(57)【要約】      （修正有）【課題】コーンミラーによりレーザ光線を全周方向に照射し、筒体の内面に光リングを形成し、該光リングに基づき筒体の内径及び内面形状を測定する内径測定装置に於いて、筒体が内面に凹凸を有していた場合でも測定可能とした内径測定装置を提供する。【解決手段】筒体の内面形状を測定する内径測定装置であって、フレーム部１０の基端側に設けられ、先端側を撮像する撮像部２と、前記フレーム部の先端側に設けられ、先端に円錐反射面を有するコーンミラー２９を有するコーンミラー部３０と、前記コーンミラーの先端にレーザ光線１７を発するレーザ光線発光部１４とを具備し、前記コーンミラー部は測定状況に合わせて頂角の異なるコーンミラーを有する他のコーンミラー部と交換可能とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体の内面形状を測定する内径測定装置であって、フレーム部の基端側に設けられ、先端側を撮像する撮像部と、前記フレーム部の先端側に設けられ、先端に円錐反射面を有するコーンミラーを有するコーンミラー部と、前記コーンミラーの先端にレーザ光線を発するレーザ光線発光部とを具備し、前記コーンミラー部は測定状況に合わせて頂角の異なるコーンミラーを有する他のコーンミラー部と交換可能としたことを特徴とする内径測定装置。
【請求項２】
前記コーンミラー部は嵌合方式で取付けられ、該コーンミラー部が取付けられることで、前記コーンミラーの軸心が前記レーザ光線発光部の光軸と合致する様構成された請求項１の内径測定装置。
【請求項３】
前記コーンミラー部は、頂角が直角であるコーンミラーを有する請求項１又は請求項２の内径測定装置。
【請求項４】
前記他のコーンミラー部は、頂角が鋭角又は鈍角であるコーンミラーを有する請求項１〜請求項３のいずれかの内径測定装置。
【請求項５】
前記コーンミラー部に他の撮像部が設けられ、該他の撮像部は基端側を撮像する請求項１〜請求項４のいずれかの内径測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒体の内径或は内面形状を測定する内径測定装置、特に非接触で内面形状を測定する内径測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触で筒体の内径を測定するものとして、レーザ光線を全周方向に照射し、筒体の内面に光リングを形成し、該光リングを撮像し、画像上から光リングの形状、径を測定する非接触の内径測定装置がある。
【０００３】
特許文献１、特許文献２には、レーザ光線を全周方向に照射し、筒体の内面に形成される光リングを撮像し、画像上から光リングの形状、径を測定する非接触の内径測定装置が示されており、特許文献１、特許文献２の内径測定装置ではレーザ光線を全周方向に照射する手段として円錐反射面を有するコーンミラーが用いられており、レーザ光線をコーンミラーの頂点に入射することでレーザ光線を全周方向に反射している。全周方向に拡散されたレーザ光線は筒体内面を照射し、光リングを形成し、この光リングを撮像装置により撮像し、得られた画像から、内面の直径、形状等を測定している。
【０００４】
然し乍ら、筒体の内面は、内面より垂直に突出する段差部や、湾曲しながら突出する曲面部、テーパ状に突出するテーパ部等の様々な凹凸を有する場合があり、従来の内径測定装置では段差部や曲面部、テーパ部に於ける内面の直径や形状等を測定するのが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９７２１５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６４３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、コーンミラーによりレーザ光線を全周方向に照射し、筒体の内面に光リングを形成し、該光リングに基づき筒体の内径及び内面形状を測定する内径測定装置に於いて、筒体が内面に凹凸を有していた場合でも測定可能とした内径測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、筒体の内面形状を測定する内径測定装置であって、フレーム部の基端側に設けられ、先端側を撮像する撮像部と、前記フレーム部の先端側に設けられ、先端に円錐反射面を有するコーンミラーを有するコーンミラー部と、前記コーンミラーの先端にレーザ光線を発するレーザ光線発光部とを具備し、前記コーンミラー部は測定状況に合わせて頂角の異なるコーンミラーを有する他のコーンミラー部と交換可能とした内径測定装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記コーンミラー部は嵌合方式で取付けられ、該コーンミラー部が取付けられることで、前記コーンミラーの軸心が前記レーザ光線発光部の光軸と合致する様構成された内径測定装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、前記コーンミラー部は、頂角が直角であるコーンミラーを有する内径測定装置に係り、又前記他のコーンミラー部は、頂角が鋭角又は鈍角であるコーンミラーを有する内径測定装置に係るものである。
【００１０】
更に又本発明は、前記コーンミラー部に他の撮像部が設けられ、該他の撮像部は基端側を撮像する内径測定装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、筒体の内面形状を測定する内径測定装置であって、フレーム部の基端側に設けられ、先端側を撮像する撮像部と、前記フレーム部の先端側に設けられ、先端に円錐反射面を有するコーンミラーを有するコーンミラー部と、前記コーンミラーの先端にレーザ光線を発するレーザ光線発光部とを具備し、前記コーンミラー部は測定状況に合わせて頂角の異なるコーンミラーを有する他のコーンミラー部と交換可能としたので、前記筒体の内面に凹凸が存在する場合でも、途切れることなく該筒体の内面にレーザ光線を照射することができ、容易に且つ高精度に前記筒体の内面形状の測定を行うことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る内径測定装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る内径測定装置を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るレーザ光線拡散部の断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るレーザ光線拡散部の断面図であり、（Ａ）は頂角が鋭角のコーンミラーを有するコーンミラー部を取付けた場合を示し、（Ｂ）は頂角が鈍角のコーンミラーを有するコーンミラー部を取付けた場合を示している。
【図５】本発明の実施例に係る筒体の概略説明図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る内径測定装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１４】
図１〜図３は本発明の実施例に係る内径測定装置１を示しており、該内径測定装置１は主に、撮像部２、レーザ光線発光部３、芯合せ部４、レーザ光線拡散部５、透光窓部６、フレーム部１０等から構成される。
【００１５】
該フレーム部１０は、基端リング７と先端リング８とを３本の支柱９により連結した構成であり、該支柱９は同一円周上に所定の間隔、例えば３等分の位置に配置され、前記フレーム部１０の中心部には空間が形成され、該空間に前記撮像部２、前記レーザ光線発光部３が収納される様になっている。尚、前記支柱９は、２本であっても或は４本であってもよく、前記撮像部２、前記レーザ光線拡散部５を支持し得、又前記撮像部２の撮像に支障がなければよい。
【００１６】
前記基端リング７と前記先端リング８とは同心であり、即ち前記フレーム部１０の軸心上に配置されている。前記基端リング７に、該基端リング７を貫通する様に前記撮像部２が取付けられ、該撮像部２はカメラ１１を有しており、前記撮像部２の光軸、即ち前記カメラ１１の光軸は前記フレーム部１０の軸心と一致している。
【００１７】
前記先端リング８に前記芯合せ部４が取付けられ、該芯合せ部４に前記レーザ光線発光部３が支持されている。
【００１８】
該レーザ光線発光部３は、筒体である発光器ホルダ１５に保持されたレーザ発光器１４を具備している。前記レーザ光線発光部３の位置、姿勢は、後述する調整機構部２１によって調整可能であり、位置、姿勢の調整が完了した状態では、前記レーザ光線発光部３の光軸、即ち前記レーザ発光器１４の光軸は、前記フレーム部１０の軸心及び前記撮像部２の光軸と合致する様になっている。
【００１９】
又、前記芯合せ部４は、前記調整機構部２１及び該調整機構部２１を収納するハウジング１８を有している。
【００２０】
前記調整機構部２１は、図２に於いて紙面に対して垂直な方向に変位可能なＸ軸スライダ２２と、該Ｘ軸スライダ２２に設けられ、図２に於いて紙面に平行な方向に変位可能なＹ軸スライダ２３を有し、前記Ｘ軸スライダ２２、前記Ｙ軸スライダ２３は調整螺子（図示せず）によって変位を調整可能となっている。
【００２１】
前記Ｙ軸スライダ２３に、前記レーザ光線発光部３が傾き調整螺子２４により３箇所で固定されている。該傾き調整螺子２４は、押し螺子と引き螺子の組になっており、押し螺子の突出量を調整することで、前記レーザ光線発光部３の光軸の傾きを調整可能となっている。
【００２２】
而して、前記調整機構部２１は、前記レーザ光線発光部３を該レーザ光線発光部３の光軸に対して直交する２方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に変位可能とすると共に、前記レーザ光線発光部３の光軸の傾きを調整する機能を有している。
【００２３】
前記透光窓部６は前記芯合せ部４の先端側に設けられる。前記透光窓部６は中央に円孔２６ａが穿設された基端側の第１フランジ２６、中央に円孔２７ａが穿設された先端側の第２フランジ２７、及び前記第１フランジ２６と前記第２フランジ２７との間に挾持された全周透光窓２８によって構成されており、該全周透光窓２８の材質は、透明ガラス或は透明な合成樹脂となっている。
【００２４】
前記第２フランジ２７に前記レーザ光線拡散部５が取付けられ、該レーザ光線拡散部５は取付けられた状態で、前記芯合せ部４、前記フレーム部１０及び前記撮像部２と同心となっている。
【００２５】
前記レーザ光線拡散部５は、前記透光窓部６と、該透光窓部６に取付けられる固定フランジ３２（後述）と、該固定フランジ３２に取付けられるコーンミラー部３０（後述）から構成される。該コーンミラー部３０は前記レーザ発光器１４から射出されるレーザ光線１７を全周方向に反射するコーンミラー２９を有し、前記透光窓部６は前記コーンミラー２９によって全周に反射されたレーザ光線１７′を透過する全周透光窓２８を有している。
【００２６】
前記コーンミラー２９は、前記レーザ発光器１４に対向する側の先端部が円錐形状となっており、円錐の頂角は例えば９０°となっている。又、先端部の円錐面が反射面となっている。
【００２７】
前記コーンミラー２９は、コーンミラーホルダ３１によって軸心が前記レーザ光線１７の光軸と合致する様に保持されることでユニット化され、前記コーンミラー部３０を構成する。前記コーンミラーホルダ３１は固定フランジ３２を介して前記第２フランジ２７に固着される様になっている。
【００２８】
前記コーンミラーホルダ３１は嵌合部３１ａを有する。前記固定フランジ３２はフランジ部３２ａを有し、該フランジ部３２ａは前記第２フランジ２７にインロー方式で固定される。又、前記固定フランジ３２には嵌合孔３３が軸心方向に貫通して設けられ、該嵌合孔３３に前記嵌合部３１ａがインロー方式で固定される様になっている。
【００２９】
上記の様に、前記フランジ部３２ａと前記第２フランジ２７とはインロー方式で固定されるので、前記固定フランジ３２と前記第２フランジ２７とを組合わせた精度は、前記第２フランジ２７と前記固定フランジ３２の機械加工精度で決定される。又、前記固定フランジ３２と前記コーンミラーホルダ３１も同様にインロー方式で固定されるので、組立て精度は前記固定フランジ３２と前記コーンミラーホルダ３１との機械加工精度で決定される。
【００３０】
従って、前記コーンミラー２９を前記コーンミラーホルダ３１とユニット化した状態で、前記コーンミラーホルダ３１の軸心と前記コーンミラー２９の軸心とを高精度に合致させておけば、前記コーンミラーホルダ３１を前記固定フランジ３２に組立てるだけで、調整することなく前記コーンミラー２９の軸心、頂点がレーザ光線１７の光軸に合致し、前記コーンミラー２９の芯合せが行われる。
【００３１】
本実施例では、前記コーンミラー部３０を交換可能となっており、頂角の異なるコーンミラーを有するコーンミラー部、例えば図４（Ａ）（Ｂ）に示される様に、頂角がそれぞれ６０°、１２０°であるコーンミラー３６、コーンミラー３７を有するコーンミラー部３８、コーンミラー部３９を用意し、測定状態に合わせて前記コーンミラー部３０，３８，３９を適宜交換できる構成としている。即ち、頂角が直角、鋭角、鈍角であるコーンミラー２９，３６，３７を測定状況に合わせて使い分けることができる。又、頂角は測定状況に応じて選択され、６０°、１２０°に限られない。
【００３２】
例えば、頂角が直角の前記コーンミラー２９を有する前記コーンミラー部３０を前記固定フランジ３２に取付けた場合、図３に示される様に、前記レーザ発光器１４より射出されたレーザ光線１７は、前記コーンミラー２９の円錐面で、該コーンミラー２９の軸心と直交する方向に拡散反射される。
【００３３】
又、頂角が６０°の前記コーンミラー３６を有する前記コーンミラー部３８を前記固定フランジ３２に取付けた場合、図４（Ａ）に示される様に、前記レーザ発光器１４より射出されたレーザ光線１７は、前記コーンミラー３６の円錐面で、該コーンミラー３６の先端よりも前記内径測定装置１の先端側に向って拡散反射される。
【００３４】
又、頂角が１２０°の前記コーンミラー３７を有する前記コーンミラー部３９を前記固定フランジ３２に取付けた場合、図４（Ｂ）に示される様に、前記レーザ発光器１４より射出されたレーザ光線１７は、前記コーンミラー３７の円錐面で、該コーンミラー３７の先端よりも前記内径測定装置１の基端側に向って拡散反射される。
【００３５】
尚、本実施例では前記コーンミラー２９を前記コーンミラーホルダ３１に予め保持させ、ユニット化しているが、前記コーンミラー２９を保持した前記コーンミラーホルダ３１を予め前記固定フランジ３２に組立て、ユニット化してもよい。この場合、前記コーンミラー２９、前記コーンミラーホルダ３１、前記固定フランジ３２が前記コーンミラー部３０を構成し、前記固定フランジ３２を前記第２フランジ２７に組立てるだけで、前記コーンミラー２９の軸心がレーザ光線１７の光軸に合致する。
【００３６】
以下、前記内径測定装置１の作用について説明する。
【００３７】
測定する準備として、前記調整機構部２１により前記透光窓部６の軸心を前記レーザ光線発光部３の光軸と合致させた状態で、前記固定フランジ３２を前記第２フランジ２７に取付け、所定の頂角のコーンミラーを有するコーンミラー部、例えば前記コーンミラー２９を有する前記コーンミラー部３０を前記固定フランジ３２に取付ける。この時、前記固定フランジ３２と前記第２フランジ２７、前記コーンミラー部３０と前記固定フランジ３２とはインロー方式となっているので、調整を行うことなく前記コーンミラー２９の軸心と前記透光窓部６の軸心とが合致し、前記コーンミラー２９の軸心と前記レーザ光線発光部３の光軸とが合致する様になっている。
【００３８】
前記内径測定装置１が図示しない配管、或は中空軸等の筒体の内部に挿入されると共に、図示しない支持装置によって支持された後、前記レーザ発光器１４よりレーザ光線１７が射出され、レーザ光線１７は前記コーンミラー２９の頂点に入射する。
【００３９】
レーザ光線１７は、前記コーンミラー２９の円錐面で全周方向且つ該コーンミラー２９の軸心と直交する方向に拡散反射される。反射されたレーザ光線１７′は、前記全周透光窓２８を透過し全周に射出される。
【００４０】
又、レーザ光線１７′は筒体の内壁を照射し、内壁の形状を反映した光リング４１を形成し、該光リング４１を前記撮像部２により撮像し、画像データを取得する。取得した前記光リング４１の画像データに基づき、該光リング４１の直径、形状を測定する。
【００４１】
尚、前記撮像部２の最大撮像画角は、図２に示される様にθとなっている。又、前記レーザ光線発光部３、前記芯合せ部４等が障害物となり、θ１の画角が死角となる。従って、本実施例では、画角がθ〜θ１迄の範囲が撮像可能となる。
【００４２】
上記した前記内径測定装置１による内面形状の測定に於いて、図５に示される様に、筒体４２の内面形状は常に一定ではなく、内面より垂直に突出する段差部４３や湾曲しながら突出する曲面部４４、テーパ状に突出するテーパ部４５等の様々な凹凸が存在する場合がある。
【００４３】
前記段差部４３、前記曲面部４４、前記テーパ部４５等の凹凸、特に径が急激に変化する凹凸の場合、前記コーンミラー２９によりレーザ光線１７を光軸と直交する方向に拡散反射させると、形成される光リング４１が不連続になる等、高精度の測定が困難となる。
【００４４】
この場合、例えば前記コーンミラー部３０を、頂角が６０°、即ち鋭角である前記コーンミラー３６を有する前記コーンミラー部３８（図４（Ａ）参照）と交換する。該コーンミラー部３８を用いて前記筒体４２の内面形状を測定する際には、前記レーザ発光器１４から射出されたレーザ光線１７は、前記コーンミラー３６により該コーンミラー３６の先端よりも前記内径測定装置１の先端側に向って拡散反射される（図５参照）。従って、前記内径測定装置１を前後に移動した際に、前記段差部４３や前記曲面部４４等、径が急激に変化する凹凸があった場合でも、前記光リング４１が途切れることなく連続するので、該光リング４１を確実に撮像し得、容易に且つ高精度に前記筒体４２の内径及び内面形状を測定することができる。
【００４５】
図６は、他の実施例を示している。該他の実施例では、レーザ光線拡散部５にもう一つの撮像部２′を取付け、内壁に形成される光リング４１を撮像部２の反対側から撮像する様にしたものである。前記撮像部２′は、カメラ１１′及びフレーム部１０′を有し、該フレーム部１０′の先端が固定フランジ３２に取付けられる。
【００４６】
前記光リング４１をカメラ１１の反対側から撮像することで、筒体４２（図５参照）の内壁に段差部４３（図５参照）、曲面部４４（図５参照）、テーパ部４５（図５参照）等の凹凸が存在し、形成される前記光リング４１が前記カメラ１１の死角に入る場合等でも測定が可能となる。
【００４７】
又、この場合にはコーンミラー部３０（図３参照）を頂角が１２０°、即ち鈍角であるコーンミラー３７（図４（Ｂ）参照）を有するコーンミラー部３９（図４（Ｂ）参照）と交換することで、レーザ光線１７は、前記コーンミラー３７により該コーンミラー３７の先端よりも前記内径測定装置１の基端側に向って拡散反射されるので、前記カメラ１１の死角に入る凹凸を前記カメラ１１′により容易に且つ高精度に測定することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１              内径測定装置
２              撮像部
３              レーザ光線発光部
４              芯合せ部
５              レーザ光線拡散部
６              透光窓部
１４            レーザ発光器
１７            レーザ光線
２１            調整機構部
２９            コーンミラー
３０            コーンミラー部
３１            コーンミラーホルダ
３２            固定フランジ
３３            嵌合孔
３６            コーンミラー
３７            コーンミラー
３８            コーンミラー部
３９            コーンミラー部
４１            光リング
【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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