JP2009216389A - 超音波ガスメーター部品の検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測流路に流すガスを整流する整流板の検査に関し、整流板の歪みを非接触で検査でき、検査の容易化とともにその検査精度を高めることにある。
【解決手段】計測流路（６）に流すガス（Ｇ）を整流する整流板（１６）を備える超音波ガスメーター部品（整流ユニット４）の検査方法及びその装置であって、整流板（１６）に照射光（３０、レーザー光５８）を当て、又は、整流板にテストパターン（４０）を投影し、整流板から得られる反射光（３２、レーザー反射光６０）やテストパターン写像（４２、基準パターン写像４４）を取得し、これら反射光（３２、レーザー反射光６０）やテストパターン写像に現れる歪み情報を用いて整流板（１６）の良否判定を行う。整流板（１６）の歪みを非接触で検査でき、検査の容易化とともにその検査精度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス流量等を測定する超音波ガスメーターの構成部品の光学検査方法及びその装置に関し、特に、計測流路に流すガスを整流する整流板を備えた超音波ガスメーター部品の検査方法及びその装置に関する。

超音波ガスメーターでは、被測定対象であるガスを流すガス流路として計測流路が備えられ、この計測流路に流れるガス流速を測定している（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。計測流路中のガス流速は流路断面の位置で異なり、流速差を生じるが、このような差を生じても、流路断面の全域を測定すれば、その積算値がガス流量に一致する。しかしながら、流路断面の全域測定では、コスト面やメーターのコンパクト化等を妨げるので、流路断面の中層域のガスの流速を測定し、その積算値を流量係数で補正すればよい。この流量係数による補正量が大きくなると、ガス流量の算出値の信頼性が損なわれるので、計測流路中のガス流速を一様に整流することが必要である。このガス流を整流する手段が整流板である。この整流板は、単数又は複数枚構成であって、計測流路を超音波の伝搬を妨げない方向に複数段に仕切っている。整流板が平坦面でない場合には、圧力損失が多くなる。そこで、整流精度を高めるとともに圧力損失を抑制するには、各整流板を平坦面にするとともに、所定の間隔の平行面であることが不可欠である。

このような整流板の平行度や平坦度の検査には、すきまゲージ等を用いることができる。このすきま計測に関し、測定対象物に光を当て、反射された散乱光から高さ・平面座標を求めるもの（特許文献４）、深い穴の加工精度について、検出子を当て、その位置を光で検知するもの（特許文献５）、測定対象間隔より大きい径のスポット光を周期的に投影して反射光からすきまの大きさを測るもの（特許文献６）、すきまに投光して傾斜配置したＣＣＤで受光量を測定するもの（特許文献７）、すきまゲージを自動的に当ててすきまを遠隔測定するもの（特許文献８）等がある。

特許文献４には、照射光軸を平行に設定したマルチビーム照射光を測定対象物の表面に当てる照射光学系に対し、測定対象物の表面で反射したマルチビーム反射光を受光する受光系を高さ方向ずれ量検出手段に備え、照射検出位置が基準高さ位置にあるとしたときの受光基準位置と実際の受光位置との差に基づいて照射検出位置の基準高さ位置における平面座標位置を求めることが開示されている。

特許文献５には、被加工物の深穴に挿入される深穴計測プローブの先端に回転する計測ユニットが設けられ、この計測ユニットの先端に設けられたスタイラスを穴の内壁に当接させ、このスタイラスの動きをレーザー光を用いる測長器で測長することにより、深穴の加工精度を計測することが開示されている。

特許文献６には、被測定間隙より大きく設定されたスポット光を被測定間隙に周期的に投射し、被測定間隙からの反射光を受光してパルス信号に変換し、投光パルス周波数成分の検出値に基づいて被測定間隙の間隙値を求めることが開示されている。

特許文献７には、測定対象であるすきまに対して投光する投光手段に対し、測定対象を介して対向する位置に受光手段を設け、この受光手段がすきまの長さ方向に対して一次元ＣＣＤを傾斜して配置したことが開示されている。

また、特許文献８には、計測すべきすきまに差し込まれる複数枚のすきまゲージを放射状に取り付けたゲージカートリッジをゲージスライダに回転可能に取り付け、このゲージスライダを往復動自在に構成したことが開示されている。
特開２００７−２６３８７４公報（要約、図１等） 特開２００４−３３３２０２公報（要約、図１等） 特開２００５−１０６７２６公報（要約、図１等） 特開２００５−３４５２８１公報（要約、図１等） 特開２００５−３１５８１４公報（要約、図１等） 特開昭６１−１３２８０７号公報（明細書の問題点を解決するための手段及び図１等） 特開平３−２６９３０７号公報（明細書の問題点を解決するための手段及び図１等） 特開昭５４−１１０８６３号公報（明細書の発明の詳細な説明及び第１図等）

ところで、家庭用のガス流量等を測定する超音波ガスメーターには、超音波ガスメーター部品として整流ユニットが用いられている。この整流ユニットは、被測定対象であるガスを流す計測流路にガス流を整流する複数の整流板を備えていることは既述の通りであって、各整流板には例えば、幅２〔cm〕×長さ１０〔cm〕程度の複数の薄板が用いられている。薄板は、剛性確保のために金属板を用いていることが多いが、本発明は整流板の素材には依存しない。各整流板は、ガス流を整流するために１．６〔mm〕程度の間隔で整流ユニット筐体内に配置されている。

このような整流ユニットにおいて、各整流板に歪みがないことがガス流の計測上不可欠であり、即ち、各整流板が所定の間隔で固定されていること（平行度）、各整流板の表面が平坦であること（平坦度）が要請される。整流板の平行度や平坦度が低い場合には、超音波ガスメーターの測定精度を低下させる原因になるからである。

このような整流板の歪みを整流ユニットの製造段階ないし超音波ガスメーターの組立段階で検査することが要請されるが、特許文献１〜８に開示された技術では、斯かる整流板の平行度や平坦度等のひずみの測定を高精度に行うことができず、測定効率を低下させることになり、超音波ガスメーターの製造コストを悪化させることになる。接触型のゲージを用いた場合には、整流板が薄板で剛性が低いため、作業者の技量によってはゲージの接触によって整流板の平行度を損なうおそれも無視できない。これが一時的な平行度の損失ではなく永久的な損失の場合には、検査工程で却って不具合品を作成してしまうことになる。

そこで、本発明の目的は、計測流路に流すガスを整流する狭隘な隙間で平行に配置された整流板の形状検査に関し、整流板の歪みを非接触で検査でき、その容易化とともに、その検査精度を高め、さらに、検査工程での不具合の発生を防止することにある。

本発明は、計測流路に流すガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査方法及びその装置であって、整流板及びリファレンス体に照射光を当て、又は、整流板及びリファレンス体にテストパターンを投影し、整流板及びリファレンス体から得られる反射光やテストパターン写像を取得し、これら整流板及びリファレンス体の反射光やテストパターン写像を比較し、整流板の良否を判定する。斯かる構成では、整流板の歪みを非接触で検査でき、その容易化とともに、その検査精度を高めることができる。

そこで、上記目的を達成するため、本発明の第１の側面は、計測流路に流すガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査方法であって、光源から前記整流板の基準となるリファレンス体の表面に光を照射し、前記リファレンス体の前記表面から得られる反射光を受光する工程と、前記光源から前記整流板の表面に照射し、前記整流板の前記表面から得られる反射光を受光する工程と、前記リファレンス体の前記反射光と、前記整流板の前記反射光とを比較することにより、前記整流板の良否を判定する工程とを含むことである。斯かる構成によれば、整流板の反射光に含まれる歪み情報を取得し、非接触検査により整流板の良否を判定することができ、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、前記超音波ガスメーター部品の検査方法において、好ましくは、前記光源から前記リファレンス体又は前記整流板に照射する前記光はスポット光であって、このスポット光を前記リファレンス体又は前記整流板の前後方向及び／又は横方向に走査し、複数行複数列のマトリクス状の複数のスポット反射光を得る構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、前記超音波ガスメーター部品の検査方法において、好ましくは、前記照射光は、マトリクス状の複数のスポット光であって、前記リファレンス体又は前記整流板から複数行複数列のマトリクス状の複数のスポット反射光を得る構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、前記超音波ガスメーター部品の検査方法において、好ましくは、前記照射光に平行光を用いてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するため、本発明の第２の側面は、計測流路に流れるガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査方法であって、前記整流板の基準となるリファレンス体又は前記整流板の表面にテストパターンを投影し、前記リファレンス体又は前記整流板の前記表面を通して前記テストパターンの写像を取得する工程と、前記リファレンス体の前記写像と、前記整流板の前記写像とを比較することにより、前記整流板の良否を判定する工程とを含むことである。斯かる構成によれば、整流板の表面が鏡面であれば、テストパターンを投影し、その写像を取得すれば、その写像に整流板の歪み情報が含まれるので、その写像から整流板の良否を判定することができ、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、前記超音波ガスメーター部品の検査方法において、好ましくは、前記テストパターンに格子状又は放射状の図形パターンを用いるようにしてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するため、本発明の第３の側面は、計測流路に流すガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査装置であって、前記整流板の基準となるリファレンス体又は前記整流板の表面に照射光を当てる光源と、前記リファレンス又は前記整流板の前記表面から得られる反射光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光した前記リファレンス体の前記反射光と前記整流板の前記反射光とを比較して前記整流板の良否を判定する判定手段とを含むことである。斯かる構成により、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、前記超音波ガスメーター部品の検査装置において、好ましくは、前記受光手段は、前記反射光を撮像する撮像手段であってもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するため、本発明の第４の側面は、計測流路に流れるガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査装置であって、前記整流板又は基準となるリファレンス体の表面に投影するテストパターンと、前記整流板又は前記リファレンス体の前記表面を通して得られる前記テストパターンの写像を取得する写像取得手段と、前記写像取得手段で取得した前記リファレンス体の前記写像と前記整流板の前記写像とを比較して前記整流板の良否を判定する判定手段とを含むことである。斯かる構成によれば、整流板の表面が鏡面であれば、テストパターンを投影し、その写像を取得すれば、その写像に整流板の歪み情報が含まれるので、その写像から整流板の良否を判定することができ、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、前記超音波ガスメーター部品の検査装置において、好ましくは、前記写像取得手段は、前記写像を撮像する撮像手段であってもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

本発明によれば、次の効果が得られる。

(1) 整流板の歪みを非接触で検査でき、検査の容易化を図ることができるとともに、整流板の歪み検査の精度を高めることができ、歪み検査の再現性を向上させることができる。

(2) 整流板の歪みを非接触により検査できるので、検査途上で整流板の精度を低下させることがない。

(3) 検査時間の短縮化を図ることができる。

(4) 歪みのない整流板を実装した超音波ガスメーターを製造でき、超音波ガスメーターの測定精度を向上させることができる。

〔第１の実施の形態〕

第１の実施の形態について、図１、図２及び図３を参照する。図１は、超音波ガスメーターの構成例を示す図、図２は、整流ユニットの構成例を示す斜視図、図３は、整流板の配置形態の一例を示す図である。図１ないし図３に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。

図１に示すように、超音波ガスメーター２は、ガス流Ｇを整流するとともに、超音波ＳＳＷを作用させる超音波ガスメーター部品として整流ユニット４を備える。この整流ユニット４では、計測流路６にガス流Ｇを流し、超音波導入窓部８に設置された超音波源１０からガス流Ｇと交差方向に超音波ＳＳＷを通過させ、その超音波ＳＳＷを超音波検出窓部１２に設置された超音波受信部１４で受信する。導入超音波と通過超音波とのレベル差はガス流速に依存するから、そのレベル差からガス流速を求め、計測流路６を通過するガス量を算出することができる。整流ユニット４に導入されたガス流Ｇは、計測流路６に設置された複数枚の整流板１６によって整流される。

整流ユニット４には、図２に示すように、角筒状のユニット本体１８が用いられ、このユニット本体１８は例えば、合成樹脂の成形体である。このユニット本体１８には、角筒状の計測流路６が形成され、一方の端部にガス導入口２０、他方の端部にガス導出口２２が設定されるとともに、既述のように、一方の側壁部には超音波導入窓部８、他方の側壁部には超音波検出窓部１２が形成されている。

複数の整流板１６は、図３の（Ａ）に示すように、計測流路６を上下方向に一定の間隔で仕切っており、整流板１６が例えば、５枚構成であれば、図３の（Ｂ）に示すように、角筒状の計測流路６は整流板１６によって上下方向に６通路に仕切られ、ユニット本体１８の天井部と最上部の整流板１６の間隔、各整流板１６の間隔、最下部の整流板１６とユニット本体１８の底面部との間隔をｄとすれば、各間隔ｄは同一となる。従って、計測流路６には、設置された各整流板１６に歪みがなければ、即ち、各間隔ｄが同一（平行）であって、各整流板１６が平坦であれば、複数の同一の区分平行流路が形成されることになる。この実施の形態では、同一の間隔として間隔ｄを設定しているが、間隔ｄは不均一であってもよい。

斯かる整流板の歪み検査について、図４を参照する。図４は、整流板の歪みの検査方法及びその装置の一例を示す図である。図４に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図４において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

整流板１６には例えば、金属板で構成され、一例としてその表面を鏡面仕上げしたものが用いられる。この場合には、整流板１６の表面２４を反射面（即ち、鏡）として利用することができるが、表面２４は必ずしも鏡面仕上げである必要はない。

この歪み検査装置２５は、図４の（Ａ）又は（Ｂ）に示すように、光源２６と受光手段である撮像装置２８と判定装置２９とを備え、光源２６と撮像装置２８との間に被検査対象である整流板１６又はリファレンス体３４が設置され、光源２６からの照射光３０を整流板１６又はリファレンス体３４に当て、その反射光３２又は反射光３８を撮像装置２８で撮像させている。判定装置２９は、撮像装置２８の出力を受け、整流板１６及びリファレンス体３４の撮像結果を比較することにより、整流板１６の良否を判定する手段である。判定装置２９には、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置を用いればよい。

そこで、この実施の形態の整流板１６の歪み検査では、照射光３０を発光させ、整流板１６又はリファレンス体３４に当て、その反射光３２又は反射光３８を受光して撮像装置２８で撮像させ、比較計測により整流板１６の良否判定を行う。

(1) 照射光の受光工程

図４の（Ａ）に示すように、光源２６から整流板１６の表面２４に照射光３０を当て、整流板１６の表面２４からの反射光３２を撮像装置２８で受光し、撮像する。反射光３２には整流板１６の歪みを表す歪み情報Ｄｘが現れる。光源２６は点光源、線光源、面光源の何れでも良く、照射光３０は、光源２６の種類によってスポット光、ライン光、面光が得られる。その場合、スポット光、ライン光、面光等を得るため、光源２６側に光学系を備えてもよい。

これに対し、図４の（Ｂ）に示すように、同一の光源２６と撮像装置２８との間に基準反射面としてのリファレンス体３４を設置する。このリファレンス体３４は、整流板１６の歪みを検査するための基準検査体であって、整流板１６に必要な水平度及び平坦度を備えており、その表面３６は、整流板１６と同様に反射面（即ち、鏡面）である。このリファレンス体３４には高精度に維持された整流板のサンプルを用いてもよい。また、リファレンス体３４は、加工精度を上げるために各層で別構造としておいてもよく、得られた情報のみを合成してリファレンス（基準情報）としてもよい。

光源２６からリファレンス体３４の表面３６に同様の照射光３０を当てることにより、撮像装置２８にリファレンス体３４の表面３６からの反射光３８を受光させ、撮像させる。この場合、反射光３８にはリファレンス体３４から水平度や平坦度を表す基準情報Ｄref が得られる。

(2) 整流板の判定工程

撮像装置２８で取得した反射光３２、３８を比較し、即ち、歪み情報Ｄｘと基準情報Ｄref とを比較し、歪み情報Ｄｘで得られた整流板１６の良否、即ち、歪みが許容可能な範囲内であるか否かを判定する。

この場合、整流板１６の前後方向及び／又は横方向に照射光３０を走査すれば、整流板１６の表面２４の全面又は広範囲の面部に亘って歪み情報Ｄｘが得られる。光源２６をスポット光源とすれば、整流板１６の前後方向及び／又は横方向に照射光３０を走査すれば、複数行複数列のマトリクス状の複数の反射光３２が得られることになる。

このような整流板１６の表面２４を光反射面に利用し、光を歪み検出媒体に用いれば、整流板１６に非接触で整流板１６の歪みを検査できるとともに、その検査精度を向上させることができる。また、リファレンス体３４との比較検査を用いれば、整流板１６の歪みが許容範囲内であるか否かを容易に見極めることができ、低歪みの整流板１６を得ることができるとともに、その整流板１６を用いた整流ユニット４を製造でき、信頼性の高い超音波ガスメーター２の生産に寄与することができる。

また、非接触検査であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、検査時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。

〔第２の実施の形態〕

第２の実施の形態について、図５及び図６を参照する。図５は、整流板の歪みの検査方法及びその装置の一例を示す図、図６は、検査結果を示す図である。図５及び図６に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図５及び図６において、図４と同一部分には同一符号を付してある。

この実施の形態は、第１の実施の形態の光源２６に代え、又は光源２６とともにテストパターンを整流板１６及びリファレンス体３４に投影し、そのリファレンス写像を写像取得手段である撮像装置２８で撮像し、整流板１６の歪み検査をする。

この歪み検査装置２５は、図５の（Ａ）又は（Ｂ）に示すように、テストパターン４０と撮像装置２８と判定装置２９とを備え、これらテストパターン４０と撮像装置２８との間に被検査対象である整流板１６又はリファレンス体３４が設置され、テストパターン４０を整流板１６又はリファレンス体３４に投影し、整流板１６の表面２４又はリファレンス体３４の表面３６から得られるパターン写像４２又は基準パターン写像４４を撮像装置２８に撮像させている。

(1) パターン写像の取得

図５の（Ａ）に示すように、テストパターン４０のパターン図形を整流板１６に投影し、整流板１６の表面２４に得られるパターン写像４２を撮像装置２８に撮像させる。即ち、パターン写像４２には整流板１６の歪みを表す歪み情報Ｄｘが現れる。

これに対し、図５の（Ｂ）に示すように、同一のテストパターン４０と撮像装置２８との間に基準反射面として設置されたリファレンス体３４は、整流板１６の歪みを検査するための基準検査体であって、整流板１６に必要な水平度及び平坦度を備えており、その表面３６は、整流板１６と同様に反射面（即ち、鏡面）に設定することは第１の実施の形態と同様である。

テストパターン４０をリファレンス体３４の表面３６に投影し、この表面３６から得られる基準パターン写像４４を撮像装置２８に撮像させる。この場合、基準パターン写像４４にはリファレンス体３４から水平度や平坦度を表す基準情報Ｄref が得られる。

(2) 整流板の良否判定

撮像装置２８に得られたパターン写像４２と基準パターン写像４４とを比較し、整流板１６の良否を判定する。即ち、歪み情報Ｄｘと基準情報Ｄref とを比較し、歪み情報Ｄｘで得られた整流板１６の良否、即ち、歪みが許容可能な範囲内であるか否かを判定することができる。

この実施の形態では、比較検査としてリファレンス体３４を用いて基準パターン写像４４を取得し、この基準パターン写像４４と整流板１６のパターン写像４２とを比較しているが、基準パターン写像４４を取得することなく、テストパターン４０とパターン写像４２とを直接比較することにより、整流板１６の歪みを観測する構成としてもよい。

斯かる構成において、図６の（Ａ）に示すように、テストパターン４０に等間隔の目盛りを持つ方眼図形を用いれば、リファレンス体３４の表面３６を通して基準パターン写像４４が得られ、この基準パターン写像４４はテストパターン４０と同一像又は近似像となる。

同一のテストパターン４０を用いれば、撮像装置２８には、図６の（Ｂ）又は（Ｃ）に示すように、整流板１６の歪みに応じて変形したパターン写像４２が得られる。即ち、パターン写像４２には、整流板１６の歪みが図形歪みとして現出する。

図６の（Ｂ）では、整流板１６が破線で示す基準位置より角度θだけ傾斜しているので、その角度θを表す図形歪みが生じており、また、図６の（Ｃ）では、整流板１６に突部４６が存在しているため、この突部４６により歪んだパターン写像４２が得られている。このようなパターン写像４２と基準パターン写像４４とを比較すれば、整流板１６の傾斜や平坦度を観測できる。

このように同一のテストパターン４０を用いることにより、整流板１６の表面２４を通して得られたパターン写像４２及び基準パターン写像４４を比較すれば、整流板１６の角度θや平坦度をパターン写像４２に現れる歪み情報Ｄｘより判定することができる。

この実施の形態においても、整流板１６の表面２４を光反射面に利用し、テストパターン４０を歪み検出に用いれば、整流板１６に非接触で整流板１６の歪みを検査できるとともに、その検査精度を向上させることができ、また、リファレンス体３４との比較検査を用いれば、整流板１６の歪みが許容範囲内であるか否かを容易に見極めることができ、低歪みの整流板１６を得ることができるとともに、その整流板１６を用いた整流ユニット４を製造でき、信頼性の高い超音波ガスメーター２の生産に寄与することができる等、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

また、この実施の形態においても、非接触検査であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、検査時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。

また、テストパターン４０に目盛りを入れておけば、観察時に歪み量を明瞭に観察でき、歪みの計測や整流板１６の合否判定をより容易且つ高精度に行える。

なお、第２の実施の形態において、図７に示すように、半透明体で形成されたテストパターン４８を設置し、このテストパターン４８の背面側に光源５０を設置する構成としてもよい。この場合、光源５０から発せられた照射光５２は、テストパターン４８を通過し、テストパターン４８に表示されたパターン図形を整流板１６又はリファレンス体３４に投影し、そのパターン写像４２又は基準パターン写像４４を得る構成としてもよい。図７の（Ａ）は、整流板１６の検査を示す図であり、図７の（Ｂ）は、リファレンス体３４から基準パターン写像４４を得る場合の図である。図７において、図５と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

このような光透過性のテストパターン４８を用いた場合にも、図６に示すのと同様に、パターン写像４２や基準パターン写像４４を得ることができ、整流板１６の歪みを非接触で効率よく検査することができ、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

〔第３の実施の形態〕

第３の実施の形態について、図８、図９及び図１０を参照する。図８は、整流板の歪みの検査方法及びその装置の一例を示す図、図９は、検出原理を示す図、図１０は、検査結果を示す図である。図８ないし図１０に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図８ないし図１０において、図４、図５及び図６と同一部分には同一符号を付してある。

この実施の形態は、光源にレーザー光源を用いており、整流板１６の表面が粗であって、鏡面より反射率が低い場合であっても、整流板１６の表面の反射とレーザー光の直進性を利用して整流板１６の歪みを検査している。

この歪み検査装置２５では、図８の（Ａ）又は（Ｂ）に示すように、照射光を得るための光源にレーザー光源５６が用いられ、このレーザー光源５６と撮像装置２８との間に被検査対象である整流板１６又はリファレンス体３４が設置され、レーザー光源５６から整流板１６の表面２４にスポット状のレーザー光５８を照射し、整流板１６の表面２４から得られるレーザー反射光６０を撮像装置２８で受光し、撮像する。レーザー光源５６にはレーザー光を発光する発光ダイオードを用いればよい。この場合、スポット光を得るため、レーザー光源５６側に光学系を備えてもよい。

(1) レーザー照射光の受光工程

この実施の形態では、図８の（Ａ）に示すように、レーザー光源５６から整流板１６の表面２４にスポット状のレーザー光５８を照射し、整流板１６の表面２４から得られるレーザー反射光６０を撮像装置２８で受光し、撮像する。レーザー反射光６０には整流板１６の歪みを表す歪み情報Ｄｘが現れる。

これに対し、図８の（Ｂ）に示すように、同一のレーザー光源５６と撮像装置２８との間に基準反射面としてのリファレンス体３４を設置する。このリファレンス体３４は、整流板１６の歪みを検査するための基準検査体であって、整流板１６に必要な水平度及び平坦度を備えており、その表面３６は、整流板１６と同様に反射面である。このリファレンス体３４にはサンプルの整流板を用いてもよい。

レーザー光源５６からリファレンス体３４の表面３６に同様のレーザー光５８を当てることにより、リファレンス体３４の表面３６から得られるレーザー反射光６０を撮像装置２８で受光し、撮像する。この場合、レーザー反射光６０にはリファレンス体３４から水平度や平坦度を表す基準情報Ｄref が得られる。

このような光梃子を用いた非接触検査に関し、図９の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、空気定盤等の防振台６２の上面に設置された整流板１６に対し、レーザー光源５６からレーザー光５８を照射し、整流板１６の表面２４からレーザー反射光６０を取得し、レーザー反射光６０の光点７０を撮像面６４に投影させ、撮像装置２８に撮像させることで、光点７０の位置情報を取得するものである。

図９の（Ａ）に示すように、防振台６２上の基準面６６に整流板１６が水平に維持されていれば、レーザー光５８の入射角θｉをθｉ＝θｘとすると、反射角θｒはθｒ＝θｘとなる。

これに対し、図９の（Ｂ）に示すように、レーザー光源５６の設置位置が一定であり、防振台６２の基準面６６から整流板１６が角度αだけ傾斜している場合、傾斜した整流板１６の面を基準にとった入射角θｉ₂ 及び反射角θｒ₂ は、入射角と反射角が等しくなることから、入射角θｉ₂ ＝θｘ−α、反射角θｒ₂ ＝θｘ−αとなる。

ここで、傾斜した整流板１６の面を基準にとった入射角θｉ₂ 及び反射角θｒ₂ について、防振台６２上の基準面６６に平行な面を基準に取ると、それぞれ入射角θｉ及び反射角θｒは、傾斜した角度αを考慮して、入射角θｉ＝θｘ、及び反射角θｒ＝θｘ−２αとなる。即ち、防振台６２上の基準面６６に対する入射角θｉは一定であるのに対し、整流板１６の傾斜した角度αが加わることにより、レーザー反射光６０の反射角θｒに角度変位−２αが生じる。

このような角度変位−２αは、撮像面６４上の光点７０を角度変位−２αに応じて変位ΔＸを生じさせる。レーザー光５８の反射点６８と撮像面６４との距離をＬとすれば、この距離ΔＸは、
ΔＸ＝Ｌ×ｓｉｎ２α ・・・(1)
で与えられる。距離Ｌは、長く取ることができる。距離Ｌが長ければ、ΔＸが大きくなるので、角度αが小さくても、検出感度を上げることができる。

このように光梃子を用いれば、撮像面６４における光点７０の変位ΔＸは、撮像装置２８から変位情報として取得でき、この変位ΔＸは傾斜角αに比例するから、整流板１６の傾斜即ち、歪みを光学的に検出することができる。

斯かる構成において、図１０の（Ａ）に示すように、レーザー光源５６を整流板１６の表面２４に対して水平方向に走査するとともに、一定の間隔でスポット状のレーザー光５８を照射すれば、整流板１６の表面２４にはスポット状のレーザー反射光６０の光点７０が走査方向に一定の間隔で得られ、これを撮像装置２８の撮像面６４で受光し、撮像することができる。この光点７０の位置は、交差方向に設定した基準スケール７１で計測することができる。

これに対し、整流板１６が角度αだけ傾斜している場合には、図１０の（Ｂ）に示すように、その角度αの傾斜に応じて光点７０に変位ΔＸの変位が生じる。この変位情報から整流板１６の傾斜及びその角度αを知ることができる。また、図１０の（Ｃ）では、整流板１６に突部４６が存在している場合には、この突部４６により光点７０に変位ΔＸが生じることになる。この結果、整流板１６の傾斜や平坦度を観測できる。

この実施の形態においても、非接触検査であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、検査時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。また、レーザー光を用いた場合には、整流板１６の表面が鏡面状態より反射率が低い場合にも反射光を得ることができ、撮像面６４に光点７０を生じさせ、整流板１６の歪みを検査することができる。

また、撮像面６４にＣＣＤを用いれば、そのピクセル（画素）から光点７０の位置を電子情報で取得することができ、基準スケール７１を設定しなくてもよい。斯かる構成では、観察時に歪み量を明瞭に観察でき、歪みの計測や整流板１６の合否判定をより容易且つ高精度に行える。

(2) 整流板の判定工程

そして、撮像装置２８で取得した光点画像を比較し、即ち、歪み情報Ｄｘと基準情報Ｄref とを比較し、歪み情報Ｄｘで得られた整流板１６の良否、即ち、歪みが許容可能な範囲内であるか否かを判定する。

この場合、整流板１６の前後方向及び／又は横方向に照射光５８を走査すれば、整流板１６の表面２４の全面又は広範囲の面部に亘って歪み情報Ｄｘが得られる。

このような整流板１６の表面２４を光反射面に利用し、光を歪み検出媒体に用いれば、整流板１６に非接触で整流板１６の歪みを検査できるとともに、その検査精度を向上させることができる。また、リファレンス体３４との比較検査を用いれば、整流板１６の歪みが許容範囲内であるか否かを容易に見極めることができ、低歪みの整流板１６を得ることができるとともに、その整流板１６を用いた整流ユニット４を製造でき、信頼性の高い超音波ガスメーター２の生産に寄与することができる。

また、非接触検査であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、検査時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、図８及び図９に示すように、単一のレーザー光源５６を備える場合について例示したが、横方向及び／又は縦方向に複数のレーザー光源５６を配列し、又はマトリクス状に配列させたレーザー光源群を用いてもよい。

(2) スポット光の走査は、整流板１６の前後方向及び／又は横方向に走査し、マトリクス状に配列したスポット反射光及びその光点を得る構成としてもよい。

本発明の一実施例について、図１１及び図１２を参照する。図１１は、超音波ガスメーター部品の検査方法及びその装置の一実施例を示す図、図１２は、整流ユニットに対するレーザー光の入射及び反射を示す図である。図１１及び図１２に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図１１及び図１２において、図１ないし図３、図８と同一部分には同一符号を付してある。

この実施例は、第３の実施の形態（図８）を具体化するとともに発展させたものであるが、レーザー光源５６と撮像装置２８との間に被検査手段として整流板１６が設置される点は第３の実施の形態と同様である。この実施の形態では、上記実施の形態が単一の整流板１６を例示したのに対し、超音波ガスメーター部品である整流ユニット４が用いられている。この整流ユニット４は、既述の通り、複数の整流板１６を備えている。比較検査を行う場合には、整流ユニット４に代え、リファレンス体３４を設置すればよいが、このリファレンス体３４として適正なサンプルである整流ユニット４を設置してもよい。

防振台６２の上面には、整流ユニット４が設置されているとともにＸＹＺテーブル７２が設置され、このＸＹＺテーブル７２にはレーザー光源５６が設置されている。防振台６２は振動吸収手段であって、検査に伴う振動を吸収し、振動による測定精度の低下を防止するために設置されている。ＸＹＺテーブル７２は、レーザー光源５６から発せられるレーザー光５８を整流板１６の表面に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に走査する手段である。

また、防振台６２の上面には、レーザー光源５６から離れた位置に第１のミラー７４、レーザー光源５６の背面側に第２のミラー７６が設置され、これらミラー７４、７６のミラー面が対向している。ミラー７４の上部には撮像装置２８の平面撮像素子７８が設置され、平面撮像素子７８の撮像面８０がミラー７６に対向している。ミラー７４、７６は、レーザー反射光６０を反射させることにより、平面撮像素子７８の撮像面８０までのレーザー反射光６０の光路程を延長するとともに、撮像面８０上の光点７０（図９）の変位ΔＸを拡大する手段である。即ち、レーザー光５８を整流板１６で反射させ、そのレーザー反射光６０をミラー７４、７６で反射させることにより、光路程を延長させ、撮像面８０に到達させる光梃子が構成されている。

平面撮像素子７８に得られた画像は撮像装置２８で処理され、検査情報として演算装置８２に加えられる。この演算装置８２は撮像装置２８からの検査情報を取得するとともに、その検査情報を比較して良否判定をする判定手段（判定装置２９）、評価をする評価手段を構成する情報処理手段であって、レーザー反射光６０の光点７０の変位ΔＸを演算する。即ち、整流板１６又はリファレンス体３４（図８）の表面形状は、角度αの変化、変位ΔＸを積分して算出する。

演算装置８２の演算結果は表示装置８４に表示される。この場合、演算装置８２及び表示装置８４をパーソナルコンピュータで構成すれば、その演算結果を記憶手段に記憶し、検査対象から得られる検査情報と、リファレンス体３４から得られるリファレンス情報とを比較し、その比較結果を表示装置８４に表示すれば、目視によって検査対象である整流板１６の合否を決定できる。また、パーソナルコンピュータ内で整流板１６の歪みが適正範囲であるか否かを演算処理によって決定する構成としてもよい。

このような光梃子を用いた歪み検査において、整流板１６の表面の反射点６８からミラー面７４の距離をＬ₁ 、ミラー７４、７６のミラー面間距離をＬ₂ 、ミラー面間の反射回数をｎとすれば、反射点６８から平面撮像素子７８の撮像面８０までの距離Ｌｍは、
Ｌｍ＞Ｌ₁ ＋ｎ×Ｌ₂ ≫Ｌ₁ ・・・(2)
となり、反射点６８と平面撮像素子７８の撮像面８０との距離を延長できる。この場合、反射回数ｎ＝４であるから、Ｌｍ＞Ｌ₁ ＋４Ｌ₂ ≫Ｌ₁ となり、角度の変化αが小さくても、平面撮像素子７８の撮像面８０上の光点７０の変位を大きくでき、検査精度を高めることができる。

光梃子の原理によれば、撮像面８０上での光点７０は、整流板１６の表面２４（図８）が傾くと、変位ΔＸは、式(1) から明らかなように、
ΔＸ＝Ｌｍ×ｓｉｎ２α＞（Ｌ₁ ＋ｎ×Ｌ₂ ）ｓｉｎ２α
・・・(3)
となり、大きな変位ΔＸが得られる。距離Ｌが長ければ、ΔＸが大きくなるので、角度αが小さくても、検出感度を上げることができる。

リファレンス体３４を対象にＸＹＺテーブル７２をスイープして生じた変位の軌跡と、被測定物である整流板１６に対してＸＹＺテーブル７２をスイープして生じた変位の軌跡とを比較し、整流板１６の表面の歪みの角度を計測できる。

そして、整流板１６又はリファレンス体３４の表面形状は、角度の変化、光点７０の変位ΔＸを積分して算出することができる。この実施例では、光梃子を利用し、表面形状の微妙な変化を増幅でき、歪み検査を容易に行うことができる。

この実施例では、複数の整流板１６を高さ方向に間隔ｄを以て積層された状態であるが、図１２に示すように、ＸＹＺテーブル７２により、レーザー光源５６から発せられるレーザー光５８を整流板１６の表面に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に走査することができるので、複数の整流板１６から連続的に検査でき、斯かる検査によって整流板１６の表面性状及び間隔ｄの歪みを検査し、整流板１６又は整流ユニット４の合否を容易に判定できる。

〔他の実施例〕

(1) 上記実施例では、平面撮像素子７８を用いているが、本発明はこのような平面撮像素子７８に限定されるものではなく、この平面撮像素子７８の撮像面を投影面とし、この投影面に投影される画像をディジタルカメラ等の撮像手段で撮影してもよい。

(2) 上記実施例において、整流板１６の表面が鏡面でない場合にはレーザー光５８による反射が有効であるが、本発明はこのようなレーザー光５８に限定されるものではなく、整流板１６の表面が鏡面と見なせる場合には、光源５０にレーザー光以外の光を用いることができ、例えば、撮像面に焦点を合わせて投影した画像を取得する構成であってもよい。

(3) 上記実施例では、ＸＹＺテーブル７２を用いてスイープする構成を用いているが、本発明は、リファレンス体３４と整流板１６の各反射像を比較し、整流板１６の反射像の歪みを計測する構成としてもよく、ＸＹＺテーブル７２をスイープする構成に限定されるものではない。

〔実験結果〕

次に、本発明の実験結果について、図１３及び図１４を参照する。図１３は実験装置の一例を示す図、図１４は実験結果を示す図であって、（Ａ）は基準品の観測結果を示す図、（Ｂ）は傾斜品の観測結果を示す図、（Ｃ）は歪み品の観測結果を示す図である。図１３及び１４は一例であって、斯かる構成や結果に本発明が限定されるものではない。図１３及び図１４において、図１１と同一部分には同一符号を付してある。

実験装置９０において、９２は基台、９３Ａ、９３Ｂ、９３Ｃは、マット９４上に設置された基準品（整流板１６又はレファレンス体３４）、傾斜品（整流板１６）又は歪み品（整流板１６）、９６は立壁９７に張り付けられた方眼紙、９８は撮像装置２８の一例であるディジタルカメラである。

本実験は、方眼紙９６の方眼を基準品９３Ａ、傾斜品９３Ｂ又は歪み品９３Ｃに投影させ、その投影像をディジタルカメラ９８でそれぞれ観測、撮影した。

観測結果について比較すると、基準品９３Ａでは、傾斜も歪みもないため、図１４の（Ａ）に示すように、方眼紙９６側とカメラ９８側との方眼の平行線間隔に規則的な変化が見られるものの、方眼線１００は直線状であり、その格子間隔は均一である。

これに対し、傾斜品９３Ｂでは、図１４の（Ｂ）に示すように、傾斜設定治具１０１を背面側に設置してカメラ９８側を高くして傾斜させているため、方眼線１００は直線状であるものの、傾斜によって画像にぼやけや、格子間隔が変化し、カメラ９８が下がっている場合には、方眼線の水平方向線の相互間の間隔が狭くなる。このぼやけや格子間隔の広狭の変化を観測することによって傾斜の有無を判定できる。

また、歪み品９３Ｃでは、図１４の（Ｃ）に示すように、中間部で下側に凸となるように曲げられているため、その屈曲部１０２に方眼線１００が曲線化等の乱れ１０４が見られる。このぼやけによって、歪みの存在を判定できる。

このような実験結果から明らかなように、本発明によれば、超音波ガスメーター部品の良否の検査を容易にしかも迅速かつ高精度に行えることが判る。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、ガス流量等を測定する超音波ガスメーターの整流部品の検査の検査精度を高めるとともに、家庭用超音波ガスメーターの製造コストの低減化等を図ることができ、都市ガス業界、ＬＰ業界向けのメーター製造に利用でき、家庭用超音波ガスメーターの普及促進に寄与することができる。

超音波ガスメーターの構成例を示す図である。 整流ユニットの構成例を示す斜視図である。 整流板の配置形態の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る整流板の歪み検査方法及びその装置の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る整流板の歪み検査方法及びその装置の一例を示す図である。 検査結果を示す図である。 他の整流板の歪み検査方法及びその装置の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る整流板の歪み検査方法及びその装置の一例を示す図である。 光梃子による歪み検査の原理を説明するための図である。 検査結果を示す図である。 超音波ガスメーター部品の検査方法及びその装置の一実施例を示す図である。 整流ユニットに対するレーザー光の入射及び反射を示す図である。 実験装置を示す図である。 実験結果を示す図である。

符号の説明

２ 超音波ガスメーター
４ 整流ユニット
１６ 整流板
２４ 表面
２５ 歪み検査装置
２６、５０ 光源
２８ 撮像装置
２９ 判定装置
３４ リファレンス体
４０ テストパターン
４２ パターン写像
４４ 基準パターン写像
５６ レーザー光源
６４ 撮像面
７８ 平面撮像素子

Claims (10)

1. 計測流路に流すガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査方法であって、
   光源から前記整流板の基準となるリファレンス体の表面に光を照射し、前記リファレンス体の前記表面から得られる反射光を受光する工程と、
   前記光源から前記整流板の表面に照射し、前記整流板の前記表面から得られる反射光を受光する工程と、
   前記リファレンス体の前記反射光と、前記整流板の前記反射光とを比較することにより、前記整流板の良否を判定する工程と、
   を含むことを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査方法。
2. 請求項１記載の超音波ガスメーター部品の検査方法において、
   前記光源から前記リファレンス体又は前記整流板に照射する前記光はスポット光であって、このスポット光を前記リファレンス体又は前記整流板の前後方向及び／又は横方向に走査し、複数行複数列のマトリクス状の複数のスポット反射光を得ることを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査方法。
3. 請求項１記載の超音波ガスメーター部品の検査方法において、
   前記照射光は、マトリクス状の複数のスポット光であって、前記リファレンス体又は前記整流板から複数行複数列のマトリクス状の複数のスポット反射光を得ることを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査方法。
4. 請求項１、２又は３記載の超音波ガスメーター部品の検査方法において、
   前記照射光に平行光を用いることを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査方法。
5. 計測流路に流れるガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査方法であって、
   前記整流板の基準となるリファレンス体又は前記整流板の表面にテストパターンを投影し、前記リファレンス体又は前記整流板の前記表面を通して前記テストパターンの写像を取得する工程と、
   前記リファレンス体の前記写像と、前記整流板の前記写像とを比較することにより、前記整流板の良否を判定する工程と、
   を含むことを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査方法。
6. 請求項５記載の超音波ガスメーター部品の検査方法において、
   前記テストパターンに格子状又は放射状の図形パターンを用いることを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査方法。
7. 計測流路に流すガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査装置であって、
   前記整流板の基準となるリファレンス体又は前記整流板の表面に照射光を当てる光源と、
   前記リファレンス又は前記整流板の前記表面から得られる反射光を受光する受光手段と、
   前記受光手段で受光した前記リファレンス体の前記反射光と前記整流板の前記反射光とを比較して前記整流板の良否を判定する判定手段と、
   を含むことを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査装置。
8. 請求項７記載の超音波ガスメーター部品の検査装置において、
   前記受光手段は、前記反射光を撮像する撮像手段であることを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査装置。
9. 計測流路に流れるガスを整流する整流板を備える超音波ガスメーター部品の検査装置であって、
   前記整流板又は基準となるリファレンス体の表面に投影するテストパターンと、
   前記整流板又は前記リファレンス体の前記表面を通して得られる前記テストパターンの写像を取得する写像取得手段と、
   前記写像取得手段で取得した前記リファレンス体の前記写像と前記整流板の前記写像とを比較して前記整流板の良否を判定する判定手段と、
   を含むことを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査装置。
10. 請求項９記載の超音波ガスメーター部品の検査装置において、
    前記写像取得手段は、前記写像を撮像する撮像手段であることを特徴とする、超音波ガスメーター部品の検査装置。

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