JPH07159144A - 非接触式測定における表面粗さの監視判定方法 - Google Patents

非接触式測定における表面粗さの監視判定方法

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JPH07159144A
JPH07159144A JP34045393A JP34045393A JPH07159144A JP H07159144 A JPH07159144 A JP H07159144A JP 34045393 A JP34045393 A JP 34045393A JP 34045393 A JP34045393 A JP 34045393A JP H07159144 A JPH07159144 A JP H07159144A
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roughness
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JP34045393A
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Shigeru Aoki
茂 青木
Tetsuji Kobayashi
哲二 小林
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PURIIDE KK
STABILIZER KK
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AOKI SEIKI SEISAKUSHO KK
PURIIDE KK
STABILIZER KK
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Abstract

(57)【要約】 「目的] 散乱光方式の表面粗さ測定を例えばインプロ
セス測定に応用するときのように、非接触式といえども
加工条件、工具、工作機械の要素を特定すれば粗さ曲線
形状がほぼ同一な限り、材質のみが異なるときは、散乱
光強度と表面粗さ分布図における転移ポイントが同一表
面粗さ値を示す傾向があるため、表面粗さの加工度を監
視し、かつ予定する値への到達を判定することができ、
しかも、従来の粗さ曲線に基づくJIS表示との代替え
も可能とすることができる表面粗さの監視判定方法とす
る。 [構成] 波束光信号を用いた散乱光方式を使用して、
反射光の強度をY軸、表面仕上げ度合いをX軸として分
布評価し、正反射光と散乱光との表出する転移ポイント
を監視し、その転移ポイントに求める表面仕上げ度と対
応させることとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非接触式測定における表
面粗さの監視判定方法、特に金属製の部品や部材等の工
作物の表面仕上げ加工の粗さ度を散乱光方式を使用しな
がら非接触式的方法で監視判定する方法に関する。
【0002】
【発明の背景】一般的に工作物の表面仕上げの粗さは加
工面の品質のバロメーターとして極めて重要なものであ
り、通常は加工処理済の工作物の表面を針でなぞって得
られる曲線、即ち粗さ曲線で基本的に表わされ、この粗
さ曲線に基づいて最大高さR max、十点平均粗さ
2、中心点平均粗さR aによって表示基準が定められ
ている。
【0003】しかし、近年では高精度、高精密な粗さ測
定をインプロセスでも求められるようになり、非接触式
の表面粗さ測定方法が開発されている。このうち、代表
的なものは光(レーザー)を使用した散乱光方式となっ
ている。この散乱光方式の概要は図1に示すように光源
(レーザー)1からの光を工作物Wの表面へ照射し、そ
の反射光の散乱をスクリーン(ミラー)2に投影して、
そのスクリーン2に所定ピッチで並設された受光器(フ
ォトダイオード)3、3…で受光し、その各受光器3、
3…による強度を検出することにより工作物Wの表面粗
さを見出そうとするものである。例えば、もっとも規則
的切削表面形状をもっとされるダイヤモンド切削による
金(Au)の表面についての測定では図2に示すように
散乱角0°(すなわち正反射光のこと)において、もっ
とも散乱強度の大きい正反射光と、それ以外の散乱角に
おける散乱光とが正規的な分布をもって検出されるた
め、表面粗さとの相関が見出しやすく、非接触式表面粗
さ測定法の有力な方法のひとつとして知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この散
乱光方式によると粗さ曲線を得ることができず、従って
基準による表示をダイレクトに行なうことができない。
また、表面加工状態は加工条件、工具、工作機械、工作
物等の各要素によってそれぞれ得られる粗さ曲線は異な
り、特に工作物の材質の違いによっては表面反射率が異
なってくるため、反射光強度のみによって確定的に表面
粗さを評価していくことはできなく、特にインプロセス
等で非接触式により監視をするについてもその都度変動
するため非常に困難なものとなっている。
【0005】
【発明の目的】そこで、本発明は係る従来の実情に着目
してなされたもので、かかる問題点を解消して、散乱光
方式の表面粗さ測定を例えばインプロセス測定に応用す
るときのように、非接触式といえども加工条件、工具、
工作機械の要素を特定すれば粗さ曲線形状がほぼ同一な
限り、また材質のみが異なるときは、散乱光強度と表面
粗さ分布図における転移ポイントが同一表面粗さ値を示
す傾向があるため、表面粗さの加工度を監視し、かつ予
定する値への到達を判定することができ、しかも、従来
の粗さ曲線に基づくJIS表示との代替も可能とするこ
とができる表面粗さの監視判定方法を提供することを目
的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る表面粗さの監視判定方法は、波束光信
号を用いた散乱光方式を使用して、反射光の強度をY
軸、表面仕上げ度合をX軸として分布評価し、正反射光
と散乱光との表出する転移ポイントを監視し、その転移
ポイントに求める表面仕上げ度と対応させることで判定
することを特徴としている。
【0007】
【作用】上記した構成としたことより、測定対象となる
工作物の材質の違いによって、大きく反射率が変わると
いう光特性の測定評価への影響も、次のように解決され
る。すなわち、一般に、ステンレス(SUS材)などは
光沢度が大きく反射光強度も大きくなり、逆に合金(例
えば黄銅など)は光沢度が落ち、反射光強度も小さく分
布される。この点が従来の非接触式のうちの光学的測定
法の欠点とされていたが、本発明によれば、光沢度の大
小の有無があろうとも転移ポイント自体は、反射光の表
面粗さと相関した散乱特性のみに依存するので光沢性の
違いによる散乱光強度が変わろうとも対応する表面粗さ
値は同一のものである。よって、非接触式測定でもっと
も難関とされている工作物の材質の違いによる表面粗さ
値評価の不可能性も解消されることになる。また、イン
プロセス計測の場合、加工条件、工具、工作機械の要素
が特定されれば工作物の種類には関係なく目的とする粗
さ値となる転移ポイントが特定され、容易に仕上げ加工
を監視し、かつ、その粗さ値への到達を判定することが
でき、不要に機械の運転を続行する無駄も省け、しかも
その転移ポイントは一定の粗さ値を指示することとなる
ため、粗さ曲線を求めるまでもなく、現行の基準による
表示と対応させることも可能となるのである。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例を図3乃至図12を参
照して説明する。図3は散乱光方式を示す概念図、図4
は波束の生成を説明する波形図、図5は波束による散乱
光方式を示す概念図、図6は光通信手法を応用した測定
原理を示すブロック図、図7は測定システムを示すブロ
ック図、図8は光源部の回路ブロック図、図9は短波長
波束による油膜なし状態の測定結果を示す分布図、図1
0は長波長波束による油膜なし状態の測定結果を示す分
布図、図11は材質の違いによって測定された結果を示
す分布図、図12は短波長波束による油膜あり状態の測
定結果を示す分布図、図13は長波長波束による油膜あ
り状態の測定結果を示す分布図である。
【0009】まず、前提として一般的な光(レーザー)
を使用した散乱光方式による表面粗さ測定について述べ
ると、図3の(3)に示す状況、つまりレーザーの波長
λが表面形状の振幅aより極めて大きい超精密状態では
図1、図2で説明した散乱光分布の規則性によって信頼
できるデータ値を得ることができるが、λがaと同等あ
るいはaがλより極めて大きい場合(図3の(1)、
(2))、反射光の散乱値がランダムとなり、信頼でき
るデータ値を得ることは非常に困難となってしまう。
【0010】この点を是正するため、本発明にあっては
後で詳述するように、複数種発振生成した正弦波、例え
ば図4に示す(a)、(b)のλ1とλ2の波長を有する
正弦波を重ね(c)、包絡線で示すλの波長を有する波
束波(d)、(e)を使用することとし、表面形状の振
幅aとの関係を超精密状況における理論を近似的に適用
させることとしている。したがって、その表面形状の波
長よりも小さい波長の波束波を当てれば理論による散乱
回折光が得られるがそれよりも長い波束光をあてると、
散乱分布は不規則となり、この転移ポイントを探すので
ある(図5参照)。
【0011】本発明の実施には図6として示す光通信の
手法が応用されるもので、用いられる装置は図7に示す
ごとく構成される。この図7における10は信号発生
器、即ち、電気回路で構成される発振器で、この信号発
生器10で発生した発振信号は位相整形されて変調回路
11へ送られる。この変調回路11までは電気信号状態
で時間振動波となっている。また、位相整形された信号
は第一のアナログ−ディジタルコンバータ12を介して
パーソナルコンピュータ13へ入力される。
【0012】また、光変調された信号(波束波)を工作
物(試料)の表面に照射し、その反射光をフォトダイオ
ードで受光(光検波)し、その受光信号を復調回路14
で電気信号に復調する。この復調された信号は位相同期
される(電圧値の変化をみる)が、同時に第二のアナロ
グ−ディジタルコンバータ15を介してパーソナルコン
ピュータ13へ送られることとなる。つまり、表面仕上
げ状況を電気信号として画面上目視を可能としている
(アナライザーによる解析)。
【0013】以上が使用される装置の概要であるが、工
作物の表面に照射される光信号(波束波)を生成する光
源部を図8により説明すると、発振器は複数個用意され
ており、各々が異なる波長の発振信号を生成する。この
各々の発振信号は可変抵抗器を介して加算器により重合
された波束信号とされ(図4参照)、ドライバを経由し
てLEDから発光される。なお、この発光は光変調方式
を用いるため赤外発光ダイオードが使用され、受光素子
としてはピンフォトダイオードが使用される。そして、
この光変調による発光波は、波束波としての強度変調
と、位相変調により、波長Λと増幅された振幅に変換さ
れている。
【0014】かかる装置により生成された波束波を用い
て工作物の表面粗さを検出した結果が図9乃至図10、
及び図12乃至図13に示すポイントの分布図である。
この各図は短波長波束、長波長波束による油膜なし、油
膜ありの各状態でのものを、その散乱光強度を粗さ値
(中心線平均粗さRa)に対して示したものとなってお
り、それぞれ、図中の矢印で示すように散乱光強度が大
きく変化することが判かる。これは反射する散乱光のう
ち回折理論に従う正規の反射散乱光分布から回折理論に
したがわない反射散乱光分布への転移ポイントが表出さ
れているためで、一定波長の波束波による照射光の散乱
特性が変化することを意味している。つまり、この転移
ポイントに表面粗さの予定する精度の値を設定し対応さ
せることで非接触式でインプロセスの工作物の表面仕上
げ度を検知することができることとなる。尚、図11に
はステンレス、鋼、黄銅を材料例としての転移ポイント
を示し、その同一性を明示している。
【0015】この現象は表面加工処理の要素のうち、工
具、工作機械か特定されれば粗さ曲線もほぼ同じ形状と
なり純粋に表面形状のみと対応し、特に非接触式で問題
とされる工作物の材質による光強度値等の差異はあって
も粗さ値としては同等に得られるものとなっている。即
ち、分布図中表出するポイントを結ぶライン形状は一定
のものとして得られることとなる。
【0016】
【発明の効果】本発明に係る表面粗さの監視判定方法は
上述のように構成される。波束光信号を用いることで表
面粗さの程度に影響を受けることがなく、格別に触針法
による粗さ曲線を得る必要をなくして所定の粗さ値への
加工状態を監視し、また、到達したことを判定できる。
また、インプロセス測定にあっては機械の不要な稼動を
生じることがない。さらに、加工条件や工作物、特にそ
の材質にこだわらず係る監視と判定が可能となるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】散乱光方式を説明する概念図である。
【図2】金の切断面の散乱光の散乱角強度を示す分布図
である。
【図3】散乱光方式を示す概念図である。
【図4】波束の生成を説明する波形図である。
【図5】波束による散乱光方式を示す概念図である。
【図6】光通信手法を応用した測定原理を示すブロック
図である。
【図7】測定システムを示すブロック図である。
【図8】光源部の回路ブロック図である。
【図9】短波長波束による油膜なし状態の測定結果を示
す分布図である。
【図10】長波長波束による油膜なし状態の測定結果を
示す分布図である。
【図11】材質の違いによって測定された結果を示す分
布図である。
【図12】短波長波束による油膜あり状態の測定結果を
示す分布図である。
【図13】長波長波束による油膜あり状態の測定結果を
示す分布図である。
【符号の説明】
10 信号発生器 11 変調回路 12 アナログ−ディジタルコンバータ 13 パーソナルコンピュータ 14 復調回路 15 アナログ−ディジタルコンバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 哲二 東京都練馬区谷原1丁目13番12号 株式会 社青木精機製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非接触式表面粗さ測定において波束光信
    号を用いた散乱光方式を使用して、反射光の強度をY
    軸、表面仕上げ度合をX軸として分布評価し、正反射光
    と散乱光(以下、合わせて「反射散乱光」という)とが
    プロットされる転移ポイントを監視し、その転移ポイン
    トに求める表面仕上げ度と対応させることで判定するこ
    とを特徴とする非接触式測定における表面粗さの監視判
    定方法。
  2. 【請求項2】 前記した転移ポイントを触針法によって
    得られる粗さ曲線に基づく粗さ基準に代替評価すること
    を特徴とする請求項1に記載の非接触式における表面粗
    さの監視判定方法。
JP34045393A 1993-12-08 1993-12-08 非接触式測定における表面粗さの監視判定方法 Pending JPH07159144A (ja)

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JP34045393A JPH07159144A (ja) 1993-12-08 1993-12-08 非接触式測定における表面粗さの監視判定方法

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JP (1) JPH07159144A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101397599B1 (ko) * 2012-12-28 2014-05-30 한국기계연구원 전자후방산란회절 맵핑 결과 상의 상인식 오류의 필터링 방법
CN109070297A (zh) * 2016-04-28 2018-12-21 株式会社捷太格特 机床系统以及表面粗糙度检测方法

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