３に示すワークＷは、細穴Ｈの下側開口ＯＤ側の空間が狭い。このため、光源を挿入するスペースが不足しており、下側開口ＯＤ側に光源を配置することができない。
【0095】
このような課題に対し、ワークＷの細穴Ｈの下側開口ＯＤ側に柔軟性を有する散乱体を挿入して、散乱体に光を入射させることで下側開口ＯＤから光を入射させてもよい。
【0096】
【0097】
散乱体８４は、弾性及び柔軟性を有する連続気泡構造体のスポンジである。散乱体８４は、細穴Ｈの下側開口ＯＤ側に配置される。散乱体８４は柔軟性を有するので、下側開口ＯＤ側の狭いスペースに挿入することができる。散乱体８４には、光源７０が取り付けられる。光源７０は、散乱体８４に光を入射させる。光源７０から散乱体８４に入射された光は、散乱体８４の内部を多重散乱し、下側開口ＯＤに入射される。
【0098】
このような散乱体８４を下側開口ＯＤ側に配置することで、散乱体８４が多重散乱による面光源を形成することができる。したがって、ワークＷの細穴Ｈの下側開口ＯＤから光を適切に入射させることができる。また、散乱体８４は、下側開口ＯＤ側のワークＷの形状に沿って変形するため、厳密な形状成形や位置決めが不要であり、低コストであるという効果がある。さらに、散乱体８４は、柔軟性を有するためにワークＷを傷つける懸念がないという効果がある。
【0099】
〔第２の実施形態〕
図１５は、第２の実施形態に係る内面形状測定機７４の構成を示す概略図である。内面形状測定機１０と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１５に示すように、内面形状測定機７４は、ワーク設置治具１８の上面に乱反射体７６を備えている。
図１５は、第２の実施形態に係る内面形状測定機７４の構成を示す概略図である。内面形状測定機１０と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１５に示すように、内面形状測定機７４は、ワーク設置治具１８の上面に乱反射体７６を備えている。
【0100】
乱反射体７６は、ワーク設置治具１８に設置されたワークＷの下側開口ＯＤから出射した光を反射して再びワークＷの下側開口ＯＤに入射させるための反射部材である。乱反射体７６は、方向性を持たせないため、反射面に入射した入射光の反射角がランダムになるように反射面が構成されている。乱反射体７６は、光の反射率の高い、白色等の色を有することが望ましい。
【0101】
図１６は、内面形状測定機７４の電気的構成を示すブロック図である。内面形状測定機１０と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１６に示すように、内面形状測定機７４は、カメラ３４に同軸落射照明光学系３５を含む。同軸落射照明光学系３５（同軸照明光学系の一例）は、不図示の照明光源と、照明光源からの光をカメラ３４の光軸ＡＣ（受光部の受光方向の一例）と同軸の照明光として出射する不図示のハーフミラーと、を備える。
【0102】
図１７は、同軸落射照明光学系３５（図１７では不図示）からワークＷの細穴Ｈの上側開口ＯＵに入射する入射光のうち、細穴Ｈを通過して下側開口ＯＤから出射する出射光が乱反射体７６に入射する様子を示す図である。図１７では、ワークＷを断面で示している。図１７の２１７Ａに示すワークＷと２１７Ｂに示すワークＷとでは、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が異なっており、２１７Ｂに示すワークＷの方が細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい。
【0103】
２１７Ａに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に大きい場合は、細穴Ｈの内壁での多重散乱により、下側開口ＯＤから出射する出射光の光量が相対的に小さくなる。このため、下側開口ＯＤから出射する出射光のうち乱反射体７６によって反射して再び下側開口ＯＤに入射する光の光量も相対的に小さくなり、上側開口ＯＵから出射する出射光の光量も相対的に小さくなる。
【0104】
また、２１７Ｂに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい場合は、細穴Ｈの内壁での反射が少なく、下側開口ＯＤから出射する出射光の光量が相対的に大きくなる。このため、下側開口ＯＤから出射する出射光のうち乱反射体７６によって反射して再び下側開口ＯＤに入射する光の光量も相対的に大きくなり、上側開口ＯＵから出射する出射光の光量も相対的に大きくなる。
【0105】
内面形状測定機７４は、同軸落射照明光学系３５からワークＷの細穴Ｈの第１の開口に相当する上側開口ＯＵに入射した入射光のうち細穴Ｈを通過して第２の開口に相当する下側開口ＯＤから出射し、乱反射体７６によって反射して再び下側開口ＯＤに入射し、細穴Ｈを通過して上側開口ＯＵから出射した出射光をカメラ３４により受光し、受光量が大きくなるように直動傾斜ステージ１６の傾斜を変更することで、細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを目標値以内にする。
【0106】
ワーク設置治具１８に配置した反射部材が鏡面反射体である場合には、反射光に指向性が生じるため、直動傾斜ステージ１６の傾斜を変更した際に反射部材の向きが変わってしまうことによる効果を含んでカメラ３４への入射光量が変化する。内面形状測定機７４では、反射部材として乱反射する乱反射体７６を用いたため、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれに応じたカメラ３４への入射光量の変化を測定することができる。
【0107】
なお、図１３に示したワークＷは、細穴Ｈの下側開口ＯＤ側にワークＷの他の部分が配置されている。このため、同軸落射照明光学系３５（図１３では不図示）からワークＷの細穴Ｈの上側開口ＯＵに光を入射させても、細穴Ｈを通過して下側開口ＯＤから出射した光をワーク設置治具１８の上面の乱反射体７６に入射させることができない。
【0108】
また、図１３に示すワークＷは、細穴Ｈの下側開口ＯＤ側の空間が狭いが、下側開口ＯＤ側に乱反射体７６を挿入することは可能である。しかしながら、下側開口ＯＤ側の空間が狭いために精密な位置決めが必要となる。また、乱反射体７６とワークＷとが衝突し、ワークＷを傷つけてしまう可能性がある。
【0109】
このような課題に対し、ワークＷの細穴Ｈの下側開口ＯＤ側に柔軟性を有する反射体を挿入してもよい。
【0110】
図１８は、ワークＷの細穴Ｈの下側開口ＯＤ側へのスポンジ状の反射体８０の挿入を示す図である。図１８では、ワークＷを断面で示している。図１８の２１８Ａはスポンジ状の反射体８０の挿入前を示し、２１８Ｂは挿入後を示している。
【0111】
スポンジ状の反射体８０は、弾性及び柔軟性を有する光反射部材である。スポンジ状の反射体８０は、細穴Ｈの上側開口ＯＵから入射した光を下側開口ＯＤ側において細穴Ｈに反射させる。スポンジ状の反射体８０は、光の反射率の高い、白色等の色を有することが望ましい。スポンジ状の反射体８０は柔軟性を有するので、下側開口ＯＤ側の狭いスペースに挿入することができる。
【0112】
このようなスポンジ状の反射体８０を下側開口ＯＤ側へ挿入することで、特殊な形状のワークＷであっても下側開口ＯＤから出射した光を反射して再びワークＷの下側開口ＯＤに入射させることができる。したがって、内面形状測定機７４は、カメラ３４の受光量が大きくなるように直動傾斜ステージ１６の傾斜を変更することで、細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを目標値以内にすることができる。スポンジ状の反射体８０は、下側開口ＯＤ側のワークＷの形状に沿って変形するため、厳密な形状成形や位置決めが不要であり、低コストであるという効果がある。さらに、スポンジ状の反射体８０は、柔軟性を有するためにワークＷを傷つける懸念がないという効果がある。
【0113】
また、図１９は、ワークＷの細穴Ｈの下側開口ＯＤ側への粘土状の反射体８２の挿入を示す図である。図１９では、ワークＷを断面で示している。図１９の２１９Ａは粘土状の反射体８２の挿入前を示し、２１９Ｂは挿入後を示している。
【0114】
粘土状の反射体８２は、可塑性及び柔軟性を有する光反射部材である。粘土状の反射体８２は、細穴Ｈの上側開口ＯＵから入射した光を下側開口ＯＤ側において細穴Ｈに反射させる。粘土状の反射体８２は、光の反射率の高い、白色等の色を有することが望ましい。粘土状の反射体８２は柔軟性を有するので、下側開口ＯＤ側の狭いスペースに挿入することができる。
【0115】
このような粘土状の反射体８２を下側開口ＯＤ側へ挿入することで、特殊な形状のワークＷであっても下側開口ＯＤから出射した光を反射して再びワークＷの下側開口ＯＤに入射させることができる。したがって、内面形状測定機７４は、カメラ３４の受光量が大きくなるように直動傾斜ステージ１６の傾斜を変更することで、細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを目標値以内にすることができる。粘土状の反射体８２は、下側開口ＯＤ側のワークＷの形状に沿って変形するため、厳密な形状成形や位置決めが不要であり、低コストであるという効果がある。さらに、粘土状の反射体８２は、柔軟性を有するためにワークＷを傷つける懸念がないという効果がある。
【0116】
〔第３の実施形態〕
ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを検出する他の実施形態として、エアを使った方式、及び超音波を使った方式が考えられる。
ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを検出する他の実施形態として、エアを使った方式、及び超音波を使った方式が考えられる。
【0117】
【0118】
ワークＷは、ワーク保持部材８６の内部に第１の開口に相当する下側開口ＯＤ側が部分的に挿入されて保持される。図２０では、ワーク保持部材８６を断面で示している。ワークＷとワーク保持部材８６との間には環状のガスケット８８が配置され、ワーク保持部材８６の内部の空間は気密性が保たれる。
【0119】
ワーク保持部材８６は、空気供給穴８６Ａを有する。空気供給穴８６Ａには、圧力空気源９０が接続される。圧力空気源９０（圧力気体源の一例）は、空気供給穴８６Ａを介してワーク保持部材８６の内部の空間にコンプレッサで圧縮した空気（気体の一例）を供給する。圧力空気源９０は、窒素ガスなどの不活性ガスやアルゴンガスなどの炭酸ガスを供給するガスボンベであってもよい。
【0120】
ワーク保持部材８６に保持されたワークＷの第２の開口に相当する上側開口ＯＵ側には、両端が開口し内部が空洞の筒９２が配置される。図２０では、筒９２を断面で示している。筒９２は、空洞の中心軸が回転体１４の回転軸ＡＲと同軸上にアライメントされている。筒９２のアライメントは、カメラ３４のアライメント工程と同様に調整することができる。
【0121】
筒９２の内部には、熱式の気体流量計９４が配置される。熱式の気体流量計９４は、筒９２の内部を通過する気体が高温の金属配線を冷却することによる金属配線の電気抵抗の変化を気体の流量の変化として検出する。気体流量計９４は熱式に限定されず、浮き子式、羽根車式、オリフィス式などの既知の手法を適用することができる。筒９２及び気体流量計９４により、Ｚ方向の指向性を選別して気体の流量を取得する。
【0122】
圧力空気源９０からワーク保持部材８６に供給された空気は、ワークＷの下側開口ＯＤから細穴Ｈに流入し、細穴Ｈを通過して上側開口ＯＵから流出する。上側開口ＯＵから流出した空気は筒９２に流入し、筒９２に流入した空気の流量が気体流量計９４（流量取得部の一例）によって測定される（流量取得工程の一例）。
【0123】
ここで、筒９２の中心軸は回転体１４の回転軸ＡＲと同軸であるため、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれが小さいほど筒９２に流入する空気が増加する。
【0124】
図２０の２２０Ａに示すワークＷと２２０Ｂに示すワークＷとでは、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が異なっており、２２０Ｂに示すワークＷの方が細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい。
【0125】
２２０Ａに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に大きい場合は、ワークＷの上側開口ＯＵから流出して筒９２の内部に流入した空気は、筒９２の空洞の内壁にぶつかり、流れが阻害される。このため、気体流量計９４によって測定される流量が相対的に小さくなる。
【0126】
また、２２０Ｂに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい場合は、ワークＷの上側開口ＯＵから流出して筒９２の内部に流入した空気は、筒９２の空洞の内壁によって流れが阻害される量が減少する。このため、気体流量計９４によって測定される流量が相対的に大きくなる。
【0127】
このように、筒９２及び気体流量計９４により空気流の指向性を選別することで、ワークＷの細穴Ｈの回転軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを検出することができる。エアを使用する方式は、構成が簡単であり、低コストで実現可能である。
【0128】
【0129】
ワークＷの第１の開口に相当する下側開口ＯＤ側には、超音波発生源９６が配置される。超音波発生源９６は、Ｚ方向の上方に向けて超音波を出射する。超音波とは、人間の耳には聞こえない２０ｋＨｚ以上数ＧＨｚ以下の周波数の音波である。
【0130】
ワークＷの第２の開口に相当する上側開口ＯＵ側には、両端が開口し内部が空洞の筒９７が配置される。図２１は、筒９７を断面で示している。筒９７は、空洞の中心軸が回転体１４の回転軸ＡＲと同軸上にアライメントされている。筒９７のアライメントは、カメラ３４のアライメント工程と同様に調整することができる。
【0131】
筒９７の内部には、超音波検出器９８が配置される。超音波検出器９８は、筒９７に入射した超音波の強度を検出する。超音波発生源９６及び超音波検出器９８としては、圧電セラミックスを利用した方式などの既知の構成を適用することができる。筒９７及び超音波検出器９８により、Ｚ方向の指向性を選別して超音波の強度を取得する。
【0132】
超音波発生源９６からＺ方向の上方に向けて出射された超音波は、ワークＷの下側開口ＯＤから細穴Ｈに入射し、細穴Ｈを通過して上側開口ＯＵから出射する。上側開口ＯＵから出射した超音波は筒９７に入射し、筒９７に入射した超音波の強度が超音波検出器９８（強度取得部の一例）によって測定される（強度取得工程の一例）。
【0133】
ここで、筒９７の中心軸は回転体１４の回転軸ＡＲと同軸であるため、ワークＷの細穴Ｈの中心軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれが小さいほど筒９７に入射する超音波が増加する。
【0134】
図２１の２２１Ａに示すワークＷと２２１Ｂに示すワークＷとでは、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が異なっており、２２１Ｂに示すワークＷの方が細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい。
【0135】
２２１Ａに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に大きい場合は、ワークＷの上側開口ＯＵから出射して筒９７の内部に入射した超音波は、筒９７の空洞の内壁にぶつかり、減衰する。このため、超音波検出器９８によって測定される超音波の強度が相対的に小さくなる。
【0136】
また、２２１Ｂに示すように、細穴Ｈの中心軸ＡＨとＺ方向とが成す角度が相対的に小さい場合は、上側開口ＯＵから出射して筒９２の内部に入射した空気は、細穴Ｈの空洞の内壁によって減衰する量が減少する。このため、超音波検出器９８によって測定される超音波の強度が相対的に大きくなる。
【0137】
このように、筒９７及び超音波検出器９８により超音波の指向性を選別することで、ワークＷの細穴Ｈの回転軸ＡＨと回転体１４の回転軸ＡＲとのずれを検出することができる。超音波を使用する方式は、エアを使用する方式と同様に、構成が簡単であり、低コストで実現可能である。
【0138】
〔その他〕
本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。
本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0139】
１０…内面形状測定機
１２…本体ベース
１４…回転体
１６…直動傾斜ステージ
１８…ワーク設置治具
１９…光源
２０…コラム
２２…キャリッジ
２４…アーム
２８…変位検出器
３０…プローブ
３３…直動傾斜機構
３４…カメラ
３５…同軸落射照明光学系
３６…カメラアライメント用変位検出器
３８…光ファイバ
４０…反射ミラー
４２…接触子
５０…制御装置
５２…測定制御部
５４…変位取得部
５６…真円度計算部
５７…カメラ変位取得部
５９…カメラ位置傾斜制御部
６１…光量取得部
６２…ステージ制御部
６３…出力部
７４…内面形状測定機
７６…乱反射体
８０…スポンジ状の反射体
８２…粘土状の反射体
８４…散乱体
８６…ワーク保持部材
８６Ａ…空気供給穴
８８…ガスケット
９０…圧力空気源
９２…筒
９４…気体流量計
９６…超音波発生源
９７…筒
９８…超音波検出器
ＡＣ…光軸
ＡＨ…中心軸
ＡＲ…回転軸
ＡＸ…Ｘ方向の傾斜軸
Ｈ…細穴
ＯＤ…下側開口
ＯＵ…上側開口
ＳＡ、ＳＢ、Ｓ１～Ｓ４、Ｓ１１～Ｓ２０…内面形状測定機のアライメント方法の処理の各ステップ
Ｗ…ワーク
１２…本体ベース
１４…回転体
１６…直動傾斜ステージ
１８…ワーク設置治具
１９…光源
２０…コラム
２２…キャリッジ
２４…アーム
２８…変位検出器
３０…プローブ
３３…直動傾斜機構
３４…カメラ
３５…同軸落射照明光学系
３６…カメラアライメント用変位検出器
３８…光ファイバ
４０…反射ミラー
４２…接触子
５０…制御装置
５２…測定制御部
５４…変位取得部
５６…真円度計算部
５７…カメラ変位取得部
５９…カメラ位置傾斜制御部
６１…光量取得部
６２…ステージ制御部
６３…出力部
７４…内面形状測定機
７６…乱反射体
８０…スポンジ状の反射体
８２…粘土状の反射体
８４…散乱体
８６…ワーク保持部材
８６Ａ…空気供給穴
８８…ガスケット
９０…圧力空気源
９２…筒
９４…気体流量計
９６…超音波発生源
９７…筒
９８…超音波検出器
ＡＣ…光軸
ＡＨ…中心軸
ＡＲ…回転軸
ＡＸ…Ｘ方向の傾斜軸
Ｈ…細穴
ＯＤ…下側開口
ＯＵ…上側開口
ＳＡ、ＳＢ、Ｓ１～Ｓ４、Ｓ１１～Ｓ２０…内面形状測定機のアライメント方法の処理の各ステップ
Ｗ…ワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】