JPH07318333A - 回転体中心軸の測定方法 - Google Patents

回転体中心軸の測定方法

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JPH07318333A
JPH07318333A JP11253194A JP11253194A JPH07318333A JP H07318333 A JPH07318333 A JP H07318333A JP 11253194 A JP11253194 A JP 11253194A JP 11253194 A JP11253194 A JP 11253194A JP H07318333 A JPH07318333 A JP H07318333A
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JP
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rotating body
central axis
axis
center
rotating
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JP11253194A
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Hiroyuki Suhara
浩之 須原
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転体の中心軸位置の測定を高精度に、かつ
短時間に行う方法を提供する。 【構成】 同一光源からの可干渉光を参照面16aと回
転体表面17aとに照射し、回転体17の中心軸O′付
近に集束させ、前記両面から反射される被検波と参照波
とを重畳して干渉縞を作り、該干渉縞を解析して波面収
差量ΔS1 ,ΔS 2 を求めることにより前記可干渉光の
集束点と中心軸とのずれ量δ1 ,δ2 を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転体の中心軸を立体的
に測定する方法に関し、軸受装置における回転体中心軸
の位置検出、偏心測定、回転軸の曲がり測定に応用可能
な測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電磁石の磁気吸引力を利用して、回転軸
の空中支持を行う磁気軸受装置においては、駆動部の軸
心と回転体の中心軸とを一致させる必要があり、それに
伴い回転軸の位置を高精度に測定する必要がある。ま
た、回転軸自身の曲がり量を3次元的に測定する必要も
ある。
【0003】従来の磁気軸受装置においては、インダク
タンス変化を利用した位置検出器を回転体のラジアル方
向とスラスト方向に配置して回転体の位置決めを行って
いたが、インダクタンス変化を利用した位置検出器は、
外部磁界の影響や周辺金属の影響で特性が著しく損なわ
れる等の問題があり、その使用に際しては注意を必要と
した。
【0004】この問題を解決するものとして、特開平2
−300602号では、光学式の位置検出器を使用した
図5に示すような回転体の位置検出装置を提案してい
る。同図に示すように、回転軸1は、そのラジアル軸受
ロータコア部2を、ラジアル軸受ステータコア部3とラ
ジアル軸受ステータコイル4とからなる電磁石によって
支持している。また、回転軸1のスラスト方向の支持
は、回転軸1に固定されたスラスト軸受ロータコア部6
を、スラスト軸受ステータコア7とスラスト軸受ステー
タコイル8とからなる1対の電磁石によって行ってい
る。10は透明リング、11は透明プレートで、これら
は回転軸1の被測定部分にゴミや異物が付着するのを防
止している。
【0005】ラジアル光検出器5は、光ビームを回転軸
1の表面に集束させて回転軸1のラジアル方向の位置を
検出し、その検出値が所定の値となるようにステータコ
イル4に流す電流を制御する。一方、スラスト光検出器
9は、光ビームを回転軸1の端面に集束させてスラスト
方向の位置を検出し、その検出値が所定の値となるよう
にステータコイル8に流す電流を制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の光学式
位置検出器の場合、回転体(回転軸)の表面に光を集束
させるので、測定に時間がかかる。また、表面の仕上が
り精度の影響を直接受けることになるので、測定精度も
不十分になり勝ちである。さらに、回転体中心軸の曲が
り量を3次元的に測定することが困難である等の問題が
あった。本発明は、上記の問題の解決を図ったもので、
回転面の曲率中心位置の測定、ひいては回転体の中心軸
位置の測定を高精度に、かつ短時間に行うことが可能な
回転体の軸心の測定方法を提供することを目的としてい
る。
【0007】また、本発明は、回転体の中心軸の曲がり
量を3次元的に、しかも高速に測定できる回転体中心軸
の測定方法を提供することを目的としている。
【0008】さらに、本発明は、外部磁界や周辺の金属
の影響を受けることなく高精度に回転軸の位置を検出
し、偏心量、チルト角を測定することができる回転体の
中心軸の測定方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、同一光源からの可干渉光を参照面と回
転体表面とに照射し、回転体の中心軸付近に集束させ、
前記両面から反射される被検波と参照波とを重畳して干
渉縞を作り、該干渉縞から波面収差量を求めることによ
り前記可干渉光の集束点と中心軸とのずれ量を算出する
構成を特徴としている。
【0010】又は、前記波面収差量を干渉縞の中心付近
と周辺付近とについて求めて回転体の中心軸の位置を求
める構成としてもよい。さらに、上記測定方法を、前記
回転体と参照面とを回転体の中心軸の方向に相対的に移
動しつつ行う構成としてもよい。
【0011】
【作用】回転体の中心軸と可干渉光の集束点とが一致し
ていれば、被検波と参照波の干渉による波面収差は0と
なる。一方、回転体の中心軸と可干渉光の集束点がずれ
ている場合には、波面収差は0とはならない。この波面
収差量とずれ量の間には一定の関係が成り立つので、得
られた波面収差量から回転体の中心軸と可干渉光の集束
点とのずれ量を求めることができる。
【0012】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面によって説明
する。図1は、本発明の測定装置の構成を示すもので、
同図(a) はy−z面図、同図(b) はx−z面図である。
図1において、11は光源で、可干渉性の高いHe−N
eレーザ等が使用される。12はビームエクスパンダ
で、光源からの狭い光束を適当な大きさに広げるもので
ある。13は空間フィルタで、ゴースト光や反射光等の
不要な光をカットする。14は光アイソレータで、ビー
ムスプリッタ14a,λ/4板14b,および反射面1
4cを有する。15は12と同様のビームエクスパンダ
である。16は対物レンズで、その最終面は球面で、半
透鏡の参照面16aとなっている。17は被検体として
の回転体で、この実施例では中心軸19の回りに直線を
回転して形成された円柱で、図5の回転軸1と同じもの
である。ただし、本発明の回転体17は、上記の円柱の
みならず、任意の曲線を中心軸19の回りに回転して形
成されるものを含んでいる。18は回転体17を中心軸
19の方向に進退させる併進台で図示しないDCサーボ
モータやステッピングモータ等によって駆動される。
【0013】光源11から出た光は、ビームエクスパン
ダ12、光アイソレータ14、ビームエクスパンダ15
および対物レンズ16を経て被検面である回転体の表面
17aに集束する。対物レンズ16の最終面は球面で、
半透鏡の参照面16aとなっており、その曲率中心は、
回転軸19上に来るように設定される。対物レンズ16
に入射した光の一部は参照面16aで反射され、残りは
回転体表面17aに達して反射される。
【0014】参照面16aで反射された参照波及び回転
体表面17aで反射された被検波は光源に向かって戻
り、重畳され、光アイソレータ14の反射面14cで反
射され、開口20および結像レンズ21を透過してイメ
ージセンサ22上に細長い干渉縞像を結像する。
【0015】図2(a) は、回転体表面17aの曲率中心
O′(これは、回転体の中心軸上の点である)と、対物
レンズ16の焦点Oとが完全に一致している場合を示し
ている。図2(b) は、このときの波面収差を表す線図
で、縦軸は波面収差量を示し、横軸は(a) のx軸と同じ
である。そして、この場合、干渉縞の波面収差量はx軸
の全ての値に対し0である。対物レンズ16の位置が既
知であり、その焦点Oの位置も正確に分かっているか
ら、曲率中心O′の位置も正確に把握できる。
【0016】図2(c) は、参照面16aの曲率中心Oを
基準として、回転体17の中心軸O′が光軸方向(Z軸
方向)にδ1 ずれている場合を示す図である。この場
合、図2(d) に示すように原点を頂点として周辺にかけ
て円弧を描く波面収差が生じ、干渉縞の中心における波
面収差量はΔS1 となる。波面収差量ΔS1 とずれ量δ
1 との間には、次の式が成り立つ。 ΔS1 =δ1 (1−cos θ) (1) ここに、θは回転体表面17aの法線が光軸となす角度
である。
【0017】回転体17の中心軸O′がY軸方向にδ2
ずれている場合は、図2(e) に示すようになる。すなわ
ち、測定対象となる干渉縞の端部において、半径方向に
2の波面収差が生じる。グラフに描くと、図2(f) の
ように原点を通り、右上がりの勾配を持った直線とな
る。波面収差量ΔS2 とずれ量δ2 との間には、次の式
が成り立つ。 ΔS2 =δ2 sin θ (2)
【0018】実際の測定では、両方のずれが合成される
ため、全体の波面収差ΔSは、 ΔS=ΔS1 +ΔS2 +ΔSobj (3) と表される。ただしΔSobj は、回転体の面精度や測定
装置等の影響による誤差で、実際の測定においては、既
知のδ1 ,δ2 を与えることにより実験的に求めること
ができる。(3) 式に、(1) ,(2) 式を代入して、 ΔS=−δ1 cos θ+δ2 sin θ+(δ1 +ΔSobj ) (4)
【0019】よって、δ1 ,δ2 を求めるためには、干
渉縞解析により得られた測定結果、ΔS(x) をθの関数
に変換し、それをフーリエ級数展開する。
【0020】
【数1】
【0021】(5) 式は、各項が線形独立であるため、
(4) 式と係数比較をして、 δ1 =−a1 δ2 =b1 となり、δ1 ,δ2 を算出することができる。よって基
準となる対物レンズの曲率中心Oと、回転体表面17a
の曲率中心O′(回転体の中心軸)との相対位置が測定
可能となる。
【0022】次に、回転体17の中心軸19と併進方向
とが平行になるようにし、併進台18により回転体17
を、光軸に対して垂直な方向に移動しつつ、各位置にお
いて干渉縞の縞解析を行って上記のδ1 ,δ2 を算出す
る。こうすることによって回転体17の中心軸19の曲
がり量を3次元的に測定できる。測定例を図3に示す。
同図(a) は回転体中心軸19の曲がりをx−y平面につ
いて測定し、また、同図(b) はz−x平面について測定
したものである。
【0023】図4は、実際の軸受装置に、図1に示す装
置を設けた実施例を示す。19は、回転体17の中心
軸、20は駆動部の軸心、21は回転体17の軸受、2
2は回転体17の駆動部をそれぞれ示す。
【0024】ここで、回転体17が駆動部22によって
回転している場合を考える。回転体17の中心軸19
と、駆動部の軸心20とが一致していれば、回転面17
aと参照面16aとの干渉による波面収差は、図2(b)
に示すように0、又はほぼ一定値をとるはずである。こ
れに対し、2軸がずれて偏心している場合、波面収差は
図2(c) あるいは(e) に示す2つのいずれか一方、又は
双方の複合された状態で変化する。本発明によれば、こ
の偏心量を、上述した方法により測定することができる
ので、偏心を修正することも可能となる。また、回転体
17の軸19の方向に沿って複数箇所で中心軸の位置を
測定することにより中心軸19と軸心20とが成す角度
(チルト角)を求めることもできる。
【0025】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
干渉縞を用いて測定するので、外部磁界の影響や、周辺
の金属の影響を受けることなく、従来測定が困難であっ
た回転面の曲率中心を、高精度にかつ短時間で測定する
ことができる。また、回転体を中心軸に沿って移動しつ
つ測定するようにすれば、従来不可能に近かった「回転
体中心軸の3次元的曲がり量の測定」が可能になった。
実際の軸受装置に、本発明の方法を適用すれば、回転体
の軸心の位置の検出は勿論、回転軸と回転中心とのチル
ト角をも測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施する装置の構成を示す図で
ある。
【図2】回転体表面の曲率中心と対物レンズの焦点のず
れ具合いと、その時の波面収差の関係を示す図である。
【図3】本発明方法により測定した回転体の中心軸の3
次元曲がりの測定例を示す図である。
【図4】本発明方法を磁気軸受装置に適用した実施例を
示す図である。
【図5】従来の回転体の位置検出装置の構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
11 光源 16 対物レンズ 16a 参照面 17 回転体 17a 回転体表面 18 併進台 19 中心軸 ΔS1,ΔS2 波面収差量

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一光源からの可干渉光を参照面と回転
    体表面とに照射し、回転体の中心軸付近に集束させ、前
    記両面から反射される被検波と参照波とを重畳して干渉
    縞を作り、該干渉縞から波面収差量を求めることにより
    前記可干渉光の集束点と中心軸とのずれ量を算出するこ
    とを特徴とする回転体中心軸の測定方法。
  2. 【請求項2】 前記波面収差量を干渉縞の中心付近と周
    辺付近とについて求めて回転体の中心軸の位置を求める
    ことを特徴とする請求項1記載の回転体中心軸の測定方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の回転体における中
    心軸の測定方法を、前記回転体と参照面とを回転体の中
    心軸の方向に相対的に移動しつつ行うことを特徴とする
    回転体の中心軸の測定方法。
JP11253194A 1994-05-26 1994-05-26 回転体中心軸の測定方法 Withdrawn JPH07318333A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108344362A (zh) * 2017-05-27 2018-07-31 中国科学院上海技术物理研究所 一种高精度轴系旋转精度的光学测量装置及方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Effective date: 20010731