JP2008157635A - Optical measurement apparatus and optical measurement method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measurement apparatus having a noncontact probe, and readily measuring the interior of a hole, in a short time. <P>SOLUTION: Three pairs of measurement units 20 are disposed in the inside of a base 16 of the probe 15. Each measurement unit 20 comprises an optical fiber 21 as a light source, an irradiation hole 22, a reflection light guide hole 23 as a transmission section, a condensing lens 24; and a light-receiving element (two-dimensional PSD) 25. If the probe 15 is irradiated with a light from the light source, in a state where the probe 15 is inserted in the hole in an object to be processed, the light is reflected irregularly by the inner wall of the hole. A portion of the scattered light (reflected light) is transmitted through the probe 15 and is imaged on a light-receiving plane 26 of the light-receiving element 25. The inside diameter of the hole is calculated, by obtaining an virtual circle having the circumference as the inner wall of the hole, based on coordinates of an imaging point. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、シリンダブロック等の鋳物類や、種々の機械加工品等に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置及び光学式測定方法に関するものである。   The present invention relates to an optical measurement apparatus and an optical measurement method for measuring the inside of a hole provided in, for example, a casting such as a cylinder block or various machined products.

従来より、例えば、鋳物類等の被測定物に形成された穴の内部形状(例えば、内径、真円度、表面粗さ等)を測定する装置としては、以下に示すものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に開示された測定装置は、被測定物を所定の方向に移動可能とする種々のテーブル、被測定物の穴の位置を撮像するCCDカメラ、同CCDカメラの出力が入力されるコンピュータ、被測定物の穴の内部に挿入されるマイクロプローブ等を備えている。マイクロプローブは、その先端部に一対の接触子を有している。この測定装置によれば、マイクロプローブ(接触子)を被測定物の穴の内壁面に接触させることで、穴の内部形状に関する所望の測定が可能となる。   Conventionally, for example, the following devices are known as devices for measuring the internal shape (for example, inner diameter, roundness, surface roughness, etc.) of a hole formed in an object to be measured such as castings. (For example, refer to Patent Document 1). The measurement apparatus disclosed in Patent Document 1 receives various tables that allow the object to be measured to move in a predetermined direction, a CCD camera that images the position of the hole of the object to be measured, and the output of the CCD camera. A computer, a microprobe inserted into the hole of the object to be measured, and the like are provided. The microprobe has a pair of contacts at its tip. According to this measuring device, the microprobe (contactor) is brought into contact with the inner wall surface of the hole of the object to be measured, thereby making it possible to perform a desired measurement regarding the inner shape of the hole.

例えば、上記穴の内径を測定する場合には、以下のステップにより行われる。すなわち、テーブル上に載置された被測定物の穴の内壁面に向かってプローブを移動させて一方の接触子を上記穴の内壁面に接触させる第1ステップと、一方の接触子が上記穴の内壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第2ステップとを備えている。次に、前記第1ステップとは逆方向へプローブを移動させて他方の接触子を上記穴の内壁面に接触させる第3ステップと、この他方の接触子が上記穴の内壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第4ステップとを備えている。更に、第2ステップ及び第4ステップによりそれぞれ特定した二つの接触点の位置に基づいて接触点間の距離、すなわち穴の内径を算出する第5ステップを備えている。
特開2004−53413号公報
For example, when measuring the inner diameter of the hole, the following steps are performed. That is, the first step of moving the probe toward the inner wall surface of the hole of the object to be measured placed on the table and bringing one contact into contact with the inner wall surface of the hole; And a second step of specifying the position of the contact point when contacting the inner wall surface based on the detection result of the detection means. Next, when the probe is moved in the opposite direction to the first step and the other contact is brought into contact with the inner wall surface of the hole, and the other contact is brought into contact with the inner wall surface of the hole. And a fourth step of specifying the position of the contact point based on the detection result of the detection means. Furthermore, a fifth step of calculating a distance between the contact points, that is, an inner diameter of the hole based on the positions of the two contact points specified by the second step and the fourth step, respectively.
JP 2004-53413 A

ところで、上記従来の測定装置においては、マイクロプローブを穴の内壁面に接触させる操作を複数回繰り返すことが必要となる。そうした操作は作業者にとって煩雑なものであり、時間を要するものとなっていた。また、マイクロプローブを穴の内壁面に接触させるステップ(第1ステップ及び第3ステップ)においては、マイクロプローブ(接触子)を穴の内壁面に接触させるべくテーブルを移動させて、同マイクロプローブ(接触子)が穴の内壁面に接触したときの抵抗変化の信号をトリガとしてテーブルを停止させる等の複雑な機構が必要となる。このため、測定装置の複雑化、ひいては大型化を招くこととなり、被測定物の製造現場において短時間で所望の測定をするのは困難であった。   By the way, in the conventional measuring apparatus, it is necessary to repeat the operation of bringing the microprobe into contact with the inner wall surface of the hole a plurality of times. Such an operation is complicated for an operator and takes time. In the step (first step and third step) of bringing the microprobe into contact with the inner wall surface of the hole, the table is moved to bring the microprobe (contactor) into contact with the inner wall surface of the hole. A complicated mechanism such as stopping the table by using a signal of resistance change when the contact) contacts the inner wall surface of the hole as a trigger is required. For this reason, the measurement apparatus becomes complicated and eventually increases in size, and it is difficult to perform a desired measurement in a short time at the manufacturing site of the object to be measured.

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触式のプローブを具備することで、穴の内部を短時間で容易に測定することができる光学式測定装置及び光学式測定方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a conventional situation, and an object of the invention is to provide an optical measuring device that can easily measure the inside of a hole in a short time by including a non-contact type probe. And providing an optical measurement method.

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明の光学式測定装置は、被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円径および中心座標を求めることにより、前記穴の内径を算出する演算手段とを備えてなることを要旨とする。   In order to achieve the above object, an optical measuring device according to the invention described in claim 1 is an optical measuring device for measuring the inside of a hole provided in a measured object, wherein the hole of the measured object is provided. A light source that irradiates basic light toward the inner wall surface, a transmission part that transmits arbitrary scattered light reflected by the inner wall surface, and a light receiving element that receives the arbitrary scattered light transmitted through the transmission part A virtual circle diameter and center coordinates based on a light receiving position of the arbitrary scattered light on the light receiving element in a state where the probe is inserted into the hole. Thus, the gist is provided with a calculation means for calculating the inner diameter of the hole.

上記構成によれば、内壁面で反射された散乱光の一部が透過部を介して受光素子によって受光される。そして、この受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づき、穴の内壁面上における基本光の反射位置とプローブとの間の間隔が算出され、基本光の反射位置の座標値が決定される。その結果、そうした反射位置の座標値に基づいて仮想円径および中心座標が求められる。そして、反射位置の座標値と、仮想円の中心座標値により、穴の内径が算出される。このように、本構成では、穴の内壁面にプローブを接触させる必要はなく、同プローブを穴の内部に挿入するといった極めて単純な操作により、穴の内部形状に関する所望の測定、すなわち穴の内径の測定が可能となる。従って、装置構造の複雑化を招くことがなく、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。   According to the above configuration, a part of the scattered light reflected by the inner wall surface is received by the light receiving element via the transmission part. Then, based on the light receiving position of the scattered light on the light receiving element, the interval between the reflection position of the basic light on the inner wall surface of the hole and the probe is calculated, and the coordinate value of the reflection position of the basic light is determined. . As a result, the virtual circle diameter and the center coordinate are obtained based on the coordinate value of the reflection position. Then, the inner diameter of the hole is calculated from the coordinate value of the reflection position and the center coordinate value of the virtual circle. As described above, in this configuration, it is not necessary to bring the probe into contact with the inner wall surface of the hole, and a desired measurement regarding the inner shape of the hole, that is, the inner diameter of the hole can be performed by an extremely simple operation such as inserting the probe into the hole. Can be measured. Therefore, the inside of the hole can be easily measured in a short time without complicating the device structure.

請求項2に記載の発明の光学式測定装置は、被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも2箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円径および中心座標を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出する演算手段とを備えてなることを要旨とする。   An optical measuring device according to a second aspect of the present invention is an optical measuring device that measures the inside of a hole provided in a measured object, and emits basic light toward the inner wall surface of the hole of the measured object. A non-contact type comprising a light source for irradiation, a transmission part for transmitting arbitrary scattered light reflected by the inner wall surface, and a light receiving element for receiving the arbitrary scattered light transmitted through the transmission part A virtual circle diameter and a center based on a light receiving position of the arbitrary scattered light on the light receiving element in at least two places along the depth direction of the probe in a state where the probe is inserted into the hole. The gist of the present invention is that it comprises computing means for calculating the inclination angle of the hole by obtaining the coordinates.

上記構成によれば、内壁面で反射された散乱光の一部が透過部を介して受光素子によって受光される。そして、この受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づき、穴の内壁面上における基本光の反射位置とプローブとの間の間隔が算出され、基本光の反射位置の座標値が決定される。その結果、そうした反射位置の座標値に基づいて1つの仮想円径および中心座標が求められる。続いて、穴の深さ方向に沿う別の箇所においても、上記と同様に、受光素子上における前記散乱光の受光位置に基づいて別の仮想円径および中心座標を求める。これにより、穴の深さ方向に沿う2箇所において別途仮想円径および中心座標が同定され、それぞれの中心座標に基づいて穴の傾斜角度が算出される。   According to the above configuration, a part of the scattered light reflected by the inner wall surface is received by the light receiving element via the transmission part. Based on the light receiving position of the scattered light on the light receiving element, the interval between the reflection position of the basic light on the inner wall surface of the hole and the probe is calculated, and the coordinate value of the reflection position of the basic light is determined. . As a result, one virtual circle diameter and center coordinates are obtained based on the coordinate values of such reflection positions. Subsequently, in another place along the depth direction of the hole, another virtual circle diameter and center coordinates are obtained based on the light receiving position of the scattered light on the light receiving element in the same manner as described above. Thereby, a virtual circle diameter and center coordinates are separately identified at two locations along the depth direction of the hole, and the inclination angle of the hole is calculated based on the respective center coordinates.

このように、本構成では、穴の内壁面にプローブを接触させる必要はなく、同プローブを穴の内部に挿入するといった極めて単純な操作により、穴の内部形状に関する所望の測定、すなわち穴の傾斜角度の測定が可能となる。よって、装置構造の複雑化を招くことがなく、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。   As described above, in this configuration, it is not necessary to bring the probe into contact with the inner wall surface of the hole, and a desired measurement regarding the inner shape of the hole, that is, the inclination of the hole can be performed by a very simple operation such as inserting the probe into the hole. The angle can be measured. Therefore, the inside of the hole can be easily measured in a short time without complicating the device structure.

請求項3に記載の発明の光学式測定装置は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において複数設けられてなることを要旨とする。上記構成によれば、一度の測定により反射位置の座標値が2つ以上求められることから、穴の傾斜角度を測定するに際して必要となる仮想円を同定しやすくなる。すなわち、穴の内部を容易に測定することができる。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical measuring device according to the first or second aspect, wherein a plurality of the light sources are provided on the same circumference having a center on the axis of the probe. This is the gist. According to the above configuration, since two or more coordinate values of the reflection position are obtained by one measurement, it becomes easy to identify a virtual circle necessary for measuring the inclination angle of the hole. That is, the inside of the hole can be easily measured.

請求項4に記載の光学式測定装置は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発明において、前記受光素子は二次元位置検出素子であり、該二次元位置検出素子の受光面は前記プローブの軸線と直交する平面上に配置されていることを要旨とする。これによれば、複数の光源を用いる場合であっても受光素子を共用することができる。   The optical measurement device according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the light receiving element is a two-dimensional position detection element, and the light receiving surface of the two-dimensional position detection element is The gist is that the probe is disposed on a plane orthogonal to the axis of the probe. According to this, even if it is a case where a several light source is used, a light receiving element can be shared.

請求項5に記載の光学式測定方法は、被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定方法であって、前記被測定物の穴の内壁面の少なくとも異なる3箇所に向けて基本光を照射して各箇所の座標を特定する工程と、前記工程で求めた内壁面の少なくとも異なる3箇所の座標に基づいて仮想円を求めることにより、前記穴の内径を算出する工程からなることを要旨とする。これによれば、穴の内壁面にプローブを接触させる必要はなく、同プローブを穴の内部に挿入するといった極めて単純な操作により、穴の内部形状に関する所望の測定、すなわち穴の内径の測定が可能となる。   The optical measurement method according to claim 5 is an optical measurement method for measuring the inside of a hole provided in the object to be measured, toward at least three different locations on the inner wall surface of the hole of the object to be measured. Irradiating basic light to specify the coordinates of each location, and calculating the inner diameter of the hole by obtaining a virtual circle based on the coordinates of at least three different locations of the inner wall surface obtained in the step. This is the gist. According to this, it is not necessary to bring the probe into contact with the inner wall surface of the hole, and a desired measurement regarding the inner shape of the hole, that is, the measurement of the inner diameter of the hole can be performed by an extremely simple operation such as inserting the probe into the hole. It becomes possible.

本発明の光学式測定装置及び同方法によれば、非接触式のプローブを具備することで、穴の内部を短時間で容易に測定することができる。   According to the optical measuring device and the method of the present invention, the inside of the hole can be easily measured in a short time by including the non-contact type probe.

以下、本発明の光学式測定装置及び同装置を用いた穴内部の測定方法を具体化した一実施形態(第1の実施形態)を図面に基づいて説明する。
光学式定装置の構成
図1に示すように、光学式測定装置10は、基台11と、同基台11に軸支されてなるアーム部12とを備えており、アーム部12は、複数(本実施形態では3つ)のアーム部材13が互いに回動自在に軸支されてなるものである。これら複数のアーム部材13のうち最も先端側に配設されたアーム部材13には、非接触式のプローブ(以下、単にプローブという)15が設けられている(図2参照)。また、光学式測定装置10は制御手段及び演算手段としてのコンピュータとコンピュータに電気的に接続されプローブ15を3次元方向に移動また軸周りに回転させる駆動手段としてのモータを備えている(いずれも図示略)。そして、このプローブ15を、シリンダブロック等の被測定物50の穴51(シリンダ)の内部において所定方向へ移動させることで、その穴の内部形状(本実施形態では、穴の傾斜角度)を測定することができる。以下、本実施形態のプローブ15について図3等に基づいて説明する。
Hereinafter, an embodiment (first embodiment) in which an optical measuring device of the present invention and a method for measuring the inside of a hole using the device will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the optical measuring device 10 includes a base 11 and an arm portion 12 that is pivotally supported by the base 11. The arm portion 12 includes a plurality of arm portions 12. The three arm members 13 (in this embodiment) are pivotally supported with respect to each other. A non-contact type probe (hereinafter simply referred to as a probe) 15 is provided on the arm member 13 disposed on the most distal side among the plurality of arm members 13 (see FIG. 2). The optical measuring device 10 includes a computer as a control unit and a calculation unit, and a motor as a driving unit that is electrically connected to the computer and moves the probe 15 in a three-dimensional direction and rotates around the axis (both are both). (Not shown). Then, the probe 15 is moved in a predetermined direction inside the hole 51 (cylinder) of the DUT 50 such as a cylinder block, thereby measuring the internal shape of the hole (in this embodiment, the inclination angle of the hole). can do. Hereinafter, the probe 15 of this embodiment will be described with reference to FIG.

プローブ15は、金属材料より形成されて中空円筒状をなす基体16を備えている。基体16は、先端に底部17aを有する有底筒状に形成された基体本体17とこの基体本体17と同径であって基端に底部18aを有する有底筒状に形成された基体先端部18とから構成される(図3)。この基体本体17と基体先端部18とは互いの底部17a,18aを重ね合わせた状態で図示しない締結部材にて相対移動しないように固定されている。なお、基体16は横断面が真円として形成されており基体16の横断面における中心を軸心g(図4参照)、この軸心gを通り基体16の軸方向に延びる仮想線を軸線h、軸線hの延びる方向(基体16の延伸方向)を軸線方向という。また、プローブ15の軸心g、軸線h及び軸線方向は基体16のそれらと一致するためプローブ15についても同義で用いる。   The probe 15 includes a base body 16 formed of a metal material and having a hollow cylindrical shape. The base body 16 has a base body 17 formed in a bottomed cylindrical shape having a bottom portion 17a at the tip, and a base tip portion formed in a bottomed cylindrical shape having the same diameter as the base body body 17 and having a bottom portion 18a at the base end. 18 (FIG. 3). The base body 17 and the base end portion 18 are fixed so as not to move relative to each other by a fastening member (not shown) in a state where the bottom portions 17a and 18a are overlapped. The base 16 has a cross section formed as a perfect circle. The center of the cross section of the base 16 is an axis g (see FIG. 4), and an imaginary line extending through the axis g in the axial direction of the base 16 is an axis h. The direction in which the axis h extends (the extending direction of the base body 16) is referred to as the axis direction. Further, since the axial center g, the axial line h, and the axial direction of the probe 15 coincide with those of the base 16, the probe 15 is also used synonymously.

プローブ15は測定ユニット20を3組備えており、各測定ユニット20は光源としての光ファイバー21、照射孔22、透過部としての反射光導入孔23、集光レンズ24および受光素子25とから構成される。これらの構成のうち光ファイバー21、照射孔22、反射光導入孔23、集光レンズ24は各測定ユニット20が個別に有する構成であるが、受光素子25のみは全測定ユニット20にて共用している。これら3組の測定ユニット20は、基体16の軸線hを中心とする同一円周上に等間隔(120度間隔)で設けられている(図4及び図5参照)。説明の便宜上、3組の測定ユニット20のうち図3及び図4中上部に図示されているものを第一測定ユニット20a、また、図4中の第一測定ユニット20aから時計回りにそれぞれ第二測定ユニット20b、第三測定ユニット20cが配置されているものとする。以下、測定ユニット20及び各部材の構成や作用等の説明は第一測定ユニット20aについて構成等を説明するが第二測定ユニット20b、第三測定ユニット20cは位置が異なるのみで第一測定ユニット20a同一構成であるため、説明を省略する。   The probe 15 includes three sets of measurement units 20. Each measurement unit 20 includes an optical fiber 21 as a light source, an irradiation hole 22, a reflected light introduction hole 23 as a transmission part, a condensing lens 24, and a light receiving element 25. The Of these configurations, the optical fiber 21, the irradiation hole 22, the reflected light introducing hole 23, and the condenser lens 24 are configurations that each measurement unit 20 has individually, but only the light receiving element 25 is shared by all the measurement units 20. Yes. These three sets of measurement units 20 are provided at equal intervals (120 degree intervals) on the same circumference around the axis h of the base 16 (see FIGS. 4 and 5). For convenience of explanation, the three measurement units 20 shown in the upper part of FIGS. 3 and 4 are the second measurement unit 20a and the first measurement unit 20a in FIG. It is assumed that the measurement unit 20b and the third measurement unit 20c are arranged. Hereinafter, the configuration and operation of the measurement unit 20 and each member will be described with respect to the first measurement unit 20a. However, the second measurement unit 20b and the third measurement unit 20c are different only in position. Since it is the same structure, description is abbreviate | omitted.

光ファイバー21について
光源としての光ファイバー21は、周囲を覆うカバー21aと同カバー21a内に収納された光ファイバー繊維21bとから構成されたユニットである。光ファイバー21の先端側側面には径方向外側に向いた窓21cが形成されており(図3)、光ファイバー繊維21bを伝送されてきた光(赤外光)はこの窓21cから収束された状態で基体16の軸線hを通りこの軸線hに直交する仮想線k上を基体16の半径方向外側に向けて照射される。以下、光ファイバー21から照射される光を「基本光α」といい、基本光αの光軸は仮想線kと一致することを前提とする。なお、図3、図4では第一測定ユニット20aを構成する光ファイバー21についてのみ仮想線kを図示している。この光ファイバー21は既存製品を用いればよく、例えばオムロン株式会社の形式名E32−T24がある。
About the optical fiber 21 The optical fiber 21 as a light source is a unit composed of a cover 21a covering the periphery and an optical fiber 21b housed in the cover 21a. A window 21c facing outward in the radial direction is formed on the side surface on the distal end side of the optical fiber 21 (FIG. 3), and light (infrared light) transmitted through the optical fiber 21b is converged from the window 21c. Irradiation is performed toward the outside in the radial direction of the substrate 16 on an imaginary line k passing through the axis h of the substrate 16 and orthogonal to the axis h. Hereinafter, the light emitted from the optical fiber 21 is referred to as “basic light α”, and it is assumed that the optical axis of the basic light α coincides with the virtual line k. 3 and 4, the imaginary line k is illustrated only for the optical fiber 21 constituting the first measurement unit 20a. An existing product may be used for the optical fiber 21. For example, there is a model name E32-T24 of OMRON Corporation.

照射孔22および反射光導入孔23について
基体16における仮想線kとの交点には貫通孔である照射孔22が形成されている。また、基体本体17のうち照射孔22よりも軸線方向先端側には長方形状に切り欠かれた反射光導入孔23が形成されている(図3、図4)。
Irradiation hole 22 and reflected light introduction hole 23 An irradiation hole 22 that is a through hole is formed at the intersection of the base 16 with the virtual line k. Further, a reflected light introducing hole 23 cut out in a rectangular shape is formed in the base body 17 on the tip end side in the axial direction from the irradiation hole 22 (FIGS. 3 and 4).

集光レンズ24について
基体本体17の先端の底部17a、および基体先端部18の底部18aには、それぞれ円孔17b、18bが形成されており、お互いの底部間に挟持される状態で円孔内に集光レンズ24が固定されている(図3、図5)。この集光レンズ24は凸レンズであり、その光軸が基体16の軸線hと平行となるように設置され、集光レンズ24の光学的な中心点24a(集光レンズ24の径方向かつ厚み方向における中心)は仮想線kを基体16の軸線hに沿って基体16の先端側に距離aだけ平行移動させた仮想線l上に位置している。なお、図5では第一測定ユニット20aを構成する集光レンズ24についてのみ仮想線lを図示している。
Condensing Lens 24 Circular holes 17b and 18b are formed in the bottom portion 17a at the tip of the base body 17 and the bottom portion 18a of the base tip portion 18, respectively, and the circular holes are sandwiched between the bottom portions. The condensing lens 24 is fixed to (FIGS. 3 and 5). The condenser lens 24 is a convex lens, and is installed so that the optical axis thereof is parallel to the axis h of the base body 16. The optical center point 24 a of the condenser lens 24 (the radial direction and thickness direction of the condenser lens 24). Is located on the imaginary line 1 obtained by translating the imaginary line k by the distance a along the axis h of the substrate 16 toward the tip of the substrate 16. In FIG. 5, the imaginary line 1 is shown only for the condenser lens 24 constituting the first measurement unit 20 a.

受光素子25について
受光素子25は、二次元位置検出素子(Position Sensitive Detector=PSD)であり、基部25aと集光レンズ24側を向いて配置された受光面26とから構成される(図3)。受光素子25はその受光面26が基体16の軸線hと直交する面と平行になるように基体先端部18に取り付けられており、受光面26は集光レンズ24の中心点24aから軸線方向において距離b離間している。この受光素子25は、受光面26上に結像した赤外光の重心位置(受光位置)をx軸及びこれに直交するy軸上の座標(x,y)として電気信号に変換し出力することができる。この受光素子25も二次元PSDとして既存製品を用いればよく、例えば浜松ホトニクス株式会社の型式名S7848がある。
Regarding the Light Receiving Element 25 The light receiving element 25 is a two-dimensional position detecting element (Position Sensitive Detector = PSD), and includes a base portion 25a and a light receiving surface 26 arranged facing the condenser lens 24 side (FIG. 3). . The light receiving element 25 is attached to the base end 18 so that the light receiving surface 26 is parallel to a surface orthogonal to the axis h of the base 16, and the light receiving surface 26 extends in the axial direction from the center point 24 a of the condenser lens 24. The distance b is separated. The light receiving element 25 converts the gravity center position (light receiving position) of infrared light imaged on the light receiving surface 26 into an electric signal as coordinates (x, y) on the x axis and the y axis orthogonal thereto, and outputs the electric signal. be able to. The light receiving element 25 may be an existing product as a two-dimensional PSD, for example, model name S7848 of Hamamatsu Photonics Co., Ltd.

また、受光面26上の座標の原点(x0,y0)26aは基体16の軸線h上に設定されており、受光面26のy軸は仮想線k、仮想線lと平行に設定してある(図6)。受光素子25から出力された電気信号は端子ピン(図示略)を経てコンピュータに入力され原点26aから受光位置までの距離sが算出される。なお、この距離sは受光面26の原点26aを中心として集光レンズ24側にて結像される場合には正の値(+)として算出され、集光レンズ24の反対側にて結像される場合には負の値(−)として算出される。   The origin (x0, y0) 26a of the coordinates on the light receiving surface 26 is set on the axis h of the base 16, and the y axis of the light receiving surface 26 is set in parallel with the virtual line k and the virtual line l. (FIG. 6). The electric signal output from the light receiving element 25 is input to the computer via a terminal pin (not shown), and the distance s from the origin 26a to the light receiving position is calculated. The distance s is calculated as a positive value (+) when the image is formed on the condenser lens 24 side with the origin 26 a of the light receiving surface 26 as the center, and the image is formed on the opposite side of the condenser lens 24. If it is, it is calculated as a negative value (−).

このように受光素子25は、受光面26上にて結像した光の重心位置の座標を電気信号として出力するものであるため、拡散した光として結像されると座標の特定に誤差が生じやすくなる。したがって、受光素子25上に結像される光はその面積が小さいことが好ましく、そのためには集光レンズ24として受光素子25上に焦点が合わせられている焦点距離を有するものを用いることが好ましい。   As described above, the light receiving element 25 outputs the coordinates of the barycentric position of the light imaged on the light receiving surface 26 as an electric signal. Therefore, when the image is formed as diffused light, an error occurs in specifying the coordinates. It becomes easy. Therefore, it is preferable that the light imaged on the light receiving element 25 has a small area, and for that purpose, it is preferable to use a condensing lens 24 having a focal length focused on the light receiving element 25. .

具体的には、焦点距離fは、1/f=1/a+1/b(aは軸線方向における仮想線kから集光レンズ24の中心点24a(仮想線l)までの距離、bは軸線方向における集光レンズ24の中心点24a(仮想線l)から受光面26までの距離)として特定することができるため、a及びbの値に基づいて焦点距離fを定めることができる。   Specifically, the focal length f is 1 / f = 1 / a + 1 / b (a is the distance from the virtual line k in the axial direction to the center point 24a (virtual line 1) of the condenser lens 24, and b is the axial direction. The distance from the center point 24a (imaginary line 1) of the condenser lens 24 to the light receiving surface 26) can be specified, so that the focal length f can be determined based on the values of a and b.

測定ユニット20から照射された光の経路について
以下、本実施形態の測定ユニット20において、光ファイバー21から照射された光が穴51の内壁面52に当たり、そこで生じた散乱光が受光素子25に結像されるまでの経路について図7に基づいて説明する。なお、図7は説明の便宜上3組の測定ユニット20のうち第一測定ユニット20aのみを図示しているが、第二測定ユニット20b、第三測定ユニット20cについても同様である。
Regarding the path of light emitted from the measurement unit 20 Hereinafter, in the measurement unit 20 of the present embodiment, the light emitted from the optical fiber 21 strikes the inner wall surface 52 of the hole 51, and the generated scattered light forms an image on the light receiving element 25. The route to be performed will be described with reference to FIG. 7 illustrates only the first measurement unit 20a among the three sets of measurement units 20 for convenience of explanation, the same applies to the second measurement unit 20b and the third measurement unit 20c.

光ファイバー21内を伝送されてきた光は光ファイバー21の先端の窓21cから外部に向かって照射される。光ファイバー21から出た基本光αは仮想線kに沿って照射孔22を通過してプローブ15の外へ出た後、穴51の内壁面52に到達する。なお、基本光αが穴51の内壁面52に当たって反射される箇所も仮想線k上にあり、この箇所を反射位置52aという。ここで、反射位置52aを含めた穴51の内壁面52は中ぐり加工等により形成されたものであり、その表面は肉眼では平坦に見えるものの微視的には細かな凹凸が形成されている。したがって、基本光αは反射位置52aにて乱反射され散乱光となる。この散乱光のうち、特定の方向に向かった光(この光を「反射光β」という。)は反射光導入孔23を透過してプローブ15内部に導入され、さらにその一部は集光レンズ24を通って受光面26上に結像される。反射光βが集光レンズ24にて集光され受光面26上に結像される受光位置を結像点26bという。   The light transmitted through the optical fiber 21 is irradiated from the window 21c at the tip of the optical fiber 21 to the outside. The basic light α emitted from the optical fiber 21 passes through the irradiation hole 22 along the virtual line k, exits the probe 15, and then reaches the inner wall surface 52 of the hole 51. In addition, the location where the basic light α is reflected by hitting the inner wall surface 52 of the hole 51 is also on the imaginary line k, and this location is referred to as a reflection position 52a. Here, the inner wall surface 52 of the hole 51 including the reflection position 52a is formed by boring or the like, and the surface thereof appears flat to the naked eye, but has microscopic unevenness. . Accordingly, the basic light α is irregularly reflected at the reflection position 52a and becomes scattered light. Of the scattered light, light directed in a specific direction (this light is referred to as “reflected light β”) passes through the reflected light introduction hole 23 and is introduced into the probe 15, and a part thereof is a condenser lens. An image is formed on the light receiving surface 26 through 24. The light receiving position at which the reflected light β is collected by the condenser lens 24 and imaged on the light receiving surface 26 is referred to as an imaging point 26b.

図7に図示している反射光βは、理解の便宜のため反射位置52aで反射された散乱光のうち特に集光レンズ24の中心点24aを通るもののみを表しており、反射位置52aから結像点26bまでは直線で結ばれる。つまり、結像点26bは反射位置52aと集光レンズ24の中心点24aと結んで得られる線の延長上に形成されることとなる。   For convenience of understanding, the reflected light β shown in FIG. 7 represents only the scattered light reflected at the reflection position 52a, in particular, the light passing through the center point 24a of the condenser lens 24, and from the reflection position 52a. The image formation point 26b is connected by a straight line. That is, the imaging point 26b is formed on an extension of a line obtained by connecting the reflection position 52a and the central point 24a of the condenser lens 24.

反射位置52aと集光レンズ24の中心点24aとは軸線hを通り互いに平行な仮想線kと仮想線l上にそれぞれ形成されているから、結像点26bも軸線hを通りこれら仮想線kおよび仮想線lと平行な仮想線m上の何れか一点に形成される。すなわち、第一測定ユニット20aにあっては、プローブ15と反射位置52aとの距離を異ならせた場合に受光面26上に形成される結像点26bの軌跡(以下、単に「結像点26bの軌跡」という。)は受光面26のy軸(x=0)と一致する。図6では、第一測定ユニット20aを用いた場合の結像点26bの軌跡を一点鎖線にて示している。   Since the reflection position 52a and the central point 24a of the condenser lens 24 are respectively formed on the virtual line k and the virtual line l that pass through the axis h and are parallel to each other, the imaging point 26b also passes through the axis h and these virtual lines k. And formed at any one point on the virtual line m parallel to the virtual line l. That is, in the first measurement unit 20a, the locus of the imaging point 26b formed on the light receiving surface 26 when the distance between the probe 15 and the reflection position 52a is different (hereinafter simply referred to as “imaging point 26b”). Of the light receiving surface 26 coincides with the y axis (x = 0). In FIG. 6, the locus of the imaging point 26b when the first measurement unit 20a is used is indicated by a one-dot chain line.

一方、図7に示す反射位置52aにより受光面26上に形成される結像点26bのおおよその位置を図6に示しているが、仮に、反射位置52aが図7に示した位置よりもプローブ15から離間した位置とすると反射光βの光軸は軸線hに対してより大きな角度差を持って集光レンズ24を通ることとなる。このため、その場合の結像点26bは図7に示す結像点26bよりもy座標値が小さい箇所にて形成される(図9に二点差線にて示したプローブ15の結像点26bを参照)。   On the other hand, FIG. 6 shows an approximate position of the imaging point 26b formed on the light receiving surface 26 by the reflection position 52a shown in FIG. 7, but the reflection position 52a is a probe rather than the position shown in FIG. If the position is away from 15, the optical axis of the reflected light β passes through the condenser lens 24 with a larger angle difference with respect to the axis h. For this reason, the image forming point 26b in that case is formed at a position where the y coordinate value is smaller than the image forming point 26b shown in FIG. 7 (the image forming point 26b of the probe 15 indicated by a two-dot difference line in FIG. 9). See).

次に上記実施形態に係る光学式測定装置10を用いた穴51の傾斜角度(プローブ15の軸線方向に対する傾斜角度)θの測定手順について説明する。測定手順の概要は図8のフローチャートに示しており、コンピュータはこのフローチャートの各ステップを実行するためのデータが格納されたROMを備えている(図示略)。以下、図8のフローチャート及び図9に従って説明する。なお、穴51の内部の測定は特定位置(プローブ15のうち基本光αが照射される位置)における穴51の内壁面52を円周とする仮想円の方程式を得ることにより行う。   Next, a measurement procedure of the inclination angle (inclination angle with respect to the axial direction of the probe 15) θ of the hole 51 using the optical measurement apparatus 10 according to the above embodiment will be described. The outline of the measurement procedure is shown in the flowchart of FIG. 8, and the computer includes a ROM (not shown) in which data for executing each step of the flowchart is stored. Hereinafter, a description will be given with reference to the flowchart of FIG. 8 and FIG. 9. The measurement inside the hole 51 is performed by obtaining an equation of a virtual circle having the inner wall surface 52 of the hole 51 at the specific position (position where the basic light α is irradiated in the probe 15) as a circumference.

ステップ1(S1)
まず、コンピュータは駆動手段を駆動させてプローブ15を穴51内部の第一測定位置30へと移動させる(図9の実線にて示す位置)。測定対象となる穴51は加工用データに基づいて深さ、内径等が設定されており、穴51の形状を正確に測定するために第一測定位置30においてプローブ15の軸線方向が穴51の形成方向とほぼ平行となるようにしておく方が好ましい。なお、第一測定位置30は穴51の内部であればその深さは限定されないが、穴51の下端に近いとプローブ15がさらに移動することができなくなる。
Step 1 (S1)
First, the computer drives the driving means to move the probe 15 to the first measurement position 30 inside the hole 51 (position indicated by a solid line in FIG. 9). The hole 51 to be measured has a depth, an inner diameter, and the like set based on the processing data. In order to accurately measure the shape of the hole 51, the axial direction of the probe 15 is at the first measurement position 30. It is preferable to keep it substantially parallel to the forming direction. The depth of the first measurement position 30 is not limited as long as it is inside the hole 51. However, if the first measurement position 30 is close to the lower end of the hole 51, the probe 15 cannot further move.

ステップ2(S2)
第一測定位置30へ移動した後に穴51の形状(内径)を算出するための座標測定を行う。穴51の内径を測定する段階では穴51の中心および半径はいずれも判明していない。このため、第一測定位置30において、同位置にあるプローブ15のうち基本光αが照射される位置における軸心gを座標原点(X=0,Y=0)とした場合の、同位置における穴51の内壁面52の円周上の異なる3箇所の座標を測定する。なお、この場合の座標は受光面26の座標と同じマップを用いてもよいし、異なるマップを用いてもよい。測定対象となる3箇所の座標は第一測定ユニット20a、第二測定ユニット20b、第三測定ユニット20cを順次作動させて行う。以下、第一測定ユニット20aを用いた測定方法を例に説明する。
Step 2 (S2)
After moving to the first measurement position 30, coordinate measurement for calculating the shape (inner diameter) of the hole 51 is performed. At the stage of measuring the inner diameter of the hole 51, neither the center nor the radius of the hole 51 is known. For this reason, at the first measurement position 30, the axial center g at the position where the basic light α is irradiated among the probes 15 at the same position is the coordinate origin (X = 0, Y = 0). Three different coordinates on the circumference of the inner wall surface 52 of the hole 51 are measured. In this case, the same map as the coordinates of the light receiving surface 26 may be used as the coordinates, or a different map may be used. The coordinates of the three points to be measured are obtained by sequentially operating the first measurement unit 20a, the second measurement unit 20b, and the third measurement unit 20c. Hereinafter, a measurement method using the first measurement unit 20a will be described as an example.

まず、集光レンズ24の中心点24aを通り、基体16の軸線hに平行な仮想線nを想定する(図7)。仮想線kと仮想線lはともに基体16の軸線hに直交することから、仮想線kと仮想線lは仮想線nに対しても直交する関係にある。穴51の内壁面52に到達した基本光αは反射位置52aにおいて散乱光として乱反射し、その散乱光の一部は反射光βとして集光レンズ24を通って受光面26上に結像する。この反射光βのうち集光レンズ24の中心点24aを通る光軸を仮想線pとする。   First, an imaginary line n passing through the center point 24a of the condenser lens 24 and parallel to the axis h of the base body 16 is assumed (FIG. 7). Since both the virtual line k and the virtual line 1 are orthogonal to the axis h of the base body 16, the virtual line k and the virtual line 1 are also orthogonal to the virtual line n. The basic light α that has reached the inner wall surface 52 of the hole 51 is diffusely reflected as scattered light at the reflection position 52 a, and a part of the scattered light forms an image on the light receiving surface 26 through the condenser lens 24 as reflected light β. An optical axis passing through the central point 24a of the condenser lens 24 in the reflected light β is defined as a virtual line p.

ここで、図7において仮想線kと仮想線nとの交点を点Oとし仮想線nと受光面26上の仮想線mとの交点を点Dとする。また基本光αの反射位置52aを点A、集光レンズ24の中心点24aを点Bとし、反射光βの受光面26上の結像点26bを点Cとすると、同一平面上に三角形OABと三角形DBCの2つの直角三角形を形成することができる。   Here, in FIG. 7, the intersection of the virtual line k and the virtual line n is a point O, and the intersection of the virtual line n and the virtual line m on the light receiving surface 26 is a point D. When the reflection position 52a of the basic light α is a point A, the central point 24a of the condenser lens 24 is a point B, and the imaging point 26b on the light receiving surface 26 of the reflected light β is a point C, a triangle OAB on the same plane. And two right triangles of the triangle DBC.

この三角形OABと三角形DBCのそれぞれ点Bを頂点とする内角は対角であるため同じ角度であり、また点O、点Dをそれぞれ頂点とする内角はいずれも直角であるため、二組の角が等しい三角形となり、三角形OABと三角形DBCは相似である。また、辺OBは距離a、辺DBは距離bに設定されているため、相似条件により辺OAの距離:辺CDの距離=距離a:距離bの関係が成立する。   Since the interior angles of the triangle OAB and the triangle DBC with the point B as the vertex are diagonal, they are the same angle, and the interior angles with the point O and the point D as the vertex are both at right angles. Are equal triangles, and the triangle OAB and the triangle DBC are similar. Further, since the side OB is set to the distance a and the side DB is set to the distance b, the relationship of the distance of the side OA: the distance of the side CD = the distance a: the distance b is established according to the similarity condition.

一方、辺OAは仮想線kの一部であるから、基体16の表面から反射位置52a(点A)までの距離をL、軸線hから基体16表面までの距離(基体の半径)を距離r、軸線hから集光レンズ24の中心点24a(点B)までの距離を距離cとすると、辺OAの距離はL+r−cにて表すことができる。このうち、距離r及び距離cは予め距離が特定されている。他方、辺DCは、仮想線kと平行な仮想線m上の一部であり、受光面26上の軸線hから点Dまでの距離は軸線hから集光レンズ24の中心点24aまでの距離(=距離c)に等しい。また、辺DCの距離は、軸線hから集光レンズ24の中心点24aまでの距離cから、軸線hから点Cまでの距離sを除したものであるから、辺DCの距離=距離c−距離sにて表すことができる。   On the other hand, since the side OA is a part of the virtual line k, the distance from the surface of the base 16 to the reflection position 52a (point A) is L, and the distance from the axis h to the surface of the base 16 (base radius) is the distance r. If the distance from the axis h to the center point 24a (point B) of the condenser lens 24 is a distance c, the distance of the side OA can be expressed by L + rc. Among these, the distance r and the distance c are specified in advance. On the other hand, the side DC is a part on the imaginary line m parallel to the imaginary line k, and the distance from the axis h to the point D on the light receiving surface 26 is the distance from the axis h to the center point 24a of the condenser lens 24. (= Distance c). The distance of the side DC is the distance c from the axis h to the center point 24a of the condenser lens 24, and the distance s from the axis h to the point C is divided, so the distance of the side DC = distance c−. It can be represented by a distance s.

そして、前記の三角形の相似条件から、L+r−c:c−s=a:bの関係が成り立つ。この式を展開すると、以下の式(1)となる。   And the relationship of L + rc: cs = a: b is established from the similarity condition of the triangle. When this expression is expanded, the following expression (1) is obtained.

Figure 2008157635
Figure 2008157635

この式の右辺において距離a,距離b,距離c,距離rはいずれも距離が判明しており、距離sのみが変化する値である。したがって、距離sを求めることにより上記式を用いて距離Lを求めることができる。ここで、距離Lと距離sとの関係は上記式(1)にて示したように1次の直線となるから、式(1)を距離sで微分して得られる距離sの微小変化dsに対する距離Lの微小変化dLの割合、すなわち受光素子25における検出感度は、dL/ds=−a/bと一定となり、距離L、距離sに依存しない。   In the right side of this equation, the distance a, distance b, distance c, and distance r are all known values, and only the distance s changes. Therefore, by obtaining the distance s, the distance L can be obtained using the above formula. Here, since the relationship between the distance L and the distance s is a linear straight line as shown in the above equation (1), a minute change ds of the distance s obtained by differentiating the equation (1) with the distance s. The ratio of the minute change dL of the distance L to the distance, that is, the detection sensitivity in the light receiving element 25 is constant as dL / ds = −a / b and does not depend on the distance L and the distance s.

距離sは受光面26上の原点26aから結像点26b(点C)までの距離(ただし、y座標が負の時は距離sは負の値)であり、結像点26b(点C)は座標(0,y1)にて特定されるため、s=y1として特定することができる。これにより求めたsの値を上記式に代入することにより、プローブ15表面から穴51の内壁面52である反射位置52aまでの距離L、さらには反射位置52aの座標値(X11,Y11)を測定することができる。第一測定ユニット20aによる測定にて求められた反射位置52aの座標(X11,Y11)は、コンピュータのRAM(図示略)に格納される。   The distance s is the distance from the origin 26a on the light receiving surface 26 to the imaging point 26b (point C) (however, when the y coordinate is negative, the distance s is a negative value), and the imaging point 26b (point C). Is specified by coordinates (0, y1), and therefore can be specified as s = y1. By substituting the value of s thus obtained into the above equation, the distance L from the surface of the probe 15 to the reflection position 52a which is the inner wall surface 52 of the hole 51, and further the coordinate values (X11, Y11) of the reflection position 52a are obtained. Can be measured. The coordinates (X11, Y11) of the reflection position 52a obtained by the measurement by the first measurement unit 20a are stored in a RAM (not shown) of the computer.

第一測定位置30における仮想円である第一仮想円31の式を求めるには異なる3箇所の座標が必要であるため、同様の手順にて第二測定ユニット20b、第三測定ユニット20cを作動させて異なる二つの反射位置の座標値(X12,Y12)(X13,Y13)を求める。このうち、第二測定ユニット20bは、第一測定ユニット20aに対して軸線hを中心として図3中時計回りに120度回転させた位置に配置されている。このため、第二測定ユニット20bによる受光面26上の結像点26bの軌跡は原点26aを通りy軸に対して時計回りに120度傾いた直線(y=−1/√3x)上に形成される(図6にて二点鎖線で示す)。   Since three different coordinates are required to obtain the formula of the first virtual circle 31 that is a virtual circle at the first measurement position 30, the second measurement unit 20b and the third measurement unit 20c are operated in the same procedure. Thus, coordinate values (X12, Y12) (X13, Y13) of two different reflection positions are obtained. Among these, the second measurement unit 20b is disposed at a position rotated 120 degrees clockwise in FIG. 3 about the axis h with respect to the first measurement unit 20a. For this reason, the locus of the imaging point 26b on the light receiving surface 26 by the second measuring unit 20b is formed on a straight line (y = −1 / √3x) that passes through the origin 26a and is tilted 120 degrees clockwise with respect to the y axis. (Indicated by a two-dot chain line in FIG. 6).

また、第三測定ユニット20cは、第一測定ユニット20aに対して軸線hを中心として図4中反時計回りに120度回転させた位置に配置されていることから、第三測定ユニット20cによる受光面26上の結像点26bの軌跡は原点26aを通りy軸に対して反時計回りに120度傾いた直線(y=1/√3x)上に形成される(図6にて破線で示す)。そして、第二測定ユニット20b及び第三測定ユニット20cを用いてそれぞれ測定した受光面26上の結像点26b(点C)の座標値(x12,y12)、(x13,y13)は、いずれも反射位置52aがプローブ15に近い場合にはそのy座標値が小さく反射位置が離れるにしたがってy座標値が大きくなる。   Further, since the third measurement unit 20c is disposed at a position rotated 120 degrees counterclockwise in FIG. 4 with respect to the first measurement unit 20a with the axis h as the center, light reception by the third measurement unit 20c is performed. The locus of the imaging point 26b on the surface 26 is formed on a straight line (y = 1 / √3x) that passes through the origin 26a and is tilted 120 degrees counterclockwise with respect to the y-axis (indicated by a broken line in FIG. 6). ). The coordinate values (x12, y12) and (x13, y13) of the imaging point 26b (point C) on the light receiving surface 26 measured using the second measurement unit 20b and the third measurement unit 20c, respectively. When the reflection position 52a is close to the probe 15, the y coordinate value is small and the y coordinate value is increased as the reflection position is separated.

したがって、第二測定ユニット20b並びに第三測定ユニット20cの結像点26b(点C)の座標値に基づくそれぞれの距離sは、以下の式(2)又は式(3)にて求めることができる。   Accordingly, the distances s based on the coordinate values of the imaging point 26b (point C) of the second measurement unit 20b and the third measurement unit 20c can be obtained by the following formula (2) or formula (3). .

Figure 2008157635
Figure 2008157635

上記の式により求められた距離sを式(1)に代入することにより、第二測定ユニット20b及び第三測定ユニット20cにおける基体16の表面から各反射位置52aまでの距離Lをそれぞれ求めることができ、更には各反射位置の座標値(X12,Y12)(X13,Y13)を求めることができる。この座標値もコンピュータのRAM(図示略)に格納される。   By substituting the distance s obtained by the above equation into the equation (1), the distances L from the surface of the substrate 16 to the respective reflection positions 52a in the second measurement unit 20b and the third measurement unit 20c can be obtained. Further, the coordinate values (X12, Y12) (X13, Y13) of each reflection position can be obtained. This coordinate value is also stored in a RAM (not shown) of the computer.

ステップ3(S3)
上記ステップ2により求めた穴51の内壁面52の3箇所の座標値に基づいて第一仮想円31の式を算出する。まず、既に求めた3つの反射位置52aの座標値(X11,Y11)(X12,Y12)(X13,Y13)のうち任意の2点の座標値(X,Y)、(Xi+1,Yi+1)を、下記式(4)の円の方程式に代入する。なお、本実施形態では、穴51の断面形状を略真円と仮定する。
Step 3 (S3)
The formula of the first virtual circle 31 is calculated based on the three coordinate values of the inner wall surface 52 of the hole 51 obtained in step 2 above. First, the coordinate values (X i , Y i ), (X i + 1 , Y) of arbitrary two points among the coordinate values (X11, Y11) (X12, Y12) (X13, Y13) of the already obtained three reflection positions 52a. i + 1 ) is substituted into the circle equation of the following equation (4). In the present embodiment, it is assumed that the cross-sectional shape of the hole 51 is a substantially perfect circle.

Figure 2008157635
Figure 2008157635

そして、各座標値をそれぞれ代入した後に得られた双方の式を減算し、Cx,Cyについて整理すると、下記式(5)が得られる。なお、n点(本実施形態では3点)の測定結果においては、式(5)が(n−1)個得られる。 Then, by subtracting both equations obtained after substituting each coordinate value and arranging Cx and Cy, the following equation (5) is obtained. It should be noted that (n-1) Equations (5) are obtained from the measurement results of n points (3 points in the present embodiment).

Figure 2008157635
Figure 2008157635

ここで、式(5)を下記の式(6)〜(8)のようにおくと、   Here, when the equation (5) is set as the following equations (6) to (8),

Figure 2008157635
Figure 2008157635

上記式(5)は、下記の式(9)のように表される。 The above formula (5) is expressed as the following formula (9).

Figure 2008157635
Figure 2008157635

なお、n点(本実施形態では3点)の測定結果からは、(n−1)個の式(9)が得られる。この結果から、最小二乗法を用いてCx,Cyを求めると、下記の式(10)及び式(11)が得られる。 Note that (n-1) Equations (9) are obtained from the measurement results of n points (three points in the present embodiment). From this result, when Cx and Cy are obtained using the least square method, the following equations (10) and (11) are obtained.

Figure 2008157635
Figure 2008157635

Figure 2008157635
Figure 2008157635

但し、Σの範囲は1≦i≦n−1である。これにより、第一仮想円31の中心座標31aが求められる。そして、この中心座標31aを決定した後、下記式(12)により各反射位置の座標値に対応したRiを求め、その平均値を仮想円の半径の測定値Rとする。 However, the range of Σ is 1 ≦ i ≦ n−1. Thereby, the center coordinates 31a of the first virtual circle 31 are obtained. And after determining this center coordinate 31a, Ri corresponding to the coordinate value of each reflection position is calculated | required by following formula (12), and let the average value be the measured value R of the radius of a virtual circle.

Figure 2008157635
Figure 2008157635

但し、Σの範囲は1≦i≦nである。このようにして仮想円の半径を求めることで、穴の内径(仮想円の直径)が算出される。したがって、円周上の3箇所の異なる座標を得ることができれば上記円の方程式の3つの定数を算出することができる。算出した第一仮想円31の式はコンピュータのRAMに格納される。 However, the range of Σ is 1 ≦ i ≦ n. By calculating the radius of the virtual circle in this way, the inner diameter of the hole (the diameter of the virtual circle) is calculated. Therefore, if three different coordinates on the circumference can be obtained, the three constants of the circle equation can be calculated. The calculated formula of the first virtual circle 31 is stored in the RAM of the computer.

ステップ4(S4)
ステップ4において、コンピュータは駆動手段を駆動させてプローブ15を第二測定位置40(図9の二点差線で示す位置)へと移動させる。この第二測定位置40は第一測定位置30におけるプローブ15をその軸線h上に穴51の深さ方向Fへ向けて所定距離tだけ移動させた位置である。
Step 4 (S4)
In step 4, the computer drives the driving means to move the probe 15 to the second measurement position 40 (position indicated by a two-dot chain line in FIG. 9). The second measurement position 40 is a position where the probe 15 at the first measurement position 30 is moved by a predetermined distance t in the depth direction F of the hole 51 on the axis h.

ステップ5(S5)
プローブ15を第二測定位置40へ移動した後には同位置における穴51の形状を測定する。この測定方法はステップ2の測定方法と同じであり、第一測定ユニット20a、第二測定ユニット20b及び第三測定ユニット20cを順次動作させてこの第二測定位置における穴51の内壁面52の異なる3箇所の座標値(X21,Y21)(X22,Y22)(X23,Y23)を測定する。
Step 5 (S5)
After the probe 15 is moved to the second measurement position 40, the shape of the hole 51 at the same position is measured. This measurement method is the same as the measurement method in Step 2, and the first measurement unit 20a, the second measurement unit 20b, and the third measurement unit 20c are operated sequentially, and the inner wall surface 52 of the hole 51 at this second measurement position is different. Three coordinate values (X21, Y21) (X22, Y22) (X23, Y23) are measured.

ステップ6(S6)
上記ステップ5により求めた第二測定位置40における穴51の内壁面52の3箇所の座標値に基づいて第二仮想円41の式を算出する。算出方法はステップ3と同じであり、算出した第二仮想円41の式はコンピュータのRAM(図示略)に格納される。
Step 6 (S6)
The formula of the second virtual circle 41 is calculated based on the three coordinate values of the inner wall surface 52 of the hole 51 at the second measurement position 40 obtained in step 5 above. The calculation method is the same as in step 3, and the calculated expression of the second virtual circle 41 is stored in the RAM (not shown) of the computer.

ステップ7(S7)
コンピュータは、ステップ3で求めた第一仮想円31とステップ6で求めた第二仮想円41の式をRAMから読み出して穴51の傾斜角度θを演算する。すなわち、プローブ15の軸線方向に対する穴51の傾斜角度θは第一仮想円31の中心座標31aと第二仮想円41の中心座標41aとを結ぶ線により求めることができる(図10)。ここで、穴51の傾斜角度θが零で、内壁面52がプローブ15の軸線方向と一致する場合には、第一仮想円31の中心座標31aと第二仮想円41の中心座標41aは一致するはずである。一方、第一仮想円31の中心座標31aに対して第二仮想円41の中心座標41aが一致しない場合(図10に示す状態)には、プローブ15の軸線方向に対して穴51が傾いていることになるため、第一仮想円31の中心座標31aと第二仮想円41の中心座標41aとプローブ15の距離tとの関係から穴51の傾斜角度θを算出することができる。
Step 7 (S7)
The computer reads the equations of the first virtual circle 31 obtained in step 3 and the second virtual circle 41 obtained in step 6 from the RAM, and calculates the inclination angle θ of the hole 51. That is, the inclination angle θ of the hole 51 with respect to the axial direction of the probe 15 can be obtained by a line connecting the center coordinates 31a of the first virtual circle 31 and the center coordinates 41a of the second virtual circle 41 (FIG. 10). Here, when the inclination angle θ of the hole 51 is zero and the inner wall surface 52 coincides with the axial direction of the probe 15, the central coordinates 31 a of the first virtual circle 31 and the central coordinates 41 a of the second virtual circle 41 coincide. Should do. On the other hand, when the central coordinates 41a of the second virtual circle 41 do not coincide with the central coordinates 31a of the first virtual circle 31 (the state shown in FIG. 10), the hole 51 is inclined with respect to the axial direction of the probe 15. Therefore, the inclination angle θ of the hole 51 can be calculated from the relationship between the center coordinate 31a of the first virtual circle 31, the center coordinate 41a of the second virtual circle 41, and the distance t of the probe 15.

上記実施形態の光学式測定装置10によれば、以下のような効果を得ることができる。
* 本実施形態の光学式測定装置10によれば、各測定ユニット20(20a,20b,20c)から基本光αを穴51の内壁面52に対して照射することで各反射位置52aの座標値を求め、穴51の内部における任意の箇所で1つの仮想円を同定することにより穴51の内径が測定される。また、穴51の内部においてプローブ15の軸線方向の2箇所でそれぞれ仮想円を同定することにより穴51の傾斜角度θが測定される。すなわち、プローブ15を穴51の内壁面52に接触させることなく同穴51の内部が測定可能とされる。これにより、本実施形態では、穴51の内壁面52にプローブ15を接触させるための複雑な機構を必要とせず、構成の簡略化を図ることができ、ひいては装置の大型化が回避される。そして、穴51の内部にプローブ15を挿入するといった極めて簡易な操作により、所望の測定が可能となる。従って、本実施形態の光学式測定装置10によれば、被測定物50の製造現場においてその穴51の内部を短時間で容易に測定することができる。
According to the optical measurement device 10 of the above embodiment, the following effects can be obtained.
* According to the optical measurement apparatus 10 of the present embodiment, the coordinate value of each reflection position 52a is obtained by irradiating the inner surface 52 of the hole 51 with the basic light α from each measurement unit 20 (20a, 20b, 20c). The inner diameter of the hole 51 is measured by identifying one virtual circle at an arbitrary location inside the hole 51. In addition, the inclination angle θ of the hole 51 is measured by identifying virtual circles at two locations in the axial direction of the probe 15 inside the hole 51. That is, the inside of the hole 51 can be measured without bringing the probe 15 into contact with the inner wall surface 52 of the hole 51. Thereby, in this embodiment, a complicated mechanism for bringing the probe 15 into contact with the inner wall surface 52 of the hole 51 is not required, the configuration can be simplified, and the enlargement of the apparatus can be avoided. A desired measurement can be performed by an extremely simple operation such as inserting the probe 15 into the hole 51. Therefore, according to the optical measuring apparatus 10 of the present embodiment, the inside of the hole 51 can be easily measured in a short time at the manufacturing site of the measurement object 50.

* 本実施形態では、内壁面52の反射位置52aにおいて散乱された散乱光のうちの任意の光を反射光βとして受光素子25上に結像させて結像点26bの座標を測定している。このため、本実施形態では、反射光βを正確に受光素子25上に結像させるべく光の角度や、基体16の内部における受光素子25の設置箇所等を厳密に調整する必要がない。従って、本実施形態の光学式測定装置10によれば、構造の簡易化を図ることができる。   * In this embodiment, an arbitrary light of the scattered light scattered at the reflection position 52a of the inner wall surface 52 is imaged on the light receiving element 25 as reflected light β, and the coordinates of the imaging point 26b are measured. . For this reason, in the present embodiment, it is not necessary to strictly adjust the angle of light, the installation location of the light receiving element 25 inside the base body 16 and the like so that the reflected light β is accurately imaged on the light receiving element 25. Therefore, according to the optical measuring device 10 of the present embodiment, the structure can be simplified.

* 本実施形態の光学式測定装置10には、光源としての光ファイバー21がユニットとして周方向において3つ設けられている。ここで、上記仮想円を同定する際には最低限3つの座標値が必要となる。本実施形態によれば、そうした3つの座標値が一度の測定において瞬時に算出可能とされる。これにより、仮想円径および中心座標の同定を容易に行うことができる。また、各光ファイバー21は、周方向において等間隔に設けられている。すなわち、周方向において等間隔に反射位置52aの座標値が求められることとなる。これにより、穴51の内部形状を高い精度で反映する仮想円を同定することが可能となるため、穴51の内壁面52の傾斜角度や穴51の内径を正確に測定することができる。   * In the optical measuring device 10 of this embodiment, three optical fibers 21 as light sources are provided in the circumferential direction as a unit. Here, at least three coordinate values are required to identify the virtual circle. According to the present embodiment, such three coordinate values can be instantaneously calculated in one measurement. Thereby, identification of a virtual circle diameter and center coordinates can be performed easily. The optical fibers 21 are provided at equal intervals in the circumferential direction. That is, the coordinate values of the reflection positions 52a are obtained at equal intervals in the circumferential direction. This makes it possible to identify a virtual circle that reflects the internal shape of the hole 51 with high accuracy, so that the inclination angle of the inner wall surface 52 of the hole 51 and the inner diameter of the hole 51 can be accurately measured.

* 光源として光ファイバー21を用いることにより、穴51の内壁面52の所定箇所に対して基本光αを確実に照射させることができる。
* 穴51の内壁面52の座標値は、受光面26の原点26aからの反射光βの受光面26上への結像点26bまでの距離sを求めることによって算出している。したがって穴51の内壁面52の座標値を容易に測定することができる。
* By using the optical fiber 21 as a light source, it is possible to reliably irradiate a predetermined portion of the inner wall surface 52 of the hole 51 with the basic light α.
* The coordinate value of the inner wall surface 52 of the hole 51 is calculated by obtaining the distance s from the origin 26a of the light receiving surface 26 to the imaging point 26b on the light receiving surface 26 of the reflected light β. Therefore, the coordinate value of the inner wall surface 52 of the hole 51 can be easily measured.

* 受光手段として受光素子(二次元PSD)25をその受光面26が軸線hに直交する平面上となるように配置して各測定ユニット20にて共用している。このため、受光手段を測定ユニット20の数に応じて準備する必要がない。   * A light receiving element (two-dimensional PSD) 25 is arranged as a light receiving means so that its light receiving surface 26 is on a plane orthogonal to the axis h, and is shared by each measurement unit 20. For this reason, it is not necessary to prepare light receiving means according to the number of measurement units 20.

* 反射光βを集光レンズ24によって集光させて受光面26上に結像させている。このため、受光面26上の結像点26bのスポット面積が小さくなり、光の重心位置を求めるPSDの測定誤差が小さくなる。   * The reflected light β is condensed by the condenser lens 24 and imaged on the light receiving surface 26. For this reason, the spot area of the imaging point 26b on the light receiving surface 26 is reduced, and the PSD measurement error for obtaining the position of the center of gravity of the light is reduced.

* 集光レンズ24によって反射光βを集光させて受光素子25上に結像させるため、受光素子25上の結像点26bの光量も増加することとなり検出感度が良好となる。
* 距離Lと距離sとの関係は1次の直線(式(1))となるから、受光素子25における検出感度は、dL/ds=−a/bと一定となり、距離L、距離sに依存することなく安定した感度を得ることができる。
* Since the reflected light β is condensed by the condensing lens 24 to form an image on the light receiving element 25, the amount of light at the image forming point 26b on the light receiving element 25 also increases, and the detection sensitivity is improved.
* Since the relationship between the distance L and the distance s is a linear line (formula (1)), the detection sensitivity in the light receiving element 25 is constant as dL / ds = −a / b, and the distance L and the distance s are Stable sensitivity can be obtained without dependence.

なお、上記実施形態は以下のように変更、応用してもよい。
○ 受光素子(二次元PSD)25に、測定に用いた波長の光のみを通過させるフィルタを備えたものを用いると、外乱光等のノイズを更に減少させることができる。
In addition, you may change and apply the said embodiment as follows.
If the light receiving element (two-dimensional PSD) 25 is provided with a filter that allows only light having the wavelength used for measurement to pass through, noise such as disturbance light can be further reduced.

○ 上記実施形態にて配置されている集光レンズ24を用いることなく、集光レンズ24を配置していた位置に細孔を形成することにより、同細孔をピンホールとして機能させて反射光βを受光面26上に結像又は照射させてもよい。この場合、細孔を通過した反射光βのみにて受光面26上に結像(照射)点26bを形成することから、集光レンズ24を用いる場合に比して結像(照射)点26bの光量が不十分になる可能性がある。このため、集光レンズ24を使用しなくても反射光βが受光素子25にて検出可能な程度の光量が得られる光を基本光αとする必要がある。   ○ Without using the condensing lens 24 arranged in the above embodiment, by forming a fine hole at the position where the condensing lens 24 was arranged, the fine hole functions as a pinhole to reflect light. β may be imaged or irradiated on the light receiving surface 26. In this case, since the imaging (irradiation) point 26b is formed on the light receiving surface 26 only by the reflected light β that has passed through the pores, the imaging (irradiation) point 26b is compared with the case where the condenser lens 24 is used. The amount of light may be insufficient. For this reason, it is necessary to use, as the basic light α, light capable of obtaining an amount of light that allows the reflected light β to be detected by the light receiving element 25 without using the condenser lens 24.

○ 上記実施形態では、測定ユニット20を周方向に等間隔に3組備えているが、測定ユニット20は1組或いは2組でもよい。測定ユニット20が1組の場合にはプローブ15が軸線hを中心として回転可能としておき、穴51の内壁面52の座標を1箇所測定する毎に所定角度回転し、異なる3箇所における穴51の内壁面52の座標を測定することにより穴51の形状を測定することができる。また、2組の場合には少なくとも異なる3箇所における穴51の内壁面52の座標を測定することができればよい。   In the above embodiment, three sets of measurement units 20 are provided at equal intervals in the circumferential direction, but one or two sets of measurement units 20 may be provided. When the measurement unit 20 is one set, the probe 15 is allowed to rotate around the axis h, and is rotated by a predetermined angle every time the coordinates of the inner wall surface 52 of the hole 51 are measured, and the holes 51 at three different positions are measured. By measuring the coordinates of the inner wall surface 52, the shape of the hole 51 can be measured. In the case of two sets, it is only necessary to measure the coordinates of the inner wall surface 52 of the hole 51 in at least three different places.

○ 受光手段を上記実施形態の二次元PSD25に変えて、色を識別することができるカラーCCDとしてもよい。この場合、3組の測定ユニット20の光源の光色をそれぞれ異ならせる(例えば、グリーン、ブルー、レッド)ことにより、受光手段にて複数の測定ユニット20からの反射光を順次受光しても色ごと、つまり各測定ユニット20の反射位置52aからの反射光β毎に各結像点26bの座標を特定することができる。   The light receiving means may be replaced with the two-dimensional PSD 25 of the above embodiment, and a color CCD capable of identifying colors may be used. In this case, the light colors of the light sources of the three sets of measurement units 20 are made different (for example, green, blue, red), so that even if the reflected light from the plurality of measurement units 20 is sequentially received by the light receiving means That is, the coordinates of each imaging point 26b can be specified for each reflected light β from the reflection position 52a of each measurement unit 20.

○ 上記実施形態では光源として光ファイバー21を用いたが、これに変えてLEDやレーザダイオード等の他の光源に変更してもよい。
○ 本実施形態では、3つの光ファイバー21を周方向において等間隔毎に設けたが、隣接する光ファイバー21同士の間隔はそれぞれ相違するものであってもよい。
In the above embodiment, the optical fiber 21 is used as the light source. However, instead of this, another light source such as an LED or a laser diode may be used.
In the present embodiment, the three optical fibers 21 are provided at equal intervals in the circumferential direction, but the intervals between adjacent optical fibers 21 may be different from each other.

○ 本実施形態のプローブ15における測定ユニット20を、同プローブ15の先端側にさらに1組ずつ設ける構成でもよい。すなわち、プローブ15には、3組×2段の測定ユニット20が設けられることとなる。このように構成した場合には、穴51の内部において軸線方向にプローブ15を動かさずとも、穴51の深さ方向において異なる箇所にて第一仮想円と第二仮想円とを測定することが可能となる。従って、この構成によれば、穴51の内部において第一測定位置30から第二測定位置40へとプローブ15を移動させる操作が不要となるため、穴51の内部の測定が一層容易なものとなる。   A configuration in which one set of the measurement unit 20 in the probe 15 of the present embodiment is further provided on the distal end side of the probe 15 may be employed. That is, the probe 15 is provided with 3 sets × 2 stages of measurement units 20. When configured in this way, the first virtual circle and the second virtual circle can be measured at different locations in the depth direction of the hole 51 without moving the probe 15 in the axial direction inside the hole 51. It becomes possible. Therefore, according to this configuration, since the operation of moving the probe 15 from the first measurement position 30 to the second measurement position 40 in the hole 51 is not required, it is easier to measure the inside of the hole 51. Become.

○ 本実施形態では、穴51の内部の深さ方向における2箇所(第一測定位置30及び第二測定位置40)においてそれぞれ仮想円を同定し、その仮想円の半径から個々に穴の内径を求めたが、穴51の内部において3箇所以上でそれぞれ仮想円を同定し、各仮想円の直径の平均値を穴の内径としてもよい。   In this embodiment, virtual circles are identified at two locations (first measurement position 30 and second measurement position 40) in the depth direction inside the hole 51, and the inner diameter of the hole is individually determined from the radius of the virtual circle. However, the virtual circles may be identified at three or more locations inside the hole 51, and the average value of the diameters of the virtual circles may be used as the inner diameter of the hole.

○ 本実施形態では、穴51の断面形状を略真円と仮定したが、その断面形状が仮に楕円であるときには、上記円の方程式の代わりに楕円の公式を採用する。この場合、上記と同様に仮想円を求める際には、穴51の内壁面上における反射位置の座標値が少なくとも4つ必要となる。こうしたときには、測定の簡易化及び迅速化を図るべく、基体16の軸線h上に中心を有する同一円周上において4つ以上の測定ユニット20を設ける構成が好ましい。   In the present embodiment, it is assumed that the cross-sectional shape of the hole 51 is a substantially perfect circle. However, when the cross-sectional shape is an ellipse, an elliptic formula is adopted instead of the circle equation. In this case, when the virtual circle is obtained as described above, at least four coordinate values of the reflection position on the inner wall surface of the hole 51 are required. In such a case, in order to simplify and speed up the measurement, a configuration in which four or more measurement units 20 are provided on the same circumference having the center on the axis h of the base 16 is preferable.

○ 本実施形態では、穴51の内部において第一仮想円31と第二仮想円41を求めることで穴51の内壁面52の傾斜角度θを測定したが、これを以下の方法に変更してもよい。すなわち、穴51の内部の2箇所において本実施形態と同様の方法で第一測定位置30での距離(L)Lと第二測定位置40での距離(L)Lを算出した後、下記式(13)により傾斜角度θを求める。 In the present embodiment, the inclination angle θ of the inner wall surface 52 of the hole 51 is measured by obtaining the first virtual circle 31 and the second virtual circle 41 inside the hole 51, but this is changed to the following method. Also good. That is, after calculating the distance (L) L 2 inside the distance in the first measurement position 30 in the same manner as the embodiment in two places (L) L 1 and the second measurement position 40 of the hole 51, The inclination angle θ i is obtained by the following equation (13).

Figure 2008157635
Figure 2008157635

この式(13)により傾斜角度θをそれぞれ求め、その平均値を内壁面の傾斜角度θの測定値とする。
○ 本実施形態では、光ファイバー21よりも基体16の先端側に位置する箇所に受光素子25を配設したが、同受光素子25の配設箇所はこれに限定されるものではない。すなわち、光ファイバー21よりも基体16の基端側に位置する箇所に受光素子25を配設してもよい。このような構成とした場合においても、穴51の内壁面52で反射した散乱光のうち任意の光が受光素子25上に結像されることから、穴51の内部形状に関する所望の測定が可能となる。
The inclination angle θ i is obtained by this equation (13), and the average value is used as the measured value of the inclination angle θ of the inner wall surface.
In the present embodiment, the light receiving element 25 is disposed at a position that is located closer to the distal end side of the base body 16 than the optical fiber 21, but the position where the light receiving element 25 is disposed is not limited thereto. In other words, the light receiving element 25 may be disposed at a location located on the base end side of the base body 16 with respect to the optical fiber 21. Even in such a configuration, any light out of the scattered light reflected by the inner wall surface 52 of the hole 51 is imaged on the light receiving element 25, so that a desired measurement regarding the internal shape of the hole 51 is possible. It becomes.

○ 本実施形態では、第一仮想円31を同定した後にプローブ15を穴51の深さ方向Fの底部側に移動させて第二仮想円41を同定したが、これとは逆方向(穴の開口部側)へプローブ15を移動させて上記第二仮想円41を同定する方法を採用してもよい。   In this embodiment, after identifying the first virtual circle 31, the probe 15 is moved to the bottom side in the depth direction F of the hole 51 to identify the second virtual circle 41. A method of identifying the second virtual circle 41 by moving the probe 15 to the opening side) may be employed.

○ 本実施形態では、第一仮想円31を同定し、続いて第二仮想円41を同定することにより穴の傾きを求めるという流れである。これに限られず、第一測定位置30における穴51の内壁面52の座標を所定数測定し、続いて第二測定位置40における穴51の内壁面52の座標を所定数測定し、その後に第一仮想円31の同定及び第二仮想円41を同定して穴51の傾きを求めるという工程を採用してもよい。   In this embodiment, the first virtual circle 31 is identified, and then the second virtual circle 41 is identified to determine the inclination of the hole. Without being limited thereto, a predetermined number of coordinates of the inner wall surface 52 of the hole 51 at the first measurement position 30 are measured, and then a predetermined number of coordinates of the inner wall surface 52 of the hole 51 at the second measurement position 40 are measured. You may employ | adopt the process of identifying the 1 virtual circle 31 and the 2nd virtual circle 41, and calculating | requiring the inclination of the hole 51. FIG.

次に、本発明の光学式測定装置について、既に示した実施形態(第1の実施形態)とは別の実施形態(第2の実施形態)を示す。この実施形態では第1の実施形態と比して集光レンズ124を傾斜させて配置した点に特徴があり、第1の実施形態と同様の構成については説明を省略し、また、説明を行う場合であっても第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を用いる。   Next, an embodiment (second embodiment) of the optical measurement apparatus of the present invention, which is different from the embodiment (first embodiment) already shown, will be described. This embodiment is characterized in that the condensing lens 124 is inclined and arranged as compared with the first embodiment, and the description of the same configuration as the first embodiment is omitted and will be described. Even in this case, the same reference numerals are used for the same configurations as those in the first embodiment.

図11に示すように、プローブ15の基体16を構成する基体本体117の先端には底部は形成されておらず開口されている一方、基体先端部118の底部118aは外周部118bに対して中央部118cが基体本体117側に突き出た断面凸状に形成されている。外周部118bと中央部118cとの間は傾斜部118dが形成されており、外周部118bと中央部118cとの間にまたがるように底部118aを貫通する円孔が形成されている。この円孔の内側周囲には図示しない保持枠が形成されており、この保持枠内に集光レンズ124が固定されている。   As shown in FIG. 11, the bottom of the base body 117 constituting the base 16 of the probe 15 is not formed at the bottom but is opened, while the bottom 118a of the base top 118 is centered with respect to the outer periphery 118b. The portion 118c is formed in a convex cross section projecting toward the base body 117 side. An inclined portion 118d is formed between the outer peripheral portion 118b and the central portion 118c, and a circular hole penetrating the bottom portion 118a is formed so as to straddle between the outer peripheral portion 118b and the central portion 118c. A holding frame (not shown) is formed around the inner side of the circular hole, and the condenser lens 124 is fixed in the holding frame.

図12にて集光レンズ124の位置関係を詳細に示す。集光レンズ124の光学的な中心点124aは仮想線kを基体16の軸線hに沿って基体16の先端側に距離aだけ平行移動させた仮想線l上に位置している。一方、集光レンズ124は、その光軸が受光面26の原点26aと集光レンズ124の中心点124aとを結ぶ線qと一致するように配置されている。なお、この実施形態でも測定ユニットを3組備えており、他の測定ユニットを構成する集光レンズも各測定ユニット内にて同様に傾斜して配置されていることは第1の実施形態と同様である。また、この第2の実施形態に係る光学式測定装置10を用いた穴内部の測定方法は第1の実施形態と同じであるため説明を省略する。この第2の実施形態の光学式測定装置10によれば、第1の実施形態に加えて以下のような効果を得ることができる。   FIG. 12 shows the positional relationship of the condenser lens 124 in detail. The optical center point 124a of the condensing lens 124 is located on an imaginary line 1 obtained by translating the imaginary line k along the axis h of the substrate 16 to the tip side of the substrate 16 by a distance a. On the other hand, the condensing lens 124 is disposed such that its optical axis coincides with a line q connecting the origin 26 a of the light receiving surface 26 and the center point 124 a of the condensing lens 124. In this embodiment as well, three sets of measurement units are provided, and the condensing lenses constituting the other measurement units are similarly inclined and arranged in each measurement unit, as in the first embodiment. It is. Moreover, since the measuring method of the inside of a hole using the optical measuring device 10 which concerns on this 2nd Embodiment is the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted. According to the optical measurement device 10 of the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the first embodiment.

すなわち、第1の実施形態においては集光レンズ24の光軸はプローブの軸線hと平行であり、穴51の内壁面52の反射位置52aにて反射して集光レンズ24を通過する反射光βは穴51の反射位置52aと集光レンズ24の中心点24aとを結ぶことから、この反射光βと集光レンズ24の光軸との間には必ずある程度の角度差が存在する。このような角度差がある場合、受光面26上に形成される結像点の形状は楕円形状、さらに詳しくいえば尾を引いた彗星のような形状となる。この現象をコマ収差現象といい、集光レンズ24に対する反射光βの角度差が大きくなるにしたがって顕著となり、尾が長くなる。受光素子である二次元PSD25は受光面26上の結像点の重心を求めるものであるため、上記現象による結像点26bの形状の変形に伴い、受光素子25によって求められる重心位置がずれてしまい検出誤差が生ずる可能性もある。   That is, in the first embodiment, the optical axis of the condensing lens 24 is parallel to the probe axis h, and the reflected light that is reflected by the reflection position 52 a of the inner wall surface 52 of the hole 51 and passes through the condensing lens 24. Since β connects the reflection position 52 a of the hole 51 and the center point 24 a of the condenser lens 24, there is always a certain angle difference between the reflected light β and the optical axis of the condenser lens 24. When there is such an angle difference, the shape of the image forming point formed on the light receiving surface 26 is an elliptical shape, more specifically, a shape like a comet with a tail. This phenomenon is referred to as a coma aberration phenomenon, and becomes more noticeable as the angle difference of the reflected light β with respect to the condenser lens 24 increases, and the tail becomes longer. The two-dimensional PSD 25, which is a light receiving element, obtains the center of gravity of the image forming point on the light receiving surface 26. Therefore, the position of the center of gravity determined by the light receiving element 25 is shifted with the deformation of the shape of the image forming point 26b due to the above phenomenon. There is also a possibility that a detection error occurs.

これに対して、第2の実施形態のように予め集光レンズ124の光軸を反射光βに対応して傾斜させて配置させることにより、上記コマ収差現象による受光素子25による検出誤差を減少させることができる。この場合、反射光βと集光レンズ124の光軸との角度差をなくすることは困難であるため、受光面26上において反射光βを受光可能な範囲(図6参照)の中間位置である原点26aに集光レンズ124の光軸を合わせることにより、極端な検出誤差の発生を抑制することができる。   On the other hand, the detection error by the light receiving element 25 due to the coma aberration phenomenon is reduced by arranging the optical axis of the condenser lens 124 so as to be inclined corresponding to the reflected light β in advance as in the second embodiment. Can be made. In this case, since it is difficult to eliminate the angle difference between the reflected light β and the optical axis of the condensing lens 124, the reflected light β can be received on the light receiving surface 26 at an intermediate position within the range where the reflected light β can be received (see FIG. 6). By aligning the optical axis of the condenser lens 124 with a certain origin 26a, it is possible to suppress the occurrence of an extreme detection error.

また、集光レンズ124の光軸を傾斜させて配置する場合の角度は上記実施形態に示すものには限られず、少なくとも集光レンズ124の光軸がプローブ15の先端方向に向かってプローブ15の軸線h側に傾斜していればよい。具体的な角度は受光素子25の検出有効範囲や想定する穴の径等に応じて設定することができる。   Further, the angle when the optical axis of the condenser lens 124 is inclined is not limited to that shown in the above embodiment, and at least the optical axis of the condenser lens 124 is directed toward the tip of the probe 15. What is necessary is just to incline to the axis line h side. The specific angle can be set according to the effective detection range of the light receiving element 25, the diameter of the assumed hole, and the like.

上記した実施形態から把握することのできる技術的思想を下に示す。
(1)プローブには、透過部を透過した任意の散乱光を集光させて受光素子に受光させるための集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学式測定装置。
(2)前記集光レンズは、その光軸がプローブの先端方向に向かってプローブの軸線側に傾斜して配置されていることを特徴とする技術的思想1に記載の光学式測定装置。
The technical idea that can be grasped from the above-described embodiment is shown below.
(1) The optical system according to claim 1 or 2, wherein the probe is provided with a condensing lens for condensing arbitrary scattered light transmitted through the transmission part and causing the light receiving element to receive the light. Type measuring device.
(2) The optical measuring device according to the technical idea 1, wherein the condensing lens is disposed such that an optical axis thereof is inclined toward the probe axis toward the tip of the probe.

本実施形態(第1の実施形態)の光学式測定装置を示す概略図。Schematic which shows the optical measuring device of this embodiment (1st Embodiment). 同光学式測定装置を示す部分拡大概略図。The partial expansion schematic which shows the same optical measuring device. 本実施形態のプローブの内部の断面図。Sectional drawing inside the probe of this embodiment. 図3のA−A線端面図。FIG. 4 is an end view taken along line AA in FIG. 3. 図3のB−B線端面図。FIG. 4 is an end view taken along line BB in FIG. 3. 受光面上の結像点の軌跡を示す模式図。The schematic diagram which shows the locus | trajectory of the image formation point on a light-receiving surface. 穴内部の測定方法を示す概略図。Schematic which shows the measuring method inside a hole. 穴内部の測定方法を示すフロー図。The flowchart which shows the measuring method inside a hole. 穴内部の測定方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the measuring method inside a hole. 穴内部の測定方法を示す説明模式図。The explanatory schematic diagram which shows the measuring method of the inside of a hole. 第2の実施形態のプローブの内部の断面図。Sectional drawing inside the probe of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の集光レンズの光軸を示す説明図。Explanatory drawing which shows the optical axis of the condensing lens of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

α…基本光、θ,θ…傾斜角度、F…深さ方向、h…軸線、10…光学式測定装置、15…プローブ、20(20a,20b,20c)…測定ユニット、21…光ファイバー、23…透過部としての反射光導入孔、24、124…集光レンズ、25…受光素子(二次元PSD)、26…受光面、30…第一測定位置、31…第一仮想円、40…第二測定位置、41…第二仮想円、50…被測定物、51…穴、52…内壁面、52a…反射位置。 α: basic light, θ, θ i ... inclination angle, F: depth direction, h: axis, 10 ... optical measuring device, 15 ... probe, 20 (20a, 20b, 20c) ... measuring unit, 21 ... optical fiber, DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Reflected light introduction hole as a transmission part, 24, 124 ... Condensing lens, 25 ... Light receiving element (two-dimensional PSD), 26 ... Light receiving surface, 30 ... First measurement position, 31 ... First virtual circle, 40 ... Second measurement position, 41 ... second virtual circle, 50 ... measurement object, 51 ... hole, 52 ... inner wall surface, 52a ... reflection position.

Claims (5)

被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、
前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づき仮想円径および中心座標を求めることにより、前記穴の内径を算出する演算手段とを備えてなることを特徴とする光学式測定装置。
An optical measuring device for measuring the inside of a hole provided in a measured object,
A light source for irradiating basic light toward the inner wall surface of the hole of the object to be measured, a transmission part for transmitting arbitrary scattered light reflected by the inner wall surface, and the arbitrary scattering transmitted through the transmission part A non-contact type probe comprising a light receiving element for receiving light;
Calculation means for calculating an inner diameter of the hole by obtaining a virtual circle diameter and a center coordinate based on a light receiving position of the arbitrary scattered light on the light receiving element in a state where the probe is inserted into the hole. An optical measuring device comprising:
被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定装置であって、
前記被測定物の穴の内壁面に向けて基本光を照射する光源と、前記内壁面で反射された任意の散乱光を透過させるための透過部と、当該透過部を透過した前記任意の散乱光を受光する受光素子とを備えてなる非接触式のプローブと、
前記プローブが前記穴の内部に挿入された状態で、当該穴の深さ方向に沿う少なくとも2箇所において前記受光素子上における前記任意の散乱光の受光位置に基づきそれぞれ仮想円径および中心座標を求めることで、前記穴の傾斜角度を算出する演算手段とを備えてなることを特徴とする光学式測定装置。
An optical measuring device for measuring the inside of a hole provided in a measured object,
A light source for irradiating basic light toward the inner wall surface of the hole of the object to be measured, a transmission part for transmitting arbitrary scattered light reflected by the inner wall surface, and the arbitrary scattering transmitted through the transmission part A non-contact type probe comprising a light receiving element for receiving light;
In a state where the probe is inserted into the hole, the virtual circle diameter and the center coordinate are obtained based on the light receiving position of the arbitrary scattered light on the light receiving element in at least two places along the depth direction of the hole. Thus, the optical measuring device is provided with a calculating means for calculating the inclination angle of the hole.
請求項1又は請求項2に記載の光学式測定装置であって、
前記光源は、前記プローブの軸線上に中心を有する同一円周上において複数設けられてなることを特徴とする光学式測定装置。
The optical measuring device according to claim 1 or 2,
An optical measurement apparatus, wherein a plurality of the light sources are provided on the same circumference having a center on the axis of the probe.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学式測定装置であって、
前記受光素子は二次元位置検出素子であり、該二次元位置検出素子の受光面は前記プローブの軸線と直交する平面上に配置されていることを特徴とする光学式測定装置。
It is an optical measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The optical measurement apparatus, wherein the light receiving element is a two-dimensional position detecting element, and a light receiving surface of the two-dimensional position detecting element is disposed on a plane orthogonal to the axis of the probe.
被測定物に設けられた穴の内部を測定する光学式測定方法であって、
前記被測定物の穴の内壁面の少なくとも異なる3箇所に向けて基本光を照射して各箇所の座標を特定する工程と、
前記工程で求めた内壁面の少なくとも異なる3箇所の座標に基づいて仮想円を求めることにより、前記穴の内径を算出する工程からなることを特徴とする光学式測定方法。
An optical measurement method for measuring the inside of a hole provided in an object to be measured,
Irradiating basic light toward at least three different locations on the inner wall surface of the hole of the object to be measured, and specifying the coordinates of each location;
An optical measurement method comprising a step of calculating an inner diameter of the hole by obtaining a virtual circle based on at least three different coordinates of the inner wall surface obtained in the step.
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