JP2014174010A - 厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲温度の変動による厚さ測定結果への影響を低減する。
【解決手段】実施形態によれば、厚さ測定装置は、光学ベースに取り付けられ、厚さ測定対象物の第１の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と第１の面との間の距離を測定する第１の距離計と、光学ベースに取り付けられ、厚さ測定対象物の第１の面に対向する第２の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と第２の面との間の距離を測定する第２の距離計とを備える。この厚さ測定装置は、第１の距離計による光源の投射位置と第２の距離計による光源の投射位置との間の距離から第１および第２の距離計により測定した距離を差し引くことで、厚さ測定対象物の第１の面と第２の面との間の厚さを演算する厚さ演算部を備え、光学ベースに温調用の媒体の流路を有する水槽を接触させる。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、厚さ測定対象物の厚さを測定する厚さ測定装置に関する。

従来、厚さ測定対象物の表面形状の測定のための光学式の測量方式がある。この方式は２つの距離計を光学ベースで支持して、非接触かつ高精度で距離を測定できる。
この測量方式は、最近では鋼板などの高速で移動する被測定対象物の厚さや形状の測定にも広く応用される。表面の反射率の変化や散乱特性等の変化によって反射光の強さや位置が変動するため、例えば、投射するレーザをスリットにより干渉させてマルチビームとし、その干渉縞の暗部を検出する。

この例では、暗部に現れる谷の形状を関数に近似し、極小座標を算出することで距離の演算を行なう。これにより測定対象の反射率や散乱特性に影響を受けにくくなり、高精度に測定を行なえる。

しかし、周囲温度の変動により、２つの距離計を支持する光学ベースの温度が変動すると、熱膨張により、２つの距離計の間の距離が変動してしまうため、厚さの測定値に影響が生じるので、厚さ計測を高精度に行うことができない。

特開２００４−１６３３４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、周囲温度の変動による測定結果への影響を低減することが可能な厚さ測定装置を提供することにある。

実施形態によれば、厚さ測定装置は、光学ベースに取り付けられ、厚さ測定対象物の第１の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と第１の面との間の距離を測定する第１の距離計と、光学ベースに取り付けられ、厚さ測定対象物の第１の面に対向する第２の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と第２の面との間の距離を測定する第２の距離計とを備える。この厚さ測定装置は、第１の距離計による光源の投射位置と第２の距離計による光源の投射位置との間の距離から第１および第２の距離計により測定した距離を差し引くことで、厚さ測定対象物の第１の面と第２の面との間の厚さを演算する厚さ演算部とを備え、光学ベースに温調用の媒体の流路を有する水槽を接触させる。

本実施形態における厚さ測定装置の構成例を示す図。 本実施形態における厚さ測定装置による厚さ測定のための動作手順の一例を示すフローチャート。 本実施形態における厚さ測定装置の水槽内の流路の一例を示す断面図。 本実施形態における厚さ測定装置の水槽と光学ベースとの貼り合わせの第１の例を示す図。 本実施形態における厚さ測定装置の水槽と光学ベースとの貼り合わせの第２の例を示す図。 本実施形態における厚さ測定装置の光学ベース内の流路の一例を示す断面図。 本実施形態における厚さ測定装置の構成の第１の変形例を示す図。 本実施形態における厚さ測定装置の構成の第２の変形例を示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における厚さ測定装置の構成例を示す図である。
図１に示すように、本実施形態における厚さ測定装置は、被測定対象物９を挟むように上下に１組の距離計１ａ，１ｂを光学ベース３に取り付ける。図１に示した例では、被測定対象物９は、第１の表面およびこの表面の反対側の第２の表面を有する平板状の部材である。被測定対象物９の形状は特に限られない。

光学ベース３は被測定対象物９を距離計１ａ，１ｂの間に位置させるためのコの字状の開口部を有する平板状の部材である。
距離計１ａは、光学ベース３の第１の面の所定の位置に取り付けられる。この位置は、光学ベース３の平板方向が垂直方向を向いた状態で光学ベース３の開口部に被測定対象物９を位置させた際に、この被測定対象物９の第１の表面に対して鉛直方向に光線を投射出来る位置である。

また、距離計１ｂは、光学ベース３の第１の面の所定の位置に取り付けられる。この位置は、光学ベース３の平板方向が垂直方向を向いた状態で光学ベース３の開口部に被測定対象物９を位置させた際に、この被測定対象物９の第２の表面に対して鉛直方向に光線を投射出来る位置である。
つまり、光学ベース３の開口部に被測定対象物９を位置させると、距離計１ａ、被測定対象物９、距離計１ｂが一列に並ぶ。
光学ベース３および水槽４の底部の一部分は固定台座５を介して底板に固定される。光学ベース３、水槽４、固定台座５は検出器カバー８に囲まれる。周囲温度の変動による光学ベース３の開口部への熱の伝達の影響を少なくするために、固定台座５を設ける箇所は、光学ベース３および水槽４の開口部から離れた箇所が望ましい。この水槽４は、例えば銅、アルミで形成される。

図２は、本実施形態における厚さ測定装置による厚さ測定のための動作手順の一例を示すフローチャートである。
距離計１ａは、被測定対象物９の第１の表面に対して投射した光線の反射時間などに基づいて、距離計１ａにおける光源の投射位置から被測定対象物９の第１の表面までの距離ｌｄを測定する（Ｓ１）。

距離計１ｂは、被測定対象物９の第３の面に対して投射した光線の反射時間などに基づいて、距離計１ｂにおける光源の投射位置から被測定対象物９の第２の表面までの距離ｌｕを測定する（Ｓ２）。

厚さ演算装置２は、距離計１ａから被測定対象物９の第１の表面までの距離ｌｄを示す信号を受け取り、距離計１ｂから被測定対象物９の第２の表面までの距離ｌｕを示す信号を受け取る。

厚さ演算装置２は、内部メモリから定数Ｌを読み出す。この定数Ｌは、距離計１ａにおける光源の投射位置と距離計１ｂにおける光源の投射位置との間の距離である。
厚さ演算装置２は、これら受け取った距離ｌｄ，ｌｕと、定数Ｌと、以下の式（１）とに従って、被測定対象物９の第１の表面と第２の表面との間の厚さｔを演算する（Ｓ４）。
ｔ＝Ｌ−（ｌｄ＋ｌｕ） …式（１）
光学ベース３の第１の面の反対側の第２の面には、水槽４の所定の面が貼り合わせられる。この水槽４は、距離計１ａ，１ｂの間に被測定対象物９を位置させられるように、光学ベース３と同じコの字状の開口部を有する平板状をなす。光学ベース３と水槽４とは開口部同士を揃えて重ねる様に貼り合わせられる。

図３は、本実施形態における厚さ測定装置の水槽内の流路の一例を示す断面図である。この水槽４は、図３に示すように流路１０が形成される。この流路１０は、温調（温度調整）用の循環水を水槽４の内部の各部に偏りなく流せるように形成される。この流路１０の入口部はホース７ａに接続され、この流路１０の出口部はホース７ｂに接続される。温調用の循環水の温度は一定に保たれている。本実施形態では、循環装置６が温調用の循環水を循環させる構成としたが、温調が出来る媒体であれば水以外の媒体を循環させても良い。

図４は、本実施形態における厚さ測定装置の水槽と光学ベースとの貼り合わせの第１の例を示す図である。
循環装置６はホース７ａを介して水槽４内の流路１０に温調用の循環水を供給して、流路１０内で循環させる。この循環水は、水槽４内の流路１０の出口からホース７ｂｆを介して循環装置６に戻る。

これにより、水槽４と光学ベース３との間の伝熱が行われて、水槽４越しに光学ベース３が温調されて、光学ベース３の温度変動が抑えられる。これにより、距離計１ａ，１ｂによる測定する距離や式（１）で示した距離Ｌが周囲温度の変動の影響を受けにくくなり、厚さ演算装置２による演算の精度を向上させることができる。

図５は、本実施形態における厚さ測定装置の水槽と光学ベースとの貼り合わせの第２の例を示す図である。
図５に示した例では、光学ベース３の第２の面と水槽４の所定の面との間には、水槽４と光学ベース３との間の伝熱を行うための伝熱性クッション材１１が挟まれる構造となっている。伝熱性クッション材１１は、例えばバイメタルであり、光学ベース３の熱膨張率と水槽４の熱膨張率との違いを吸収する部材である。この伝熱性クッション材１１は、距離計１ａ，１ｂの間に被測定対象物９を位置させられるように、光学ベース３と同様のコの字状の開口部を有する平板状をなす。光学ベース３、水槽４、伝熱性クッション材１１は開口部同士を揃えて挟まれる。

光学ベース３、伝熱性クッション材１１、水槽４は、固定部材１２により、光学ベース３の第２の面の側と水槽４の所定の面の側とから挟んだ状態でネジにより締め付けて固定される。

図４に示した構成では、水槽４と光学ベース３とが貼り合わせられているので、水槽４の熱膨張が光学ベース３に伝わってしまう。
しかし、図５に示した構成とすれば、水槽４と光学ベース３とは貼り合わせられておらず、挟んで固定されているので、水槽４の熱膨張が光学ベース３に伝わりにくくなる。これにより、厚さ演算装置２による演算の精度をさらに向上させることができる。

図６は、本実施形態における厚さ測定装置の光学ベース内の流路の一例を示す断面図である。
前述した例では、流路を有する水槽４を光学ベース３に貼り付けるなどの例について説明したが、水槽４を用いずに、図６に示すように光学ベース３自体の内部に流路１０ａを形成してもよい。この構成では、循環装置６はホース７ａを介して光学ベース３内の流路１０ａに循環水を供給する。この循環水は、光学ベース３内の流路１０ａの出口からホース７ｂを介して循環装置６に戻る。
このような構成とすれば、光学ベース３に水槽４の機能をもたせることができるので、水槽４を別途設ける必要がなくなる。

図７は、本実施形態における厚さ測定装置の構成の第１の変形例を示す図である。
図７に示した例では、固定台座５と厚さ測定装置１の底板２０との間に水槽４ａが設けられる。この水槽４ａ内には流路１０が形成される。この構成では、循環装置６はホース７ａを介して水槽４ａ内の流路１０に循環水を供給する。この水は、水槽４ａ内の流路１０の出口からホース７ｂを介して循環装置６に戻る。
このような構成とすれば、周囲温度の変動により底板２０の温度が変動しても、この変動した熱が光学ベース３に伝達することを水槽４ａで防止できる。

図８は、本実施形態における厚さ測定装置の構成の第２の変形例を示す図である。
図８に示した例では、厚さ測定装置１の天板３０から、水槽４ｂを介して吊り下げ治具５ａが吊り下げられ、この吊り下げ治具５ａに第１の実施形態で説明した光学ベース３や水槽４が吊り下げられる。

この水槽４ｂ内には流路１０が形成される。この構成では、循環装置６はホース７ａを介して水槽４ｂ内の流路に循環水を供給する。この水は、水槽４ｂ内の流路１０の出口からホース７ｂを介して循環装置６に戻る。
このような構成とすれば、周囲温度の変動により天板３０の温度が変動しても、この変動した熱が光学ベース３に伝達することを水槽４ｂで防止できる。

これらの各実施形態によれば、周囲温度の変動による測定結果への影響を低減することが可能になる厚さ測定装置を提供することができる。
発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ａ，１ｂ…距離計、２…厚み演算装置、３…光学ベース、４，４ａ，４ｂ…水槽、５…固定台座、５ａ…吊り下げ治具、６…循環装置、７ａ，７ｂ…ホース、８…検出器カバー、９…被測定対象物、１０，１０ａ…流路、１１…伝熱性クッション材、１２…固定部材、２０…底板、３０…天板。

Claims (7)

1. 光学ベースに取り付けられ、厚さ測定対象物の第１の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と前記第１の面との間の距離を測定する第１の距離計と、
   前記光学ベースに取り付けられ、前記厚さ測定対象物の第１の面に対向する第２の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と前記第２の面との間の距離を測定する第２の距離計と、
   前記第１の距離計による光源の投射位置と前記第２の距離計による光源の投射位置との間の距離から前記第１および第２の距離計により測定した距離を差し引くことで、前記厚さ測定対象物の前記第１の面と前記第２の面との間の厚さを演算する厚さ演算部とを備え、
   温調用の媒体の流路を有する水槽を前記光学ベースに接触させた
   ことを特徴とする厚さ測定装置。
2. 前記光学ベースは開口部を有し、
   前記第１の距離計は、
   前記光学ベースの所定の面に取り付けられ、前記開口部に厚さ測定対象物を位置させて前記厚さ測定対象物の第１の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と前記第１の面との間の距離を測定し、
   前記第２の距離計は、
   前記開口部を挟むように前記光学ベースの前記所定の面に取り付けられ、前記厚さ測定対象物の第１の面に対向する第２の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と前記第２の面との間の距離を測定し、
   前記光学ベースの前記所定の面と異なる面に当該光学ベースと同形状の開口部を有する水槽を開口部を揃えて重ねた
   ことを特徴とする請求項１に記載の厚さ測定装置。
3. 前記水槽と前記光学ベースとを挟んで固定した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の厚さ測定装置。
4. 前記水槽と前記光学ベースとの間には、前記水槽と前記光学ベースとの間の伝熱を行うための部材が挟まれる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の厚さ測定装置。
5. 光学ベースに取り付けられ、厚さ測定対象物の第１の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と前記第１の面との間の距離を測定する第１の距離計と、
   前記光学ベースに取り付けられ、前記厚さ測定対象物の第１の面に対向する第２の面に光線を鉛直方向に投射することで光源の投射位置と前記第２の面との間の距離を測定する第２の距離計と、
   前記第１の距離計による光源の投射位置と前記第２の距離計による光源の投射位置との間の距離から前記第１および第２の距離計により測定した距離を差し引くことで、前記厚さ測定対象物の前記第１の面と前記第２の面との間の厚さを演算する厚さ演算部とを備え、
   前記光学ベース内に温調用の媒体を流すための流路を形成した
   ことを特徴とする厚さ測定装置。
6. 前記光学ベースおよび前記水槽は第２の水槽を介して底板に固定され、
   前記第２の水槽に前記温調用の媒体を流すための流路を形成した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の厚さ測定装置。
7. 前記光学ベースおよび前記水槽は第２の水槽を介して天板から吊り下げられ、
   前記第２の水槽に前記温調用の媒体を流すための流路を形成した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の厚さ測定装置。

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