(57)【要約】【課題】油膜の厚さの範囲が全く未知である場合にも、その油膜の厚さを高い精度で計測する。【解決手段】本発明の油膜測定装置は、光干渉法用の光学系とＬＩＦ法用の光学系とを備えている。油膜測定装置は、レーザ誘起蛍光法により算出された油膜の厚さに応じて、光干渉法により算出された油膜の厚さの複数の候補から、１の油膜の厚さを特定し、特定された１の油膜の厚さを、測定対象物の油膜の厚さとして出力するように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械部品表面に供給された、特定の波長で励起する蛍光剤が含まれるオイルによる油膜を測定対象物として、前記油膜の厚さを測定するための油膜測定装置であって、
前記測定対象物に、レーザ光を照射する光干渉法用レーザと、
前記測定対象物に前記光干渉法用レーザからのレーザ光を照射した場合の、前記測定対象物からの干渉光を受光する光干渉法用ディテクタと、
前記測定対象物に、前記特定の波長のレーザ光を照射するＬＩＦ法用レーザと、
前記測定対象物への前記ＬＩＦ法用レーザからのレーザ光を照射により、前記測定対象物から発せられる励起光を受光するＬＩＦ法用ディテクタと、
を備え、
前記ＬＩＦ法用ディテクタで受光された励起光の強度に応じて、レーザ誘起蛍光法により算出された油膜の厚さに応じて、
光干渉法に基づいて算出される、前記光干渉法用ディテクタで受光された反射光の強度に対応する油膜の厚さの複数の候補から、１の油膜の厚さを特定し、
特定された前記１の油膜の厚さを、前記測定対象物の油膜の厚さとして出力するように構成されていることを特徴とする油膜測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油膜測定装置に関する。より具体的には、機械部品表面の油膜の厚さを測定する油膜測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、相対運動する２つの摺動材料の摺動面間に介在する潤滑油等の透明膜の膜厚分布を計測可能な計測システムが記載されている。この計測システムにおける油膜計測の基本原理は光干渉法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０５３６９０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０７０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光干渉法は、油膜の表面において反射した光と、その奥にある物体表面において反射した光とが干渉することによって発生した干渉光の強度を計測し、その強度に応じて油膜の厚さを求める手法である。原理上、計測される干渉光の強度は、油膜の厚さに対して周期的に変化する。従って、測定された光強度に対応する油膜の厚さの候補は多数存在することになる。厚さ測定に使用するレーザの数を増加することで、油膜の厚さの候補の数を減らすことはできるものの、周期的に複数の候補が存在することに変わりはなく、光干渉法では、１つの厚さの候補に絞り込むことはできない。
【０００５】
例えば、光干渉法を基本原理とする特許文献１のような油膜の厚さの測定方法は、測定対象の油膜の厚さがある程度の範囲で既知である場合や測定精度を高く求めない場合には、利用することができる。しかし、油膜の厚さが全く未知の場合には、光干渉法を用いた測定方法では、高い精度で油膜の厚さを求めることは困難である。
【０００６】
他の膜厚の計測方法として、レーザ誘起蛍光法（即ち、ＬＩＦ（Laser Induced Fluorescence）法）が知られている。ＬＩＦ法は、短波長の光により励起する蛍光剤の励起光（散乱光）を計測するものであり、その油膜の厚さと励起光の光強度が比例関係にあることに基づいて、励起光の強度に応じた油膜厚さを測定するものである。
【０００７】
しかし、ＬＩＦ法による油膜の厚さの測定精度は高いものではなく、サブミクロンの計測精度は不十分である。また、例えば内燃機関の運転中の計測においては、油膜厚さゼロ点や出力ゲインの把握ができないため用いることができない。
【０００８】
本発明は以上の課題を解決することを目的として、油膜の厚さの範囲が未知である場合にも、油膜の厚さを高い精度で計測できるよう改良された油膜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】
【０００９】
本発明に係る油膜測定装置は、油膜の厚さを測定するための装置であって、その測定対象物は、機械部品表面に形成された油膜である。この油膜は、特定の波長で励起する蛍光剤が含まれるオイルによる油膜である。
【００１０】
この油膜測定装置は、光干渉法用レーザとＬＩＦ法用レーザと、光干渉法用ディテクタと、ＬＩＦ法用ディテクタと、を備えている。光干渉法用レーザとＬＩＦ法用レーザとは、それぞれ、測定対象物にレーザ光を照射する。ここで、ＬＩＦ法用レーザからのレーザ光の波長は、上述した蛍光剤を誘起させる特定の波長である。光干渉法用ディテクタは、測定対象物に光干渉法用レーザからのレーザ光を照射した場合の、測定対象物からの干渉光を受光する。ＬＩＦ法用ディテクタは、測定対象物へのＬＩＦ法用レーザからのレーザ光を照射により、測定対象物から発せられる励起光を受光する。
【００１１】
油膜測定装置は、ＬＩＦ法用ディテクタで受光された励起光の強度に応じて、レーザ誘起蛍光法により算出された油膜の厚さに応じて、光干渉法に基づいて算出される、光干渉法用ディテクタで受光された反射光の強度に対応する油膜の厚さの複数の候補から、１の油膜の厚さを特定し、特定された１の油膜の厚さを、測定対象物の油膜の厚さとして出力するように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
この油膜測定装置によれば、ＬＩＦ法により求められた油膜の厚さに応じて、光干渉法により求められた油膜の厚さの複数の候補の中から、測定対象物の油膜の厚さを特定することができる。従って、その厚さが未知の油膜についても、光干渉法による高い精度の測定結果を利用することができ、高い精度で油膜の厚さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における油膜測定装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の油膜測定装置による油膜の厚さの測定方法について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１５】
図１は、本実施の形態の油膜測定装置の構成を模式的に示す図である。本実施の形態における油膜測定装置の測定対象物２は、機械部品表面に形成された、オイルによる油膜である。油膜を形成するオイルには、ＬＩＦ法用レーザの発する特定の波長の光で励起する蛍光剤を含ませる。この油膜測定装置により、測定対象物２である油膜の厚さを測定することができる。油膜が形成される機械部品は、例えば、エンジンの各部品や車両内の機械部品等である。この油膜測定装置によって、例えば、エンジンのピストンとシリンダとの間に供給される潤滑油による油膜の厚さ等を測定することができる。なお、本実施の形態における油膜測定装置は、例えば、車両に搭載して、運転中に各部品表面の油膜を測定するのに利用することもできる。
【００１６】
図１に示すように、油膜測定装置の光学系１０には、光干渉法による測定用の光学系とＬＩＦ法による測定用の光学系とが含まれる。具体的に、光学系１０は、光源として、ＬＩＦ法用レーザ１２と、複数の光干渉法用レーザ１４とを有している。ＬＩＦ法用レーザ１２は、測定対象物２の油膜に含まれる蛍光剤を誘起する特定の波長の光を発するレーザである。つまりＬＩＦ法用レーザ１２が発するレーザ光の波長は、油膜に含ませる蛍光剤との関係で決定される。複数の光干渉法用レーザ１４は、互いに波長の異なるレーザであるが、ＬＩＦ法による計測エラーを防ぐため、いずれも、８００ｎｍ以上の波長の光を発するものとする。
【００１７】
また、光学系１０には、ＬＩＦ法用ディテクタ１６と、複数の光干渉法用ディテクタ１８とが含まれる。ＬＩＦ法用ディテクタ１６は、ＬＩＦ法用レーザ１２からのレーザ光照射によって油膜中の蛍光剤が発する励起光を検出する。複数の光干渉法用ディテクタ１８のそれぞれは、対応する光干渉法用レーザ１４により照射されたレーザ光に対する、測定対象物２からの干渉光を検出する。
【００１８】
上述した以外にも光学系１０には、ＬＩＦ法用又は光干渉法用の光学フィルタ、集光レンズ、及び、ミラー等の部品が必要に応じて含まれるが、ＬＩＦ法を用いた測定装置、及び、光干渉法を用いた測定装置のそれぞれは周知であるので、光学系１０の詳細な説明は省略する。
【００１９】
油膜測定装置は、ＬＩＦ法用ディテクタ１６と光干渉法用ディテクタ１８とのそれぞれに電気的に接続された制御装置２０を有している。制御装置２０は、ＬＩＦ法用ディテクタ１６により励起光を取得して、これを解析することで、ある程度の油膜の厚さを、油膜の厚さの範囲として算出する。また、制御装置２０は、光干渉法用ディテクタ１８により干渉光を取得して、これを解析することで、油膜の厚さの複数の候補値を算出する。そして、ＬＩＦ法により算出された油膜の厚さの範囲ａに応じて、光干渉法により算出された油膜の厚さの複数の候補値の中から１つの油膜の厚さを特定し、これを測定対象物２の油膜の厚さとして出力する。以下、制御装置２０による油膜の厚さの測定方法について、より具体的に説明する。
【００２０】
図２は、制御装置２０による、油膜の検出方法について説明するための図である。図２において、実線Ａは、ＬＩＦ法用ディテクタ１６により取得される励起光の光強度と、油膜の厚さとの関係を示し、波形Ｂは、光干渉法用ディテクタ１８によって取得される干渉光の光強度と、油膜の厚さとの関係を示している。
【００２１】
まず、ＬＩＦ法を利用した油膜の厚さの範囲ａの算出について説明する。ＬＩＦ法は、測定対象物にレーザ光を照射して、油膜中の蛍光剤を誘起して、蛍光剤が発する励起光の光強度から、油膜の厚さを求める方法である。図２の実線Ａに示されるように、例えば、膜厚１００μｍ以下の範囲では、ＬＩＦ法による励起光と油膜の厚さとは比例関係を示す。この関係に従って、ＬＩＦ法用ディテクタ１６により検出された励起光の光強度に応じて、油膜の厚さが求められる。但し、ＬＩＦ法による測定精度は高いものではなく、サブミクロンでの測定精度は不十分である。従って、本実施の形態において、ＬＩＦ法による測定は、ある程度の膜厚、即ち、油膜の厚さの範囲ａを特定することに用いる。
【００２２】
次に、光干渉法を利用した油膜の厚さの候補値の算出について説明する。光干渉法は、測定対象物にレーザ光を照射して、油膜表面からの反射光と、機械部品表面からの反射光とにより干渉光を発生させ、この干渉光の光強度から油膜の厚さを求める方法である。光干渉法により検出されるのは干渉光であるため、干渉光と油膜の厚さとは、図２の波形Ｂに示されるような周期的な関係を有している。従って、計測された干渉光の光強度の値ｂに対しては、複数の油膜の厚さの候補値が求められる。なお、本実施の形態では、複数の波長のレーザ光を用いることで、油膜の計測の精度が高められている共に、油膜厚さの候補の数もある程度減らされてはいるものの、光干渉法だけでは、依然として油膜の厚さの候補が複数存在する状態となっている。
【００２３】
制御装置２０は、光干渉法により算出された油膜の厚さの複数の候補値のうち、ＬＩＦ法により検出された油膜の厚さの範囲ａ内にある値を、油膜の厚さの真値として特定し、この真値を、油膜の厚さの計測結果として出力する。
【００２４】
本実施の形態の油膜測定装置によれば、ＬＩＦ法と光干渉法とを併用した油膜測定によって、光干渉法による高い測定精度を生かして、油膜の厚さを高い精度で測定することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、油膜測定装置が、複数の光干渉法用レーザ１４と、それに対応する複数の光干渉法用ディテクタ１８を備える場合について説明した。これは、光干渉法を多波長で行うことにより油膜の厚さの候補の数をある程度減らすためである。従って、複数の波長のレーザ光を発することができるものであれば、光干渉法用レーザは１台であってもよい。また同様に、光干渉法用ディテクタも１台であってもよい。また、ＬＩＦ法により測定される油膜の厚さの範囲によって、光干渉法による油膜の厚さの候補を１つに絞り込むことが可能であれば、光干渉法を多波長で行う必要はなく、この場合にも、光干渉法用のレーザ及びディテクタは１台でよい。即ち、光干渉法で用いる波長の数は、ＬＩＦ法により測定できる油膜の厚さの精度と、要求される油膜の厚さの測定精度とを考慮して、適宜決定することができる。
【００２６】
また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００２７】
２  測定対象物
１０  光学系
１２  ＬＩＦ法用レーザ
１４  光干渉法用レーザ
１６  ＬＩＦ法用ディテクタ
１８  光干渉法用ディテクタ
２０  制御装置
【図１】
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【図２】
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