JP3646063B2

JP3646063B2 - 技術的表面における小さな周期的うねりを検出および測定するための装置

Info

Publication number: JP3646063B2
Application number: JP2000576235A
Authority: JP
Inventors: バーウムガルト，ヨルグ; ラウ，ノルベルト; トルッケンブロッド，ホルスト
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: KR100420373B1; WO2000022377A1; BR9914394A; EP1119739A1; DE59906205D1; KR20010087364A; JP2003524760A; US6914683B1; EP1119739B1

Description

【０００１】
本発明は、例えばＵＳ−ＰＳ３８５０５２６から公知とみなされているような、技術的表面における周期的な小さなうねり（波形パターン）を検出および測定するための方法と装置に基づいている。本出願人は精密加工された被加工物の表面に約１．５ｍｍまでの周期長を有するここで対象となる種類の意図しないうねりを観測することができたが、ここで問題とする種類のうねりにおいてさらに大きな周期長が存在する可能性は排除できず、ここで「小さなうねり」とは、うねりピーク相互間隔が２ｍｍ以下のうねりを示すものに使用することとする。しかしながら、多くの場合周期長は明らかに１ｍｍ以下である。
【０００２】
ケーシング壁を軸が貫通する部分で確実に密封を行うためには、環状のラジアルパッキング・ワッシャを備えたシール・リングの他に軸側の対向軸受面の特性も考慮すべきである。この種の軸ジャーナルに円滑な表面を作るために、この円周方向に研磨、仕上げ旋削、円滑圧延、圧延、またはリーマ仕上げすることができる。メーカーは軸ジャーナルについて特定の粗面度の他に表面の捩れがないことも規定している。例えば研磨された表面に捩れがないことは、研磨構造が正確に円周方向に位置して、重なった規則的な波部分が現われていないことを意味する。それでも今日の大量生産では、技術的表面を確実に再現可能に捩れなしに製造することは問題があるのみならず、このような捩れがないことを確実に検出し、場合によっては捩れ構造を数量化することは、さらに困難をもたらすものである。
【０００３】
本出願人によるＤＥ１９７４０１４１Ａ１では、ここで対象とする捩れ構造またはうねりを検出し定量化を行うために、機械的に動作するスタイラスプロファイリング法（Ｔａｓｔｓｃｈｎｉｔｔ）を開示しており、これは、捩れ構造の実際上すべての重要パラメータに関する信頼できる定量的な情報を導く。この周知のスタイラスプロファイリング法は、うねりがわずかに現われ、及び／または強い確率的粗面成分と重なるときでも、この確率的粗面成分が表面データの自己相関に基づいて十分に排除されている場合には、有用な成果をもたらす。しかしながら、表面データを作り出すためのこの公知の方法は多くの時間を消費し、非常に綿密に実施しなければならない。したがって、この方法では技術的表面の製造を直ぐに監視することはできない。これに反して、この方法は他の捩れ測定法の検査のための基準方法として使用することができる。
【０００４】
本出願の優先日後に公開されたＤＥ１９８０９７９０Ａ１による出願人の先の出願では、調査対象表面の生データが表面の小さな切片の直接拡大図から得られる、非接触で光学的に行われる方法を記載している。この方法は一次光の種類として任意の光を使用して行われる。これによって照明された表面は、結像光学系によってすりガラス板または高い解像度のフォトダイオード配列上に結像される。この方法では、粗くて強く傾斜した捩れ構造を、画像データをさらに処理することなく視覚的画像の印象から直接検出することができる。それでも、この種の強く傾斜した捩れ構造は訓練された目により、すなわち単に傾斜した照明によって拡大鏡の助けによって検出可能である。ついでに言えば、このように粗いケースは実際にはほとんどなく、検出可能性に関して問題とはならない。しかしながら、僅かに現われているおよび／または僅かに傾斜した捩れ構造では、前記の方法によって複数の隣接する表面部分のデータレコードを作って、これらを位置の関数として結合して、単一の画像データレコードを形成しなければならず、予め各個別の画像データレコードはそれぞれラドン変換にかけられる。
【０００５】
本出願の優先日後に公開されたＤＥ１９８０９７９０Ａ１による前述の捩れ測定法はスタイラスプロファイリング法よりも迅速に動作するが、一方では測定装置のために被加工物の基準位置を正確に知らなければならず、および他方では測定器と被加工物を測定中に互いに絶対固定的に取り付けなければならないため、その限りではやはりまた確かな綿密さを必要とする。被加工物の軸と測定装置の既知の相対位置においては、多くの撮影を短い間隔で続けて行わなければならず、これもまた時間がかかり、綿密さを必要とする。その上に分析評価もその限りでは、個別の画像を均一の中間グレイ値分布に関して互いに適合させなければならないので、確かな綿密さと管理を必要とする。それでもこの公知の方法は波の間隔と基準方向に対する傾斜に関する情報を提供する。しかしながら、うねりの深さまたはその断面に関する情報は、この方法によって直接ではなく制限を伴ってのみしか得ることができない。この公知の方法は、試験室の中で限定された数だけ用意された被加工物に、表面の捩れが存在するかまたは存在しないかを、検出するのに使用することはできるが、製造過程に導入するにはあまり適さない。
当初に述べたＵＳ−ＰＳ３８５０５２６は、単色コヒーレント光（一次光）の光線で照射して、表面から戻される二次光中に周期的うねりの回折像を作る、仕上げ加工された被加工物表面における周期的うねりを検出するための方法と装置を示している。この場合、一次光は被加工物表面に対して大きな入射角で、予想される周期的うねりにほぼ垂直に被加工物表面に向けられ、回折像の輝度分布が評価される。関与する光線すなわち入射する一次光線および放出する二次光線のうち、ここでは１つが表面垂線に対して最大８０度の固定角度で保たれ、これに対して他の光線の光路または評価経路が比較的大きな角度範囲でミラーに反映した光線の周りに動くことができる。旋回可能な光線配置によって、最も強い回折順序が完全に捕捉され、その輝度プロファイルにおいて測定される。回折光の被加工物において測定された輝度分布をさまざまな粗さ規格で事前に得られた輝度分布と比較することによって、調査対象とする被加工物の表面粗度を得ることができる。このうち１つのみが測定対象となった研磨された表面に適用することはできず、この場合２つの異なる細かい形状構造が互いに重なり合い、周期的うねりの回折像は、確率的研磨構造の識別不能で有用な情報をもたらさない反射ノイズを有する。
ＵＳ−ＰＳ５１８９４９０は、一次光線が調査対象とする表面で反射され、反射した二次光線はこれによって表面の粗さ構造に特徴的な方式で分散される分散光方法を用いた規格粗さ測定を開示する。これらの原則的なさまざまな規格構成および／または適用においてさらに広がる分散光法では、周期的なうねり構造において回折は起らず、平行な加工跡配列に直交する一次光の配列も起らない。引用された書類によって開示される方法は先ず、見本から得られる分散光ローブの実際のパターンを多数の記憶された事前に知られたパターンで形成された基準パターンと比較することによって、間接的に調査対象の表面に関する定性的および定量的な有用な情報を提供する。
ＵＳ−ＰＳ３７８２８２７は、技術的表面の粗さ構造を決定するための全く同様な、分散光法によって動作する比較法を示している。この測定方法は、単にそれぞれの見本の分散光分布についての一定の実際のパターンを提供するのみである。多数の記憶された基準パターンによる類似比較によって、単に間接的に、調査された見本が既知の見本に似た表面トポグラフィを有するか否かの有用な情報に到達できるだけである。
【０００６】
本発明の目的は、測定を迅速に支えなしで再現可能な情報力で実施できるように、この種の概念による基礎的な方法及び対応する構成を、製造過程に適合できるように改良することである。特に、その目的は、被加工物と装置の間の正確な相対的整列がもはや必要とならず、それどころか、被加工物と装置が比較的不安定に操作される場合であっても、測定画像の十分な安定性が確保されるようにすることである。その際、その目的は、単一の測定で、周期的な表面うねりが「存在する」か「存在しない」という信頼性のある定性的情報を導くのみならず、場合によっては（対応する画像データ評価の場合）うねりの周期長および深さに関する定量的情報も提供することである。
【０００７】
この目的は、本発明により、請求項１に記載の特徴によって達成される。
【０００８】
本発明によれば、その長さ方向と垂直に大きな入射角すなわちほぼかすめて入射角で表面の波頭に当たる単色コヒーレント光によって、回折格子としての波形表面構造における回折を利用して回折像が形成され、これによって輝度分布が評価される。光の大きな入射角によって、確率的な研削構造から分散光の影響が回折画像中で十分に除去される。被加工物に対する測定装置が静止保持されている程度には関係なく、回折画像は安定静止している。さらに回折像の品質は、妥当な限界内において被加工物と測定装置との相対的整列には関係しない。分散光ローブにおける局所的輝度最高値の出現から、捩れ構造が存在していることを直ちに検出することができる。複数の最高値の間隔から（この場合さまざまな回折順序が問題となるが）波頭の間隔を導出することができる。この場合、輝度最高値の間隔は波頭間隔にほぼ逆比例し、すなわち非常に密な波頭が連続していると、分散光ローブの輝度分布において輝度最高値が広い間隔となり、これに対して、波頭間隔がより大きい場合には輝度最高値はより密に互いに並ぶ。さまざまな回折次数の輝度と周期長を評価することで、さらに波底の深さも導出される。これに反して、正確な周囲方向に対するうねりの角位置に関する情報を得ることは本発明では困難である。
【０００９】
本発明をさらに詳しく説明する前に、用語について注釈するべきであろう。一方では「一次光」および「二次光」が、他方では二次光線における「回折像」が繰返し述べられる。ここで用いられる「一次光」の概念は、調査対象の被加工物表面に照射される光、即ち入射する光に関するものである。「二次光」は、蛍光現象の光ではなく、被加工物から戻って、分散し、回折または反射する光に関するものである。さらに、「回折像」の概念を適用するにもかかわらず、この考えは、像を形成する方法または像を形成する装置がこの場合包含されることを意味するものではない。波状の表面構造によって一次光は回折され、二次光線においては回折に対応する輝度分布が生ずる。この回折の関連する輝度分布における特定の特性が「回折像」と考えられる。この輝度分布を評価するために結像レンズなどを用いて「回折像」を具象的に表示するのは、不必要であるのみならず、ほとんど不適当であるかもしれない。視覚的輝度評価には、すりガラス板上に「回折像」を直接捕捉するので十分である。
【００１０】
本発明の目的に適った実施形態は従属請求項から知ることができ、さらに本発明は図面を伴った実施例に則して以下に説明される。
【００１１】
図１と図２は、分散光法によって動作する、被加工物１１の表面１２における小さな周期的うねり２６（図４または図５）を検出するための携帯式装置１を示す。これは調査対象の被加工物表面１２上に確実に取り付けられる。一次光源から放射される光束（光波）は一定の方向で被加工物表面に向けられ、被加工物表面から戻る分散光ローブは測定装置の二次光表示器中で捕捉される。
【００１２】
携帯式装置を製造に適するようにして、これによって簡単な方法で迅速に支えなしで再現可能な情報力で小さな周期的うねりを検出するために、本発明によればこの装置は以下のようにして形成される。
【００１３】
すなわち、人間工学的に適した方法で形成された、軽い合成樹脂材料製のケーシングを備えた携帯式装置１は扱いが容易で、本発明による動作方式に基づいて手動でも操作することができ、それにもかかわらず安定した測定画像を提供する。携帯式装置中には一次光源としてコリメータレンズを組み込んだレーザダイオード６が組み込まれており、このレーザダイオード６は単色のコヒーレント一次光線７を放射する。基本的にＨｅ／Ｎｅレーザも一次光源として使用することができるかもしれないが、これはレーザダイオードのようにコンパクトではなく、提案する種類の携帯式装置用のものとしては、寸法の点で推奨できるものではない。低出力レーザ装置用の安全クラス（ＳｃｈｕｔｚＫｌａｓｓｅ）Ｉに対応する出力が上述の目的には十分である。携帯式装置には、平頭ねじ３によって閉鎖可能なバッテリー区画が組み込まれている。この中に収容された小型単電池が一次光のためのエネルギーを供給し、波形の溝が付けられた掴み面５のそばに握り易く配置されたスイッチ４によって必要に応じて一次光をオンおよびオフにすることができる。
【００１４】
携帯式装置１からの一次光線７の出口領域には、装置を調査対象被加工物表面１２上に取り付けるための取付け面２が装置ケーシングに備えられている。検査は程度の差はあるが強く曲げられた表面でも、また平らな表面でも実施しなければならないので、図示した実施例では取付け面は平らに形成されて小さな鋼板で補強され、出口窓を取り囲んでいる。この出口窓の領域では、偏向ミラー１４が、測定装置１を被加工物１１上に適正に取り付けたときに、このミラーが調査対象の被加工物表面１２上にほぼかすめるような入射で（入射角１６）当たるように、一次光線７の偏向を起こさせる。より厳密にいえば、一次光線７は一定の大きな入射角で調査対象の被加工物表面１２に当り、この入射角は（表面の垂線１３に対して測定して）約７５〜８８度好ましくは約８３±２度にすることができる。携帯式装置の取付け面２が平面形状であることにより、これを、被加工物表面上に取り付けた後に一次光線７に関して垂直軸の周りに装置を僅かに旋回することによって、被加工物表面１２の起こり得る予想される周期的うねり２６を少なくともほぼ横切るように整列させることができる。二次光の領域では、（偏向ミラーを除いて）光学的構成部品はなく、したがって例えば結像レンズまたは集束レンズなどは携帯式装置には設けられていない。二次光表示器は、一次光によって被加工物表面の波状構造により発生する回折像を直接捕らえる。被加工物表面において起こり得る周期的うねりを決定するために、回折像の輝度分布を評価する。
【００１５】
通常の円筒状被加工物表面の検知対象とするうねりは周囲方向に配列しているので、入射する一次光線の軸は、少なくとも近似的に円筒軸を包含する平面中になければならない。携帯式装置を比較的短い低く奥まった構成部分の面に軸方向に（図２）適正に取り付けることができるように、携帯式装置を出口窓の領域では省スペースになるように形成しなければならない。したがって一次光線７と二次光線８は、先の一次光線部分と後の二次光線部分が本質的に被加工物表面１２に直角に整列されるように曲げられる。この目的のために、出口窓の周囲において側方に、すなわち一次光線７が被加工物表面上に当たる個所から少し離れた所に、それぞれ一次光線用の小さな偏向ミラー１４と、二次光線用の別の小さな偏向ミラー１５とが配置されている。ケーシングの下部すなわち光線軸を構成部分１１の軸方向に見て特に短く形成できるように、図示した実施例では偏向ミラー１４、１５は、一方では一次光線偏向機構１４の前にある一次光線７の光線部分が、他方では二次光線偏向機構１５の後にある二次光線８の光線部分が、比較的小さな角度で互いに交叉するように配置されている。この光線配置によって、携帯式装置の前部分において特に省スペースの構成が達成できるのみならず、これによって必要な光線偏向の数も最小限に抑えることができ、これは光効率の損失が最小限に抑えられる他に費用と重量の面で有利であるのみならず、維持と調整の面でも利点をもたらす。
【００１６】
偏向ミラーの代わりに偏向プリズムをはめ込むこともできる。偏向プリズムを、場合によっては有利な方法で前述の補強板と結合し、出口窓を制限するために、１つのそれ自体安定した構造群を形成することもできる。
【００１７】
携帯式装置１では、二次光表示器はすりガラス板１０として設計され、これは回折像の輝度分布を直接見えるようにするので、これを視覚的に評価しさらに予備的に利用することができる。すりガラス板上で認識できる回折像の輝度分布は、被加工物の側および／または携帯式装置の側である程度の手ぶれがあっても、すりガラス板上では非常に安定している。妨害となる外光を遮断するために、すりガラス板は観測スロット９の底に深く配置されている。これは光検出器または携帯式装置のディジタルカメラに適合させるためにも利用することができる。
【００１８】
回折像を定量的に評価するためには、その中における輝度を測定しなければならない。このため、光検出器走査線または光検出器マトリックスを設ける。このような光検出器は図１および図２に図示した実施例では設けられていない。しかしながら、すりガラス板１０の代わりにこのような光検出器を設けることは考えられる。このために、例えばＣＣＤ走査線またはＣＣＤマトリックス、スペクトロメータ走査線またはスペクトロメータマトリックス、その他のフォトダイオード走査線またはフォトダイオードマトリックスなどを含む例とすることができる。しかしながら、この場合、二次光表示器中に、回折像の輝度分布を直接捕捉して認知することができるすりガラス板と、また回折像の輝度分布を位置の関数として測定できる前述の種類の光検出器との両方を配置することも好都合である。この際、二次光線の通過を一方ではすりガラス板に、他方では光検出器に、光線分割器によって同時にまたは折返しミラーによって次々に導いてもよい。光検出器によって測定された輝度をそばに配置されたコンピュータによって評価してもよい。測定値の評価および表示する他の可能な方法は、光検出器をディジタル信号プロセッサおよびＬＣＤ表示器と接続することである。最後に述べた変形例の利点は、追加のコンピュータなしで関連のデータ処理システムを含む測定装置をコンパクトに実現できることにある。
【００１９】
図３には、二次光を直接評価するもう１つの可能性が示され、これには携帯式装置が利用されている。ここでは、携帯式装置１は、支持器２１とテーブル１８上のスタンド２０とによって、被加工物１１用のはめ込みプリズム１９上方で安定的に保持されている。携帯式装置１の観測スロット９には（図１を参照）、アダプタ２２が安定的に設置され、これによってデイジタル作動のカメラ２３が携帯式装置に適合される。対物レンズの代わりにアダプタ２２を保持するディジタルカメラを、必要に応じて携帯式装置から上方に抜き取るか、または差し込むことができる。ディジタルカメラを差し込む場合、すりガラス板は外さなければならない。それから二次光をディジタルカメラのファインダで観察することができる。デイジタル作動のカメラの撮影技法によって、二次光線通過８の回折像の輝度分布をデータ処理可能な画像データレコードとして、カメラに組み込み可能で取り外し可能な専用のデータ記憶媒体に取り込んで、そこに格納することができる。
【００２０】
取り込まれた画像データは、さまざまな方法で製作現場から評価試験室へさらに送ることができ、ここから調査結果すなわち表面のうねり構造のパラメータ値を製作現場に返送することができる。画像データの伝送はデータ記憶媒体において、すなわち専用カメラデータ記憶媒体に、または（従来型のディスケットにダウンロードした後に）データ記憶媒体としてのこのようなディスケットによって行うことができる。しかし画像データは回線によるデータ遠隔伝送手段によっても評価試験室に伝送することができる。
【００２１】
次いで、図４、５によって拡大されて勾配を強調して示した表面構造を参照して、上述の装置による表面うねりの検出および場合によっては定量的決定の処理方法を以下に詳述する。被加工物１１（図４）または１１’（図５）の例えば円周方向に研磨した表面のマクロ構造は、この詳細図では、もはや連続平面として認識することはできない。
【００２２】
これに関連して、まず２つのここで適用されるトポグラフィ概念すなわち一方では重ね合った確率的微細構造という意味での「研磨構造」と、および他方では周期的「捩れ構造」または「うねり」を最初に説明すべきであろう。両概念は、ともに、表面の理想的マクロ形状からのミクロ偏差に関係しているが、両ミクロ構造はここで興味の対象となる判定基準に関して一方では両ミクロ構造が被加工物に出現する量または深さによって分けられる。他方では、両ミクロ構造は形式的および統計的観点から分けられる。周囲方向に正確に整列された細かい研磨構造２４（図４を参照）は比較的急な側面を有するが、ともかく断面形状ではかなり確率的に出現する。これに対して、観察された捩れ構造またはうねり２６は側面において本質的により平坦で、多少強くはっきりした周期形状成分を有する。一般的には、規則的うねりまたは捩れ構造２６に、うねりよりも急な側面とうねりよりも本質的に小さな深さ寸法を有する多くの小さな確率的凹凸から形成された研磨構造２４が重なっている。
【００２３】
図４によるプロファイルでは波２６は規則的で、つまり互いに周期的に配置されている。粗さプロファイルの高さを強く誇張した表示であるため、矢印で表示する投射方向１６はもはや正しい角度を示しておらず、すなわち平坦な入射一次投射８はうねりの谷底と光をそらせる側面にも正確に到達する。しかしながら、この面をかすめるような照射で、研磨構造または微細構造２４の急傾斜で切られた凹凸はほとんど影で覆われ（陰影ゾーン２５）、これらの凹凸は、戻される光にのみ非常に小さな実際に無視できる量の影響を与える。これに対して、本質的により平坦な捩れ構造２６は十分に照射される。これによって波形の捩れ構造において生ずる単色コヒーレント一次光の回折は、研磨構造２４における重なった回折よりも強く現われる。ゼロ次の回折次数は二次光線８の方向１７にあり、この方向は理想的なマクロ表面で直接反射する偏向方向に対応する。表面がうねりを有して回折が発生する場合には、ゼロ次の回折次数の隣に一定の間隔で一般的にさらにもう１つの第１次回折が回折像において知覚できる。
【００２４】
さまざまな波頭２７から出て段状の深さを持つ波先は互いに干渉し合い、二次光中に回折像を発生させ、これから少なくともゼロ次と第１次の回折像を輝度最大値として認識することができる。表面に周期的うねりが生じないときには、二次光中に回折像は形成されない。この場合にはまた２つの間隔を置いた輝度最大値も知覚できない。２つの区別できる輝度最大値の出現から、調査対象表面に「反射回折格子」すなわち一連の周期的うねりがあることを確実に導き出すことができる。
【００２５】
別の表面構造は二次光中に別の輝度分布を生ぜしめる。例えば、理想的な鏡のような表面は二次光線中にも一次光線の輝度分布を再現することになる。このような場合には、ただ１つの個別の明るいスポットが二次光中で知覚できるようになる。周期的うねりのない全く確率的に粗い表面では、比較的強く目立つ鏡面構造を有する一様の輝度分布が観察される。
【００２６】
この点、完全を期すためにさらに述べると、前記明るいスポットは円筒状表面１２の曲りの強さに応じて比較的軸方向にゆがんだ楕円形を示し、円筒の直径がより小さい場合には、楕円形の長軸はすりガラス板の対応する内法の幅よりも大きくなるので、明るいスポットは明るい筋として現われる。
【００２７】
図５と図６の両方の例では、本発明の方法によって規則的なうねりの周期長も導き出せることを次に説明する。図５に拡大して示した被加工物１１’の表面の組織は、周期長が非常に異なった２つの重なった周期的うねり、すなわち小さな周期長Ｌ_kを有する小さな波２６_kと大きな周期長Ｌ_gを有する大きな波２６_gとを示す。携帯式装置１によるこの表面の「観察」では、そのすりガラス板１０上に図６に示す画像が示される。２つの筋状に分解され、小さな波２６_kに起因する比較的大きな相互間隔ａ_kが認識できる。両輝度最大値の個々の筋は互いに比較的小さな間隔ａ_gを有し、この間隔は大きな波２６_gのうねりに起因する。
【００２８】
二次光の回折像内部の輝度最大値間隔とうねりの周期長Ｌとの間には、ほぼ逆比例の関係が成立つ。すなわち明るいスポットの間隔ａが小さいほど、うねりの周期長Ｌは大きく、その逆も言える。輝度最大値の間隔ａから、ａ≒ｆ／Ｌの関係を用いて周期長Ｌをすぐれた近似で決定することができる。ここに含まれる係数ｆは、周知の表面組織に基づいて先ず経験的に決定すべき装置定数である。一方の本発明による測定結果と、周期長を正確に求めることができるスタイラスプロファイリング法によって測定された他方の基準実験との比較によれば、例えば７０〜１１０μｍの周期長範囲で±５μｍの最大誤差が見込まれるという良好な一致が示された。
【００２９】
輝度最大値の間隔は、すりガラス板１０上で少なくともおおよその近似で直接測定することができる。例えば目盛りの付いたスケールを有するすりガラス板を使用して、それから輝度最大値の間隔を測定することができる。すりガラス板上のスケールをずらして移動することができる場合には、そのゼロ点を好ましくは最も明るい輝度最大値と一致させて、それから輝度最大値の間隔をスケールで読み取ることができる。輝度最大値の間隔をデイバイダで測定してこの量を定規に変換するか、またはキャリパの先端を用いて直接測定することも可能と思われる。しかしこれらの簡単な方法は予備的または暫定的な方法としてしか推奨できない。
【００３０】
二次光の視覚的評価を備えた携帯式装置１は、例えば捩れのある被加工物を分別して修正作業に戻すことができるように、完成した被加工物の手動及び遡及検査に適用される。これは、捩れのないジャーナル表面を作らなければならない製造ラインの検査者または管理者によって実施される。一般的には、視覚的かつ定量的なうねり自体の識別またはそれがないことを表示することで、捻りのない被加工物を選択するのには、十分であり、よって、この場合、出現するうねりのパラメータを定量化することは、さほど重要なことではない。
【００３１】
さらに上述したように、携帯式装置はいわば、確実に測定を実行することが可能で、自動的に計算操作も可能な「インテリジェント」光検出器を備えてもよい。このように装備された携帯式装置は、ディスプレイに少なくとも周期長Ｌおよび（組み込まれた計算ならびに計算能力が増加した場合には）検出されたうねりの深さＴも出力することができる。このような携帯式装置は、その手軽さを妨げることなく決定したパラメータ値を必要に応じて記憶することができるが、この種の携帯式装置は一般的に大量のデータを格納するためには考えられていない。
【００３２】
本発明によるうねり測定装置を、捩れのないジャーナル表面を製造しなければならない製造ラインの自動長期監視に使用することも考えられる。特に、連続的な使用のために意図されたうねり測定装置は、二次光を測定して計算ユニットを装備する必要がある。製造工程中に組み込まれたうねり測定装置によって測定される可能性のあるあらゆる生産データ又は誤差データは、例えば円周研磨の場合における被加工物の回転速度、研削ヘッドの回転速度、研削ヘッドの送り、仕上げ加工送り、最終仕上げ加工過程後の被加工物の個数といった他の製造工程データと関連して、生産データ記録装置または記憶装置によってこれらを時間順に収集して記憶し評価すべきであろう。多量のデータおよびうねりの有無の状況から、経験的な生産経験を得ることができ、クリティカルなパラメータの組合せを避けることができる。性能のよい連続データ記憶装置を用いたこのオンライン生産監視を機械に組み込んで、または直接の生産ラインから離れて静かな生産監視室で行うことができる。
【００３３】
うねりの検出の間、図７上図（ａ）に例示的に明暗を反転して示すように、二次光８のその断面全体にわたる輝度分布データは処理可能な画像データレコードに変換することができる。このデータレコードを、対応する予めプログラムされたコンピュータ中でまたは装置に組み込まれた「インテリジェント」光検出器中で輝度最大値Ｉ₁、Ｉ₂の出現に関して評価することができる。ここで、輝度最大値は二次光の構造的現象として大文字Ｉ₁、Ｉ₂が付けられている。これに反して、これらの最大値における輝度値は小文字ｉ₁、ｉ₂が付けられている。すべての回折順序が図７に示すように明確に認識可能な２つの輝度最大値、すなわちゼロ次数の回折次数の主最大値Ｉ₁および第１次の回折次数の副最大値Ｉ₂によって示されるのではなく、これらにはしばしば程度の差はあるが強い反射ノイズが重なってくるので、二次光の輝度分布の画像データを先ず自己相関にかけることが好都合である。特に目立たない捩れ構造にはほぼ同じ大きさの確率的粗さが重なり、したがってこの場合自己相関は特に重要である。自己相関関数は回折次数における輝度プロファイルの平滑化を示すので、最大値をうまく検出することができる。例えばゼロ次と１次の回折次数のスポットにおける自己相関関数の値から、この回折次数における輝度値ｉ₁、ｉ₂を決定することができる。図７は、回折像における平坦な輝度分布内の線ｂ−ｂ（図７の部分ａを参照）に沿ったこのような自己相関関数のプロファイルを示す。両最大値Ｉ₁、Ｉ₂の間隔ａ、または輝度最大値自体における自己相関関数のそれぞれの関数値ｉ₁、ｉ₂は、上記のように計算によって算出することができる。
【００３４】
すでに述べたように、算出された間隔ａから簡単な逆関係式によってうねりの周期長Ｌを計算することができる。しかし回折像は、被加工物表面の回折うねり構造から、その上波頭のみならず波底も共に回折像の発生に寄与することによって、深さに関する情報も提供する。例えば、互いに同じうねり周期長を有するが深さ自体は互いに異なっている２つの波状表面の回折像は異なるものとなる。主輝度と副輝度Ｉ₁、Ｉ₂の両輝度値ｉ₁、ｉ₂から、周期長を考慮して波頭２７間の波底の深さＴを導出することができる。この決定法は周期長の決定のように簡単なものではない。波底の深さＴを決定できるように、輝度値ｉ₁、ｉ₂から式ｋ＝ｉ₁×ｉ₂／（ｉ₁ ²＋ｉ₂ ²）によって規格補正変数ｋを計算することができる。この関係式は、偶然にもうねりの周期長Ｌに関して上述した近似的な逆関係式のように、本ケースで推奨される装置設計では、簡単に有効となるけれども、所定の理想化された単純化が適用される場合に、有効となる。補正変数ｋは極端に低い輝度ではゼロに近づく。第１次回折が明るいほど、そしてこれに従ってこの輝度が第ゼロ次回折の輝度に近づくほど、補正変数ｋは０．５の「飽和」値にさらに近づく。大部分の実際の場合は今述べた極限の間、すなわち図８の図表線における最大広がりの範囲にある。この補助値とすでに先に算出した周期長Ｌとを用いて、データレコードとしてコンピュータに格納されて計算に取り入れることのできる図８のグラフによって、波底の深さＴを算出することができる。
【００３５】
こうして得られた波の深さＴの結果をスタイラスプロファイリング法によって得られた値と比較したところ、非常に良好な相関が示された。それでも本発明によって決定された深さは研削された表面において基準値に対して一般にいくらか低く、より厳密にはスタイラスプロファイリング法による基準値のほぼ６２±５％程度である。この相異は、両方法の異なる帯域幅限界に帰するものである。スタイラスプロファイリング法は研削トポグラフィの詳細も拾い上げるけれども、この詳細はかすめて照射する場合、抑制される。直接比較が必要な場合には、本発明によって検出した深さ値に修正係数（研磨面では約１．６）を乗算する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】二次光の視覚的評価による周期的うねりに関する被加工物表面の本発明に基づく検査のための携帯式装置の斜視図である。
【図２】図１の携帯式装置の下半分を示す断面図である。
【図３】アダプタを介してディジタルカメラが装着され、支持部において被加工物受容器上部に保持された図１による携帯式装置を示す図である。
【図４】拡大して高さを誇張した被加工物表面のさらに拡大して誇張した小さな部分の断面図である。
【図５】異なる波長の２つの重なった周期的うねりがある、同じく拡大して高さを強調したもう１つの被加工物表面の小さな部分の断面図である。
【図６】図５による被加工物表面の観察の際に図１による携帯式装置によって得られる回折像を示す図である。
【図７】上の部分図（ａ）は回折像の平面明暗分布を明暗を反転して示した図であり、下の部分図（ｂ）はそれに対応し、部分図（ａ）における線ｂ−ｂに沿った輝度の変化を示す図である。
【図８】輝度値ｉ₁、ｉ₂から算出された補正変数ｋとうねりの周期長Ｌと波の深さＴを示す、波の深さＴの算出に使用される図である。

Claims

被加工物（１１）の円筒状の研磨された被加工物表面（１２）における小さな周期的うねり（２６）を検出する測定装置（１）において、
該装置（１）は、手動の操作で調査対象の被加工物表面（１２）に所定の方法で取り付けることができ、
該装置（１）は、単色コヒーレント一次光線（７）を一定の方向で被加工物表面（１２）に向ける一次光源（６）を有し、
該装置（１）は、さらに、被加工物表面（１２）から戻る分散光ローブ（８）を捕捉する二次光表示器を有し、
少なくとも装置（１）からの一次光線（７）の出口領域において、装置（１）を被加工物（１１）上に適正に取り付けた場合に８３±２°の範囲内の一定の角度で調査対象の被加工物表面（１２）上に当たるように、一次光線が向けられ（１６）、
該装置（１）は、それを被加工物表面（１２）上に取り付けた後に一次光線（７）に関して少なくとも被加工物表面（１２）の予想される周期的うねり（２６）にほぼ直角に整列可能であるように設計され、
二次光表示器は分散光ローブを直接にすなわち結合レンズを使用せず、うねり（２６）の回折像として捕捉し、こうして回折像中で輝度分布が評価可能であり、
装置（１）が被加工物表面（１２）上に取付けられる領域（２）に出口窓を含み、
出口窓の側部周囲に一次光線（７）および二次光線（８）のためのミラー（１４、１５）または偏向プリズムなどの光学的偏向エレメントが配置され、これによって光線（７、８）は場所をとらず曲げられ、一次光線偏向エレメント（１４）の前に位置する一次光線（７）の光線部分および二次光線偏向エレメント（１５）の後に位置する二次光線（８）の光線部分はほぼ被加工物表面（１２）に対して直角に整列される測定装置。
一方の一次光線偏向エレメント（１４）の前に位置する一次光線（７）の光線部分と他方の二次光線偏向エレメント（１５）の後に位置する二次光線（８）の光線部分とが互いに交叉するように、光学偏向エレメント（１４、１５）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
二次光表示器が、回折像の輝度分布を視覚的に見えるようにするすりガラス板（１０）として設計されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
二次光表示器が、回折像の輝度分布を測定する走査線状または二次元マトリックス状の多数の感光性センサとして設計されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
二次光表示器が、回折像の輝度分布を視覚的に見えるようにするすりガラス板（１０）としても、回折像の輝度分布を測定する走査線状または二次元マトリックス状の多数の感光性センサのマトリックスとしても設計され、二次光路は光線分割器または折返しミラーを介して得られることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
ディジタル作動式カメラ（２３）が適合され（２２）、これによって二次光路（８）の回折像の輝度分布が記録できることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。