JP6232550B2 - Optical inner surface measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、被検対象物の内周面または深穴内径に、プローブを進入させ内面または深穴底面に光線を放射し、反射光を立体的に取り込んで観察、及び寸法及び幾何学精度を測定するための光学式内面測定装置に関するものである。   The present invention allows the probe to enter the inner peripheral surface or deep hole inner diameter of the object to be inspected, emit light rays to the inner surface or deep hole bottom surface, capture the reflected light three-dimensionally, and improve the size and geometric accuracy. The present invention relates to an optical inner surface measuring apparatus for measurement.

例えば自動車用エンジンのシリンダーの加工仕上がり寸法や幾何学精度の良否は自動車の動力性能と燃料消費効率に大きく影響するが、これらの検査は一般には真円度測定機、表面粗さ計、リニヤスケールを用いた測長機等の接触式測定機を用いて検査されていた。しかし近年、被測定物に傷を付けない目的から光学式の非接触式測定機が登場している。   For example, the quality of machining finish and geometric accuracy of cylinders for automobile engines greatly affect the power performance and fuel consumption efficiency of automobiles, but these inspections are generally performed by roundness measuring machines, surface roughness meters, and linear scales. It was inspected using a contact-type measuring machine such as a length measuring machine. However, in recent years, optical non-contact measuring machines have been introduced for the purpose of not scratching the object to be measured.

非接触で被測定物内面の傷の有無を観察する手段として、画像診断技術(光イメージング技術)は、装置機械、医療などの現場において広く利用されている技術であり、例えば、精密機器などの製造現場において、深穴の奥部の検査や画像診断の手法として、一般的な内視鏡によるカメラ観察に加えて、光線を照射し反射光を光センサで捉え、光沢むらの状態をコンピュータで判断して自動検査する方法が採用されている。   As a means of observing the presence or absence of scratches on the inner surface of the object to be measured without contact, image diagnostic technology (optical imaging technology) is a technology widely used in the field of equipment machinery, medical care, etc. At the manufacturing site, as a method of inspecting the deep part of the deep hole and diagnostic imaging, in addition to observing the camera with a general endoscope, it irradiates light and captures the reflected light with an optical sensor, and the state of uneven glossiness is detected with a computer. A method of judging and automatically inspecting is adopted.

一方、医療の分野では人体内部の患部の観察に断層画像が観察可能なX線CT、核磁気共鳴、光の干渉性を利用した内視鏡によるOCT画像(光干渉断層撮影)などの方式が研究されると共に活用されている。   On the other hand, in the medical field, there are methods such as X-ray CT, nuclear magnetic resonance, and OCT image (optical coherence tomography) using an endoscope that can observe a tomographic image for observing an affected part inside a human body. Researched and utilized.

医療の分野で光源として使用する近赤外線光は被測定物の深穴内周面の材質が金属系の場合は反射し、金属内面に樹脂皮膜層がある場合は近赤外光はその樹脂を半透過するため、内周面の三次元形状観察と同時に、皮膜樹脂の厚さ精度の測定や、樹脂面のピンホールの観察を同時に行うことができる。   Near-infrared light used as a light source in the medical field reflects when the material of the inner peripheral surface of the deep hole of the object to be measured is metallic, and when there is a resin film layer on the inner surface of the metal, near-infrared light halves the resin. Since it penetrates, it is possible to simultaneously measure the thickness accuracy of the coating resin and observe the pinholes on the resin surface simultaneously with the three-dimensional shape observation of the inner peripheral surface.

機械装置や機械部品の内周面に光線を照射して内周面の観察または測定を行う技術を適用した観察装置の代表的な構造は、例えば、特許文献1から3に示す通りである。   A typical structure of an observation apparatus to which a technique for observing or measuring the inner peripheral surface by irradiating light to the inner peripheral surface of a mechanical device or machine part is as shown in Patent Documents 1 to 3, for example.

特許文献1に示す光学式内視鏡プローブでは、該文献中図1に示されるモータシャフト(5)の一端に反射膜(14)を設け、光線を全周方向に回転放射している。しかし、この構成ではモータ(1)の電線または配線基板(22)、(23)が回転放射する光線を遮るため、360度全周の放射が行えず、画像データが取り込めない部分が生じていた。   In the optical endoscope probe shown in Patent Document 1, a reflection film (14) is provided at one end of a motor shaft (5) shown in FIG. 1 in the document, and light is rotated and emitted in the entire circumferential direction. However, in this configuration, the electric wire of the motor (1) or the wiring board (22), (23) blocks the light emitted from the rotation, so that it is not possible to radiate 360 degrees all around, and there is a portion where image data cannot be captured. .

また、特許文献2に示す内径形状計測センサでは、該文献中第1図に示すように、フレキチューブ(29)の先端側に設けられた中空モータ(26)が反射ミラー(20)を回転させ光線を放射している。また第4図に示される4枚の歪ゲージ(5)が被測定物の内径のXY方向の長さ寸法(直径)を測定し、光学的測定値の曖昧さを補正し、内周面の形状寸法を正しく画面表示している。
しかし、一般に被測定物の内径形状幾何学精度は0.05μm(ミクロン)程度の高精度が要求されるが、この構成では中空モータ(26)が高速回転すると、回転軸に振れ(Run Out)または非再現振れ(Non Repeatable Run Out)が内径形状計測センサに要求される精度以上に多く生じるため、採集された被測定物の内周面の断面形状データに歪みやノイズが乗ってしまい、真の測定値が得られない。
In the inner diameter shape measuring sensor shown in Patent Document 2, a hollow motor (26) provided on the distal end side of the flexible tube (29) rotates the reflecting mirror (20) as shown in FIG. Emitting light rays. Also, the four strain gauges (5) shown in FIG. 4 measure the length (diameter) of the inner diameter of the object to be measured in the XY direction, correct the ambiguity of the optical measurement value, and The shape dimensions are displayed correctly on the screen.
In general, however, the inner diameter geometric accuracy of the object to be measured is required to be as high as 0.05 μm (micron). With this configuration, when the hollow motor (26) rotates at a high speed, the shaft runs out (Run Out). Alternatively, non-repeatable run-out occurs more than the accuracy required for the inner diameter shape measurement sensor, so distortion and noise are added to the cross-sectional shape data of the collected inner surface of the object to be measured. The measured value cannot be obtained.

また、特許文献3に記載される管内形状検査装置では、管内に光ビームを螺旋状に走査し、非接触で管の内径寸法と、該文献中図10に示されるように三次元の形状データを取り込んで表示している。
しかし、該文献には光ビームを回転放射する機構は示されておらず、放射ビームの回転モータが高速回転すると回転軸に振れまたは非再現振れが生じて採集された被測定物の内周面の断面形状データにノイズが乗っていたり、またはデータに歪みが生じて真の測定値が得られなかった。
Moreover, in the in-pipe shape inspection apparatus described in Patent Document 3, a light beam is scanned in a spiral shape in the pipe, and the inner diameter dimension of the pipe is contactless and the three-dimensional shape data as shown in FIG. Is captured and displayed.
However, this document does not show a mechanism for rotating and radiating a light beam, and when the rotating motor of the radiation beam rotates at a high speed, the inner peripheral surface of the object to be collected that is caused by vibration or non-reproducible vibration on the rotation shaft. There was noise on the cross-sectional shape data, or the data was distorted, and a true measurement value could not be obtained.

特許第4461216号公報Japanese Patent No. 4461216 実開平4−55504号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-55504 特開平5−180627号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-180627

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、次に示す点にある。すなわち、被測定物の内周面または深穴内径、または長くて屈曲するパイプの内周に、測定用プローブを進入させ内面または深穴底面に光線を回転放射し、反射させた光線を立体的に収集してコンピュータ処理し三次元画像データを観察、及び寸法測定及び幾何学精度を測定する。そして更に、内周面に回転放射する回転軸または回転部の振れまたは非再現振れが引き起こしている画像データの歪みや振動ノイズを元データから除去することで、正しく精密な内径及び内周面の精度測定を可能にした光学式内面測定装置を提供することである。   This invention is made | formed in view of the said conventional situation, The place made into the subject exists in the point shown next. That is, the measurement probe is inserted into the inner peripheral surface of the object to be measured, the inner diameter of the deep hole, or the inner periphery of the long and bent pipe, and the light beam is radiated to the inner surface or the bottom surface of the deep hole, and the reflected light beam is stereoscopically Collected and computer processed to observe 3D image data, and to measure dimensions and geometric accuracy. Furthermore, by removing the distortion and vibration noise of the image data caused by the shake or non-reproducible shake of the rotating shaft or rotating part radiating to the inner peripheral surface from the original data, the correct and accurate inner diameter and inner peripheral surface can be obtained. It is an object to provide an optical inner surface measuring apparatus that enables accuracy measurement.

上記課題を解決するための一手段は、干渉光学法(光干渉法、分光干渉法等)を用いて被検対象物の観察および寸法精度を測定する光学式内面測定装置において、チューブに内蔵された光ファイバーと、この光ファイバーの先端側に配置された少なくとも1つの光路変換手段と、光ファイバーと光路変換手段との一方又は両方を回転駆動させるモータと、
モータの回転軸部の振れ量を測定する変位検出手段とを備える構成としている。この構成により、被検査物から、光ファイバーを経て導き入れた反射光をコンピュータで計算して得た被検対象物の内周面の形状データを、振れ検出手段の変位量データで補正する。
One means for solving the above problems is an optical inner surface measuring apparatus that measures the dimensional accuracy of an object to be inspected using an interference optical method (optical interference method, spectral interference method, etc.). An optical fiber, at least one optical path conversion means disposed on the tip side of the optical fiber, a motor that rotationally drives one or both of the optical fiber and the optical path conversion means,
Displacement detecting means for measuring the shake amount of the rotating shaft portion of the motor is provided. With this configuration, the shape data of the inner peripheral surface of the test object obtained by calculating the reflected light introduced from the test object through the optical fiber is corrected by the displacement amount data of the shake detecting means.

本発明によれば、光線を回転放射するモータの回転軸の振れまたは非再現振れが、収集した元画像データに与えた、画像の歪みや振動を除去して、正しく精密な内周面の三次元観察と、内径及び内周面の高精度での測定が可能である。   According to the present invention, the shake or non-reproduced shake of the rotating shaft of the motor that radiates and emits light removes the distortion and vibration of the image given to the collected original image data, and the correct and accurate tertiary surface of the inner peripheral surface is obtained. Original observation and measurement with high accuracy of inner diameter and inner peripheral surface are possible.

本発明の第1の実施の形態に係る光学式内面測定装置の図The figure of the optical inner surface measuring device concerning a 1st embodiment of the present invention 同光学式内面測定装置の被測定物の内径形状立体図Three-dimensional diagram of the inner diameter shape of the object to be measured of the optical inner surface measuring apparatus 同光学式内面測定装置の表面粗さ説明図Surface roughness explanatory drawing of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の幾何精度説明図Geometric accuracy explanatory diagram of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置のプローブ部構成図Probe part configuration diagram of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置のプローブ部断面図Cross-sectional view of the probe part of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の走査範囲説明図Explanatory diagram of scanning range of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の表面粗さ補正方法説明図Explanatory drawing of surface roughness correction method of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の真円度補正方法説明図Explanatory drawing of roundness correction method of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の角度ピッチ補正方法説明図Angle pitch correction method explanatory diagram of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の動圧軸受断面図Hydrodynamic bearing cross section of the same optical inner surface measuring device 本発明の第2の実施の形態に係る光学式内面測定装置のプローブ部断面図Sectional view of the probe part of the optical inner surface measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention 同光学式内面測定装置の三次元走査方法説明図3D scanning method explanatory diagram of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の走査角度説明図Explanatory drawing of scanning angle of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の走査角度説明図Explanatory drawing of scanning angle of the optical inner surface measuring device 同光学式内面測定装置の三次元走査範囲説明図3D scanning range explanatory drawing of the optical inner surface measuring device 本発明の第3の実施の形態に係る光学式内面測定装置のプローブ部断面図Sectional view of a probe part of an optical inner surface measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention 同光学式内面測定装置の三次元走査範囲説明図3D scanning range explanatory drawing of the optical inner surface measuring device 本発明の第1の実施の形態に係る光学式内面測定装置の断面図Sectional drawing of the optical inner surface measuring apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention 同光学式内面測定装置の断面図Sectional view of the optical inner surface measuring device

本実施の形態の干渉光学法を用いて被検対象物の観察および測定を行う光学式内面測定装置の第1の特徴は、チューブに内蔵された光ファイバーと、光ファイバーの先端側に配置された少なくとも1つの光路変換手段と、光ファイバーと光路変換手段との一方又は両方を回転駆動させるモータと、モータの回転軸部の振れ量を測定する変位検出手段とを備えることである。
この構成により、振れ検出手段の変位量データを用いて、回転部の振れに伴う測定誤差を補正することができるので、高精度での観察及び測定が可能である。
The first feature of the optical inner surface measuring apparatus for observing and measuring an object to be inspected using the interference optical method of the present embodiment is that an optical fiber built in the tube, and at least a distal end side of the optical fiber are arranged. One optical path changing means, a motor that rotationally drives one or both of the optical fiber and the optical path changing means, and a displacement detecting means that measures the shake amount of the rotating shaft portion of the motor.
With this configuration, the measurement error associated with the shake of the rotating part can be corrected using the displacement amount data of the shake detection means, so that observation and measurement with high accuracy are possible.

第2の特徴としては、モータの回転軸部の振れ量を測定する変位検出手段を、モータの回転軸部の外周面に対向させて、すくなくとも1個の振れ検出センサを配置した。
この構成により、振れ検出センサが、回転軸部の振れ量のデータを収集し、波形データの補正を行えることで、正しく精密な内径及び内周面の精度測定が可能である。
As a second feature, at least one shake detection sensor is arranged such that the displacement detection means for measuring the shake amount of the rotation shaft portion of the motor is opposed to the outer peripheral surface of the rotation shaft portion of the motor.
With this configuration, the shake detection sensor collects the shake amount data of the rotating shaft and corrects the waveform data, thereby enabling accurate and accurate measurement of the inner diameter and inner peripheral surface.

第3の特徴としては、光ファイバーを経て得た被検対象物からの反射光を、コンピュータで計算して得た被検査物の内周面の形状データと変位検出手段の変位量データとを基にして補正することにある。
この構成によれば、回転軸部の振れや振動により生じた画像の歪みや振動を元波形データから除去し、より正しく精密な内径及び内周面の精度測定が可能である。
The third feature is that the reflected light from the object to be inspected obtained through the optical fiber is based on the shape data of the inner peripheral surface of the object to be inspected and the displacement amount data of the displacement detecting means obtained by calculating with a computer. It is to be corrected.
According to this configuration, it is possible to remove image distortion and vibration caused by shake and vibration of the rotating shaft portion from the original waveform data, and to measure the inner diameter and inner peripheral surface more accurately and accurately.

第4の特徴としては、変位検出手段が、チューブの内周の基準形状データと、回転軸の回転中に得られるチューブ内周面の測定データの差異を振れ量として検出することにある。
この構成により、被検査物の内周面の形状データに与えた画像の歪みや振動を収集した波形データから除去し、正しく精密は内径及び内周面の精度測定が可能である。
The fourth feature is that the displacement detection means detects the difference between the reference shape data of the inner periphery of the tube and the measurement data of the tube inner peripheral surface obtained during the rotation of the rotating shaft as a shake amount.
With this configuration, distortion and vibration of the image applied to the shape data of the inner peripheral surface of the object to be inspected can be removed from the collected waveform data, and accurate measurement of the inner diameter and inner peripheral surface can be accurately performed.

第5の特徴としては、モータの回転軸を支える軸受は動圧溝付きの動圧軸受で構成している。
この構成によれば、モータの回転軸の振れ量、特に非再現振れが減少し、回転軸の振れが形状データに与える画像の歪みや振動が減少するので、より精密な内径及び内周面の精度測定が可能である。
As a fifth feature, the bearing that supports the rotating shaft of the motor is a dynamic pressure bearing with a dynamic pressure groove.
According to this configuration, the amount of shake of the rotating shaft of the motor, particularly non-reproducible shake, is reduced, and image distortion and vibration given to the shape data by the shake of the rotating shaft are reduced. Accuracy measurement is possible.

第6の特徴としては、モータの回転軸部を中空形状とし、光路変換手段は回転軸部と一体的に回転可能に配置し、光ファイバーは、回転軸部と相対的に回転自在に、回転駆動軸の中空穴に挿通される構造とした。
この構成によれば、チューブに内蔵された光ファイバーの先端側であって、光路変換手段の近傍に、回転駆動源が配置されるかたちとなるので、回転軸の振れ量、特に、非再現振れが減少し、回転軸の振れが形状データに与える画像の歪みや振動が減少するので、より精密な内径及び内周面の精度測定が可能である。
The sixth feature is that the rotating shaft portion of the motor has a hollow shape, the optical path changing means is disposed so as to be rotatable integrally with the rotating shaft portion, and the optical fiber is driven to rotate relative to the rotating shaft portion. It was made the structure inserted in the hollow hole of a shaft.
According to this configuration, the rotational drive source is arranged near the optical path built in the tube and in the vicinity of the optical path changing means. This reduces the distortion and vibration of the image given to the shape data by the shake of the rotating shaft, so that more accurate measurement of the inner diameter and inner peripheral surface is possible.

第7の特徴としては、モータは、第1モータと、この第1モータの後方側に配置された第2モータとがあり、光路変換手段としては、第1モータにより動作する第1光路変換手段と、第2モータにより動作する第2光路変換手段とがある。そして、光ファイバーは、第2モータの後方側で、固定具を介してチューブに回転不能に配置された固定側光ファイバーと、第1モータ又は第2モータの回転軸部と一体的に回転する回転側光ファイバーとで構成されている。そして、第1モータ及び第2モータの回転軸部は、各々が中空形状をしている。そして、回転側光ファイバーは、先端側の少なくとも一部が第1モータの回転軸部の中空穴に挿通されるとともに、後方側の少なくとも一部が第2モータの回転軸部の中空穴に固定されている。そして、第1光路変換手段は、第2光路変換手段の先端側で、第1モータの回転軸部と一体的に回転可能に配置されており、第2光路変換手段は、回転側光ファイバーの先端に備わる構造とした。
この構成によれば、三次元的に光線を放射して走査する範囲内に、第1及び第2のモータの電線が存在しないため、光線に陰ができず、収集データに欠落がない高精度な測定が可能である。
As a seventh feature, the motor includes a first motor and a second motor disposed on the rear side of the first motor, and the optical path conversion unit is a first optical path conversion unit operated by the first motor. And second optical path conversion means operated by the second motor. The optical fiber is on the rear side of the second motor, on the rotation side that rotates integrally with the fixed-side optical fiber that is non-rotatably arranged on the tube via the fixture, and the rotation shaft portion of the first motor or the second motor. It consists of optical fiber. And the rotating shaft part of a 1st motor and a 2nd motor each has a hollow shape. The rotation-side optical fiber has at least a part on the tip side inserted into the hollow hole of the rotation shaft part of the first motor and at least a part on the rear side fixed to the hollow hole of the rotation shaft part of the second motor. ing. The first optical path conversion means is disposed so as to be rotatable integrally with the rotation shaft portion of the first motor on the tip side of the second optical path conversion means, and the second optical path conversion means is a tip of the rotation side optical fiber. The structure provided in.
According to this configuration, since there is no electric wire of the first and second motors within the range in which the light beam is radiated and scanned three-dimensionally, the light beam cannot be shaded and the collected data is not missing. Measurement is possible.

第8の特徴としては、特に第7の特徴で示した構成における第1光路変換手段を回転可能なミラー又はプリズムとした。
この構成によれば、反射効率が高く光学的損失を減らして高精度な精度測定が可能である。
As an eighth feature, the first optical path changing means in the configuration shown in the seventh feature is a rotatable mirror or prism.
According to this configuration, it is possible to perform highly accurate measurement with high reflection efficiency and reduced optical loss.

第9の特徴としては、特に第7の特徴で示した構成における第2光路変換手段は先端に傾斜する略平面を有するプリズムとした。
この構成によれば、光線の集光性が高く、光学的損失を減らして高精度な精度測定が可能である。
As a ninth feature, the second optical path changing means in the configuration shown in the seventh feature is a prism having a substantially flat surface inclined at the tip.
According to this structure, the light condensing property is high, and the optical loss can be reduced and highly accurate measurement can be performed.

第10の特徴としては、モータの回転軸部を中空形状とし、回転軸の中空穴には光ファイバーを、該回転軸に対して相対回転自在に挿通した。そして、モータは後方側に伸びる中空の摺動軸部を有し、この摺動軸部を出力軸とする直動アクチュエータを備える。そして、摺動軸部の中空穴に光ファイバーを固定している。この構造において、直動アクチュエータの出力軸が光ファイバーを押し引きすると同時に、光路変換手段とモータと先端側近傍の光ファイバーとを軸方向にスライドさせる構成とした。
この構成によれば、モータと直動モータの動作により光線を三次元的に放射し、三次元的に形状データが収集でき、光線を放射して走査する範囲内に、第1及び直動モータの電線が存在しないため、光線に陰ができず、収集データに欠落がない高精度な測定が可能である。
As a tenth feature, the rotating shaft portion of the motor has a hollow shape, and an optical fiber is inserted into the hollow hole of the rotating shaft so as to be rotatable relative to the rotating shaft. The motor has a hollow sliding shaft portion extending rearward, and includes a linear actuator having the sliding shaft portion as an output shaft. And the optical fiber is being fixed to the hollow hole of a sliding shaft part. In this structure, the output shaft of the linear actuator pushes and pulls the optical fiber, and at the same time, the optical path changing means, the motor, and the optical fiber near the tip end are slid in the axial direction.
According to this configuration, the first and direct-acting motors are within the range in which light is emitted three-dimensionally by the operation of the motor and the linear motion motor, the shape data can be collected three-dimensionally, and the light is emitted and scanned. Therefore, it is possible to perform high-accuracy measurement with no shadow on the light beam and no missing data in the collected data.

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明に関わる光学式内面測定装置の第1の実施形態について説明する。
図1〜図10は本発明に係る光学式内面測定装置の実施形態を示している。
A first embodiment of an optical inner surface measuring apparatus according to the present invention will be described.
1 to 10 show an embodiment of an optical inner surface measuring apparatus according to the present invention.

図1は本発明の第1の実施の形態に係る光学式内面測定装置である。ベース80にスタンド81が固定され、スライダ用モータ83によりスライダ82がプローブ28と共に上下に移動する。被測定物61はベース80上にセットされており、プローブ28、58は図2に示す被測定物61の深穴61aに出入りする。プローブ28,59に入光した光線はチューブ6内を通過し、さらに測定機本体85の接続部84を通過して、光干渉解析部88に入り、コンピュータ89で解析してモニタ90に画像を表示する。   FIG. 1 shows an optical inner surface measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. A stand 81 is fixed to the base 80, and a slider 82 moves up and down together with the probe 28 by a slider motor 83. The DUT 61 is set on the base 80, and the probes 28 and 58 enter and leave the deep hole 61a of the DUT 61 shown in FIG. The light beam that has entered the probes 28 and 59 passes through the tube 6, further passes through the connection portion 84 of the measuring device main body 85, enters the optical interference analysis portion 88, is analyzed by the computer 89, and an image is displayed on the monitor 90. indicate.

この光学式内面測定装置は、複数の例えば8種類の機能を有しており、それらは、以下のとおりである。
〔A〕 図2に示す深穴61aの内面の三次元形状の表示を行う機能、及び、バリ、キズ等の外観検査機能
〔B〕 深穴61aの内周面に樹脂等の表面皮膜61bが施されている場合は、その皮膜厚さの測定、及びピンホール不良や突起発生不良の検査機能
〔C〕 図3に示す表面粗さ測定機能
〔D〕 図4の(1)に示す直径測定機能
〔E〕 図4の(2)に示す真円度測定機能
〔F〕 図4(2)の真円度測定データを長手方向に連続的にデータ収集し、三次元的に表示して得る円筒度測定機能
〔G〕 図4の(3)に示す内周面の凹凸高さ測定機能
〔H〕 図4の(4)に示す角度ピッチ測定機能
This optical inner surface measuring apparatus has a plurality of, for example, eight types of functions, which are as follows.
[A] The function of displaying the three-dimensional shape of the inner surface of the deep hole 61a shown in FIG. 2 and the appearance inspection function of burrs, scratches, etc. [B] The surface film 61b such as resin is formed on the inner peripheral surface of the deep hole 61a. If it is applied, the film thickness is measured, and the function for inspecting pinholes and protrusions is poor [C] The surface roughness measurement function shown in FIG. 3 [D] The diameter measurement shown in FIG. Function [E] Roundness measurement function shown in (2) of FIG. 4 [F] The roundness measurement data of FIG. 4 (2) is continuously collected in the longitudinal direction and obtained in three dimensions. Cylindricity measurement function [G] Uneven height measurement function of inner peripheral surface shown in (3) of FIG. 4 [H] Angular pitch measurement function shown in (4) of FIG.

図5は本発明の第1の実施の形態に係る光学式内面測定装置のプローブ部28の構成図である。チューブ6の内部に先端側と後方側をつなぎ、光ファイバー固定具4に固定された光ファイバー1とその先端側に例えばボールレンズ等の集光レンズ24を一体に有し、固定側光ファイバー1の先端近傍に略同軸上に中空回転軸10を有するモータ12を有する。   FIG. 5 is a configuration diagram of the probe unit 28 of the optical inner surface measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The tube 6 is connected to the distal end side and the rear side, the optical fiber 1 fixed to the optical fiber fixture 4 and a condensing lens 24 such as a ball lens are integrally formed on the distal end side, and the vicinity of the distal end of the fixed optical fiber 1. Has a motor 12 having a hollow rotary shaft 10 substantially coaxially.

中空回転軸10の中に固定側光ファイバー1が相対回転自在に貫通され、中空回転軸10の先端側に伸びるホルダー部10aには、集光レンズ24より先端側に例えばミラーやプリズムからなる第1光路変換手段3を取付け回転させている。   The fixed-side optical fiber 1 passes through the hollow rotary shaft 10 so as to be relatively rotatable, and a holder portion 10a extending to the distal end side of the hollow rotary shaft 10 has a first made of, for example, a mirror or a prism on the distal end side of the condenser lens 24. The optical path changing means 3 is attached and rotated.

固定側光ファイバー1の後方から送られて、集光レンズ24を経た光線26,27を軸中心線から角度を与えて反射させ、透光部21を通過して被測定物61の深穴61a内に照射する。このとき光線26,27は図7のように360度全周範囲に放射される。図中D1は投光部材21の外径寸法であり、光線26,27は図中D2に示す半径2mm〜10mm(ミリメートル)の範囲に放射しその反射光を収集することができる。   Light rays 26 and 27 sent from the rear side of the fixed-side optical fiber 1 and passing through the condenser lens 24 are reflected at an angle from the axial center line, pass through the translucent part 21, and enter the deep hole 61a of the object 61 to be measured. Irradiate. At this time, the light rays 26 and 27 are radiated to the entire 360-degree range as shown in FIG. In the figure, D1 is the outer diameter of the light projecting member 21, and the light rays 26 and 27 can radiate in the range of radius 2 mm to 10 mm (millimeter) shown in D2 in the figure and collect the reflected light.

また、図1に示すスライダ用モータ83がプローブ28を深穴61aの軸方向に動いて光線26は回転放射しつつ軸方向にスライドするので、図2に示す深穴61aの全体に光線を放射し三次元形状の形状データを収集する事ができる。   Further, since the slider motor 83 shown in FIG. 1 moves the probe 28 in the axial direction of the deep hole 61a and the light beam 26 slides in the axial direction while rotating, the light beam is emitted to the entire deep hole 61a shown in FIG. It is possible to collect 3D shape data.

図5に示す第1の実施形態においては、光線26の軸方向への移動は、プローブ28には内蔵しておらず、図1に示す外部に設けたスライド用モータ83が行うので、スライダ82が移動する直進精度は0.1μm(ミクロン)以下の高精度に構成している。   In the first embodiment shown in FIG. 5, the movement of the light beam 26 in the axial direction is not built in the probe 28, but is performed by the slide motor 83 provided outside shown in FIG. The straight movement accuracy of the movement of the lens is configured with high accuracy of 0.1 μm (micron) or less.

モータ12は、モータケース8、軸受9a、9b、モータコイル7、中空回転軸10に固定されたロータ磁石11からなり、電線23から電力が供給され回転する。モータ12へは第1モータドライバ回路86から電力が供給され、モニタ90には、コンピュータ89で解析して作られた三次元画像が表示される。   The motor 12 includes a motor case 8, bearings 9 a and 9 b, a motor coil 7, and a rotor magnet 11 fixed to the hollow rotary shaft 10. Electric power is supplied to the motor 12 from the first motor driver circuit 86, and a three-dimensional image generated by analysis by the computer 89 is displayed on the monitor 90.

図5及び図6において、回転する中空回転軸10の外周面の振れ量と振れの角度方向を2つの振れ検出センサ22a、22bが検出している。振れ検出センサは中空回転軸10の振れにより生じる静電容量や反射光の変化を検出し変位量に変換してデータとして取り込んでいる。   5 and 6, two shake detection sensors 22 a and 22 b detect the shake amount and the shake angular direction of the outer peripheral surface of the rotating hollow rotary shaft 10. The shake detection sensor detects changes in capacitance and reflected light caused by the shake of the hollow rotary shaft 10, converts them into displacement amounts, and captures them as data.

既に説明した本発明の光学式内面測定装置が有する8種類の測定方法とその動作について以下に順に説明する。
〔A〕 三次元形状の表示とキズ等の外観検査方法
図1に示す被測定物61の深穴61aからの反射光を光干渉解析部88に取り込み、コンピュータ89により計算し、図2に示す形状と同様の画像を表示するが、スライダ用モータ83がプローブ28を軸方向にスライドさせつつ反射光を三次元的に取り組むので、モニタ90に三次元画像を表示することができる。本発明では従来のCCDカメラや超音波センサ方式では得られなかった、高分解能で鮮明な内周面の立体画像を観察することができる。
また、バリ、キズが無い被測定物の基準データを別途事前にメモリしておき、取り込んだ被測定物61の表面状態と比較する事により外観不良品を検出する事が可能である。
〔B〕 次に、深穴61aの内周面に樹脂等の表面皮膜コーティングが施されている場合は、その表面層61bの厚さの測定、及びピンホール不良や突起発生不良は、近赤外光またはレーザ光が樹脂を半透過するため、皮膜を含む高分解能な三次元画像を得て、被膜厚さを検査する事ができる。
〔C〕 表面粗さ測定方法は、図8に示す様にサンプリング長さ範囲〔例えば100μm(ミクロン)〕の被測定物61内周面の表面の元波形データ(図中上側の破線波形)を収集し、これと同時に中空回転軸10の外周振れを振れ検出手段(図5においてはセンサ22a、22b)が取込んだシャフト振れ波形データ(図中下側の波形)を収集し、元波形データからシャフト振れデータを差し引きした補正後データ(図中上側の細実線波形)を得ることができる。この補正後データの最大値と最小値の幅が真の最大表面粗さ値になる。このように中空回転軸10の外周振れデータを得て補正する事により高精度は表面粗さの測定が行える。
〔D〕 直径測定方法は次のとおりである。図9の外周に破線で示す波形は第1光路変換手段3から全周に放出された光線の反射光をコンピュータ89で計算して求めた被測定物61の内周面の形状を示す元波形であり、図中の内周の太実線波形に示す振れ検出手段(図5ではセンサ22a、22b)から得たシャフト振れ変位量データを差し引きし、同図外径側の細実線に示す補正後データを得て、この補正後データから必要な内径寸法を得ることができる。
〔E〕 真円度測定方法は、先に説明した同図外径側に示す細実線が補正後データであり、これに対する内接円と外接円を計算で求め、これら2つの円の半径差を真円度と定義できるものである。
〔F〕円筒度の測定方法は、スライド用モータ83がスライダ82と共にプローブ28を直線性精度が0.1μm(ミクロン)以下の高精度に摺動させ、真円度測定データを長手方向に連続的にデータ収集して得る円筒の三次元画像の、内接円筒と外接円筒の半径差を円筒度と定義できる。
〔G〕 内周面の凹凸高さの測定は、例えば動圧軸受内周面に加工された動圧溝の深さなどの測定が該当するが、この測定方法は先に説明した表面粗さの測定方法と同じである。
〔H〕角度ピッチ測定方法は、第1モータ12が第1光路変換手段3を回転させるときに、第1モータ12の回転速度ムラ(ジッターまたはワウフラッターと呼ばれている)が生じているため、図10に示す真の角度θの角度が、最大θpmaxから最小θpminの範囲で測定ばらつきが生じる課題を解決する必要があり、その対処方法として、この測定を十分な回数だけ繰り返し測定し、コンピュータで平均化して真値をもとめる事ができる。
Eight types of measuring methods and operations of the optical inner surface measuring apparatus of the present invention described above will be described in order below.
[A] Display of three-dimensional shape and appearance inspection method for scratches, etc. Reflected light from the deep hole 61a of the measured object 61 shown in FIG. 1 is taken into the optical interference analysis unit 88, calculated by the computer 89, and shown in FIG. Although an image similar to the shape is displayed, the slider motor 83 tackles the reflected light three-dimensionally while sliding the probe 28 in the axial direction, so that a three-dimensional image can be displayed on the monitor 90. In the present invention, it is possible to observe a clear three-dimensional image of the inner peripheral surface with high resolution, which cannot be obtained by a conventional CCD camera or ultrasonic sensor system.
Further, it is possible to detect a defective appearance product by separately storing in advance a reference data of an object to be measured free of burrs and scratches and comparing it with the surface state of the object to be measured 61 taken in.
[B] Next, when the inner peripheral surface of the deep hole 61a is coated with a surface film such as a resin, the measurement of the thickness of the surface layer 61b, the pinhole defect and the protrusion defect are near red. Since external light or laser light is semi-transmitted through the resin, a high-resolution three-dimensional image including a film can be obtained and the film thickness can be inspected.
[C] As shown in FIG. 8, the surface roughness measuring method is based on the original waveform data (dashed waveform on the upper side in the figure) of the surface of the inner peripheral surface of the object 61 to be measured within the sampling length range [for example, 100 μm (microns)]. At the same time, the shaft runout waveform data (the lower waveform in the figure) taken by the shake detection means (sensors 22a and 22b in FIG. 5) for the outer circumference runout of the hollow rotating shaft 10 is collected to obtain the original waveform data. The corrected data (the thin solid line waveform on the upper side in the figure) obtained by subtracting the shaft runout data from can be obtained. The width between the maximum value and the minimum value of the corrected data is the true maximum surface roughness value. Thus, by obtaining and correcting the outer peripheral runout data of the hollow rotating shaft 10, the surface roughness can be measured with high accuracy.
[D] The diameter measurement method is as follows. A waveform indicated by a broken line on the outer periphery of FIG. 9 is an original waveform indicating the shape of the inner peripheral surface of the object 61 to be measured, which is obtained by calculating the reflected light of the light beam emitted from the first optical path changing means 3 all around the computer 89. The shaft deflection displacement data obtained from the shake detection means (sensors 22a and 22b in FIG. 5) shown in the thick solid line waveform on the inner periphery in the figure is subtracted, and after correction shown in the fine solid line on the outer diameter side in the figure Data is obtained, and a necessary inner diameter dimension can be obtained from the corrected data.
[E] In the roundness measurement method, the thin solid line shown on the outer diameter side in the figure described above is the corrected data. The inscribed circle and the circumscribed circle are obtained by calculation, and the radius difference between these two circles is calculated. Can be defined as roundness.
[F] The method for measuring cylindricity is that the slide motor 83 slides the probe 28 together with the slider 82 with a high accuracy of 0.1 μm (micron) or less, and the roundness measurement data is continued in the longitudinal direction. The difference in radius between the inscribed cylinder and the circumscribed cylinder in the three-dimensional image of the cylinder obtained by collecting data can be defined as cylindricity.
[G] The measurement of the uneven height of the inner peripheral surface corresponds to, for example, the measurement of the depth of the dynamic pressure groove processed on the inner peripheral surface of the dynamic pressure bearing, and this measuring method is the surface roughness explained above. This is the same as the measurement method.
[H] In the angular pitch measurement method, when the first motor 12 rotates the first optical path changing means 3, rotation speed unevenness (referred to as jitter or wow flutter) of the first motor 12 occurs. 10, it is necessary to solve the problem that the measurement variation occurs when the true angle θ is within the range of the maximum θpmax to the minimum θpmin. As a countermeasure, the measurement is repeated a sufficient number of times, and the computer You can average to find the true value.

図5において、回転する中空回転軸10の外周面の振れは通常1μm(ミクロン)程度生じており、その振れは1回転に1回の周期振れ(Repeatable Run Out)と、周波数が定まらず低周波から高周波まで広域に生じる非再現振れ(Non-Repeatable Run Out)に分離できる。   In FIG. 5, the runout on the outer peripheral surface of the rotating hollow rotating shaft 10 is usually about 1 μm (micron), and the runout is a periodic runout once per rotation and the frequency is not fixed and the frequency is low. It can be separated into non-repeatable run out that occurs in a wide range from high to high frequency.

第1軸受9aにはいくつかの設計の方式と種類があるが、例えばボールベアリング式を採用した場合はボールの転がり振動が多くの非再現振れを発生する。また他方で、第1軸受に焼結含油軸受方式を採用した場合は、振れ周り振動や接触面からの振動による非再現振れが多く発生する問題が生じている。   There are several design methods and types of the first bearing 9a. For example, when the ball bearing type is adopted, the ball rolling vibration causes many non-reproducible vibrations. On the other hand, when the sintered oil-impregnated bearing system is adopted for the first bearing, there is a problem that many non-reproducible vibrations due to vibrations around the vibrations and vibrations from the contact surface occur.

本実施例においては、図11に示す様に、軸受の内周面に動圧発生溝9cを加工して設けた動圧軸受9aを示している。動圧軸受9aは回転と同時にオイル等の潤滑流体に動圧発生溝9cがポンプ力を与え、回転軸は浮上して高精度に非接触回転する軸受である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a dynamic pressure bearing 9a is shown in which a dynamic pressure generating groove 9c is formed on the inner peripheral surface of the bearing. The dynamic pressure bearing 9a is a bearing that rotates simultaneously with the rotation by the dynamic pressure generating groove 9c applying a pumping force to a lubricating fluid such as oil, and the rotating shaft floats and rotates in a non-contact manner with high accuracy.

そのため、従来のボールベアリングの有していたころがり振動や、焼結含油軸受のような振れ周りや擦れが無いため、非再現振れは極めて少ない。その効果により、図8及び図9に示す元データをシャフト振れデータを差し引きして補正する場合に、シャフト振れデータが滑らかな波形であることで精度良く補正されるので、より一層測定精度が高くなる。   For this reason, there is no rolling vibration or vibration that the conventional ball bearing has, and the vibration around and rubbing unlike the sintered oil-impregnated bearing, and therefore non-reproducible vibration is very small. As a result, when the original data shown in FIGS. 8 and 9 is corrected by subtracting the shaft shake data, the shaft shake data is corrected with a smooth waveform, so the measurement accuracy is further improved. Become.

図5及び図6では、第1モータの回転軸部の振れ量を測定する変位検出手段は、第1中空回転軸の外周面に複数の振れ検出センサ22a、22bを対向させているが、この変位検出手段は他にもある。   5 and 6, the displacement detection means for measuring the amount of vibration of the rotating shaft portion of the first motor has a plurality of vibration detecting sensors 22a and 22b opposed to the outer peripheral surface of the first hollow rotating shaft. There are other displacement detection means.

例えば、第1モータ12の回転軸部の振れ量を測定する他の変位検出手段は、チューブ6の内周の事前にメモリしておいた基準形状データと、第1モータの回転中に得られるチューブ内周面の測定データの差異を振れ量として検出する事ができる。この場合、図9において内周の太実線データがチューブ内周面の基準形状データと、第1モータ回転中に得られる測定データの差異から求めた振れ量のデータである。この構成と検出方法によっても、被検査物の内周面の形状データに与えた画像の歪みや振動を収集した波形データから除去し、正しく精密は内径及び内周面の精度測定が可能である。また、チューブ6はガラスや透明な樹脂からなり、必要に応じて内周面に数ナノメートル厚さの透光性がある金属コーティングを施しておき、内周面からの収集波形の輪郭をより確実に検出することもできる。   For example, other displacement detection means for measuring the deflection amount of the rotating shaft portion of the first motor 12 are obtained during the rotation of the first motor and the reference shape data stored in advance on the inner periphery of the tube 6. A difference in measurement data on the inner peripheral surface of the tube can be detected as a shake amount. In this case, the thick solid line data on the inner periphery in FIG. 9 is the data of the shake amount obtained from the difference between the reference shape data on the inner peripheral surface of the tube and the measurement data obtained during the rotation of the first motor. Even with this configuration and detection method, the distortion and vibration of the image given to the shape data of the inner peripheral surface of the object to be inspected can be removed from the collected waveform data, and the accuracy of the inner diameter and inner peripheral surface can be accurately measured. . The tube 6 is made of glass or transparent resin. If necessary, the inner peripheral surface is provided with a translucent metal coating with a thickness of several nanometers, and the contour of the collected waveform from the inner peripheral surface is further improved. It can also be detected reliably.

図19および図20は本発明の第1の実施の形態に係る光学式内面測定装置の断面図である。第1光路変換手段3(回転するミラー)から放出された光線は、透明部材21の内周面21aと透明部材外周面21b、および被測定物61から反射光が放射され、それらの反射光が第1光路変換手段を経て固定側光ファイバー1に返される。
このとき、透明部材内周面21aまたは、透明部材外周面21bのいずれかから取り込んだ、360度全周の形状データが図9の二重の形状データの内、内周側に示す第1光路変換手段3振れ量に相当し、この測定により被検査物の内周面の形状データに与えた画像の歪みや振動を収集した波形データから除去または補正することができる。
図19と図20では、被測定物の内部で透明部材21を含むプローブ28の位置がずれているが、第1光路変換手段は回転しながら全周の形状データを取込むのでもいずれの場合も問題なく内径形状の測定を行うことができる。
19 and 20 are cross-sectional views of the optical inner surface measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. Light rays emitted from the first optical path changing means 3 (rotating mirror) are radiated from the inner peripheral surface 21a and the transparent member outer peripheral surface 21b of the transparent member 21 and the measured object 61, and the reflected light is The light is returned to the fixed optical fiber 1 through the first optical path changing means.
At this time, the first optical path shown on the inner circumference side of the 360 ° circumference data taken from either the transparent member inner circumference surface 21a or the transparent member outer circumference surface 21b is shown in FIG. The conversion means 3 corresponds to the shake amount, and the distortion or vibration of the image applied to the shape data of the inner peripheral surface of the inspection object can be removed or corrected from the collected waveform data by this measurement.
In FIGS. 19 and 20, the position of the probe 28 including the transparent member 21 is displaced inside the object to be measured. However, in any case, the first optical path changing means captures the shape data of the entire circumference while rotating. The inner diameter shape can be measured without any problem.

尚、チューブ6はその直径は約2mm(ミリメートル)程度でありその内部に貫通する固定側光ファイバー1は、屈曲自在なグラスファイバーであり直径は0.1mm〜0.4mm(ミリメートル)程度のものを使っている。   The tube 6 has a diameter of about 2 mm (millimeter), and the fixed-side optical fiber 1 penetrating through the tube 6 is a bendable glass fiber having a diameter of about 0.1 mm to 0.4 mm (millimeter). using.

図1に示される第1光路変換手段3は平滑な反射面を有するミラーかプリズムからなり、反射率を高めるため、その表面粗さと平面度は一般の光学部品と同等以上の精度に磨きあげられている。   The first optical path changing means 3 shown in FIG. 1 is composed of a mirror or a prism having a smooth reflecting surface, and its surface roughness and flatness are polished to an accuracy equal to or higher than that of a general optical component in order to increase the reflectance. Yes.

図1に示される第1中空回転軸10は、金属またはセラミックスからなり、溶融金属のダイによる引き抜き加工か、または焼成前のセラミックスのダイによる押し出し加工で中空に成形され、硬化処理後に研磨加工法等により仕上げ加工される。   A first hollow rotary shaft 10 shown in FIG. 1 is made of metal or ceramics, and is formed into a hollow shape by drawing with a molten metal die or extruding with a ceramic die before firing. Finished by etc.

図1において、第1中空回転軸10の穴は直径が0.2mm〜0.5mm(ミリメートル)あり、光ファイバー1の直径より十分大きくしているため、固定具4で固定された固定側光ファイバー1が第1中空回転軸10に接触することはなく、仮に軽く接触しても摩耗粉が発生するほどではない。また、回転摩擦トルクが変動する問題もない。   In FIG. 1, the hole of the first hollow rotating shaft 10 has a diameter of 0.2 mm to 0.5 mm (millimeter), and is sufficiently larger than the diameter of the optical fiber 1, so the fixed-side optical fiber 1 fixed by the fixture 4. Does not contact the first hollow rotating shaft 10, and even if lightly contacted, the wear powder is not generated. Further, there is no problem that the rotational friction torque varies.

図12〜図16は本発明に係る光学式内面測定装置の実施形態2を示している。
図12は本発明の第2の実施の形態に係る光学式内面測定装置の断面図である。プローブ59の後端側から先端側に光線を導く固定側光ファイバー31は十分に長いチューブ36の穴の中に挿通され、光ファイバー固定具34により固定されている。
12 to 16 show Embodiment 2 of the optical inner surface measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of an optical inner surface measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The fixed-side optical fiber 31 that guides the light beam from the rear end side to the front-end side of the probe 59 is inserted into a sufficiently long hole of the tube 36 and fixed by the optical fiber fixture 34.

固定側光ファイバー31の先端側には回転側光ファイバー32が回転自在に設けられている。回転側光ファイバー32の先端には略平面状のミラー等からなる第1光路変換手段33a、33bが第1モータ42により回転側光ファイバー32とは独立して回転自在に取り付けられ、回転する事で光線を全周方向に放射するよう構成している。   A rotation-side optical fiber 32 is rotatably provided at the distal end side of the fixed-side optical fiber 31. First optical path conversion means 33a and 33b made of a substantially planar mirror or the like are attached to the tip of the rotation side optical fiber 32 so as to be rotatable independently of the rotation side optical fiber 32 by the first motor 42. Is radiated in the entire circumferential direction.

また、回転側光ファイバー32の先端には固定側光ファイバー1を透過してきた光線を集光して回転しながら先端方向に少々の角度を付けて第1光路変換手段33a、33bに向けて放射する第2光路変換手段50が取り付けられている。   In addition, the light beam transmitted through the fixed-side optical fiber 1 is condensed at the tip of the rotation-side optical fiber 32 and is emitted toward the first optical path changing means 33a and 33b with a slight angle in the tip direction while rotating. Two optical path changing means 50 are attached.

回転側光ファイバー32と固定側光ファイバー31は5μm(ミクロン)程度の微小距離を隔てて対向し、回転する遮光板35,光ファイバー固定具34を含めて回転光コネクター52を構成し、回転側光ファイバー32と固定側光ファイバー31の間は高い透過率が維持でき、ほとんど損失なく光学的に接続されている。   The rotation-side optical fiber 32 and the fixed-side optical fiber 31 are opposed to each other with a minute distance of about 5 μm (micron). A high transmittance can be maintained between the fixed-side optical fibers 31 and they are optically connected with almost no loss.

第1モータ42は、モータケース38にモータコイル37、第1軸受39b、39aが固定され、ロータ磁石41が取り付けられた第1中空回転軸40が回転する。モータコイル37には電線23から電圧が印加され、第1中空回転軸40には第1光路変換手段33を取り付けられている。   In the first motor 42, the motor coil 37 and the first bearings 39b and 39a are fixed to the motor case 38, and the first hollow rotating shaft 40 to which the rotor magnet 41 is attached rotates. A voltage is applied from the electric wire 23 to the motor coil 37, and the first optical path changing means 33 is attached to the first hollow rotary shaft 40.

第2モータ49は、第1モータ42と同様に、モータケース38に第2軸受48a、48bが取り付けられ第2回転軸43を回転自在に支障している。第12図において、第2回転軸43は可振子44の略中心に開けられた穴44aに軽圧入されるが、可振子44と第2回転軸43の間には可振子44のバネ性により安定した摩擦力が発生している。   Similarly to the first motor 42, the second motor 49 has second bearings 48 a and 48 b attached to the motor case 38 and obstructs the second rotating shaft 43 to be freely rotatable. In FIG. 12, the second rotating shaft 43 is lightly press-fitted into a hole 44 a formed in the approximate center of the vibrating element 44, but the spring 44 has a spring property between the vibrating element 44 and the second rotating shaft 43. A stable friction force is generated.

可振子44の外周には電歪素子または圧電素子45が貼り付けられ、これら素子には電極46が形成されている。これらそれぞれの電極は図12に示す電線47により配線されており電圧が印加されている。可振子44は第2軸受48a、48bに対して回り止めがなされており、簡単には電線47が回り止めの機能を果たす場合もある。   An electrostrictive element or a piezoelectric element 45 is attached to the outer periphery of the vibration element 44, and an electrode 46 is formed on these elements. Each of these electrodes is wired by an electric wire 47 shown in FIG. 12, and a voltage is applied thereto. The vibrating element 44 is prevented from rotating with respect to the second bearings 48a and 48b, and the electric wire 47 may simply function to prevent rotation.

図12において、光線が放射される第1光路変換手段33の外周近傍には光線が透過可能な透光部51がチューブ36に取り付けられている。透光部51の内周面または外周の表面には必要に応じて表面反射を減らし、光線の透過率を高めるためのコーティング等がなされている。   In FIG. 12, a translucent part 51 capable of transmitting light is attached to the tube 36 in the vicinity of the outer periphery of the first optical path changing means 33 that emits the light. The inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the light transmitting portion 51 is coated with a coating for reducing surface reflection and increasing light transmittance as necessary.

図12の第1モータ42には図1の第1モータドライバ回路86から電力が供給されて回転駆動され、第2モータ49は第2モータドライバ回路87から電圧が印加されて回転駆動される。   The first motor 42 shown in FIG. 12 is supplied with electric power from the first motor driver circuit 86 shown in FIG. 1 and is driven to rotate. The second motor 49 is supplied with voltage from the second motor driver circuit 87 and is driven to rotate.

第1光路変換手段33は回転可能なミラー又はプリズムで構成されており、反射効率が高く光学的損失を減らして高精度な精度測定が可能である。   The first optical path changing means 33 is constituted by a rotatable mirror or prism, and has high reflection efficiency and can reduce the optical loss and perform highly accurate measurement.

第2光路変換手段50は先端に傾斜する略平面を有するプリズムで構成しており、光線の集光性が高く、光学的損失を減らして高精度な精度測定が可能である。   The second optical path conversion means 50 is composed of a prism having a substantially flat surface inclined at the tip, and has high light-condensing properties, and can perform high-accuracy measurement with reduced optical loss.

次に上述した図12〜図16の三次元走査型の光イメージング用プローブについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。   Next, the characteristic operational effects of the above-described three-dimensional scanning optical imaging probe shown in FIGS. 12 to 16 will be described in detail.

図1において測定機本体85内の光源から発光された近赤外またはレーザ等の光線はチューブ36に内蔵された固定側光ファイバー31の中を通過して進む。   In FIG. 1, a light beam such as a near infrared ray or a laser beam emitted from a light source in the measuring instrument main body 85 passes through a fixed side optical fiber 31 built in the tube 36.

図12において電線23から電力が供給され、第1モータ42と第2モータ49が約1800〜2万rpmの範囲の同一回転数で回転すると、導かれた光線は回転光コネクター52と回転側光ファイバー32を通過し,第2光路変換手段50aから放出され、第1光路変換手段33aの略平面部で反射し一定の角度方向(図12においてはθ1の角度)に方向を変えて回転放射され、この時の放射範囲は図14の様に角度θ1の傘状の範囲になる。   In FIG. 12, when electric power is supplied from the electric wire 23 and the first motor 42 and the second motor 49 are rotated at the same rotational speed in the range of about 1800 to 20,000 rpm, the guided light beam is transmitted to the rotating optical connector 52 and the rotating side optical fiber. 32, emitted from the second optical path changing means 50a, reflected by the substantially plane portion of the first optical path changing means 33a, and rotated and radiated in a constant angular direction (θ1 in FIG. 12). The radiation range at this time is an umbrella-shaped range having an angle θ1 as shown in FIG.

近赤外線等の光線はさらに透光部材51を通過し,被測定物61から反射した光線を上記と同じ光路を逆方向に透光部材51⇒第1光路変換手段33a⇒第2光路変換手段50a⇒回転側光ファイバー32⇒回転光コネクター52⇒固定側光ファイバー31を通過して光干渉解析部88に導いている。   Light rays such as near-infrared rays further pass through the translucent member 51, and light rays reflected from the object to be measured 61 are transmitted through the same optical path in the opposite direction to the translucent member 51 → first optical path conversion means 33a → second optical path conversion means 50a. ⇒Rotation side optical fiber 32 ⇒Rotation optical connector 52 ⇒The fixed side optical fiber 31 is passed to the optical interference analysis unit 88.

次に、第1モータ42と第2モータ49の回転数が例えば第1モータ42の回転数が3600rpm一定で、一方第2モータ49の回転数は3570rpm一定で回転させ、このように2個のモータ回転数に若干の差を与える回転状態に切り換える。この状態では、図13に示すように第1光路変換手段33と第2光路変換手段が50bの位置に回転角度位相が徐々に変化していき、180度の位相差ができた時には,光線は回転する第1光路変換手段33bで反射し光線の進路は一定角度変化し図中θ2に変わる。この瞬間の光線の放射範囲は図15に示すような傾斜した範囲に変わっている。   Next, the rotation speed of the first motor 42 and the second motor 49 is, for example, the rotation speed of the first motor 42 is kept constant at 3600 rpm, while the rotation speed of the second motor 49 is rotated at a constant speed of 3570 rpm. Switch to a rotating state that gives a slight difference in motor speed. In this state, as shown in FIG. 13, when the rotation angle phase of the first optical path conversion means 33 and the second optical path conversion means is gradually changed to the position of 50b and a phase difference of 180 degrees is produced, The path of the light beam reflected by the rotating first optical path changing means 33b changes by a certain angle and changes to θ2 in the figure. The radiation range of light at this moment has changed to an inclined range as shown in FIG.

この回転位相角度は、第1モータ42が1分間に3600回転する間に第2モータ49の回転数との差分だけ、即ち30回転ずれるので、即ち2秒毎に360度の回転位相差が生じる。   This rotational phase angle is shifted by the difference from the rotational speed of the second motor 49, that is, 30 revolutions while the first motor 42 rotates 3600 times per minute, that is, a rotational phase difference of 360 degrees occurs every 2 seconds. .

振れ検出センサ53aが第1中空回転軸の外周振れを検出しており、図5の実施例1と同様に、収集した元波形データに補正を加えている。または、第1モータ42の回転軸部の振れ量を測定する他の変位検出手段は、チューブ6の内周の事前にメモリしておいた基準形状データと、第1モータの回転中に得られるチューブ内周面の測定データの差異を振れ量として検出する事で行っている。   The shake detection sensor 53a detects the outer circumference shake of the first hollow rotary shaft, and corrects the collected original waveform data as in the first embodiment of FIG. Alternatively, other displacement detection means for measuring the deflection amount of the rotation shaft portion of the first motor 42 is obtained during the rotation of the first motor and the reference shape data stored in advance on the inner periphery of the tube 6. This is done by detecting the difference in the measurement data on the inner peripheral surface of the tube as the shake amount.

引き続き第1光路変換手段33と第2光路変換手段50の回転位相差がゆっくりと2秒に1回転ずつ生じ続ける、この動作により、光線の放射方向がθ1〜θ2の範囲で連続的に変化し、光線の放射範囲は図16に示すようにθ1+θ2の範囲で三次元的に繰り返し照射し、走査範囲内に信号線や電線23,47が存在しないため、欠落のない鮮明な三次元画像データを得ることができる。   Subsequently, the rotational phase difference between the first optical path changing means 33 and the second optical path changing means 50 continues to occur slowly every second in 2 seconds. With this operation, the radiation direction of the light beam continuously changes in the range of θ1 to θ2. As shown in FIG. 16, the radiation range of light is repeatedly irradiated three-dimensionally in the range of θ1 + θ2, and since there are no signal lines or electric wires 23, 47 in the scanning range, clear three-dimensional image data without missing is obtained. Can be obtained.

図17〜図18は本発明に係る光学式内面測定装置の第3の実施形態を示している。
図17は本発明の実施の形態に係る光学式内面測定装置の断面図である。プローブ59の先端側(透光部材21の方向側)と後方側との間で光を伝える固定側光ファイバー1はチューブ36に内蔵されると共に、固定側光ファイバー1の先端側に例えばボールレンズ等からなる集光レンズ24を備えている。
17 to 18 show a third embodiment of the optical inner surface measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the optical inner surface measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. The fixed-side optical fiber 1 that transmits light between the tip side of the probe 59 (the direction side of the translucent member 21) and the rear side is built in the tube 36, and from the tip side of the fixed-side optical fiber 1 from, for example, a ball lens or the like. A condensing lens 24 is provided.

集光レンズ24の先端側には傾斜角を有する回転ミラー等からなる第1光路変換手段33を有し、電線23から電圧が印加されることにより第1モータ12により回転する。   A first optical path conversion unit 33 including a rotating mirror having an inclination angle is provided on the distal end side of the condenser lens 24, and is rotated by the first motor 12 when a voltage is applied from the electric wire 23.

第1モータ12は、チューブ6の内周面に固定されたスライドガイド20に支持された摺動可能なモータケース8の内部に、モータコイル7が組込まれ、軸受9a、9bにより支えられた第1中空回転軸10を有している。
第1中空回転軸10には、ロータ磁石11が固定されると共に、第1光路変換手段33が一体的に取り付けられている。
In the first motor 12, a motor coil 7 is incorporated in a slidable motor case 8 supported by a slide guide 20 fixed to the inner peripheral surface of the tube 6, and is supported by bearings 9a and 9b. One hollow rotating shaft 10 is provided.
The rotor magnet 11 is fixed to the first hollow rotary shaft 10 and the first optical path changing means 33 is integrally attached thereto.

摺動モータケース8の後方側にはスライド第2軸57が略中心軸上に一体的に設けられており、またこのスライド第2軸57は中空軸であり、この穴に固定側光ファイバー1が貫通し接着固定されている。   A slide second shaft 57 is integrally provided on the rear side of the sliding motor case 8 on a substantially central axis. The slide second shaft 57 is a hollow shaft, and the fixed-side optical fiber 1 is inserted into this hole. It penetrates and is fixed by adhesion.

直動モータ62は、チューブ36内に設けられたモータケース68にスライド第2軸57を支える摺動軸受58a、58bが設けられ、スライド第2軸57の外周には略多角柱状の可振子54の中心穴に軽圧入され、可振子54の少なくとも外周面にパターン電極56を有する圧電素子55が貼り付けられている。   The linear motion motor 62 is provided with slide bearings 58 a and 58 b that support the slide second shaft 57 in a motor case 68 provided in the tube 36, and a substantially polygonal column-shaped vibration element 54 is provided on the outer periphery of the slide second shaft 57. A piezoelectric element 55 having a pattern electrode 56 is affixed to at least the outer peripheral surface of the vibration element 54.

電線47からパターン電極56に電圧が印加されると圧電素子55が振動を始め、可振子54に波状または三角波状の進行波を発生させ、これによりスライド第2軸57は直動モータ62、固定側光ファイバー1、集光レンズ24、第1光路変換手段33を図中Lsに示す様に軸方向に例えば5〜30mm(ミリメートル)の範囲でスライドさせる。   When a voltage is applied from the electric wire 47 to the pattern electrode 56, the piezoelectric element 55 starts to vibrate, and a wave-like or triangular wave-like traveling wave is generated in the vibration element 54, whereby the slide second shaft 57 is fixed to the linear motion motor 62. The side optical fiber 1, the condensing lens 24, and the first optical path changing means 33 are slid in the axial direction within a range of, for example, 5 to 30 mm (millimeters) as indicated by Ls in the drawing.

図17において、チューブ36内に内蔵される固定側光ファイバー1の長さは、チューブ36の長さより少なくともLsミリメートル(mm)以上長く、チューブ36内に湾曲させ、長さに余裕を持たせて収納している。そのため、図17において直動モータ62が動作してスライド第2軸57と第1モータ12をチューブ36内において先端側に移動させる場合、固定側光ファイバー1を押し引きする動作が十分小さい力で、スムーズに摺動できる。   In FIG. 17, the length of the fixed-side optical fiber 1 built in the tube 36 is longer than the length of the tube 36 by at least Ls millimeters (mm), curved in the tube 36, and stored with a margin in length. doing. Therefore, when the linear motor 62 operates in FIG. 17 to move the slide second shaft 57 and the first motor 12 to the distal end side in the tube 36, the operation of pushing and pulling the fixed-side optical fiber 1 with a sufficiently small force, Can slide smoothly.

次に上述した図17〜図18の光学式内面測定装置について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。   Next, the characteristic operation and effects of the optical inner surface measuring apparatus shown in FIGS. 17 to 18 will be described in detail.

図17において、電線23に通電されると、第1モータ12のモータコイル7は回転磁界を発生し、ロータ磁石11に回転力を与え、第1中空回転軸11は第1光路変換手段33を例えば1800rpm〜1万rpmの範囲において一定速度で回転する。   In FIG. 17, when the electric wire 23 is energized, the motor coil 7 of the first motor 12 generates a rotating magnetic field, gives a rotational force to the rotor magnet 11, and the first hollow rotating shaft 11 causes the first optical path changing means 33 to be turned on. For example, it rotates at a constant speed in the range of 1800 rpm to 10,000 rpm.

第1光路変換手段33は、その回転位置により33a、その角度から180度回転した位置の光路変換手段を33bに示している。   The first optical path conversion means 33 is indicated by 33a according to its rotational position, and the optical path conversion means at a position rotated by 180 degrees from that angle is indicated by 33b.

図1の測定機本体85から発光された例えば近赤外光線またはレーザ光線は、固定側光ファイバー1に導光され、集光レンズ24から前方に放出され、さらに第1光路変換手段33から略直角方向に放射され、被測定物61からの反射光は、再び固定側光ファイバー1を通して、測定機本体85に戻され、装置本体85は画像を表示することができる。
ここで図1のプローブ28は、図17ではプローブ59が対応している。また、図1のチューブ6は図17ではチューブ36が対応している。
For example, a near-infrared ray or a laser beam emitted from the measuring device main body 85 in FIG. 1 is guided to the fixed-side optical fiber 1, emitted forward from the condenser lens 24, and substantially perpendicular to the first optical path changing means 33. The light radiated in the direction and reflected from the object 61 to be measured is returned to the measuring machine main body 85 through the fixed-side optical fiber 1 again, and the apparatus main body 85 can display an image.
Here, the probe 28 in FIG. 1 corresponds to the probe 59 in FIG. In addition, the tube 6 in FIG. 1 corresponds to the tube 36 in FIG.

図17において、電線47を通してパターン電極56に通電が行われると、圧電素子55は進行波を発生しスライド第2軸57には先端側に向かって摺動する力が与えられる。そして、スライド第2軸57は第1モータ12、第1光路変換手段33、固定側光ファイバー1、集光レンズ24を一体的に先端側に移動を始め、光線は図中略直角またはθ1に示す方向に360全周に放射されると同時に、軸方向に摺動できるので、図18に示す様に立体的に放射することで図1に測定機本体85では、三次元の画像データの収集と蓄積が行なわれる。   In FIG. 17, when the pattern electrode 56 is energized through the electric wire 47, the piezoelectric element 55 generates a traveling wave, and a sliding force is applied to the slide second shaft 57 toward the distal end side. The slide second shaft 57 starts to move the first motor 12, the first optical path changing means 33, the fixed-side optical fiber 1, and the condenser lens 24 integrally to the distal end side, and the light rays are substantially perpendicular or in the direction indicated by θ1 in the figure. 360 can be slid in the axial direction at the same time, so that the three-dimensional image data can be collected and stored in the measuring instrument body 85 in FIG. 1 by radiating in three dimensions as shown in FIG. Is done.

図17及び図18においてスライド第2軸57が図中Lsの距離だけ移動すると、移動側センサ64cが固定側センサ64aに近接し、摺動動作の完了を示す信号を発生し、電線23からパターン電極56に印加される電圧は停止される。または印加方法が変化し、スライド第2軸57は逆方向に移動を始める。   17 and 18, when the slide second shaft 57 moves by a distance Ls in the drawing, the moving side sensor 64c approaches the fixed side sensor 64a and generates a signal indicating the completion of the sliding operation. The voltage applied to the electrode 56 is stopped. Alternatively, the application method changes, and the slide second shaft 57 starts to move in the opposite direction.

振れ検出センサ63aが第1中空回転軸の外周振れを検出しており、図5の実施例1と同様に、収集した元波形データに補正を加えている。または、第1モータ12の回転軸部の振れ量を測定する他の変位検出手段は、チューブ6の内周の事前にメモリしておいた基準形状データと、第1モータの回転中に得られるチューブ内周面の測定データの差異を振れ量として検出している。   The shake detection sensor 63a detects the outer circumference shake of the first hollow rotary shaft, and corrects the collected original waveform data as in the first embodiment of FIG. Alternatively, other displacement detection means for measuring the deflection amount of the rotating shaft portion of the first motor 12 is obtained during the rotation of the first motor and the reference shape data stored in advance on the inner periphery of the tube 6. The difference in the measurement data on the inner peripheral surface of the tube is detected as the shake amount.

なお、集光レンズ24はボールレンズが使われているが、円錐状の集光レンズを用いても同じである。   In addition, although the condensing lens 24 uses the ball lens, even if it uses a conical condensing lens, it is the same.

この種の三次元走査内面観察および検査装置の要求性能の一つに空間分解能を高める事があるが、空間分解能を達成するための要因には、第モータ12の回転速度ムラ、第1中空回転軸10の振れ及び非再現振れ精度、第1光路変換素子33の精度、集光レンズ24の表面精度等がある。   One of the required performances of this type of three-dimensional scanning inner surface observation and inspection apparatus is to increase the spatial resolution. Factors for achieving the spatial resolution include uneven rotation speed of the first motor 12 and first hollow rotation. There are shake and non-reproducible shake accuracy of the shaft 10, accuracy of the first optical path conversion element 33, surface accuracy of the condenser lens 24, and the like.

この中で影響度が大きいのはモータ12の回転速度ムラであるが、プローブ59の先端部に第モータ12を内蔵した本方式はたとえば1μm(ミクロン)以下の高い三次元の空間分解能を安定して達成できる。また、直動アクチュエータ22の軸方向への摺動動作により、光線を軸方向に一定範囲で放射でき、高分解能な三次元の観察画像を得ることができる。   Of these, the influence of the motor 12 is greatly affected by this, but the present system in which the first motor 12 is built in the tip of the probe 59 stabilizes a high three-dimensional spatial resolution of, for example, 1 μm (microns) or less. Can be achieved. Further, the sliding motion in the axial direction of the linear motion actuator 22 can emit light in a certain range in the axial direction, and a high-resolution three-dimensional observation image can be obtained.

以上において説明したように、本発明の光学式内面測定装置は、モータの回転軸部の振れ量を検出する手段を設けている。そして被検査物から光ファイバーを経て得た反射光をコンピュータで計算して得た被検査物の内周面の形状データを、変位センサの変位量データで補正することで、光線を走査するモータの回転軸の振れや回転振動が、採集された被測定物の内周面形状データに与える測定誤差を解消し高精度な測定を可能である。   As described above, the optical inner surface measuring apparatus of the present invention is provided with means for detecting the amount of vibration of the rotating shaft portion of the motor. The shape data of the inner peripheral surface of the inspection object obtained by calculating the reflected light obtained from the inspection object through the optical fiber by the computer is corrected with the displacement amount data of the displacement sensor. The measurement error caused by the vibration of the rotating shaft and the rotational vibration on the inner peripheral surface shape data of the collected object to be measured can be eliminated and highly accurate measurement can be performed.

本発明の干渉光学法を用いて被検対象物の観察と測定を行う光学式内径測定装置は、工業用診断装置にも適用して高精度な測定を行えるとともに、例えば深穴の底の三次元観察を行うことができる。また、医療現場での微細な病巣の寸法変化の数値的診断や治療への活用が期待される。
The optical inner diameter measuring apparatus for observing and measuring a test object using the interference optical method of the present invention can be applied to an industrial diagnostic apparatus to perform high-accuracy measurement, for example, a tertiary at the bottom of a deep hole. Original observation can be performed. In addition, it is expected to be used for numerical diagnosis and treatment of dimensional changes of minute lesions in the medical field.

1、31 固定側光ファイバー
32 回転側光ファイバー
3、33a、33b 第1光路変換手段(ミラー)
34 光ファイバー固定具
35 遮蔽板
6、36 チューブ
7、37 モータコイル
8、38、68 モータケース
9a、9b、39a、39b 第1軸受
9c 動圧発生溝
10、40 第1中空回転軸
10a ホルダー部
11、41 ロータ磁石
12、42 第1モータ
20 スライドガイド
21、51 透光部材
21a 透明部材内周面
21b 透明部材外周面
22a、22b、53a、63a 振れ検出センサ
23、47 電線
24 集光レンズ
25、55 走査範囲
26 光線
28、59 プローブ
43 第2回転軸
44、54 可振子
44a 穴
45、55 電歪素子
46、56 パターン電極
48a、48b、58a、58b 第2軸受
49 第2モータ
50、50a、50b 第2光路変換手段(プリズム等)
52 回転光コネクター(光ロータリコネクター)
57 スライド第2軸
61 被測定物
61a 深穴
61b 表面層
62 直動モータ
64a、64b、64c Z軸位置センサ
70a、70b チューブ内周面反射光
71a、71b チューブ外周面反射光
72a、72b、72C 被測定物反射光
80 ベース
81 スタンド
82 スライダ
83 スライダ用モータ
84 接続部
85 測定機本体
86 第1モータドライバ回路
87 第2モータドライバ回路
88 光干渉解析部
89 コンピュータ
90 モニタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 Fixed side optical fiber 32 Rotation side optical fiber 3, 33a, 33b 1st optical path conversion means (mirror)
34 Optical fiber fixture 35 Shield plate 6, 36 Tube 7, 37 Motor coil 8, 38, 68 Motor case 9 a, 9 b, 39 a, 39 b First bearing 9 c Dynamic pressure generating groove 10, 40 First hollow rotating shaft 10 a Holder part 11 , 41 Rotor magnets 12, 42 First motor 20 Slide guide 21, 51 Translucent member 21a Transparent member inner peripheral surface 21b Transparent member outer peripheral surfaces 22a, 22b, 53a, 63a Shake detection sensors 23, 47 Electric wire 24 Condensing lens 25, 55 Scanning range 26 Light beam 28, 59 Probe 43 Second rotating shaft 44, 54 Vibrator 44a Hole 45, 55 Electrostrictive element 46, 56 Pattern electrode 48a, 48b, 58a, 58b Second bearing 49 Second motor 50, 50a, 50b Second optical path changing means (prism etc.)
52 Rotating optical connector (optical rotary connector)
57 Slide second shaft 61 DUT 61a Deep hole 61b Surface layer 62 Linear motors 64a, 64b, 64c Z-axis position sensors 70a, 70b Tube inner surface reflected light 71a, 71b Tube outer surface reflected light 72a, 72b, 72C Measured object reflected light 80 Base 81 Stand 82 Slider 83 Slider motor 84 Connection section 85 Measuring machine body 86 First motor driver circuit 87 Second motor driver circuit 88 Optical interference analysis section 89 Computer 90 Monitor

Claims (10)

干渉光学法を用いて被検対象物の観察および測定を行う光学式内面測定装置において、
チューブに内蔵された光ファイバーと、
前記光ファイバーの先端側に配置された少なくとも1つの光路変換手段と、
前記光ファイバーと前記光路変換手段との一方又は両方を回転駆動させるモータと、
前記モータの回転軸部の振れ量を測定する変位検出手段とを備えることを特徴とする光学式内面測定装置。
In an optical inner surface measurement apparatus that observes and measures a test object using an interference optical method,
An optical fiber built into the tube,
At least one optical path changing means arranged on the tip side of the optical fiber;
A motor that rotationally drives one or both of the optical fiber and the optical path changing means;
An optical inner surface measuring apparatus comprising: a displacement detecting means for measuring a shake amount of a rotating shaft portion of the motor.
前記変位検出手段は、前記回転軸部の外周面に対向させて、すくなくとも1個の検出センサを配置したものであることを特徴とする請求項1記載の光学式内面測定装置。   2. The optical inner surface measuring apparatus according to claim 1, wherein the displacement detecting means is arranged such that at least one detection sensor is arranged to face the outer peripheral surface of the rotating shaft portion. 前記光ファイバーを経て得た被検対象物からの反射光コンピュータで計算して得た被検査物の内周面の形状データを、前記変位検出手段の変位量データ補正することを特徴とする請求項1または2記載の光学式内面測定装置。 The shape data of the inner peripheral surface of the object the reflected light obtained by calculating by the computer from the object to be examined obtained through the optical fiber, and correcting the displacement amount data of the displacement detecting means The optical inner surface measuring apparatus according to claim 1 or 2. 前記変位検出手段は、前記チューブの内周の基準形状データと、前記回転軸の回転中に得られる前記チューブ内周面または外周面の測定データの差異を前記振れ量として検出することを特徴とする請求項1から3何れか1項記載の光学式内面測定装置。 The displacement detection means detects the difference between the reference shape data of the inner periphery of the tube and the measurement data of the tube inner peripheral surface or outer peripheral surface obtained during rotation of the rotating shaft portion as the amount of deflection. The optical inner surface measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記回転軸部を支える軸受は動圧溝付きの動圧軸受であることを特徴とする請求項1から4何れか1項記載の光学式内面測定装置。   5. The optical inner surface measuring apparatus according to claim 1, wherein the bearing supporting the rotating shaft portion is a dynamic pressure bearing with a dynamic pressure groove. 前記モータの前記回転軸部は中空形状であり、
前記光路変換手段は 前記回転軸部と一体的に回転可能に配置されており、
前記光ファイバーは、前記回転軸部と相対的に回転自在に、前記回転軸部の中空穴に挿通されていることを特徴とする請求項1から5何れか1項記載の光学式内面測定装置。
The rotating shaft portion of the motor has a hollow shape,
The optical path changing means is disposed so as to be rotatable integrally with the rotary shaft portion,
The optical inner surface measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the optical fiber is inserted into a hollow hole of the rotary shaft portion so as to be rotatable relative to the rotary shaft portion .
前記モータは、第1モータと、前記第1モータの後方側に配置された第2モータとがあり、
前記光路変換手段は、前記第1モータにより動作する第1光路変換手段と、前記第2モータにより動作する第2光路変換手段とがあり、
前記光ファイバーは、前記第2モータの後方側で、固定具を介して前記チューブ内に回転不能に配置された固定側光ファイバーと、前記第1モータ又は前記第2モータの前記回転軸部と一体的に回転する回転側光ファイバーとで構成されており、
前記第1モータ及び前記第2モータの前記回転軸部は、各々が中空形状をしており、
前記回転側光ファイバーは、先端側の少なくとも一部が前記第1モータの回転軸部の中空穴に挿通されるとともに、後方側の少なくとも一部が前記第2モータの回転軸部の中空穴に固定されており、
前記第1光路変換手段は、前記第2光路変換手段の先端側で、前記第1モータの回転軸部と一体的に回転可能に配置されており、
前記第2光路変換手段は、前記回転側光ファイバーの先端に備わることを特徴とする請求項1から5何れか1項記載の光学式内面測定装置。
The motor includes a first motor and a second motor disposed on the rear side of the first motor,
The optical path conversion means includes a first optical path conversion means operated by the first motor and a second optical path conversion means operated by the second motor,
The optical fiber is integrated with a fixed-side optical fiber disposed in a non-rotatable manner in the tube via a fixture on the rear side of the second motor, and the rotating shaft portion of the first motor or the second motor. It consists of a rotation-side optical fiber that rotates
Each of the rotating shafts of the first motor and the second motor has a hollow shape,
At least a part of the rotation side optical fiber is inserted into the hollow hole of the rotation shaft part of the first motor, and at least a part of the rear side is fixed to the hollow hole of the rotation shaft part of the second motor. Has been
The first optical path changing means is disposed so as to be rotatable integrally with a rotary shaft portion of the first motor on the tip side of the second optical path changing means,
The optical inner surface measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the second optical path changing means is provided at a tip of the rotation side optical fiber.
前記第1光路変換手段は回転可能なミラー又はプリズムであることを特徴とする請求項7記載の光学式内面測定装置。   8. The optical inner surface measuring apparatus according to claim 7, wherein the first optical path changing means is a rotatable mirror or prism. 前記第2光路変換手段は先端に傾斜する略平面を有するプリズムであることを特徴とする請求項7記載の光学式内面測定装置。   8. The optical inner surface measuring apparatus according to claim 7, wherein the second optical path changing means is a prism having a substantially flat surface inclined at the tip. 前記モータの前記回転軸部は中空形状であり、
前記回転軸の中空穴には前記光ファイバーが、該回転軸に対して相対回転自在に挿通され、
前記モータは後方側に伸びる中空の摺動軸部を有し、
前記摺動軸部を出力軸とする直動アクチュエータを備え、
前記摺動軸部の中空穴に前記光ファイバーを固定し、
前記直動アクチュエータの前記出力軸が前記光ファイバーを押し引きすると同時に、前記光路変換手段と前記モータと先端側近傍の前記光ファイバーとを軸方向にスライドさせることを特徴とする請求項1から5何れか1項記載の光学式内面測定装置。
The rotating shaft portion of the motor has a hollow shape,
The optical fiber in the hollow hole of the rotary shaft portion, is relatively rotatably inserted with respect to the rotary shaft portion,
The motor has a hollow sliding shaft portion extending rearward,
A linear actuator having the sliding shaft as an output shaft;
Fixing the optical fiber in the hollow hole of the sliding shaft,
6. The optical path changer, the motor, and the optical fiber in the vicinity of the tip side are slid in the axial direction simultaneously with the output shaft of the linear actuator pushing and pulling the optical fiber. 2. An optical inner surface measuring apparatus according to item 1.
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