JP2010048686A - 距離計測装置および距離計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物が反りや撓みなどによって傾斜している場合であっても、被測定物の厚さ寸法を正確に計測することができる距離計測装置および距離計測方法を提供すること。
【解決手段】距離計測手段１１ａ，１１ｂと、距離計測手段１１ａ，１１ｂによる計測結果に基づく前記被測定物の表面プロフィールを記憶するプロフィール記憶手段１０４と、被測定物６の表面プロフィールに基づいて被測定物６の表面の傾斜角度を算出する傾斜演算手段１０３と、距離計測手段１１ａ，１１ｂと距離計測手段１１ａ，１１ｂに対向する被測定物６の表面との傾斜角度に応じて発生する距離計測手段１１ａ，１１ｂの出力値の変化を補正する補正係数Ｃを記憶する補正計数記憶手段１０２と、距離計測手段１１ａ，１１ｂの計測結果に基づく被測定物までの距離に補正係数Ｃと被測定物６の表面の傾斜角度の積を加算する演算手段１０５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、距離計測装置および距離計測方法に関するものであり、詳しくは、三角測量方式のレーザ変位計を用いて被測定物までの距離を計測することにより、被測定物の厚さ寸法などを計測できる距離計測装置および距離計測方法に関するものである。

鋼材などといった被測定物の厚さ寸法を計測する装置および方法としては、たとえば、三角測量方式のレーザ変位計を用いた距離計測装置および距離計測方法が使用されている。具体的には、相対向して配設される二個のレーザ変位計の間に被測定物を遊挿（挿入）し、各レーザ変位計から被測定物の各表面までの距離をそれぞれ計測する。そして、二個のレーザ変位計の間の距離から、各レーザ変位計と被測定物の表面までの距離を差し引くことにより、被測定物の厚さ寸法を計測することができる。

また、三角測量方式のレーザ変位計を用いた距離計測装置および距離計測方法は、被測定物の表面の凹凸の計測にも適用できる。具体的には、レーザ変位計を走査させつつ（すなわち、被測定材とレーザ変位計とを相対移動させつつ）、レーザ変位計によって被測定物までの距離を計測する。これにより、被測定物の表面プロフィールが得られるから、被測定物の表面の凹凸を計測することができる。

このように、三角測量方式のレーザ変位計を用いた距離計測装置および距離計測方法によれば、被測定物の厚さ寸法やその表面の凹凸の寸法を、非接触で高精度に計測することができる。

ところで、このような距離計測装置を用いて被測定物の厚さ寸法を計測する場合において、被測定物が傾斜していると（たとえば、被測定材の表面の面方向と、対向する二個のレーザ変位計の軸線とが正確に直角でないと）、被測定物の厚さ寸法を正確に計測することができず、計測誤差が生じることがある。具体的には、被測定物の真の厚さ寸法をｔとし、被測定物の傾斜角度をθとすると、計測される厚さ寸法ｔ’は、ｔ’＝ｔ／ｃｏｓθとなる。このように、被測定物が傾斜していると（たとえば、被測定物に反りや撓みが発生していると）、計測結果に誤差が含まれることがある。

被測定物が傾斜している場合において、被測定物の厚さ寸法を正確に計測できる構成としては、たとえば特許文献１に記載のような構成が提案されている。特許文献１に記載の構成は、被測定物の表面の変位量を計測し、計測した変位量に基づいて被測定物の傾斜角度を推定する。そして推定した傾斜角度に基づいて、レーザ変位計の計測結果を補正するというものである。このような構成によれば、被測定物の傾斜に起因する幾何学的な寸法変化（すなわち誤差）を打ち消すことができる。

しかしながら実際には、三角測量方式のレーザ変位計を用いた距離計測装置を使用した場合において、被測定物の傾斜に起因する幾何学的な誤差を打ち消しても、なお計測誤差が生じることが見出された。すなわち、被測定物が傾斜している場合には、前記の幾何学的な誤差に加えて、別の誤差が発生することが見出された。このため、前記の幾何学的な誤差を打ち消したのみでは、被測定物の厚さ寸法を正確に計測できない場合が生じることがある。

特開２００５−２６３８１９号公報

上記実情に鑑み、本発明は、レーザ変位計に対向する被測定物の表面が傾斜している場合であっても、被測定物までの距離を正確に計測することができる距離計測装置および距離計測方法を提供すること、または、被測定物が反りや撓みなどによって傾斜している場合であっても、被測定物の厚さ寸法を正確に計測することができる距離計測装置および距離計測方法を提供することである。

本発明者らは、検討の結果、レーザ変位計（特に三角測量方式のレーザ変位計）は、レーザ変位計に対向する被測定物の表面が、レーザの軸線に直角でないと（すなわち、傾斜していると）、角度に応じて出力値が変化することを知見した。この出力値の変化は、前記幾何学的な誤差とは異なるものであり、レーザ変位計（特に三角測量方式のレーザ変位計）の特性に起因するものであると考えられる。本発明は、この知見に基づいて為されたものである。

前記課題を解決するため、本発明は、距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計が適用される距離計測装置であって、被測定物の表面までの距離を計測できる距離計測手段と、該距離計測手段による計測結果に基づいた前記被測定物の表面プロフィールを記憶するプロフィール記憶手段と、該プロフィール記憶手段に記憶される前記被測定物の表面プロフィールに基づいて前記被測定物の表面の傾斜角度を算出する傾斜角演算手段と、前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を記憶する補正計数記憶手段と、前記距離計測手段の計測結果に基づいて計測される前記被測定物までの距離に前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度の積を加算する演算手段と、前記加算結果を出力する出力手段と、を備えることを要旨とするものである。

本発明は、距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計が適用される距離計測装置であって、所定の距離を離間して対向して配設される二つの距離計測手段と、該二つの距離計測手段の少なくとも一方による計測結果に基づいた前記被測定物の表面プロフィールを記憶するプロフィール記憶手段と、該プロフィール記憶手段に記憶される前記被測定物の表面プロフィールに基づいて前記被測定物の傾斜角度を算出する傾斜角演算手段と、前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を記憶する補正計数記憶手段と、前記二つの距離計測手段の計測結果に基づいて計測される前記被測定物の厚さ寸法に前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度の積を加算する演算手段と、前記加算結果を出力する出力手段と、を備えることを要旨とするものである。

本発明は、距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計を用いて被測定物までの距離を計測する距離計測方法であって、前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を算出し、該補正係数を算出した後は、前記距離計測手段を用いて被測定物までの距離を計測し、前記距離計測手段による計測結果に基づいて前記被測定物の表面の傾斜角度を算出し、前記距離計測手段の計測結果と、前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度との積を加算し、該加算結果を被測定物までの距離として出力することを要旨とするものである。

本発明は、距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計が適用され相対向して配設される二つの距離計測手段を用いて被測定物の厚さ寸法を計測する距離計測方法であって、前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を算出し、該補正係数を算出した後は、前記二つの距離計測手段を用いて被測定物までの距離をそれぞれ計測して該計測結果に基づいて被測定物の厚さ寸法を算出するとともに、前記二つの距離計測手段の少なくとも一方による計測結果に基づいて前記被測定物の表面の傾斜角度を算出し、前記距離計測手段の計測結果に基づく被測定物の厚さ寸法の算出結果と、前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度との積を加算し、該加算結果を被測定物の厚さ寸法として出力すること要旨とするものである。

本発明によれば、距離計測手段に被測定物が正対していない場合（被測定物が傾斜している場合）に発生する、距離計測手段の出力値の変化を補正することができる。すなわち、三角測量方式のレーザ変位計に固有の出力の変化を補正することができる。このため、被測定物が傾斜している場合または被測定物の表面に系差が含まれる場合であっても、正確に距離を計測することができる。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態にかかる距離計測装置は、相対向して配設される二つの距離計測手段を備え、各距離計測手段がそれぞれ被測定物の表面までの距離を計測することにより、被測定物の厚さ寸法を計測することができる。

図１は、本発明の実施形態にかかる距離計測装置１の要部の構成を、模式的に示した図である。図１に示すように、本発明の実施形態にかかる距離計測装置１は、フレーム１２と、第一の距離計測手段１１ａと、第二の距離計測手段１１ｂと、板厚計算式記憶手段１０１と、補正計数記憶手段１０２と、傾斜演算手段１０３と、プロフィール（プロファイル）記憶手段１０４と、板厚演算手段１０５と、出力手段１０６とを備える。

フレーム１２は、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂを保持することができる部材である。このフレーム１２は、基端部から延出する二本の腕１２１を有する。これらの腕１２１の先端近傍は、互いに近接して対向している。このように、このフレーム１２は、全体として略Ｃ字形状または略Ｕ字形状を有する。

第一の距離計測手段１１ａと、第二の距離計測手段１１ｂは、それぞれ測定対象物（被測定物６または標準試験片５）の表面までの距離を計測することができる。これらの第一の距離計測手段１１ａと第二の距離計測手段１１ｂには、それぞれ、三角測量方式のレーザ変位計が適用できる。図１に示すように、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂは、フレーム１２の各腕１２１の先端近傍に配設される。

第一の距離計測手段１１ａと第二の距離計測手段１１ｂとは、所定の既知の距離をおいて相対向するように配設される。第一の距離計測手段１１ａと第二の距離計測手段１１ｂとの間の距離は（すなわち、フレーム１２の各腕１２１の先端どうしの間の距離は）、被測定物６または標準試験片５を遊挿することができる寸法に設定される。そして、第一の距離計測手段１１ａは、第一の距離計測手段１１ａと遊挿された被測定物６の片側表面との間の距離を計測することができ、第二の距離計測手段１１ｂは、第二の距離計測手段１１ｂと遊挿された被測定物６の片側表面との間の距離を計測することができる。

第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂが配設されるフレーム１２は、被測定物の送り方向（図においてはＸ軸方向）に直角な方向（図においてはＹ軸方向）に往復動することができる。また、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂは、同時に距離計測を行うことができる。このため、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂは、被測定物６の送り方向に直角な方向に走査しつつ、それぞれ、被測定物６の表面までの距離を計測することができる。したがって、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂは、被測定物６の送り方向に直角な方向に沿って、被測定物６の両面のプロフィールを取得することができる。

プロフィール記憶手段１０４は、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂが計測した被測定物６の表面（両面）のプロフィールを記憶することができる。傾斜演算手段１０３は、プロフィール記憶手段１０４に記憶される被測定物６の表面のプロフィールに基づいて、被測定物６の表面の所定の位置における傾斜（具体的には、プロフィールが作成された領域内のすべての位置における、位置ごとの傾斜）を計測することができる。被測定物６の表面の所定の位置ごとにおける傾斜は、被測定物６の表面プロフィールを微分することなどにより得られる。補正計数記憶手段１０２は、後述する補正係数を記憶することができる。板厚計算式記憶手段１０１は、後述する被測定物６の厚さ寸法を算出する計算式を記憶することができる。

板厚演算手段１０５は、板厚計算式記憶手段１０１に記憶される計算式と、補正計数記憶手段１０２に記憶される補正係数と、傾斜演算手段１０３により算出される被測定物６の表面の所定の位置における傾斜と、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの出力値（または被測定物６の表面までの距離）とに基づいて、被測定物６の厚さ寸法（図においてはＺ軸寸法）を算出することができる。出力手段１０６は、板厚演算手段１０５が算出した被測定物６の厚さ寸法を出力することができる。

これらの板厚計算式記憶手段１０１、補正計数記憶手段１０２、傾斜演算手段１０３、プロフィール記憶手段１０４、板厚演算手段１０５には、ＣＰＵやメモリ（ＲＡＭやＲＯＭ）などを備えるパーソナルコンピュータやワークステーションなどが適用できる。出力手段１０６には、前記パーソナルコンピュータやワークステーションの表示装置（ディスプレイ）やプリンタなどが適用できる。

次に、本発明の実施形態にかかる距離計測装置１を用いた距離計測方法（本発明の実施形態にかかる距離計測方法であって、被測定物６の厚さ寸法を計測する方法）について説明する。本発明の実施形態にかかる距離計測方法は、大きく段階分けをすると、（１）標準試験片５を用いて距離計測装置１の校正を行い、板厚計算式を決定する段階と、（２）被測定物６の表面のプロフィール（表面の傾斜）に基づいて補正係数を算出する段階と、（３）第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの出力結果と、決定された板厚計算式と、算出された補正係数とに基づいて、被測定物の厚さ寸法を計測する段階と、に分けられる。

（１）標準試験片５を用いて距離計測装置１の校正を行い、板厚計算式を決定する段階

図２は、標準試験片５の構成、および被測定物６の厚さ寸法を算出するための計算式の導出原理を、模式的に示した図である。図２に示すように、標準試験片５は、第一の校正部５１と、第二の校正部５２と、第三の校正部５３とを有する。第一の校正部５１と第二の校正部５２と第三の校正部５３とは、それぞれの両面（表裏面）の面方向が互いに平行である。第一の校正部５１の片側表面と第二の校正部５２の片側表面（同じ側の表面）は、所定の既知の距離Ｌだけ離れて形成される。また、第三の校正部５３は、所定の既知の厚さ寸法Ｔを有する。

標準試験片５を用いて板厚の計算式を決定する方法は次のとおりである。図２に示すように、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの間に、標準試験片５が遊挿される。そして、標準試験片５の第一の校正部５１を遊挿して計測を実施した場合における、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ１および第二の計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ１を得る。同様に、標準試験片５の第二の校正部５２を遊挿して計測を実施した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ２および第二の計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ２と、標準試験片５の第三の校正部５３を遊挿して計測を実施した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ３および第二の計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ３とを得る。

そして、得られた出力値χ_ａ１、χ_ａ２、χ_ａ３、χ_ｂ１、χ_ｂ２、χ_ｂ３に基づいて、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａを変数として第一の距離計測手段１１ａから被測定物６の表面までの距離を算出する関数ε_ａ（χ_ａ）を設定する。同様に、第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂを変数として第二の距離計測手段１１ｂから被測定物６の表面までの距離を算出する関数ε_ｂ（χ_ｂ）を設定する。

具体的には次のとおりである。第一の校正部５１と第二の校正部５２との間の距離Ｌは、第一の距離計測手段１１ａと第一の校正部５１との間の距離を計測した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ１と、第一の距離計測手段１１ａと第二の校正部５２との間の距離を計測した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ２との差に比例する。したがって、第一の距離計測手段１１ａの出力結果χ_ａに、第一の校正部５１と第二の校正部５２との間の距離Ｌを、第一の距離計測手段１１ａと第一の校正部５１との間の距離を計測した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ１と、第一の距離計測手段１１ａと第二の校正部５２との間の距離を計測した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ２との差で除した値を乗ずると、第一の距離計測手段１１ａから測定対象物（標準試験片５の第一の校正部５１、第二の校正部５２、第三の校正部５３および被測定物６）の表面までの距離が算出される。

同様に、第一の校正部５１と第二の校正部５２との間の距離Ｌは、第一の距離計測手段１１ａと第一の校正部５１との間の距離を計測した場合における第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ１と、第二の距離計測手段１１ｂと第二の校正部５２との間の距離を計測した場合における第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ２との差に比例する。したがって、第二の距離計測手段１１ｂの出力結果χ_ｂに、第一の校正部５１と第二の校正部５２との間の距離Ｌを、第二の距離計測手段１１ｂと第一の校正部５１との間の距離を計測した場合における第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ１と、第二の距離計測手段１１ｂと第二の校正部５２との間の距離を計測した場合における第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ２との差で除した値を乗ずると、第二の距離計測手段１１ｂから測定対象物の表面までの距離が算出される。

したがって、第一の距離計測手段１１ａから測定対象物の表面までの距離を算出する関数ε_ａ（χ_ａ）は数式（１）で表され、第二の距離計測手段１１ｂから測定対象物の表面までの距離を算出する関数ε_ｂ（χ_ｂ）は数式（２）で表される。

ここで、χ_ａ１、χ_ａ２、χ_ｂ１、χ_ｂ２は実測値（実際の出力値）であり、計測により求められた定数である。また第一の校正部５１と第二の校正部５２との距離Ｌは既知の値である。このように、関数ε_ａ（χ_ａ）は、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａを変数とする関数であり、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａが入力されると、第一の距離計測手段１１ａから測定対象物（標準試験片５の第一の校正部５１、第二の校正部５２、第三の校正部５３および被測定物６）の表面までの距離が算出される。また、関数ε_ｂ（χ_ｂ）は、第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂを変数とする関数であり、第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂが入力されると、第二の距離計測手段１１ｂから測定対象物の表面までの距離が算出される。

第三の校正部５３は、所定の既知の厚さ寸法Ｔに形成される。第一の距離計測手段１１ａと第二の距離計測手段１１ｂの間の距離Ｋは、既知の寸法に設定される。したがって、これらの関係は数式（３）で示される。

ここで、χ_ａ３は、第一の距離計測手段１１ａと標準試験片５の第三の校正部５３の表面との間の距離を計測した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値である。また、χ_ｂ３は、第二の距離計測手段１１ｂと標準試験片５の第三の校正部５３の表面との間の距離を計測した場合における第二の距離計測手段１１ｂの出力値である。第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ３および第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ３は、実測値（実際の出力値）であり、計測により求められた定数である。また、標準試験片５の第三の校正部５３の厚さ寸法Ｔは既知の値である。したがって、数式（３）の右辺は定数となる。

また、前記関数ε_ａ（χ_ａ），ε_ｂ（χ_ｂ）を用いて被測定物６の厚さ寸法ｔを算出した場合、被測定物６の厚さ寸法ｔは数式（４）で表される。

第一の距離計測手段１１ａと第二の距離計測手段１１ｂの間の距離Ｋは既知である。χ_ａ４は、被測定物６の厚さ寸法ｔ（未知の値）を計測した場合における第一の距離計測手段１１ａの出力値であり、χ_ｂ４は、第二の距離計測手段１１ｂの出力値である。これらの値は、被測定物の厚さ寸法ｔに応じて変化する。

数式（４）のＫ（第一の距離計測手段１１ａと第二の距離計測手段１１ｂの間の距離）に数式（３）のＫを代入して整理すると、数式（５）が得られる。

数式（５）において、Ｌ、Ｔ、χ_ａ１、χ_ａ２、χ_ａ３、χ_ｂ１、χ_ｂ２、χ_ｂ３は既知であり、χ_ａ４、χ_ｂ４が変数である。したがって、未知の厚さ寸法ｔを有する被測定物６の厚さ寸法を計測した場合における、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ４および第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ４を、それぞれ数式（５）に代入すると、被測定物６の厚さ寸法ｔが得られる。

このような計算式（数式（５））によれば、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ４および第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ４に基づいて、被測定物６の厚さ寸法を計測することができる。

（２）被測定物６の表面のプロフィール（表面の傾斜）に基づいて補正係数を算出する段階

前記のように、レーザ変位計（特に三角測量方式のレーザ変位計）は、被測定物６や標準試験片５の表面と、レーザ変位計が発するレーザの軸線とが直角でないと、この角度に応じてレーザ変位計の出力値が変化する。この変化は、被測定物６や標準試験片５が傾斜した場合に、見かけ上幾何学的に、被測定物６や標準試験片５の厚さ寸法が増加し、これにより出力値が変化するものとは相違する。すなわち、被測定物６などがレーザ変位計に正対せずに傾斜していると、見かけ上の（幾何学的な）寸法の増加とは無関係に、レーザ変位計の出力値が変化する。そしてこの出力値の変化は、レーザ変位計の固有の特性であるものと考えられる。このため、レーザ変位計から被測定物６や標準試験片５までの距離を正確に測定することができない。そこで、あらかじめ、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂと被測定物６や標準試験片５の表面のなす角度ごとに、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの出力値がどのように変化をするかを計測しておき、この計測結果に基づいて、被測定物６の厚さ寸法ｔ（すなわち、数式（５）で算出される値）を補正する。これにより、被測定物６が傾斜している場合であっても、被測定物６の厚さ寸法ｔを正確に測定することができる。

図３は、被測定物６の表面の傾斜角度（傾き）と、出力される寸法の変化の関係を示したグラフである。なお、横軸の傾きは、被測定物６や標準試験片５の表面が第一の距離計測手段１１ａまたは第二の距離計測手段１１ｂに正対した場合（すなわち、レーザの軸線と被測定物６や標準試験片５の表面が直角である場合）を「傾きが０（°）」としている。

図３に示すように、傾きがマイナス数°からプラス数°の範囲においては、被測定物６の表面の傾きと、出力される寸法の変化が、ほぼ比例関係（直線関係）にあることが見出された。したがって、本発明の実施形態においては、この知見に基づいて、被測定物６の表面の傾きの角度θ（°）に補正係数Ｃ（μｍ／°）を乗じた値Ｃ×θ（すなわち、被測定物６の表面の傾きθ（°）を変数とし、補正係数Ｃを係数とする一次関数）を、前記数式（５）に加えることによって、被測定物６の傾斜に起因する第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの出力の変化を補正する。この補正係数Ｃは、図３に示すグラフの傾きである。たとえば図３に示すグラフにおいては、補正係数Ｃは約−４（μｍ／°）となる。ここで、各校正部５１，５２，５３の厚さ寸法が１ｍｍ程度と非常に小さければ（被測定物６の厚さ寸法にほぼ等しい）、幾何学的な寸法変化は無視できるほど小さくなる。そこで図３の傾きＣを、距離計測手段１１ａ，１１ｂの特性に起因する誤差の係数にすることができる。

したがって、被測定物６の補正された厚さ寸法ｔは、数式（６）により算出される。

ここで、Ｃは補正係数であり、θは測定対象物の傾き（°）である。この数式（６）は、数式（５）に、Ｃ×θという項を付加したものである。このような数式（６）を用いることにより、被測定物６の傾きに起因する第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの出力の変化を補正することができ、正確な厚さ寸法の計測ができるようになる。

また、ｃｏｓθは、被測定物６の傾斜に起因する幾何学的な寸法変化を打ち消すために乗するものである。被測定物６が傾斜すると、被測定物６の見かけ上の厚さ寸法が変化し、厚さ寸法を正確に計測することができなくなる。すなわち、被測定物６の真の厚さ寸法をｔとし、被測定物の傾斜角度をθとすると、見かけ上の厚さ寸法（すなわち、計測される寸法）ｔ’は、ｔ’＝ｔ／ｃｏｓθとなる。そこで、見かけ上の厚さ寸法にｃｏｓθを乗じることによって、被測定物６の傾斜に起因する見かけ上の厚さ寸法の変化を打ち消すものである。

このようにして導出された数式（６）は、板厚計算式記憶手段１０１に記憶される。また、実測して算出した補正係数Ｃは、補正計数記憶手段１０２に記憶される。

（３）第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの出力結果と、決定された板厚計算式と、算出された補正係数とに基づいて、被測定物の厚さ寸法を計測する段階

本発明の実施形態にかかる距離計測方法（被測定物６の厚さ寸法ｔの計測方法）の手順は次のとおりである。まず、被測定物６を第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの間に遊挿する。そしてフレーム１２を被測定物の幅方向（図１においてはＹ軸方向）に移動させることによって、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂと被測定物６とを相対移動させる。そして相対移動させながら、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ４および第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ４を得る。

そして、得られた出力値χ_ａ４、χ_ｂ４の少なくとも一方に基づいて、被測定物６の幅方向（Ｙ軸方向）に沿った表面のプロフィールが作成される。作成された表面のプロフィールは、プロフィール記憶手段１０４に記憶される。傾斜演算手段１０３は、プロフィール記憶手段１０４に記憶される被測定物６のプロフィールに基づいて、被測定物の各位置における表面の傾きを算出する。この傾きの算出は、たとえば、プロフィール記憶手段１０４に記憶される被測定物６のプロフィールを、走査方向（Ｙ軸方向）に微分することにより実施される。これにより、被測定物６の表面の傾きθが得られる。この値を、被測定物６の全体の傾斜や撓みとみなすことができる。

被測定物６の傾きθは、前記のように第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ４と第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ａ４のいずれか一方に基づいて算出しても良く、両方に基づいて算出しても良い。たとえば、両方に基づいて算出する構成としては、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ４に基づくプロフィールから算出した傾きと、第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ａ４に基づくプロフィールから算出した傾きとの平均を、被測定物６の傾きθとする構成が挙げられる。ただし、被測定物６の厚さ寸法の変化に対して、反りや撓みの周期が長い場合には（たとえば、厚さ寸法の変化が数１０μｍであるのに対して、反りや撓みの周期が数１０ｍｍである場合には）、第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ４または第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ａ４のいずれか一方を用いて算出しても、実用上充分な正確さが得られるものと考えられる。

そして、板厚演算手段１０５は、板厚計算式記憶手段１０１に記憶される計算式を読み出し、補正係数記憶手段１０２に記憶される補正係数Ｃと、傾斜演算手段が算出した傾きθと、実測された第一の距離計測手段１１ａの出力値χ_ａ４および第二の距離計測手段１１ｂの出力値χ_ｂ４とを読み出した計算式（数式（６））に代入し、被測定物６の厚さ寸法ｔを計測（算出）する。そして出力手段１０６は、板厚演算手段１０５の演算結果を出力する。

このような構成によれば、被測定物６が傾いた場合に、第一の距離計測手段１１ａおよび第二の距離計測手段１１ｂの特性に起因して発生する誤差を補正することができる。したがって、このような誤差を補正することにより、被測定物６の厚さ寸法ｔを、正確に計測することができる。

次いで、本発明の実施例について説明する。図４は、本発明の実施例にかかる距離計測方法によって、被測定物の板厚を計測した結果と、比較例を示したグラフである。縦軸は、所定の基準値からの寸法のズレを示し、横軸は走査方向の各位置をしめす。本発明の実施例（グラフにおいては黒丸で示す）は、前記数式（６）を用いて被測定物の板厚を計測したものである。また、比較例（グラフにおいては白丸で示す）は、前記数式（５）を用いて被測定物の板厚を計測したものである。すなわち、傾きに起因する補正を行わない例である。真の板厚を示す値は、マイクロメータにより板厚を計測したものである。

図４に示すように、本発明の実施例は、マイクロメータにより計測した板厚とほぼ一致した。これに対して、傾きに起因する誤差の補正を行わない比較例においては、マイクロメータにより計測した板厚から０．０１ｍｍ程度離れる箇所もあり、また、全体の傾向もマイクロメータにより計測した値とは相違した。このように、本発明の実施例によれば、傾きに起因する誤差を補正することにより、被測定物の厚さ寸法の計測の正確さを向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能である。

たとえば、前記実施形態においては、二個の距離計測手段を用いて被測定物の厚さ寸法を計測する構成を示したが、本発明は厚さ寸法の測定に限定されるものではない。前記の通り、被測定物の表面に傾斜がある場合に発生する誤差を打ち消すものであるから、たとえば被測定物の表面プロフィールを計測する場合などにも適用できる。

また、前記実施形態においては、Ｙ軸方向のプロフィールに基づいて傾きを算出する構成を示したが、Ｘ軸およびＹ軸の２方向のプロフィールを計測し、２方向のプロフィールに基づいて傾きを算出し、出力値を補正する構成であっても良い。

本発明の実施形態にかかる距離計測装置の要部の構成を模式的に示した図である。 標準試験片の構成および被測定物の厚さ寸法を算出するための計算式の導出原理を、模式的に示した図である。 被測定物の傾斜角度（傾き）と、出力される寸法の変化の関係を示したグラフである。 本発明の実施例にかかる板厚の計測結果を示したグラフである。

符号の説明

１ 本発明の実施形態にかかる距離計測装置
１１ａ 第一の距離計測手段
１１ｂ 第二の距離計測手段
１２ フレーム
１２１ 腕
１０１ 板厚計算式記憶手段
１０２ 補正計数記憶手段
１０３ 傾斜演算手段
１０４ プロフィール記憶手段
１０５ 板厚演算手段
１０６ 出力手段

Claims (4)

1. 距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計が適用される距離計測装置であって、
   被測定物の表面までの距離を計測できる距離計測手段と、
   該距離計測手段による計測結果に基づいた前記被測定物の表面プロフィールを記憶するプロフィール記憶手段と、
   該プロフィール記憶手段に記憶される前記被測定物の表面プロフィールに基づいて前記被測定物の表面の傾斜角度を算出する傾斜角演算手段と、
   前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を記憶する補正計数記憶手段と、
   前記距離計測手段の計測結果に基づいて計測される前記被測定物までの距離に前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度の積を加算する演算手段と、
   前記加算結果を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする距離計測装置。
2. 距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計が適用される距離計測装置であって、
   所定の距離を離間して対向して配設される二つの距離計測手段と、
   該二つの距離計測手段の少なくとも一方による計測結果に基づいた前記被測定物の表面プロフィールを記憶するプロフィール記憶手段と、
   該プロフィール記憶手段に記憶される前記被測定物の表面プロフィールに基づいて前記被測定物の傾斜角度を算出する傾斜角演算手段と、
   前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を記憶する補正計数記憶手段と、
   前記二つの距離計測手段の計測結果に基づいて計測される前記被測定物の厚さ寸法に前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度の積を加算する演算手段と、
   前記加算結果を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする距離計測装置。
3. 距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計を用いて被測定物までの距離を計測する距離計測方法であって、
   前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を算出し、
   該補正係数を算出した後は、前記距離計測手段を用いて被測定物までの距離を計測し、
   前記距離計測手段による計測結果に基づいて前記被測定物の表面の傾斜角度を算出し、
   前記距離計測手段の計測結果と、前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度との積を加算し、
   該加算結果を被測定物までの距離として出力することを特徴とする距離計測方法。
4. 距離計測手段として三角測量方式のレーザ変位計が適用され相対向して配設される二つの距離計測手段を用いて被測定物の厚さ寸法を計測する距離計測方法であって、
   前記距離計測手段と前記距離計測手段に対向する前記被測定物の表面との傾斜角度に応じて発生する前記距離計測手段の出力値の変化を補正する補正係数を算出し、
   該補正係数を算出した後は、前記二つの距離計測手段を用いて被測定物までの距離をそれぞれ計測して該計測結果に基づいて被測定物の厚さ寸法を算出するとともに、
   前記二つの距離計測手段の少なくとも一方による計測結果に基づいて前記被測定物の表面の傾斜角度を算出し、
   前記距離計測手段の計測結果に基づく被測定物の厚さ寸法の算出結果と、前記補正係数と前記被測定物の表面の傾斜角度との積を加算し、
   該加算結果を被測定物の厚さ寸法として出力することを特徴とする距離計測方法。

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