JP2009098069A - 回転体の振れ測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の振れ測定装置および方法において、回転体の振れを精度よく測定することができるようにする。
【解決手段】振れ測定装置１００は、回転体１ｂの回転体端面１ａに回転体１ｂとともに回転可能に配置された球面反射面２ａを有する球面反射鏡２に、回転体１ｂの回転軸に沿う方向からレーザー光Ｌを照射するレーザー光源４と、レーザー光源４からのレーザー光Ｌを球面反射面２ａの曲率中心面に向けて集光するとともに、レーザー光Ｌの球面反射面２ａでの反射光を結像する集光レンズ６と、集光レンズ６により結像されたスポット像を撮像するＣＣＤカメラ７と、回転体１ｂを１回転以上回転させて取得される複数のスポット像に基づく軌跡から回転体１ｂの振れ量を求める演算処理部とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の振れ測定装置および方法に関する。例えば、スピンドル装置の振れ測定に好適となる回転体の振れ測定装置および方法に関する。

従来、例えば、スピンドル等の回転体の振れ測定では、スピンドルの外輪または内輪を固定し、回転体の回転軸の外周面または内周面において、回転軸に直角方向の変位量を測定することによって、回転体の振れを算出していた。
このような回転体の振れ測定装置の例として、例えば、特許文献１には、被測定体である転がり軸受の内輪を回転軸と一体に取り付けて、外輪を筒状のケースの内周側に固定し、ケースを回り止めして、その軸方向端面を空気軸受で半径方向へ移動自在に支持し、このケースの半径方向振れを、転がり軸受の半径方向振れとして変位センサで検出する転がり軸受の非繰返し振れ測定装置が記載されている。
特開２００４−２７１２１号公報

しかしながら、上記のような従来の回転体の振れ測定装置および方法では、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、回転体の回転とともに、回転体の側面を被測定面として回転体の軸直角方向の変位量を測定しているため、回転体の面精度や真円度等が振れの測定値に影響するため、正確な回転振れを求めることができないという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、回転体の振れを精度よく測定することができる回転体の振れ測定装置および方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、回転体の振れ測定装置において、被測定体である回転体の軸方向の端面に前記回転体とともに回転可能に配置された球面反射面を有する参照体に、前記回転体の回転軸に沿う方向から参照光を照射する光源と、該光源からの参照光を前記球面反射面の曲率中心面に向けて集光する集光光学系と、該集光光学系で集光された参照光の前記球面反射面での反射光を結像する結像光学系と、該結像光学系により結像されたスポット像を撮像する撮像部と、前記回転体を１回転以上回転させて取得される複数のスポット像に基づく軌跡から前記回転体の振れ量を求める演算処理部とを備える構成とする。
この発明によれば、光源から集光光学系を介して、参照体の球面反射面の曲率中心面に集光する参照光を照射し、結像光学系によって参照光の球面反射面での反射光を結像する。これにより、結像光学系の像面にスポット像が形成され、このスポット像が撮像部によって撮像される。そして、演算処理部によって、回転体を１回転以上回転させて取得される複数のスポット像に基づく軌跡から前記回転体の振れ量を求めることができる。
すなわち、回転体の振れを、回転体の側面の軸方向直角方向の振れを用いることなく、回転体の軸方向の端面に配置された参照体の曲率中心位置の変化から求めることができる。
なお、本明細書において、参照体の球面反射面の曲率中心面とは、回転体の回転に伴う参照体の移動において、球面反射面の曲率中心の軌跡が形成される平面を意味するものとする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転体の振れ測定装置において、前記結像光学系は、倍率切り替え可能に設けられた構成とする。
この発明によれば、結像光学系が倍率切り替え可能に設けられるので、回転体の振れ量に合わせて、結像光学系の倍率を切り替えることで、高精度な振れ測定を行うことができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の回転体の振れ測定装置において、前記集光光学系は、前記被測定体側の作動距離を可変できるようにした構成とする。
この発明によれば、集光光学系の被測定体側の作動距離が可変できるので、回転体の軸方向端面に対して、集光光学系を適宜離して配置することができる。そのため、集光光学系の配置が容易となる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の回転体の振れ測定装置において、前記集光光学系は、光軸を折り曲げる光路変換ユニットが着脱可能に設けられた構成とする。
この発明によれば、集光光学系に、光軸を折り曲げる光路変換ユニットを装着することで、集光光学系の光軸を、回転体の回転軸に対して傾けて配置することができる。そのため、集光光学系の配置が容易となる。

請求項５に記載の発明では、回転体の振れ測定方法において、被測定体である回転体の軸方向の端面に、球面反射面を有する参照体を前記回転体とともに回転可能に配置し、前記回転体の端面に配置された前記球面反射面の曲率中心面に集光する参照光を前記球面反射面に照射し、前記回転体を１回転以上回転させて、該球面反射面からの反射光の複数のスポット像を取得し、該スポット像の軌跡から前記回転体の振れ量を求める方法とする。
この発明によれば、回転体の軸方向の端面に、球面反射面を有する参照体を回転体とともに回転可能に配置して、回転体の端面に配置された球面反射面の曲率中心面に集光する参照光を球面反射面に照射する。そして、回転体を１回転以上回転させて、球面反射面からの反射光によるスポット像を取得する。参照体は、配置位置に応じて回転体の回転中心から一定距離離れた状態で回転するので、これらの複数のスポット画像の軌跡は、回転体の偏心と、回転体の中心軸からの参照体の一定の偏心とが合成されてなるため、この軌跡から一定量の偏心成分を除去することにより、回転体の振れ量を求めることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の回転体の振れ測定方法において、前記回転体の振れ量は、前記複数のスポット像の軌跡に対する同心の最大内接円および最小外接円を求め、前記最大内接円および最小外接円の半径の差として算出する方法とする。
この発明によれば、スポット像の軌跡に対する同心の最大内接円および最小外接円を求め、それらの半径の差として回転体の振れ量を算出するため、振れ量を容易に求めることができる。

本発明の回転体の振れ測定装置および方法によれば、回転体の軸方向の端面に設けられた参照体の球面反射面の反射光によるスポット像を取得して振れ量を求めるので、回転体の振れを精度よく測定することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の概略構成示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態の振れ測定装置１００（回転体の振れ測定装置）は、回転体を被測定体として、回転体の振れ（以下、誤解のおそれのない限り、単に、振れと称する）を測定するための装置である。
以下では、回転体の一例として、図１に示すように、スピンドル１の回転体１ｂを被測定体とする場合の例で説明する。スピンドル１は、回転体１ｂの回転軸が略鉛直方向に沿うように配置され、例えば外周部において保持台２０に保持、固定されている。
振れ測定装置１００の測定方法の原理は、回転体１ｂの軸方向の端面である回転体端面１ａ上に参照体を設け、回転体１ｂの回転に伴う参照体の移動軌跡を検出して、振れを求めるというものである。
振れ測定装置１００では、参照体として、球面反射面２ａと回転体端面１ａ上で一定位置を保持する取付面２ｂとを備える球面反射鏡２を用い、球面反射面２ａの曲率中心の移動軌跡を光学的に検出して振れを求める。したがって、球面反射面２ａは、振れを十分な精度で測定できる程度の精度に仕上げたものを用いる。

球面反射面２ａの形状は、以下では一例として、凸球面として説明するが、振れの測定精度に対して十分形状精度を有する球面であれば、凹球面であってもよい。球面反射面２ａの曲率半径は、後述する集光レンズ６の光学倍率や作動距離などの条件から適宜設定する。
取付面２ｂは、回転体１ｂを振れ測定のために回転させる間、球面反射鏡２を回転体端面１ａの一定位置に保持することができれば、回転体端面１ａの形状に応じて適宜の形状、構造のものを採用することができる。
本実施形態では、回転体端面１ａが回転軸に直角な平面からなり、回転体１ｂが略鉛直方向に配置されているため、取付面２ｂを平面とし球面反射鏡２を回転体端面１ａ上に載置する構成としている。すなわち球面反射鏡２は、回転体１ｂを回転させる間、回転体端面１ａと取付面２ｂとの間に球面反射鏡２の自重によって発生する摩擦力によって、回転体端面１ａ上の一定位置に保持されている。

球面反射鏡２の回転体端面１ａ上の位置は、回転体１ｂの回転に伴って球面反射面２ａの曲率中心が回転軸に直交する平面内で適宜の範囲の軌跡を描くことができるとともに、回転中に後述する参照光の照射範囲内にあって参照光を反射できる位置に配置する。

なお、例えば、回転体１ｂが、鉛直軸に対して傾斜していたり、水平方向に配置されていたりするなど、摩擦力のみでは一定位置に保持できない場合には、適宜の固定手段、例えば、接着、嵌合、締結などの手段によって球面反射鏡２を回転体端面１ａに固定してもよい。

振れ測定装置１００は、振れ測定部３および制御ユニット８を備える。本実施形態では、振れ測定部３および制御ユニット８には、それぞれによって出力される画像を表示するモニター９が電気的に接続されている。

振れ測定部３は、球面反射鏡２の球面反射面２ａの曲率中心の位置を光学的に検出するためのもので、回転体１ｂの上方に設けられた筐体３ａの内部に、レーザー光源４（光源）、ハーフミラー５、集光レンズ６、およびＣＣＤカメラ７（撮像部）を備えている。
集光レンズ６、ハーフミラー５、およびＣＣＤカメラ７は、回転体１ｂの上方において、回転体１ｂの側からこの順に配置され、レーザー光源４は、ハーフミラー５の側方に配置されている。

レーザー光源４は、振れ測定の参照光であるレーザー光Ｌを発生し、ハーフミラー５に向けて照射するものである。
ハーフミラー５は、レーザー光源４からのレーザー光Ｌを、集光レンズ６側（図１の下側）に反射して、集光レンズ６の光軸上に導くとともに、集光レンズ６を透過して、球面反射面２ａによって反射されるレーザー光ＬをＣＣＤカメラ７側に透過させるものである。

集光レンズ６は、その光軸が回転体１ｂの回転軸に略一致する位置に配置され、レーザー光源４から出射され、ハーフミラー５によって反射された参照光を集光する集光光学系を構成するもので、適宜のレンズまたはレンズ群からなる。
また、本実施形態では、集光レンズ６は、集光された参照光の球面反射面２ａでの反射光をＣＣＤカメラ７の撮像面上に結像する結像光学系も兼ねている。

ＣＣＤカメラ７は、撮像面が集光レンズ６の球面反射鏡２側の集光位置と共役な関係に配置されており、これにより集光レンズ６によって結像される球面反射面２ａの反射光の像を撮像するものである。ＣＣＤカメラ７の映像信号は、制御ユニット８およびモニター９に送出される。なお、モニター９へ出力される映像信号は、制御ユニット８を介して、モニター９に送出されるようにしてもよい。

筐体３ａは、保持台２０に保持されたスピンドル１に対する集光レンズ６の光軸方向の位置が調整できるように、少なくとも鉛直方向に相対移動可能に設けられている。
本実施形態では、筐体３ａは、保持台２０の近傍に立設された支持部２２に対して、鉛直方向を含む３軸方向に移動可能に設けられた移動機構２１によって可動保持されている。これにより、集光レンズ６の光軸と回転体１ｂの回転軸との相対位置を調整できるようになっている。ただし、保持台２０の保持中心と集光レンズ６の光軸とが略位置合わせされていれば、移動機構２１の相対移動方向は鉛直方向だけでもよい。

なお、図１には特に図示しないが、レーザー光源４、移動機構２１は、それぞれ制御ユニット８に電気的に接続され、制御ユニット８からの制御信号によって、それぞれの動作が制御されるようになっている。

制御ユニット８の機能構成は、図２に示すように、画像取込部３０、記憶部３２、演算処理部３３、表示制御部３４、および装置制御部３１からなる。
制御ユニット８の装置構成としては、これらの各機能をそれぞれ専用のハードウェアによって実現してもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置および入出力インタフェースを備えるコンピュータによって、各機能を実現する制御プログラムを実行する構成としている。

画像取込部３０は、装置制御部３１の制御信号に応じて、ＣＣＤカメラ７の映像信号を取り込み、必要に応じてノイズ除去処理などを行って画像データを生成し、記憶部３２に記憶するものである。
記憶部３２は、画像取込部３０から送出される画像データや、演算処理部３３の演算結果を記憶するものである。

演算処理部３３は、記憶部３２に記憶された画像データから、スポット像の輝度中心位置を算出するとともに、回転体１ｂを１回転以上回転させたときに、ＣＣＤカメラ７によって撮像された複数の画像データに対応する複数のスポット像の位置を連ねた軌跡から、回転体１ｂの振れ量を求める演算処理を行うものである。
そして、演算処理後、演算処理に用いたスポット像の重ね合わせ画像や、振れ量の計算結果の文字情報や、振れ量を視覚的に示すシンボル画像などを生成し、表示制御部３４に送出できるようになっている。

表示制御部３４は、装置制御部３１や演算処理部３３から送出された、表示用の文字情報、画像情報を、例えば、ＮＴＳＣ信号などの映像信号に変換して、モニター９に送出するものである。
表示制御部３４は、これらの文字情報や画像情報を、必要に応じて、ＣＣＤカメラ７からの映像情報に重ね合わせたり、切り替えたりする表示制御もできるようになっている。

装置制御部３１は、例えば、キーボード、マウス、操作パネルなど測定者が操作入力を行う操作部２３からの入力信号に基づいて、振れ測定装置１００の全体的な制御動作を行うものである。すなわち、操作部２３、レーザー光源４、移動機構２１、画像取込部３０、演算処理部３３、表示制御部３４と通信可能に接続され、レーザー光源４の点灯制御、移動機構２１の駆動制御、画像取込部３０の画像取込制御、演算処理部３３の動作制御などの制御を行い、モニター９に表示する文字情報や画像情報を必要に応じて表示制御部３４に送出する。

次に、振れ測定装置１００の動作について、回転体１ｂの振れ測定の動作を中心に説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の参照光の光路を説明する模式的な光路図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置のモニターの表示画面の一例を示す模式図である。

スピンドル１の振れ測定を行うには、以下のように、測定準備を行う。
まず、スピンドル１を回転軸が略鉛直方向に沿うように配置して保持台２０に保持させる。そして、集光レンズ６の光軸を回転体１ｂの中心位置合わせするために、操作部２３を操作して移動機構２１を駆動し、筐体３ａを水平方向に移動させる。
次に、回転体端面１ａに、取付面２ｂを下面にした状態で球面反射鏡２を載置する。
このとき、球面反射鏡２の中心は、後述するスポット像が適切な大きさの軌跡を描くことができるように、集光レンズ６から照射される参照光を球面反射面２ａで反射できる範囲内で、回転体１ｂの軸中心からわずかにずらして配置する。
ただし、球面反射鏡２の中心が回転体１ｂの真実の回転中心位置にたまたま一致するとスポット像は一点にとどまり軌跡を描かないが、もし、本測定でこのような状態が確認された場合は、球面反射鏡２の配置位置を変えて再測定を行う。

次に、操作部２３を操作してレーザー光源４を点灯させ、モニター９によって、回転体端面１ａ上の画像を観察する。
図１に示すように、レーザー光源４から出射された参照光は、ハーフミラー５に入射して、一部が図示下方に反射され、集光レンズ６の光軸に沿って進んで、集光レンズ６に入射される。
集光レンズ６を透過した参照光は、集光レンズ６のレンズ作用を受けて集光されつつ、球面反射面２ａ上に照射される。そして、球面反射面２ａの凸面の屈折力によって、発散光として図示上方側に反射される。

この反射光は、集光レンズ６によって集光され、ハーフミラー５を透過して、ＣＣＤカメラ７の撮像面上に集光され、その光像がＣＣＤカメラ７によって撮像されて、映像信号としてモニター９に送出される。そして、この映像信号はモニター９の表示画面９ａに表示される。
このとき、図３に示すように、球面反射鏡２側の集光レンズ６の集光面が、球面反射面２ａの曲率中心面２ｃに一致していれば、球面反射面２ａの法線方向に対して傾斜した方向から入射する光は、球面反射面２ａによって種々の方向に拡散され、球面反射面２ａの法線方向に進む光が正反射されて、集光レンズ６に戻る。そして、この反射光は、曲率中心面２ｃから発散したのと同様な光束となっているため、曲率中心面２ｃと一致された集光面と共役な関係にあるＣＣＤカメラ７の撮像面に結像される。そのため、表示画面９ａには、微小なスポット像が表示される。
ただし、球面反射鏡２の曲率中心Ｐ_１は、一般には集光レンズ６の光軸に対して直角方向に偏心しているため、撮像面７ａ上では、点Ｑ_１に結像される。曲率中心Ｐ_１および点Ｑ_１から光軸Ｏに下ろした足の長さδ_Ｐ１、δ_Ｑ１の比は、集光レンズ６の光学倍率によって決まる。
一方、特に図示しないが、球面反射鏡２の曲率中心面と集光レンズ６の集光面が光軸方向にずれていれば、ＣＣＤカメラ７の撮像面にはぼけた像が表示される。
そこで、表示画面９ａの映像を見ながら操作部２３から移動機構２１を光軸方向に駆動し、表示画面９ａ上で最小のスポット像が得られるように集光レンズ６の光軸方向の位置調整を行う。
以上で、測定準備が終了する。

次に、スピンドル１を駆動して回転体１ｂを回転させ、操作部２３から測定開始を指示する。
回転体１ｂを回転させると、球面反射鏡２が回転体１ｂともに回転し、それに伴って撮像面７ａ上のスポット像の位置が変化する。例えば、図３に示すように、回転体１ｂが回転した結果、球面反射鏡２が図示の破線の位置に移動すると、球面反射鏡２の曲率中心も曲率中心Ｐ_２に移動するため、撮像面７ａ上のスポット像も点Ｑ_２の位置に移動する。このようにして、撮像面７ａ上のスポット像は、回転体１ｂの回転と同様の軌跡を描く。
そこで、装置制御部３１は、少なくとも回転体１ｂが１回転以上回転する間に、適宜間隔でＣＣＤカメラ７から画像を取り込み、記憶部３２に記憶させる。

１回転当たりの画像の取り込み数は、必要な測定精度に応じて適宜設定する。１回転当たりの画像の取り込み数が多いほど、より正確なスポット像の軌跡を取得することができるため測定精度を向上することができる。
例えば、１回転の間に、１１回の画像取得を行い、それぞれスポット像ｑ_１、…、ｑ_１１が得られたとする。図４に、一例として、これらのスポット像を重ね合わせた模式図を示す。図４において、矩形枠は、撮像面７ａに対応する。本実施形態では、この画像は演算処理部３３から表示制御部３４を通して、モニター９の表示画面９ａ上に拡大表示することができる。

スポット像ｑ_１、…、ｑ_１１の中心を連ねた軌跡は、曲率中心面２ｃにおいて球面反射面２ａの曲率中心が描く、回転体１ｂの中心に対する円運動と、回転体１ｂの回転中心が描く回転振れ運動とが合成された軌跡が、集光レンズ６の光学倍率に応じて変倍され、表示画面９ａ上に表示されたものである。
したがって、回転体１ｂの回転中心の振れΔは、スポット像ｑ_１、…、ｑ_１１を連ねた軌跡に対して、互いに同心の最大内接円１１および最小外接円１０を求め、最小外接円１０の半径から最大内接円１１の半径を引いたものを、曲率中心面２ｃ上での寸法の換算することで求められる。
図４に示す例では、最大内接円１１は、スポット像ｑ_２の中心を通る半径ｒ_１１の円であり、最小外接円１０は、スポット像ｑ_９の中心を通る半径ｒ_１１の円となっているので、振れΔは、Δ＝（ｒ_１１−ｒ_１０）／Ｍ、となる。ここで、集光レンズ６の光学倍率をＭと表し、半径ｒ_１１、ｒ_１０は、撮像面７ａ上での実寸を表わすものとする。

そこで、演算処理部３３では、記憶部３２に記憶された画像から、スポット像ｑ_１、…、ｑ_１１の各中心の座標値を求め、これらの座標値を用いて、振れΔを求める演算処理を行う。振れΔを求めるための２つの同心円は、例えば、最小領域法を用いた真円度測定において同心円を求める周知のアルゴリズムと同じアルゴリズムを用いることができる。あるいは、真円度測定における最小二乗中心法の考え方を採用して、各座標値から最小二乗法によって求まる円の中心を同心円の中心としてもよい。
このようにして算出された振れΔおよび最小外接円１０、最大内接円１１は、表示制御部３４に送出され、例えば、図４に示すように、モニター９の表示画面９ａ上に表示される。
表示画面９ａに表示された最小外接円１０、最大内接円１１が小さすぎる場合は、測定精度が低くなるおそれがあるが、この場合、表示画面９ａを見た測定者は球面反射鏡２の位置を変えて再測定するといった判断を容易に下すことができる。
表示画面９ａに表示された軌跡や最小外接円１０、最大内接円１１の半径に異常がなければ、以上で振れ測定を終了する。

このように、振れ測定装置１００によれば、回転体１ｂの回転体端面１ａに設けられた球面反射鏡２の球面反射面２ａの反射光を集光レンズ６で結像したスポット像の軌跡を取得して、振れΔを求めるので、レンズの偏心測定と同等の測定精度で回転体１ｂの振れを測定することができる。すなわち、球面反射面２ａの形状精度や集光レンズ６の光学倍率を適宜設定することにより高精度な振れ測定を行うことができる。
また、回転体端面１ａに球面反射鏡２を配置して測定するので、回転体１ｂの側面の変位を測定する従来の振れ測定のように回転体１ｂの側面の面精度や真円度などの影響を受けることなく、より正確な振れ測定を行うことができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る回転体の振れ測定装置の模式的な部分拡大図である。

本変形例は、図５に示すように、上記第１の実施形態の振れ測定装置１００において、集光レンズ６と球面反射鏡２との間の光路上に、光路を折り曲げる光路変換ユニット１５を備えたものである。
ただし、図５には、上記第１の実施形態の球面反射鏡２に代えて球面反射鏡２Ａ（参照体）を用いた場合の例を示している。球面反射鏡２Ａは、球面反射鏡２の球面反射面２ａが凸反射面であるのに対して、凹反射面からなる球面反射面２００ａを備える。点Ｐは、球面反射面２００ａの曲率中心を示す。

本変形例の光路変換ユニット１５は、筐体３ａに着脱可能に設けられた筐体１５ｃ内に、集光レンズ６とともに集光光学系を構成することで集光光学系の被測定体側の作動距離を変えるアダプタレンズ１５ａと、アダプタレンズ１５ａの光軸を側方に折り曲げるミラー１５ｂとが配置されたものである。

本変形例の構成によれば、光路変換ユニット１５を筐体３ａに装着することで、ミラー１５ｂによって、集光レンズ６の光軸を折り曲げることができるため、回転体１ｂの回転軸が集光レンズ６の光軸と交差する位置関係にある場合でも、振れ測定を行うことができる。例えば、スピンドル１の配置の都合上、回転体端面１ａを鉛直上方に向けられない場合などにも容易に振れ測定を行うことができる。

また、本変形例では、アダプタレンズ１５ａの焦点距離を適宜設定することで、集光光学系の被測定側の作動距離を変えることができる。そのため、回転体１ｂの近傍の部品形状、部品配置などに応じて、十分な作動距離に設定することで、スピンドル１に対する振れ測定部３の配置が容易となる。その際、図５に示す本変形例のように、球面反射面２００ａのような凹反射面を採用すれば、球面反射面２００ａの曲率半径だけ、さらにスペースに余裕ができるため、さらに好都合である。

なお、光路変換ユニット１５は、集光レンズ６の作動距離に十分な余裕があれば、アダプタレンズ１５ａを省略してもよい。
また、光路変換ユニット１５において、ミラー１５ｂを省略して、アダプタレンズ１５ａおよび筐体１５ｃからなる構成により作動距離を変換するような光路変換ユニットを構成するように変形してもよい。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る回転体の振れ測定装置について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の概略構成示す模式的な正面図である。

本実施形態の振れ測定装置１１０（回転体の振れ測定装置）は、上記第１の実施形態の振れ測定装置１００において、ハーフミラー５とＣＣＤカメラ７との間の光路に、集光レンズ６の像をＣＣＤカメラ７の撮像面７ａ上に倍率を可変に結像するレンズ切り替え機構１４を備えてなる。以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

レンズ切り替え機構１４は、倍率の異なる複数の結像光学系、例えば倍率切り替えユニット１３Ａ、１３Ｂを不図示の移動機構によってハーフミラー５とＣＣＤカメラ７の間の集光レンズ６の光軸に対して進退可能に保持することで、それぞれの進出時に集光レンズ６の像を撮像面７ａ上に結像できるようにしたものである。
レンズ切り替え機構１４の切り替えは、手動によって行えるようにしてもよいし、装置制御部３１からの制御信号に応じて自動切り替えができるような構成としてもよい。また、倍率切り替えユニットは必要に応じて３種類以上の適宜数の結像光学系を備えることができる。

このような構成により、測定者は、回転体１ｂの振れの大きさに合わせて、倍率切り替えユニット１３Ａ、１３Ｂを切り替えることで、撮像面７ａ上で、適切な大きさのスポット像の軌跡を取得することができる。そのため、回転体１ｂの振れ量に合わせて測定範囲を拡大したり、縮小したりすることができる。そのため、測定精度を向上することができる。

なお、上記の説明では、参照体を球面反射鏡２、２Ａとして説明したが、ノイズ光に対する球面反射面２ａ、２００ａによる表面反射光の光量が十分に確保できれば、球面反射鏡２、２Ａは、光透過体で形成してもよい。

また、上記の説明では、集光光学系がハーフミラー５と球面反射鏡２との間の光路上に設けられた場合の例で説明したが、レーザー光源４とハーフミラー５との間に集光光学系を構成する他のレンズを配置してもよい。
また、上記の説明では、結像光学系が、ハーフミラー５と球面反射鏡２との間の光路上に設けられた集光レンズ６によって兼用される場合、および集光レンズ６と倍率切り替えユニット１３Ａ（１３Ｂ）とからなる場合の例で説明したが、それぞれＣＣＤカメラ７とハーフミラー５、および倍率切り替えユニット１３Ａ（１３Ｂ）とハーフミラー５との間に他の結像光学系を設けてもよい。そのような構成により、例えば、ハーフミラー５を透過する光束が平行光束となるような構成としてもよい。

また、上記の説明では、回転体が、軸部材からなる場合の例で説明したが、参照体を配置可能であって結像光学系によって参照体の移動を観察できる場合には、回転体は、固定された軸部材の外周を回転する円筒部材などであってもよい。

また、上記の各実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の概略構成示す模式的な正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の参照光の光路を説明する模式的な光路図である。 本発明の第１の実施形態に係る回転体の振れ測定装置のモニターの表示画面の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る回転体の振れ測定装置の模式的な部分拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る回転体の振れ測定装置の概略構成示す模式的な正面図である。

符号の説明

１ スピンドル
１ａ 回転体端面（回転体の軸方向の端面）
１ｂ 回転体（被測定体）
２、２Ａ 球面反射鏡（参照体）
２ａ、２００ａ 球面反射面
３ 振れ測定部
４ レーザー光源（光源）
６ 集光レンズ（集光光学系、結像光学系）
７ ＣＣＤカメラ（撮像部）
８ 制御ユニット
１０ 最小外接円
１１ 最大内接円
１３Ａ、１３Ｂ 倍率切り替えユニット
１４ レンズ切り替え機構
１５ 光路変換ユニット
１５ａ アダプタレンズ
１５ｂ ミラー
３３ 演算処理部
１００、１１０ 振れ測定装置
Ｌ レーザー光（参照光）
ｑ_１、ｑ_２、ｑ_３、ｑ_４、ｑ_５、ｑ_６、ｑ_７、ｑ_８、ｑ_９、ｑ_１０、ｑ_１１ スポット像

Claims (6)

1. 被測定体である回転体の軸方向の端面に前記回転体とともに回転可能に配置された球面反射面を有する参照体に、前記回転体の回転軸に沿う方向から参照光を照射する光源と、
   該光源からの参照光を前記球面反射面の曲率中心面に向けて集光する集光光学系と、
   該集光光学系で集光された参照光の前記球面反射面での反射光を結像する結像光学系と、
   該結像光学系により結像されたスポット像を撮像する撮像部と、
   前記回転体を１回転以上回転させて取得される複数のスポット像に基づく軌跡から前記回転体の振れ量を求める演算処理部とを備えることを特徴とする回転体の振れ測定装置。
2. 前記結像光学系は、
   倍率切り替え可能に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転体の振れ測定装置。
3. 前記集光光学系は、
   前記被測定体側の作動距離を可変できるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転体の振れ測定装置。
4. 前記集光光学系は、
   光軸を折り曲げる光路変換ユニットが着脱可能に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転体の振れ測定装置。
5. 被測定体である回転体の軸方向の端面に、球面反射面を有する参照体を前記回転体とともに回転可能に配置し、
   前記回転体の端面に配置された前記球面反射面の曲率中心面に集光する参照光を前記球面反射面に照射し、
   前記回転体を１回転以上回転させて、該球面反射面からの反射光の複数のスポット像を取得し、
   該スポット像の軌跡から前記回転体の振れ量を求めることを特徴とする回転体の振れ測定方法。
6. 前記回転体の振れ量は、
   前記複数のスポット像の軌跡に対する同心の最大内接円および最小外接円を求め、前記最大内接円および最小外接円の半径の差として算出することを特徴とする請求項５に記載の回転体の振れ測定方法。

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