JP2010197143A

JP2010197143A - ポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JP2010197143A
Application number: JP2009040799A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Isotani; 淳行磯谷; Masami Kajiwara; 正巳梶原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-09
Also published as: US20100213359A1; CN101813464A; US8227780B2

Abstract

【課題】ハーフミラー等の光学系を使用せずに、高精度な軸倒れ測定を行うことができる、ポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置及び測定方法を提供する。
【解決手段】光源５と、光源５から射出される測定光６を被測定シャフト１で反射させた反射光の一部を直接受光して第１の受光位置を検出する第１の光検出素子３と、反射光の他の一部を直接受光して第２の受光位置を検出する第２の光検出素子４と、第１の光検出素子３と第２の光検出素子４から出力される信号により、被測定シャフト１の軸倒れ角度を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置及び測定方法に関するものであり、特に、非接触でモータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置及び測定方法に関するものである。

従来、ポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する場合、シャフトの軸方向に対して垂直となるように平板ミラーをシャフトの先端に取付け、オートコリメータを用いてミラーの傾きを検出することにより、シャフトの軸倒れを算出していた。

また、特許文献１には、円柱状で外周面が平滑面となっている被測定物の傾斜角を非接触で測定し、円柱状の被測定物の倒れ角を算出する測定方法が開示されている。特許文献１に示す従来の測定方法を、図８を用いて具体的に説明する。

図８に示すように、光源１０１から射出されたレーザ光は、光軸１０２を通り被測定物１０３に照射し、放射状に反射する。反射光は、光軸１０２方向に進む（光源１０１方向に戻る）反射光と、光軸１０２に対してαの角度を持った第１光路１０４に進む反射光と、第２光路１０５を進む反射光とがある。第１光路１０４を進む反射光は、第１のミラー１０６によって上方に反射し、第１のイメージセンサ１０７がそれを受光する。また、第２光路１０５を進む反射光は、第２のミラー１０８によって上方に反射し、第２のイメージセンサ１０９がそれを受光する。また、光軸１０２方向に進む反射光は、ハーフミラー１１０によって上方に反射し、第３のイメージセンサ１１１がそれを受光する。そして、３つのイメージセンサから検出される３つの相対位置によって被測定物の倒れ角を算出している。
特開昭６０−２１１３０２号公報

上記特許文献１の方法では、軸倒れのＹ軸成分を検出しようとすると、Ｙ軸測定用の第３のイメージセンサ１１１は光源位置方向に設置しなければならないが、第３のイメージセンサ１１１と光源１０１との重なりを避けるために、ハーフミラー１１０を用いて反射光の進路を変化させている。このため、ハーフミラー１１０等の光学系が必要となり、光学系の設置誤差などの影響を取り除くために、軸倒れのない校正用被測定物を用意してオフセット調整を行わなければならないという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ハーフミラー等の光学系を使用せずに、高精度な軸倒れ測定を行うことができる、ポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係るポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置は、光源と、前記光源から射出される測定光を被測定シャフトで反射させた反射光の一部を直接受光して第１の受光位置を検出する第１の光検出素子と、上記反射光の他の一部を直接受光して第２の受光位置を検出する第２の光検出素子と、前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子から出力される信号により、前記シャフトの軸倒れ角度を測定するポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定するものである。

本発明の測定装置及び測定方法によれば、シャフトにレーザを照射し、放射状に広がった反射光を直接光検出素子で受光するものであるので、ハーフミラー等の光学系を使用することがなく、高精度な軸倒れ測定を行うことができる。

また、本発明に係るポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定方法は、光源から射出される測定光を被測定シャフトで反射させた反射光の一部を第１の光検出素子により直接受光して第１の受光位置を検出し、上記反射光の他の一部を第２の光検出素子により直接受光して第２の受光位置を検出し、前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子から出力される信号により、前記シャフトの軸倒れを測定するものである。

また、上記測定装置及び測定方法において、前記第１の光検出素子、前記第２の光検出素子及び前記被測定シャフトが同一直線上に配置されていることが好ましい。

さらに、上記測定装置及び測定方法において、前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子が、前記光源と前記被測定シャフトとを結ぶ直線に対して線対称となっていることが好ましい。

以下、本発明を好適な実施の形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

図１は、本発明の実施の形態に係るポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置及び測定方法の概略構成を示した図である。

図１に示すように、測定対象物であるポリゴンミラー用モータのシャフト（被測定シャフト）１を鉄プレートからなる測定台２の上に配置する。本実施形態では、被測定シャフト１と測定台２との接触部分を原点とし、測定台の主面上において、任意の方向にＸ軸を設定するとともに、Ｘ軸に対して直角方向にＹ軸を設定する。

また、第１の光検出素子３と第２の光検出素子４を被測定シャフト１と同一直線状となるように配置する。本実施形態では、さらに第１の光検出素子３と第２の光検出素子４を結ぶ直線が測定台２に対して平行になるように配置した。なお、第１の光検出素子３はＸ軸測定用の光検出素子であり、光源５から射出される測定光６を被測定シャフト１で反射させた反射光を直接受光して第１の受光位置を検出するものである。また、第２の光検出素子４はＹ軸測定用の光検出素子であり、第１の光検出素子３に入射する反射光７とは異なる反射光８を直接受光して第２の受光位置を検出するものである。

そして、第１の光検出素子３と第２の光検出素子４を結ぶ直線の垂直二等分線の方向に光源を配置する。これにより、第１の光検出素子３と第２の光検出素子４は、光源５から射出した光の光軸を基準として線対称の位置に配置される。このように配置した理由を図２を用いて説明する。図２は、図１において被測定シャフト１を上方から見た図である。図２に示すように、光源５から射出した測定光６の一部は、断面が円形の被測定シャフト１の外周側面上の微小面で反射し、Ｘ軸測定用の第１の光検出素子３に受光する反射光７となる。ここで微小面は、Ｘ軸に対して垂直の面であるためＸ軸方向の傾きを求めるためには、この微小面の傾きを測定する必要がある。このためその微小面の傾き情報を持った反射光を検出する位置が、第１の光検出素子３の配置位置となる。同様の方法で、Ｙ軸測定用の第２の光検出素子４の配置位置が決まる。

次に、本実施形態に係る被測定シャフト１の軸倒れ角度を測定する測定方法について説明する。

図１に示すように、光源５から射出した測定光６であるレーザ光は被測定シャフト１に照射し、被測定シャフト１で放射状に反射し反射光となる。反射光の一部は第１の光検出素子３に直接入射する。また、第１の光検出素子３に入射する反射光７とは異なる反射光８が第２の光検出素子４に直接入射する。ここで、第１の光検出素子３又は第２の光検出素子４に直接入射するとは、被測定シャフト１で反射した反射光が、被測定シャフト１から第１の光検出素子３（又は第２の光検出素子４）までの間にミラーやハーフミラー等の光学系及びその他の物を介さないことを意味する。

第１の光検出素子３又は第２の光検出素子４に入射したレーザ光は、その入射位置の光量に対応する所定の数値からなる検出位置Ｘ_Ｚ又はＹ_Ｚに変換される。より具体的には、入射位置の量に比例した電荷が発生し、電荷が光電流として光検出素子内部の抵抗層に到達し、抵抗層の両端の出力電極までの距離に逆比例して分割され、そのときの抵抗層の両端で発生する電圧Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２によって入射検出位置Ｘ_Ｚ，Ｙ_Ｚを演算する。

Ｘ軸成分測定用の第１の光検出素子３によって検出位置Ｘ_Ｚを算出する方法について図３を用いて詳細に説明する。図３は、Ｘ軸成分測定用の第１の光検出素子３の正面図である。尚、Ｙ軸成分測定用の第２の光検出素子４についても図３と同様の構成である。第１の光検出素子３の受光部３１に、当該受光部３１の原点位置３２からＸ_Ｚの距離に被測定シャフト１からの反射光７が照射した場合、第１の光検出素子３から出力される電圧をＶ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２とし、第１の光検出素子３における受光部３１の縦方向の面幅をｄとして、Ｘ軸の入射検出位置Ｘ_Ｚを求めると（数式１）のように表わされる。

上記第１の光検出素子３で求めたように、第２の光検出素子４も上記同様の方法で、Ｙ軸の入射検出位置Ｙ_Ｚを求めると（数式２）のように表わされる。

次に、第１の光検出素子３で得られたＸ軸の入射検出位置Ｘ_Ｚと第２の光検出素子４で得られたＹ軸の入射検出位置Ｙ_Ｚから、Ｘ軸方向における被測定シャフト１の傾きθ_ＸとＹ軸方向における被測定シャフト１の傾きθ_Ｙを算出する。この傾きθ_Ｘと傾きθ_Ｙの算出方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、図１で示す矢印ａの方向（Ｙ軸に平行な方向）からＸＹ平面に対して平行に見た時の平面図である。図５は、図１で示す矢印ｂの方向（Ｘ軸に平行な方向）からＸＹ平面に対して平行に見た時の平面図である。

図４で示すように、光源５から射出した測定光６が被測定シャフト１で反射して第１の光検出素子３まで入射するまでの光路長をＬ１とした場合、上記第１の光検出素子３で得られた入射検出位置Ｘ_Ｚを用いて、Ｘ軸方向の傾きθ_Ｘを求めると、数式（３）のように表される。

同様に、図５で示すように、光源５から射出した測定光６が被測定シャフト１で反射して第２の光検出素子４まで入射するまでの光路長をＬ２とした場合、上記第２の光検出素子４で得られた入射検出位置Ｙ_Ｚを用いて、Ｙ軸方向の傾きθ_Ｙを求めると、数式（４）のように表される。

なお、本実施形態では、上記光路長Ｌ１と光路長Ｌ２とを同じ値Ｌとなるように、第１の光検出素子３と第２の光検出素子４を配置している。

ここで、レーザ光がある入射角を持って傾斜面で反射する場合には、入射角補正を行うことが好ましい。この場合、上記のθ_Ｘ、θ_Ｙは、図１に示すレーザ光の入射角θで補正を行うことになる。この入射角補正を行ったときのＸ軸の傾きをθＸ、Ｙ軸の傾きをθＹとすると、数式（５）、数式（６）のように表される。

次に、被測定シャフト１の軸の倒れ方向φＡを上記の数式５と数式６を用いて求める。図６は、図１をＺ軸方向から見た時のＸＹ平面図を表している。図６に示すように、被測定シャフト１の軸の倒れ方向φＡは、数式（７）で表される。

そして被測定シャフト１の軸倒れの角度φは図７より、数式（８）のように表わされる。図７は、図１をＸＹ平面方向から見た時の平面図である

以上のとおり、本発明の測定装置及び測定方法によれば、光源５から射出した測定光６をシャフト１に照射し、放射状に広がった反射光の一部の反射光７，８を２つの光検出素子３，４で直接受光して、Ｘ軸成分、Ｙ軸成分の軸倒れを算出することで、シャフト１の軸倒れ角度を算出することができる。

このように本発明の測定装置及び測定方法は、従来のようにシャフト先端にミラーを取り付ける必要がなく、検査タクトタイムの短縮を図ることができ、インラインでシャフトの軸倒れを測定することが可能となる。また装置構成が単純で、誤差要因となるような複雑な光学系を使用しないため、精度の高い軸倒れの測定が可能である。

実際に、光路長Ｌを１５０ｍｍ、レーザの波長を６５０ｎｍ、ビームパワーを１４ｍＷ、第１及第２の光検出素子３，４として、受光面幅ｄが６ｍｍのＰＳＤを用いて、１４台のシャフトの軸倒れを測定した。この時、従来使用していたオートコリメータでの測定値と比較すると、相関係数は０．９８以上となり、従来の測定方法と高い相関を得ることができていることが確認できた。従って、本発明に係る測定装置及び測定方法は、従来の測定方法と同様に精度の高い測定方法である。

本発明の利用分野は特に制限はなく、ポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定方法及び測定装置として広範囲に利用することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置及び測定方法の概略構成を示した図図２は、図１において被測定シャフトを上方から見た図図３は、Ｘ軸成分測定用の第１の光検出素子の正面図図１で示す矢印ａの方向からＸＹ平面に対して平行に見た時の平面図図５は、図１で示す矢印ｂの方向からＸＹ平面に対して平行に見た時の平面図図６は、図１をＺ軸方向から見た時のＸＹ平面図図７は、図１をＸＹ平面方向から見た時の平面図図８は、従来のポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置概略構成を示した図

１被測定シャフト（シャフト）
２測定台
３第１の光検出素子
４第２の光検出素子
５，１０１光源
６測定光
７，８反射光
３１受光部
３２受光部の原点位置
１０２光軸
１０３被測定物
１０４第１光路
１０５第２光路
１０６第１のミラー
１０７第１のイメージセンサ
１０８第２のミラー
１０９第２のイメージセンサ
１１０ハーフミラー
１１１第３のイメージセンサ

Claims

光源と、前記光源から射出される測定光を被測定シャフトで反射させた反射光の一部を直接受光して第１の受光位置を検出する第１の光検出素子と、上記反射光の他の一部を直接受光して第２の受光位置を検出する第２の光検出素子と、前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子から出力される信号により、前記シャフトの軸倒れ角度を測定するポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定装置。
前記第１の光検出素子、前記第２の光検出素子及び前記被測定シャフトが同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子が、前記光源と前記被測定シャフトとを結ぶ直線に対して線対称となっていることを特徴とする請求項２記載の測定装置。
光源から射出される測定光を被測定シャフトで反射させた反射光の一部を第１の光検出素子により直接受光して第１の受光位置を検出し、上記反射光の他の一部を第２の光検出素子により直接受光して第２の受光位置を検出し、前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子から出力される信号により、前記シャフトの軸倒れ角度を測定するポリゴンミラー用モータのシャフトの軸倒れを測定する測定方法。