JP4833503B2 - 厚さ測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の厚さ寸法を測定する厚さ測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
【特許文献1】
特開平6−74760号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えば変位センサでは、被測定物までの距離を測定し、測定距離が変化することで凹凸部位を特定したり、表面状態の確認などに用いたりするようにしている。このような変位センサを使用する際には、変位センサの測定可能範囲の中心に被測定物が配置されるように変位センサの位置決めを行うのが望ましい。
【0005】
特開平6−74760号公報のものでは、このような要望に応えるため、被測定物までの距離の測定結果に応じて表示灯の表示態様を変化させることで、作業者が容易に変位センサと被測定物との距離関係を把握して、被測定物を測定可能範囲の中心付近の最適位置に位置させることができる構成を提示している。
【0006】
ところで、近年、変位センサとして、ガラス基板の厚み検出が可能なものが提供されている。これは、ガラス基板での反射光としては、ガラス基板の表面で反射する表面反射光と、ガラスを透過して裏面で反射する裏面反射光の2つの反射光が生じることから、これらの反射光をCCD上で受光することにより、CCD上における受光分布に表面反射光と裏面反射光の2つの受光ピークを生じるので、それぞれの受光ピークに対応するCCD上のビット位置からガラス基板の厚みを測定するというものである。
【0007】
しかしながら、このように厚み測定を行う場合、測定値は厚みであっても、表示灯は測定距離に基づいて表示形態を変化させるので、被測定物の厚さに対応した表示を行えず、表示灯を設けたメリットが発揮されないばかりか、表示灯の表示に従って測定を行うと、測定精度の低下を招来する虞がある。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、距離測定により光透過性を有する被測定物の所定面間の寸法を測定する構成において、測定位置の適否を確実に報知することができる厚さ測定装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光透過性を有する被測定物へ光を照射する投光手段と、前記被測定物からの反射光を受光するCCDと、このCCD上における受光分布の複数のピーク位置から前記被測定物の所定面間の寸法を測定する測定手段とを備えた寸法測定装置において、前記CCD上における受光分布の複数のピーク位置のうち前記被測定物の表面及び裏面からの各ピーク位置に基づき、当該厚さ測定装置から前記被測定物の表面及び裏面の中心位置までの距離を測定する距離測定手段を設け、この距離測定手段による測定距離を予め設定された測定可能範囲の中心位置付近である最適位置と比較することにより測定に適しているかを判断する判断手段を設け、この判断手段による判断結果を表示する一つの表示灯からなる報知手段を設けたものである。
【0010】
このような構成によれば、照射手段から光透過性を有する被測定物に光を照射すると、被測定物の表面及び裏面で光が反射し、被測定物が1つの場合は、CCD上における受光分布のピーク値が2つ形成される。ここで、距離測定手段がそれらのピーク位置からそれらの中心位置までの距離を測定するので、判断手段は、距離測定手段による測定距離を予め設定された測定可能範囲の中心位置付近である最適位置と比較することにより測定に適しているかを判断する。そして、報知手段が判断手段による判断結果を報知するので、報知手段による報知に基づいて位置合わせすることにより測定精度を高めることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図2は、厚さ測定装置の斜視図である。この図2において、厚さ測定装置1は,センサヘッド2とディスプレイ3を有したコントローラ4とから構成されている。
【0015】
図1は、厚さ測定装置1の電気的構成を示すブロック図である。この図1において、センサヘッド2は、投光手段として例えば赤色半導体レーザダイオードからなる投光素子5、この投光素子5に駆動電流を与える投光素子駆動回路6、反射光を受光するCCD7、このCCD7を駆動するCCD駆動回路8、測定位置の適否を報知する表示灯(報知手段に相当)9を備えて構成されている。
【0016】
コントローラ4は、ディスプレイ3に加えて、CCD7の出力信号をA/D変換するA/Dコンバータ10、CCD7の出力信号と所定のスライスレベルとの比較を行うコンパレータ11、CPU12、メモリ13などを備えて構成されている。
【0017】
ディスプレイ3は切替手段としての図示しないタッチパネルを有して構成されており、作業者のタッチ操作に応じてCPU(測定手段、距離測定手段、判断手段、報知手段、第2の距離測定手段に相当)12へ各種設定信号を送信するようになっている。
【0018】
図3は、CCD7の構成を示す模式図である。この図3において、CCD7は、フォトダイオードアレイ部7a、CCD部7b及び電荷電圧変換部7cから構成されている。フォトダイオードアレイ部7aは、一列に配列された複数の画素(受光部)を有する。CCD部7bは、フォトダイオードアレイ部7aの複数の画素に対応して複数の電荷保持部を有する。
【0019】
図4は、CCD7の動作を示すタイミング図である。この図4において、フォトダイオードアレイ部7aの各画素に蓄積された電荷は、トリガ信号TRに応答してCCD部7bに同時に転送される。CCD部7bに転送された電荷は、シフトパルスSHに応答してCCD部7b内で1画素分ずつ順次シフトされて一端部から出力される。CCD部7bから出力された電荷は、電荷電圧変換部7cにより電圧に変換される。これにより、電荷電圧変換部7cから各画素の受光量に対応する出力信号CDが得られる。
【0020】
コントローラ4では、CCD7からの出力信号CDをコンパレータ11において所定のスライスレベルと比較してその結果をCPU12に取り込む。これは、出力信号CDに含まれるノイズをCCD7上の受光分布のピークレベルと区別するためのもので、CPU12ではコンパレータ11からの出力がハイレベル(即ちCCD7の受光レベルが所定レベル以上)のときのみA/Dコンバータ10の出力を被測定物からの反射光として取り込んで、後述する判別処理動作を行うようになっている。
【0021】
次に上記構成の作用について説明する。
<測定モード設定>
作業者は、予め測定モードを設定する必要がある。つまり、測定対象として被測定物の表面までの距離、裏面までの距離、被測定物の厚み、2つの被測定物の隙間の何れかを選択する。
【0022】
本実施の形態では、図5に示すように隙間を有して重ねられた2枚の透明な第1ガラス基板A及び第2ガラス基板Bに対して4つの面(第1ガラス基板Aの表面▲1▼、その裏面▲2▼、第2ガラス基板Bの表面▲3▼、その裏面▲4▼)からの反射光の各ピークを検出し、それらの各ピークに対応するCCD7のビット位置に基づいてガラス基板A,Bの所定面までの距離、或は所定面間の寸法を測定することが可能である。
【0023】
例えば、第1ガラス基板Aの表面までの距離を測定したいときは面▲1▼、その裏面までの距離を測定したいときは面▲2▼、第2ガラス基板Bの表面までの距離を測定したいときは面▲3▼、その裏面までの距離を測定したいときは面▲4▼をそれぞれ選択する。それとは別に、第1ガラス基板Aの厚みを測定したいときに厚み▲1▼−▲2▼、第2ガラス基板Bの厚みを測定したいときは厚み▲3▼−▲4▼を、第1ガラス基板Aと第2ガラス基板Bとの隙間を測定したいときは、厚み▲2▼−▲3▼をそれぞれ選択する。
【0024】
上記の測定モードの選択設定動作はコントローラ4上のディスプレイ3で設定操作することができる。ディスプレイ3はタッチパネルになっており、画面上に測定モードの上記各設定項目が表示されるので、作業者は、画面上の所望の測定項目を選択してタッチ操作するだけで、ディスプレイ3からCPU12へ設定信号が送信され、これにより測定モードの設定操作を行うことができる。
【0025】
<受光サンプリング>
被測定物であるガラス基板A、Bに対して厚さ測定装置1のセンサヘッド2を所定距離で対向させた状態で駆動すると、投光素子5からビーム状のレーザ光がガラス基板A、Bに対して斜めから照射される。この場合、CPU12は、投光素子駆動回路6へ常に駆動信号を出力する状態となっており、投光素子5は常時点灯を行う所謂直流点灯している。従って、投光素子5からは常にレーザ光がガラス基板A、Bに照射されて反射するので、その反射光がCCD7上に受光される。
【0026】
図5に示す例では、第1のガラス基板A及び第2のガラス基板Bの表面で反射した表面反射光、並びにそれらの裏面で反射した裏面反射光がCCD7上に照射されるので,CCD7上に反射光による受光分布が形成される。この受光分布にはガラス基板A、Bからの反射光の受光位置に応じたピークを有している。つまり、ガラス基板A、Bからの表面反射光及び裏面反射光の受光中心位置がピーク位置となる.
CPU12は、受光信号を取り込むにあたって、トリガ信号TRをCCD駆動回路8へ出力する.CCD駆動回路8はシフトレジスタで構成されており、トリガ信号TRを取り込むと、順次シフトパルスSHをCCD7へ与える。
CCD7は、トリガ信号TRとシフトパルスSHが与えられると、各ビット毎の受光量に応じたレベルの出力信号CDを順次出力する(図6参照)。
【0027】
CPU12は、シフトパルスSHのタイミング毎にコンパレータ11の出力レベルを参照し、ローレベルからハイレベルに変化するときのビット数(コンパレータ11の出力を参照しにいく回数と対応している)であるピーク測定開始ビットS1aを最初に記憶する。
【0028】
コンパレータ11の出力がハイレベルへ変化したら次にローレベルに変化するまでの間、A/Dコンバータ10の出力信号を取り込んでピーク値に対応するビット数S1Pを記憶する。つまり、A/Dコンバータ10の出力信号を取り込む毎に記憶しているピークレベルと比較して大きい方をピークレベルとして更新記憶していくことでピークレベルが判別できる。このとき、ピークレベルと共に対応するビット数も同時に記憶していくことでピークレベルに対応するビット数を判別して記憶することが可能となる。
【0029】
次に、コンパレータ11の出力がハイレベルからローレベルに変化したときは、そのときのビット数であるピーク測定終了ビット数S1bを記憶する。
CPU12は、最終ビットまで上記動作を繰り返すことで、図6に示すように4つのピークがある場合には、ピークに対応してピーク測定開始ビット数S1a,S2a,S3a,S4a、ピーク測定終了ビット数S1b,S2b,S3b,S4b、ピーク位置ビット数S1P,S2P,S3P,S4Pを記憶する。
【0030】
<距離(厚み)測定>
CPU12は、受光分布における第1ピーク位置を測定するために、まず、S1c=(S1a+S1b)/2を演算する。これは、重心法とよばれる測定方法で、重心位置を演算によって求め、それをピーク位置のビット数として割り出すものである。
【0031】
本実施の形態では、さらにS1=(S1c+S1P)/2の演算によって得られたS1を最終的なピーク位置のビット数としている(図6参照)。これは、単純には受光波形のピーク位置はS1Pであるが、ノイズの影響によってS1Pがずれている可能性があるため、重心法によって得られたS1cとS1Pの平均を求めることで精度を上げようとするものである。
同様にして、受光分布における第2,第3,第4のピーク位置に対応したピーク位置ビット数S2,S3,S4をそれぞれ算出する。
【0032】
CPU12は、距離測定においては、これらのビット数S1,S2,S3,S4から距離を求める。具体的には,予めビット数と距離との関係付けされたデータをメモリ13に記憶しておくことで、距離測定時にはビット数から対応する距離を読み出すことができる。つまり、設定時に、測定面として面▲1▼が設定されている場合はS1のビット数に対応する距離L1が、面▲2▼が設定されている場合はS2のビット数に対応する距離L2が、面▲3▼が設定されている場合はS3のビット数に対応する距離L3が、面▲4▼が設定されている場合はS4のビット数に対応する距離L4がそれぞれ測定値として得ることができる。
【0033】
一方、厚み測定の場合は、例えば面▲1▼−▲2▼を例にとると、上記の距離測定と同様にして面▲1▼までの距離L1と、面▲2▼までの距離L2を演算によって求め、その差分L12=L2−L1を演算した結果、L12が第1ガラス基板Aの面▲1▼−▲2▼の厚みとして得られる。同様にして、L23=L3−L2が第1ガラス基板A及び第2ガラス基板Bの面▲2▼−▲3▼の隙間、L34=L4−L3が第2ガラス基板Bの面▲3▼−▲4▼の厚みとして得られる。
【0034】
上記の各測定結果は、CPU12からディスプレイ3に表示信号が出力されてディスプレイ3に表示される。従って,作業者は,設定モードで設定した被測定物の表面までの距離、裏面までの距離、被測定物の厚み、2つの被測定物の隙間の何れかを確認することができる。
【0035】
<表示灯制御>
CPU12は、測定モードが距離測定のときは、上記距離測定結果に基づいて表示灯9の制御を行う。図7は距離測定結果と表示灯制御との対応を示している。この図7において、例えば、測定面が第1ガラス基板Aの表面▲1▼の距離測定の場合は、面▲1▼の距離測定結果L1と測定可能範囲M1〜M2、測定可能範囲の中心位置付近の最適位置M2〜M3、測定可能範囲M3〜M4との比較によって表示灯9の表示態様の制御を行う。つまり、M2<L1<M3の場合は、測定可能範囲の最適位置であることを報知するために表示灯9を点灯させるべく、直流信号を表示灯9へ与える。また、M1<L1≦M2もしくはM3≦L1<M4の場合は、測定可能範囲であることを報知するために表示灯9を点滅させるべく、所定周期のパルス信号を表示灯9へ与える。そして、L1≦M1もしくはM4≦L1の場合は,測定可能範囲外であることを報知するために表示灯9を消灯させるべく、表示灯9への信号停止状態を維持する。
【0036】
同様に、第1ガラス基板Aの裏面▲2▼の測定時はL2、第2ガラス基板Bの表面▲3▼の測定時はL3、その裏面▲4▼の測定時はL4とM1,M2,M3,M4との比較によって表示灯9の表示態様の制御を行う。
従って、作業者は、表示灯9の表示態様が点灯状態となるようにセンサヘッド2の位置合わせを行う。
【0037】
一方、測定モードが厚み測定のときは、以下のように行う。
CPU12は、第1ガラス基板Aの厚みを測定する場合は、演算式L12=L1+(L2−L1)/2によって第1ガラス基板Aの厚み▲1▼−▲2▼の中心位置の距離L12を求め、そのL12を上記距離測定時と同じようにM1,M2,M3,M4との比較によって表示灯9の表示態様の制御を行う。
【0038】
同様に、第1ガラス基板Aと第2ガラス基板Bとの隙間▲2▼−▲3▼の測定時は演算式L23=L2+(L3−L2)/2、第2ガラス基板Bの厚み▲3▼−▲4▼の測定時は演算式L34=L3+(L4−L3)/2を用い、演算式で得た値とM1,M2,M3,M4との比較によって表示灯9の表示態様の制御を行う。
従って、作業者は、表示灯9の表示態様が点灯状態となるようにセンサヘッド2の位置合わせを行う。
【0039】
このような実施の形態によれば、厚み測定時においてはガラス基板A,Bの厚みの中心位置までの距離、或はガラス基板A,Bの隙間の中心位置までの距離に応じて表示灯9の表示態様の制御を行うようにしたので、ガラス基板A,Bの所定面間の中心位置に対応した表示制御を行うことが可能となる。従って、厚み測定時においても表示灯9の表示態様の制御を有効に発揮させることができると共に、表示灯9の表示態様に基づいて被測定物に対する位置合わせをすることにより高い測定精度を担保することができる。
【0040】
(変形例)
本発明は,上記実施に形態に限定されるものではなく、次にように変形または拡張できる。
厚み測定時の中心距離の求め方として、例えば第1ガラス基板Aの面▲1▼−▼2▼の厚み測定時において、ピークビット数S1,S2が求められたときに、次に演算S12=(S1+S2)/2によって中心ビット数を求め、この中心ビットS12に対応する距離をメモリから読み出して中心距離L12を求めるようにしてもよい。
【0041】
2枚のガラス基板の表面間の寸法、或はガラス基板の裏面間の寸法を測定するようにしてもよい。
3枚以上のガラス基板の所定面間の寸法を測定するようにしてもよい。
表示灯9の表示態様の制御としては、測定可能範囲で点灯、測定可能範囲外で消灯するようにしてもよいし、最適位置で点灯、それ以外で消灯するようにしてもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の厚さ測定装置によれば、CCD上における受光分布の複数のピーク位置のうち所定の2つのピーク位置から、それらの中心位置までの距離を測定し、その距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを報知するようにしたので、測定位置の適否を確実に報知することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態における全体の電気的構成を概略的に示すブロック図
【図2】 全体の斜視図
【図3】 CCDの構成を示す模式図
【図4】 CCDの各信号の出力タイミング図
【図5】 2枚のガラス基板の測定状態を示す側面図
【図6】 CCD上の受光分布を示す図
【図7】 測定距離と表示灯制御との関係を示す図
【符号の説明】
1は厚さ測定装置、2はセンサヘッド、3はディスプレイ(切替手段)、5は投光素子(投光手段)、7はCCD、9は表示灯(報知手段)、12はCPU(測定手段、距離測定手段、判断手段、報知手段、第2の距離測定手段)である。
Claims (1)
- 光透過性を有する被測定物へ光を照射する投光手段と、
前記被測定物からの反射光を受光するCCDと、
このCCD上における受光分布の複数のピーク位置から前記被測定物の所定面間の寸法を測定する測定手段とを備えた厚さ測定装置において、
前記CCD上における受光分布の複数のピーク位置のうち前記被測定物の表面及び裏面からの各ピーク位置に基づき、当該厚さ測定装置から前記被測定物の表面及び裏面の中心位置までの距離を測定する距離測定手段と、
この距離測定手段による測定距離を予め設定された測定可能範囲の中心位置付近である最適位置と比較することにより測定に適しているかを判断する判断手段と、
この判断手段による判断結果を表示する一つの表示灯からなる報知手段とを備えたことを特徴とする厚さ測定装置。
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