(57)【要約】【課題】ダブル光ファイバ接続を利用した微小空洞測定装置を提供する。【解決手段】ダブル光ファイバ接続を利用した微小空洞測定装置は、照準器付き送信器、コントローラおよび長さ測定装置を備える。当該微小空洞測定装置は、照準器付き送信器が動作を開始した瞬間から照準器付き送信器が動作を停止する瞬間まで、プローブに対する対象物の位置における細かい変化を検出する。コントローラは、測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するためのプログラムを有する。当該微小空洞測定装置は、照準器付き送信器がレーザ部、データ収集／処理部、および入射光ファイバと出射光ファイバの一端がカプラ上に固定されているダブル光ファイバ接続部とから成ることを特徴とする。ダブル光ファイバ接続を利用した微小空洞測定方法は、プローブを微小空洞に挿入して、プローブを測定方向に移動させるステップと、照準器付き送信器が長さ測定装置に対して、プローブが微小空洞の側面に接触している場合にプローブの位置を長さ測定装置に記録させるための信号を送るステップと、続いて微小空洞の寸法を計算するステップとから成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダブル光ファイバ接続を利用した微小空洞測定装置の一種であって、一の照準器付き送信器、一のコントローラ、および一の長さ測定装置から成る微小空洞測定装置。この種の微小空洞測定装置は、前記照準器付き送信器が動作を開始した瞬間から前記照準器付き送信器が動作を停止した瞬間まで、前記プローブに対する一の対象物の位置の複数の細かい変化を検出し、一のレーザ接続部、一のデータ収集／処理部、および入射光ファイバおよび出射光ファイバの一端が一のカプラに固定されている一のダブル光ファイバ接続部から成る、一の照準器付き送信器を特徴とする。
【請求項２】
上記の請求項１に記載した前記微小空洞測定装置内の前記光ファイバ接続部であって、一の直交アークの形状を有する一の入射光ファイバおよび一の直線の形状を有する一の出射光ファイバから成る、光ファイバ接続部。入射光ファイバおよび出射光ファイバの一端は前記カプラ上に固定され、他端は互いに同一の平面上にある。
【請求項３】
上記の請求項１に記載した前記微小空洞測定装置内の前記長さ測定装置であって、複数の異なる測定範囲に対応してマクロおよびミクロを組み合わせた一の容量センサである、長さ測定装置。
【請求項４】
上記の請求項１に記載した前記微小空洞測定装置内の前記長さ測定装置であって、複数の異なる測定範囲に対応してマクロおよびミクロを組み合わせた一のインダクタンスセンサである、長さ測定装置。
【請求項５】
上記の請求項１に記載した前記微小空洞測定装置内の前記レーザ接続部であって、レーザ（１）、ビーム用視準器／拡大器（２）、光ファイバ接続レンズ（３）および固定ブロック（４）から成る、レーザ接続部。そして、レーザ（１）、視準器／拡大器（２）、光ファイバ接続レンズ（３）、および入射光ファイバ（５）の一端は同軸であり、入射光ファイバ（５）の他端は固定ブロック（４）上に固定されている。
上記の請求項１に記載の前記微小空洞測定装置内の前記データ収集／処理部であって、レンズ（１４Ａ）およびＣＣＤカメラ（１４）から成る、データ収集／処理部。これら２つの構成要素は、出射光ファイバ（１３）の一端と同軸である。ＣＣＤカメラ（１４）から一の画像を受け取ると前記コントローラは、前記画像の品質に応じて、一の開始信号または停止信号を二倍周波数レーザ干渉計（１１）へ送り、二倍周波数レーザ干渉計（１１）からのデータが続いて前記データ処理部において処理される。
前記微小空洞測定装置内の前記長さ測定装置であって、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）、および二倍周波数レーザ干渉計（１１）から成る、長さ測定装置。これらの構成要素はすべて、互いに同軸で、作業台（７）上に固定され、二倍周波数干渉計（１１）はコンピュータ（１２）に接続されている。二倍周波数干渉計（１１）が前記コントローラから前記開始信号を受け取ると、前記プローブの位置はｐ１として記録され、前記コントローラから前記停止信号を受け取ると、前記プローブの位置がｐ２として記録される。
【請求項６】
上記の請求項１に記載した前記微小空洞測定装置内の前記レーザであって、代わりにＬＥＤ（１６）を用いることができるレーザ。
【請求項７】
上記の請求項１に記載した前記微小測定装置内の前記データ収集／処理部内の複数の光電子部分であって、代わりにＰＳＤセンサ（１９）を用いることができる複数の光電子部分。
【請求項８】
ダブル光ファイバ接続を利用した微小空洞測定方法であって、
前記プローブが前記微小空洞に挿入され、続いて前記測定方向における前記微小空洞の一方の側面に移動させられるステップ１と、
前記プローブが前記微小空洞の一方の側面に良好に接触しているかどうか確認する。前記プローブが空洞の一方の側面と良好に接触していない場合、前記測定プロセスはステップ１から再度開始されるステップ２と、
前記プローブが前記微小空洞の一方の側面と良好に接触している場合、前記照準器付き送信器は、前記長さ測定装置に対して、前記プローブの位置をｐ１として記録させるべく一の信号を送るステップ３と、
前記コントローラは、前記測定方向とは逆の一の方向に前記プローブを移動させるステップ４と、
前記プローブが、前記逆方向の前記微小空洞の他方の側面に良好に接触しているかどうか確認する。前記プローブが前記微小空洞の他方の側面と良好に接触していない場合、前記測定プロセスは再度ステップ４から開始されるステップ５と、
前記プローブが前記微小空洞の他方の側面と良好に接触している場合、前記照準器付き送信器は、前記長さ測定装置に対して、前記プローブの位置をｐ２として記録させるべく一の信号を送るステップ６と、
前記微小空洞の寸法は、ｄ０を前記センサプローブの直径とする場合、式Ｌ＝｜ｐ１−ｐ２｜＋ｄ０を用いて計算することができるステップ７と
から成る微小空洞測定方法。
【請求項９】
測定対象が一の微小穴の直径である場合の測定ステップは、上記の請求項８で言及した測定ステップと同一だが、最大値Δｍａｘはステップ６およびステップ７で取得しなければならない。
【請求項１０】
最大値Δｍａｘは、
（１）前記プローブを前記微小穴の一の断面に挿入し、前記照準器付き送信器が、前記長さ測定装置に対して、動作を開始させ、前記プローブが前記微小穴の一方の側面と良好に接触している場合に前記プローブの位置をｐ１として記録させるための一の開始信号を送るステップと、
（２）続いて、前記コントローラが前記プローブを前記測定方向において前記微小穴の反対側の側面に移動させ、前記照準器付き送信器が、前記長さ測定装置に対して、動作を停止させ、前記プローブが前記反対側の側面と良好に接触している場合に前記プローブの位置をｐ２１として記録させるための一の停止信号を送るステップと、
（３）前記プローブと前記微小穴の間の相対的なずれを式Δ１＝｜ｐ１−ｐ２１｜を用いて計算することができるステップと、
（４）前記微小穴は測定が行われている平面において前記測定方向に対して垂直な一の方向に沿って移動させられ、前記プローブは続いて前記微小穴と良好に接触するように移動させられ、前記照準器付き送信器は、前記長さ測定装置に対して、動作を停止させ前記プローブの位置をｐ２２として記録させるための一の停止信号を送るステップと、
（５）前記プローブと前記微小穴の間の相対的なずれは、式Δ２＝｜ｐ１−ｐ２２｜を用いて計算することができるステップと、
（６）前記測定プロセスは、最大値Δｍａｘが得られるまで継続して行われ、前記微小穴の直径は式ｄ＝Δｍａｘ＋ｄ０を用いて計算するステップと
に基づき取得することができる請求項８および９に記載した測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上述の請求項１および請求項８に記載した一種の測定装置および方法に関する。当該測定装置および方法は特に、従来の接触式測定に加えて、不規則な微小空洞および「やや大きめの」微小空洞の測定に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
微小空洞を持つ部品の数は、航空宇宙産業および自動車産業などのハイテク産業が発展するに従って増加している。こういった微小空洞を適切に測定できるかどうかは上述したハイテク産業が更に発展していくかどうかを大きく左右するので、良好な微小空洞測定装置および方法を開発する必要がある。
【０００３】
測定関連分野において近年、微小空洞の寸法を正確に測定する方法を究明することが課題となっている。この問題の解決方法には多くの重要な技術が関連しており、測定の正確さ、範囲そして深さの間でうまくバランスを取る必要がある。接触式測定方法および比較的長い測定アームを用いれば、測定対象範囲および測定対象深さは大きくすることができる一方、測定アームが長くなるほど正確さは低下する。この問題の解決方法として、Ｔｉａｎｊｉｎ大学のＺｈａｎｇ  Ｇｕｏｘｉｏｎｇ教授により、ダイヤフラムを備える３Ｄ測定センサが発明されている。当該３Ｄ測定センサによると、ダイヤフラムの歪みを検出するべく容量センサが用いられ、ダイヤフラムの歪みを補償するべく弾性寸法チェーンが用いられる。当該センサの測定性能としては、０．２ｍｍの直径を、アスペクト比３０：１で、且つ１μｍよりも良好な不確定性で測定できる。接触式の方法と比較した場合、非接触式の光学的測定方法はより高い精度で小径の穴を測定できるが、穴の表面の測定については非常に浅いところまでしか測定できず、穴の内部に関する情報を得ることができない。これは光学システムのサイズが大きいためである。さらに、穴の中のバリなどの細かい欠陥のために測定精度が低くなってしまう可能性がある。振動型スキャン方法は、対象物の壁に対するプローブのずれによって生じる電圧の変化を検出することによって微小穴の直径を測定できる。しかし、測定精度は混入物質に左右され、過度の振動が原因でプローブが破損する可能性がある。このため、この方法で測定可能な最小直径および最小深さは、一対の探針を有するプローブまたは高アスペクト比プローブを用いた場合であっても、十分ではない。
【０００４】
光ファイバ技術の発展に伴い、微小空洞の寸法を測定するためのセンサとして光ファイバを用いた新しい測定方法が開発されている。しかし、これらの新たに開発された方法を用いて直径が１ｍｍ未満の微小穴を測定するのはほとんど不可能である。
【０００５】
１９９７年から１９９８年にかけて、単一の光ファイバおよびＣＣＤ画像処理技術に基づいた新たな測定方法が、Ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈ−Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｂｕｎｄｅｓａｎｓｔａｌｔ（ＰＴＢ）とＴｉａｎｊｉｎ大学によって開発された。この方法によれば微小空洞を測定することができる。具体的には、照射された微小球が対象物としてＣＣＤカメラで撮像され、センサの横手方向のずれが微小球の長手方向のずれに変換され、ＣＣＤカメラによって取得した画像信号輝度で示される。しかし、ＣＣＤカメラの画像は非常に悪いので画像処理には適していない。これは、光ファイバを通って微小球に入射した光の大半は光学撮像システムには入射できないためである。この結果、微小穴の壁の遮蔽効果により測定可能な深さは非常に浅くなってしまう。また、アスペクト比が１０：１より大きくなるとこの方法を利用できなくなってしまう。微小球と微小穴の壁が接触する場合、光学システムのフィールドの深さは固定されているのでＣＣＤカメラの画像は変化しない。以上の理由から、この方法を利用した場合も測定可能な感度および精度は十分良好とは言えない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、現在利用されている微小空洞測定方法の問題点を解決するべく、垂直または傾斜した平面を持つ微小空洞用の、ダブル光ファイバ接続を利用した測定装置および方法の一種を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するべく、本発明に係る測定装置は、測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを持つコントローラへと信号を送る、照準器付き送信器、照準器付き送信器が動作を開始した時点から照準器付き送信器が動作を終了する時点までセンサに対する対象物の位置の細かい変化を検出する長さ測定装置を備える。当該微小空洞測定装置は照準器付き送信器に特徴を有し、当該照準器付き送信器は、レーザ接続部、データ収集／処理部、およびダブル光ファイバ接続部から成り、入射光ファイバおよび出射光ファイバの一端がカプラに固定されている。
【０００８】
本発明は上記以外にも、ダブル光ファイバ接続を利用した微小空洞測定方法を提案することを目的とする。当該測定方法は以下の測定ステップから成る。
ステップ１  プローブが微小空洞に挿入され、測定方向における微小空洞の一方の側面に移動させられる。
ステップ２  プローブが微小空洞の一方の側面と良好に接触しているかどうか確かめる。プローブが微小空洞の一方の側面と良好に接触していない場合、測定プロセスはステップ１から再開される。
ステップ３  プローブが微小空洞の一方の側面と良好に接触している場合、照準器付き送信器は長さ測定装置に信号を送り、プローブの位置をｐ１として記録させる。
ステップ４  コントローラはプローブを測定方向とは逆の方向に移動させる。
ステップ５  プローブが、逆方向における微小空洞の他方の側面と良好に接触しているかどうか確かめる。プローブが微小空洞の他方の側面と良好に接触していない場合、測定プロセスはステップ４から再開される。
ステップ６  プローブが、微小空洞の他方の側面と良好に接触している場合、照準器付き送信器は長さ測定装置に信号を送り、プローブの位置をｐ２として記録させる。
ステップ７  微小空洞の寸法を、式Ｌ＝｜ｐ１−ｐ２｜＋ｄ０（ｄ０はプローブの直径）を用いて算出する。
【０００９】
本発明は、ダブル光ファイバ接続を利用して微小穴の断面の真円度を測定する方法を提案することを第３の目的とする。当該方法は以下の測定ステップから成る。
ステップ１  微小穴の中心と作業台の回転中心の間の離心率を許容可能な値とするべく、作業台に対する微小穴の位置を調整する。
ステップ２  微小穴の測定対象の断面にプローブを配置するべくプローブに対する微小穴の位置を調整し、回転を行う前に微小穴の位置をｒｐ０として記録し、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ００として記録する。
ステップ３  プローブが微小穴の壁面と良好に接触しているか確認する。プローブが微小穴の壁面と良好に接触している場合、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ０１として記録する。
ステップ４  コントローラが微小穴の壁面からプローブを移動させた後で、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１０として記録する。
ステップ５  回転角ｒｐ１で作業台を回転させる。プローブが微小穴の壁面と良好に接触していることが確認されれば、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１１として記録する。
ステップ６  全周に対して測定が完了するまで上記のステップを繰り返す。完了すれば、ＬＳＥやＭＣＥなどの推定方法を利用して、測定対象の微小穴の真円度を推定する。
【００１０】
本発明は、ダブル光ファイバ接続を利用して微小円筒の円筒度を測定する方法を提案することを第４の目的とする。当該方法は以下の測定ステップから成る。
ステップ１  微小穴の中心と作業台の回転中心の間の離心率を許容可能な値とするべく、作業台に対する微小穴の位置を調整する。
ステップ２  微小穴の測定対象の断面にプローブを配置するべくプローブに対する微小穴の位置を調整し、回転を行う前に微小穴の位置をｒｐ０として記録し、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ００として記録する。
ステップ３  プローブが微小穴の壁面と良好に接触しているか確認する。プローブが微小穴の壁面と良好に接触している場合、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ０１として記録する。コントローラが微小穴の壁面からプローブを移動させた後で、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１０として記録する。
ステップ４  回転角ｒｐ１で作業台を回転させる。プローブが微小穴の壁面と良好に接触していることが確認されれば、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１１として記録する。
ステップ５  微小円筒の全ての断面に対して測定が完了するまで上記のステップを繰り返す。完了すれば、ＬＳＥやＭＣＥなどの推定方法を利用して、測定対象の微小円筒の円筒度を推定する。
【００１１】
本発明は、ダブル光ファイバ接続を利用して、ある対象物の異なる部分の相対的な位置を測定するための測定方法を提案することを第５の目的とする。当該方法は以下の測定ステップから成る。
ステップ１  対象物の中心と作業台の回転中心の間の離心率を許容可能な値とするべく、作業台に対する対象物の位置を調整する。
ステップ２  対象物の空洞内の測定対象である断面にプローブを配置するべくプローブに対する対象物の位置を調整し、回転を行う前に空洞の位置をｒｐ０として記録し、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ００として記録する。
ステップ３  プローブが空洞の壁面と良好に接触しているか確認する。プローブが空洞の壁面と良好に接触している場合、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ０１として記録する。コントローラが空洞の壁面からプローブを移動させた後で、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１０として記録する。
ステップ４  回転角ｒｐ１で作業台を回転させる。プローブが空洞の壁面と良好に接触していることが確認されれば、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１１として記録する。
ステップ５  必要な測定が全て完了するまで上記のステップを繰り返す。完了すれば、取得した情報をソフトウェアが処理して相対的な位置を提示する。
【００１２】
測定プロセスは、照準器付き送信器が動作を開始した時点から照準器付き送信器が動作を停止する時点までの間で、プローブに対する対象物の位置の細かい変化を検出するべく照準を合わせることおよび測定することから成る。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するためのプログラムを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、反射光信号を出射光ファイバを介して増幅できる。測定対象の微小空洞の最小寸法は、光ファイバコアによる限界の、０．０１ｍｍにまで達する。測定対象の深さのアスペクト比は、ダブル光ファイバ接続を利用した照準器付き送信器および対応する長さ測定装置を用いているので、５０：１にまで及ぶ。
【００１４】
本発明に係る測定装置はこれ以外にも利点を有し、ＣＣＤカメラからの信号は、ダブル光ファイバ接続部が微小空洞の壁面と接触する場合の光点の位置の変化を示しているので、本発明は対象物の壁面が垂直または傾斜している場合でも測定を行うために利用できる。
【００１５】
さらに、本発明に係る測定装置は、例えば座標計測器などの他の装置の内部で独立して利用することもできる。本発明に係る測定装置は別の装置と共に利用することによって、微小空洞を測定したり、特定の部品または混合物内の微小空洞の位置を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ダブル光ファイバ接続を利用した測定装置の構造を示す図である。
【００１７】
【図２Ａ】照準器付き送信器内に設けられたレーザ接続部で利用されるレーザを示すブロック図である。
【００１８】
【図２Ｂ】照準器付き送信器内に設けられたレーザ接続部で利用されるＬＥＤを示すブロック図である。
【００１９】
【図３Ａ】照準器付き送信器内に設けられたＣＣＤカメラを示すブロック図である。
【００２０】
【図３Ｂ】照準器付き送信器内に設けられたＣＭＯＳカメラを示すブロック図である。
【００２１】
【図３Ｃ】照準器付き送信器内に設けられたＰＳＤセンサを示すブロック図である。
【００２２】
【図４Ａ】長さ測定装置内に設けられた線形格子を示す概略図である。
【００２３】
【図４Ｂ】異なる範囲に対応してマクロとミクロを組み合わせた容量センサを示す概略図である。
【００２４】
【図４Ｃ】異なる範囲に対応してマクロとミクロを組み合わせたインダクタンスセンサを示す概略図である。
【００２５】
【図５】微小空洞の傾斜した内壁を横方向から示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１から図４Ｃに示すように、測定装置は、レーザ（１）、ビーム用視準器／拡大器（２）、光ファイバ接続レンズ（３）、固定ブロック（４）、入射光ファイバ（５）、カプラ（６）、作業台（７）、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）、二倍周波数レーザ干渉計（１１）、コンピュータ（１２）、出射光ファイバ（１３）およびＣＣＤカメラ（１４）から構成される。レーザ接続部は、レーザ（１）、ビーム用視準器／拡大器（２）、光ファイバ接続レンズ（３）および固定ブロック（４）から構成される。レーザ接続部において、レーザ（１）、ビーム用視準器／拡大器（２）、光ファイバ接続レンズ（３）および入射光ファイバ（５）の一端は同軸である。ダブル光ファイバ接続部は、直交アークの形状を持つ入射光ファイバ（５）、カプラ（６）および直線状の形状を持つ出射光ファイバ（１３）から構成され、入射光ファイバの一端および出射光ファイバの一端がカプラ（６）上で固定されている。一方入射光ファイバの他端および出射光ファイバの他端は同一平面内にある。カプラ（６）は、光エネルギー変成器ならびに測定時の照準点として利用され、カプラ（６）の微小空洞内での空間的な位置は光電子装置によって検出でき、信号はデータ収集／処理部によって処理される。
【００２７】
データ収集／処理部は、レンズ（１４Ａ）およびＣＣＤカメラ（１４）から構成される。ここで、レンズ１４Ａ、ＣＣＤカメラ（１４）および出射光ファイバ（１３）は同軸である。
【００２８】
長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置において、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）は同軸で、リフレクタ（８）および測定対象物は作業台（７）に固定される。二倍周波数干渉計（１１）はコンピュータ（１２）に接続される。二倍周波数干渉計（１１）は、コントローラから開始信号を受け取ると、プローブの位置をｐ１として記録する。また、二倍周波数干渉計（１１）は、コントローラから停止信号を受け取ると、プローブの位置をｐ２として記録する。
【００２９】
コンピュータ（１２）は、制御装置（１２１）およびデータ処理装置（１２２）から構成される。コンピュータ（１２）において、制御装置（１２１）はＣＣＤカメラ（１４）から画像を受け取り、当該画像の品質に応じて長さ測定装置に対して開始信号または停止信号を送り、データ処理装置（１２２）は長さ測定装置からのデータに基づいて計算を行う。
【００３０】
リフレクタ（８）とカプラ（６）の間には、測定方向において、相対的な動きは存在しない。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）を介して電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、カプラ（６）の空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、カプラ（６）が微小空洞の壁面と良好に接触すると、長さ測定装置の動作を制御するべくコントローラに開始信号を送る。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成され、長さ測定装置に基づき得られた測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力される。
【００３１】
本発明に係る照準器付き送信器は、リアルタイムで微小空洞内でのプローブの空間的な位置を検出し、長さ測定装置の動作を開始または停止させるための信号をコントローラへ送る。プローブが微小空洞の一方の側面と良好に接触する場合、照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を開始させ、プローブの位置をｐ１として記録させるための信号を送る。続いて、プローブが微小空洞の他方の側面に移動させられ、測定方向におけるプローブの位置のずれを長さ測定装置がリアルタイムで検出し、微小空洞内でのプローブの位置を照準器付き送信器がリアルタイムで検出する。プローブが微小空洞の他方の側面と良好に接触すると、照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を停止させ、プローブの位置をｐ２として記録させるための別の信号を送る。微小空洞の断面の寸法は、プローブの直径と長さ測定装置が微小空洞内で検出したプローブの位置のずれの合計に等しい。測定プロセスは、微小空洞の断面の寸法の測定がすべて完了するまで継続して行われる。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するためのプログラムを有する。
【００３２】
測定の対象が微小穴の直径の場合の測定ステップは、上述した測定ステップと同一である。ただし、最大値Δｍａｘについては以下に示す方法で求めなければならない。
【００３３】
プローブを微小穴の１つの断面に挿入する。プローブが微小穴の一方の側面と良好に接触すれば、照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を開始させ、プローブの位置をｐ１として記録させるための開始信号を送る。続いてコントローラは、プローブを測定方向における微小穴の反対側の側面に移動させる。プローブが微小穴の反対側の側面に良好に接触すると、照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を停止させ、プローブの位置をｐ２１として記録させるための停止信号を送る。ここで、プローブと微小穴の相対的なずれは、式Δ１＝｜ｐ１−ｐ２１｜を用いて算出できる。続いて微小穴は、測定が行われている平面において測定方向に垂直な方向に移動させられ、プローブが続いて微小穴と良好に接触するように移動させられる。照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を停止させ、プローブの位置をｐ２２として記録させるための停止信号を送る。プローブと微小穴の相対的なずれは式Δ２＝｜ｐ１−ｐ２２｜に基づき算出できる。測定プロセスは最大値Δｍａｘが得られるまで継続して行われる。微小穴の直径は式ｄ＝Δｍａｘ＋ｄ０に基づき算出できる。
【００３４】
測定の対象が微小溝の幅の場合の測定ステップは、上述した測定ステップと同一である。ただし、最小値Δｍｉｎについては以下に示す方法で求めなければならない。
【００３５】
プローブを溝の１つの断面に挿入する。プローブが溝の一方の側面と良好に接触していれば、照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を開始させ、プローブの位置をｐ１として記録させるための開始信号を送る。続いてコントローラは、プローブを測定方向における溝の反対側の側面に移動させる。プローブが溝の反対側の側面に良好に接触すると、照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を停止させ、プローブの位置をｐ２１として記録させるための停止信号を送る。ここで、プローブと溝の相対的なずれは、式Δ１＝｜ｐ１−ｐ２１｜を用いて算出できる。続いて溝は、測定が行われている平面において測定方向に垂直な方向に移動させられ、プローブが続いて溝と良好に接触するように移動させられる。照準器付き送信器は長さ測定装置に対して、動作を停止させ、プローブの位置をｐ２２として記録させるための停止信号を送る。プローブと溝の相対的なずれは式Δ２＝｜ｐ１−ｐ２２｜に基づき算出できる。測定プロセスは最小値Δｍｉｎが得られるまで継続して行われる。溝の幅は式Ｌ＝Δｍｉｎ＋ｄ０に基づき算出できる。
【００３６】
測定の対象が微小穴の真円度である場合の測定ステップは、上述した測定ステップと同一である。ただし、座標位置および推定方法は以下に詳述する手順で選択される。
【００３７】
微小穴の中心と作業台の回転中心の離心率を許容可能な値とするべく、作業台に対する微小穴の位置を調整する。続いて、微小穴の測定対象の断面にプローブを配置するべくプローブに対する微小穴の位置を調整し、回転を行う前に微小穴の位置をｒｐ０として記録し、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ００として記録する。続いて、プローブが空洞の壁面と良好に接触しているか確認する。プローブが微小穴の壁面と良好に接触している場合、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ０１として記録する。続いて、コントローラが微小穴の壁面からプローブを移動させた後で、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１０として記録する。次に、回転角ｒｐ１で作業台を回転させる。プローブが微小穴の壁面と良好に接触していることが確認されれば、センサにおける出射光ファイバの端面の位置をｐ１１として記録する。全周に対して測定が完了するまで上記のステップを繰り返す。完了すれば、ＬＳＥやＭＣＥなどの推定方法を利用して、測定対象の微小穴の真円度を推定する。
【００３８】
測定対象が微小穴の円筒度である場合の測定ステップは、上述した測定ステップと同じである。１つの断面の測定が完了すると、当該断面の垂直方向の位置を同時に記録する。全ての断面に対して測定が完了すれば、ＬＳＥやＭＣＥなどの推定方法を利用して、微小穴の円筒度を推定する。
【００３９】
測定対象が対象物のある箇所の相対的な位置である場合、特定の部分を測定する場合のステップは、上述した測定ステップと同じである。対象物に対して全ての測定が完了すれば、異なる測定結果同士の相対関係が同時に記録される。全ての測定結果が得られるまでの間、ソフトウェアは得た情報を処理して処理結果を提示する。
【００４０】
回転体の直径は本発明にかかるソフトウェアに格納される３種類の測定方法のいずれかに基づき測定することができる。利用する方法は実施した測定に応じて適切なものが選択される。３種類の測定方法は、（１）任意に選択された回転体上の３点の座標位置に基づいて求める方法、（２）２本の平行な線の長さおよび両者間の距離に基づく方法、（３）適合により抽出した回転体上の座標点に基づく方法である。
【００４１】
微小空洞の寸法および位置は、測定装置が例えば座標計測器といった別の測定装置内で独立して利用される場合、上述したステップと同一の測定ステップに従って測定できる。微小空洞の測定結果は、この別の測定装置を通して読み出される。
【００４２】
本発明は以下に示す方法１によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）によって電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。このダブル光ファイバ接続システムの光源はレーザ（１５）である。
【００４３】
本発明は以下に示す方法２によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）によって電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。このダブル光ファイバ接続システムの光源はＬＥＤ（１６）である。
【００４４】
本発明は以下に示す方法３によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）によって電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。このダブル光ファイバ接続システムの光伝導性装置はＣＣＤカメラ（１７）である。
【００４５】
本発明は以下に示す方法４によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）を介して電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。このダブル光ファイバ接続システムの光伝導性装置はＣＭＯＳカメラ（１８）である。
【００４６】
本発明は以下に示す方法５によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）によって電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。このダブル光ファイバ接続システムの光伝導性装置はＰＳＤセンサ（１９）である。
【００４７】
本発明は以下に示す方法６によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）によって電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。長さ測定装置の線形格子は図４Ａに示す通りである。ここで、可動格子（２０）とプローブの間には相対的な動きは存在しない。
【００４８】
本発明は以下に示す方法７によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）によって電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。異なる範囲に対応してマクロとミクロの位置を組み合わせた容量センサを図４Ｂに示す。固定ブロック（２２）および極板（２３）が載置された容量センサの可動ブロック、および、固定ブロック（２５）および極板（２４）が載置された容量センサの不動ブロックは共に、広い範囲を測定するための測定ブロック（２６）の上に位置するように設けられている。ここで、可動ブロックおよび不動ブロックの間には相対的な動きが存在する。
【００４９】
本発明は以下に示す方法８によって実現することができる。
測定装置の構成は図１に示す通りである。レーザ（１）から出てくる光ビームは、ビーム用視準器／拡大器（２）を通過し、光接続レンズ（３）で集束し、入射光ファイバ（５）を通ってカプラ（６）へと入り、出射光ファイバ（１３）を通って出てきた後、ＣＣＤカメラ（１４）によって電子信号へと変換される。この電子信号はコンピュータ（１２）に入力され、プローブの空間的位置を実現するべく処理される。照準器付き送信器は、プローブが微小空洞の壁面と良好に接触すると、コントローラに開始信号を送り、コントローラは長さ測定装置の動作を開始させる。長さ測定装置は、リフレクタ（８）、λ／４波長スライス（９）、偏光ビームスプリッタ（１０）および二倍周波数干渉計（１１）から構成される。長さ測定装置の測定結果は直接コンピュータ（１２）に入力され、コンピュータ（１２）で処理される。コントローラは測定プロセスを全体にわたって自動的に制御するプログラムを有する。異なる範囲に対応してマクロとミクロの位置を組み合わせたインダクタンスセンサを図４Ｃに示す。インダクタンスセンサの設置取り付け対象物（２８）およびゲージヘッド（２７）は、固定物（２９）の上に載置される。固定物（２９）は、広い範囲の測定用の測定部（３０）に位置するように設けられる。
【００５０】
光源用レーザの代わりに、対象物の形状および必要な測定精度に適切に応じて、ＬＥＤまたはそれ以外のエネルギー集中照明体を利用することができる。
【００５１】
２枚のレンズから構成される拡大器／視準器の代わりに、自己集束レンズカプラ、または必要に応じて拡大機能および視準器機能を持たない装置を利用することができる。
【００５２】
ＣＣＤカメラの代わりに、データ収集／処理部内に設けられる光電子装置として、ＣＭＯＳカメラまたはＰＳＤ位置センサを利用することができる。
【００５３】
長さ測定装置内に設けられた二倍周波数干渉計の代わりに、線形格子、磁気グリッド、容量グリッド、異なる測定範囲に対応してマクロおよびミクロを組み合わせた容量センサ、異なる測定範囲に対応してマクロおよびミクロを組み合わせた誘導センサ、およびこれ以外の長さ測定装置を利用することができる。
【００５４】
本発明において空中にある線形物として参照された構成要素の代わりに、摩擦車、精密ねじなどの精密線形可動部を利用することができる。
【００５５】
本発明において回転に関して参照した空中の作業台の代わりに、精密ボール付き作業台を有する作業台またはそれ以外の精密作業台を利用することができる。
【００５６】
円形格子の代わりに、回転に関する検出装置として、同期誘導因子またはそれ以外の高精度符合器を利用することができる。
【００５７】
さらに、微小空洞の構成は図５に示すように円錐状の表面を有するとしてもよい。この場合の測定は、当該測定装置および当該測定方法に基づき、微小空洞の壁面が垂直である場合の測定と同じ測定ステップに従って実施することができる。
【図１】
2009508114.tif 000003
【図２（ａ）】
2009508114.tif 000004
【図２（ｂ）】
2009508114.tif 000005
【図３（ａ）】
2009508114.tif 000006
【図３（ｂ）】
2009508114.tif 000007
【図３（ｃ）】
2009508114.tif 000008
【図４（ａ）】
2009508114.tif 000009
【図４（ｂ）】
2009508114.tif 000010
【図４（ｃ）】
2009508114.tif 000011
【図５】
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【国際調査報告】
2009508114.tif 000013
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