JP2004069446A

JP2004069446A - 厚みおよび隙間測定装置

Info

Publication number: JP2004069446A
Application number: JP2002228162A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kamiyoshi; 神吉　哲
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】板状透明体の厚みや隙間を測定する際に、安価かつ簡単な方法で距離と角度を一定に保ちつつ、安定した計測を可能とする。
【解決手段】ワーク（板状透明体）１７上に載置したとき正三角形となるように配置された３本の足１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備えるブラケット１２と、レーザ光を出射する光源１１とワーク１７からのレーザ光の反射光を受光する受光素子１５とを有し、ワーク１７でのレーザスポット位置が正三角形の重心の位置となるようにブラケット１２に設置される測定器１０とを備える。曲面を有するワーク１７の厚み、または隙間を測定する際に、光源１１とワーク１７との間の距離、およびレーザ光がワーク１７に入射する角度を一定に保つことができるように最小曲率半径の位置で足１４ａ，１４ｂ，１４ｃの間隔が調整されている。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状の透明体の厚み、および板状の透明体間の隙間（間隔）を測定する厚みおよび隙間測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス板等の板状の透明体（以下、ワークという）の厚み、およびワークを２枚重ね合わせたときのワーク間の間隔である隙間を測定する方法としては、三角測量方式とレーザフォーカス方式がある。
【０００３】
図１は、ワークを２枚重ね合わせたときのワークの厚み、およびワーク間の隙間を三角測量方式により測定する場合を説明する図である。レーザ３０から、ワークに斜めにレーザ光３５を当て、上ワーク３６の上面３１からの反射光、上ワーク３６の下面３２からの反射光、下ワーク３７の上面３３からの反射光、下ワーク３７の下面３４からの反射光の戻り位置をＣＣＤ３８で測定する。ＣＣＤ３８上の戻り位置と、レーザ３０から各面３１〜３４までの距離との間には比例関係があるため、ＣＣＤ３８上の戻り位置を測定すれば、レーザ３０から各面３１〜３４までの距離を求めることができる。
【０００４】
ここで、上ワーク３６の上面３１と上ワーク３６の下面３２との差を求めれば、それがすなわち上ワーク３６の厚みとなり、下ワーク３７の上面３３と下ワーク３７の下面３４との差を求めれば、それが下ワーク３７の厚みとなる。上ワーク３６の下面３２と下ワーク３７の上面３３との差を求めれば、それがワーク間の隙間となる。
【０００５】
図２は、レーザフォーカス方式でワークの厚みを測定する場合を説明する図である。レーザ４０から出たレーザ光は、ハーフミラー４１、対物レンズ４２を通ってワーク４３上で小さなスポットとなり、その反射光は、再び対物レンズ４２を通ってハーフミラー４１で反射し、ピンホール４４を通って受光素子４５に到達する。対物レンズ４２の焦点位置にワーク４３があると、受光素子４５に強い光が戻り、一方、焦点位置がワーク４３から外れると非常に弱い光しか戻ってこない。
【０００６】
この原理を応用し、対物レンズ４２を移動させ、戻り光が最も強い対物レンズ４２の位置を測定することで、ワークを２枚重ね合わせたときの上ワークの上面、下面および下ワークの上面、下面までの距離を測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した三角測量方式およびレーザフォーカス方式は、汎用の変位計として実用化されているが、ワークとの距離については、計測できる動作範囲が決められており、ワークとの距離が動作範囲を超えると受光部に光が戻らず、またワークに対する角度についても、正反射光を測定するため、ワークに対する角度が少し変化すると反射光が受光部から外れてしまい、計測不可能状態になる。したがって、ワークの厚みやワーク間の隙間を測定するときには、計測できる動作範囲および角度となるようにワークとの距離および角度を一定に保つ必要がある。しかしながら、あるワークの任意の位置で厚みおよび隙間を測定する際に、簡単な方法で距離と角度を一定に保つ手段がなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、ワークの任意の位置でのワークの厚みや隙間を測定する際に、安価かつ簡単な方法で距離と角度を一定に保つことができ、安定した計測を可能とする厚みおよび隙間測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板状透明体上に載置したときの位置関係が正三角形となるように配置された３本の足を備えるブラケットと、レーザ光を出射する光源と板状透明体からのレーザ光の反射光を受光する受光素子とを有し、板状透明体でのレーザスポット位置が正三角形の重心の位置となるようにブラケットに設置される測定器とを備え、曲面を有する板状透明体の厚み、または曲面を有する板状透明体を重ねたときの透明体間の隙間を測定する際に、光源と板状透明体との間の距離、およびレーザ光が板状透明体に入射する角度を一定に保つことができるように、曲面を有する板状透明体の最小曲率半径の位置で足の間隔が調整されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図３は、本発明の厚みおよび隙間測定装置の実施の形態を示す側面図である。図３に示す厚みおよび隙間測定装置は、図１に示す三角測量方式の測定機１０と、測定機１０を設置する専用のブラケット（治具）１２からなる。
【００１２】
測定機１０は、レーザ光を出射する光源１１と、光源１１から離れた位置に、ワーク１７からの反射光を受光するＣＣＤ等の受光素子１５とを備えている。ワーク１７に斜めからレーザ光を当て、上ワーク１８の上面からの反射光、上ワーク１８の下面からの反射光、下ワーク２０の上面からの反射光、下ワーク２０の下面からの反射光の戻り位置をＣＣＤ等の受光素子１５で測定する。この測定機１０は、図２に示すレーザフォーカス方式の測定機でもよい。また、測定機１０は、市販のものを用いる。
【００１３】
ブラケット１２は、３本の足１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備えている。図４は、図３に示す厚みおよび隙間測定装置を被測定物であるワーク上に載置したときの足の位置関係を説明する図である。足１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ワークの上方から見て正三角形となるように配置されている。
【００１４】
測定機１０は、ワーク上でのレーザスポット１６の位置が、正三角形の重心となるようにブラケット１２に設置されている。光源１１から出射されたレーザ光は、レーザスポット１６の位置のワーク面で反射され、受光素子１５に到達する。
【００１５】
また、足１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ワークの厚みを測定するために厚みおよび隙間測定装置をワーク上に置いたときにワークを傷つけることがないように、先端にゴムを備えている。
【００１６】
測定の際には、３本の足１４ａ，１４ｂ，１４ｃの先端の全てをワークに接するように当てることにより、ワークまで距離とワークとの角度を一定に保つことが可能となる。
【００１７】
次に、三角測量方式の測定機でワーク間の隙間を測定する場合を例にして本発明の厚みおよび隙間測定装置について説明する。
【００１８】
図５は、三角測量方式の測定機をブラケットに設置してワーク間の隙間を測定するときの側面図である。図５において、Ｌは、測定機１０のレーザ光を出射する光源から上ワーク１８の上面までの距離であり、θは測定機１０の取り付け角度である。Ｄ_１は測定機１０の動作距離であり、測定機１０は、Ｄ_１を中心として±αの距離の動作範囲を有する。θ_１は測定機１０の動作角度であり、測定機１０は、θ_１を中心として±βの角度の動作範囲を有する。Ｌｒは上ワークの厚みであり、Ｗはブラケット１２の足間隔である。Ｓは上ワーク１８と下ワーク２０との間の隙間（間隔）であり、±γは隙間の変動範囲である。
【００１９】
測定機１０は、Ｄ_１±αが、上ワークの上面および下ワークの下面を含むものを選定し、取付角度θは、
θ＝θ_１
の一定とする。また、測定機１０の光源から上ワーク１８の上面までの距離Ｌを決定する。距離Ｌは、隙間の中心Ｐが動作距離Ｄ_１にくるようにすると、
Ｌ＝Ｄ_１ｃｏｓθ_１−Ｌｒ−Ｓ／２
で表される。
【００２０】
フラットなワークを測定する場合、例えば、２枚のガラス板を微小間隔にて保持した複層ガラスの隙間を測定する場合は、上ワークの厚みＬｒは３ｍｍ、Ｓ±γは０．２±０．０５ｍｍ程度である。したがって、測定機は、例えばＤ_１±αが２０±１ｍｍ、θ_１が２５°のものを選択すると、測定機の光源から上ワークの上面までの距離Ｌは、１５．０ｍｍとなる。測定したい任意の場所に厚みおよび隙間測定装置を持っていき、３つの足がワークに接触するようにセットすると、隙間を測定できる。
【００２１】
この場合、ワークの上面は、ほぼフラットなので、足の間隔Ｗが大きくても小さくてもワークまでの距離、およびワークと測定機の相対角度は変化しない。よって足の間隔は考慮する必要はない。
【００２２】
次に、曲面を有するワークを測定する場合について説明する。この場合、ワークの曲率半径と足間隔によってワークまでの距離が変化する。すなわち、同じ曲率半径であれば、足間隔が狭いほうが距離変化は小さく、また、同じ足間隔であれば、ワークの曲率半径が大きいほど距離変化は小さい。
【００２３】
図６は、フラットなワークと曲面を有するワークとの距離差を説明する図である。足１４ａと足１４ｂの間隔をＷ、曲面を有するワーク２４の曲率半径をＲとすると、フラットなワーク２２と曲面を有するワーク２４との距離差Ｌｗは、
【００２４】
【数１】

となる。
【００２５】
この距離差Ｌｗが測定機の動作範囲内になければ測定不能となるので、距離差Ｌｗが測定機の動作範囲となるようにワーク２４の最小曲率半径をもとに足間隔と測定機を決定する必要がある。
【００２６】
例えば、自動車用合わせガラスのペアとなるガラスの隙間を測定する場合、ワークの最小曲げ半径（最小曲率半径）は約５００ｍｍであり、５００ｍｍとした場合の足間隔と距離差Ｌｗは、図７のようになる。図７は、ワークの最小曲げ半径を５００ｍｍとした場合の足間隔と距離差Ｌｗとの関係を示す図である。
【００２７】
実際の自動車用合わせガラスでは、ワークの曲率半径は一定ではなく、無限大近くから５００ｍｍの間を連続的に変化するが、ワークの最小曲率半径の位置で、図７に示すように、例えば、測定機の動作範囲が±５ｍｍなら、足間隔を１４１ｍｍ以下にすれば、ワーク上の任意の場所での隙間を、凹面と凸面のどちらからでも測定できる。
【００２８】
本発明の厚みおよび隙間測定装置は、曲面を有するワークの最小曲率半径の位置で、距離差Ｌｗが測定機の動作範囲内となるように足の間隔が調整されており、したがって、ワークの任意の位置で距離差Ｌｗが測定機の動作範囲内となる。足の間隔が決定すれば、光源とワークとの間の距離が定まるので、本発明の厚みおよび隙間測定装置は、ワークの任意の位置で光源とワークとの間の距離を一定に保ちながら測定が可能となる。
【００２９】
また、もう１つ考慮すべき点として、レーザの反射角度がある。図８は、フラットなワーク２２と曲面を有するワーク２４とを用いてレーザの反射角度を説明する図である。
【００３０】
ワーク２４の曲率半径をＲ、測定機の動作角度をθ_１（フラットなワーク２２に対する入射角に等しい）、足間隔をＷとすると、フラットなワーク２２の場合、θ_２を反射角度とすると、θ_２＝θ_１となり、測定位置での入射光と反射光のなす角度は２θ_１となる。
【００３１】
一方、曲面を有するワーク２４の場合、入射光が曲率中心を通らないため、角度θ_１に対する角度ズレθ_３が発生する。この角度ズレθ_３があると、反射光が測定機の受光部から外れてしまい、測定不可能となる。
【００３２】
曲面を有するワーク２４での、測定位置での入射光と反射光のなす角度θ_４は、
θ_４＝２（θ_１−θ_３）
となる。ここで、
θ_３＝ｔａｎ^−１（Ｐｘ／Ｐｙ）
Ｐｘ，Ｐｙは、曲率中心を原点としたときの、入射光（ｙ＝ａｘ＋ｂ）と曲面を有するワーク（ｘ^２＋ｙ^２＝Ｒ^２）との交点の座票であり、次式で表される。
【００３３】
【数２】

となる。
【００３４】
実例として、最小曲げ半径（最小曲率半径）Ｒ＝５００ｍｍの自動車用合わせガラスを、動作角度θ_１＝１２．５°の測定機を足間隔Ｗ＝１００ｍｍのブラケット（治具）につけて測定する場合、θ_３はほぼゼロとなり、
θ_４≒２θ_１
となる。すなわち、曲面を有するワーク２４の入射光と反射光のなす角度θ_４は、フラットなワーク２２の入射光と反射光のなす角度２θ_１とほぼ等しくなる。したがって、入射光の入射角度をほぼ一定のθ_１に保つことができるため、反射光は測定機の受光部に到達できる。以上のことから、足間隔Ｗは１００ｍｍ程度が好適である。
【００３５】
本発明の厚みおよび隙間測定装置は、曲面を有するワークの最小曲率半径の位置で、曲面を有するワーク２４の入射光と反射光のなす角度θ_４が、フラットなワーク２２の入射光と反射光のなす角度２θ_１と等しくなるように足の間隔が調整されているので、ワークの任意の位置でも、角度θ_４が、角度２θ_１の一定値となる。したがって、本発明の厚みおよび隙間測定装置は、ワークの任意の位置でワークとの間の角度を一定に保ちながら測定が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の厚みおよび隙間測定装置は、板状の透明体上に載置したときの足の位置関係が正三角形となるように配置された３本の足を備え、曲面を有する板状の透明体の最小曲率半径の位置で足の間隔が調整されているので、板状の透明体の任意の位置で、板状の透明体の厚みや透明体間の隙間を測定する際に、安価かつ簡単に透明体までの距離および透明体との角度を一定に保つことができ、安定した計測を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワークを２枚重ね合わせたときのワークの厚み、およびワーク間の隙間を三角測量方式により測定する場合を説明する図である。
【図２】レーザフォーカス方式でワークの厚みを測定する場合を説明する図である。
【図３】本発明の厚みおよび隙間測定装置の実施の形態を示す側面図である。
【図４】本発明に係る厚みおよび隙間測定装置を被測定物であるワーク上に置いたときの足の位置関係を説明する図である。
【図５】三角測量方式の測定機をブラケットに設置してワーク間の隙間を測定するときの側面図である。
【図６】フラットなワークと曲面を有するワークとの距離差を説明する図である。
【図７】ワークの最小曲げ半径を５００ｍｍとした場合の足間隔と距離差との関係を示す図である。
【図８】フラットなワークと曲面を有するワークとを用いてレーザの反射角度を説明する図である。
【符号の説明】
１０　測定機
１１　光源
１２　ブラケット
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　足
１５　受光素子
１６　レーザスポット
１７，４３　ワーク
１８，３６　上ワーク
２０，３７　下ワーク
２２　フラットなワーク
２４　曲面を有するワーク
３０，４０　レーザ
３１，３３　上面
３２，３４　下面
３５　レーザ光
３８　ＣＣＤ
４１　ハーフミラー
４２　対物レンズ
４４　ピンホール
４５　受光素子

Claims

板状透明体上に載置したときの位置関係が正三角形となるように配置された３本の足を備えるブラケットと、
レーザ光を出射する光源と前記板状透明体からの前記レーザ光の反射光を受光する受光素子とを有し、前記板状透明体でのレーザスポット位置が前記正三角形の重心の位置となるように前記ブラケットに設置される測定器とを備え、
曲面を有する板状透明体の厚み、または曲面を有する板状透明体を重ねたときの透明体間の隙間を測定する際に、前記光源と板状透明体との間の距離、および前記レーザ光が板状透明体に入射する角度を一定に保つことができるように、曲面を有する板状透明体の最小曲率半径の位置で前記足の間隔が調整されていることを特徴とする厚みおよび隙間測定装置。
前記測定機は、三角測量方式の測定機であることを特徴とする請求項１に記載の厚みおよび隙間測定装置。
前記測定機は、レーザフォーカス方式の測定機であることを特徴とする請求項１に記載の厚みおよび隙間測定装置。
前記板状透明体は、自動車用合わせガラスおよび／または合わせガラスを構成する単板ガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の厚みおよび隙間測定装置。