JPH0719841A - Noncontact surface roughness measuring apparatus - Google Patents

Noncontact surface roughness measuring apparatus

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Publication number
JPH0719841A
JPH0719841A JP16557593A JP16557593A JPH0719841A JP H0719841 A JPH0719841 A JP H0719841A JP 16557593 A JP16557593 A JP 16557593A JP 16557593 A JP16557593 A JP 16557593A JP H0719841 A JPH0719841 A JP H0719841A
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JP
Japan
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surface roughness
measured
optical fiber
measurement
measuring device
Prior art date
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Pending
Application number
JP16557593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Nakao
昌彦 中尾
Tetsuhiko Nomura
哲彦 野村
Takamitsu Shibata
隆光 柴田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH0719841A publication Critical patent/JPH0719841A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a noncontact surface roughness measuring apparatus, which can measure the degree of the stripe-shaped irregularities such as the machining streaks and the like of a material to be machined during processing in real time even under the environment wherein vibrations and dust are more. CONSTITUTION:A light beam L0 is cast on a surface to be measured M4 having stripe- shaped irregularties M2 from the light source of a noncontact surface roughness measuring apparatus in the approximately vertical direction A0. The intensities of reflected lights L1 and L2 in the direction forming an angle theta with the irradiation direction A0 of the light beam are detected with light receiving means S1 and S2 for the longitudinal direction A1 of the stripe-shaped irregularities M2 and the direction A2, which orthogonally intersects the direction A0. The rate of the dispersion of the reflected light of the light beam L0, which is applied on the surface to be measured M4 approximately orthogonally, becomes the largest value in the direction A2 and becomes the smallest value in the direction A1. The difference DELTAS between the intensities of the reflected lights in two directions is used as a key. A map M6, wherein the corresponding relation of the difference DELTAS of the intensities of the reflected lights and the surface roughness of the surface to be measured, is reflected to, and the surface roughness of the surface to be measured M4 is computed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、機械加工等された物
の表面粗さを非接触で測定する非接触式の表面粗さ測定
装置に関する。特に本発明は、被測定面に照射された光
ビームの反射光強度を用いて筋状の凹凸を有する被測定
面の表面粗さを測定する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact type surface roughness measuring device for measuring the surface roughness of a machined product in a non-contact manner. In particular, the present invention relates to a device for measuring the surface roughness of a surface to be measured having streaky irregularities by using the reflected light intensity of a light beam applied to the surface to be measured.

【0002】[0002]

【従来の技術】切削,研削,ラッピング等の加工工程に
おいて、被加工物の表面の仕上がり具合によって、以後
の加工条件や加工時間を決める必要があることがある。
特に、近年の高速精密加工においては、加工条件等をフ
ィードバック制御しながら短時間で精密な仕上げを行う
ために、加工中の被加工物の表面状態をリアルタイムで
高精度に測定できる手段が要求されている。従来、表面
粗さを測定するための装置としては、触針(スタイラ
ス)を被測定物の表面に接触させながら移動させて、触
針の上下運動を電気信号に変換することによって表面粗
さを測定する触針式の表面粗さ測定装置が用いられてい
た。この触針式表面粗さ測定装置は、被測定面の微小な
凹凸まで高精度に検出することができる。また、触針を
被測定面上で二次元に移動させることによって、被測定
面についての三次元的なデータ(すなわち表面粗さの二
次元的分布)を得ることも可能である。
2. Description of the Related Art In machining processes such as cutting, grinding and lapping, it is sometimes necessary to determine subsequent machining conditions and machining time depending on the finish of the surface of the workpiece.
In particular, in recent high-speed precision machining, in order to perform precise finishing in a short time while feedback-controlling machining conditions, etc., a means capable of measuring the surface condition of the workpiece being machined in real time with high precision is required. ing. Conventionally, as a device for measuring surface roughness, a stylus (stylus) is moved while being in contact with the surface of the object to be measured, and the vertical movement of the stylus is converted into an electric signal to measure the surface roughness. A stylus-type surface roughness measuring device for measuring has been used. This stylus type surface roughness measuring device can detect even minute irregularities on the surface to be measured with high accuracy. It is also possible to obtain three-dimensional data (that is, two-dimensional distribution of surface roughness) on the measured surface by moving the stylus two-dimensionally on the measured surface.

【0003】しかしながら、かかる触針式表面粗さ測定
装置は、その機構上から振動や埃の多い場所では測定が
できないため、切削加工や研削加工の行われる現場に適
用することは困難である。さらに、1mm2 の面積を測
定するのに約30分もの時間を要するという難点があ
り、加工中の被加工物の表面状態をリアルタイムで測定
するという用途には用いることができない。かかる従来
の表面粗さ測定装置に対して、近年、被測定面の表面粗
さと被測定面における光反射角度の分布との関係を用い
て表面粗さを測定する光反射率式の非接触式表面粗さ測
定装置が開発されている。このような光反射率式の非接
触式表面粗さ測定装置として、本出願人は特願平4−1
44288号を出願している。本方式の特徴としては被
加工物表面の粗さをリアルタイムに、傷つけずに、測定
部位を限定されずにどこでも測れることである。また性
能の維持も触針式のスタイラスの摩耗、欠け等に比べ容
易である。
However, since such a stylus type surface roughness measuring device cannot measure at a place where there is much vibration or dust due to its mechanism, it is difficult to apply it to a site where cutting or grinding is performed. Further, it takes about 30 minutes to measure an area of 1 mm 2 , which cannot be used for real-time measurement of the surface condition of a workpiece being processed. In contrast to such a conventional surface roughness measuring device, in recent years, a light reflectance non-contact method for measuring the surface roughness using the relationship between the surface roughness of the measured surface and the distribution of the light reflection angle on the measured surface. Surface roughness measuring devices have been developed. As such a light reflectance type non-contact type surface roughness measuring device, the present applicant has filed Japanese Patent Application No. 4-1.
No. 44288 is filed. A feature of this method is that the roughness of the surface of the work piece can be measured in real time, without damaging it, and without limiting the measurement site. In addition, it is easier to maintain the performance compared to wear and chipping of the stylus of the stylus type.

【0004】このような光反射率式の非接触式表面粗さ
測定装置の測定原理について、図13および図14を参
照して説明する。図13および図14は、光反射率式の
表面粗さ測定装置の測定原理を示す説明図である。図1
3(A)は、表面粗さの粗い被測定面100Aに光ビー
ム102Aを照射したときの反射光104Aの角度分布
を示した図であり、図13(B)は表面が平滑な被測定
面100Bに光ビーム102Bを照射したときの反射光
104Bの角度分布を示した図である。図13(A)お
よび(B)に示されるように、表面に光を照射したとき
の反射光の広がり方は、表面粗さが粗いほど大きく、表
面が平滑であるほど小さくなる。すなわち、表面粗さが
粗いほど、被測定面の垂線に対してある角度θだけ傾斜
した方向への反射光の割合が増加する。従って、被測定
面の垂線方向への反射光量F0と傾斜した方向への反射
光量Fθの比(Fθ/F0)=FDの値は、表面粗さR
aと一定の相関関係を有する。この相関関係は図14に
示されるような曲線で表され、次式(1)で与えられる
ことが、実験的に知られている。 FD=M+Klog(Ra) …(1) ここで、M,Kは被測定物の材質や加工条件等によって
異なる定数である。このような相関関係を用いて表面粗
さを測定するのが、光反射率式の非接触式表面粗さ測定
装置である。
The measurement principle of such a light reflectance type non-contact type surface roughness measuring apparatus will be described with reference to FIGS. 13 and 14. 13 and 14 are explanatory views showing the measurement principle of the light reflectance type surface roughness measuring device. Figure 1
3A is a diagram showing an angular distribution of the reflected light 104A when the light beam 102A is applied to the surface to be measured 100A having a rough surface, and FIG. 13B is a surface to be measured having a smooth surface. It is a figure showing angular distribution of reflected light 104B when 100B is irradiated with light beam 102B. As shown in FIGS. 13A and 13B, when the surface is irradiated with light, the spread of the reflected light becomes larger as the surface roughness becomes rougher and becomes smaller as the surface becomes smoother. That is, the rougher the surface roughness, the greater the proportion of the reflected light in the direction inclined by a certain angle θ with respect to the perpendicular to the surface to be measured. Therefore, the value of the ratio (Fθ / F0) = FD of the reflected light amount F0 in the perpendicular direction of the measured surface and the reflected light amount Fθ in the inclined direction is the surface roughness R
It has a certain correlation with a. It is experimentally known that this correlation is represented by a curve as shown in FIG. 14, and is given by the following equation (1). FD = M + Klog (Ra) (1) Here, M and K are constants that differ depending on the material of the object to be measured, processing conditions, and the like. The surface roughness is measured by the light reflectance type non-contact type surface roughness measuring device using such a correlation.

【0005】光反射率式の非接触式表面粗さ測定装置の
具体的構成について、図15を参照しつつ説明する。図
15は、光反射率式の非接触式表面粗さ測定装置の測定
機構を示すブロック図である。図15に示されるよう
に、この表面粗さ測定装置は、光源60と二本の光ファ
イバ63,64等を内蔵した光反射率測定用の光ファイ
バヘッド44と、その測定信号を演算処理する信号処理
ユニット80を中心として構成されている。第1の光フ
ァイバ63は光ファイバヘッド44の軸に沿って取り付
けられており、測定時において被測定物50の表面52
に対して垂直になるように設定されている。一方、第2
の光ファイバ64は第1の光ファイバ63に対してその
中心軸が約30度の角度をなすように取り付けられてい
る。これら二本の光ファイバ63,64には、入力用光
ファイバ61,62および出力用光ファイバ65,66
が、それぞれ光学的に接続されている。なお、二本の光
ファイバ63,64は、いずれもその中心部に入力用の
光経路が設けられており、その周囲に出力用の光経路が
設けられている。
A specific configuration of the light reflectance type non-contact type surface roughness measuring apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a block diagram showing a measuring mechanism of a light reflectance type non-contact type surface roughness measuring device. As shown in FIG. 15, this surface roughness measuring device calculates an optical fiber head 44 for measuring a light reflectance, which includes a light source 60 and two optical fibers 63, 64, etc., and processes the measurement signal thereof. The signal processing unit 80 is mainly configured. The first optical fiber 63 is attached along the axis of the optical fiber head 44, and at the time of measurement, the surface 52 of the DUT 50 is measured.
Is set to be perpendicular to. Meanwhile, the second
The optical fiber 64 is attached to the first optical fiber 63 so that its central axis forms an angle of about 30 degrees. These two optical fibers 63 and 64 include the input optical fibers 61 and 62 and the output optical fibers 65 and 66.
, But each is optically connected. Each of the two optical fibers 63 and 64 has an optical path for input provided at the center thereof, and an optical path for output provided around it.

【0006】前記入力用光ファイバ61,62は、いず
れも光源60に光学的に接続されており、前記出力用光
ファイバ65,66は、受光器67,68にそれぞれ光
学的に接続されている。受光器67,68からは、受光
された光の強度に対応する電気信号が信号線69,70
を通して出力され、これらの出力は、アンプ71,72
においてそれぞれ増幅される。アンプ71で増幅された
第1の光ファイバ63への光入力信号F0と、アンプ7
2で増幅された第2の光ファイバ64への光入力信号F
θは、いずれも割算器74に入力される。割算器74に
おいては、二つの光入力信号F0とFθの比として、F
θ/F0が演算される。このようにして求められた二つ
の光入力信号の比(Fθ/F0)=FDが、アンチログ
アンプ76に入力され、FDの逆対数が演算される。こ
のアンチログアンプ76における逆対数演算は、上述の
式(1)から求められる次式(2)に従って実行され
る。 Ra=10exp{(FD−M)/K} …(2) これによって、図14の曲線で示される関係に基づい
て、表面粗さRaの値が求められる。
The input optical fibers 61 and 62 are both optically connected to the light source 60, and the output optical fibers 65 and 66 are optically connected to the light receivers 67 and 68, respectively. . From the light receivers 67 and 68, electric signals corresponding to the intensity of the received light are sent to the signal lines 69 and 70.
Are output through the amplifiers 71 and 72.
Are amplified respectively. The optical input signal F0 to the first optical fiber 63 amplified by the amplifier 71 and the amplifier 7
The optical input signal F to the second optical fiber 64 amplified by 2
Both θ are input to the divider 74. In the divider 74, the ratio of the two optical input signals F0 and Fθ is F
θ / F0 is calculated. The ratio (Fθ / F0) = FD of the two optical input signals thus obtained is input to the antilog amplifier 76, and the inverse logarithm of FD is calculated. The antilogarithmic operation in the antilog amplifier 76 is executed according to the following equation (2) obtained from the above equation (1). Ra = 10exp {(FD-M) / K} (2) As a result, the value of the surface roughness Ra is obtained based on the relationship shown by the curve in FIG.

【0007】これらの測定および演算処理は、測定誤差
を小さくするために、被測定面の複数箇所について行わ
れ、複数の表面粗さRaの値が求められる。そして、平
均値演算器78において複数の表面粗さRaの平均値が
算出され、最終的な表面粗さRaの値として出力され
る。かかる光反射率を用いた非接触式表面粗さ測定装置
は、被測定物を傷つけずにどこでも測定することができ
る。また、一箇所の測定で1.5mm径程度の光スポッ
ト内についてのRa(中心線平均粗さ)の値が測定され
るので、従来の触針式表面粗さ測定装置に比べて、同一
面積を短時間で測定することができる。
These measurement and calculation processes are performed at a plurality of points on the surface to be measured in order to reduce the measurement error, and a plurality of surface roughness Ra values are obtained. Then, the average value calculator 78 calculates the average value of the plurality of surface roughness Ra, and outputs it as the final value of the surface roughness Ra. The non-contact type surface roughness measuring device using such light reflectance can measure anywhere without damaging the object to be measured. In addition, since the Ra (center line average roughness) value in the light spot with a diameter of about 1.5 mm is measured at one place, the same area as that of the conventional stylus type surface roughness measuring device is measured. Can be measured in a short time.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面粗
さの測定によって高速精密加工における加工条件を制御
して加工精度や加工効率を向上させるためには、加工中
の被加工物の表面状態についての三次元的なデータが必
要となる。例えば研削,ラッピング加工においては、加
工条痕がどの程度残っているかを測定して、それに応じ
てラッピング加工条件や加工時間を変更する必要があ
る。これに対して、上記の光反射率式の表面粗さ測定装
置では光スポット内の平均的なRa(中心線平均粗さ)
の値が測定されるのみであり、従来の触針式又は光触針
式表面粗さ測定装置のように、加工条痕等の筋状の凹凸
についての情報を得ることができないという問題点があ
った。そこで、本発明においては、加工中の被加工物に
ついて加工条痕等の筋状の凹凸を有する被測定面の表面
粗さをリアルタイムで測定できる非接触表面粗さ測定装
置を提供することを目的とする。
However, in order to control the processing conditions in high-speed precision processing by measuring the surface roughness and improve the processing accuracy and processing efficiency, the surface condition of the workpiece being processed must be Three-dimensional data is needed. For example, in grinding and lapping, it is necessary to measure how much machining streaks remain and change the lapping conditions and the machining time accordingly. On the other hand, in the above-mentioned light reflectance type surface roughness measuring device, the average Ra (center line average roughness) in the light spot is measured.
However, there is a problem in that it is not possible to obtain information about streaky irregularities such as machining scratches, unlike the conventional stylus-type or photo-stylus-type surface roughness measuring device. there were. Therefore, in the present invention, it is an object of the present invention to provide a non-contact surface roughness measuring device capable of measuring in real time the surface roughness of a surface to be measured having streak-like irregularities such as machining marks on a workpiece being processed. And

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで本発明において
は、上記課題を解決するために、筋状の凹凸を有する被
測定面の表面粗さを測定する非接触式表面粗さ測定装置
であって、前記被測定面に対して略垂直な方向から光ビ
ームを照射する光源と、前記筋状の凹凸の長手方向とそ
れに直交する方向のそれぞれについて、前記光ビームの
照射方向に対して同一の角度をなす方向への反射光強度
を検出する受光手段と、前記二方向への反射光強度の比
をキーとして、予め該反射光強度の比と前記筋状の凹凸
を有する被測定面の表面粗さとを対応づけて記憶してい
るマップを参照して前記被測定面の表面粗さを算出する
算出手段とを有する非接触表面粗さ測定装置を創出し
た。
In order to solve the above problems, the present invention provides a non-contact type surface roughness measuring apparatus for measuring the surface roughness of a surface to be measured having streaky irregularities. , A light source that emits a light beam from a direction substantially perpendicular to the surface to be measured, and the same angle with respect to the irradiation direction of the light beam for each of the longitudinal direction of the streaky unevenness and the direction orthogonal thereto. The light receiving means for detecting the intensity of the reflected light in the direction forming the, and the ratio of the intensity of the reflected light in the two directions as a key, the surface roughness of the surface to be measured having the ratio of the intensity of the reflected light and the streaky unevenness in advance A non-contact surface roughness measuring device having a calculation means for calculating the surface roughness of the surface to be measured is created by referring to a map stored in association with and.

【0010】[0010]

【作用】上記構成を有する本発明の非接触式表面粗さ測
定装置の作用について、図1を参照して説明する。図1
は、本発明の非接触式表面粗さ測定装置の作用を説明す
るための模式図である。さて、本発明の非接触式表面粗
さ測定装置は、図1に示されるように、筋状の凹凸M2
を有する被測定面M4の表面粗さを測定する非接触式表
面粗さ測定装置である。この非接触式表面粗さ測定装置
の光源によって、被測定面M4に対して略垂直な方向A
0から光ビームL0が照射される。そして、受光手段S
1,S2によって、筋状の凹凸M2の長手方向A1とそ
れに直交する方向A2について、光ビームの照射方向A
0に対して同一の角度θをなす方向への反射光L1,L
2の強度がそれぞれ検出される。
The operation of the non-contact type surface roughness measuring apparatus of the present invention having the above construction will be described with reference to FIG. Figure 1
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the non-contact type surface roughness measuring device of the present invention. Now, as shown in FIG. 1, the non-contact type surface roughness measuring device of the present invention has a stripe-shaped unevenness M2.
Is a non-contact type surface roughness measuring device for measuring the surface roughness of the surface M4 to be measured. By the light source of this non-contact type surface roughness measuring device, a direction A substantially perpendicular to the surface M4 to be measured is obtained.
The light beam L0 is emitted from 0. And the light receiving means S
1 and S2, with respect to the longitudinal direction A1 of the stripe-shaped unevenness M2 and the direction A2 orthogonal thereto, the irradiation direction A of the light beam
Reflected lights L1 and L in a direction forming the same angle θ with respect to 0
Two intensities are detected respectively.

【0011】ここで、被測定面M4に対して略垂直に照
射された光ビームL0の反射光が略垂直方向A0以外の
方向に散乱される割合は、筋状の凹凸M2の長手方向に
直交する方向A2において最も大きくなる。先に図13
で説明した散乱の効果に関しては、筋状の凹凸M2は方
向A2について最も大きく寄与するからである。これに
対して、筋状の凹凸M2の長手方向A1については、光
ビームL0の反射光が略垂直方向A0以外の方向に散乱
される割合は最も小さくなる。そして、これら二つの方
向についての略垂直方向A0以外への反射光強度の差
は、筋状の凹凸M2の数,幅,深さ等が増加するにつれ
て大きくなる。従って、二方向A1,A2についての同
一角度θへの反射光L1,L2の強度の差ΔSと、筋状
の凹凸M2を有する被測定面M4の表面粗さとは、ある
一定の対応関係を有することになる。このような反射光
強度の差ΔSと被測定面の表面粗さとの対応関係が、予
めマップM6に記憶されている。そこで、算出手段によ
って、受光手段S1,S2で検出された二方向A1,A
2への反射光L1とL2の強度の差ΔSをキーとしてマ
ップM6が参照されて、被測定面M4の表面粗さが算出
される。
Here, the rate at which the reflected light of the light beam L0 irradiated substantially perpendicularly to the surface M4 to be measured is scattered in directions other than the substantially vertical direction A0 is orthogonal to the longitudinal direction of the stripe-shaped irregularities M2. It becomes the largest in the direction A2. FIG. 13
This is because the streaky unevenness M2 contributes most to the direction A2 with respect to the effect of the scattering described in the above. On the other hand, in the longitudinal direction A1 of the stripe-shaped unevenness M2, the proportion of the reflected light of the light beam L0 scattered in directions other than the substantially vertical direction A0 is the smallest. The difference in the intensity of reflected light in the directions other than the substantially vertical direction A0 with respect to these two directions increases as the number, width, depth, etc. of the stripe-shaped irregularities M2 increase. Therefore, the difference ΔS in the intensities of the reflected lights L1 and L2 at the same angle θ in the two directions A1 and A2 and the surface roughness of the measured surface M4 having the streaky irregularities M2 have a certain fixed relationship. It will be. The correspondence between the difference ΔS in reflected light intensity and the surface roughness of the surface to be measured is stored in the map M6 in advance. Therefore, the calculating means detects the two directions A1, A detected by the light receiving means S1, S2.
The surface roughness of the measured surface M4 is calculated by referring to the map M6 using the difference ΔS between the intensities of the reflected lights L1 and L2 for the second light as a key.

【0012】このような測定方法が実行されることによ
って、被測定物を傷つけることなく、測定部位を限定さ
れずにしかも短時間に測定結果を出すことができる。そ
して、上述の如く二方向についての反射光強度の差を用
いることによって、筋状の凹凸を有する被測定面の表面
粗さが高精度で測定される。このようにして、加工中の
被加工物について加工条痕等の筋状の凹凸を有する被測
定面の表面粗さをリアルタイムで測定することができる
非接触式表面粗さ測定装置となる。
By carrying out such a measuring method, it is possible to obtain the measurement result without damaging the object to be measured, without limiting the measurement site and in a short time. Then, as described above, the surface roughness of the surface to be measured having streaky irregularities is measured with high accuracy by using the difference in reflected light intensity in the two directions. In this way, the non-contact type surface roughness measuring device is capable of measuring the surface roughness of the surface to be measured, which has streaky irregularities such as machining scratches, in real time for the workpiece being processed.

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

実施例1 次に、本発明を具現化した実施例1について、図2〜図
8を参照しつつ説明する。始めに、非接触式表面粗さ測
定装置の実施例1における測定原理について、図2〜図
4を参照しつつ説明する。図2は、本実施例の非接触式
表面粗さ測定装置における被測定面の状態および測定位
置を示す図である。また、図3および図4は、本実施例
の非接触式表面粗さ測定装置における測定原理を示す説
明図である。図2に示されるように、本実施例の非接触
式表面粗さ測定装置において測定対象となるのは、研削
加工等によって被測定物50の表面52に生ずる加工条
痕54の程度である。加工条痕54の程度とは、加工条
痕54の数および加工条痕54の幅W,深さD等をい
う。ここで、上述した光反射率式の表面粗さ測定装置で
単に被測定面52の数カ所を測定しただけでは、光スポ
ット内の平均的な表面粗さが測定されるのみで、目的と
する加工条痕54の程度についての情報は得られない。
そこで、本実施例においては、以下に述べるようにし
て、加工条痕54の程度を測定している。
First Embodiment Next, a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. First, the measurement principle of the non-contact surface roughness measuring apparatus in Example 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram showing the state of the surface to be measured and the measurement position in the non-contact type surface roughness measuring apparatus of this embodiment. 3 and 4 are explanatory views showing the measurement principle of the non-contact type surface roughness measuring apparatus of this embodiment. As shown in FIG. 2, what is to be measured in the non-contact type surface roughness measuring apparatus of the present embodiment is the degree of the machining scratch 54 formed on the surface 52 of the object 50 to be measured by grinding or the like. The degree of the machining scratches 54 refers to the number of the machining scratches 54, the width W and the depth D of the machining scratches 54, and the like. Here, the average surface roughness in the light spot is measured only by measuring several points on the surface 52 to be measured by the above-described light reflectance type surface roughness measuring device, and the desired processing is performed. No information is available on the extent of streak 54.
Therefore, in the present embodiment, the degree of the machining scratches 54 is measured as described below.

【0014】先に説明した、図15に示される光反射率
式の表面粗さ測定装置の光ファイバヘッド44を、被測
定面52の加工条痕54に対して、図3に示される向き
に配置した場合を考える。図1で説明したように、この
とき、傾斜して設けられた第2の光ファイバ64に入射
する反射光量は最も大きくなる。一方、加工条痕54に
対して光ファイバヘッド44を図4に示される向きに配
置した場合には、第2の光ファイバ64に入射する反射
光量は最も小さくなる。さらに、これら二つの場合にお
ける第2の光ファイバ64に入射する反射光量の差は、
加工条痕54の数,幅,深さが増加するほど大きくな
る。そして、光反射率式の表面粗さ測定装置による表面
粗さの測定値は、この反射光量の大きさに基づいて算出
される。従って、図3および図4の光ファイバヘッド4
4の配置によって測定された表面粗さの値の差について
も、加工条痕54の程度と相関性を有することになる。
The optical fiber head 44 of the above-described optical reflectance type surface roughness measuring device shown in FIG. 15 is oriented in the direction shown in FIG. Consider the case of placement. As described with reference to FIG. 1, at this time, the amount of reflected light that is incident on the second optical fiber 64 that is tilted is maximized. On the other hand, when the optical fiber head 44 is arranged in the direction shown in FIG. 4 with respect to the processed groove 54, the amount of reflected light incident on the second optical fiber 64 becomes the smallest. Furthermore, the difference in the amount of reflected light incident on the second optical fiber 64 in these two cases is
It becomes larger as the number, width, and depth of the processing scratches 54 increase. Then, the measured value of the surface roughness by the light reflectance type surface roughness measuring device is calculated based on the magnitude of the reflected light amount. Therefore, the optical fiber head 4 of FIGS.
The difference in the surface roughness values measured by the arrangement of No. 4 also has a correlation with the degree of the machining scratch 54.

【0015】このような二方向についての表面粗さの測
定値の差と加工条痕の程度との相関性について、図2〜
図5を参照して説明する。図5は、本実施例の非接触式
表面粗さ測定装置における二方向の表面粗さの差と加工
条痕の程度との相関性を示す説明図である。さて、図2
における測定方向Xおよび測定方向Yについて考える。
ここで、光ファイバヘッド44についての測定方向と
は、図3および図4のS方向を意味している。先に、図
3および図4で説明したことから、図2の測定方向X,
Yについては、測定方向Xの場合の方が第2の光ファイ
バ64へ入力する反射光量が大きくなる。従って、二本
の光ファイバへの入力の比FDも測定方向Xの方が大き
くなり、前述の式(2)に従って算出される表面粗さR
aの値も大きくなる。すなわち、図5(A)に示される
ように、測定方向Xについての表面粗さRa=RaXの
値は、測定方向Yについての表面粗さRa=RaYの値
よりも大きくなる。そして、前述の如く、これら二方向
についての表面粗さRaの差すなわち(RaX−Ra
Y)の値は、図5(B)に示されるように、加工条痕5
4の程度と一定の相関関係を有する。この図5(B)に
示される曲線を予め実験的に求めておくことによって、
図2における二方向X,Yについての表面粗さの測定値
から、加工条痕54の程度を定量的に求めることができ
る。
The correlation between the difference in the measured values of the surface roughness in the two directions and the degree of the machining scratch is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the correlation between the difference in surface roughness in two directions and the degree of the machining streak in the non-contact type surface roughness measuring device of this embodiment. Now, Figure 2
Consider the measurement direction X and the measurement direction Y in.
Here, the measurement direction of the optical fiber head 44 means the S direction in FIGS. 3 and 4. As described above with reference to FIGS. 3 and 4, the measurement direction X,
Regarding Y, the amount of reflected light input to the second optical fiber 64 is larger in the case of the measurement direction X. Therefore, the ratio FD of the inputs to the two optical fibers also becomes larger in the measurement direction X, and the surface roughness R calculated according to the above-mentioned equation (2).
The value of a also becomes large. That is, as shown in FIG. 5A, the value of the surface roughness Ra = RaX in the measurement direction X becomes larger than the value of the surface roughness Ra = RaY in the measurement direction Y. Then, as described above, the difference between the surface roughness Ra in these two directions, that is, (RaX-Ra).
The value of Y) is, as shown in FIG.
It has a certain correlation with the degree of 4. By experimentally obtaining the curve shown in FIG. 5B in advance,
From the measured values of the surface roughness in the two directions X and Y in FIG. 2, it is possible to quantitatively determine the degree of the machining scratches 54.

【0016】さて、このような測定原理に基づく本実施
例の非接触表面粗さ測定装置の具体的な構成について、
図6〜図8を参照しつつ説明する。図6は、本実施例の
非接触表面粗さ測定装置の全体構成を示す正面図であ
る。また、図7は本実施例の非接触表面粗さ測定装置の
測定ユニット部分を示す正面図であり、図8はその側面
図である。なお、本実施例における光ファイバヘッドの
内部構造および測定データの処理手段は先に説明した図
15に示される従来例と同様であるため、詳しい説明は
省略し、必要に応じて図15を援用する。図6に示され
るように、本実施例の非接触表面粗さ測定装置1は、測
定ユニット2と制御ユニット82を中心として構成され
ている。
Now, regarding the specific configuration of the non-contact surface roughness measuring apparatus of this embodiment based on such a measurement principle,
This will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a front view showing the overall configuration of the non-contact surface roughness measuring apparatus of this embodiment. Further, FIG. 7 is a front view showing a measuring unit portion of the non-contact surface roughness measuring apparatus of this embodiment, and FIG. 8 is a side view thereof. Since the internal structure of the optical fiber head and the processing means of the measured data in this embodiment are the same as those of the conventional example shown in FIG. 15 described above, detailed description will be omitted and FIG. 15 will be used as necessary. To do. As shown in FIG. 6, the non-contact surface roughness measuring device 1 of the present embodiment is mainly composed of the measuring unit 2 and the control unit 82.

【0017】測定ユニット2は、測定ユニット本体10
と、アクチュエータ取り付け部4および一対の測定ヘッ
ド脚部12A,12Bから構成されている。測定ユニッ
ト10の下端は測定ヘッド部8であり、この測定ヘッド
部8に図15で説明した従来例の光ファイバヘッド44
と同様の光ファイバヘッドを内蔵した測定ヘッドが設け
られている。測定ユニット本体10は、アクチュエータ
取り付け部4において、図示しない自動ロボットのアー
ム等のアクチュエータに取り付けられることによって、
三次元的な移動が可能になる。また、一対の測定ヘッド
脚部12A,12Bを被測定物の表面に当接させること
によって、測定ヘッド部8を被測定面から所定距離に位
置させることができる。測定ヘッド脚部12A,12B
の形状等は、被測定物の形状に応じて選択される。
The measuring unit 2 comprises a measuring unit body 10
And an actuator mounting portion 4 and a pair of measuring head leg portions 12A and 12B. The lower end of the measuring unit 10 is a measuring head portion 8, and the measuring head portion 8 has a conventional optical fiber head 44 described with reference to FIG.
A measuring head having a built-in optical fiber head similar to the above is provided. The measurement unit body 10 is attached to an actuator such as an arm of an automatic robot (not shown) at the actuator attachment portion 4,
It enables three-dimensional movement. Further, by bringing the pair of measuring head legs 12A and 12B into contact with the surface of the object to be measured, the measuring head portion 8 can be positioned at a predetermined distance from the surface to be measured. Measuring head legs 12A, 12B
The shape and the like are selected according to the shape of the object to be measured.

【0018】測定ユニット2と制御ユニット82は信号
ケーブル6で接続されている。測定ヘッド部8から出力
された測定信号は、この信号ケーブル6(図15の信号
ケーブル69,70に相当する)を通じて制御ユニット
82に入力される。制御ユニット82内には、図15に
示される信号処理ユニット80と同様の信号処理ユニッ
トと、この信号処理ユニットから出力された測定データ
を処理する図示しないデータ処理ユニットが設けられて
いる。このデータ処理ユニットは、CPU(中央処理装
置)およびRAM,ROMのメモリ装置を中心として構
成されたコンピュータシステムである。また、図6に示
されるように、制御ユニット82は、設定条件やデータ
処理結果を出力表示する表示部84と、測定条件等を入
力設定するための複数の設定ボタン86を有している。
以上の構成によって、測定ユニット2において測定され
たデータが、制御ユニット82の信号処理ユニットおよ
びデータ処理ユニットにおいて、後述する手順に従って
処理されて、被測定面の加工条痕の程度を示すデータと
して表示部84に出力表示される。
The measuring unit 2 and the control unit 82 are connected by the signal cable 6. The measurement signal output from the measurement head unit 8 is input to the control unit 82 through the signal cable 6 (corresponding to the signal cables 69 and 70 in FIG. 15). In the control unit 82, a signal processing unit similar to the signal processing unit 80 shown in FIG. 15 and a data processing unit (not shown) for processing the measurement data output from this signal processing unit are provided. This data processing unit is a computer system mainly composed of a CPU (central processing unit) and RAM, ROM memory devices. Further, as shown in FIG. 6, the control unit 82 has a display section 84 for outputting and displaying setting conditions and data processing results, and a plurality of setting buttons 86 for inputting and setting measurement conditions and the like.
With the configuration described above, the data measured by the measurement unit 2 is processed by the signal processing unit and the data processing unit of the control unit 82 according to the procedure described later, and is displayed as data indicating the degree of the machining scratch on the surface to be measured. The output is displayed on the section 84.

【0019】次に、本実施例の非接触表面粗さ測定装置
1の測定ユニット2の構造について、図7および図8を
参照しつつ詳細に説明する。図7に示されるように、本
実施例の非接触式表面粗さ測定装置1の測定ユニット2
は、U字型の本体10に駆動装置30を介して、光ファ
イバヘッド44を有する測定ヘッド40が取り付けられ
た構造を有している。測定装置本体10は一対の脚部1
2Aおよび12Bを有しており、脚部12Aと12Bの
間は空間部14となっている。この空間部14に、測定
ヘッド40が取り付けられている。具体的には、駆動装
置30が連結ボルト24で測定装置本体10に取り付け
られ、連結ボルト24は測定装置本体10に設けられた
段差を有する貫通穴16に嵌合している。貫通穴16の
段差部に係合したワッシャ22からは、調節ボルト20
が伸びていて、連結ボルト24の上端の雌ねじ部に調節
ボルト20が螺合されている。連結ボルト24は、測定
装置本体10の下面に対して、二つの固定ナット26に
よって締め付け固定されている。
Next, the structure of the measuring unit 2 of the non-contact surface roughness measuring apparatus 1 of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8. As shown in FIG. 7, the measuring unit 2 of the non-contact type surface roughness measuring apparatus 1 of the present embodiment.
Has a structure in which a measuring head 40 having an optical fiber head 44 is attached to a U-shaped main body 10 via a driving device 30. The measuring device body 10 includes a pair of legs 1.
2A and 12B, and there is a space 14 between the legs 12A and 12B. The measuring head 40 is attached to the space 14. Specifically, the drive device 30 is attached to the measuring device main body 10 with the connecting bolt 24, and the connecting bolt 24 is fitted into the through hole 16 provided in the measuring device main body 10 and having a step. From the washer 22 engaged with the stepped portion of the through hole 16, the adjustment bolt 20
Is extended, and the adjusting bolt 20 is screwed into the female screw portion at the upper end of the connecting bolt 24. The connecting bolt 24 is fastened and fixed to the lower surface of the measuring device body 10 by two fixing nuts 26.

【0020】連結ボルト24の下端の雄ねじ部24a
は、駆動装置30の上面に設けられた図示しない雌ねじ
部に螺合されている。この駆動装置30は、回転モータ
32を有しており、回転モータ32の回転シャフト34
の下端には、円板36が固定されている。そして、この
円板36の下面の一点において、取り付けロッド38に
よって、前記測定ヘッド40が取り付けられている。こ
の測定ヘッド40は、測定ヘッド本体42の下端に取り
付けられた光ファイバヘッド44を有している。そし
て、測定装置本体10の一対の脚部12A,12Bが被
測定物50の表面52に当接した状態において、光ファ
イバヘッド44の下端が被測定物表面52から所定間隔
δだけ離れるように設定されている。以上の構造によっ
て、前記回転モータ32の回転によって回転シャフト3
4と一体に円板36が回転すると、測定ヘッド40は回
転シャフト34を中心として円運動をする。これによっ
て、光ファイバヘッド44の先端は、被測定物表面52
に対して所定間隔δを保ちつつ、円を描いて移動するこ
とになる。
A male screw portion 24a at the lower end of the connecting bolt 24
Is screwed into a female screw portion (not shown) provided on the upper surface of the drive device 30. The drive device 30 includes a rotary motor 32, and a rotary shaft 34 of the rotary motor 32.
A disc 36 is fixed to the lower end of the. The measuring head 40 is attached by a mounting rod 38 at one point on the lower surface of the disc 36. The measuring head 40 has an optical fiber head 44 attached to the lower end of the measuring head body 42. Then, the lower end of the optical fiber head 44 is set to be separated from the measured object surface 52 by a predetermined distance δ in a state where the pair of leg portions 12A and 12B of the measuring device main body 10 are in contact with the surface 52 of the measured object 50. Has been done. With the above structure, the rotation shaft 32 is rotated by the rotation of the rotation motor 32.
When the disc 36 rotates integrally with the measuring head 4, the measuring head 40 makes a circular motion about the rotating shaft 34. As a result, the tip of the optical fiber head 44 is attached to the surface 52 of the measured object.
On the other hand, while moving at a predetermined interval δ, it moves in a circle.

【0021】次に、本実施例における測定データの処理
方法について説明する。図7,図8の回転機構による光
ファイバヘッド44の円運動に伴って、所定の時間間隔
で光ファイバヘッド44による測定が行われる。これら
の複数の測定データは、円運動の角度と組み合わされた
測定データとして、図6に示される制御ユニット82内
に取り込まれる。ここで、光ファイバヘッド44の円運
動一周分についてのデータが、制御ユニット82内のデ
ータ処理ユニットにおいて検討される。このとき、上述
した図3の説明より、一周分のデータの中で第2の光フ
ァイバ64に入射する反射光の量が最も大きくなる角度
が、加工条痕54に対して光ファイバヘッド44の測定
方向が垂直になる角度であることがわかる。これによっ
て、一周分のデータから、加工条痕54に対して光ファ
イバヘッド44の測定方向が垂直な方向(すなわち図2
のX方向)および平行な方向(図2のY方向)の、二方
向の測定データが取り出される。二方向の測定データ
は、それぞれ図15の信号処理ユニット80で演算処理
されて、二方向についての表面粗さRaの測定値が算出
される。
Next, a method of processing measured data in this embodiment will be described. With the circular movement of the optical fiber head 44 by the rotating mechanism of FIGS. 7 and 8, the measurement is performed by the optical fiber head 44 at predetermined time intervals. These multiple measurement data are captured in the control unit 82 shown in FIG. 6 as measurement data combined with the angle of the circular movement. Here, the data for one round of circular movement of the optical fiber head 44 is considered in the data processing unit within the control unit 82. At this time, according to the description of FIG. 3 described above, the angle at which the amount of reflected light incident on the second optical fiber 64 is the largest in the data for one round is the angle of the optical fiber head 44 with respect to the processing scratch 54. It can be seen that this is the angle at which the measurement direction is vertical. As a result, from the data for one round, the measurement direction of the optical fiber head 44 is perpendicular to the machining scratch 54 (that is, FIG.
Measurement data in two directions, i.e., X direction) and a parallel direction (Y direction in FIG. 2). The measurement data of the two directions is arithmetically processed by the signal processing unit 80 of FIG. 15, and the measurement value of the surface roughness Ra in the two directions is calculated.

【0022】そして、図6に示される制御ユニット82
内のデータ処理ユニットにおいて、この二方向の表面粗
さRaの差が求められ、データ処理ユニットのROMに
予め記憶された相関データ(図5(B)に相当)と照合
される。これによって、二方向の表面粗さRaの測定デ
ータが加工条痕の程度についてのデータに変換され、最
終結果として出力される。出力された被測定面の加工条
痕のデータは、制御ユニット82の表示部84に出力表
示される。このようにして、本実施例の非接触表面粗さ
測定装置1においては、加工中の被加工物50をリアル
タイムで測定して、被測定面52の加工条痕54につい
ての情報を得ることができる。
Then, the control unit 82 shown in FIG.
In the data processing unit, the difference between the surface roughness Ra in the two directions is obtained and collated with the correlation data (corresponding to FIG. 5B) stored in advance in the ROM of the data processing unit. As a result, the measurement data of the surface roughness Ra in the two directions is converted into the data regarding the degree of the machining streak, and is output as the final result. The output data of the machining scratches on the surface to be measured is output and displayed on the display section 84 of the control unit 82. In this way, in the non-contact surface roughness measuring apparatus 1 of the present embodiment, it is possible to measure the workpiece 50 being machined in real time and obtain information about the machining scratches 54 on the measured surface 52. it can.

【0023】実施例2 次に、本発明を具現化した実施例2について、図9およ
び図10を参照して説明する。図9は、本発明にかかる
非接触式表面粗さ測定装置の実施例2における測定ヘッ
ドの構造を示す拡大図である。図9(A)は測定ヘッド
の先端部分を示す正面図であり、図9(B)はその底面
図である。本実施例の非接触表面粗さ測定装置において
は、実施例1と異なり、測定ヘッドを移動させず固定し
た状態で測定が行われる。図9に示されるように、本実
施例の測定ヘッド140は、測定ヘッド本体142に六
本の光ファイバヘッド144A〜144Fが取りつけら
れた構造を有している。各光ファイバヘッドの構造は実
施例1の光ファイバヘッド44と同様であり、光ファイ
バヘッド144A〜144Fの内部には、各々二本の光
ファイバ163,164が設けられている。第1の光フ
ァイバ163は測定ヘッド140の軸に沿って垂直に取
り付けられ、第2の光ファイバ164は第1の光ファイ
バ163に対してその中心軸が約30度の角度をなすよ
うに取り付けられている。光源の接続や測定信号の処理
手段についても、実施例1と同様である。
Second Embodiment Next, a second embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is an enlarged view showing the structure of the measuring head in the second embodiment of the non-contact type surface roughness measuring device according to the present invention. FIG. 9 (A) is a front view showing the tip portion of the measuring head, and FIG. 9 (B) is a bottom view thereof. In the non-contact surface roughness measuring device of the present embodiment, unlike the first embodiment, the measurement is performed with the measuring head fixed without moving. As shown in FIG. 9, the measuring head 140 of the present embodiment has a structure in which six optical fiber heads 144A to 144F are attached to the measuring head main body 142. The structure of each optical fiber head is the same as that of the optical fiber head 44 of the first embodiment, and two optical fibers 163 and 164 are provided inside each of the optical fiber heads 144A to 144F. The first optical fiber 163 is attached vertically along the axis of the measuring head 140, and the second optical fiber 164 is attached so that its central axis forms an angle of about 30 degrees with respect to the first optical fiber 163. Has been. The connection of the light source and the processing means of the measurement signal are the same as in the first embodiment.

【0024】ここで、図9(B)に示されるように、六
本の光ファイバヘッドのうち三本の光ファイバヘッド1
44A〜144Cは、測定方向が図9の左右方向に向く
ように取りつけられており、他の三本の光ファイバヘッ
ド144D〜144Fは、測定方向が図9の上下方向に
向くように取りつけられている。さて、このような構造
の測定ヘッド140を有する本実施例の非接触式表面粗
さ測定装置においては、測定ヘッド140を被測定面の
一箇所に接近させて、六本の光ファイバヘッド144A
〜144Fで同時に測定を行う。これによって、光ファ
イバヘッド144A〜144Cにおいてはこれらを結ぶ
直線に沿った表面粗さのデータが求められ、光ファイバ
ヘッド144D〜144Fにおいてはこれと垂直な方向
についての表面粗さデータが求められる。従って、これ
らの二方向の表面粗さデータから、実施例1の場合と同
様に図5の関係を用いて、被測定面の加工条痕54の程
度が測定できる。このように、本実施例においては、実
施例1のような測定ヘッドの移動機構を必要とせずに、
同様な測定を行うことができる。従って、装置の構造が
簡単になり、また可動部分が少ないため保全が容易にな
るという利点が得られる。
Here, as shown in FIG. 9 (B), three of the six optical fiber heads 1 are used.
44A to 144C are attached so that the measurement direction is oriented in the left-right direction in FIG. 9, and the other three optical fiber heads 144D to 144F are attached so that the measurement direction is oriented in the vertical direction in FIG. There is. Now, in the non-contact type surface roughness measuring apparatus of the present embodiment having the measuring head 140 having such a structure, the measuring head 140 is brought close to one position on the surface to be measured, and the six optical fiber heads 144A are arranged.
Simultaneous measurements at ~ 144F. Thus, the surface roughness data along the straight line connecting the optical fiber heads 144A to 144C is obtained, and the surface roughness data in the direction perpendicular to the surface roughness data is obtained from the optical fiber heads 144D to 144F. Therefore, from the surface roughness data in these two directions, the degree of the machining scratch 54 on the surface to be measured can be measured by using the relationship of FIG. 5 as in the case of the first embodiment. As described above, in this embodiment, the moving mechanism of the measuring head as in the first embodiment is not required,
Similar measurements can be made. Therefore, there are advantages that the structure of the device is simplified and maintenance is facilitated because there are few moving parts.

【0025】図10は、本実施例の非接触表面粗さ測定
装置における測定ヘッドのその他の構成例を示す底面図
である。図10(A)においては測定ヘッド本体242
が正方形であり、この測定ヘッド本体242に対して八
本の光ファイバヘッド244〜244が十字形に取りつ
けられている。また、図10(B)においては、正方形
の測定ヘッド本体342に対して八本の光ファイバヘッ
ド344〜344が正方形の四辺に沿って取りつけられ
ている。図10(C)においては、円形の測定ヘッド本
体442に対して、八本の光ファイバヘッド444〜4
44が正方形の四辺に沿って取りつけられている。測定
対象となる被測定面の形状等に応じて、これらの種々の
光ファイバヘッドの配置を使い分けることができる。な
お、同一方向に配置された複数の光ファイバヘッド(図
9における光ファイバヘッド144A〜144Cあるい
は144D〜144F)による複数の測定データは、目
的に応じて種々の処理をすることができる。例えば、同
一方向についての複数の測定データの平均値を当該方向
についての表面粗さデータとしてもよく、また最大値,
最小値を表面粗さデータとして用いてもよい。
FIG. 10 is a bottom view showing another configuration example of the measuring head in the non-contact surface roughness measuring apparatus of this embodiment. In FIG. 10A, the measuring head main body 242
Is a square, and eight optical fiber heads 244 to 244 are attached to the measuring head main body 242 in a cross shape. Further, in FIG. 10B, eight optical fiber heads 344 to 344 are attached to the square measurement head main body 342 along the four sides of the square. In FIG. 10C, eight optical fiber heads 444 to 4 are provided for the circular measuring head main body 442.
44 are mounted along the four sides of the square. The various arrangements of the optical fiber heads can be properly used according to the shape of the surface to be measured as the measurement target. The plurality of measurement data obtained by the plurality of optical fiber heads (optical fiber heads 144A to 144C or 144D to 144F in FIG. 9) arranged in the same direction can be variously processed according to the purpose. For example, the average value of a plurality of measurement data in the same direction may be used as the surface roughness data in the direction, and the maximum value,
The minimum value may be used as the surface roughness data.

【0026】実施例3 次に、本発明を具現化した実施例3について、図11を
参照して説明する。図11は、本発明に係る非接触式表
面粗さ測定装置の実施例3における測定ヘッドの先端部
分構造を示す拡大図である。本実施例においては、図1
1に示されるように、三本の光ファイバヘッド544〜
544が、各先端面が円周に沿って配置されるように測
定ヘッドに取りつけられている。このため、円筒形状の
被測定物550を測定する場合に、三本の光ファイバヘ
ッド544〜544の先端が被測定面552から等間隔
δ2になるように位置させることができる。これによっ
て、円筒形状の被測定物550であっても、測定ヘッド
を一回セットするだけで、複数箇所の測定データを同じ
条件で同時に取り込むことができる。このように、本実
施例においては、図11に示されるように光ファイバヘ
ッド544〜544を配置した測定ヘッドを用いること
によって、円筒形状の被加工物等の表面も高精度に測定
することができる。
Third Embodiment Next, a third embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an enlarged view showing the tip partial structure of the measuring head in the third embodiment of the non-contact type surface roughness measuring device according to the present invention. In this embodiment, FIG.
1, three optical fiber heads 544-
544 is attached to the measuring head such that each tip face is arranged along the circumference. Therefore, when measuring the cylindrical object to be measured 550, the three optical fiber heads 544 to 544 can be positioned so that the tips of the three optical fiber heads 544 to 544 are equidistant from the surface to be measured 552. As a result, even with the cylindrical object to be measured 550, the measurement data at a plurality of points can be simultaneously captured under the same condition by setting the measurement head once. As described above, in the present embodiment, by using the measuring head in which the optical fiber heads 544 to 544 are arranged as shown in FIG. 11, it is possible to measure the surface of the cylindrical workpiece or the like with high accuracy. it can.

【0027】実施例4 次に、本発明を具現化した実施例4について、図12を
参照して説明する。図12は、本発明に係る非接触表面
粗さ測定装置の実施例4における測定ヘッドと被測定物
との移動機構を示す図である。本実施例においては、図
12に示されるように、円筒形状の被測定物650が一
対の支持軸600A,600Bに支持されて、図示しな
い回転機構によって回転する。これに対して、図示しな
い移動機構に取りつけられた測定ヘッド644の先端
が、図示しない回転機構によって矢印W方向に回転しな
がら矢印V方向に移動する。この測定ヘッド644は、
実施例1における測定ユニット2と同様の構造を有して
いる。すなわち、この測定ヘッド644がW方向に回転
することによって、内蔵された光ファイバヘッドが円周
に沿って移動して、一周分の測定データから二方向のデ
ータを取り込むことができる。このように、本実施例に
おいては、測定ヘッド644の回転による光ファイバヘ
ッドの回転と、測定ヘッド644の平行移動および被測
定物650の回転を組み合わせることによって、被測定
物650の円筒面の全域にわたって短時間で測定を行う
ことができる。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram showing a moving mechanism of the measuring head and the object to be measured in the fourth embodiment of the non-contact surface roughness measuring device according to the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 12, a cylindrical object to be measured 650 is supported by a pair of support shafts 600A and 600B and is rotated by a rotation mechanism (not shown). On the other hand, the tip of the measuring head 644 attached to the moving mechanism (not shown) moves in the arrow V direction while rotating in the arrow W direction by the rotating mechanism (not shown). This measuring head 644 is
It has the same structure as the measurement unit 2 in the first embodiment. That is, when the measuring head 644 rotates in the W direction, the built-in optical fiber head moves along the circumference, and the data in two directions can be fetched from the measured data for one rotation. As described above, in this embodiment, the rotation of the optical fiber head due to the rotation of the measurement head 644 is combined with the parallel movement of the measurement head 644 and the rotation of the DUT 650, whereby the entire area of the cylindrical surface of the DUT 650 is combined. The measurement can be performed over a short time.

【0028】上記の各実施例においては、測定ヘッドの
軸に対して第1の光ファイバを垂直に、第2の光ファイ
バを約30度の角度で取り付けているが、これら二本の
光ファイバの角度はこれに限られるものではない。さら
に、反射光を二本の光ファイバで受光してこれらの反射
光強度の比をとっているが、測定ヘッドの軸に対して垂
直な方向の反射光強度との比をとることは必須の要件で
はない。すなわち、測定ヘッドの軸に対して所定の角度
を成すように取り付けた一本の光ファイバのみで反射光
を受光して、この反射光強度を二方向について比較して
もよい。非接触表面粗さ測定装置のその他の部分の構
造,形状,大きさ,数量,配置,材質等についても、上
記の各実施例に限定されるものではない。
In each of the above embodiments, the first optical fiber is attached perpendicularly to the axis of the measuring head and the second optical fiber is attached at an angle of about 30 degrees. The angle of is not limited to this. Furthermore, although the reflected light is received by two optical fibers and the ratio of the reflected light intensities thereof is taken, it is essential to take the ratio with the reflected light intensity in the direction perpendicular to the axis of the measuring head. Not a requirement. That is, the reflected light may be received by only one optical fiber attached so as to form a predetermined angle with respect to the axis of the measuring head, and the reflected light intensities may be compared in two directions. The structure, shape, size, quantity, arrangement, material and the like of the other parts of the non-contact surface roughness measuring device are not limited to those of the above embodiments.

【0029】さらに、上記の各実施例に固有の効果とし
て、第1の光ファイバとこれに対して約30度の角度で
取り付けた第2の光ファイバとで受光した反射光強度と
の比をとることによって、被測定面における反射率の大
小による測定誤差が解消され、測定対象の材質等に影響
されない高精度な測定が可能になる。また、第2の光フ
ァイバを測定ヘッドの軸に対して約30度の角度で取り
付けたことによって、図13で説明した表面粗さと反射
光強度との相関性が高い30度方向のデータを用いるこ
とができ、より高精度に測定することができる。
Furthermore, as an effect peculiar to each of the above embodiments, the ratio of the reflected light intensity received by the first optical fiber and the second optical fiber attached at an angle of about 30 degrees to the first optical fiber is calculated. By taking this, a measurement error due to the magnitude of the reflectance on the surface to be measured is eliminated, and high-precision measurement that is not affected by the material or the like of the measurement target becomes possible. Further, since the second optical fiber is attached at an angle of about 30 degrees with respect to the axis of the measuring head, the data in the 30 degree direction, which has a high correlation between the surface roughness and the reflected light intensity described in FIG. 13, is used. It is possible to measure with higher accuracy.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明においては、筋状の凹凸を有する
被測定面における二方向についての反射光強度を測定す
る手段と、これら二方向についての反射光強度の差と被
測定面の表面粗さとを予め対応づけて記憶しているマッ
プを参照して表面粗さを算出する手段とを有する光反射
率方式の非接触表面粗さ測定装置を創出したために、加
工中の被加工物について加工条痕等の筋状の凹凸を有す
る被測定面の表面粗さを加工表面を傷つけることなく、
測定部位を限定されることもなくリアルタイムで測定す
ることができる。これによって、通常の加工装置が設置
されているような振動や埃の多い環境下でも、加工中の
被加工物の三次元的な表面状態についての情報をリアル
タイムで取り込みながら、その結果に応じて加工条件等
の調節を行うことができ、極めて実用的な非接触表面粗
さ測定装置となる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the present invention, means for measuring the reflected light intensity in two directions on the surface to be measured having streaky irregularities, and the difference between the reflected light intensity in these two directions and the surface roughness of the surface to be measured. Since a non-contact surface roughness measuring device of a light reflectance method having a means for calculating the surface roughness by referring to a map in which The surface roughness of the surface to be measured, which has streaky irregularities such as streaks, can be processed without damaging the surface.
The measurement site can be measured in real time without limitation. This allows real-time information about the three-dimensional surface condition of the workpiece being processed to be captured in real time, even in an environment with a lot of vibration and dust such as when a normal processing device is installed. It becomes a very practical non-contact surface roughness measuring device that can adjust processing conditions and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の非接触表面粗さ測定装置の作用を説明
するための模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the operation of a non-contact surface roughness measuring device of the present invention.

【図2】本発明の非接触表面粗さ測定装置の実施例1に
おける被測定面の状態等を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of a surface to be measured and the like in Example 1 of the non-contact surface roughness measuring device of the present invention.

【図3】非接触表面粗さ測定装置の実施例1における測
定原理を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a measurement principle in Example 1 of the non-contact surface roughness measuring device.

【図4】非接触表面粗さ測定装置の実施例1における測
定原理を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a measurement principle in Example 1 of the non-contact surface roughness measuring device.

【図5】非接触表面粗さ測定装置の実施例1における二
方向の測定値の差と被測定面の加工条痕の程度との相関
性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a correlation between a difference between measurement values in two directions and a degree of a machining scratch on a surface to be measured in Example 1 of the non-contact surface roughness measuring device.

【図6】非接触表面粗さ測定装置の実施例1の全体構成
を示す正面図である。
FIG. 6 is a front view showing the overall configuration of Example 1 of the non-contact surface roughness measuring device.

【図7】非接触表面粗さ測定装置の実施例1における測
定ユニット部分の構造を示す正面図である。
FIG. 7 is a front view showing the structure of a measurement unit portion in the first embodiment of the non-contact surface roughness measuring device.

【図8】非接触表面粗さ測定装置の実施例1における測
定ユニット部分の構造を示す側面図である。
FIG. 8 is a side view showing the structure of the measurement unit portion in the first embodiment of the non-contact surface roughness measuring device.

【図9】本発明に係る非接触表面粗さ測定装置の実施例
2を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the non-contact surface roughness measuring device according to the present invention.

【図10】本発明に係る非接触表面粗さ測定装置の実施
例2を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a second embodiment of the non-contact surface roughness measuring device according to the present invention.

【図11】本発明に係る非接触表面粗さ測定装置の実施
例3を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing Example 3 of the non-contact surface roughness measuring device according to the present invention.

【図12】本発明に係る非接触表面粗さ測定装置の実施
例4を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing Example 4 of the non-contact surface roughness measuring device according to the present invention.

【図13】従来の光反射率式表面粗さ測定装置の測定原
理を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a measurement principle of a conventional light reflectance type surface roughness measuring device.

【図14】従来の光反射率式表面粗さ測定装置の測定原
理を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a measurement principle of a conventional light reflectance type surface roughness measuring device.

【図15】従来の光反射率式表面粗さ測定装置の測定機
構を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a measuring mechanism of a conventional light reflectance type surface roughness measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A0 被測定面に対して略垂直な方向 A1 筋状の凹凸の長手方向 A2 筋状の凹凸の長手方向に直交する方向 L0 光ビーム L1,L2 反射光 M2 筋状の凹凸 M4 被測定面 M6 マップ S1,S2 受光手段 ΔS 二方向への反射光強度の差 A0 A direction substantially perpendicular to the surface to be measured A1 Longitudinal direction of streaky unevenness A2 A direction orthogonal to the longitudinal direction of streaky unevenness L0 Light beam L1, L2 Reflected light M2 Streaky unevenness M4 Measured surface M6 map S1, S2 Light receiving means ΔS Difference in reflected light intensity in two directions

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 筋状の凹凸を有する被測定面の表面粗さ
を測定する非接触式表面粗さ測定装置であって、 前記被測定面に対して略垂直な方向から光ビームを照射
する光源と、 前記筋状の凹凸の長手方向とそれに直交する方向のそれ
ぞれについて、前記光ビームの照射方向に対して同一の
角度をなす方向への反射光強度を検出する受光手段と、 前記二方向への反射光強度の比をキーとして、予め該反
射光強度の比と前記筋状の凹凸を有する被測定面の表面
粗さとを対応づけて記憶しているマップを参照して前記
被測定面の表面粗さを算出する算出手段、とを有する非
接触式表面粗さ測定装置。
1. A non-contact surface roughness measuring device for measuring the surface roughness of a surface to be measured having streaky irregularities, wherein a light beam is irradiated from a direction substantially perpendicular to the surface to be measured. A light source, a light receiving unit that detects reflected light intensity in a direction that forms the same angle with respect to the irradiation direction of the light beam in each of the longitudinal direction of the streaky unevenness and the direction orthogonal thereto, and the two directions With the ratio of the reflected light intensity to the key as a key, the measured surface is referenced with reference to a map in which the ratio of the reflected light intensity and the surface roughness of the measured surface having the streaky irregularities are associated and stored in advance. A non-contact type surface roughness measuring device having a calculating means for calculating the surface roughness of the.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006337108A (en) * 2005-05-31 2006-12-14 Univ Nihon Worked surface evaluator
WO2023276637A1 (en) * 2021-06-28 2023-01-05 コニカミノルタ株式会社 Measuring instrument, method for calculating surface evaluation index, and program

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