JPH11503827A - 直線的寸法を検査するためのオプトエレクトロニック計測装置 - Google Patents
直線的寸法を検査するためのオプトエレクトロニック計測装置Info
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- JPH11503827A JPH11503827A JP8530689A JP53068996A JPH11503827A JP H11503827 A JPH11503827 A JP H11503827A JP 8530689 A JP8530689 A JP 8530689A JP 53068996 A JP53068996 A JP 53068996A JP H11503827 A JPH11503827 A JP H11503827A
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Abstract
(57)【要約】
ベッド(1)と、加工物を支持するため、ベッドによって支持された第1支持構造(5、6)と、第2支持構造(4)と、第2支持構造(4)に連結された、関連した光線ビームを発生するための光源(22−25)と、光線ビームが加工物によって遮られた後、光線ビームを受け入れるため、第2支持構造(4)に連結された複数のリニア感光装置(26−29)と、これらの感光装置(26−29)に連結された検出−制御回路(20、21)とを有する、加工物(10)の線型寸法を投影技術に従って検査するための装置を提供する。光源(22−25)は、加工物の両側に二つのユニット(22、23;24、25)をなして配置されており、感光装置(26−29)もまた、加工物の両側に二つのユニット(26、27;28、29)をなして配置されている。第2支持構造(4)に連結された、二つの光学ビームスプリッター(30、31)は、光源が発した光線ビームを部分的に反射し、反対方向に差し向けられた二つの光線ビーム区分を発生する。これらの区分は、加工物に当り及び感光装置(26−29)に到達する。感光装置(26−29)は、同じ横方向平面内に配置されている。
Description
【発明の詳細な説明】
直線的寸法を検査するためのオプトエレクトロニック計測装置
技術分野
本発明は、加工物の幾何学的特徴を投影技術(shadow casting technique)に
従って検査するためのオプトエレクトロニック計測装置に関し、この計測装置は
、加工物の支持位置を画成する第1支持体と、この第1支持体に連結されており
、二つの部分が支持位置に関して向き合って配置された第2支持体と、一区分が
加工物に向かって差し向けられた第1光線ビームを提供するための、光放射線を
発生するための第1発生システムと、第1ビームが加工物によって遮られた後、
第1ビームを受け入れるため、二つの向き合って配置された部分のうちの一方に
連結された第1感光リニアシステムと、一区分が加工物に向かって差し向けられ
た第2光線ビームを提供するための、光放射線を発生するための第2発生システ
ムと、第2ビームが加工物によって遮られた後、第2ビームを受け入れるための
第2感光リニアシステムと、第1及び第2の感光リニアシステムに連結された検
出−制御回路とを有する。
背景技術
加工物の幾何学的特徴を検査するための様々な種類のオプトエレクトロニック
装置が知られている。これらの装置は、「投影」技術を含む様々な原理に基づい
ている。
基本的には、投影装置は、光線ビームを発してこれを予め固定された位置に配
置された加工物に差し向けるエミッタユニットを有する。加工物は、その寸法に
応じて、ビームを部分的に遮る。ビームの遮られなかった部分は、検出器プロセ
ッサユニットに到達する。検出器プロセッサユニットはビームの部分を検出し、
電子的処理によって加工物の寸法又は公称値に関する偏差を計算する。
投影計測装置のうち、リング、ハブ、及びシャフト等の細長い加工物といった
回転対称の加工物の直径及び軸線方向距離を絶対的に且つ柔軟に計測するための
装置が特に重要である。同様の装置についての柔軟にという用語は、公称寸法が
大幅に異なる加工物、直径寸法が異なる部分を持つ加工物、又は種類の異なる加
工物を、装置の構造を変更する必要なしに計測できるということを意味する。こ
れらの目的について、オプトエレクトロニックシステムは、広範な計測範囲をカ
バーする必要がある。市販されているオプトエレクトロニック構成要素、特に、
フォトダイオードからなる直線状のアレイ、「CCD(電荷結合デバイス)」の
アレイ、又は同様の構成を備えた装置等の検出装置は、カバーする計測範囲が比
較的小さいため、単一の構成要素の範囲を拡げることを可能にする解決策を考え
る必要がある。従って、幾つかの検出装置が次々に整合して配置されている場合
、一つの装置から次の装置までの通過と対応する重なっていないゾーンがあるた
め、結果的に得られた計測範囲が不連続であるということに留意しなければなら
ない。
第1の解決策は、検出装置を二つだけ使用(直径の検査を行う場合)し、オプ
トエレクトロニック装置の構成要素を移動するための精密位置決めスライド及び
スライドの移動を正確に計測するための計測システムを使用することを前提とし
ている。欧州特許出願第EP−A−0216587号に開示された計測装置に採
用された同様の解決策には、オプトエレクトロニックシステムの要素の移動及び
その計測を高精度で行うのが困難である、計測に時間がかかるという欠点がある
。
米国特許第4,854,707号に開示された装置による別の解決策は、加工
物の軸線方向に関して両側に配置された二列のエミッタ及び二列の検出器を使用
することを前提とする。二列のエミッタ及び二列の検出器は、長さ方向に並んで
配置されており、単一のエミッタ及び検出器が横方向計測方向で食い違っており
、単一のエミッタ−検出器対の計測範囲をかなり大きくする。エミッタ及び検出
器
の列を不整合にすることには、個々の計測範囲が、互いから所定距離のところで
、二つの平行な線に沿うという欠点がある。かくして、オプトエレクトロニック
システム及び加工物を加工物の軸線方向に沿って往復動させる必要がある。この
場合も、通常は、スライド、及び加工物の様々な断面で複数の寸法を検査する際
にスライドの位置を計測するための装置を使用することが前提とされる。加工物
の断面をエミッタの列及びこの列と関連した検出器の列と整合させることには、
計測サイクル時間、可能な採寸移動、及び電子的処理における複雑さによる不都
合がある。
発明の開示
本発明の目的は、二つの列をなして配置されたエミッタ及び検出器を含むが、
米国特許第4,854,707号に開示された装置の欠点を解決する装置を提供
することである。
これは、加工物の幾何学的特徴を投影技術に従って検査するためのオプトエレ
クトロニック計測装置であって、加工物の支持位置を画成する第1支持体と、こ
の第1支持体に連結されており、二つの部分が支持位置に関して向き合って配置
された第2支持体と、一区分が加工物に向かって差し向けられた第1光線ビーム
を提供するための、光放射線を発生するための第1発生システムと、第1ビーム
が加工物によって遮られた後、第1ビームを受け入れるため、二つの向き合って
配置された部分のうちの一方に連結された第1感光リニアシステムと、一区分が
加工物に向かって差し向けられた第2光線ビームを提供するための、光放射線を
発生するための第2発生システムと、第2ビームが加工物によって遮られた後、
第2ビームを受け入れるための第2感光リニアシステムと、第1及び第2の感光
リニアシステムに連結された検出−制御回路とを有する計測装置において、光放
射線を発生するための第2発生システムは、一区分が加工物に向かって差し向け
られた状態で、第2光線ビームを、第1光線ビームの区分の方向に関して反対方
向に提供するようになっており、2つのビームスプリッター装置が設けられ、こ
れらの装置の各々は、向き合って配置された部分のうちの一方に連結されており
、第1及び第2のビームの一方及び他方の両方を受け入れてこれらのビームのう
ちの一方を関連した感光リニアシステムに向かって部分的に変向し、第2感光リ
ニアシステムは、二つの向き合って配置された部分のうちの他方に連結され、上
述の二つのビームスプリッター装置は、第1及び第2の感光リニアシステムと支
持位置との間に配置されている、ことを特徴とする計測装置によって達成される
。
本発明によれば、広範な計測範囲を連続的にカバーする検出器の仮想的リニア
アレイ(virtual linear array)を持つ装置を得ることができる。
従って、計測値の正確性及び再現性を高め、計測時間を短くし、機械的移動量
を少なくし、ソフトウェアを簡単にすることができる。
図面の簡単な説明
次に、本発明を例示の非限定的目的で添付図面を参照して詳細に説明する。
第1図は、直径、長さ、楕円度、同心性、等を計測するための装置の概略正面
図である。
第2図は、第1図に示す装置の平面図である。
第3図は、第1図及び第2図に示す装置の駆動装置及び処理装置の簡略化した
ダイヤグラムである。
第4図は、第1図、第2図、及び第3図に示す装置のオプトエレクトロニック
計測システムの試験的アウトラインである。
第5図は、第2実施形態による装置の概略断面図である。
第6図は、検査されるべき加工物が第5図と異なる角度位置で示してある第8
図のVI−VI線に沿った第5図の装置の断面図である。
第7図は、第5図及び第6図に示す装置の横方向部分断面図である。
第8図は、第6図のVIII−VIII線に沿った第5図、第6図、及び第7図の装置
の断面図である。
第9図は、第5図乃至第8図に示す装置の駆動装置及び処理装置の簡略化した
ダイヤグラムである。
本発明の最良の実施形態
以下の説明において、本発明の二つの実施形態を示す。これらの実施形態のう
ち、回転対称であることを特徴とする加工物についての第1の実施形態は、第1
図、第2図、第3図、及び第4図に示してあり、回転軸線を中心として非対称で
あることを特徴とする例えばクランクシャフト等の加工物に適した第2の実施形
態は、第5図、第6図、及び第7図に示してある。
第1図乃至第4図に示す第1実施形態による装置は、例えばあり溝形状の二つ
の案内体2、3を備えたベッド1を有する。このベッドには、オプトエレクトロ
ニック計測システムの主構成部品を支持するための二つの部分即ちスタンション
33、34が向き合って配置された実質的にU字形状の長さ方向スライド4が連
結されている。
ベッド1には、モータ8によって駆動される回りセンタ7及び止まりセンタ9
の夫々を支持するための二つの支持体5、6が取り付けられている。回りセンタ
7及び止まりセンタ9は、計測されるべき加工物を支持する。加工物は、第1図
及び第2図に示す例では、公称直径が同じ二つの端部分11、12及び公称直径
が異なる二つの中間部分13、14を持つシャフト10である。モータ8を含む
支持体5、及び支持体6は、回りセンタ7及び止まりセンタ9が様々な長さの加
工物を支持できるように、長さ方向案内体15に調節自在に取り付けられている
。
長さ方向スライド4は、回りセンタ7及び止まりセンタ9の幾何学的軸線が画
定する方向に、換言すると加工物10を支持位置に位置決めしたときの加工物1
0の幾何学的軸線の方向に従って、モータ16及び第3図に破線17で概略に示
す機械的連結装置からなる駆動システムによって、案内体2、3に沿って移動
できる。スライド4とベッド1との間には、スライド4の位置に応じて信号を発
生する線型位置変換器18(第3図参照)が取り付けられている。更に、回りセ
ンタ7の回転、及びかくして加工物10の回転に応じて信号を発生する計測シス
テム19、例えば回転変換器即ち「エンコーダ」が、モータ8と関連している。
電気キャビネット20には、電源、制御、処理、ディスプレー、及びプリント
を行うための回路及び装置が入っている。キャビネット20の回路は、モータ8
及び16、計測変換器18及び19、及び第3図で参照番号21を附したオプト
エレクトロニック計測システムの他の要素に接続されている。
第1図、第2図、及び第4図を参照すると、オプトエレクトロニック計測シス
テム21は、4つのエミッタ装置即ち光放射線発生器即ち光源22、23、24
、及び25と、4つのレシーバー装置即ち感光装置26、27、28、及び29
と、スライド4の二つのスタンション33及び34に連結された二つのプリズム
即ちビームスプリッター30及び31からなる。二つのスタンション33及び3
4は、スライド4のベースプレート35によって互いにしっかりと連結されてい
る。
エミッタ装置22−25は、装置の長さ方向、即ち案内体2、3、及び15が
画定する方向、即ち回りセンタ7及び止まりセンタ9が画定する方向に配置され
ており、これに対し、レシーバー装置26−29は、長さ方向に対して垂直に横
方向に配置されている。
エミッタ装置22及び23、レシーバー装置26及び27、及びビームスプリ
ッター30は、スタンション33に連結されており、エミッタ装置24及び25
、レシーバー装置28及び29、及びビームスプリッター31は、スタンション
34に連結されている。光源は、実質的に二つのサブシステム又はユニット22
、23;24、25にグループ分けされており、同様に、感光装置は、二つの対
応するサブシステム又はユニット28、29;26、27にグループ分けされて
いる。
第1図に示すように、エミッタ装置22−25、及び4つのレシーバー装置即
ち感光装置26−29は、長さ方向及び本明細書中上文中に説明した横方向に対
して垂直な所定の方向(第1図の垂直方向)で互い違いになっている。エミッタ
22の幾何学的軸線及びこの軸線に対して垂直なレシーバー28の幾何学的軸線
は、第1図の方向に対して垂直な所定の第1平面内にあり、同様に、エミッタ2
4の幾何学的軸線及びレシーバー26の幾何学的軸線は、第1平面と垂直な第2
平面内にあり、エミッタ23の幾何学的軸線及びレシーバー29の幾何学的軸線
は、第2平面と垂直な第3平面内にあり、エミッタ25の幾何学的軸線及びレシ
ーバー27の幾何学的軸線は、第3平面と垂直な第4平面内にある。第1平面と
第2平面との間に存在する距離は、第2平面と第3平面との間に存在する距離及
び第3平面と第4平面との間に存在する距離と等しい。更に、エミッタ22及び
23の幾何学的軸線、及びエミッタ24及び25の幾何学的軸線は、横方向に食
い違った二つの平行な平面(上述の第4平面と垂直である)内にある。これとは
異なり、レシーバー26、27、28、及び29の幾何学的軸線は、同じ横方向
(垂直)平面内にある。
エミッタ22が発した光線ビームは長さ方向に差し向けられ、従ってビームス
プリッター30に当たる。スプリッタープリズム30の斜めの平面が光線ビーム
の半分を横方向に反射する。光線の残りの半分が伝達され、使用されないままに
保持される。反射された光線は、スタンション33の窓36を通過することによ
って、加工物(第4図には示さず)に向かう行路の所定の区分に亘って(第4図
で見て左から右に)移動し、次いで、加工物がある場合にはこれによって遮られ
るが、加工物がない場合にはスタンション34の窓37を通って移動し、ビーム
スプリッター31に到達する。光線の反射された部分は、ビームスプリッター3
1の斜めの平面のところで、入射ビームの半分に等しく、これは使用されないけ
れども、伝達された光はレシーバー28に到達する。
エミッタ23からレシーバー29への伝達は同様に行われる。
エミッタ24が発した光線ビームは長さ方向に差し向けられ、従ってビームス
プリッター31に当たる。プリズム31の斜めの平面が光線ビームの半分を横方
向に反射する。光線の残り半分が伝達され、使用されないままに保持される。反
射された光線は、スタンション34の窓37を通過することによって、加工物に
向かう行路の所定の区分に亘って(第4図で見て右から左に)移動し、次いで、
加工物がある場合にはこれによって遮られ、加工物がない場合には窓36を通っ
て移動し、ビームスプリッター30に到達する。光線の反射された部分は、ビー
ムスプリッター30の斜めの平面のところで、入射ビームの半分に等しく、これ
は使用されないけれども、伝達された光はレシーバー26に到達する。
エミッタ25からレシーバー27への伝達は同様に行われる。
エミッタ−レシーバー対の各々を垂直方向(第1図参照)に離間する距離は、
実質的に、関連した計測範囲を合計した値である。更に詳細に述べると、28−
26−29−27の順番(第1図で上から下への方向)に従って隣接したレシー
バー26、27、28、及び29の計測範囲を垂直方向で合計する。実際には、
4つのレシーバーからなる仮想的リニアアレイが形成される。
第1図及び第2図に行路O−Oで示す長さ方向対称平面をオプトエレクトロニ
ックシステムの「対象平面」とすることによって、光源22−25が対象平面に
関して平行に配置されており且つ対象平面に関して両側に配置された二つのユニ
ットに分けられていることがわかるが、対象平面に関して垂直に配置された感光
装置26−29もまた、対象平面の両側に配置されており、これらの感光装置の
幾何学的軸線が対象平面に関して垂直な横断平面内にあることがわかる。
オプトエレクトロニック計測システム21の構成要素の配置を逆にすることも
できる。この場合には、感光装置26−29は対象平面O−Oに関して平行に配
置され、対象平面に関して両側に配置された二つのユニットに分けられるが、光
源22−25は対象平面と垂直に配置され、これらの光源の幾何学的軸線は上述
の横断面内にある。このような場合には、エミッタ22−25の各々が発した光
線ビームの半分が、関連したビームスプリッター30(又は31)を通って伝達
され、行路の一区分に亘って加工物に向かって移動し、次いで、加工物がある場
合にはこれによって遮られ、加工物がない場合には他方のビームスプリッター3
1(又は30)まで移動する。他方のビームスプリッターの斜めの部分で反射さ
れた光、即ち入射ビームの半分が関連したレシーバー26−29に到達する。
好ましくは、エミッタは、赤外線ダイオード型であり、レシーバーはCCD型
である。
一つのCCDアレイは、例えば、22mmの計測範囲をカバーできる。本発明に
よれば、4つのエミッタ−レシーバー対によって、約82mmの連続範囲を得るこ
とができる(隣接したレシーバーの各対について2mm重なる)。エミッタ−レシ
ーバー対の数を必要に応じて増やす(減らす)ことができるということは明らか
である。例えば、対が七つある場合には、計測範囲は142mmとなる。対の数は
、ビームスプリッター装置(プリズム)の最大可能な長さで決まり、これは、必
要とされる計測の正確性によって設定される機械加工の許容差と一致する。
第5図乃至第8図に示す第2実施形態は、回転軸線を中心として非対称である
ことを特徴とする加工物、例えばクランクシャフト10′の検査に特に適してい
る。このクランクシャフトは、クランクシャフトの回転軸線を画成する主ジャー
ナル47、及び回転軸線と平行であり且つこの軸線から間隔が隔てられた幾何学
的偏心軸線を画成するクランクピン48を有する。
この装置は、あり溝形状の二つの案内体2′、3′を備えたベッド1′を有す
る。このベッドには、二つのコラム33′、34′と二つの横方向案内体39、
40を備えた上プレート38とを持つ実質的にブリッジ形状の長さ方向スライド
4′が連結されている。横方向案内体には、第9図で参照番号21′を附したオ
プトエレクトロニック計測システムの主構成部品を支持するための二つのスタン
ション42、43を構成する実質的にU字形状の横方向スライド41が連結され
ている。オプトエレクトロニック計測システム21′は、7個のエミッタ装置即
ち光放射線発生器即ち光源22′、22″、7個のレシーバー装置即ち感光装置
26′、26″、及び2個のプリズム即ちビームスプリッター30′、31′を
有し、これらは、スライド41のスタンション42、43に連結されている。横
方向スライド41の二つのスタンション42、43に設けられたオプトエレクト
ロニック計測システム21′の構成は、第1図乃至第4図に示す長さ方向スライ
ド4の二つのコラム33、34に設けられた第1実施形態のオプトエレクトロニ
ック計測システム21とほぼ同じである。オプトエレクトロニック計測システム
の作動原理は、第1実施形態を参照して開示されたシステム21のオプトエレク
トロニック計測システムと実質的に同じである。
加工物支持手段は、第1図及び第2図を参照して第1実施形態について説明さ
れたものと実質的に同じである。ベッド1′には、モータ8′によって回転駆動
される回りセンタ7′及び止まりセンタ9′の夫々を支持するための二つの支持
体5′、6′が取り付けられている。回りセンタ7′及び止まりセンタ9′は、
計測されるべきクランクシャフト10′を支持する。回りセンタ7′及び止まり
センタ9′が様々な長さの加工物を支持できるようにするため、支持体6′は、
長さ方向案内体15′上に調節自在に取り付けられている。
長さ方向スライド4′は、回りセンタ7′及び止まりセンタ9′の幾何学的軸
線が構成する方向に従って、換言すると、クランクシャフト10′を支持位置に
位置決めした場合のクランクシャフト10′の回転軸線の方向に従って、案内体
2′、3′に沿って、モータ16′及び第9図に破線17′で概略に示す機械的
連結装置を有する駆動システムによって移動できる。スライド4′とベッド1′
との間には、スライド4′の位置に応じて信号を発生するためのリニア位置変換
器18′が取り付けられている。回りセンタ7′及びかくして加工物10′の回
転に応じて信号を発生する計測システム19′、例えば回転変換器即ち「エンコ
ーダ」がモータ8′と関連している。
横方向スライド41は、案内体39、40に沿って横方向に光線ビームの方向
と平行に駆動システムによって移動できる。駆動システムは、モータ44及び第
9図に破線45で概略に示す機械的連結装置を含む。横方向スライド41の位置
は、リニア位置変換器46によって示される。
電気キャビネット20′には、電源、制御、処理、ディスプレー、及びプリン
トを行うための回路及び装置が入っている。キャビネット20′の回路は、モー
タ8′、16′、及び44、計測変換器18′、19′及び46、及びオプトエ
レクトロニック計測システム21′の他の要素に接続されている。
オプトエレクトロニック計測システム21′は、比較的高価であるが、光学装
置の特徴に応じて被写界深度が制限されている。検査を受ける加工物の表面が被
写界深度と対応する空間の外にある場合には、即ちオプトエレクトロニック計測
システム21′を支持するスタンション42と43との間の横方向ゾーンのほぼ
中央から遠い場合には、装置の信頼性は確保されない。これは、誤焦合による誤
差が大きいためである。クランクシャフト10′、又は他の回転軸線を中心とし
て非対称であることを特徴とする加工物に関し、回転軸線を中心とした加工物の
様々な角度位置と対応してクランクピン48の直径方向寸法を検査することによ
って、例えばクランクピン48の丸味等の特定の特徴を制御する場合、検査を受
けたクランクピン48の表面の横方向構成は、クランクシャフト10′の角度位
置が変化するときに加工物の回転軸線に関して変化する。
この検査及び以下に説明する検査を行うために横方向スライド41を移動する
ことによって、スタンション42、43及び従って光学システム21′を、検査
中のクランクピンの表面に関して対称な位置に保持することができる。
例えばクランクシャフト10′の公称寸法、及びエンコーダ19′が提供する
他の公称特徴及び角度位置に関する記憶されたデータに基づき、電気キャビネッ
ト20′内の制御回路及び処理回路が、クランクシャフト10′の角度位置に応
じてモータ44を駆動し、横方向スライドを移動する。
本発明による装置で実施される検査作業のうちの二つの作業を以下に簡単に説
明する。
第1の検査作業は、回転軸線を中心としたクランクピン48、48′、48″
の相互角度配置(即ち「インデックス」)に関する。
クランクピン48、48′、48″の各々は、その偏心軸線及びクランクシャ
フト10′の回転軸線を含む半径方向平面を構成する。基準クランクピン48(
例えば主ジャーナル47と隣接したクランクピン)の半径方向平面を角度基準と
して選択する。
キャビネット20′の制御回路でモータ8′を制御し、クランクシャフト10
′を、回転軸線を中心として、ラフ位置(rough position)まで回転駆動する。
ラフ位置では、基準クランクピン48の半径方向平面は、加工物に向かって差し
向けられた光線ビームの方向及びクランクシャフト10の回転軸線とほぼ垂直で
ある。この位置は、クランクシャフト10′の公称特徴に関する記憶されたデー
タに基づいて得られる。以下の方法で、基準クランクピン48の正確な基準位置
(第5図に示す位置)を得る。上述のラフ位置を中心としたクランクシャフト1
0′の所定角度の回転移動をモータ8′によって制御し、このような回転移動中
、基準クランクピンの表面の位置をオプトエレクトロニック計測システム21′
で検査する。エンコーダ19′によって検出された、検査した表面の回転軸線か
らの最大距離(第5図によるクランクピン48の影の上縁部の最大高さ)と対応
する角度配置を角度基準位置として取り出す。
次いで、モータ8′をエンコーダ19′からの信号に基づいて制御し、クラン
クシャフト10′を駆動して回転軸線を中心として第6図に示す位置まで90°
回転する。
この位置では、基準クランクピン48の上述の半径方向平面は、加工物に向か
って差し向けられた光線ビームの方向及び回転軸線と平行である。
この位置に達したとき、電気キャビネット20′の制御回路がモータ44を駆
動し、二つのスタンション42、43を持つ横方向スライド及び従ってオプトエ
レクトロニック計測システム21′を第8図に示す基準クランクピン48の軸線
を中心として横方向に対称な位置まで移動する。感光装置26′が配置された方
向(第6図の垂直方向)に沿った基準クランクピン48の幾何学的軸線の位置と
関連した値を検出する。
次いで、モータ8′を電気キャビネット20′の制御回路によってエンコーダ
19′からの信号に基づいて制御し、クランクシャフト10′を回転軸線を中心
として基準クランクピン48に関して検査されるべきクランクピン48′の公称
角度配置と対応する角度だけ回転駆動する。
この位置に達したとき、電気キャビネット20′の制御回路がモータ16′を
駆動して長さ方向スライド4′を移動し、二つのスタンション42、43を検査
されるべきクランクピン48′と対応して移動する。感光装置26′が配置され
た方向に沿ったクランクピン48′の軸線の位置と関連した値をオプトエレクト
ロニックシステム21′で検出する。
このようにして決定された値の間の差は、クランクピン48と48′との間の
相互角度配置の公称「インデックス」からのずれを示す。
この作業を全ての他のクランクピンについて繰り返す。
第2の検査は、クランクピン48の幾何学的偏心軸線のクランクシャフト10
′の回転軸線からの半径方向距離(即ち「スロー(throw)」)に関する。この
検査は以下の工程を含む。先ず最初に感光装置26′の整合方向に沿った回転軸
線の位置を決定する。主ジャーナル47、47′の軸線の位置と関連した値(長
さ方向スライド4′の二つの異なる位置と対応する)をオプトエレクトロニック
計測システム21′で検出し、周知の方法で適切に処理し、回転軸線の位置を示
す値を得る。次いで、キャビネット20′の制御手段によってモータ8′を制御
し、クランクシャフト10′を回転軸線を中心としてラフ位置まで回転駆動する
。このラフ位置では、スローが検査されるべきクランクピン48の半径方向平面
が、加工物に向かって差し向けられた光線ビームの方向とほぼ垂直である。モー
タ16′は、検査されるべきクランクピン48′と対応して長さ方向スライド4
′及びオプトエレクトロニック計測システム21′を駆動するように制御される
(第5図に示す位置と実質的に対応する位置)。
このような正確な基準位置では、感光装置26′の整合方向に沿ったクランク
ピン48の偏心軸線の位置と関連した値をオプトエレクトロニック計測システム
21′によって検出する。
このような整合方向に沿った偏心軸線及び回転軸線の夫々の位置と関連した値
の間の差が、「スロー」の値を示す。
同じ方法を全ての他のクランクピンについて繰り返す。
上文中に説明した実施形態では、二つのビームスプリッターを二つのプリズム
で製作した。この解決策は、更に正確な機械的連結を保証するために選択されて
おり、高精度であり、位置決めを行う必要がない。プリズム30、31;30′
、31′が果たす機能は、特定の光学的特性及び性質を持つ単層又はフィルムで
も得ることができる。
ビームスプリッタープリズム30、31;30′、31′の品質及びこれらの
プリズムを連結するための角度配置が重要であるということを理解すべきである
。いずれにせよ、上述の実施形態は市販の構成要素を使用して製造でき、機械的
に極めて正確に連結する必要はない。
通常、オプトエレクトロニックシステムは、コリメーティングレンズ及びフー
リエ空間フィルタを更に有する。更に特定的に述べると、エミッタ装置22−2
5;22′、22″、及びレシーバー装置26−29;26′、26″には、テ
レセントリック光学装置を一体化でき、レシーバー装置26−29;26′、2
6″では、レンズが、環境の光線、及び浮遊している粒子、フューム、及び蒸気
によって拡散された光線の影響を確実になくす。しかしながら、簡略化を図るた
め、これらの構成要素は図示してない。これは、これらの構成要素の使用及び関
連した機能が周知であるためである。
装置には、計測システムの較正を行うため、周知の寸法の常駐マウターピース
を周知の方法で備えることができる。
更に、第2実施形態を参照すると、加工物の様々な区分を支持位置まで送るた
め、光源22−25;22′、22″、感光装置26−29;26′、26″、
及び固定支持体上の横方向スライド41及び加工物10又は長さ方向スライド上
のクランクシャフト10″を組み立てることができる。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項
【提出日】1997年4月8日
【補正内容】
明細書
直線的寸法を検査するためのオプトエレクトロニック計測装置
技術分野
本発明は、加工物の幾何学的特徴を投影技術(shadow casting technique)に
従って検査するためのオプトエレクトロニック計測装置に関し、この計測装置は
、加工物の支持位置を画成する第1支持体と、この第1支持体に連結されており
、二つの部分が支持位置に関して向き合って配置された第2支持体と、一区分が
加工物に向かって差し向けられた第1光線ビームを提供するための、光放射線を
発生するための第1発生システムと、第1ビームが加工物によって遮られた後、
第1ビームを受け入れるため、二つの向き合って配置された部分のうちの一方に
連結された第1感光リニアシステムと、一区分が加工物に向かって差し向けられ
た第2光線ビームを提供するための、光放射線を発生するための第2発生システ
ムと、第2ビームが加工物によって遮られた後、第2ビームを受け入れるための
第2感光リニアシステムと、第1及び第2の感光リニアシステムに連結された検
出−制御回路とを有し、この検出−制御回路は、第1及び第2の感光リニアシス
テムから信号を受け取り、加工物の単一の断面の計測を行うため、信号を組み合
わせるようになっている。
背景技術
加工物の幾何学的特徴を検査するための様々な種類のオプトエレクトロニック
装置が知られている。これらの装置は、「投影」技術を含む様々な原理に基づい
ている。
基本的には、投影装置は、光線ビームを発してこれを予め固定された位置に配
置された加工物に差し向けるエミッタユニットを有する。加工物は、その寸法に
応じて、ビームを部分的に遮る。ビームの遮られなかった部分は、検出器プロセ
ッサユニットに到達する。検出器プロセッサユニットはビームの部分を検出し、
電子的処理によって加工物の寸法又は公称値に関する偏差を計算する。
投影計測装置のうち、リング、ハブ、及びシャフト等の細長い加工物といった
回転対称の加工物の直径及び軸線方向距離を絶対的に且つ柔軟に計測するための
装置が特に重要である。同様の装置についての柔軟にという用語は、公称寸法が
大幅に異なる加工物、直径寸法が異なる部分を持つ加工物、又は種類の異なる加
工物を、装置の構造を変更する必要なしに計測できるということを意味する。こ
れらの目的について、オプトエレクトロニックシステムは、広範な計測範囲をカ
バーする必要がある。市販されているオプトエレクトロニック構成要素、特に、
フォトダイオードからなる直線状のアレイ、「CCD(電荷結合デバイス)」の
アレイ、又は同様の構成を備えた装置等の検出装置は、カバーする計測範囲が比
較的小さいため、単一の構成要素の範囲を拡げることを可能にする解決策を考え
る必要がある。従って、幾つかの検出装置が次々に整合して配置されている場合
、一つの装置から次の装置までの通過と対応する重なっていないゾーンがあるた
め、結果的に得られた計測範囲が不連続であるということに留意しなければなら
ない。
米国特許第4,854,707号に開示された装置による別の解決策は、加工
物の軸線方向に関して両側に配置された二列のエミッタ及び二列の検出器を使用
することを前提とする。二列のエミッタ及び二列の検出器は、長さ方向に並んで
配置されており、単一のエミッタ及び検出器が横方向計測方向で食い違っており
、単一のエミッタ−検出器対の計測範囲をかなり大きくする。エミッタ及び検出
器の列を不整合にすることには、個々の計測範囲が、互いから所定距離のところ
で、二つの平行な線に沿うという欠点がある。かくして、オプトエレクトロニッ
クシステム及び加工物を加工物の軸線方向に沿って往復動させる必要がある。こ
の場合も、通常は、スライド、及び加工物の様々な断面で複数の寸法を検査する
際にスライドの位置を計測するための装置を使用することが前提とされる。加工
物の断面をエミッタの列及びこの列と関連した検出器の列と整合させることには
、計測サイクル時間、可能な採寸移動、及び電子的処理における複雑さによる不
都合がある。
英国特許第2030286号には、円形又は楕円形の断面を持つ物品の輪郭形
体を計測するための装置が開示されている。
計測されるべき物品を割り送りターンテーブルに置くと同時に、三つの独立し
たオプトエレクトロニック計測システムによって三つの異なる断面で検査を行う
。各計測システムは、レーザー光源及びレーザー光線ビームを反射して期間T間
に走査ビームを提供するための回転ミラーを含む投影部材と、光受け入れ部材と
を含む。投影部材及び受け入れ部材は、ターンテーブルの両側に配置されている
。対象物の輪郭に関するデータは、光受け入れ部材からの出力信号の持続時間を
検出することによって得られる。
発明の開示
本発明の目的は、二つの列をなして配置されたエミッタ及び検出器を含むが、
米国特許第4,854,707号に開示された装置の欠点を解決する装置を提供
することである。
これは、加工物の幾何学的特徴を投影技術に従って検査するためのオプトエレ
クトロニック計測装置であって、加工物の支持位置を画成する第1支持体と、こ
の第1支持体に連結されており、二つの部分が支持位置に関して向き合って配置
された第2支持体と、一区分が加工物に向かって差し向けられた第1光線ビーム
を提供するための、光放射線を発生するための第1発生システムと、第1ビーム
が加工物によって遮られた後、第1ビームを受け入れるため、二つの向き合って
配置された部分のうちの一方に連結された第1感光リニアシステムと、一区分が
加工物に向かって差し向けられた第2光線ビームを提供するための、光放射線を
発生するための第2発生システムと、第2ビームが加工物によって遮られた後、
第2ビームを受け入れるための第2感光リニアシステムと、第1及び第2の感光
リニアシステムに連結された検出−制御回路とを有し、この検出−制御回路は、
第1及び第2の感光リニアシステムから信号を受け取り、加工物の単一の断面の
計測を行うため、信号を組み合わせるようになっている計測装置において、光放
射線を発生するための第2発生システムは、一区分が加工物に向かって差し向け
られた状態で、第2光線ビームを、第1光線ビームの区分の方向に関して反対方
向に提供するようになっており、2つのビームスプリッター装置が設けられ、こ
れらの装置の各々は、向き合って配置された部分のうちの一方に連結されており
、第1及び第2のビームの一方及び他方の両方を受け入れてこれらのビームのう
ちの一方を関連した感光リニアシステムに向かって部分的に変向し、第2感光リ
ニアシステムは、二つの向き合って配置された部分のうちの他方に連結され、上
述の二つのビームスプリッター装置は、第1及び第2の感光リニアシステムと支
持位置との間に配置されている、ことを特徴とする計測装置によって達成される
。
本発明によれば、広範な計測範囲を連続的にカバーする検出器の仮想的リニア
アレイ(virtual linear array)を持つ装置を得ることができる。
請求の範囲
1. 加工物(10;10′)の幾何学的特徴を投影技術に従って検査するた
めのオプトエレクトロニック計測装置であって、前記加工物の支持位置を画成す
る第1支持体(1;1′)と、該第1支持体に連結されており、二つの部分(3
3、34;33′、34′)が前記支持位置に関して向き合って配置された第2
支持体(4;4′)と、一区分が前記加工物に向かって差し向けられた第1光線
ビームを提供するための、光放射線を発生するための第1発生システム(22、
23;22′)と、前記第1ビームが前記加工物によって遮られた後、前記第1
ビームを受け入れるため、前記二つの向き合って配置された部分のうちの一方(
34;34′)に連結された第1感光リニアシステム(28、29;26′)と
、一区分が前記加工物に向かって差し向けられた第2光線ビームを提供するため
の、光放射線を発生するための第2発生システム(24、25;22″)と、前
記第2ビームが前記加工物によって遮られた後、前記第2ビームを受け入れるた
めの第2感光リニアシステム(26、27;26″)と、前記第1及び第2の感
光リニアシステム(26−29;26′、26″)に連結された検出−制御回路
(20、21:20′、21′)とを有し、前記検出−制御回路は、前記第1及
び第2の感光リニアシステムから信号を受け取り、前記加工物の単一の断面の計
測を行うため、前記信号を組み合わせるようになっている、計測装置において、
光放射線を発生するための前記第2システム(24、25;22″)は、一区分
が前記加工物(10;10′)に向かって差し向けられた状態で、前記第2光線
ビームを、前記第1光線ビームの前記区分の方向に関して反対方向に提供するよ
うになっており、2つのビームスプリッター装置(30、31;30′、31′
)が設けられ、これらの装置の各々は、前記向き合って配置された部分(33、
34;33′、34′)のうちの一方に連結されており、
前記第1及び第2のビームの一方及び他方の両方を受け入れてこれらのビームの
うちの一方を関連した感光リニアシステム(26−29)に向かって部分的に変
向し、前記第2感光リニアシステム(26、27;26″)は、前記二つの向き
合って配置された部分のうちの他方(33;33′)に連結され、前記二つのビ
ームスプリッター装置(30、31;30′、31′)は、前記第1及び第2の
感光リニアシステム(26−29;26″)と前記支持位置との間に配置されて
いる、ことを特徴とする計測装置。
2. 前記第1及び第2の発生システム(22−25;22′、22″)は、
前記二つの向き合って配置された部分(33、34;33′、34′)に連結さ
れており、前記光線ビームの前記区分の方向に対して横方向の平面内にあり、各
ビームスプリッター装置(30、31;30′、31′)は、一方の発生システ
ムの放射線を受け入れ、これらの放射線の一部を変向し、前記加工物に向かって
差し向けられた対応する区分を提供するようになっている、請求項1に記載の装
置。
3. 前記第1及び第2の感光リニアシステム(26−29;26′、26″
)は、実質的に、光線ビームの前記区分の方向及びビームの前記方向と垂直な方
向と平行な横方向平面内にあり、単一の仮想的感光リニアシステムを提供するた
め、前記垂直方向で互いに関して食い違っている、請求項1に記載の装置。
4. 前記感光リニアシステム(26−29;26″)は、全計測範囲がそれ
らのシステムの計測範囲の和と実質的に一致するように間隔が隔てられている、
請求項3に記載の装置。
5. 前記第1及び第2の発生システム(22−25;22′、22″)は、
前記横方向平面と垂直な方向に配置されている、請求項3又は4に記載の装置。
6. 幾何学的軸線を画成する加工物(10;10′)の幾何学的特徴を検査
するため、前記第2支持体(4;4′)は前記第1支持体(1、1′)に関して
長さ方向に前記加工物(10;10′)の幾何学的軸線と平行に移動自在である
、請求項1乃至5のうちのいずれか一項に記載の装置。
7. 第1支持体(5、6;5′、6′)及び第2支持体(4、4′)の相互
位置を検出するための位置変換器(18;18′)を有する、請求項6に記載の
装置。
8. 前記第1支持体(1;1′)は、前記加工物(10;10′)を支持し
且つ回転させるための回りセンタ(7;7′)及び止まりセンタ(9;9′)を
含む、請求項1乃至7のうちのいずれか一項に記載の装置。
9. 様々な長さの前記加工物を支持するため、前記第1支持(5、6;5′
、6′)は、前記回りセンタ及び止まりセンタ(7、9;7′、9′)の位置を
調節できる、請求項8に記載の装置。
10. 前記第2支持体は、光線ビームの前記区分の方向と平行に横方向に移
動自在の少なくとも一つの横方向スライド(41)を有し、前記第1及び第2の
発生システム(22−25;22′、22″)、前記第1及び第2の感光リニア
システム(26−29;26′、26″)、及び前記二つのビームスプリッター
(30、31;30′、31′)は、前記横方向スライドに連結されており、前
記検出一制御回路(20;20′)は、検査されるべき加工物の表面の横方向構
成に従って前記横方向スライドの並進を制御するようになっている、請求項1に
記載の装置。
11. 前記横方向スライド(41)は、前記二つの向き合って配置された部
分(33、34;33′、34′)を含む、請求項10に記載の装置。
12. 回転軸線を画成するクランクシャフトのクランクピンの幾何学的特徴
を検査するため、前記第1支持体は、クランクシャフト(10′)を支持し且つ
回転させるための回りセンタ(7′)及び止まりセンタ(9′)を含む、請求項
10又は11に記載の装置。
13. 別の発生システム(22−25;22′、22″)及び別の感光リニ
アシステム(26−29;26′、26″)をさらに含む、請求項1乃至12の
うちのいずれか一項に記載の装置。
14. 前記第1発生システム、前記第2発生システム、前記別のシステムは
、赤外線ダイオード型の光源(22−25;22′、22″)を有し、前記第1
感光リニアシステム、前記第2感光リニアシステム、前記別の感光リニアシステ
ム(26−29;26′、26″)は、CCD型である、請求項13に記載の装
置。
─────────────────────────────────────────────────────
【要約の続き】
(26−29)は、同じ横方向平面内に配置されてい
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 加工物(10;10′)の幾何学的特徴を投影技術に従って検査するた めのオプトエレクトロニック計測装置であって、前記加工物の支持位置を画成す る第1支持体(1;1′)と、該第1支持体に連結されており、二つの部分(3 3、34;33′、34′)が前記支持位置に関して向き合って配置された第2 支持体(4;4′)と、一区分が前記加工物に向かって差し向けられた第1光線 ビームを提供するための、光放射線を発生するための第1発生システム(22、 23;22′)と、前記第1ビームが前記加工物によって遮られた後、前記第1 ビームを受け入れるため、前記二つの向き合って配置された部分のうちの一方( 34;34′)に連結された第1感光リニアシステム(28、29;26′)と 、一区分が前記加工物に向かって差し向けられた第2光線ビームを提供するため の、光放射線を発生するための第2発生システム(24、25;22″)と、前 記第2ビームが前記加工物によって遮られた後、前記第2ビームを受け入れるた めの第2感光リニアシステム(26、27;26″)と、前記第1及び第2の感 光リニアシステム(26−29;26′、26″)に連結された検出−制御回路 (20、21;20′、21′)とを有する計測装置において、光放射線を発生 するための前記第2システム(24、25;22″)は、一区分が前記加工物( 10;10′)に向かって差し向けられた状態で、前記第2光線ビームを、前記 第1光線ビームの前記区分の方向に関して反対方向に提供するようになっており 、2つのビームスプリッター装置(30、31;30′、31′)が設けられ、 これらの装置の各々は、前記向き合って配置された部分(33、34;33′、 34′)のうちの一方に連結されており、前記第1及び第2のビームの一方及び 他方の両方を受け入れてこれらのビームのうちの一方を関連した感光リニアシス テム(26−29)に向かって部分的に変向し、前記第2感光リニアシ ステム(26、27;26″)は、前記二つの向き合って配置された部分のうち の他方(33;33′)に連結され、前記二つのビームスプリッター装置(30 、31;30′、31′)は、前記第1及び第2の感光リニアシステム(26− 29;26″)と前記支持位置との間に配置されている、ことを特徴とする計測 装置。 2. 前記第1及び第2の発生システム(22−25;22′、22″)は、 前記二つの向き合って配置された部分(33、34;33′、34′)に連結さ れており、前記光線ビームの前記区分の方向に対して横方向の平面内にあり、各 ビームスプリッター装置(30、31;30′、31′)は、一方の発生システ ムの放射線を受け入れ、これらの放射線の一部を変向し、前記加工物に向かって 差し向けられた対応する区分を提供するようになっている、請求項1に記載の装 置。 3. 前記第1及び第2の感光リニアシステム(26−29;26″)は、実 質的に、光線ビームの前記区分の方向及びビームの前記方向と垂直な方向と平行 な横方向平面内にあり、単一の仮想的感光リニアシステムを提供するため、前記 垂直方向で互いに関して食い違っている、請求項1に記載の装置。 4. 前記感光リニアシステム(26−29;26″)は、全計測範囲がそれ らのシステムの計測範囲の和と実質的に一致するように間隔が隔てられている、 請求項3に記載の装置。 5. 前記第1及び第2の発生システム(22−25;22′、22″)は、 前記横方向平面と垂直な方向に配置されている、請求項3又は4に記載の装置。 6. 前記第1支持体(1、1′)は、前記加工物(10、10′)を支持し 且つ回転するための回りセンタ(7;7′)及び止まりセンタ(9;9′)を含 む、請求項1乃至5のうちのいずれか一項に記載の装置。 7. 前記第2支持体は、光線ビームの前記区分の方向と平行に横方向に移動 自在の少なくとも一つの横方向スライド(41)を含み、前記第1及び第2の発 生システム(22−25;22′、22″)、前記第1及び第2の感光リニアシ ステム(26−29;26′、26″)、及び前記二つのビームスプリッター装 置(30、31;30′、31′)は、前記横方向スライドに連結されており、 前記検出−制御回路(20;20′)は、検査されるべき前記加工物の前記表面 の前記横方向構成に従って前記横方向スライドの並進を制御するようになってい る、請求項1に記載の装置。 8. 前記横方向スライド(41)は、前記二つの向き合って配置された部分 (33、34;33′、34′)を含む、請求項7に記載の装置。 9. 回転軸線を画成するクランクシャフトのクランクピンの幾何学的特徴を 検査するため、前記第1支持体は、前記クランクシャフト(10′)を支持し且 つ回転するため、回りセンタ(7′)及び止まりセンタ(9′)を含む、請求項 7に記載の装置。 10. 幾何学的軸線を画成する加工物(10;10′)の幾何学的特徴を投 影技術に従って検査するためのオプトエレクトロニック計測装置であって、ベッ ド(1;1′)と、前記加工物を支持するため及び前記加工物をその幾何学的軸 線が対象平面(O−O)内にある状態で配置するため、前記ベッドによって支持 された第1支持構造(5、6;5′、6′)と、第2支持構造(4;4′)と、 一区分が前記対象平面に対して垂直な方向を持つ関連した光線ビームを発生する ため、前記第2支持構造(4;4′)に連結された光源(22−25;22′、 22″)と、前記光線ビームが前記加工物によって遮られた後、前記光線ビーム を受け入れるため、前記第2支持構造(4;4′)に連結された複数のリニア感 光装置(26−29;26′、26″)と、該感光装置(26−29;26′、 26″)に連結された検出−制御回路(20、21;20′、21′)とを有す る計測装置において、前記光源(22−25;22′、22″)は、前記対象平 面に関して両側に前記対象平面と平行な方向に二つのユニット(22、23−2 4、25;22′−22″)をなして配置されており、前記感光装置(26−2 9;26′、26″)は、前記対象平面に関して両側に二つのユニット(26、 27;26′−28、29;26″)をなして配置されており、前記計測装置は 、前記ビームを部分的に変向し且つ反対方向に差し向けられた二つの光線ビーム のエンサンブル(ensamble)として前記区分を発生するため、前記第2支持構造 (4;4′)に連結された、二つの光学ビームスプリッター(30、31;30 ′、31′)を有し、前記感光装置(26−29;26′、26″)は、前記対 象平面と垂直な横断平面を構成する、ことを特徴とする計測装置。 11. 前記感光装置(26−29;26′、26″)は、仮想的感光リニア システムを提供するため、前記対象平面(O−O)と前記横断平面との交差直線 と平行な所定方向に沿って互いから所定距離だけ間隔が隔てられている、請求項 10に記載の装置。 12. 前記感光装置(26−29;26′、26″)は、全計測範囲が単一 の感光システムの計測範囲の和と実質的に一致するように間隔が隔てられている 、請求項11に記載の装置。 13. 前記第2支持構造(4;4′)は実質的にU字形状であり、二つの側 部(33、34;33′、34′)には、前記光源(22−25;22′、22 ″)、前記感光装置(26−29;26′、26″)、及び前記ビームスプリッ ター(30、31;30′、31′)が連結されており、プレート(35)が前 記二つの側部をしっかりと連結する、請求項10、11、又は12に記載の装置 。 14. 前記第2支持構造(4;4′)は、前記第1支持構造(5、6;5′ 、6′)に関し、前記対象平面(O−O)と垂直な横方向に移動自在である、請 求項10乃至13のいずれか一項に記載の装置。 15. 前記第2支持構造(4;4′)は、前記第1支持構造(5、6;5′ 、 6′)に関し、前記対象平面(O−O)と平行な長さ方向に移動自在である、請 求項10乃至14のいずれか一項に記載の装置。 16. 前記第1支持構造(5、6;5′、6′)及び前記第2支持構造(4 ;4′)の相互の位置を検出するための位置変換器(18;18)を有する、請 求項15に記載の装置。 17. 前記第1支持構造(5、6;5′、6′)は、前記加工物(10、1 0′)を支持し回転させるため、回りセンタ(7、8;7′、8′)及び止まり センタ(9;9′)を支持する、請求項10乃至16のいずれか一項に記載の装 置。 18. 様々な長さの前記加工物(10;10′)を支持するため、前記第1 支持構造(5、6;5′、6′)は、前記回りセンタ及び止まりセンタ(7、9 ;7′、9′)の位置を調節できる、請求項17に記載の装置。 19. 前記光学式センサは、赤外線ダイオード型(22−25;22′、2 2″)であり、前記感光装置(26−29;26′、26″)はCCD型である 、請求項10乃至18のいずれか一項に記載の装置。
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