JP2672771B2 - 貫通孔の内径測定装置 - Google Patents
貫通孔の内径測定装置Info
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Description
を高精度に測定することができる貫通孔の内径測定装置
に関する。
どでは非常に小さな貫通孔を設けた製品があるが、製品
によっては1mm程度の径の穴を1μm程度の分解能で
測定するといったきわめて高精度の測定が必要となる場
合がある。このような孔内径を測定する場合、光学的に
測定する方法として被検査体に光を照射し、孔の影を測
定することによって行う方法がある。
しくは偶然に影となった部分を測定することになり、正
確な孔径の測定は不可能である。また、貫通孔が長い場
合にはさらに測定が困難になるという問題点がある。本
発明者は径サイズが1mm以下といったきわめて微小な
貫通孔の内径を精度良く測定する装置として本装置を発
明したものであり、とくに内径にくらべて孔の長さが長
い貫通孔の内径を正確に測定する場合に有効に利用する
ことができる貫通孔の内径測定装置を提供することを目
的とする。
するため次の構成を備える。すなわち、被検査対象であ
る貫通孔を有する被検査体を前記貫通孔の中心軸を光軸
に合わせて正確にセットするためのセット機構と、前記
被検査体から離間して前記貫通孔の前方に配置され、前
記光軸に対し対称な配置で複数のピンホールを設けたチ
ャートおよび、前記各々のピンホールからの光束を前記
貫通孔の外部から貫通孔に向けて一度に直接的に入射さ
せる光源およびレンズ系を有する投光光学系と、前記被
検査体から離間して前記貫通孔の後方に配置され、前記
貫通孔の内壁面で反射されて前記貫通孔から出射した光
を受光し、前記各々のピンホールの結像位置を観測する
受光光学系とを具備することを特徴とする。また、被検
査対象である貫通孔を有する被検査体を前記貫通孔の中
心軸を光軸に合わせて正確にセットするためのセット機
構と、前記被検査体から離間して前記貫通孔の前方に配
置され、前記光軸に対し対称な配置で複数のピンホール
を設けたチャート、および前記各々のピンホールからの
光束を前記貫通孔の外部から貫通孔に向けて一度に直接
的に入射させる光源、および入射光束の径を制限するた
めの絞り、およびレンズ系を有する投光光学系と、前記
被検査体の後方の光軸上で前記貫通孔の内壁面で反射さ
れた各光束が一致して光軸を横切る位置を検知する受光
光学系とを具備することを特徴とする。また、受光光学
系に前記貫通孔の内壁面からの反射光を受光するCCD
カメラを設け、該CCDカメラを光軸方向に移動ガイド
するリニアエンコーダ付きのリニアガイドを設けたこと
を特徴とする。また、被検査体の貫通孔の状態を観察す
る観察光学系を設けたことを特徴とする。
孔を光軸に正確に合わせてセットし、投光光学系を介し
てチャートに設けた各々のピンホールから貫通孔の内壁
面に光束を入射させる。貫通孔の内壁面で反射された反
射光は受光光学系によって受光され、各々のピンホール
の結像位置が観測される。このピンホールの観測位置か
ら貫通孔の内径寸法が測定される。ピンホールの結像位
置は光学系によって所定の感度で得られるから、これに
よって高精度の測定が可能になる。また、各ピンホール
から貫通孔の内壁面に入射され、貫通孔の内壁面で反射
された各光束が一致して光軸を横切る範囲を受光光学系
で検知する。各光束が一致して光軸を横切る範囲の端点
位置あるいは両端点の中点位置等を比較することにより
貫通孔の内径寸法を測定することができる。貫通孔の内
壁面による反射光が光軸を横切る範囲はリニアガイドに
よってガイド移動するCCDカメラによって正確に測定
できる。また、観測光学系によって被検査体の貫通孔の
状態を観察することにより被検査体を光軸上で正確にセ
ットすることができる。
づいて詳細に説明する。図1は貫通孔の内径測定装置の
一実施例の全体構成を示す。実施例の装置は貫通孔を有
する被検査体に対して光を照射するための投光光学系A
と、被検査体からの反射光を受光するための受光光学系
Bと、被検査体を姿勢制御してセットするためのセット
機構Cと、被検査体の貫通孔の状態を観察するための観
察光学系Dとを有する。
すく示した構成図である。前記投光光学系Aは光源10
と、光源10の投光側に配置するレンズ51、レンズ5
2および絞り16からなる。実施例ではレンズ51とし
て可変焦点レンズを使用し、レンズ52として固定焦点
のものを使用した。
照明用光源18とプリズム20と観察用のCCDカメラ
22を有する。なお、CCDカメラ22の前段には拡大
用としてレンズ系を設けている。プリズム20にはハー
フミラーを形成しており、光軸上に配置して照明用光源
18からの光を被検査体に照射し、被検査体からの反射
光をCCDカメラ22に導いて被検査体の貫通孔の状態
を観察できるようにしている。
貫通孔を正確に光軸上に配置するためのもので、被検査
体30をX、Y軸方向に移動させる移動制御機構と、貫
通孔の軸線方向の姿勢を制御する姿勢制御機構とを有す
る。こうして、セット機構Cは4軸で被検査体30の位
置と姿勢を制御してセットできる。前記回転制御機構は
セット機構上に配置され、被検査体30を光軸回りに回
転させることができる。また、セット機構Cは光軸方向
への移動機構上にあり、被検査体30の光軸方向への移
動ができる。
もので、被検査体に近い側にレンズ53を配置しその後
方にレンズ54を配置する。24はレンズ53の前方に
配置した絞りである。また、レンズ54の後方にはレン
ズ54からの出射光を受けるCCDカメラ26を配置す
る。このCCDカメラ26は光軸に対して直交する方向
に移動して位置調整可能であるとともに光軸方向に移動
可能に支持される。図1で28及び29はリニアエンコ
ーダによってCCDカメラ26を光軸方向及び光軸と直
交方向に移動制御するリニアガイドである。
ように、被検査体の前後に投光光学系Aおよび受光光学
系Bを配置したものであるが、その光学配置を図3に示
す。図ではレンズ51、52、53、54の各位置とC
CDカメラ26の受光面を直線で示す。光源10は図の
左端にあるが、その前方にピンホールを設けたチャート
60を配置する。図4にチャート60の正面図を示す。
実施例の光学系はチャート60に設けたピンホールをC
CDカメラ26の受光面上に結像させ、その結像位置か
ら貫通孔の内径を測定するものである。そのため、チャ
ート60には図のように十字位置に4つのピンホール6
2を設けたものを使用した。実施例ではピンホール62
の径が0.1mm、互いに向かい合うピンホール62間
の距離が0.9mmである。なお、チャート60の形式
は測定内容に応じて適宜変更することができる。
距離f1 の位置に配置する。これによってピンホール6
2から出射した光は平行光束としてレンズ52に入射す
る。実施例ではレンズ51には可変焦点レンズを使用し
た。なお、レンズ51とレンズ52との間隔は適宜設定
してよい。図3で30a、30bは被検査体で、異なる
内径の被検査体をセットした様子を示している。
6はレンズ52、53、54の焦点距離f2 、f3 、f
4 を基準にして図3の位置関係に従って配置する。すな
わち、レンズ52とレンズ53はf2 +f3 の間隔で配
置し、レンズ53とCCDカメラ26はともにレンズ5
4の焦点距離の位置にそれぞれ配置する。なお、レンズ
53、レンズ54の間隔はf4 を基準とするが任意の間
隔W4 で配置することができる。実施例の測定装置は被
検査体30a、30bの貫通孔の内壁面に光ビームを照
射し、内壁面からの反射光をCCDカメラ26の受光面
で受けることを特徴とする。このため、レンズ52の前
方には光ビームを絞って貫通孔の内壁面に入射させるた
めの絞り16を設けている。貫通孔は内径寸法にくらべ
て長さが長いから光ビームは非常に浅い角度で貫通孔内
に入射するようにしている。
2とレンズ53とはf2 +f3 の間隔で配置しているか
ら、レンズ53からの出射光は平行光束となり、レンズ
54によってCCDカメラ26の受光面上にチャート6
0のピンホール62が結像する。図3に示すように被検
査体30a、30bの内径の相違はCCDカメラ26の
受光面上でのピンホールの結像位置の相違として一定の
倍率で拡大されて表れる。このCCDカメラ26の受光
面上でのピンホール位置は受光面での中心からの距離を
Rとすると、チャート60上での中心からピンホール6
2までの距離をh、被検査体の貫通孔の半径をrとして
次式で与えられる。 R=(f4 /f3){2r−(f2 h/f1)}
た場合、CCDカメラ26の受光面で観測されるピンホ
ール位置R1 、R2 の差ΔRは次式で与えられる。 ΔR=R2 −R1 =(2f4 /f3)(r2 −r1 ) したがって、被検査体の貫通孔の半径の差はCCDカメ
ラ26の受光面上で K=2f4 /f3 の倍率で検出されることになる。この感度係数Kはレン
ズ53とレンズ54との焦点距離によって決まるから、
f4 /f3 を大きな値になるように選択することによっ
て高精度で測定することが可能である。実施例ではレン
ズ51として64mm〜640mmのズームレンズを使
用し、レンズ52、53、54にはそれぞれ焦点距離7
0mm、70mm、135mmのレンズを使用した。
ル位置は適宜方法で計測すればよいが、CCDカメラ2
6の受光面での1素子をスケール単位として測定する方
法、あるいは、CCDカメラ26を光軸に対し直交する
方向に移動させるリニアガイドを設け、このリニアガイ
ドのリニアエンコーダを読み取って計測する等が利用で
きる。
の製作誤差は標準資料を用いて校正する。被検査体の貫
通孔の内径を測定する場合は、観察光学系Dによって貫
通孔位置を観察しつつセット機構Cによって貫通孔を正
確に光軸に位置合わせした後、CCDカメラ26でピン
ホール位置を検出することによって貫通孔の内径を測定
する。実施例の装置によれば1mm径の貫通孔に対して
数μmの精度で内径寸法を測定することができ、きわめ
て精度の良い測定が可能になった。また、この実施例の
装置によれば内径が0.1mm程度の貫通孔程度まで測
定可能であり、とくに貫通孔の長さが数十mmといった
長い貫通孔を対象として測定できるという特徴がある。
他の実施例についての構成を示す。この実施例では前記
実施例で被検査体30の後方に配置したレンズ53、5
4を使用せず、CCDカメラ26を光軸上で前後動させ
被検査体30の貫通孔の内壁面で反射した光が光軸と交
差する位置を検出することによって測定する。レンズ5
3、54を除く他の構成は前記実施例と共通である。
52のセット位置については図6に示すように前記実施
例と同様である。レンズ52から出射する光は絞り16
で細く絞られ被検査体30a、30bの内壁面内に投射
される。貫通孔内に投射された光は貫通孔の内壁面で反
射され後方に出射するが、その出射光のビーム幅は被検
査体30a、30bの内径寸法によって変動する。CC
Dカメラ26は貫通孔で反射された光が光軸を横切る境
界位置を検出することによって貫通孔の内径を測定す
る。
びQ1 点が貫通孔で反射された光が光軸と交差する境界
位置、被検査体30bについてはP2 およびQ2 点が光
軸と交差する境界位置である。これら境界位置P1 、Q
1 、P2 、Q2 はCCDカメラ26を光軸上で前後動さ
せることによって検知することができる。すなわち、境
界位置PではCCDカメラ26の受光面上のスポットが
複数から一つになり境界位置Qではスポットが一つから
複数に分離するからCCDカメラ26を前後動させて境
界位置を検知することができる。CCDカメラ26はリ
ニアガイド28によって前後動されリニアエンコーダに
よってその前後位置を正確に検知することができる。
1 の中点位置をa、P2 とQ2 の中点位置をbとする
と、感度係数Kとしてa、bと被検査体の貫通孔の内径
をr1、r2 とは次の関係式で与えられる。 b−a=K(r2 −r1 ) K=(2f1 f2 2h)/(f2h+f1s)(f2h- f1s) なお、s はレンズ52においた光束を絞るためのピンホ
ールの半径である。したがって、本実施例の装置の場合
も、上式にしたがって貫通孔の内径寸法を高感度で測定
することができる。
実施例を示す。この実施例では図5、6に示す実施例で
さらにレンズ52を除いた光学系によって構成したもの
である。すなわち、図7に示すように光源10からの光
はレンズ51で平行光束になって出射され、被検査体3
0a、30bの前方に置いたピンホール板17に設けた
ピンホールによって絞られて貫通孔内に入射する。貫通
孔内に入射した光束は貫通孔の内壁面で反射されるが、
上記実施例と同様にCCDカメラ26を前後動させ光軸
上でビームが交差する境界位置を検出する。
射するから反射光も平行光束になる。被検査体30a、
30bによる反射光と光軸との交差位置P1 、Q1 とP
2 、Q2 の中点位置を各々a、b、感度係数Kとする
と、 b−a=K(r2 −r1 ) K=2f1 /h となる。感度係数Kはf1 とhによって決まるから、f
1 の値をhにくらべて大きく設定することによって上記
各実施例と同様な精密測定が可能になる。
検査体の貫通孔の内壁面に光束を入射させ、貫通孔の内
壁面の反射光を検知して測定するものであり、光束をし
ぼって貫通孔内に入射させ貫通孔に対してきわめて浅い
角度で入射させることによって貫通孔の内径が0.1m
mといった従来方法では正確に計測することが非常に困
難な微小径の貫通孔についても正確に測定することが可
能になる。とくに、上記のような光学的配置を採用する
ことによって内径寸法にくらべて非常に長い貫通孔を測
定する場合でも容易に測定ができるという特徴がある。
また、測定の際の感度係数Kを大きくとることによって
1mmの内径の貫通孔で1μm程度の分解能での測定が
可能になった。
れば、上述したように、非接触方法により貫通孔の内径
を高精度で測定することが可能になり、従来方法では測
定が非常に困難であった微小径の貫通孔についても正確
な測定を行うことができる。また、ピンホールの結像位
置を観測して測定する場合には精度のよい測定が可能で
あり、反射光が光軸を横切る範囲から測定する場合には
光学系配置が簡易な構成で精度の良い測定が可能になる
等の著効を奏する。
る。
である。
示す説明図である。
を示す説明図である。
学配置を示す説明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 被検査対象である貫通孔を有する被検査
体を前記貫通孔の中心軸を光軸に合わせて正確にセット
するためのセット機構と、前記被検査体から離間して前記貫通孔の前方に配置さ
れ、前記光軸に対し対称な配置で複数のピンホールを設
けたチャートおよび、前記各々のピンホールからの光束
を前記貫通孔の外部から貫通孔に向けて一度に直接的に
入射させる光源およびレンズ系を有する 投光光学系と、前記被検査体から離間して前記貫通孔の後方に配置さ
れ、 前記貫通孔の内壁面で反射されて前記貫通孔から出
射した光を受光し、前記各々のピンホールの結像位置を
観測する受光光学系とを具備することを特徴とする貫通
孔の内径測定装置。 - 【請求項2】 被検査対象である貫通孔を有する被検査
体を前記貫通孔の中心軸を光軸に合わせて正確にセット
するためのセット機構と、前記被検査体から離間して前記貫通孔の前方に配置さ
れ、前記光軸に対し対称な配置で複数のピンホールを設
けたチャート、および前記各々のピンホールからの光束
を前記貫通孔の外部から貫通孔に向けて一度に直接的に
入射させる光源、および入射光束の径を制限するための
絞り、およびレンズ系を有する 投光光学系と、前記被検査体の後方の光軸上で 前記貫通孔の内壁面で反
射された各光束が一致して光軸を横切る位置を検知する
受光光学系とを具備することを特徴とする貫通孔の内径
測定装置。 - 【請求項3】 受光光学系に前記貫通孔の内壁面からの
反射光を受光するCCDカメラを設け、該CCDカメラ
を光軸方向に移動ガイドするリニアエンコーダ付きのリ
ニアガイドを設けたことを特徴とする請求項2記載の貫
通孔の内径測定装置。 - 【請求項4】 被検査体の貫通孔の状態を観察する観察
光学系を設けたことを特徴とする請求項1、2または3
記載の貫通孔の内径測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5161201A JP2672771B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 貫通孔の内径測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5161201A JP2672771B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 貫通孔の内径測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0735518A JPH0735518A (ja) | 1995-02-07 |
JP2672771B2 true JP2672771B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=15730520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5161201A Expired - Lifetime JP2672771B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 貫通孔の内径測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2672771B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3227106B2 (ja) * | 1997-04-23 | 2001-11-12 | 株式会社ミツトヨ | 内径測定方法および内径測定装置 |
JP4768422B2 (ja) * | 2005-12-07 | 2011-09-07 | 株式会社トプコン | 貫通孔の内径測定装置及び内壁観察装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5313132B2 (ja) * | 1972-10-14 | 1978-05-08 | ||
JPS6076605A (ja) * | 1983-10-03 | 1985-05-01 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 立体物測定機 |
JPS6358134A (ja) * | 1986-08-28 | 1988-03-12 | Mitsubishi Electric Corp | 管内面形状測定装置 |
JP2544288B2 (ja) * | 1993-01-07 | 1996-10-16 | 株式会社第一測範製作所 | 光学式測長装置 |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP5161201A patent/JP2672771B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0735518A (ja) | 1995-02-07 |
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