內表面形狀測量裝置制造方法
【專利摘要】一種內表面形狀測量裝置，其使用光切割法對被檢物的內表面形狀進行測量，其特征在于，該內表面形狀測量裝置包括：投影部，其具有光源單元和筒狀的外周部，該外周部具有光能夠透過并且沿周向設置的狹縫，該光源單元具有發光元件并配置在外周部內，投影部從狹縫對被檢物投影預定厚度的光束（B）；以及攝像部，其對被檢物的投影有光束的內表面進行攝像。
【專利說明】內表面形狀測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種內表面形狀測量裝置，更詳細地說，涉及一種使用光切割法進行測量的內表面形狀測量裝置。
[0002]本申請要求2013年I月31日提出申請的日本特愿2013-016611號的優先權，并將其內容引用于此。
【背景技術】
[0003]以往，出于對被檢物的內表面形狀進行測量的目的，使用了采用光切割法進行測量的內表面形狀測量裝置。例如，朝向具有管狀的內部空間的被檢物的周壁面整周投影呈放射狀擴張的平板狀光束，在周壁面上產生整個周向的環狀的光切割線。公知有一種通過對拍攝該光切割線而得到的圖像上的光切割線的位置進行檢測而能夠求出預定的坐標系中的被檢物的內表面形狀的裝置。
[0004]在日本特許第2862715號公報中記載有一種用于進行這樣的內表面形狀測量的光切割測量用平板狀光束投光裝置(以下，簡稱作“投光裝置”。)。該投光裝置包括光源、使來自光源的光束朝向前方的光學裝置以及對光束進行方向轉換并作為呈放射狀擴張的平板狀光束進行投影的圓錐狀反射鏡。
[0005]在專利文獻I所記載的投光裝置中，為了投影平板狀光束，需要使圓錐狀反射鏡的軸線與來自光源的光束的光軸大致重合。在被檢物例如像通道那樣大、投光裝置也比較大的情況下，雖然對軸線的重合程度沒那么要求精度，但是越要縮小投光裝置，越需要高精度地使軸線重合，因此組裝作業等變復雜。
[0006]另外，當要使光切割線的寬度變窄時，需要僅向圓錐狀反射鏡的頂點附近照射光束。在此，若頂點圓等圓錐狀反射鏡的加工精度較低，則光束不向目標方向反射，不能夠適當地投影平板狀光束。因而，圓錐狀反射鏡要求較高的加工精度，越要縮小投光裝置，越難以滿足該要求。
[0007]因為這些情況，不易小型且低成本地制造專利文獻I所記載的投光裝置。
【發明內容】
[0008]發明要解決的問題
[0009]本發明的目的在于提供一種能夠投影平板狀光束、同時能夠以低成本制造、并具有容易小型化的構造的內表面形狀測量裝置。
[0010]用于解決問題的方案
[0011]本發明的第I技術方案的內表面形狀測量裝置使用光切割法對被檢物的內表面形狀進行測量，該內表面形狀測量裝置包括:投影部，其具有光源單元和筒狀的外周部，該外周部具有光能夠透過并且沿周向設置的狹縫，該光源單元具有發光元件并配置在上述外周部內，上述投影部從上述狹縫對上述被檢物投影預定厚度的光束；以及攝像部，其對上述被檢物的投影有上述光束的內表面進行攝像。[0012]根據本發明的第2技術方案，在上述第I技術方案中，也可以是，上述外周部包括遮蔽部和具有透明性的筒狀的主體，該遮蔽部以能夠滑動的方式安裝于上述主體，且該遮蔽部的至少一部分具有遮光性。
[0013]根據本發明的第3技術方案，在上述第2技術方案中，也可以是，上述遮蔽部由具有遮光性的多個遮蔽管構成。
[0014]根據本發明的第4技術方案，在上述第I技術方案中，也可以是，上述外周部的至少一部分具有遮光性，上述光源單元以能夠滑動的方式安裝于上述外周部。
[0015]根據本發明的第5技術方案,在上述第I技術方案至上述第4技術方案中的任一技術方案中，也可以是，上述發光元件在上述外周部內沿上述投影部的周向排列配置有多個。
[0016]根據本發明的第6技術方案,在上述第I技術方案至上述第4技術方案中的任一技術方案中，也可以是，上述發光元件以自身的發光面朝向上述外周部的頂端側的方式配置在上述投影部的中心軸線上。
[0017]本發明的第7技術方案的內表面形狀測量裝置使用光切割法對被檢物的內表面形狀進行測量，該內表面形狀測量裝置包括:投影部，其具有光源單元和筒狀的外周部，該外周部具有遮擋光并且沿周向設置的遮光區域，該光源單元具有一個以上的發光元件并配置在上述外周部內，上述投影部對上述被檢物投影預定厚度的影子；以及攝像部，其對上述被檢物的投影有上述影子的內表面進行攝像。
[0018]根據本發明的第8技術方案，在上述第7技術方案中，也可以是，上述外周部包括主體和以能夠滑動的方式安裝于上述主體的上述遮光區域，該主體為筒狀并具有透明性。
[0019]根據本發明的第9技術方案，在上述第8技術方案中，也可以是，上述遮光區域由具有遮光性的多個遮蔽管構成。
[0020]根據本發明的第10技術方案，在上述第7技術方案中，也可以是，上述光源單元以能夠滑動的方式安裝于上述外周部。
[0021]根據本發明的第11技術方案，在上述第7技術方案至上述第10技術方案中，也可以是，上述發光元件在上述外周部內沿上述投影部的周向排列配置有多個。
[0022]根據本發明的第12技術方案，在上述第7技術方案至上述第10技術方案中，也可以是，上述發光元件以自身的發光面朝向上述外周部的頂端側的方式配置在上述投影部的中心軸線上。
[0023]發明的效果
[0024]根據本發明的內表面形狀測量裝置，能夠投影平板狀光束，同時在構造上能夠以低成本制造，且能夠容易小型化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是表示本發明的第一實施方式的內表面形狀測量裝置的整體結構的示意圖。
[0026]圖2是示意性表示本發明的第一實施方式的內表面形狀測量裝置的插入部的頂端側的剖視圖。
[0027]圖3是表示本發明的第一實施方式的內表面形狀測量裝置在使用時的一形態的剖視圖。[0028]圖4是示意性表示本發明的第一實施方式的內表面形狀測量裝置的變形例中的插入部頂端側的剖視圖。
[0029]圖5是本發明的第一實施方式的變形例的投影部的剖視圖。
[0030]圖6是示意性表示本發明的第二實施方式的內表面形狀測量裝置的插入部的頂端側的剖視圖。
[0031]圖7是示意性表示本發明的變形例的內表面形狀測量裝置的插入部的頂端側的剖視圖。
【具體實施方式】
[0032]參照圖1?圖5說明本發明的第一實施方式。
[0033]圖1是表示本實施方式的內表面形狀測量裝置(以下，簡稱作“測量裝置”)I的整體結構的示意圖。如圖1所示，測量裝置I包括縱長的插入部10、設置于插入部10的頂端側并投影預定的厚度T的光束的投影部20、對利用平板狀光束產生的光切割線進行攝像的攝像部30、對由攝像部30獲取的影像信號進行處理、分析的計算部40、顯示由攝像部30獲取的影像的顯示部50以及用于進行各種操作輸入的操作部60。如圖2所示，預定的厚度T是指與光所照射的方向垂直的方向上的光的尺寸。
[0034]插入部10形成為管狀，除了頂端側的一定區域以外具有撓性。也可以根據需要設置具有彎曲塊、節環等的公知的彎曲機構，構成為能夠主動地彎曲操作插入部。
[0035]圖2是示意性表示插入部10的頂端側的剖視圖。投影部20包括光源單元22和設置在光源單元22周圍的筒狀的外周部23，該光源單元22具有成為光源的LED元件(發光元件)21。
[0036]外周部23由樹脂等形成為筒狀，包括具有能夠供光透過的透明性的主體23a和以能夠滑動的方式安裝于主體23a的遮蔽部24。外周部23的外徑與插入部10的外徑大致相同，基端部與插入部10的頂端部相連接。
[0037]光源單元22包括基部22a和與基部22a相連接的基板部22b。LED元件21 —個一個地安裝在基板部22b的厚度方向的兩個面上。基板部22b配置為以與外周部23的軸線大致平行的方式延伸，因此各個LED元件21配置為自身的發光面朝向與外周部13的軸線大致正交的方向。
[0038]向光源單元22供電的布線25穿過插入部10內部向基端側延伸。
[0039]遮蔽部24包括大致相同形狀的第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B。第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B由金屬、有色樹脂等形成，防止從LED元件21發出的光向外周部23外泄漏。第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B的內徑稍微大于外周部23的外徑。因此，嵌于外周部23的外側的各個遮蔽管24A、24B能夠相對于外周部23沿外周部23的軸線方向滑動，能夠通過摩擦卡定等相對于外周部23卡定在任意的位置。另外，第一遮蔽管24A與第二遮蔽管24B之間的距離也能夠調節為任意的值。
[0040]外周部23的頂端側的開口被遮蔽，是光源單元22的光不會自開口泄漏、灰塵等不會進入外周部23的內部的結構。另外，投影部20的基端側被基部22a遮蔽，光源單元22的光也不會泄漏到配置有攝像部30的空間內。
[0041]攝像部30包括(XD、CM0S等攝像元件31與攝像光學系統32，對從投影部20投影的圓盤狀光束和與此相伴在被檢物內表面產生的光切割線進行攝像。攝像部30的基本構造是公知的，能夠使用與普通的內窺鏡裝置的攝像機構等相同的攝像部。也可以根據需要而將LED元件等照明機構設置于攝像部。攝像元件31也可以不必配置在插入部10的頂端偵U。在配置于插入部10的基端側、計算部40附近的情況下，只要利用像導與能夠對圓盤狀光束等進行觀察的位置相連接即可。由攝像部30獲取的影像信號通過信號線33輸送到計算部40。
[0042]如圖1所示，計算部40對從攝像部30接收到的影像信號進行處理、根據影像中的光切割線來計算被檢物內表面形狀等。另外，根據來自操作部60的操作輸入來控制測量裝置I的整體動作。
[0043]顯示部50用于顯示由計算部40處理后的影像信號，能夠使用公知的顯示器等。
[0044]操作部60的具體方式并不特別限制，例如既可以是設置于插入部的基端側的控制器，也可以是顯示于顯示部50的畫面中的按鈕、鍵盤等圖形用戶界面(⑶I)。操作部60的具體方式從公知的各種方式中適當地選擇確定即可。
[0045]說明如上所述構成的測量裝置I在使用時的動作。首先，使用者使第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B移動到外周部23的期望的位置，并卡定固定。第一遮蔽管24A的基端與第二遮蔽管24B的頂端之間成為狹縫SI并被投影圓盤狀光束(后述)，因此通過調節各個遮蔽管24A、24B在外周部23上的位置，能夠調節光切割線的投影位置和圓盤狀光束的厚度、亮度等。該狹縫SI設置在外周部23的周向上。
[0046]使用者將插入部10插入被檢物，利用攝像部30隔著外周部23對被檢物的內部進行觀察，同時將包含投影部20在內的插入部10的頂端部導入至進行測量的對象部位。作為導入時的照明，既可以使用從投影部20投影的圓盤狀光束，也可以使用另外設置于攝像部的照明機構。
[0047]一旦插入部10的頂端到達對象部位，則使用者接通投影部20的光源單元22 (有時已經接通)。由此，從LED元件21發出的光透過具有透明性的外周部23，并通過形成于第一遮蔽管24A與第二遮蔽管24B之間的狹縫SI向投影部20的外部泄漏。這樣，從投影部20投影大致圓盤狀的光束B。該圓盤狀的光束到達被檢物的內表面，在被檢物內表面產生光切割線。
[0048]使用者利用攝像部30隔著外周部23獲取包含光切割線在內的被檢物內表面的影像。從攝像部30輸送來的影像信號被計算部40適當處理并顯示于顯示部50。若使用者借助操作部60進行預定的操作輸入，則根據顯示于顯示部50的圖像，利用計算部40進行采用了光切割法的公知的計算，測量被檢物的內表面形狀。
[0049]從LED元件21發出的光由于不是平行光，因此會在投影部20的外部稍微擴散，但是當被檢物與插入部10之間的距離較小時，該擴散對測量幾乎不產生影響。另外，即使在被檢物與插入部相離開的情況下，也能夠以一定的精度進行基于光切割法的測量。
[0050]根據本實施方式的測量裝置1，由于投影部20構成為包括簡單構造的光源單元22和遮蔽部24，因此不需要高精度加工的圓錐狀反射鏡。另外，也不必進行圓錐狀反射鏡與光源之間的精密的位置對準，因此能夠以低成本且簡單地構成投影圓盤狀光束的構造。而且，裝置的小型化也容易。
[0051]另外，由于不必在投影部的頂端側配置圓錐狀反射鏡，因此能夠縮短投影部在軸線方向上的長度。在使插入部10沿軸向前后移動而將圓盤狀光束投影于被檢物、同時對被檢物的內表面進行掃描時，若是小型的投影部，則能夠縮小無法投影圓盤狀光束的區域，從而能夠擴大可測量區域。而且，如圖3所示，通過使被投影圓盤狀光束的狹縫SI位于比LED元件21靠頂端側的位置，也能夠將光束B投影于前方，并在比投影部20更靠前方的位置產生光切割線。其結果，能夠消除無法掃描的區域。此時，從投影部20投影的光束B的形狀成為圓錐或截頭圓錐的側面那樣。
[0052]而且，由于遮蔽部24具有第一遮蔽管24A和第二遮蔽管24B，因此能夠相對于外周部23容易地進行移動及卡定，能夠自由且簡單地調節光束的投影位置和光束的厚度、亮度
坐寸ο
[0053]而且，由于光源單元22的LED元件21使發光面朝向與外周部23的軸線正交的方向，因此能夠使從LED元件21發出的光高效地朝向投影部的外部照射。
[0054]在本實施方式中，說明了光源單元具有兩個LED元件的例子，但是光源單元所具有的光源的數量并不限于此，例如如圖4和圖5所示，也可以在主體23a內沿投影部20的周向排列配置四個LED元件21。若如此設置，則能夠減少投影的光束的亮度不均。當然，也能夠繼續增多光源的數量。此外，例如也可以在周向的某一相位呈陣列狀配置有多個光源，亦可以僅在基板部22b的厚度方向的一側(例如上方)配置有光源。在后者的情況下，雖然僅從投影部20的大致上半部分的區域投影光束，但是投影部20和插入部10通常接觸到被檢物的下表面。由此，即使光束投影到下表面側，也能夠在多數情況下對被檢物內表面的大部分進行測量。
[0055]接著，參照圖6說明本發明的第二實施方式。本實施方式與第一實施方式的不同之處在于光源的配置方式。在以后的說明中，對與已經說明的結構共同的結構等標注相同的附圖標記并省略重復的說明。
[0056]圖6是示意性表示本實施方式的測量裝置71的頂端部的剖視圖。在投影部72的光源單元73中，基部73a兼有基板部的功能，在基部73a的頂端側的面上安裝有一個LED元件74。LED元件74配置在投影部72的中心軸線上，且該LED元件74的發光面朝向外周部23的軸線所延伸的前方，發光面的朝向與投影部72的軸線大致平行。
[0057]在本實施方式的測量裝置71中，與第一實施方式相同，也能夠以低成本且簡單地構成投影光束B的構造。
[0058]另外，由于僅具有一個LED元件74，且其發光面朝向前方，因此能夠使裝置整體進一步小型化。在本實施方式的結構中，由于能夠向前方發出較強的光，因此如圖6所示，適合于將光束B投影到比LED元件74靠前方的位置。
[0059]本實施方式是特別適合于小型化的結構，但是只要尺寸上允許，當然也可以在基部73a上配置多個光源。
[0060]以上，說明了本發明的各個實施方式，但是本發明的技術范圍并不限定于上述實施方式，在不脫離本發明的主旨的范圍內能夠改變構成要素的組合，或者對各個構成要素施加各種變更、刪除。本發明并不被上述說明所限定，而由所附的權利要求書的保護范圍限定。
[0061]例如，首先，在本發明的測量裝置中，投影部的結構并不限于上述各個實施方式中的物體，能夠進行各種變更。[0062]在圖7所示的變形例中，遮蔽部80具有遮蔽管81、82、83這三個遮蔽管，在遮蔽管81與遮蔽管82之間以及遮蔽管82與遮蔽管83之間分別形成有狹縫S11、S12，構成為能夠投影兩束光束B1、B2。這樣，能夠一次性產生多條光切割線，從而能夠高效地對內表面形狀進行測量。只要準備軸線方向上的尺寸不同的多個遮蔽管，就能夠進一步增加狹縫的數量，或者能夠將各個狹縫的寬度、位置關系調節為期望的內容。
[0063]另外，取代利用多個遮蔽管構成遮蔽部，也可以使用設有遮光區域的構件來構成遮蔽部，該遮光區域通過使透明的管狀構件留有一個以上的環狀的透明區域(狹縫)并將其他區域著色為黑色等而不透光。只要是這種遮蔽部，則通過預先準備狹縫的寬度不同的幾種遮蔽部，并與被檢體相對應地區分使用，就能夠調節圓盤狀光束的厚度、亮度等。如此，即使是未使用多個遮蔽管的結構的遮蔽部，也能夠獲得相同的效果。
[0064]而且，也可以將具有透明區域與遮光區域的管狀構件用作外周部，不使用遮蔽管等而構成投影部。即使在該情況下，只要在打開外周部23的頂端側的狀態下使用夾具等沿軸向調整光源單元的位置，并在位置調整后遮蔽外周部23的頂端側，就能夠容易地進行光切割線的投影位置的調整。
[0065]另外，遮蔽部未必必須嵌于外周部的外側，也可以嵌于內側。
[0066]另外，關于發光元件，也并不限定于上述LED元件，也可以使用激光二極管等其他發光元件。而且，也可以根據需要組合擴散板、準直透鏡等各種光學構件，將從發光元件射出的光適當地調節為期望的形態。
[0067]而且，通過使用馬達等驅動機構，也可以構成為能夠使遮蔽部、攝像部相對于插入部進退。這樣，在將測量裝置插入到被檢物內部之后，也能夠對射出的光束、獲取的圖像進行調節。
[0068]另外，本發明的測量裝置也可以設為通過在投影部設置環狀的遮光區域等而投影圓盤狀等的預定厚度的影子而不是投影圓盤狀等的光束的結構。即使如此設置，也能夠將被檢物表面上的影與光之間的交界線作為光切割線進行基于光切割法的內表面測量。
【權利要求】
1.一種內表面形狀測量裝置，其使用光切割法對被檢物的內表面形狀進行測量，該內表面形狀測量裝置包括: 投影部，其具有光源單元和筒狀的外周部，該外周部具有光能夠透過并且沿周向設置的狹縫，該光源單元具有發光元件并配置在上述外周部內，上述投影部從上述狹縫對上述被檢物投影預定厚度的光束；以及 攝像部，其對上述被檢物的投影有上述光束的內表面進行攝像。
2.根據權利要求1所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述外周部包括遮蔽部和具有透明性的筒狀的主體，該遮蔽部以能夠滑動的方式安裝于上述主體，且該遮蔽部的至少一部分具有遮光性。
3.根據權利要求2所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述遮蔽部由具有遮光性的多個遮蔽管構成。
4.根據權利要求1所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述外周部的至少一部分具有遮光性， 上述光源單元以能夠滑動的方式安裝于上述外周部。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述發光元件在上述外周部內沿上述投影部的周向排列配置有多個。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述發光元件以自身的發光面朝向上述外周部的頂端側的方式配置在上述投影部的中心軸線上。
7.一種內表面形狀測量裝置，其使用光切割法對被檢物的內表面形狀進行測量，該內表面形狀測量裝置包括: 投影部，其具有光源單元和筒狀的外周部，該外周部具有遮擋光并且沿周向設置的遮光區域，該光源單元具有一個以上的發光元件并配置在上述外周部內，上述投影部對上述被檢物投影預定厚度的影子；以及 攝像部，其對上述被檢物的投影有上述影子的內表面進行攝像。
8.根據權利要求7所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述外周部包括主體和以能夠滑動的方式安裝于上述主體的上述遮光區域，該主體為筒狀并具有透明性。
9.根據權利要求8所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述遮光區域由具有遮光性的多個遮蔽管構成。
10.根據權利要求7所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述光源單元以能夠滑動的方式安裝于上述外周部。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述發光元件在上述外周部內沿上述投影部的周向排列配置有多個。
12.根據權利要求7至10中任一項所述的內表面形狀測量裝置，其中， 上述發光元件以自身的發光面朝向上述外周部的頂端側的方式配置在上述投影部的中心軸線上。
【文檔編號】G01B11/24GK103968777SQ201410013637
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】橫田政義 申請人:奧林巴斯株式會社