JPH02253107A - 内外径非接触測定装置 - 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、円柱状または円筒状ワークの内径や外径を光
学的に非接触状態で測定する装置に関する。

従来技術 光学系の合焦機能（オートフォーカス）は、物体の位置
を測定するための手段として利用できる。

例えば、精機学会績・株式会社昭晃堂刊「光技術応用シ
ステム」の文献は、５・２「寸法計測の基本技術」の欄
で、オートフォーカスによる面と光学系の基準位置との
距離測定について言及している。

従来の一般的な寸法測定は、測定対象の物体と光学系と
の相対的な位置の測定であるため、円柱または円筒のワ
ークの外径や内径の測定、さらに内外周面の連続的な観
測などにそのまま利用できない。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、測定対象のワーりの内径
あるいは外径またはそれらの周面を光学的に非接触状態
で連続的に測定できるようにすることである。

発明の解決手段 上記目的のもとに、本発明は、測定対象のワークを周方
向に連続的に回転させるとともに、その外周面または内
周面に向けて高倍率の光学系を対向させ、この光学系を
合焦位置に移動させることによって、上記ワークの回転
角度と光学系の移動量とから測定対象のワークの外径ま
たは内径さらにそれらの周面の状態を非接触状態で連続
的に測定できるようにしている。

したがって、この内外径非接触測定装置によると、測定
対象のワークの内径あるいは外径がワークの回転角との
関係で連続的に測定できる。また、この光学系は、ワー
クの内面または外周面を連続的に撮像し、画像処理に適
切な信号を発生しているため、周面の傷の観測や加工の
程度の観測などにも利用できる。

発明の構成 第１図は、本発明の内外径非接触測定装置１の全体的な
構成を示している。

この内外径非接触測定装置１は、機台２の上で、ワーク
３を回転させるだめの回転テーブル４、および光学系５
を位置決めするための送りユニ・ノド６を備えている。

上記測定対象のワーク３ば、例えば円筒状であり、回転
テーブル４の上にチャックなどによって位置決め状態で
固定される。この回転テーブル４は、回転ユニット７に
よって駆動され、例えば垂直方向すなわちＺ軸を回転中
心として回転し、ワーク３に回転運動を与える。

そして、上記送りユニット６は、ホルダー９の部分で光
学系５を垂直状態で保持しており、数値制御ユニット８
によって、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させ、光学
系５を任意の位置に割り出す。

また、上記光学系５ば、例えばＬ型で反射鏡または直角
プリズム内蔵の鏡筒１０によって組み立てられており、
高倍率の対物レンズ１１の部分でワーク３の内周面と対
向しており、また上方の接眼レンズ１２の部分で工業用
カメラ１３に連結されている。この工業用カメラ１３は
、例えばＣＯＤカメラであり、コンピュータなどの画像
処理ユニット１４に接続されている。

そして、上記数値制御ユニット８および回転テーブル４
の回転ユニット７は、共に記録ユニット１５に接続され
ている。この記録ユニット１５は、この実施例の場合に
、画像処理ユニット１４によって兼用されており、回転
テーブル４の回転角度をシャフトエンコーダなどによっ
て検出するか、またはその駆動系の回転指令信号を入力
して、ワーク３の回転角度を入力すると同時に、上記数
値制御ユニット８の例えばＹ軸方向の送り量から光学系
５の合焦に必要な距離を間接的に入力し、記憶している
。この光学系５は、例えば特開昭６３６８８０５号の自
動焦点合わせ方法や、表面の粗さを利用して隣りどうし
の明度差分の和を最大となる位置から合焦点を求める方
法などの自動合焦機能を備えており、送りユニット６の
例えばＹ軸方向の送りによって、対物レンズ１１を前進
または後退させることにより、測定対象のワーク３の内
周面を常に合焦状態で光学像を結ぶ。

発明の作用 測定対象のワーク３は、その中心を回転テーブル４の回
転中心に一致させた状態で、チャックなどにより回転テ
ーブル４の上に固定される。この状態で、光学系５は、
送りユニット６によって例えばワーク３の内部に配置さ
れ、その内周面に対物レンズ１１を対向させ、合焦位置
に割り出される。この合焦状態は、前記自動焦点合わせ
方法にもとづいて、工業用カメラ１３の像の結像状態か
ら決定される。対物レンス１１は、高倍率例えば１００
倍程度であるため、その焦点深度は極めて浅く、距離に
して１μ程度である。

このようにし、光学系５は、第２図に示すように、光軸
からワーク３の内周面に対し常に一定の距離ａで対向し
ている。そして、このときの光学系５の光軸と回転テー
ブル４の回転中心との距離は、基準の距離りとして画像
処理ユニット１４に入力される。したがって、測定対象
のワーク３の内径は、計算式（ａ＋Ｄ）から求められる
。

この状態で、回転テーブル４に所定の速度で回転運動が
与えられる。このとき、画像処理ユニット１４は、光学
系５を前進または後退させることによって、移動中のワ
ーク３の内周面を常に合焦状態で光学像に変換していく
。

この測定過程で、光学系５の位置が元の設定位置のまま
であれば、測定対象のワーク３の内周面は、はとんど真
円に近い状態となっている。しかし、測定過程で、光学
系５が基準位置を境として、前進（＋）方向または後退
（−）方向に移動すると、距離りが変化することになる
ため、ワーク３の内径が変化する。

この間に、記録ユニット１５は、ワーク３の回転角度θ
と距離りとの変化の状態を第３図のようなグラフとして
連続的に記憶し、必要に応じてデイスプレィ上で表示す
るか、またはプリンタにより記録していく。したがって
、この記憶状態から、任意の回転角度θでのワーク３の
内径が算出できる。また、このグラフの変化の状態から
、ワーク全体の変化の状態、すなわち偏心方向や偏心率
、などが分析できることになる。

また、同時に、工業用カメラ１３の像は、画像処理ユニ
ット１４によって、画像認識などの技法により、傷の検
査や、パターンの確認などのプログラムによって、周面
の状態を観測するためとして用いられる。なお、内外径
の測定と周面の観測とは、時分割により、並列的に処理
できる。

もちろん、この内外径非接触測定装置１は、光学系を５
をワーク３の外周面に光学系５を対向させることによっ
て、外周面の連続的な測定にも利用できる。

発明の他の実施例 上記実施例は、光学系５の合焦位置を送りユニット６に
よって調節しているが、この合焦のための調節は、鏡筒
側のへリコイド機構などによって行うこともできる。し
たがって、送りユニット６は、ヘリコイド機構で置き換
えられることになる。

発明の効果 本発明では、ワークが連続的に回転しており、この回転
に伴う測定面の変化に応じ光学系が自動的に合焦状態で
観測することによって、その合焦に伴う移動量から外径
または内径が高い精度のもとに非接触状態で連続的に測
定できる。

また、この測定過程で内外周面が工業用カメラによって
観測されるため、周面の状態が画像処理の分野で連続的
に観測できる。したがって、この装置は、円柱または筒
状のワークの生産過程での製品検査または製品番号の認
識などにも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内外系非接触測定装置の斜面図、第２
図は光学系の側面図、第３図はワークの回転角度と合焦
に伴う距離変化との関係のグラフである。 ■・・内外径非接触測定装置、２・・機台、３・・ワー
ク、４・・回転テーブル、５・・光学系、６・・送りユ
ニット、７・・回転ユニット、８・・数値制御ユニット
、１３・・工業用カメラ、１４・・画像処理ユニット、
１５・・記録ユニット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象のワークを周方向に回転させる回転テー
   ブルと、上記ワークの周面に向けられ自動合焦機能をも
   つ光学系と、この光学系を合焦方向に移動可能な状態で
   保持する送りユニットと、上記回転テーブルの回転角度
   と合焦動作時のレンズ系の移動量とを同時に記録する記
   録ユニットとからなることを特徴とする内外径非接触測
   定装置。
2. （２）測定対象のワークを周方向に回転させる回転テー
   ブルと、上記ワークの周面に向けられ自動合焦機能をも
   つ光学系と、この光学系を合焦方向に移動可能な状態で
   保持する送りユニットと、上記回転テーブルの回転角度
   と合焦動作時のレンズ系の移動量とを同時に記録する記
   録ユニットと、上記光学系の結像位置に取り付けられた
   工業用カメラと、この工業用カメラに接続された画像処
   理ユニットとからなることを特徴とする内外径非接触測
   定装置。