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球体の球径寸法測定方法及びその測定装置 新技術説明会

国内特許コード P110005900
整理番号 S2011-0471-N0
掲載日 2011年11月4日
出願番号 特願2011-050094
公開番号 特開2012-185120
登録番号 特許第5751514号
出願日 平成23年3月8日(2011.3.8)
公開日 平成24年9月27日(2012.9.27)
登録日 平成27年5月29日(2015.5.29)
発明者
  • 辻 龍介
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
発明の名称 球体の球径寸法測定方法及びその測定装置 新技術説明会
発明の概要 【課題】コヒーレント光を用いて、被測定球体の球径を高精度で、且つ簡便な方法で短時間に測定できる球体の球径寸法測定方法及びその測定装置を提供する。
【解決手段】被測定球体1にコヒーレント光を照射することによって該被測定球体1の影中の部分に生じる干渉縞と輝点部で構成されるアラゴスポットの前記輝点部を用いて、前記アラゴスポットの輝点部の位置又は該被測定球体1の球径に応じて変位する前記アラゴスポットの輝点部の移動量から、該被測定球体1の球径を測定することを特徴とする。被測定球体1の球径は、幾何的手段、又は電気信号に変換されたアラゴスポットの輝点部の位置又はアラゴスポットの輝点部の移動量を用いてあらかじめ測定して得られたアラゴスポットの輝点部の移動量と球体1の球径との関係式から換算して求められる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


球体として、例えば、ボールベアリングの球径は工業上高い製品精度が要求されており、ミクロン以下の精度で高精度に計測されなければならない。さらに、前記ボールベアリングの大量生産現場では、良品選別や品質管理等のために、多数のベアリングについてその球径を高精度で測定するだけではなく、短時間でかつ簡便に測定、解析できる球径寸法測定方法の確立とその測定装置が求められている。



従来の球径寸法測定方法として、被測定球体を経由するレーザ光を受光して受光位置を電気信号に変換した後、その電気信号に基づいて被測定球体の最大径および最小径ならびに上記被測定球体の平均球径を求めるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この測定方法では、案内溝中にて被測定球体を保持して回動させ前記被測定球体の少なくとも2本の特定の軸線をその案内方向に順次一致させ、被測定球体をその転動を規制しながら上記案内方向に沿って相対的に移動させる。そして、その移動中に被測定球体の移動方向に直角に横切る切断面に沿って平行なレーザを間欠的に走査する。



また、別の球径寸法測定方法として、球状物を載せる設置台に、球状物の底部を浮かした状態で位置決めする窪み部を設けると共に、窪み部の表面形状に球状物が接する内接円の平面に対して直交し且つ内接円の中心点を通過する基準線上に、非接触式距離測定手段を設ける方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。前記の特許文献2において、球状物の外径寸法の算出は、窪み部上に球状物を載せ、距離測定手段によって、距離測定手段から球状物の頂点までの距離を測定し、その距離と、距離測定手段から内接円の平面までの距離と、内接円の半径とから、球状物の外径寸法を算出する演算手段を備えた測定装置を用いて行われる。



さらに、連続生産された球状体において直径の最大値と最小値との差である直径不同の評価および直径不同の規格値に基づく選別作業を、生産速度に合わせてオンラインで迅速に精度よくできるようにしたものも知られている(例えば、特許文献3参照)。



一方、被測定球体の球径寸法測定方法に関するものではないが、非特許文献1には、被測定球体にレーザ光を照射したときに前記被測定球体の影中の部分に回折光の干渉の結果として生じるアラゴスポットの輝点部を用いて、前記被測定球体の中心又は中心の移動量を高精度に測定する方法が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、被測定球体の球径を高精度で、且つ簡便に測定する球径寸法測定方法及びその測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
コヒーレント光を用いて被測定球体の球径を測定する方法であって、被測定球体にコヒーレント光を照射することによって該被測定球体の影中の部分に生じる干渉縞と輝点部で構成されるアラゴスポットの前記輝点部の位置又は移動量を用いて、前記被測定球体の球径を測定する球体の球径寸法測定方法。

【請求項2】
被測定球体は板に接して転動又は係止され、前記被測定球体にコヒーレント光を照射することによって前記被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットの輝点部の位置が前記被測定球体の球径に応じて変位することを利用して、前記アラゴスポットの輝点部の移動量から前記被測定球体の球径を測定する請求項1に記載の球体の球径寸法測定方法。

【請求項3】
前記アラゴスポットの輝点部の位置の移動量を電気信号に変換して、該電気信号として変換された移動量を用いて、あらかじめ測定して得られたアラゴスポットの輝点部の移動量と球体の球径との関係式から被測定球体の球径に換算することによって、前記被測定球体の球径を測定する請求項2に記載の球体の球径寸法測定方法。

【請求項4】
前記被測定球体は板に2点で接して転動又は係止され、前記被測定球体に前記コヒーレント光を照射することによって前記被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットの輝点部の位置と前記コヒーレント光の焦点とを結ぶ線分と、前記被測定球体と前記板との接点から定まる2つの接平面どうしが交差する点と前記被測定球体が前記板に接する2点との間で形成される角度を二等分する半直線との交点から、幾何的に前記被測定球体の球径を測定する請求項1に記載の球体の球径寸法測定方法。

【請求項5】
前記被測定球体は板に接して転動又は係止され、前記被測定球体に少なくとも2方向からコヒーレント光を照射することによって該被測定球体の影中の部分に生じる少なくとも2個のアラゴスポットの輝点部の位置と、前記コヒーレント光の焦点とをそれぞれ結んで得られる少なくとも2以上の線分の交点から、幾何的に前記被測定球体の球径を測定する請求項1に記載の球体の球径寸法測定方法。

【請求項6】
前記アラゴスポットの輝点部の位置又は該アラゴスポットの輝点部の移動量は、前記アラゴスポットの輝点部の中心点又は該中心点の移動量として測定されることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の球体の球径寸法測定方法。

【請求項7】
前記の被測定球体に照射されるコヒーレント光は、レーザによる発散ビーム光又は平行ビーム光であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の球体の球径寸法測定方法。

【請求項8】
前記の被測定球体に照射されるコヒーレント光は、レンズ、反射鏡又はフィルターを介して形成されるレーザによる発散ビーム光又は平行ビーム光であることを特徴とする請求項7に記載の球体の球径寸法測定方法。

【請求項9】
コヒーレント光を用いて被測定球体の球径を測定する装置であって、前記コヒーレント光の光源、前記コヒーレント光の進行方向に配置される被測定球体と、該被測定球体が接する板と、該被測定球体の影中の部分に生じるアラゴスポットを受光する受光手段と、前記アラゴスポットの輝点部の位置又は前記アラゴスポットの輝点部の移動量に関する該受光手段からの出力信号を用いて前記被測定球体の球径を算出する演算処理装置とを備えたことを特徴とする球体の球径寸法測定装置。

【請求項10】
前記コヒーレント光の光源は、前記被測定球体が接する板が1枚であるときは2以上であることを特徴とする請求項9に記載の球体の球径寸法測定装置。

【請求項11】
前記のアラゴスポットはスクリーン又は固体撮像素子を介して受光されることを特徴とする請求項9又は10に記載の球体の球径寸法測定装置。

【請求項12】
前記受光手段からの出力信号は、前記アラゴスポットの輝点部の位置又は前記アラゴスポットの輝点部の移動量が電気的に変換されている信号であることを特徴とする請求項11に記載の球体の球径寸法測定装置。

【請求項13】
前記コヒーレント光の光源は、平行ビーム光又は発散ビーム光を発光するレーザ光源、又は前記レーザ光源の発光側に設けたレンズ、反射鏡又はフィルターを介して平行ビーム光又は発散ビーム光を形成する光源であることを特徴とする請求項9~12のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。

【請求項14】
前記コヒーレント光の通過する領域の周囲は、外乱の侵入を阻止するためのフードで覆われていることを特徴とする請求項9~13のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。

【請求項15】
前記被測定球体は、板に接し、且つ該被測定球体の前方又は後方が光透過板若しくは光反射板に接して転動又は係止されていることを特徴とする請求項9~14のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。

【請求項16】
前記コヒーレント光の光路上で、且つ前記被測定球体と前記受光手段との間に、アラゴスポットの輝点部の中心部分を拡大するための対物レンズを設けることを特徴とする請求項9~15のいずれかに記載の球径寸法測定装置。

【請求項17】
前記被測定球体が接する板は、前記被測定球体と接する側に電極を設けることによって、電気抵抗又は電気容量の変化から前記被測定球体との接触状態を判定する機能を有することを特徴とする請求項9~16のいずれかに記載の球体の球径寸法測定装置。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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