特許 7583260 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(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 21/20 20060101AFI20241107BHJP

【ＦＩ】

G01B21/20 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021003452

(22)【出願日】2021-01-13

(65)【公開番号】P2021148772

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-11-30

(31)【優先権主張番号】P 2020046503

(32)【優先日】2020-03-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(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】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(72)【発明者】

【氏名】森井 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】森山 克文

【審査官】櫻井 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８４４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１７２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０７４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３９６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１１３５０９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１６／０８４６３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ５／００ － ７／３４

Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００ － ２１／３２

(57)【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細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
前記第１の方向に平行な光軸を有するカメラと、
前記回転体の第１の回転角度における前記ワークの前記細穴の第１の位置及び前記第１の位置とは前記第１の方向の位置が異なる第２の位置と、前記回転体の前記第１の回転角度とは異なる第２の回転角度における前記ワークの前記細穴の前記第１の位置及び前記第２の位置とを前記カメラにより観察する観察制御部と、
前記観察した前記回転体の第１の回転角度における前記細穴の第１の位置及び前記第２の位置と、前記回転体の前記第２の回転角度における前記細穴の前記第１の位置及び前記第２の位置と、のそれぞれの座標から、前記細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算部と、
前記計算した前記細穴の位置及び傾斜を含む細穴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】

前記細穴情報に基づいて前記直動傾斜ステージを制御し、前記細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】

前記カメラは、前記第１の直動機構により前記第１の方向に移動可能であり、
前記観察制御部は、前記第１の直動機構により前記カメラの焦点位置を前記細穴の前記第１の位置及び前記第２の位置に移動させる請求項１又は２に記載の内面形状測定機。

【請求項4】

前記第１の回転角度と前記第２の回転角度とは互いに１８０°異なる角度である請求項１から３のいずれか１項に記載の内面形状測定機。

【請求項5】

前記カメラの光軸と同軸の光を出射する同軸照明光学系を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の内面形状測定機。

【請求項6】

スポンジ状又は粘土状の反射体を備え、
前記反射体は、前記カメラと前記直動傾斜ステージとの間に配置される前記ワークの前記細穴の前記カメラ側の開口から入射した光を前記直動傾斜ステージ側において前記細穴に反射させる請求項５に記載の内面形状測定機。

【請求項7】

柔軟性を有する連続気泡構造体と、
前記連続気泡構造体に光を入射させる光源と、
を備え、
前記連続気泡構造体は、前記カメラと前記直動傾斜ステージとの間に配置される前記ワークの前記細穴の前記直動傾斜ステージ側の開口から前記光源からの光を入射させる請求項１から５のいずれか１項に記載の内面形状測定機。

【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、
前記回転体の第１の回転角度における前記ワークの前記細穴の第１の位置及び前記第１の位置とは前記第１の方向の位置が異なる第２の位置と、前記回転体の前記第１の回転角度とは異なる第２の回転角度における前記ワークの前記細穴の前記第１の位置及び前記第２の位置とを第１の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する観察制御工程と、
前記観察した前記回転体の第１の回転角度における前記細穴の第１の位置及び前記第２の位置と、前記回転体の前記第２の回転角度における前記細穴の前記第１の位置及び前記第２の位置と、のそれぞれの座標から、前記細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算工程と、
前記計算した前記細穴の位置及び傾斜を含む細穴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。

【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。内面形状測定機で真円度を測定するためには、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、事前に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】

【文献】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細穴の内面形状を測定する場合、細穴のアライメントが課題となる。即ち、プローブを細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、第１の方向に平行な光軸を有するカメラと、回転体の第１の回転角度におけるワークの細穴の第１の位置及び第１の位置とは第１の方向の位置が異なる第２の位置と、回転体の第１の回転角度とは異なる第２の回転角度におけるワークの細穴の第１の位置及び第２の位置とをカメラにより観察する観察制御部と、観察した回転体の第１の回転角度における細穴の第１の位置及び第２の位置と、回転体の第２の回転角度における細穴の第１の位置及び第２の位置と、のそれぞれの座標から、細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算部と、計算した
細穴の位置及び傾斜を含む細穴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、細穴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。内径が５００μｍ以下の極小径穴である場合に特に有効である。

【0011】

細穴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】

カメラは、第１の直動機構により第１の方向に移動可能であり、観察制御部は、第１の直動機構によりカメラの焦点位置を細穴の第１の位置及び第２の位置に移動させることが好ましい。これにより、細穴の第１の位置及び第２の位置にカメラを適切に合焦させることができるので、カメラによって細穴を適切に観察することができる。

【0013】

第１の回転角度と第２の回転角度とは互いに１８０°異なる角度であることが好ましい。これにより、細穴の位置及び傾斜を精度よく計算することができる。

【0014】

カメラの光軸と同軸の光を出射する同軸照明光学系を備えることが好ましい。これにより、ワークの細穴を適切に照射することができるので、カメラによって細穴を適切に観察することができる。

【0015】

スポンジ状又は粘土状の反射体を備え、反射体は、カメラと直動傾斜ステージとの間に配置されるワークの細穴のカメラ側の開口から入射した光を直動傾斜ステージ側の開口において細穴に反射させることが好ましい。これにより、ワークの細穴のカメラ側の開口から入射した光を、ワークを傷つけずに直動傾斜ステージ側の開口において細穴に反射させることができる。

【0016】

柔軟性を有する連続気泡構造体と、連続気泡構造体に光を入射させる光源と、を備え、
連続気泡構造体は、カメラと直動傾斜ステージとの間に配置されるワークの細穴の直動傾斜ステージ側の開口から光源からの光を入射させることが好ましい。これにより、ワークの細穴の直動傾斜ステージ側の開口から適切に光を入射させることができる。

【0017】

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、回転体の第１の回転角度におけるワークの細穴の第１の位置及び第１の位置とは第１の方向の位置が異なる第２の位置と、回転体の第１の回転角度とは異なる第２の回転角度におけるワークの細穴の第１の位置及び第２の位置とを第１の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する観察制御工程と、観察した回転体の第１の回転角度における細穴の第１の位置及び第２の位置と、回転体の第２の回転角度における細穴の第１の位置及び第２の位置と、のそれぞれの座標から、細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算工程と、計算した細穴の位置及び傾斜を含む細穴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。

【0018】

本態様によれば、細穴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。内径が５００μｍ以下の極小径穴である場合に特に有効である。

【発明の効果】

【0019】

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】

【0020】

【図1】図１は、内面形状測定機の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、非接触式及び接触式のプローブの一例を示す概略図である。

【図3】図３は、内面形状測定機の電気的構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、内面形状測定機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5】図５は、カメラによる細穴の上側開口の観察を示す概略図である。

【図6】図６は、回転体の回転軸と、回転体の設定角度θ＝０°における上側開口と、カメラの撮影範囲における上側開口の画像との位置関係を示す図である。

【図7】図７は、カメラによる細穴の下側開口の観察を示す概略図である。

【図8】図８は、回転体の回転軸と、回転体の設定角度θ＝０°における下側開口と、カメラの撮影範囲における下側開口の画像との位置関係を示す図である。

【図9】図９は、回転体の回転軸と、回転体の設定角度θ＝１８０°における上側開口と、カメラの撮影範囲における上側開口の画像との位置関係を示す図である。

【図10】図１０は、回転体の回転軸と、回転体の設定角度θ＝１８０°における下側開口と、カメラの撮影範囲における下側開口の画像との位置関係を示す図である。

【図11】図１１は、上側開口の移動目標座標及び下側開口の移動目標座標を説明するための図である。

【図12】図１２は、カメラとワーク設置治具によるワークの細穴との関係を示す図である。

【図13】図１３は、カメラによる細穴の途中位置の観察を示す概略図である。

【図14】図１４は、ワークの細穴の位置が回転軸から大きくずれている場合の、カメラによる細穴の観察を示す概略図である。

【図15】図１５は、回転体を回転させた際のカメラの撮影範囲における細穴の上側開口の中心座標の軌跡を示す図である。

【図16】図１６は、カメラに入射するワークの細穴の下側開口の観察光の光路を示す図である。

【図17】図１７は、カメラによるワークの細穴の下側開口の観察の様子を示す図である。

【図18】図１８は、ワークの細穴の下側開口側へのスポンジ状の反射体の挿入を示す図である。

【図19】図１９は、ワークの細穴の下側開口側への粘土状の反射体の挿入を示す図である。

【図20】図２０は、ワークの細穴の下側開口側への散乱体の挿入を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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。

【0022】

＜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。

【0023】

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、及びカメラ３４を備える。

【0024】

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Ａ_Ｒ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。

【0025】

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方向に平行移動し、直動傾斜ステージ１６に固定されたワークＷのＺ方向に直行する平面内（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Ｘ方向及びＹ方向に対して傾斜動作し、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。

【0026】

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Ｏ_Ｕ（図５参照）から下側開口Ｏ_Ｄ（図７参照）までを直進して貫通している。

【0027】

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Ａ_Ｈが回転体１４の回転軸Ａ_Ｒ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Ａ_Ｒを中心に回転する。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

アーム２４は、Ｘ方向（第１の方向に直行する方向の一例）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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

カメラ３４は、光軸Ａ_Ｃ（図１２参照）をＺ方向に平行かつ下向きにして、アーム２４に支持される。

【0038】

カメラ３４は、同軸落射照明光学系３５（図３参照、同軸照明光学系の一例）と、被観察物を拡大投影する不図示の拡大光学系（顕微鏡）と、を含む。同軸落射照明光学系３５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Ａ_Ｃ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。カメラ３４は、カメラの光軸Ａ_Ｃと同軸で照明光を被観察物に照射し、被観察物の拡大画像を撮影することができる。ここでは同軸落射照明を用いているが、斜光照明を用いてもよい。

【0039】

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。

【0040】

＜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。

【0041】

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。

【0042】

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、観察制御部５８、位置傾斜計算部６０、ステージ制御部６２、及び出力部６３を含む。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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の真円度を計算する。

【0046】

観察制御部５８は、カメラ３４を制御し、カメラ３４が撮影した画像を取得する。位置傾斜計算部６０は、観察制御部５８が取得した画像からワークＷの細穴Ｈの位置及び傾斜を計算する。ステージ制御部６２は、位置傾斜計算部６０が計算した細穴Ｈの位置及び傾斜に基づいて、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の位置及び傾斜を変更する。出力部６３は、位置傾斜計算部６０から取得した細穴Ｈの位置及び傾斜を含む細穴情報を不図示の出力インターフェースに出力する。

【0047】

＜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Ａ_Ｈを回転体１４の回転軸Ａ_Ｒ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。

【0048】

図４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。ここでは、細穴Ｈを有するワークＷが予めワーク設置治具１８に設置されているものとする。ワーク設置治具１８は、ワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄ（図７参照）に隙間を設けて（下側開口Ｏ_Ｄを塞がずに）ワークＷを固定している。

【0049】

ステップＳ１では、測定制御部５２は、回転体１４の不図示のエンコーダの検出結果に応じて不図示のモータを駆動し、回転体１４を回転角度が設定角度θ＝０°（第１の回転角度の一例）の位置へ移動（回転）させる。

【0050】

ステップＳ２では、測定制御部５２は、アーム２４の不図示のモータを駆動してカメラ３４をワークＷのＺ方向の上方に移動させる。また、測定制御部５２は、キャリッジ２２の不図示のモータを駆動してカメラ３４をＺ方向に移動させ、カメラ３４の焦点位置を細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕ（第１の位置の一例）に合わせる。

【0051】

続くステップＳ３（観察制御工程の一例）では、観察制御部５８は、カメラ３４によって細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕを観察（撮影）する。さらに、位置傾斜計算部６０は、設定角度θ＝０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｕを計算する。

【0052】

図５は、カメラ３４による細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの観察を示す概略図である。図５では、ワークＷを断面で示している。図５に示す焦点面Ｆ_Ｕは、カメラ３４の光軸Ａ_Ｃに直交し、かつカメラ３４の焦点を含む面であり、ここでは細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの位置に合わせられている。また、図５に示したドットハッチング部分は、カメラ３４に入射する上側開口Ｏ_Ｕの観察光の光路であり、図５に示した画像Ｉ_０Ｕは、カメラ３４によって観察される上側開口Ｏ_Ｕのエッジ部分の画像（Ｚ方向視）である。

【0053】

図６は、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒと、回転体１４の設定角度θ＝０°におけるワークＷの細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕと、カメラ３４の撮影範囲Ｒと、撮影範囲ＲにおけるステップＳ３で観察された画像Ｉ_０Ｕとの位置関係を示す図である。図６では、撮影範囲ＲはＺ方向視で示しており、ワークＷは断面をＹ方向視で示している。

【0054】

位置傾斜計算部６０は、画像Ｉ_０Ｕから設定角度θ＝０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｕを計算する。

【0055】

次に、ステップＳ４では、測定制御部５２は、キャリッジ２２の不図示のモータを駆動してカメラ３４をＺ方向に移動させ、カメラ３４の焦点位置を細穴Ｈの上側開口Ｏ_ＤＵとはＺ方向の位置が異なる下側開口Ｏ_Ｄ（第２の位置の一例）に合わせる。

【0056】

続くステップＳ５（観察制御工程の一例）では、観察制御部５８は、カメラ３４によって細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄを観察する。さらに、位置傾斜計算部６０は、設定角度θ＝０°における細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｄを計算する。

【0057】

図７は、カメラ３４による細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの観察を示す概略図である。図７では、ワークＷを断面で示している。図７に示すように、焦点面Ｆ_Ｄは細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの位置に合わせられている。また、図７に示したドットハッチング部分は、カメラ３４に入射する下側開口Ｏ_Ｄの観察光の光路であり、図７に示した画像Ｉ_０Ｄは、カメラ３４によって観察される下側開口Ｏ_Ｄのエッジ部分の画像（Ｚ方向視）である。

【0058】

図８は、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒと、回転体１４の設定角度θ＝０°におけるワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄと、カメラ３４の撮影範囲ＲにおけるステップＳ５で観察された画像Ｉ_０Ｄとの位置関係を示す図である。図８では、撮影範囲ＲはＺ方向視で示しており、ワークＷは断面をＹ方向視で示している。

【0059】

位置傾斜計算部６０は、画像Ｉ_０Ｄから設定角度θ＝０°における細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｄを計算する。

【0060】

次に、ステップＳ６では、測定制御部５２は、回転体１４の不図示のエンコーダの検出結果に応じて不図示のモータを駆動し、回転体１４を回転角度が設定角度θ＝１８０°（第２の回転角度の一例）の位置へ移動させる。

【0061】

ステップＳ７では、測定制御部５２は、キャリッジ２２の不図示のモータを駆動してカメラ３４をＺ方向に移動させ、カメラ３４の焦点位置を上側開口Ｏ_Ｕに合わせる。

【0062】

続くステップＳ８（観察制御工程の一例）では、観察制御部５８は、カメラ３４によって細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕを観察する。さらに、位置傾斜計算部６０は、画像Ｉ_１８０Ｕから設定角度θ＝１８０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｕを計算する。

【0063】

図９は、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒと、回転体１４の設定角度θ＝１８０°におけるワー
クＷの細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕと、カメラ３４の撮影範囲ＲにおけるステップＳ８で観察された画像Ｉ_０Ｕとの位置関係を示す図である。図９では、撮影範囲ＲはＺ方向視で示しており、ワークＷは断面をＹ方向視で示している。

【0064】

位置傾斜計算部６０は、画像Ｉ_１８０Ｕから設定角度θ＝１８０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｕを計算する。

【0065】

次に、ステップＳ９では、測定制御部５２は、キャリッジ２２の不図示のモータを駆動してカメラ３４をＺ方向に移動させ、カメラ３４の焦点位置を細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄに合わせる。

【0066】

続くステップＳ１０（観察制御工程の一例）では、観察制御部５８は、カメラ３４によって細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄを観察する。さらに、位置傾斜計算部６０は、画像Ｉ_１８０Ｄから設定角度θ＝１８０°における細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｄを計算する。

【0067】

図１０は、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒと、回転体１４の設定角度θ＝１８０°におけるワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄと、カメラ３４の撮影範囲ＲにおけるステップＳ１０で観察された画像Ｉ_０Ｄとの位置関係を示す図である。図１０では、撮影範囲ＲはＺ方向視で示しており、ワークＷは断面をＹ方向視で示している。

【0068】

位置傾斜計算部６０は、画像Ｉ_１８０Ｄから設定角度θ＝１８０°における細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｄを計算する。

【0069】

ステップＳ１１（位置傾斜計算工程の一例）では、位置傾斜計算部６０は、設定角度θ＝０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｕ及び下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｄと、設定角度θ＝１８０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｕ及び下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｄとから、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒに対するワークＷの細穴Ｈの中心軸Ａ_Ｈの位置及び傾斜を計算する。

【0070】

ステップＳ１２では、位置傾斜計算部６０は、ワークＷの細穴Ｈの中心軸Ａ_Ｈの位置及び傾斜と回転軸Ａ_Ｒとのずれが目標値以内であるか否かを判定する。ずれが目標値より大きい場合は、制御装置５０は、ステップＳ１３の処理を行う。ずれが目標値以内である場合は、本フローチャートの処理を終了する。

【0071】

ステップＳ１３では、位置傾斜計算部６０は、直動傾斜ステージ１６の移動量を計算する。図１１は、上側開口Ｏ_Ｕの移動目標座標Ｃ_Ｕ（ｘ，ｙ）及び下側開口Ｏ_Ｄの移動目標座標Ｃ_Ｄ（ｘ，ｙ）を説明するための図である。図１１では、設定角度θ＝０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｕ及び下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｄと、設定角度θ＝１８０°における細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｕ及び下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_１８０Ｄと、上側開口Ｏ_Ｕの移動目標座標Ｃ_Ｕ（ｘ，ｙ）と、下側開口Ｏ_Ｄの移動目標座標Ｃ_Ｄ（ｘ，ｙ）と、の位置関係を示している。

【0072】

図１１に示すように、上側開口Ｏ_Ｕの移動目標座標Ｃ_Ｕ（ｘ，ｙ）は、
Ｃ_Ｕ（ｘ，ｙ）＝｛（ｘ，ｙ）_０Ｕ＋（ｘ，ｙ）_１８０Ｕ｝／２ …（式１）
と表すことができる。同様に、下側開口Ｏ_Ｄの移動目標座標Ｃ_Ｄ（ｘ，ｙ）は、
Ｃ_Ｄ（ｘ，ｙ）＝｛（ｘ，ｙ）_０Ｄ＋（ｘ，ｙ）_１８０Ｄ｝／２ …（式２）
と表すことができる。

【0073】

位置傾斜計算部６０は、上側開口Ｏ_Ｕの移動目標座標Ｃ_Ｕ（ｘ，ｙ）及び下側開口Ｏ_Ｄの移動目標座標Ｃ_Ｄ（ｘ，ｙ）から、直動傾斜ステージ１６の移動量を計算する。出力部６３は、位置傾斜計算部６０が計算した直動傾斜ステージ１６の移動量（細穴情報の一例）を取得し、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Ｓ１４（ステージ制御工程の一例）は、ステージ制御部６２は、ステップＳ１３で計算された移動量に基づいて直動傾斜ステージ１６の不図示のモータを駆動し、直動傾斜ステージ１６を目標位置へ移動させる。その後、ステップＳ１へ移行し、制御装置５０は同様の処理を行う。この処理を繰り返すことで、内面形状測定機１０は、ワークＷの細穴Ｈの中心軸Ａ_Ｈと回転体１４の回転軸Ａ_Ｒとのずれを目標値以内にする。

【0075】

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Ａ_Ｈを回転体１４の回転軸Ａ_Ｒにアライメントすることができる。本実施形態によれば、カメラ３４の光軸Ａ_Ｃを回転体１４の回転軸Ａ_Ｒに一致させる必要がないため、簡易な構成で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、内径が５００μｍ以下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。

【0076】

ここでは、カメラ３４で上側開口Ｏ_Ｕと下側開口Ｏ_Ｄとを観察する際の回転体１４の回転角度の設定角度θを、互いに１８０°異なる角度であるθ＝０°とθ＝１８０°とに設定したため、ワークＷの細穴Ｈの中心軸Ａ_Ｈと回転軸Ａ_Ｒとのずれを精度よく計算することができる。

【0077】

また、内面形状測定機１０は、ワークＷの円筒度を高精度に測定するため、コラム２０は回転体１４の回転軸Ａ_Ｒと平行に立設されている。本実施形態では、細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕと下側開口Ｏ_Ｄとの観察の切り替えの際に、キャリッジ２２の垂直直動機構を利用してカメラ３４の焦点位置を移動させた。したがって、カメラ３４の焦点制御機構が不要となり、高精度アライメントが可能となった。例えば、焦点面内での回転軸位置が移動しないため、高倍率の光学系を採用することが可能である。

【0078】

また、出力部６３は、位置傾斜計算部６０から取得した直動傾斜ステージ１６の移動量（細穴情報の一例）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。また出力部６３は、ステップＳ１１において計算した回転体１４の回転軸Ａ_Ｒに対するワークＷの細穴Ｈの中心軸Ａ_Ｈの位置及び傾斜を含む細穴情報を取得し、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Ａ_Ｈを回転体１４の回転軸Ａ_Ｒにアライメントすることができる。本実施形態では、出力部６３は、取得した移動量をステージ制御部６２に出力する。

【0079】

＜ワーク設置治具＞
細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄを観察するためには、ワークＷをワーク設置治具１８に設置した際に細穴Ｈの角度（傾斜）を一定範囲に収めることが必要となる。

【0080】

図１２は、カメラとワーク設置治具によるワークの細穴との関係を示す図である。図１２の２１２Ａは、カメラ３４の不図示の対物レンズに入射する観察光の光軸Ａ_Ｃに対する最大角度を示している。２１２Ａに示すように、カメラ３４の対物レンズの開口数をＮＡ、対物レンズに入射する観察光のカメラ３４の光軸Ａ_Ｃに対する最大角度θ_ｏｂｊ、観察光の光路の屈折率をｎ、とすると、
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ_ｏｂｊ …（式３）
の関係を有する。したがって、観察光の光路の空気の屈折率ｎを１．０と仮定し、細穴Ｈの回転体１４の回転軸Ａ_Ｒに対する傾斜角をθ_ｗｏｒｋとすると、
θ_ｗｏｒｋ＜ａｓｉｎ（ＮＡ） …（式４）
を満たすようにワークＷを位置決め可能なワーク設置治具１８が必要となる。

【0081】

図１２の２１２Ｂは、θ_ｗｏｒｋ＜θ_ｏｂｊの関係を有する場合のカメラ３４とワークＷとの関係を示している。２１２Ｂでは、ワークＷを断面で示している。２１２Ｂに示す光路Ｐは、カメラ３４に入射する観察光の光路のうち、下側開口Ｏ_Ｄの観察に使用可能な光路である。このように、２１２Ｂに示す場合では、カメラ３４で下側開口Ｏ_Ｄの観察を行うことが可能である。

【0082】

図１２の２１２Ｃは、θ_ｗｏｒｋ＞θ_ｏｂｊの関係を有する場合のカメラ３４とワークＷとの関係を示している。２１２Ｃでは、ワークＷを断面で示している。２１２Ｃに示す場合では、下側開口Ｏ_Ｄの観察光はカメラ３４に到達せず、カメラ３４で下側開口Ｏ_Ｄの観察を行うことができない。

【0083】

＜細穴の観察する位置＞
上記の例では、細穴Ｈの上側開口Ｏ_ＤＵ及び下側開口Ｏ_Ｄを観察する例を示したが、細穴Ｈを観察する位置は開口に限定されず、細穴Ｈの途中位置であってもよい。

【0084】

図１３は、細穴Ｈの上側開口Ｏ_ＤＵ及び下側開口Ｏ_ＤとはＺ方向の位置が異なる途中位置Ｏ_Ｈ（第２の位置の一例）のカメラ３４による観察を示す概略図である。図１３では、ワークＷを断面で示している。図１３に示す細穴Ｈは、下側開口Ｏ_Ｄのエッジ部にＲが付いている（下側開口Ｏ_ＤがＲ形状を有している）。このため、図１３に示す例では、焦点面Ｆ_Ｈが細穴Ｈの途中位置Ｏ_Ｈに合わせられている。また、図１３に示したドットハッチング部分は、カメラ３４に入射する途中位置Ｏ_Ｈの観察光の光路であり、図１３に示した画像Ｉ_０Ｈは、カメラ３４によって観察される途中位置Ｏ_Ｈの画像（Ｚ方向視）である。

【0085】

このように、細穴Ｈの上側開口Ｏ_ＤＵや下側開口Ｏ_Ｄに面取りやＲが付いており、細穴Ｈのエッジ形状を観察するのが困難な場合には、細穴Ｈの途中位置を観察することが有効である。細穴Ｈの途中位置を利用する場合、細穴Ｈの位置を検知するためには、画像内でコントラストの高い（焦点が合っている）領域を選択する手法や、白色干渉方式による計測等を利用することができる。

【0086】

＜細穴の位置が回転軸から大きくずれている場合＞
上記の例では、回転体１４を回転させた際に、細穴ＨがＸ方向に固定されたカメラ３４の撮影範囲に常に入っていた。すなわち、カメラ３４の撮影範囲に入る程度に回転体１４の回転軸Ａ_Ｒに近い位置に最初から細穴Ｈが配置されていた。しかしながら、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒから大きくずれて細穴Ｈが配置されている場合であっても、水平直動機構を動作させることで同様の手法を適用することができる。

【0087】

図１４は、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒから大きくずれてワークＷの細穴Ｈが配置されている場合の、カメラ３４による細穴Ｈの観察を時系列で示す概略図である。

【0088】

図１４の２１４Ａは、ワークＷの細穴Ｈが、カメラ３４の撮影範囲に入っていない状態を示している。ここで、測定制御部５２は、回転体１４を回転角度が設定角度θ＝θ_Ａの位置へ移動させる。設定角度θ＝θ_Ａは、Ｚ方向視でワークＷの細穴Ｈとアーム２４とが重なる角度である。設定角度θ＝θ_Ａの位置への移動は、冶具で位置決めをしてもよいし、アーム２４の移動によるカメラ３４の各位置において回転体１４を移動させて、カメラ３４で細穴Ｈを探索してもよい。

【0089】

図１４の２１４Ｂは、観察制御部５８が、細穴Ｈがカメラ３４の視界に入る位置Ｐ_Ａに水平直動機構であるアーム２４を移動させる様子を示している。この位置Ｐ_Ａにおいて、観察制御部５８は、カメラ３４によって細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕ及び下側開口Ｏ_Ｄを観察する。また、位置傾斜計算部６０は、設定角度θ＝θ_Ａにおける細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_ＡＵ及び下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_ＡＤを計算する。さらに、位置傾斜計算部６０は、アーム２４の位置Ｐ_Ａを記憶する。

【0090】

図１４の２１４Ｃは、測定制御部５２が、回転体１４を回転角度が設定角度θ＝θ_Ａ＋１８０°＝θ_Ｂの位置へ移動させる様子を示している。

【0091】

図１４の２１４Ｄは、観察制御部５８が、細穴Ｈがカメラ３４の視界に入る位置Ｐ_Ｂに水平直動機構であるアーム２４を移動させる様子を示している。この位置Ｐ_Ｂにおいて、観察制御部５８は、カメラ３４によって細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕ及び下側開口Ｏ_Ｄを観察する。また、位置傾斜計算部６０は、設定角度θ＝θ_Ｂにおける細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_ＢＵ及び下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_ＢＤを計算する。さらに、位置傾斜計算部６０は、アーム２４の位置Ｐ_Ｂを記憶する。

【0092】

このように取得した、設定角度θ＝θ_Ａにおける細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_ＡＵ、下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_ＡＤ、及びアーム２４の位置Ｐ_Ａと、設定角度θ＝θ_Ｂにおける細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標（ｘ，ｙ）_ＢＵ、下側開口Ｏ_Ｄの中心座標（ｘ，ｙ）_ＢＤ、及びアーム２４の位置Ｐ_Ｂとから、位置傾斜計算部６０は、回転体１４の回転軸Ａ_Ｒに対するワークＷの細穴Ｈの位置及び傾斜を計算することができる。

【0093】

＜細穴の位置及び傾斜の計算の他の例＞
上記の例では、２角度の回転角度で観察する例を示したが、回転体１４の回転角度を３角度以上、又は連続的に設定してもよい。例えば、中心座標の軌跡から、細穴Ｈの位置及び傾斜を計算してもよい。

【0094】

図１５は、回転体１４を回転させた際のカメラ３４の撮影範囲Ｒにおける細穴Ｈの上側開口Ｏ_Ｕの中心座標の軌跡Ｔ_Ｕを示す図である。ここでは、回転体１４の回転角度を設定角度θ＝０°から設定角度θ＝９０°まで回転させた場合の軌跡を示している。位置傾斜計算部６０は、この軌跡Ｔ_Ｕから、設定角度θ＝０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°の中心座標（ｘ，ｙ）_０Ｕ、（ｘ，ｙ）_１５Ｕ、（ｘ，ｙ）_３０Ｕ、（ｘ，ｙ）_４５Ｕ、（ｘ，ｙ）_６０Ｕ、（ｘ，ｙ）_７５Ｕ、（ｘ，ｙ）_９０Ｕをそれぞれ計算し、計算した中心座標から移動目標座標、すなわち回転軸Ａ_Ｒの座標を計算する。

【0095】

このように、回転体１４を１８０°回転させることなく計算が可能であるため、アライメントの高速化が可能となる。また、回転中心を求める際に利用可能な情報が多いため、移動目標座標を高精度で算出することが可能となる。

【0096】

＜光量調整＞
図１６は、カメラに入射するワークの細穴の下側開口の観察光の光路を示す図である。図１６の２１６Ａは、カメラ３４に入射するワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの観察光の光路を示している。２１６Ａでは、ワークＷを断面で示している。２１６Ａに示すように、下側開口Ｏ_Ｄの観察に使用できる光路は光量が小さい。すなわち、下側開口Ｏ_Ｄの観察は、上側開口Ｏ_Ｕの観察と比較すると、光量不足で困難な場合がある。したがって、上側開口Ｏ_Ｕの観察時に対して、下側開口Ｏ_Ｄの観察時に光量を増やす仕組みを有してもよい。

【0097】

図１６の２１６Ｂは、下側開口Ｏ_Ｄ側に細穴Ｈを照射する光源７０を配置した様子を示している。２１６Ｂでは、ワークＷを断面で示している。光源７０は、下側開口Ｏ_Ｄ（直動傾斜ステージ側の開口の一例）から細穴Ｈを照射する。光源７０は、スペックルノイズ低減のため、低コヒーレンスなものが好ましい。光源７０としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）、又はＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源を用いることができる。光源７０の中心が回転体１４の回転軸Ａ_Ｒと一致しているとより好ましい。

【0098】

このように、下側開口Ｏ_Ｄ側に光源を配置することで、下側開口Ｏ_Ｄの形状エッジを強調することができるので、下側開口Ｏ_Ｄの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。

【0099】

＜反射体の挿入＞
ワークＷの形状によっては、下側開口Ｏ_Ｄの観察が困難となる場合がある。図１７は、カメラ３４によるワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄの観察の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に示すワークＷは、細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄ側にワークＷの他の部分が下側開口Ｏ_Ｄの中心に対して非対称に配置されている。このため、図１７の２１７Ａに示すように、ワークＷの下側開口Ｏ_Ｄは位置によって反射光量が異なり、下側開口Ｏ_Ｄの観察が困難である。

【0100】

また、図１７に示すワークＷは、細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄ側の空間が狭い。このため、図１７の２１７Ｂに示すように、光源７０を挿入するスペースが不足しており、下側開口Ｏ_Ｄ側に光源７０を配置することができない。

【0101】

また、図１７の２１７Ｃに示すように、下側開口Ｏ_Ｄ側に反射体７２を挿入することは可能である。しかしながら、下側開口Ｏ_Ｄ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、反射体７２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。

【0102】

このような課題に対し、ワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄ側に柔軟性を有する反射体を挿入することで、下側開口Ｏ_Ｄの観察時の光量を増やしてもよい。

【0103】

図１８は、ワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄ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、図１８の２１８Ｂは挿入後を示している。

【0104】

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Ｏ_Ｕ（カメラ側の開口の一例）から入射した光を下側開口Ｏ_Ｄ側（直動傾斜ステージ側の一例）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Ｏ_Ｄ側の狭いスペースに挿入することができる。

【0105】

このようなスポンジ状の反射体８０を下側開口Ｏ_Ｄ側へ挿入することで、下側開口Ｏ_Ｄの観察時の光量を増加させることができるので、下側開口Ｏ_Ｄの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。また、スポンジ状の反射体８０は、下側開口Ｏ_Ｄ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。

【0106】

また、図１９は、ワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄ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、図１９の２１９Ｂは挿入後を示している。

【0107】

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Ｏ_Ｕ（カメラ側の開口の一例）から入射した光を下側開口Ｏ_Ｄ（直動傾斜ステージ側の開口の一例）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Ｏ_Ｄ側の狭いスペースに挿入することができる。

【0108】

このような粘土状の反射体８２を下側開口Ｏ_Ｄ側へ挿入することで、下側開口Ｏ_Ｄの観察時の光量を増加させることができるので、下側開口Ｏ_Ｄの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。また、粘土状の反射体８２は、下側開口Ｏ_Ｄ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。

【0109】

さらに、図２０は、ワークＷの細穴Ｈの下側開口Ｏ_Ｄ側への散乱体８４の挿入を示す図である。図２０では、ワークＷを断面で示している。図２０の２２０Ａは散乱体８４の挿入前を示し、図２０の２２０Ｂは挿入後を示している。

【0110】

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Ｏ_Ｄ側（カメラ側とは反対側の一例）に配置される。散乱体８４は柔軟性を有するので、下側開口Ｏ_Ｄ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Ｏ_Ｄに入射される。

【0111】

このような散乱体８４を下側開口Ｏ_Ｄ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、下側開口Ｏ_Ｄの観察時の光量を増加させることができ、下側開口Ｏ_Ｄの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。また、散乱体８４は、下側開口Ｏ_Ｄ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。

【0112】

＜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。

【符号の説明】

【0113】

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
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
３４…カメラ
３５…同軸落射照明光学系
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
５８…観察制御部
６０…位置傾斜計算部
６２…ステージ制御部
６３…出力部
７０…光源
７２…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
Ａ_Ｈ…中心軸
Ａ_Ｒ…回転軸
Ｆ_Ｄ…焦点面
Ｆ_Ｕ…焦点面
Ｈ…細穴
Ｉ_０Ｄ…画像
Ｉ_０Ｕ…画像
Ｉ_１８０Ｄ…画像
Ｉ_１８０Ｕ…画像
Ｏ_Ｄ…下側開口
Ｏ_Ｕ…上側開口
Ｐ…光路
Ｒ…撮影範囲
Ｓ１～Ｓ１４…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
Ｔ_Ｕ…上側開口の中心座標の軌跡
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】