JP2019194571A

JP2019194571A - 曲面形状検査装置

Info

Publication number: JP2019194571A
Application number: JP2019053708A
Authority: JP
Inventors: 聡梅村; Satoshi Umemura; 啓司野津; Keiji Nozu
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2019-11-07

Abstract

【課題】ガラス板の曲面形状を測定する技術であって、ガラス板の曲面の測定点に対し光を厳密に垂直に照射しなくても、測定点までの距離を測定できる技術を提供する。【解決手段】ガラス板の曲面における測定点に対し複数の波長成分を有する光を照射すると共に、前記光の前記測定点で反射された反射光を受光することより、前記測定点までの距離を測定する共焦点光学式センサーと、前記ガラス板の前記曲面における前記測定点の位置を移動させる測定点移動機構とを備える、曲面形状検査装置。【選択図】図１

Description

本開示は、曲面形状検査装置に関する。

特許文献１の曲面形状測定装置は、自動車用窓ガラスなどの被検査物の曲面の周縁部を測定する装置である。この装置は、５以上の自由度を有するロボットと、ロボットの先端に設けられた光学式距離センサーと、該センサーの位置を検出する位置検出器とを有する。非接触タイプの光学式距離センサーを用いるため、被検査物を傷付けることなく、被検査物の曲面形状を測定できる。

特開平１−１７４９０７号公報

ガラス板の曲面形状を測定する光学式距離センサーとしては、一般的に、三角測距方式のレーザー変位計が用いられる。三角測距方式のレーザー変位計は、ガラス板の曲面の測定点に垂直に光を照射する投光レンズと、測定点において反射された反射光を受光する受光レンズと、受光レンズを通過した反射光を受光する受光素子とを有する。受光レンズの光軸は、投光レンズの光軸に対し斜めに配置される。

投光レンズから測定点までの距離が変わると、測定点から受光レンズに入射する反射光の反射角度が変わり、反射光の受光素子に結像する位置が変わる。反射光の受光素子に結像する位置に基づき、投光レンズから測定点までの距離が測定される。測定点までの距離を測定することと、測定点の位置を変えることとを繰り返すことで、ガラス板の曲面形状が測定される。

ところで、三角測距方式では、投光レンズの光軸がガラス板の曲面の測定点での法線に対し例えば１°〜２°傾くだけで、反射光が受光素子に結像されなくなり、距離の測定が不可能になる。距離の測定を可能にするためには、投光レンズの光軸と、ガラス板の曲面の測定点での法線とを正確に一致させる必要がある。

投光レンズの光軸の角度を決定する時点では、ガラス板の実際の曲面形状は不明である。そのため、ガラス板の理想的な曲面形状に基づき、投光レンズの光軸の角度が決定される。しかし、理想的な曲面形状と実際の曲面形状とのずれが大きいと、距離の測定が不可能になる。

本開示の一態様は、ガラス板の曲面形状を測定する技術であって、ガラス板の曲面の測定点に対し光を厳密に垂直に照射しなくても、測定点までの距離を測定できる技術を提供する。

本開示の一態様に係る曲面形状検査装置は、
ガラス板の曲面における測定点に対し複数の波長成分を有する光を照射すると共に、前記光の前記測定点で反射された反射光を受光することより、前記測定点までの距離を測定する共焦点光学式センサーと、
前記ガラス板の前記曲面における前記測定点の位置を移動させる測定点移動機構とを備える。

本開示の一態様によれば、ガラス板の曲面形状を測定する技術であって、ガラス板の曲面の測定点に対し光を厳密に垂直に照射しなくても、測定点までの距離を測定できる技術が提供される。

図１は、一実施形態に係る曲面形状検査装置を示す正面図である。図２は、一実施形態に係る曲面形状検査装置を示す平面図である。図３は、一実施形態に係る共焦点光学式センサーを示す図である。図４は、一実施形態に係る受光部を示す図である。図５は、一実施形態に係る受光部で受光される受光量と波長との関係を示す図である。図６は、一実施形態に係る第１曲面の外縁全体に沿って第１測定点を移動させる経路を示す図である。図７は、一実施形態に係る第１曲面の全体に横縞を描くように第１測定点を移動させる経路を示す図である。図８は、一実施形態に係る第１曲面の全体に縦縞を描くように第１測定点を移動させる経路を示す図である。図９は、一実施形態に係る第１曲面の撮像領域の外縁に沿って第１測定点を移動させる経路を示す図である。図１０は、一実施形態に係るヘッド部と測定点との位置関係を示す図である。図１１は、変形例に係るヘッド部と測定点との位置関係を示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。尚、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。

図１は、一実施形態に係る曲面形状検査装置を示す正面図である。図２は、一実施形態に係る曲面形状検査装置を示す平面図である。各図面において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向は互いに直交する方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

曲面形状検査装置１０は、載置台１１に載置された測定対象物２０の曲面形状を測定する。測定対象物２０は、載置台１１の予め定められた位置に載置される。その位置合わせは、手動で行われてもよいし、自動で行われてもよい。

載置台１１は、平板状の基台１２と、基台１２に立設される複数本の支持柱１３とを有する。複数本の支持柱１３のそれぞれの上端面は、測定対象物２０の外縁部に接するため、測定対象物２０に沿った曲面形状を有する。

測定対象物２０は、例えば、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２とを重ねたものである。第１ガラス板３１と第２ガラス板３２とは、曲面形状検査装置１０による検査後に、中間膜を介して貼合される。これにより、合わせガラスが製造される。

第１ガラス板３１および第２ガラス板３２は、それぞれ、無機ガラスにより形成される。無機ガラスとしては、例えばソーダライムガラス、アルミナシリケートガラスが挙げられる。無機ガラスは、強化ガラス、未強化ガラスのいずれでもよい。未強化ガラスは、溶融ガラスを板状に成形し、徐冷したものである。強化ガラスは、未強化ガラスの表面に圧縮応力層を形成したものである。強化ガラスは、物理強化ガラス（例えば風冷強化ガラス）、化学強化ガラスのいずれでもよい。

尚、第１ガラス板および第２ガラス板３２は、それぞれ、有機ガラスにより形成されてもよい。有機ガラスとしては、ポリカーボネートなどの透明樹脂が挙げられる。

第１ガラス板３１および／または第２ガラス板３２の厚みは、０．３ｍｍ〜５．０ｍｍであることが好ましい。より好ましくは、０．５ｍｍ〜２．３ｍｍである。第１ガラス板３１および／または第２ガラス板３２の厚みが０．２ｍｍ以上であれば、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２とを、中間膜を介して貼合した合わせガラスの必要な曲げ剛性が確保される。第１ガラス板３１および／または第２ガラス板３２の厚みが５．０ｍｍ以下であれば、例えばバスやトラックなどの大型の自動車に取り付ける窓ガラスとして用いることができる。第１ガラス板３１の厚みと第２ガラス板３２の厚みとは同じでもよいし、異なっていてもよい。第１ガラス板３１の厚みと第２ガラス板３２の厚みとが異なる場合、合わせガラスが自動車の車体に取り付けられたとき、厚みが厚い方を車外側に配置することが好ましい。

第１ガラス板３１および／または第２ガラス板３２は、例えば自動車の車体に取り付けられたとき、断面視上下方向において一端から他端に向けて板厚が変化するテーバー形状を有していてもよい。

中間膜は、例えばポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ）、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）などにより形成される。中間膜の厚さは、一定でもよいし、予め定めた方向に連続的に大きくなってもよい。後者の場合、断面くさび状の合わせガラスが製造される。

合わせガラスは、例えば自動車の窓ガラスとして用いられる。合わせガラスが自動車の車体に取り付けられたとき、第１ガラス板３１が車外側に配置され、第２ガラス板３２が車内側に配置される。

第１ガラス板３１と第２ガラス板３２とは、本実施形態では貼合前のものあるが、貼合後のもの（合わせガラス）であってもよい。つまり、曲面形状検査装置１０は貼合前の検査に用いられるが、貼合後の検査に用いられてもよい。

第１ガラス板３１は、第２ガラス板３２の上に載せられる。測定対象物２０は、屈折率が不連続に変化する面（以下、「屈折率不連続面」とも呼ぶ。）として、第１曲面２１、第２曲面２２、第３曲面２３および第４曲面２４を、上側から下方側に向けてこの順で有する。

第１曲面２１は、第１ガラス板３１の２つの主表面のうち、第２ガラス板３２とは反対側の主表面である。つまり、第１曲面２１は、第１ガラス板３１の上面である。第１曲面２１は、屈折率の異なる空気とガラスとの境界面である。

第２曲面２２は、第１ガラス板３１の２つの主表面のうち、第２ガラス板３２に対向する主表面である。つまり、第２曲面２２は、第１ガラス板３１の下面である。第２曲面２２は、屈折率の異なる空気とガラスとの境界面である。

第３曲面２３は、第２ガラス板３２の２つの主表面のうち、第１ガラス板３１に対向する主表面である。つまり、第３曲面２３は、第２ガラス板３２の上面である。第３曲面２３は、屈折率の異なる空気とガラスとの境界面である。

第４曲面２４は、第２ガラス板３２の２つの主表面のうち、第１ガラス板３１とは反対側の主表面である。つまり、第４曲面２４は、第２ガラス板３２の下面である。第４曲面２４は、屈折率の異なる空気とガラスとの境界面である。

尚、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２との配置は逆でもよく、第１ガラス板３１の上に第２ガラス板３２が載置されてもよい。第１ガラス板３１の上に第２ガラス板３２が載置される場合としては、載置台１１が重力曲げ成形炉を通過しさらに曲面形状検査装置１０まで移動する場合が挙げられる。

第１ガラス板３１および第２ガラス板３２は、重力曲げ成形炉の内部において加熱され、自重によって曲げ成形されてもよい。重力曲げ成形炉において第１ガラス板３１および第２ガラス板３２はそれぞれ下に凸に曲げ成形されるため、第１ガラス板３１の上に第２ガラス板３２が載置される。なお、第１ガラス板３１および第２ガラス板３２は、プレス法、ローラー法によって曲げ成形されてもよい。第１ガラス板３１および第２ガラス板３２のそれぞれの曲率半径の最小値は、好ましくは１０×１０^６ｍｍ以下であり、より好ましくは５×１０^６ｍｍ以下である。

貼合前の第１ガラス板３１と第２ガラス板３２との少なくとも一方には、配線を隠すための遮光層（不図示）が形成されてよい。遮光層は、例えば黒色セラミック粉末を焼成して形成される。この焼成は、重力曲げと同時に行われてよい。遮光層は、第２曲面２２の外周部と、第４曲面２４の外周部との少なくとも一方に形成される。

測定対象物２０は、貼合前の第１ガラス板３１と第２ガラス板３２とを重ねたものには限定されない。例えば、曲面形状検査装置１０は、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２とを別々に検査してもよい。

測定対象物２０の用途は、自動車の窓ガラスには限定されず、例えば自動車の車内に設けられるパネル、建物の窓ガラスなどでもよい。測定対象物２０は、１枚以上のガラス板を有していればよい。

曲面形状検査装置１０は、測定対象物２０の第１曲面２１における第１測定点Ｐ１（図３参照）に対し複数の波長成分を有する光を照射すると共に、光の第１測定点Ｐ１で反射された反射光を受光することより、第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を測定する共焦点光学式センサー５０を備える。

共焦点光学式センサー５０は、本実施形態では第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を測定するが、第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１、第２測定点Ｐ２（図３参照）までの距離Ｌ２、第３測定点Ｐ３（図３参照）までの距離Ｌ３、および第４測定点Ｐ４（図３参照）までの距離Ｌ４のうち少なくとも１つを測定すればよい。

図３は、一実施形態に係る共焦点光学式センサーを示す図である。図４は、一実施形態に係る受光部を示す図である。図５は、一実施形態に係る受光部で受光される受光量と波長との関係を示す図である。

共焦点光学式センサー５０は、複数の波長成分を有する光を発生する光源５１と、光源５１から導光される光に軸上色収差を生じさせると共に、光を第１測定点Ｐ１に向けて集光照射するヘッド部５３とを有する。光源５１で発生する光は、例えば白色光である。光源５１としては、典型的には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられる。光源５１で発生した光は、導光部５２を伝搬してヘッド部５３に到達する。なお、光源５１としては、キセノン光源など、複数の波長成分を有する光を発生する光源であれば特に限定されない。
ＬＥＤを含む光源５１の発光方式は、シングルチップ式、およびマルチチップ式のいずれでもよい。発光方式がシングルチップ式である場合、光源５１は青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを含む。黄色蛍光体は、青色ＬＥＤからの青色の光の一部を吸収し、黄色に発光する。一方、発光方式がマルチチップ式である場合、光源５１は赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを含む。シングルチップ式は、マルチチップ式に比べて、光源５１のコストを低減できる。一方、マルチチップ式は、シングルチップ式に比べて、波長による強度のばらつきを低減できる。
なお、発光方式がシングルチップ式である場合、光源５１は紫外線ＬＥＤと赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体とを有してもよい。赤色蛍光体は、紫外線ＬＥＤからの紫外線の一部を吸収し、赤色に蛍光する。緑色蛍光体は、紫外線ＬＥＤからの紫外線の一部を吸収し、緑色に発光する。青色蛍光体は、紫外線ＬＥＤからの紫外線の一部を吸収し、青色に発光する。

ヘッド部５３は、通過する光に軸上色収差を生じさせる色収差ユニット５４と、光を第１測定点Ｐ１に向けて集光照射する対物レンズ５５を含む。対物レンズ５５を通過した光は、ヘッド部５３の光軸５３Ａ上に焦点を結ぶ。その焦点位置は、波長ごとに異なる。対物レンズ５５に最も近い焦点位置から対物レンズ５５から最も遠い焦点位置までの範囲が、共焦点光学式センサー５０の測定範囲Ｒである。波長と焦点位置との関係は、予め処理部６８に記憶される。光のうち、焦点位置が測定対象物２０の屈折率の不連続面に合致する波長成分が、測定対象物２０で反射され、ヘッド部５３に入射する。

例えば、波長λ１の光の焦点は、測定対象物２０の第１曲面２１に合致する。ヘッド部５３の光軸５３Ａと第１曲面２１との交点を、第１測定点Ｐ１とも呼ぶ。第１曲面２１は屈折率の不連続面であるため、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１において波長λ１の光が反射され、波長λ１の光がヘッド部５３に入射する。

また、波長λ２の光の焦点は、測定対象物２０の第２曲面２２に合致する。ヘッド部５３の光軸５３Ａと第２曲面２２との交点を、第２測定点Ｐ２とも呼ぶ。第２曲面２２は屈折率の不連続面であるため、第２曲面２２の第２測定点Ｐ２において波長λ２の光が反射され、波長λ２の光がヘッド部５３に入射する。

さらに、波長λ３の光の焦点は、測定対象物２０の第３曲面２３に合致する。ヘッド部５３の光軸５３Ａと第３曲面２３との交点を、第３測定点Ｐ３とも呼ぶ。第３曲面２３は屈折率の不連続面であるため、第３曲面２３の第３測定点Ｐ３において波長λ３の光が反射され、波長λ３の光がヘッド部５３に入射する。

さらにまた、波長λ４の光の焦点は、測定対象物２０の第４曲面２４に合致する。ヘッド部５３の光軸５３Ａと第４曲面２４との交点を、第４測定点Ｐ４とも呼ぶ。第４曲面２４は屈折率の不連続面であるため、第４曲面２４の第４測定点Ｐ４において波長λ４の光が反射され、波長λ４の光がヘッド部５３に入射する。

共焦点光学式センサー５０は、ヘッド部５３に入射した反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部６１と、受光部６１における各波長成分の受光量に基づいて、ヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を算出する処理部６８とを有する。受光部６１は波長λ１〜λ４の光を受光し、処理部６８は波長λ１〜λ４の焦点位置に相当する距離Ｌ１〜Ｌ４を算出する。

受光部６１は、ヘッド部５３に入射した反射光を各波長成分に分離する分光器６２と、分光器６２で分離された各波長成分を受光する検出器６３とを含む。分光器６２としては、例えば、回折格子が用いられる。検出器６３としては、例えば異なる波長成分を受光する複数の受光素子が一次元配置されたラインセンサー（一次元センサー）が用いられる。受光素子の位置と受光素子で受光される光の波長との関係は、予め設定され、処理部６８に記憶される。尚、検出器６３としては、二次元センサーが用いられてもよい。

受光部６１は、分光器６２に加えて、分光器６２に向けて伝搬する反射光を平行化するコリメートレンズ６４をさらに含んでよい。また、受光部６１は、検出器６３に加えて、検出器６３での検出結果を処理部６８へ出力するための読出回路６５をさらに含んでよい。また、受光部６１は、分光器６２および検出器６３に加えて、分光器６２で分離された各波長成分の検出器６３におけるスポット径を調整する縮小光学系６６をさらに有してよい。

処理部６８は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶媒体などを有する。処理部６８は、記憶媒体に記憶された各種のプログラムをＣＰＵで実行することにより、各種の処理を行う。処理部６８は、検出器６３で検出される各波長成分の受光量に基づいて、ヘッド部５３から測定対象物２０の第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を算出する。

処理部６８は、本実施形態では第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を測定するが、第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１、第２測定点Ｐ２までの距離Ｌ２、第３測定点Ｐ３までの距離Ｌ３、および第４測定点Ｐ４までの距離Ｌ４のうち少なくとも１つを測定すればよい。

処理部６８は、第２測定点Ｐ２までの距離Ｌ２と第３測定点Ｐ３までの距離Ｌ３とを測定し、これらの距離Ｌ２、Ｌ３の差（Ｌ３−Ｌ２）を算出してもよい。この差（Ｌ３−Ｌ２）は、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２との隙間の大きさである。隙間の大きさは、ゼロでもよいし、ゼロではなくてもよい。いずれにしろ、隙間の大きさが均一であると、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２との貼合時に生じる応力が小さく、破損が防止できる。

以上説明したように、本実施形態の曲面形状検査装置１０は、共焦点光学式センサー５０を用いて曲面形状を検査する。共焦点方式の場合、光源５１において発生した光は、ヘッド部５３の対物レンズ５５を通過し、測定対象物２０において反射された後、三角測距方式の場合とは異なり、対物レンズ５５を再び通過する。第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎ（不図示）に対しヘッド部５３の光軸５３Ａが数十度傾いても、第１測定点Ｐ１において散乱反射された光が対物レンズ５５を通過する。従って、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１に対し光を厳密に垂直に照射しなくても、第１測定点Ｐ１において反射された光が対物レンズ５５を通過するため、第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を測定できる。

同様に、第２曲面２２の第２測定点Ｐ２に対し光を厳密に垂直に照射しなくても、第２測定点Ｐ２において反射された光が対物レンズ５５を通過するため、第２測定点Ｐ２までの距離Ｌ２を測定できる。また、第３曲面２３の第３測定点Ｐ３に対し光を厳密に垂直に照射しなくても、第３測定点Ｐ３において反射された光が対物レンズ５５を通過するため、第３測定点Ｐ３までの距離Ｌ３を測定できる。さらに、第４曲面２４の第４測定点Ｐ４に対し光を厳密に垂直に照射しなくても、第４測定点Ｐ４において反射された光が対物レンズ５５を通過するため、第４測定点Ｐ４までの距離Ｌ４を測定できる。

曲面形状検査装置１０は、図１および図２に示すように、測定対象物２０の第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置を移動させる測定点移動機構７０を備える。測定点移動機構７０は、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置だけではなく、第２曲面２２における第２測定点Ｐ２の位置、第３曲面２３における第３測定点Ｐ３の位置、および第４曲面２４における第４測定点Ｐ４の位置をも移動させる。

測定点移動機構７０は、測定対象物２０の第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置を移動させるため、測定対象物２０と、共焦点光学式センサー５０のヘッド部５３のいずれを移動させてもよいし、両方を移動させてもよい。共焦点光学式センサー５０によって第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を測定することと、測定点移動機構７０によって第１測定点Ｐ１の位置を変えることとを繰り返すことで、第１曲面２１の曲面形状を測定できる。

第１曲面２１の曲面形状のみならず、第２曲面２２の曲面形状、第３曲面２３の曲面形状、および第４曲面２４の曲面形状をも測定できる。また、第２曲面２２の曲面形状と第３曲面２３の曲面形状とから、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２との隙間の均一性をも評価できる。

測定点移動機構７０は、例えば、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に、ヘッド部５３を移動させるヘッド部移動機構７１を有する。ヘッド部５３の位置は、第１測定点Ｐ１が共焦点光学式センサー５０の測定範囲Ｒ（図３参照）に収まるように設定される。ヘッド部の位置は、好ましくは、第１測定点Ｐ１のみならず第２測定点Ｐ２、第３測定点Ｐ３および第４測定点Ｐ４が共焦点光学式センサー５０の測定範囲Ｒに収まるように設定される。

ヘッド部移動機構７１は、ヘッド部５３を移動させることにより、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動する。ヘッド部移動機構７１は、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置だけではなく、第２曲面２２における第２測定点Ｐ２の位置、第３曲面２３における第３測定点Ｐ３の位置、および第４曲面２４における第４測定点Ｐ４の位置をも移動させる。

ヘッド部移動機構７１は、図１〜図２に示すように、Ｙ軸方向に延びるＹ軸ガイド７２と、Ｙ軸ガイド７２に沿って移動されるＹ軸スライダ７３と、Ｙ軸スライダ７３をＹ軸方向に移動させるＹ軸モータ７４とを有する。Ｙ軸モータ７４の回転運動は、ボールねじ等の運動変換機構によってＹ軸スライダ７３の直線運動に変換される。Ｙ軸スライダ７３と共にヘッド部５３がＹ軸方向に移動する。ヘッド部５３のＹ軸方向における位置は、Ｙ軸モータエンコーダ７５を用いて検出する。Ｙ軸モータエンコーダ７５は、Ｙ軸モータ７４の回転量および回転方向を検出し、その検出結果の信号を制御装置９０に送信する。

ヘッド部移動機構７１は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ガイド７６と、Ｘ軸ガイド７６に沿って移動されるＸ軸スライダ７７と、Ｘ軸スライダ７７をＸ軸方向に移動させるＸ軸モータ７８とを有する。Ｘ軸モータ７８の回転運動は、ボールねじ等の運動変換機構によってＸ軸スライダ７７の直線運動に変換される。Ｘ軸スライダ７７と共にヘッド部５３がＸ軸方向に移動する。ヘッド部５３のＸ軸方向における位置は、Ｘ軸モータエンコーダ７９を用いて検出する。Ｘ軸モータエンコーダ７９は、Ｘ軸モータ７８の回転量および回転方向を検出し、その検出結果の信号を制御装置９０に送信する。

ヘッド部移動機構７１は、Ｚ軸方向に延びるＺ軸ガイド８０と、Ｚ軸ガイド８０に沿って移動されるＺ軸スライダ８１と、Ｚ軸スライダ８１をＺ軸方向に移動させるＺ軸モータ８２とを有する。Ｚ軸モータ８２の回転運動は、ボールねじ等の運動変換機構によってＺ軸スライダ８１の直線運動に変換される。Ｚ軸スライダ８１と共にヘッド部５３がＺ軸方向に移動する。ヘッド部５３のＺ軸方向における位置は、Ｚ軸モータエンコーダ８３を用いて検出する。Ｚ軸モータエンコーダ８３は、Ｚ軸モータ８２の回転量および回転方向を検出し、その検出結果の信号を制御装置９０に送信する。

測定点移動機構７０は、Ｙ軸に平行な回転軸８６を中心にヘッド部５３を回転させるヘッド部回転機構８５をさらに有する。ヘッド部回転機構８５は、ヘッド部５３を回転させることにより、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１における法線ｎの、Ｘ軸成分ｎ_ＸとＺ軸成分ｎ_Ｚとの合成成分ｎ_ＸＺに、ヘッド部５３の光軸５３Ａを合致させる（図１０参照）。Ｙ軸方向に垂直な断面において第１曲面２１の曲率が大きい場合に、第１曲面２１に対し略垂直に光を照射できるため、ヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を精度良く測定できる。

ヘッド部回転機構８５は、ヘッド部５３の光軸５３Ａを、本実施形態では第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での合成成分ｎ_ＸＺに合致させるが、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での合成成分ｎ_ＸＺ、第２曲面２２の第２測定点Ｐ２での合成成分ｎ_ＸＺ、第３曲面２３の第３測定点Ｐ３での合成成分ｎ_ＸＺ、および第４曲面２４の第４測定点Ｐ４での合成成分ｎ_ＸＺのうち少なくとも１つに合致させればよい。

ヘッド部回転機構８５は、Ｙ軸に平行な回転軸８６と、回転軸８６を中心に回転する回転盤８７と、回転盤８７を回転させる回転モータ８８とを有する。回転モータ８８は、例えばＺ軸スライダ８１に固定され、Ｚ軸スライダ８１と共に昇降する。回転モータ８８が回転盤８７を回転させると、回転盤８７と共にヘッド部５３が回転軸８６を中心に回転する。ヘッド部５３の回転軸８６周りの回転角は、不図示の回転モータエンコーダを用いて検出する。回転モータエンコーダは、回転モータ８８の回転量および回転方向を検出し、その検出結果の信号を制御装置９０に送信する。

載置台１１が固定される固定台１５に対し、一対のＹ軸ガイド７２がＸ軸方向に間隔をおいて固定される。Ｙ軸スライダおよびＹ軸モータ７４は、それぞれ、一対設けられる。一対のＹ軸モータ７４は、一対のＹ軸スライダ７３を同期して移動させる。一対のＹ軸スライダ７３の間に、一対のＸ軸ガイド７６が架け渡される。一対のＸ軸ガイド７６に沿って移動されるＸ軸スライダ７７には、一対のＺ軸ガイド８０が固定される。Ｚ軸ガイド８０に沿って移動するＺ軸スライダ８１には、回転盤８７が回転自在に取り付けられる。回転盤８７には、ヘッド部５３が固定される。

尚、測定点移動機構７０は、上記の構成には限定されない。例えばＹ軸方向に垂直な断面において測定対象物２０の曲面の曲率が小さい場合、測定点移動機構７０はヘッド部回転機構８５を有しなくてもよい。またＸ軸方向に垂直な断面において測定対象物２０の曲面の曲率が大きい場合、測定点移動機構７０はＸ軸に平行な回転軸を中心にヘッド部５３を回転させるヘッド部回転機構をさらに有してもよい。

曲面形状検査装置１０は、測定点移動機構７０を制御する制御装置９０を備える。制御装置９０は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶媒体などを有する。制御装置９０は、記憶媒体に記憶された各種のプログラムをＣＰＵで実行することにより、各種の処理を行う。尚、制御装置９０は、共焦点光学式センサー５０の処理部６８を兼ねてもよい。

制御装置９０は、測定点移動機構７０を制御することにより、測定対象物２０の第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置を制御する。第１測定点Ｐ１の移動経路データは制御装置９０の記憶媒体に予め記憶されており、記憶された移動経路データに従って第１測定点Ｐ１が移動される。

制御装置９０による制御下で測定点移動機構７０が第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置を移動させる間、共焦点光学式センサー５０はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を繰り返し測定する。これにより、第１曲面２１の曲面形状を測定できる。

制御装置９０は、測定した曲面形状と理想の曲面形状とを比較し、その比較結果に基づいて測定対象物２０の品質を評価してよい。理想の曲面形状は、例えばＣＡＤ（Computer Aided Design）データの形式で制御装置９０の記憶媒体に予め記憶されたものを読み出して用いる。

制御装置９０は、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２との隙間の大きさ（Ｌ３−Ｌ２）のばらつき（例えば最大値と最小値との差、標準偏差など）が閾値以下であるか否かを判定してもよい。閾値は、第１ガラス板３１と第２ガラス板３２との貼合時に第１ガラス板３１または第２ガラス板３２が破損しないように、予め実験等で定められ、制御装置９０の記憶媒体に予め記憶されたものを読み出して用いる。

次に、図６〜図９を参照して、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の移動経路ＭＰについて説明する。尚、第２曲面２２における第２測定点Ｐ２の移動経路、第３曲面２３における第３測定点Ｐ３の移動経路、および第４曲面２４における第４測定点Ｐ４の移動経路は、それぞれ、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の移動経路と同様であるため、説明を省略する。

図６は、一実施形態に係る第１曲面の外縁全体に沿って第１測定点を移動させる経路を示す図である。制御装置９０による制御下で測定点移動機構７０が第１曲面２１の外縁全体に沿って第１測定点Ｐ１を移動させる間、共焦点光学式センサー５０はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を繰り返し測定する。これにより、第１曲面２１の外縁部に歪みが無いか検査できる。

図７は、一実施形態に係る第１曲面の全体に横縞を描くように第１測定点を移動させる経路を示す図である。制御装置９０による制御下で測定点移動機構７０が第１曲面２１の全体に横縞を描くように第１測定点Ｐ１を移動させる間、共焦点光学式センサー５０はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を繰り返し測定する。これにより、第１曲面２１の全体において歪みが無いか検査できる。

図８は、一実施形態に係る第１曲面の全体に縦縞を描くように第１測定点を移動させる経路を示す図である。制御装置９０による制御下で測定点移動機構７０が第１曲面２１の全体に縦縞を描くように第１測定点Ｐ１を移動させる間、共焦点光学式センサー５０はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を繰り返し測定する。これにより、第１曲面２１の全体において歪みが無いか検査できる。

図９は、一実施形態に係る第１曲面の撮像領域の外縁に沿って第１測定点を移動させる経路を示す図である。自動車の車内に設置されるカメラは、第１曲面２１の撮像領域２１Ａを介して、自動車の車外を撮像する。制御装置９０による制御下で測定点移動機構７０が撮像領域２１Ａの外縁全体に沿って第１測定点Ｐ１を移動させる間、共焦点光学式センサー５０はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を繰り返し測定する。これにより、撮像領域２１Ａに歪みが無いか検査できる。

尚、図６〜図９に示すように、Ｚ方向視で、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置は、２次元で移動されるが、１次元で移動されてもよい。例えば、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置は、第１曲面２１をＸ軸方向に均等に二分割する中心線上で移動されてもよい。また、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の位置は、第１曲面２１をＹ軸方向に均等に二分割する中心線上で移動されてもよい。

図１０は、一実施形態に係るヘッド部と測定点との位置関係を示す図である。制御装置９０は、測定点移動機構７０を制御することにより、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎの、Ｘ軸成分ｎ_ＸとＺ軸成分ｎ_Ｚとの合成成分ｎ_ＸＺに、ヘッド部５３の光軸５３Ａを合致させる。ヘッド部５３の光軸５３Ａは、Ｘ軸成分ｎ_ＸとＺ軸成分ｎ_Ｚとの合成成分ｎ_ＸＺに合致すればよく、法線ｎに合致しなくてもよい。Ｙ軸方向に垂直な断面において第１曲面２１の曲率が大きい場合に、第１曲面２１に対し略垂直に光を照射できるため、ヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を精度良く測定できる。

第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎは、制御装置９０の記憶媒体に予め記憶された第１曲面２１のＣＡＤデータから求める。合成成分ｎ_ＸＺに、ヘッド部５３の光軸５３Ａを合致させる場合、載置台１１に固定されるＸＹＺ座標系での、第１測定点Ｐ１の座標を（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）とし、ヘッド部５３の回転中心Ｐ０の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、下記式（１）が成立する。

上記式（１）において、θ_ＹはＹ軸方向視での法線ｎの傾斜角度であり、Ｌ０はヘッド部５３の回転中心Ｐ０から第１測定点Ｐ１までの距離であり、Ｌ１はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離である。

Ｌ０はＬ１よりも当然に大きく、Ｌ０とＬ１との差は一定である。Ｌ１が共焦点光学式センサー５０の測定範囲Ｒ（図３参照）に収まるように、Ｌ０が決定される。好ましくは、Ｌ１〜Ｌ４の全てが共焦点光学式センサー５０の測定範囲Ｒに収まるように、Ｌ０が決定される。Ｌ２はヘッド部５３から第２測定点Ｐ２までの距離であり、Ｌ３はヘッド部５３から第３測定点Ｐ３までの距離であり、Ｌ４はヘッド部５３から第４測定点Ｐ４までの距離である。

制御装置９０は、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の移動経路ＭＰ（図６〜図９参照）と、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎとに基づき、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ_Ｙ）の経時変化データを作成する。制御装置９０は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ_Ｙ）の経時変化データに従って、測定点移動機構７０を制御する。

図１１は、変形例に係るヘッド部と測定点との位置関係を示す図である。制御装置９０は、測定点移動機構７０を制御することにより、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎの、Ｙ軸成分ｎ_ＹとＺ軸成分ｎ_Ｚとの合成成分ｎ_ＹＺに、ヘッド部５３の光軸５３Ａを合致させてもよい。ヘッド部５３の光軸５３Ａは、Ｙ軸成分ｎ_ＹとＺ軸成分ｎ_Ｚとの合成成分ｎ_ＹＺに合致すればよく、法線ｎに合致しなくてもよい。Ｘ軸方向に垂直な断面において第１曲面２１の曲率が大きい場合に、第１曲面２１に対し略垂直に光を照射できるため、ヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離Ｌ１を精度良く測定できる。

第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎは、制御装置９０の記憶媒体に予め記憶された第１曲面２１のＣＡＤデータから求める。合成成分ｎ_ＹＺに、ヘッド部５３の光軸５３Ａを合致させる場合、載置台１１に固定されるＸＹＺ座標系での、第１測定点Ｐ１の座標を（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）とし、ヘッド部５３の回転中心Ｐ０の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、下記式（２）が成立する。

上記式（２）において、θ_ＸはＸ軸方向視での法線ｎの傾斜角度であり、Ｌ０はヘッド部５３の回転中心Ｐ０から第１測定点Ｐ１までの距離であり、Ｌ１はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離である。

制御装置９０は、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の移動経路ＭＰ（図６〜図９参照）と、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎとに基づき、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ_Ｘ）の経時変化データを作成する。制御装置９０は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ_Ｘ）の経時変化データに従って、測定点移動機構７０を制御する。

尚、Ｙ軸方向に垂直な断面と、Ｚ軸方向に垂直な断面との両方において、第１曲面２１の曲率が大きい場合、制御装置９０は、測定点移動機構７０を制御することにより、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎに、ヘッド部５３の光軸５３Ａを合致させてよい。

この場合、載置台１１に固定されるＸＹＺ座標系での、第１測定点Ｐ１の座標を（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）とし、ヘッド部５３の回転中心Ｐ０の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、下記式（３）が成立する。

上記式（３）において、θ_ＸはＸ軸方向視での法線ｎの傾斜角度であり、θ_ＹはＹ軸方向視での法線ｎの傾斜角度であり、Ｌ０はヘッド部５３の回転中心Ｐ０から第１測定点Ｐ１までの距離であり、Ｌ１はヘッド部５３から第１測定点Ｐ１までの距離である。

制御装置９０は、第１曲面２１における第１測定点Ｐ１の移動経路ＭＰ（図６〜図９参照）と、第１曲面２１の第１測定点Ｐ１での法線ｎとに基づき、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ_Ｘ，θ_Ｙ）の経時変化データを作成する。制御装置９０は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ_Ｘ，θ_Ｙ）の経時変化データに従って、測定点移動機構７０を制御する。

以上、本開示に係る曲面形状検査装置の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

１０曲面形状検査装置
２０測定対象物
２１第１曲面
Ｐ１第１測定点
２２第２曲面
Ｐ２第２測定点
２３第３曲面
Ｐ３第３測定点
２４第４曲面
Ｐ４第４測定点
３１第１ガラス板
３２第２ガラス板
５０共焦点光学式センサー
５１光源
５３ヘッド部
６１受光部
６８処理部
７０測定点移動機構
７１ヘッド部移動機構
８５ヘッド部回転機構

Claims

ガラス板の曲面における測定点に対し複数の波長成分を有する光を照射すると共に、前記光の前記測定点で反射された反射光を受光することより、前記測定点までの距離を測定する共焦点光学式センサーと、
前記ガラス板の前記曲面における前記測定点の位置を移動させる測定点移動機構とを備える、曲面形状検査装置。
前記共焦点光学式センサーは、
前記光を発生する光源と、
前記光源から導光される前記光に軸上色収差を生じさせると共に前記光を前記測定点に向けて集光照射し、前記光の前記測定点で反射された前記反射光を入射させるヘッド部と、
前記ヘッド部に入射された前記反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部と、
前記受光部における各波長成分の受光量に基づいて、前記ヘッド部から前記測定点までの距離を算出する処理部とを有する、請求項１に記載の曲面形状検査装置。
前記測定点移動機構は、
互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に、前記ヘッド部を移動させるヘッド部移動機構と、
Ｙ軸に平行な回転軸を中心に前記ヘッド部を回転させるヘッド部回転機構とを有する、請求項２に記載の曲面形状検査装置。
前記測定点移動機構を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記曲面の前記測定点での法線の、Ｘ軸成分とＺ軸成分との合成成分に、前記ヘッド部の光軸を合致させる、請求項３に記載の曲面形状検査装置。
前記曲面形状検査装置は、互いに重ねられた第１ガラス板と第２ガラス板との隙間の大きさを検査するものであって、
前記処理部は、前記ヘッド部から、前記ヘッド部の光軸と前記第１ガラス板の前記第２ガラス板に対向する主表面との交点までの距離を算出すると共に、前記ヘッド部から、前記ヘッド部の光軸と前記第２ガラス板の前記第１ガラス板に対向する主表面との交点までの距離を算出する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の曲面形状検査装置。