JP2010160023A - 円周面の歪検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体における円周面の歪検出を短時間に且つ高い精度で行い得る方法及び装置を提供する。
【解決手段】物体における円周面の歪検出装置であって、前記物体を前記円周面における中心軸線を中心にして回転させる駆動装置１と、円周面を光照射する照射装置２と、該円周面からの反射光強度を測定する測定装置３と、該測定装置によって得られる反射光強度を前記物体の回転位置と関連づけて判別するための制御装置４とを備えた歪検出装置及び該検出装置を用いた検出方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、円周面を有する物体における該円周面の歪検出方法及び歪検出装置に関する。

例えば、軸受用の円筒ころ又は円錐ころは、外径面に僅かでも真円に対する歪があると、軸受の振動要因となり、好ましくない。この他、円筒面や円錐面等のような円周面を有する物体は、多くの場合にその円周面の加工精度が要求され、これに伴って真円に対する歪の検出が求められることが多い。

従来そのような歪検出には、主として接触式の検出装置が用いられていた（例えば、特許文献１）。しかしながら、接触式の検出装置は、被検査物に触針等の接触子を接触させた状態で被検査物を回転させ、接触子の変位量に基づいて被検査物の外周形状の歪を検出する。したがって、接触子と被検査物とを正確に位置合わせするために、予め被検査物のチルティング（傾斜合わせ）及びセンタリング（芯合わせ）を行なって検出装置にセッティングする必要があり、そのセッティングに多大の時間を要していた。その結果、加工ラインによっては、物体の加工サイクルタイム内では検出できず、インラインでの全数検査が不可能になる等の問題も生じていた。

特許第３７３８８４４号公報

本発明は、このような従来技術の問題を解決し、円周面を有する物体における該円周面の歪検出を短時間に且つ高い精度で行い得る方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、物体における円周面の歪検出方法であって、前記物体を前記円周面における中心軸線を中心にして回転させつつ、前記円周面に光を照射し、前記物体の回転位置による反射光強度の変化を測定することにより、前記円周面の歪を検出することを特徴とする歪検出方法を提供するものである。

本発明はまた、前記目的を達成するために、物体における円周面の歪検出装置であって、前記物体を前記円周面における中心軸線を中心にして回転させる駆動装置と、前記円周面を光照射する照射装置と、該円周面からの反射光強度を測定する測定装置と、該測定装置によって得られる反射光強度を前記物体の回転位置と関連づけて判別するための制御装置とを備えていることを特徴とする歪検出装置を提供するものである。

なお、上記の歪は、周形状における真円からのずれをいう

本発明に係る歪検出方法は、前記構成を採用しているので、被検査物を円周面における中心軸線を中心にして回転させつつ、円周面に光を照射し、物体の回転位置による反射光強度の変化を測定して、その測定結果から外周形状の歪を検出することができる。したがって、被検査物に接触子等を接触させる必要がなく、被検査物のチルティング（傾斜合わせ）やセンタリング（芯合わせ）のセッティング精度がある程度低くても、照射した光の被検査物による反射光を利用して測定ができる。その結果、被検査物のセッティングに要する時間が短くて済む。また、反射光強度の測定は被検査物の速い回転にも容易に追随できる。これらにより、被検査物の歪検出を短時間に且つ高い精度で行なうことができる。

また、本発明に係る歪検出装置は、前記構成に基づき、被検査物を駆動装置にセッティングし、照射装置及び測定装置による光照射と反射光強度の測定を行い、制御装置により反射光強度を物体の回転位置と関連づけて判別して、歪検出を行なうことができる。したがって、この場合にも、接触子と被検査物との接触を要せず、被検査物のセッティングに要する時間が短くて済み、反射光強度の測定は被検査物の速い回転にも容易に追随でき、これらにより、被検査物の歪検出を短時間に且つ高い精度で行なうことができる。

本願発明方法及び装置による歪検出の対象とされる物体の円周の歪の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る歪検出装置を概略的に示す図である。 図２の装置により得られた被検査物の画像を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る歪検出装置を概略的に示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る歪検出装置を概略的に示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る歪検出装置を概略的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図面中の同一又は同種の部分については、同じ番号を付して説明を一部省略する。

図１は、被検査物の一例である円筒ころの断面を示しており、図では理解を容易にするために凹凸を拡大して示している。図２は、この被検査物の歪検出を行なうための本発明の一実施形態に係る装置を示している。この歪検出装置は、被検査物Ｓをその円柱形状（回転体形状）の中心軸線を中心にして回転させる駆動装置１と、被検査物Ｓの外径面を光照射する照射装置２と、該外径面からの反射光の強度を測定する測定出装置３と、該測定装置によって得られた反射光強度を被検査物の回転位置と関連づけて判別するための制御装置４とを備えている。

駆動装置１は、この実施形態では、１対の駆動輪１１，１２を備えており、相互に同一方向に回転することにより、その上に載置された被検査物Ｓを回転させるものである。外径面の振れが少ない回転精度の良い駆動輪を用いることにより、被検査物Ｓは駆動装置上で一定位置で回転し、円柱形状における中心軸線を中心にした回転を行なう。

照射装置２は、被検査物の歪が明確に検出されるように点状光源又は被検査物Ｓに平行に延びる線状光源とするのが望ましい。但し、被検査物の歪の検出が可能であれば、面光源を使用することもできる。照射光は、測定装置の機能に応じて、可視光、赤外光、紫外光等のコヒーレント又はインコヒーレントな光を用いることができる。

測定装置３は、照射装置２により光照射された被検査物Ｓの外径面からの反射光強度を測定する機能を有し、この例ではラインセンサカメラ（ラインＣＣＤカメラ）を用いている。なお、照射装置２と被検査物Ｓとの間、又は被検査物Ｓと測定装置３との間には、レンズや反射鏡等の光学機器や光学素子を適宜介在させてもよい。

制御装置４は、測定装置３の信号線に接続されており、画像処理装置を備え、測定装置３から送られた光強度信号の変化を被検査物Ｓの回転位置と関連づけて判別する。この関連づけは、駆動装置１から送られる被検査物Ｓの回転位置情報と、光センサにより検出される光強度信号とを、制御装置４に送り該制御装置においてリアルタイムに行なうこともできるし、被検査物の外周について一連の反射光強度値を得た後に行なうこともできる。そして、歪の検出は、反射光の光強度信号が変化する位置を測定することにより行なうことができる。

図３は、図２の装置を用いて図１の被検査物Ｓに光照射したときに得られた画像を展開画像の形で示している。図中のＷは被検査物Ｓにおける円筒形状面の幅、Ｃはその周面の長さに相当する。被測定物Ｓの外径面に歪があると、その箇所で照射光の反射方向が変化するため、測定装置３での受光量がそれに応じて変化する。こにより、図３のようにｎ箇所に歪がある外径面の場合には、ｎ箇所において明度が変化する縞状の画像が得られる。被検査物Ｓの撮像は、その回転に伴って、図３の左から右へと進行した。この実施形態では、図３の光強度分布において、光強度変化を示す位置を測定することにより、歪の位置を検出することができる。反射光強度の測定は、光強度信号を得るようにして行なうことができるが、反射光の画像における明度の測定により行なうこともできる。

また、反射光強度から歪の径方向寸法を検出することができる。これは、径方向寸法の変化が反射光の強度に反映されることを利用するものである。この測定のためには、例えば、被検査物と同じ設計寸法で径方向歪が既知である物体を検出装置にセットして光照射と反射光強度の測定を行ない、その反射光強度の測定値を基準値として準備する。基準値を得るための物体は、できるだけ径方向歪のない真円に近い外径面を有したものと、歪寸法が異なる歪寸法が既知のものとを数個準備するのが望ましい。これにより、大小の歪寸法を含んだ外径面の周方向についての反射光強度（基準値）が得られる。そして、被検査物を検出装置に同様にセットして反射光強度の測定を行ない、その測定値と基準値とを比較する。その反射光強度の差違により、径方向寸法の歪を検出することができる。

さらに、ラインセンサカメラやエリアセンサカメラ等を用いて画像を得た場合は、円周面上の疵、錆等の局部的な欠陥を反射光強度の変化に基づく画像処理によって検出することができる。或いは、視認によって見いだすようにしてもよい。

このようにして行なわれる歪検出は、直径２０ｍｍ程度の被検査物であれば、搬送時間を含めても数秒程度で行なうことができる。したがって、インラインでの検査も可能となる。

図４は、本発明に係る歪検出方法を実施するための検出装置の他の例を示している。この実施形態に係る歪検出装置は、液槽６を備えており、該液槽に貯められた油中に駆動装置１及び被検査物Ｓを浸漬するようになっている。そして、照射装置２、測定装置３及び制御装置４は、液槽６外に配置される。

液層６は、少なくとも照射装置２からの照射及び測定装置３によって測定されるべき反射光を通す部分が透光性を有するものとされる。この実施形態では、液層６は、直方体状をなす金属製本体６１の側壁に開口６２が形成され、該開口を透明なガラス板６３で液密に覆っている。この液層６に油Ｌが貯められ、駆動装置１及び被検査物Ｓが浸漬される。

軸受用ころ等の物体は、加工する際に切削油が用いられ、他の物体においても防錆油が使用されたり、加工機器から油が付着したりして、表面に油が付着していることが多い。その場合には、付着した油が反射光強度を変化させ、正確な歪検出を妨げる。一方、付着した油を除去するのは、手間を要したり防錆作用をなくしたりするという問題がある。

これに対して、図４に示す装置を用いれば、液槽６内に貯められた油中に被検査物Ｓを浸漬するので、表面に付着した油は液槽内の油と一体となって反射光強度に与える影響が消失乃至低減し、正確な歪検出を妨げることがない。

液槽６には、図４に示すように、フィルタリング装置７及び脱気装置８のいずれかまたは双方を導管を通じて接続し、液槽６内の油をこれらの装置に循環させることができる。フィルタリング装置７により、油中の汚染物を除去し、脱気装置８により気泡を除去することにより、精度の高い検出をより長期間維持することが可能となる。フィルタリング装置及び脱気装置は、以下に説明する実施形態の液槽にも同様に接続することができる。

図５は、本発明に係る歪検出方法を実施するための検出装置のさらに他の例を示している。この実施形態に係る歪検出装置も、液槽６を備えており、該液槽内の油Ｌ中には、駆動装置１、被検査物Ｓ、及び照射装置２を浸漬するようになっている。そして、測定装置３及び制御装置４は、液槽６外に配置される。液層６は、少なくとも測定装置３によって検出されるべき反射光を通す部分が、透光性を有するものとされる。この液層６も前述のものと同様に、直方体状をなす金属製本体６１の側壁に開口６２が形成され、該開口を透明なガラス板６３で液密に覆っている。

このように、駆動装置１及び被検査物Ｓのみならず、照射装置２をも液槽６の油中に浸漬することにより、ガラス等の透光性部材を介して光照射を行なう場合に該透光性部材によって生じる反射をなくし、効率のよい光照射を行なうことができる。

図６は、本発明に係る歪検出方法を実施するための検出装置のさらに他の例を示している。この実施形態に係る歪検出装置も、液槽６’を備えており、該液槽内の油Ｌ中には、駆動装置１、被検査物Ｓ、照射装置２及び測定装置３を浸漬するようになっている。そして、制御装置４は、液槽６外に配置される。この液槽６’は、槽壁に光を透過させる必要がないので、油Ｌを貯めて上記部材を収容し得る寸法を有していればよい。

このように、駆動装置１及び被検査物Ｓのみならず、照射装置２及び測定装置３をも液槽６’の油中に浸漬することにより、ガラス等の透光性部材を介して光照射及び反射光強度の測定を行なう場合に該透光性部材によって生じる反射をなくし、効率のよい光照射及び検出を行なうことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、被検査物としては、実施形態において述べた円筒ころのみならず、円筒や円錐等の回転体形状をなす面を備えた種々の物体を対象とすることができる。検出対象となる面が円錐形状である場合は、その物体を円錐の中心軸線を中心として回転させ、円錐の母線に対して垂直な位置に照射装置及び測定装置を配置するのが望ましい。対象形状が全体として円錐台状をなす場合も同様である。

駆動装置としては、上記のものの他、被検査物の一端部または両端部を支持する支持部を有し、該支持部を回転させるものとすることができる。その支持部は、一端部または両端部を把持するもの、両端面の中心部に係合するピン状のもの等とすることができる。

液槽には、油に代えて他の液体を収容してもよい。その液体としては、被検査物に付着する液と同種とするか、付着液を溶解等により一体化する性質のものを選択するのが望ましい。

１ 駆動装置
２ 照射装置
３ 測定装置
４ 制御装置
６，６’液層
Ｌ 油
Ｓ 被検査物

Claims (13)

1. 物体における円周面の歪検出方法であって、前記物体を円周面における中心軸線を中心にして回転させつつ、前記円周面に光を照射し、前記物体の回転位置による反射光強度の変化を測定することにより、前記円周面の歪を検出することを特徴とする歪検出方法。
2. 前記物体を液槽に貯められた液中に浸漬して回転させつつ、該液槽外から光照射及び反射光強度の測定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の歪検出方法。
3. 前記物体を液槽に貯められた液中に浸漬して回転させ、且つ光照射を該液槽内において行ない、該液槽外において反射光強度の測定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の歪検出方法。
4. 前記物体を液槽に貯められた液中に浸漬して回転させ、且つ光照射及び反射光強度の測定を該液槽内において行なうことを特徴とする請求項１に記載の歪検出方法。
5. 円周面における歪部分の周方向位置を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歪検出方法。
6. 歪状態が既知である円周面について得た測定データと、被検査物の測定データとの比較により、被検査物の円周面における歪部分の径方向寸法を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歪検出方法。
7. 前記反射光の画像処理により、前記円周面における疵、錆等の局部的欠陥を検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の歪検出方法。
8. 物体における円周面の歪検出装置であって、前記物体を円周面における中心軸線を中心にして回転させる駆動装置と、前記円周面を光照射する照射装置と、該円周面からの反射光強度を測定する測定装置と、該測定装置によって得られる反射光強度を前記物体の回転位置と関連づけて判別するための制御装置とを備えていることを特徴とする歪検出装置。
9. 前記駆動装置及び前記物体を液中に浸漬するための液槽をさらに備え、前記照射装置、測定装置及び制御装置が該液槽外に配置されることを特徴とする請求項８に記載の歪検出装置。
10. 前記駆動装置及び前記物体を液中に浸漬するための液槽をさらに備え、前記照射装置が該液槽内に配置され、前記測定装置及び制御装置が該液槽外に配置されることを特徴とする請求項８に記載の歪検出装置。
11. 前記駆動装置及び前記物体を液中に浸漬するための液槽をさらに備え、前記照射装置及び測定装置が該液槽内に配置され、前記制御装置が該液槽外に配置されることを特徴とする請求項８に記載の歪検出装置。
12. 液中の汚染物を除去するためのフィルタリング装置が前記液槽に接続されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の歪検出装置。
13. 液中の気泡を除去するための脱気装置が前記液槽に接続されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の歪検出装置。