JPS63269004A - 軸部品の計測方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 、本発明は、精密組立装置あるいは精密加工装置におい
て、複数個の視覚情報に基づき、非接触により部品を計
測する軸部品の計測方法に関するものである。

〔従来の技術〕

精密部品の組立はより精密な計測技術が要求され、取扱
う部品の大きさや形状、および材質などによって大きく
左右される。特に−オーダの位置決めとその計測は、制
約条件が多く、実用化が遅れている。これらの精密な計
測や位置決めには、一般的にはＴＶカメラを使用したも
のが多いが、解像度が低く、観測視野を大きくとれない
という欠点がある。また、レーザ光線を使った計測も盛
んであるが、使用上の制約が多く、装置が大型で高価な
ものになる。

そこで近年、解像度が高いラインセンサ（ＣＯＤ＝電荷
結合素子）などを使用して１位置計測あるいは形状計測
を行なっているものが多く見られる。その例として、特
開昭５６−３５００４号および特開昭５６−３５００５
号に示されているものは、ラインセンサによる一次元計
測方法で、データ処理の簡素化を目的としており、ＴＶ
カメラを用いた二次元データ処理と比較したものである
。

また、特開昭６１−１６２７０４号に示された外形寸法
測定装置は、透過照明方法による計測であり、透過照明
が得られない装置構造あるいは装置の小型化には適さな
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

精密部品の組立に関する部品計測方法の一例として、軸
部品と穴部品との精密組立は、クリアランスが小さくか
つ非接触で挿入組立を必要とする場合、それぞれの接触
面のエツジを精密に計測しなければならない。これは底
金時のこじれや塵埃の介在によって、部品の損傷を招く
ことが多いからである。ここで、接触面のエツジとは、
軸部品の外径あるいは穴部品の内径であるが、本発明は
軸部品の外径計測を対象としたものである。

従来技術は透過照明を用いて被測定物のシルエットを計
測しているものが多いが、組立装置の構造上の制約から
透過照明が得られない場合、これに対応する手段がなか
った。また、被測定物からの反射光を計測する方法は、
部品の構造、加工精度、照明方法など精′密計測が困難
な要因が多く、実用化が遅れている。

本発明の目的は、組立装置の構造上の制約を受けること
なく、軸部品の外接面あるいは部品形状の計測方法を得
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

垂直に立てた被測定物である軸部品の上部に、計測系を
配置した計測位置関係において、上記軸部品上端部の円
周エツジに小さな面取り加工（４５°のテーパ面を形成
する）を施し、上記軸部品の側面から水平な平行光を上
記テーパ面に照射し、その反射光を上部計測系で計測す
ることにより、上記軸部品のエツジあるいは形状を捕捉
でき、目的を達成することができる。

〔作　　用〕

本発明を第４図に示す磁気ディスク装置のスピンドルを
例にとり説明する。第４図（ａ）、（ｂ）はスピンドル
上端部の部分的断面図である。スピンドル２９の上端部
エツジに（ａ）に示すように４５°のテーパ面３４を設
け、水平な平行光を側方から照射することにより、上記
テーパ面３４に垂直に見下ろした２点Ａ、Ｂ間の幅Ｑに
相当する反射光が、上記スピンドル２９の上部に設けた
計測装置で観測でき、上記反射光の幅Ｑの一端Ａがスピ
ンドル２９の外径エツジになる。上記のように観測され
る反射光の幅Ωは、照明方法によって変動するので、平
行なスポット照明を用い、照度を機械的にテーパ面の寸
法が明確な原器を基準にして設定することにより、精度
が高い計測を行うことが可能になる。

（実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による軸部品の計測方法の一実施例を示
す構成図、第２図は磁気ディスク装置の構成を示す斜視
図、第３図はスピンドル外径エツジの計測法を示す図、
第４図（ａ）、（ｂ）は上記計測法の説明図、第５図は
上記スピンドル外径エツジのｗ１測波形図、第６図はワ
ークの変位量と計測値との特性を示す図、第７図および
第８図は計測および位置決め方法の説明図、第９図は本
発明の応用例を示す図である。第１図に示す軸部品の計
測方法の実施例図は、磁気ディスク装置の精密組立を対
象にしたものであり、上記磁気ディスク装置は第２図に
示すように、スピンドル２９に磁気ディスク３０とスペ
ーサ３１とを交互に挿入し、複数段を積み重ねて固定す
るが、精密な記録媒体としての製品の性質上無塵環境下
での処理が要求されるから、上記組立には非接触挿入が
最も好ましい。

本実施例に示す磁気ディスク装置組立の概要は、第１図
においてＸＹテーブル２５によって位置決めされた磁気
ディスク装置のベース２８を、姿勢制御機構（図示せず
）によりスピンドル２９が垂直になるように制御して固
定する。ここで、上記スピンドル２９の外径を計測し、
つづいてＸＹテーブルに設けられたアーム２５を介して
真空吸着された磁気ディスク３０の内径を計測し、位置
ずれ量を算出して、微動位置決め機構（図示せず）によ
り磁気ディスク３０の位置を修正したのち、上記磁気デ
ィスク３０をスピンドル２９に挿入する。ここで、上記
磁気ディスク組立装置は、その組立に際してスピンドル
２９の外径エツジの計測と磁気ディスク３０の内径とを
計測するものであるが、本発明による計測方法では軸部
品としてスピンドル２９の外径の計測を取扱うため、第
１図に示す構成図において、スピンドル２９の外径計測
時には、磁気ディスク３０と反射板２６とは装着されて
いない。また、垂直落射照明用の光源５、シャッタ６、
集光レンズ７およびハーフミラ−８は上記磁気ディスク
３０の計測に関係するものであるから、本発明の説明で
は言及しない。

スピンドル２９の外径の計測は、第１図および第３図に
おいて、視覚センサにラインセンサ１を使用し、上記ラ
インセンサ１の前面にシリンドリカルレンズ２、フィル
タ３とを配し、対物レンズ４を含めて一体化した計測装
置９は、焦点合わせ装置１０によって上下動する機構に
なっており、被測定物との焦点合わせを自動的に行って
いる。照明は反射鏡１１を備えたランプエ２の光源を、
集光レンズ１３、絞り１４、ピンホール板１５、コリメ
ータレンズ１６を介した平行光で、水平方向のスポット
照射方式である。また、照度の滑らかな調整用に１回転
する偏光板１７と、固定偏光板１８とを配した。総体的
には上記計測装置９と照明装置１９とは、観測面に対面
して円周方向に１２０’間隔で３組設置されている。

つぎに計測方法の詳細を第３図〜第６図により説明する
。スピンドル２９は組立面３５である側面が高精度に加
工されているが、その上端部は上記磁気ディスク３０の
組立挿入時における「こじり」を避けるため、テーパ面
３４を形成しており、上記テーパ面３４の形状と傾き角
とにばらつきがあった。

ここでテーパ面３４の形状ばらつきとは、２重テーパで
あったり丸味をもつものがあることで、これらを平坦な
一定角、例えば４５°のテーパ面（面取加工）にするこ
とで、第３図に示した上部の計測装置９に対して、水平
方向からの平行光を照射し、上記テーパ面３４の観測が
できることから、上記スピンドル２９の外径エツジを計
測する。

実施例はＡｌｌ材φ１００ｍｍのスピンドル２９を用い
、テーパ面３４は０．２ｍの面取り加工を行った。照明
は光源用ランプ１２に反射鏡１１を付加し、集光レンズ
１３で集光した光を、絞り１４、ピンホール板１５、コ
リメータレンズ１６を通しφ５〜φ８ＩＩＩｌの平行光
として取出すが、精密な計測には照度も大きく影響する
ので、計測対象物に合わせた照明を得るため、前面に回
転用偏光板１７と固定用偏光板１８とを配した。２枚重
ねた偏光板を透過する光の照度りは、２枚の偏光板の相
対位相角θによってＬ＝ｋｃｏｓ”θ　　　　　　　　
　・・−・（１）となり、滑らかな連続した調整が可能
になる。ここで（１）式中のｋは光源の種類によって変
わる係数である。上記のような照明光により、第４図（
ａ）に示すようにテーパ面３４で反射する反射光を計測
することで、（ｂ）に示す垂直に見下ろしたテーパ＠Ｑ
が観測でき、チェックポイントはＡおよびＢで、Ａがス
ピンドル２９の外径エツジを示す。

上記観測を計測装置９のシリンドリカルレンズ２を介し
てラインセンサ１で得たものが、第５図（ａ）および（
ｂ）に示す観測波形である。第５図（ａ）は照度不足あ
るいは光量不足の場合であり、（ｂ）は照度を飽和状態
近くまで上げ、しきい値Ｓｖを設定してＡＢ間の波形幅
が、あらかじめ機械的に計測されたテーパ幅Ωと等しく
なるように調整した場合である。第５図（ａ）、（ｂ）
はいずれもＡ点で垂直に立上る波形が得られ、ラインセ
ンサ１上の検出位置も変らない。つぎに、被計測物であ
るスピンドル２９を変位させ、そのときの計測値との関
係を第６図に示す。第６図はスピンドル２９の変位量を
Ｘ、計測値をｙとしてスケールを等しくとると、理想形
は直、ｉ！％３６となるが、実施値は直線３７になった
。直線３７はｙ＝ａｘで表わせる直線で、定数ａは照明
によって決まることが確認できた。すなわち、第５図（
ｂ）において照明が強すぎると、波形幅ＡＢはテーパ面
の寸法Ωを上廻り、スピンドル２９の変位に対しても上
記波形幅が変るためで、光学的な回折現象あるいは干渉
によるものであり、平行光と最適な照明方法が重要な条
件になる。そこで、照明の調整方法は。

あらかじめテーパ幅αが高精度で確認されているモデル
を原器として、観測波形幅をＱと等しくするか、上記原
器の変位に対して波形幅が変らないようにすることであ
る。上記のようにして再現性が高い照明を得ることによ
り、本発明の計測法は有効になる。

本発明の一環として、スピンドル２９の位置検出と、磁
気ディスク３０との位置合わせ方法について、第７図お
よび第８図を用いて簡単に説明する。計測装置９と照明
装置１９は観測面に対面して円周方向に１２０＠間隔で
３組設置し、それぞれの計測点をｓｌ、ｓ２、Ｓ、とす
る。最初に磁気ディスク３０が計測装置９の下部に装着
される前に、スピンドル外径３５を計測し、その後１組
立装置に装着された磁気ディスク内径３８を計測して、
それぞれのデータからギャップ０１〜Ｇ、を求める。

Ｇ□−ｒ　Ｇ　ｚ　＃Ｇ　３　　　　　　　　　　・・
・・・・（２）であれば磁気ディスク３０は非接触で挿
入可能になる。上記（２）式を満足させるには Ｇ＝：１／３　（Ｇ、＋Ｇ２＋Ｇ、）　　　　・・・・
・・（３）により平均値Ｇを求め、この平均値Ｇに対す
るＧ１・Ｇ２・Ｇ３の偏差ｇ０、ｇ２、ｇ３をつぎのよ
うに求める。

Ｇ−Ｇ□＝ｇ工 Ｇ　　Ｇｚ＝ｇｚ　　　　　　　　　　・・・・・・（
４）Ｇ　−Ｇ　３　＝、ｇ　ａ 位置修正はｇ４、ｇ２、ｇ、を直交座標に変換して、ス
ピンドル中心点Ｐａと磁気ディスク中心点Ｐ、とを一致
させればよい。

上記演算は第１図に示す画像処理装置２１のデータに基
づいて演算処理装置２２で行おれ、微小位置制御装置２
３により微動機構２４を駆動して、磁気ディスク３０の
位置修正を行なう。

上記方式は精密位置決めあるいは精密組立に関する位置
計測の基本技術であるが、本発明の実施例により、φ１
００ｍの軸部品の位置計測を、透過照明が得られなくて
も小型の装置で精度が高い計測を得られる特徴がある。

つぎに、本発明による計測方法の応用例を第９図に示す
。第９図はロボット４４のハンド４３に取付けた微小位
置決め装置４１と計測装置４２および照明装置１９ａ、
１９ｂ　（１９ｃは省略）を示すもので、軸部品４５と
穴部品４６との組立作用に適用したものである。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による軸部の計測方法は、軸部品の
計測面である端面円周に面取り加工を施し、上記計測面
に対面した円周上に、ほぼ等間隔で複数組の光学計測装
置を配設し、上記軸部品の外周からスポット光を照射し
て、上記面取り加工したテーパ面からの反射光を計測し
、上記軸部品の外接面（外径）を求めることにより、透
過照明が得られない装置構造でも部品の精密計測を行う
ことができ、また、装置の小型化を実施する上で有効で
ある。さらに、本発明は汎用性が高く、非接触で立体的
な精密計測が行えるため、今後の自動化技術には不可欠
であり、組立あるいは加工における品質向上、歩留り向
上に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による軸部品の計測方法の一実施例を示
す構成図、第２図は磁気ディスク装置の構成を示す分解
斜視図、第３図はスピンドル外径エツジの計測法を示す
図、第４図（ａ）、（ｂ）は上記計測法をそれぞれ説明
する図、第５図は上記スピンドル外径エツジの観測波形
図で、（ａ）は照度不足または光量不足の場合、（ｂ）
は照度を飽和状態近くまで上げた場合をそれぞれ示す図
、第６図はワークの変位量と計測値との特性を示す図、
第７図および第８図は計測および位置決め方法の説明図
、第９図は本発明の応用例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸部品の計測面である端面円周に面取り加工を施し
   、上記計測面に対面した円周上に、ほぼ等間隔で複数組
   の光学計測装置を配設し、上記軸部品の外周からスポッ
   ト光を照射して、上記面取り加工したテーパ面からの反
   射光を計測し、上記軸部品の外接面（外径）を求める軸
   部品の計測方法。 ２、上記反射光の計測は、上記軸部品の外径を少なくと
   も３個所以上測定して得たものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載した軸部品の計測方法。