JPH041283B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH041283B2 JPH041283B2 JP58122853A JP12285383A JPH041283B2 JP H041283 B2 JPH041283 B2 JP H041283B2 JP 58122853 A JP58122853 A JP 58122853A JP 12285383 A JP12285383 A JP 12285383A JP H041283 B2 JPH041283 B2 JP H041283B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gap
- rotating body
- opposing
- light
- optical
- Prior art date
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-
- 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
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/028—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring lateral position of a boundary of the object
-
- 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
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は光学的回転精度測定装置、殊に真円
度のよい回転体のダイナミツクなふれ回り回転精
度の測定装置に関する。
度のよい回転体のダイナミツクなふれ回り回転精
度の測定装置に関する。
従来、金属加工物等の精密加工部品を用いた回
転系において、ダイナミツクな回転精度の測定に
は、渦電流方式、或は静電容量方式の非接触プロ
ーブが使用されてきた。また回転体が非金属で作
られている場合には、前記タイプのプローブが使
用できないために、種々の方法が提案されてき
た。例えば、光プローブによる微小距離測定原理
を応用したもの等が考えられるが、これらの方法
は、いずれも金属面等、回転体の材質、形状等に
より影響を受け、また光プローブでは、回転体の
反射率の影響をまともに受けるために、較正が大
変患わしくなるという不便がある。
転系において、ダイナミツクな回転精度の測定に
は、渦電流方式、或は静電容量方式の非接触プロ
ーブが使用されてきた。また回転体が非金属で作
られている場合には、前記タイプのプローブが使
用できないために、種々の方法が提案されてき
た。例えば、光プローブによる微小距離測定原理
を応用したもの等が考えられるが、これらの方法
は、いずれも金属面等、回転体の材質、形状等に
より影響を受け、また光プローブでは、回転体の
反射率の影響をまともに受けるために、較正が大
変患わしくなるという不便がある。
一方、接触型プローブでダイナミツクな回転精
度を測定しようとすると、プローブの摩耗、或は
測定圧によつては測定系への影響が大きくなる等
により測定値が不安定で信頼性が低下するという
重大な欠点がある。
度を測定しようとすると、プローブの摩耗、或は
測定圧によつては測定系への影響が大きくなる等
により測定値が不安定で信頼性が低下するという
重大な欠点がある。
この発明は以上のような従来技術の諸欠点を解
消し、回転体の材質、表面の反射率、加工状態等
による影響がきわめて少ない非接触型の光学的ふ
れ回り回転精度測定装置を提供することを目的と
するものである。
消し、回転体の材質、表面の反射率、加工状態等
による影響がきわめて少ない非接触型の光学的ふ
れ回り回転精度測定装置を提供することを目的と
するものである。
この発明は、回転体の外周に測定部材を近接さ
せて、例えば0.1mm〜1μmの適正な対向スキマを
形成させ、その対向スキマに一定強度の光を発す
るスポツト光を当て所定周期でスキマの幅方向に
走査せしめてその透過光を光電変換し、透過光に
より生ずるパルス信号のピーク値とパルス巾が、
前記対向スキマ幅と密接な関係を有することを利
用し、走査光の走査周期と同調した周波数sのｎ
次高調波のフーリエ成分の振巾大きさをもつて前
記スキマ幅を関係づけ、その量をもつてスキマ幅
を測定しふれ回り回転精度を測定することを特徴
とする。
せて、例えば0.1mm〜1μmの適正な対向スキマを
形成させ、その対向スキマに一定強度の光を発す
るスポツト光を当て所定周期でスキマの幅方向に
走査せしめてその透過光を光電変換し、透過光に
より生ずるパルス信号のピーク値とパルス巾が、
前記対向スキマ幅と密接な関係を有することを利
用し、走査光の走査周期と同調した周波数sのｎ
次高調波のフーリエ成分の振巾大きさをもつて前
記スキマ幅を関係づけ、その量をもつてスキマ幅
を測定しふれ回り回転精度を測定することを特徴
とする。
以下この発明を図示の実施例に従つて詳細に説
明する。図において、矢符方向に回転する回転体
１の外周に、例えばナイフエツジを形成した測定
部材２の先端を近接させ、移動機構３等の設定手
段によりナイフエツジ先端と回転体１外周面との
間に例えば0.1mm〜1μmの対向スキマ幅λを有す
る対向スキマを形成させる。
明する。図において、矢符方向に回転する回転体
１の外周に、例えばナイフエツジを形成した測定
部材２の先端を近接させ、移動機構３等の設定手
段によりナイフエツジ先端と回転体１外周面との
間に例えば0.1mm〜1μmの対向スキマ幅λを有す
る対向スキマを形成させる。
４はHe−Neレーザー発振管等の投光手段であ
つて、該発振管４を出たレーザー光を、ピンホー
ル５により適度のビームスポツト径に細め、ビー
ムスプリツター６により二方向に分光する。
つて、該発振管４を出たレーザー光を、ピンホー
ル５により適度のビームスポツト径に細め、ビー
ムスプリツター６により二方向に分光する。
ビームスプリツター６により直角に向きを変え
られたレーザー光は、Si太陽電池７にて光電変換
され、後述するレーザー光の強度ゆらぎに対する
補正に供される。
られたレーザー光は、Si太陽電池７にて光電変換
され、後述するレーザー光の強度ゆらぎに対する
補正に供される。
ビームスプリツター６を直進するスポツト光
は、反射ミラー８を介して振動ミラー９に入射さ
せる。振動ミラー９は、発振器ドライバ１０と振
動ミラー９に付属のタコジエネレーター（図示せ
ず）で構成される発振回路の一部となり、振動ミ
ラー９の自己共振周波数sで発振を行う光走査手
段となる。振動ミラー９から反射されるスポツト
光は、前記周波数sに対応する扇状の走査ビーム
となるが、該光路に配置した対物レンズ１１にて
平行に進む走査光となるようにしてある。すなわ
ち対物レンズ１１の位置を、振動ミラー９上の反
射点に対し対物レンズ１１自体の焦点距離と等し
くなる位置に設定する。
は、反射ミラー８を介して振動ミラー９に入射さ
せる。振動ミラー９は、発振器ドライバ１０と振
動ミラー９に付属のタコジエネレーター（図示せ
ず）で構成される発振回路の一部となり、振動ミ
ラー９の自己共振周波数sで発振を行う光走査手
段となる。振動ミラー９から反射されるスポツト
光は、前記周波数sに対応する扇状の走査ビーム
となるが、該光路に配置した対物レンズ１１にて
平行に進む走査光となるようにしてある。すなわ
ち対物レンズ１１の位置を、振動ミラー９上の反
射点に対し対物レンズ１１自体の焦点距離と等し
くなる位置に設定する。
而して対物レンズ１１を通つた平行走査光（ス
ポツト光）により前記回転体１と測定部材２との
間の対向スキマを照射し、対向スキマ幅の走査を
行う。前記スポツト光は、回転体１の軸線に平行
に前記対向スキマを照射する。
ポツト光）により前記回転体１と測定部材２との
間の対向スキマを照射し、対向スキマ幅の走査を
行う。前記スポツト光は、回転体１の軸線に平行
に前記対向スキマを照射する。
前記対向スキマを透過した走査光を、集光レン
ズ１２ａ，１２ｂ、外光の影響を少なくするため
に設けた干渉フイルタ１３、光電子増倍管１４等
の受光光学系１５にて集収し、光電子増倍管１４
にて光電変換する。光電子増倍管１４からの電気
信号は、前置増巾器１６で増巾後、オート・フエ
ーズ機能付ロツクインアンプ１７に入力する。該
アンプ１７の参照信号として、振動ミラー９の発
振ドライバ１０の出力信号を入力し、その出力
を、前記太陽電池７の増巾器１８で増巾した出力
と共にレーザー光強度ゆらぎ補正部１９に入力
し、該補正部１９より後述するように対向スキマ
幅λとある関係をもつた電圧Ｖ を出力する。
ズ１２ａ，１２ｂ、外光の影響を少なくするため
に設けた干渉フイルタ１３、光電子増倍管１４等
の受光光学系１５にて集収し、光電子増倍管１４
にて光電変換する。光電子増倍管１４からの電気
信号は、前置増巾器１６で増巾後、オート・フエ
ーズ機能付ロツクインアンプ１７に入力する。該
アンプ１７の参照信号として、振動ミラー９の発
振ドライバ１０の出力信号を入力し、その出力
を、前記太陽電池７の増巾器１８で増巾した出力
と共にレーザー光強度ゆらぎ補正部１９に入力
し、該補正部１９より後述するように対向スキマ
幅λとある関係をもつた電圧Ｖ を出力する。
レーザー光強度ゆらぎ補正部１９は、レーザー
光強度の温度、その他に起因するゆらぎによる影
響を極力小さく抑えるために用いる。
光強度の温度、その他に起因するゆらぎによる影
響を極力小さく抑えるために用いる。
以上において、
Ｖ
＝Ｆ（λ）、又はλ＝F-1（Ｖ
）
λ：対向スキマ幅
で表わされる関係により出力電圧Ｖ
を測定し、
間接的に対向スキマ幅λを測定することができ
る。具体的な関数Ｆ（λ）の形は、後に決定され
る。
間接的に対向スキマ幅λを測定することができ
る。具体的な関数Ｆ（λ）の形は、後に決定され
る。
以上のような対向スキマ幅測定において、回転
体１を回転させることにより、回転中のスキマ変
化、或は回転体１の真円度が十分に良ければ、回
転中のふれ回りによるスキマ変化を正確に測定す
ることができる。なお実施例では、振動ミラー９
の振動周波数は約2kHzであつた。従つて回転数
に換算してほぼ12000R.P.Mまで使用可能であつ
た。
体１を回転させることにより、回転中のスキマ変
化、或は回転体１の真円度が十分に良ければ、回
転中のふれ回りによるスキマ変化を正確に測定す
ることができる。なお実施例では、振動ミラー９
の振動周波数は約2kHzであつた。従つて回転数
に換算してほぼ12000R.P.Mまで使用可能であつ
た。
第３図は、実際に得られた光電子増倍管出力後
の信号波形Ｖであるが、対向スキマ幅に比べて、
レーザー光のスポツト径をかなり大きく設定する
ことにより、Vpeakが対向スキマ幅λにほぼ比
例する。またパルスの持続時間Twidthも対向ス
キマ幅λの関数となつている。
の信号波形Ｖであるが、対向スキマ幅に比べて、
レーザー光のスポツト径をかなり大きく設定する
ことにより、Vpeakが対向スキマ幅λにほぼ比
例する。またパルスの持続時間Twidthも対向ス
キマ幅λの関数となつている。
出力電圧Ｖ
と対向スキマ幅λの関係は、第３
図のようなパルス列にフーリエ解析を行うことに
より、 Ｖ ＝Kp／πΔZSin2πΔZ ここで ΔZ＝λ／Xo Xo：レーザー光走査幅 Ko：適当な比例定数 なる関係にあることが導かれる。通常の使用では
λ≪xoであることから、Ｖ と対向スキマ幅λ
は、簡単な２次の関係 Ｖ ＝k1（Δz）2k1：適当な比例定数 にあることが判る。
図のようなパルス列にフーリエ解析を行うことに
より、 Ｖ ＝Kp／πΔZSin2πΔZ ここで ΔZ＝λ／Xo Xo：レーザー光走査幅 Ko：適当な比例定数 なる関係にあることが導かれる。通常の使用では
λ≪xoであることから、Ｖ と対向スキマ幅λ
は、簡単な２次の関係 Ｖ ＝k1（Δz）2k1：適当な比例定数 にあることが判る。
以上は、光電子増倍管１４、前置増巾器１６の
応答速度が、パルスの立上り、或は１／Twidth
に比べて十分に速い場合の議論であつたが、光電
子増倍管１４、前置増巾器１６の応答速度が比較
的遅い場合（系の応答周波数をRとする。）、すな
わちTwidth≪１／Rが成立するような場合には、
Twidthはもはや対向スキマ幅λの関数ではなく、
系の応答速度によつて決定される一定幅のパルス
となる。この場合には、出力電圧Ｖ と対向スキ
マ幅λの関係は線形となり、 Ｖ ＝K2ΔZ K2：適当な比例定数 と表わせる。
応答速度が、パルスの立上り、或は１／Twidth
に比べて十分に速い場合の議論であつたが、光電
子増倍管１４、前置増巾器１６の応答速度が比較
的遅い場合（系の応答周波数をRとする。）、すな
わちTwidth≪１／Rが成立するような場合には、
Twidthはもはや対向スキマ幅λの関数ではなく、
系の応答速度によつて決定される一定幅のパルス
となる。この場合には、出力電圧Ｖ と対向スキ
マ幅λの関係は線形となり、 Ｖ ＝K2ΔZ K2：適当な比例定数 と表わせる。
以上のような測定原理を応用して回転精度の測
定を行うものであるが、これはさらに第４図に示
す如く、Ｘ、Y2方向から測定を行えば、さらに
具体的なふれ回り回転精度測定を行うことができ
る。
定を行うものであるが、これはさらに第４図に示
す如く、Ｘ、Y2方向から測定を行えば、さらに
具体的なふれ回り回転精度測定を行うことができ
る。
すなわち、前記の光走査手段をＸ軸とＹ軸の２
方向から90°の位相差をもつて配置し、各測定部
からの出力電圧をオツシロスコープのＸ、Ｙ入力
部に入力し、リサージユ図形を描かせることによ
り、真円からのひずみ量をもつてふれ回り回転精
度を測定する。９′は反射ミラーである。
方向から90°の位相差をもつて配置し、各測定部
からの出力電圧をオツシロスコープのＸ、Ｙ入力
部に入力し、リサージユ図形を描かせることによ
り、真円からのひずみ量をもつてふれ回り回転精
度を測定する。９′は反射ミラーである。
この発明は以上のように、レーザー光、或は他
の適当な光学的プローブを用いた非接触方式であ
るために、従来のようなプローブの摩耗、測定圧
のバラツキ、変化等の問題が全くなく、測定にお
いて、回転体外周と測定部材との間の対向スキマ
からの光の透過量を利用するものであるから、回
転体の材質（但し透明物体は除外する。）による
影響はなく、表面の反射率、加工状態による影響
が非常に少ないといつた種々の利点を有し、高精
度の測定を可能とする。
の適当な光学的プローブを用いた非接触方式であ
るために、従来のようなプローブの摩耗、測定圧
のバラツキ、変化等の問題が全くなく、測定にお
いて、回転体外周と測定部材との間の対向スキマ
からの光の透過量を利用するものであるから、回
転体の材質（但し透明物体は除外する。）による
影響はなく、表面の反射率、加工状態による影響
が非常に少ないといつた種々の利点を有し、高精
度の測定を可能とする。
第１図はこの発明の一実施例の系統図、第２図
は要部の側面図、第３図は光電変換して得られる
電気信号の波形図、第４図ａ，ｂは他の実施例要
部の正面図と側面図である。 １……回転体、２……測定部材、３……移動機
構（設定手段）、４……投光手段、９……振動ミ
ラー（光走査手段）、１４……光電子増倍管、１
５……受光光学系、１７……ロツクインアンプ、
１９……光強度ゆらぎ補正部、λ……対向スキマ
幅。
は要部の側面図、第３図は光電変換して得られる
電気信号の波形図、第４図ａ，ｂは他の実施例要
部の正面図と側面図である。 １……回転体、２……測定部材、３……移動機
構（設定手段）、４……投光手段、９……振動ミ
ラー（光走査手段）、１４……光電子増倍管、１
５……受光光学系、１７……ロツクインアンプ、
１９……光強度ゆらぎ補正部、λ……対向スキマ
幅。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 回転体の外周に対向スキマを形成するための
測定部材と、該測定部材を移動させて前記対向ス
キマ幅を適正に設定する設定手段と、スポツト光
を照射する投光手段と、前記対向スキマに一定強
度の光を発するスポツト光を照射し所定周期で該
対向スキマをスキマの幅方向に走査する光走査手
段と、前記対向スキマを透過した光を受光して光
電変換する光電変換手段と、光電変換手段の出力
パルス信号を受け、そのフーリエ級数成分のうち
光走査手段の走査周期と同調した周波数sのｎ次
高調波成分を検波して出力するロツクインアンプ
とを備え、回転体と測定部材との間の前記対向ス
キマ幅の変化に対応するロツクインアンプの出力
電圧により回転体のふれ回り回転精度を測定する
ことを特徴とする光学的ふれ回り回転精度測定装
置。 ２ 回転体の外周に90°の位相差をもつて２個の
測定部材を配置し、各測定部材を個々に移動させ
てそれぞれに前記対向スキマを形成させる２組の
設定手段と、各対向スキマをそれぞれのスポツト
光で各スキマの幅方向に走査する２組の光走査手
段と、各対向スキマを透過した光を個々に受光す
る２組の光電変換手段と、各光電変換手段の出力
パルス信号を受け、それぞれのフーリエ級数成分
のうち光走査手段の走査周期と同調した周波数s
のｎ次高調波成分を検波してそれぞれに対応した
電圧を出力するロツクインアンプとを特許請求の
範囲１記載の光学的ふれ回り回転精度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12285383A JPS6014107A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | 光学的回転精度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12285383A JPS6014107A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | 光学的回転精度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6014107A JPS6014107A (ja) | 1985-01-24 |
| JPH041283B2 true JPH041283B2 (ja) | 1992-01-10 |
Family
ID=14846256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12285383A Granted JPS6014107A (ja) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | 光学的回転精度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6014107A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04152203A (ja) * | 1990-10-16 | 1992-05-26 | Mitsutoyo Corp | 走査型光学式寸法測定装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5585207A (en) * | 1978-12-22 | 1980-06-27 | Toshiba Corp | Projection location measuring device |
-
1983
- 1983-07-05 JP JP12285383A patent/JPS6014107A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6014107A (ja) | 1985-01-24 |
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