JP2004198307A - Ultrasonic system and method for measuring thickness - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して物体の厚みの測定を行う技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1に開示されている技術について図5を参照しながら説明する。
図5において、ハンドリング装置101に押圧調整手段105を介して保持されている超音波探触子103の被測定物102側に位置する面に超音波透過性の弾性体104を配置し、押圧調整手段105により被測定物102に対して超音波探触子103を、弾性体104を介して押圧するようにする。こうすると、超音波探触子103は面直状態を保ったまま弾性体104を介して被測定物102の測定点に対し接触配置され、しかも、押圧調整手段105による押圧調整により弾性体104の弾性変形度合いは一定に保たれる。
【0003】
この状態において、超音波探触子103から出射される超音波mを、弾性体104を通じて被測定物102内へ被測定物102の表面に対し面直な方向から入射させる。この超音波mは被測定物102の底面で反射されて再び被測定物102の表面に対し面直な方向に向かい、弾性体104を通じて超音波探触子103へ戻る。このとき、超音波探触子103からの超音波の被測定物102表面及び裏面からの戻り超音波の検出タイミングの時間差等から被測定物102の厚さ情報を得る。
【0004】
特許文献1には、以上のようにして被測定物102の厚み測定を自動化するという技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−233952号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
近年の工業製品の製造においては少量多品種生産が増大しており、被測定物の形状や厚さが多岐に渡っているため、弾性体104の押圧位置(高さ)が被測定物102毎に異なっている場合が多い。この状況下において、上述した特許文献1に開示されている技術による厚みの自動測定では弾性体104が確実に被測定物102に接触したか否かを知ることができなかったため、弾性体104を一律に必要以上に被測定物102へ押し込む必要があった。そのため、自動測定の測定効率が低くなってしまう上に、押圧によって被測定物102が変形してしまうことがあり、測定精度が劣化し、被測定物102ヘダメージを与えてしまうという問題を抱えていた。
【0007】
以上の問題を鑑み、被測定物に対して悪影響を与えず、しかも効率よく確実に厚みの測定を行うことが本発明が解決しようとする課題である。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発せられた超音波についての反射波のうち、被測定物の表面から到来したものと該被測定物の裏面から到来したものとの間での到来時間の差の観測を行い、該到来時間の差から該表面と該裏面との間の距離を算出することによって該被測定物の厚みの測定を行う装置または方法を前提とする。
【0009】
そして、本発明の態様のひとつである超音波厚み測定装置では、超音波についての反射波の到来の様子の監視を行う監視手段と、前述した測定を行うことのできる位置に被測定物が位置したとの判定が該監視の結果に基づいてなされたときに該位置において該測定を開始させる制御を行う制御手段と、を有するように構成することによって前述した課題を解決する。
【0010】
上記の構成によれば、監視手段による監視の結果に基づいて被測定物が厚み測定を行うことのできる位置に位置したと判定されたときのその位置で被測定物の測定が行われるので、厚み測定の測定可能範囲の外側から被測定物をその測定可能範囲へ近づける方向に移動させることにより、その測定可能範囲の境界近傍で被測定物の厚み測定を行うことができるようになる。
【0011】
また、被測定物をその位置からその測定可能範囲のより内側へと移動させる力を被測定物に対して加えないようにすることが可能となるので、被測定物の形状や厚さが異なっていたとしてもこの力による測定精度の劣化や被測定物の損傷を抑制することができ、また、被測定物のその測定可能範囲内のより内側への無駄な移動を無くして測定の効率を向上させることができる。
【0012】
また、本発明の別の態様のひとつである超音波厚み測定方法では、超音波についての反射波の到来の様子の監視を行い、前述した測定を行うことのできる位置に被測定物が位置したとの判定が該監視の結果に基づいてなされたときに該位置において該測定を行うようにする。
【0013】
こうすることにより、前述した本発明に係る超音波厚み測定装置と同様の作用・効果が得られ、前述した課題が解決される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、光学レンズの厚みの測定において本発明を実施する場合について説明する。
図1は本発明を実施する装置の全体構成を示している。
【0015】
図1において、ハンドリング装置10は駆動部20によって上下方向に任意に移動制御される。演算部30は超音波センサ40による超音波の送受信の制御を行うと共に、超音波センサ40から発せられた超音波が反射して超音波センサ40で受信されるまでに要した時間に基づいて被測定物の厚さの算出を行う。制御部50は駆動部20と演算部30とを制御する。
[実施例1]
次に図2について説明する。同図は図1におけるハンドリング装置10及び超音波センサ40周辺の詳細構成の第一の例を示している。
【0016】
ハンドリング装置10は、シリンダ11にピストン13が挿入されて構成されている。図2(a)は、弾性体であるバネ12の弾性力によってピストン13がシリンダ11から同図における下方に押し出された状態を示している。ピストン13の先端にはレンズ保持部14が設けられており、レンズ15をクランプ、貼り付け、あるいは吸引などの方法によって保持することができる。
【0017】
ハンドリング装置10の下方には超音波センサ40が超音波伝播部材16に浸漬もしくは密着された状態で配置されている。なお、超音波伝播部材16としては、例えば水、油、研削液などの液体を使用してもよく、また、例えばシリコン、ポリカーボネート、塩化ビニル、あるいはアクリルなどの固体を使用してもよい。
【0018】
以下、上述した図1及び図2に示す構成を有する装置を使用してレンズ15の厚みを測定する手順について説明する。
まず、制御部50が駆動部20へ指示を与えてハンドリング装置10を図2における下方向に移動させ、図2(a)に示すように、レンズ15を超音波伝播部材16に向けて下降させていく。この状態で制御部50が演算部30へ指示を与えて超音波センサ40から超音波を発生させたときには、その超音波である送信波eは超音波伝播部材16を伝播し、超音波伝播部材16の界面において反射して界面反射波fとなって超音波センサ40へ戻ってくる。このときに演算部42によって確認される超音波センサ40による測定信号を図3(a)に示す。
【0019】
図3(a)において、発信波形41は送信波eを発した時刻を示しており、界面反射波形42は界面反射波fの到来した時刻を示している。なお、図3における横軸は時間の経過を示している。
その後、ハンドリング装置10の下方向の移動を継続させると、やがて図2(b)に示すように、レンズ15が超音波伝播部材16に接触し侵入する。このときに演算部42によって確認される超音波センサ40による測定信号を図3(b)に示す。
【0020】
図3(b)において、発信波形41の次に出現するのはレンズ15の表面(図2における下側の面)で反射した超音波の検出結果であるレンズ表面反射波形43である。そしてその後、超音波がレンズ15内を伝播する進行波iのレンズ15内の表面から裏面までの伝播時間に、この進行波iのレンズ15の裏面における反射波である裏面反射波kのレンズ15内の裏面から表面までの伝播時間を加えた時間に相当する位置にレンズ裏面反射波形44が出現する。
【0021】
図3(b)において、レンズ表面反射波形43とレンズ裏面反射波形44との時間間隔はレンズ15の位置により変化することはないが、これらの波形と発信波形41との位置関係はハンドリング装置10の上下動に連動して変化する。これは、レンズ表面反射波形43が、超音波伝播部材16内を伝播する送信波gのレンズ15の表面までの伝播時間に、この進行波gのこのレンズ15の表面における反射波である表面反射波hの超音波センサ40までの伝播時間を加えた時間を示しているのに対し、レンズ15の位置が超音波伝播部材16内を移動するからである。
【0022】
ところで、超音波伝播部材16が固体である場合には、ハンドリング装置10に設けられているシリンダ11、ピストン13、及びバネ12によって構成されているシリンダ機構により、レンズ15が超音波伝播部材16に押さえつけられる状態となり、レンズ15が超音波伝播部材16に侵入することがないので、ハンドリング装置10の上下動と、超音波センサ40による測定信号における波形の動きとは連動しない。但し、この状態であっても、超音波センサ40で検出される測定信号には、図3(b)のように、レンズ表面反射波形43とレンズ裏面反射波形44とが出現する。
【0023】
以上のことを纏めると、駆動部20と演算部30とから得られる情報より、ハンドリング装置10の上下動と超音波センサ40で検出される測定信号に表されるレンズ表面反射波形43若しくはレンズ裏面反射波形44の動きとが連動したこと、若しくは界面反射波形42に代わってレンズ表面反射波形43とレンズ裏面反射波形44とが超音波センサ40で検出される測定信号に出現したことを検出することにより、レンズ15が超音波伝播部材に接触したこと、すなわちレンズ15の厚みの測定が可能となったことを制御部50が知ることができる。
【0024】
その後、レンズ15の厚みの測定が可能となったとの判定がなされたときは、制御部50は演算部30に指示を与えて、例えば前述した特許文献1に開示されていたものと同様の手法でレンズ15の厚み測定を行わせる。
以上のようにすることにより、レンズ15が超音波伝播部材16に接触したことの検出が可能となるので、必要以上にハンドリング装置10を下降させる必要がなくなり、また超音波伝播部材16が固形物である場合においてその接触圧を極力押さえ込めるようになる。その結果、厚み測定に起因するレンズ15の損傷を防止することができ、また、例えばランダムな厚さのレンズ15が投入されてもその厚み測定が可能になった状態を即座に検知することができるので、様々な厚さのレンズに素早く対応することができる。
[実施例2]
次に図4について説明する。同図は図1におけるハンドリング装置10及び超音波センサ40周辺の詳細構成の第二の例を示している。
【0025】
図4において、ハンドリング装置10の構成は図2に示したものと同様であるが、超音波伝播部材16と超音波センサ40との保持部分が図2に示したものと異なっている。
図4(a)に示すように、超音波センサ40はセンサ保持筒17に挿入されている。このセンサ保持筒17における超音波センサ40の超音波伝播方向には任意の大きさの穴空間が設けられており、この穴空間には超音波伝播部材16が保持されている。この超音波伝播部材16は、センサ保持筒17の開口部分と同一面、若しくはこの開口部分よりも突出した状態に構成されている。この構成を採用することにより、超音波伝播部材16の使用量を図2に示した構成例よりも少量とすることができる。
【0026】
以下、上述した図1及び図4に示す構成を有する装置を使用してレンズ15の厚みを測定する手順について説明する。
まず、制御部50が駆動部20へ指示を与えてハンドリング装置40を図4における下方向に移動させ、図4(a)に示すように、レンズ15を超音波伝播部材16に向けて下降させていく。このときに演算部42によって確認される超音波センサ40による測定信号は、図3(a)に示したものと同様のものとなる。
【0027】
その後、ハンドリング装置10の下方向の移動を継続させると、やがて図4(b)のようにレンズ15がセンサ保持筒17(超音波伝播部材16)に接触する。この状態での超音波センサ40による観察波形は図3(b)に示したもののようになる。
【0028】
その後、この状態から更にハンドリング装置10を下降させても、図4(c)に示すように、シリンダ11、ピストン13、及びバネ12によって構成されているシリンダ構成によりピストン13がシリンダ11に引き込まれるため、レンズ15はバネ12の弾性力とバネ12、ピストン13、及びレンズ保持部14の自重とによってセンサ保持筒17に弱くあてつけられているだけである。
【0029】
以下、前述した実施例1と同様に、駆動部20と演算部30とから得られる情報より、界面反射波形42に代わってレンズ表面反射波形43とレンズ裏面反射波形44とが超音波センサ40で検出される測定信号に出現したことを確認することにより、レンズ15が超音波伝播部材16に接触したこと、すなわちレンズ15の厚みの測定が可能となったことを制御部50が知ることができるので、この検知後に、制御部50が演算部30に指示を与えて、例えば前述した特許文献1に開示されていたものと同様の手法でレンズ15の厚み測定を行わせる。
【0030】
以上のようにすることにより、レンズ15への押圧負荷を少なく抑えることができると共に、確実に測定可能な状態へとレンズ15が位置したことを知ることが可能となる。更に、極微量若しくは微小の超音波伝播部材16の使用によってレンズ15の厚み測定が可能となるので、費用面や測定のために要するスペースの確保の面で有益である。
【0031】
その他、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【0032】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、発せられた超音波についての反射波のうち、被測定物の表面から到来したものと該被測定物の裏面から到来したものとの間での到来時間の差の観測を行い、該到来時間の差から該表面と該裏面との間の距離を算出することによって該被測定物の厚みの測定を行うときに、超音波についての反射波の到来の様子の監視を行い、前述した測定を行うことのできる位置に被測定物が位置したとの判定が該監視の結果に基づいてなされたときに該位置において該測定を行うようにする。
【0033】
こうすることにより、被測定物に対して悪影響を与えず、しかも効率よく確実に厚みの測定を行うことができるようになるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する装置の構成を示す図である。
【図2】図1におけるハンドリング装置及び超音波センサ周辺の詳細構成の第一の例を示す図である。
【図3】超音波センサによって検出される測定信号例を示す図である。
【図4】図1におけるハンドリング装置及び超音波センサ周辺の詳細構成の第二の例を示す図である。
【図5】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
10 ハンドリング装置
11 シリンダ
12 バネ
13 ピストン
14 レンズ保持部
15 レンズ
16 超音波伝播部材
20 駆動部
30 演算部
40 超音波センサ
41 発信波形
42 界面反射波形
43 レンズ表面反射波形
44 レンズ裏面反射波形
50 制御部
101 ハンドリング装置
102 被測定物
103 超音波探触子
104 弾性体
105 押圧調整手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for measuring the thickness of an object using ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
The technique disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
In FIG. 5, an ultrasonic-transparent
[0003]
In this state, the ultrasonic waves m emitted from the
[0004]
Patent Literature 1 discloses a technique for automatically measuring the thickness of the
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-233952 A
[Problems to be solved by the invention]
In the production of industrial products in recent years, small-volume, multi-product production has increased, and the shape and thickness of the object to be measured vary widely, so that the pressing position (height) of the
[0007]
In view of the above problems, it is an object of the present invention to efficiently and reliably measure the thickness without adversely affecting the object to be measured.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention performs observation of the difference in arrival time between the reflected wave of the emitted ultrasonic wave and that arriving from the front surface of the measured object and that arriving from the back surface of the measured object, An apparatus or method for measuring the thickness of the object to be measured by calculating the distance between the front surface and the back surface from the difference in the arrival time is assumed.
[0009]
In the ultrasonic thickness measuring apparatus according to one aspect of the present invention, a monitoring unit that monitors a state of arrival of a reflected wave of an ultrasonic wave and an object to be measured are located at a position where the above-described measurement can be performed. The above-described problem is solved by including a control unit that performs control for starting the measurement at the position when the determination that the measurement has been performed is made based on the result of the monitoring.
[0010]
According to the above configuration, the measurement of the object to be measured is performed at that position when it is determined that the object to be measured is located at a position where the thickness measurement can be performed based on the result of monitoring by the monitoring unit. By moving the measured object from the outside of the measurable range of the thickness measurement in a direction approaching the measurable range, the thickness of the measured object can be measured near the boundary of the measurable range.
[0011]
In addition, since it is possible to prevent a force that moves the object from its position to the inside of the measurable range from being applied to the object, the shape and thickness of the object vary. Even if it does, the deterioration of measurement accuracy and damage to the object to be measured due to this force can be suppressed, and the measurement efficiency can be improved by eliminating unnecessary movement of the object to be measured to the inside of the measurable range. Can be improved.
[0012]
Further, in the ultrasonic thickness measurement method which is another aspect of the present invention, the state of arrival of the reflected wave of the ultrasonic wave is monitored, and the object to be measured is located at a position where the above-described measurement can be performed. Is determined at the position when the determination is made based on the result of the monitoring.
[0013]
By doing so, the same operation and effect as those of the above-described ultrasonic thickness measuring apparatus according to the present invention can be obtained, and the above-mentioned problem can be solved.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case where the present invention is implemented in measuring the thickness of the optical lens will be described.
FIG. 1 shows the overall configuration of an apparatus for implementing the present invention.
[0015]
In FIG. 1, the
[Example 1]
Next, FIG. 2 will be described. FIG. 2 shows a first example of a detailed configuration around the
[0016]
The
[0017]
An
[0018]
Hereinafter, a procedure for measuring the thickness of the
First, the
[0019]
In FIG. 3A, the
Thereafter, when the downward movement of the handling
[0020]
In FIG. 3B, what appears next to the
[0021]
In FIG. 3B, the time interval between the lens
[0022]
By the way, when the ultrasonic
[0023]
To summarize the above, based on information obtained from the
[0024]
Thereafter, when it is determined that the thickness of the
By doing so, it is possible to detect that the
[Example 2]
Next, FIG. 4 will be described. This figure shows a second example of the detailed configuration around the handling
[0025]
4, the configuration of the handling
As shown in FIG. 4A, the
[0026]
Hereinafter, a procedure for measuring the thickness of the
First, the
[0027]
Thereafter, when the downward movement of the handling
[0028]
Thereafter, even if the handling
[0029]
Hereinafter, in the same manner as in the first embodiment, based on the information obtained from the driving
[0030]
By doing as described above, the pressing load on the
[0031]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0032]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention provides a method of arriving between reflected waves of an emitted ultrasonic wave that arrive from a surface of an object to be measured and those that arrive from a back surface of the object to be measured. When the time difference is observed and the thickness of the object is measured by calculating the distance between the front surface and the back surface from the arrival time difference, the arrival of the reflected wave of the ultrasonic wave Is monitored, and when it is determined based on the result of the monitoring that the object to be measured is located at a position where the above-described measurement can be performed, the measurement is performed at the position.
[0033]
By doing so, there is an effect that the thickness can be measured efficiently and reliably without adversely affecting the object to be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus for implementing the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a first example of a detailed configuration around a handling device and an ultrasonic sensor in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a measurement signal detected by an ultrasonic sensor.
FIG. 4 is a diagram illustrating a second example of a detailed configuration around the handling device and the ultrasonic sensor in FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional technique.
[Explanation of symbols]
Claims (2)
前記超音波についての反射波の到来の様子の監視を行う監視手段と、
前記測定を行うことのできる位置に前記被測定物が位置したとの判定が前記監視の結果に基づいてなされたときに該位置において該測定を行わせる制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする超音波厚み測定装置。Of the reflected waves of the emitted ultrasonic waves, the difference in the arrival time between the one arriving from the front surface of the object to be measured and the one arriving from the back surface of the object to be measured is observed, and the time of arrival is measured. In an ultrasonic thickness measurement device that measures the thickness of the object to be measured by calculating the distance between the front surface and the back surface from the difference,
Monitoring means for monitoring the state of arrival of the reflected wave for the ultrasonic wave,
A control unit that controls the measurement to be performed at the position when the determination that the object is located at a position where the measurement can be performed is performed based on the result of the monitoring.
An ultrasonic thickness measuring device, comprising:
前記超音波についての反射波の到来の様子の監視を行い、
前記測定を行うことのできる位置に前記被測定物が位置したとの判定が前記監視の結果に基づいてなされたときに該位置において該測定を行う、
ことを特徴とする超音波厚み測定方法。Of the reflected waves of the emitted ultrasonic waves, the difference in the arrival time between the one arriving from the front surface of the object to be measured and the one arriving from the back surface of the object to be measured is observed, and the time of arrival is measured. When measuring the thickness of the object to be measured by calculating the distance between the front surface and the back surface from the difference,
Monitor the state of arrival of the reflected wave of the ultrasonic wave,
Performing the measurement at the position when the determination that the DUT is located at a position where the measurement can be performed is performed based on the result of the monitoring,
An ultrasonic thickness measuring method, characterized in that:
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