| 【発明の名称】 |
円筒形部品の同軸度測定方法及び測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】河井 友彦
【氏名】松尾 正明
【氏名】畑山 正徳
【氏名】熊野 直人
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| 【要約】 |
【課題】微小な内孔を有する円筒形部品の同軸度を円筒形部品を動かすことなく静止状態で精度良く測定し得るようにする。
【解決手段】静止状態のフェルール２の背後から光源３で照射する。低倍率レンズ系１１を通る入射光をビームスプリッター４で二つに光路分割し、一の分割光を第１のカメラ５に入射させてフェルールの外周面を含む低倍率画像として撮像し、コントローラ７に出力する。同時に、他の分割光を高倍率レンズ系１２を通して第２のカメラ６に入射させてフェルールの内孔部分を拡大した高倍率画像として撮像し、コントローラに出力する。モニター画面８１に対し低倍率画像と高倍率画像とを同一基準軸平面に合成し、低倍率画像の外周エッジにより外周面の中心座標を、高倍率画像の内周エッジにより内孔の中心座標をそれぞれ演算し、両中心座標間の距離により軸ずれ量を得る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 貫通した微小な内孔を有する円筒形部品を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照明光を筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の前面側でカメラに入射させ、このカメラにより撮像された画像に基づき、上記被測定物の外周面により構成される外周境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により構成される内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒形部品の同軸度測定方法において、上記カメラに入射させる同一入射光を２以上に光路分割し、一の分割光に基づく像を上記被測定物の前端面全体が一画面に入るよう低倍率で第１のカメラに結像させると同時に、他の分割光に基づく像を上記被測定物の内孔が上記一画面と同一画面に入るよう高倍率に拡大して第２のカメラに結像させ、上記第１のカメラにより撮像した上記外周面の外周エッジにより外周境界円の中心座標を求める一方、上記第２のカメラにより撮像した上記内周面の内周エッジにより内周境界円の中心座標を求め、上記両中心座標の対比により上記同軸度を求めるようにすることを特徴とする円筒形部品の同軸度測定方法。
【請求項２】 貫通した微小な内孔を有する円筒形部品を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照明光を筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の前面側でカメラに入射させ、このカメラにより撮像された画像に基づき、上記被測定物の外周面により構成される外周境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により構成される内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒形部品の同軸度測定装置において、上記被測定物の背後から上記内孔の光軸方向に照射する光源と、上記被測定物の前面側で光路を２以上に分割する光路分割手段と、この光路分割手段により分割された一の分割光に基づく像を上記被測定物の前端面全体が一画面に入るよう低倍率で撮像する第１のカメラと、上記光路分割手段により分割された他の分割光に基づく像を上記被測定物の内孔が上記一画面と同一画面に入るよう高倍率で拡大して撮像する第２のカメラと、上記上記第１カメラにより撮像された上記外周面の外周エッジにより外周境界円の中心座標を求める一方、上記第２カメラにより撮像した上記内周面の内周エッジにより内周境界円の中心座標を求める中心座標演算手段とを備えていることを特徴とする円筒形部品の同軸度測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信の分野で光ファイバ同士の接続又は光ファイバと各種デバイスとの接続のために用いられるフェルール等の微小内孔を有する円筒形部品の同軸度測定ために用いられる同軸度測定方法もしくは同軸度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、上記光ファイバ同士等の接続用の光コネクタにおいては、光ファイバ先端がフェルールの内孔に挿通された状態で保持され、このような状態の一対のフェルールの先端面同士を接合させて光コネクタが形成されている。
【０００３】このようなフェルールは、上記光ファイバの外径に対応した微小径（例えば１２５〜１２６μｍの直径）の内孔が中心軸に沿って貫通されたジルコニアセラミックス等の円筒形部品（例えば直径２．５ｍｍの円筒形部品）として形成されている。
【０００４】そして、上記光コネクタにおける接続損失の低減のために上記フェルールについてその外周面の中心軸と内孔の中心軸との同軸性が高精度で求められ、製造されたフェルールについて同軸度の測定が行われている。
【０００５】このような同軸度測定方法及び測定装置としては、例えば図９に示すようにＶ溝ブロック９００のＶ溝９０１にフェルール２００を入れて保持させた状態で、まず、このフェルール２００に対し背後の光源から照明光を照射してその前端面側からカメラで撮像し、内孔２０１部分を拡大した画像として画像処理装置に取込む。次に、上記フェルール２００をローラ駆動もしくはベルト駆動によりＶ溝９０１に押し付けた状態で１８０度回転させ、回転後のフェルール２００について上記と同様にカメラで撮像して回転後の内孔２０１部分を拡大した画像として上記画像処理装置に取り込む。そして、両画像を同一画面に表示させると、フェルール外周面２０２の中心軸位置が回転前後の両内孔間を結ぶ線分の中点位置により得られ、フェルール外周面２０２と内孔２０１との軸芯間の軸ずれ量が上記中点位置と各内孔の中心位置との距離により得られることになる。この際、上記画面上でＸ・Ｙ方向の互いに直交する直線マーカーを上記各内孔の内周境界円に接するように順に移動させることにより、その直線マーカーのＸ・Ｙ方向の各移動量に基づいて上記軸ずれ量が求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の同軸度測定方法及び測定装置においては、フェルールを回転駆動させる必要がある上に、上記直線マーカーを内周境界円に接するように操作者が操作する必要があるため、その同軸度測定をインラインにて自動化することが極めて困難となる。しかも、フェルールの外周面を基準にして回転させているため、求めたずれ量に対する測定精度が上記外周面の真円度に大きく依存し、真円度の狂いにより上記測定精度に対する信頼性は大きく狂うことになる。
【０００７】一方、上記フェルールを回転させることなく静止状態で同軸度を測定する方法としてフェルール外周面を含む画像を取り込んだ後、そのままの状態で例えばズーム機構等により拡大して内孔を含む画像を取り込んで両画像を対比させることも考えられるが、上記のズーム機構等を用いて拡大すると光軸のぶれを招き、たとえずれ量を求めたとしても真のずれ量とは大きく食い違うことになる。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、微小な内孔を有する円筒形部品の同軸度をその円筒形部品を動かすことなく静止状態で精度良く測定し得るようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、静止状態の被測定物からの同一の入射光を２以上に光路分割し、一の分割光に基づいて一画面に被測定物の外周面が入る低倍率画像と、他の分割光に基づいて上記と同一画面に拡大された状態で内孔部分が入る高倍率画像とを同時に取込み、上記外周面及び内孔の両境界円に基づきそれぞれの中心座標を求めるようにすることを基本特定事項としたものである。
【００１０】具体的には、円筒形部品の同軸度測定方法に係る第１の発明は、貫通した微小な内孔を有する円筒形部品を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照明光を筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の前面側でカメラに入射させ、このカメラにより撮像された画像に基づき、上記被測定物の外周面により構成される外周境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により構成される内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒形部品の同軸度測定方法を対象にして以下の特定事項を有するものである。すなわち、上記カメラに入射させる同一入射光を２以上に光路分割し、一の分割光に基づく像を上記被測定物の前端面全体が一画面に入るよう低倍率で第１のカメラに結像させると同時に、他の分割光に基づく像を上記被測定物の内孔が上記一画面と同一画面に入るよう高倍率に拡大して第２のカメラに結像させ、上記第１のカメラにより撮像した上記外周面の外周エッジにより外周境界円の中心座標を求める一方、上記第２のカメラにより撮像した上記内周面の内周エッジにより内周境界円の中心座標を求め、これら両中心座標の対比により上記同軸度を求めるようにすることを特定事項とするものである。
【００１１】この第１の発明の場合、静止状態の被測定物からの同一の入射光に基づいて、第１のカメラにより被測定物の外周面を含む低倍率画像と、第２のカメラによりその低倍率画像と同一画面に入るよう内孔部分を拡大した高倍率画像とが同時にかつ同一基準軸上において取り込まれる。そして、上記低倍率画像において被測定物の外周面位置が外周エッジにより認識・検出され、この外周エッジにより外周境界円の中心座標が求められる。また、上記高倍率画像において被測定物の内孔の内周面位置が内周エッジにより認識・検出され、この内周エッジにより内周境界円の中心座標が求められる。これらの各中心座標を求めるには、上記外周エッジもしくは内周エッジにより構成される各境界円周上の複数点（例えば１８０点〜３６０点）の座標値を用いて求めればよい。そして、上記の外周境界円の中心座標と内周境界円の中心座標との距離を求めれば、この距離が軸ずれ量として得られることになる。また、上記両中心座標を結ぶ線分の方向により、上記静止状態の被測定物におけるずれ方向（偏心方向）が得られることになる。なお、上記外周エッジの検出は、低倍率画像であっても、また前端面の外周縁部にアール部が存在していても、１画素（ピクセル）毎に多段階（例えば２５６段階）のグレイスケールで処理するグレイ処理を採用することによりサブピクセルオーダー（例えば１画素の１／１０〜１／２０）の分解能で細かく行うことができ、外周エッジの検出を高精度で行うことが可能になる。また、内周エッジの検出においても、高倍率画像のため焦点深度が浅くなったとしても、上記の分解能での検出により上記内周エッジがシャープに認識し得ることになる。
【００１２】上記の測定方法の場合、被測定物を回転させることなく同じ静止状態の被測定物について低倍率と高倍率との少なくとも二つの画像を同時にかつ同一基準軸上で取り込むようにしているため、同軸度の測定が外周面の真円度の如何に影響されることなく、しかも、インラインにての自動化が図り得ることになる。
【００１３】また、円筒形部品の同軸度測定装置に係る第２の発明は、貫通した微小な内孔を有する円筒形部品を被測定物とし、この被測定物に対し背後から照明光を筒軸方向に照射し、この照射光を上記被測定物の前面側でカメラに入射させ、このカメラにより撮像された画像に基づき、上記被測定物の外周面により構成される外周境界円の中心軸に対する上記内孔の内周面により構成される内周境界円の中心軸の同軸度を測定する円筒形部品の同軸度測定装置を対象にして以下の特定事項を有するものである。すなわち、上記被測定物の背後から上記内孔の光軸方向に照射する光源と、上記被測定物の前面側で光路を２以上に分割する光路分割手段と、この光路分割手段により分割された一の分割光に基づく像を上記被測定物の前端面全体が一画面に入るよう低倍率で撮像する第１のカメラと、上記光路分割手段により分割された他の分割光に基づく像を上記被測定物の内孔が上記一画面と同一画面に入るよう高倍率で拡大して撮像する第２のカメラとを備える。加えて、上記上記第１カメラにより撮像された上記外周面の外周エッジにより外周境界円の中心座標を求める一方、上記第２カメラにより撮像した上記内周面の内孔エッジにより内周境界円の中心座標を求める中心座標演算手段とを備えることを特定事項とするものである。
【００１４】この第２の発明の場合、上記第１の発明を容易にかつ確実に実施することが可能となる。ここで、上記「光路分割手段」としては、ハーフミラーもしくは所定のプリズムを備えたビームスプリッターにより構成すればよい。また、第１もしくは第２の「カメラ」としては、例えばＣＣＤカメラ等の光電変換デバイスが挙げられ、このＣＣＤカメラから出力された画像データに基づき上記中心座標演算手段において各中心座標を演算する処理を行うようにすればよい。
【００１５】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の円筒形部品の同軸度測定方法もしくは測定装置によれば、微小な内孔を有する円筒形部品の同軸度を、その円筒形部品を動かすことなく静止状態ままで一度の測定で精度良く測定することができるようになり、インラインでの自動化を図ることができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】図１は、本発明の実施形態に係る円筒形部品の同軸度測定装置を模式的に示したものであり、２は被測定物としてのフェルール、３はこのフェルール２の背後（同図の右側）から照明光として均一な拡散光を照射する光源、４は入射光を二つの光路に分割する光路分割手段としてのビームスプリッター、５はこのビームスプリッター４により分割された第１の分割光が入射する第１のカメラ、６は上記ビームスプリッター４により分割された第２の分割光が入射する第２のカメラ、７は画像処理を行い同軸度を測定するコントローラ、８はモニターである。
【００１８】上記フェルール２は、一例を図２に示すように円筒形状を有し、横断面が真円形状になるように形成された外周面２１と、前後両端面２２，２３間を上記外周面２１の中心軸に沿って貫通するように形成された微小径の内孔２４とを有している。上記前端面２２の外周縁部は図３に示すようにアール部２２ａとされ、また、上記内孔２４の後端側は漏斗状とされて図示省略の光ファイバの挿通作業の容易化が図られている。このようなフェルール２の具体的寸法を例示すると、外周面２１の直径が２．５ｍｍ、内孔２４の内径が０．１２５ｍｍ（１２５μｍ）、中心軸方向長さが１０ｍｍである。
【００１９】そして、上記フェルール２は図４に示すように矩形凹溝９の開口端縁により構成される鋭角支持点９１，９１により支持されて静止状態で保持されている。この静止状態においてフェルール２がその中心軸を後述の光軸に合致させて位置合わせされた状態に保持されるようになっている。また、上記のような鋭角支持点９１，９１の如き点で支持することにより、従来のＶ溝９０１の如く外周面２０２に対し接線で支持する場合にその支持部近傍の外周エッジが不明瞭になるという不都合を回避し得ることになる。
【００２０】上記ビームスプリッター４は、ハーフミラー４１と、ミラー４２とが組み合わされて構成されたものである。
【００２１】上記第１及び第２のカメラ６，７はそれぞれＣＣＤカメラが用いられており、この第１及び第２の両カメラ６，７により撮像された画像データが上記コントローラ７に対し出力されるようになっている。上記両カメラ６，７においては入射光軸に直交する受光面に対し基準ゲージとなるＸ軸及びＹ軸の直交座標ラインが設定されており、上記光軸がこの直交座標ラインの交点位置を通るように調整されている。なお、図１中５ａは減光フィルタであり、この減光フィルタ５ａは必要に応じて設けられるものであり、上記両カメラ６，７までの光路長の相違等に基づく光量の相違を調整して両カメラ６，７において受光する光量を均等化させるために用いられるようになっている。また、図示を省略しているが、光軸方向への移動ステージ等により構成された合焦機構を備えている。
【００２２】上記コントローラ７は、中心座標演算手段及び同軸度判定手段を備えており、上記第１及び第２の両カメラ６，７からの両画像データを合成してモニター８に出力する一方、このモニター８の画面８１に表示された後述の両画像に基づいて所定の処理を行うようになっている。
【００２３】すなわち、上記フェルール２の前端面２２の全体が上記画面８１の全体に入る程度に設定された低倍率のレンズ系１１（図１参照）を通して入射する入射光がビームスプリッター４のハーフミラー４１を透過もしくは反射することにより二つに分割され、上記ハーフミラー４１を透過して直進した第１の分割光が第１のカメラ５により受光され、これにより、上記前端面２２の全体が撮像された低倍率画像５０（図５参照）がモニター８に表示されるようになっている。一方、上記ハーフミラー４１により反射されて光路分割された第２の分割光はミラー４２により反射されて所定のレンズ系１２を通して第２のカメラ６により受光され、これにより、上記フェルール２の内孔２４部分が上記画面８１の全体に入る程度に拡大された状態の高倍率画像６０（図５参照）として撮像され、この高倍率画像６０が上記低倍率画像５０と共に同じ基準ゲージ（Ｘ軸，Ｙ軸）画面において合成されてモニター８に表示されるようになっている。
【００２４】ここで、上記の図５もしくは図７に示す低倍率画像５０においては、フェルール２（図２もしくは図３参照）の外周面２１により構成される外周境界円が外周エッジ５１として表れ、内孔２４が小さな輝点５２として表れる。一方、上記の図６もしくは図７に示す高倍率画像６０においては、上記内孔２４の内周面により構成される内周境界円が内周エッジ６１として表れる。
【００２５】中心座標演算手段による処理を行うにあたり、上記外周エッジ５１及び内周エッジ６１の検出を行うが、特に上記外周エッジ５１の検出（認識）においてはグレイ処理を行い例えば０．２５μｍ以下という高精度の検出が行われる。すなわち、上記低倍率画像５０は水平・垂直が例えば５００画素×５００画素の２５万画素の撮像素子により撮像されたものであり、この撮像素子内に例えば直径２．５ｍｍの外周境界円が取り込まれることになる。上記グレイ処理により例えば１画素の１／２０というサブピクセルオーダーの分解能が得られたとすると、上記低倍率画像５０での検出精度は次のようになる。単純化して説明すると、低倍率画像５０の場合には１画素が５μｍ（２．５ｍｍ／５００画素＝０．００５ｍｍ）に相当し、その１／２０であるから０．２５μｍを単位として上記外周エッジ５１の検出が可能となる。以上により低倍率画像５０においては外周縁部にアール部２２ａが存在しても外周エッジ５１をシャープに認識し得ることになり、その外周エッジ５１を確実に検出し得ることになる。なお、内周エッジ６１の検出にも上記のグレイ処理によるサブピクセルオーダーの分解能を適用した場合には、０．０１２５μｍ以下の高精度を得ることができるようになる。
【００２６】そして、上記の検出された外周エッジ５１に基づいて外周境界円の中心座標５１１（図８参照）を演算により求める一方、上記の内周エッジ６１に基づいて内周境界円の中心座標６１１を演算により求める。
【００２７】次に、同軸度判定手段による判定を行う。この判定は、上記の両中心座標５１１，６１１の相対距離（軸ずれ量）を演算し、この軸ずれ量が許容値以下か否かにより行う。すなわち、上記中心座標５１１が（ｘ1，ｙ1）、中心座標６１１が（ｘ2，ｙ2）とすると、軸ずれ量δは、δ＝｛（ｘ1−ｘ2）２＋（ｙ1−ｙ2）２｝１／２により得られる。
【００２８】また、静止状態のフェルール２（図４参照）における軸ずれ方向θは、θ＝Ｔａｎ−１｛（ｙ1−ｙ2）／（ｘ1−ｘ2）｝
により得られる。
【００２９】なお、ビームスプリッター４やカメラ５，６等の調整不足により上記低倍率画像５０と高倍率画像６０との間で基準ゲージ（Ｘ軸，Ｙ軸）に相対ずれが生じた場合には、その相対ずれのＸ方向成分αxを上記（ｘ1−ｘ2）から減じ、Ｙ方向成分αyを上記（ｙ1−ｙ2）から減ずるようにすればよい。
【００３０】＜他の実施形態＞なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、光路分割の数を２とし、カメラの数も光路分割数と同数の２としているが、これに限らず、例えば光路分割数を３以上にし、それに対応するようカメラの数も３以上にするようにしてもよい。上記の３以上の場合には、内孔２４の内径に比して外周面２１の外径がかなり大きい円筒形部品に対し好適に適用されることになる。すなわち、円筒形部品の外径寸法に応じて上記の数を設定するようにすればよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９２０３６０７２
【氏名又は名称】株式会社日本デジテック
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１７日（２０００．１．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】小根田 一郎
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４１３３（Ｐ２００１−１９４１３３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７５５４（Ｐ２０００−７５５４） |
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