JP2014153152A - 内形計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内形計測装置で利用するコーンミラーの熱変形を軽減する。
【解決手段】発光手段１１と、当該発光手段１１が発光した光ビームＬ１を放射状に照射する拡散手段１２とを有するビーム発生部１０と、発光手段１１と拡散手段１２との間に設けられ、発光手段１１が発光する光ビームＬ１の光軸上に貫通孔２１ａを有する支持板２１と、当該支持板２１上に回動可能に支持されて回動により貫通孔２１ａを閉状態にして光ビームＬ１を遮断し、貫通孔２１ａを開状態にして光ビームＬ１を貫通孔２１ａを通過させる開閉板２２とを有するシャッター機構２０と、ビーム発生部１０が放射状に発生した光ビームＬ２が、被計測物１００の空間内面に照射されてできる光跡を撮像する撮像部３０と、撮像部３０が撮像した画像を利用して被計測物１００の内形を求める演算部４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は内部に空間を有する被計測物の内形を計測する内形計測装置に関する。

内部に空間を有する被計測物の空間の内部に光（リングビーム）を照射し、照射された光の像を利用して空間の形状を非接触で計測する内形計測装置がある（例えば、特許文献１又は２参照）。

例えば、非接触の内形計測装置では、レーザ発信器及びコーンミラーを被計測物の空間内部に挿入し、レーザ発信器から発光される直線形状のレーザ光を円錐形状のコーンミラーの先端に照射してリング状のビーム（リングビーム）を被計測物の内壁に照射し、内壁に照射されたリングビームの形状を撮像する。また、内形計測装置は、レーザ発信器及びコーンミラーの位置を変えてリングビームを照射する位置を移動させながら複数回リングビームの形状の撮像を繰り返し、撮像した複数の画像データを使用して、被計測物の内形を計測することができる（例えば、特許文献３参照）。

ここで、コーンミラーは、レーザ光が長時間照射されると、レーザ光の熱により変形することがある。一方、レーザ発信器が発光するレーザ光を安定させるためには、ある程度のウォームアップ時間が必要になるため、レーザ発信器による発光開始の直後から計測を開始することはできない。また、リングビームを照射する位置を移動させながらリングビームの撮像が行われるため、計測開始から計測終了までにはある程度の時間が必要になる。したがって、コーンミラーにレーザ光が照射される時間を短縮することは困難であった。

コーンミラーにレーザ光が照射される時間を短縮するため、撮像のタイミング以外にレーザ光を装置外へ照射する案もあるが、レーザ光を装置外へ照射することは、安全上の問題から好ましくない。

このように、コーンミラーにレーザ光を照射させて被計測物の内形を計測する内形計測装置では、レーザ光が長時間照射されることにより、コーンミラーが熱変形し易く、コーンミラーの寿命が短い問題があった。

特開平１０−１９７２１５号公報 特開２００８−２１５８２１号公報 特開２００７−２８５８９１号公報

上記課題に鑑み、本発明は、コーンミラーの熱変形を軽減することのできる内形計測装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内部に空間を有する被計測物の空間の内形を計測する内形計測装置であって、発光手段と、当該発光手段が発光した光ビームを放射状に照射する拡散手段とを有するビーム発生部と、発光手段と拡散手段との間に設けられ、発光手段が発光する光ビームの光軸上に貫通孔を有する支持板と、当該支持板上に回動可能に支持されて回動により貫通孔を閉状態にして光ビームを遮断し、貫通孔を開状態にして光ビームを貫通孔を通過させる開閉板とを有するシャッター機構と、ビーム発生部が放射状に発生した光ビームが、被計測物の空間内面に照射されてできる光跡を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した画像を利用して被計測物の内形を求める演算部とを備える。

また、請求項２の発明は、開閉板の開閉を制御するモータまたは手動で開閉板を開閉する際に把持される把持部の少なくともいずれかを有する。

また、請求項３の発明は、開閉板の開閉状態を検出する検出手段を有する。

本発明によれば、内形計測装置で利用するコーンミラーの熱変形を軽減することができる。

実施形態に係る内形計測装置の断面図である。 図１の内形計測装置が有するシャッター機構の側面図及び斜視図である。 図２のシャッター機構のシャッター板の開閉について説明する概略図である。 図２のシャッター機構のシャッター棒を利用したシャッター板の開閉について説明する概略図である。

以下に、図面を用いて本発明に係る内形計測装置について説明する。

〈内形計測装置〉
本発明に係る内形計測装置は、内部に空間を有する被計測物の内形を計測する装置である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る内形計測装置１は、被計測物１００の空間へ挿入されて光ビームを放射状に発生するビーム発生部１０と、光ビームの発生の切り替えに利用するシャッター機構２０と、ビーム発生部１０が放射状に発生した光ビームが、被計測物１００の空間内面に照射されてできる光跡を撮像する撮像部３０と、撮像部３０が撮像した画像を利用して被計測物１００の内形を求める演算部４０とを備えている。なお、ここでは、ビーム発生部１０から被計測物１００の空間内面に照射されるこどで空間内面で光の点が連なって形成された形状を光跡という。

ビーム発生部１０は、図１に示すように、直線状のレーザ光Ｌ１を発光するレーザ発信器１１と、レーザ発信器１１が発光したレーザ光Ｌ１を放射状に形成するコーンミラー１２とを有する。レーザ発信器１１及びコーンミラー１２は、レーザ光Ｌ１の光軸にコーンミラー１２の円錐軸が一致するように調整して支持手段（図示せず）によって支持されている。したがって、コーンミラー１２の円錐軸に照射されたレーザ光Ｌ１は、放射状のリングビームＬ２に形成される。

撮像部３０は、ビーム発生部１０が発生した放射状のリングビームＬ２の中心軸と撮像面とが略垂直になるように設置されている。撮像部３０は、ビーム発生部１０が発生する放射状のリングビームＬ２が被計測物１００の内面に照射されてできる光跡を撮像する。図１中の点Ｘ３１及びＸ３２は、リングビームＬ３が被計測物１００の空間内面に照射されてできる光跡の一部の点である。被計測物１００が例えば管等の円筒形状を持つものであれば、撮像部３０は、円形状の光跡を撮像することになる。

なお、撮像部３０は特に限定されないが、例えば、ＣＣＤ（固体撮像素子）を撮像センサとして持つＣＣＤカメラで実現されるものとする。また、図１では、撮像部３０は、コーンミラー１２よりもレーザ発信器１１に近い位置に配置されているが、リングビームＬ２の光跡を撮像可能であれば、レーザ発信器１１よりもコーンミラー１２に近い位置に配置されていてもよい。

演算部４０は、入力するデータを演算処理可能なコンピュータであって、撮像部３０と接続されている。この演算部４０は、撮像部３０で撮像された画像のデータを入力し、画像データから光跡を抽出して被計測物１００の内形を求める。例えば、演算部４０は、内面形状として、被測定物１００が有する内部空間の内径を求めることができる。なお、演算部４０における内径の演算については、一般的な内径計測装置と同一の方法を採用している。

〈シャッター機構〉
シャッター機構２０は、ビーム発生部１０のビームの発生を切り替える手段であって、図１に示すように、レーザ発信器１１とコーンミラー１２との間に設けられている。図２（ａ）の側面図及び図２（ｂ）の斜視図と、図３の正面図に示すように、シャッター機構２０は、貫通孔２１ａを有する支持板２１と、回動中心２３を支点として回動し、支持板２１の貫通孔２１ａを開閉する開閉板２２を有している。

例えば、このシャッター機構２０は、図２に示すようにレーザホルダ２４を有し、レーザホルダ２４を介してレーザ発信器１１と接続されている。

支持板２１は、図３に示すように、円盤の中心に円形の貫通孔２１ａが形成される板状部材であって、レーザ光Ｌ１の光軸上に貫通孔２１ａが位置するように配置される。図３に示す例では、支持板２１の外周には紙面方向に凸部２１ｂが形成されている。この凸部２１ｂは、シャッター部材である開閉板２２の紙面に対して平行な回動を制限するストッパとなっている。なお、図３に示す例では、凸部２１ｂは支持板２１の外縁部の全周に形成される形状であるが、その形状は限定されず、凸部２１ｂは開閉板２２の回動を制限し、貫通孔２１ａの開閉を制御することができればよい。

開閉板２２は、回動中心２３を軸として支持板２１に支持されている。この開閉板２２は、図３に示すように、円弧状の第１縁部２２ａと、この第１縁部２２ａと向かい合い、円弧状であって凹部２２ｂが形成される第２縁部２２ｃ，２２ｄとを有する板状部材である。また、開閉板２２は、レーザ発信器１１から発光されたレーザ光Ｌ１を遮断する性質を有する材質で形成されている。

凹部２２ｂは、第１縁部２２ａに向けて形成され、第２縁部２２ｃ，２２ｄと連続している。この凹部２２ｂは、シャッター機構２０が開状態では、図３（ａ）に示すように、第１縁部２２ａが凸部２１ｂと接し、貫通孔２１ａが開となる。また、凹部２２ｂは、シャッター機構２０が閉状態では、図３（ｂ）に示すように、第２縁部２２ｃ，２２ｄが凸部２１ｂと接し、貫通孔２１ａが閉となるように形成されている。したがって、シャッター機構２０が開状態では、レーザ発信器１１から発光されるレーザ光Ｌ１は、シャッター機構２０を通過することができるが、閉状態では、レーザ発信器１１から発光されるレーザ光Ｌ１は、シャッター機構２０を通過することができなくなる。

図３に示す例では、開閉板２２は、シャッター機構２０が開状態の場合に貫通孔２１ａの略全てを開放し、閉状態の場合に貫通孔２１ａの略全てを遮蔽しているが、これに限られない。すなわち、凹部２２ｂは、開状態の場合にレーザ光Ｌ１が貫通孔２１ａを通過可能であって、閉状態の場合にレーザ光Ｌ１が貫通孔２１ａで遮断されるように形成されていればよい。したがって、開状態の場合には少なくともレーザ光Ｌ１の光軸を含む貫通孔２１ａの一部のみが開放され、閉状態の場合には少なくともレーザ光Ｌ１の光軸を含む貫通孔２１ａの一部のみが開閉板２２で覆われてその他の部分は開放されていてもよい。

シャッター機構２０は、例えば、図２に示すように、開閉板２２の開閉を駆動するモータ２５を有している。モータ２５は、回動中心２３を支点として開閉板２２を回動して貫通孔２１ａを開閉することができる。

シャッター機構２０は、モータ２５の制御による開閉板２２の貫通孔２１ａの開閉状態を検出するための検出器２６ａと反射体２６ｂとを有している。検出器２６ａは、図２に示すように、レーザホルダ２４に設置されており、発光手段及び受光手段（図示せず）を備えている。また、反射体２６ｂは、図３に示すように、検出器２６ａで発光される光を反射する金属等で形成されており、例えば、開閉板２２が開状態の場合に検出器２６ａと対向する位置に設置されている。したがって、シャッター機構２０では、検出器２６ａが発光する光を受光できたときに開閉板２２が開状態であって、発光する光を受光できないときに開閉板２２が閉状態であると判定し、内形計測装置１は、シャッター機構２０を閉の状態にレーザ発信器１１をウォームアップするとともに、ビーム発生部１０を移動させ、シャッター機構２０を開の状態にして撮像する。

なお、検出器２６ａと反射体２６ｂの位置が異なることにより、開閉板２２が閉状態の場合に検出器２６ａと反射体２６ｂとが対向するように設置されてもよい。この場合、シャッター機構２０では、検出器２６ａが発光する光を受光できたときに開閉板２２が閉状態であって、発光する光を受光できないときに開閉板２２が開状態であると判定する。

また、シャッター機構２０では、開閉板２２に、開閉板２２の開閉を手動で操作する把持部２７が設置されている。したがって、モータ２５を使用しない場合であっても、図４に示すように、この把持部２７をつまみとして手動で開閉板２２を開閉することができる。具体的には、図４（ａ）では開状態を示しており、図４（ｂ）では閉状態を示している。例えば、図４に示すような把持部２７を利用する場合には、レーザホルダ２４は、把持部２７が移動可能な開口部２４ａが形成されている必要がある。

上述したように、本願発明に係る内形計測装置１では、シャッター機構２０を利用して、レーザ発信器１１から発光されるレーザ光Ｌ１のコーンミラー１２への進行及びリングビームＬ２の発生を切り替えることができる。これにより、レーザ発信器１１のウォームアップのタイミングやビーム発生部１０を移動するタイミングには、シャッター機構２０を利用して、レーザ光Ｌ１がコーンミラー１２へ照射されるのを容易に遮断することができる。したがって、コーンミラー１２にレーザ光Ｌ１が照射させる時間を短縮し、コーンミラー１２の熱変形を軽減することができる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。

１…内形計測装置
１０…ビーム発生部
１１…レーザ発信器（発光手段）
１２…コーンミラー（拡散手段）
２０…シャッター機構
２１…支持板
２１ａ…貫通孔
２１ｂ…凸部
２２…開閉板
２３…回動中心
２４…レーザホルダ
２５…モータ
２６ａ…検出器
２６ｂ…反射体
２７…把持部
３０…撮像部
４０…演算部
Ｌ１…レーザ光
Ｌ２…光ビーム
１００…被計測物

Claims (3)

1. 内部に空間を有する被計測物の空間の内形を計測する内形計測装置であって、
   発光手段と、当該発光手段が発光した光ビームを放射状に照射する拡散手段とを有するビーム発生部と、
   前記発光手段と前記拡散手段との間に設けられ、前記発光手段が発光する光ビームの光軸上に貫通孔を有する支持板と、当該支持板上に回動可能に支持されて回動により前記貫通孔を閉状態にして光ビームを遮断し、前記貫通孔を開状態にして光ビームを前記貫通孔を通過させる開閉板とを有するシャッター機構と、
   前記ビーム発生部が放射状に発生した光ビームが、被計測物の空間内面に照射されてできる光跡を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が撮像した画像を利用して被計測物の内形を求める演算部と、
   を備えることを特徴とする内形計測装置。
2. 前記シャッター機構は、開閉板の開閉を制御するモータまたは手動で開閉板を開閉する際に把持される把持部の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項１記載の内形計測装置。
3. 前記シャッター機構は、前記開閉板の開閉状態を検出する検出手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の内形計測装置。

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