JP6790380B2

JP6790380B2 - 内面検査装置

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Publication number: JP6790380B2
Application number: JP2016036534A
Authority: JP
Inventors: 農宗　千典; 千典農宗; 裕介郷司; 賢也坂東; 明斉藤; 昭野村
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Powertrain Systems Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: CN206497058U; JP2017156087A

Description

本発明は、孔の内面の状態を検査する内面検査装置に関する。

電気機器や自動車など種々の装置には、筒状の部材や、筒状の孔を有する部材を有するものがある。このような形状の部材は、内部に流体を通すパイプや、他の部材と嵌合する部位となる。このため、筒状の内面に、亀裂や気泡などの欠陥を有していないことや、成型精度の誤差が小さいことが求められる。例えば、自動車のエンジンに用いられるシリンダや、精密電気機器に用いられる雌ねじ部材では、その内面が高精度に仕上げられている必要がある。

そのため、従来、部材の筒状の孔について、孔の内面の欠陥の有無を検査するために、内面検査装置が用いられていた。従来の内面検査装置については、例えば、特開２００７−１８７６３４号公報に記載されている。
特開２００７−１８７６３４号公報

特開２００７−１８７６３４号公報に記載の従来の内面検査装置では、軸方向に延びる被検査穴の内面に対して、スリット光源からのスリット光を軸方向に対して垂直に照射する。一方、撮像部は、当該内面のうち照射された部位を、軸方向に対して斜めに撮像する。

特開２００７−１８７６３４号公報に記載の内面検査装置では、撮像部が、対象物の内面を軸方向に対して斜めに撮像する。このため、対象物の内面がネジ溝等の凹凸を有する場合、撮像部が撮像不可能な部位が発生する場合がある。

一方、特開２００７−１８７６３４号公報に記載の内面検査装置において、対象物の内面に照射されるスリット光の光軸と、撮像部により当該内面の撮影がなされる際の光軸とを単に入れ替えた場合、当該内面に対してスリット光が軸方向に対して斜めに照射される。その場合、対象物の内面にネジ溝等の凹凸があると、当該凹凸により陰が発生し、適切に内面の様子を撮影できない場合がある。

本発明の目的は、内面検査装置において、被検査物の内面に凹凸がある場合であっても、当該内面の状態を適切に撮影できる技術を提供することを目的とする。

本願の例示的な第１発明は、軸方向に延びる被検査孔を有する被検査物の内面の状態を検査する内面検査装置であって、前記被検査物を載置する載置部と、前記載置部に載置された前記被検査物の前記被検査孔の内部に配置され、第１反射面および第２反射面を有するミラー部材と、前記被検査物と前記ミラー部材とを軸方向に相対移動させる移動機構と、前記被検査孔の軸方向一方側に配置され、指向性を有する照射光を照射する光照射部と、前記被検査孔の軸方向一方側に配置される撮像部と、を有し、前記第１反射面と前記第２反射面とは、Ｖ字の溝状に配置され、かつ、前記第１反射面と前記第２反射面とのなす角は鈍角であり、前記光照射部は、前記第１反射面に向かって軸方向一方側から軸方向他方側へと前記照射光を照射し、前記第１反射面は、前記照射光を軸方向に対して垂直な方向へ反射し、前記第２反射面は、前記照射光が照射された被検査孔の内面の映像を、軸方向に対して垂直な方向から軸方向一方側へと反射し、前記撮像部は、前記第２反射面により反射された前記映像を撮像する。

本願の例示的な第１発明によれば、被検査孔の内面が、ネジ溝等の凹凸を有している場合であっても、陰の発生を抑制しつつ内面の様子を撮像できる。

図１は、第１実施形態に係る内面検査装置の概略図である。図２は、第１実施形態に係るミラー部材の検査時における様子を示した斜視図である。図３は、第１実施形態に係るミラー部材の側面図である。図４は、第１実施形態に係るミラー部材の断面図である。図５は、第１実施形態に係るミラー部材の検査時における様子を示した側面図である。第１実施形態に係るミラー部材の検査時における様子を示した斜視図である。一変形例に係る内面検査装置においてミラー部材の検査時における様子を示した斜視図である。一変形例に係る内面検査装置においてミラー部材の検査時における様子を示した斜視図である。他の変形例に係る内面検査装置の概略図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、ミラー部材の中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。

また、本願では、「垂直」は「略垂直」を、「平行」は「略平行」を、「同一」は「略同一」をそれぞれ含む。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．内面検査装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る内面検査装置１の斜視図である。図１に示すように、内面検査装置１は、支持部２０、ミラー部材３０、光源４０、撮像部５０、操作部６０および制御部１０を有する。

この内面検査装置１は、ミラー部材３０の少なくとも一部を、被検査物８の有する被検査孔８１の内部に配置して、被検査孔８１をなす被検査物８の内面の状態を検査する装置である。内面検査装置１は、例えば、電気機器や自動車などの種々の装置を構成する、筒状の部材の内面を検査する。

支持部２０は、本体部２１と、ステージ２２と、ステージ駆動部２３とを有する。本体部２１は、ミラー部材３０、光源４０および撮像部５０のそれぞれを支持する。本実施形態では、ミラー部材３０は、本体部２１に対して固定されている。また、光源４０および撮像部５０は、本体部２１に対して角度および位置を調整可能に固定されている。

ステージ２２は、被検査物８を載置するための載置部である。ステージ２２の中央には、上下に貫通する貫通孔２２１が設けられる。貫通孔２２１には、ミラー部材３０が挿入される。ステージ２２は、本体部２１に対して移動可能に支持される。

ステージ駆動部２３は、ステージ２２を軸方向に移動させる移動機構を有する。移動機構を動作させると、ステージ２２に載置された被検査物８とミラー部材３０とが軸方向に相対移動する。これにより、被検査孔８１の内面の被照射部８０（図２参照）を軸方向に移動できる。なお、被照射部８０とは、光源４０からの照射光がミラー部材３０を介して照射される部位である。

なお、本実施形態では、検査時において、ミラー部材３０、光源４０および撮像部５０の位置が固定されている。このため、ステージ駆動部２３は、ミラー部材３０と、光源４０と、撮像部５０との相対位置を同一に保ったまま、被検査物８と、ミラー部材３０、光源４０および撮像部５０とを軸方向に相対移動させる。これにより、光源４０からミラー部材３０の後述する第１反射面３１、被検査孔８１の内面、および、ミラー部材３０の後述する第２反射面３２を介して撮像部５０へ至る光路の相対的な位置関係を変えることなく、被検査孔８１の内面の被照射部８０を軸方向に移動できる。

また、ステージ駆動部２３は、ステージ２２を後述する中心軸９を中心として回転させる回転機構をさらに有する。回転機構を動作させると、軸方向に延びる回転軸を中心として、ステージ２２上に載置された被検査物８が回転する。これにより、被検査孔８１の内面の被照射部８０を周方向に移動できる。

図１に示すように、被検査物８は、被検査孔８１が中心軸９に沿って延びるように、ステージ２２上に載置される。なお、本実施形態のステージ２２には、被検査物８を固定する固定部材（図示せず）が備えられている。

なお、図１中に示すように、本実施形態では、中心軸９に沿う方向をｚ方向とする。また、中心軸９に直交する方向であって、互いに直交する２方向をｘ方向およびｙ方向とする。

ミラー部材３０は、中心軸９に沿って延びる略円柱状の部材である。後述する検査工程では、図１に示すように、ミラー部材３０の少なくとも軸方向一方側の端面が、ステージ２２に載置された被検査物８の被検査孔８１の内部に配置される。

図２は、検査時におけるミラー部材３０の周辺の様子を示した斜視図である。図３は、ミラー部材３０のｘ方向から見た側面図である。図４は、ミラー部材３０のＡ−Ａ’断面における断面図である。

図２に示すように、ミラー部材３０の軸方向（ｚ方向）一方側の端面は、第１反射面３１、第２反射面３２および中央境界線３３を有する。ミラー部材３０の軸方向一方側の端面は、軸方向（ｚ方向）およびｙ方向に対しておおよそ４５°傾斜している。第１反射面３１および第２反射面３２を構成するミラー部材３０の表面は研磨され、鏡面加工されている。

中央境界線３３は、第１反射面３１と第２反射面３２との境界をなす線である。図２に示すように、本実施形態の中央境界線３３は、軸方向であるｚ方向に対して、約４５°傾斜している。すなわち、中央境界線３３は、軸方向に対して垂直なｘｙ平面に対して、約４５°傾斜している。なお、本実施形態では、中央境界線３３は、ｙ方向に対して、約４５°傾斜している。

ここで、ミラー部材３０の軸方向一方側の端面において、中央境界線３３に直交する方向を幅方向と称する。第１反射面３１は、中央境界線３３から幅方向一方側へ平面状に拡がる。また、第２反射面３２は、中央境界線３３から幅方向他方側へ平面状に拡がる。

図４に示すように、第１反射面３１と第２反射面３２とは、Ｖ字状に配置されている。すなわち、第１反射面３１と第２反射面３２とは、ミラー部材３０の軸方向一方側の端面において、Ｖ字状の溝を形成する。第１反射面３１と第２反射面３２とのなす角は、鈍角である。なお、鈍角とは、９０°よりも大きく、１８０°よりも小さい角度である。このように、第１反射面３１と第２反射面３２とをＶ字状に配置することにより、１つのミラー部材３０に効率よく第１反射面３１と第２反射面３２とを配置できる。

本実施形態では、第１反射面３１と第２反射面３２とは、中央境界線３３を含む平面に関して面対称である。すなわち、第１反射面３１と第２反射面３２とは、軸方向（ｚ方向）に延びる面に関して面対称である。

光源４０は、指向性を有する照射光を照射する光照射部である。光源４０は、被検査物８の被検査孔８１の軸方向一方側に配置される。本実施形態の光源４０は、レーザー光を照射するレーザー発振器である。

撮像部５０は、被検査物８の被検査孔８１の軸方向一方側に配置される。本実施形態の撮像部５０は、レンズを有するＣＣＤカメラである。

操作部６０は、モニタ６１および入力部６２を有する。モニタ６１は、内面検査装置１の各処理に関わる種々の情報（例えば、ステージ２２の位置情報、撮像部５０の撮像した映像等）を表示するための部位である。モニタ６１には、例えば、液晶ディスプレイ等の表示装置が用いられる。

入力部６２は、制御部１０に対して種々の指令を入力するための部位である。内面検査装置１の作業者は、モニタ６１を確認しながら、入力部６２を操作することができる。入力部６２には、例えば、キーボードやマウスが用いられる。なお、操作部６０として、タッチパネル式のディスプレイ等の、モニタ６１と入力部６２とが一体となった装置が用いられてもよい。

制御部１０は、内面検査装置１の各部を制御する。図１に示すように、制御部１０は、ステージ駆動部２３と、光源４０と、撮像部５０と、操作部６０のモニタ６１および入力部６２と電気的に接続されている。本実施形態の制御部１０は、パーソナルコンピュータにより構成される。なお、制御部１０は、電子回路等の他の構成であってもよい。

＜１−２．検査工程について＞
次に、内面検査装置１を用いた検査工程について説明する。

本実施形態では、被検査物８がステージ２２上に載置された後、作業者が入力部６２を介して制御部１０に対して初期設定指令を入力する。これにより、制御部１０からステージ駆動部２３へ駆動指令信号が入力される。ステージ駆動部２３は、当該駆動指令信号に従って、ステージ２２を初期位置へと配置する。

このとき、制御部１０からの指令信号によって光源４０および撮像部５０の角度や軸方向位置を調整してもよい。具体的には、初期設定指令の入力後、制御部１０からこれらの位置を調節する調節機構に対して指令信号が入力されて、光源４０および撮像部５０の角度や軸方向位置を調整してもよい。

初期設定の完了後、作業者が入力部６２を介して制御部１０に対して検査開始指令を入力することにより、または、自動的に、制御部１０は、検査を開始する。検査が開始されると、制御部１０は、光源４０による照射光の照射と、撮像部５０による被照射部８０の映像の撮像とを開始する。また、制御部１０は、ステージ駆動部２３によるステージ２２の軸方向の移動および回転を開始する。これにより、被検査孔８１の内面のうち、被照射部８０となる部位を移動させていく。

続いて、検査時における照射光の光軸および被照射部８０の映像が撮像部５０へ到達する光路について説明する。図５は、検査時におけるミラー部材３０の周辺の様子をｘ方向から見た側面図である。図６は、検査時におけるミラー部材３０の周辺の様子を軸方向一方側かつｙ方向から見た斜視図である。

図１、図２、図５および図６に示すように、光源４０は、第１反射面３１に向かって軸方向一方側から軸方向他方側へと照射光Ｌ１を照射する。なお、各図中において、照射光Ｌ１と、後述する照射光Ｌ２とは、実線で示されている。

本実施形態では、図５に示すように、光源４０から照射された照射光Ｌ１は、ｘ方向に見て、軸方向（ｚ方向）に対して平行に進行する。すなわち、照射光Ｌ１の光軸は、ｘｚ平面に対して平行である。一方、図６に示すように、照射光Ｌ１の光軸は、軸方向に対してｘ方向に傾斜している。なお、本実施形態では、照射光Ｌ１の光軸は、軸方向に対する角度が約１２°である。このように、照射光Ｌ１の進む方向の軸方向に対する角度は、１５°以下であることが望ましい。

第１反射面３１は、照射光Ｌ１を軸方向に対して垂直な方向へ反射する。ここで、照射光Ｌ１が第１反射面３１において反射された光を、照射光Ｌ２と称する。照射光Ｌ２の進む方向は、軸方向に対して垂直である。すなわち、照射光Ｌ２の光軸は、ｘｙ平面に対して平行である。そして、照射光Ｌ２は、被検査物８の被検査孔８１の内面の一部である被照射部８０を照射する。

第２反射面３２は、照射光Ｌ２が照射された被検査孔８１の内面の映像を、軸方向に対して垂直な方向から軸方向一方側へと反射する。そして、撮像部５０が、第２反射面３２において反射された当該映像を撮像する。

ここで、被照射部８０の映像が撮像部５０へ到達するまでの光路のうち、被照射部８０から第２反射面３２に至る部分を光路Ｌ３と称し、第２反射面３２から撮像部５０へ至る部分を光路Ｌ４と称する。光路Ｌ３および光路Ｌ４は、各図中において、二点鎖線で示されている。光路Ｌ３は、軸方向に対して垂直である。すなわち、光路Ｌ３は、ｘｙ平面に対して平行である。光路Ｌ４は、軸方向他方側から軸方向一方側へと進む。

本実施形態では、被照射部８０の周方向の中央と、軸方向に延び、かつ、中央境界線３３と重なる平面とが、交差するように、照射光Ｌ１の角度が調整されている。これにより、照射光Ｌ１，Ｌ２と、光路Ｌ３，Ｌ４とが、軸方向に延び、かつ、中央境界線３３と重なる平面に対して対称に配置される。その結果、図５に示すように、ｘ方向に見て、照射光Ｌ１と光路Ｌ４とが重なる。また、ｘ方向に見て、照射光Ｌ２と光路Ｌ３とが重なる。

光路Ｌ４は、照射光Ｌ１の光軸と同様に、ｘ方向に見て、軸方向に対して平行である。すなわち、光路Ｌ４は、ｘｚ平面に対して平行である。また、図６に示すように、光路Ｌ４は、軸方向に対して、ｘ方向に傾斜している。なお、光路Ｌ４は、軸方向に対する角度が１２°以下であることが望ましい。

このように、この内面検査装置１では、第１反射面３１を介した被検査孔８１の内面への照射光Ｌ２の光軸と、被照射部８０の映像が撮像部５０へ到達するまでの光路のうち、被照射部から第２反射面３２までの光路Ｌ３とが、軸方向に対して垂直である。これにより、被検査孔８１の内面が、ネジ溝等の凹凸を有している場合であっても、陰の発生を抑制しつつ内面の様子を適切に撮像できる。

図４に示すように、本実施形態では、第１反射面３１と第２反射面３２とのなす角の角度は、約１７２°である。第１反射面３１と第２反射面３２とのなす角が小さすぎると、ミラー部材３０と被検査孔８１の内面との距離を小さくする必要が生じる。したがって、径が大きい被検査孔８１の検査を行うことが困難となる。一方、第１反射面３１と第２反射面３２とのなす角がほぼ１８０°となると、照射光Ｌ１の反射と被照射部８０の映像の反射とが別個の反射面３１，３２で行うことが困難となる。このため、第１反射面３１と第２反射面３２とのなす角の角度は、１６０°以上かつ１７８°以下であることが好ましい。また、第１反射面３１と第２反射面３２とのなす角の角度は、１７２°であることがより好ましい。

＜２．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

図７は、一変形例に係る内面検査装置の、検査時におけるミラー部材３０Ａの周辺の様子を示した斜視図である。図８は、図７の例の内面検査装置の、検査時におけるミラー部材３０Ａの周辺の様子を示した斜視図である。

図７および図８の例の内面検査装置では、光源（図示せず）が、スリット光を照射するスリット光照射部である。光源がスリット光照射部であることにより、光源がレーザー光である場合と比べて、被照射部８０Ａの大きさを大きくすることができる。

この光源は、長手方向と、長手方向に直交する短手方向とを有する略長方形状のスリット光を照射する。このため、光源から第１反射面３１Ａへと向かう照射光Ｌ１Ａの、第１反射面３１Ａにおける照射範囲３１０Ａは、略長方形となる。同様に、被照射部８０Ａも略長方形となる。図７および図８の例では、照射範囲３１０Ａの長手方向は、ミラー部材３０Ａの中央境界線３３Ａと平行である。これにより、被照射部８０Ａの長手方向が、軸方向と一致する。

また、図７および図８の例では、光源から第１反射面３１Ａに入射される照射光Ｌ１Ａの進む方向は、軸方向に平行である。このように、第１反射面に入射される照射光の光軸の方向は、軸方向に平行であってもよいし、軸方向に対して傾斜していてもよい。

図９は、他の変形例に係る内面検査装置１Ｂの概略図である。この内面検査装置１Ｂは、追加反射部材４１Ｂをさらに有する。

図９の例の内面検査装置１Ｂでは、光源４０Ｂから照射された照射光Ｌ０Ｂが追加反射部材４１Ｂへと入射される。そして、照射光Ｌ０Ｂが追加反射部材４１Ｂにおいて反射した照射光Ｌ１Ｂが第１反射面３１Ｂへと入射される。すなわち、光源４０Ｂから照射された照射光が、第１反射面３１Ｂへ直接入射されず、追加反射部材４１Ｂを介して入射される。

上記の実施形態では、光源からの照射光が直接第１反射面へと入射されたが、本発明はこの限りではない。図９の例のように、光源からの照射光が直接第１反射面へと入射されなくてもよい。

また、上記の実施形態では、被照射部の映像が第２反射部のみを介して撮像部へと到達するが、本発明はこの限りではない。被照射部の映像が、第２反射部と、追加反射部材とを介して撮像部へと到達してもよい。

また、上記の実施形態では、ミラー部材の位置が固定され、移動機構であるステージ駆動部により、被検査物を載置するステージが移動させられた。しかしながら、本発明はこれに限られない。移動機構は、被検査物とミラー部材とを軸方向に相対移動させるものであればよい。

このため、被検査物が載置される載置部の位置が固定され、移動機構がミラー部材を軸方向に移動させてもよい。なお、被検査物が載置される載置部の位置が固定され、移動機構がミラー部材、光源および撮像部が固定された部材を移動させてもよい。このようにすれば、ミラー部材と、光源と、撮像部とは、その相対的位置が固定される。また、移動機構は、被検査物が載置される載置部とミラー部材との双方を軸方向に移動させてもよい。

また、上記の実施形態では、単独のミラー部材が第１反射面および第２反射面の双方を有していたが、本発明はこの限りではない。ミラー部材は、第１反射面を有する第１ミラー部材と、第２反射面を有する第２ミラー部材とを含んでもよい。

その他、内面検査装置の細部の形状については、本願の各図面と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、内面検査装置に利用できる。

１，１Ｂ内面検査装置
８被検査物
９中心軸
１０制御部
２２ステージ
２３ステージ駆動部
３０，３０Ａミラー部材
３１，３１Ａ，３１Ｂ第１反射面
３２第２反射面
３３，３３Ａ中央境界線
４０，４０Ｂ光源
４１Ｂ追加反射部材
５０撮像部
６０操作部
８０，８０Ａ被照射部
８１被検査孔

Claims

軸方向に延びる被検査孔を有する被検査物の内面の状態を検査する内面検査装置であって、
前記被検査物を載置する載置部と、
前記載置部に載置された前記被検査物の前記被検査孔の内部に配置され、第１反射面および第２反射面を有するミラー部材と、
前記被検査物と前記ミラー部材とを軸方向に相対移動させる移動機構と、
前記被検査孔の軸方向一方側に配置され、指向性を有する照射光を照射する光照射部と、
前記被検査孔の軸方向一方側に配置される撮像部と、を有し、
前記第１反射面と前記第２反射面とは、Ｖ字の溝状に配置され、前記第１反射面と前記第２反射面との間の境界線は軸方向に傾斜して延びており、かつ、前記第１反射面と前記第２反射面とのなす角は鈍角であり、
前記光照射部は、前記第１反射面に向かって軸方向一方側から軸方向他方側へと前記照射光を照射し、
前記第１反射面は、前記照射光を軸方向に対して垂直な方向へ反射し、
前記第２反射面は、前記照射光が照射された被検査孔の内面の映像を、軸方向に対して垂直な方向から軸方向一方側へと反射し、
前記撮像部は、前記第２反射面により反射された前記映像を撮像する、内面検査装置。
請求項１に記載の内面検査装置であって、
前記第１反射面および前記第２反射面はそれぞれ、平面状である、内面検査装置。
請求項１または請求項２に記載の内面検査装置であって、
前記ミラー部材は、軸方向に延びる柱状であり、
前記第１反射面および前記第２反射面は、前記ミラー部材の軸方向一方側端部に配置される、内面検査装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内面検査装置であって、
前記ミラー部材の軸方向一方側端面は、
前記境界線から幅方向一方側へ平面状に拡がる前記第１反射面と、
前記境界線から幅方向他方側へ平面状に拡がる前記第２反射面と、を含む、内面検査装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内面検査装置であって、
前記第１反射面と前記第２反射面とは、軸方向に延びる面に関して面対称である、内面検査装置。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の内面検査装置であって、
前記第１反射面と、前記第２反射面とのなす角の角度は、１６０°以上かつ１７８°以下である、内面検査装置。
請求項６に記載の内面検査装置であって、
前記第１反射面と、前記第２反射面とのなす角の角度は、１７２°である、内面検査装置。
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の内面検査装置であって、
前記光照射部は、スリット光を照射するスリット光照射部である、内面検査装置。
請求項４に記載の内面検査装置であって、
前記光照射部は、スリット光を照射するスリット光照射部であり、
前記スリット光の前記第１反射面における照射範囲の長手方向は、前記境界線と平行である、内面検査装置。
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の内面検査装置であって、
前記第１反射面に入射される前記照射光の進む方向の軸方向に対する角度は、１５°以下である、内面検査装置。
請求項１０に記載の内面検査装置であって、
前記第１反射面に入射される前記照射光の進む方向は、軸方向に平行である、内面検査装置。
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の内面検査装置であって、
軸方向に延びる回転軸を中心として、前記被検査物を回転させる回転機構をさらに有する、内面検査装置。
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の内面検査装置であって、
前記移動機構は、前記ミラー部材と、前記光照射部と、前記撮像部との相対位置を同一に保ったまま、前記被検査物と、前記ミラー部材、前記光照射部および前記撮像部とを軸方向に相対移動させる、内面検査装置。