(57)【要約】      （修正有）【課題】一つの距離センサで多数の点を測定することにより、装置を大型化せず、耐久性・測定精度を向上させた形状検査装置を提供する。【解決手段】測定対象へ測定光を照射し、前記測定対象からの反射光を検出し、前記測定対象までの距離を算出する距離センサ０と、前記距離センサ０からの測定光が複数の測定点へ照射される複数の測定光に分離される分離部と、前記分離部で分離された複数の測定光から前記測定対象へ照射する測定光を選択する選択部とを備え、前記測定対象の形状を計測する形状計測装置を提供する。【選択図】図１
2014074633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象へ測定光を照射し、前記測定対象からの反射光を検出し、前記測定対象までの距離を算出する距離センサと、
前記距離センサからの測定光が複数の測定点へ照射される複数の測定光に分離される分離部と、
前記分離部で分離された複数の測定光のうち前記測定対象へ照射する測定光を選択する選択部とを備え、前記測定対象の形状を計測する形状計測装置。
【請求項２】
前記距離センサは、前記分離部によって分離された複数の測定光に対応する前記測定対象からの複数の反射光をそれぞれ検出し、複数の測定点までの距離をそれぞれ算出することを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項３】
前記距離センサにより算出された複数の測定点までの距離から前記測定対象の形状データを計算する計算部を備えることを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項４】
前記分離部と前記測定対象との間に焦点位置を変更可能な電気式焦点可変レンズを設けることを特徴とする請求項１に記載の形状検査装置。
【請求項５】
前記分離部は前記距離センサからの前記測定光を３つの光に分離することを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項６】
前記分離部は前記距離センサからの前記測定光を５つの光に分離することを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項７】
前記選択部として透過する光の波長帯域を選択する波長可変フィルタを設け、
前記分離部として波長帯域によって前記複数の測定光を分離するＡＷＧ（Ａｒｒａｙ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ）用いることを特徴とする請求項１記載の形状計測装置。
【請求項８】
測定光と反射光が干渉する干渉系を測定点に対応して複数設け、
前記複数の干渉系と前記分離部との距離をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項９】
距離センサから照射された測定光を複数の測定光に分離し、
前記複数の測定光のうち、いずれかの測定光を選択し、
選択された測定光を対応する測定点に照射し、
前記測定点からの反射光を測定点ごとに前記距離センサによって検出し、
前記反射光から測定点までの距離をそれぞれ算出して前記測定対象の形状を計測する形状計測方法。
【請求項１０】
それぞれの測定点までの距離から前記測定対象の形状データを計算することを特徴とする請求項９に記載の形状計測方法。
【請求項１１】
前記距離センサから照射された測定光を３つの光に分離することを特徴とする請求項９に記載の形状計測方法。
【請求項１２】
前記距離センサから照射された測定光を５つの光に分離することを特徴とする請求項９に記載の形状計測方法。
【請求項１３】
前記距離センサから照射された測定光の波長帯域によって、前記複数の測定光のいずれかを選択することを特徴とする請求項９に記載の形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状計測方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ものづくりにおける加工中の製品の品質確保に加え、作業時間の短縮のために管体の内面形状計測が求められている。従来から、測定対象物が有する内面にレーザ光を照射し、その反射光から測定対象物の内面形状もしくは内径を計測する内面形状計測装置が知られている。
【０００３】
本技術分野の背景技術として、特開２００８−３０４４０７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「プリズムの反射面を、レーザ変位計から発せられるレーザ光の軸線上に固設したことによって、測定対象物を変更したり、測定する内周面の形状が変化した場合であっても、レーザ変位計およびプリズムの配置を調整するという操作が不要となり、簡単な操作で内径Ｄを測定することができる。また、プリズムの反射面は、支持体から突出するように配設されているので、測定対象物の内周面の径が小さく、内周面の中に測定部全体を案内できない場合でも、プリズムの反射面を案内して、内周面の内径を測定することができる」と記載されている。
【０００４】
また、特開２０１１−１９６８９９号公報（特許文献２）がある。この公報には、「先端側が管体に挿入されるアームの基端側に、周方向の３箇所でレーザ光を管体の軸方向に管体内へ向けて発射する発光部と、管体内から戻る反射光を受光する受光部を備えたレーザ変位センサを取り付け、アームの先端側に、各レーザ変位センサと同じ周方向で、各発光部から発射されたレーザ光を、外方の管体の内径面に向けて直角に方向転換し、外方に向けられたレーザ光の管体の内径面での反射光の一部をアームの基端側へ向けて方向転換するプリズムを取り付け、各レーザ変位センサの検出値から管体の内径面でのレーザ光の反射位置を求め、求めた３点の反射位置から管体の内径を演算する演算手段を設けたものとした」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０４４０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９６８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の内径測定装置においては、内径計測装置が回転し内径を測定するため、結果が回転の精度に依存すること、可動部があるため耐久性が低い、測定対象の中心軸と測定装置の中心軸とが傾いたか測定対象が変形したかを区別ができないため、中心軸が傾かないように調整するため設置が容易でないといった問題がある。
【０００７】
特許文献２の内径測定装置においては３つの変位計を用いて３点の距離を測定し、三角形の正弦定理と余弦定理に基づいて、管体の内径寸法を演算するようにしている。この内径測定装置は、回転部がないため結果が回転の精度に依存すること、可動部があるため耐久性が低いことや、測定に時間がかかるといった問題はない。この内径測定装置は、測定箇所の数だけ変位計を用いるため、装置が大型になる上、多点を測定するためには更に変位計を用意しなければならないため、多点測定による内径測定精度の向上、真円度の測定、円形でない管体の形状を測定することが容易でない。また、測定対象の中心軸と測定装置の中心軸とが傾いたか測定対象が変形したかを区別ができないため、中心軸が傾かないように調整するため設置が容易でないといった問題がある。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明は、一つの距離センサで多数の点を測定することにより、装置を大型化せず、耐久性・測定精度を向上させた形状検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、測定対象へ測定光を照射し、前記測定対象からの反射光を検出し、前記測定対象までの距離を算出する距離センサと、前記距離センサからの測定光が複数の測定点へ照射される複数の測定光に分離される分離部と、前記分離部で分離された複数の測定光のうち、前記測定対象へ照射する測定光を選択する選択部とを備え、前記測定対象の形状を計測する形状計測装置を提供する。
【００１０】
また、他の観点における本発明は、距離センサから照射された測定光を複数の測定光に分離し、前記複数の測定光のうち、いずれかの測定光を選択し、選択された測定光を対応する測定点に照射し、前記測定点からの反射光を測定点ごとに前記距離センサによって検出し、前記反射光から測定点までの距離をそれぞれ算出して前記測定対象の形状を計測する形状計測方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一つの距離センサで多数の点を測定することにより、装置を大型化せず、耐久性を向上させた形状検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の管体内面の形状計測装置１００の構成図の例である。
【図２】図１の平面４０における断面図を示す。
【図３】計測ヘッド５０の詳細図である。
【図４】図２の計測ヘッド５０の詳細図である。
【図５】計測ヘッド５０の一部と、制御部１００ｂと、中継ケーブル９１の模式図の例である。
【図６】管体内面の形状計測装置１００を用いた加工フローの例を示す。
【図７】三脚１００ｃを用いた計測ヘッド５０の据付の例を示す。
【図８】実施例２における内面形状計測装置２００を示す構成図の例である。
【図９】図８の平面４０における断面図を示す。
【図１０】実施例３における内面形状計測装置３００を示す構成図の例である。
【図１１】図１０の平面３４０における断面図を示す。
【図１２】中心軸が傾いた場合の内面形状計測装置と、管体８０の関係を示した模式図の例である。
【図１３】計測結果を図１２の平面Ｈ３へ射影した場合の模式図の例である。
【図１４】実施例４における内面形状計測装置４００を示す構成図の例である。
【図１５】ＡＷＧ（Ａｒｒａｙ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ）の動作の模式図の例である。
【図１６】実施例５における内面形状計測装置５００を示す構成図の例である。
【図１７】図１６の５４０における断面図を示す。
【００１３】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例では、例えば、測定対象としての管体内面の形状計測装置の例と、管体内面の形状計測装置を用いた管体の加工方法の例を説明する。
【００１５】
図１は、本実施例の管体内面の形状計測装置１００の構成図の例である。
【００１６】
図２は、図１の平面４０における断面図を示す。
【００１７】
図３は、計測ヘッド５０の詳細図である。
【００１８】
図４は、図２の計測ヘッド５０の詳細図である。
【００１９】
管体内面の形状計測装置１００は、計測ヘッド５０と計測ヘッド５０と加工機７０を接続するためのアダプタ６０とから成る計測ヘッド部１００ａと、中継ケーブル９１と、制御・データ処理・電源回路を含む回路ユニット９２と表示画面９４から成る制御部１００ｂとから成る。
【００２０】
回路ユニット９２は中継ケーブル９１を通して、計測ヘッドへ制御信号を送信する、計測ヘッドへの電源供給、計測ヘッドから送信された信号を収録し、データ処理する役割を果たす。表示画面は測定条件、測定結果を表示する。
【００２１】
計測ヘッド５０は、距離センサ０、光スイッチ２と、光ファイバ１０〜１３と、コリメートレンズマウンタアダプタ２１〜２３と、レンズ３１〜３３と、光スイッチ２を固定し距離センサ０に取り付け可能なケース１と、コリメートレンズマウンタアダプタ２１〜２３を固定しケース１に取付可能なケース２０から成る。
【００２２】
距離センサ０は、レーザを照射しその反射光から距離を算出する。距離センサ０は、照射及び検出光を同じ光ファイバで導光することができる。距離測定方式は限定されない。例えば、Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ法、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）法、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙーｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）法などがある。
【００２３】
光ファイバ１０は距離センサ０の入力及び検出光を導光する役割を果たす。測定光は、光ファイバ１０から光スイッチ２内にある分離部（分岐点）を通り、複数の測定点へ向かう測定光（それぞれ光ファイバ１０〜１３を通る測定光）に分離される。
【００２４】
測定光と反射光とを干渉させる干渉系としてのレンズ３１〜３３を搭載した、コリメートレンズマウンタアダプタ２１〜２３はそれぞれ異なる方向に配置する。コリメートレンズマウンタアダプタ２１〜２３の中心をＯ、光ファイバ１１〜１３の出力光４１〜４３が管体に当たる点をそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃとする。
【００２５】
図５は、計測ヘッド５０の一部と、制御部１００ｂと、中継ケーブル９１の模式図の例である。回路ユニット９２は、電源９２ａ、配線９２ｂ、制御回路９２ｃ、距離センサ０によって算出された各測定点と干渉系としての各レンズ３１〜３３の距離から管体内面の形状データを計算する計算部としての信号処理回路９２ｄ、光源９２ｅからなり、中継ケーブル９１は、電源線９１ａ、制御線９１ｂ、信号伝送線９１ｃ、光源を距離センサ０に送る送信用光ファイバ９１ｄからなる。
【００２６】
電源９２ａは、配線９２ｂを介して表示画面９４、制御回路９２ｃ、信号処理回路９２ｄ、光源９２ｅに電源を供給し、配線９１ａを介して、距離センサ０と光スイッチ２に電源を供給する役割を果たす。
【００２７】
制御回路９２ｃは、制御線９１ｂを介して、光スイッチ２に制御信号を送る役割を果たす。複数の測定光のいずれかを測定点に照射するかを選択する選択部としての光スイッチ２は外部制御信号により、光ファイバ１０を光ファイバ１１〜１３の何れと接続するかを選択することができる。なお、本実施例では、分離部および選択部を光スイッチ２として一体の構成としたがそれぞれが別々の構成であってもよい。
【００２８】
ＯＡ、ＯＢ、ＯＣの距離ａ、ｂ、ｃを算出する方法について説明する。光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１１とする。距離センサ０からの出力光を光ファイバ１０で光スイッチ２に導光する。その光を光スイッチ２は光ファイバ１１に導光し、レンズ３１を通り、管体８０の内面に照射する。管体８０からの反射光は、レンズ３１、光ファイバ１１、光スイッチ２、光ファイバ１０を通り、距離センサ０で検出し、電気信号に変換した後、信号伝送線９１ｃで信号処理回路９１ｄで、ＯＡの距離ａを算出する。なお、厳密には距離センサ０で検出される距離は、測定点Ａと干渉系としてのレンズ３１との距離であるが、レンズ３１は距離センサ０とほぼ同じ位置に配置されているため、ここでは、距離センサ０でＯＡの距離が検出されるものとして説明する。
【００２９】
同様にして、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１２として、ＯＢの距離ｂを算出する。また、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１３として、ＯＣの距離ｃを算出する。
【００３０】
∠ＡＯＢ、∠ＢＯＣ、∠ＣＯＡは既定値であるため、測定結果ａ、ｂ、ｃから正弦定理と余弦定理を用いて、管体の内径を算出することができる。
【００３１】
加工機７０は管体８０を固定するベース７１と、支柱７２と、昇降部７３、梁７４と、取り付けチャック７５からなり、昇降部７３が昇降することにより、管体内面の形状計測装置１００が管体８０の軸方向に移動し、管体の軸方向の内径変化を観測することができる。
【００３２】
本実施例による管体内面の形状計測装置１００では、管体８０もしくは、管体内面の形状計測装置１００を回転させることなく、内面の形状を計測することができるため、回転の芯ぶれによる精度の低下が起きず、かつ耐久性に優れている。
【００３３】
管体８０の大きさが大きく変わり、管体にフォーカスがあわない場合には、レンズ３１〜３３を焦点距離が異なるレンズに取り替え、フォーカス位置を管体にあわせることができる。また、レンズ３１〜３３を電気式焦点可変レンズに変えることにより、複数のレンズの焦点位置を同時に変えることができるため、取り替えることなくフォーカス位置を管体にあわせることができる。
【００３４】
一つの距離センサ０で計測するため、光スイッチの分岐数、光ファイバ、コリメートレンズアダプタ、コリメートレンズを増やすことで、容易に測定点を増やすことができる。
【００３５】
本実施例による管体内面の形状計測装置１００を用いた、管体の加工方法の例を説明する。
【００３６】
図６は、管体内面の形状計測装置１００を用いた加工フローの例である。
【００３７】
加工機にツールを取り付けておく。管体８０を、ベース７１に固定し、目標内径の範囲を入力し（Ｓ１０１）、加工し（Ｓ１０２）、加工ツールを取り外し（Ｓ１０３）、計測ヘッド部１００ａを取り付け（Ｓ１０４）、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１１〜１３の何れかに設定し（Ｓ１０５）、距離を測定し（Ｓ１０６）、測定点数が３に等しいか判定し（Ｓ１０７）、等しくない場合には光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１１〜１３のこれまでに設定していない光ファイバの何れかに設定する（Ｓ１０５）。
【００３８】
測定点が３に等しくなったら、内径を算出し（Ｓ１０８）、内径が標内径の範囲に入っているかを判定し（Ｓ１０９）入っていない場合には、計測ヘッド部１００ａを取り外し、加工ツールを取り付け、加工を行う。
【００３９】
内径が目標内径の範囲に入ったら、加工を終了する（Ｓ１１０）。
【００４０】
管体８０を、ベース７１から取り外すことなく加工することができる。
【００４１】
本実施例では、加工機に搭載するために計測ヘッド５０と加工機７０を接続するためのアダプタ６０を用いたが、図７に示すように、三脚１００ｃを用いて管体８０もしくは、ベース７１に設置し管体内面の形状を計測してもよい。
【００４２】
以上より、本実施例によれば、距離センサ０に分離部としてのコリメートレンズマウンタアダプタ２１〜２３と選択部としての光スイッチ２を設けたことにより、一つの距離センサ０によって距離センサ０を回転させずに複数の測定点までの距離を検出することができる。これにより、距離センサ０の回転させる必要がないため、測定精度・耐久性を向上させることができ、距離センサ０を複数配置する必要がないため、装置を小型化することができる。
【００４３】
また、３つの測定点までの距離を測定することにより、管体の内径を算出することができる。
【実施例２】
【００４４】
本実施例では、断面形状が円状の管体だけでなく、楕円状の管体の内面形状管体内面形状計測装置の例を説明する。
【００４５】
図８は、実施例２における内面形状計測装置２００を示す構成図の例である。
【００４６】
図９は、図８の平面４０における断面図を示す。
既に説明した図１から図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００４７】
レンズ３１〜３５を搭載した、コリメートレンズマウンタアダプタ２１〜２５はそれぞれ異なる方向に配置する。コリメートレンズマウンタアダプタ２１〜２５の中心をＯ、光ファイバ１１〜１５の出力光４１〜４５が管体に当たる点をそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとする。
【００４８】
光スイッチ２０２は光ファイバ１０を、光ファイバ１１〜１５の何れに接続するか決定する役割を果たす。
【００４９】
ＯＡ、ＯＢ、ＯＣ、ＯＤ、ＯＥの距離ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを算出する方法について説明する。実施例１と同様に光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１１とする。距離センサ０からの出力光を光ファイバ１０で光スイッチ２に導光する。その光を光スイッチ２は光ファイバ１１に導光し、レンズ３１を通り、管体８０の内面に照射する。管体８０からの反射光は、レンズ３１、光ファイバ１１、光スイッチ２、光ファイバ１０を通り、距離センサ０で検出し、電気信号に変換した後、信号伝送線９１ｃで信号処理回路９１ｄで、ＯＡの距離ａを算出する。
【００５０】
同様にして、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１２として、ＯＢの距離ｂを算出する。また、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１３として、ＯＣの距離ｃを算出する。また、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１４としてＯＤの距離ｄを算出する。また、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ１５としてＯＥの距離ｅを算出する。
【００５１】
∠ＡＯＢ、∠ＢＯＣ、∠ＣＯＤ、∠ＤＯＥ、∠ＥＯＡは既定値であるため、測定結果ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを、平面４０上の直交座標に変換し、楕円の一般式の係数を決めることができる。
Ａｘ２＋Ｂｘｙ＋Ｃｙ２＋Ｄｘ＋Ｅｙ＋1＝０        （１）
本実施例によれば、測定対象が楕円形状の管体の内面である場合、５つの測定点までの距離を測定することにより、楕円の短径・長径を計測することができる。
【実施例３】
【００５２】
本実施例では、管体８０と内面形状計測装置の中心軸の傾きによる誤差を低減した、内面形状計測措置の例を説明する。
【００５３】
図１０は、実施例３における内面形状計測装置３００を示す構成図の例である。図１１は、図１０の平面３４０における断面図を示す。既に説明した図１から図９に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００５４】
レンズ３３１〜３３５を搭載した、コリメートレンズマウンタアダプタ３２１〜３２５はそれぞれ異なる方向に配置する。コリメートレンズマウンタアダプタ３２１〜３２５の中心をＰ、光ファイバ３１１〜３１５の出力光３４１〜３４５が管体に当たる点をそれぞれ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊとする。
【００５５】
光スイッチ３０２は光ファイバ１０を、光ファイバ１１〜１５もしくは光ファイバ３１１〜３１５の何れに接続するか決定する役割を果たす。
【００５６】
ＰＦ、ＰＧ、ＰＨ、ＰＩ、ＰＪの距離ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊを算出する方法について説明する。実施例１、２と同様に光スイッチ３０２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ３１１とする。距離センサ０からの出力光を光ファイバ１０で光スイッチ３０２に導光する。その光を光スイッチ２は光ファイバ３１１に導光し、レンズ３３１を通り、管体８０の内面に照射する。管体８０からの反射光は、レンズ３３１を通り、光ファイバ３１１を通り、光スイッチ３０２を通り、光ファイバ１０を通り、距離センサ０で検出し、電気信号に変換した後、信号伝送線９１ｃで信号処理回路９１ｄで、ＰＦの距離ｆを算出する。
【００５７】
同様にして、光スイッチ３０２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ３１２として、ＰＧの距離ｇを算出する。また、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ３１３として、ＰＨの距離ｈを算出する。また、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ３１４としてＰＩの距離ｉを算出する。また、光スイッチ２で選択する光ファイバ１０との接続先を光ファイバ３１５としてＰＪの距離ｊを算出する。
【００５８】
∠ＦＯＧ、∠ＧＯＨ、∠ＨＯＩ、∠ＩＯＪ、∠ＪＯＦは既定値であるため、測定結果ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊを、平面３４０上の直交座標に変換し、楕円の一般式（１）の係数を求めることができる。
【００５９】
図１２は、中心軸が傾いた場合の内面形状計測装置と、管体８０の関係を示した模式図の例である。
【００６０】
既に説明した図１から図１０に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００６１】
管体８０の中心軸Ｃ１と内面形状計測装置の中心軸Ｃ２が傾いていると、管体８０が真円である場合にも、計測結果は楕円となる。このとき、計測結果を平面Ｈ３へ射影した場合、図１３に示すように、平面４０上の楕円Ｅ１の中心点Ｏ１と、平面３４０上の楕円Ｅ２の中心Ｏ２は異なる位置にある。
【００６２】
平面４０と中心軸Ｃ２の交点Ｎ１と、平面３４０と中心軸Ｃ２の交点Ｎ２の距離Ｌは既定値であるため、Ｏ１とＯ２の距離ΔＣから、中心軸の傾きを、次式（２）で求めることができる。
θ＝ａｒｃｓｉｎ（ΔＣ／Ｌ）              （２）
平面４０と平面３４０の位置関係と、Ｏ１とＯ２の位置関係と、中心軸間の傾きθを用いて、楕円の方程式を補正することにより、中心軸の傾きの影響を低減した、管体の内面形状求めることができるため、内径計測装置３００と、管体８０の中心軸の傾きを調整することなく、高精度に管体８０の内面形状を計測することができ、設置が容易となる。
【００６３】
本実施例によれば、測定対象が円形状の管体の内面であり、計測ヘッドの中心軸と管体の中心軸が傾いて設置した場合でも、５つの測定点までの距離を測定し、中心軸の傾きを求めて、楕円の方程式を補正することより、管体の内径を算出することができる。
【実施例４】
【００６４】
本実施例では、管体内面の形状計測装置の例を説明する。
【００６５】
図１４は、実施例４における内面形状計測装置４００を示す構成図の例である。
既に説明した図１から図１０に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００６６】
距離センサ４１０は、レーザを照射しその反射光から距離を算出する。距離センサ４１０は、光を波長ごとに分離して出力するＡＷＧ４０２と透過する波長を選択する波長可変フィルタ４０３を用いることにより、波長の異なる光で測定可能となり、照射及び検出光を同じ光ファイバで導光することができる。距離測定方式は限定されない。
【００６７】
図１５は、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ）の動作の模式図の例である。ＡＷＧ４０２は光ファイバ１０を通る複数波長の光を、光ファイバ１１〜１３に波長帯域ごとにわけて出力し、光ファイバ１１〜１３から入力されたそれぞれ異なる波長帯域の光を統合し、光ファイバ１０に出力する。
【００６８】
光ファイバ１０ａは距離センサ０と波長可変フィルタ４０３を接続し、光ファイバ１０ｂは波長可変フィルタ４０３とＡＷＧ４０２を接続する。波長可変フィルタ４０３は、透過する光の波長帯域を選択することができる。ここで、ＡＷＧ４０２内に複数の測定点へ測定光を分離する分離部（分岐点）が存在する。また、ＡＷＧ４０２は波長可変フィルタ４０３で選択された波長帯域に対応して、複数の測定光のいずれかを測定点に照射するかを選択する選択部として機能する。
【００６９】
ＯＡ、ＯＢ、ＯＣの距離ａ、ｂ、ｃを算出する方法について説明する。波長可変フィルタ４０３の透過波長帯域を光ファイバ１１に分けられる帯域とする。距離センサ０からの出力光を光ファイバ１０ａで波長可変フィルタ４０３に入力し、光ファイバ１０ｂでＡＷＧ４０２に導光し、レンズ３１を通り、管体８０の内面に照射する。管体８０からの反射光は、レンズ３１を通り、光ファイバ１１を通り、ＡＷＧ４０２を通り、波長可変フィルタ４０３を通り、光ファイバ１０を通り、距離センサ４１０で検出し、ＯＡの距離ａを算出する。
【００７０】
同様にして、波長可変フィルタ４０３の透過波長帯域を光ファイバ１２に分けられる帯域として、ＯＢの距離ｂを算出する。また、波長可変フィルタ４０３の透過波長帯域を光ファイバ１３に分けられる帯域として、ＯＣの距離ｃを算出する。
【００７１】
本実施例によれば、ＡＷＧ４０２と波長可変フィルタ４０３により自動的に複数の測定点への測定光の分離とどの測定点へ測定光を照射するかの選択ができるようになり、制御が容易になる。
【実施例５】
【００７２】
本実施例では、距離測定結果から測定箇所を対応つけることにより、構成部品の数を減らし、装置価格を安くすることができる、管体内面の形状計測装置の例を説明する。
【００７３】
図１６は、実施例５における内面形状計測装置５００を示す構成図の例である。
既に説明した図１から図１４に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００７４】
図１７は、図１６の５４０における断面図を示す。
【００７５】
距離センサ５１０は、レーザを照射しその反射光から距離を算出する。距離測定方式は異なる距離からの信号を同時に観測することができる方式であれば限定されない。例えば、ＴＯＦ法、ＦＭＣ法などがある。
【００７６】
ＴＯＦ法では、異なる距離の信号を時間で分離することができ、ＦＭＣＷ法では、異なる距離の信号を周波数で分離することができる。
【００７７】
光ファイバカプラ５０２は光ファイバ１０を通る光を、光ファイバ１１〜１３にわけて出力し、光ファイバ１１〜１３から入力され光を統合し、光ファイバ１０に出力する。
【００７８】
測定光と反射光とを干渉させる干渉系としてのレンズ５３１〜５３３を搭載した、コリメートレンズマウンタアダプタ５２１〜５２３はそれぞれ異なる方向に、点Ｏからのそれぞれの距離が１ｃｍ程度づつ異なるように配置する。内面形状計測装置５００の中心が、管体８０の中心との距離が１ｃｍ程度以下になるように内面形状計測装置５００を配置する。
【００７９】
即ち、点Ｏ（または分離部）から測定光と反射光とを干渉させる干渉系としてのレンズ５３１〜５３３までの距離をそれぞれ異ならせることにより、レンズ５３１〜５３３から測定点Ａ、Ｂ、Ｃまでの距離a、b、ｃを意図的に十分な大きな量（１ｃｍ程度）だけ異ならせることができる。これにより、測定点Ａ、Ｂ、Ｃと測定結果a、b、ｃの対応付けが可能となる。
【００８０】
本実施例によれば、距離測定結果から測定箇所を対応つけるため、構成部品の数を減らし、装置価格を安くすることができる。
【００８１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である
【符号の説明】
【００８２】
１００  管体内面の形状計測装置
０  距離センサ
２  光スイッチ
５０  計測ヘッド
７０  加工機
８０  管体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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