(57)【要約】【課題】照射試験用原子炉や加速器等で照射された高レベル放射能を含む照射済試料の寸法及び断面形状等を、外部からの遠隔操作により非接触で効率良く高精度に測定することができる精密寸法測定装置を提供する。【解決手段】被測定物１である高レベル放射能を含む照射済試料を高精度自動ステージ２の上に置き、この高精度自動ステージ２を挟んで、レーザ光の強度変化を測定することにより、被測定物の形状変化、特に寸法や曲がりを連続的に効率よく測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が載置されかつ高精度に水平方向に移動可能な高精度自動ステージと、当該高精度自動ステージを挟んで、前記被測定物にレーザ光を投光する投光側部分及びレーザ光を受光する受光側部分を有するレーザ投光器と、を備えることを特徴とする精密寸法測定装置。
【請求項２】
更に、前記高精度自動ステージの移動を制御する移動ステージ制御系と、前記レーザ投光器で投光するレーザ強度を制御するレーザ投光器制御系と、受光したレーザ光を収集してレーザ光の強度変化を測定・解析するデータ収集装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の精密寸法測定装置。
【請求項３】
前記レーザ光の平行幅を１００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の精密寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光と高精度の自動ステージとを用いて、例えば、照射試験用原子炉や加速器等で照射された高レベル放射能を含む照射済試料の寸法及び断面形状等を、外部から非接触で効率良く高精度に測定することができる精密寸法測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照射試験用原子炉や加速器等を利用した材料の試験片の照射試験では、構造材料の元素が放射化し、高レベルの放射能を有したものとなるため、これらの材料は、照射試験を行った後、ホットセル内で遠隔操作により各種試験を行っている。
【０００３】
このような放射性を帯びた照射試験片の形状の変化は、ホットセル内でマニュピレータ等を用いるため、写真による外観観察やメジャー及びノギス等を用いた寸法測定を行っていた。
【０００４】
しかしながら、写真による外観観察では、カメラのレンズの湾曲の影響のため照射による曲がりを観察することが困難であり、また、メジャーやノギスを用いた寸法測定ではマニュピレータを用いた遠隔操作のため、寸法精度が１ｍｍ程度と照射による形状変化を精度良く評価することが困難であった。
【０００５】
一方、構造物（例えば反射体など）の寸法や形状の測定方法として、スポット型のレーザ光を用い、レーザ光を照射し、反射光を測定することにより、寸法や形状を測定することも行なわれている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００１−４３２１号公報
【特許文献２】特開平７−１５１５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のレーザ光を用いて構造物（反射体など）を測定する方法では、被測定物の形状によっては変位測定が困難であり、また、大型の構造物では全体の構造を把握するのに時間がかかるという不都合があった。
【０００７】
本発明は、従来の形状変化の観察方法もしくは測定方法における前述の課題に鑑み、例えば、照射試験用原子炉や加速器等で照射された高レベル放射能を含む照射済試料の寸法及び断面形状等を、外部からの遠隔操作により非接触で効率良く高精度に測定することができる精密寸法測定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】
【０００８】
本発明の精密寸法測定装置は、被測定物が載置されかつ高精度に水平方向に移動可能な高精度自動ステージと、当該高精度自動ステージを挟んで、前記被測定物にレーザ光を投光する投光側部分及びレーザ光を受光する受光側部分を有するレーザ投光器と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
更に、前記高精度自動ステージの移動を制御する移動ステージ制御系と、前記レーザ投光器で投光するレーザ強度を制御するレーザ投光器制御系と、受光したレーザ光を収集してレーザ光の強度変化を測定・解析するデータ収集装置とを備えることが好ましい。
【００１０】
前記レーザ光の平行幅を１００μｍ以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の精密寸法測定装置によれば、例えば、照射試験用原子炉や加速器等で照射された高レベル放射能を含む照射済試料の寸法及び断面形状等を、外部からの遠隔操作により非接触で効率良く高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
（全体構成）
図１に、本発明に係る精密寸法測定装置の一実施形態の概略構成図を示す。
この精密寸法測定装置１０は、被測定物１が載置されかつ図中左右に高精度に移動可能な高精度自動ステージ２と、被測定物１にレーザ光を投光するレーザ投光器３と、高精度自動ステージ２の移動を制御する移動ステージ制御系４と、レーザ投光器３で投光するレーザ強度等を制御するレーザ投光器制御系５と、受光したレーザ光を収集してレーザ光の強度変化を測定・解析するデータ収集装置６とを備えている。また、レーザ投光器３は、図２に示すように、高精度自動ステージ２を挟んで、被測定物にレーザ光を投光する投光側３ａとレーザ光を受光する受光側３ｂとから構成されている。
【００１４】
（作用）
次に、本精密寸法測定装置１０を用いて、被測定物１の寸法及び形状を測定する方法について説明する。
【００１５】
本精密寸法測定装置１０では、被測定物１を高精度自動ステージ２によりレーザ投光器３の投光側３ａ及び受光側３ｂ間を通過させることにより、被測定物１によって遮蔽されるレーザ光の強度変化を測定する。
【００１６】
被測定物は、高精度自動ステージ２の上にＶブロックを載せ、そのＶブロックの上に固定する。この自動ステージを任意の送り速度で送ることにより、被測定物が平行光のレーザ光を通過するが、その被測定物の影響によるレーザ光の強度変化を測定する。ここで、レーザ光の平行光の幅は１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下、最も好ましくは３０μｍ以下とする。
【００１７】
測定に際しては、まず、移動ステージ制御系４により、高精度自動ステージを移動させると共にレーザ投光器制御系５によりレーザ投光器３からレーザ光を投光する。被測定物１がレーザ投光器３に到達しない時は、図２（ａ）に示すように、レーザ投光器３の投光側３ａから照射されたレーザ光が受光側３ｂに１００％受光する。所定速度で高精度自動ステージ２を移動させ、被測定物１がレーザ投光器３の位置に来ると、被測定物の形状によるレーザ光の遮蔽により強度が変化する。被測定物の形状による遮蔽の程度に応じてレーザ光の強度は減少するため、受光側３ｂでレーザ光の強度減少割合を計測し、データ収集装置６で、レーザ光の強度変化を測定・解析することにより、被測定物の形状を測定することができる。
【００１８】
本発明の精密寸法測定装置は、放射性物質を扱うホットセル内において、照射後試験で実施する照射試料の微細な形状変化や寸法、曲がりを測定するときなどに適用可能であるが、以下の例においては、未照射の材料試料の寸法及び曲がり測定を例にとって説明する。
【００１９】
（測定例）
まず、被測定物の両エッジ部分の約２ｍｍについて、高精度自動ステージ２の送り速度を1μｍにし、その両エッジ部分を除いた他の部分の送り速度を１００μｍとして、この１００μｍでの被測定物のレーザ強度を１ピッチとし、この１ピッチ毎におけるレーザ強度の変化を測定した。
【００２０】
図３に、未照射の材料試料について、高精度自動ステージ２による送り寸法と受光側３ｂのレーザ強度との関係を測定した結果を示す。
【００２１】
被測定物の寸法については、送り速度のピッチ分のレーザ強度のデータを取得することにより、レーザ強度の変化が認められない間の送り寸法を被測定物の寸法とした。
【００２２】
寸法精度については、送り速度を１００μｍに設定した場合、寸法精度は１００μｍであるが、実際はデータ処理の方法によって約５０μｍ以下の精度で測定することが可能であった。また、自動ステージの送り速度を１μｍに設定した場合、寸法精度は１μｍにすることができた。なお、この測定精度は、測定物の試験前に、予め校正されたブロックゲージもしくは基準材を用いて、本測定手法により、これらの長さの送り寸法を実測し、実測値と校正値との校正誤差を評価することにより求めた。今回用いたレーザ光源は最大出力０．５ｍＷ（クラス２：レーザポインタによる強度レベル）であり、今回の測定結果から弱い強度のレーザ光においても精度良く測定ができた。
【００２３】
また、被測定物の曲がり測定については、自動ステージを任意の送り速度で一定に送り、レーザ光の強度変化を連続的に測定することによって行うことができる。
【００２４】
以上説明したように、被測定物のエッジ部の約２ｍｍを送り速度１μｍに、その他の部分の送り速度を例えば１００μｍにすることにより、エッジ部直前及びエッジ部直後のレーザ強度変化をより精度良く測定することが可能である。また、高精度の自動ステージを用い、エッジ部分のレーザ強度の変化を詳細に測定し、被測定物の形状変化の小さい部分の送り速度を速くすることにより、短い時間で測定できるとともに、その精度も２μｍ以下にすることが可能である。  
【００２５】
（本実施形態の精密寸法測定装置の効果）
（１）被測定物１である高レベル放射能を含む照射済試料を高精度の自動ステージ２の上に置き、この自動ステージを挟んで、レーザ光の強度変化を測定することにより、被測定物の形状変化、特に寸法や曲がりを連続的に効率よく測定できる。
（２）高精度の自動ステージと平行光の幅が１００μｍ以下のレーザ光を組合せることにより、自動ステージの送り速度の選定とエッジ部の明暗部の評価により、被測定物の寸法精度を１μｍにすることができる。
（３）被測定物１と測定器を非接触とすることにより、例えば原子炉や加速器等で照射された高レベル放射能を含む照射済試料の形状変化をレーザ光の強度変化を測定・解析することにより、非破壊で精度良く、かつ迅速に寸法・変位測定を行うことができる。
（４）高精度の自動ステージによって、測定場所に応じてスピードを変えることによって、形状変化の急峻な部分ではゆっくり移動させて寸法精度を上げ、形状変化の少ない部分では早く移動させることによって、測定時間を短縮でき、寸法精度を上げつつ、効率的に短時間で測定することが可能となる。
【実施例】
【００２６】
図４に示すホットセル２０内に図１に示す精密寸法測定装置１０を設置し、実際に材料試験炉で中性子照射した金属ベリリウムの照射済試料を被測定物１として操作室からマニュピレータ２１で高精度自動ステージ２に載置することにより、被測定物１の寸法及び曲がり測定を行った。その結果、照射済の金属ベリリウム試料の全長は中性子照射前に同じ方法で測定した寸法と比較して約２μｍの誤差で測定することができた。また、軸方向の金属ベリリウム試料の曲がり測定を行った結果、中性子照射後の曲がり量は照射前と比較して約３μｍであり、照射による形状変化を精度良く測定することができた。
【００２７】
従来は、ホットセル２０内でマニュピレータ２１を用い、操作室からの遠隔操作により、メジャー及びノギス等を用いた寸法測定や放射線遮蔽窓２２からの外観観察を行っていたため、寸法精度が１ｍｍ程度と照射による形状変化を精度良く評価することが困難であったが、図１に示す精密寸法測定装置１０を用いることにより、高レベル放射能を含む照射済試料の寸法及び断面形状を、外部からの遠隔操作により非接触で効率良く高精度に測定することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明では、被測定物である高レベル放射能を含む照射済試料を高精度の自動ステージの上に置き、この自動ステージを挟んで、レーザ光の強度変化を測定することにより、被測定物の形状変化、特に寸法や曲がりを効率的に測定できる機能を有する精密寸法測定装置の開発を確立することができ、自動ステージの送り速度とエッジ部の明暗部の評価により、被測定物の寸法精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の精密寸法測定装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】レーザ投光器と高精度自動ステージとの関係を示す横断面図である。
【図３】未照射の材料試料について、高精度自動ステージ２による送り寸法と受光側３ｂのレーザ強度との関係を測定したグラフである。
【図４】実施例で使用した精密寸法測定装置の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    被測定物
２    高精度自動ステージ
３    レーザ投光器
３ａ  投光側
３ｂ  受光側
４    移動ステージ制御系
５    レーザ投光器制御系
６    データ収集装置
１０  精密寸法測定装置
２０  ホットセル
２１  マニュピレータ
２２  放射線遮蔽窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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