JP2006349458A - 面粗さ測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度、且つ短時間で検査ができるので製造ラインに組み込むことができる面粗さ測定方法およびその装置を目的とするものである。
【解決手段】 一定圧力の流体が供給される中空ヘッド１の開口２により被検査面の所要領域を圧接封鎖し、流体が被検査面に圧接された中空ヘッド１の開口端縁と被検査面の面粗度により生じる隙間から流出する際、面粗度に基づく隙間の総面積によって変動する流出流体の流量または流体圧力に基づいて面粗さを検査する方法及び被検査面の所要領域を圧接封鎖する開口を設けた中空ヘッド１に、該中空ヘッド１内を一定圧力とする流体供給機構３を接続し前記中空ヘッド１に供給された流体が被検査面に圧接された中空ヘッド１の開口端縁と被検査面の面粗度により生じる隙間から流出する際、面粗度に基づく隙間の総面積によって変動する流出流体の流量または流体圧力の変化を検出する流量または圧力検出機構５を設けた装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は金属表面の粗さを測定する面粗さ測定方法およびその装置に関するものである。

従来、面粗さを測定する方法としては接触子を被測定表面に接触させ、接触子の振れ量により面粗さを測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、紙の平滑度を、紙との間に微小ギャップを形成したそりと、そりの上に載置された空気吹出し用の小孔を設けた検出ヘッドと、検出ヘッドに空気を供給する空気供給手段と、前記微小ギャップ内の圧力を測定する圧力検出手段とを設け、微小ギャップ内の圧力変化から紙の特性、すなわち平滑度を測定するものがある（例えば、特許文献２参照）。

しかし、特許文献１のものは接触子を被測定表面と平行に配置させねばならずセッティングに時間がかかるうえに、接触子を被測定面の凹凸に沿って倣わせる必要があるため測定に時間がかかり過ぎ、製造ライン上に組み込むことができないという問題があった。また、特許文献２のものは、そりの進行方向の前後に形成された隙間から流出する空気流が紙の表面粗さにより邪魔されることにより微小ギャップの内の圧力が高くなり、逆に紙の表面が滑らかな場合には空気の流れがスムースになって微小ギャップ内の圧力が低くなることにより紙の平滑度を検出しているが、空気流は紙の検査領域全体に沿って流れ、検査領域全体の粗さにより生じる抵抗によって微小ギャップ内の圧力が変わる。その圧力変動に基づいて紙の平滑度を検出するため検出精度が低く金属部品の面粗さを検査するには精度が不十分であった。
特開平０２−２１６００２号公報 実開昭６３−１５６００６号公報

本発明は、高精度、且つ検査時間が短いので製造ラインに組み込むことができる面粗さ測定方法およびその装置を目的とするものである。

本発明は、一定圧力の流体が供給される中空ヘッドの開口により被検査面の所要領域を圧接封鎖し、該中空ヘッドに供給された流体が被検査面に圧接された中空ヘッドの開口端縁と被検査面の面粗度により生じる隙間から流出する際、面粗度に基づく隙間の総面積によって変動する流出流体の流量または流体圧力に基づいて面粗さを検出する面粗さ測定方法を請求項１の発明とし、被検査面の所要領域を圧接封鎖する開口を設けた中空ヘッドに、該中空ヘッド内を一定圧力とする流体供給機構を接続するとともに、前記中空ヘッドに供給された流体が被検査面に圧接された中空ヘッドの開口端縁と被検査面の面粗度により生じる隙間から流出する際、面粗度に基づく隙間の総面積によって変動する流出流体の流量または流体圧力の変化を検出する流量または圧力検出機構を設けた面粗さ測定装置を請求項２の発明とし、請求項２の発明において、定押圧機構を中空ヘッドに設けたことを特徴とする請求項２に記載の面粗さ測定装置を請求項３の発明とし、請求項２または３の発明において開口を断面先鋭形状の環状形とした面粗さ測定装置を請求項４の発明とし、請求項２から４の発明において、流体供給機構の流体がオリフィスを介して中空ヘッドに供給される面粗さ測定装置を請求項５の発明とするものである。

本発明は、一定圧力の流体が供給される中空ヘッドの開口により被検査面の所要領域を圧接封鎖し、該中空ヘッドに供給された流体が被検査面に圧接された中空ヘッドの開口端縁と被検査面の面粗度により生じる隙間から流出する際、面粗度に基づく隙間の総面積によって変動する流出流体の流量または流体圧力に基づいて面粗さを検出するものであるから、流出流体の流量や流体の圧力を直接検出するので高い精度で被検査面の面粗さを極めて短時間に検査することができる。また、検査時間が短いので製造ラインに組み込み全数検査が可能となるので不良品の発生を完全になくすことができる。

請求項３のように、定押圧機構を中空ヘッドに設けることにより、押圧力が一定となるので測定値のばらつきを低減でき、精度の高い測定値を得ることができる。

請求項４のように、開口を断面先鋭形状の環状形のものとすることにより、先鋭部により流出抵抗は小さくなる流出が安定し測定精度を向上させることができる。また、開口は円筒形としているのでフライス盤や旋盤による研削のように研削痕が弧状に形成される被検査面を検査する場合、中空ヘッドの開口により圧接封鎖される所要領域に含まれる研削痕数は平均的なものとなり測定精度の低下を抑えることができる。

請求項５のように、流体供給機構の流体がオリフィスを介して中空ヘッドに供給されるものとすることにより、中空ヘッドと被検査面との間に生じる隙間から流出する僅かな流体の流出量に基づく圧力差をより顕著なものとすることができ、高い測定精度を得ることができる。

先ず、本発明は実験結果から面粗度（粗さ）と圧力（流量）との関係が図９に示されるような回帰曲線となるという知見に基づくものである。

次に、圧力に基づいて面粗さを検査する本発明の好ましい実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１中、１は被検査面に圧接される開口２を先端に設けた円筒状の中空ヘッド、３は中空ヘッド１内に一定圧力の流体を供給する流体供給機構、４は中空ヘッド１と流体供給機構３との間に配置されるオリフィス、５は中空ヘッド１を一定圧で被検査面に押圧する定押圧機構、６は被検査面に開口２を圧接させた際に生じるに中空ヘッド１内の圧力を検出する圧力検出機構、７はＤＣ電源である。

前記円筒状の中空ヘッド１の開口２は先端縁の厚みを約０．５ｍｍとした断面先鋭形状とするとともに環状形として被検査面の所要領域を圧接封鎖するものである。さらに、開口２の先端縁は弧状としている。先端縁を弧状とすることにより開口２は被検査面と線接触することとなって図６に矢印で示されるように外部に流出される流体の流出抵抗は低減されるので面粗さの測定精度を高めることができる。

また、開口２を円形とするのは、シリンダブロックのようにフライス盤で研削される被検査面には図８に示されるように弧状の研削痕が発生する。このような被検査面を検査する場合、中空ヘッド１の開口２が円形であれば開口２内の研削痕数は平均的になるのに対して、角形の開口２であれば該開口２により圧接封鎖される所要領域内の研削痕数がばらつき、このばらつきによって隙間の総面積もばらついて正確な圧力を検出できなくなるからである。しかも、開口２を円形にすることにより、円形端縁全体を被検査面へ均等な圧力で圧接しやすくなることはいうまでもない。

前記流体供給機構３はコンプレッサ等より供給される空気より水分を除去するミストセパレータ１０、圧力調整弁１１、供給圧力を確認する圧力センサ１２とからなるものである。また、流体供給機構３で供給する流体は安価な空気としているが、使用条件に対応して不活性ガスその他の気体を使用状況に合わせて用いればよいことは勿論である。

また、前記オリフィス４は中空ヘッド１の上部に交換自在に配置されるもので、該オリフィス４を設けることにより中空ヘッド１から流出する流体の流量が僅かでも圧力差を充分に検出できるものとなる。

さらに、前記定押圧機構５は中空ヘッド１の先方部に形成される固定ばね受け２０と、中空ヘッド１にスライド自在に遊挿されて作業者が把持する把持部となる可動ばね受け２１と、固定ばね受け２０と可動ばね受け２１間に介在されるばね２２とからなるもので、中空ヘッド１を被検査面に圧接させる際、可動ばね受け２１の下端縁が固定ばね受け２０の上端縁に当接することにより、ばね２２による弾発力を一定にして中空ヘッド１の押圧力が常時一定となるように設定される。

また、前記圧力検出機構６はオリフィス４と圧接された被検査面との間に接続されて、筒体ヘッド１内の圧力を検出するものである。そして、検出された圧力は電圧として出力するものである。該圧力検出機構６により検出される圧力は被検査面に圧接された開口２の端縁と被検査面の凹凸との間に形成される隙間の総面積が大きくなると中空ヘッド１内から流出する流体量が増すことにより低下してゆくもので、図９に示されるように面粗さが粗いほど圧力が低下するものとなる。

このように構成されたものは、流体供給機構３より供給される一定圧力の流体、すなわち圧力空気を筒体ヘッド１にオリフィス４を介して供給する。次いで、被検査面としての切削加工金属表面の所要領域に筒体ヘッド１の開口２を圧接させる。これにより被検査面の所要領域は開口２の水平、且つ断面先鋭形状の先端縁により圧接封鎖されることとなる。

中空ヘッド１の開口２により被検査面の所要領域は封鎖されるが、切削された金属表面には切削工具による微細な切削痕があるため、実際には開口２と被検査面との間には隙間があり、中空ヘッド１に供給される空気は開口２と該開口２が当接された被検査面との間に形成される隙間より流出することとなる。この空気の流出量は開口２の先端縁と被検査面の面粗度により隙間の総面積により変わり、粗いほど総面積は大きくなり多くの空気が流出し、中空ヘッド１内の圧力は大きく減少することとなる。このとき隙間から流出する空気流量は僅かであるが、オリフィス４を介して圧力空気は中空ヘッド１に供給されているので、僅かな流量でも確実に圧力差を生じさせることができる。

このように被検査面の面粗さにより変動する中空ヘッド１内の圧力は圧力検出機構６により検出されて電圧として出力される。このようにして出力された電圧に基づいて面粗さを検出する。

なお、前記の好ましいし実施の形態では圧力差に基づいて面粗さを検出しているが、隙間より流出する流体の流量により面粗さを検出してもよいことは勿論である。また、前記好ましい実施の形態では定押圧機構４により圧接力を一定になるようにしているが、被検査面が磁性体で形成されている場合には、中空ヘッド１の先端に電磁石あるいは永久磁石を組み込んで一定の圧力で圧接されるようにしてもよいことは勿論である。

また、前記の好ましいし実施の形態では中空ヘッド１の開口２を円形としているが、開口２の径や形状は被検査面の面積や面粗さに応じて変えればよいもので、長円形、楕円形等でもよいことは勿論であり、断面円形の軸面の粗さを検出する際は開口２を軸の弧面に密接できる弧面を有するものとするとともに縦長とすることが好ましい。これは軸の面粗さを検出する際、円周方向に対しては半径より小さい範囲しか開口２により圧接封鎖できないため、流出流体の量を大きくして検出精度を高めるためには軸線方向に延長する以外ないからである。

また、前記の好ましいし実施の形態では流体として空気を用いているが分子量の小さいヘリウムや水等の液体を用いてもよいことは勿論であり、分子量の小さいヘリウムを用いれば被検査面の粗さがより微細であっても流出量が充分得られ面粗さの検出が可能となる。さらに、水等の液体を用いれば被検査面が粗く気体では流出量が大きくなりすぎて検出できないものでも検出することができることとなる。

本発明の好ましい実施の形態を示す正面図である。 本発明の好ましい実施の形態に用いる中空ヘッドの拡大断面図である。 同じく平面図である。 同じく底面図である。 中空ヘッドと被検査面の切削痕との隙間から流出する流体の流れを示す説明図である。 中空ヘッドと被検査面の切削痕との隙間から流出する流体の流れを示す断面図である。 本発明の好ましい実施の形態の油圧回路図である。 被検査面に現れる弧状の切削痕と円形の開口の圧接状態を示す平面図である。 本発明における圧力と面粗さの相関特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 中空ヘッド
２ 開口
３ 流体供給機構
４ オリフィス
５ 圧力検出機構

Claims (5)

1. 一定圧力の流体が供給される中空ヘッドの開口により被検査面の所要領域を圧接封鎖し、該中空ヘッドに供給された流体が被検査面に圧接された中空ヘッドの開口端縁と被検査面の面粗度により生じる隙間から流出する際、面粗度に基づく隙間の総面積によって変動する流出流体の流量または流体圧力に基づいて面粗さを検出することを特徴とする面粗さ測定方法。
2. 被検査面の所要領域を圧接封鎖する開口を設けた中空ヘッドに、該中空ヘッド内を一定圧力とする流体供給機構を接続するとともに、前記中空ヘッドに供給された流体が被検査面に圧接された中空ヘッドの開口端縁と被検査面の面粗度により生じる隙間から流出する際、面粗度に基づく隙間の総面積によって変動する流出流体の流量または流体圧力の変化を検出する流量または圧力検出機構を設けたことを特徴とする面粗さ測定装置。
3. 定押圧機構を中空ヘッドに設けたことを特徴とする請求項２に記載の面粗さ測定装置。
4. 開口を断面先鋭形状の環状形としたことを特徴とする請求項２または３に記載の面粗さ測定装置。
5. 流体供給機構の流体がオリフィスを介して中空ヘッドに供給されることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の面粗さ測定装置。
   

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