JP3294985B2 - 表面の曲率測定装置 - Google Patents

表面の曲率測定装置

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JP3294985B2 JP02395396A JP2395396A JP3294985B2 JP 3294985 B2 JP3294985 B2 JP 3294985B2 JP 02395396 A JP02395396 A JP 02395396A JP 2395396 A JP2395396 A JP 2395396A JP 3294985 B2 JP3294985 B2 JP 3294985B2
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ロス マンニング ケビン
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ロウク マナー リサーチ リミテッド
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/255Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring radius of curvature

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも部分的
に反射性をもつ表面の曲率半径を測定する装置に関す
る。より詳しくは(これ以外を排除するものではな
い)、製造された製品または製造途中の製品の表面曲率
半径が仕様要求内にあるかどうかの簡単かつ正確な“記
述”(statement)を、それが仕様要求の曲率
半径からどれほどずれているかの指示と共に提示する装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】表面曲率半径測定を行う装置は既知であ
り、このことに関し、英国特許226521Bが背景情
報として注目される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、少な
くとも部分的に反射性をもつ表面の表面曲率半径を効率
よく測定する装置を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、少なく
とも部分的に反射性のある表面の曲率半径を測定装置に
して、互いに平行にして所定の距離離れた電磁放射の少
なくとも第1ビームと第2ビームとを生じさせる電磁放
射源と、該ビームを集束させる第1レンズ手段と、第1
レンズ手段と前記表面との間に位置されたビームスプリ
ッタと、ビームスプリッタと前記表面との間に位置され
た第2レンズ手段と、前記表面から反射された少なくと
も第1ビームと第2ビームとを、第2レンズ手段とビー
ムスプリッタとを介して受容するように配置された電磁
放射検出手段と、および前記測定値を検出器上における
反射ビームの位置に依存して計算するプロセス手段とを
し、さらに、ビーム分離装置が第2レンズ手段と前記
表面との間に位置され、ビームの分離を増加または減少
させるように構成されている装置が提供される
【0005】
【実施例】以下、本発明を理解するための参考例及び本
発明の実施例を付図を参照して説明する。図1の参考例
において、図示の装置は人手保持式であるが、例えば旋
盤台またはロボット腕に固定されてもよいことは理解さ
れよう。図1において、人手保持式装置は、レーザ形態
の第1と第2の電磁放射源2と4とを有する。レーザ
は、人−機械入力インタフェイス10を持つ制御器、プ
ロセッサ回路により制御されるレーザ駆動器6により駆
動される。レーザ2、4はそれぞれ電磁放射ビームを発
生し、該ビームは集束レンズ12とビームスプリッタ1
4とを通過する。ビームは互いに平行であり、所定の距
離離されている。ビームは、ビームスプリッタを通り、
ビームを測定すべき表面18へと向かわせる変換レンズ
16へ導かれる。曲率半径を測定する必要のある表面は
レンズであってよいが、反射性または部分的反射性のあ
る表面であれば良い。表面はビーム1、2を変換レンズ
に向け逆に反射させ、ビームはさらにビームスプリッタ
へ導かれ、検出器20の表面へ向けられる。これらビー
ムはX1、X2とする。検出器プロセッサ22は表面の
曲率半径を、反射されたビームX1、X2の検出器表面
上の位置と、2本のビームの間の表面18上の距離とに
基づいて計算するように構成されている。検出器プロセ
ッサ22は、制御器、プロセッサ回路8により制御され
る。
【0006】レーザは、可視範囲の波長を放射するダイ
オードレーザであり、従って、操作者に対し実際の測定
が何処で行われているかの表示を提供する。レーザは、
図1に示すような種々のレンズおよびプリズムを用い
て、測定すべき表面へと向けられるコリメートされたビ
ームを放射する。ビームは互いに平行であり、所定の距
離離されている。
【0007】使用される測定方法は非接触式であり、接
触機器である球面計を用いた方法に比較し、より正確で
あり得る。本実施例においては図1に示すように、2本
の平行ビーム1、2が所定の距離で間をおいて表面上に
入射している。ビーム戻りが検出器20に入射されたと
き、その位置が検出器プロセッサ22内の記憶装置に記
憶され、曲率半径を計算するために使用される。
【0008】図2に示す図式と、関連方程式(後述す
る)とが、2個の測定された角度と、ビーム間の距離
と、表面18の求められる曲率半径との間に簡単な関係
が存在することを示している。2本の入力ビームからの
戻りをそれぞれ区別するためには、検出器20内に位置
検知ダイオードを使用して、戻りが明確に同定され得る
だけ各ビームを別々に励起する必要がある。これを達成
する他の方法は、それぞれ偏光を用い、各偏光に対する
個別の検出器とを使用することである。ビームの間が広
い場合、本方法は球面に対してだけ正確であることに注
意すべきである。しかし、充分高いサンプリング頻度を
与えるようにビームが互いに近接している場合には、本
方法はどんな円滑な表面形状に対しても機能する。
【0009】図3に図1の装置を修正した多ビームの変
形態様が示されている。図3において、類似の要素は、
図1におけると同じ符号が付されており、その作用は同
じである。図1と図2との間の相違は、図1におけるレ
ーザ形態の電磁放射源2、4が、レーザとレーザ駆動器
26により駆動される不連続ビーム発生器24に置き換
えられていることである。不連続ビーム発生器は、全て
平行でありビーム間の距離がXである複数個のビーム、
ビーム1〜ビームN、を発生させる。ビームは集束レン
ズ12を通過し、次いで、図1に関連して説明したのと
全く同じ方法で処理される。
【0010】この場合探査ビームは、例えば走査鏡/プ
リズムと適切な光学装置、または、図3の不連続ビーム
発生器24内に置かれたLCD光シャッタを設けること
により表面を横断走査され、かくて、表面の形状を算定
するに必要な連続的または、可変のサンプル間隔を提供
している。
【0011】図4は、本発明の実施例を示すものであ
り、測定すべき表面18と変換レンズ16との間に位置
された追加の装置(すなわち、ビーム分離装置)28を
有する図1に類似の装置のブロック図である。同一要素
は図1におけると同じ符号を付されており、その作用も
同じである。ビーム分離装置28は、例えば付加光学装
置を変換レンズ16に取り付けることにより、ビームの
間の距離を増大または減少させることが出来る。ビーム
分離装置28は、種々の大きさのレンズの種々の曲率半
径を正確に決定することを可能にしている。
【0012】表面が機械加工される際、ユニットからの
出力が切削工具を制御し得るように、測定を実時間で実
施することが可能であり、従って、必要に応じて機械加
工を修正し、また、必要な曲率半径または形状が達成さ
れたときに機械を停止させる自動システムを提供するこ
とが出来る。図示のユニットは人手保持設計に対し特に
適しているが、測定に際しユニットを、例えば旋盤台に
固定したり、一時的に試験される表面近傍に固定するこ
とも可能である。
【0013】次の数学方程式のセットは、曲率半径r
が、所定距離x離れた2本の平行ビームに対して如何に
して決定され得るかを示している。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】
【数12】
【数13】
【数14】
【数15】
【数16】
【数17】
【数18】 ここで、 r=要求された曲率半径 y=上方半径法線(normal)からの垂直線と下方
半径との交点から下方半径法線までの距離 x=ビーム間距離 ∂x=xと下方半径法線との交点との間の余剰距離、 θ=表面法線の上方測定角 φ=表面法線の下方測定角 さらに、平坦表面からの表面高さを次式から導き出すこ
とも可能である。 Δh=ycosφ y=r−rcosθ/cosφ r=x/(sinθ−sinφ) 故に Δh=〔xcosφ/(sinθ−sinφ)〕(1−
cosθ/cosφ) ここで、 Δh=入射ビームの衝突点の間の高さ 各レーザに対し多様な波長を使用することにより、波長
フィルタを用いて各レーザを分離させ、また、各波長に
対して線型検出器を使用することが可能になる。この技
術を使用することにより、戻りビーム間の分解能を維持
しつつ、ビームを互いに非常に近接させる(xが小さ
い)ことが出来る。このことは、機械的に走査される測
定ユニットに有利であり、曲率半径の分解能が改良され
る。
【0014】上述したビームスプリッタは、例えば部分
反射性の鏡のようなビーム分離を生じさせる如何なる手
段をも包含し得ることは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】部分的に反射性の表面の曲率半径を測定する装
置のブロック図。
【図2】測定される角度と、ビーム1、ビーム2間の距
離との間の関係を示す。
【図3】図1の装置の多ビーム変形のブロック図。
【図4】ビーム分離装置を含む図1の装置を示す。
【符号の説明】
2、4 電磁放射源、レーザ 6 レーザ駆動器 8 制御器、プロセッサ回路 10 人−機械入力インタフェイス 12 集束レンズ 14 ビームスプリッタ 16 変換レンズ 18 表面 20 検出器 22 検出器プロセッサ 24 ビーム発生器 26 レーザ駆動器 28 付加装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/255 G01B 21/20 G01M 11/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも部分的に反射性のある表面の
    曲率半径を測定装置にて、互いに平行にして所定の距
    離離れた電磁放射の少なくとも第1ビームと第2ビーム
    とを生じさせる電磁放射源と、該ビームを集束させる第
    1レンズ手段と、第1レンズ手段と前記表面との間に位
    置されたビームスプリッタと、ビームスプリッタと前記
    表面との間に位置された第2レンズ手段と、前記表面か
    ら反射された少なくとも第1ビームと第2ビームとを、
    第2レンズ手段とビームスプリッタとを介して受容する
    ように配置された電磁放射検出手段と、および前記測定
    値を検出器上における反射ビームの位置に依存して計算
    するプロセス手段とを有する装置において、 ビーム分離装置が第2レンズ手段と前記表面との間に位
    置され、ビームの分離を増加または減少させるように構
    成されている ことを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、検出器
    と電磁放射源とを制御するため制御手段が設けられてい
    る装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の装置において、前記電
    源が第1レーザと第2レーザとを有し、前記制御手段が
    各レーザのレーザ駆動器を制御している装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の装置において、ビーム
    生成手段が第1レンズ手段を通る複数個のビームを生成
    している装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の装置において、ビーム
    が単一のレーザ源から生成されている装置。
  6. 【請求項6】 請求項4に記載の装置において、ビーム
    が複数個のレーザ源から生成されている装置。
  7. 【請求項7】 請求項1からのいずれか1項に記載の
    装置において、測定されるべき前記表面がレンズである
    装置。
  8. 【請求項8】 請求項1からのいずれか1項に記載の
    装置において、該装置が人手保持されている装置。
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GB95248837 1995-12-05
GB9524883A GB2297836B (en) 1995-02-11 1995-12-05 Improvements in or relating to surface curvature measurement
GB95027108 1995-12-05

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EP (1) EP0726446B1 (ja)
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AU (1) AU4225796A (ja)
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