JP5751514B2 - 球体の球径寸法測定方法及びその測定装置 - Google Patents
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Description
(1)コヒーレント光を用いて被測定球体の球径を測定する方法であって、被測定球体にコヒーレント光を照射することによって該被測定球体の影中の部分に生じる干渉縞と輝点部で構成されるアラゴスポットの前記輝点部の位置又は移動量を用いて、前記被測定球体の球径を測定する球体の球径寸法測定方法を提供する。
(2)被測定球体は板に接して転動又は係止され、前記被測定球体にコヒーレント光を照射することによって前記被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットの輝点部の位置が前記被測定球体の球径に応じて変位することを利用して、前記アラゴスポットの輝点部の移動量から前記被測定球体の球径を測定する前記(1)に記載の球体の球径寸法測定方法を提供する。
(3)前記アラゴスポットの輝点部の位置の移動量を電気信号に変換して、該電気信号として変換された移動量を用いて、あらかじめ測定して得られたアラゴスポットの輝点部の移動量と球体の球径との関係式から被測定球体の球径に換算することによって、前記被測定球体の球径を測定する前記(2)に記載の球体の球径寸法測定方法を提供する。
(4)前記被測定球体は板に2点で接して転動又は係止され、前記被測定球体に前記コヒーレント光を照射することによって前記被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットの輝点部の位置と前記コヒーレント光の焦点とを結ぶ線分と、前記被測定球体と前記板との接点から定まる2つの接平面どうしが交差する点と前記被測定球体が前記板に接する2点との間で形成される角度を二等分する半直線との交点から、幾何的に前記被測定球体の球径を測定する前記(1)に記載の球体の球径寸法測定方法を提供する。
(5)前記被測定球体は板に接して転動又は係止され、前記被測定球体に少なくとも2方向からコヒーレント光を照射することによって該被測定球体の影中の部分に生じる少なくとも2個のアラゴスポットの輝点部の位置と、前記コヒーレント光の焦点とをそれぞれ結んで得られる少なくとも2以上の線分の交点から、幾何的に前記被測定球体の球径を測定する前記(1)に記載の球体の球径寸法測定方法を提供する。
(6)前記アラゴスポットの輝点部の位置又は該アラゴスポットの輝点部の移動量は、前記アラゴスポットの輝点部の中心点又は該中心点の移動量として測定されることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載の球体の球径寸法測定方法を提供する。
(7)前記の被測定球体に照射されるコヒーレント光は、レーザによる発散ビーム光又は平行ビーム光であることを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれかに記載の球体の球径寸法測定方法を提供する。
(8)前記の被測定球体に照射されるコヒーレント光は、レンズ、反射鏡又はフィルターを介して形成されるレーザによる発散ビーム光又は平行ビーム光であることを特徴とする前記(7)に記載の球体の球径寸法測定方法を提供する。
(9)コヒーレント光を用いて被測定球体の球径を測定する装置であって、前記コヒーレント光の光源、前記コヒーレント光の進行方向に配置される被測定球体と、該被測定球体が接する板と、該被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットを受光する受光手段と、前記アラゴスポットの輝点部の位置又は前記アラゴスポットの輝点部の移動量に関する該受光手段からの出力信号を用いて前記被測定球体の球径を算出する演算処理装置とを備えたことを特徴とする球体の球径寸法測定装置を提供する。
(10)前記コヒーレント光の光源は、前記被測定球体が接する板が1枚であるときは2以上であることを特徴とする前記(9)に記載の球体の球径寸法測定装置を提供する。
(11)前記のアラゴスポットはスクリーン又は固体撮像素子を介して受光されることを特徴とする前記(9)又は(10)に記載の球体の球径寸法測定装置を提供する。
(12)前記受光手段からの出力信号は、前記アラゴスポットの輝点部の位置又は前記アラゴスポットの輝点部の移動量が電気的に変換されている信号であることを特徴とする前記(11)に記載の球体の球径寸法測定装置を提供する。
(13)前記コヒーレント光の光源は、平行ビーム光又は発散ビーム光を発光するレーザ光源、又は前記レーザ光源の発光側に設けたレンズ、反射鏡又はフィルターを介して平行ビーム光又は発散ビーム光を形成する光源であることを特徴とする前記(9)〜(12)のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置を提供する。
(14)前記コヒーレント光の通過する領域の周囲は、外乱の侵入を阻止するためのフードで覆われていることを特徴とする前記(9)〜(13)のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置を提供する。
(15)前記被測定球体は、板に接し、且つ該被測定球体の前方又は後方が光透過板若しくは光反射板に接して転動又は係止されていることを特徴とする前記(9)〜(14)のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置を提供する。
(16)前記コヒーレント光の光路上で、且つ前記被測定球体と前記受光手段との間に、アラゴスポットの輝点部の中心部分を拡大するための対物レンズを設けることを特徴とする前記(9)〜(15)のいずれかに記載の球径寸法測定装置を提供する。
(17)前記被測定球体が接する板は、前記被測定球体と接する側に電極を設けることによって、電気抵抗又は電気容量の変化から前記被測定球体との接触状態を判定する機能を有することを特徴とする前記(9)〜(16)のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置を提供する。
図8に、溝内で球体を移動させて測定する球体の球径寸法測定方法とその測定装置の概略を示す。板2と光透過板3はV字状の溝を構成し、被測定球体1はV字状の溝を回転しながら移動する。コヒ―レントな光源であるレーザ光発生装置5からの平行レーザ光6を移動中の被測定球体全体に照射する。被測定球体1の中心からレーザ光の進む向きに半直線7を引く。半直線7の延長上に固体撮像素子を用いたカメラ8を設置する。該カメラ8は被測定球体1の影中の明るい部分を測定するものである。該カメラ8の画像データの出力信号を、データ処理用の演算処理装置を有する画像処理装置9に取り込んで、明るい部分の中心点を計算する。あらかじめ求めておいた球径の異なる参照用鋼球での実験値に基づく実験式に代入して、補間計算によって被測定球体1の球径を計算する。
図9に、光反射板を用いて溝内で球体を移動させて測定する球体の球径寸法測定方法とその測定装置の概略を示す。コヒ―レントな光源であるレーザ光発生装置5からの平行レーザ光6を移動中の被測定球体全体に照射する。被測定球体1の中心からレーザ光の進む向きに半直線7を引く。半直線7の延長上に固体撮像素子を用いたカメラ8を設置する。該カメラ8は被測定球体1の影中の明るい部分を測定するものである。該カメラ8の画像データの出力信号を、データ処理用の演算処理装置を有する画像処理装置9に取り込んで、明るい部分の中心点を計算する。あらかじめ求めておいた球径の異なる参照用鋼球での実験値に基づく実験式に代入して、補間計算によって被測定球体1の球径を計算する。
図10に、発散レーザ光照射によって測定する球体の球径寸法測定方法とその測定装置の概略を示す。板2と光透過板3はV字状の溝を構成し、被測定球体1はV字状の溝を回転しながら移動する。コヒ―レントな光源であるレーザ光発生装置5からのレンズ4を通した発散レーザ光11を移動中の被測定球体全体に照射する。被測定球体1の中心からレーザ光の進む向きに半直線7を引く。半直線7の延長上に固体撮像素子を用いたカメラ8を設置する。該カメラ8は被測定球体1の影中の明るい部分を測定するものである。該カメラ8の画像データの出力信号を、データ処理用の演算処理装置を有する画像処理装置9に取り込んで、明るい部分の中心点を計算する。あらかじめ求めておいた球径の異なる参照用鋼球での実験値に基づく実験式に代入して、補間計算によって被測定球体1の球径を計算する。
ベアリング用鋼球の球径を、図2に示す方法によって幾何的に測定した。コヒ―レントな光源としてHe−Neレーザ光発生装置からの平行レーザ光をレンズによって変換した発散レーザ光を用いた。コヒ―レント光の焦点Fと板2までの距離、コヒ―レント光の焦点Fから光透過板3までの距離および光透過板3と固体撮像素子までの距離をそれぞれ0.5cm、32cmおよび32cmに設定して、これらの位置関係が測定中に変わらないように強固に固定した。参照用鋼球を係止させた状態でアラゴスポットの輝点部の位置P1を測定した後で、被測定球体であるベアリング用鋼球を係止させた状態でアラゴスポットの輝点部の位置P2を測定した。それらの位置データに基づいて幾何的な計算手順によって被測定球体の中心C2を求め、これより該被測定球体の球径を求めた。このようにして被測定球体であるベアリング用鋼球の10個について測定した球径を、公称値(呼び直径)と個別に比較した結果、誤差は最大で2.8μmで、実施の形態3における誤差とほぼ同じ大きさであった。
図11に、光路周りにフード10を設けて測定する球体の球径寸法測定方法とその測定装置の概略を示す。板2と光透過板3はV字状の溝を構成し、被測定球体1はV字状の溝を回転しながら移動する。コヒ―レントな光源であるレーザ光発生装置5からの平行レーザ光6を移動中の被測定球体全体に照射する。被測定球体1の中心からレーザ光の進む向きに半直線7を引く。半直線7の延長上に固体撮像素子を用いたカメラ8を設置する。該カメラ8は被測定球体1の影中の明るい部分を測定するものである。該カメラ8の画像データの出力信号を、データ処理用の演算処理装置を有する画像処理装置9に取り込んで、明るい部分の中心点を計算する。あらかじめ求めておいた球径の異なる参照用鋼球での実験値に基づく実験式に代入して、補間計算によって被測定球体1の球径を計算する。
図12に、対物レンズと発散ビーム光照射によって測定する球体の球径寸法測定方法とその装置の概略を示す。図12に示す測定系は、被測定球体1と固体撮像素子を用いたカメラ8との間に対物レンズ14を設ける以外は、図10に示すものと同じである。図12において、板2と光透過板3はV字状の溝を構成する。コヒ―レントな光源であるレーザ光発生装置5からのレンズ4を通した発散レーザ光11を溝中で係止させた被測定球体全体に照射する。被測定球体1の中心からレーザ光の進む向きに半直線7を引く。半直線7の延長上に、対物レンズ14を介して、固体撮像素子を用いたカメラ8を設置する。該カメラ8は被測定球体1の影中の明るい部分を測定するものである。該カメラ8の画像データの出力信号を、データ処理用の演算処理装置を有する画像処理装置9に取り込んで、明るい部分の中心点を計算する。あらかじめ求めておいた球径の異なる参照用鋼球での実験値に基づく実験式に代入して、補間計算によって被測定球体1の球径を計算する。
Claims (17)
- コヒーレント光を用いて被測定球体の球径を測定する方法であって、被測定球体にコヒーレント光を照射することによって該被測定球体の影中の部分に生じる干渉縞と輝点部で構成されるアラゴスポットの前記輝点部の位置又は移動量を用いて、前記被測定球体の球径を測定する球体の球径寸法測定方法。
- 被測定球体は板に接して転動又は係止され、前記被測定球体にコヒーレント光を照射することによって前記被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットの輝点部の位置が前記被測定球体の球径に応じて変位することを利用して、前記アラゴスポットの輝点部の移動量から前記被測定球体の球径を測定する請求項1に記載の球体の球径寸法測定方法。
- 前記アラゴスポットの輝点部の位置の移動量を電気信号に変換して、該電気信号として変換された移動量を用いて、あらかじめ測定して得られたアラゴスポットの輝点部の移動量と球体の球径との関係式から被測定球体の球径に換算することによって、前記被測定球体の球径を測定する請求項2に記載の球体の球径寸法測定方法。
- 前記被測定球体は板に2点で接して転動又は係止され、前記被測定球体に前記コヒーレント光を照射することによって前記被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットの輝点部の位置と前記コヒーレント光の焦点とを結ぶ線分と、前記被測定球体と前記板との接点から定まる2つの接平面どうしが交差する点と前記被測定球体が前記板に接する2点との間で形成される角度を二等分する半直線との交点から、幾何的に前記被測定球体の球径を測定する請求項1に記載の球体の球径寸法測定方法。
- 前記被測定球体は板に接して転動又は係止され、前記被測定球体に少なくとも2方向からコヒーレント光を照射することによって該被測定球体の影中の部分に生じる少なくとも2個のアラゴスポットの輝点部の位置と、前記コヒーレント光の焦点とをそれぞれ結んで得られる少なくとも2以上の線分の交点から、幾何的に前記被測定球体の球径を測定する請求項1に記載の球体の球径寸法測定方法。
- 前記アラゴスポットの輝点部の位置又は該アラゴスポットの輝点部の移動量は、前記アラゴスポットの輝点部の中心点又は該中心点の移動量として測定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の球体の球径寸法測定方法。
- 前記の被測定球体に照射されるコヒーレント光は、レーザによる発散ビーム光又は平行ビーム光であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の球体の球径寸法測定方法。
- 前記の被測定球体に照射されるコヒーレント光は、レンズ、反射鏡又はフィルターを介して形成されるレーザによる発散ビーム光又は平行ビーム光であることを特徴とする請求項7に記載の球体の球径寸法測定方法。
- コヒーレント光を用いて被測定球体の球径を測定する装置であって、前記コヒーレント光の光源、前記コヒーレント光の進行方向に配置される被測定球体と、該被測定球体が接する板と、該被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットを受光する受光手段と、前記アラゴスポットの輝点部の位置又は前記アラゴスポットの輝点部の移動量に関する該受光手段からの出力信号を用いて前記被測定球体の球径を算出する演算処理装置とを備えたことを特徴とする球体の球径寸法測定装置。
- 前記コヒーレント光の光源は、前記被測定球体が接する板が1枚であるときは2以上であることを特徴とする請求項9に記載の球体の球径寸法測定装置。
- 前記のアラゴスポットはスクリーン又は固体撮像素子を介して受光されることを特徴とする請求項9又は10に記載の球体の球径寸法測定装置。
- 前記受光手段からの出力信号は、前記アラゴスポットの輝点部の位置又は前記アラゴスポットの輝点部の移動量が電気的に変換されている信号であることを特徴とする請求項11に記載の球体の球径寸法測定装置。
- 前記コヒーレント光の光源は、平行ビーム光又は発散ビーム光を発光するレーザ光源、又は前記レーザ光源の発光側に設けたレンズ、反射鏡又はフィルターを介して平行ビーム光又は発散ビーム光を形成する光源であることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。
- 前記コヒーレント光の通過する領域の周囲は、外乱の侵入を阻止するためのフードで覆われていることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。
- 前記被測定球体は、板に接し、且つ該被測定球体の前方又は後方が光透過板若しくは光反射板に接して転動又は係止されていることを特徴とする請求項9〜14のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。
- 前記コヒーレント光の光路上で、且つ前記被測定球体と前記受光手段との間に、アラゴスポットの輝点部の中心部分を拡大するための対物レンズを設けることを特徴とする請求項9〜15のいずれかに記載の球径寸法測定装置。
- 前記被測定球体が接する板は、前記被測定球体と接する側に電極を設けることによって、電気抵抗又は電気容量の変化から前記被測定球体との接触状態を判定する機能を有することを特徴とする請求項9〜16のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。
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