JPS58155336A - 光全反射率測定方法およびその装置 - Google Patents

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】 この発明は光量反射率測定方法およびその装置に関する
ものである。

スピニング加工や圧延加工などによる加工表面の全反射
率は、その加工表面の酸化皮膜や汚れなどの有無によっ
て変化するので、加工表面の全反耐重を監視することに
よって加工製品の品質を安定させることが可能である。

従来、このような加工表面の全反射率を測定する手段と
して分光光度計を用いて行うものが知られているが、こ
の方法では拡散反射光量の測定を行うのに積分球などを
使用して全方向にわ友る拡散反射光を捉える必要があ、
す、検査対象の形状に制限を受けるばかりでなく、装置
も大形化し高価なものになるという欠点があっ九。さら
に、この糧の従来装置では、センサにより検出される正
反射光量、拡散反射光量が加工１１１面の祖さによって
異なるため正確な全反射率の測定は困難であった。

したがって、この発明の目的は、スピニング加工、圧延
加工などによる加工表面の全反射率を表面粗さに関係な
く正確に測定することのできる光量反射率測定方法およ
びその装置を提供することである。

この発明の光量反射率測定方法の概要を、ｌｓ１図ない
し第４図に基づき以下に説明する。

第１図に示すように、所定の被加工材１表面に光ビーム
投光ｓ２よシ光ビームを照射（加工表面の法線３に対し
θ□の入射角）して、前記法線３ｉはさみ前記光ビーム
投光部２と反射側の正反射位置（法４Ｉ３に対しθ、の
反射角）Ｋ配置した＄１１の受光センサ４ａで前記光ビ
ームの正反射光を受光し、前記法線３からａ２の角度（
前記入射光と正反射光とがつくる面内に限定しない）に
配置し次第２の受光センサ４ｂでこの方向に一部反射す
る前記光ビームの拡散反射光を受光して、受光センサ４
ａ、４ｂの出力と表面粗さ、拡散反射率、全反射率との
間の相関の有無について測定した実験データから、つぎ
のような結果を得た。

（１）同一加工表面すなわち加工条件が同一（加工方法
、被加工材など）のもとでは、受光センサ４ｂの出力す
なわち拡散反射光量ｓ２と加工表面粗さとの間には第２
図に示すような相関がみられた。

（２）　　また、前記拡散反射光量Ｓ２は、分光光度計
で得た拡散反射率と相関があるが、分光光度針で得た全
反射率との間には相関がみられなかった。

（３）受光センサ４ａの出力すなわち正反射光量Ｓ１に
ついても、拡散反射光量Ｓ２と同様に、分光光度針によ
り得た拡散反射率とは相関があったが、全反射率とは相
関がみられなかった。

（４）同一加工条件のもとで、前記正反射光量Ｓよおよ
び拡散反射光量Ｓ２を全反射率ａ（分光光度針による）
で割算した数値ｘ　、　ｙ　（ｘ＝３２／ａ　、）Ｉ＝
Ｓよ／ａ）を、表面粗さをパラメータにしてプロットす
ると、菖３図に示すような線形の関係（）ｌ−−Ａｘ十
Ｂ）　　を示した。前記定数Ａ　、　Ｂｉｊ加工条件に
よって定まり、別な加工条件では例えばｙ＝　−Ａ’ｘ
＋Ｂ’のような線形式が成り立つ。

以上の結果、とくに（４）の結果から、っぎのことが導
き出される。

ある加工条件のもとで成り立つ ｙ＝−Ａｘ＋Ｂ　　　　　　　・・・・・・・（１）の
式において、定数Ｂは第３図のグラフがｙ軸を切る値で
あり、ｘ＝０すなわち拡散反射光量Ｓ、が０のとき（し
たがって加工表面が鏡面状であることを意味する）のｙ
の値である。

このことから、各表面粗さにおける全反射光量をＳとす
ると、前記定数Ｂは Ｂ　＝　Ｓ　／　ａ　　　　　　　　・・・　（２）と
あられすことができる。

一方、（１）式を Ｂ＝Ｖ＋Ａ、　　　　　　　・・・・・・・・（１）′
と変形して、この（１）′式にＸ　”　Ｓ２／　ａ　、
　）ｌ　＝　Ｓ、／＠　。

Ｂ＝Ｓ／ａｉ代入すると Ｓ　／　ａ　−５１／ａ　＋Ａ　ｌｌ５２／　ａ−山川
（３）となり、（２）式の両辺にａを掛けるとＳ＝Ｓ　
＋Ａ＠Ｓ２　　　　・・・・・（４）となる。

（４）式は、ある表面粗さにおいて測定された一部拡散
反射光量８２Ｋ、このときの加工条件から定まる前記の
所定定数Ａを掛けた値と、このときの正反射光量Ｓよと
の和がその表面粗さＫおける全反射光蓋Ｓに等しいこと
を示している。

そして、所定の加工条件のもとで定まる定数Ｂと前記の
全反射光量Ｓとの間には前記偉）式の関係が成り立つか
ら、前記（４）式は Ｂ　−ａ　＝　Ｓ　　十Ａ　ＩＩＳ　　　　　・＝−＝
−（４）’ｌ　　　　　　　２ と置き替えることができ、（４）’式より鳳＝（Ｓ　＋
Ａ＠Ｓ２）／Ｂ　　　　・・・・　（５）が成り立つ。

すなわち、（５）式は、所定加工条件のもとての、ある
表面粗さにおける全反射率ａが、この表面粗さにおける
全反射光量Ｓを前記加工条件のもとで定まる所定定数Ｂ
で割算した値として求められることを示しており、この
ときの全反射光量ｓＶｉ、前記加工条件で定まる別の定
数Ａと一部拡散反射光量Ｓｔ−掛算し比値と正反射光量
Ｓよとの和として得られることを示している。

この光合反射率測定方法は、以上の理論を応用し、第４
図に示すようにして加工表面の全反射率を計測するもの
である。

（１）光ビーム投光部２から被加工材ｌの加工表面に向
けて入射角θ、（＃、＝２２．５＆’）で光ビームを投
射し、加工表面の法線３に対し角度θ、をなす正反射角
の位置に配置した正反射光受光センナ４１で前記光ビー
ムの正反射光を受光し、これを電気信号ａに変換して出
力する一方、前記法線３に対し角度θ２をなす位置に配
置した拡散反射光受光センサ４ｂでこの方向に反射する
前記光ビームの一部拡散反射光を受光し、これを電気信
号すに変換して出力する。

（２）前記正反射光受光センサ４ｍおよび拡散反射光受
光センサ４ｂの出力ａ　、ｂｉ増幅器５ｍ。

５ｂで増幅して、受光された正反射光量および拡散反射
光量に相当する出力Ｓよ、　Ｓ２を得る。

（３）　　このときの加工条件において、加工表面粗さ
をパラメータとして定まる正反射光量／全反射率（ｙ）
と拡散反射光量／全反射率（Ｘ）との間の線形関係式（
ｙ＝−Ａｘ＋Ｂ）の各定数Ａ、Ｂｔ−予め求めておき、
加算器６により前記出力５２ｔ−Ａ倍し比値と前記出力
Ｓよとの和Ｓよ＋Ａ＠Ｓ２を出力し、この出力Ｃを割算
器７て１／Ｂ倍しその出力ｄをこのときの加工表面の全
反射率として計測する。

前記加算器６から直接取り出され次出力ｃ　Ｆｉ　ｓこ
のときの加工表面の全反射光量として別に計測する。

（４）前記したようＫ、加工表面の全反射率は、加工表
面の粗さく酸化皮膜、汚れの有無など）Ｋより変化する
ので、所定基準値を設定した比較器（図示せず）に全反
射率に相当する前記の計測値ｄを入力して、比較器の判
定出力から加工表面が許容表面粗さの範囲内にあるかど
うかを、スピニング加工や圧延加工を行いながらすなわ
ちインプロセスで検査する。

このように、加工条件に応じて正反射光量／全反射率（
ｙ）と拡散反射光量／全反射率ＯＣ）の間に定まる線形
関係式の定数Ａ、Ｂｆ：予め求め、計測された正反射光
量Ｓ　、拡散反射光量Ｓ２を（Ｓ工＋Ａ　−５２）／Ｂ
のように演算処理し、この値を全反射率として求めるよ
うにし次ため、次のような効果が得られる。

（１）正反射光と拡散反射光の一部を測定するだけで、
そのときの表面粗さにおける全反射率を瞬時に測定でき
、測定対象物の形状によって制限を受けず測定が極めて
容易となり、測定対象となる被加工材の適用範囲も大幅
に拡張することができ汎用性に富む。

（２）積分球などを必蟹とせず、測定に用いる装置を小
形化することができる。

（３）　　インプロセス針側が可能になり、計測の能率
が著しく向上し、加工製品の品質管理が向上する。

前記光全反射率測定方法に用いられる測定装置の具体的
構成例１に第５図に示している。

すなわち、この光量反射率測定装置は、回転加工される
被加工材ｌの回転軸１！１に平行な方向（Ｘ＠）、前記
回転軸１１と直交する方向（被加工材ＩＫ向かって進退
する方向、Ｙ軸）、ｘ軸とＹ軸がつくる平面に平行な面
内で被加工材１を中心にして回動する回動方向θ′の３
つの自由ｔｔ−有し前記被加工材１の加工表面の近傍に
配置した測定ヘッド取付テーブル８と、この測定ヘッド
取付テーブル８に設けられ前記回転軸１ｍの方向に向け
て前記加工表面にレーザー光線を照射するレーザー光線
投光部２′と、前記回転軸１ｍと前記レーザー光線投光
部２′の光軸とを含む平面内に位置するように前記加工
表面に向けて前記測定ヘッド取付テ−プル８上に設けら
れ、前記レーザー光線投光部２′から照射されたレーザ
ー光線の前記加工表面Ｉ’ｍでの正反射光を受光して光
電変換し受光量に比例し次電気信号を出力する正反射光
受光用充電変換器４′暑と、前記レーザー光線投光部２
′の光軸と前記光電変換器４′畠の光軸とを含む平面と
ほぼ直交する平面内に位置するように前記加工表面に向
けて―記測定ヘッド取付テーブル８上に設けられ、前記
レーザー光線投光ｓ２′から照射されたレーザー光線の
前記加工表面での拡散反射光の一部を受光して充電変換
し受光量に比例した電気信号を出力する拡散反射光受光
用光電変換器４’ｂとを備え友ものであり、前記レーザ
ー光線投光部２′は光ファイバ９を介してレーザー発生
装置ｌＯに接続している。各光電変換器４’ａ、４’ｂ
の出力を演算処理する処理回路は前記の第４図に示す構
成と同様である。

前記構成において、充電変換器４’ｂの配置を、光電変
換器４′ａ、レーザー光線投光部２′の光軸がつくる平
面と直交する面内に設定したのは、前記光電変換器４’
ｂで受光される拡散反射光が加工表ある。

以上のように、この発明の光全反射本測定方法は、被検
査表面に照射した光ビームの正反射光量Ｓ１を検出する
正反射光量検出過程と、鋺記光ビームの拡散反射光のう
ち所定方向に反射する一部の拡散反射光量Ｓ、を検出す
る拡散反射光量検出過程と、前記拡散反射光量８２に所
定定数Ａｔ１１けた値Ａ−８２と前記正反射光量Ｓ工と
を加算する加算処理過程と、前記加算値Ｓ　＋Ａ・５２
を所定定数Ｂで割算しその値（Ｓよ＋Ａ−８２）／Ｂを
光全反射率として求める割算処理過程とを含むものでら
シ、またこの発明の光全反射本測定装置は、被検査表面
に光ビームを照射する光ビーム投光部と、前記被検査表
面での藺紀光ビームの正反射光を受光してその正反射光
量に相当する出力Ｓｌヲ得る正反射光受光センサと、前
記被検査表面での前記光ビームの拡散反射光のうち所定
方向に反射する一部拡散反射光を受光してその拡散反射
光量に相当する出力Ｓ２を得る拡散反射光受光センサと
、前記拡散反射光受光センサの出力Ｓ、に所定定数Ａを
掛けた値Ａｌｌ５２と前記正反射光受光センサの出力Ｓ
よとを加算処理する加算器と、前記加算器の出力Ｓ、＋
Ａ　−Ｓ２を所定定数Ｂで割算する割算器とを備えたも
のであるため、正反射光と拡散反射光の一部を測定する
だけでそのときどきの表面粗さにおける全反射率を瞬時
のうちに正確に測定でき、装置も積分球などを必要とせ
ず小形化でき、測定対象物の適用範囲も拡大して汎用性
に富み、インプロセス計淵も可能となって加工製品の品
質管理向上をはかることができるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はそれぞれこの発明の基礎になる実
験についての説明図、第４図はこの発明の概要を示す説
明図、９５図は全党反射率測定装置の具体的構成を示す
部分斜視図でおる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　被検査表面に照射した光ビームの正反射光量
   Ｓ１を検出する正反射光量検出過程と、前記光ンームの
   拡散反射光のうち所定方向に反射する一部の拡散反射光
   量Ｓ２を検出する拡散反射光量検出過程と、前記拡散反
   射光量８２に所定定数Ａｔ−掛けた値Ａ−５２と前記正
   反射光量Ｓよとを加算する加算処理過程と、前記加算値
   Ｓ＋Ａ−Ｓ２を所定定数Ｂで割算しその値（Ｓ　＋Ａ＠
   Ｓ２）／Ｂｔ光全光射反射率て求める割算処理過程とを
   含む光量反射率測定方法。（ただし前記Ａ、Ｂは、与え
   られる被検査表面において、その表面粗さをパラメータ
   として正反射光量の対全反射率比ｙと拡散反射光量の対
   全反射率比Ｘとの間に定まる線形関係式Ｙ”−Ａｘ十Ｂ
   の各定数） ｅ）　被検査表面に光ビームを照射する光ビーム投光部
   と、前記被検査表面での前記光ビームの正反射光を受光
   してその正反射光量に相癲する出力５ｌｔ−得る正反射
   光受光センナと、前記被検査表面での前記光ビームの拡
   散反射光のうち所定方向に反射する一部拡散反射光を受
   光してその拡散反射光量に相当する出力Ｓ２を得る拡散
   反射光受光センサと、前記拡散反射光受光センサの出力
   Ｓ、に所定定数Ａを掛けた値Ａ−３２と前記正反射光受
   光センサの出力Ｓ□とを加算処理する加算量と、前記加
   算器の出力Ｓよ＋Ａ−８２を所定定数Ｂで割算する割算
   器とを備えた光全反射率一定装置。（ただし前記Ａ、Ｂ
   は、与えられる普検査ｌ［！面において、その表面粗さ
   をパラメータとして正反射光量の対全反射率比ｙと拡散
   反射光量の対全反射率比Ｘとの間に定まる線形関係式ｙ
   ＝−Ａｘ＋Ｂの各定数）