JPH03148005A - オン・マシン計測用非接触式表面粗さ測定装置 - 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） 本発明は、レーザのパルス光を被測定物の表面に照射し
、その反射光によって表面粗さをオン・マシンで測定す
る測定装置に関する。

（従来の技術） 一般に、レーザ光を利用して表面粗さを測定する方法は
、種々提案されている。オン・マシン測定において、光
学的に表面粗さを計測するためには、基本原理として以
下の４つが代表的なものである。

■）　散乱光分布を測定する方法、２）焦点位置検出法
、３）光干渉を利用する方法、４）スペックル法。

本発明は、この中の散乱光分布を測定する装置に関する
ものである。

従来のレーザ光を用いて表面粗さを測定する方法は、連
続光を使用するものであった。つまり、連続光を加工物
に照射し、その反射光を解析して、表面の凹凸を決定す
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の表面粗さ測定装置においては
、レーザの連続光を使用していたため、被測定物に付着
した切削油、研削油による損失が多く実用的ではなかっ
た。

また、連続光を使用した場合、被測定物の振動や振れに
よる影響を受は易く、正確な測定を行うことが困難であ
った。このため被測定物を加工ラインから一旦取り外し
、切削油等を取除き、安定した状態で測定しなければな
らなかった。

更に、レーザ光の損失を補うなめ、大出力のＹＡＧレー
ザを使用したりしていたが、高価である上に人体に対し
危険であり、取扱いが困難であるという欠点が存在した
。

本発明の目的は、上述した欠点に鑑みなされたものでパ
ルス光を利用して被測定物の表面粗さを精密にオン・マ
シン測定することのできる表面粗さ測定装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明に係るオン・マシン計測用非接触式表面粗さ測定
装置は、あらかじめ赤外線吸収スペクトル分析法によっ
て選択した大きい光透過性を持つ波長域のパルス光を光
源として発生する半導体レーザ素子と、該レーザ素子で
発生されたパルス光を増幅する増幅回路と、該増幅回路
で増幅されたパルス光を集光レンズ装置へ導く投光用光
ファイバと、該光ファイバで導かれたパルス光を被測定
物へ出射する集光レンズ系と、被測定物からの反射光を
受光する受光レンズ系と、反射光を電気信号に変換する
受光器と、受光器よりの信号を処理する処理系と処理さ
れた情報を表示する表示部とを備えた構成としたもので
ある。

（作用） このように、本発明に係るオン・マシン計測用非接触式
表面粗さ測定装置は、事前に光透過性を調査して得た光
透過率の大きい波長域を持ち、かつ光強度も大きいパル
ス光を使用しているため、連続光と比較し切削油等によ
る損失が少ない上に、被測定物の振動、振れによる影響
を低減することができる。

（実施例） 以下、添付図面に従って本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明のオン・マシン計測用非接触式表面粗
さ測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。同
図において、オン・マシン計測用非接触式表面粗さ測定
装置は、半導体レーザ等よりなる入射光源１と、この入
射光源１で発生したレーザ光を光ファイバ等で導き、収
束させて被測定物表面へ導く光学部品２と、被測定物表
面で反射した散乱光を受光する光学部品３と、該光学部
品３の受光した散乱光の分布を電気信号に変更する光電
変換素子からなる受光器４と、反射光により得られた散
乱光分布状態を予め得られた散乱光分布状態と比較した
表面粗さを決定する処理系５等から構成されている。こ
こで、入射光源１は、あらかじめ赤外線吸収スペクトル
分析法により選択した大きい光透過性を持つ波長域の半
導体パルスレーザを使用する。

第２図は、本発明のオン・マシン計測用非接触式表面粗
さ測定装置に係る実施例を模式的に示す説明図である。

同図において、光源１で発生したパルスレーザ光は、光
ファイバ６に導かれて集光レンズ装置である光学部品２
へ到達する。光学部５− 品２は、レーザ光を収束させて、被測定物７へ照射する
。照射されたレーザ光パルスは、油膜等の影響により減
衰することなく、被測定物の表面に到達する。これは、
最適の波長を持つあらかじめ赤外線吸収スペクトル分析
法により選択した太きい光透過性を持つ波長域の光源を
使用するからである。即ち、油膜層内のレーザ光の透過
率は、油の種類及びレーザ光の波長により各々異なった
特性を示し、第３図は、一般的に切削油の透過率曲線を
示すものである。たとえば、この切削油に対しては、６
００〜７００ｎｍの波長域において、略ｌＯＯ％の透過
率が得られる。

したがって、各種の切削油、研削剤に対して透過率曲線
を作成しておけば、これら油剤に対して最高波長域が知
れ、その波長を持゛つパルス光を使用すればよいことに
なる。更に油剤に不粋物等が含まれていることも考慮し
、そのような最適波長域を持つ、パルス光の強度を上げ
、透過パワーを上昇させる。（以下これを短光パルスと
称す）第４図は、光透過率の大きいパルス的レーザ波の
−例を示すものであるが、該パルス光の強度を増幅させ
ることにより、光透過率を向上させることができる。第
５図は、パルス励起入力に対する透過パワーの関係を示
すグラフである。このように、励起入力（ｍ　Ｗ　）の
増加に伴って透過パワーは、加速度的に増加するため本
装置では、励起入力の増幅回路を設けている。

一方、照射したレーザ光は、散乱光として光学部品３で
受光される。散乱光は、処理系５で、増幅、整流、制御
処理された後、表示部へ表示される。散乱光分布状態は
、第６図に示す、予め測定されたサンプルモデルと比較
され、表面粗さが決定される。

このように、本発明のオン・マシン計測用非接触式表面
粗さ測定装置によれば、最適波長域のパルス光を発生す
るレーザを使用したので、加工物を加工ライン上に置い
たまま、測定することができる。

このため、従来のように、−々、加工ラインから取り外
し、測定表面の油膜を清掃する必要もな一 い。したがって、加工ラインの効率を著しく向上するこ
とができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係るオン・マシン計測用
非接触式表面粗さ測定装置は、貫通波長域を持つ短光パ
ルスレーザ光を使用して被測定物表面を測定するので切
削油、研削剤等の油膜層を透過して表面の凹凸を測定す
ることができる。

また、被測定物の振動、振れ等の影響を受けることがな
いので、加工物を加工ラインに乗せたまま精密測定を行
うことができる。

更に、従来のレーザを使用した測定装置にくらべ安価に
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すオン・マシン計測用非
接触式表面粗さ測定装置の機能ブロック図、第２図は、
本発明の一実施例を示すオン・マシン計測用非接触式表
面粗さ測定装置の模式的説明図、第３図は、切削油の透
過率曲線を示すグラフ、第４図は、光透過率の大きいパ
ルス的レーザ波の一例を示すグラフ、第５図は、パルス
励起入力に対する透過パワーの関係を示すグラフ、第６
図は、散乱分布図のサンプルモデル図である。 １・・・入射光源、２・・・光学部品、３・・・光学部
品、４・・・受光器、５・・・処理系、６・・・光ファ
イバ、７・・・被測定物。 第４図 瓢りｔ叶開（ＰＳ） 刀か匙入７ｒ（ｍＷ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. あらかじめ赤外線吸収スペクトル分析法によって選択し
   た大きい光透過性を持つ波長域のパルス光を光源として
   発生する半導体レーザ素子と、該レーザ素子で発生され
   たパルス光を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅さ
   れたパルス光を集光レンズ装置へ導く投光用光ファイバ
   と、該光ファイバで導かれたパルス光を被測定物へ出射
   する集光レンズ系と、被測定物からの反射光を受光する
   受光レンズ系と、反射光を電気信号に変換する受光器と
   、受光器よりの信号を処理する処理系と処理された情報
   を表示する表示部とから構成されたことを特徴とするオ
   ン・マシン計測用非接触式表面粗さ測定装置。