JPH02124410A - 傾き量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、軸等の部品の傾き量、すなわち設定角度か
らのずれを測定する傾き量測定装置に関するものである
。

［従来の技術］ 従来、筐体等に立てられた軸の傾きを測定するには、投
影機等の測定装置を用いて測定を行っていた。また、簡
便なものとしては、第８図に示すような装置を用いて測
定を行っていた。第８図は、光ピツクアップの筐体に立
てられた軸の傾きを′Ａｌｌ＋定する場合の例であり、
図において、１は光ピツクアップの筐体、２は筐体１上
面に垂直に立てられた軸、１２は軸２の外径とほぼ同じ
穴径をもった筒であり、その片側の端面にはミラー１３
が貼り付けられている。１４は上記ミラー１３への入射
光及びミラー１３からの反射光を直角方向に変化させる
ように配置されたミラー、１５は上記ミラー１４に向け
てレーザビーム１６を発生するＩＩ　ｅ　−Ｎ　ｅレー
ザで、そのビーム出射側端面には方眼紙１７が貼り付け
られている。

次に動作について説明する。なお、投影機等の測定装置
の動作は良く知られているので省略する。第８図で、Ｉ
Ｔ　ｅ　−Ｎ　ｅレーザ１５から出射されたビーム１６
はミラー１４で筐体１に向けて反射され、筒１２に貼り
付けられたミラー１３へ入射される。このミラー１３で
反射されたビームは再びミラー１４で反射され、ＩＩ　
ｅ　−Ｎ　ｅレーザ１５に戻る。ここで、筒１２の内穴
とミラー１３の反射面とは垂直になるように組み立てら
れているので、筒１２を軸２に挿入した状態では軸２と
ミラー１３の反射面とは垂直になっている。従って、軸
２が傾いていない場合にはＩＩ　ｅ　−Ｎ　ｅレーザ１
５へ戻ってきたビームは出射点に戻るが、軸２が傾いて
いる場合には出射点に戻らず、方眼紙１７Ｌにスポット
が表れる。そこで、方眼紙１７より読み取られる出射点
からのずれ量と、Ｈｅ　−Ｎｅレーザ１５とミラー１３
の距離より軸２の傾き量を検出していた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来装置は以上のように構成されているが、ミラーの付
いた筒を軸に挿入するものでは、軸と筒の間に必ず隙間
が生じるため正確に再現性良く測定することはできなか
った。例えば、軸長を５ｍ１Ｔ＋とし、筒と軸の隙間を
２０μｍとすると、最大で ｔａｎ−’（２０ｘｔｏ−’１５）＝０．２３　（度）
の８１り定ずれが生じる。

また、投影機等の測定装置を用いた場合には、測定値は
正確に得られるがａｌ１１定時間が長くかかり５組み立
て工程等での途中検査には不向きであった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、測定値が精度良く得られるとともに、ル１す
定時間の短い装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る傾き量４１１１定装置は、測定対象を照
射する光源と、この光源によって作られた測定対象の影
の像を拡大するレンズと、このレンズによって作られた
拡大像において測定対象となる境界の両端部側に該境界
と交差するように配置された２個のリニアイメージセン
サと、上記各リニアイメージセンサの受光素子列を同様
に駆動する第１の手段と、上記各リニアイメージセンサ
の出力から上記境界の両端部側の位置信号を検出すると
ともに各位置信号の時間差又はこの時間差から測定対象
の傾き量を求めて出力する第２の手段とを備えたもので
ある。

［作用］ この発明においては、光源によって作られる測定対象の
影をレンズによって拡大し、拡大像の両端部側の位置を
２個のリニアイメージセンサで検出することにより、そ
の位置ずれを精度良く検出できるとともに電気的に信号
を処理することができ、傾き量の測定を精度良く容易に
行うことができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、光ピツクアップの筐体に立てられた軸の傾き
を測定する装置の主に光学系を示す図である。図におい
て、１は光ピツクアップの筐体、２は筐体１上面に垂直
に立てられた軸、３は照明用光源、４はこの光源３によ
って作られた軸２のの影の像を拡大するレンズ、５はこ
のレンズ４によって作られた拡大像を写し出すスクリー
ンであり、スクリーン５上には下部側と上部側に２個の
リニアイメージセンサ６ａ、６ｂが水平方向に平行に取
り付けられている。すなわち、各リニアイメージセンサ
６ａ、６ｂは、スクリーン５上に写し出された軸２の影
（拡大像７）において測定対象となる境界７ａの両端部
側に該境界７ａと交差するように配置されている。１０
はレンズ４の光軸、ｌｌａ、ｌｌｂは軸２の上端２ａと
下端２ｂからレンズ４の中心を通る光線である。

なお、特にここでは、リニアイメージセンサ６ａ、６ｂ
としてＣＣＤイメージセンサを用いて測定系を構成した
場合について説明を行う。

まず、ＣＣＤイメージセンサについて簡単に説明する。

本発明の実施例では、第２図にその一方を示すように各
ＣＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂの約半分が影になる状
態で測定する。このときのＣＣＤイメージセンサ６ａ、
６ｂの出力信号について第３図の波形図を用いて説明す
る。同図のｔｅｌはＣＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂに
供給されるクロックの内のリセットクロックである。Ｃ
ＣＩ）イメージセンサ６ａ、６ｂの各受光素子２１の出
力が第２図に示す素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ。

・・・の順番で出力されるとすると、ＣＣＤイメージセ
ンサ６ａ、６ｂの出力は第３図の（ｂｌのように影でな
い部分の信号は大きく、影の部分の信号は小さい出力と
なり、境界部分は影の端の部分の状態により第３図＋ｂ
ｌのｅ、ｆで示すように連続的な変化を示す。従って、
レンズ４により鮮明な影を作ることにより、上記連続的
な変化を示すセンサ出力の本数が減少し、高い精度で影
の位置１ｌｌｌｌｌ定か可能となる。第３図において、
ｆｄｌは（ｂｌのセンサ出力のエンベロープをとらえた
ものであり、更にこのエンベロープをあるしきい値で波
形成形したのがｔｅｌである。これらの信号はは数的に
見えるセンサ出力に較べ目視にて波形を測定する場合に
わかり易い、また、第３図（Ｃ１はＣＣＤイメージセン
サ６ａ、６ｂを１回走査する毎に出るクロックであり、
これをトリガ信り）として用いる。

第４図はＣＣＤイメージセンサを用いた場合の測定系を
示すブロック図であり、３０はＣＣＤイメージセンサ６
ａ、６ｂ等にリセットクロック等を出力するクロック発
生回路であり、本願の第１の手段に相当する。３１ａ、
３１ｂは各ＣＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂ毎にその出
力を検出して波形成形等を行う検出回路、３３は上記各
検出回路３１ａ、３１ｂからの出力信号３２ａ、３２ｂ
の波形を対応させて同時に表示する波形観測装置、３４
は上記各検出回路Ｊ　１　ａ　ｐ　Ｊ　１　ｂの出力信
号３２ａ、３２ｂを処理し、演算によって軸２の傾き量
を求める信号処理装置であり、上記検出回路３１ａ、３
１ｂと波形観ｉ１１’ｌ装置３３．信号処理装置３４に
より本願の第２の手段３６が構成されている。なお、上
記波形観測装置３３と信号処理装置３４はクロック発生
回路３０からのトリガ信号３５によって制御される。

次に上記実施例の動作について説明する。

第１図において、光源３によって照射されることにより
光ピツクアップの筺体１に立てられた軸２の影ができ、
この影はレンズ４の作用により拡大され、スクリーン５
上に軸２の影の拡大像７ができる。当然のことであるが
、この拡大像７は軸２の倒立像である０図に示すように
、軸２は略ｙ軸方向に立っており、当然、拡大像７も略
ｙ軸方向にできている。スクリーン５上にはＣＣＤイメ
ージセンサ６ａ、６ｂ内の受光素子列がＸ軸方向に配置
されており、拡大像７との位置関係は第２図に示したよ
うにＣＣＤイメージセンサ６ａ。

６ｂ内の受光素子２１の約半分が影になるようにしであ
る。２個のＣＣＤイメージセンサ６ａ。

６ｂから第３図（ｂｌに示したような信号が得られるが
、これ以降の動作を第４図について説明する。

各ＣＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂにはクロック発生回
路３０より第３図（ａｌに示したようなリセットクロッ
クの他に９種々のシフトレジスタクロックが人力される
。各ＣＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂからは本来の出力
信号の他、必要に応じて補償用の信号が出力され、これ
らを各検出回路３１ａ、３１ｂにて処理することにより
、第３図の（ｄｌ又は（ｅ）に示す信号が得られる。こ
れらの出力信号３２ａ、３２ｂは、目視検査を行う場合
には波形観８１す装置３３に入力され、クロック発生回
路３０から出力されるトリガ信号３５でトリガをかける
ことにより、同時観測される。また、信号処理を行い、
演算を行ってデータを取り出す場合には、検出回路３１
ａ、３１ｂから得られた信号３２ａ、３２ｂは信号処理
装置３４へ入力され、第３図ｔｅｌに示した信号の立ち
下がり点の時間差データより軸２の傾き量が得られる。

次に、」１記実施例の装置にて′４：？られた１ｌｌｌ
ｌｌ定値より軸の傾きを求める方法について詳細に説明
する。第５図において１図（ａｌはスクリーン５上の拡
大像７のうち、ＣＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂの部分
のみを表したもので、図（ｂｌは上記図（ａｌの状態の
時の波形観測装置３３の表示波形を示している。軸２が
Ｚ軸の回りに回転するように傾いている場合、スクリー
ン５上では第５図（ａｌに示すように拡大像７の端（境
界７ａ）のＸ方向の位置が上部と下部で異なり、従って
拡大像７の端を捕えるＣＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂ
の素子２１の位置が異なる。スクリーン５上の状態が第
５図（ａｌに示すように拡大像７の位置が異なる場合、
波形観測装置３３には同図ら）に示すような信号３２ａ
。

３２ｂの波形が得られ、ＣＣＤイメージセンサ６ａ、６
ｂ上の拡大像７の端が示す明部と暗部の境界の位置、す
なわち立ち下がり点が時間ｔたけずれる。ここで、各Ｃ
ＣＤイメージセンサ６ａ。

６ｂは第４図に示すように同じクロック発生回路３０で
作られたクロックで駆動されるので、トリガ信号３５で
トリガをかけて観測すれば、第５図ら）に示すような静
止波形が得られ、かつ、同図ＦＣ＋に示すように各ＣＣ
Ｄイメージセンサ６ａ、６ｂの１番口の素子の信号ポイ
ントが一致しているので、同じ時間のポイントの信号は
同じｎ番目の素子の信号である。従って、時間差しはＣ
ＣＤイメージセンサ６ａ、６ｂ上の拡大像７の位置ずれ
量と等価であり、位置ずれ量に相当するＣＣＤイメージ
センサ６ａ、６ｂの索子２１のデータを転送する時間差
で、この時間差しが計測量として得られる。第３図ｆａ
）に示したリセットクロッグの周期をτ、とすると、拡
大像７の位置ずれ量に相当するＣＣＤイメージセンサの
素子の数ｎはｎ　＝　ｔ、　／τ、　　　　　　　　　
　　・・・・・・（１）でｌｊえられる。そこで、ＣＣ
Ｄイメージセンサの素ｒ・の間隔をｐとすると、拡大像
７の位置ずれ量Ｘは Ｘ＝ｎｐ＝（ｊ／τ、）・ｐ　　　　・・・・・・（２
）でり、えられる。さて、ここで得られた位置ずれ量Ｘ
は、測定しようとしている軸２のＸ方向のずれではなく
拡大像７の位置ずれ量である。レンズ４の焦点距離をｆ
、結像横倍率をｍとして、軸２゜レンズ４．拡大像７の
位置関係を第６図に示す。

従って、軸２のＸ方向のずれ量Ｘは ｘ　＝　Ｘ　／　ｍ ＝　＜ｐ／ｍ）　　　（ｔ／τ、）　　　・・・・・・
（３）で与えられる。このずれ量Ｘと軸２の長さ２によ
り、軸２の傾きをθとすると ５ｉｒｌ＝ｘ／ｊ；’ よって ０＝　　５ｉｎ−’　（ｘ／ｉり ＝　　５ｉｎ−”［（１＃’）・（ｐ／ｍ）・（ｔ／ｒ
、　　）コ・・・・・・（４） により軸２の傾き量が求まる。一般にＣＣＤイメージセ
ンサの素子の間隔ｐは数μｍ〜十数μｍであるから、ｐ
：１０μｍとして、１２＝５ｍｍの軸をｍ＝１０の光学
系で測定した場合、その測定精度はＣＣＤイメージセン
サのピッチｐによって決まり、（１／τ、）・ｐ＝ｐと
おいて（ｎ＝Ｌ／τ、＝１） ０　＝　　ｓｉｎ　　’［（１１５）Ｘ　（１／１０）
Ｘ　ＩＯＸ　１０−３］≠０．０１１　（度） である。従って、従来例を示す第８図の？ｌｔｑ定装置
に較へて容易に一桁以上の精度向−ヒが可能となる。な
お、信号処理装置３４で上記（４）式で示す演算を行え
ば直接の観測＃、（時間差し）より所望の１、ｉ【ＩＩ
定値（傾きｒｉＯ）が得られることはいうまでもない。

また、測定対象によっては信号処理装置３４の出力は時
間差しそのものであっても良い。

ところで、上記実施例では、光ピツクアップの筐体に立
てられた軸の傾きの測定について説明したが、光ピツク
アップに限らず軸の傾きの測定に同様の装置が適用でき
る。

また、測定対象についても軸に限らず１例えば切削部品
等の角度測定にも適用できる。その一実施例を第７図に
示す。図において、８は定盤であり、９は測定対象とな
る部品である。光源３により部品９の影の拡大像７をス
クリーン５旧に作ることにより、第１図の実施例と同様
９部品９の角度０の９０″からのずれをａｌ’ｌ定する
ことができる。

また、測定する角度は９０°からのずれに限らず１例え
ば第７図において、定盤８の基準面８ａを基準ブロック
等を用いて所望の角度Ｏ８たけＺ軸の回りに傾けて設定
しておけば、任意の角度Ｏｏに対して角度Ｏの（９０°
−０゜）からのずれ量を測定することができる。

なお、上記実施例では、リニアイメージセンサとしてＣ
ＣＤイメージセンサを用いた例について説明したが、特
にＣＣＤイメージセンサである必要はなく、例えばＭＯ
Ｓイメージセンサ等のリニアイメージセンサでも同等の
結果が得られることは明らかであり、この為には、クロ
ック発生回路３０及び検出回路３１ａ、３１ｂの内部構
成をＭＯＳイメージセンサ用に変更するだけで良い。

また、上記実施例では、説明の都合上もあってスクリー
ン５を備えたものについて説明したが、スクリーン５は
特に必要ではなく、２個のリニアイメージセンサをそれ
ぞれ所定の位置に固定できれば良い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、測定対象を照射する
光源と、この光源によって作られた測定対象の影の像を
拡大するレンズと、このレンズによって作られた拡大像
において測定対象となる境界の両端部側に該境界と交差
するように配置された２個のリニアイメージセンサと、
上記各リニアイメージセンサの受光素子列を同様に駆動
する第１の手段と、上記各リニアイメージセンサの出力
から上記境界の両端部側の位置信号を検出するとともに
各位置信号の時間差又はこの時間差から測定対象の傾き
量を求めて出力する第２の手段とを備えたので、傾き量
の測定を高精度で行うことができるとともに、８１９定
時間を短縮できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による傾き量測定装置の光
学系、を示す構成図、第２図、第３図はＣＣＤイメージ
センサの動作の説明図、第４図はこの発明の一実施例に
よる傾き量測定装置の測定系を示すブロック構成図、第
５図ｔａ＋〜（Ｃ）、第６図はこの発明の測定原理の説
明図、第７図はこの発明の他の実施例における光学系を
示す構成図、第８図は従来の測定装置の一例を示す構成
図である。 ２は軸（測定対象）、３は光源、４はレンズ、５はスク
リーン、６ａ、６ｂはＣＣＤイメージセンサ（リニアイ
メージセンサ）、７は拡大像、７ａは境界、２１は受光
素子、３０はクロック発生回路（第１の手段）、３１ａ
、３１ｂは検出回路、 ３３は波形観測装置、 ３４は信号処理装置、 ３６は第２の手段。 なお、 図中、 同一符号は同一。 又は相当部分を 示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定対象を照射する光源と、この光源によって作られた
   測定対象の影の像を拡大するレンズと、このレンズによ
   って作られた拡大像において測定対象となる境界の両端
   部側に該境界と交差するように配置された２個のリニア
   イメージセンサと、上記各リニアイメージセンサの受光
   素子列を同様に駆動する第１の手段と、上記各リニアイ
   メージセンサの出力から上記境界の両端部側の位置信号
   を検出するとともに各位置信号の時間差又はこの時間差
   から測定対象の傾き量を求めて出力する第２の手段とを
   備えたことを特徴とする傾き量測定装置。