JP2012220343A - Apparatus for measuring thickness of translucent tubular object - Google Patents

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Mitsuru Tamaya
充 玉谷
Hirobumi Iketani
博文 池谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the thickness of a translucent tubular object over its whole region in a short time and with high accuracy.SOLUTION: An apparatus for measuring a thickness of a translucent tubular object is provided. In the apparatus, a laser beam emitted to a glass tube G is condensed by an objective lens 57 and the reflected light is received by a diffraction grating 35 and a line sensor 36 to measure a thickness of the glass tube G. The objective lens 57 is made to have a relation: (1/a)+(1/b)=1/Fx, where a focal distance in an X-axis line direction is Fx, an optical distance from a galvano mirror 52 rotating around a Y-axis line to the objective lens 57 is a, and an optical distance from the objective lens 57 to a surface of the glass tube G is b. Even when servo control for an angle around the Y-axis line is performed so that an optical axis of the laser beam is perpendicular to a central axis of the glass tube G, an irradiation position of the laser beam to the glass tube G in the X-axis line direction can be fixed at one position so as not to be changed, to prevent servo from becoming unstable due to the degree of inclination of the glass tube G around a Z-axis line.

Description

本発明は、レーザ光をガラス管などの透光性管状物体の表面に照射し、透光性管状物体の表面からの反射光を受光することで、透光性管状物体の厚さを測定する透光性管状物体の厚さ測定装置に関する。   The present invention measures the thickness of a translucent tubular object by irradiating the surface of the translucent tubular object such as a glass tube with laser light and receiving reflected light from the surface of the translucent tubular object. The present invention relates to a thickness measuring device for a translucent tubular object.

従来から、ガラス製品のような透光性物体の厚さが規格通りに作製されているかを検査するために、透光性物体の厚さを測定することが行われている。このような測定は透光性物体の表面を傷つけないため、非接触で行われることが多く、この測定方法として、例えば下記特許文献1に記載されているように、透光性物体の表面に対して斜めにレーザ光を照射し、表面と裏面で反射した反射光を受光センサで受光し、受光位置の差から透光性物体の厚さを求める方法がある。この方法は、透光性物体がガラス管などのような管状物体であっても適用することができ、例えば下記特許文献2には、特許文献1に記載された方法により管状物体の厚さを測定する装置が記載されている。しかしながら、この方法は設定された照射角度で透光性物体にレーザ光が照射されるように調整する必要があり、調整精度が悪いと測定精度が悪くなるという問題がある。   Conventionally, in order to inspect whether or not the thickness of a translucent object such as a glass product is manufactured according to a standard, the thickness of the translucent object is measured. Since such measurement does not damage the surface of the translucent object, it is often performed in a non-contact manner. For example, as described in Patent Document 1 below, the measurement method is performed on the surface of the translucent object. On the other hand, there is a method of irradiating laser light obliquely, receiving reflected light reflected on the front surface and the back surface by a light receiving sensor, and determining the thickness of the translucent object from the difference between the light receiving positions. This method can be applied even if the translucent object is a tubular object such as a glass tube. For example, in Patent Document 2 below, the thickness of the tubular object is set by the method described in Patent Document 1. An apparatus for measuring is described. However, this method needs to be adjusted so that the light-transmitting object is irradiated with the laser beam at the set irradiation angle. If the adjustment accuracy is poor, there is a problem that the measurement accuracy is deteriorated.

これに対し、透光性物体に対して垂直にレーザ光を照射して透光性物体の厚さを測定する方法であれば、反射光が照射したレーザ光と同じ光路で戻り、受光器の所定の箇所で受光するように調整すればよいので、調整精度は良好となる。この方法としては、例えば特許文献3に記載されているように、スーパー・ルミネッセント・ダイオード光源(SLD光源)のような広波長帯域のレーザ光が異なった箇所で反射した光を干渉させるとともに、回折格子等で波長ごとに分光することで変位を求める方法がある。すなわち、透光性物体に広波長帯域のレーザ光を照射し、透光性物体の表面と裏面での反射光を干渉させるとともに回折格子等で波長ごとに分光してCCD等の撮像素子で受光し、受光位置ごとの光強度を取得する。この受光位置ごとの光強度(すなわち、受光曲線)は、反射光の干渉の仕方が異なると異なるため、透光性物体の表面と裏面間の距離(すなわち厚さ)により異なる。よって、受光曲線を解析することで、透光性物体の厚さを求めるというものである。この方法は、透光性物体がガラス管などのような管状物体であっても、レーザ光を透光性物体の中心軸と垂直に交差するように照射して、反射光が照射したレーザ光と同じ光路で戻るようにすればよいので適用することができる。   On the other hand, if the method is to measure the thickness of the translucent object by irradiating the translucent object with the laser beam perpendicularly, it returns in the same optical path as the laser beam irradiated with the reflected light. Since adjustment may be performed so that light is received at a predetermined location, the adjustment accuracy is good. As this method, as described in Patent Document 3, for example, a laser beam of a wide wavelength band such as a super luminescent diode light source (SLD light source) interferes with light reflected at different locations, and is diffracted. There is a method of obtaining the displacement by spectroscopically separating each wavelength with a grating or the like. That is, irradiate a translucent object with laser light in a wide wavelength band, cause reflected light on the front and back surfaces of the translucent object to interfere with each other, and separate each wavelength with a diffraction grating and receive it with an image sensor such as a CCD. The light intensity for each light receiving position is acquired. The light intensity at each light receiving position (that is, the light receiving curve) differs depending on the way in which the reflected light interferes, and therefore varies depending on the distance (that is, the thickness) between the front surface and the back surface of the translucent object. Therefore, the thickness of the translucent object is obtained by analyzing the light receiving curve. In this method, even if the translucent object is a tubular object such as a glass tube, the laser beam is irradiated with the reflected light by irradiating the laser beam so as to intersect the central axis of the translucent object perpendicularly. It can be applied because it only needs to be returned in the same optical path.

特開2009−222428号公報JP 2009-222428 A 特開平09−504875号公報JP 09-504875 A 特開2010−121977号公報JP 2010-121977 A

透光性物体が管状物体の場合、レーザ光を透光性物体の全域にわたって中心軸と垂直に交差するように照射するには、管状物体の中心軸が設定された位置になるようにセット機構にセットし、レーザ光を設定された経路で管状物体と相対的に移動させればよい。しかしながら、管状物体の中心軸がランダムに直線からずれている場合には、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることができず、反射光を受光器で受光できずに厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。   When the translucent object is a tubular object, in order to irradiate the laser beam perpendicularly to the central axis over the entire area of the translucent object, the setting mechanism is set so that the central axis of the tubular object is at a set position. And the laser beam may be moved relative to the tubular object along the set path. However, if the center axis of the tubular object is randomly deviated from the straight line, the laser beam optical axis always intersects the center axis of the tubular object perpendicularly only by moving the laser beam along the set path. There is a problem that there is a portion where the thickness cannot be measured because the reflected light cannot be received by the light receiver.

また、管状物体を回転させながらその全域の厚さ測定を行う場合であって、管状物体の直径が小さい場合には、管状物体の中心軸が常に設定位置にあるように管状物体を回転させることは困難であり、この場合もレーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることはできず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。また、管状物体を何らかの工程上の理由(管状物体が高温又は管状物体への異物付着を避ける等の理由)で、セット機構にセットすることができず、管状物体の一端を掴むのみの場合には、管状物体の中心軸を常に設定された位置にすることができず、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることができず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。   In addition, when the thickness of the entire area of the tubular object is measured while rotating the tubular object, and the diameter of the tubular object is small, the tubular object is rotated so that the central axis of the tubular object is always at the set position. In this case as well, simply moving the laser beam along the set path does not always allow the optical axis of the laser beam to intersect the central axis of the tubular object perpendicularly. There is a problem that there are places that cannot be measured. Also, when the tubular object cannot be set in the setting mechanism for some reason (for example, the tubular object is hot or avoids foreign matter adhering to the tubular object), and only the one end of the tubular object is gripped. The center axis of the tubular object cannot always be set to the set position, and the laser beam always intersects the center axis of the tubular object perpendicularly only by moving the laser beam along the set path. There is a problem that there is a portion where the thickness cannot be measured.

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、透光性管状物体の中心軸にレーザ光が垂直に交差するようにレーザ光を透光性管状物体に照射するとともに、この中心軸方向に透光性管状物体と相対的にレーザ光を移動して透光性管状物体の全域の厚さを測定する際、透光性管状物体の中心軸が所定位置からずれている箇所がある場合でも、常に反射光を所定位置(解析処理をするための光学機器の受光器)に戻るようにすることができ、短時間で透光性管状物体の全域の厚さを測定することができる透光性管状物体の厚さ測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。   The present invention has been made to cope with the above-described problems, and its purpose is to irradiate a translucent tubular object with laser light so that the laser beam perpendicularly intersects the central axis of the translucent tubular object. When measuring the thickness of the entire area of the translucent tubular object by moving the laser light relative to the translucent tubular object in the direction of the central axis, the central axis of the translucent tubular object is shifted from a predetermined position. Even when there is a spot, the reflected light can always be returned to the predetermined position (the optical receiver for analysis), and the thickness of the entire area of the translucent tubular object can be measured in a short time. An object of the present invention is to provide a thickness measuring device for a translucent tubular object. In addition, in the description of each constituent element of the present invention below, in order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals of corresponding portions of the embodiment are described in parentheses, but each constituent element of the present invention is The present invention should not be construed as being limited to the configurations of the corresponding portions indicated by the reference numerals of the embodiments.

上記目的を達成するために、本発明は、中心軸を所定の第1軸線方向(X軸線方向)に延設させて透光性管状物体(G)を支持する透光性管状物体支持装置(10,15)と、第1軸線方向に垂直な第2軸線方向(Z軸線方向)からレーザ光を透光性管状物体に照射するレーザ光照射手段(30,31,40,57)と、透光性管状物体の外周面で反射するレーザ光の反射光と、透光性管状物体の内周面で反射するレーザ光の反射光とを受光する受光手段(35,36)と、受光手段で受光した反射光の受光状態に対応する信号から、レーザ光が照射された位置における透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段(117)と、レーザ光照射手段によって照射されるレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を、第1軸線方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段(11,12,13)とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、透光性管状物体に照射されるレーザ光の位置を第1軸線方向及び第2軸線方向の両方向に互いに直交する第3軸線方向に変更する第3軸線方向位置変更手段(54,55,25)と、透光性管状物体に照射されるレーザ光の透光性管状物体の中心軸に対する第3軸線周りの角度を変更する第3軸線周り角度変更手段(52,53)と、透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸に対する第3軸線方向位置のずれ量を検出する第3軸線方向位置ずれ量検出手段(51,60,118)と、透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸の第3軸線周りの垂線に対する第3軸線周り角度のずれ量を検出する第3軸線周り角度ずれ量検出手段(51,60,121)と、第3軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された第3軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸位置に一致するように第3軸線方向位置変更手段をサーボ制御する第3軸線方向位置サーボ制御手段(119,120)と、第3軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された第3軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸に垂直になるように第3軸線周り角度変更手段をサーボ制御する第3軸線周り角度サーボ制御手段(122,123)とを設け、レーザ光照射手段は、レーザ光を集光する対物レンズを含み、対物レンズの第1軸線方向の焦点距離Fxと、第3軸線周り角度変更手段から対物レンズまでの光学的距離aと、対物レンズから透光性管状物体の表面までの光学的距離bとの関係が、(1/a)+(1/b)=1/Fxの関係になるように、対物レンズと第3軸線周り角度変更手段を配置したことにある。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a translucent tubular object support device that supports a translucent tubular object (G) by extending a central axis in a predetermined first axial direction (X-axis direction). 10, 15), laser light irradiation means (30, 31, 40, 57) for irradiating the transparent tubular object with laser light from the second axial direction (Z-axis direction) perpendicular to the first axial direction, A light receiving means (35, 36) for receiving the reflected light of the laser light reflected by the outer peripheral surface of the optical tubular object and the reflected light of the laser light reflected by the inner peripheral surface of the translucent tubular object; Thickness detection means (117) for detecting the thickness of the translucent tubular object at the position irradiated with the laser light from the signal corresponding to the light receiving state of the received reflected light, and the laser irradiated by the laser light irradiation means The irradiation position of the light on the translucent tubular object is moved in the first axis direction. In the apparatus for measuring a thickness of a translucent tubular object provided with a laser beam irradiation position moving means (11, 12, 13), the position of the laser beam irradiated to the translucent tubular object is determined in the first axial direction and the first direction. Third axial position changing means (54, 55, 25) for changing to a third axial direction orthogonal to both of the two axial directions, and a translucent tubular object of the laser light irradiated to the translucent tubular object Third-axis-around angle changing means (52, 53) for changing the angle around the third axis with respect to the central axis, and a part of the reflected light from the light-transmitting tubular object is divided and incident, and the light-transmitting tubular Third axis direction positional deviation amount detection means (51, 60, 118) for detecting a deviation amount of the third axial direction position with respect to the central axis of the translucent tubular object in the irradiation direction of the laser beam on the object; A part of the reflected light from the tubular object is split and incident, Third-axis angle deviation detecting means (51, 51) for detecting the deviation amount of the angle around the third axis with respect to the perpendicular line around the third axis of the central axis of the translucent tubular object in the irradiation direction of the laser light with respect to the conductive tubular object 60, 121) and the displacement amount of the third axial position detected by the third axial displacement detection means, the optical axis of the laser light applied to the translucent tubular object is the translucent tubular. The third axial position servo control means (119, 120) that servo-controls the third axial position changing means so as to coincide with the center axis position of the object, and the third axial angle deviation detecting means detected by the third axis position detecting means. Using the amount of deviation of the angle around the three axes, the third-axis angle changing means is servoed so that the optical axis of the laser light applied to the translucent tubular object is perpendicular to the central axis of the translucent tubular object. Control angle angle around third axis The control unit (122, 123) is provided, and the laser beam irradiation unit includes an objective lens that condenses the laser beam. From the focal length Fx in the first axis direction of the objective lens and the third axis angle change unit The relationship between the optical distance a to the objective lens and the optical distance b from the objective lens to the surface of the translucent tubular object is (1 / a) + (1 / b) = 1 / Fx. As described above, the objective lens and the third axis rotation angle changing means are arranged.

この場合、前記第3軸線方向位置変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第1軸線周りに回転してレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第3軸線方向に変更する回転光学部品(54,55)で構成するとよい。また、前記第3軸線方向位置変更手段を、レーザ光照射手段を第3軸線方向に移動して、レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第3軸線方向に変更する第3軸線方向アクチュエータ(25)で構成してもよい。また、前記第3軸線周り角度変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第3軸線周りに回転する回転光学部品(52,53)で構成するとよい。   In this case, the third axial direction position changing means is interposed in the laser beam irradiation path for the translucent tubular object, and rotates around the first axis to change the irradiation position of the laser light to the translucent tubular object. It is good to comprise with the rotation optical component (54, 55) changed to a 3rd axis direction. The third axial direction position changing means is a third axial direction actuator that moves the laser light irradiating means in the third axial direction to change the irradiation position of the laser light on the translucent tubular object in the third axial direction. (25) may be used. The third axis-around angle changing means may be constituted by a rotating optical component (52, 53) that is interposed in a laser beam irradiation path with respect to the translucent tubular object and rotates around the third axis.

上記のように構成した本発明においては、第3軸線方向位置サーボ制御手段が、第3軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された第3軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸位置に一致するように第3軸線方向位置変更手段をサーボ制御する。また、第3軸線周り角度サーボ制御手段が、第3軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された第3軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸に垂直になるように第3軸線周り角度変更手段をサーボ制御する。これにより、透光性管状物体の中心軸が設定された位置からずれている場合でも、レーザ光の光軸を常に透光性管状物体の中心軸と垂直に交差させることができ、厚さ測定ができない箇所が生じないようにすることができる。さらに、対物レンズの第1軸線方向の焦点距離Fxと、第3軸線周り角度変更手段から対物レンズまでの光学的距離aと、対物レンズから透光性管状物体の表面までの光学的距離bとの関係が、(1/a)+(1/b)=1/Fxの関係になるように、対物レンズと第3軸線周り角度変更手段とが配置されている。これにより、第3軸線周り角度のサーボ制御を行っても、第1軸線方向におけるレーザ光の透光性管状物体への照射位置を変化させないように、対物レンズの光軸が透光性管状物体の表面と交差する1点に固定することができるので、精度よく設定された位置の測定結果を得ることができる。また、透光性管状物体の第2軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定となることがない。   In the present invention configured as described above, the third axial position servo control means uses the third axial position deviation amount detected by the third axial position deviation amount detection means, and uses the translucent tubular shape. The third axial direction position changing means is servo-controlled so that the optical axis of the laser light applied to the object coincides with the center axis position of the translucent tubular object. Further, the third axis angle servo control means uses the amount of deviation of the third axis angle detected by the third axis angle deviation detection means to use the light of the laser light irradiated to the translucent tubular object. Servo-controlling the angle changing means around the third axis so that the axis is perpendicular to the central axis of the translucent tubular object. As a result, even when the central axis of the translucent tubular object is deviated from the set position, the optical axis of the laser light can always be perpendicularly intersected with the central axis of the translucent tubular object, thereby measuring the thickness. It is possible to prevent a portion that cannot be generated. Further, the focal length Fx of the objective lens in the first axis direction, the optical distance a from the third axis rotation angle changing means to the objective lens, and the optical distance b from the objective lens to the surface of the translucent tubular object, The objective lens and the third axis angle changing means are arranged so that the relationship of (1 / a) + (1 / b) = 1 / Fx. Thereby, even if servo control of the angle around the third axis is performed, the optical axis of the objective lens is set so that the irradiation position of the laser beam on the translucent tubular object in the first axis direction is not changed. Therefore, it is possible to obtain a measurement result at a set position with high accuracy. Further, the servo does not become unstable due to the degree of inclination of the translucent tubular object around the second axis.

また、本発明の他の特徴は、前述のように、前記第3軸線方向位置変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第1軸線周りに回転してレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第3軸線方向に変更する回転光学部品で構成し、かつ対物レンズの第3軸線方向の焦点距離Fyが、第1軸線周りに回転する回転光学部品から対物レンズまでの光学的距離cに等しくなるように、前記回転光学部品を配置したことにある。   Another feature of the present invention is that, as described above, the third axial position changing means is interposed in the laser light irradiation path with respect to the translucent tubular object, and rotates around the first axis. Rotating optical component that is configured by a rotating optical component that changes the irradiation position of the laser light on the translucent tubular object in the third axis direction, and the focal length Fy of the objective lens in the third axis direction rotates around the first axis The rotating optical component is arranged so as to be equal to the optical distance c from the lens to the objective lens.

これによれば、レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第3軸線方向に変更する回転光学部品を、第1軸線周りに回転させて第3軸線方向位置のサーボ制御を行っても、レーザ光の光軸は常に第2軸線方向に平行になるので、透光性管状物体の位置が第2軸線方向に多少変化しても、透光性管状物体の第3軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定した第3軸線方向位置のサーボ制御を行うことができる。   According to this, even if the rotation optical component that changes the irradiation position of the laser light on the translucent tubular object in the third axis direction is rotated around the first axis and the servo control of the third axis direction position is performed, Since the optical axis of the laser beam is always parallel to the second axis direction, even if the position of the translucent tubular object changes slightly in the second axis direction, the reflected light with respect to the third axial position of the translucent tubular object There is almost no change in the relationship between the light receiving positions, and stable servo control of the position in the third axial direction can be performed.

本発明の一実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the thickness measuring apparatus of the translucent tubular object which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の分光ユニットの構造を詳細に示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectroscopy unit of FIG. 1 in detail. X軸線方向から見た図1の光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。It is a block diagram which shows in detail the structure of the optical head of FIG. 1 seen from the X-axis direction. 図2BのC−C線に沿って見た光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。It is a block diagram which shows in detail the structure of the optical head seen along CC line of FIG. 2B. (a)は対物レンズ(トロイダルレンズ)のX軸方向の焦点距離を説明するための説明図であり、(b)は対物レンズ(トロイダルレンズ)のY軸方向の焦点距離を説明するための説明図である。(a) is explanatory drawing for demonstrating the focal distance of the X-axis direction of an objective lens (toroidal lens), (b) is description for demonstrating the focal distance of the Y-axis direction of an objective lens (toroidal lens). FIG. ガラス管のY軸方向の変位と、光ヘッドの4分割フォトディテクタにおける反射光の受光状態とを示す図である。It is a figure which shows the displacement of the Y-axis direction of a glass tube, and the light-receiving state of the reflected light in the 4-part photodetector of an optical head. ガラス管のY軸周りの傾きの変化と、光ヘッドの4分割フォトディテクタにおける反射光の受光状態を示す図である。It is a figure which shows the change of the inclination around the Y-axis of a glass tube, and the light reception state of the reflected light in the 4-part photodetector of an optical head. 図1のコントローラによって実行される厚さ測定プログラムの前半部分を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a first half of a thickness measurement program executed by the controller of FIG. 前記厚さ測定プログラムの後半部分を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the latter half part of the said thickness measurement program. 本発明の変形例に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the thickness measuring apparatus of the translucent tubular object which concerns on the modification of this invention.

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。この厚さ測定装置は、ガラス管などのような透光性管状物体の厚さを、レーザ光を透光性管状物体に照射して、透光性管状物体からの反射光を受光することにより測定するものである。透光性管状物体は、本実施形態では、細いガラス管Gである。厚さ測定装置は、ガラス管Gを保持して移動させるワーク駆動装置10と、分光ユニット100Aと協働してガラス管Gの厚さを測定するための光ヘッド100Bと、ワーク駆動装置10及び光ヘッド100Bを支持する支持装置20を備えている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a translucent tubular object thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This thickness measurement apparatus irradiates a transparent tubular object with a laser beam to the thickness of a transparent tubular object such as a glass tube, and receives reflected light from the transparent tubular object. Measure. In this embodiment, the translucent tubular object is a thin glass tube G. The thickness measuring device includes a work driving device 10 that holds and moves the glass tube G, an optical head 100B that measures the thickness of the glass tube G in cooperation with the spectroscopic unit 100A, a work driving device 10 and A support device 20 that supports the optical head 100B is provided.

支持装置20は、水平部20a及び垂直部20bからなるL字型に一体形成されている。水平部20aの図示左端部側には、X軸方向フィードモータ11が組み付けられている。X軸方向フィードモータ11は、その出力回転軸をX軸方向(図面の上下方向)に延設されたスクリューロッド12の下端に連結させて、回転によりスクリューロッド12をX軸線周りに回転させる。なお、Y軸方向は紙面の垂直方向とし、Z軸方向は図面の左右方向とする。スクリューロッド12の上端は、垂直部20bの上端にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド12には、移動体13がナットを介して螺合されている。移動体13は、スクリューロッド12に対する回転が規制され、スクリューロッド12の回転によりスクリューロッド12の軸線方向に移動する。すなわち、移動体13は、スクリューロッド12との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。   The support device 20 is integrally formed in an L shape including a horizontal portion 20a and a vertical portion 20b. An X-axis direction feed motor 11 is assembled on the left end side of the horizontal portion 20a in the figure. The X-axis direction feed motor 11 connects the output rotation shaft to the lower end of the screw rod 12 extending in the X-axis direction (vertical direction in the drawing), and rotates the screw rod 12 around the X-axis by rotation. The Y-axis direction is the direction perpendicular to the paper surface, and the Z-axis direction is the left-right direction of the drawing. The upper end of the screw rod 12 is rotatably supported by a protruding portion that protrudes at the upper end of the vertical portion 20b. A moving body 13 is screwed to the screw rod 12 via a nut. The moving body 13 is restricted from rotating with respect to the screw rod 12, and moves in the axial direction of the screw rod 12 by the rotation of the screw rod 12. In other words, the moving body 13 constitutes a screw feed mechanism in combination with the screw rod 12.

X軸方向フィードモータ11内には、エンコーダ11aが組み込まれている。このエンコーダ11aは、X軸方向フィードモータ11が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号ΦA,ΦBを出力する。なお、パルス列信号ΦA,ΦBは互いにπ/2だけ位相のずれた信号であり、この位相ずれによりX軸方向フィードモータ11の回転方向が判別される。エンコーダ11aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦBは、X軸方向フィードモータ制御回路110と移動位置検出回路111に入力される。移動位置検出回路111は、後述するコントローラ200からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ11aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をX軸方向フィードモータ制御回路110に出力し、カウント値を「0」として、以後、エンコーダ11aが出力するパルス列信号ΦA,ΦBのパルス数をX軸方向フィードモータ11の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数から移動体13の移動位置を計算してコントローラ200及びX軸方向フィードモータ制御回路110に出力する。このカウント値が「0」となる移動限界位置が、移動体13の移動位置を制御する原点位置(本実施形態では上側の移動限界位置)となる。 An encoder 11 a is incorporated in the X-axis direction feed motor 11. The encoder 11a outputs pulse train signals Φ A and Φ B whose output is alternately switched between a high level and a low level each time the X-axis direction feed motor 11 rotates by a predetermined minute rotation angle. Note that the pulse train signals Φ A and Φ B are signals that are out of phase with each other by π / 2, and the rotational direction of the X-axis direction feed motor 11 is determined by this phase difference. The pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 11 a are input to the X-axis direction feed motor control circuit 110 and the movement position detection circuit 111. The movement position detection circuit 111 starts to operate in response to an instruction from the controller 200, which will be described later. After the operation starts, when the pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 11a are not input, a signal indicating the movement limit position is displayed as X. Output to the axial direction feed motor control circuit 110 and set the count value to “0”. Thereafter, the number of pulses of the pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 11 a is counted according to the rotational direction of the X-axis direction feed motor 11. Count up or down. Then, the moving position of the moving body 13 is calculated from the accumulated count number and output to the controller 200 and the X-axis direction feed motor control circuit 110. The movement limit position where the count value is “0” is the origin position for controlling the movement position of the moving body 13 (the upper movement limit position in this embodiment).

X軸方向フィードモータ制御回路110は、コントローラ200からの指示により作動開始し、コントローラ200から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路111から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ200から入力した設定値になるまでX軸方向フィードモータ制御回路110を駆動して移動体13を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、X軸方向フィードモータ11を駆動して移動体13を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路111から移動限界位置を表す信号を入力するとX軸方向フィードモータ11への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路111から出力される移動位置がコントローラ200から入力した移動位置の設定値になるまでX軸方向フィードモータ11を駆動して移動体13を移動させる。   The X-axis direction feed motor control circuit 110 starts to operate in response to an instruction from the controller 200, and inputs a movement position output from the movement position detection circuit 111 at predetermined time intervals when a set value of the movement position is input from the controller 200. The moving body 13 is moved by driving the X-axis direction feed motor control circuit 110 until the input movement position reaches the set value input from the controller 200. When a set value of the movement position is input immediately after the start of operation, the X-axis direction feed motor 11 is driven to move the moving body 13 in the movement limit position direction, and the movement limit detection circuit 111 represents the movement limit position. When the signal is input, the output of the drive signal to the X-axis direction feed motor 11 is stopped. Thereafter, the moving body 13 is moved by driving the X-axis direction feed motor 11 until the movement position output from the movement position detection circuit 111 reaches the set value of the movement position input from the controller 200.

また、X軸方向フィードモータ制御回路110には、移動体13の移動速度の設定値(設定速度)がコントローラ200により入力される。そして、コントローラ200から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ11aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦBのX軸方向フィードモータ11の回転方向を含む単位時間当たりのパルス数から移動体13の移動方向を含む移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにX軸方向フィードモータ11を駆動制御する。 Also, the controller 200 inputs a set value (set speed) of the moving speed of the moving body 13 to the X-axis direction feed motor control circuit 110. When a movement start instruction is input from the controller 200, the movement of the moving body 13 is determined from the number of pulses per unit time including the rotation direction of the X-axis direction feed motor 11 of the pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 11a. The moving speed including the direction is calculated, and the X-axis direction feed motor 11 is driven and controlled so that the calculated moving speed becomes the set speed.

移動体13には、スピンドルモータ14が組み付けられている。スピンドルモータ14の出力回転軸の先端には、ガラス管Gの一端(上端)を固定するための固定具15が組み付けられている。したがって、固定具15にガラス管Gを固定した状態で、スピンドルモータ14を回転させることにより、ガラス管Gは軸線周りに回転する。   A spindle motor 14 is assembled to the moving body 13. A fixing tool 15 for fixing one end (upper end) of the glass tube G is assembled to the tip of the output rotation shaft of the spindle motor 14. Therefore, by rotating the spindle motor 14 with the glass tube G fixed to the fixture 15, the glass tube G rotates around the axis.

スピンドルモータ14内には、エンコーダ14aが組み込まれている。エンコーダ14aは、X軸方向フィードモータ11の場合と同様に、スピンドルモータ14の回転方向の情報を含むパルス列信号ΦA,ΦBを出力する。また、エンコーダ14aは、基準回転位置ごとにインデックス信号Indexも出力する。エンコーダ14aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦBは、スピンドルモータ制御回路112に入力される。スピンドルモータ制御回路112は、コントローラ200からの指示により作動開始し、エンコーダ14aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦBの単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ14の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ200によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ14の回転を制御する。 An encoder 14 a is incorporated in the spindle motor 14. As in the case of the X-axis direction feed motor 11, the encoder 14a outputs pulse train signals Φ A and Φ B including information on the rotation direction of the spindle motor 14. The encoder 14a also outputs an index signal Index for each reference rotational position. The pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 14 a are input to the spindle motor control circuit 112. The spindle motor control circuit 112 starts to operate in response to an instruction from the controller 200, calculates the rotation speed of the spindle motor 14 from the number of pulses per unit time of the pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 14a, and calculates The rotation of the spindle motor 14 is controlled so that the rotation speed becomes equal to the rotation speed set by the controller 200.

エンコーダ14aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦB及びインデックス信号Indexは、回転角度検出回路113に入力される。回転角度検出回路113は、インデックス信号Indexの到来によりカウント値を「0」にリセットし、パルス列信号ΦA又はΦBの到来ごとにカウント値をアップさせて、カウント値をスピンドルモータ14の回転角度を表す信号としてコントローラ200に出力する。 The pulse train signals Φ A and Φ B and the index signal Index output from the encoder 14 a are input to the rotation angle detection circuit 113. The rotation angle detection circuit 113 resets the count value to “0” when the index signal Index arrives, increases the count value every time the pulse train signal Φ A or Φ B arrives, and sets the count value to the rotation angle of the spindle motor 14. Is output to the controller 200 as a signal representing.

支持装置20の水平部20aの図示右端部には、Z軸方向フィードモータ21が組み付けられている。Z軸方向フィードモータ21は、その出力回転軸をZ軸方向に延設されたスクリューロッド22の右端に連結させて、回転によりスクリューロッド22をZ軸線周りに回転させる。スクリューロッド22の左端は、水平部20aの上面にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド22には、テーブル23がナットを介して螺合されている。テーブル23は、スクリューロッド22に対する回転が規制され、スクリューロッド22の回転によりスクリューロッド22の軸線方向に移動する。すなわち、テーブル23は、スクリューロッド22との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。   A Z-axis direction feed motor 21 is assembled to the right end portion of the horizontal portion 20a of the support device 20 in the figure. The Z-axis direction feed motor 21 connects its output rotation shaft to the right end of a screw rod 22 extending in the Z-axis direction, and rotates the screw rod 22 around the Z-axis by rotation. The left end of the screw rod 22 is rotatably supported by a protruding portion that protrudes from the upper surface of the horizontal portion 20a. A table 23 is screwed to the screw rod 22 via a nut. The table 23 is restricted from rotating with respect to the screw rod 22, and moves in the axial direction of the screw rod 22 by the rotation of the screw rod 22. In other words, the table 23 constitutes a screw feed mechanism in combination with the screw rod 22.

Z軸方向フィードモータ21内には、エンコーダ21aが組み込まれている。このエンコーダ21aも、X軸方向フィードモータ11と同様なパルス列信号ΦA,ΦBを出力する。エンコーダ21aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦBは、移動位置検出回路115に入力される。移動位置検出回路115は、コントローラ200からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ21aから出力されるパルス列信号ΦA,ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をZ軸方向フィードモータ制御回路114に出力し、カウント値を「0」として、以後、エンコーダ21aが出力するパルス列信号ΦA,ΦBのパルス数をZ軸方向フィードモータ21の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数からテーブル23の移動位置を計算してコントローラ200及びZ軸方向フィードモータ制御回路114に出力する。このカウント値が「0」となる移動限界位置が、テーブル23の移動位置を制御する原点位置(本実施形態では右側の移動限界位置)となる。 An encoder 21 a is incorporated in the Z-axis direction feed motor 21. This encoder 21a also outputs the same pulse train signals Φ A and Φ B as those of the X-axis direction feed motor 11. The pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 21 a are input to the movement position detection circuit 115. The movement position detection circuit 115 starts to operate in response to an instruction from the controller 200. After the operation starts, when the pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 21a are not input, a signal indicating the movement limit position is transmitted in the Z-axis direction. Output to the feed motor control circuit 114, the count value is set to “0”, and thereafter, the number of pulses of the pulse train signals Φ A and Φ B output from the encoder 21a is counted up according to the rotation direction of the Z-axis direction feed motor 21 or Count down. Then, the movement position of the table 23 is calculated from the accumulated count number and is output to the controller 200 and the Z-axis direction feed motor control circuit 114. The movement limit position where the count value is “0” is the origin position for controlling the movement position of the table 23 (the right movement limit position in the present embodiment).

Z軸方向フィードモータ制御回路114は、コントローラ200からの指示により作動開始し、コントローラ200から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路115から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ200から入力した設定値になるまでZ軸方向フィードモータ21を駆動してテーブル23を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、Z軸方向フィードモータ21を駆動してテーブル23を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路115から移動限界位置を表す信号を入力するとX軸方向フィードモータ21への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路115から出力される移動位置がコントローラ200から入力した移動位置の設定値になるまでZ軸方向フィードモータ21を駆動してテーブル23を移動させる。   The Z-axis direction feed motor control circuit 114 starts to operate in response to an instruction from the controller 200, and when the set value of the movement position is input from the controller 200, the movement position output from the movement position detection circuit 115 is input at a predetermined time interval. The table 23 is moved by driving the Z-axis direction feed motor 21 until the input movement position becomes the set value input from the controller 200. When a set value of the movement position is input immediately after the start of operation, the Z-axis direction feed motor 21 is driven to move the table 23 in the movement limit position direction, and a signal indicating the movement limit position is sent from the movement position detection circuit 115. Is input, the output of the drive signal to the X-axis direction feed motor 21 is stopped. Thereafter, the Z-axis direction feed motor 21 is driven to move the table 23 until the movement position output from the movement position detection circuit 115 reaches the set value of the movement position input from the controller 200.

分光ユニット100Aは、図2Aに詳細に示すように、広波長帯域のレーザ光を出射するスーパー・ルミネセント・ダイオード光源30(以下、SLD(Super Luminescent Diode)光源30という)を有する。SLD光源30から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ31で平行光に変換され、リレーレンズ32,33で断面径が小さくされて、偏光ビームスプリッタ34に導かれる。偏光ビームスプリッタ34は、リレーレンズ32,33からの入射光をそのまま透過し、光ファイバー40を介して光ヘッド100Bに導く。SLD光源30には、レーザ駆動回路116が接続されている。レーザ駆動回路116は、コントローラ200に指示されて、SLD光源30を駆動制御する。なお、SLD光源30の光量は実際にはフィードバック制御されるが、このフィードバック制御は図示省略されている。   As shown in detail in FIG. 2A, the spectroscopic unit 100 </ b> A includes a super luminescent diode light source 30 (hereinafter referred to as an SLD (Super Luminescent Diode) light source 30) that emits laser light in a wide wavelength band. The laser light emitted from the SLD light source 30 is converted into parallel light by the collimator lens 31, the cross-sectional diameter is reduced by the relay lenses 32 and 33, and the light is guided to the polarization beam splitter 34. The polarization beam splitter 34 transmits the incident light from the relay lenses 32 and 33 as it is, and guides it to the optical head 100 </ b> B via the optical fiber 40. A laser drive circuit 116 is connected to the SLD light source 30. The laser drive circuit 116 is instructed by the controller 200 to drive and control the SLD light source 30. Note that the light amount of the SLD light source 30 is actually feedback controlled, but this feedback control is not shown.

また、光ヘッド100Bから光ファイバー40を介して偏光ビームスプリッタ34に導かれたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ34で反射されて、反射型の回折格子35に導かれて一連のスペクトルに分散されてラインセンサ36に導かれる。ラインセンサ36は、CCD、CMOS等で形成されている。なお、前記反射型の回折格子35に代えて透光型の回折格子を用い、偏光ビームスプリッタ34からの反射光を透光型の回折格子を介してラインセンサ36に導くようにしてもよい。   The laser light guided from the optical head 100B to the polarization beam splitter 34 via the optical fiber 40 is reflected by the polarization beam splitter 34, guided to the reflective diffraction grating 35, and dispersed into a series of spectrums. Guided to sensor 36. The line sensor 36 is formed by a CCD, a CMOS, or the like. Note that a translucent diffraction grating may be used in place of the reflective diffraction grating 35, and the reflected light from the polarization beam splitter 34 may be guided to the line sensor 36 via the translucent diffraction grating.

ラインセンサ36には、データ処理装置117が接続されている。データ処理装置117は、コントローラ200の指示により、設定された頻度でラインセンサ36の各画素が出力する信号を信号の大きさを表すディジタル形式の大きさデータにA/D変換して、A/D変換した大きさデータを画素位置に対応させて記憶する。そして、データ処理装置117は、この記憶した大きさデータ(すなわち、受光曲線)を処理することでガラス管Gの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータをコントローラ200に出力することを繰り返す。   A data processing device 117 is connected to the line sensor 36. In response to an instruction from the controller 200, the data processing device 117 performs A / D conversion on a signal output from each pixel of the line sensor 36 at a set frequency into digital size data representing the signal size, and performs A / D conversion. The D-converted magnitude data is stored in correspondence with the pixel position. Then, the data processor 117 calculates the thickness of the glass tube G by processing the stored size data (that is, the light reception curve), and outputs the thickness data representing the calculated thickness to the controller 200. Repeat that.

このガラス管Gの厚さの計算について簡単に説明しておく。後述する対物レンズ57によってガラス管Gに照射されたレーザ光は、ガラス管Gの表面と裏面との両面で反射して、前記両面での反射光は互いに干渉する。この場合、SLD光源30から出射されてガラス管Gに導かれたレーザ光は広波長帯域のレーザ光(すなわち波長の異なる成分を含むレーザ光)であり、前記干渉は同じ波長のレーザ光同士でのみ行われて、この干渉による波長ごとのレーザ光の強度はガラス管Gの厚さに依存する。なお、対物レンズ57の開口数(NA)は小さく、具体的にはX軸方向及びY軸方向とも0.2以下(例えば、0.05)であり、焦点深度はガラス管Gの厚さ以上である。よって、ガラス管Gの表面と裏面とでのレーザ光の反射光は、元の光路を戻って干渉する。   The calculation of the thickness of the glass tube G will be briefly described. Laser light applied to the glass tube G by an objective lens 57 to be described later is reflected on both the front and back surfaces of the glass tube G, and the reflected light on both surfaces interfere with each other. In this case, the laser light emitted from the SLD light source 30 and guided to the glass tube G is laser light in a wide wavelength band (that is, laser light including components having different wavelengths), and the interference occurs between laser lights having the same wavelength. The intensity of the laser beam for each wavelength due to this interference depends on the thickness of the glass tube G. The numerical aperture (NA) of the objective lens 57 is small, specifically 0.2 or less (for example, 0.05) in both the X-axis direction and the Y-axis direction, and the focal depth is equal to or greater than the thickness of the glass tube G. It is. Therefore, the reflected light of the laser light on the front and back surfaces of the glass tube G returns to the original optical path and interferes.

一方、回折格子35は、入射するレーザ光の波長によって回折の仕方を異ならせるので、ラインセンサ36の受光位置とレーザ光の波長とは対応関係にある。すなわち、回折格子35は、前記ガラス管Gの厚さに依存する干渉によって強度の大きさが異なるレーザ光の反射角を異ならせることになるので、ラインセンサ36の位置と受光強度との関係を表す受光曲線は、ガラス管Gの厚さに関係する。その結果、ガラス管Gの厚さが異なれば、干渉の結果としての波長ごとの光強度が異なるため、ラインセンサ36による受光曲線も異なり、受光曲線を解析することでガラス管Gの厚さを計算することができる。したがって、データ処理装置117からコントローラ200には、ガラス管Gの厚さを表す厚さデータが供給される。なお、受光曲線からガラス管Gの厚さを計算できない場合には、データ処理装置117からコントローラ200に「測定不可」を表すデータが供給される。   On the other hand, the diffraction grating 35 varies the way of diffraction depending on the wavelength of the incident laser light, so that the light receiving position of the line sensor 36 and the wavelength of the laser light have a corresponding relationship. That is, since the diffraction grating 35 changes the reflection angle of the laser light having different intensities due to the interference depending on the thickness of the glass tube G, the relationship between the position of the line sensor 36 and the received light intensity is determined. The light receiving curve to be represented is related to the thickness of the glass tube G. As a result, if the thickness of the glass tube G is different, the light intensity for each wavelength as a result of the interference is different, so the light reception curve by the line sensor 36 is also different, and the thickness of the glass tube G is determined by analyzing the light reception curve. Can be calculated. Accordingly, thickness data representing the thickness of the glass tube G is supplied from the data processing device 117 to the controller 200. When the thickness of the glass tube G cannot be calculated from the light receiving curve, data representing “measurement impossible” is supplied from the data processing device 117 to the controller 200.

光ヘッド100Bは、テーブル23に固定されており、図1では平面内に全ての部品を網羅した概念図により示されている。図2B及び図2Cは、この光ヘッド100Bを詳細に示しており、図2Bは光ヘッド100Bをガラス管Gの中心軸方向(X軸方向)から見た図であり、図2Cは図2Bの光ヘッド100Bを図2BのC−C線に沿って(Z軸方向から)見た図である。なお、図2Bにおいては、分かり易くするために、見た方向に重なっている部品に関しては適宜省略されている。具体的には、図2Bでは、ビームスプリッタ51及びビームスプリッタ51で反射したレーザ光の光路上にある部品が省略されている。   The optical head 100B is fixed to the table 23, and is shown in FIG. 1 by a conceptual diagram that covers all components in a plane. 2B and 2C show the optical head 100B in detail. FIG. 2B is a view of the optical head 100B as seen from the central axis direction (X-axis direction) of the glass tube G. FIG. It is the figure which looked at the optical head 100B along CC line of FIG. 2B (from the Z-axis direction). In FIG. 2B, parts that overlap in the viewed direction are omitted as appropriate for easy understanding. Specifically, in FIG. 2B, the beam splitter 51 and parts on the optical path of the laser light reflected by the beam splitter 51 are omitted.

光ヘッド100Bは、光ファイバー40によって伝播されたレーザ光を入射するビームスプリッタ51を有する。ビームスプリッタ51は、入射したレーザ光を透過してガルバノミラー52に導く。ガルバノミラー52は、モータ53によってY軸線に平行な直線周りに回転駆動される。この場合のY軸は後述するガルバノミラー54による反射後の座標軸で見た場合であり、以降、ガルバノミラー52の回転駆動を説明する場合のY軸も同様である。ガルバノミラー52で反射されたレーザ光はガルバノミラー54に導かれる。ガルバノミラー54は、モータ55によってX軸線に平行な直線周りに回転駆動される。ガルバノミラー54に導かれたレーザ光はガルバノミラー54で反射され、1/4波長板56及び対物レンズ57を介してガラス管Gの表面に照射される。なお、対物レンズ57に入射するレーザ光はリレーレンズ32,33で断面径が小さくされて光ファイバー40を介して導かれたものであるので、その光束径は小さい。   The optical head 100 </ b> B has a beam splitter 51 that receives the laser light propagated by the optical fiber 40. The beam splitter 51 transmits the incident laser light and guides it to the galvanometer mirror 52. The galvanometer mirror 52 is rotationally driven by a motor 53 around a straight line parallel to the Y axis. The Y-axis in this case is a case where the Y-axis is viewed from the coordinate axis after reflection by the galvano mirror 54 described later, and the same applies to the Y-axis in the case where the rotational drive of the galvano mirror 52 is described below. The laser beam reflected by the galvanometer mirror 52 is guided to the galvanometer mirror 54. The galvanometer mirror 54 is rotationally driven by a motor 55 around a straight line parallel to the X axis. The laser beam guided to the galvanometer mirror 54 is reflected by the galvanometer mirror 54 and irradiated onto the surface of the glass tube G through the quarter-wave plate 56 and the objective lens 57. Since the laser light incident on the objective lens 57 is guided by the relay lenses 32 and 33 with the cross-sectional diameter being reduced and guided through the optical fiber 40, the light beam diameter is small.

対物レンズ57は、Y軸方向とX軸方向とで焦点距離が異なるトロイダルレンズで構成されている。なお、この場合のY軸方向の焦点距離とは、光軸上(Z軸方向)における対物レンズ57の中心位置から、光軸に平行に入射したレーザ光がY軸方向において集光する位置までの距離である。また、X軸方向の焦点距離とは、光軸上における対物レンズ57の中心位置から、光軸に平行に入射したレーザ光がX軸方向において集光する位置までの距離である。図3(a)に示すように、Y軸方向の焦点距離Fyは、X軸周りの角度を変化させるガルバノミラー54の反射点から対物レンズ57までの光学的距離cに等しく、すなわちFy=cに設定されている。なお、光学的距離とは、レーザ光の進行する合計距離である。これにより、対物レンズ57に入射したレーザ光は、ガルバノミラー54がX軸周りに回転しても、Y−Z平面で見ると、Z軸方向に平行なレーザ光となる。また、図3(b)に示すように、X軸方向の焦点距離Fxは、Y軸周りの角度を変化させるガルバノミラー52の反射点から対物レンズ57までの光学的距離をaとし、対物レンズ57からガラス管Gの表面までの光学的距離をbとすると、(1/a)+(1/b)=1/Fxの関係を満たすように設定されている。この関係は、Y軸周りの角度を変化させるガルバノミラー52の反射点を物点としたとき、ガラス管Gの表面が像点となる関係である。これにより、対物レンズ57に入射したレーザ光は、ガルバノミラー52がY軸周りに回転しても、X−Z平面で見ると、対物レンズ57の光軸がガラス管Gの表面と交差する一点に向かうレーザ光となる。また、前述のように、対物レンズ57の開口数(NA)はX軸方向及びY軸方向ともに0.2以下(例えば、0.05)の小さな値に設定され、対物レンズ57の焦点深度が長くかつ焦点距離も長い。なお、図3においては、1/4波長板56は省略されている。   The objective lens 57 is composed of a toroidal lens having different focal lengths in the Y-axis direction and the X-axis direction. In this case, the focal length in the Y-axis direction is from the center position of the objective lens 57 on the optical axis (Z-axis direction) to the position where the laser light incident in parallel to the optical axis is condensed in the Y-axis direction. Is the distance. The focal length in the X-axis direction is the distance from the center position of the objective lens 57 on the optical axis to the position where laser light incident parallel to the optical axis is condensed in the X-axis direction. As shown in FIG. 3A, the focal length Fy in the Y-axis direction is equal to the optical distance c from the reflection point of the galvano mirror 54 that changes the angle around the X-axis to the objective lens 57, that is, Fy = c. Is set to The optical distance is the total distance traveled by the laser light. Thereby, even if the galvano mirror 54 rotates around the X axis, the laser light incident on the objective lens 57 becomes laser light parallel to the Z axis direction when viewed on the YZ plane. Further, as shown in FIG. 3B, the focal length Fx in the X-axis direction is defined as “a” as the optical distance from the reflection point of the galvano mirror 52 that changes the angle around the Y-axis to the objective lens 57. If the optical distance from 57 to the surface of the glass tube G is b, it is set so as to satisfy the relationship of (1 / a) + (1 / b) = 1 / Fx. This relationship is a relationship in which the surface of the glass tube G becomes an image point when the reflection point of the galvano mirror 52 that changes the angle around the Y axis is an object point. As a result, the laser light incident on the objective lens 57 is one point where the optical axis of the objective lens 57 intersects the surface of the glass tube G when viewed in the XZ plane even when the galvanometer mirror 52 rotates around the Y axis. It becomes the laser beam which goes to. Further, as described above, the numerical aperture (NA) of the objective lens 57 is set to a small value of 0.2 or less (for example, 0.05) in both the X-axis direction and the Y-axis direction, and the focal depth of the objective lens 57 is set. Long and long focal length. In FIG. 3, the quarter wavelength plate 56 is omitted.

レーザ光のガラス管Gからの反射光は、ガラス管Gに照射されたレーザ光の光路と略等しい光路で対物レンズ57及び1/4波長板56を介してガルバノミラー54に入射し、ガルバノミラー54で反射されてガルバノミラー52に導かれる。ガルバノミラー52に導かれたレーザ光はガルバノミラー52で反射されて、ビームスプリッタ51に導かれる。ガルバノミラー52で反射されてビームスプリッタ51に入射したレーザ光の一部はビームスプリッタ51を透過して、光ファイバー40内に導かれ、光ファイバー40を介して分光ユニット100Aに導かれて厚さ測定に用いられる。また、ガルバノミラー52で反射されてビームスプリッタ51に入射したレーザ光の一部は、ビームスプリッタ51で反射されてサーボ制御に用いられる。   The reflected light from the glass tube G of the laser light is incident on the galvanometer mirror 54 through the objective lens 57 and the quarter wavelength plate 56 in an optical path substantially equal to the optical path of the laser light irradiated on the glass tube G, and the galvanometer mirror. The light is reflected by 54 and guided to the galvanometer mirror 52. The laser beam guided to the galvanometer mirror 52 is reflected by the galvanometer mirror 52 and guided to the beam splitter 51. A part of the laser light reflected by the galvanometer mirror 52 and incident on the beam splitter 51 is transmitted through the beam splitter 51, guided into the optical fiber 40, and guided to the spectroscopic unit 100A via the optical fiber 40 for thickness measurement. Used. A part of the laser light reflected by the galvanometer mirror 52 and incident on the beam splitter 51 is reflected by the beam splitter 51 and used for servo control.

ビームスプリッタ51で反射されたレーザ光は、リレーレンズ58,59によって断面径が大きくされて適当な直径に設定され、4分割フォトディテクタ60で受光される。4分割フォトディテクタ60は、図4A及び図4Bに示すように、受光領域がX−Y平面において上下左右に4分割された4つの受光素子を備え、その受光領域A,B,C,Dに入射したレーザ光の強度に比例した検出信号を受光信号a,b,c,dとしてそれぞれ出力する。   The laser beam reflected by the beam splitter 51 is increased in cross-sectional diameter by the relay lenses 58 and 59 and set to an appropriate diameter, and is received by the four-divided photodetector 60. As shown in FIGS. 4A and 4B, the quadrant photodetector 60 includes four light receiving elements whose light receiving areas are divided into four parts in the vertical and horizontal directions on the XY plane, and are incident on the light receiving areas A, B, C, and D. Detection signals proportional to the intensity of the laser beam are output as received light signals a, b, c, and d, respectively.

図4Aは、ガラス管GのY軸方向の変位と、光ヘッド100Bの4分割フォトディテクタ60における反射光の受光状態とを示した図である。なお、ガラス管GはX軸方向から見た図であり、4分割フォトディテクタ60はZ軸方向から見た図である。ガラス管GがY軸方向の中立位置にあれば、図4A(b)に示すように、レーザ光はガラス管Gの表面のY軸方向中心位置に照射され、4分割フォトディテクタ60上に形成される光スポットは4分割フォトディテクタ60の4分割領域の少なくとも図示左右方向中心に位置する。そして、少なくとも受光信号a,bの和(a+b)と受光信号c,dの和(c+d)とは等しくなる。一方、ガラス管Gが前記中立位置からY軸方向にずれると、図3A4(a)(c)に示すように、レーザ光はガラス管Gの表面のY軸方向中心位置からY軸方向にずれた位置に称される。そして、4分割フォトディテクタ60上に形成される光スポットは、図4A(a)(c)に示すように、中心位置から図示左右方向にずれて、受光信号a,bの和(a+b)が受光信号c,dの和(c+d)より大きくなるか、受光信号c,dの和(c+d)が受光信号a,bの和(a+b)より大きくなる。   FIG. 4A is a diagram illustrating the displacement of the glass tube G in the Y-axis direction and the light reception state of the reflected light in the quadrant photodetector 60 of the optical head 100B. In addition, the glass tube G is the figure seen from the X-axis direction, and the 4 division | segmentation photodetector 60 is the figure seen from the Z-axis direction. If the glass tube G is in the neutral position in the Y-axis direction, the laser beam is irradiated on the center position in the Y-axis direction on the surface of the glass tube G and formed on the four-divided photodetector 60 as shown in FIG. The light spot is located at least in the center in the horizontal direction of the figure in the four-divided region of the four-divided photodetector 60. At least the sum (a + b) of the light reception signals a and b is equal to the sum (c + d) of the light reception signals c and d. On the other hand, when the glass tube G is displaced from the neutral position in the Y-axis direction, the laser light is displaced in the Y-axis direction from the center position in the Y-axis direction on the surface of the glass tube G as shown in FIGS. 3A4 (a) (c). Referred to as the position. Then, as shown in FIGS. 4A (a) and 4 (c), the light spot formed on the quadrant photodetector 60 is shifted from the center position in the horizontal direction in the figure, and the sum (a + b) of the light reception signals a and b is received. The sum (c + d) of the signals c and d is greater, or the sum (c + d) of the light reception signals c and d is greater than the sum (a + b) of the light reception signals a and b.

図4Bは、ガラス管GのY軸周りの傾きの変化と、光ヘッド100Bの4分割フォトディテクタ60における反射光の受光状態を示した図である。なお、ガラス管GはY軸方向から見た図であり、4分割フォトディテクタ60はZ軸方向から見た図である。ガラス管GがY軸周りに中立位置にあれば、すなわちガラス管GがX軸方向に平行であれば、図4B(b)に示すように、レーザ光はガラス管Gの延設方向に垂直に入射するとともに垂直に反射される。そして、4分割フォトディテクタ60上に形成される光スポットは、図4B(b)に示すように、4分割フォトディテクタ60の4分割領域の少なくとも図示上下方向中心に位置し、少なくとも受光信号a,dの和(a+d)と受光信号b,cの和(b+c)とは等しくなる。一方、ガラス管Gが前記中立位置からY軸方向周りに傾くと、図4B(a)(c)に示すように、レーザ光はガラス管Gの延設方向に対して傾いて入射し、かつ反対方向に傾いて反射される。そして、4分割フォトディテクタ60上に形成される光スポットは、図4B(a)(c)に示すように、中心位置から図示上下方向にずれて、受光信号b,cの和(b+c)が受光信号a,dの和(a+d)より大きくなるか、受光信号a,dの和(a+d)が受光信号b,cの和(b+c)より大きくなる。   FIG. 4B is a diagram showing a change in the inclination of the glass tube G around the Y axis and the light reception state of the reflected light in the quadrant photodetector 60 of the optical head 100B. In addition, the glass tube G is the figure seen from the Y-axis direction, and the 4 division | segmentation photodetector 60 is the figure seen from the Z-axis direction. If the glass tube G is in a neutral position around the Y axis, that is, if the glass tube G is parallel to the X axis direction, the laser beam is perpendicular to the extending direction of the glass tube G as shown in FIG. And is reflected vertically. Then, as shown in FIG. 4B (b), the light spot formed on the four-divided photodetector 60 is positioned at least in the center in the vertical direction in the figure in the four-divided region of the four-divided photodetector 60, and at least the light reception signals a and d. The sum (a + d) is equal to the sum (b + c) of the received light signals b and c. On the other hand, when the glass tube G is tilted around the Y-axis direction from the neutral position, as shown in FIGS. 4B (a) and 4 (c), the laser light is tilted with respect to the extending direction of the glass tube G, and Reflected in the opposite direction. Then, as shown in FIGS. 4B (a) and 4 (c), the light spot formed on the quadrant photodetector 60 is shifted from the center position in the vertical direction in the figure, and the sum (b + c) of the light reception signals b and c is received. The sum of the signals a and d (a + d) is greater, or the sum of the received light signals a and d (a + d) is greater than the sum of the received light signals b and c (b + c).

4分割フォトディテクタ60から出力される受光信号a,b,c,dは、Y軸方向エラー信号生成回路118及びY軸周り角度エラー信号生成回路121に入力される。Y軸方向エラー信号生成回路118は、受光信号a,b,c,dを増幅した後、Y軸方向エラー信号(a+b)−(c+d)を演算によって生成する。このY軸方向エラー信号(a+b)−(c+d)は、ガラス管Gの測定箇所におけるY軸方向の中立位置からのずれ量を表している(図4A(a)〜(c)参照)。このY軸方向エラー信号(a+b)−(c+d)は、Y軸方向サーボ回路119に供給される。Y軸方向サーボ回路119は、前記Y軸方向エラー信号(a+b)−(c+d)が「0」になるようにY軸方向サーボ信号を生成して、Y軸方向ドライブ回路120に出力する。Y軸方向ドライブ回路120は、このY軸方向サーボ信号に基づいてモータ55をサーボ制御して、ガルバノミラー54をX軸周りに回転させる。したがって、Y軸方向エラー信号(a+b)−(c+d)が「0」になるように、ガルバノミラー54がX軸周りに回転制御される。これにより、レーザ光のガラス管Gに対する照射位置がY軸方向にサーボ制御される。なお、このY軸方向のサーボ制御は、モータ55によりガルバノミラー54がX軸周りに回転駆動されるので、X軸周り角度のサーボ制御と見ることもできる。   The light reception signals a, b, c, and d output from the quadrant photodetector 60 are input to the Y-axis direction error signal generation circuit 118 and the Y-axis rotation angle error signal generation circuit 121. The Y-axis direction error signal generation circuit 118 amplifies the light reception signals a, b, c, and d, and then generates a Y-axis direction error signal (a + b) − (c + d) by calculation. This Y-axis direction error signal (a + b)-(c + d) represents the amount of deviation from the neutral position in the Y-axis direction at the measurement location of the glass tube G (see FIGS. 4A (a) to (c)). The Y-axis direction error signal (a + b) − (c + d) is supplied to the Y-axis direction servo circuit 119. The Y-axis direction servo circuit 119 generates a Y-axis direction servo signal so that the Y-axis direction error signal (a + b) − (c + d) becomes “0”, and outputs it to the Y-axis direction drive circuit 120. The Y-axis direction drive circuit 120 servo-controls the motor 55 based on the Y-axis direction servo signal to rotate the galvano mirror 54 around the X axis. Accordingly, the galvanometer mirror 54 is controlled to rotate around the X axis so that the Y-axis direction error signal (a + b) − (c + d) becomes “0”. Thereby, the irradiation position of the laser beam on the glass tube G is servo-controlled in the Y-axis direction. The servo control in the Y-axis direction can be regarded as servo control of the angle around the X axis because the galvano mirror 54 is driven to rotate around the X axis by the motor 55.

また、Y軸周り角度エラー信号生成回路121は、受光信号a,b,c,dを増幅した後、Y軸周り角度エラー信号(a+d)−(b+c)を演算によって生成する。このY軸周り角度エラー信号(a+d)−(b+c)は、ガラス管GのY軸線周りにおける中立位置からのずれ量(ずれ角度)を表している(図4B(a)〜(c)参照)。このY軸周り角度エラー信号(a+d)−(b+c)は、Y軸周り角度サーボ回路122に供給される。Y軸周り角度サーボ回路122は、前記Y軸周り角度エラー信号(a+d)−(b+c)が「0」になるようにY軸周り角度サーボ信号を生成して、Y軸周り角度ドライブ回路123に出力する。Y軸周り角度ドライブ回路123は、このY軸周り角度サーボ信号に基づいてモータ53をサーボ制御して、ガルバノミラー52をY軸周りに回転させる。したがって、Y軸周り角度エラー信号(a+d)−(b+c)が「0」になるように、ガルバノミラー52がY軸周りに回転制御される。これにより、レーザ光のガラス管Gに対する照射方向がY軸周りにサーボ制御される。このようなY軸方向サーボ制御及びY軸周り角度サーボ制御により、レーザ光がガラス管Gの中心軸に垂直に照射されるようになる。   The Y-axis angle error signal generation circuit 121 amplifies the light reception signals a, b, c, and d, and then generates a Y-axis angle error signal (a + d) − (b + c) by calculation. The Y-axis angle error signal (a + d) − (b + c) represents the amount of deviation (shift angle) from the neutral position around the Y-axis of the glass tube G (see FIGS. 4B (a) to (c)). . The Y-axis angle error signal (a + d) − (b + c) is supplied to the Y-axis angle servo circuit 122. The Y-axis rotation angle servo circuit 122 generates a Y-axis rotation angle servo signal so that the Y-axis rotation angle error signal (a + d) − (b + c) becomes “0”, and sends it to the Y-axis rotation angle drive circuit 123. Output. The Y-axis rotation angle drive circuit 123 servo-controls the motor 53 based on the Y-axis rotation angle servo signal to rotate the galvanometer mirror 52 about the Y axis. Accordingly, the galvanometer mirror 52 is controlled to rotate about the Y axis so that the Y axis angle error signal (a + d) − (b + c) becomes “0”. Thereby, the irradiation direction of the laser beam to the glass tube G is servo-controlled around the Y axis. By such Y-axis direction servo control and Y-axis rotation angle servo control, the laser light is irradiated perpendicularly to the central axis of the glass tube G.

ここで、前述したように、対物レンズ57をトロイダルレンズで構成したことによるサーボ制御の特殊性について説明しておく。対物レンズ57のY軸方向の焦点距離Fyは、前述のように、X軸周りの角度を変化させるガルバノミラー54の反射点から対物レンズ57までの光学的距離cに等しく、すなわちFy=cに設定されており対物レンズ57に入射したレーザ光は、ガルバノミラー54がX軸周りに回転しても、Y−Z平面で見ると、Z軸方向に平行なレーザ光となる(図3(a)参照)。したがって、ガラス管Gの表面位置がZ軸方向に多少変化しても、レーザ光の光軸位置をY軸方向に変化させてレーザ光の光軸位置を基準に見たときのガラス管GのY軸方向位置に対するレーザ光の反射角度の関係は変化しないため、ガラス管GのY軸方向位置と後述する4分割フォトディテクタ60での受光位置の関係はほとんど変わらない。これにより、Y軸方向エラー信号が「0」になるようにレーザ光の光軸位置をY軸方向に変化させる量は、ガラス管Gの表面位置がZ軸方向に多少変化してもほとんど変わらず、安定したY軸方向サーボ制御(X軸周り角度サーボ制御)を行うことができる。   Here, as described above, the peculiarity of servo control due to the objective lens 57 being composed of a toroidal lens will be described. As described above, the focal length Fy of the objective lens 57 in the Y-axis direction is equal to the optical distance c from the reflection point of the galvano mirror 54 that changes the angle around the X-axis to the objective lens 57, that is, Fy = c. The laser light set and incident on the objective lens 57 becomes laser light parallel to the Z-axis direction when viewed in the YZ plane even when the galvano mirror 54 rotates around the X-axis (FIG. 3A )reference). Therefore, even if the surface position of the glass tube G slightly changes in the Z-axis direction, the glass tube G of the glass tube G when viewed from the optical axis position of the laser light by changing the optical axis position of the laser light in the Y-axis direction. Since the relationship of the reflection angle of the laser beam with respect to the position in the Y-axis direction does not change, the relationship between the position in the Y-axis direction of the glass tube G and the light receiving position in the quadrant photodetector 60 described later hardly changes. As a result, the amount by which the optical axis position of the laser beam is changed in the Y-axis direction so that the Y-axis direction error signal becomes “0” is almost the same even if the surface position of the glass tube G is slightly changed in the Z-axis direction. Therefore, stable Y-axis direction servo control (X-axis rotation angle servo control) can be performed.

また、前述したように、X軸方向の焦点距離Fxは、Y軸周りの角度を変化させるガルバノミラー52の反射点から対物レンズ57までの光学的距離をaとし、対物レンズ57からガラス管Gの表面までの光学的距離をbとすると、(1/a)+(1/b)=1/Fxの関係を満たすように設定されているため、Y軸周りの角度を変化させるガルバノミラー52の反射点を物点としたとき、ガラス管Gの表面が像点となる(図3(b)参照)。したがって、X−Z平面で見ると、対物レンズ57の光軸がガラス管Gの表面と交差する一点に向かうレーザ光となる。したがって、後述するY軸周り角度サーボ制御のためにガルバノミラー52をY軸周りに回転させても、レーザ光はガラス管Gの中心軸に垂直に照射されるとともに、X軸方向におけるレーザ光のガラス管Gへの照射位置は変化しないので、高精度で設定した位置の厚さを測定することができるとともに、ガラス管GのZ軸周りの傾きの度合によらず、ガラス管Gの表面を平面とみなしてY軸周り角度サーボ制御を精度よく行うことができるので、安定したサーボ制御を行うことができる。   Further, as described above, the focal distance Fx in the X-axis direction is defined as “a” as the optical distance from the reflection point of the galvanometer mirror 52 that changes the angle around the Y-axis to the objective lens 57, and from the objective lens 57 to the glass tube G. If the optical distance to the surface is b, it is set so as to satisfy the relationship of (1 / a) + (1 / b) = 1 / Fx, and therefore the galvanometer mirror 52 that changes the angle around the Y axis. When the reflection point is an object point, the surface of the glass tube G becomes an image point (see FIG. 3B). Therefore, when viewed in the XZ plane, the laser light is directed to one point where the optical axis of the objective lens 57 intersects the surface of the glass tube G. Therefore, even if the galvano mirror 52 is rotated around the Y axis for Y-axis angle servo control, which will be described later, the laser beam is irradiated perpendicularly to the central axis of the glass tube G and the laser beam in the X-axis direction is irradiated. Since the irradiation position on the glass tube G does not change, the thickness of the position set with high accuracy can be measured, and the surface of the glass tube G can be measured regardless of the degree of inclination around the Z axis of the glass tube G. Since it can be regarded as a plane and angle servo control around the Y axis can be performed with high accuracy, stable servo control can be performed.

この場合、対物レンズ57の開口数(NA)は小さく、前述のように、具体的にはX軸方向及びY軸方向とも0.2以下に設定するとよい。これにより、焦点深度が長くなるとともに、レーザ光の焦点距離も長くなり、レーザ光の光束径の変化を小さくして、光束径が変化しないと見做すことができるようになる。このようにすることで、前述のように、ガラス管Gの表面位置がZ軸方向に多少変化しても安定したY軸方向サーボ制御(X軸周り角度サーボ制御)を行うことができ、かつY軸周り角度サーボ制御を精度よく行うことができる。この開口数(NA)が0.2以下であれば、ほぼ満足する結果を実験により得ているが、好ましくは0.05程度とするとよい。なお、図3においては、1/4波長板56は省略されている。   In this case, the numerical aperture (NA) of the objective lens 57 is small, and as described above, specifically, it may be set to 0.2 or less in both the X-axis direction and the Y-axis direction. As a result, the focal depth is increased and the focal length of the laser light is increased, and the change in the light beam diameter of the laser light can be reduced so that the light beam diameter does not change. By doing so, as described above, stable Y-axis servo control (X-axis rotation angle servo control) can be performed even if the surface position of the glass tube G slightly changes in the Z-axis direction, and Y-axis angle servo control can be performed with high accuracy. If the numerical aperture (NA) is 0.2 or less, almost satisfactory results have been obtained by experiments, but preferably about 0.05. In FIG. 3, the quarter wavelength plate 56 is omitted.

また、この透光性管状物体の厚さ測定装置は、コントローラ200、入力装置202及び表示装置204も備えている。コントローラ200は、CPU、ROM、RAM、タイマ及びハードディスクなどの大容量の不揮発性メモリを有するコンピュータ装置によって構成され、図4A及び図4Bに示す厚さ測定プログラムの実行により、各種回路を制御してガラス管Gの厚さを測定する。入力装置202は、キーボードからなり、作業者が種々の情報を入力するとともに、コントローラ200の作動に対して指示をする。表示装置204は、コントローラ200によって制御された各種情報を表示する。   The translucent tubular object thickness measuring device also includes a controller 200, an input device 202, and a display device 204. The controller 200 is configured by a computer device having a large-capacity nonvolatile memory such as a CPU, ROM, RAM, timer, and hard disk, and controls various circuits by executing the thickness measurement program shown in FIGS. 4A and 4B. The thickness of the glass tube G is measured. The input device 202 includes a keyboard, and an operator inputs various information and gives an instruction to the operation of the controller 200. The display device 204 displays various information controlled by the controller 200.

次に、上記のように構成した厚さ測定装置の動作を説明する。まず、作業者は、ガラス管Gの上端部を固定具15に固定し、入力装置202を操作してガラス管Gの長さを入力する。そして、作業者は、入力装置202を操作することにより、コントローラ200に図5A及び図5Bの厚さ測定プログラムを実行させる。   Next, the operation of the thickness measuring apparatus configured as described above will be described. First, the operator fixes the upper end of the glass tube G to the fixture 15 and operates the input device 202 to input the length of the glass tube G. Then, the operator operates the input device 202 to cause the controller 200 to execute the thickness measurement program of FIGS. 5A and 5B.

コントローラ200は、この厚さ測定プログラムの実行を図5AのステップS100にて開始して、ステップS102にて変数nを「0」に設定する。この変数nは、データ処理装置117からの厚さデータ、回転角度検出回路113からの回転角度データ、及び移動位置検出回路111からのX軸方向位置データの取込みタイミングを規定するものである。   The controller 200 starts the execution of the thickness measurement program in step S100 of FIG. 5A, and sets the variable n to “0” in step S102. This variable n defines the timing for taking in the thickness data from the data processing device 117, the rotation angle data from the rotation angle detection circuit 113, and the X-axis direction position data from the movement position detection circuit 111.

前記ステップS102の処理後、コントローラ200は、ステップS104にて、X軸方向フィードモータ制御回路110に対してガラス管Gを測定開始位置まで移動するように指示する。具体的には、レーザ光のX軸方向中心位置がガラス管Gの測定開始点に照射されるようなX軸方向位置を測定開始位置としてX軸方向フィードモータ制御回路110に出力する。測定開始位置は、以下のA,B,CからA−B+Cの計算を行うことで求められる。なお、A,Cは予めコントローラ200に記憶されている。
A:移動体13のX軸方向位置が原点位置にある状態(すなわち移動体13の上側移動限界位置にある状態)で、固定具15にガラス管Gを固定したときに固定具15内でガラス管Gの上側の先端位置からレーザ光のX軸方向中心位置までのX軸方向距離
B:入力装置202を用いて入力されたガラス管Gの長さ(B<A)
C:ガラス管Gにおける下側の先端位置から測定開始点までの距離
After the process of step S102, the controller 200 instructs the X-axis direction feed motor control circuit 110 to move the glass tube G to the measurement start position in step S104. Specifically, the X axis direction position where the X axis direction center position of the laser beam is irradiated to the measurement start point of the glass tube G is output to the X axis direction feed motor control circuit 110 as the measurement start position. The measurement start position can be obtained by calculating A−B + C from the following A, B, and C. A and C are stored in the controller 200 in advance.
A: When the glass tube G is fixed to the fixing tool 15 in a state where the X-axis direction position of the moving body 13 is at the origin position (that is, the upper movement limit position of the moving body 13), the glass in the fixing tool 15 X-axis direction distance B from the upper end position of the tube G to the X-axis direction center position of the laser beam: length of the glass tube G input using the input device 202 (B <A)
C: Distance from the lower tip position of the glass tube G to the measurement start point

X軸方向フィードモータ制御回路110は、X軸方向フィードモータ11を回転させることにより、スクリューロッド12を軸線周りに回転させて移動体13をX軸方向に移動させ、ガラス管GをX軸線方向に測定開始位置に向かって移動させる。このガラス管GのX軸方向への移動中、X軸方向フィードモータ制御回路110は、移動位置検出回路111から移動体13(すなわちガラス管G)のX軸方向位置を表すX軸方向位置データを入力している。そして、入力したX軸方向位置データがコントローラ200から入力された測定開始位置を示すと、X軸方向フィードモータ制御回路110は、X軸方向フィードモータ11の回転を停止させて、移動体13及びガラス管GのX軸方向への移動を停止させる。   The X-axis direction feed motor control circuit 110 rotates the X-axis direction feed motor 11 to rotate the screw rod 12 around the axis to move the moving body 13 in the X-axis direction, and move the glass tube G in the X-axis direction. To move toward the measurement start position. During movement of the glass tube G in the X-axis direction, the X-axis direction feed motor control circuit 110 sends X-axis direction position data representing the X-axis direction position of the moving body 13 (that is, the glass tube G) from the movement position detection circuit 111. Is entered. When the input X-axis direction position data indicates the measurement start position input from the controller 200, the X-axis direction feed motor control circuit 110 stops the rotation of the X-axis direction feed motor 11, and the moving body 13 and The movement of the glass tube G in the X-axis direction is stopped.

一方、コントローラ200も、前記ステップS104の処理後、ステップS106にて、移動位置検出回路111からX軸方向位置データを入力して、入力したX軸方向位置データが測定開始位置以上になったかを判定する。X軸方向位置データが測定開始位置以上にならなければ、コントローラ200はステップS106にて「No」と判定し続けて、ステップS106の処理を繰り返し実行する。そして、X軸方向位置データが測定開始位置以上になった時点で、コントローラ200は、ステップS106にて「Yes」と判定して、ステップS108に進む。   On the other hand, the controller 200 also inputs the X-axis direction position data from the movement position detection circuit 111 in step S106 after the process of step S104, and checks whether the input X-axis direction position data is equal to or greater than the measurement start position. judge. If the X-axis direction position data is not equal to or greater than the measurement start position, the controller 200 continues to determine “No” in step S106, and repeatedly executes the process of step S106. Then, when the X-axis direction position data is equal to or greater than the measurement start position, the controller 200 determines “Yes” in step S106, and proceeds to step S108.

ステップS108においては、コントローラ200は、Z軸方向フィードモータ制御回路114に対して光ヘッド100Bを測定用設定位置まで移動するように指示する。具体的には、ガラス管Gの外周面上にレーザ光が集光されるようなZ軸方向位置を測定用設定位置としてZ軸方向フィードモータ制御回路114に出力する。Z軸方向フィードモータ制御回路114は、Z軸方向フィードモータ21を回転させることにより、スクリューロッド22を軸線周りに回転させてテーブル23をZ軸方向に移動させ、テーブル23及び光ヘッド100BをZ軸方向に測定用設定位置に向かって移動させる。このテーブル23及び光ヘッド100BのZ軸方向への移動中、Z軸方向フィードモータ制御回路114は、移動位置検出回路115からテーブル23(すなわち光ヘッド100B)のZ軸方向位置を表すZ軸方向位置データを入力している。そして、入力したZ軸方向位置データがコントローラ200から入力された測定用設定位置を示すと、Z軸方向フィードモータ制御回路114は、Z軸方向フィードモータ21の回転を停止させて、テーブル23及び光ヘッド100BのZ軸方向への移動を停止させる。   In step S108, the controller 200 instructs the Z-axis direction feed motor control circuit 114 to move the optical head 100B to the measurement setting position. Specifically, the Z-axis direction position at which the laser beam is focused on the outer peripheral surface of the glass tube G is output to the Z-axis direction feed motor control circuit 114 as the measurement setting position. The Z-axis direction feed motor control circuit 114 rotates the Z-axis direction feed motor 21 to rotate the screw rod 22 around the axis line to move the table 23 in the Z-axis direction, thereby moving the table 23 and the optical head 100B to Z. Move in the axial direction toward the set position for measurement. During the movement of the table 23 and the optical head 100B in the Z-axis direction, the Z-axis direction feed motor control circuit 114 moves from the movement position detection circuit 115 to the Z-axis direction position of the table 23 (that is, the optical head 100B). Position data is input. When the input Z-axis direction position data indicates the measurement setting position input from the controller 200, the Z-axis direction feed motor control circuit 114 stops the rotation of the Z-axis direction feed motor 21, and the table 23 and The movement of the optical head 100B in the Z-axis direction is stopped.

一方、コントローラ200も、前記ステップS108の処理後、ステップS110にて、移動位置検出回路115からZ軸方向位置データを入力して、入力したZ軸方向位置データが測定用設定位置以上になったかを判定する。Z軸方向位置データが測定用設定位置以上にならなければ、コントローラ200はステップS110にて「No」と判定し続けて、ステップS110の処理を繰り返し実行する。そして、Z軸方向位置データが測定用設定位置以上になった時点で、コントローラ200は、ステップS110にて「Yes」と判定して、ステップS112に進む。ステップS112においては、コントローラ200は、レーザ駆動回路116を作動させて、SLD光源30を駆動することにより測定用及びサーボ用を兼用した広波長帯域のレーザ光を出射させる。この場合、レーザ光の強度に関するフィードバック制御が省略されている。   On the other hand, after the processing of step S108, the controller 200 also inputs the Z-axis direction position data from the movement position detection circuit 115 in step S110, and whether the input Z-axis direction position data is equal to or greater than the set position for measurement. Determine. If the Z-axis direction position data is not equal to or greater than the measurement set position, the controller 200 continues to make a “No” determination at step S110 and repeatedly executes the process at step S110. Then, when the Z-axis direction position data is equal to or greater than the measurement setting position, the controller 200 determines “Yes” in step S110 and proceeds to step S112. In step S112, the controller 200 operates the laser driving circuit 116 to drive the SLD light source 30, thereby emitting laser light in a wide wavelength band that is used for both measurement and servo. In this case, feedback control regarding the intensity of the laser beam is omitted.

SLD光源30から出射された測定用レーザ光は、コリメートレンズ31で平行光に変換され、リレーレンズ32,33によって断面径が小さくされて、光ファイバー40を伝播して、分光ユニット100Aから光ヘッド100Bに導かれる。光ヘッド100Bにおいては、光ファイバー40によって伝播されたレーザ光は、ビームスプリッタ51を介してガルバノミラー52に入射する。ガルバノミラー52は、この入射レーザ光を反射してガルバノミラー54に入射させる。ガルバノミラー54は、入射されたレーザ光を反射して1/4波長板56を介して対物レンズ57に入射させる。対物レンズ57は、入射したレーザ光を集光して、ガラス管Gの表面にレーザ光を照射する。ガラス管Gに照射されたレーザ光の一部は、まずガラス管Gの外周面で反射され、対物レンズ57に入射する。また、ガラス管Gに照射されたレーザ光の一部は、ガラス管Gの肉厚部分に侵入し、ガラス管Gの内周面で反射してガラス管Gの肉厚部を介して対物レンズ57に入射する。したがって、ガラス管Gの外周面で反射したレーザ光と、ガラス管Gの内周面で反射したレーザ光は干渉し合って、対物レンズ57に入射する。したがって、ガラス管Gの厚さにより、波長に応じて強度が異なる干渉レーザ光が対物レンズ57に入射することになる。   The laser beam for measurement emitted from the SLD light source 30 is converted into parallel light by the collimator lens 31, the sectional diameter is reduced by the relay lenses 32 and 33, propagates through the optical fiber 40, and is transmitted from the spectroscopic unit 100 A to the optical head 100 B. Led to. In the optical head 100 </ b> B, the laser light propagated by the optical fiber 40 enters the galvanometer mirror 52 via the beam splitter 51. The galvanometer mirror 52 reflects this incident laser beam and makes it incident on the galvanometer mirror 54. The galvanometer mirror 54 reflects the incident laser light and makes it incident on the objective lens 57 via the quarter-wave plate 56. The objective lens 57 collects the incident laser light and irradiates the surface of the glass tube G with the laser light. Part of the laser light irradiated on the glass tube G is first reflected on the outer peripheral surface of the glass tube G and enters the objective lens 57. Further, a part of the laser light irradiated to the glass tube G enters the thick portion of the glass tube G, is reflected by the inner peripheral surface of the glass tube G, and passes through the thick portion of the glass tube G. 57 enters. Therefore, the laser light reflected on the outer peripheral surface of the glass tube G and the laser light reflected on the inner peripheral surface of the glass tube G interfere with each other and enter the objective lens 57. Therefore, the interference laser light having different intensities depending on the wavelength is incident on the objective lens 57 depending on the thickness of the glass tube G.

対物レンズ57に入射したレーザ光は、進行方向が変えられ、ガラス管Gに照射されるレーザ光の光路と略等しい光路で、1/4波長板56を介してガルバノミラー54に導かれて、ガルバノミラー54で反射してガルバノミラー52に入射する。ガルバノミラー52は、入射したレーザ光を反射してビームスプリッタ51に導く。ビームスプリッタ51は、光ファイバー40を介して分光ユニット100Aに測定用レーザ光として導く。分光ユニット100Aにおいては、光ファイバー40によって伝播された測定用レーザ光を、偏光ビームスプリッタ34で反射させて、回折格子35に入射させる。回折格子35は、入射した測定用レーザ光を、波長に応じて反射角を異ならせてラインセンサ36に入射させる。   The laser light incident on the objective lens 57 has its traveling direction changed and is guided to the galvanometer mirror 54 via the quarter-wave plate 56 in an optical path substantially equal to the optical path of the laser light irradiated to the glass tube G. The light is reflected by the galvanometer mirror 54 and enters the galvanometer mirror 52. The galvanometer mirror 52 reflects the incident laser beam and guides it to the beam splitter 51. The beam splitter 51 guides the measurement laser light to the spectroscopic unit 100A via the optical fiber 40. In the spectroscopic unit 100 </ b> A, the measurement laser light propagated by the optical fiber 40 is reflected by the polarization beam splitter 34 and is incident on the diffraction grating 35. The diffraction grating 35 makes the incident measurement laser light incident on the line sensor 36 with a reflection angle different depending on the wavelength.

一方、ビームスプリッタ51は、ガルバノミラー52から入射したレーザ光の一部を反射して、リレーレンズ58,59によって断面径を大きくした後、4分割フォトディテクタ60にサーボ用レーザ光として導く。4分割フォトディテクタ60で受光されたサーボ用レーザ光の受光量を表す受光信号a,b,c,dはY軸方向エラー信号生成回路118及びY軸周り角度エラー信号生成回路121に供給される。Y軸方向エラー信号生成回路118は、Y軸方向エラー信号(a+b)−(c+d)を生成する。Y軸周り角度エラー信号生成回路121は、Y軸周り角度エラー信号(a+d)−(b+c)を生成する。   On the other hand, the beam splitter 51 reflects a part of the laser light incident from the galvanometer mirror 52, increases the cross-sectional diameter by the relay lenses 58 and 59, and then guides it to the quadrant photodetector 60 as servo laser light. The received light signals a, b, c, and d representing the received light amount of the servo laser light received by the four-divided photodetector 60 are supplied to the Y-axis direction error signal generation circuit 118 and the Y-axis rotation angle error signal generation circuit 121. The Y-axis direction error signal generation circuit 118 generates a Y-axis direction error signal (a + b) − (c + d). The Y-axis angle error signal generation circuit 121 generates a Y-axis angle error signal (a + d) − (b + c).

前記ステップS112の処理後、コントローラ200は、ステップS114にてY軸方向サーボ回路119に作動開始を指示する。これに応答して、Y軸方向サーボ回路119は、作動を開始して、Y軸方向エラー信号生成回路118から入力したY軸方向エラー信号(a+b)−(c+d)に基づいてY軸方向サーボ信号を作成し、Y軸方向ドライブ回路120を介してモータ55を駆動制御して、ガルバノミラー54のX軸方向に平行な直線周りの回転をサーボ制御する。したがって、4分割フォトディテクタ60に受光されたサーボ用レーザ光の反射光が、受光面の少なくとも左右方向の中央に維持されるようにガルバノミラー54のX軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなり、ガラス管GがY軸方向に変位しても、その変位に応じてガルバノミラー54がX軸方向に平行な直線周りに回転制御され、レーザ光の光軸がガラス管Gの中心軸と交差するように維持される。   After the process of step S112, the controller 200 instructs the Y-axis direction servo circuit 119 to start operation in step S114. In response to this, the Y-axis direction servo circuit 119 starts operation, and based on the Y-axis direction error signal (a + b) − (c + d) input from the Y-axis direction error signal generation circuit 118, the Y-axis direction servo circuit 119 A signal is generated and the motor 55 is driven and controlled via the Y-axis direction drive circuit 120 to servo-control the rotation of the galvano mirror 54 around a straight line parallel to the X-axis direction. Therefore, the rotation angle around the straight line parallel to the X-axis direction of the galvanometer mirror 54 is servoed so that the reflected light of the servo laser light received by the four-divided photodetector 60 is maintained at least in the center in the left-right direction of the light-receiving surface. Even if the glass tube G is displaced in the Y-axis direction, the galvanometer mirror 54 is rotationally controlled around a straight line parallel to the X-axis direction according to the displacement, and the optical axis of the laser light is changed to the glass tube G. It is maintained so as to intersect the central axis.

次に、コントローラ200は、ステップS116にて、Y軸周り角度サーボ回路122に作動開始を指示する。これに応答して、Y軸周り角度サーボ回路122は、作動を開始して、Y軸周り角度エラー信号生成回路121から入力したY軸周り角度エラー信号(a+d)−(b+c)に基づいてY軸周り角度サーボ信号を作成し、Y軸周り角度ドライブ回路123を介してモータ53を駆動制御して、ガルバノミラー52のY軸方向に平行な直線周りの回転をサーボ制御する。したがって、4分割フォトディテクタ60に受光されたサーボ用レーザ光の反射光が、受光面の少なくとも上下方向の中央に維持されるようにガルバノミラー52のY軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなり、ガラス管GがY軸周りに傾いても、その傾き角度に応じてガルバノミラー52がY軸方向に平行な直線周りに回転制御され、レーザ光の光軸がガラス管Gの中心軸と垂直に交差するように維持される。   Next, in step S116, the controller 200 instructs the Y-axis rotation angle servo circuit 122 to start operation. In response to this, the Y-axis rotation angle servo circuit 122 starts operation, and based on the Y-axis rotation angle error signal (a + d) − (b + c) input from the Y-axis rotation angle error signal generation circuit 121 An axis rotation angle servo signal is generated, and the motor 53 is driven and controlled via the Y axis rotation angle drive circuit 123 to servo-control the rotation of the galvano mirror 52 around a straight line parallel to the Y axis direction. Therefore, the rotation angle around the straight line parallel to the Y-axis direction of the galvanometer mirror 52 is servoed so that the reflected light of the servo laser light received by the four-divided photodetector 60 is maintained at least in the vertical center of the light receiving surface. Even if the glass tube G is tilted around the Y axis, the galvanometer mirror 52 is controlled to rotate around a straight line parallel to the Y axis direction according to the tilt angle, and the optical axis of the laser beam is adjusted to the glass tube G. To be perpendicular to the central axis of

前記ステップS116の処理後、コントローラ200は、ステップS118にて、データ処理装置117に対して作動開始を指示する。これに応答して、データ処理装置117は、設定された頻度でラインセンサ36の各画素が出力する信号の大きさを表す信号を入力して、この入力した信号に基いてガラス管Gの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータを予め決められた周期でコントローラ200に出力し始める。   After the processing in step S116, the controller 200 instructs the data processing device 117 to start operation in step S118. In response to this, the data processing device 117 inputs a signal indicating the magnitude of the signal output from each pixel of the line sensor 36 at a set frequency, and the thickness of the glass tube G is based on the input signal. The thickness is calculated and thickness data representing the calculated thickness is output to the controller 200 at a predetermined cycle.

次に、コントローラ200は、ステップS120にて、スピンドルモータ制御回路112にガラス管Gの軸線周りの回転開始を指示するとともに、回転速度も指示する。スピンドルモータ制御回路112は、エンコーダ14aからのパルス列信号ΦA,ΦBに基づいて計算したスピンドルモータ14の回転速度を用いて、ガラス管Gが前記指示された回転速度で回転するように、スピンドルモータ14を回転させ始める。これにより、ガラス管Gは、前記指示された回転速度で軸線周りに回転し始める。次に、コントローラ200は、ステップS122にて、回転角度検出回路113に作動開始を指示する。これにより、回転角度検出回路113は、スピンドルモータ14の回転角度(ガラス管Gの軸線周りの回転角度)を表す回転角度データをコントローラ200に出力し始める。 Next, in step S120, the controller 200 instructs the spindle motor control circuit 112 to start rotation around the axis of the glass tube G and also instructs the rotation speed. The spindle motor control circuit 112 uses the rotation speed of the spindle motor 14 calculated based on the pulse train signals Φ A and Φ B from the encoder 14a so that the glass tube G rotates at the instructed rotation speed. The motor 14 starts to rotate. As a result, the glass tube G starts to rotate around the axis at the instructed rotational speed. Next, in step S122, the controller 200 instructs the rotation angle detection circuit 113 to start operation. Thereby, the rotation angle detection circuit 113 starts to output rotation angle data representing the rotation angle of the spindle motor 14 (rotation angle around the axis of the glass tube G) to the controller 200.

前記ステップS122の処理後、コントローラ200は、ステップS124にて、X軸方向フィードモータ制御回路110にガラス管GのX軸方向への移動開始を指示するとともに、移動速度も指示する。X軸方向フィードモータ制御回路110は、エンコーダ11aからのパルス列信号ΦA,ΦBに基づいて計算したX軸方向フィードモータ11の回転速度を用いて、ガラス管Gが前記指示された移動速度でX軸方向(図示下方向)に移動するように、X軸方向フィードモータ11を回転させ始める。これにより、ガラス管Gは、前記指示された移動速度でX軸方向に移動し始める。 After the process of step S122, the controller 200 instructs the X-axis direction feed motor control circuit 110 to start moving the glass tube G in the X-axis direction and also the moving speed in step S124. The X-axis direction feed motor control circuit 110 uses the rotation speed of the X-axis direction feed motor 11 calculated based on the pulse train signals Φ A and Φ B from the encoder 11a to move the glass tube G at the instructed moving speed. The X-axis direction feed motor 11 starts to rotate so as to move in the X-axis direction (downward in the figure). Thereby, the glass tube G starts to move in the X-axis direction at the instructed moving speed.

次に、コントローラ200は、図5BのステップS130にて、タイマによる時間計測を開始させる。そして、コントローラ200は、ステップS132にて計測時間が所定の短時間Tに変数nを乗算した乗算結果nT以上であるかを判定する。いま、変数nは「0」であるので、コントローラ200は、ステップS132にて「Yes」と判定して、ステップS134にてデータ処理装置117からガラス管Gの厚さを表す厚さデータを取込み、この取込んだ厚さデータをメモリに記憶する。次に、コントローラ200は、ステップS136にて回転角度検出回路113から回転角度データを取込み、ステップS138にて移動位置検出回路111からX軸方向位置データを取込む。そして、これらの取込んだ回転角度データ及びX方向位置データを、前記厚さデータと対応付けてメモリに記憶しておく。   Next, the controller 200 starts time measurement by a timer in step S130 of FIG. 5B. In step S132, the controller 200 determines whether the measurement time is equal to or greater than a multiplication result nT obtained by multiplying the predetermined short time T by the variable n. Now, since the variable n is “0”, the controller 200 determines “Yes” in step S132, and fetches the thickness data representing the thickness of the glass tube G from the data processing device 117 in step S134. The acquired thickness data is stored in the memory. Next, the controller 200 takes in the rotation angle data from the rotation angle detection circuit 113 in step S136, and takes in the X-axis direction position data from the movement position detection circuit 111 in step S138. The acquired rotation angle data and X-direction position data are stored in the memory in association with the thickness data.

前記ステップS138の処理後、コントローラ200は、ステップS140にて、前記取込んだX軸方向位置データによって表されたX軸方向位置が測定終了位置以上を示しているか、すなわちガラス管Gの長さから設定される測定終了位置以上にガラス管Gが既に移動されたかを判定する。また、コントローラ200は、ステップS142において、データ処理装置117から「測定不可」を表す信号を入力したかを判定する。X軸方向位置が測定終了位置以上を示しておらず、かつデータ処理装置117からも「測定不可」を表す信号を入力していなければ、コントローラ200は、ステップS140,S142にて共に「No」と判定して、ステップS144にて変数nに「1」を加算して、ステップS132に戻る。そして、計測開始されてからの時間がnT以上になるごとに、コントローラ200は、前述したステップS134〜S144の処理を繰り返し行う。これにより、メモリには、回転角度データによって表されたガラス管Gの軸線周りの角度及びX方向位置データによって表されたガラス管Gの軸線方向位置ごとに、ガラス管Gの厚さを表すデータが記憶されていく。   After the process of step S138, the controller 200 determines in step S140 whether the X-axis direction position represented by the captured X-axis direction position data indicates the measurement end position or more, that is, the length of the glass tube G. It is determined whether or not the glass tube G has already been moved beyond the measurement end position set. In step S142, the controller 200 determines whether or not a signal indicating “measurement impossible” is input from the data processing device 117. If the position in the X-axis direction does not indicate the measurement end position or more and a signal indicating “not measurable” is not input from the data processing device 117, the controller 200 determines “No” in steps S140 and S142. In step S144, “1” is added to the variable n, and the process returns to step S132. Then, every time the measurement has started is nT or more, the controller 200 repeatedly performs the processes of steps S134 to S144 described above. Thereby, in the memory, data representing the thickness of the glass tube G for each of the angle around the axis of the glass tube G represented by the rotation angle data and the axial position of the glass tube G represented by the X-direction position data. Will be remembered.

また、前記ステップS132〜S144からなる循環処理中、X軸方向位置が測定終了位置以上を示し、又はデータ処理装置117から「測定不可」を表す信号を入力した場合には、コントローラ200は、ステップS140又はステップS142にて「Yes」と判定してステップS146以降へ進む。   Further, during the cyclic processing consisting of the steps S132 to S144, when the position in the X-axis direction indicates the measurement end position or more, or when a signal indicating “measurement impossible” is input from the data processing device 117, the controller 200 In S140 or step S142, it is determined as “Yes”, and the process proceeds to step S146 and subsequent steps.

コントローラ200は、ステップS146にてスピンドルモータ制御回路112にスピンドルモータ14の作動停止を指示する。これにより、スピンドルモータ制御回路112はスピンドルモータ14の回転を停止させ、ガラス管Gの軸線周りの回転が停止する。次に、コントローラ200は、ステップS148にてX軸方向フィードモータ制御回路110にX軸方向フィードモータ11の作動停止を指示する。これにより、X軸方向フィードモータ制御回路110はX軸方向フィードモータ11の回転を停止させ、ガラス管Gの軸線方向(X軸方向)の移動が停止する。次に、コントローラ200は、ステップS150にてY軸方向サーボ回路119に作動停止を指示し、ステップS152にてY軸周り角度サーボ回路122に作動停止を指示する。これらの処理により、ガルバノミラー54のX軸方向に平行な直線周りの回転角のサーボ制御(Y軸方向サーボ制御)及びガルバノミラー52のY軸方向に平行な軸線周りの回転角のサーボ制御(Y軸周り角度サーボ制御)も停止する。   The controller 200 instructs the spindle motor control circuit 112 to stop the operation of the spindle motor 14 in step S146. As a result, the spindle motor control circuit 112 stops the rotation of the spindle motor 14 and stops the rotation around the axis of the glass tube G. Next, the controller 200 instructs the X-axis direction feed motor control circuit 110 to stop the operation of the X-axis direction feed motor 11 in step S148. Thereby, the X-axis direction feed motor control circuit 110 stops the rotation of the X-axis direction feed motor 11, and the movement of the glass tube G in the axial direction (X-axis direction) stops. Next, the controller 200 instructs the Y-axis direction servo circuit 119 to stop the operation in step S150, and instructs the Y-axis rotation angle servo circuit 122 to stop the operation in step S152. By these processes, the servo control of the rotation angle around the straight line parallel to the X-axis direction of the galvanometer mirror 54 (Y-axis direction servo control) and the servo control of the rotation angle around the axis parallel to the Y-axis direction of the galvano mirror 52 ( Y-axis angle servo control) is also stopped.

前記ステップS152の処理後、コントローラ200は、ステップS154にてレーザ駆動回路116にSLD光源30の駆動停止を指示する。これにより、SLD光源30によるレーザ光のガラス管Gに対する照射が停止する。次に、コントローラ200は、ステップS156にて回転角度検出回路113の作動停止を指示し、ステップS158にてデータ処理装置117の作動停止を指示する。これにより、回転角度検出回路113が作動停止して角度データがコントローラ200に入力されなくなるとともに、データ処理装置117も作動停止して厚さデータがコントローラ200に入力されなくなる。   After the process of step S152, the controller 200 instructs the laser drive circuit 116 to stop driving the SLD light source 30 in step S154. As a result, irradiation of the laser light onto the glass tube G by the SLD light source 30 is stopped. Next, the controller 200 instructs the rotation angle detection circuit 113 to stop operating in step S156, and instructs the data processing device 117 to stop operating in step S158. As a result, the rotation angle detection circuit 113 stops operating and angle data is not input to the controller 200, and the data processing device 117 also stops operating and thickness data is not input to the controller 200.

前記ステップS158の処理後、コントローラ200は、ステップS160にてX軸方向フィードモータ制御回路110に移動体13のX軸方向駆動限界位置への移動を指示し、ステップS162にてZ軸方向フィードモータ制御回路114にテーブル23のZ軸方向駆動限界値への移動を指示する。これらの移動指示により、X軸方向フィードモータ制御回路110は移動体13をX軸方向駆動限界位置まで移動させ、Z軸方向フィードモータ制御回路114がテーブル23をZ軸方向駆動限界値まで移動させる。これにより、ガラス管Gの厚さ測定開始前と同じ状態になるので、作業者は固定具15からガラス管Gを取外し、次に測定したいガラス管Gをセットして前述した厚さ測定をふたたび行うことができる。そして、コントローラ200は、ステップS164にて前述したガラス管Gの厚さの測定結果を表示装置204に表示して、ステップS166にて厚さ測定プログラムの実行を終了する。   After the process of step S158, the controller 200 instructs the X-axis direction feed motor control circuit 110 to move the movable body 13 to the X-axis direction drive limit position in step S160, and in step S162, the Z-axis direction feed motor. The control circuit 114 is instructed to move the table 23 to the drive limit value in the Z-axis direction. In response to these movement instructions, the X-axis direction feed motor control circuit 110 moves the movable body 13 to the X-axis direction drive limit position, and the Z-axis direction feed motor control circuit 114 moves the table 23 to the Z-axis direction drive limit value. . Thereby, since it will be in the same state as before the thickness measurement start of the glass tube G, the operator removes the glass tube G from the fixture 15, sets the glass tube G to be measured next, and repeats the above-described thickness measurement. It can be carried out. And the controller 200 displays the measurement result of the thickness of the glass tube G mentioned above in step S164 on the display apparatus 204, and complete | finishes execution of a thickness measurement program in step S166.

上記説明からも理解できるように、上記実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置によれば、分光ユニット100AのSLD光源30から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ31で平行光に変換されて、光ファイバー40を介して光ヘッド100Bに導かれる。そして、光ヘッド100Bにおいて、前記導かれたレーザ光が対物レンズ(トロイダルレンズ)57でガラス管Gの表面に集光され、ガラス管Gからの反射光が光ヘッド100B及び光ファイバー40を介して分光ユニット100Aに戻される。分光ユニット100Aにおいては、回折格子35を介してラインセンサ36に導かれ、ラインセンサ36に接続されたデータ処理装置117により、ガラス管Gの厚さが測定される。   As can be understood from the above description, according to the thickness measuring device for a transparent tubular object according to the above embodiment, the laser light emitted from the SLD light source 30 of the spectroscopic unit 100A is converted into parallel light by the collimator lens 31. The light is converted and guided to the optical head 100B via the optical fiber 40. In the optical head 100 </ b> B, the guided laser light is condensed on the surface of the glass tube G by the objective lens (toroidal lens) 57, and the reflected light from the glass tube G is spectrally dispersed through the optical head 100 </ b> B and the optical fiber 40. Returned to unit 100A. In the spectroscopic unit 100 </ b> A, the thickness of the glass tube G is measured by the data processing device 117 guided to the line sensor 36 through the diffraction grating 35 and connected to the line sensor 36.

この場合、4分割フォトディテクタ60は、ビームスプリッタ51を介してガラス管Gからの反射光の一部を分割して入射する。そして、Y軸方向エラー信号生成回路118は、4分割フォトディテクタ60によって検出された受光量を用いて、ガラス管Gに照射されるレーザ光の、ガラス管Gの中心軸に対するY軸線方向のずれ量を、Y軸方向エラー信号として検出する。また、Y軸周り角度エラー信号生成回路121は、4分割フォトディテクタ60によって検出された受光量を用いて、ガラス管Gに照射されるレーザ光の、ガラス管Gの中心軸とY軸線方向とに直交する垂線に対するY軸線周りの回転角のずれ量を、Y軸周り角度エラー信号として検出する。Y軸方向サーボ回路119及びY軸方向ドライブ回路120は、前記検出されたY軸方向エラー信号を用いて、ガラス管Gに照射されるレーザ光がガラス管Gの中心軸に照射されるようにガルバノミラー54を回転駆動するモータ55をサーボ制御する。また、Y軸周り角度サーボ回路122及びY軸周り角度ドライブ回路123は、前記検出されたY軸周り角度エラー信号を用いて、ガラス管Gに照射されるレーザ光がガラス管Gの中心軸に垂直に照射されるようにガルバノミラー52を回転駆動するモータ53をサーボ制御する。これにより、ガラス管Gの中心軸が設定された位置からずれている場合でも、レーザ光の光軸を常にガラス管Gの中心軸と垂直に交差させることができる。その結果、上記実施形態によれば、短時間でガラス管Gの全域の厚さを的確に測定することができる。   In this case, the four-divided photo detector 60 divides a part of the reflected light from the glass tube G via the beam splitter 51 and enters it. Then, the Y-axis direction error signal generation circuit 118 uses the amount of received light detected by the quadrant photodetector 60 to shift the amount of laser beam irradiated to the glass tube G in the Y-axis direction with respect to the central axis of the glass tube G. Is detected as a Y-axis direction error signal. Further, the Y-axis angle error signal generation circuit 121 uses the amount of received light detected by the four-divided photodetector 60 in the central axis of the glass tube G and the Y-axis direction of the laser light irradiated to the glass tube G. A deviation amount of the rotation angle around the Y axis with respect to the perpendicular perpendicular is detected as an angle error signal around the Y axis. The Y-axis direction servo circuit 119 and the Y-axis direction drive circuit 120 use the detected Y-axis direction error signal so that the laser beam applied to the glass tube G is applied to the central axis of the glass tube G. Servo-controls a motor 55 that rotationally drives the galvanometer mirror 54. Further, the Y-axis rotation angle servo circuit 122 and the Y-axis rotation angle drive circuit 123 use the detected Y-axis rotation angle error signal to cause the laser beam irradiated to the glass tube G to be the central axis of the glass tube G. Servo-controls a motor 53 that rotationally drives the galvanometer mirror 52 so as to irradiate vertically. Thereby, even when the central axis of the glass tube G is deviated from the set position, the optical axis of the laser light can always intersect the central axis of the glass tube G perpendicularly. As a result, according to the embodiment, the thickness of the entire area of the glass tube G can be accurately measured in a short time.

また、上記実施形態においては、対物レンズ57のX軸線方向の焦点距離Fxと、Y軸線周りに回転する回転光学部品であるガルバノミラー52から対物レンズ57までの光学的距離aと、対物レンズ57からガラス管Gの表面までの光学的距離bとの関係が、(1/a)+(1/b)=1/Fxの関係になるように、対物レンズ56とガルバノミラー52とが配置されている。すなわち、Y軸周りの角度を変化させるガルバノミラー52の反射点を物点としたとき、ガラス管Gの表面が像点となる。これにより、Y軸線周り角度のサーボ制御を行っても、X軸線方向におけるレーザ光のガラス管Gへの照射位置を変化させないように1点に固定することができるので、精度よく設定された位置の測定結果を得ることができる。また、ガラス管GのZ軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定となることがない。   In the above embodiment, the focal length Fx of the objective lens 57 in the X-axis direction, the optical distance a from the galvano mirror 52, which is a rotating optical component rotating around the Y-axis, to the objective lens 57, and the objective lens 57 The objective lens 56 and the galvanometer mirror 52 are arranged so that the relationship with the optical distance b from the surface of the glass tube G to the surface of the glass tube G is (1 / a) + (1 / b) = 1 / Fx. ing. That is, when the reflection point of the galvanometer mirror 52 that changes the angle around the Y axis is an object point, the surface of the glass tube G becomes an image point. Thereby, even if servo control of the angle around the Y axis is performed, the irradiation position of the laser beam on the glass tube G in the X axis direction can be fixed at one point so that the position set with high accuracy Measurement results can be obtained. Further, the servo does not become unstable due to the degree of inclination of the glass tube G around the Z axis.

また、上記実施形態においては、対物レンズ57のY軸線方向の焦点距離Fyが、X軸線周りに回転する回転光学部品であるガルバノミラー54から対物レンズ57までの光学的距離cに等しくなるように、対物レンズ57及びガルバノミラー54を配置した。これにより、X軸線周りのサーボ制御を行っても、レーザ光の光軸は常にZ軸線方向に平行になるので、ガラス管Gが回転しながらX軸方向に移動することで、ガラス管Gの表面位置がZ軸線方向に多少変化しても、ガラス管GのY軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定したX軸線周りのサーボ制御を行うことができる。   In the above embodiment, the focal length Fy of the objective lens 57 in the Y-axis direction is equal to the optical distance c from the galvanometer mirror 54, which is a rotating optical component rotating around the X-axis, to the objective lens 57. The objective lens 57 and the galvanometer mirror 54 are arranged. As a result, even if servo control around the X axis is performed, the optical axis of the laser light is always parallel to the Z axis direction, so that the glass tube G moves in the X axis direction while rotating. Even if the surface position slightly changes in the Z-axis direction, the relationship of the light receiving position of the reflected light with respect to the Y-axis direction position of the glass tube G hardly changes, and stable servo control around the X-axis line can be performed.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.

上記実施形態においては、トロイダルレンズで構成した対物レンズ57のY軸方向の焦点距離Fyをガルバノミラー54の反射点から対物レンズ57までの光学的距離cに等しくして、ガルバノミラー54が回転しても、対物レンズ57に入射するレーザ光はY−Z平面で見てZ軸方向に平行なレーザとなるようにした。しかし、対物レンズ57のY軸方向の焦点距離Fyと前記光学的距離cとが近似していれば、必ずしも前記焦点距離Fyと光学的距離cとが一致していなくてもよい、すなわちガルバノミラー54が回転したときガラス管Gの表面に入射するレーザ光がZ軸方向に常に平行でなくてZ軸方向から僅かにずれてもよい。この場合は、前述のようにガラス管Gの表面の位置がZ軸方向に多少変化しても、変化の度合いが小さければ、Y軸方向のサーボ制御にはほとんど影響しない。   In the above embodiment, the focal length Fy in the Y-axis direction of the objective lens 57 composed of a toroidal lens is made equal to the optical distance c from the reflection point of the galvano mirror 54 to the objective lens 57, and the galvano mirror 54 rotates. However, the laser beam incident on the objective lens 57 is a laser parallel to the Z-axis direction when viewed in the YZ plane. However, if the focal length Fy of the objective lens 57 in the Y-axis direction and the optical distance c are approximated, the focal distance Fy and the optical distance c do not necessarily match, that is, a galvanometer mirror. When 54 rotates, the laser beam incident on the surface of the glass tube G may not be always parallel to the Z-axis direction and may slightly deviate from the Z-axis direction. In this case, as described above, even if the position of the surface of the glass tube G slightly changes in the Z-axis direction, the servo control in the Y-axis direction is hardly affected if the degree of change is small.

上記実施形態では、2つのガルバノミラー52,54を駆動することでY軸方向サーボとY軸周り角度サーボ制御を行った。しかし、これに代えて、ガルバノミラー54の駆動によるY軸方向サーボ制御を、光ヘッド100BをY軸方向に変位させるアクチュエータを用いたサーボ制御に変更してもよい。この場合、図6に示すように、光ヘッド100Bをテーブル23にY軸方向に変位可能に組み付け、テーブル23にリニアアクチュエータ25(例えば、圧電アクチュエータで構成したリニアアクチュエータ)を設けて、リニアアクチュエータ25により光ヘッド100BをY軸方向に変位させるようにすればよい。なお、この場合、リニアアクチュエータ25をY軸方向ドライブ回路120により制御するようにし、ガルバノミラー54及びモータ55を省略する。この場合には、ガラス管Gに照射されるレーザ光の光軸は常にZ軸方向に平行となるので、前述のように、ガラス管Gが回転しながらX軸方向に移動することで、ガラス管Gの表面位置がZ軸線方向に多少変化しても、ガラス管GのY軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定したX軸線周りのサーボ制御を行うことができる。   In the above embodiment, the Y-axis direction servo and the Y-axis angle servo control are performed by driving the two galvanometer mirrors 52 and 54. However, instead of this, the Y-axis direction servo control by driving the galvano mirror 54 may be changed to servo control using an actuator that displaces the optical head 100B in the Y-axis direction. In this case, as shown in FIG. 6, the optical head 100B is assembled to the table 23 so as to be displaceable in the Y-axis direction, and a linear actuator 25 (for example, a linear actuator constituted by a piezoelectric actuator) is provided on the table 23. Thus, the optical head 100B may be displaced in the Y-axis direction. In this case, the linear actuator 25 is controlled by the Y-axis direction drive circuit 120, and the galvanometer mirror 54 and the motor 55 are omitted. In this case, since the optical axis of the laser light irradiated to the glass tube G is always parallel to the Z-axis direction, as described above, the glass tube G moves in the X-axis direction while rotating. Even if the surface position of the tube G is slightly changed in the Z-axis direction, the relationship between the light receiving position of the reflected light and the Y-axis direction position of the glass tube G is hardly changed, and stable servo control around the X-axis can be performed. .

また、上記実施形態では、レーザ光の光軸位置又は光軸方向の変化をガルバノミラー52,54を駆動することにより行ったが、レーザ光の光軸位置又は光軸方向を変化できれば、どのようなミラーを用いてもよい。例えば、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム・ミラー(MEMSミラー)でもよいし、アクチュエータによって反射面の角度を変化させることができる立上げミラーでもよいし、ポリゴンミラーでもよい。また、ミラーでなくても、AOD(音響光学偏向器)又はEOD(電気光学偏光器)によってレーザ光の光軸位置を変化させてもよい。   Further, in the above embodiment, the change in the optical axis position or the optical axis direction of the laser light is performed by driving the galvanometer mirrors 52 and 54, but what if the optical axis position or the optical axis direction of the laser light can be changed? A simple mirror may be used. For example, it may be a micro electro mechanical system mirror (MEMS mirror), a rising mirror whose angle of the reflecting surface can be changed by an actuator, or a polygon mirror. Further, the optical axis position of the laser beam may be changed by an AOD (acousto-optic deflector) or EOD (electro-optic polarizer) without using a mirror.

また、上記実施形態においては、広波長帯域のレーザ光をガラス管Gに照射し、ガラス管Gからの反射光を回折格子で分光したときの受光曲線からガラス管Gの厚さを求める方法を採用した。しかし、レーザ光をガラス管Gの中心軸に垂直に照射したときに生じる反射光を用いてガラス管Gの厚さを計算することができれば、他のどのような方法を採用することともできる。例えば、レーザ光の波長を高速で変化させながらガラス管Gに照射し、レーザ光の波長に対するガラス管Gからの反射光の光強度を検出し、この波長と光強度の関係からガラス管Gの厚さを計算する方法を採用してもよい。   Moreover, in the said embodiment, the method of calculating | requiring the thickness of the glass tube G from the light reception curve when irradiating the laser beam of a wide wavelength band to the glass tube G, and the reflected light from the glass tube G was disperse | distributed with the diffraction grating. Adopted. However, any other method can be adopted as long as the thickness of the glass tube G can be calculated using the reflected light generated when the laser light is irradiated perpendicularly to the central axis of the glass tube G. For example, the glass tube G is irradiated while changing the wavelength of the laser light at a high speed, the light intensity of the reflected light from the glass tube G with respect to the wavelength of the laser light is detected, and from the relationship between the wavelength and the light intensity, the glass tube G You may employ | adopt the method of calculating thickness.

また、低コヒーレント性で光路長が同一になったときにのみ干渉するレーザ光をビームスプリッタで分割し、一方をガラス管Gに照射して反射させ、他方を参照ミラーで反射させ、参照ミラーを駆動して双方が干渉して強度が大きくなる参照ミラーの2つの位置を検出することで、ガラス管Gの厚さを検出する方法を採用してもよい。   In addition, the laser beam that interferes only when the optical path length is the same with low coherency is divided by the beam splitter, one is irradiated to the glass tube G and reflected, the other is reflected by the reference mirror, and the reference mirror is A method of detecting the thickness of the glass tube G by detecting the two positions of the reference mirror that are driven and both interfere to increase the intensity may be employed.

また、上記実施形態では、ガラス管Gを回転させながらX軸方向へ移動させ、ガラス管Gの全域の厚さを測定したが、中心軸方向の1ラインの測定のみでよければ、回転を伴わないで、ガラス管Gの厚さを測定するよういしてもよい。   In the above embodiment, the glass tube G is moved in the X-axis direction while rotating, and the thickness of the entire area of the glass tube G is measured. However, if only one line measurement in the central axis direction is sufficient, rotation is accompanied. Instead, the thickness of the glass tube G may be measured.

また、上記実施形態では、ガラス管GをX軸方向へ移動させたが、ガラス管Gを固定して光ヘッド100BをX軸方向に移動させるようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the glass tube G was moved to the X-axis direction, you may make it fix the glass tube G and to move the optical head 100B to an X-axis direction.

また、上記実施形態では、Z軸方向の移動機構を設けたが、Z軸方向の移動機構をなくし、X軸方向の駆動限界位置をさらに上側にしてガラス管Gをセットできるようにしてもよい。   In the above embodiment, the Z-axis direction moving mechanism is provided, but the Z-axis direction moving mechanism may be eliminated so that the glass tube G can be set with the drive limit position in the X-axis direction further upward. .

さらに、上記実施形態及び変形例では、レーザ光の照射及び入射のために、分光ユニット100Aと光ヘッド100Bの分割した測定ヘッドを用いるようにした。これによれば、テーブル23に配置させる光ヘッド100Bを小型化することができるが、この小型化の問題がなければ、分光ユニット100Aと光ヘッド100Bと一体的に構成して、テーブル23上に配置するようにしてもよい。   Further, in the above embodiment and the modification, the measurement head divided by the spectroscopic unit 100A and the optical head 100B is used for the irradiation and incidence of the laser light. According to this, the optical head 100B arranged on the table 23 can be reduced in size, but if there is no problem in this reduction in size, the spectroscopic unit 100A and the optical head 100B are configured integrally and placed on the table 23. It may be arranged.

10…ワーク駆動装置、11…X軸方向フィードモータ、12,22…スクリューロッド、13…移動体、14…スピンドルモータ、20…支持装置、21…Z軸方向フィードモータ、23…テーブル、25…リニアアクチュエータ、30…SLD光源、34…偏光ビームスプリッタ、35…回折格子、36…ラインセンサ、40…光ファイバー、54,56…ガルバノミラー、57…対物レンズ、60…4分割フォトディテクタ、100A…分光ユニット、100B…光ヘッド、112…スピンドルモータ制御回路、114…Z軸方向フィードモータ制御回路、116…レーザ駆動回路、117…データ処理装置、118…Y軸方向エラー信号生成回路、119…Y軸方向サーボ回路、121…Y軸周り角度エラー信号生成回路、122…Y軸周り角度サーボ回路、200…コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Work drive device, 11 ... X-axis direction feed motor, 12, 22 ... Screw rod, 13 ... Moving body, 14 ... Spindle motor, 20 ... Support device, 21 ... Z-axis direction feed motor, 23 ... Table, 25 ... Linear actuator, 30 ... SLD light source, 34 ... Polarizing beam splitter, 35 ... Diffraction grating, 36 ... Line sensor, 40 ... Optical fiber, 54, 56 ... Galvano mirror, 57 ... Objective lens, 60 ... Quadrant photo detector, 100A ... Spectroscopic unit , 100B ... Optical head, 112 ... Spindle motor control circuit, 114 ... Z-axis direction feed motor control circuit, 116 ... Laser drive circuit, 117 ... Data processor, 118 ... Y-axis direction error signal generation circuit, 119 ... Y-axis direction Servo circuit 121... Y-axis angle error signal generation circuit 122. Around the axis angle servo circuit, 200 ... controller

Claims (5)

中心軸を所定の第1軸線方向に延設させて透光性管状物体を支持する透光性管状物体支持装置と、
前記第1軸線方向に垂直な第2軸線方向からレーザ光を透光性管状物体に照射するレーザ光照射手段と、
透光性管状物体の外周面で反射する前記レーザ光の反射光と、透光性管状物体の内周面で反射する前記レーザ光の反射光とを受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した反射光の受光状態に対応する信号から、前記レーザ光が照射された位置における透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段と、
前記レーザ光照射手段によって照射されるレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を、前記第1軸線方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、
透光性管状物体に照射されるレーザ光の位置を前記第1軸線方向及び前記第2軸線方向の両方向に互いに直交する第3軸線方向に変更する第3軸線方向位置変更手段と、
透光性管状物体に照射されるレーザ光の透光性管状物体の中心軸に対する前記第3軸線周りの角度を変更する第3軸線周り角度変更手段と、
透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸に対する前記第3軸線方向位置のずれ量を検出する第3軸線方向位置ずれ量検出手段と、
透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸の前記第3軸線周りの垂線に対する前記第3軸線周り角度のずれ量を検出する第3軸線周り角度ずれ量検出手段と、
前記第3軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された前記第3軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸位置に一致するように前記第3軸線方向位置変更手段をサーボ制御する第3軸線方向位置サーボ制御手段と、
前記第3軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された前記第3軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸に垂直になるように前記第3軸線周り角度変更手段をサーボ制御する第3軸線周り角度サーボ制御手段とを設け、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を集光する対物レンズを含み、前記対物レンズの前記第1軸線方向の焦点距離Fxと、前記第3軸線周り角度変更手段から前記対物レンズまでの光学的距離aと、前記対物レンズから前記透光性管状物体の表面までの光学的距離bとの関係が、(1/a)+(1/b)=1/Fxの関係になるように、前記対物レンズと前記第3軸線周り角度変更手段を配置したことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
A translucent tubular object support device that supports a translucent tubular object by extending a central axis in a predetermined first axis direction;
Laser light irradiation means for irradiating the translucent tubular object with laser light from a second axis direction perpendicular to the first axis direction;
A light receiving means for receiving the reflected light of the laser light reflected by the outer peripheral surface of the translucent tubular object and the reflected light of the laser light reflected by the inner peripheral surface of the translucent tubular object;
A thickness detecting means for detecting a thickness of the translucent tubular object at a position irradiated with the laser light from a signal corresponding to a light receiving state of the reflected light received by the light receiving means;
An apparatus for measuring the thickness of a translucent tubular object, comprising: a laser beam irradiation position moving unit that moves an irradiation position of the laser beam irradiated by the laser beam irradiation unit on the translucent tubular object in the first axis direction. In
Third axial position changing means for changing the position of the laser light irradiated to the translucent tubular object to a third axial direction orthogonal to both the first axial direction and the second axial direction;
Third-axis angle changing means for changing an angle around the third axis with respect to the central axis of the light-transmissive tubular object of the laser light irradiated to the light-transmissive tubular object;
Deviation of the position of the third axial direction relative to the central axis of the translucent tubular object with respect to the central axis of the translucent tubular object by splitting incident part of the reflected light from the translucent tubular object A third axial displacement detecting means for detecting the amount;
A part of the reflected light from the translucent tubular object is divided and made incident, and the irradiation direction of the laser light on the translucent tubular object is perpendicular to the third axis of the central axis of the translucent tubular object A third axis angle deviation detecting means for detecting an angle deviation amount around the third axis;
The optical axis of the laser beam applied to the translucent tubular object using the shift amount of the third axial position detected by the third axial position shift detecting means is the center of the translucent tubular object. Third axial position servo control means for servo-controlling the third axial position changing means so as to coincide with the axial position;
The optical axis of the laser beam applied to the translucent tubular object is the center of the translucent tubular object using the deviation amount of the angle around the third axis detected by the third axial angle shift detecting means. A third axis angle servo control means for servo-controlling the third axis angle change means so as to be perpendicular to the axis;
The laser light irradiation means includes an objective lens that condenses the laser light, the focal length Fx of the objective lens in the first axis direction, and the optical distance from the third axis rotation angle changing means to the objective lens The objective is such that the relationship between a and the optical distance b from the objective lens to the surface of the translucent tubular object is (1 / a) + (1 / b) = 1 / Fx. An apparatus for measuring a thickness of a translucent tubular object, wherein a lens and an angle changing means around the third axis are arranged.
請求項1に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第3軸線方向位置変更手段を、前記透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、前記第1軸線周りに回転して前記レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を前記第3軸線方向に変更する回転光学部品で構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
In the thickness measuring apparatus of the translucent tubular object according to claim 1,
The third axial direction position changing means is interposed in the laser light irradiation path for the translucent tubular object, and rotates around the first axis to change the irradiation position of the laser light to the translucent tubular object. An apparatus for measuring a thickness of a translucent tubular object constituted by a rotating optical component that changes in the third axial direction.
請求項2に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記対物レンズの前記第3軸線方向の焦点距離Fyが、前記第1軸線周りに回転する回転光学部品から前記対物レンズまでの光学的距離cに等しくなるように、前記回転光学部品を配置したことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
In the thickness measuring apparatus of the translucent tubular object according to claim 2,
The rotating optical component is arranged so that a focal length Fy in the third axis direction of the objective lens is equal to an optical distance c from the rotating optical component rotating around the first axis to the objective lens. An apparatus for measuring the thickness of a light-transmitting tubular object.
請求項1に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第3軸線方向位置変更手段を、前記レーザ光照射手段を前記第3軸線方向に移動して、前記レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を前記第3軸線方向に変更する第3軸線方向アクチュエータで構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
In the thickness measuring apparatus of the translucent tubular object according to claim 1,
A third axis for changing the irradiation position of the laser beam on the translucent tubular object by moving the laser beam irradiation unit in the third axis direction by moving the third axis direction position changing unit in the third axis direction. An apparatus for measuring the thickness of a translucent tubular object composed of a directional actuator.
請求項1乃至4のうちのいずれか一つに記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第3軸線周り角度変更手段を、前記透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、前記第3軸線周りに回転する回転光学部品で構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
In the thickness measuring apparatus of the translucent tubular object according to any one of claims 1 to 4,
The thickness of the translucent tubular object configured by the rotating optical component that rotates around the third axis, the angle changing means around the third axis being interposed in the irradiation path of the laser beam to the translucent tubular object measuring device.
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