JP2001194133A - 円筒形部品の同軸度測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小な内孔を有する円筒形部品の同軸度を円
筒形部品を動かすことなく静止状態で精度良く測定し得
るようにする。 【解決手段】 静止状態のフェルール２の背後から光源
３で照射する。低倍率レンズ系１１を通る入射光をビー
ムスプリッター４で二つに光路分割し、一の分割光を第
１のカメラ５に入射させてフェルールの外周面を含む低
倍率画像として撮像し、コントローラ７に出力する。同
時に、他の分割光を高倍率レンズ系１２を通して第２の
カメラ６に入射させてフェルールの内孔部分を拡大した
高倍率画像として撮像し、コントローラに出力する。モ
ニター画面８１に対し低倍率画像と高倍率画像とを同一
基準軸平面に合成し、低倍率画像の外周エッジにより外
周面の中心座標を、高倍率画像の内周エッジにより内孔
の中心座標をそれぞれ演算し、両中心座標間の距離によ
り軸ずれ量を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信の分
野で光ファイバ同士の接続又は光ファイバと各種デバイ
スとの接続のために用いられるフェルール等の微小内孔
を有する円筒形部品の同軸度測定ために用いられる同軸
度測定方法もしくは同軸度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上記光ファイバ同士等の接続
用の光コネクタにおいては、光ファイバ先端がフェルー
ルの内孔に挿通された状態で保持され、このような状態
の一対のフェルールの先端面同士を接合させて光コネク
タが形成されている。

【０００３】このようなフェルールは、上記光ファイバ
の外径に対応した微小径（例えば１２５〜１２６μｍの
直径）の内孔が中心軸に沿って貫通されたジルコニアセ
ラミックス等の円筒形部品（例えば直径２．５ｍｍの円
筒形部品）として形成されている。

【０００４】そして、上記光コネクタにおける接続損失
の低減のために上記フェルールについてその外周面の中
心軸と内孔の中心軸との同軸性が高精度で求められ、製
造されたフェルールについて同軸度の測定が行われてい
る。

【０００５】このような同軸度測定方法及び測定装置と
しては、例えば図９に示すようにＶ溝ブロック９００の
Ｖ溝９０１にフェルール２００を入れて保持させた状態
で、まず、このフェルール２００に対し背後の光源から
照明光を照射してその前端面側からカメラで撮像し、内
孔２０１部分を拡大した画像として画像処理装置に取込
む。次に、上記フェルール２００をローラ駆動もしくは
ベルト駆動によりＶ溝９０１に押し付けた状態で１８０
度回転させ、回転後のフェルール２００について上記と
同様にカメラで撮像して回転後の内孔２０１部分を拡大
した画像として上記画像処理装置に取り込む。そして、
両画像を同一画面に表示させると、フェルール外周面２
０２の中心軸位置が回転前後の両内孔間を結ぶ線分の中
点位置により得られ、フェルール外周面２０２と内孔２
０１との軸芯間の軸ずれ量が上記中点位置と各内孔の中
心位置との距離により得られることになる。この際、上
記画面上でＸ・Ｙ方向の互いに直交する直線マーカーを
上記各内孔の内周境界円に接するように順に移動させる
ことにより、その直線マーカーのＸ・Ｙ方向の各移動量
に基づいて上記軸ずれ量が求められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
同軸度測定方法及び測定装置においては、フェルールを
回転駆動させる必要がある上に、上記直線マーカーを内
周境界円に接するように操作者が操作する必要があるた
め、その同軸度測定をインラインにて自動化することが
極めて困難となる。しかも、フェルールの外周面を基準
にして回転させているため、求めたずれ量に対する測定
精度が上記外周面の真円度に大きく依存し、真円度の狂
いにより上記測定精度に対する信頼性は大きく狂うこと
になる。

【０００７】一方、上記フェルールを回転させることな
く静止状態で同軸度を測定する方法としてフェルール外
周面を含む画像を取り込んだ後、そのままの状態で例え
ばズーム機構等により拡大して内孔を含む画像を取り込
んで両画像を対比させることも考えられるが、上記のズ
ーム機構等を用いて拡大すると光軸のぶれを招き、たと
えずれ量を求めたとしても真のずれ量とは大きく食い違
うことになる。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、微小な内孔を
有する円筒形部品の同軸度をその円筒形部品を動かすこ
となく静止状態で精度良く測定し得るようにすることに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、静止状態の被測定物からの同一の入射光
を２以上に光路分割し、一の分割光に基づいて一画面に
被測定物の外周面が入る低倍率画像と、他の分割光に基
づいて上記と同一画面に拡大された状態で内孔部分が入
る高倍率画像とを同時に取込み、上記外周面及び内孔の
両境界円に基づきそれぞれの中心座標を求めるようにす
ることを基本特定事項としたものである。

【００１０】具体的には、円筒形部品の同軸度測定方法
に係る第１の発明は、貫通した微小な内孔を有する円筒
形部品を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照
明光を筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の
前面側でカメラに入射させ、このカメラにより撮像され
た画像に基づき、上記被測定物の外周面により構成され
る外周境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により
構成される内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒
形部品の同軸度測定方法を対象にして以下の特定事項を
有するものである。すなわち、上記カメラに入射させる
同一入射光を２以上に光路分割し、一の分割光に基づく
像を上記被測定物の前端面全体が一画面に入るよう低倍
率で第１のカメラに結像させると同時に、他の分割光に
基づく像を上記被測定物の内孔が上記一画面と同一画面
に入るよう高倍率に拡大して第２のカメラに結像させ、
上記第１のカメラにより撮像した上記外周面の外周エッ
ジにより外周境界円の中心座標を求める一方、上記第２
のカメラにより撮像した上記内周面の内周エッジにより
内周境界円の中心座標を求め、これら両中心座標の対比
により上記同軸度を求めるようにすることを特定事項と
するものである。

【００１１】この第１の発明の場合、静止状態の被測定
物からの同一の入射光に基づいて、第１のカメラにより
被測定物の外周面を含む低倍率画像と、第２のカメラに
よりその低倍率画像と同一画面に入るよう内孔部分を拡
大した高倍率画像とが同時にかつ同一基準軸上において
取り込まれる。そして、上記低倍率画像において被測定
物の外周面位置が外周エッジにより認識・検出され、こ
の外周エッジにより外周境界円の中心座標が求められ
る。また、上記高倍率画像において被測定物の内孔の内
周面位置が内周エッジにより認識・検出され、この内周
エッジにより内周境界円の中心座標が求められる。これ
らの各中心座標を求めるには、上記外周エッジもしくは
内周エッジにより構成される各境界円周上の複数点（例
えば１８０点〜３６０点）の座標値を用いて求めればよ
い。そして、上記の外周境界円の中心座標と内周境界円
の中心座標との距離を求めれば、この距離が軸ずれ量と
して得られることになる。また、上記両中心座標を結ぶ
線分の方向により、上記静止状態の被測定物におけるず
れ方向（偏心方向）が得られることになる。なお、上記
外周エッジの検出は、低倍率画像であっても、また前端
面の外周縁部にアール部が存在していても、１画素（ピ
クセル）毎に多段階（例えば２５６段階）のグレイスケ
ールで処理するグレイ処理を採用することによりサブピ
クセルオーダー（例えば１画素の１／１０〜１／２０）
の分解能で細かく行うことができ、外周エッジの検出を
高精度で行うことが可能になる。また、内周エッジの検
出においても、高倍率画像のため焦点深度が浅くなった
としても、上記の分解能での検出により上記内周エッジ
がシャープに認識し得ることになる。

【００１２】上記の測定方法の場合、被測定物を回転さ
せることなく同じ静止状態の被測定物について低倍率と
高倍率との少なくとも二つの画像を同時にかつ同一基準
軸上で取り込むようにしているため、同軸度の測定が外
周面の真円度の如何に影響されることなく、しかも、イ
ンラインにての自動化が図り得ることになる。

【００１３】また、円筒形部品の同軸度測定装置に係る
第２の発明は、貫通した微小な内孔を有する円筒形部品
を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照明光を
筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の前面側
でカメラに入射させ、このカメラにより撮像された画像
に基づき、上記被測定物の外周面により構成される外周
境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により構成さ
れる内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒形部品
の同軸度測定装置を対象にして以下の特定事項を有する
ものである。すなわち、上記被測定物の背後から上記内
孔の光軸方向に照射する光源と、上記被測定物の前面側
で光路を２以上に分割する光路分割手段と、この光路分
割手段により分割された一の分割光に基づく像を上記被
測定物の前端面全体が一画面に入るよう低倍率で撮像す
る第１のカメラと、上記光路分割手段により分割された
他の分割光に基づく像を上記被測定物の内孔が上記一画
面と同一画面に入るよう高倍率で拡大して撮像する第２
のカメラとを備える。加えて、上記上記第１カメラによ
り撮像された上記外周面の外周エッジにより外周境界円
の中心座標を求める一方、上記第２カメラにより撮像し
た上記内周面の内孔エッジにより内周境界円の中心座標
を求める中心座標演算手段とを備えることを特定事項と
するものである。

【００１４】この第２の発明の場合、上記第１の発明を
容易にかつ確実に実施することが可能となる。ここで、
上記「光路分割手段」としては、ハーフミラーもしくは
所定のプリズムを備えたビームスプリッターにより構成
すればよい。また、第１もしくは第２の「カメラ」とし
ては、例えばＣＣＤカメラ等の光電変換デバイスが挙げ
られ、このＣＣＤカメラから出力された画像データに基
づき上記中心座標演算手段において各中心座標を演算す
る処理を行うようにすればよい。

【００１５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の円筒形
部品の同軸度測定方法もしくは測定装置によれば、微小
な内孔を有する円筒形部品の同軸度を、その円筒形部品
を動かすことなく静止状態ままで一度の測定で精度良く
測定することができるようになり、インラインでの自動
化を図ることができるようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施形態に係る円筒形部
品の同軸度測定装置を模式的に示したものであり、２は
被測定物としてのフェルール、３はこのフェルール２の
背後（同図の右側）から照明光として均一な拡散光を照
射する光源、４は入射光を二つの光路に分割する光路分
割手段としてのビームスプリッター、５はこのビームス
プリッター４により分割された第１の分割光が入射する
第１のカメラ、６は上記ビームスプリッター４により分
割された第２の分割光が入射する第２のカメラ、７は画
像処理を行い同軸度を測定するコントローラ、８はモニ
ターである。

【００１８】上記フェルール２は、一例を図２に示すよ
うに円筒形状を有し、横断面が真円形状になるように形
成された外周面２１と、前後両端面２２，２３間を上記
外周面２１の中心軸に沿って貫通するように形成された
微小径の内孔２４とを有している。上記前端面２２の外
周縁部は図３に示すようにアール部２２ａとされ、ま
た、上記内孔２４の後端側は漏斗状とされて図示省略の
光ファイバの挿通作業の容易化が図られている。このよ
うなフェルール２の具体的寸法を例示すると、外周面２
１の直径が２．５ｍｍ、内孔２４の内径が０．１２５ｍ
ｍ（１２５μｍ）、中心軸方向長さが１０ｍｍである。

【００１９】そして、上記フェルール２は図４に示すよ
うに矩形凹溝９の開口端縁により構成される鋭角支持点
９１，９１により支持されて静止状態で保持されてい
る。この静止状態においてフェルール２がその中心軸を
後述の光軸に合致させて位置合わせされた状態に保持さ
れるようになっている。また、上記のような鋭角支持点
９１，９１の如き点で支持することにより、従来のＶ溝
９０１の如く外周面２０２に対し接線で支持する場合に
その支持部近傍の外周エッジが不明瞭になるという不都
合を回避し得ることになる。

【００２０】上記ビームスプリッター４は、ハーフミラ
ー４１と、ミラー４２とが組み合わされて構成されたも
のである。

【００２１】上記第１及び第２のカメラ６，７はそれぞ
れＣＣＤカメラが用いられており、この第１及び第２の
両カメラ６，７により撮像された画像データが上記コン
トローラ７に対し出力されるようになっている。上記両
カメラ６，７においては入射光軸に直交する受光面に対
し基準ゲージとなるＸ軸及びＹ軸の直交座標ラインが設
定されており、上記光軸がこの直交座標ラインの交点位
置を通るように調整されている。なお、図１中５ａは減
光フィルタであり、この減光フィルタ５ａは必要に応じ
て設けられるものであり、上記両カメラ６，７までの光
路長の相違等に基づく光量の相違を調整して両カメラ
６，７において受光する光量を均等化させるために用い
られるようになっている。また、図示を省略している
が、光軸方向への移動ステージ等により構成された合焦
機構を備えている。

【００２２】上記コントローラ７は、中心座標演算手段
及び同軸度判定手段を備えており、上記第１及び第２の
両カメラ６，７からの両画像データを合成してモニター
８に出力する一方、このモニター８の画面８１に表示さ
れた後述の両画像に基づいて所定の処理を行うようにな
っている。

【００２３】すなわち、上記フェルール２の前端面２２
の全体が上記画面８１の全体に入る程度に設定された低
倍率のレンズ系１１（図１参照）を通して入射する入射
光がビームスプリッター４のハーフミラー４１を透過も
しくは反射することにより二つに分割され、上記ハーフ
ミラー４１を透過して直進した第１の分割光が第１のカ
メラ５により受光され、これにより、上記前端面２２の
全体が撮像された低倍率画像５０（図５参照）がモニタ
ー８に表示されるようになっている。一方、上記ハーフ
ミラー４１により反射されて光路分割された第２の分割
光はミラー４２により反射されて所定のレンズ系１２を
通して第２のカメラ６により受光され、これにより、上
記フェルール２の内孔２４部分が上記画面８１の全体に
入る程度に拡大された状態の高倍率画像６０（図５参
照）として撮像され、この高倍率画像６０が上記低倍率
画像５０と共に同じ基準ゲージ（Ｘ軸，Ｙ軸）画面にお
いて合成されてモニター８に表示されるようになってい
る。

【００２４】ここで、上記の図５もしくは図７に示す低
倍率画像５０においては、フェルール２（図２もしくは
図３参照）の外周面２１により構成される外周境界円が
外周エッジ５１として表れ、内孔２４が小さな輝点５２
として表れる。一方、上記の図６もしくは図７に示す高
倍率画像６０においては、上記内孔２４の内周面により
構成される内周境界円が内周エッジ６１として表れる。

【００２５】中心座標演算手段による処理を行うにあた
り、上記外周エッジ５１及び内周エッジ６１の検出を行
うが、特に上記外周エッジ５１の検出（認識）において
はグレイ処理を行い例えば０．２５μｍ以下という高精
度の検出が行われる。すなわち、上記低倍率画像５０は
水平・垂直が例えば５００画素×５００画素の２５万画
素の撮像素子により撮像されたものであり、この撮像素
子内に例えば直径２．５ｍｍの外周境界円が取り込まれ
ることになる。上記グレイ処理により例えば１画素の１
／２０というサブピクセルオーダーの分解能が得られた
とすると、上記低倍率画像５０での検出精度は次のよう
になる。単純化して説明すると、低倍率画像５０の場合
には１画素が５μｍ（２．５ｍｍ／５００画素＝０．０
０５ｍｍ）に相当し、その１／２０であるから０．２５
μｍを単位として上記外周エッジ５１の検出が可能とな
る。以上により低倍率画像５０においては外周縁部にア
ール部２２ａが存在しても外周エッジ５１をシャープに
認識し得ることになり、その外周エッジ５１を確実に検
出し得ることになる。なお、内周エッジ６１の検出にも
上記のグレイ処理によるサブピクセルオーダーの分解能
を適用した場合には、０．０１２５μｍ以下の高精度を
得ることができるようになる。

【００２６】そして、上記の検出された外周エッジ５１
に基づいて外周境界円の中心座標５１１（図８参照）を
演算により求める一方、上記の内周エッジ６１に基づい
て内周境界円の中心座標６１１を演算により求める。

【００２７】次に、同軸度判定手段による判定を行う。
この判定は、上記の両中心座標５１１，６１１の相対距
離（軸ずれ量）を演算し、この軸ずれ量が許容値以下か
否かにより行う。すなわち、上記中心座標５１１が（ｘ
1，ｙ1）、中心座標６１１が（ｘ2，ｙ2）とすると、軸
ずれ量δは、 δ＝｛（ｘ1−ｘ2）^２＋（ｙ1−ｙ2）^２｝^１／２ により得られる。

【００２８】また、静止状態のフェルール２（図４参
照）における軸ずれ方向θは、 θ＝Ｔａｎ^−１｛（ｙ1−ｙ2）／（ｘ1−ｘ2）｝ により得られる。

【００２９】なお、ビームスプリッター４やカメラ５，
６等の調整不足により上記低倍率画像５０と高倍率画像
６０との間で基準ゲージ（Ｘ軸，Ｙ軸）に相対ずれが生
じた場合には、その相対ずれのＸ方向成分αxを上記
（ｘ1−ｘ2）から減じ、Ｙ方向成分αyを上記（ｙ1−ｙ
2）から減ずるようにすればよい。

【００３０】＜他の実施形態＞なお、本発明は上記実施
形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態
を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、
光路分割の数を２とし、カメラの数も光路分割数と同数
の２としているが、これに限らず、例えば光路分割数を
３以上にし、それに対応するようカメラの数も３以上に
するようにしてもよい。上記の３以上の場合には、内孔
２４の内径に比して外周面２１の外径がかなり大きい円
筒形部品に対し好適に適用されることになる。すなわ
ち、円筒形部品の外径寸法に応じて上記の数を設定する
ようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す模式図である。

【図２】フェルールの斜視図である。

【図３】図２のフェルールの縦断面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線における拡大断面説明図であ
る。

【図５】低倍率画像を示す説明図である。

【図６】高倍率画像を示す説明図である。

【図７】低倍率画像と高倍率画像とを合成した画像の説
明図である。

【図８】一対の中心座標の関係を示す説明図である。

【図９】従来の同軸度測定方法を説明するための図４対
応図である。

【符号の説明】

２ フェルール（円筒形部品） ３ 光源 ４ ビームスプリッター（光路分割手段） ５ 第１のカメラ ６ 第２のカメラ ７ コントローラ（中心座標演算手段） ８１ 画面 ２１ フェルールの外周面 ２２ フェルールの前端面 ２４ フェルールの内孔 ５０ 低倍率画像 ５１ 外周エッジ ６０ 高倍率画像 ６１ 内周エッジ ５１１ 外周境界円の中心座標 ６１１ 内周境界円の中心座標

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑山 正徳 京都市下京区綾小路通室町西入る善長寺町 143番地 株式会社日本デジテック内 (72)発明者 熊野 直人 鹿児島県姶良郡隼人町松永字小山2188 株 式会社スピカ精密光学内 Ｆターム(参考） 2F065 AA17 BB08 CC23 CC25 EE05 FF04 HH03 JJ03 JJ05 JJ26 LL24 LL46 QQ25 QQ31 SS13 2H036 NA12 NA17 QA22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通した微小な内孔を有する円筒形部品
   を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照明光を
   筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の前面側
   でカメラに入射させ、このカメラにより撮像された画像
   に基づき、上記被測定物の外周面により構成される外周
   境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により構成さ
   れる内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒形部品
   の同軸度測定方法において、 上記カメラに入射させる同一入射光を２以上に光路分割
   し、 一の分割光に基づく像を上記被測定物の前端面全体が一
   画面に入るよう低倍率で第１のカメラに結像させると同
   時に、他の分割光に基づく像を上記被測定物の内孔が上
   記一画面と同一画面に入るよう高倍率に拡大して第２の
   カメラに結像させ、 上記第１のカメラにより撮像した上記外周面の外周エッ
   ジにより外周境界円の中心座標を求める一方、上記第２
   のカメラにより撮像した上記内周面の内周エッジにより
   内周境界円の中心座標を求め、 上記両中心座標の対比により上記同軸度を求めるように
   することを特徴とする円筒形部品の同軸度測定方法。
2. 【請求項２】 貫通した微小な内孔を有する円筒形部品
   を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照明光を
   筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の前面側
   でカメラに入射させ、このカメラにより撮像された画像
   に基づき、上記被測定物の外周面により構成される外周
   境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により構成さ
   れる内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒形部品
   の同軸度測定装置において、 上記被測定物の背後から上記内孔の光軸方向に照射する
   光源と、 上記被測定物の前面側で光路を２以上に分割する光路分
   割手段と、 この光路分割手段により分割された一の分割光に基づく
   像を上記被測定物の前端面全体が一画面に入るよう低倍
   率で撮像する第１のカメラと、 上記光路分割手段により分割された他の分割光に基づく
   像を上記被測定物の内孔が上記一画面と同一画面に入る
   よう高倍率で拡大して撮像する第２のカメラと、 上記上記第１カメラにより撮像された上記外周面の外周
   エッジにより外周境界円の中心座標を求める一方、上記
   第２カメラにより撮像した上記内周面の内周エッジによ
   り内周境界円の中心座標を求める中心座標演算手段とを
   備えていることを特徴とする円筒形部品の同軸度測定装
   置。