CN106289055B - 光学式内面测量装置 - Google Patents

Abstract

在使探头进入到被测量物的内周面或深孔内径中、用来将由内面反射的光线立体地取入而观察及测量精度的光学式内面测量装置中，能够进行更高精度的测量。在具备内置在管中的光纤、配置在该光纤的前端侧的光路变换机构和使该光路变换机构旋转驱动的马达的构造中，具有测量马达的旋转轴部的振动量的机构。通过用位移测量机构的位移量数据修正由计算机计算来自被检查物的反射光得到的被检查物的内周面的形状数据，消除马达的旋转轴的振动或旋转振动带来的测量误差，能够进行高精度的测量。

Description

光学式内面测量装置

技术领域

本发明涉及使探头进入到被检对象物的内周面或深孔内径中而对内面或深孔底面放射光线、将反射光立体地取入而观察、以及用于测量尺寸及几何学精度的光学式内面测量装置。

背景技术

例如汽车用发动机的汽缸的加工完成尺寸及几何学精度的好坏较大地影响到汽车的动力性能和燃料消耗效率，但它们的检查通常用使用了正圆度测量机、表面粗糙度计、线性标尺的测长仪等的接触式测量机来检查。但是，近年来，出于不弄伤被测量物的目的，出现了光学式的非接触式测量机。

作为非接触地观察被测量物内面有无损伤的手段，图像诊断技术(光成像技术)是在装置机械、医疗等的现场中被广泛利用的技术，例如在精密设备等的制造现场中，作为深孔的里部的检查及图像诊断的方法，采用除了通常的通过内窥镜的照相机观察以外还照射光线并用光传感器捕捉反射光、用计算机判断光泽不匀的状态而自动检查的方法。

另一方面，在医疗的领域中，在人体内部的患部的观察中，随着研究而利用能够观察断层图像的X射线CT、核磁共振、利用光的干涉性并通过内窥镜的OCT图像(光干涉断层摄影)等的方式。

在医疗的领域中被用作光源的近红外线光在被测量物的深孔内周面的材质为金属类的情况下反射，在金属内面上有树脂皮膜层的情况下，近红外光半透过该树脂，所以在与内周面的三维形状观察同时，能够同时进行皮膜树脂的厚度精度的测量或树脂面的针孔的观察。

采用对机械装置或机械零件的内周面照射光线而进行内周面的观察或测量的技术的观察装置的代表性的构造例如像专利文献1到3所示。

在专利文献1所示的光学式内窥镜探头中，在该文献中图1所示的马达轴杆(5)的一端上设置反射膜(14)，将光线向整周方向旋转放射。但是，在该结构中，由于马达(1)的电线或配线基板(22)、(23)将旋转放射的光线遮挡，所以不进行360度整周的放射，发生不能取入图像数据的部分。

此外，在专利文献2所示的内径形状计测传感器中，如该文献中第1图所示，设在软管(29)的前端侧的中空马达(26)使反射镜(20)旋转而放射光线。此外，图4所示的4片应变计(5)测量被测量物的内径的XY方向的长度尺寸(直径)，将光学的测量值的不明确修正，将内周面的形状尺寸正确地进行画面显示。

但是，通常被测量物的内径形状几何学精度被要求0.05μm(微米)左右的高精度，但在该结构中，如果中空马达(26)高速旋转，则在旋转轴中发生较多内径形状计测传感器所要求的精度以上的振动(Run Out)或非再现振动(Non Repeatable Run Out)，所以在采集的被测量物的内周面的截面形状数据中带有失真或噪声，不能得到真实的测量值。

此外，在专利文献3所记载的管内形状检查装置中，在管内将光束以螺旋状扫描，非接触地将管的内径尺寸、和如该文献中图10所示那样将三维的形状数据取入并显示。

但是，在该文献中表示将光束旋转放射的机构，如果放射束的旋转马达高速旋转，则在旋转轴中发生振动或非再现振动，在采集到的被测量物的内周面的截面形状数据中混入噪声或在数据中发生失真，不能得到真实的测量值。

专利文献1：日本特许第4461216号公报

专利文献2：日本实开平4-55504号公报

专利文献3：日本特开平5-180627号公报

发明内容

本发明是鉴于上述以往情况而做出的，其课题在于以下所示的点。即，使测量用探头进入到被测量物的内周面或深孔内径或较长弯曲的管的内周而向内面或深孔底面旋转放射光线，将反射的光线立体地收集并进行计算机处理而观察三维图像数据，以及进行尺寸测量及测量几何学精度。进而，提供一种通过从原数据中除去向内周面旋转放射的旋转轴或旋转部的振动或非再现振动引起的图像数据的失真或振动噪声、能够进行正确而精密的内径及内周面的精度测量的光学式内面测量装置。

作为用来解决上述问题的一技术方案，在使用干涉光学法光干涉法、分光干涉法等)进行被检对象物的观察及测量的光学式内面测量装置中，具备：光纤，内置在管中；至少1个光路变换机构，配置在光纤的前端侧；马达，使光纤和光路变换机构的一方或双方旋转驱动；以及位移检测机构，测量马达的旋转轴部的振动量。通过该结构，用振动检测机构的位移量数据修正用计算机计算从被检查物经过光纤导入的反射光得到的被检对象物的内周面的形状数据。

根据本发明，将旋转放射光线的马达的旋转轴的振动或非再现振动给收集到的原图像数据带来的图像的失真或振动除去，能够进行正确而精密的内周面的三维观察、和内径及内周面的高精度下的测量。

附图说明

图1是有关本发明的第1实施方式的光学式内面测量装置的图。

图2是该光学式内面测量装置的被测量物的内径形状立体图。

图3是该光学式内面测量装置的表面粗糙度说明图。

图4是该光学式内面测量装置的几何精度说明图。

图5是该光学式内面测量装置的探头部结构图。

图6是该光学式内面测量装置的探头部剖面图。

图7是该光学式内面测量装置的扫描范围说明图。

图8是该光学式内面测量装置的表面粗糙度修正方法说明图。

图9是该光学式内面测量装置的正圆度修正方法说明图。

图10是该光学式内面测量装置的角度间距修正方法说明图。

图11是该光学式内面测量装置的动压轴承剖面图。

图12是有关本发明的第2实施方式的光学式内面测量装置的探头部剖面图。

图13是该光学式内面测量装置的三维扫描方法说明图。

图14是该光学式内面测量装置的扫描角度说明图。

图15是该光学式内面测量装置的扫描角度说明图。

图16是该光学式内面测量装置的三维扫描范围说明图。

图17是有关本发明的第3实施方式的光学式内面测量装置的探头部剖面图。

图18是该光学式内面测量装置的三维扫描范围说明图。

图19是有关本发明的第1实施方式的光学式内面测量装置的剖面图。

图20是该光学式内面测量装置的剖面图。

具体实施方式

本实施方式的使用干涉光学法进行被检对象物的观察及测量的光学式内面测量装置的第1特征是，具备：光纤，内置在管中；至少1个光路变换机构，配置在光纤的前端侧；马达，使光纤和光路变换机构的一方或双方旋转驱动；以及位移检测机构，测量马达的旋转轴部的振动量。

通过该结构，由于能够使用振动检测机构的位移量数据将伴随着旋转部的振动的测量误差修正，所以能够进行高精度下的观察及测量。

作为第2特征，使测量马达的旋转轴部的振动量的位移检测机构对置于马达的旋转轴部的外周面，至少配置有1个振动检测传感器。

通过该结构，通过振动检测传感器收集旋转轴部的振动量的数据而能够进行波形数据的修正，能够进行正确而精密的内径及内周面的精度测量。

作为第3特征，基于由计算机计算经过光纤得到的来自被检对象物的反射光而得到的被检查物的内周面的形状数据和位移检测机构的位移量数据进行修正。

根据该结构，从原波形数据除去通过旋转轴部的振动或抖动发生的图像的失真或振动，能够进行更正确而精密的内径及内周面的精度测量。

作为第4特征，位移检测机构检测管的内周的基准形状数据与在旋转轴的旋转中得到的管内周面或外周面的测量数据的差异作为振动量。

通过该结构，能够从收集到的波形数据除去给被检查物的内周面的形状数据带来的图像的失真或振动，进行正确而精密的内径及内周面的精度测量。

作为第5特征，支承马达的旋转轴的轴承由带有动压槽的动压轴承构成。

根据该结构，由于马达的旋转轴的振动量、特别是非再现振动减少，旋转轴的振动给形状数据带来的图像的失真或振动减少，所以能够进行更精密的内径及内周面的精度测量。

作为第6特征，使马达的旋转轴部为中空形状；光路变换机构配置为能够与旋转轴部一体旋转；光纤采用以与旋转轴部相对旋转自如的方式插通在旋转驱动轴的中空孔中的构造。

根据该结构，由于是在内置在管中的光纤的前端侧、并且是光路变换机构的附近配置旋转驱动源的形态，所以旋转轴的振动量特别是非再现振动减少，旋转轴的振动给形状数据带来的图像的失真及振动减少，所以能够进行更精密的内径及内周面的精度测量。

作为第7特征，马达有第1马达和配置在第1马达的后方侧的第2马达；作为光路变换机构，有通过第1马达动作的第1光路变换机构和通过第2马达动作的第2光路变换机构。并且，光纤由在第2马达的后方侧经由固定工具不可旋转地配置在管内的固定侧光纤、和与第1马达或第2马达的旋转轴部一体旋转的旋转侧光纤构成。并且，第1马达及第2马达的旋转轴部分别呈中空形状。并且，旋转侧光纤的前端侧的至少一部分插通在第1马达的旋转轴部的中空孔中，并且后方侧的至少一部分固定在第2马达的旋转轴部的中空孔中。并且，第1光路变换机构在第2光路变换机构的前端侧配置为能够与第1马达的旋转轴部一体旋转；第2光路变换机构装备在旋转侧光纤的前端。

根据该结构，由于在三维地放射光线进行扫描的范围内不存在第1及第2马达的电线，所以在光线中不发生阴影，能够进行在收集数据中没有缺失的高精度的测量。

作为第8特征，特别使第7特征所示的结构中的第1光路变换机构为能够旋转的反射镜或棱镜。

根据该结构，反射效率较高，能够减少光学损失而进行高精度的精度测量。

作为第9特征，特别使第7特征所示的结构中的第2光路变换机构为在前端具有倾斜的大致平面的棱镜。

根据该结构，光线的聚光性较高，能够减少光学损失而进行高精度的精度测量。

作为第10特征，使马达的旋转轴部为中空形状；在旋转轴的中空孔中，相对于该旋转轴相对旋转自如地插通着光纤。并且，马达具有向后方侧延伸的中空的滑动轴部；具备将滑动轴部作为输出轴的直线运动致动器。并且，将光纤固定到滑动轴部的中空孔中。在该构造中，在直线运动致动器的输出轴推拉光纤的同时，使光路变换机构、马达和前端侧附近的光纤在轴向上滑动。

根据该结构，通过马达和直线运动马达的动作而三维地放射光线，能够三维地收集形状数据，由于在放射光线而扫描的范围内不存在第1及直线运动马达的电线，所以在光线中不发生阴影，能够进行在收集数据中没有缺失的高精度的测量。

接着，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。

[实施例1]

对有关本发明的光学式内面测量装置的第1实施方式进行说明。

图1～图10表示有关本发明的光学式内面测量装置的实施方式。

图1是有关本发明的第1实施方式的光学式内面测量装置。在基座80上固定有支架81，滑块82通过滑块用马达83而与探头28一起上下移动。被测量物61被设置在基座80上，探头28、58出入于图2所示的被测量物61的深孔61a。射入到探头28、59中的光线穿过管6内，再穿过测量机主体85的连接部84而进射入干涉解析部88，由计算机89解析，在监视器90上显示图像。

该光学式内面测量装置具有多个例如8种功能，它们如以下那样。

〔A〕进行图2所示的深孔61a的内面的三维形状的显示的功能、以及毛刺、伤痕等的外观检查功能

〔B〕在对深孔61a的内周面实施了树脂等的表面皮膜61b的情况下，该皮膜厚度的测量、以及针孔不良及突起发生不良的检查功能

〔C〕图3所示的表面粗糙度测量功能

〔D〕图4的(1)所示的直径测量功能

〔E〕图4的(2)所示的正圆度测量功能

〔F〕将图4的(2)的正圆度测量数据在长度方向上连续地进行数据收集、三维地显示而得到的圆筒度测量功能

〔G〕图4的(3)所示的内周面的凹凸高度测量功能

〔H〕图4的(4)所示的角度间距测量功能

图5是有关本发明的第1实施方式的光学式内面测量装置的探头部28的结构图。在管6的内部中，具有将前端侧与后方侧连接并固定在光纤固定工具4上的光纤1，在其前端侧一体地具有例如球形透镜等的聚光透镜24，在固定侧光纤1的前端附近具有在大致同轴上具有中空旋转轴10的马达12。

在中空旋转轴10中相对旋转自如地贯通着固定侧光纤1，在中空旋转轴10的延伸到前端侧的保持器部10a上，在比聚光透镜24靠前端侧安装着例如由反射镜或棱镜构成的第1光路变换机构3而使其旋转。

将从固定侧光纤1的后方发送、经过了聚光透镜24的光线26、27从轴中心线赋予角度而使其反射，穿过透光部21向被测量物61的深孔61a内照射。此时，光线26、27如图7那样被向360度整周范围放射。图中D1是投光部件21的外径尺寸，光线26、27向图中D2所示的半径2mm～10mm(毫米)的范围放射，能够将其反射光收集。

此外，由于图1所示的滑块用马达83将探头28在深孔61a的轴向上移动，一边将光线26旋转放射一边在轴向上滑动，所以能够向图2所示的深孔61a的整体放射光线并收集三维形状的形状数据。

在图5所示的第1实施方式中，光线26的向轴向的移动是由没有内置在探头28中而是设在图1所示的外部的滑动用马达83进行的，所以滑块82移动的直线前进精度构成为0.1μm(微米)以下的高精度。

马达12由马达箱8、轴承9a、9b、马达线圈7、固定在中空旋转轴10上的转子磁铁11构成，被从电线23供给电力而旋转。从第1马达驱动器电路86向马达12供给电力，在监视器90上显示由计算机89解析而制作的三维图像。

在图5及图6中，两个振动检测传感器22a、22b检测旋转的中空旋转轴10的外周面的振动量和振动的角度方向。振动检测传感器检测通过中空旋转轴10的振动发生的静电电容或反射光的变化，变换为位移量，并作为数据取入。

以下，对已经说明的本发明的光学式内面测量装置具有的8种测量方法和其动作依次说明。

〔A〕三维形状的显示和伤痕等的外观检查方法

将来自图1所示的被测量物61的深孔61a的反射光向光干涉解析部88取入，通过计算机89计算，显示与图2所示的形状同样的图像，但由于滑块用马达83一边使探头28在轴向上滑动一边三维地取入反射光，所以能够在监视器90上显示三维图像。在本发明中，能够观察通过以往的CCD照相机或超音波传感器方式得不到的高分辨率而鲜明的内周面的立体图像。

此外，可以另外事前将没有毛刺、伤痕的被测量物的基准数据置于存储器中，通过与取入的被测量物61的表面状态比较来检测外观不良品。

〔B〕接着，在对深孔61a的内周面实施了树脂等的表面皮膜覆层的情况下，其表面层61b的厚度的测量、以及针孔不良或突起发生不良由于近红外光或激光半透过树脂，所以得到包括皮膜的高分辨率的三维图像，能够检查覆膜厚度。

〔C〕表面粗糙度测量方法可以如图8所示那样，收集采样长度范围〔例如100μm(微米)〕的被测量物61内周面的表面的原波形数据(图中上侧的虚线波形)，与此同时，收集振动检测机构(在图5中传感器22a、22b)将中空旋转轴10的外周振动取入的轴杆振动波形数据(图中下侧的波形)，得到从原波形数据减去轴杆振动数据后的修正后数据(图中上侧的细实线波形)。该修正后数据的最大值和最小值的幅度为真实的最大表面粗糙度值。通过这样得到并修正中空旋转轴10的外周振动数据，能够高精度地进行表面粗糙度的测量。

〔D〕直径测量方法如以下那样。在图9的外周用虚线表示的波形是由计算机89计算从第1光路变换机构3向整周释放出的光线的反射光而求出的被测量物61的内周面的形状的原波形，减去图中的内周的粗实线波形所示的从振动检测机构(在图5中是传感器22a、22b)得到的轴杆振动位移量数据，得到该图外径侧的细实线所示的修正后数据，根据该修正后数据能够得到需要的内径尺寸。

〔E〕关于正圆度测量方法，前面说明的该图外径侧所示的细实线是修正后数据，通过计算求出与其对应的内切圆和外接圆，可以将这两个圆的半径差定义为正圆度。

〔F〕关于圆筒度的测量方法，滑动用马达83使探头28与滑块82一起以直线性精度0.1μm(微米)以下的高精度滑动，可以将在长度方向上连续地数据收集正圆度测量数据而得到的圆筒的三维图像的内切圆筒与外接圆筒的半径差定义为圆筒度。

〔G〕例如在动压轴承内周面加工出的动压槽的深度等的测量对应于内周面的凹凸高度的测量，但该测量方法与前面说明的表面粗糙度的测量方法相同。

〔H〕关于角度间距测量方法，当第1马达12使第1光路变换机构3旋转时，发生第1马达12的旋转速度不匀(称作跳动或抖晃)，所以需要解决图10所示的真实的角度θ的角度在最大θpmax到最小θpmin的范围中发生测量偏差的课题，作为其应对方法，可以将该测量重复足够多的次数，用计算机平均化而将真值汇总。

在图5中，旋转的中空旋转轴10的外周面的振动通常以1μm(微米)左右发生，其振动可以分离为每旋转1周1次的周期振动(Repeatable Run Out)、和频率不定、从低频到高频在广域中发生的非再现振动(Non-Repeatable Run Out)。

虽然在第1轴承9a中有一些设计的方式和种类，但在例如采用球轴承式的情况下，发生滚珠的滚动振动较多的非再现振动。此外，另一方面，在第1轴承中采用烧结含油轴承方式的情况下，发生较多地发生因振动旋绕振动或来自接触面的振动带来的非再现振动的问题。

在本实施例中，如图11所示，表示在轴承的内周面上加工设置动压发生槽9c的动压轴承9a。动压轴承9a是在旋转的同时用动压发生槽9c对油等的润滑流体赋予泵力、旋转轴浮起而高精度地进行非接触旋转的轴承。

因此，没有以往的球轴承具有的滚动振动、或烧结含油轴承那样的振动旋绕或擦碰，所以非再现振动极少。通过该效果，在将图8及图9所示的原始数据减去轴杆振动数据而修正的情况下，通过轴杆振动数据是平滑的波形而精度良好地修正，所以测量精度变得更高。

在图5及图6中，测量第1马达的旋转轴部的振动量的位移检测机构使多个振动检测传感器22a、22b对置于第1中空旋转轴的外周面，但该位移检测机构除此以外也存在。

例如，测量第1马达12的旋转轴部的振动量的其他位移检测机构能够检测管6的内周的事前存储的基准形状数据与在第1马达的旋转中得到的管内周面的测量数据的差异作为振动量。在此情况下，在图9中内周的粗实线数据是根据管内周面的基准形状数据与在第1马达旋转中得到的测量数据的差异求出的振动量的数据。通过该结构和检测方法，也能够从收集的波形数据除去对被检查物的内周面的形状数据赋予的图像的失真及振动、正确而精密地进行内径及内周面的精度测量。此外，管6由玻璃或透明的树脂构成，根据需要而对内周面实施了有几纳米厚度的透光性的金属覆层，能够更可靠地检测来自内周面的收集波形的轮廓。

图19及图20是有关本发明的第1实施方式的光学式内面测量装置的剖面图。从第1光路变换机构3(旋转的反射镜)释放出的光线从透明部件21的内周面21a和透明部件外周面21b、及被测量物61放射反射光，将这些反射光经由第1光路变换机构向固定侧光纤1返回。

此时，从透明部件内周面21a或透明部件外周面21b的某个取入的360度整周的形状数据相当于图9的二重的形状数据中的、内周侧所示的第1光路变换机构3振动量，能够从收集到的波形数据中除去或修正通过该测量给被检查物的内周面的形状数据带来的图像的失真及振动。

在图19和图20中，在被测量物的内部，包括透明部件21的探头28的位置偏差，但如果第1光路变换机构在一边旋转一边取入整周的形状数据，在哪种情况下都能够没有问题地进行内径形状的测量。

另外，管6的直径是约2mm(毫米)左右，贯通到其内部的固定侧光纤1是弯曲自如的玻璃纤维，使用直径为0.1mm～0.4mm(毫米)左右的玻璃纤维。

图1所示的第1光路变换机构3由具有平滑的反射面的反射镜或棱镜构成，为了提高反射率，将其表面粗糙度和平面度磨成与通常的光学零件同等以上的精度。

图1所示的第1中空旋转轴10由金属或陶瓷构成，通过熔融金属的通过模具的拉拔加工或烧制前的陶瓷的通过模具的挤压加工成形为中空，在硬化处理后通过研磨加工法等精加工。

在图1中，第1中空旋转轴10的孔的直径是0.2mm～0.5mm(毫米)，相比光纤1的直径充分变大，所以由固定工具4固定的固定侧光纤1不会与第1中空旋转轴10接触，即使轻轻接触也几乎不发生磨损粉。此外，也没有旋转摩擦转矩变动的问题。

[实施例2]

图12～图16表示有关本发明的光学式内面测量装置的实施方式2。

图12是有关本发明的第2实施方式的光学式内面测量装置的剖面图。从探头59的后端侧向前端侧引导光线的固定侧光纤31被插通到充分长的管36的孔的中，被通过光纤固定工具34固定。

在固定侧光纤31的前端侧旋转自如地设有旋转侧光纤32。在旋转侧光纤32的前端上，通过第1马达42与旋转侧光纤32独立地旋转自如地安装着由大致平面状的反射镜等构成的第1光路变换机构33a、33b，并构成为通过旋转将光线向整周方向放射。

此外，在旋转侧光纤32的前端安装着将透过固定侧光纤1到来的光线聚光、一边旋转一边对前端方向赋予稍稍的角度而朝向第1光路变换机构33a、33b放射的第2光路变换机构50。

旋转侧光纤32和固定侧光纤31隔开5μm(微米)左右的微小距离对置，包括旋转的遮光板35、光纤固定工具34而构成旋转光连接器52，旋转侧光纤32与固定侧光纤31之间能够维持较高的透过率，几乎没有损失而光学地连接。

第1马达42在马达箱38中固定着马达线圈37、第1轴承39b、39a，安装着转子磁铁41的第1中空旋转轴40旋转。对于马达线圈37从电线23施加电压，在第1中空旋转轴40上安装着第1光路变换机构33。

第2马达49与第1马达42同样，在马达箱38中安装着第2轴承48a、48b，将第2旋转轴43旋转自如地支承。在图12中，第2旋转轴43被轻轻压入到开设于可振动件44的大致中心的孔44a中，但在可振动件44与第2旋转轴43之间通过可振动件44的弹簧性产生稳定的摩擦力。

在可振动件44的外周上粘贴着电应变元件或压电元件45，在这些元件上形成有电极46。它们各自的电极通过图12所示的电线47配线而被施加电压。可振动件44相对于第2轴承48a、48b的旋转被阻止，有时也简单地由电线47发挥旋转阻止的功能。

在图12中，在被放射光线的第1光路变换机构33的外周附近，在管36上安装着光线能够透过的透光部51。对于透光部51的内周面或外周的表面根据需要而实施了用来减少表面反射、提高光线的透过率的覆层等。

从图1的第1马达驱动器电路86对于图12的第1马达42供给电力而进行旋转驱动，第2马达49被从第2马达驱动器电路87施加电压而被旋转驱动。

第1光路变换机构33由能够旋转的反射镜或棱镜构成，反射效率较高，能够减小光学损失而进行高精度的精度测量。

第2光路变换机构50由在前端具有倾斜的大致平面的棱镜构成，光线的聚光性较高，能够减少光学损失而进行高精度的精度测量。

接着，关于上述图12～图16的三维扫描型的光成像用探头，详细地说明其特征性的作用效果。

在图1中，从测量机主体85内的光源发光的近红外或激光等的光线穿过内置于管36中的固定侧光纤31之中而行进。

在图12中，从电线23供给电力，如果第1马达42和第2马达49以约1800～2万rpm的范围的相同转速旋转，则被引导的光线穿过旋转光连接器52和旋转侧光纤32，被从第2光路变换机构50a释放，由第1光路变换机构33a的大致平面部反射而将方向改变为一定的角度方向(在图12中是θ1的角度)进行旋转放射，此时的放射范围如图14那样为角度θ1的伞状的范围。

近红外线等的光线进一步穿过透光部件51，将从被测量物61反射的光线在与上述相同的光路中向反方向上穿过透光部件51第1光路变换机构33a第2光路变换机构50a旋转侧光纤32旋转光连接器52固定侧光纤31引导到光干涉解析部88。

接着，关于第1马达42和第2马达49的转速，例如使第1马达42的转速固定为3600rpm、另一方面使第2马达49的转速固定为3570rpm地旋转，这样切换为对两个马达转速赋予一些差别的旋转状态。在该状态下，如图13所示，旋转角度相位逐渐变化到第1光路变换机构33和第2光路变换机构50b的位置，当形成180度的相位差时，光线由旋转的第1光路变换机构33b反射，光线的行进线路变化一定角度，变为图中θ2。该瞬间的光线的放射范围变为图15所示那样的倾斜的范围。

该旋转相位角度由于在第1马达42于1分钟旋转3600圈的期间中旋转错移与第2马达49的转速的差即30圈，所以即在2秒钟发生360度的旋转相位差。

振动检测传感器53a检测第1中空旋转轴的外周振动，与图5的实施例1同样，对收集到的原波形数据加以了修正。或者，测量第1马达42的旋转轴部的振动量的其他位移检测机构通过检测管6的内周的事前存储的基准形状数据与在第1马达的旋转中得到的管内周面的测量数据的差异作为振动量来进行。

接着，第1光路变换机构33和第2光路变换机构50的旋转相位差缓缓地每2秒钟1圈地持续发生。通过该动作，光线的放射方向在θ1～θ2的范围中连续地变化，光线的放射范围如图16所示那样在θ1+θ2的范围中三维地反复照射，由于在扫描范围内不存在信号线或电线23、47，所以能够得到没有缺失的鲜明的三维图像数据。

[实施例3]

图17～图18表示有关本发明的光学式内面测量装置的第3实施方式。

图17是有关本发明的实施方式的光学式内面测量装置的剖面图。在探头59的前端侧(透光部件21的方向侧)与后方侧之间传递光的固定侧光纤1内置在管36中，并且在固定侧光纤1的前端侧具备例如由球形透镜等构成的聚光透镜24。

在聚光透镜24的前端侧具有由有倾斜角的旋转反射镜等构成的第1光路变换机构33，通过从电线23施加电压，通过第1马达12旋转。

第1马达12在被固定在管6的内周面上的滑动导引部20支承的可滑动的马达箱8的内部装入马达线圈7，具有被轴承9a、9b支承的第1中空旋转轴10。

在第1中空旋转轴10上固定着转子磁铁11，并且一体地安装着第1光路变换机构33。

在滑动马达箱8的后方侧，在大致中心轴上一体地设有滑动第2轴57，此外该滑动第2轴57是中空轴，在该孔中贯通并粘接固定着固定侧光纤1。

直线运动马达62在设在管36内的马达箱68中设有支承滑动第2轴57的滑动轴承58a、58b，在滑动第2轴57的外周上，粘贴着被轻压入到大致多角柱状的可振动件54的中心孔中、在可振动件54的至少外周面上具有图案电极56的压电元件55。

如果从电线47向图案电极56施加电压，则压电元件55开始振动，使可振动件54产生波状或三角波状的行进波，由此，滑动第2轴57使直线运动马达62、固定侧光纤1、聚光透镜24、第1光路变换机构33如图中Ls所示那样在轴向上在例如5～30mm(毫米)的范围中滑动。

在图17中，内置在管36内的固定侧光纤1的长度比管36的长度长至少Ls毫米(mm)以上，向管36内弯曲，具有富余长度地收存。因此，在图17中，在直线运动马达62动作而使滑动第2轴57和第1马达12在管36内向前端侧移动的情况下，推拉固定侧光纤1的动作能够在足够小的力下顺畅地滑动。

接着，关于上述图17～图18的光学式内面测量装置，详细地说明其特征性的作用效果。

在图17中，如果对电线23通电，则第1马达12的马达线圈7产生旋转磁场，对转子磁铁11赋予旋转力，第1中空旋转轴11将第1光路变换机构33在例如1800rpm～1万rpm的范围中以一定速度旋转。

第1光路变换机构33通过其旋转位置表示33a，将从其角度旋转180度的位置的光路变换机构表示为33b。

从图1的测量机主体85发光的例如近红外光线或激光线被固定侧光纤1导光，从聚光透镜24向前方释放，再从第1光路变换机构33向大致直角方向放射，来自被测量物61的反射光再次经过固定侧光纤1回到测量机主体85，装置主体85能够显示图像。

这里，图1的探头28在图17中对应于探头59。此外，图1的管6在图17中对应于管36。

在图17中，如果经由电线47对图案电极56进行通电，则压电元件55产生行进波，对滑动第2轴57施加朝向前端侧滑动的力。并且，滑动第2轴57开始将第1马达12、第1光路变换机构33、固定侧光纤1、聚光透镜24一体地向前端侧移动，光线被向图中大致直角或θ1所示的方向以360整周放射，同时，由于能够在轴向上滑动，所以通过如图18所示那样立体地放射，在图1中由测量机主体85进行三维的图像数据的收集和储存。

在图17及图18中，如果滑动第2轴57移动图中Ls的距离，则移动侧传感器64c向固定侧传感器64a接近，产生表示滑动动作的完成的信号，从电线23向图案电极56施加的电压被停止。或者，施加方法变化，滑动第2轴57开始向反方向移动。

振动检测传感器63a检测第1中空旋转轴的外周振动，与图5的实施例1同样，对收集到的原波形数据加以了修正。或者，测量第1马达12的旋转轴部的振动量的其他位移检测机构检测管6的内周的事前存储的基准形状数据与在第1马达的旋转中得到的管内周面的测量数据的差异作为振动量。

另外，聚光透镜24使用球形透镜，但使用圆锥状的聚光透镜也相同。

作为这种三维扫描内面观察及检查装置的要求性能之一，有提高空间分辨率，但在用来达到空间分辨率的主要原因中，有第马达12的旋转速度不匀、第1中空旋转轴10的振动及非再现振动精度、第1光路变换元件33的精度、聚光透镜24的表面精度等。

其中，影响度较大的是马达12的旋转速度不匀，但在探头59的前端部中内置有第马达12的本方式例如能够稳定地实现1μm(微米)以下的较高的三维的空间分辨率。此外，通过直线运动致动器22的向轴向的滑动动作，能够将光线在轴向上以一定范围放射，能够得到高分辨率的三维的观察图像。

如以上说明那样，本发明的光学式内面测量装置设有检测马达的旋转轴部的振动量的机构。并且，通过将由计算机计算从被检查物经过光纤得到的反射光而得到的被检查物的内周面的形状数据用位移传感器的位移量数据修正，能够消除扫描光线的马达的旋转轴的振动或旋转振动给采集到的被测量物的内周面形状数据带来的测量误差而进行高精度的测量。

产业上的可利用性

使用本发明的干涉光学法进行被检对象物的观察和测量的光学式内径测量装置也能够应用于工业用诊断装置而进行高精度的测量，并且例如进行深孔的底部的三维观察。此外，期待向医疗现场处的微细的病灶的尺寸变化的数值的诊断或治疗的利用。

附图标记说明

1、31 固定侧光纤

32 旋转侧光纤

3、33a、33b 第1光路变换机构(反射镜)

34 光纤固定工具

35 遮蔽板

6、36 管

7、37 马达线圈

8、38、68 马达箱

9a、9b、39a、39b 第1轴承

9c 动压发生槽

10、40 第1中空旋转轴

10a 保持器部

11、41 转子磁铁

12、42 第1马达

20 滑动导引部

21、51 透光部件

21a 透明部件内周面

21b 透明部件外周面

22a、22b、53a、63a 振动检测传感器

23、47 电线

24 聚光透镜

25、55 扫描范围

26 光线

28、59 探头

43 第2旋转轴

44、54 可振动件

44a 孔

45、55 电应变元件

46、56 图案电极

48a、48b、58a、58b 第2轴承

49 第2马达

50、50a、50b 第2光路变换机构(棱镜等)

52 旋转光连接器(光转子リ连接器)

57 滑动第2轴

61 被测量物

61a 深孔

61b 表面层

62 直线运动马达

64a、64b、64c Z轴位置传感器

70a、70b 管内周面反射光

71a、71b 管外周面反射光

72a、72b、72C 被测量物反射光

80 基座

81 支架

82 滑块

83 滑块用马达

84 连接部

85 测量机主体

86 第1马达驱动器电路

87 第2马达驱动器电路

88 光干涉解析部

89 计算机

90 监视器

Claims (8)

1.一种光学式内面测量装置，使用干涉光学法进行被检对象物的观察及测量，其特征在于，该光学式内面测量装置具备：

光纤，内置在管中；

光路变换机构，配置在上述光纤的前端侧；

马达，使上述光纤和上述光路变换机构的一方或双方旋转驱动；以及

位移检测机构，测量上述马达的旋转轴部的振动量，

上述马达包括第1马达和配置在上述第1马达的后方侧的第2马达；

上述光路变换机构包括通过上述第1马达动作的第1光路变换机构和通过上述第2马达动作的第2光路变换机构；

上述光纤由在上述第2马达的后方侧经由固定工具以不能旋转的方式配置在上述管内的固定侧光纤、和与上述第1马达或上述第2马达的上述旋转轴部一体旋转的旋转侧光纤构成；

上述第1马达及上述第2马达的上述旋转轴部分别呈中空形状；

上述旋转侧光纤的前端侧的至少一部分插通在上述第1马达的旋转轴部的中空孔中，并且后方侧的至少一部分固定在上述第2马达的旋转轴部的中空孔中；

上述第1光路变换机构在上述第2光路变换机构的前端侧配置为能够与上述第1马达的旋转轴部一体旋转；

上述第2光路变换机构装备在上述旋转侧光纤的前端。

2.如权利要求1所述的光学式内面测量装置，其特征在于，

上述位移检测机构对置于上述旋转轴部的外周面，并配置有至少1个检测传感器。

3.如权利要求1或2所述的光学式内面测量装置，其特征在于，

基于由计算机计算而得到的被检查物的内周面的形状数据和上述位移检测机构的位移量数据对经过上述光纤得到的来自被检对象物的反射光进行修正。

4.如权利要求1或2所述的光学式内面测量装置，其特征在于，

上述位移检测机构检测上述管的内周的基准形状数据与在上述旋转轴部的旋转中得到的上述管内周面或外周面的测量数据的差异作为上述振动量。

5.如权利要求1或2所述的光学式内面测量装置，其特征在于，

支承上述旋转轴部的轴承是带有动压槽的动压轴承。

6.如权利要求1所述的光学式内面测量装置，其特征在于，

上述第1光路变换机构是能够旋转的反射镜或棱镜。

7.如权利要求1所述的光学式内面测量装置，其特征在于，

上述第2光路变换机构是在前端具有倾斜的大致平面的棱镜。

8.如权利要求1或2所述的光学式内面测量装置，其特征在于，

上述第1马达具有向后方侧延伸的中空的滑动轴部；

具备将上述滑动轴部作为输出轴的直线运动致动器；

将上述固定侧光纤固定到上述滑动轴部的中空孔中；

在上述直线运动致动器的上述输出轴推拉上述固定侧光纤的同时，使第1上述光路变换机构、上述第1马达和前端侧附近的上述固定侧光纤在轴向上滑动。