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JP5716459B2 - Cam surface observation method - Google Patents

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JP5716459B2 JP2011045375A JP2011045375A JP5716459B2 JP 5716459 B2 JP5716459 B2 JP 5716459B2 JP 2011045375 A JP2011045375 A JP 2011045375A JP 2011045375 A JP2011045375 A JP 2011045375A JP 5716459 B2 JP5716459 B2 JP 5716459B2
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Description

本発明は、カム表面の観察方法に関し、特に広視野レーザ顕微鏡によるカム表面の観察方法に関する。   The present invention relates to a cam surface observation method, and more particularly to a cam surface observation method using a wide-field laser microscope.

一般に自動車のエンジンには、高い安全性と信頼性が求められている部品が多い。特にカムシャフトはエンジンの吸排気を制御する重要な部品であり、内燃機関の性能を左右するため、その形状は高精度に仕上げられている。しかし、カム表面の状態や傷は、その性能に影響を与えるとともに、摩擦の上昇や焼き付きなどを引き起こす要因となる。そのため、カム表面の状態の把握や傷の検査など、その表面を観察することは非常に重要である。現在のカムシャフトの検査の問題点は、主に熟練者の目視による検査が行われている点である。したがって,傷や欠陥の見落となどの検査ミスの発生は避けられない。また,目視検査のための技術習得には時間を要する。そこで、カム表面全周を観察できる装置が必要となる。ここで、表面を詳しく観察するために、顕微鏡のようにある程度の倍率で観察可能な装置が望まれる。   In general, automobile engines have many parts that require high safety and reliability. In particular, the camshaft is an important part that controls intake and exhaust of the engine, and the shape of the camshaft is finished with high accuracy in order to influence the performance of the internal combustion engine. However, the condition and scratches on the cam surface affect the performance of the cam and cause factors such as increased friction and seizure. Therefore, it is very important to observe the surface of the cam, such as grasping the state of the cam surface and inspecting the scratch. The problem with the current camshaft inspection is that an inspection by a skilled worker is mainly performed. Therefore, inspection mistakes such as oversight of scratches and defects are inevitable. In addition, it takes time to acquire technical skills for visual inspection. Therefore, an apparatus that can observe the entire cam surface is required. Here, in order to observe the surface in detail, an apparatus capable of observation at a certain magnification such as a microscope is desired.

しかし、一般的な顕微鏡では、カム形状のような曲面を短時間で観察することは困難である。また、観察装置の分解能を高めると視野が狭くなるため、広範囲を観察するには、さらに多くの時間を要する。このような事情のために、カム全周を効率的に観察する手段は、現在のところ開発されていない。   However, with a general microscope, it is difficult to observe a curved surface such as a cam shape in a short time. Further, since the field of view becomes narrower when the resolution of the observation apparatus is increased, more time is required to observe a wide area. For this reason, no means for efficiently observing the entire circumference of the cam has been developed at present.

これまでに、本発明者らは過去に広視野レーザ顕微鏡を開発し、それを利用した円筒表面の観察法を開発した(非特許文献1)。この方法は、本発明者らが開発した広視野レーザ顕微鏡を用いるものであり、円筒の母線方向に高速にレーザ走査を行い、かつ円筒面を回転させることで、円筒面の全面を短時間で、かつ画像歪みを抑えて観察できる方法である。   So far, the present inventors have developed a wide-field laser microscope in the past and developed a method for observing a cylindrical surface using the same (Non-Patent Document 1). This method uses a wide-field laser microscope developed by the present inventors, performs laser scanning at high speed in the direction of the generatrix of the cylinder, and rotates the cylindrical surface in a short time. In this method, the image distortion can be suppressed and observed.

しかしながら、この方法は円筒面の断面が完全に円形である場合に使用できる方法であり、この方法により断面が非円形であるカムの表面を観察することは困難であった。   However, this method can be used when the cross section of the cylindrical surface is completely circular, and it has been difficult to observe the surface of the cam having a non-circular cross section by this method.

江渕倫太郎・新田勇:広視野レーザ顕微鏡による円筒表面評価,日本機械学会北陸信越支部第47期総会・講演会講演論文集,(2010),pp.541-542Rintaro Ebuchi, Isamu Nitta: Cylindrical surface evaluation using a wide-field laser microscope, Proceedings of the 47th General Meeting and Lecture Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers Hokuriku Shin-etsu, (2010), pp.541-542 新田勇・菅野明宏・岡本倫哉・長岡泰:シュリンクフィッタを用いた広視野レーザ顕微鏡,精密工学会誌,73(11),pp.1226-1232Isamu Nitta, Akihiro Kanno, Rinya Okamoto, Yasushi Nagaoka: Wide-field laser microscope using shrink fitter, Journal of Precision Engineering, 73 (11), pp.1226-1232

そこで、本発明は、カム表面を観察することのできる、広視野レーザ顕微鏡を用いた新規のカム表面の観察方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel cam surface observation method using a wide-field laser microscope that can observe the cam surface.

本発明のカム表面の観察方法は、レーザ光源からのレーザ光を平行光束としてビームスプリッタを介して走査ミラーに導き、該走査ミラーで前記レーザ光を走査光に変換してテレセントリックfθレンズに入射させ、該テレセントリックfθレンズの焦点面近傍に近接配置したカム表面からの反射光を前記テレセントリックfθレンズにより平行光束に変換し、前記走査ミラーで反射させた後に前記ビームスプリッタでレーザ光源からのレーザ光と分離し、結像レンズによって集光して前記テレセントリックfθレンズの焦点面と共役の位置に設置したピンホールを通過させ、該ピンホールを通過した前記反射光の光量を受光素子で計測するカム表面の観察方法であって、前記カム表面を有するカムシャフトをその軸を中心に回転させるとともに、予め取得しておいた前記カム表面の大まかな形状のデータに基づいて、前記レーザ光に対して前記カム表面が常に垂直になるように前記カムシャフトを移動させ、かつ、前記レーザ光の焦点が常に前記カム表面に位置するように前記カムシャフトを前記レーザ光の光軸方向に移動させながら観察することを特徴とする。 The cam surface observation method of the present invention guides laser light from a laser light source as a parallel beam to a scanning mirror via a beam splitter, and converts the laser light into scanning light by the scanning mirror and makes it incident on a telecentric fθ lens. The reflected light from the cam surface arranged close to the focal plane of the telecentric fθ lens is converted into a parallel light beam by the telecentric fθ lens, reflected by the scanning mirror, and then reflected from the laser light from the laser light source by the beam splitter. A cam surface that is separated, condensed by an imaging lens, passed through a pinhole located at a position conjugate with the focal plane of the telecentric fθ lens, and the amount of reflected light that has passed through the pinhole is measured by a light receiving element. The camshaft having the cam surface is rotated about its axis, and , Based on the data of the rough shape of the acquired in advance the cam surface moves the cam shaft the cam surface is always perpendicular to such so that with respect to the laser beam, and the laser beam focus is always characterized by observing while moving the pre Symbol camshaft so as to be positioned on the cam surface in the optical axis direction of the laser beam.

また、前記走査光を前記カム表面の母線に沿って走査させることを特徴とする。   The scanning light may be scanned along a generatrix on the cam surface.

また、前記走査光が前記カム表面の母線を1回走査する毎に、前記走査光の走査方向に直交する方向に、前記走査光のスポット径に対応する量だけ前記カムシャフトをその軸を中心に回転させることを特徴とする。   Further, each time the scanning light scans the bus surface of the cam surface once, the cam shaft is centered on the axis in an amount corresponding to the spot diameter of the scanning light in a direction orthogonal to the scanning direction of the scanning light. It is characterized by rotating it.

また、前記受光素子で計測された光量に対応した光量信号とこの光量信号が得られた前記カム表面上の位置情報に基づいて、前記カム表面の3次元画像を作成して表示手段に表示することを特徴とする。   Further, based on the light amount signal corresponding to the light amount measured by the light receiving element and the positional information on the cam surface from which the light amount signal is obtained, a three-dimensional image of the cam surface is created and displayed on the display means. It is characterized by that.

本発明のカム表面の観察方法によれば、カム表面を有するカムシャフトをその軸を中心に回転させるとともに、レーザ光に対してカム表面が常に垂直になり、かつ、レーザ光の焦点が常にカム表面に位置するように、カムシャフトを移動させながら計測することにより、カム表面の全面を簡単に、かつ、短時間で計測することができる。   According to the cam surface observation method of the present invention, the cam shaft having the cam surface is rotated about its axis, the cam surface is always perpendicular to the laser beam, and the focus of the laser beam is always the cam. By measuring while moving the camshaft so as to be located on the surface, the entire surface of the cam surface can be measured easily and in a short time.

また、走査光をカム表面の母線に沿って走査させることにより、カム表面を一回転させるだけでカム表面の観察が可能となり、短時間で計測することができる。   Further, by scanning the scanning light along the generatrix of the cam surface, the cam surface can be observed only by rotating the cam surface once, and measurement can be performed in a short time.

また、走査光がカム表面の母線を1回走査する毎に、走査光の走査方向に
直交する方向に、走査光のスポット径に対応する量だけカムシャフトをその軸を中心に回転させることにより、カム表面の全面にわたって、カム表面の形状を正確に測定することができ、同時にカム表面の表面画像を得ることすることができる。
Further, each time the scanning light scans the bus surface of the cam surface once, the camshaft is rotated around the axis by an amount corresponding to the spot diameter of the scanning light in a direction orthogonal to the scanning direction of the scanning light. The shape of the cam surface can be accurately measured over the entire surface of the cam surface, and at the same time, a surface image of the cam surface can be obtained.

また、受光素子で計測された光量に対応した光量信号とこの光量信号が得られたカム表面上の位置情報に基づいて、カム表面の3次元画像を作成して表示手段に表示することにより、測定結果を視覚的に分かりやすく表示することができる。   Further, based on the light amount signal corresponding to the light amount measured by the light receiving element and the position information on the cam surface from which the light amount signal was obtained, a three-dimensional image of the cam surface is created and displayed on the display means. The measurement results can be displayed visually and clearly.

本発明のカム表面の観察方法に用いられる広視野レーザ顕微鏡の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the wide-field laser microscope used for the observation method of the cam surface of this invention. 本発明のカム表面の観察方法により観察されるカムの断面図である。It is sectional drawing of the cam observed by the observation method of the cam surface of this invention. 同上ある回転角でのカムの断面図である。It is sectional drawing of the cam in a certain rotation angle same as the above. 同上別の回転角でのカムの断面図である。It is sectional drawing of the cam in another rotation angle same as the above. カム表面の観察結果を示す2次元画像である。It is a two-dimensional image which shows the observation result of the cam surface. 図5のA部分の拡大画像である。6 is an enlarged image of a portion A in FIG. 5. カム表面の観察結果を示す3次元画像である。It is a three-dimensional image which shows the observation result of the cam surface.

以下、本発明のカム表面の観察方法の一実施例について、添付した図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of a method for observing a cam surface according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

本発明の円筒面の形状計測方法に用いられる共焦点レーザ走査型顕微鏡の原理を利用した広視野レーザ顕微鏡の一例を示す図1において、1はレーザ光源(例えば、波長488nmの固体レーザ)であり、このレーザ光源1から出力されたレーザ光は、コリメータレンズ2により平行レーザ光束となり、この平行レーザ光束は、固定ミラー3により反射されて向きを変え、ビームスプリッタ4と1/4波長板5を通過し、モータ6によって回転する走査ミラー7に導かれるようになっている。そして、平行レーザ光束は、矢印Aの向きに回転する走査ミラー7により反射されることによって走査光に変換され、テレセントリックfθレンズ8を通過し、その焦点面近傍に近接配置されたカムシャフト9のカム表面10にて反射されるようになっている。ここで、走査ミラー7が矢印Aの向きに回転すると、走査光はカム表面10の母線に沿って、カム表面10を矢印Bの向きに走査するようになっている。また、カムシャフト9は、図示しない保持手段により保持され、図示しない回転手段により軸zを中心に矢印Cの向きに回転するとともに、図示しない光軸方向移動手段によりレーザ光の光軸方向xに移動し、図示しない鉛直方向移動手段により鉛直方向yに移動するようになっている。なお、図1は平面図であり、光軸方向x、鉛直方向y、軸zは相互に直交している。   In FIG. 1 showing an example of a wide field laser microscope using the principle of a confocal laser scanning microscope used in the cylindrical surface shape measuring method of the present invention, reference numeral 1 denotes a laser light source (for example, a solid-state laser having a wavelength of 488 nm). The laser light output from the laser light source 1 is converted into a parallel laser beam by the collimator lens 2, and the parallel laser beam is reflected by the fixed mirror 3 and changes its direction, and the beam splitter 4 and the quarter wavelength plate 5 are changed. It is guided to a scanning mirror 7 that passes and rotates by a motor 6. The parallel laser light beam is converted into scanning light by being reflected by the scanning mirror 7 rotating in the direction of arrow A, passes through the telecentric fθ lens 8, and closes to the focal plane of the camshaft 9 disposed in the vicinity. Reflected by the cam surface 10. Here, when the scanning mirror 7 rotates in the direction of arrow A, the scanning light scans the cam surface 10 in the direction of arrow B along the generatrix of the cam surface 10. The camshaft 9 is held by holding means (not shown), rotated around the axis z by a rotating means (not shown) in the direction of arrow C, and moved in the optical axis direction x of the laser light by an optical axis direction moving means (not shown). It moves and moves in the vertical direction y by a vertical direction moving means (not shown). FIG. 1 is a plan view, and the optical axis direction x, the vertical direction y, and the axis z are orthogonal to each other.

カム表面10にて反射された反射光である測定光は、テレセントリックfθレンズ8を通過して反射平行光束に変換され、走査ミラー7により反射され、1/4波長板5を通過して、ビームスプリッタ4に導かれるようになっている。そして、反射平行光束は、ビームスプリッタ4により反射されることによりレーザ光源1からのレーザ光と分岐され、結像レンズ11に入射して集光され、テレセントリックfθレンズ8の焦点面と共役の位置に設置されたピンホール板12のピンホール12aを通過して、ホトマル等の受光素子13に入射するようになっている。   The measurement light, which is the reflected light reflected by the cam surface 10, passes through the telecentric fθ lens 8, is converted into a reflected parallel light beam, is reflected by the scanning mirror 7, passes through the quarter-wave plate 5, and is reflected by the beam. It is guided to the splitter 4. Then, the reflected parallel light beam is reflected by the beam splitter 4 to be branched from the laser light from the laser light source 1, is incident on the imaging lens 11, is condensed, and is conjugate with the focal plane of the telecentric fθ lens 8. The light passes through the pinhole 12a of the pinhole plate 12 installed in the light and enters the light receiving element 13 such as photomaru.

受光素子13は、入射した反射平行光束の光量を計測して光電変換を行い、光量に対応した光量信号をA/D変換ボード14へ送信し、A/D変換ボード14は、この光量信号をA/D変換して演算手段15へ送信するようになっている。   The light receiving element 13 measures the light quantity of the incident reflected parallel light flux, performs photoelectric conversion, and transmits a light quantity signal corresponding to the light quantity to the A / D conversion board 14, and the A / D conversion board 14 receives the light quantity signal. A / D conversion is performed and the result is transmitted to the calculation means 15.

また、走査ミラー7を回転させるモータ6の動作、カムシャフト9の回転及び移動は、図示しない制御手段により制御され、走査ミラー7の回転角度、カムシャフト9の回転角度及び移動の情報は制御手段から演算手段15へ送信されるようになっている。そして、演算手段15は、走査ミラー7の回転角度、カムシャフト9の回転角度及び移動量から光量信号が得られたカム表面10上の位置情報を算出し、光量信号とその位置情報に基づいて画像データを作成し、この画像データを表示手段16に出力するようになっている。   Further, the operation of the motor 6 for rotating the scanning mirror 7 and the rotation and movement of the camshaft 9 are controlled by a control means (not shown). To the computing means 15. Then, the calculation means 15 calculates position information on the cam surface 10 from which the light amount signal is obtained from the rotation angle of the scanning mirror 7, the rotation angle of the camshaft 9, and the movement amount, and based on the light amount signal and the position information. Image data is created, and this image data is output to the display means 16.

つぎに、上記の広視野レーザ顕微鏡を用いた本発明のカム表面の観察方法の原理について説明する。   Next, the principle of the method for observing the cam surface of the present invention using the above wide field laser microscope will be described.

観察対象となるカムの断面の一例を図2に示す。カムの断面は円形ではなく卵形をしている。カムの断面の半分は円形をしているために、この円形の部分ではレーザ光は垂直に反射して元の経路を戻り、カム表面の観察が可能である。しかしながら、図3に示すように、円形の部分以外ではレーザ光は垂直に反射しないので、カム表面を観察することができない。そこで、光軸方向移動手段と鉛直方向移動手段により、図4に示すように、レーザ光が垂直に反射する位置にカムを移動させて、カム表面を観察する。   An example of the cross section of the cam to be observed is shown in FIG. The cross section of the cam is oval instead of circular. Since half of the cross section of the cam is circular, the laser beam is reflected vertically in this circular portion and returns to the original path, so that the cam surface can be observed. However, as shown in FIG. 3, since the laser beam does not reflect vertically except in a circular portion, the cam surface cannot be observed. Therefore, as shown in FIG. 4, the cam is moved to a position where the laser beam is vertically reflected by the optical axis direction moving means and the vertical direction moving means, and the cam surface is observed.

以下、本発明のカム表面の観察方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the cam surface observation method of the present invention will be described in detail.

カムシャフト9を保持手段に保持させる。そして、図示しない制御手段に指令を与えて、レーザ光源1からのレーザ光を点灯させるとともに、モータ6を矢印Aの向きに回転させる。これにより、走査光がカム表面10の母線に沿って矢印Bの向きに走査され、カム表面10にて反射された測定光が発生する。   The camshaft 9 is held by the holding means. Then, a command is given to a control means (not shown) to turn on the laser light from the laser light source 1 and to rotate the motor 6 in the direction of arrow A. As a result, the scanning light is scanned in the direction of the arrow B along the generatrix of the cam surface 10 and the measurement light reflected by the cam surface 10 is generated.

また、走査光がカム表面10の母線を1回走査する毎に、走査光の走査方向である矢印Bに直交する方向である矢印Cの向きに、走査光のスポット径に対応する量だけカムシャフト9をその軸zを中心に回転させる。なお、カムシャフト9は、矢印Cの向きに連続的に回転させてもよく、走査光の走査毎に非連続的に回転させてもよい。連続的に回転させる場合は、カムシャフト9の回転に起因してカム表面10上の走査線が捩れることになるので、データ処理により補正する必要がある。   Further, every time the scanning light scans the bus surface of the cam surface 10 once, the cam corresponding to the spot diameter of the scanning light in the direction of the arrow C that is orthogonal to the arrow B that is the scanning direction of the scanning light. The shaft 9 is rotated about its axis z. The camshaft 9 may be continuously rotated in the direction of the arrow C, or may be rotated discontinuously for each scanning of the scanning light. In the case of continuous rotation, the scanning line on the cam surface 10 is twisted due to the rotation of the camshaft 9, and therefore it is necessary to correct by data processing.

ここで、単にカムシャフト9を回転させたのみでは、光軸方向の焦点のずれが生じてしまい観察画像を取得することができない。これはレーザ光がカム表面10に垂直に当たらず反射光を検出できない場合が生じるためである。そのために、予め取得しておいたカム表面10の大まかな形状のデータを使用する。なお、カム表面10の大まかな形状のデータは、例えばディジタルゲージやレーザ計測器を用いて測定することができる。そして、制御手段は、回転手段を動作させてカムシャフト9を回転させるときに、カム表面10の大まかな形状のデータに基づいて、レーザ光に対してカム表面10が常に垂直になるように、鉛直方向移動手段を動作させてカムシャフト9を鉛直方向yに移動させ、同時に、レーザ光の焦点が常にカム表面10に位置するように、光軸方向移動手段を動作させてカムシャフト9を光軸方向xに移動させる。   Here, simply rotating the camshaft 9 causes a focus shift in the optical axis direction, and an observation image cannot be acquired. This is because there are cases where the reflected light cannot be detected because the laser light does not strike the cam surface 10 perpendicularly. For this purpose, data of the rough shape of the cam surface 10 acquired in advance is used. The rough shape data of the cam surface 10 can be measured using, for example, a digital gauge or a laser measuring instrument. Then, the control means operates the rotating means to rotate the camshaft 9 so that the cam surface 10 is always perpendicular to the laser light based on the rough shape data of the cam surface 10. The vertical movement means is operated to move the camshaft 9 in the vertical direction y. At the same time, the optical axis direction movement means is operated so that the focal point of the laser beam is always located on the cam surface 10 to light the camshaft 9. Move in the axial direction x.

測定光は、テレセントリックfθレンズ8により反射平行光束となり、ビームスプリッタ4によりレーザ光源1からのレーザ光と分岐される。そして、測定光は、結像レンズ11により集光され、ピンホール12aにより余分な光がカットされて、焦点の合った光のみが受光素子13に入射する。受光素子13から送信された光量信号は、A/D変換ボード14によりA/D変換された後、演算手段15へ送信される。   The measurement light becomes a reflected parallel light beam by the telecentric fθ lens 8 and is branched from the laser light from the laser light source 1 by the beam splitter 4. Then, the measurement light is condensed by the imaging lens 11, excess light is cut by the pinhole 12 a, and only the focused light enters the light receiving element 13. The light amount signal transmitted from the light receiving element 13 is A / D converted by the A / D conversion board 14 and then transmitted to the calculation means 15.

また、演算手段15は、図示しない制御手段から送信された走査ミラー7の回転角度及びカムシャフト9の回転角度等の情報に基づき、光量信号が得られたカム表面10上の位置情報を算出する。演算手段15は、光量信号とその位置情報を記憶する。そして、カムシャフト9が一回転するまで計測を続けることにより、カム表面10の全周の光量信号とその位置情報が演算手段15に蓄積される。演算手段15は、光量信号とその位置情報に基づいて、画像データを作成し表示手段16に出力する。その結果、カム表面10の全周の画像データが得られる。ここで得られた画像データは、カム表面10を展開した2次元画像として表示手段16に表示される。また、演算手段15によるデータ処理により、カム表面10を展開していないカム形状の3次元画像が作成され、表示手段16に表示される。なお、この3次元画像の座標値は、サブミクロン単位で特定可能である。   Further, the calculation means 15 calculates position information on the cam surface 10 from which the light amount signal is obtained based on information such as the rotation angle of the scanning mirror 7 and the rotation angle of the camshaft 9 transmitted from the control means (not shown). . The computing means 15 stores the light quantity signal and its position information. Then, by continuing the measurement until the camshaft 9 makes one rotation, the light amount signal of the entire circumference of the cam surface 10 and its position information are accumulated in the computing means 15. The computing means 15 creates image data based on the light amount signal and its position information and outputs it to the display means 16. As a result, image data of the entire circumference of the cam surface 10 is obtained. The image data obtained here is displayed on the display means 16 as a two-dimensional image in which the cam surface 10 is developed. In addition, a cam-shaped three-dimensional image in which the cam surface 10 is not expanded is created by data processing by the calculation means 15 and displayed on the display means 16. The coordinate value of this three-dimensional image can be specified in submicron units.

以下、実際の観察例について説明する。   Hereinafter, an actual observation example will be described.

はじめに、分解能0.1μmのディジタルゲージを使用し、カム表面10の大まかな形状のデータを取得した。ディジタルゲージをカム表面10に接触させ、カムシャフト9を回転手段により一定のパルス量で回転させた。そのパルス量ごとの変位量をディジタルゲージで測定しパソコンへ出力した。なお、図2はその変位量に基づいて作成したカム表面10の大まかな形状である。そして、得られたデータから、各パルスにおけるカム表面10へのレーザ光照射位置の接線を求め、レーザ光に対してカム表面10が常に垂直になるように、また、レーザ光の焦点が常にカム表面10上に位置するように、各パルスにおける光軸方向、鉛直方向、回転方向の絶対位置のデータを作成した。そのデータを用いて、回転手段、鉛直方向移動手段、光軸方向移動手段を動作させて観察を行った。   First, data of a rough shape of the cam surface 10 was acquired using a digital gauge having a resolution of 0.1 μm. A digital gauge was brought into contact with the cam surface 10 and the camshaft 9 was rotated at a constant pulse amount by a rotating means. The displacement for each pulse amount was measured with a digital gauge and output to a personal computer. Note that FIG. 2 shows a rough shape of the cam surface 10 created based on the amount of displacement. Then, from the obtained data, the tangent of the laser beam irradiation position on the cam surface 10 in each pulse is obtained, so that the cam surface 10 is always perpendicular to the laser beam, and the focal point of the laser beam is always cam. Data of absolute positions in the optical axis direction, vertical direction, and rotation direction in each pulse was created so as to be positioned on the surface 10. Using the data, observation was performed by operating the rotating means, the vertical direction moving means, and the optical axis direction moving means.

カム表面10の全周の観察結果を図5に示す。一部で、レーザ光の反射強度が強くなりすぎて白く現れている部分が見られるが、全周の観察ができた。また、カム表面10には、無数の傷が付いており、カムシャフト9の回転方向に研磨痕が確認できた。研磨痕は母線方向にうねっており、これは研磨時の工具の動きによるものではないかと推測できる。図5のAの部分を拡大すると、図6に示すように、小さな傷も確認することができた。ここで、観察画像中の各画素は、カムを移動させるための光軸方向、鉛直方向、回転方向の絶対位置のデータより3次元空間の座標とサブミクロン単位で結びつけることができる。そのため、傷の位置が高精度に特定できる。   The observation result of the entire circumference of the cam surface 10 is shown in FIG. In some cases, the reflection intensity of the laser beam becomes too strong, and a portion appears white, but the entire circumference was observed. Further, the cam surface 10 had numerous scratches, and polishing marks could be confirmed in the rotation direction of the camshaft 9. The polishing marks are undulating in the generatrix direction, and it can be assumed that this is due to the movement of the tool during polishing. When the portion A in FIG. 5 was enlarged, small scratches could be confirmed as shown in FIG. Here, each pixel in the observation image can be associated with the coordinates of the three-dimensional space and the submicron unit from the data of the absolute position in the optical axis direction, the vertical direction, and the rotation direction for moving the cam. Therefore, the position of the flaw can be specified with high accuracy.

つぎに、DirectXを利用して作成した3次元表示プログラムを使用して、観察画像を3次元表示した。すなわち、カム表面10の3次元骨組み構造のメッシュを作成し、その上に観察画像を貼り付けて3次元表示を行った。メッシュの作成には、先にディジタルゲージで得たカム表面10のデータを用いた。3次元表示の例を図7に示す。図5の観察画像よりも、傷の位置が直感的に分かりやすくなった。また、プログラム上で自由に拡大や回転させることにより、カム表面の全周の状態や傷も確認することが可能であった。   Next, the observation image was displayed three-dimensionally using a three-dimensional display program created using DirectX. That is, a mesh having a three-dimensional framework structure on the cam surface 10 was created, and an observation image was pasted on the mesh to perform three-dimensional display. For the creation of the mesh, data on the cam surface 10 previously obtained with a digital gauge was used. An example of three-dimensional display is shown in FIG. Compared to the observed image in FIG. 5, the position of the flaw is intuitively easier to understand. In addition, it was possible to check the state of the entire circumference of the cam surface and scratches by freely enlarging and rotating the program.

以上のように、本実施例のカム表面の観察方法は、レーザ光源1からのレーザ光を平行光束としてビームスプリッタ4を介して走査ミラー7に導き、該走査ミラー7で前記レーザ光を走査光に変換してテレセントリックfθレンズ8に入射させ、該テレセントリックfθレンズ8の焦点面近傍に近接配置したカム表面10からの反射光を前記テレセントリックfθレンズ8により平行光束に変換し、前記走査ミラー7で反射させた後に前記ビームスプリッタ4でレーザ光源1からのレーザ光と分離し、結像レンズ11によって集光して前記テレセントリックfθレンズ8の焦点面と共役の位置に設置したピンホール12aを通過させ、該ピンホール12aを通過した前記反射光の光量を受光素子13で計測するカム表面の観察方法であって、前記カム表面10を有するカムシャフト9をその軸zを中心に回転させるとともに、レーザ光に対してカム表面10が常に垂直になり、かつ、レーザ光の焦点が常にカム表面10に位置するように、カムシャフト9を移動させながら観察するものであり、カム表面10の全面を簡単に、かつ、短時間で観察することができる。   As described above, the cam surface observation method of the present embodiment guides the laser light from the laser light source 1 to the scanning mirror 7 through the beam splitter 4 as a parallel light flux, and the scanning mirror 7 scans the laser light with the scanning light. And is incident on the telecentric fθ lens 8, and the reflected light from the cam surface 10 arranged close to the focal plane of the telecentric fθ lens 8 is converted into a parallel light beam by the telecentric fθ lens 8. After being reflected, it is separated from the laser light from the laser light source 1 by the beam splitter 4, condensed by the imaging lens 11, and passed through a pinhole 12 a placed at a position conjugate with the focal plane of the telecentric fθ lens 8. A cam surface observation method for measuring the amount of reflected light that has passed through the pinhole 12a with a light receiving element 13, wherein the cam surface 10 The camshaft 9 is rotated around its axis z, the cam surface 10 is always perpendicular to the laser light, and the camshaft 9 is always focused on the cam surface 10. The observation is performed while moving, and the entire surface of the cam surface 10 can be observed easily and in a short time.

また、走査光をカム表面10の母線に沿って走査させることにより、カム表面10を一回転させるだけでカム表面10の観察が可能となり、短時間で計測することができる。   In addition, by scanning the scanning light along the generatrix of the cam surface 10, the cam surface 10 can be observed with only one rotation of the cam surface 10 and can be measured in a short time.

また、走査光がカム表面10の母線を1回走査する毎に、走査光の走査方向に
直交する方向に、走査光のスポット径に対応する量だけカムシャフト9をその軸zを中心に回転させることにより、カム表面10の全面にわたって、カム表面10の形状を正確に測定することができ、同時にカム表面10の表面画像を得ることすることができる。
Further, each time the scanning light scans the generatrix of the cam surface 10, the camshaft 9 is rotated about the axis z in an amount corresponding to the spot diameter of the scanning light in a direction orthogonal to the scanning direction of the scanning light. By doing so, the shape of the cam surface 10 can be accurately measured over the entire surface of the cam surface 10, and at the same time, a surface image of the cam surface 10 can be obtained.

また、受光素子13で計測された光量に対応した光量信号とこの光量信号が得られたカム表面10上の位置情報に基づいて、カム表面10の3次元画像を作成して表示手段に表示することにより、測定結果を視覚的に分かりやすく表示することができる。   Further, based on the light amount signal corresponding to the light amount measured by the light receiving element 13 and the position information on the cam surface 10 from which the light amount signal is obtained, a three-dimensional image of the cam surface 10 is created and displayed on the display means. As a result, the measurement result can be displayed visually and in an easily understandable manner.

以上、本発明について上記実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内で種々の変形実施が可能である。なお、上記実施例では、レーザ走査干渉計に用いられる光学系の基本的な要素のみを例示したものであり、この種の光学系に設置される各種部材を必要に応じて追加してもよいし、適宜配置を変更してもよい。また、ビームスプリッタの反射側にレーザ光源を、通過側に受光素子を配置してもよい。さらに、余分な光をカットするためにピンホールを用いたが、その代わりにスリットを用いてもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the thought of this invention. In the above embodiment, only basic elements of the optical system used in the laser scanning interferometer are illustrated, and various members installed in this type of optical system may be added as necessary. The arrangement may be changed as appropriate. Further, a laser light source may be arranged on the reflection side of the beam splitter, and a light receiving element may be arranged on the passage side. Furthermore, a pinhole is used to cut off excess light, but a slit may be used instead.

1 レーザ光源
4 ビームスプリッタ
7 走査ミラー
8 テレセントリックfθレンズ
9 カムシャフト
10 カム表面
10a 被観察円筒面
10b 円筒軸
11 結像レンズ
12a ピンホール
13 受光素子
16 表示手段
x 光軸方向
z 軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 4 Beam splitter 7 Scanning mirror 8 Telecentric f (theta) lens 9 Cam shaft
10 Cam surface
10a Cylindrical surface to be observed
10b Cylindrical shaft
11 Imaging lens
12a pinhole
13 Photo detector
16 Display means
x Optical axis direction z axis

Claims (4)

レーザ光源からのレーザ光を平行光束としてビームスプリッタを介して走査ミラーに導き、該走査ミラーで前記レーザ光を走査光に変換してテレセントリックfθレンズに入射させ、該テレセントリックfθレンズの焦点面近傍に近接配置したカム表面からの反射光を前記テレセントリックfθレンズにより平行光束に変換し、前記走査ミラーで反射させた後に前記ビームスプリッタでレーザ光源からのレーザ光と分離し、結像レンズによって集光して前記テレセントリックfθレンズの焦点面と共役の位置に設置したピンホールを通過させ、該ピンホールを通過した前記反射光の光量を受光素子で計測するカム表面の観察方法であって、前記カム表面を有するカムシャフトをその軸を中心に回転させるとともに、予め取得しておいた前記カム表面の大まかな形状のデータに基づいて、前記レーザ光に対して前記カム表面が常に垂直になるように前記カムシャフトを移動させ、かつ、前記レーザ光の焦点が常に前記カム表面に位置するように前記カムシャフトを前記レーザ光の光軸方向に移動させながら観察することを特徴とするカム表面の観察方法。 Laser light from a laser light source is guided to a scanning mirror through a beam splitter as a parallel light beam, and the laser light is converted into scanning light by the scanning mirror and is incident on a telecentric fθ lens, near the focal plane of the telecentric fθ lens. The reflected light from the cam surface arranged in close proximity is converted into a parallel light beam by the telecentric fθ lens, reflected by the scanning mirror, separated from the laser light from the laser light source by the beam splitter, and condensed by the imaging lens. A method for observing a cam surface, wherein a pinhole installed at a position conjugate with a focal plane of the telecentric fθ lens is passed through, and the amount of reflected light passing through the pinhole is measured by a light receiving element. the cam rotates the cam shaft about its axis, acquired in advance with Based on the data of the rough shape of the surface, wherein the cam surface is always perpendicular to such so that moving the camshaft, and located at the focal point of the laser beam is always the cam surface relative to the laser beam observation method of the cam surface, characterized in that the observation while moving the pre Symbol camshaft in the direction of the optical axis of the laser light so. 前記走査光を前記カム表面の母線に沿って走査させることを特徴とする請求項1記載のカム表面の観察方法。 The cam surface observation method according to claim 1, wherein the scanning light is scanned along a generatrix of the cam surface. 前記走査光が前記カム表面の母線を1回走査する毎に、前記走査光の走査方向に直交する方向に、前記走査光のスポット径に対応する量だけ前記カムシャフトをその軸を中心に回転させることを特徴とする請求項2記載のカム表面の観察方法。 Each time the scanning light scans the generatrix on the cam surface, the camshaft is rotated about the axis in the direction orthogonal to the scanning direction of the scanning light by an amount corresponding to the spot diameter of the scanning light. The method for observing a cam surface according to claim 2, wherein: 前記受光素子で計測された光量に対応した光量信号とこの光量信号が得られた前記カム表面上の位置情報に基づいて、前記カム表面の3次元画像を作成して表示手段に表示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のカム表面の観察方法。 Based on the light amount signal corresponding to the light amount measured by the light receiving element and the position information on the cam surface from which the light amount signal is obtained, a three-dimensional image of the cam surface is created and displayed on the display means. The method for observing a cam surface according to any one of claims 1 to 3.
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