CN103968777B - 内表面形状测量装置 - Google Patents

Abstract

一种内表面形状测量装置，其使用光切割法对被检物的内表面形状进行测量，其特征在于，该内表面形状测量装置包括：投影部，其具有光源单元和筒状的外周部，该外周部具有光能够透过并且沿周向设置的狭缝，该光源单元具有发光元件并配置在外周部内，投影部从狭缝对被检物投影预定厚度的光束（B）；以及摄像部，其对被检物的投影有光束的内表面进行摄像。

Description

内表面形状测量装置

技术领域

本发明涉及一种内表面形状测量装置，更详细地说，涉及一种使用光切割法进行测量的内表面形状测量装置。

本申请要求2013年1月31日提出申请的日本特愿2013-016611号的优先权，并将其内容引用于此。

背景技术

以往，出于对被检物的内表面形状进行测量的目的，使用了采用光切割法进行测量的内表面形状测量装置。例如，朝向具有管状的内部空间的被检物的周壁面整周投影呈放射状扩张的平板状光束，在周壁面上产生整个周向的环状的光切割线。公知有一种通过对拍摄该光切割线而得到的图像上的光切割线的位置进行检测而能够求出预定的坐标系中的被检物的内表面形状的装置。

在日本特许第2862715号公报中记载有一种用于进行这样的内表面形状测量的光切割测量用平板状光束投光装置(以下，简称作“投光装置”。)。该投光装置包括光源、使来自光源的光束朝向前方的光学装置以及对光束进行方向转换并作为呈放射状扩张的平板状光束进行投影的圆锥状反射镜。

在专利文献1所记载的投光装置中，为了投影平板状光束，需要使圆锥状反射镜的轴线与来自光源的光束的光轴大致重合。在被检物例如像通道那样大、投光装置也比较大的情况下，虽然对轴线的重合程度没那么要求精度，但是越要缩小投光装置，越需要高精度地使轴线重合，因此组装作业等变复杂。

另外，当要使光切割线的宽度变窄时，需要仅向圆锥状反射镜的顶点附近照射光束。在此，若顶点圆等圆锥状反射镜的加工精度较低，则光束不向目标方向反射，不能够适当地投影平板状光束。因而，圆锥状反射镜要求较高的加工精度，越要缩小投光装置，越难以满足该要求。

因为这些情况，不易小型且低成本地制造专利文献1所记载的投光装置。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种能够投影平板状光束、同时能够以低成本制造、并具有容易小型化的构造的内表面形状测量装置。

用于解决问题的方案

本发明的第1技术方案的内表面形状测量装置使用光切割法对被检物的内表面形状进行测量，该内表面形状测量装置包括：投影部，其具有光源单元和筒状的外周部，该外周部具有光能够透过并且沿周向设置的狭缝，该光源单元具有发光元件并配置在上述外周部内，上述投影部从上述狭缝对上述被检物投影预定厚度的光束；以及摄像部，其对上述被检物的投影有上述光束的内表面进行摄像。

根据本发明的第2技术方案，在上述第1技术方案中，也可以是，上述外周部包括遮蔽部和具有透明性的筒状的主体，该遮蔽部以能够滑动的方式安装于上述主体，且该遮蔽部的至少一部分具有遮光性。

根据本发明的第3技术方案，在上述第2技术方案中，也可以是，上述遮蔽部由具有遮光性的多个遮蔽管构成。

根据本发明的第4技术方案，在上述第1技术方案中，也可以是，上述外周部的至少一部分具有遮光性，上述光源单元以能够滑动的方式安装于上述外周部。

根据本发明的第5技术方案，在上述第1技术方案至上述第4技术方案中的任一技术方案中，也可以是，上述发光元件在上述外周部内沿上述投影部的周向排列配置有多个。

根据本发明的第6技术方案，在上述第1技术方案至上述第4技术方案中的任一技术方案中，也可以是，上述发光元件以自身的发光面朝向上述外周部的顶端侧的方式配置在上述投影部的中心轴线上。

本发明的第7技术方案的内表面形状测量装置使用光切割法对被检物的内表面形状进行测量，该内表面形状测量装置包括：投影部，其具有光源单元和筒状的外周部，该外周部具有遮挡光并且沿周向设置的遮光区域，该光源单元具有一个以上的发光元件并配置在上述外周部内，上述投影部对上述被检物投影预定厚度的影子；以及摄像部，其对上述被检物的投影有上述影子的内表面进行摄像。

根据本发明的第8技术方案，在上述第7技术方案中，也可以是，上述外周部包括主体和以能够滑动的方式安装于上述主体的上述遮光区域，该主体为筒状并具有透明性。

根据本发明的第9技术方案，在上述第8技术方案中，也可以是，上述遮光区域由具有遮光性的多个遮蔽管构成。

根据本发明的第10技术方案，在上述第7技术方案中，也可以是，上述光源单元以能够滑动的方式安装于上述外周部。

根据本发明的第11技术方案，在上述第7技术方案至上述第10技术方案中，也可以是，上述发光元件在上述外周部内沿上述投影部的周向排列配置有多个。

根据本发明的第12技术方案，在上述第7技术方案至上述第10技术方案中，也可以是，上述发光元件以自身的发光面朝向上述外周部的顶端侧的方式配置在上述投影部的中心轴线上。

发明的效果

根据本发明的内表面形状测量装置，能够投影平板状光束，同时在构造上能够以低成本制造，且能够容易小型化。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的内表面形状测量装置的整体结构的示意图。

图2是示意性表示本发明的第一实施方式的内表面形状测量装置的插入部的顶端侧的剖视图。

图3是表示本发明的第一实施方式的内表面形状测量装置在使用时的一形态的剖视图。

图4是示意性表示本发明的第一实施方式的内表面形状测量装置的变形例中的插入部顶端侧的剖视图。

图5是本发明的第一实施方式的变形例的投影部的剖视图。

图6是示意性表示本发明的第二实施方式的内表面形状测量装置的插入部的顶端侧的剖视图。

图7是示意性表示本发明的变形例的内表面形状测量装置的插入部的顶端侧的剖视图。

具体实施方式

参照图1～图5说明本发明的第一实施方式。

图1是表示本实施方式的内表面形状测量装置(以下，简称作“测量装置”)1的整体结构的示意图。如图1所示，测量装置1包括纵长的插入部10、设置于插入部10的顶端侧并投影预定的厚度T的光束的投影部20、对利用平板状光束产生的光切割线进行摄像的摄像部30、对由摄像部30获取的影像信号进行处理、分析的计算部40、显示由摄像部30获取的影像的显示部50以及用于进行各种操作输入的操作部60。如图2所示，预定的厚度T是指与光所照射的方向垂直的方向上的光的尺寸。

插入部10形成为管状，除了顶端侧的一定区域以外具有挠性。也可以根据需要设置具有弯曲块、节环等的公知的弯曲机构，构成为能够主动地弯曲操作插入部。

图2是示意性表示插入部10的顶端侧的剖视图。投影部20包括光源单元22和设置在光源单元22周围的筒状的外周部23，该光源单元22具有成为光源的LED元件(发光元件)21。

外周部23由树脂等形成为筒状，包括具有能够供光透过的透明性的主体23a和以能够滑动的方式安装于主体23a的遮蔽部24。外周部23的外径与插入部10的外径大致相同，基端部与插入部10的顶端部相连接。

光源单元22包括基部22a和与基部22a相连接的基板部22b。LED元件21一个一个地安装在基板部22b的厚度方向的两个面上。基板部22b配置为以与外周部23的轴线大致平行的方式延伸，因此各个LED元件21配置为自身的发光面朝向与外周部23的轴线大致正交的方向。

向光源单元22供电的布线25穿过插入部10内部向基端侧延伸。

遮蔽部24包括大致相同形状的第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B。第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B由金属、有色树脂等形成，防止从LED元件21发出的光向外周部23外泄漏。第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B的内径稍微大于外周部23的外径。因此，嵌于外周部23的外侧的各个遮蔽管24A、24B能够相对于外周部23沿外周部23的轴线方向滑动，能够通过摩擦卡定等相对于外周部23卡定在任意的位置。另外，第一遮蔽管24A与第二遮蔽管24B之间的距离也能够调节为任意的值。

外周部23的顶端侧的开口被遮蔽，是光源单元22的光不会自开口泄漏、灰尘等不会进入外周部23的内部的结构。另外，投影部20的基端侧被基部22a遮蔽，光源单元22的光也不会泄漏到配置有摄像部30的空间内。

摄像部30包括CCD、CMOS等摄像元件31与摄像光学系统32，对从投影部20投影的圆盘状光束和与此相伴在被检物内表面产生的光切割线进行摄像。摄像部30的基本构造是公知的，能够使用与普通的内窥镜装置的摄像机构等相同的摄像部。也可以根据需要而将LED元件等照明机构设置于摄像部。摄像元件31也可以不必配置在插入部10的顶端侧。在配置于插入部10的基端侧、计算部40附近的情况下，只要利用像导与能够对圆盘状光束等进行观察的位置相连接即可。由摄像部30获取的影像信号通过信号线33输送到计算部40。

如图1所示，计算部40对从摄像部30接收到的影像信号进行处理、根据影像中的光切割线来计算被检物内表面形状等。另外，根据来自操作部60的操作输入来控制测量装置1的整体动作。

显示部50用于显示由计算部40处理后的影像信号，能够使用公知的显示器等。

操作部60的具体方式并不特别限制，例如既可以是设置于插入部的基端侧的控制器，也可以是显示于显示部50的画面中的按钮、键盘等图形用户界面(GUI)。操作部60的具体方式从公知的各种方式中适当地选择确定即可。

说明如上所述构成的测量装置1在使用时的动作。首先，使用者使第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B移动到外周部23的期望的位置，并卡定固定。第一遮蔽管24A的基端与第二遮蔽管24B的顶端之间成为狭缝S1并被投影圆盘状光束(后述)，因此通过调节各个遮蔽管24A、24B在外周部23上的位置，能够调节光切割线的投影位置和圆盘状光束的厚度、亮度等。该狭缝S1设置在外周部23的周向上。

使用者将插入部10插入被检物，利用摄像部30隔着外周部23对被检物的内部进行观察，同时将包含投影部20在内的插入部10的顶端部导入至进行测量的对象部位。作为导入时的照明，既可以使用从投影部20投影的圆盘状光束，也可以使用另外设置于摄像部的照明机构。

一旦插入部10的顶端到达对象部位，则使用者接通投影部20的光源单元22(有时已经接通)。由此，从LED元件21发出的光透过具有透明性的外周部23，并通过形成于第一遮蔽管24A与第二遮蔽管24B之间的狭缝Sl向投影部20的外部泄漏。这样，从投影部20投影大致圆盘状的光束B。该圆盘状的光束到达被检物的内表面，在被检物内表面产生光切割线。

使用者利用摄像部30隔着外周部23获取包含光切割线在内的被检物内表面的影像。从摄像部30输送来的影像信号被计算部40适当处理并显示于显示部50。若使用者借助操作部60进行预定的操作输入，则根据显示于显示部50的图像，利用计算部40进行采用了光切割法的公知的计算，测量被检物的内表面形状。

从LED元件21发出的光由于不是平行光，因此会在投影部20的外部稍微扩散，但是当被检物与插入部10之间的距离较小时，该扩散对测量几乎不产生影响。另外，即使在被检物与插入部相离开的情况下，也能够以一定的精度进行基于光切割法的测量。

根据本实施方式的测量装置1，由于投影部20构成为包括简单构造的光源单元22和遮蔽部24，因此不需要高精度加工的圆锥状反射镜。另外，也不必进行圆锥状反射镜与光源之间的精密的位置对准，因此能够以低成本且简单地构成投影圆盘状光束的构造。而且，装置的小型化也容易。

另外，由于不必在投影部的顶端侧配置圆锥状反射镜，因此能够缩短投影部在轴线方向上的长度。在使插入部10沿轴向前后移动而将圆盘状光束投影于被检物、同时对被检物的内表面进行扫描时，若是小型的投影部，则能够缩小无法投影圆盘状光束的区域，从而能够扩大可测量区域。而且，如图3所示，通过使被投影圆盘状光束的狭缝Sl位于比LED元件21靠顶端侧的位置，也能够将光束B投影于前方，并在比投影部20更靠前方的位置产生光切割线。其结果，能够消除无法扫描的区域。此时，从投影部20投影的光束B的形状成为圆锥或截头圆锥的侧面那样。

而且，由于遮蔽部24具有第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B，因此能够相对于外周部23容易地进行移动及卡定，能够自由且简单地调节光束的投影位置和光束的厚度、亮度等。

而且，由于光源单元22的LED元件21使发光面朝向与外周部23的轴线正交的方向，因此能够使从LED元件21发出的光高效地朝向投影部的外部照射。

在本实施方式中，说明了光源单元具有两个LED元件的例子，但是光源单元所具有的光源的数量并不限于此，例如如图4和图5所示，也可以在主体23a内沿投影部20的周向排列配置四个LED元件21。若如此设置，则能够减少投影的光束的亮度不均。当然，也能够继续增多光源的数量。此外，例如也可以在周向的某一相位呈阵列状配置有多个光源，亦可以仅在基板部22b的厚度方向的一侧(例如上方)配置有光源。在后者的情况下，虽然仅从投影部20的大致上半部分的区域投影光束，但是投影部20和插入部10通常接触到被检物的下表面。由此，即使光束投影到下表面侧，也能够在多数情况下对被检物内表面的大部分进行测量。

接着，参照图6说明本发明的第二实施方式。本实施方式与第一实施方式的不同之处在于光源的配置方式。在以后的说明中，对与已经说明的结构共同的结构等标注相同的附图标记并省略重复的说明。

图6是示意性表示本实施方式的测量装置71的顶端部的剖视图。在投影部72的光源单元73中，基部73a兼有基板部的功能，在基部73a的顶端侧的面上安装有一个LED元件74。LED元件74配置在投影部72的中心轴线上，且该LED元件74的发光面朝向外周部23的轴线所延伸的前方，发光面的朝向与投影部72的轴线大致平行。

在本实施方式的测量装置71中，与第一实施方式相同，也能够以低成本且简单地构成投影光束B的构造。

另外，由于仅具有一个LED元件74，且其发光面朝向前方，因此能够使装置整体进一步小型化。在本实施方式的结构中，由于能够向前方发出较强的光，因此如图6所示，适合于将光束B投影到比LED元件74靠前方的位置。

本实施方式是特别适合于小型化的结构，但是只要尺寸上允许，当然也可以在基部73a上配置多个光源。

以上，说明了本发明的各个实施方式，但是本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够改变构成要素的组合，或者对各个构成要素施加各种变更、删除。本发明并不被上述说明所限定，而由所附的权利要求书的保护范围限定。

例如，首先，在本发明的测量装置中，投影部的结构并不限于上述各个实施方式中的物体，能够进行各种变更。

在图7所示的变形例中，遮蔽部80具有遮蔽管81、82、83这三个遮蔽管，在遮蔽管81与遮蔽管82之间以及遮蔽管82与遮蔽管83之间分别形成有狭缝Sl1、Sl2，构成为能够投影两束光束B1、B2。这样，能够一次性产生多条光切割线，从而能够高效地对内表面形状进行测量。只要准备轴线方向上的尺寸不同的多个遮蔽管，就能够进一步增加狭缝的数量，或者能够将各个狭缝的宽度、位置关系调节为期望的内容。

另外，取代利用多个遮蔽管构成遮蔽部，也可以使用设有遮光区域的构件来构成遮蔽部，该遮光区域通过使透明的管状构件留有一个以上的环状的透明区域(狭缝)并将其他区域着色为黑色等而不透光。只要是这种遮蔽部，则通过预先准备狭缝的宽度不同的几种遮蔽部，并与被检体相对应地区分使用，就能够调节圆盘状光束的厚度、亮度等。如此，即使是未使用多个遮蔽管的结构的遮蔽部，也能够获得相同的效果。

而且，也可以将具有透明区域与遮光区域的管状构件用作外周部，不使用遮蔽管等而构成投影部。即使在该情况下，只要在打开外周部23的顶端侧的状态下使用夹具等沿轴向调整光源单元的位置，并在位置调整后遮蔽外周部23的顶端侧，就能够容易地进行光切割线的投影位置的调整。

另外，遮蔽部未必必须嵌于外周部的外侧，也可以嵌于内侧。

另外，关于发光元件，也并不限定于上述LED元件，也可以使用激光二极管等其他发光元件。而且，也可以根据需要组合扩散板、准直透镜等各种光学构件，将从发光元件射出的光适当地调节为期望的形态。

而且，通过使用马达等驱动机构，也可以构成为能够使遮蔽部、摄像部相对于插入部进退。这样，在将测量装置插入到被检物内部之后，也能够对射出的光束、获取的图像进行调节。

另外，本发明的测量装置也可以设为通过在投影部设置环状的遮光区域等而投影圆盘状等的预定厚度的影子而不是投影圆盘状等的光束的结构。即使如此设置，也能够将被检物表面上的影与光之间的交界线作为光切割线进行基于光切割法的内表面测量。

Claims (12)

1.一种内表面形状测量装置，其使用光切割法对被检物的内表面形状进行测量，该内表面形状测量装置包括：

投影部，其具有光源单元和筒状的外周部，该外周部具有光能够透过并且沿周向设置的狭缝，该光源单元具有发光元件并配置在上述外周部内，从上述光源单元发射的光直接穿过上述狭缝从而对上述被检物投影预定厚度的光束；以及

摄像部，其对上述被检物的投影有上述光束的内表面进行摄像。

2.根据权利要求1所述的内表面形状测量装置，其中，

上述外周部包括遮蔽部和具有透明性的筒状的主体，该遮蔽部以能够滑动的方式安装于上述主体，且该遮蔽部的至少一部分具有遮光性。

3.根据权利要求2所述的内表面形状测量装置，其中，

上述遮蔽部由具有遮光性的多个遮蔽管构成。

4.根据权利要求1所述的内表面形状测量装置，其中，

上述外周部的至少一部分具有遮光性，

上述光源单元以能够滑动的方式安装于上述外周部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的内表面形状测量装置，其中，

上述发光元件在上述外周部内沿上述投影部的周向排列配置有多个。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的内表面形状测量装置，其中，

上述发光元件以自身的发光面朝向上述外周部的顶端侧的方式配置在上述投影部的中心轴线上。

7.一种内表面形状测量装置，其使用光切割法对被检物的内表面形状进行测量，该内表面形状测量装置包括：

投影部，其具有光源单元和筒状的外周部，该外周部具有遮挡光并且沿周向设置的遮光区域，该光源单元具有一个以上的发光元件并配置在上述外周部内，上述投影部对上述被检物投影预定厚度的影子；以及

摄像部，其对上述被检物的投影有上述影子的内表面进行摄像。

8.根据权利要求7所述的内表面形状测量装置，其中，

上述外周部包括主体和以能够滑动的方式安装于上述主体的上述遮光区域，该主体为筒状并具有透明性。

9.根据权利要求8所述的内表面形状测量装置，其中，

上述遮光区域由具有遮光性的多个遮蔽管构成。

10.根据权利要求7所述的内表面形状测量装置，其中，

上述光源单元以能够滑动的方式安装于上述外周部。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的内表面形状测量装置，其中，

上述发光元件在上述外周部内沿上述投影部的周向排列配置有多个。

12.根据权利要求7至10中任一项所述的内表面形状测量装置，其中，

上述发光元件以自身的发光面朝向上述外周部的顶端侧的方式配置在上述投影部的中心轴线上。