JPH0772683B2 - 干渉ボールベアリング試験装置 - Google Patents
干渉ボールベアリング試験装置Info
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- JPH0772683B2 JPH0772683B2 JP4206664A JP20666492A JPH0772683B2 JP H0772683 B2 JPH0772683 B2 JP H0772683B2 JP 4206664 A JP4206664 A JP 4206664A JP 20666492 A JP20666492 A JP 20666492A JP H0772683 B2 JPH0772683 B2 JP H0772683B2
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学測定装置および方法
に関し、特に対象物とりわけボールベアリングの丸さを
決定するための方法および装置に関する。
に関し、特に対象物とりわけボールベアリングの丸さを
決定するための方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ボールベアリングの丸さを試験または検
査するための通常行われる方法は、機械的検索ゲージお
よび輪郭を決定する針を使用する。通常行われる方法は
また、光学的検査装置特に画像装置の使用を含む。
査するための通常行われる方法は、機械的検索ゲージお
よび輪郭を決定する針を使用する。通常行われる方法は
また、光学的検査装置特に画像装置の使用を含む。
【0003】しかしながらこれらの通常の技術は、所定
の部品を検査するのに必要とされる著しい時間量、不正
確さ、検査を実行するための生産ラインの中断、および
/または製造されたロットをチェックするのみの場所の
必要性に関する問題がある。
の部品を検査するのに必要とされる著しい時間量、不正
確さ、検査を実行するための生産ラインの中断、および
/または製造されたロットをチェックするのみの場所の
必要性に関する問題がある。
【0004】可視波長干渉計は、高精度の変位測定およ
び表面輪郭測定のために広く使用される。これらの干渉
計は、一般に単一の波長または2種類の波長のいずれか
一方の光源を含む。
び表面輪郭測定のために広く使用される。これらの干渉
計は、一般に単一の波長または2種類の波長のいずれか
一方の光源を含む。
【0005】1989年5月23日J.C.Wyant等によ
り出願された米国特許第4,832,489号明細書に
記載されるように、2波長位相移動干渉計は、非球面の
ような急峻な表面の輪郭を再現するために2つのレーザ
源を使用する。256×256検査器アレイが使用さ
れ、各検査器に対して別個に等位相を計算する。
り出願された米国特許第4,832,489号明細書に
記載されるように、2波長位相移動干渉計は、非球面の
ような急峻な表面の輪郭を再現するために2つのレーザ
源を使用する。256×256検査器アレイが使用さ
れ、各検査器に対して別個に等位相を計算する。
【0006】文献(Optica Acta 1985年V
ol.32 、No.12 、第1455乃至1464頁、K.Crea
th、Y.Cheng、およびJ.Wyantによる論
文“Contouring Aspheric Sur
faces Using Two−Wavelengt
h Phase−Shifting Interfer
ometry”)において、アルゴンイオンレーザおよ
びHe−Neレーザを使用する2波長ホログラフが記載
されている。被覆されていない非球面は干渉計の1つの
腕部に配置され、2つの合成波長が100×100ダイ
オードアレイを使用して記録された干渉画像を発生する
ために使用された。
ol.32 、No.12 、第1455乃至1464頁、K.Crea
th、Y.Cheng、およびJ.Wyantによる論
文“Contouring Aspheric Sur
faces Using Two−Wavelengt
h Phase−Shifting Interfer
ometry”)において、アルゴンイオンレーザおよ
びHe−Neレーザを使用する2波長ホログラフが記載
されている。被覆されていない非球面は干渉計の1つの
腕部に配置され、2つの合成波長が100×100ダイ
オードアレイを使用して記録された干渉画像を発生する
ために使用された。
【0007】別の文献(1988年7月15日のAppl.O
pt Vol.27、No.2、第306乃至311 頁、A.
J.de Boefによる論文“Two−wavele
ngth scanning spot interf
erometer usingsingle−freq
uency diode lasers”)において凸
凹表面の輪郭を測定するための2つの単一周波数レーザ
ダイオードの使用が記載されている。球形のアルミニウ
ム椀の内側表面がこの技術によって測定され、測定の結
果は、機械的輪郭測定から得られた結果と図的に比較さ
れた。
pt Vol.27、No.2、第306乃至311 頁、A.
J.de Boefによる論文“Two−wavele
ngth scanning spot interf
erometer usingsingle−freq
uency diode lasers”)において凸
凹表面の輪郭を測定するための2つの単一周波数レーザ
ダイオードの使用が記載されている。球形のアルミニウ
ム椀の内側表面がこの技術によって測定され、測定の結
果は、機械的輪郭測定から得られた結果と図的に比較さ
れた。
【0008】別の文献(Optics and Las
ers in Engineering 11、1989年の
第271 乃至279 頁のA.Fercher、U.Vry、
およびW.Wernerによる論文“Two−Wave
length Speckle Interferom
etry on Rough Surfaces Us
ing a Mode Hopping Diode
Laser”)において、2つの隣接した振動モード間
で切替えられる単一モードダイオードを具備する時分割
多重2波長光源が記載されている。干渉計の使用はま
た、以下の2つの論文に示されているようなベアリング
表面の試験に拡張されている。
ers in Engineering 11、1989年の
第271 乃至279 頁のA.Fercher、U.Vry、
およびW.Wernerによる論文“Two−Wave
length Speckle Interferom
etry on Rough Surfaces Us
ing a Mode Hopping Diode
Laser”)において、2つの隣接した振動モード間
で切替えられる単一モードダイオードを具備する時分割
多重2波長光源が記載されている。干渉計の使用はま
た、以下の2つの論文に示されているようなベアリング
表面の試験に拡張されている。
【0009】論文(1984年11月15日のApplied
Optics Vol.24、No.22の第3791乃至3796
頁、K.Nunome、M.Tsukamoto、T,
Yatagai、およびH.Saitoによる論文“I
nterferometerfor Measurin
g the Surface Shape of aB
all Bearing Raceway”)におい
て、環状体表面およびベアリングのレース表面のような
周縁表面の形状の正確な測定をするために開発された干
渉測定技術が記載されている。測定装置はFizeau
干渉計、回転空気軸装置、およびマイクロコンピュータ
装置を含む。ベアリングの断面に沿ったレースの形状
は、各回転角度で全体の表面データがコンピュータメモ
リ内に貯蔵されるまで測定される。各角度における干渉
縞のデータは、周縁の干渉画像を得るためにTVフレー
ムメモリを使用して2次元に表示される。
Optics Vol.24、No.22の第3791乃至3796
頁、K.Nunome、M.Tsukamoto、T,
Yatagai、およびH.Saitoによる論文“I
nterferometerfor Measurin
g the Surface Shape of aB
all Bearing Raceway”)におい
て、環状体表面およびベアリングのレース表面のような
周縁表面の形状の正確な測定をするために開発された干
渉測定技術が記載されている。測定装置はFizeau
干渉計、回転空気軸装置、およびマイクロコンピュータ
装置を含む。ベアリングの断面に沿ったレースの形状
は、各回転角度で全体の表面データがコンピュータメモ
リ内に貯蔵されるまで測定される。各角度における干渉
縞のデータは、周縁の干渉画像を得るためにTVフレー
ムメモリを使用して2次元に表示される。
【0010】別の論文(1979年8月15日のApplie
d Optics Vol.18、No.16の第2881乃至28
90頁のP.E.Klingspornによる論文“Us
eof a Laser Interferometr
ic Displacement−Measuring
System for NoncontactPos
itionig of a Sphere on a
RotationAxis Through its
Center and for Measuring
the Spherical Contour”)にお
いて、中心を通る回転軸上の高反射球体の非機械的接触
位置を決定し、球形の程度または丸さを測定するするた
めに、レーザ干渉変位測定装置が使用される技術が記載
されている。ある装置において平行レーザビームは、前
記球形の中心における虚焦点に焦点を結ばれ、他方の装
置においてビームは球形の表面に焦点を結ばれる。前記
領域の表面上にビームの焦点を結ぶさらに満足すべき装
置は、理論的および実験的に証明された。球の丸さを測
定するための技術が使用された。
d Optics Vol.18、No.16の第2881乃至28
90頁のP.E.Klingspornによる論文“Us
eof a Laser Interferometr
ic Displacement−Measuring
System for NoncontactPos
itionig of a Sphere on a
RotationAxis Through its
Center and for Measuring
the Spherical Contour”)にお
いて、中心を通る回転軸上の高反射球体の非機械的接触
位置を決定し、球形の程度または丸さを測定するするた
めに、レーザ干渉変位測定装置が使用される技術が記載
されている。ある装置において平行レーザビームは、前
記球形の中心における虚焦点に焦点を結ばれ、他方の装
置においてビームは球形の表面に焦点を結ばれる。前記
領域の表面上にビームの焦点を結ぶさらに満足すべき装
置は、理論的および実験的に証明された。球の丸さを測
定するための技術が使用された。
【0011】干渉を使用しない光学技術は、別の論文
(Optical Engineeringの1982年1
月/2月Vol.21、No.1の第113 乃至117 頁のR.
W.Lewisによる論文“Optical Scan
ner for Ball Bearing Insp
ection”)において示されている。この論文は、
回転するボールを照射するために光源の固定された半円
形アレイ、およびボール表面の反射からの外れを検出す
るための光検出器の隣接する固定されたアレイを使用す
る走査装置を記載している。各検出器信号は、電子装置
の異なった検出しきい値のチャネルによって処理され
る。前記技術は、寸法が次第に小さくなるレール上で回
転するボールの検査を可能にさせると言われている。
(Optical Engineeringの1982年1
月/2月Vol.21、No.1の第113 乃至117 頁のR.
W.Lewisによる論文“Optical Scan
ner for Ball Bearing Insp
ection”)において示されている。この論文は、
回転するボールを照射するために光源の固定された半円
形アレイ、およびボール表面の反射からの外れを検出す
るための光検出器の隣接する固定されたアレイを使用す
る走査装置を記載している。各検出器信号は、電子装置
の異なった検出しきい値のチャネルによって処理され
る。前記技術は、寸法が次第に小さくなるレール上で回
転するボールの検査を可能にさせると言われている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
技術によっては与えられない本発明の目的は、線形光パ
ターンが回転する対象物の表面上に投影され、光検出器
素子の表面を横断して掃引される干渉画像を発生して球
体が試験装置を通過して回転運動している期間に球体の
丸さを決定するために使用される単一波長または多重波
長の干渉計を提供することである。
技術によっては与えられない本発明の目的は、線形光パ
ターンが回転する対象物の表面上に投影され、光検出器
素子の表面を横断して掃引される干渉画像を発生して球
体が試験装置を通過して回転運動している期間に球体の
丸さを決定するために使用される単一波長または多重波
長の干渉計を提供することである。
【0013】本発明の別の目的は、回転するボールベア
リングの丸さを決定するために使用される干渉技術を提
供することである。干渉計は、回転するベアリングの表
面上に線形光パターンを投影するために円筒形レンズを
含む。
リングの丸さを決定するために使用される干渉技術を提
供することである。干渉計は、回転するベアリングの表
面上に線形光パターンを投影するために円筒形レンズを
含む。
【0014】本発明のさらに別の目的は、ボールベアリ
ングの丸さを試験するための試験装置を提供することで
ある。この試験装置は迅速で正確に動作し、さらに生産
ライン設備と容易に一体化することが可能である。
ングの丸さを試験するための試験装置を提供することで
ある。この試験装置は迅速で正確に動作し、さらに生産
ライン設備と容易に一体化することが可能である。
【0015】
【課題を解決するための手段】前述およびその他の問題
は、対象物の表面が予め定められた許容公差内の曲率半
径を有するか否かを決定する本発明の方法および装置に
よって克服され、本発明の目的が実現される。本発明の
実施例にしたがって、試験装置は基準ビームおよび測定
ビームを具備する干渉計を含む。測定ビームは、対象物
が回転して転がる期間中に対象物の表面を照射するため
に配置される。円筒形レンズは、ボールの幾何学的中心
と交差する線形、縞状のパターンに測定ビームを形成す
るために設けられる。軌道上で転がるときのボールの中
心によって描かれる仮想線は、円筒形レンズの焦点の軌
跡の線形パターンと一致する。測定ビームは、対象物の
表面から反射されてビームスプリッタに送られ、測定ビ
ームは反射された基準ビームと結合される。試験装置は
さらに、電荷結合素子(CCD)画像装置のような、対
象物の前進運動中画像装置を横断して走査される実質的
1次元干渉画像から2次元干渉画像を記録するための干
渉計の出力に光学的に結合される装置を含む。干渉画像
は、基準ビームの光路長に対する測定ビームの光路長に
おける変化から生成される。測定ビーム内のボールの移
動は、ボールの表面の輪郭の2次元干渉画像表示を生成
する。試験装置はさらに、画像装置によって記録される
干渉画像と予め定められた許容公差内の曲率半径および
表面の均一性を有する既知の対象物の表面から予め記録
された基準干渉画像とを比較するために、画像装置の出
力に結合されるプロセッサを含む。
は、対象物の表面が予め定められた許容公差内の曲率半
径を有するか否かを決定する本発明の方法および装置に
よって克服され、本発明の目的が実現される。本発明の
実施例にしたがって、試験装置は基準ビームおよび測定
ビームを具備する干渉計を含む。測定ビームは、対象物
が回転して転がる期間中に対象物の表面を照射するため
に配置される。円筒形レンズは、ボールの幾何学的中心
と交差する線形、縞状のパターンに測定ビームを形成す
るために設けられる。軌道上で転がるときのボールの中
心によって描かれる仮想線は、円筒形レンズの焦点の軌
跡の線形パターンと一致する。測定ビームは、対象物の
表面から反射されてビームスプリッタに送られ、測定ビ
ームは反射された基準ビームと結合される。試験装置は
さらに、電荷結合素子(CCD)画像装置のような、対
象物の前進運動中画像装置を横断して走査される実質的
1次元干渉画像から2次元干渉画像を記録するための干
渉計の出力に光学的に結合される装置を含む。干渉画像
は、基準ビームの光路長に対する測定ビームの光路長に
おける変化から生成される。測定ビーム内のボールの移
動は、ボールの表面の輪郭の2次元干渉画像表示を生成
する。試験装置はさらに、画像装置によって記録される
干渉画像と予め定められた許容公差内の曲率半径および
表面の均一性を有する既知の対象物の表面から予め記録
された基準干渉画像とを比較するために、画像装置の出
力に結合されるプロセッサを含む。
【0016】
【実施例】図1は、ボールベアリングの丸さの試験装置
10の第1の実施例を示す。動作中、ボールベアリング12
は平らな表面14を横切って回転しながら転がる。表面14
は、機械的に滑らかにされた光学的平面または一対のレ
ールであることができる。ボールベアリング12の運動方
向は矢印Aで示され、またボールベアリング12の回転は
矢印Bで示される。ここで使用される“丸さ”という言
葉は、理想的に一定の曲率半径を有する対象物の表面の
特性を意味するものである。一定の半径から外れること
は、対象物の表面を意図されたまたは所望の丸さの程度
から外れさせる。所定の丸さからの偏差は、例えば変化
する半径を有する不適切な製造による対象物であるか、
または窪みのような表面の欠陥を有する可能性がある。
したがって、本発明はボールベアリング用の試験装置に
関して記述されているけれども、本発明の技術が一般に
球形または円筒形の対象物の試験に適用されることがで
きることに留意すべきである。
10の第1の実施例を示す。動作中、ボールベアリング12
は平らな表面14を横切って回転しながら転がる。表面14
は、機械的に滑らかにされた光学的平面または一対のレ
ールであることができる。ボールベアリング12の運動方
向は矢印Aで示され、またボールベアリング12の回転は
矢印Bで示される。ここで使用される“丸さ”という言
葉は、理想的に一定の曲率半径を有する対象物の表面の
特性を意味するものである。一定の半径から外れること
は、対象物の表面を意図されたまたは所望の丸さの程度
から外れさせる。所定の丸さからの偏差は、例えば変化
する半径を有する不適切な製造による対象物であるか、
または窪みのような表面の欠陥を有する可能性がある。
したがって、本発明はボールベアリング用の試験装置に
関して記述されているけれども、本発明の技術が一般に
球形または円筒形の対象物の試験に適用されることがで
きることに留意すべきである。
【0017】試験装置10は、単一の著しい波長出力を有
する光源16を含む。約785ナノメータで動作するレー
ザダイオードは、光源16の適当な実施例の1つである。
コリメートレンズ18は光源16の出力を受け、干渉計に適
用するようにそれを平行にする。
する光源16を含む。約785ナノメータで動作するレー
ザダイオードは、光源16の適当な実施例の1つである。
コリメートレンズ18は光源16の出力を受け、干渉計に適
用するようにそれを平行にする。
【0018】干渉計は、基準ビーム20aと測定ビーム20
bを与える非偏光のビームスプリッタ20を含む。反射鏡
22は、基準ビーム20aをビームスプリッタ20に向かって
反射するように干渉計の基準腕部に配置される。干渉計
の測定脚部は、符号Cによって表される焦点の軌跡を有
する線形、縞のような測定ビームを与える円筒形のレン
ズ24を含む。円筒形レンズ24は、ボールベアリング12の
幾何学的な中心と交差する線形パターン内に測定ビーム
を形成する。回転するボールベアリング12の中心によっ
て描かれた仮想線は、円筒形レンズの焦点における線形
パターンと一致する。反射鏡22は基準ビーム20aの光路
長が焦点Cの軌跡と関連した測定ビーム20bの光路長と
等しくなるように配置される。
bを与える非偏光のビームスプリッタ20を含む。反射鏡
22は、基準ビーム20aをビームスプリッタ20に向かって
反射するように干渉計の基準腕部に配置される。干渉計
の測定脚部は、符号Cによって表される焦点の軌跡を有
する線形、縞のような測定ビームを与える円筒形のレン
ズ24を含む。円筒形レンズ24は、ボールベアリング12の
幾何学的な中心と交差する線形パターン内に測定ビーム
を形成する。回転するボールベアリング12の中心によっ
て描かれた仮想線は、円筒形レンズの焦点における線形
パターンと一致する。反射鏡22は基準ビーム20aの光路
長が焦点Cの軌跡と関連した測定ビーム20bの光路長と
等しくなるように配置される。
【0019】ボールベアリング12が焦点Cの軌跡を通っ
て転がるとき、測定ビームはボールベアリング12の表面
からビームスプリッタ20に向かって反射する。結合され
た測定ビームと基準ビームは、空間フィルタ28のスリッ
ト孔と一致する焦点を有する焦点レンズ26に与えられ
る。CCD画像装置30のような画像装置は空間フィルタ
28の後方に配置され、反射された基準ビーム20aと反射
された測定ビーム20bを受ける。破線Dで表されるボー
ルベアリング12の表面から反射された放射線の縞は、C
CD画像装置30の画像表面30a上に線形像Eを形成す
る。
て転がるとき、測定ビームはボールベアリング12の表面
からビームスプリッタ20に向かって反射する。結合され
た測定ビームと基準ビームは、空間フィルタ28のスリッ
ト孔と一致する焦点を有する焦点レンズ26に与えられ
る。CCD画像装置30のような画像装置は空間フィルタ
28の後方に配置され、反射された基準ビーム20aと反射
された測定ビーム20bを受ける。破線Dで表されるボー
ルベアリング12の表面から反射された放射線の縞は、C
CD画像装置30の画像表面30a上に線形像Eを形成す
る。
【0020】ボールベアリング12が転がるとき、CCD
画像装置30の画像表面30a上に平らな2次元干渉画像を
生成する。この干渉画像は、CCD画像装置30の出力に
結合されているプロセッサ32によって記録される。デー
タプロセッサ32は、記録された干渉画像とメモリ34内に
貯蔵されている干渉画像とを比較する。メモリ34内に貯
蔵されている干渉画像は、許容公差程度内の丸さを有す
る基準ボールベアリングから得られるそれである。2つ
の干渉画像間の偏差量は、基準のボールベアリングの丸
さとのボールベアリング12の丸さの偏差を示している。
データプロセッサ32は干渉画像内の暗い縞を捜し、2次
元座標において暗い縞の位置を決定する。2つの干渉画
像が予め定められた量以上の偏差を有していることがプ
ロセッサ32によって決定されるとき、ボールベアリング
12は許容公差から外れた丸さを有すると決定される。
画像装置30の画像表面30a上に平らな2次元干渉画像を
生成する。この干渉画像は、CCD画像装置30の出力に
結合されているプロセッサ32によって記録される。デー
タプロセッサ32は、記録された干渉画像とメモリ34内に
貯蔵されている干渉画像とを比較する。メモリ34内に貯
蔵されている干渉画像は、許容公差程度内の丸さを有す
る基準ボールベアリングから得られるそれである。2つ
の干渉画像間の偏差量は、基準のボールベアリングの丸
さとのボールベアリング12の丸さの偏差を示している。
データプロセッサ32は干渉画像内の暗い縞を捜し、2次
元座標において暗い縞の位置を決定する。2つの干渉画
像が予め定められた量以上の偏差を有していることがプ
ロセッサ32によって決定されるとき、ボールベアリング
12は許容公差から外れた丸さを有すると決定される。
【0021】より詳細に説明すると、CCD画像装置30
上に投影される線形像Eは、図の紙面に対して垂直であ
る。線形像Eは、各瞬間でボールベアリング12の照射さ
れる部分の最高の部分の干渉情報特性を有する。ボール
ベアリング12が焦点Cの軌跡を通って転がるとき、線形
像EはCCD画像装置30の画像表面30aを底部から上部
へ横断して移動する。CCD画像装置30の固有の画像保
持特性は、ボールベアリング12の比較的大きい弧に対応
する2次元干渉画像を一時的に蓄積する。したがって、
ボールベアリング12の回転運動のために実質的に1次元
の線形像Eは、2次元の干渉画像を形成するためにCC
D画像装置30を横断して掃引される。この干渉画像は、
基準脚部に対する測定脚部の光学経路長における変化か
ら生じ、光路長の変化はボールベアリング12の表面の存
在によって生じる。
上に投影される線形像Eは、図の紙面に対して垂直であ
る。線形像Eは、各瞬間でボールベアリング12の照射さ
れる部分の最高の部分の干渉情報特性を有する。ボール
ベアリング12が焦点Cの軌跡を通って転がるとき、線形
像EはCCD画像装置30の画像表面30aを底部から上部
へ横断して移動する。CCD画像装置30の固有の画像保
持特性は、ボールベアリング12の比較的大きい弧に対応
する2次元干渉画像を一時的に蓄積する。したがって、
ボールベアリング12の回転運動のために実質的に1次元
の線形像Eは、2次元の干渉画像を形成するためにCC
D画像装置30を横断して掃引される。この干渉画像は、
基準脚部に対する測定脚部の光学経路長における変化か
ら生じ、光路長の変化はボールベアリング12の表面の存
在によって生じる。
【0022】転がるボールベアリング12の所望の速度
は、いくつかのパラメータの関数である。これらはボー
ルベアリング12の半径および選択されたCCD画像装置
30の画像保持特性を含む。市販のCCD画像装置の典型
的な画像保持特性は約0.05秒から1秒の範囲内であ
り、照度と関係している。転がるボールベアリングの速
度は、選択されたCCDの画像保持時間よりも小さい時
間内でCCD画像装置30の表面30aを横断して線形像E
を走査する間に、生成される2次元干渉画像がボールベ
アリング12の表面領域の著しい部分を表すような速度で
あることが好ましい。理想的にはボールベアリング12
は、焦点Cの軌跡を通って通過するとき完全な一回転を
する。CCD画像装置30は、完全な干渉画像を得るため
に数回読み出されてもよい。またCCD画像装置30は、
試験装置を通るボールベアリングの通路の端部で一度読
み出されることもできる。0.01マイクロメータの測
定精度は、本発明の丸さ試験装置によって得られる。
は、いくつかのパラメータの関数である。これらはボー
ルベアリング12の半径および選択されたCCD画像装置
30の画像保持特性を含む。市販のCCD画像装置の典型
的な画像保持特性は約0.05秒から1秒の範囲内であ
り、照度と関係している。転がるボールベアリングの速
度は、選択されたCCDの画像保持時間よりも小さい時
間内でCCD画像装置30の表面30aを横断して線形像E
を走査する間に、生成される2次元干渉画像がボールベ
アリング12の表面領域の著しい部分を表すような速度で
あることが好ましい。理想的にはボールベアリング12
は、焦点Cの軌跡を通って通過するとき完全な一回転を
する。CCD画像装置30は、完全な干渉画像を得るため
に数回読み出されてもよい。またCCD画像装置30は、
試験装置を通るボールベアリングの通路の端部で一度読
み出されることもできる。0.01マイクロメータの測
定精度は、本発明の丸さ試験装置によって得られる。
【0023】図2および図3は、折り曲げられた光路を
平面に展開した配置における図1の光学的画像幾何学系
をそれぞれ示す。図2および図3において、図1の素子
と対応する素子は同じ符号である。図2においてボール
ベアリング12の移動は矢印Fで表されるように図の紙面
に対して平行であるが、図3においてボールベアリング
12の移動は記号Gで表されるように図の紙面に対して垂
直であり紙面内に向かっている。
平面に展開した配置における図1の光学的画像幾何学系
をそれぞれ示す。図2および図3において、図1の素子
と対応する素子は同じ符号である。図2においてボール
ベアリング12の移動は矢印Fで表されるように図の紙面
に対して平行であるが、図3においてボールベアリング
12の移動は記号Gで表されるように図の紙面に対して垂
直であり紙面内に向かっている。
【0024】図4は、第2の実施例である2波長干渉を
使用する試験装置10´を表す。図4において図1の素子
と同じ参照符号の素子は同じように動作する。これらの
実施例間の差異は、例えば2つの単一のモードレーザダ
イオードまたはただ単一の多重モードレーザダイオード
から成る2種類の波長の光源16´を含むことである。7
85ナノメータの付近の顕著な2つの光波長を発生する
光源は適当な1つの実施例である。試験装置10´は、2
つの測定チャネルに2つのビームを与える偏光していな
い付加ビームスプリッタ36を含む。第1のチャネルは、
光源の2つの波長の1つを優先的に通過する干渉フィル
タ38aを含む。この測定ビームと基準ビームの結合され
た第1の部分は、空間フィルタ28aのスリット孔と一致
する焦点を有する焦点レンズ26aに与えられる。CCD
画像装置30aのような画像装置は空間フィルタ28aの後
方に配置され、反射された基準ビーム20aと反射された
測定ビーム20bとの第1の部分を受ける。第2の測定チ
ャネルは、光源の2つの波長の他方の1つを優先的に通
過する干渉フィルタ38bを含む。この測定ビームと基準
ビームの結合された第2の部分は、空間フィルタ28bの
スリット孔と一致する焦点を有する焦点レンズ26bに与
えられる。第2のCCD画像装置30bは空間フィルタ28
bの後方に配置され、反射された基準ビーム20aと反射
された測定ビーム20bとの第2の部分を受ける。プロセ
ッサ32は両方の画像装置と結合され、それぞれから干渉
画像を受ける。同様の位相は、上記参照された米国特許
番号第4,832,489号明細書におけるのと同様に
計算される。2つの波長の適当な分離は、高い測定精度
を達成するためには約30ナノメータである。波長間の
正確な分離は、要求される測定精度の関数である。
使用する試験装置10´を表す。図4において図1の素子
と同じ参照符号の素子は同じように動作する。これらの
実施例間の差異は、例えば2つの単一のモードレーザダ
イオードまたはただ単一の多重モードレーザダイオード
から成る2種類の波長の光源16´を含むことである。7
85ナノメータの付近の顕著な2つの光波長を発生する
光源は適当な1つの実施例である。試験装置10´は、2
つの測定チャネルに2つのビームを与える偏光していな
い付加ビームスプリッタ36を含む。第1のチャネルは、
光源の2つの波長の1つを優先的に通過する干渉フィル
タ38aを含む。この測定ビームと基準ビームの結合され
た第1の部分は、空間フィルタ28aのスリット孔と一致
する焦点を有する焦点レンズ26aに与えられる。CCD
画像装置30aのような画像装置は空間フィルタ28aの後
方に配置され、反射された基準ビーム20aと反射された
測定ビーム20bとの第1の部分を受ける。第2の測定チ
ャネルは、光源の2つの波長の他方の1つを優先的に通
過する干渉フィルタ38bを含む。この測定ビームと基準
ビームの結合された第2の部分は、空間フィルタ28bの
スリット孔と一致する焦点を有する焦点レンズ26bに与
えられる。第2のCCD画像装置30bは空間フィルタ28
bの後方に配置され、反射された基準ビーム20aと反射
された測定ビーム20bとの第2の部分を受ける。プロセ
ッサ32は両方の画像装置と結合され、それぞれから干渉
画像を受ける。同様の位相は、上記参照された米国特許
番号第4,832,489号明細書におけるのと同様に
計算される。2つの波長の適当な分離は、高い測定精度
を達成するためには約30ナノメータである。波長間の
正確な分離は、要求される測定精度の関数である。
【0025】図1および図4において示されなかったけ
れども、多数のボールベアリング12が試験装置10を通し
てそれぞれ転がるように容器から個々に供給されること
ができる。さらに、CCD画像装置30から2次元干渉画
像を得るためにプロセッサ32の動作をトリガーするた
めの装置を含むことができる。例えば、焦点Cの軌跡に
入ったときボールベアリング12の存在を検出するため
にホール効果装置が設けられるてもよい。同様に光ビー
ム送信器および受信器は、ボールベアリング12が焦点C
の軌跡に入ったときビームを遮断し、ボールベアリング
がこの領域を出るまで遮断を続けるように配置されるこ
とができる。また本発明の技術的範囲内で、許容できな
い丸さを有すると決定された任意のボールベアリングを
通常の経路から他に逸らすための、プロセッサ32の制御
下で動作する他の経路に導く装置を設けることもでき
る。
れども、多数のボールベアリング12が試験装置10を通し
てそれぞれ転がるように容器から個々に供給されること
ができる。さらに、CCD画像装置30から2次元干渉画
像を得るためにプロセッサ32の動作をトリガーするた
めの装置を含むことができる。例えば、焦点Cの軌跡に
入ったときボールベアリング12の存在を検出するため
にホール効果装置が設けられるてもよい。同様に光ビー
ム送信器および受信器は、ボールベアリング12が焦点C
の軌跡に入ったときビームを遮断し、ボールベアリング
がこの領域を出るまで遮断を続けるように配置されるこ
とができる。また本発明の技術的範囲内で、許容できな
い丸さを有すると決定された任意のボールベアリングを
通常の経路から他に逸らすための、プロセッサ32の制御
下で動作する他の経路に導く装置を設けることもでき
る。
【0026】上記のように、迅速に試験下のボールベア
リングの丸さが予め定められた許容公差の丸さ内にある
か否かについて正確な表示を得るように、生産ライン設
備に試験装置10,10´が一体に取付けられることができ
ることが容易に理解されることができるであろう。
リングの丸さが予め定められた許容公差の丸さ内にある
か否かについて正確な表示を得るように、生産ライン設
備に試験装置10,10´が一体に取付けられることができ
ることが容易に理解されることができるであろう。
【0027】本発明は特に好ましい実施例に関して記述
され示されてきたが、本発明の技術的範囲および本質か
ら逸脱することなく、当業者によって細部について変化
されることができることを理解すべきである。
され示されてきたが、本発明の技術的範囲および本質か
ら逸脱することなく、当業者によって細部について変化
されることができることを理解すべきである。
【図1】単一の波長干渉を使用する本発明の第1の実施
例にしたがって構成され動作されるボールベアリング試
験装置の概略図。
例にしたがって構成され動作されるボールベアリング試
験装置の概略図。
【図2】装置の焦点を通って通過するボールベアリング
の経路に垂直な方向から見た図1の光学装置の配置図。
の経路に垂直な方向から見た図1の光学装置の配置図。
【図3】装置の焦点を通って通過するボールベアリング
の経路と同方向から見た図1の光学装置の配置図。
の経路と同方向から見た図1の光学装置の配置図。
【図4】2波長干渉を使用する本発明の第2の実施例に
したがって構成され動作されるボールベアリング試験装
置の概略図。
したがって構成され動作されるボールベアリング試験装
置の概略図。
10…試験装置、12…ボールベアリング、20…ビームスプ
リッタ、20a …基準ビーム、20b …測定ビーム、24…円
筒レンズ、30…画像装置、32…プロセッサ。
リッタ、20a …基準ビーム、20b …測定ビーム、24…円
筒レンズ、30…画像装置、32…プロセッサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−125511(JP,A) 特開 平1−39045(JP,A)
Claims (10)
- 【請求項1】 球形対象物の表面が予め定められた許容
公差内の曲率半径を有するか否かを決定する装置におい
て、 基準ビームおよび測定ビームを有し、この測定ビームは
対象物が転動している期間に実質的に線形の放射パター
ンによって対象物の表面の一部分を昭射し、対象物の表
面から反射されるように配置されている干渉計手段と、 前記干渉計手段の出力に光学的に結合され、基準ビーム
の光路長に対する対象物の転動によって生じる測定ビー
ムの光路長における変化から生成される少なくとも1つ
の干渉画像を記録する手段と、 前記記録手段の出力に結合され、予め定められた許容公
差内の曲率半径を有する既知の対象物の表面から予め記
録された基準干渉画像と記録手段によって記録された干
渉画像とを比較する手段を具備していることを特徴とす
る対象物の表面が予め定められた許容公差内の曲率半径
を有するか否かを決定する装置。 - 【請求項2】 前記干渉計手段は、 光源手段と、 前記光源手段の出力を受けるように配置され、基準ビー
ムおよび測定ビームを発生するビームスプリッタ手段と
を含む請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 前記光源手段は単一の顕著な波長出力を
有する光源を具備する請求項2記載の装置。 - 【請求項4】 前記光源手段は複数の顕著な波長出力を
有する光源を具備する請求項2記載の装置。 - 【請求項5】 前記干渉計手段は、 対象物の表面を照射するために、実質的に線形の放射パ
ターンに測定ビームを形成するための手段を含む請求項
1記載の装置。 - 【請求項6】 前記干渉計手段は、 前記干渉計手段の出力と前記記録手段の間に配置され、
前記記録手段の放射線に感応する表面を横断して反射さ
れる測定ビームを走査させる手段を含む請求項1記載の
装置。 - 【請求項7】 球形の対象物の丸さが予め定められた許
容公差内にあるか否かを決定する装置において、 基準ビームおよび測定ビームを含み、球形の対象物の表
面を照射するための実質的に線形の放射パターンに測定
ビームを形成する手段を備え、前記測定ビームが球形の
対象物が転動する期間に球形の対象物の表面を照射し表
面から反射される干渉計手段と、 前記干渉計手段の出力に光学的に結合され、基準ビーム
の光路長に対する球形対象物の表面の移動に基づく測定
ビームの光路長における変化から生成される少なくとも
1つの干渉画像を記録する手段と、 前記記録手段の出力に結合され、予め定められた許容公
差内の曲率半径を有する既知の基準球形対象物の表面か
ら予め記録された基準干渉画像と記録手段に記録された
干渉画像を比較する手段とを具備していることを特徴と
する球形の対象物の丸さが予め定められた許容公差内に
あるか否かを決定する装置。 - 【請求項8】 前記干渉手段は、 前記干渉計手段の出力と前記記録手段の間に配置され、
前記記録手段の放射線に感応する表面を横断して反射さ
れる測定ビームを走査させる手段を具備している請求項
7記載の装置。 - 【請求項9】 表面が予め定められた許容公差内の曲率
半径を有するか否かを決定するための球形対象物の表面
の試験方法において、 転動により表面を回転させながら、回転する表面に線形
放射パターンを形成するために、光放射測定ビームによ
って回転する表面を照射し、 光放射基準ビームを表面から反射する測定ビームの一部
と結合し、 基準ビームと測定ビームの間の測定ビーム内の表面の存
在による光路長における差から生成される少なくとも1
つの干渉画像を記録するための手段に、結合された測定
ビームと基準ビームを投影し、 少なくとも1つの記録される干渉画像を、予め定められ
た許容公差内の曲率半径を有する既知の対象物から予め
得られた干渉画像と比較する段階を含むことを特徴とす
る表面試験方法。 - 【請求項10】 照射する段階は、ボールベアリングの
幾何学的中心と交差する焦点を有する線形パターンに測
定ビームを形成する請求項9記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/739,628 US5210591A (en) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | Interferometric ball bearing test station |
| US739628 | 1991-08-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196440A JPH05196440A (ja) | 1993-08-06 |
| JPH0772683B2 true JPH0772683B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=24973146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4206664A Expired - Lifetime JPH0772683B2 (ja) | 1991-08-02 | 1992-08-03 | 干渉ボールベアリング試験装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5210591A (ja) |
| EP (1) | EP0526075A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0772683B2 (ja) |
| KR (1) | KR930004754A (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4124223C2 (de) * | 1991-07-22 | 2001-07-26 | Zeiss Carl | Verfahren zur Auswertung von Interferogrammen und Interferometer |
| US5402234A (en) * | 1992-08-31 | 1995-03-28 | Zygo Corporation | Method and apparatus for the rapid acquisition of data in coherence scanning interferometry |
| JP3517903B2 (ja) * | 1993-06-21 | 2004-04-12 | 株式会社ニコン | 干渉計 |
| US5563706A (en) * | 1993-08-24 | 1996-10-08 | Nikon Corporation | Interferometric surface profiler with an alignment optical member |
| US5654798A (en) * | 1995-01-19 | 1997-08-05 | Tropel Corporation | Interferometric measurement of surfaces with diffractive optics at grazing incidence |
| US5793488A (en) * | 1995-07-31 | 1998-08-11 | Tropel Corporation | Interferometer with compound optics for measuring cylindrical objects at oblique incidence |
| US5719676A (en) * | 1996-04-12 | 1998-02-17 | Tropel Corporation | Diffraction management for grazing incidence interferometer |
| US5889591A (en) * | 1996-10-17 | 1999-03-30 | Tropel Corporation | Interferometric measurement of toric surfaces at grazing incidence |
| JPH10145567A (ja) * | 1996-11-08 | 1998-05-29 | Canon Inc | 画像読取装置 |
| US5777738A (en) * | 1997-03-17 | 1998-07-07 | Tropel Corporation | Interferometric measurement of absolute dimensions of cylindrical surfaces at grazing incidence |
| DE19714202A1 (de) * | 1997-04-07 | 1998-10-15 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zum optischen Prüfen von Oberflächen |
| US6393141B1 (en) * | 1998-09-10 | 2002-05-21 | Warner-Lambert Company | Apparatus for surface image sensing and surface inspection of three-dimensional structures |
| JP3793888B2 (ja) * | 1999-02-04 | 2006-07-05 | 日本精工株式会社 | 玉軸受の検査方法 |
| US6580514B1 (en) * | 1999-04-28 | 2003-06-17 | Nec Corporation | Non-contact silicon melt surface evaluation method and system |
| JP3605010B2 (ja) * | 2000-08-08 | 2004-12-22 | 株式会社ミツトヨ | 表面性状測定器 |
| US20030169235A1 (en) * | 2002-03-07 | 2003-09-11 | Gron Mikkel Hartmann | Three dimensional track ball systems |
| JP2005140673A (ja) * | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Olympus Corp | 非球面偏心測定装置及び非球面偏心測定方法 |
| WO2008044205A2 (en) * | 2006-10-11 | 2008-04-17 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Laser interference device for touch screens |
| JP5188377B2 (ja) * | 2008-12-15 | 2013-04-24 | 株式会社ミツトヨ | 球体の真球度の測定方法および球体の曲率半径の測定方法 |
| GB0903404D0 (en) | 2009-03-02 | 2009-04-08 | Rolls Royce Plc | Surface profile evaluation |
| DE102014223747B4 (de) * | 2014-11-20 | 2016-09-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung eines Höhenprofils einer Oberfläche unter Verwendung einer länglichen Blende |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3749500A (en) * | 1970-12-23 | 1973-07-31 | Gen Electric | Optical caliper and edge detector-follower for automatic gaging |
| FR2163862A5 (ja) * | 1971-12-03 | 1973-07-27 | Anvar | |
| US3812376A (en) * | 1972-02-18 | 1974-05-21 | Agency Ind Science Techn | Device for controlling dimensional accuracy during machining of a cylindrical workpiece |
| US4131365A (en) * | 1974-09-13 | 1978-12-26 | Pryor Timothy R | Method and apparatus for determining object position and dimension using a diffraction wave |
| JPS60125511A (ja) * | 1983-12-12 | 1985-07-04 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | レ−ザ−光干渉による精密加工面検査装置 |
| US4917498A (en) * | 1987-06-15 | 1990-04-17 | Geary Joseph M | Arrangement for testing grazing hyperboloids and similar reflective solid bodies for shape deviations |
-
1991
- 1991-08-02 US US07/739,628 patent/US5210591A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-07-21 EP EP19920306662 patent/EP0526075A3/en not_active Withdrawn
- 1992-08-01 KR KR1019920013893A patent/KR930004754A/ko not_active Ceased
- 1992-08-03 JP JP4206664A patent/JPH0772683B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0526075A2 (en) | 1993-02-03 |
| EP0526075A3 (en) | 1993-05-19 |
| US5210591A (en) | 1993-05-11 |
| KR930004754A (ko) | 1993-03-23 |
| JPH05196440A (ja) | 1993-08-06 |
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