JPH03200005A

JPH03200005A - 物品の輪郭を測定する方法とその装置

Info

Publication number: JPH03200005A
Application number: JP33462089A
Authority: JP
Inventors: Jhon Feeder Robert; ロバート　ジョン　フィーダー; William Farabaug Aloysius; アロイシウス　ウイリアム　ファラバウグ
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-09-02

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】発明の背景本発明は、物品の表面の非常に小さい輪郭変動を取扱い
、特に、弯曲した表面を検査する性能によって特徴づけ
られるが、平坦な表面に同様に使用されてもよい。本発
明は、検査される任意の特定の型式の物品に制限されな
いが、自動車および航空機の様な乗物の窓に使用する曲
ったガラス板で反射される光学的歪として示される小さ
い輪郭変動の検出に特別な適用性を有している。樹脂、
金属またはセラミックの様なその他の材料の物品が本発
明の方法および装置によって輪郭変動を検査可能なこと
は、明らかである。本発明が検出する様に意図する表面
凹凸の型式の一例は、自動車の窓の外部から反射される
像に認められ時には存在する波打ちである。

本発明の以前に、反射される目に対して自動車ガラスを
検査するのに一般に使用された技法は、通常一連の白お
よび黒の線の基準パターンの前に装着されるガラス片に
おける歪量の主観的な人の観察の使用を必要とした。ガ
ラスの標本は、基準パターンと検査者との間のほぼ中間
で回転可能なテーブルの端縁に装架される。検査音は、
視線と表面の平面との間の約５°の角度で像を見ること
によってガラス表面からのパターンの反射を観察する。

品質検査のこの方法は、幾つかの欠点と、結果において
著しい変動性を生じる成る固有の誤差とを有している。

部品の一端から他端への固定された検査者の位置からの
Ｉ！察内角度変動は、該検査装置に誤差を固有に導入す
る。大きい部品では、該角度は、２０％のオーダで変化
可能であり、これは、著しい誤差を導入し得る。角度の
変動は、弯曲した部品では更に大きい。この結果、角度
の変動は、光学的品質が実際上均等であっても不均等に
判定される部品の両端を生じさせる。更に、検査者は、
著しい主観的な変動程度によって光学的特性を判定する
。この結果、光学的歪品質の一致する評価は、従来技術
の技法では困難であった。

レンズの光学的屈折力は、レンズの表面に接触するゲー
ジを使用して測定された。これ等の装置は、全体の物品
の曲率を測定し、光学的欠陥の特徴である曲率における
非常に小さい偏差を検出する様に設計されない。

米国特許第３，４７０．７３９号（タカフジ等）では、
走査装置は、シート金属のストリップの平坦さを測定す
るために使用される。該装置は、表面に沿って移動する
２つの接触プローブを使用し、基準面に対するプローブ
の相対的な高さは、表面の傾斜を計算するのに使用され
る。該特許の装置は、光学的歪として観察される表面の
小さい振巾の凹凸を測定するのに好適ではなく、特に、
該部品が全体的曲率を有する様に意図されるときに好適
ではない。表面輪郭の小さい変化を検出するために一層
高い感度のプローブの単なる置換えは、検出すべき変動
の大きさに対する信号対ノイズの比によって実施不能で
ある。また、該解決方法は、設計によって平坦でない部
品の曲率を考慮していない。上述の特許は、特に弯曲し
た表面に対して表面の全体の傾斜を測定し、光学的歪測
定値に重ねられ、従って、信号対ノイズの比の問題と、
測定笥囲に対する検出装置の感度とを複合する。この差
異の重要さは、代表的な自動車透明物が約１２７ａｗ（
数インチ）の曲げ深さを有してもよく、一方、著しい光
学的歪の振１Ｊが０．０２５４厘から０．１２７ａｘ　
（０，００１”から０．００５“）までのオーダでもよ
く、ここに含まれる型式の検査装置が好ましくは約０．
００２５４ｍから０．０２５４ａｍ（０，０００１“か
ら０．００１″）までのオーダの振巾を有する歪を検出
可能であることを考慮するとき、明らかである。

米国特許第３．１３５，０５５号（パトラ−等）は、プ
ローブが物品の表面を走査し、プローブの撓わみが表面
輪郭のデジタル図を与えるために記録される検査装置を
開示する。該装置は、該図が小さい表面凹凸と共に設計
曲率を含み、２つの曲率の間の差異の大きさのオーダが
小さい振巾の歪を検出するのに必要な感度の程度を与え
ることを極めて困難にするため、弯曲した物品の表面の
光学的歪を測定するのに役立たない。

米国特許第３．３１１，２３３号（ヘルムブレヒト）、
第３．７３３．７０４号（）７ラバウ）、第３．８６９
．８００号（バートレット）、第４゜２１１．０５３号
（ボベル等）は、複数のプローブが特定の輪郭から全体
の曲率ないし形状の偏差を測定覆るのに使用されている
輪郭点検設備を示す。これ等の装置は、表面の小さい歪
を検出する様に意図されず、その感度は、所与の領域に
設置可能なプローブの数によって制限される。

発明の要約本発明は、従来技術の装置よりも高い感度および精度で
弯曲する物品を検査し、検査される物品の寸法または形
状に関係なく一般化される品質値を得るために測定情報
を解析可能である方法および装置を提供する。人の目が
感じる光学的歪に関連する表面の局所特性は、全体的輪
郭の測定を回避することによって物品の設計曲率から分
離して測定される。その代りに、本発明は、解析される
表面へのセンサーヘッドによる３点接触を使用し、該セ
ンサーヘッドは、表面に沿って走査する際に物品の全体
的輪郭をたどる様に回転および垂直の運動の自由を有し
ている。接触点の２つは、物品の長さよりも著しく短い
距離を離される支持チップであり、第３接触点は、その
高さ変位に比例する出力信号を与えるプローブである。

該接触チップは、弯曲した表面の弧セグメントの終末点
を確定し、２点の間の直線は、弧の弦である。該プロー
ブは、弦の上または下の表面の高さを検出し、これによ
り、表面の光学的品質に直接に関連する曲率半径を計粋
可能である。センサーヘッドが表面上を走査する際、曲
率半径は、短い時！１ｌＩｉＳｌ隔で測定されて走査距
離に対してプロットされてもよい。結果として得られる
プロットにおいて、漸進的な曲線は、設計曲率の変動を
示し、短い偏差は、表面歪を示す。

センサーヘッドは、物品の表面上を手によって移動され
てもよく、表面局所に関する有用な情報が得られる。し
かしながら、表面歪源の製造ラインを監視するため、一
連の物品の走査路に一貫性を与えることは、好ましい。

該適用のため、本発明の装置は、均一の方向性で各物品
を支持する装置と、センサーヘッドと物品との間に整合
した相対的な運動を与える装置とを備えてもよい。

本発明の検査装置の作用を自動化することも好ましく、
従って、該装置は、好ましくかセンサーからの信号を受
取って記憶して処理するためにデジタルコンピュータ装
置に関連する。該検査装置からの出力は、好ましくは電
子式グラフプロット装置によって与えられる。

本発明が傾斜ではなく物品の表面の局部的な曲率半径を
測定するため、表面歪の記録は、物品の全体的な設計曲
率の測定によって圧倒されない。

センサーは、実際上、全体的曲率を無視し、従って、歪
の小さい振巾に適当な高度の感度を備え得る。

本発明のこれ等の目的と、その他の目的とは、添付図面
を参照する好適実施例の下記の詳細な説明によって更に
明らかになる。

実施例第１図は、誇張して示される望ましくない変動を有する
表面１１に接触する本発明によるセンサーヘッド１０を
略図で示す。ガラスの透明度の様な物品の歪としてそれ
自体を示す表面変動は、設計輪郭に重ねられてもよい広
い種類の形状、大きさおよび波長を有し得る。通常、種
々な表面変動パターンは、相互に重ねられ、歪パターン
の精密な数学的表示は、解析するのに非常に困難であり
得る。第１図に示す様な単純化された代表的なパターン
は、はぼ正弦状であるとして最もよく述べられるが、本
発明の目的に対して、充分に正確な測定は、測定された
走査線の各セグメントがほぼ円形である歪を示すことの
仮定がなされれば、得られることが判明した。換古すれ
ば、表面の各セグメントは、半径（Ｒ）を有する円のセ
グメントにほぼ匹敵し得る。任意の非均等な表面は、不
規則な表面の任意の個所において円の曲率半径にｌａｉ
連づけ得ることが数学的に示される。センサーヘッド１
０の２本の接触チップ１２が距離（Ｓ）離れてこのセグ
メントの表面に休止すれば、これ等のチップ１２は、半
径（Ｒ）の円の長さ（Ｓ）を有する弦１４を描く。第３
接触点は、測定される物品の表面に対して垂直の方向へ
移動する自由を有しセンサーヘッド１０に装着されるブ
０−７１５によって与えられてもよい。プローブ１５は
、線形変位変換器として具現されてもよい。ブ０−ブ１
５が接触チップ１２の間の直線内にあるとき、表面の任
意の凹凸は、距１（ｈ）だけ弦１４の上または下へプロ
ーブチップを変位させる。プローブ１５が接触チップ１
２の間の正確な中心点にある直角三角形が形成され、こ
れにより次の等式が得られる。

この等式を簡単にして非常に小さい項を無視すると次の
関係が得られる。

Ｒ−８２／８ｈ（Ｓ）か接触チップの間の間隔によって予め定められ、
既知の量であるため、半径の決定は、プローブ１５の出
力によって連続的に与えられる（ｈ）の値にのみ依存す
る。変換器の出力をデジタルパーソナルコンピュータの
様な適当な計算装置に結合することにより、表面歪の半
径の連続的なｌｃ取りは、センサーヘッドが物品の表面
を横切って移動する際に与えられる。半径は、物品の表
面の歪品質の表示として直接に使用されてもよく、また
は光学的屈折力の様なその他の表現は、半径から計紳さ
れてもよい。

接触チップ１２の間のスパン距１！１（Ｓ）の選択は、
本発明の検査装置の出力に影響を有している。

最適には、スパン長さは、主な歪パターンの波長の約半
分である。人の目が感応する反射された歪を生じる自動
車ガラスの表面波長は、該部品の巾と同様に、通常良さ
において約１２．７ｍからて、好適なスパン長さは、２
５．４ｍから１０１．６ｍ（１″から４″）まででもよ
い。自動車ガラスを検査するのに特に効果的なスパン長
さは、５０．８Ｍ　（２″）である。５０．８ｍ（２″
）のスパン長さでは、半径の計算は、次の通り簡単にな
る。

第１図に示す様なセンサーヘッドは、歪品質を表示可能
な一連の読取りを生じる様に表面を横切って手で移動さ
れてもよい。しかしながら、相互に比較可能な一連の物
品の読取りを得るには、各物品を横切る走査の固定され
た軌跡を確立する装置を設けることが好ましい。該装置
の一例は、第２図に示され、これでは、ガラス板Ｇは、
テーブル２０上の割出された位置に収容され、センサー
ヘッド１０は、頭上キャレッジ装置によって直線におい
て板を走査する。板の周辺のまわりのノツチ付ぎ割出し
ピン２１は、同一の形状の継続する各板に対して固定さ
れた位置を確立する。付加的なビン２２は、割出された
位置で所定の姿勢に板を安定化するために設けられる。

第２図のセンサーヘッド１０は、第３図、第４図に著し
く詳細に示される。該センサーヘッドは、ガラス面との
３点の接触を有し、該３点は、走査方向において整合す
る。第２図に示す様に、該センサーヘッドは、垂直方向
へ移動するのに自由である軸２３の端部に装着されても
よい。軸２３は、好ましくはセンサーヘッドが走査方向
に整合したままである様に回転を阻止される。例として
、軸２３は、断面が正方形でもよく、正方形ブツシュ２
４に層初可能に収容されてもよい。センサーヘッドおよ
び軸の重量は、接触チップが解析される表面に向って押
圧されて維持されるのに充分でもよい。軸２３と、プー
リ２６と、平衡重錘２７とに取付けられるケーブル２５
は、表面を損することなく表面上のチップの自由な摺動
を促進する様に表面への圧力の量を低減するのに使用さ
れてもよい。随意に、表面の全体の輪郭を測定する装置
が設けられてもよい。これは、ブラケット３０によって
センサーヘッド軸２３に取付けられる軸２９を有する線
形変換器２８として具現されてもよい。変換器２８の変
位範囲は、弯曲した自動車ガラス部品に使用するために
２５．４α（１０’Ｍのオーダでもよい。輪郭測定変換
器２８の出力は、表面品質出力の読取りとは別個に輪郭
曲線をプロットするのに使用されてもよく、また２つの
出力は、複合曲線を生じる様に組合わされてもよい。

この用途に適当な商業的に入手可能な変換器は、ニュー
ヨーク州ディアーバーク市のバーニド０２社（Ｖｅｒｎ
ｉｔｒｏｎ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）のバーニテッ
チ事業所によって作られるモデル１１１■である。

センサーヘッド軸２３を保持するブツシュ２４は、ガラ
ス板Ｇの一端縁から他の端縁への線形路に沿ってセンサ
ーヘッド１０を送る様に粱３２に沿って水平方向に往復
運動するキャレッジ３１に取付けられる。任意の好適な
駆動装置は、キャレッジに使用されてもよく、第２図に
示される例は、モータ３４によって回転されるねじ軸３
３である。梁に沿うキャレッジ３１の位置、従ってガラ
ス板Ｇ上のセンサーヘッド１０の位置は、例えば梁３２
に装着される線形変位変換器３５によって記録される。

該変換器のロンド部分３６は、キャレッジ３１に装着さ
れる環状磁石ホルダー３７を貫通して延び、Ｏラド３６
に沿う磁石ホルダー３７の位置の表示を与える様に磁石
ホルダーと相互作用する。この型式の線形変位変換器は
、商業的に入手可能であり、その−例は、ニューヨーク
州プレインビュー市のＭＴＳシステムコーポレーション
によって作られるテンポソニックスブランドスタイル０
２である。

センサーヘッドを物品の表面上で移動する代りに、物品
が静止センサーヘッドに対して移動されてもよいことは
、明らかである。この走査様式は、キャリッジ３１の走
行の方向に対して横方向へ水平方向に走査する様に第２
図に示す装置に使用されてもよい。センサーヘッド１０
は、横方向の走査のために装置を設定する様に軸２３の
端部において垂直軸線のまわりに９０°回転されてもよ
い。

テーブル２０と、該テーブルに支持されるガラス板Ｇと
は、テーブルを支持する線形軸受３８によってセンサー
ヘッドの下を直線において並進されてもよい。また成る
場合には、相互にほぼ平行な通路に沿って同一方向へ一
度よりも多く表面を走査することは、望ましい。例えば
、中心領域を横切って上下の縁領域に沿って走査するこ
とは、全体の表面品質の評価を得るのに有用であり得る
。

これは、キャリッジ３１の送りの間でテーブル２０を移
動することによってセンサーヘッド１０の下の物品の配
置を変えることで実施されてもよい。

第３図、第４図を参照すると、好適実施例のセンサーヘ
ッドの詳細が認められる。接触チップ１２は、基部ブロ
ック４０の下側に固定される小さいころ軸受から成って
もよい。変換器４２のプローブチップ４１は、ころ軸受
の形状でもよい。

これ等のころ軸受は、物品の表面の掻き傷を回避づるた
めに好ましいが、その他の低ｌｌＪ擦非回転のチップが
使用されてもよい。基部ブロック４０は、クレビス４４
内に旋回可能に保持されるステム部材４３の下端に固定
されてもよい。ステム部材４３の側部から延びる短軸４
５は、クレビス４４の脚肉に保持される軸受４６に収容
される。クレビス４４は、止めねじ４８によって軸の端
部の正方形ソケット内に保持される正方形ボスト４７に
よって軸２３の下端に固定される。従って、センサーヘ
ッドは、横方向の走査のために軸から容易に解放されて
９０’回転されて再度取付は可能である。ステム部材４
３と、それに装着される基部ブロック４０との旋回は、
走査される物品の輪郭をたどるための回転の自由を接触
チップ１２に与える。旋回軸線は、軸２３に対して横方
向であり、また走査方向に対して横方向である。

第３図、第４図に示すセンサーヘッドに変換器４２を保
持する装置は、ねじ５１によって変換器のまわりに締付
は可能な分割リング５０を有している。リング５０の細
いベース部分５２は、同様に分割されねじ５３によって
ベース部分５２のまわりに締付は可能なステム部材４３
の上部のソケットに収容される。ステム部材４３の下部
の中心孔５４は、変換器４２の下部を自由に収容する。

変換器が貫通する分割リング５０の孔５５は、ねじ５３
が締付けられる前にステム部材４３に対するリング５０
の回転が接触チップ１２に変換器を整合するための変換
器の横方向の調節性を与える様に、偏心して配置されて
もよい。

センサーヘッドの変換器４２は、コネチカット州ニリン
トン市トランス　テエク社（Ｔｒａｎｓ−ＴｅｋＩｎｃ
ｏｒｐｏｒａｔｅｄ）のモデル０３５１−０００６の様
なばね負荷されたスピンドルを有する精密な線形で可変
の差動変圧器から成る計量変換器でもよい。

変換器のこの例は、正または負の１０ボルトの対応する
出力電圧Ｖ！囲を有する正または負の２．５４履（０，
１００１）の７０−ブチツブ変位を備えている。この例
は、自動車ガラス製品の検査に満足すべき結果を生じる
ことが判明したが、その他の用途は、異なる性能を有す
る変換器を必要とし得ることを理解すべきである。

データの取得および処理の装置は、本発明の一部を形成
せず、当該技術の人々の技仙に属する。

一般に、該装置は、商業的に入手可能なデータ取得ソフ
トウェアを有するパーソナルコンピュータと、所定の時
間間隔で複数のチャンネルに一連のデータを受取るマル
チプレクサ−を有する差入カニニットとを備えている。

キャレッジ駆動ねじ３４゜３の回転は、データサンプリング間隔をトリガーするの
に使用されてもよい。該コンピュータは、プリンタによ
って生じる輪郭プロットの形状の出力を与える様にプロ
グラムされてもよく、またはデータの一層の数学的処理
は、製品標本の客観的評価として使用可能な表面品質番
号を生じる様に表面偏差を統合して合計するために実施
されてもよい。

本発明をその最良の様式について開示するために特定の
実施例に関して説明したが、当該技術の熟達者に周知の
様なその他の変更および変形は、特許請求の範囲に記載
される本発明の範囲から逸脱することな〈実施可能なこ
とを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面凹凸を有する表面に接触する本発明のセン
サーヘッドの略図、第２図は弯曲したガラス板が割出さ
れてセンサーヘッドによって機械的に走査される本発明
の好適実施例の側面図、第３図は第２図の装置のセンナ
−ヘッドの拡大図、第４図は第３図のセンサーヘッドの
側面図を示す。１０・・・センサーヘッド、１１・・・表面、１２・・
・接触チップ、Ｇ・・・ガラス板、１４・・・弦、１５
・・・プローブ、２１・・・割出しビン、ｈ・・・距離
、３１・・・キャレッジ、３３・・・ねじ軸、３４・・
・モータ、４２・・・変換器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）物品の輪郭を測定する方法において、センサーヘ
ッドに固定される２つのチップで前記物品に接触し、こ
れにより、２つの接触点の間の該物品の表面の弧のセグ
メントと、該２つの接触点の間の対応する直線の弦とを
限定し、該２つの接触チップの間のプローブで該物品表
面に接触し、該プローブが、該物品表面に対して垂直に
往復運動するのに自由であり、前記弦からの該プローブ
の接触点の高さに比例する信号を発生し、該物品表面に
接触する前記チップおよび該プローブを有する前記セン
サーヘッドで所定の通路に沿って走査し、前記輪郭の表
面凹凸の程度を示す様に前記弦からの該プローブの高さ
によって発生される一連の前記信号から得られる一連の
読みを表示する手順を備える方法。
（２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
記弦に対する前記プローブの高さが、変換器によって測
定される方法。
（３）特許請求の範囲第２項に記載の方法において、前
記プローブの高さが、前記２つのチップの接触点を含む
平面において測定される方法。
（４）特許請求の範囲第３項に記載の方法において、前
記プローブの高さが、前記物品上の前記チップの２つの
接触点の間の中間において測定される方法。
（５）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、測
定される前記物品の表面が、比較的大きい半径の全体的
な曲率を有し、前記接触チップの間隔が、比較的小さい
半径の表面偏差を測定する様に選択される方法。
（６）特許請求の範囲第５項に記載の方法において、測
定される前記物品が、ガラス板である方法。
（７）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、測
定される前記物品が、ガラス板である方法。
（８）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
記走査の軌跡が、機械的に定められる平面内にある方法
。
（９）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、測
定される輪郭の変動が、０．１２７ｍｍ（０．００５″
）以下に前記弦から前記プローブを持上げる方法。
（１０）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、
測定される輪郭の変動が、０．０２５４ｍｍ（０．００
１″）以下に前記弦から前記プローブを持上げる方法。
（１１）特許請求の範囲１項に記載の方法において、輪
郭の凹凸の程度を示す前記読みが、前記物品の受容性を
定めるために所定の基準に比較される方法。
（１２）特許請求の範囲第１１項に記載の方法において
、前記物品の全体的な表面品質を示す数値が、前記読み
から計算され、前記基準に比較する根拠として使用され
る方法。
（１３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、
前記走査通路に対して所定の位置に前記物品を割出す手
順を更に備える方法。
（１４）特許請求の範囲第１３項に記載の方法において
、同一の全体的形状を有する複数の別個の物品を割出し
て輪郭を測定する手順を更に備える方法。
（１５）特許請求の範囲１項に記載の方法において、第
２通路に沿って前記センサーヘッドで走査する手順を更
に備える方法。
（１６）特許請求の範囲第１５項に記載の方法において
、前記第２通路が、前記第１通路に対してほぼ横方向で
ある方法。
（１７）特許請求の範囲第１５項に記載の方法において
、前記第２通路が、前記第１通路に対してほぼ平行であ
る方法。
（１８）弯曲した加工品を含む加工品の輪郭を測定する
測定装置において、物品表面の弧セグメントと、２つの
接触点の間の直線の弦とを限定するために物品の表面に
接触する様に構成される２つの離れたチップを装着する
センサーヘッドを備え、該センサーヘッドが、該物品表
面に接触する該チップを有し該物品に対して摺動するの
に自由であり、更に、該チップの間で該物品表面に対し
て垂直に往復運動する様に装着されるプローブと、前記
弦に対する該プローブの高さに比例する信号を発生する
装置と、前記物品の表面の通路に沿う一連の位置に対す
る一連の該プローブの高さを記録する装置とを備える測
定装置。
（１９）特許請求の範囲第１８項に記載の測定装置にお
いて、前記センサーヘッドの運動を所定の平面において
案内する装置を更に備える測定装置。
（２０）特許請求の範囲第１９項に記載の測定装置にお
いて、前記案内装置が、前記所定の平面内の第１方向に
おいて前記センサーヘッドに推進を与え該推進の方向に
対して横方向の第２方向において該平面内で該センサー
ヘッドに運動の自由を与える装置を有する測定装置。
（２１）特許請求の範囲第２０項に記載の測定装置にお
いて、前記接触チップが、前記所定の平面内で間隔を設
けられ、前記センサーヘッドが、該所定の平面内で回転
の自由を与えられる測定装置。
（２２）特許請求の範囲第１９項に記載の測定装置にお
いて、前記センサーヘッドの通路に対する所定の位置で
前記物品を割出す装置を更に備える測定装置。