(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度で汎用性が高い真円度測定方法及びその装置を提供する。【解決手段】投光焦点距離を被検査孔の半径に合わせて被検査孔の概略中心に基準配置させた共焦点式プローブ２を、投光焦点距離の前後領域において微小量ずつ半径方向に移動させ、被検査孔内面からの反射光輝度が最大輝度となった位置を測定半径とする動作を、被検査孔の全周を等角度分割した方向に繰り返して行い、最小二乗法による基準半径に基づいて被検査孔の真円度を測定する方法及び、投光焦点距離を基準とするその前後領域において微小量ずつ半径方向に移動する共焦点式プローブ２の移動量を検出する測距機構４を設け、被検査孔内面からの反射光輝度を検出する光検出器１２を設け、最大輝度となった位置を測定半径とする動作を被検査孔の全周を等角度分割した方向に繰り返して行い、最小二乗法による基準半径に基づいて被検査孔の真円度を測定する演算処理装置を設けた装置。【選択図】図１
2015001462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光焦点距離を被検査孔の半径に合わせるとともに被検査孔の概略中心に基準配置させた共焦点式プローブを、投光焦点距離の前後領域において微小量ずつ半径方向に移動させ、被検査孔内面からの反射光輝度が最大輝度となった位置を測定半径とする動作を、被検査孔の全周を等角度分割した方向に繰り返して行い、最小二乗法による基準半径に基づいて被検査孔の真円度を測定することを特徴とする真円度測定方法。
【請求項２】
投光焦点距離を被検査孔の半径に合わせるとともに被検査孔の概略中心から共焦点式プローブを、多軸駆動機構により被検査孔と相対的に半径方向の移動及び円周の等角度分割回転を行って真円度を測定する真円度測定装置であって、投光焦点距離を基準とするその前後領域において微小量ずつ半径方向に移動する共焦点式プローブの移動量を検出する測距機構を設けるとともに、被検査孔内面からの反射光輝度を検出する光検出器を設け、該光検出器により最大輝度となった位置を測定半径とする動作を被検査孔の全周を等角度分割した方向に繰り返して行い、最小二乗法による基準半径に基づいて被検査孔の真円度を測定する演算処理装置を設けたことを特徴とする真円度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋳造品や切削加工により形成された孔の真円度を検出する真円度測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
孔内面の検査装置として、孔内に挿入した光学鏡筒のレンズを光軸方向に駆動させて孔内面で合焦させた際のレンズの変位量から内径を計測したり、孔内からの反射光を受光する受光器の受光パターンを解析したりして合焦状態からのずれ量を検出して内径を求めるものがある（例えば、特許文献１参照）。また、共焦点計測装置として、回折レンズで色収差を生じさせた光を測定対象物に集光させ、測定対象物において合焦する光をピンホール乃至光ファイバーを通じて通過させ、通過した光の強度を波長ごと測定して計測を行うものがある(例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１のものは、レンズの変位量から距離を計測するため高い検出精度が得られないという問題がある。さらに、受光器の受光パターンから距離を求める際、受光パターンの解析に時間がかかるという問題がある。また、特許文献２のものは、測定範囲が狭く汎用性が乏しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３９７２４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０８１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は測定範囲が広く汎用性が高いうえに高精度で内径を検出できる真円度測定方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、投光焦点距離を被検査孔の半径に合わせるとともに被検査孔の概略中心に基準配置させた共焦点式プローブを、投光焦点距離の前後領域において微小量ずつ半径方向に移動させ、被検査孔内面からの反射光輝度が最大輝度となった位置を測定半径とする動作を、被検査孔の全周を等角度分割した方向に繰り返して行い、最小二乗法による基準半径に基づいて被検査孔の真円度を測定することを特徴とする真円度測定方法及び、投光焦点距離を被検査孔の半径に合わせるとともに被検査孔の概略中心から共焦点式プローブを、多軸駆動機構により被検査孔と相対的に半径方向の移動及び円周の等角度分割回転を行って真円度を測定する真円度測定装置であって、投光焦点距離を基準とするその前後領域において微小量ずつ半径方向に移動する共焦点式プローブの移動量を検出する測距機構を設けるとともに、被検査孔内面からの反射光輝度を検出する光検出器を設け、該光検出器により最大輝度となった位置を測定半径とする動作を被検査孔の全周を等角度分割した方向に繰り返して行い、最小二乗法による基準半径に基づいて被検査孔の真円度を測定する演算処理装置を設けたことを特徴とする真円度測定装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、投光焦点距離を被検査孔の半径に合わせるとともに被検査孔の概略中心に基準配置させた共焦点式プローブを、投光焦点距離の前後領域において微小量ずつ半径方向に移動させ、被検査孔内面からの反射光輝度が最大輝度となった位置を測定半径とする動作を、被検査孔の全周を等角度分割した方向に繰り返して行い、最小二乗法による基準半径に基づいて被検査孔の真円度を測定するもので、共焦点式プローブの半径方向への移動量を測距し、最大輝度の反射光を検出したタイミングと測距タイミングが一致したときの測距値を内径とするという簡単な構成で測定を行うから、安価で故障が生じ難いものとなる。また、共焦点式プローブは被検査孔の半径方向への移動量を自由に設定可能なため、１台の共焦点式プローブで小孔径から大口径までを測定可能となり、極めて高い汎用性を有する。さらに、投光焦点距離の前後領域の狭い領域を微小量ずつ移動させることにより検出精度を得るものであるから、高精度の光学システムを用いることなく高精度な検出を安価なシステムで行うことができる。しかも、投光焦点距離の前後領域までは測距を行わないので測定を高速化できるうえに、収集するデータ量も少ないので演算処理装置の負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す正面図である。
【図２】同じく要部を拡大して示す一部切欠正面図である。
【図３】投光焦点距離の前後領域を微小量で測距する状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の好ましい実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
１は共焦点式プローブを垂設させた測定装置本体であり、該測定装置本体１は被検査孔Ｈの概略中心から共焦点式プローブ２を被検査孔Ｈの半径方向、軸線方向への移動と被検査孔Ｈ円周を等角度分割する多軸駆動装置３と、共焦点式プローブ２の半径方向の移動量に基づいて測距を行う測距機構４と、共焦点光学ユニット５と、共焦点式プローブ２と共焦点光学ユニット５とを接続する導光ファイバー６と、被検査孔内周を分割する等角度毎に検出された半径を最小二乗法で演算し真円度を算出する図示しない演算処理装置とからなる。
【００１０】
前記共焦点式プローブ２は集光レンズ８と、光軸を９０度反射させるミラー９とからなり、共焦点式プローブ２の投光焦点距離は測定を行う既定内径の被検査孔Ｈの半径に合わせている。
【００１１】
また、前記多軸駆動装置３は被検査孔ＨのＹ軸方向（軸線方向）に共焦点式プローブ２を昇降させる縦駆動機構３０と、被検査孔ＨのＸ軸方向（半径方向）に往復動させる横駆動機構３１と、被検査孔Ｈの円周を等角度分割する回動機構３２とからなる。
【００１２】
縦駆動機構３０は図示しないサーボモータとボールねじ等の直線案内機構により共焦点式プローブ２の被検査孔Ｈ内への挿入動及び測定位置への移動を行うものである。
【００１３】
横駆動機構３１はステッピングモータ３１ａのステップ角とパルス数に基づいて共焦点式プローブ２を半径方向に移動させるもので、投光焦点距離の前後領域において微小量ずつ移動させている。
【００１４】
なお、測定始点を概略中心からではなく、被検査孔Ｈの内面に近接する同心円を設定し、同心円の半径距離を予め測距機構４に加算しておけば、同心円半径位置を始点として測距を行えばよいので測距時間を大幅に短縮できる。例えば、投光焦点距離を基準にしてその前後０．５ｍｍ間（既定内径から０．２５ｍｍ前方の仮想同心円半径位置からの測距）を１μ刻みで移動距離を検出することにより１μの精度で半径が測定できる。なお、共焦点式プローブ２を０．５μ刻みで移動させれば、０．５μの精度で半径を検出できるもので、この刻み寸法を小さくすればするほど検出精度は高められる。
【００１５】
また、回動機構３２はステッピングモータ３２ａのステップ角とパルス数に基づき被検査孔Ｈの円周を等角度分割するよう測定装置本体１を回動させるものであり、例えば、円周を５０等分割して得られた半径データを最小二乗法により演算すれば真円度が得られることとなる。
【００１６】
また、共焦点式プローブ２は回動機構３２により回動される測定装置本体１に調整機構１５を介してスライド自在に取り付けられ、被検査孔Ｈの内径に応じて変更できるようになっている。このため共焦点式プローブ２は測定装置本体１に対して旋回動を行うこととなるが、この旋回動は被検査孔Ｈの内面に近接（例えば、内面から０．２５ｍｍ離れた位置）した同心円上で行われる。なお、好ましい実施形態では測定装置本体１を上下左右及びに回動させるものとしているが、被検査体を載置するテーブルを上下左右及び回動させてもよいことは言うまでもない。
【００１７】
さらに共焦点式プローブ２の移動量を測距する測距機構４は、共焦点式プローブ２を半径方向に移動させる横駆動機構３１のステッピングモータ３１ａのステップ角とパルス数に基づいて行う。
【００１８】
また、前記共焦点光学ユニット５は被測定孔Ｈ内に投光するスポット光の光源となるＬＥＤ１０と、被測定孔Ｈ内面で反射したスポット光の反射光を受光して反射光の輝度を検出する光検出器１２と、集光レンズ１３と、投光を導光ファイバー６へ直進と、反射光を光検出器１２に屈折させるハーフミラー１４とからなる。共焦点光学ユニット５は、測定装置本体１と一体とせず、導光ファイバー６を延長して別設してもよいことはいうまでもない。また、共焦点光学ユニット５を市販の光ファイバカプラに換えてもよく、市販品を用いればコストダウンを図ることができる。
【００１９】
１５は共焦点式プローブ２を異なる内径の被検査孔Ｈの内面に近接する同心円半径上に配置させる調整機構であり、該調整機構１５は図示しない原点センサを備えており、電源ＯＮ時に、原点復帰動作を行うため、被検査体の既定内径位置への移動は、ステッピングモータ３１ａに所定のパルスを送ることにより行われて、共焦点式プローブ２は被検査孔Ｈの同心円半径上に配置される。
【００２０】
図示しない演算処理装置は光検出器１２で検出される反射光最大輝度の検出タイミングと、測距機構４による測距タイミングとの同期に基づいて、最大輝度時の測距値を等角度分割毎記憶し、記憶した最大輝度時の各測距値を最小二乗法により求めた基準円半径と比較して、真円度を得るものである。
【００２１】
このように構成されたものは、先ず、共焦点式プローブ２の投光焦点距離を測定する既定内径の被検査孔Ｈの半径に合わせるとともに、調整機構１５により共焦点式プローブ２を測定する既定内径の被検査孔Ｈの内面に近接（例えば、０．２５ｍｍ前方）する同心円半径上に配置する。
【００２２】
次に、縦駆動機構３０を作動させて共焦点式プローブ２を被検査孔Ｈ内に進入させ、検査位置に配置するとともに、回動機構３２により共焦点式プローブ２を測定開始角度に設定する。続いて、ＬＥＤ１１を点灯して集光レンズ１３を通じて導光ファイバー６の基端面に焦点を合わせた投光を行う。導光ファイバー６に入射された投光は導光ファイバー６の先端面より投射され共焦点式プローブ２に入射される。
【００２３】
次に、同心円半径上に配置されている共焦点式プローブ２を横駆動装置３１により投光焦点距離の前領域（例えば０．２５ｍｍ離れた位置）から微小量（例えば１μ刻み）で被検査孔Ｈ内面に向かう半径方向に移動させる。この移動に基づいて測距機構４は１μ刻みの半径移動量を検出する。この検出された半径移動量は図示しない演算処理装置に入力され、同心円半径が加算されて測定距離となる。
【００２４】
また、共焦点プローブ２から被検査孔Ｈの既定内径の半径に合わされた投光焦点距離で照射される投光は、共焦点式プローブ２が投光焦点距離の前後領域で微小量（１μ単位）で半径方向に移動することにより、図３に示すように、被検査孔Ｈ内面または内面に最も近付いたとき、導光ファイバー６の先端面へ集光し反射光は強くなり、既定内径位置の前でも後でも離れれば離れるほど反射光は弱くなる。この反射光はミラー９により９０°屈折されうえ集光レンズ８に入射され導光ファイバー６に投影される。導光ファイバー６から共焦点光学ユニット５の集光レンズ１３に入射された反射光はハーフミラー１４により９０°屈折されて光検出器１２に入射され輝度が検出される。光検出器１２により検出された輝度が最大時のときタイミングが同期する距離を測定半径とする。
【００２５】
また、微小量で刻まれる移動距離において、投光焦点距離と被検査孔内面とが離れれば離れるほど、導光ファイバー６の先端面に集光する光点は拡がるため光検出器１２により検出される輝度は低下するので被検査孔内面ではないことが判定される。
【００２６】
このような得られた最大輝度時の測定半径は概略中心に基づくものであるため、各等角度毎に得た測定半径を図示しない演算処理装置により最小二乗法で演算した基準円半径と比較して正しい真円度を得る。
【符号の説明】
【００２７】
１  測定装置本体
1a  取付盤
1b  スライダ
２  共焦点式プローブ
３  多軸駆動装置
30  縦駆動機構
31  横駆動機構
31a  ステッピングモータ
32  回動機構
32a  ステッピングモータ
４  測距機構
５  共焦点光学ユニット
６  導光ファイバー
８  集光レンズ
９  ミラー
10  集光レンズ
11  ＬＥＤ
12  光検出器
13  集光レンズ
14  ハーフミラー
15  調整機構
Ｈ  被検査孔
【図１】
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【図２】
2015001462.tif 000004
【図３】
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