JP2010236870A - Hole shape measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアルミダイカスト成形品のように抜き勾配が形成される孔形状をも精度よく測定することができる孔形状測定方法に関するものである。 The present invention relates to a hole shape measuring method capable of accurately measuring a hole shape in which a draft angle is formed as in an aluminum die cast product.
従来、孔形状の測定として、レーザ光を孔内面に照射し、孔内面からの反射光を光位置検出素子により受光し、受光した位置に基づいて孔内面と装置の基準線との間の寸法を求めるものがある(例えば、特許文献1参照)。また、プローブより被測定物の内壁面に基本光を照射し、内壁面で反射した散乱光を受光素子により受光し、受光位置に基づいて穴の内径を算出するものがある(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, as a measurement of the hole shape, a laser beam is irradiated on the inner surface of the hole, the reflected light from the inner surface of the hole is received by the optical position detection element, and the dimension between the inner surface of the hole and the reference line of the apparatus based on the received position. (For example, refer to Patent Document 1). Also, there is a type in which basic light is irradiated from the probe to the inner wall surface of the object to be measured, scattered light reflected by the inner wall surface is received by a light receiving element, and the inner diameter of the hole is calculated based on the light receiving position (for example, Patent Documents) 2).
しかし、特許文献1、2による孔形状の測定では孔にテーパが形成されていたり、孔の軸線と装置の軸線とがずれていたりした場合、孔形状を測定できないという問題があった。
However, in the measurement of the hole shape according to
本発明は孔がテーパ孔であっても、孔の軸線がずれていても、正確に孔形状を測定することができる孔形状測定方法を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a hole shape measuring method capable of accurately measuring a hole shape even if the hole is a tapered hole or the axis of the hole is deviated.
本発明は、成形品に形成される孔内に孔軸と軸線と一致させて光学式プローブを孔内に挿入して孔内周面に測定光を照射して孔形状を測定する孔形状測定方法において、第1の測定位置となる孔円周面の3点以上の箇所に同時または逐次測定光を照射し、孔内面からの反射光を導光部材により結像レンズに導き受光素子に導光させ、該受光素子の受光位置に基づき光学式プローブの軸線から孔内周面までの距離a、b、c・・を求めたうえ、光学式プローブをプローブ軸方向の第2の測定位置に移動させて前記と同様に光学式プローブの軸線から孔内周面までの距離a1、b1、c1・・ を求め、得られた距離aとa1、距離bとb1、距離cとc1・・との各比が異なる場合、光学式プローブの軸線と孔の軸線が一致していない、あるいは平行になっていないと判定し、距離aとa1、距離bとb1、と距離cとc1・・間の各傾き角度を求め、各傾き角度から測定位置のずれを補正したうえ第1と第2の測定位置の中心座標から第1と第2の測定位置の孔内径を求めて孔形状を得ることを特徴とするものである。 The present invention relates to a hole shape measurement in which an optical probe is inserted into a hole in a hole formed in a molded product so as to coincide with the axis, and the hole inner surface is irradiated with measurement light to measure the hole shape. In this method, three or more points on the circumferential surface of the hole serving as the first measurement position are irradiated with measurement light simultaneously or sequentially, and the reflected light from the hole inner surface is guided to the imaging lens by the light guide member and guided to the light receiving element. .., And obtaining distances a, b, c... From the axis of the optical probe to the inner peripheral surface of the hole based on the light receiving position of the light receiving element, and then moving the optical probe to the second measuring position in the probe axial direction. The distances a1, b1, c1,... From the axis of the optical probe to the inner peripheral surface of the optical probe are obtained in the same manner as described above, and the obtained distances a and a1, distances b and b1, and distances c and c1,. If the ratios are different, the axis of the optical probe and the axis of the hole do not match or are parallel The first and second measurement positions are calculated after correcting the deviation of the measurement position from each inclination angle, and determining the inclination angles between the distances a and a1, the distances b and b1, and the distances c and c1,. The hole shape is obtained by obtaining the hole inner diameters at the first and second measurement positions from the center coordinates.
なお、ミラーまたはプリズムよりなる導光部材により反射光を結像レンズに導いたり、ボールレンズにより測定光を孔内周面に照射したり、反射光を1つの結像レンズで結像させたりしてもよい。 The reflected light is guided to the imaging lens by a light guide member composed of a mirror or a prism, the measurement light is irradiated to the inner peripheral surface of the hole by a ball lens, or the reflected light is imaged by one imaging lens. May be.
本発明は、第1の測定位置となる孔円周面の3点以上の箇所に同時または逐次測定光を照射し、孔内面からの反射光を導光部材により結像レンズに導き受光素子に導光させ、該受光素子の受光位置に基づき光学式プローブの軸線から孔内周面までの距離a、b、c・・を求めたうえ、光学式プローブをプローブ軸方向の第2の測定位置に移動させて前記と同様に光学式プローブの軸線から孔内周面までの距離a1、b1、c1・・ を求め、得られた距離aとa1、距離bとb1、距離cとc1・・との各比が異なる場合、光学式プローブの軸線と孔の軸線が一致していない、あるいは平行になっていないと判定し、距離aとa1、距離bとb1、と距離cとc1・・間の各傾き角度を求め、各傾き角度から測定位置のずれを補正したうえ第1と第2の測定位置の中心座標から第1と第2の測定位置の孔内径を求めて孔形状を得ることにより、測定する孔がテーパ孔であったり、孔の軸線が傾いていたりしても精確に孔形状を測定することができる。 In the present invention, three or more points on the circumferential surface of the hole serving as the first measurement position are irradiated with measurement light simultaneously or sequentially, and the reflected light from the inner surface of the hole is guided to the imaging lens by the light guide member and used as the light receiving element. The light probe is guided, and distances a, b, c,... From the axis of the optical probe to the inner peripheral surface of the hole are obtained based on the light receiving position of the light receiving element, and the optical probe is moved to the second measuring position in the probe axial direction. In the same manner as described above, distances a1, b1, c1,... From the axis of the optical probe to the inner peripheral surface of the hole are obtained, and the obtained distances a and a1, distances b and b1, and distances c and c1. Are different from each other, it is determined that the axis of the optical probe and the axis of the hole do not match or are not parallel, and the distances a and a1, the distances b and b1, and the distances c and c1. The first and second measurement positions are obtained after each inclination angle is obtained and the deviation of the measurement position is corrected from each inclination angle. By obtaining the hole inner diameter at the first and second measurement positions from the center coordinates to obtain the hole shape, the hole shape can be accurately measured even if the hole to be measured is a tapered hole or the hole axis is inclined. can do.
また、請求項2のように、ミラーまたはプリズムよりなる導光部材により反射光を結像レンズに導くことにより、簡単な構造になり、組み立て構造の精度を高めることができる。
Further, as described in
さらに、請求項3のように、ボールレンズにより測定光を孔内周面に照射することにより、孔内周面との距離により反射光像径が大きくなるという影響を少なくすることができる。
Further, as described in
請求項4のように、反射光を1つの結像レンズで結像させることにより、構造が簡単で組み付けが容易になり精度も出しやすく、生産性も向上させることができるうえに製造コストを低減できる。 As described in claim 4, by forming an image of the reflected light with one imaging lens, the structure is simple, the assembly is easy, the accuracy is easily improved, the productivity is improved, and the manufacturing cost is reduced. it can.
次に、本発明の第1の実施例を図1に基づいて詳細に説明する。
図中1は本発明の光学式プローブであり、該光学式プローブ1は成形品の孔内周面外に配置されるヘッド2と、孔内に遊挿される鏡筒部3とからなる。
Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In the figure,
前記ヘッド2には位置検出センサ、CCD素子等の受光素子20、反射光を拡大あるいは縮小、あるいは等倍して受光素子20に入射させるリレーレンズ21、レーザーダイオード、発光ダイオード等の光源22、光源光を光ファイバー24に向けて集光させるコンデンサレンズ23、孔内に測定光を導く3本の光ファイバー24等が設けられている。位置検出センサの場合、測定光は逐次照射されて受光するものとし、CCD素子の場合、3色別の測定光を照射して同時に受光することができる。なお、リレーレンズ21の焦点距離の比を変えることにより、投影倍率の変更が可能となり、受光素子20のサイズに合わせることができる。
The
前記鏡筒部3の先方部周縁には測定光を孔内周面に向けて反射させるミラー30が120°間隔で3箇所配置されている。前記各光ファイバー24の先端はミラー30の斜面に臨ませてある。なお、ミラー30を配置する代わりに光ファイバー24の先端面を斜めにカットして測定光がカット面で反射して孔内周面に照射されるようにしてもよく、要は、光ファイバー24からの測定光が斜めから孔内周面に照射されればよい。
Three
また、前記鏡筒部3の先端には結像レンズ31に臨ませた導光部材32としてのミラー32aが取り付けられており、孔内周面からの反射光を結像レンズ31に導光させている。また、ミラー32a後方には光線絞り33、結像レンズ31、フィールドレンズ34、ロッドレンズ35またはイメージコンジットが光学軸上に順次配列されている。なお、ミラー32aは具体的にはコーンミラーや角錐ミラー等を用いる。
Further, a
このように構成されたものは、成形品に形成される孔内に孔の軸線とプローブの軸線を一致させて光学式プローブ1を孔内に挿入し、光ファイバー24から照射される測定光はミラー30を介して孔内周面に斜めから孔内壁面に照射されることとなる。
In such a structure, the
測定光の照射は少なくとも3点120°間隔で同時または逐次に行われる。同時に照射する場合は3色の異なる色をCCD素子に受光させることにより、3点を同時に検出できる。また、位置検出センサのように同時に受光させることができない場合は、逐次、測定光を点滅させたり、シャッタにより測定光をオンオフさせたりして3点ごとに行なう。 Irradiation of measurement light is performed simultaneously or sequentially at at least three points at intervals of 120 °. In the case of simultaneous irradiation, three points can be detected simultaneously by causing the CCD element to receive three different colors. If the light cannot be received at the same time as in the position detection sensor, the measurement light is blinked sequentially, or the measurement light is turned on and off by the shutter, and the measurement is performed every three points.
孔内周面に照射された測定光は反射されてミラー32aに入射されて反射し、光線絞り33を介して結像レンズ31に導光される。そして、フィールドレンズ34、ロッドレンズ35あるいは、イメージコンジット、リレーレンズ21を介して受光素子20に受光される。
The measurement light applied to the inner peripheral surface of the hole is reflected, is incident on the
受光素子20に受光された反射光は、例えば、図11に示されるように、第1の測定位置で距離a、b 、cが測定される。
For example, as shown in FIG. 11, the reflected light received by the
次いで、光学式プローブ1を一定距離移動させて第2の測定位置において、前記と同様の測定を行い、図11に示されるように、距離a1 、b1、 c1を得る。このとき距離a、b 、cと距離a1 、b1、 c1とが同じ比なら、図2、3、4に示されるように、光学式プローブ1の軸線と孔の軸線とが一致、あるいはプローブの軸線と孔の軸線が平行になっているので、第1の測定位置の距離a、b 、cに基づいて孔の中心座標を求めたうえ、孔の内径を求める。なお、光学式プローブ1の軸線と孔の軸線とが一致、あるいは、光学式プローブ1の軸線と孔の軸線とが平行になっていることが分かっている場合には、1回の測定で孔の内径を求めることができる。なお、図2、3、4においては、測定位置を2点表して説明を分かりやすくしている。
Next, the
さらに、第2の測定位置の距離a1 、b1、 c1に基づいて孔の中心座標を求めたうえ、孔の内径を求め、図10に示されるように、第1、第2の内径に基づいて孔のテーパ角度θ2 次式により求めるθ2=tan-1{(D2-D1 )/2p}を求め、平行孔、テーパ孔の孔形状孔を測定する。 Further, after obtaining the center coordinates of the hole based on the distances a1, b1, and c1 of the second measurement positions, the inner diameter of the hole is obtained, and as shown in FIG. 10, based on the first and second inner diameters. seeking determined by the taper angle theta 2 quadratic holes θ 2 = tan -1 {(D 2 -D 1) / 2p}, measured parallel holes, tapered holes of the hole-shaped hole.
また、図5、6、7に示されるように、光学式プローブ1の軸線とテーパ孔の軸線とが平行だが一致しない場合や、テーパ孔や平行孔の軸線とプローブの軸線とが傾いている場合、第1の測定位置の距離a、b 、cと、光学式プローブ1をプローブ軸方向に一定距離移動させた第2の測定位置の距離a1 、b1、 c1との比は異なるので、図8に示されるように、3点毎の傾き角度θ1を次式により求めるθ1=tan-1{(L2-L1)/ (p−z1+z2) }。なお、図5、6、7においても、測定位置を2点表して説明を分かりやすくしている。
As shown in FIGS. 5, 6, and 7, the axis of the
次いで、図9に示されるように、測定位置のずれを式L1 ‘= L1 - z1tanθ1および式L2 ‘= L2 - z2tanθ1から求める。このようにしてずれを補正したうえ、孔の中心座標を求め、孔の内径を求める。次いで、前記と同様、孔のテーパ角度θ2 次式により求めるθ2=tan-1{(D2-D1 )/2p} を求め、平行孔、テーパ孔の孔形状孔を測定する。なお、図9において、説明を分かりやすくするために、孔を大きく傾斜させたものとしている。
Then, as shown in FIG. 9, the displacement of the measuring position wherein L 1 obtained from z 2 tanθ 1 - '= L 1 -
また、図13は本発明の第2の実施例を示すもので、第1の実施例と相違する点は、プリズム36を介して測定光を孔内壁面に照射している点と、ミラー32aの代わりにプリズム32bを導光部材32として用い反射光を結像レンズ31に導光させている点と、測定光をボールレンズ38を介して孔内壁面に照射している点であり、ボールレンズ38を用いることにより測定光の光強度を高めて検出精度を高めるとともに、プリズム32bを用いることにより組み付け精度を向上させている以外は、第1の実施例と構成及び作用効果は同じであるので説明を省略する。なお、プリズム32bは具体的にはコーンプリズムや角錐プリズム等を用いる。
FIG. 13 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the measurement light is irradiated onto the inner wall surface of the hole through the
図14は本発明の第3の実施例を示すもので、半球レンズ39を介して測定光を孔内壁面に照射している点と、2つの半球レンズ39を合わせたボールレンズを結像レンズ31として結像させる点が相違し、2つの半球レンズ39を重ねたボールレンズを用いて照射と結像を行なうことによりレンズ数を低減させる以外は、第1の実施例と構成及び作用効果は同じであるので説明を省略する。
FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention, in which a ball lens combining two
1 光学式プローブ
2 ヘッド
20 受光素子
21 リレーレンズ
22 光源
23 コンデンサレンズ
24 光ファイバー
3 鏡筒部
30 ミラー
31 結像レンズ
32 導光部材
32a ミラー
32b プリズム
33 光線絞り
34 フィールドレンズ
35 ロッドレンズ(イメージコンジット)
36 プリズム
38 ボールレンズ
39 半球レンズ
1
20 Photo detector
21 Relay lens
22 Light source
23 condenser lens
24
30 mirror
31 Imaging lens
32 Light guide member
32a mirror
32b prism
33 Light aperture
34 Field lens
35 Rod lens (image conduit)
36 prism
38 ball lens
39 Hemispherical lens
Claims (4)
4. The hole shape measuring method according to claim 1, wherein the reflected light is imaged by one imaging lens.
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