JPS6248163B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6248163B2 JPS6248163B2 JP55188573A JP18857380A JPS6248163B2 JP S6248163 B2 JPS6248163 B2 JP S6248163B2 JP 55188573 A JP55188573 A JP 55188573A JP 18857380 A JP18857380 A JP 18857380A JP S6248163 B2 JPS6248163 B2 JP S6248163B2
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- JP
- Japan
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- half mirror
- measuring
- scanning
- measuring means
- convex lens
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- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 206010064127 Solar lentigo Diseases 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004439 roughness measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/306—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は物体表面の凹凸の大きさや、凹凸の存
在する位置を物体表面に接触することなしに測定
することのできる物体の表面粗さ測定装置に関す
るものである。
在する位置を物体表面に接触することなしに測定
することのできる物体の表面粗さ測定装置に関す
るものである。
従来、物体の表面の粗さを測定する表面粗さ計
を用いて物体表面の微小な凹凸を測定する際に
は、手動により精密な距離合わせを行なう必要が
あり、著しく測定に手数がかかるという欠点があ
つた。また従来の表面粗さ計においては微小な凹
凸を測定する場合と比較的大きな凹凸とを同一の
装置を用いて測定することができず、それぞれの
用途に応じて別々の測定装置を用意することが必
要とされるという欠点があつた。また連続的に物
体の表面粗さを測定するような場合には数値制御
機構等を用いて物体の表面と表面粗さ計との相対
距離を調整することが必要とされるが、物体の表
面に接触して表面粗さの測定を行なう通常の表面
粗さ計ではこのような相対距離の調整が難しくな
るという欠点があつた。
を用いて物体表面の微小な凹凸を測定する際に
は、手動により精密な距離合わせを行なう必要が
あり、著しく測定に手数がかかるという欠点があ
つた。また従来の表面粗さ計においては微小な凹
凸を測定する場合と比較的大きな凹凸とを同一の
装置を用いて測定することができず、それぞれの
用途に応じて別々の測定装置を用意することが必
要とされるという欠点があつた。また連続的に物
体の表面粗さを測定するような場合には数値制御
機構等を用いて物体の表面と表面粗さ計との相対
距離を調整することが必要とされるが、物体の表
面に接触して表面粗さの測定を行なう通常の表面
粗さ計ではこのような相対距離の調整が難しくな
るという欠点があつた。
本発明は従来例のこのような欠点を解消するた
めに為されたものであり、物体表面の凹凸の大き
さや、凹凸の存在する位置を物体の表面に接触す
ることなしに測定することができ、しかも微小な
凹凸から比較的大きな凹凸まで１台の装置を用い
て測定評価することのできる物体の表面粗さ測定
装置を提供することを目的とするものである。
めに為されたものであり、物体表面の凹凸の大き
さや、凹凸の存在する位置を物体の表面に接触す
ることなしに測定することができ、しかも微小な
凹凸から比較的大きな凹凸まで１台の装置を用い
て測定評価することのできる物体の表面粗さ測定
装置を提供することを目的とするものである。
以下本発明の構成を図示実施例について説明す
ると、第１図乃至第６図に示すように略矩形状の
面光源１より放射せる平行光線を収束光線に変換
するシリンドリカル凸レンズ２を設け、シリンド
リカル凸レンズ２の出力光線を反射するハーフミ
ラー３を設け、ハーフミラー３の反射光線を物体
４の表面５に照射し、物体４の表面５に収束され
た略直線状の光像６を撮像する走査型撮像装置７
をハーフミラー３の他面側に走査方向が光像６の
長手方向と直交するように配設し、走査型撮像装
置７の垂直同期信号の出力後、１水平走査期間中
の映像信号出力パルス巾が最小となるまでの時間
を測定する第１の測定手段８を設け、物体４をハ
ーフミラー３に対して前後に移動せしめる移動手
段９と、該移動手段９による物体４の移動量を測
定する第２の測定手段１０とを設け、第１および
第２の測定手段８，１０の出力にて物体４の表面
５の粗さと凹凸の存在する位置とを測定するよう
にしたものである。面光源１は帯状の平行光線を
形成するコリメータ１１からの出射光線を細長い
矩形状のスリツト１２に通すことにより構成され
ており、コリメータ１１にはレーザ光源１３から
光フアイバのような光伝送手段１４を介してレー
ザ光が供給されている。面光源１からの出射光線
は通称かまぼこ形レンズと呼ばれるシリンドリカ
ル凸レンズ２に入射し、ハーフミラー３にて反射
されて物体４の表面５にて収束する。この場合シ
リンドリカル凸レンズ２としては極力短焦点のも
のを用い、物体４の表面５における光像６の位置
が焦点から少しでもずれていると直ぐに像がぼや
けるようにしておくものである。第２図は物体４
の表面５に形成された光像６を示すものであり、
第１図と対応させれば明らかなように、物体４の
表面５がシリンドリカル凸レンズ２から丁度焦点
距離の位置にあるときには第２図の点Ｐに示すよ
うに焦点を結びその他の場合には焦点距離からの
位置のずれに応じて像がぼやけるものである。し
たがつて物体４の表面５に形成された光像をハー
フミラー３の他面側からテレビカメラ７ａのよう
な撮像装置によつて撮像し、第５図に示すように
モニタテレビ１５を用いて観察すれば物体４の表
面５の凹凸の度合いを大まかに知ることができ
る。本発明においては測定精度を高めるために、
目視による観察の他に画像信号処理装置１６を設
けて自動的に表面粗さの測定を行なうようにして
いる。第３図は走査型撮像装置７およびモニタテ
レビ１５の画面を示すものであり、矢印Ａは走査
線を示している。走査線が物体４の表面５にＹ軸
方向に形成された光像６を第３図に示すように光
像６と垂直に、すなわちＸ軸方向に沿つて順次走
査して行くと、映像信号は第４図に示すようにな
り、光像６のぼやけ具合に応じて映像信号の出力
パルス巾が変化するものである。画像信号処理装
置１６は上記映像信号をＨまたはＬに２値化する
２値化回路部１７と画像メモリ１８および判定処
理部１９により構成されている。２０は光像６の
広がり巾を検出する巾検出回路部であり、２１は
画面上の走査位置を調べるＸ、Ｙ座標検出回路部
である。これらの装置により光像６のぼやけ具合
を自動的に測定し、比較的微小な凹凸を測定し、
自動的に評価を下すことができるものである。さ
らに本発明においては同一の測定系を用いて比較
的大きな凹凸をも測定できるようにするために、
物体４をハーフミラー３に対して前後に移動せし
めるＺ軸方向（光軸の方向）の移動手段９を設け
て、Ｚ軸方向の移動量を第２の測定手段１０にて
測定すると共に、巾検出回路部２０とＸ、Ｙ座標
検出回路部２１とからなる第１の測定手段８によ
つて焦点を結ぶ位置を測定することにより、物体
４の表面５における凹凸の高さと位置とを測定で
きるようにしている。第６図ａ，ｂ，ｃはその原
理を示すものであり、第６図の夫々の上側には物
体表面の凹凸を表してあり、下側には黒点の位置
に焦点を合わせた時の光像のパターンを示してあ
る。まず第６図ａに示す所に焦点があれば焦点は
P1，P2の２点となる。このときのハーフミラー３
と物体４の表面５との距離ＺをZ0とする。次に、
移動手段９により物体４を移動させてハーフミラ
ー３に近づけてゆくと、光像が焦点を結んでいな
い状態から初めて一点P3に焦点を結んだ時の状態
を第６図ｂに示してあるが、この時のハーフミラ
ー３と物体４との距離ＺをZ2とする。更に、物体
をハーフミラー３に近づけると第６図ａのように
焦点位置は光像の長さ方向に沿つて移動するが、
最後に光像が焦点を結んでいた状態からいずれの
箇所にも焦点を結ばなくなる瞬間の焦点位置P4を
第６図ｃに示してある。このこの時のハーフミラ
ー３と物体４との距離ＺをZ1とする。これらの距
離Z2，Z1は第２の測定手段１０により計測できる
から、凹凸の高さｈは、ｈ＝（Z2−Z1）として与え
られ、凹凸の高さと高さに対応したＹ軸方向の位
置をも知ることができる。
ると、第１図乃至第６図に示すように略矩形状の
面光源１より放射せる平行光線を収束光線に変換
するシリンドリカル凸レンズ２を設け、シリンド
リカル凸レンズ２の出力光線を反射するハーフミ
ラー３を設け、ハーフミラー３の反射光線を物体
４の表面５に照射し、物体４の表面５に収束され
た略直線状の光像６を撮像する走査型撮像装置７
をハーフミラー３の他面側に走査方向が光像６の
長手方向と直交するように配設し、走査型撮像装
置７の垂直同期信号の出力後、１水平走査期間中
の映像信号出力パルス巾が最小となるまでの時間
を測定する第１の測定手段８を設け、物体４をハ
ーフミラー３に対して前後に移動せしめる移動手
段９と、該移動手段９による物体４の移動量を測
定する第２の測定手段１０とを設け、第１および
第２の測定手段８，１０の出力にて物体４の表面
５の粗さと凹凸の存在する位置とを測定するよう
にしたものである。面光源１は帯状の平行光線を
形成するコリメータ１１からの出射光線を細長い
矩形状のスリツト１２に通すことにより構成され
ており、コリメータ１１にはレーザ光源１３から
光フアイバのような光伝送手段１４を介してレー
ザ光が供給されている。面光源１からの出射光線
は通称かまぼこ形レンズと呼ばれるシリンドリカ
ル凸レンズ２に入射し、ハーフミラー３にて反射
されて物体４の表面５にて収束する。この場合シ
リンドリカル凸レンズ２としては極力短焦点のも
のを用い、物体４の表面５における光像６の位置
が焦点から少しでもずれていると直ぐに像がぼや
けるようにしておくものである。第２図は物体４
の表面５に形成された光像６を示すものであり、
第１図と対応させれば明らかなように、物体４の
表面５がシリンドリカル凸レンズ２から丁度焦点
距離の位置にあるときには第２図の点Ｐに示すよ
うに焦点を結びその他の場合には焦点距離からの
位置のずれに応じて像がぼやけるものである。し
たがつて物体４の表面５に形成された光像をハー
フミラー３の他面側からテレビカメラ７ａのよう
な撮像装置によつて撮像し、第５図に示すように
モニタテレビ１５を用いて観察すれば物体４の表
面５の凹凸の度合いを大まかに知ることができ
る。本発明においては測定精度を高めるために、
目視による観察の他に画像信号処理装置１６を設
けて自動的に表面粗さの測定を行なうようにして
いる。第３図は走査型撮像装置７およびモニタテ
レビ１５の画面を示すものであり、矢印Ａは走査
線を示している。走査線が物体４の表面５にＹ軸
方向に形成された光像６を第３図に示すように光
像６と垂直に、すなわちＸ軸方向に沿つて順次走
査して行くと、映像信号は第４図に示すようにな
り、光像６のぼやけ具合に応じて映像信号の出力
パルス巾が変化するものである。画像信号処理装
置１６は上記映像信号をＨまたはＬに２値化する
２値化回路部１７と画像メモリ１８および判定処
理部１９により構成されている。２０は光像６の
広がり巾を検出する巾検出回路部であり、２１は
画面上の走査位置を調べるＸ、Ｙ座標検出回路部
である。これらの装置により光像６のぼやけ具合
を自動的に測定し、比較的微小な凹凸を測定し、
自動的に評価を下すことができるものである。さ
らに本発明においては同一の測定系を用いて比較
的大きな凹凸をも測定できるようにするために、
物体４をハーフミラー３に対して前後に移動せし
めるＺ軸方向（光軸の方向）の移動手段９を設け
て、Ｚ軸方向の移動量を第２の測定手段１０にて
測定すると共に、巾検出回路部２０とＸ、Ｙ座標
検出回路部２１とからなる第１の測定手段８によ
つて焦点を結ぶ位置を測定することにより、物体
４の表面５における凹凸の高さと位置とを測定で
きるようにしている。第６図ａ，ｂ，ｃはその原
理を示すものであり、第６図の夫々の上側には物
体表面の凹凸を表してあり、下側には黒点の位置
に焦点を合わせた時の光像のパターンを示してあ
る。まず第６図ａに示す所に焦点があれば焦点は
P1，P2の２点となる。このときのハーフミラー３
と物体４の表面５との距離ＺをZ0とする。次に、
移動手段９により物体４を移動させてハーフミラ
ー３に近づけてゆくと、光像が焦点を結んでいな
い状態から初めて一点P3に焦点を結んだ時の状態
を第６図ｂに示してあるが、この時のハーフミラ
ー３と物体４との距離ＺをZ2とする。更に、物体
をハーフミラー３に近づけると第６図ａのように
焦点位置は光像の長さ方向に沿つて移動するが、
最後に光像が焦点を結んでいた状態からいずれの
箇所にも焦点を結ばなくなる瞬間の焦点位置P4を
第６図ｃに示してある。このこの時のハーフミラ
ー３と物体４との距離ＺをZ1とする。これらの距
離Z2，Z1は第２の測定手段１０により計測できる
から、凹凸の高さｈは、ｈ＝（Z2−Z1）として与え
られ、凹凸の高さと高さに対応したＹ軸方向の位
置をも知ることができる。
本発明は以上のように構成されており、シリン
ドリカル凸レンズからの出射光をハーフミラーに
て反射して物体の表面に照射し、物体の表面に形
成された光像を走査型撮像装置によつて光像の長
手方向と直角方向に順次走査するように構成した
から、光像のぼやけ具合を自動的に測定して、光
像のぼやけ具合から物体表面における比較的微小
な凹凸を自動的に測定評価することができ、また
走査型撮像装置の垂直同期信号の出力後、１水平
走査期間中の映像信号出力パルス巾が最小となる
までの時間を測定する第１の測定手段を設け、物
体をハーフミラーに対して前後に移動せしめる移
動手段と、該移動手段による物体の移動量を測定
する第２の測定手段とを設けたから、移動手段に
より物体を移動させながら光像が焦点を結んでい
ない状態から初めて一点に焦点を結ぶ時の物体位
置と、（更に、物体を移動させると焦点位置は光
像に沿つて移動し、）最後に光像が一点に焦点を
結んでいた状態からいずれの箇所にも焦点を結ば
なくなる瞬間の物体位置との間の距離を第２の測
定手段により測定すると、これにより物体表面の
測定領域における最も突出した高い点と最も引つ
込んだ低い点との最大の高低差を得ることがで
き、この凹凸の最大高低差の大きさにより比較的
大きな凹凸の粗さを評価することができるのであ
る。しかも、走査型撮像装置の垂直同期信号の出
力後、１水平走査期間中の映像信号出力パルス巾
が最小となる（焦点）までの時間を測定する第１
の測定手段を備えているので、初めて焦点が現れ
た時の焦点までの走査時間に走査速度を掛けるこ
とによりその焦点のあつている点までの距離を算
出でき、逆に最後に焦点が現れていた時の焦点ま
での走査時間に走査速度を掛けることによりその
焦点のあつている点までの距離を算出でき、これ
により最も高い点と最も低い点との夫々の位置を
決定することができるのである。従つて、この最
も高い点と最も低い点との間の高低差と平面距離
を知ることにより両点間の勾配を得ることもで
き、更に精度の高い粗さ測定を行うこともできる
ものである。
ドリカル凸レンズからの出射光をハーフミラーに
て反射して物体の表面に照射し、物体の表面に形
成された光像を走査型撮像装置によつて光像の長
手方向と直角方向に順次走査するように構成した
から、光像のぼやけ具合を自動的に測定して、光
像のぼやけ具合から物体表面における比較的微小
な凹凸を自動的に測定評価することができ、また
走査型撮像装置の垂直同期信号の出力後、１水平
走査期間中の映像信号出力パルス巾が最小となる
までの時間を測定する第１の測定手段を設け、物
体をハーフミラーに対して前後に移動せしめる移
動手段と、該移動手段による物体の移動量を測定
する第２の測定手段とを設けたから、移動手段に
より物体を移動させながら光像が焦点を結んでい
ない状態から初めて一点に焦点を結ぶ時の物体位
置と、（更に、物体を移動させると焦点位置は光
像に沿つて移動し、）最後に光像が一点に焦点を
結んでいた状態からいずれの箇所にも焦点を結ば
なくなる瞬間の物体位置との間の距離を第２の測
定手段により測定すると、これにより物体表面の
測定領域における最も突出した高い点と最も引つ
込んだ低い点との最大の高低差を得ることがで
き、この凹凸の最大高低差の大きさにより比較的
大きな凹凸の粗さを評価することができるのであ
る。しかも、走査型撮像装置の垂直同期信号の出
力後、１水平走査期間中の映像信号出力パルス巾
が最小となる（焦点）までの時間を測定する第１
の測定手段を備えているので、初めて焦点が現れ
た時の焦点までの走査時間に走査速度を掛けるこ
とによりその焦点のあつている点までの距離を算
出でき、逆に最後に焦点が現れていた時の焦点ま
での走査時間に走査速度を掛けることによりその
焦点のあつている点までの距離を算出でき、これ
により最も高い点と最も低い点との夫々の位置を
決定することができるのである。従つて、この最
も高い点と最も低い点との間の高低差と平面距離
を知ることにより両点間の勾配を得ることもで
き、更に精度の高い粗さ測定を行うこともできる
ものである。
第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は
物体の表面に生じる光像を示す平面図、第３図は
走査型撮像管の走査方向を示す正面図、第４図ａ
〜ｅは映像信号の波形図、第５図は第１図に示す
実施例のブロツク図、第６図ａ，ｂ，ｃは本発明
による測定原理を示す説明図である。 １は面光源、２はシリンドリカル凸レンズ、３
はハーフミラー、４は物体、５は表面、６は光
像、７は走査型撮像装置、８，１０は測定手段、
９は移動手段である。
物体の表面に生じる光像を示す平面図、第３図は
走査型撮像管の走査方向を示す正面図、第４図ａ
〜ｅは映像信号の波形図、第５図は第１図に示す
実施例のブロツク図、第６図ａ，ｂ，ｃは本発明
による測定原理を示す説明図である。 １は面光源、２はシリンドリカル凸レンズ、３
はハーフミラー、４は物体、５は表面、６は光
像、７は走査型撮像装置、８，１０は測定手段、
９は移動手段である。
Claims (1)
- １ 略矩形状の面光源より放射せる平行光線を収
束光線に変換するシリンドリカル凸レンズを設
け、シリンドリカル凸レンズの出力光線を反射す
るハーフミラーを設け、ハーフミラーの反射を物
体の表面に照射し、物体の表面に収束された略直
線状の光像を撮像する走査型撮像装置をハーフミ
ラーの他面側に走査方向が光像の長手方向と直交
するように配設し、走査型撮像装置の垂直同期信
号の出力後、１水平走査期間中の映像信号出力パ
ルス巾が最小となるまでの時間を測定する第１の
測定手段を設け、物体をハーフミラーに対して前
後に移動せしめる移動手段と、該移動手段による
物体の移動量を測定する第２の測定手段とを設
け、第１および第２の測定手段の出力にて物体表
面の粗さと凹凸の存在する位置とを測定するよう
にして成ることを特徴とする物体の表面粗さ測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18857380A JPS57113311A (en) | 1980-12-29 | 1980-12-29 | Measuring device for surface coarseness of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18857380A JPS57113311A (en) | 1980-12-29 | 1980-12-29 | Measuring device for surface coarseness of object |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57113311A JPS57113311A (en) | 1982-07-14 |
| JPS6248163B2 true JPS6248163B2 (ja) | 1987-10-13 |
Family
ID=16226042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18857380A Granted JPS57113311A (en) | 1980-12-29 | 1980-12-29 | Measuring device for surface coarseness of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57113311A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0786406B2 (ja) * | 1985-02-08 | 1995-09-20 | 株式会社日立製作所 | クランク角センサ |
| CA1300369C (en) * | 1987-03-24 | 1992-05-12 | Timothy P. Dabbs | Distance measuring device |
| JP2008282689A (ja) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Iwasaki Electric Co Ltd | 照明器具 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56133602A (en) * | 1980-03-24 | 1981-10-19 | Ritsuo Hasumi | Noncontacting optical roughness gauge |
-
1980
- 1980-12-29 JP JP18857380A patent/JPS57113311A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56133602A (en) * | 1980-03-24 | 1981-10-19 | Ritsuo Hasumi | Noncontacting optical roughness gauge |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57113311A (en) | 1982-07-14 |
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