JP2014126395A - 内径測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内径測定装置1は、レーザー変位計2及び光学鏡筒5を回転させて、測定対象8における測定孔81の内径を測定する。回転機構4は、レーザー変位計2、コリメートレンズ61、結像レンズ62、プリズム63、ケース本体部3及び光学鏡筒5を、ケース本体部3内及び光学鏡筒5内を通過する光軸中心線Cの回りに一体的に回転させる。演算手段71は、光学鏡筒5が測定対象8の測定孔81に配置された状態で、受光器27によって合焦が検出されるときの、結像レンズ62から測定孔81の内壁面までの焦点距離を測定するとともに、回転機構4を回転させて測定孔81の周方向の各点について行った焦点距離の測定結果に基づいて測定孔81の内径を算出する。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1の孔内面検査装置においては、光源から発せられた光ビームを集光レンズを介して集光し、更にリレーレンズを介して略平行光束をなす光ビームとして光学鏡筒内に導き、反射鏡と対物レンズとを介して被測定物の孔内面に照射し、その反射光を集光して光学鏡筒に導入する。そして、ビームスプリッターを介して得られる反射光からその合焦状態を受光器によって検出する。また、レンズ駆動機構によって、集光レンズ又はリレーレンズをその光軸方向に変位させ、距離計測手段によって、合焦が検出されたときの集光レンズ又はリレーレンズの変位量から対物レンズと被測定物の孔内面との距離を計測している。また、鏡筒回転機構によって光学鏡筒を回転させ、孔内面の全周に亘って上記距離の計測を行っている。これにより、対物レンズの焦点距離に依存する計測精度の低下を防ぎ、被測定物の孔部の内径や凹凸状態等を高精度に計測している。
さらに、ドリル等の工具で切削された加工孔の内壁面は工具の切削跡が残っており、微小な凹凸形状となる。この場合、特許文献1の孔内面検査装置においては、鏡筒回転機構によって光学鏡筒のみを回転させているので、測定孔の内壁面の凹凸形状の状態によってこの内壁面で反射される反射光が不安定となる。そのため、孔内面検査装置による内径の測定誤差が一層拡大するおそれがある。
上記焦点調整レンズを透過したレーザー光を、平行なレーザー光にして透過させるコリメートレンズと、
該コリメートレンズを透過するレーザー光を集光する結像レンズと、
該結像レンズによって集光されるレーザー光を、直角に反射させて上記測定対象に導くプリズムと、
上記レーザー変位計が取り付けられ、上記レーザー光を内部に通過させるケース本体部と、
上記プリズムを先端部に配置し、上記ケース本体部の内部を通過するレーザー光を内部に通過させる光学鏡筒と、
上記レーザー変位計、上記コリメートレンズ、上記結像レンズ、上記プリズム、上記ケース本体部及び上記光学鏡筒を、該ケース本体部内及び該光学鏡筒内を通過する光軸中心線の回りに一体的に回転させる回転機構と、
上記光学鏡筒が上記測定対象の測定孔に配置された状態で、上記受光器によって合焦が検出されるときの、上記結像レンズから上記測定孔の内壁面までの焦点距離を測定するとともに、上記回転機構を回転させて上記測定孔の周方向の各点について行った上記焦点距離の測定結果に基づいて上記測定孔の内径を算出する演算手段と、を備えていることを特徴とする内径測定装置にある(請求項1)。
内径測定装置によって測定孔の内径を測定するに当たっては、光学鏡筒を測定対象の測定孔に配置する。このとき、光学鏡筒は、測定孔の中心に一致するように配置する。そして、光源から発されるレーザー光は、ハーフミラー、焦点調整レンズ、コリメートレンズ、結像レンズ及びプリズムを透過して、測定孔の内壁面まで導かれる。また、測定孔の内壁面で反射されるレーザー光は、プリズム、結像レンズ、コリメートレンズ及び焦点調整レンズを透過し、ハーフミラーによって反射されて受光器に受光される。このとき、受光器は、レーザー光の焦点が測定孔の内壁面に合焦する状態を検出し、この合焦が検出されるときの結像レンズから測定孔の内壁面までの焦点距離を測定する。この焦点距離の測定は、焦点調整レンズを光軸方向に位置調整し、この位置調整を行った焦点調整レンズの位置を検出して行うことができる。
このように、上記内径測定装置においては、測定孔の内径を測定する際に、回転機構によって、レーザー変位計、ケース本体部、光学鏡筒等の全体を一体的に回転させることにより、ケース本体部及び光学鏡筒の内部を通過するレーザー光の光軸に、回転に伴う位置ずれ(偏心)が生じない。そのため、測定対象における測定孔の内径の測定精度を高めることができる。また、特に、測定孔の内壁面に微笑な凹凸がある場合でも、測定孔の内径の測定精度がほとんど悪化することがない。
上記内径測定装置において、上記ハーフミラーは、プリズム型、平面型等の種々のビームスプリッターとすることができる。上記焦点調整レンズは、レーザー光の集光及び焦点調整を行うことができる種々の構成とすることができる。上記結像レンズは、上記光軸中心線の方向における位置を調整可能に構成することもできる。また、上記プリズムは、反射鏡も含むものであり、レーザー光を直角に反射させる性質を有する、プリズム型、平面型等の種々の部材とすることができる。
この場合には、直交加振手段によって焦点調整レンズを振動させるときには、プリズムから測定孔の内壁面に照射されるレーザー光が、測定孔の軸方向に振れ、この軸方向の複数箇所において焦点距離の測定をすることができる。そのため、凹凸があり、表面粗さが粗い測定孔の内壁面であっても、焦点距離の測定誤差が生じにくくすることができる。
この場合には、焦点調整レンズ及び受光器の構成によって、演算手段による焦点距離の測定の精度を向上させることができる。
本例の内径測定装置1は、図1に示すごとく、レーザー変位計2及び光学鏡筒5を回転させて、測定対象8における測定孔81の内径を測定するよう構成されている。内径測定装置1は、次のレーザー変位計2、コリメートレンズ61、結像レンズ62、プリズム63、ケース本体部3、光学鏡筒5、回転機構4及び演算手段71を備えている。
レーザー変位計2は、レーザー光Xを発する光源21と、光源21から発せられたレーザー光Xを透過させる一方、測定対象8に反射して戻るレーザー光Xを反射させるハーフミラー22と、光源21から発せられたレーザー光Xの集光及び焦点調整をする焦点調整レンズ23と、ハーフミラー22によって反射されるレーザー光Xを受光して合焦を検出する受光器27とを有している。
図1に示すごとく、本例の内径測定装置1は、測定対象8である金属部品に形成された加工孔を測定孔81として、その内径を測定するよう構成されている。内径測定装置1は、光学鏡筒5を、測定対象8における種々の箇所に形成された測定孔81に挿入するために、ロボット等の移動装置によって移動可能に構成されている。
レーザー変位計2において、光源21は、円錐状に広がるレーザー光Xを発する半導体レーザーによって構成されている。ハーフミラー22は、レーザー光Xの光軸方向に対して45°に傾斜して配置されており、光源21からのレーザー光Xの透過と、受光器27へのレーザー光Xの反射とを行うよう構成されている。
直交加振手段26によって焦点調整レンズ23を振動させるときには、プリズム63から測定孔81の内壁面に照射されるレーザー光Xが、測定孔81の軸方向に振れ、この軸方向の複数箇所において焦点距離の測定をすることができる。そのため、凹凸があり、表面粗さが粗い測定孔81の内壁面であっても、焦点距離の測定誤差が生じにくくすることができる。
図4に示すごとく、ケース本体部3の通過穴30及び光学鏡筒5内(鏡筒回転部52内、位置調整部53内)等のレーザー光Xが通過する部分には、レーザー光X以外の光が入って拡散・反射することを防ぐための塗装等の処理がなされている。
なお、動力伝達部材42は、プーリとベルトを用いたもの、スプロケットとチェーンを用いたもの等、種々の構成とすることができる。
鏡筒本体部51は、円筒形状に形成されており、ケース本体部3の通過穴30に対して同一軸心を形成する状態で取り付けられている。鏡筒回転部52は、鏡筒本体部51の内周側に配置される円筒形状に形成されており、ケース本体部3の中心部に設けられた軸受341によって、回転可能に支持されている。
調整用回転機構54によって鏡筒回転部52を回転させるときには、鏡筒本体部51に螺合された位置調整部53を回転させながら光軸中心線Cの方向に移動させることによって、位置調整部53に配設された結像レンズ62を光軸中心線Cの方向に移動させることができる。これにより、内径測定装置1によって測定する測定孔81の内径の大きさの測定範囲を容易に拡大することができる。
なお、動力伝達部材57は、互いに噛合するギヤを用いたもの、スプロケットとチェーンを用いたもの等、種々の構成とすることができる。
図4に示すごとく、位置調整部53は、鏡筒本体部51の内周側に配置される円筒形状を有している。鏡筒回転部52の先端部と、位置調整部53の基端部とには、それらの軸方向にスライド可能な状態で互いに係合する係合部523,533が形成されている。また、鏡筒本体部51と位置調整部53とには、互いに螺合するねじ部511,531が形成されている。そして、調整用回転機構54の動力を受けて鏡筒回転部52が回転するときには、係合部523,533の係合によって位置調整部53が回転し、この位置調整部53がねじ部511,531のピッチで軸方向に移動するようになっている。
また、鏡筒回転部52と位置調整部53との間には、鏡筒回転部52に対して位置調整部53が離れる方向に付勢するコイルスプリング522が配置されている。このコイルスプリング522により、ねじ部511,531に生じるバックラッシュを吸収している。
演算手段71は、基準となる大きさの基準孔が形成されたマスターリングを用いてキャリブレーションを行い、測定孔81の内径を算出するよう構成されている。演算手段71は、測定孔81の内径を算出する際には、マスターリングの基準孔の内径を測定したデータと照合することにより、測定孔81の内径の絶対値を検知することができる。
図5に示すごとく、回転機構4は、ケース本体部3に軸受351を介して設けられたモータベース35に配設する。モータベース35と固定ベース11との間には、回転機構4におけるモータ41が設けられた径方向の位置に、モータベース35の周方向への回転を規制する一方、径方向への位置ずれを許容する回り止め部36を設ける。また、モータベース35において、回転機構4が設けられた径方向位置とは反対側の径方向位置には、偏心荷重が作用することを防止するために、回転機構4の質量とほぼ同じ質量であるバランスウェイト43を設ける。なお、動力伝達部材42Aは、モータ41の出力軸411とケース本体部3とにそれぞれ設けられたプーリ421A,422Aと、プーリ421A,422A間に掛け渡されたベルト423Aとによって構成されている。
図6に示すごとく、位置調整部53は、鏡筒本体部51に対して回り止めがなされた状態で、鏡筒回転部52の回転を受けて鏡筒本体部51に対してねじ部521,532を介して光軸中心線Cの方向に位置調整可能にすることもできる。この場合、位置調整部53の基端部分には、鏡筒回転部52の先端部分に形成されたねじ部521に螺合するねじ部531を形成する。
そして、調整用回転機構54によって鏡筒回転部52を回転させるときには、鏡筒回転部52に螺合された位置調整部53を光軸中心線Cの方向に移動させることができる。これによっても、内径測定装置1によって測定する測定孔81の内径の大きさの測定範囲を容易に拡大することができる。なお、コイルスプリング522は、図4の場合と同様に、ねじ部521,532に生じるバックラッシュを吸収することができる。
測定対象8における測定孔81の内径を測定するに当たっては、まず、調整用回転機構54によって、測定する測定孔81の内径の大きさに応じて予め結像レンズ62の位置を調整しておく。そして、移動装置によって内径測定装置1を移動させ、光学鏡筒5を測定孔81内に挿入し、光学鏡筒5の光軸中心線Cを測定孔81の中心に合わせる。このとき、この中心位置合わせを行うために、レーザー変位計2の光源21からレーザー光Xを出射させ、内径測定装置1によって測定孔81の周方向の複数の点、例えば8点について焦点距離を求める。
ここで、光学鏡筒5の光軸中心線Cと測定孔81の中心とが大きくずれていると、焦点調整レンズ23の調整範囲を超えてしまい、測定ができない。このときには、測定した焦点距離のデータに基づいて内径測定装置1の位置調整をし、光学鏡筒5の光軸中心線Cの位置を測定孔81の中心に合わせることができる。
こうして、演算手段71においては、受光器27が合焦を検出したときに、結像レンズ62の位置検出手段55から送られる結像レンズ62の位置の情報と、焦点調整レンズ23の位置検出手段25から送られる焦点調整レンズ23の位置の情報とを用いて、結像レンズ62から測定孔81の内壁面までの焦点距離の測定を行う。
11 固定ベース
2 レーザー変位計
21 光源
22 ハーフミラー
23 焦点調整レンズ
24 加振手段
25 位置検出手段
26 直交加振手段
27 受光器
3 ケース本体部
30 通過穴
34 エアベアリング
35 モータベース
36 回り止め部
4 回転機構
42 動力伝達部材
5 光学鏡筒
51 鏡筒本体部
52 鏡筒回転部
53 位置調整部
54 調整用回転機構
55 位置検出手段
61 コリメートレンズ
62 結像レンズ
63 プリズム
7 制御装置
71 演算手段
8 測定対象
81 測定孔
C 光軸中心線
X レーザー光
Claims (6)
- レーザー光を発する光源、該光源から発せられたレーザー光を透過させる一方、測定対象に反射して戻るレーザー光を反射させるハーフミラー、上記光源から発せられたレーザー光の集光及び焦点調整をする焦点調整レンズ、及び上記ハーフミラーによって反射されるレーザー光を受光して合焦を検出する受光器を有するレーザー変位計と、
上記焦点調整レンズを透過したレーザー光を、平行なレーザー光にして透過させるコリメートレンズと、
該コリメートレンズを透過するレーザー光を集光する結像レンズと、
該結像レンズによって集光されるレーザー光を、直角に反射させて上記測定対象に導くプリズムと、
上記レーザー変位計が取り付けられ、上記レーザー光を内部に通過させるケース本体部と、
上記プリズムを先端部に配置し、上記ケース本体部の内部を通過するレーザー光を内部に通過させる光学鏡筒と、
上記レーザー変位計、上記コリメートレンズ、上記結像レンズ、上記プリズム、上記ケース本体部及び上記光学鏡筒を、該ケース本体部内及び該光学鏡筒内を通過する光軸中心線の回りに一体的に回転させる回転機構と、
上記光学鏡筒が上記測定対象の測定孔に配置された状態で、上記受光器によって合焦が検出されるときの、上記結像レンズから上記測定孔の内壁面までの焦点距離を測定するとともに、上記回転機構を回転させて上記測定孔の周方向の各点について行った上記焦点距離の測定結果に基づいて上記測定孔の内径を算出する演算手段と、を備えていることを特徴とする内径測定装置。 - 請求項1に記載の内径測定装置において、上記レーザー変位計は、上記焦点調整レンズを通過する光軸中心線に対して直交する方向に、該焦点調整レンズを振動させる直交加振手段を有していることを特徴とする内径測定装置。
- 請求項1又は2に記載の内径測定装置において、上記光学鏡筒は、上記プリズムが内部に配置され、上記ケース本体部に取り付けられた鏡筒本体部と、該鏡筒本体部に対して上記光軸中心線の回りに回転可能な鏡筒回転部と、上記結像レンズが内部に配置され、上記鏡筒回転部と一体的に回転可能な状態で、上記鏡筒回転部の回転を受けて上記鏡筒本体部に対してねじ部を介して上記光軸中心線の方向に位置調整可能な位置調整部とを有しており、
上記内径測定装置は、上記ケース本体部に配設されて上記鏡筒回転部を回転させる調整用回転機構と、該調整用回転機構の回転量に基づいて、上記結像レンズの位置を検出する位置検出手段とを有しており、
上記演算手段は、上記受光器が合焦を検出したときに、上記位置検出手段から送られる上記結像レンズの位置の情報を利用して、上記焦点距離の測定を行うよう構成されていることを特徴とする内径測定機器。 - 請求項1又は2に記載の内径測定装置において、上記光学鏡筒は、上記プリズムが内部に配置され、上記ケース本体部に取り付けられた鏡筒本体部と、該鏡筒本体部に対して上記光軸中心線の回りに回転可能な鏡筒回転部と、上記結像レンズが内部に配置され、上記鏡筒本体部に対して回り止めがなされた状態で、上記鏡筒回転部の回転を受けて上記鏡筒本体部に対してねじ部を介して上記光軸中心線の方向に位置調整可能な位置調整部とを有しており、
上記内径測定装置は、上記ケース本体部に配設されて上記鏡筒回転部を回転させる調整用回転機構と、該調整用回転機構の回転量に基づいて、上記結像レンズの位置を検出する位置検出手段とを有しており、
上記演算手段は、上記受光器が合焦を検出したときに、上記位置検出手段から送られる上記結像レンズの位置の情報を利用して、上記焦点距離の測定を行うよう構成されていることを特徴とする内径測定機器。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の内径測定装置において、上記レーザー変位計は、上記焦点調整レンズを所定振幅で光軸方向に振動させる加振手段と、該加振手段によって振動する上記焦点調整レンズの位置を検出する位置検出手段とを有しており、
上記受光器は、受光素子と、該受光素子の表面側に配置された絞り孔とを有しており、かつ、上記加振手段によって上記焦点調整レンズが振動する際に、上記絞り孔を通過するレーザー光の受光量が最大になるときを合焦として検出するよう構成されており、
上記演算手段は、上記受光器が合焦を検出したときに、上記位置検出手段から送られる上記焦点調整レンズの位置の情報を利用して、上記焦点距離の測定を行うよう構成されていることを特徴とする内径測定機器。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の内径測定装置において、上記ケース本体部は、空気膜を形成して非接触で回転支持するエアベアリングを介して、上記回転機構におけるモータが固定された固定ベースに対して配設されており、
上記モータの出力軸から上記ケース本体部には、動力伝達部材を介して動力が伝達されるよう構成されており、
上記回転機構は、上記ケース本体部に軸受を介して設けられたモータベースに配設されており、
該モータベースと上記固定ベースとの間には、上記回転機構におけるモータが設けられた径方向の位置に、モータベースの周方向への回転を規制する一方、径方向への位置ずれを許容する回り止め部が設けられていることを特徴とする内径測定装置。
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