JPS6332304A - 位置決め組付装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は計測方法およびその装置に関し、特に複雑な形
状を有する被測定物に対して非接触で測定および／また
は位置決めをするのに好適な計測方法およびその装置に
関する。

〔従来の技術〕

精密部品の組立には近年ますます精密な寸法計測技術が
要求され、扱う部品の大きさや形状、および材質などの
制約条件があり、特に−級の精度を要求される計測と位
置決めについては実用化が難しく、ＴＶカメラを使用し
たものがあるが、解像度が低いため、観測視野を大きく
とれない。またレーザ光線を使った計測が盛んであるが
、使用上の制約が多く、装置は大型で高価なものになる
。

そこで近年解像度の高いラインセンサ（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。

「被測定体の中心位置検出装置」として特開昭５６−３
５００４号および特開昭５６−３５００６号発明に開示
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たちのである。また
「上辺の幅の測定装置」として特公昭５５−６１６３号
発明および「間隙および線の電気・光学的測定方法およ
び装置」として特公昭５５−１３５２５号発明に開示さ
れているものは、透過照明方式による計測である。

〔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、一
つの部品の穴に他の部品の軸を嵌合するに当り、隙間が
小さくかつ非接触で挿入するような精密組立を行なう場
合には、それぞれの嵌合部分の端縁を正確に計測しなけ
ればならない。なぜならば隙間が小さい精密な嵌合は、
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。しかし組付は部品の穴の内径、軸の外径
の計測は、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、特に穴を有する部品の内径を非
接触で計測することは非常に高度の装置と技術を要する
。例えば第５図は磁気ディスク７の穴の内径近傍の断面
を示す拡大図であるが、第５図（ａ）〜（ｄ）のうち（
ｃ）、（ｄ）が代表的な形状例であって、高精度加工が
要求される部分は、ディスク表面３３と組立時の内接面
３４であり、テーパ部３５．３６．３７は表面３３、内
接面３４はどの精度は要求されない。このため反射光を
利用して計測する方法においては、テーパ部３５の加工
バラツキが計測精度に大きく影響を与えるのである。

従来技術のうち被測定物からの反射光を計測する方法は
、照射角度と被測定物の構造の影響を強く受けるため困
雛性があった。上述したラインセンサを利用した従来技
術の場合、真円度ないし円の中心点を求めるには十分な
精度を備えているが。

磁気ディスクの穴と軸の径に対し、−級の測定を行なう
には精度および経費の点で問題があり、また電気光学的
測定技術を用い、被測定物に対して測定器の反対側に照
射光源を配置するいわゆる透過照明を用いることにより
、被測定物のシルエットを計測する場合には、装置が大
型になったり組立装置の構造によっては計測が不可能に
なるという問題点があった。

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、部品内外形寸法の精密計測および／または位置決め
方法とその装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は被測定物を上部から垂直に計測するとき、被
測定物の底面すなわち計測側から見て被測定物の下側に
反射板を密着させ、計測系の観測光路を通した垂直落射
照明により、観測視野における被測定物表面の反射光と
、反射板からの反射光を計測に利用し、この反射光を背
景光として被計測部の端縁あるいは形状を観測すること
により達成される。

〔作用〕

第５図の例において、磁気ディスクの底面すなわち計測
方向から見て磁気ディスクの裏側に反射板を密着させ、
反射光を背景光として計測に利用することにより、テー
パ部の加工バラツキに影響されることなく部品端縁の精
密計測、特に光の照射方向と平行な面の計測ができる。

この方式は第５図に示した断面形状（ａ）〜（ｄ）すべ
てに有効である。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１〜ｌＯ図により説明する。

精密組立の対象である磁気ディスク装置は、第２図に示
すように、スピンドル１８にディスク１９とスペーサ２
０を交互に挿入し、複数段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、この組立には非接触挿入が最も好まし
い。

本発明に係る磁気ディスク装置組立の概要は、第１図お
よび第３図、第４図に示されている。第１図においてＸ
Ｙ子テーブル６によって位置決めされた磁気ディスク装
置のベース１７を、姿勢制御機構（図示せず）によりス
ピンドル１８がベース１７に対し垂直になるように固定
する。第３図においてスピンドル１８の外径を計測し、
続いてアーム１４を介して真空吸着リング２６で吸着保
持されたディスク１９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、ディス
ク１９の位置を修正後、ディスク１９をスピンドル１８
へ挿入する。

計測部と観測光路の構成は第１図に示すように。

視覚センサにラインセンサ１を使用して、その前面にシ
リンドリカルレンズ２と干渉フィルタ３を配し、対物レ
ンズ４と、照明ランプ５、広帯域波長フィルタ（以下Ｎ
Ｄフィルタと記す）６′、レンズ６、ハーフミラ−７を
含んで一体化された鏡筒８は、焦点合わせ装置９によっ
て上下動する機構になっており、被測定物であるディス
ク１９とスピンドル１８に対する焦点合わせを自動的に
行なう。

照明はランプ５の光源をレンズ６で集束し、ハーフミラ
−７を介した垂直落射方式を採用している。

上記ＮＤフィルタ６′には、ロータリソレノイドによる
光路開閉機構（図示せず）が設置され、観測光路上のＮ
Ｄフィルタ６′の有無により、光量を調節できるように
なっている。総体的には、上記鏡筒８は観測面に対面し
て円周方向に１２０度間隔で三組設置されている。また
被測定物の下部にスライド機構を用いた反射板１５を配
置したことが本計測装置の特徴であって、本実施例図は
ディスク１９の穴の内径の計測状況を示している。

次に被測定物の下部に反射板１５を配したことによる効
果と本発明に係る計測方法の詳細を第５図〜第７図によ
り説明する。第５図はディスク１９の穴近傍の断面拡大
図で、（ａ）〜（ｄ）に示すようないろいろな断面形状
のものがある。この中でも非接触挿入を前提とした場合
、好ましい代表例は（ｃ）または（ｄ）である。組立装
置に対しては構造上の制約から透過照明が得られないた
め、最も安定した照明手段として、ａｍ光路を使用した
垂直落射照明で例えば第５図（ｃ）の形状断面をａ測し
た例を第６〜７図に示す。

第６図に示すディスク１９の穴の断面において、表面３
３、テーパ面３５．３６および内径面３４をシリンドリ
カルレンズ２を介してラインセンサ１で観測した観測波
形を示すものが第７図であって、（ａ）、（ｂ）はディ
スク１９の下部に反射板１５を設けない場合、（ｃ）は
反射板１５を使用した場合の波形を示している。このう
ち（ａ）と（ｂ）の波形の相違は、第６図Ｂ−Ｃ間のテ
ーパ面３５の傾斜角度の加工誤差による反射光量のバラ
ツキの相違を示すものである。また第６図Ｃ点は第７図
（ａ）および（ｂ）のいずれにも０点として明瞭に現わ
れるけれども第６図のＢ点はいずれにも明瞭に現われて
こない６また最も重要な第６図Ａ点は第７図（ａ）、（
ｂ）には明瞭に捕捉されない。つまり内接面３４に近い
テーパ面３６はほとんど反射光が観測されず、したがっ
て内接面３４との境界を示すＡ点を識別できない。これ
に対してディスク１９の下部に反射板１５を設置した場
合の波形は（ｃ）に示すようにテーパ面３５．３６の傾
斜角のバラツキに関係なく反射板１５による反射波が平
坦波形として現われ、内接面３４の端縁がＡ点として明
瞭に識別される。

上記計測方法の有効性を確認し応用した実施例を示す図
が第３〜４図であって、第３図に示す計測装置２３はデ
ィスク１９を保持する真空吸着リング２６と、真空吸着
リング２６を上下動させるアーム１４が一体構造になっ
ている。この計測装置２３と、ＸＹ子テーブル６で位置
決めされた軸部品のスピンドル１８との間には、ディス
ク供給装置２８があって。

矢視Ｘｉ、Ｘ、方向に摺動可能な構造を有し、ディスク
１９の供給と計測に利用される。

ディスク供給装置２８は、第４図に示すように左右２部
分に仕切られ１片側半分に反射板１５の上に装着された
ディスク１９が位置決め板２９で位置決めされている。

この位置決めは、粗位置決めであって観測視野に入れば
よく、基準器３０で設定された位置に、位置レバー（図
示せず）によりノブ３１を操作して行なう。ディスク供
給装置２８内の他の側は窓３２で前段階で位置修正され
たディスク１９をスピンドル１８へ挿入するための空間
である。上記ディスク１９の供給と計測手順を第８図（
ａ）〜（ｅ）に示す。

（ａ）：ディスク１９がディスク供給装置２８の反射板
１５上に、また計測装置２３は窓３２上に位置している
。

（ｂ）：ディスク１９が装着される。

（Ｃ）；ディスク供給装＠２８が矢印Ｐ方向に摺動し、
計測装置２３はディスク１９を保持する。

（ｄ）：ディスク供給装置２８が矢印Ｑ方向に戻ると共
に、新たなディスク１９が反射板１５上に導入される。

（ｅ）：計測装置２３により、ベース１７上のスピンド
ル１８とディスク１９とを観測し、相互位置を修正した
のちアーム１４が伸びてディスク１９をスピンドル１８
に挿入する。このとき次のディスク１９はディスク供給
装置２８内に供給されている。

（ａ）〜（ｅ）は繰り返される。

次に計測データに基づく部品の位置修正の手順を第９図
および第１０図を用いて説明する。前記計測装置２３は
三組の鏡筒８を一本化したもので、観測穴の円周上に１
２０度間隔で配置されており、それぞれの計測点をＳＬ
、Ｓ、、Ｓ、とする。まずディスク１９を前記ディスク
供給装置２８に装着する前にスピンドル外径４０を計測
し、その後ディスク１９を装着しディスク内径３９を計
測して、両計測データから計測差Ｇ、、　Ｇ、、Ｇ、を
求める。

ＧエタＧ、・屡Ｇ、・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（１）であれば、ディスク１９は非接触で挿入可能
となる。　上の式（１）を満足させるには、まずａ＝ｔ
／３　（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ、）　　・・・・・・・・・・
・・　（２）により平均値Ｇを求めこの平均値Ｇに対す
るＧ工、Ｇ、、Ｇ、の偏差ｇ工、ｇ２−　ｇｓを次式に
より計算する。

Ｇ−Ｇ工＝ｇよ Ｇ−０２＝ｇｚ　　）・・・・・・・・・・・・（３）
Ｇ　””’　Ｇ　３　＝　ｇ　３ 位置修正はｇいｇ２、ｇ３を直交座標に変換して、スピ
ンドル中心点Ｐ、とディスク中心点Ｐ、を一致させれば
よい。

上記演算は第１図の画像処理装置１０のデータに基づい
て、演算処理袋＠１１で行なわれ、微小位置制御装置１
２により、微動機構１３を駆動して、ディスク１９の位
置修正をする。

本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、本発明の実施により、第５図に
示したディスク１９の穴の断面形状に影響されることな
く正確に穴の内径の観測と前記Ｇ□、Ｇ２、Ｇ３の各点
を計測することができる。

なお反射板と部品間に隙間があると、乱反射と回折現象
を拡大することになり精度低下を招く。

また本発明は上記実施例に示したものの他、精密部品の
計測と嵌合組付けおよび複雑な形状を有する部品の寸法
測定などに対し、透過照明が得られなくても小型の装置
で精度の高い計測が得られる特徴がある。

〔発明の効果〕

本発明の実施により複雑な形状を有する被測定物に対し
て非接触で、精密計測と精密組立を行なうことが可能と
成った。

すなわち光学式計測は照明方式や被測定物の材質により
、光学的反射率が変わるため計測条件が複雑になるが１
本発明は反射光を背景光としていることと、被測定物表
面および反射板に垂直な投下照明を用いるために、被測
定物の材質に左右されずしかも装置の小型化が実現し、
信頼性の高い計測ができるという顕著な効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として磁気ディスク装置の精
密組立を対象とした原理説明図、第２図は第１図磁気デ
ィスク装置の構成を示す斜視図、第３図は第１図の磁気
ディスク組立主要部の断面図、第４図は本実施例におけ
るディスク供給装置の斜視図、第５図は磁気ディスクの
各種穴断面形状を示す拡大図、第６図は測定磁気ディス
クの計測位置を示す拡大断面図、第７図は第６図の計測
波形図、第８図は本実施例の磁気ディスクの計測手順の
説明図、第９〜１０図は本実施例による計測及び位置決
め説明図である。 １・・・ラインセンサ　　２・・・シリンドリカルレン
ズ４・・・対物レンズ　　　５・・・ランプ９・・・焦
点合わせ装置　１０・・・画像処理装置１１・・・演算
処理装置　　１２・・・位置制御装置１３・・・微動機
構　　　　１５・・・反射板１８・・・スピンドル　　
　１９・・・磁気ディスク２６・・・真空吸着リング　
２８・・・ディスク供給装置２９・・・位置決め板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物の測定面に対して垂直の方向に光を照射し
   、この照射光の垂直反射光を前記被測定物の背景光とし
   て利用することにより、前記照射光の方向と平行な前記
   被測定物の面の計測および／または位置決めをすること
   を特徴とする計測方法。 ２、被測定物の内外形寸法の測定および／または位置決
   めを行なう計測装置において、前記被測定物に対する観
   測光路を使用した照明装置と、前記被測定物への照射光
   に垂直の方向に前記被測定物を位置決めする装置と、こ
   の照射光に対面する前記被測定物の背面に設けた反射板
   とを具備していることを特徴とする計測装置。