JPH03277905A - 測定装置の位置合わせ方法とその装置 - Google Patents
測定装置の位置合わせ方法とその装置Info
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- JPH03277905A JPH03277905A JP7686690A JP7686690A JPH03277905A JP H03277905 A JPH03277905 A JP H03277905A JP 7686690 A JP7686690 A JP 7686690A JP 7686690 A JP7686690 A JP 7686690A JP H03277905 A JPH03277905 A JP H03277905A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
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、高速回転するモータにおいて、コンミュテー
タの段差・振れを非接触で計測するさいの、自動位置合
わせ方法に関する。
タの段差・振れを非接触で計測するさいの、自動位置合
わせ方法に関する。
曲面形状の計測は、一般には、レーザ測長器を用いて、
レーザをスキャニングする方法や、被測定物を測定用レ
ーザに対して、幾何学的に移動させて行う。
レーザをスキャニングする方法や、被測定物を測定用レ
ーザに対して、幾何学的に移動させて行う。
本発明に係わる円筒回転体のμｍオーダの精密計測は、
被測定物と計測系の位置合わせが大きな課題であるが、
適切な例は見当らない。ここで、モータのコンミュテー
タの段差・振れの計測を例に挙げる。よく知られた方法
は、ロータ単体を低速回転させ、コンミュテータ部に電
気マイクロメータを触針させて、段差を計測するもので
、これは既存の技術で特記すべきものはない。一方、モ
ータを高速回転させて行う挙動測定は、渦電流センサや
静電容量型センサを使用してμｍオーダの測定をしてい
る。しかし、このときのワークデイスタンスは０．２〜
０．５ｍ ｍ程度で、量産ラインでは実用的ではない。
被測定物と計測系の位置合わせが大きな課題であるが、
適切な例は見当らない。ここで、モータのコンミュテー
タの段差・振れの計測を例に挙げる。よく知られた方法
は、ロータ単体を低速回転させ、コンミュテータ部に電
気マイクロメータを触針させて、段差を計測するもので
、これは既存の技術で特記すべきものはない。一方、モ
ータを高速回転させて行う挙動測定は、渦電流センサや
静電容量型センサを使用してμｍオーダの測定をしてい
る。しかし、このときのワークデイスタンスは０．２〜
０．５ｍ ｍ程度で、量産ラインでは実用的ではない。
そこで、ワークデイスタンスを大きく取った光学式計測
系は、被測定面の形状や傾きに大きく影響されるため、
精密位置決めが必要になるが、自動位置合わせの例は見
当らない。類似する従来技術は「形状測定方法」特開昭
６１−１９１９０８号公報や、［光切断表面形状測定装
置」特開平１−２６０３０６号公報がある。しかし、こ
れらはいずれもレーザビームをミラーを制御してスキャ
ニングする方法で、構造上の制約も多く、高速回転する
コンミュテータ等、動的計測には適さない。
系は、被測定面の形状や傾きに大きく影響されるため、
精密位置決めが必要になるが、自動位置合わせの例は見
当らない。類似する従来技術は「形状測定方法」特開昭
６１−１９１９０８号公報や、［光切断表面形状測定装
置」特開平１−２６０３０６号公報がある。しかし、こ
れらはいずれもレーザビームをミラーを制御してスキャ
ニングする方法で、構造上の制約も多く、高速回転する
コンミュテータ等、動的計測には適さない。
μｍオーダの非接触測定技術は、平坦面を対象とした二
次元計測が主体である。距離を測定するものにはドツプ
ラ法、非点収差法、三角測距法等が知られているが、い
ずれも平坦面を対象としている。
次元計測が主体である。距離を測定するものにはドツプ
ラ法、非点収差法、三角測距法等が知られているが、い
ずれも平坦面を対象としている。
本発明に係わる計測対象物は、高速回転するモータの円
筒形コンミュテータの外周である。このコンミュテータ
は、ブラシとの接触によりロータコイルに給電する接点
に相当するもので、短冊状の銅板が円筒形モールドの外
周を覆うように形成されている。つまり、計測対象は曲
面形状の銅板である。そこでμｍオーダの計測に対して
、考慮すべき課題はいろいろあるが、本発明は計測前段
階での、曲面形状に対する被測定物と計測系の自動位置
合せ方法に的を絞った。
筒形コンミュテータの外周である。このコンミュテータ
は、ブラシとの接触によりロータコイルに給電する接点
に相当するもので、短冊状の銅板が円筒形モールドの外
周を覆うように形成されている。つまり、計測対象は曲
面形状の銅板である。そこでμｍオーダの計測に対して
、考慮すべき課題はいろいろあるが、本発明は計測前段
階での、曲面形状に対する被測定物と計測系の自動位置
合せ方法に的を絞った。
上記目的は、コンミュテータの曲面に照射した計測用レ
ーザの反射光を、例えば、±１５度の範囲内で検出し、
そのずれ角度より補正角を求めて対処できる。被測定対
象物と計測系の相対位置決めは、−船釣に初期粗位置決
めでも±１５度以内に収めることは容易である。そこで
、計測系先端の対物レンズと同一面に、シリンドリカル
レンズを配し、測定面からの反射光を結像する位置にラ
インセンサを設置して、計測系の投受光角を検出する。
ーザの反射光を、例えば、±１５度の範囲内で検出し、
そのずれ角度より補正角を求めて対処できる。被測定対
象物と計測系の相対位置決めは、−船釣に初期粗位置決
めでも±１５度以内に収めることは容易である。そこで
、計測系先端の対物レンズと同一面に、シリンドリカル
レンズを配し、測定面からの反射光を結像する位置にラ
インセンサを設置して、計測系の投受光角を検出する。
そして、この検出された傾き角、つまり、ずれ景の１７
２の位置が、コンミュテータ曲面の曲率中心点と、計測
用光軸が合致する位置となり、高精度位置決めが達成で
きる。
２の位置が、コンミュテータ曲面の曲率中心点と、計測
用光軸が合致する位置となり、高精度位置決めが達成で
きる。
コンミュテータの段差・振れ計測と、光軸のずれ量計測
は、同一の系で閉回路を形成しており、計測面からの反
射光はシリンドリカルレンズを介し、面積当りの光情報
を一次元情報に圧縮した形でラインセンサに取り込むた
め、光学的ノイズの影響を受けずに、信頼性の高いフィ
ードバッグ信号を得ることができる。
は、同一の系で閉回路を形成しており、計測面からの反
射光はシリンドリカルレンズを介し、面積当りの光情報
を一次元情報に圧縮した形でラインセンサに取り込むた
め、光学的ノイズの影響を受けずに、信頼性の高いフィ
ードバッグ信号を得ることができる。
また、信号処理は幾何学的な処理が可能であるため、自
動補正に適している。
動補正に適している。
以下、本発明の実施例を第１図ないし第５図により説明
する。
する。
第１図は測定装置の断面構成を示し、第２図は第１図の
測定装置先端部の断面図である。先ず第１図及び第２図
において、円筒状回転体であるモータのコンミュテータ
１は、外周を短冊状の銅板２で覆われており、隣接する
銅板間の段差、及び高速回転時の応力による銅板２の挙
動を計測する対象物である。
測定装置先端部の断面図である。先ず第１図及び第２図
において、円筒状回転体であるモータのコンミュテータ
１は、外周を短冊状の銅板２で覆われており、隣接する
銅板間の段差、及び高速回転時の応力による銅板２の挙
動を計測する対象物である。
測定装置１１は、レーザダイオード１２から発振された
レーザを、コリメータレンズ１３で平行光にして、偏光
ビームスプリッタ１４と、１／４λ板１５を介し、鏡筒
１６を通って対物レンズ１７で集束し、被測定物である
コンミュテータの銅板２に照射する。
レーザを、コリメータレンズ１３で平行光にして、偏光
ビームスプリッタ１４と、１／４λ板１５を介し、鏡筒
１６を通って対物レンズ１７で集束し、被測定物である
コンミュテータの銅板２に照射する。
ここで、銅板２の測定面に対して照射光軸が垂直であれ
ば、銅板２からの反射光は、再び、対物レンズ１７、鏡
筒１６．１／４λ板１５を通過して、偏光ビームスプリ
ッタ１４でビームスプリッタ１８方向に反射し、ここで
光線は二回路に分岐される。つまり、ビームスプリッタ
１８を直進して、シリンドリカルレンズ１９ａを介して
フォトダイオード２０ａに結像する系と、ビームスプリ
ッタ１８で反射してシリンドリカルレンズ１９ｂを介し
てフォトダイオード２０ｂに結像する系である。これは
反射光の光軸に対して、シリンドリカルレンズ１９ａと
１９ｂに９０度の回転角差をつけて検出するもので、粗
い表面の測定に有効である。被測定物の状態によっては
、二回路に分岐する必要はない。
ば、銅板２からの反射光は、再び、対物レンズ１７、鏡
筒１６．１／４λ板１５を通過して、偏光ビームスプリ
ッタ１４でビームスプリッタ１８方向に反射し、ここで
光線は二回路に分岐される。つまり、ビームスプリッタ
１８を直進して、シリンドリカルレンズ１９ａを介して
フォトダイオード２０ａに結像する系と、ビームスプリ
ッタ１８で反射してシリンドリカルレンズ１９ｂを介し
てフォトダイオード２０ｂに結像する系である。これは
反射光の光軸に対して、シリンドリカルレンズ１９ａと
１９ｂに９０度の回転角差をつけて検出するもので、粗
い表面の測定に有効である。被測定物の状態によっては
、二回路に分岐する必要はない。
次に測定装置１１の先端部で、対物レンズ１７と同一面
に配備したのが、シリンドリカルレンズ２１ａ、２１ｂ
である。これは測定用照射光軸に対して、銅板２が傾き
角を生じると、反射光は対物レンズ１７には戻らないの
で、ここで受光してラインセンサ２２ａ、２２ｂに結像
し、傾き角を検出するもので、その平面説明図が第２図
である。
に配備したのが、シリンドリカルレンズ２１ａ、２１ｂ
である。これは測定用照射光軸に対して、銅板２が傾き
角を生じると、反射光は対物レンズ１７には戻らないの
で、ここで受光してラインセンサ２２ａ、２２ｂに結像
し、傾き角を検出するもので、その平面説明図が第２図
である。
μｍオーダの計測に類するものは、オートフォーカス技
術として知られているが、第３図は本発明の特徴である
被測定物と、光学系光軸との位置合わせに関する説明図
である。第３図（ａ）は、被測定物６の表面が平坦で鏡
面を理想形とし、照射光３１の光軸と垂直な位置関係に
あれば、Ａ−Ａ’力方向移動も許容する。そして、第３
図（ｂ）は、曲面形状の被測定物に対する正しい位置関
係を示すが、実際には、第３図（ｃ）のように、回転中
心３と曲率中心点５がずれているｄｌの場合や、回転中
心３と光軸３３がずれているｄ２の場合が多く、曲面形
状に対するμｍオーダの計測は、この位置合わせが重要
となる。
術として知られているが、第３図は本発明の特徴である
被測定物と、光学系光軸との位置合わせに関する説明図
である。第３図（ａ）は、被測定物６の表面が平坦で鏡
面を理想形とし、照射光３１の光軸と垂直な位置関係に
あれば、Ａ−Ａ’力方向移動も許容する。そして、第３
図（ｂ）は、曲面形状の被測定物に対する正しい位置関
係を示すが、実際には、第３図（ｃ）のように、回転中
心３と曲率中心点５がずれているｄｌの場合や、回転中
心３と光軸３３がずれているｄ２の場合が多く、曲面形
状に対するμｍオーダの計測は、この位置合わせが重要
となる。
そこで、第４図及び第５図により、位置合わせ方法の具
体例を示す。図は計測系に対するコンミュテータの銅板
２の傾きにより、鏡筒１６の下部に反射した測定光３２
を、シリンドリカルレンズ２１ｂを介してラインセンサ
２２ｂで検出するものである。
体例を示す。図は計測系に対するコンミュテータの銅板
２の傾きにより、鏡筒１６の下部に反射した測定光３２
を、シリンドリカルレンズ２１ｂを介してラインセンサ
２２ｂで検出するものである。
ここで
θｙ２：最大検出角
ｚｌ ニラインセンサの有効検出長
ｚｏ ：機構上の固定長
ｚ １ ＋ ｚ ０：最大検出長
ｚ、ｌ ニジリントリカルレンズ厚Ｘ、の屈折によるＺ
軸換算長ｚ、：空間Ｘ２のＺ軸換算長ラインセンサ２２
ｂ上では、反射光はｚｌｌ〜ｚ１２の角度幅で検出され
るので、この重心よりｚ。
軸換算長ｚ、：空間Ｘ２のＺ軸換算長ラインセンサ２２
ｂ上では、反射光はｚｌｌ〜ｚ１２の角度幅で検出され
るので、この重心よりｚ。
十ｚ（、を求める。つまり、
θ２ｙ→ｚ、＋ｚ。
の範囲で、検出角の１／２が検出補正角となり、これが
接線３５に対する垂線を得ることになる。第５図の例は
Ｚｌ＋ＺＯより補正角θｙ１を求めるもので、シリンド
リカルレンズ２１ｂの屈折率をｎ２とし、その両側空間
の屈折率をｎｌとすると、ｎ１ｓｉｎθ□＝ｎ２ｓｉｎ
θ２＝ｎＬ４；ｉＨθ３の関係からθ、＝０３となり、
Ｚ３＋ ２４も幾何学的に求められる。
接線３５に対する垂線を得ることになる。第５図の例は
Ｚｌ＋ＺＯより補正角θｙ１を求めるもので、シリンド
リカルレンズ２１ｂの屈折率をｎ２とし、その両側空間
の屈折率をｎｌとすると、ｎ１ｓｉｎθ□＝ｎ２ｓｉｎ
θ２＝ｎＬ４；ｉＨθ３の関係からθ、＝０３となり、
Ｚ３＋ ２４も幾何学的に求められる。
より、補正角はθｙＬ＝ ２θｙ２となる。
本来、μｍオーダの精密計測は、測定装置を固定し、ワ
ークの位置決めを精密化するが、実施例のモータ等の量
産ラインでは期待できない。そこで、第４図及び第５図
の例で、測定装置にはθｙ。
ークの位置決めを精密化するが、実施例のモータ等の量
産ラインでは期待できない。そこで、第４図及び第５図
の例で、測定装置にはθｙ。
θ２を含む精密位置決めテーブルユニット（図省略）を
付加して、自動位置合わせを行う方式とした。
付加して、自動位置合わせを行う方式とした。
本発明によれば、従来、簡単な治具などを使って、抜き
取り的に行っていたコンミュテータの段差・振れ測定が
、非接触で自動化し、量産ラインの中で実用化すること
ができる。これにより、高速回転中のコンミュテータの
挙動が解析できるため、設計部門へのフィードバックと
、生産管理や品質管理に反映させることにより、歩留り
が向上する。
取り的に行っていたコンミュテータの段差・振れ測定が
、非接触で自動化し、量産ラインの中で実用化すること
ができる。これにより、高速回転中のコンミュテータの
挙動が解析できるため、設計部門へのフィードバックと
、生産管理や品質管理に反映させることにより、歩留り
が向上する。
第１図は本発明の一実施例のコンミュテータの段差・振
れ測定装置の説明図、第２図は第１図の測定装置先端部
の断面図、第３図は被測定物と測定装置光軸との位置関
係の説明図、第４図は曲面形状測定時の反射光検出法の
説明図、第５図は第４図の反射光ずれ角度と補正角度の
演算説明図である。 １・・コンミュテータ、２・・・銅板、５・・・曲率中
心点、１１・・・測定装置、１２・・・レーザダイオー
ド、１３・・・コリメータレンズ、１４・・・偏光ビー
ムスプリッタ、１５・・・１／４λ板、１６・・鏡筒、
１７・・・対物レンズ、１８・・ビームスプリッタ、１
９ａ、１９ｂ・シリンドリカルレンズ、２０ａ、２０ｂ
・・・フォトダイオード、２１ａ・・２１ｂシリンドリ
カルレンズ、２２ａ、２２ｂ・・・ラインセンサ、３１
照射光、３２・・・反射光、３３・・・光軸、３４・・
・反射角中心、３５・・・接線、３６・・・補正角中心
、４゜ θ ｙｌ・・・補正角、 θ ｙ２・・・検出最大角、 ｚｌ・・・検 出有効長。 第 区 第 圀 第 づ 凶 第４凶 第３０
れ測定装置の説明図、第２図は第１図の測定装置先端部
の断面図、第３図は被測定物と測定装置光軸との位置関
係の説明図、第４図は曲面形状測定時の反射光検出法の
説明図、第５図は第４図の反射光ずれ角度と補正角度の
演算説明図である。 １・・コンミュテータ、２・・・銅板、５・・・曲率中
心点、１１・・・測定装置、１２・・・レーザダイオー
ド、１３・・・コリメータレンズ、１４・・・偏光ビー
ムスプリッタ、１５・・・１／４λ板、１６・・鏡筒、
１７・・・対物レンズ、１８・・ビームスプリッタ、１
９ａ、１９ｂ・シリンドリカルレンズ、２０ａ、２０ｂ
・・・フォトダイオード、２１ａ・・２１ｂシリンドリ
カルレンズ、２２ａ、２２ｂ・・・ラインセンサ、３１
照射光、３２・・・反射光、３３・・・光軸、３４・・
・反射角中心、３５・・・接線、３６・・・補正角中心
、４゜ θ ｙｌ・・・補正角、 θ ｙ２・・・検出最大角、 ｚｌ・・・検 出有効長。 第 区 第 圀 第 づ 凶 第４凶 第３０
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光学式測定装置において、対物レンズと同一面で、
前記対物レンズを挟持する位置関係に、複数個のシリン
ドリカルレンズを配備し、その結像位置にラインセンサ
を設置して、被測定物からの反射光を検出し、そのずれ
角度より補正角度を算出することを特徴とする測定装置
の位置合わせ方法。 ２、請求項１において、前記被測定物の位置変位量を測
定する手段と、測定用光軸に対する前記被測定物の傾き
角度、及びずれ量を測定する手段を設けた位置合わせ装
置。 ３、請求項１または２において、測定用光軸に対する被
測定物の傾き角度、及びずれ量を自動補正する手段を設
けた位置合わせ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7686690A JPH03277905A (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 測定装置の位置合わせ方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7686690A JPH03277905A (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 測定装置の位置合わせ方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03277905A true JPH03277905A (ja) | 1991-12-09 |
Family
ID=13617570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7686690A Pending JPH03277905A (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 測定装置の位置合わせ方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03277905A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009250708A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Nikon Corp | 測定装置および測定方法 |
-
1990
- 1990-03-28 JP JP7686690A patent/JPH03277905A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009250708A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Nikon Corp | 測定装置および測定方法 |
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