JP7223457B2 - 光学式内面測定装置及び光学式内面測定方法 - Google Patents
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Description
しかしながら該文献においては、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、収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いたりするため、真の測定値が得られていなかった。
しかしながら、従来のこの測定機は、使用する光プローブは円筒状透光性パイプを用意し、その内部にミラー等の回転光学系を内蔵していた為、図19に示されるように被測定物(9)の内周面は、ほぼ円形断面、または円筒の内周面に限定されており、被測定物の内周面が楕円や多角形の場合は、パイプから半径距離が大きい部分で反射光が取得できず、測定が行えなかった。
この構成により、測定対象の穴の中に透明パイプをすっぽりと入るように入れて、円形以外の断面形状の内周面を高精度に観察および測定を行うことができる。
この構成により、被測定物の測定をこの透明パイプの半径寸法を基準に行うことができる。測定は都度、透明パイプを基準に行えるため、測定値の繰り返し再現性が極めて良好になる。
この構成により、被測定部内面と透明パイプの間に十分良好な干渉縞を発生することが可能になり、安定した測定結果が得られる。
この構成によれば、円形以外の断面形状の内周面に光線を回転放射し第2の測定基準となる透明パイプを基準に毎回の測定が行える為、内周面形状の寸法及び幾何学精度を高精度に測定することができる。
この構成によれば、放射される光線の回転制御を精度良く行うことができる。
この構成によれば、円形以外の異形断面形状の内周面を高精度に観察および測定を行うことができる。
この構成によれば、繰り返し測定を行う場合に、測定値の再現性が極めて良好になる。
図1~図7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。
また、図5に示すスライダ用モータ83が光プローブ13を被測定穴32の内部を軸方向に移動させることで光線21は回転放射しつつ軸方向にスライド可能であるため、被測定穴32全体の三次元形状の形状データを収集する事ができる。
尚、図5に示すスライド用モータ83によりスライダ82が移動する直線性精度は0.1マイクロメートル(μm)以下の精度を維持している。
被測定物29の異形被測定穴30の形状と寸法を、例えば三次元形状測定機等の従来の測定機で測定しコンピュータに保存し、この被測定物をマスター30と認定し保管する。従来の測定機の測定精度は1マイクロメートル程度しかなく本発明の0.01マイクロメートル以下が測れる精密な測定機にとっては明らかに不十分である為、従来の測定機を用いる場合は複数回、例えば10回程度繰り返し測定を行い、その平均値を求めて0.1マイクロメートル以下の数値を表示し、これをマスター29の基準寸法値と定義しコンピュータに「第1マスター数値」として保存する。
図1および図2において、被測定物31の異形被測定穴32に挿入可能であり、被測定穴32の内周面との半径ギャップは 3.0mm以下の透明パイプ4を製作し、その内部に回ミラー等からなる光路変換手段3を内蔵する。
異形測定マスター29のマスター基準穴30に異形透明パイプ4を有する光プローブ13を挿入し、測定マスター29と光プローブ13の間をX-Y-Z方向に移動および振れが生じないようにする。
異形測定マスター29の基準穴30の内表面と異形透明パイプ4の半径ギャップ寸法(図2中、ΔR1~ΔR8)を光プローブ13で360°全周測定する。
異形パイプ内周面4aまでの半径距離(Rn)=(コンピュータに保存した測定マスター基準穴30表面までの半径(r))-(今測定した半径ギャップ(ΔRn))である。
360°全周の異形透明パイプ4の半径距離を求め、コンピュータに「第2マスター数値」として記憶させる。この手順は手法こそ従来と異なるが、一般に光プローブの校正と呼ばれる作業である。
図5に示す本発明測定機に異形穴を有する被測定物31をセットする。
図2に示すように被測定物31の異形の被測定穴32に光プローブ13の異形透明パイプ4を挿入する。この際、異形透明パイプ4と被測定穴32は接触していない必要がある。接触した場合は異形透明パイプの外周面にキズや汚れができて反射光が減衰して測定できない場合がある。
光プローブ13の光路変換手段3を回転し、異形透明パイプ4と被測定物31の異形の被測定穴32表面のギャップ(半径距離)を360度に渡り測定する。
被測定物31の異形穴32内面までの半径距離(rn)=(測定したギャップ半径(ΔRn))+(透明パイプ4校正値、即ち「第2マスター保存値(Rn)」)であり、360°全周にわたり半径距離(rn)を計算し、断面寸法デジタルデータとし、「実測数値」としてコンピュータに保存する。
取得した360度各位置での「実測数値(半径)」の断面デジタルデータから必要な測定値(内周面曲線形状線図、内径、真円度、等)をコンピュータで算出し表示する。
図12図の横軸は光線21が、被測定物31の内周面に対して傾斜して照射される場合の傾斜角θ(deg)を示し、縦軸は図5に示す光干渉解析部85に得られる光出力(%)である。図12から光線21の傾斜角(θ)は20度までは適正な出力が得られるが、これを超えると十分な戻り光が検出できず、高精度な測定が行えない場合が生じることが分かった。
1a 集光部材(レンズ)
2 中空回転軸
3 光路変換手段(ミラー)
4 異形透明パイプ
4a 透明パイプ内周面
4b 透明パイプ外周面
5 チューブ
6 モータコイル
7 ロータ磁石
8a 第1軸受
8b 第2軸受
9 電線
10 モータ
11 三角形透明パイプ
11a 透明パイプ内周面
12 四角形透明パイプ
12a 透明パイプ内周面
13 光プローブ
21 光線
29 測定マスター(マスターゲージ)
30 測定マスター基準穴
31 被測定物
32 被測定穴
33 エンジンハウジング
34 繭型穴
34a 半径大部
34b 半径小部
35 ポンプハウジング
36 三角穴
36a 半径大部
36b 半径小部
37 金型ハウジング
38 四角穴
38a 半径大部
38b 半径小部
39 円形透明パイプ
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 光干渉解析部
86 コンピュータ路
87 モータドライバ回路
88 測定機本体
89 モニタ
90 固定治具
Claims (9)
- 測定対象の穴の内周面の観察、測定を行う光学式内面測定装置であって、
円形以外の異形断面を有する透明パイプの内部に、回転可能な光学測定系を配置し、
前記被測定物の測定マスターの内周面と前記透明パイプとの間の半径ギャップ(ΔRn)を測定した結果から、
透明パイプの半径寸法=〔マスターまでの半径距離〕-〔半径ギャップ(ΔRn)〕の式により、前記透明パイプの絶対寸法校正値を求め、
前記絶対寸法校正値をコンピュータに保存している光学式内面測定装置。 - 前記透明パイプは、被測定物の穴に対して、すっぽりと入り、
前記被測定物の穴の内周面と前記透明パイプとの間の半径ギャップを3ミリメートル以下になるよう、前記透明パイプの寸法を設定した請求項1記載の光学式内面測定装置。 - 前記被測定物を固定し、前記被測定物の穴に前記透明パイプを挿入し、前記光学測定系により被測定物の内周面と透明パイプの半径ギャップ(Δrn)を測定し、
被測定物までの半径距離=〔透明パイプの絶対寸法校正値〕+〔半径ギャップ(Δrn)〕の式により、前記被測定物の内周面の形状寸法を求める請求項1または2に記載の光学式内面測定装置。 - 光学測定系は、非回転光ファイバーの先端側に一体的に設けられた集光部材と、前記集光部材の先端側に配置され、前記透光性パイプの内部に設けられた回転自在な光路変換手段を有するものであり、
前記光路変換手段を回転駆動させるモータを備える請求項1~3何れか1項記載の光学式内面測定装置。 - 測定対象の穴の内周面の観察、測定を行う光学式内面測定装置であって、
円形以外の異形断面を有する透明パイプの内部に、回転可能な光学測定系を配置し、
前記透明パイプは、被測定物の穴に対して、すっぽりと入り、
前記被測定物の穴の内周面と前記透明パイプとの間の半径ギャップを3ミリメートル以下になるよう、前記透明パイプの寸法を設定した光学式内面測定装置。 - 前記被測定物を固定し、前記被測定物の穴に前記透明パイプを挿入し、前記光学測定系により被測定物の内周面と透明パイプの半径ギャップ(Δrn)を測定し、
被測定物までの半径距離=〔透明パイプの絶対寸法校正値〕+〔半径ギャップ(Δrn)〕の式により、前記被測定物の内周面の形状寸法を求める請求項5記載の光学式内面測定装置。 - 光学測定系は、非回転光ファイバーの先端側に一体的に設けられた集光部材と、前記集光部材の先端側に配置され、前記透光性パイプの内部に設けられた回転自在な光路変換手段を有するものであり、
前記光路変換手段を回転駆動させるモータを備える請求項5または6に記載の光学式内面測定装置。 - 非円形の内周面を有する穴に、円形以外の異形断面を有する透明パイプを挿入し、
前記透明パイプの内側に配置した回転光学測定系から前記内周面に向けて光線を回転放射し、
前記透明パイプを基準として前記内周面の形状寸法及び幾何学精度を測定する光学式内面測定方法。 - 前記内周面の絶対値測定を行うための基準となる測定マスターを準備するステップと、
前記測定マスターを用いて前記透明パイプを校正するステップと、
前記校正後の前記透明パイプの外周面又は内周面を基準として、前記内周面までの半径ギャップを測定するステップと、を含む請求項8記載の光学式内面測定方法。
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JP2000321034A (ja) | 1999-05-14 | 2000-11-24 | Olympus Optical Co Ltd | 光イメージング装置 |
US20140260590A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-09-18 | DGI Geoscience Inc. | Borehole profiling and imaging |
JP2015232539A (ja) | 2014-05-12 | 2015-12-24 | 並木精密宝石株式会社 | 光学式内面測定装置 |
WO2017168628A1 (ja) | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 株式会社日立製作所 | 立体形状計測装置、立体形状計測プローブ |
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