JP2012073094A

JP2012073094A - 膜厚測定装置

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Publication number: JP2012073094A
Application number: JP2010217716A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikura; 洋石倉; Takeshi Kobayashi; 武史小林; Naotoshi Korenaga; 直利是永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】最小限の塗布膜の破壊によって塗布膜の厚さを測定できる膜厚測定装置を提供する。
【解決手段】先端が針形状である少なくとも２つ測定刃３１・３１と、測定対象にレーザ光を照射し、該測定対象からの反射光を検出するレーザ変位計４０と、レーザ変位計４０によって塗布膜の厚さを測定するコントローラ５０と、を具備し、コントローラ５０は、測定刃３１を塗布膜内に侵入させた状態で、レーザ変位計４０によって、塗布膜の表面にレーザ光を照射し、塗布膜の表面からの反射光を検出することにより得た値を用いて、塗布膜の厚さを測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜厚測定装置の技術に関する。

膜厚測定とは、塗布膜の厚さを測ることをいう。例えば、鍛造金型に塗布される潤滑剤の塗布膜の厚さを把握するために膜厚測定が行われる。鍛造金型に塗布される潤滑剤は、粗材成形性の向上、金型の摩耗低減および離型性向上を目的としている。そのため、潤滑剤の塗布膜の厚さを把握することは、良品の成形品を生産する条件として重要な要素となる。

例えば、特許文献１は、電磁誘導プローブを塗布膜に圧接させ、母材とのギャップにより塗布膜の厚さを測定する膜厚計を開示している。しかし、鍛造金型に塗布される潤滑剤の塗布膜、あるいは、離型剤の塗布膜は、非常に脆く崩れやすいため、特許文献１に開示される膜厚計を使用すると、塗布膜が破壊されてしまう。

また、鍛造金型に塗布される潤滑剤は、凹凸の表面をしており、特許文献１に開示される膜厚計のように１点測定による測定手法では、塗布膜の表面上の山や谷を測ることになり、測定ばらつきが生じる。そして、この測定ばらつきを低減するには、繰り返し測定を行う必要が生じる。しかし、鍛造金型に塗布される潤滑剤の塗布膜または離型剤の塗布膜は、非常に脆く崩れやすいため、繰り返し測定を行うと、塗布膜が破壊されてしまう。

特開昭６１−０３８５０３号公報

解決しようとする課題は、塗布膜の破壊を最小限に抑えつつ、塗布膜の厚さを測定できる膜厚測定装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、先端が針形状である少なくとも２つ測定刃と、測定対象に拡散するレーザ光を照射し、該測定対象からの反射光を検出するレーザ変位計と、前記レーザ変位計によって塗布膜の厚さを測定する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記測定刃を塗布膜内に侵入させた状態で、レーザ変位計によって、該塗布膜の表面に拡散するレーザ光を照射し、該塗布膜の表面からの反射光を検出することにより得た値を用いて、前記塗布膜の厚さを測定するものである。

請求項２においては、請求項１記載の膜厚測定装置であって、前記制御手段は、前記レーザ変位計によって、拡散するレーザ光を前記塗布膜の表面に照射し、該塗布膜の表面からの反射光を検出して得た複数の値を、差分平均することで、該塗布膜の厚さを測定するものである。

本発明の膜厚測定装置によれば、最小限の塗布膜の破壊によって塗布膜の厚さを測定できる。

（Ａ）本実施形態に係る膜厚測定装置の全体的な構成を示した構成図、（Ｂ）（Ａ）におけるＡＡ断面図を示す構成図。同じく膜厚測定装置による膜厚測定方法を示す模式図。校正板と金型とを示す模式図。同じく膜厚測定装置による膜厚測定制御の流れを示すフロー図。

図１を用いて、本実施形態に係る膜厚測定装置１０について説明する。
なお、図１の本体２０は、側面構成図を示している。また、図１および図２では、電気信号線を２点鎖線で、レーザ光を破線で、示している。さらに、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡＡ断面を示している。

本実施形態の膜厚測定装置１０は、金型１００に塗布される潤滑剤１０５（図２を参照）の塗布膜の厚さＴを測定するものである。なお、膜厚測定装置１０の測定対象としては、本実施形態の潤滑剤１０５の塗布膜に限定されることはない。例えば、金型１００に塗布される離型剤の厚さ、あるいは、塗装された金属表面の塗装膜の厚さを測定対象としても良い。

膜厚測定装置１０は、本体２０と、アンプ６０と、制御手段としてのコントローラ５０と、具備している。本体２０について、詳細な説明は後述する。コントローラ５０は、後述するレーザ変位計４０によって測定対象としての潤滑剤１０５の塗布膜の厚さＴを測定する機能を有している。アンプ６０は、後述するレーザ変位計４０によって取得した線形をコントローラ５０によって解析できるように変換する機能を有している。また、アンプ６０は、本体２０に後述するケーブル２１を介して電源を供給する機能を有している。

本体２０は、ケーブル２１と、測定ツール３０と、レーザ変位計４０と、を具備している。ケーブル２１は、本体２０のレーザ変位計４０と、アンプ６０と、を接続している。なお、以下で、本体２０が直立するとは、拡散するレーザを側面から見たときに、レーザが鉛直方向と平行になるように本体２０が保持される状態をいう。

測定ツール３０は、測定対象の金型１００と同素材の鋼鉄ないし、同水準の硬さを持つ材料で形成されている。測定ツール３０は、下方に突起が向く略凸形状に形成されている。測定ツール３０は、一対の測定刃３１・３１と、基準面３２と、を具備している。

一対の測定刃３１・３１は、測定ツール３０の下方に向いた突起部に形成されている。それぞれの測定刃３１は、所定の間隔を設けて配置されている。測定刃３１は、下方先端が鋭利な針形状に形成されている。また、それぞれの測定刃３１は、本体２０を直立させた状態で、下端が同一の位置（後述するレーザ投光部４２から同一の高さ）になるように配置されている。基準面３２は、本体２０を直立させた状態で水平方向に平行な平面として形成され、それぞれの測定刃３１・３１の上面に形成されている。

レーザ変位計４０は、拡散するレーザによって測定対象の幾何学変化を測定する装置である。レーザ変位計４０は、接続部４１と、レーザ投光部４２と、レーザ検出部（図示略）と、を具備している。レーザ変位計４０は、レーザ投光部４２から拡散するレーザ光を測定対象に照射し、レーザ検出部によってこれらの反射光を検出することで、レーザ投光部４２から測定対象までの距離を検出する装置である。より詳しくは、レーザ変位計４０は、レーザ投光部４２から拡散するレーザ光を測定対象に照射し、レーザ検出部によってこれらの反射光を検出することにより得た値を用いて、レーザ投光部４２から測定対象までの距離を検出し、測定対象の２次元的な形状を把握できる装置である。

図２を用いて、膜厚測定装置１０による膜厚測定方法について説明する。
本実施形態の膜厚測定装置１０による膜厚測定方法では、潤滑剤１０５が塗布された金型１００の５箇所の測定ポイント（図２におけるポイントＰ１、Ｐ２、・・、Ｐ５）における潤滑剤１０５の厚さＴ１、Ｔ２、・・、Ｔ５を測定し、５箇所の測定ポイントが基準厚さＴｄ以上であるかについて確認するものとする。なお、本実施形態では測定ポイントを５箇所としているが、これに限定されない。

膜厚測定方法では、本体２０を測定ポイントに近接させ、測定ツール３０の測定刃３１・３１を測定ポイントの金型１００に塗布された潤滑剤１０５の塗布膜内に侵入させ、潤滑剤１０５の塗布膜の下に位置する金型１００に当接させる（図３（Ｂ）参照）。このとき、金型１００に対して測定ツール３０が直立していることが望ましい。ただし、それぞれの測定刃３１・３１が潤滑剤１０５の塗布膜の下に位置する金型１００まで当接している必要がある。以下では、測定刃３１・３１を潤滑剤１０５の塗布膜に侵入させる膜厚測定方法を含めた膜厚測定装置１０による膜厚測定制御について説明する。

図３および図４を用いて、膜厚測定装置１０による膜厚測定制御について説明する。
図３（Ａ）は、校正板１１０を測定している状態の模式図を示している。図３（Ｂ）は、金型１００に塗布された潤滑剤１０５の厚さＴを測定している状態の模式図を示している。
図４では、膜厚測定制御における作業者の作業ステップＳについては括弧書きで示し、膜厚測定装置１０（コントローラ５０）の作業ステップについてはステップＳ１０〜ステップＳ４０、ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０、・・で示している。

膜厚測定制御では、校正板１１０を用いることによって、測定ツール３０（図１を参照）の基準面３２の高さである基準高さＤ０を最初に測定し、上述した測定ポイント（図２におけるポイントＰ１、Ｐ２、・・、Ｐ５）の同じく測定ツール３０の基準面３２の高さである基準高さＤ１、Ｄ２、・・・を測定し、基準高さＤ１、Ｄ２、・・・と基準高さＤ０とを比較して、各測定ポイントに塗布された潤滑剤１０５の厚さＴ１、Ｔ２、・・・・を測定する制御である。なお、校正板１１０は、測定対象の金型と同素材の鋼鉄ないし、同水準の硬さを持つ材料で形成されている。

膜厚測定制御では、まず、作業者が校正板１１０に測定ツール３０の測定刃３１を当接させる。コントローラ５０は、ステップＳ１０において、レーザ変位計４０によって、レーザ投光部４２から拡散するレーザ光を測定刃３１・３１の間にある校正板１１０の表面、ならびに、それぞれの基準面３２・３２に照射し、レーザ検出部によってこれらの反射光を検出し、レーザ投光部４２から基準面３２までの距離Ｘ０、ならびに、レーザ投光部４２から校正板１１０表面までの距離Ｙ０を検出する。

なお、それぞれの基準面３２・３２よりも外側に照射し、測定刃３１・３１の外側にある校正板１１０の表面に照射されたレーザの反射光については、検出データとしては採用しないものとする。

コントローラ５０は、ステップＳ２０において、検出された多数の距離Ｘ０について差分平均を用いて平均値を算出し、距離Ｘ０として算出する。同様に、コントローラ５０は、ステップＳ３０において、検出された多数の距離Ｙ０について差分平均を用いて平均値を算出し、距離Ｙ０として算出する。そして、コントローラ５０は、ステップＳ４０において、ステップＳ３０で算出した距離Ｙ０からステップＳ２０で算出した距離Ｘ０を差し引いたものを基準高さＤ０として算出する。

次に、作業者は、本体２０を測定ポイントＰ１に近接させ、測定ツール３０の測定刃３１・３１を測定ポイントＰ１の金型１００に塗布された潤滑剤１０５の塗布膜内に侵入させ、潤滑剤１０５の塗布膜の下に位置する金型１００に当接させる。

コントローラ５０は、ステップＳ１１０において、レーザ変位計４０によって、レーザ投光部４２から拡散するレーザ光を測定刃３１・３１の間にある潤滑剤１０５の表面、ならびに、基準面３２・３２に照射し、レーザ検出部によってこれらの反射光を検出し、レーザ投光部４２から基準面３２までの距離Ｘ１、ならびに、レーザ投光部４２からポイントＰ１における潤滑剤１０５の塗布膜の表面までの距離Ｙ１を検出する。なお、潤滑剤１０５の塗布膜にはレーザは侵入しない。

なお、それぞれの基準面３２・３２よりも外側に照射し、測定刃３１・３１の外側にある潤滑剤１０５の表面に照射されたレーザの反射光については、検出データとしては採用しないものとする。

コントローラ５０は、ステップＳ１２０において、検出された多数の距離Ｘ１について差分平均を用いて平均値を算出し、距離Ｘ１として算出する。同様に、コントローラ５０は、ステップＳ１３０において、検出された多数の距離Ｙ１について差分平均を用いて平均値を算出し、距離Ｙ１として算出する。そして、コントローラ５０は、ステップＳ１４０において、ステップＳ１３０で算出した距離Ｙ１から、ステップＳ１２０で算出した距離Ｘ１を差し引いたものを基準高さＤ１として算出する。

コントローラ５０は、ステップＳ１５０において、ステップＳ１４０で算出した基準高さＤ１から、ステップＳ４０で算出した基準高さＤ０を差し引いたものをポイントＰ１における潤滑剤１０５の塗布膜の厚さＴ１として算出する。

そして、作業者は、本体２０を測定ポイントＰ２に近接させ、測定ツール３０の測定刃３１・３１を測定ポイントＰ２の金型１００に塗布された潤滑剤１０５の塗布膜内に侵入させ、潤滑剤１０５の塗布膜の下に位置する金型１００に当接させる。コントローラ５０は、ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０を繰り返し、ポイントＰ２における潤滑剤１０５の塗布膜の厚さＴ２を算出する。以下、同様のステップＳを測定ポイントＰ３、Ｐ４、Ｐ５に対して繰り返す。

本実施形態の膜厚測定装置１０による膜厚測定制御の効果について説明する。
すなわち、本実施形態の膜厚測定装置１０による膜厚測定制御では、実際に潤滑剤１０５の塗布膜に接触するのは、一対の測定刃３１・３１のみであって、それぞれの測定刃３１・３１は鋭利な針形状に形成されているため、各測定刃３１・３１は塗布膜に点接触する。そのため、最小限の面積で、かつ、２点接触で塗布膜に接触するため、塗布膜の破壊を最小限に抑えることができる。このようにして、最小限の塗布膜の破壊によって塗布膜の厚さＴを測定できる

また、本実施形態の膜厚測定装置１０による膜厚測定制御では、２点接触で塗布膜に接触する構成である。そのため、少ない測定面積によって塗布膜を測定でき、複雑な形状である金型１００の微小範囲における潤滑剤１０５の塗布膜を測定できる。

さらに、通常、膜厚測定時における金型１００は高温である場合が多い。しかし、本実施形態の膜厚測定装置１０では、熱の影響に弱いレーザ変位計４０が直接金型１００に当接することがなく、測定ツール３０を介して金型１００に設置する（近付ける）構成である。そのため、金型１００の熱影響を直接受けることなく、膜厚測定装置１０の耐久性を向上できる。

また、本実施形態の膜厚測定装置１０による膜厚測定制御では、基準面３２を用いて、基準高さＤ１、Ｄ２、・・・と校正板１１０の基準高さＤ０とを比較して、潤滑剤１０５の厚さＴ１、Ｔ２、・・・を測定する構成である。そのため、膜厚測定において、測定時の周囲温度、潤滑剤１０５の厚さ、測定箇所の金型１００の形状の影響を低減できる。

さらに、本実施形態の膜厚測定装置１０による膜厚測定制御では、レーザ変位計４０のレーザ投光部４２から拡散するレーザ光を測定対象に照射し、レーザ検出部によってこれらの反射光を検出し、レーザ投光部４２からの距離Ｘ１を測定するものの、差分平均によって平均化した値を算出している。そのため、気泡等も存在し凹凸の表面を有する潤滑剤１０５に対して、一対の測定刃３１・３１の間における塗布膜の厚さの平均を測定することができる。つまり、塗布膜の表面上の山や谷の部分の測定値がそのまま塗布膜の厚さの測定値となることがなく、測定ばらつきが生じることもない。

なお、本実施形態の膜厚測定装置１０では、膜厚測定時に金型１００に対して測定ツール３０が直立していることが望ましいため、金型１００に対して測定ツール３０は２点支持（一対の測定刃３１・３１）によるものとしている。しかし、例えば、測定ツール３０において、接続部４１が配置される反対側に別途支持部を設けて３点支持とする構成としても良い。

このような構成とすることで、作業者は、測定ツール３０を金型１００に設置して膜厚測定を行う間、容易に測定ツール３０を保持できる。そのため、膜厚測定装置１０による膜厚測定制御における作業性が向上できる。

１０膜厚測定装置
２０本体
３０測定ツール
３１測定刃
３２基準面
４０レーザ変位計
４２レーザ投光部
１００金型
１０５潤滑剤
１１０校正板

Claims

先端が針形状である少なくとも２つ測定刃と、
測定対象に拡散するレーザ光を照射し、該測定対象からの反射光を検出するレーザ変位計と、
前記レーザ変位計によって塗布膜の厚さを測定する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記測定刃を塗布膜内に侵入させた状態で、レーザ変位計によって、該塗布膜の表面に拡散するレーザ光を照射し、該塗布膜の表面からの反射光を検出することにより得た値を用いて、前記塗布膜の厚さを測定する、
膜厚測定装置。
請求項１記載の膜厚測定装置であって、
前記制御手段は、
前記レーザ変位計によって、拡散するレーザ光を前記塗布膜の表面に照射し、該塗布膜の表面からの反射光を検出して得た複数の値を、差分平均することで、該塗布膜の厚さを測定する、
膜厚測定装置。