JP2002346925A - 研削加工表面の良否判定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で安価なうえ、弧面のある研削加
工表面の検査を短時間に行うことができる研削加工表面
の良否判定方法及びその装置を目的とするものである。 【解決手段】 検査ビーム光により、研削加工表面の研
削粗さに基づく散乱光や収束光により反射光輝線パター
ンが生じるという知見に基づき、弧面のある研削加工表
面を検査できるよう入射角を小さくした投射光装置４か
ら研削加工表面の表面に検査ビーム光を照射し、該研削
加工表面の研削粗さに基づく散乱光や収束光により生じ
る反射光輝線パターンをスクリーン６に反射投影させて
研削加工表面の良否を判定するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】砥石により表面の研削加工を
行なった金属製品の研削加工の良否を検査する研削加工
表面の良否判定方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面の凹凸を検査する方法として
は、大きな入射角（被検査物に対して水平に近い側方か
ら）をもつレーザ光を被検査物に照射してその反射光を
スクリーンに投影する方法が提案されている。（例え
ば、特開平５−９９６３９号公報、平面状物の緩やかな
凹凸検査装置）。この装置では光の強度分布、すなわ
ち、光線の加算による光線密度の増加によりスクリーン
上に明暗分布を投影するため、位相の揃ったレーザ光を
用いなければ検査は不可能であった。また、ミリオーダ
ーサイズの凹凸欠陥を検出するためにはレーザ光の入射
角を大きくする必要があった。このように、レーザ光を
大きな入射角で照射することにより、ウレタンゴムのよ
うに反射率の小さい被検査物の検査を可能にしていた。
このため、レーザ光を用いる必要があるうえに、レーザ
光の減衰を減らすために光ファイバで先端の凸レンズま
で導く必要があり、装置が高価で複雑なものとなるとい
う問題があった。

【０００３】しかも、スリット光の入射角をできる限り
大きくする必要があるため、スリット光を照射するシリ
ンドリカルレンズや反射光を投影するスクリーンも低い
位置に配置させなければならず、装置の設置面積が大き
くなるという問題があるうえに、大きな入射角でスリッ
ト光を照射するため弧面のある被検査物の検査は難しく
平面状の被検査物しか検査できないという問題があっ
た。

【０００４】さらに、反射率の小さい被検査物の検査の
場合、レーザ光を用いたり、入射角を大きくしてもスク
リーン上の明暗分布は明確になりにくいので、ＣＣＤカ
メラでスクリーン上の投影像を撮影し、撮影した画像を
フィルタリング等の画像処理を行って凹凸の検査を行な
わなければならず、装置が極めて高価になるうえに、大
型化するという問題があった。

【０００５】しかも、前述の方法では、全表面に無数の
研削筋が生じる研削加工表面の良否判定を行うことは極
めて難しいうえに、部分的に弧面のある研削加工表面の
場合、弧面の検査が難しい。また、全体が弧面で形成さ
れている研削加工表面の場合、極めて狭い領域しか検査
できないため、検査を繰り返し行わねばならず、検査に
時間がかかりすぎ実用的に用いることが困難なことか
ら、研削加工表面を検査する装置の開発が要望されてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は構造が簡単で
安価なうえ、弧面のある研削加工表面の検査を短時間に
行うことができる研削加工表面の良否判定方法及びその
装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、弧面のある研削加工表面を検査できるよ
う入射角を小さくした投射光装置から研削加工表面の表
面に検査ビーム光を照射し、該研削加工表面の研削粗さ
に基づく散乱光や収束光により生じる反射光輝線パター
ンをスクリーンに反射投影させて良否を判定する研削加
工表面の良否判定方法を請求項１の発明とし、弧面のあ
る研削加工表面を検査できるよう入射角を小さくした検
査ビーム光を研削加工表面の表面に照射する投射光装置
と、研削加工表面から反射される研削加工表面の研削粗
さに基づく散乱光や収束光により生じる反射光輝線パタ
ーンを投影する良否判定用のスクリーンとを設けた研削
加工表面の良否判定装置を請求項２の発明とし、請求項
２の発明において、検査ビーム光をレーザ光とした研削
加工表面の良否判定装置を請求項３の発明とし、請求項
２または３の発明において、検査ビーム光をスリット光
とし、該スリット光の広がり光線を研削加工表面の研削
方向と平行に照射する研削加工表面の良否判定装置を請
求項４の発明とするものである。

【０００８】また、請求項２から４の発明において、反
射光輝線パターンをさらに拡大してスクリーンに投影し
たり、スクリーンに投影された反射光輝線パターンをレ
ンズで拡大したり、ＣＣＤカメラやＣＣＤビデオカメラ
等によりモニターを別の場所に配置したり、ＣＣＤカメ
ラやＣＣＤビデオカメラ等でスクリーンを拡大撮影する
ことにより検査精度をより一層高めることができる。ま
た、スクリーンに投影された反射光輝線パターンをＣＣ
Ｄカメラ等によりコンピュータに取り込んで画像処理を
行なって良否判定を行うようにすれば自動化が可能で製
造ラインに組み込むこともできる。しかも、前記におけ
る画像処理は、反射光輝線パターンは明確に表れるた
め、複雑なフィルタリング処理を行なう必要がなく、簡
単な画像処理で対応できるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、カムシャフトの研削加工表
面を検査する本発明の好ましい実施の形態を図１〜６に
基づいて詳細に説明する。１はベースであり、該ベース
１の上面中央の長手方向には断面コ字状のレール２が敷
設されている。該レール２は被検査物を装着する載置台
３をスライドガイドするものであり、スライドガイドさ
れる載置台３は前記断面コ字状のレール２と係合できる
構造を有し、被検査物を装着位置と後記する投射光装置
４が設けられた検査位置に移動させるものである。３ａ
は載置台３の上面前後に立設される被検査物（カムシャ
フト）の受け台である

【００１０】４はベース１の略中央にレール２を跨いで
立設される門形の投射光装置であり、該投射光装置４は
角度や位置を微調整自在とした検査ビーム光照射用のレ
ーザプロジェクタ５を上部中央に設けるとともに、レー
ザプロジェクタ５から照射されて研削加工表面で研削粗
さに基づく散乱光や収束光により生じる反射光輝線パタ
ーンを投影するスクリーン６を後部中間に水平に設けた
ものである。前記レーザプロジェクタ５の傾斜角度、す
なわち、検査ビーム光の入射角は被測定物に弧面があっ
ても測定できるようできる限り入射角を小さくするもの
としている。

【００１１】これは、被検査物が弧面で形成されている
場合、検査ビーム光の入射角が大きいと、弧面の一部の
みに検査ビーム光が照射されて、広い領域を検査できな
くなるからである。また、被検査物の一部にのみ弧面が
ある場合も、検査ビーム光の入射角が大きいと、弧面部
の検査ができないからである。この入射角は研削加工表
面から反射した反射光輝線パターンが検査ビーム光と重
ならないものとする必要がある。また、前記したスクリ
ーン６の位置は研削加工表面から離せば離すほど反射光
輝線パターンは拡大されて投影され、良否判定が容易と
なるが、距離が離れすぎると投影画像の光量が低下した
り、スクリーン６が大きくなりすぎて、装置が大型化す
るので、投影像を拡大したい場合には、凸面鏡を介して
スクリーン６に投影したり、スクリーン６上の投影図を
ＣＣＤカメラで拡大撮影してモニターに表示することが
好ましい。

【００１２】レーザプロジェクタ５から照射されるレー
ザ光は、シリンドリカルレンズを通過させることにより
扇状の広がり光線よりなるスリット光（検査ビーム光）
としているが、コーン状の検査ビーム光としてもよい。
また、検査ビーム光はレーザ光を用いているが、輝度の
高い単色光や白色光でもよい。このスリット光よりなる
検査ビーム光の広がり光線は研削加工表面の研削方向と
平行をなすように照射することにより、カム（研削加工
表面）の上面側プロフィール全体を検査できるものとし
ているが、カム幅側に対しては細いスリット状光線が略
線状に照射されるだけである。しかし、カム表面の研削
加工表面は回転砥石により表面全体が同時に行なわれる
ため、研削不良はカム幅側全面に生じるので、カム幅側
の一部を検査するだけで研削加工表面の良否を判定する
ことができる。

【００１３】そして、検査ビーム光を研削加工したカム
表面で反射させることにより、表面の研削粗さに基づく
散乱光や収束光により図６に示されるよう、反射光輝線
パターンの変化が表れることとなる。このような現象は
本発明者が研究中に得られたもので、研削加工等による
鏡面状の研削加工表面での特有の現象と思われる。研削
不良がない場合には、円弧状（斜めから入射されるた
め）の輝度の強い細い輝線が１本だけ表れる。そして、
研削不良の場合に表れる独特の反射光輝線パターンは研
削方向に生じた研削筋の凹凸のうねりと深さの大小によ
るもので、凸面鏡作用や凹面鏡作用（凸レンズ作用）に
より生じるものと推測される。すなわち、切削筋が粗く
大きな凹部では凹面鏡作用により切削筋と直交する方向
に輝度が強く長いピーク輝線が発生し、凹部が小さくな
るに従い短いピーク輝線となる。また、凸部では凸面鏡
作用により切削筋と直交する方向に密度の粗い短いピー
ク輝線（研削不良のない場合に生じる円弧状の輝線より
は弱く長い）が発生し、凸部が小さくなるに従いより密
度が細かく短いピーク輝線が発生することとなる。この
ように凹凸の度合いに応じて異なる反射光輝線パターン
が発生するので良否判定を容易に行うことが可能とな
る。

【００１４】７、７は載置台３を研削加工表面の装着位
置と検査位置に停止させる位置決めピンであり、該位置
決めピン７は先端をベース１上面に突出させたものと
し、該位置決めピン７を載置台３のサイドプレート８下
面に形成された図示しない穴と係合することにより位置
決めが行われるものである。また、サイドプレート８の
穴は表面検査を行なうカム位置に対応して計８個形成さ
れている。

【００１５】９は載置台３の後部側面に取り付けられる
ハンドルであり、該ハンドル９は水平に張出されるブラ
ケット９ａと該ブラケット９ａの上面に立設された握り
９ｂとからなるものである。

【００１６】１０はベース１のアジャスタ付き支持脚、
１１はスクリーン６の上方及び側方を覆うフードであ
り、該フード１１によりスクリーン６に外部光が入射さ
れることを防止して視認性を高めている。１２は投射光
装置４の側板に設けられる半透明窓であり、該半透明窓
１１により研削加工表面にスリット光が正確に照射され
るか確認できるようになっている。１３はレーザプロジ
ェクタ５の電源スイッチである。

【００１７】このように構成されたものは、先ず、ベー
ス１の装着位置に停止されている載置台３に研削加工表
面としてのカムシャフトを載置する。次に、ハンドル９
の握り９ｂを若干持ち上げて、載置台３のサイドフレー
ム８の穴に嵌合されている装着位置側の位置決めピン７
を外したうえ、ハンドル９の握り９ｂを把持して手動で
載せ台２を検査位置まで移動させる。そして、サイドフ
レーム８の右端側の穴に検査位置側の位置決めピン７を
嵌合させて載置台３を動き止めする。次に、電源スイッ
チ１３をオンとして投射光装置４のレーザプロジェクタ
５を作動させてスリット光よりなる検査ビーム光を照射
する。

【００１８】投射光装置４のレーザプロジェクタ５より
照射される検査ビーム光は、その広がり光線を小さい入
射角でカムの研削方向と平行に照射するようにしてい
る。このため、スリット光よりなる検査ビーム光の広が
り光線はカムのプロフィール上面の略全面に照射される
ので、カムの上面側全面を略一回の検査を行なうことが
できる。カムの幅側はその中央部に細いスリット状光線
のみが照射され、全面の検査が行われないが、研削不良
はカムの幅側全面に表れるので一部を検査するだけで充
分であることは前述した通りである。しかも、入射角の
小さいスリット光のため反射光輝線パターンはカムの弧
面部もスクリーン６に確実に投影されることとなる。

【００１９】そして、研削加工表面で反射した反射光輝
線パターンはスクリーン６に拡大されて投影されること
となる。このときスクリーン６に投影される反射光輝線
パターンはカムの研削粗さに基づく散乱光や収束光によ
り生じることとなる。たとえば、研削加工面に不良箇所
がない鏡面状であれば、スクリーン６に投影される反射
光輝線パターンはカムの弧面に対応した円弧状（斜めか
ら入射されるため）の輝度の強い細い輝線が１本表れる
こととなる。しかし、実際は砥石による研削のため鏡面
とはならず無数の研削筋があるため、円弧状の輝度の強
い細い１本の輝線上に良否判定の対象外となる輝度の弱
い短い（円弧状の輝線よりは長い）輝線が一定間隔で多
数表れることとなる。この輝線は研削筋が滑らかになる
ほど短くなるものである。

【００２０】そして、研削不良による凹凸個所がある
と、図６に示されるように、円弧状の輝度の強い細い１
本の輝線上に、研削不良による凹部によって研削筋と直
交する方向に輝度が強く長いピーク輝線が複数（凹面鏡
作用により）表れることとなる。このピーク輝線の間に
は凸部による密度が粗く短い輝線が直交する方向に表れ
ることとなる。この輝線は円弧状の輝線の輝度よりは弱
く長いものとなる。前記したピーク輝線は照射された検
査ビーム光が凹部による凹面鏡作用で光が散乱を繰り返
すことにより生じ、密度の粗い短い輝線は検査ビーム光
が凸部で拡散されることにより生じると推測される。

【００２１】そして、このような輝度レベルや輝線長に
基づいて研削加工の良否が一目で判定できることとな
る。また、カムの上面に異常がない場合は、カムシャフ
トを手動で１８０度回してカムの下側を上面に回動さ
せ、前記と同様の検査を行なえばよい。そして、第１の
カムに異常がなければ、ハンドル９を把持して載置台３
を手動でスライドさせ、第２のカムが検査位置にくるよ
うに移動させたうえ、前記と同様にして表面の検査を行
なえばよい。このような検査を残りの６個のカムに対し
ても行ない異常がなければ良品とするものであるが、カ
ム検査の際、一箇所でも異常が見つかれば不良品として
排除するため検査は終了されることとなる。また、カム
のリフト量の最も小さい円弧状部とリフト量の最も大き
い円弧状は、一点を中心にして回転させて研削するの
で、研削不良が発生することは極めて少ないため、この
部分の検査は省略してもよい。

【００２２】なお、好ましい実施の形態では、スクリー
ン６に拡大投影された反射光輝線パターンを作業員が目
視して研削加工表面（カムシャフト）の良否を判定して
いるが、スクリーン６に投影された像をＣＣＤビデオカ
メラやＣＣＤカメラで撮影し、装置から離れたモニタで
目視観察をおこなってもよい。このとき、スクリーン６
の投影像をＣＣＤカメラやＣＣＤビデオカメラでクロー
ズアップして撮影し、拡大像をモニタで観察すればより
高精度な検査が可能となる。また、ＣＣＤビデオカメラ
やＣＣＤカメラを用いず、カム表面の反射光輝線パター
ンを凸面鏡で拡大し、スクリーン６に投影するものとし
てもよく、このようにして拡大することにより安価に精
度の高い検査を行なうことができる。

【００２３】さらに、スクリーン６に投影された像をＣ
ＣＤビデオカメラやＣＣＤカメラで撮影し、その撮影画
像をコンピュータに入力して画像処理を行なって研削表
面の良否判定を自動化してもよいことは勿論である。前
記画像処理は、反射光輝線パターンは明確に表れるた
め、種々のフィルタリング処理を行なう必要がないの
で、簡単な画像処理ソフトで対応できるものである。ま
た、好ましい実施の形態では手動で研削加工表面を移動
させたり回転させているが、コンピュータで制御される
ステップモータ等を用いて移動させたり回転させるもの
としてもよいことは勿論である。

【００２４】さらに、好ましい実施の形態ではレーザプ
ロジェクション５により検査ビーム光としてのスリット
光を生成しているが、レーザ光でなく単色や白色の強力
なビーム光を用いてスリット光やコーン状の光を生成し
てもよいことは勿論である。また、好ましい実施の形態
では、スリット光の広がり光線を研削加工表面の研削方
向と平行に照射するものとしているが、研削方向と直交
する方向から照射を行なってもよいことは勿論である。

【００２５】

【発明の効果】本発明は前記説明により明らかなよう
に、検査ビーム光の照射により、研削加工表面の研削粗
さに基づく散乱光や収束光により反射光輝線パターンが
生じるという知見に基づき、弧面のある研削加工表面を
検査できるよう入射角を小さくした投射光装置から研削
加工表面の表面に検査ビーム光を照射し、該研削加工表
面の研削粗さに基づく散乱光や収束光により生じる反射
光輝線パターンをスクリーンに反射投影させて良否を判
定するもので、研削加工表面の研削状態としての反射光
輝線パターンがスクリーンに投影されたら、その反射光
輝線パターンの輝度や輝線長さに基づいて良否を簡単に
判定することができる。

【００２６】しかも、レーザ光を用いなくても検査が可
能なため、高価なシステムを構築する必要がなく装置を
安価なものとすることができる。また、反射光輝線パタ
ーンは反射されてスクリーンに投影されるので、その反
射距離に応じて拡大されるものとなり良否判定を精度良
く行なうことができる。また、入射角を小さくしている
ため、研削加工表面に部分的あるいは全面的に弧面が形
成されていても検査ビーム光は弧面を含む被検査面全体
に照射され反射光はスクリーンにぼけることなく投影さ
れるので検査が可能となる。

【００２７】さらに、反射光輝線パターンは明確に異な
る輝度や輝度長さをもつため、ＣＣＤカメラ等により撮
影して画像処理を行なうことなく検査できるので、極め
て安価な装置とすることができる。請求項４のように、
スリット光の広がり光線は研削加工表面の研削方向と平
行に照射するものとすることにより、研削加工表面の広
い範囲を一度に検査でき、検査時間を短縮し検査効率を
向上させることができる等種々の利点を有するものであ
る。従って、本発明は従来の問題点を解消した研削加工
表面の良否判定方法及びその装置として業界の発展に寄
与するところ大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す正面図であ
る。

【図２】本発明の好ましい実施の形態を示す側面図であ
る。

【図３】本発明の好ましい実施の形態における検査ビー
ム光（スリット光）の照射状態を示す正面図である。

【図４】本発明の好ましい実施の形態における検査ビー
ム光（スリット光）の照射状態を示す側面図である。

【図５】研削によりカム表面に生じた波打ち状凹凸を示
す説明図である。

【図６】検査ビーム光（スリット光）を図５に示される
カム表面で反射させた際、スクリーンに投影される反射
光輝線パターン図である。

【符号の説明】

４ 投射光装置 ６ スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 英夫 愛知県豊田市本地町４丁目52番地 菱栄エ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA50 BB06 CC00 DD06 FF42 GG04 HH04 HH05 HH12 JJ03 JJ08 JJ14 JJ26 PP11 RR06 3C034 AA01 AA13 BB93 CA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弧面のある研削加工表面を検査できるよ
   う入射角を小さくした投射光装置から研削加工表面の表
   面に検査ビーム光を照射し、該研削加工表面の研削粗さ
   に基づく散乱光や収束光により生じる反射光輝線パター
   ンをスクリーンに反射投影させて良否を判定することを
   特徴とする研削加工表面の良否判定方法。
2. 【請求項２】 弧面のある研削加工表面を検査できるよ
   う入射角を小さくした検査ビーム光を研削加工表面の表
   面に照射する投射光装置と、研削加工表面から反射され
   る研削加工表面の研削粗さに基づく散乱光や収束光によ
   り生じる反射光輝線パターンを投影する良否判定用のス
   クリーンとを設けたことを特徴とする研削加工表面の良
   否判定装置。
3. 【請求項３】 検査ビーム光をレーザ光とした請求項２
   に記載の研削加工表面の良否判定装置。
4. 【請求項４】 検査ビーム光をスリット光とし、該スリ
   ット光の広がり光線を研削加工表面の研削方向と平行に
   照射する請求項２または３に記載の研削加工表面の良否
   判定装置。