JP6940746B2

JP6940746B2 - 検出器及び表面粗さ測定機

Info

Publication number: JP6940746B2
Application number: JP2017067710A
Authority: JP
Inventors: 裕紀谷山
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018169325A

Description

本発明は検出器及び表面粗さ測定機に係り、特に目視しにくい測定箇所を測定する技術に関する。

測定対象物の表面粗さを測定するため、測定子の先端の触針を微小な接触圧で測定対象物の表面に接触させ、測定対象物に対して触針を移動させて触針の変位を検出する表面粗さ測定機が知られている。

このような測定機において、小さい穴の内部を測定する場合には、穴内部が暗いため、測定子を挿入した際に測定箇所付近が見えにくい。したがって、触針を測定対象物の表面に接触させる際に、触針を破損することがあった。

このような課題に対し、特許文献１には、穴の内側表面を測定する際に、接触部分を見やすくして設定動作の操作性を向上する装置が記載されている。

実開平５−７１７０４号公報

特許文献１に記載の装置は、触針の接触部分が必ずしも十分に見やすいとは言えなかった。このため、オペレータの操作性が悪かった。

また、表面粗さ測定機の測定台上に設置するカメラ及び照明システムは存在するが、表面粗さ測定機とは別置きのため、穴の中を見たり、照らしたりすることはできなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、視認性及び操作性を向上させた検出器及び表面粗さ測定機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために検出器の一の態様は、測定対象物の測定面に接触させる触針を先端に有する測定子と、測定子を回転支点によって揺動自在に保持する保持部と、測定子の変位を検出するセンサと、保持部及びセンサを収納し、端部から測定子が延出する本体部と、第１入射端から入射した照明光を伝送し、本体部の端部に配置された第１射出端から照明光を射出する照明用光ファイバと、本体部の端部に配置された第２入射端から入射した被写体光を伝送し、第２射出端から被写体光を射出する画像伝送用光ファイバと、を備えた。

本態様によれば、照明用光ファイバの第１入射端から入射した照明光を、本体部の端部に配置された第１射出端から射出するようにしたので、小さな穴内部等の測定対象物を測定する場合であっても、触針の接触部分を明るく照らすことができ、視認性を向上させることができる。また、本体部の端部に配置された画像伝送用光ファイバの第２入射端から入射した被写体光を第２射出端から射出するようにしたので、被写体光を観察することができ、視認性及び操作性を向上させることができる。

照明用光ファイバの第１入射端に照明光を入射する照明光源を備えることが好ましい。これにより、第１射出端から照明光を適切に射出することができる。

画像伝送用光ファイバの第２射出端に被写体光の像を画像信号に変換する撮像部を備えることが好ましい。これにより、被写体光を適切に観察することができる。

撮像部によって変換された画像信号に基づく画像をリアルタイムで表示する表示部を備えることが好ましい。これにより、画像をリアルタイムで観察することができる。

照明用光ファイバ及び画像伝送用光ファイバは、本体部の内部において一体に構成されることが好ましい。これにより、本体部の内部において省スペース化を図ることができる。

本体部の端部には、測定子が延出する開口部が設けられ、照明用光ファイバの第１射出端及び画像伝送用光ファイバの第２入射端は、開口部に配置されることが好ましい。これにより、照明用光ファイバの第１射出端と画像伝送用光ファイバの第２入射端とを本体部の端部に適切に配置することができる。

照明用光ファイバの第１射出端及び画像伝送用光ファイバの第２入射端は、測定子の触針と対向する位置に配置されることが好ましい。これにより、照明光の照射及び被写体の撮像を適切に行うことができる。

照明用光ファイバ及び画像伝送用光ファイバは、本体部の内部を挿通され、本体部の端部の反対側の端部から延出することが好ましい。これにより、照明光源及び撮像部が後付可能となり、オプションとして運用することができる。

画像伝送用光ファイバの第２入射端に被写体光を結像する対物レンズと、画像伝送用光ファイバの第２射出端に結像された被写体光の像を拡大する接眼レンズと、を備えることが好ましい。これにより、被写体の観察を適切に行うことができる。

上記目的を達成するために表面粗さ測定機の一の態様は、測定対象物の測定面に接触させる触針を先端に有する測定子と、測定子を回転支点によって揺動自在に保持する保持部と、測定子の変位を検出するセンサと、保持部及びセンサを収納し、端部から測定子が延出する本体部と、第１入射端から入射した照明光を伝送し、本体部の端部に配置された第１射出端から照明光を射出する照明用光ファイバと、本体部の端部に配置された第２入射端から入射した被写体光を伝送し、第２射出端から被写体光を射出する画像伝送用光ファイバと、を備えた検出器と、測定対象物の測定面に触針を接触させ、測定対象物と触針とを相対的に移動させる相対移動部と、検出器の検出結果に基づいて測定対象物の測定面の表面粗さを測定する測定部と、を備えた。

本態様によれば、本体部の端部に配置された照明用光ファイバの第１射出端から照明光を射出するようにしたので、小さな穴内部等の測定対象物を測定する場合であっても、触針の接触部分を明るく照らすことができ、視認性を向上させることができる。また、本体部の端部に配置された画像伝送用光ファイバの第２入射端から被写体光を入射させ、被写体光を撮像部に伝送し、撮像部によって変換された画像信号に基づく画像を表示部にリアルタイムで表示するようにしたので、視認性及び操作性を向上させることができる。

本発明によれば、視認性及び操作性を向上させることができる。

表面粗さ測定機の正面図検出器の構成を示す模式図検出器をケースの第１端部側から見た図ファイバスコープ及び拡大表示部の構成を示す模式図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。

〔表面粗さ測定機の構成〕
図１は、本実施形態に係る表面粗さ測定機の正面図である。図１に示すように、表面粗さ測定機１００は、ベース１０１に立設されたコラム１０２に水平送り装置１０３が設けられ、触針１２を有し触針１２の鉛直上下方向（Ｚ方向）の変位を検出する検出器１０が、水平送り装置１０３（相対移動部の一例）に水平左右方向（Ｘ方向）に移動自在に設けられている。水平送り装置１０３には検出器１０のＸ方向の移動量を検出するスケールが内蔵されている。

ベース１０１に載置された測定対象物であるワークＷの測定位置に触針１２を当接させた状態で検出器１０をＸ方向に移動（相対的に移動の一例）させると、触針１２のＺ方向の変位が検出器１０で検出され、同時に検出器１０のＸ方向の移動量が水平送り装置１０３のスケールで検出される。これにより、ワークＷの測定面の表面粗さが測定される。図１では、ワークＷは断面を示しており、ワークＷの横穴の表面粗さを測定する様子を示している。この横穴は内部が暗いため、オペレータが内部を直接目視することができない。

また、表面粗さ測定機１００は、触針１２付近の様子を拡大して表示する拡大表示部９０を備えている。オペレータは、拡大表示部９０により、外部から小さな穴内部等の測定対象物を観察することができ、測定箇所付近の異物の有無の状況等を確認することができる。

〔検出器の構成〕
図２は、検出器１０及び拡大表示部９０の構成を示す模式図である。図２に示すように、検出器１０は、触針１２、測定子１４、回転支点１８、変位センサ２０、信号ケーブル２２、ケース２４、及びファイバスコープ２６等を備えて構成される。また、拡大表示部９０は、照明装置光源３２、カメラ３６、及びモニタ４０等を備えて構成される。

ケース２４（本体部の一例）は、Ｘ方向に延びる円柱形状を有し、Ｘ方向の両端にそれぞれ第１端部２４Ａ及び第２端部２４Ｂを有し、内部が空洞に構成される。また、第１端部２４Ａには、円形の開口部２４Ｃが設けられている。

触針１２は測定子１４の先端に取り付けられており、触針１２の軸方向と測定子１４の軸方向とが直交している。ここでは、触針１２は、図中下向きに配置されている。

測定子１４は、ケース２４の内部において保持部１６によって保持され、ケース２４の第１端部２４Ａ（端部の一例）の開口部２４Ｃから触針１２側が延出される。

回転支点１８は、ＸＺ平面に直交するＹ方向に平行な回転軸である。保持部１６は、回転支点１８によりＸＺ平面内を回動自在（揺動自在）に支持されている。これにより、測定子１４は、ＸＺ平面内を回動する。

測定子１４は、不図示の付勢部材により図中下向きに付勢され、触針１２に所望の測定力が付与される。

変位センサ２０は、測定子１４の変位を検出することで、触針１２のＺ方向の変位を検出する。ここでは、変位センサ２０として差動トランスが使用される。

保持部１６、回転支点１８、及び変位センサ２０は、ケース２４の内部に収納される。

信号ケーブル２２は、ケース２４の第２端部２４Ｂに取り付けられる。変位センサ２０の検出結果は、信号ケーブル２２を介して不図示の信号処理部に転送される。信号処理部（測定部の一例）は、変位センサ２０の検出結果に基づいてワークＷ（図１参照）の表面粗さを測定する。

ファイバスコープ２６は、先端２６Ａがケース２４の第１端部２４Ａの開口部２４Ｃに配置される。図３（ａ）は、検出器１０をケース２４の第１端部２４Ａ側から見た図であり、触針１２を二点鎖線で示している。図３（ａ）に示すように、ファイバスコープ２６の先端２６Ａは、触針１２と対向する位置に配置される。

図２の説明に戻り、ファイバスコープ２６は、測定子１４、保持部１６、回転支点１８、及び変位センサ２０との接触を避けてケース２４の内部を挿通され、ケース２４の第２端部２４Ｂから延出する。ここでは、ケース２４の図中下側の内側表面に沿って挿通されている。

ファイバスコープ２６は、照明装置用ライトガイドケーブル２８及び画像伝送用ライトガイドケーブル３０が一体化されている。第２端部２４Ｂから延出したファイバスコープ２６は、照明装置用ライトガイドケーブル２８及び画像伝送用ライトガイドケーブル３０に分離される。

照明装置用ライトガイドケーブル２８（照明用光ファイバの一例）及び画像伝送用ライトガイドケーブル３０（画像伝送用光ファイバの一例）は、ともに光ファイバで構成され、拡大表示部９０に接続される。照明装置用ライトガイドケーブル２８は、ライトガイドコネクタ４４を介して照明装置光源３２に接続される。また、画像伝送用ライトガイドケーブル３０は、Ｃマウントアダプタ３４を介してカメラ３６に接続される。

照明装置光源３２は、照明装置用ライトガイドケーブル２８に照明光を入射する。

カメラ３６（撮像部の一例）は、画像伝送用ライトガイドケーブル３０から射出された光像から画像信号を生成する。カメラ３６から出力された画像信号は、接続ケーブル３８を介してモニタ４０に転送され、モニタ４０に表示される。カメラ３６とモニタ４０との接続は、無線通信を用いてもよい。

なお、ケース２４は、円柱形状に限定されず、図３（ｂ）に示すように、Ｘ方向に延びる四角柱形状であってもよい。また、図３（ｃ）に示すように、第１端部２４Ａの開口部２４Ｃが矩形であってもよい。さらに、図３（ｄ）に示すように、ファイバスコープ２６の先端２６Ａは、開口部２４ＣのＺ方向の中心からずらして配置してもよい。

〔ファイバスコープ及び拡大表示部の構成〕
図４は、ファイバスコープ２６及び拡大表示部９０の構成を示す模式図である。

ファイバスコープ２６は、被覆部材である軟性部４２によって、照明装置用ライトガイドケーブル２８及び画像伝送用ライトガイドケーブル３０が一体に構成されて被覆されている。これにより、ケース２４の内部において省スペース化を図ることができる。なお、照明装置用ライトガイドケーブル２８及び画像伝送用ライトガイドケーブル３０は、同軸に構成されていてもよい。同軸に構成する場合は、照明装置用ライトガイドケーブル２８及び画像伝送用ライトガイドケーブル３０のうちのいずれか一方のケーブルを内側に、他方を内側のケーブルの周囲に配置する。

軟性部４２としては、柔軟性を有する樹脂が用いられる。ファイバスコープ２６は、軟性部４２を適宜曲げた状態でケース２４の内部を挿通される。

照明装置用ライトガイドケーブル２８は、一方の端面２８Ａ（第１射出端の一例）がファイバスコープ２６の先端２６Ａ側に、他方の端面２８Ｂが照明装置光源３２側に配置される。

照明装置光源３２は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）４６及び凹面ミラー４８を備える。

白色ＬＥＤ４６（照明光源の一例）は、凹面ミラー４８の凹部に配置される。白色ＬＥＤ４６から射出した光は、凹面ミラーにより照明装置用ライトガイドケーブル２８の端面２８Ｂ（第１入射端の一例）に集光される。端面２８Ｂに集光された光は、端面２８Ｂから照明装置用ライトガイドケーブル２８に入射される。照明装置用ライトガイドケーブル２８は、端面２８Ｂから入射した光を伝送し、ファイバスコープ２６の先端２６Ａに配置された端面２８Ａから射出する。

このように、照明装置光源３２から射出された照明光は、照明装置用ライトガイドケーブル２８を介して、ファイバスコープ２６の先端２６Ａから射出される。この照明光は、触針１２の先端付近及びワークＷの測定箇所付近を明るく照らす。

また、画像伝送用ライトガイドケーブル３０は、一方の端面３０Ａがファイバスコープ２６の先端２６Ａ側に、他方の端面３０Ｂがカメラ３６側に配置される。端面３０Ａに対向する位置には、入射した光を端面３０Ａに結像する対物レンズ５０が配置される。対物レンズ５０には、触針１２の先端付近及びワークＷの測定箇所付近の反射光が被写体光として入射する。対物レンズ５０の視野角は、ここでは一例として５８°である。

図３（ｄ）に示すように、先端２６Ａが開口部２４ＣのＺ方向の中心からずらして配置された場合であっても、触針１２が対物レンズ５０の視野に入ればよい。

画像伝送用ライトガイドケーブル３０は、端面３０Ａ（第２入射端の一例）から入射した光を伝送し、端面３０Ｂ（第２射出端の一例）から射出する。

端面３０Ｂの対向する位置には、対物レンズ５０によって結像された光の像を拡大する接眼レンズ５２が配置される。

このように、対物レンズ５０によって結像され、端面３０Ａから入射した光は、画像伝送用ライトガイドケーブル３０を介して、端面３０Ｂから射出され、接眼レンズ５２によって拡大される。

接眼レンズ５２によって拡大された光像は、カメラ３６に入射する。

カメラ３６は、結像レンズ５４及び撮像素子５６を有する。撮像素子５６は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等が用いられる。カメラ３６に入射した光像は、結像レンズ５４により結像され、撮像素子５６に入力される。撮像素子５６は、入力された光像を電気信号に変換し、画像信号を生成する。

カメラ３６において生成された画像信号は、接続ケーブル３８を介してモニタ４０に転送され、モニタ４０に表示される。

〔検出器の運用例〕
検出器１０によって、図１に示したワークＷの横穴の表面粗さを測定する場合の手順について説明する。

まず、モニタ４０に表示された画像を見ながら、測定対象（挿入対象）の穴位置を確認し、測定子１４を挿入する位置の調整を行う。

次に、モニタ４０に表示された画像を見ながら、測定子１４を穴に挿入する。

続いて、照明装置用ライトガイドケーブル２８の端面２８Ａから照射される照明光によって穴の内部を照らし、モニタ４０に表示された画像を確認し、測定箇所に異常等が無いことを確認する。

異常等が無いことを確認したら、触針１２をワークＷの測定面に接触させ、測定を開始する。

〔検出器の作用〕
以上のように構成された検出器１０によれば、拡大表示部９０の照明装置光源３２の白色ＬＥＤ４６が射出した照明光が照明装置用ライトガイドケーブル２８の端面２８Ａ（ファイバスコープ２６の先端２６Ａ）から射出され、触針１２の先端付近及びワークＷの測定箇所付近を照射する。これにより、小さな穴内部等の測定対象物を測定する場合であっても、視認性を向上させることができる。

ここで、対物レンズ５０には、触針１２の先端付近及びワークＷの測定箇所付近の反射光が被写体光として入射する。この被写体光は、ファイバスコープ２６の先端２６Ａから対物レンズ５０に入射する。対物レンズ５０は、入射した光を画像伝送用ライトガイドケーブル３０の端面３０Ａに結像させ、入射させる。画像伝送用ライトガイドケーブル３０は、端面３０Ａから入射した光を伝送し、端面３０Ｂから射出する。端面３０Ｂから射出した光は、接眼レンズ５２を介してカメラ３６に入射する。

カメラ３６に入射された光は、結像レンズ５４によって結像され、撮像素子５６に入射する。撮像素子５６は、入射した光に基づく画像信号を生成する。この画像信号は、モニタ４０に転送され、モニタ４０に表示される。モニタ４０には、接眼レンズ５２から入力された触針１２の先端付近及びワークＷの測定箇所付近の光像がリアルタイムで表示される。また、モニタ４０に拡大表示することも可能である。なお、ここでいう拡大表示とは、撮影対象の実際の大きさよりも大きく表示されることを意味する。したがって、触針１２をワークＷに接触させる際の視認性及び操作性が向上する。

このように、拡大表示部９０を接続した検出器１０によれば、触針１２を明るく照らし、モニタ４０に触針１２をリアルタイムに表示することができる。したがって、モニタ４０に表示された画像を見ながらの操作が可能となる。

これにより、測定箇所の傷、汚れ、及び異物の有無等の異常を測定前に確認できるので、異常があった場合に測定を回避し、触針１２の汚損を回避することができる。また、測定前に触針１２の破損を確認することもできるので、不要な測定のやり直しを防止することができる。さらに、測定箇所の位置決め精度を向上させることで、所望の測定箇所を容易に測定することができる。

なお、カメラ３６の不図示の操作部により、画像信号に切り出し処理及び拡大処理を行い、その画像をモニタ４０に表示することで、電子ズーム機能を実現することも可能である。拡大処理の際に、補間処理を施してもよい。

また、拡大表示部９０の照明装置光源３２及びカメラ３６は、オプションとして運用可能なように、検出器１０に対して着脱可能に外付けする構成としている。このため、ファイバスコープ２６は、ケース２４の第２端部２４Ｂ（本体部の端部の反対側の端部の一例）から延出する構成としている。

これにより、検出器１０の購入後、照明装置光源３２及びカメラ３６を後付けすることが可能となる。これにより、装置全体のサイズ及び重量が大きくなることを防止することができる。さらにコネクトロッド等によるエクステンドにも対応可能となる。

また、照明装置光源３２は熱源となるため、高い精度が要求される測定の際には測定結果に影響を及ぼす可能性がある。したがって、このような測定を行う場合に、照明装置光源３２を取り外して高精度に測定することが可能となる。

なお、図１に示す場合において、ワークＷの横穴の上面の表面粗さを測定する場合は、検出器１０を上下反転（Ｘ方向を軸として１８０°回転）させて、触針１２を図中上向きにすればよい。同様に、ワークＷの横穴の側面の表面粗さを測定する場合は、触針１２が測定面に接触するように、検出器１０を傾ければよい。

このように、測定対象に応じて検出器１０の向きを変更することで、常に触針１２の先端付近及びワークＷの測定箇所付近を照射し、光像をモニタ４０にリアルタイムに表示させることができる。したがって、触針１２をワークＷに接触させる際の視認性及び操作性を向上させることができる。

〔その他〕
本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。

１０検出器
１２触針
１４測定子
１６保持部
１８回転支点
２０変位センサ
２２信号ケーブル
２４ケース
２４Ａ第１端部
２４Ｂ第２端部
２４Ｃ開口部
２６ファイバスコープ
２６Ａ先端
２８照明装置用ライトガイドケーブル
２８Ａ端面
２８Ｂ端面
３０画像伝送用ライトガイドケーブル
３０Ａ端面
３０Ｂ端面
３２照明装置光源
３４Ｃマウントアダプタ
３６カメラ
３８接続ケーブル
４０モニタ
４２軟性部
４４ライトガイドコネクタ
４６白色ＬＥＤ
４８凹面ミラー
５０対物レンズ
５２接眼レンズ
５４結像レンズ
５６撮像素子
９０拡大表示部
１００測定機
１０１ベース
１０２コラム
１０３水平送り装置
Ｗワーク

Claims

表面粗さ測定機に設けられた検出器において、
測定対象物の測定面に接触させる触針を先端に有する測定子と、
前記測定子を回転支点によって揺動自在に保持する保持部と、
前記測定子の変位を検出するセンサと、
前記保持部及び前記センサを収納し、端部から前記測定子が延出する本体部と、
第１入射端から入射した照明光を伝送し、前記本体部の前記端部に配置された第１射出端から前記照明光を射出する照明用光ファイバと、
前記本体部の前記端部に配置された第２入射端から入射した被写体光を伝送し、第２射出端から前記被写体光を射出する画像伝送用光ファイバと、
を備え、
前記本体部の端部には、前記測定子が延出する開口部が設けられ、
前記照明用光ファイバの第１射出端及び前記画像伝送用光ファイバの第２入射端は、前記開口部に配置される検出器。
前記照明用光ファイバの前記第１入射端に前記照明光を入射する照明光源を備えた請求項１に記載の検出器。
前記画像伝送用光ファイバの前記第２射出端に前記被写体光の像を画像信号に変換する撮像部を備えた請求項１又は２に記載の検出器。
前記撮像部によって変換された画像信号に基づく画像をリアルタイムで表示する表示部を備えた請求項３に記載の検出器。
前記照明用光ファイバ及び前記画像伝送用光ファイバは、前記本体部の内部において一体に構成される請求項１から４のいずれか１項に記載の検出器。
前記照明用光ファイバの第１射出端及び前記画像伝送用光ファイバの第２入射端は、前記測定子の前記触針と対向する位置に配置される請求項１から５のいずれか１項に記載の検出器。
前記照明用光ファイバ及び前記画像伝送用光ファイバは、前記本体部の内部を挿通され、前記本体部の前記端部の反対側の端部から延出する請求項１から６のいずれか１項に記載の検出器。
前記画像伝送用光ファイバの前記第２入射端に前記被写体光を結像する対物レンズと、
前記画像伝送用光ファイバの前記第２射出端に前記結像された被写体光の像を拡大する
接眼レンズと、
を備えた請求項１から７のいずれか１項に記載の検出器。
請求項１から８のいずれか１項に記載の検出器と、
前記測定対象物の測定面に前記触針を接触させ、前記測定対象物と前記触針とを相対的
に移動させる相対移動部と、
前記検出器の検出結果に基づいて前記測定対象物の測定面の表面粗さを測定する測定部
と、
を備えた表面粗さ測定機。