JP5510667B2 - 透光性管状物体の厚さ測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス管などの透光性管状物体の厚さを、レーザ光を照射し、反射光を受光することで測定する透光性管状物体の厚さ測定装置に関する。

従来から、ガラス製品のような透光性物体が規格通り製造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、このための測定装置としては、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装置が多く使用されている。透光性物体にはガラス管などのような管状物体があり、この場合も、下記特許文献１に記載されている方法を適用して管状物体の厚さを測定することができる。また、下記特許文献２には、レーザ光の光軸が管状物体の中心軸に対して所定の角度で交差するようにレーザ光を管状物体に照射し、外周面と内周面とによる２つの反射光の受光位置の差から厚さを測定する装置が示されている。下記特許文献２では、レーザ光の入射角度を変化させて、管状物体の屈折率と厚さの２つを検出することが記載されているが、管状物体の屈折率が既知であれば、入射角度を固定して厚さを測定することができる。

透光性の管状物体の厚さを測定する場合、管状物体に照射されたレーザ光が反射されて所定位置に戻ることが必要である。そのためには、レーザ光と管状物体の表面のなす角度が一定になるようにレーザ光を照射する必要がある。ただし、２つの受光位置の差から厚さを計算し易くするためには、前記特許文献２に示されているように、レーザ光をその光軸が管状物体の中心軸と交差するように照射する必要がある。管状物体の中心軸が直線であり、管状物体の直径が大きければ、前記特許文献２に示されているように、管状物体を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、管状物体の中心軸方向の全域において、レーザ光の光軸が管状物体の中心軸と交差するようにすることができ、短時間で厚さ分布を測定することができる。

特開２００９−２２２４２８号公報 特開平０９−５０４８７５号公報

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は、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、常にレーザ光の光軸を管状物体の中心軸と交差させることができず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。また、管状物体を回転させながら全域の厚さを測定する場合、管状物体の直径が小さいと、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、常にレーザ光の光軸を管状物体の中心軸と交差させることができず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。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は難しく、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、常にレーザ光の光軸を管状物体の中心軸と交差させることができないことがあり、厚さを測定できない箇所が存在する場合があるという問題がある。

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。

上記目的を達成するために、本発明は、測定用レーザ光を透光性管状物体（Ｇ）に照射し、透光性管状物体の外周面で反射する反射光と透光性管状物体の内周面で反射する反射光を受光センサ（３７）で受光する測定用ヘッド（１００，１００Ａ）と、受光センサにおける反射光の受光位置を検出して、前記検出した反射光の受光位置から透光性管状物体の厚さを計算する厚さ計算手段（２００，Ｓ１４２，Ｓ１４８）と、測定用ヘッドから照射される測定用レーザ光の透光性管状物体における照射位置を、透光性管状物体の中心軸であるＸ軸方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段（１０）とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、サーボ用レーザ光を透光性管状物体に対して、測定用レーザ光の光軸と測定用レーザ光の反射光の光軸との中心線の方向であるＺ軸方向に照射するサーボ用レーザ光照射手段（４０〜４４，６０〜６４）と、サーボ用レーザ光による透光性管状物体の反射光又は射影を受光面に受けて、受光面における反射光又は射影の位置に応じて受光信号を出力するサーボ用レーザ光検出手段（４８，６７）と、サーボ用レーザ光検出手段の出力する受光信号に基いて、測定用レーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸と交差するように、測定用ヘッドをＸ軸方向及びＺ軸方向に垂直であるＹ軸方向に透光性管状物体に対して相対的に駆動する第１のサーボ手段（２５，１１９〜１２１）とを設けたことにある。

上記のように構成した本発明においては、サーボ用レーザ光照射手段が透光性管状物体に対してサーボ用レーザ光をＺ軸方向に照射し、サーボ用レーザ光検出手段が透光性管状物体によるサーボ用レーザ光の反射光又は射影を受光面に受けて、受光面における反射光又は射影の位置に応じて受光信号を出力する。そして、第1のサーボ手段が、前記受光信号を用いて、測定用レーザ光が透光性管状物体の中心軸（Ｘ軸）と交差するように測定用ヘッドをＹ軸方向に透光性管状物体と相対的にサーボ制御する。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、測定用レーザ光の光軸を常に透光性管状物体の中心軸と交差させることができるので、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。

また、本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段（４０〜４４）は、透光性管状物体に対してレーザ光を対物レンズ（４４）により集光して照射する手段であり、サーボ用レーザ光検出手段（４８）は、サーボ用レーザ光の透光性管状物体からの反射光を対物レンズを介して受光面に受けて、受光面における反射光の位置に応じた受光信号を出力する手段であり、第１のサーボ手段は、サーボ用レーザ光照射手段及びサーボ用レーザ光検出手段を測定用ヘッドと一体的にＹ軸方向に透光性管状物体に対して相対的に駆動することにある。これによれば、サーボ用レーザ光照射手段及びサーボ用レーザ光検出手段が測定用ヘッドと一体的にＹ軸方向にサーボ制御されるので、測定用ヘッドがクローズドループで制御される。したがって、透光性管状物体の中心軸のＹ軸方向への変動を精度よく検出することができ、測定用レーザ光の光軸を高精度で透光性管状物体の中心軸と交差させるように制御できる。

また、本発明の他の特徴は、さらに、サーボ用レーザ光の透光性管状物体からの反射光を、対物レンズによるサーボ用レーザ光の焦点位置と透光性管状物体の外周面との位置ずれにより反射光の受光状態が異なるようにした光学素子（４９，５１）を介して受光面に受けて、受光面における反射光の受光状態に応じた受光信号を出力する第２のレーザ光検出手段（５０）と、第２のレーザ光検出手段によって出力される受光信号に基いて、サーボ用レーザ光の焦点位置が透光性管状物体の外周面と一致するように対物レンズをＺ軸方向に駆動する第２のサーボ手段（４４ａ，１２２〜１２４）とを備えたことにある。これによれば、サーボ用レーザ光の焦点位置が透光性管状物体の表面に一致するように、対物レンズが駆動制御される。したがって、透光性管状物体の中心軸のＹ軸方向への変動をさらに精度よく検出することができるので、測定用レーザ光の光軸をさらに高精度で管状物体の中心軸と交差させるよう制御することができる。

また、本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段（４０〜４４）は、測定用レーザ光と同じ方向から透光性管状物体に対してレーザ光を照射する手段であり、測定用ヘッド内にサーボ用レーザ光照射手段及びサーボ用レーザ光検出手段（４８）を設けたことにある。これによれば、装置をコンパクトにすることができ、装置のコストを抑制することができる。

また、本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段（６０〜６４）は、透光性管状物体の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を照射する手段であり、サーボ用レーザ光検出手段（６７）は、サーボ用レーザ光の透光性管状物体の射影を受光面に受けて受光面における射影の位置に応じた受光信号を出力する手段であり、第１のサーボ手段は、サーボ用レーザ光照射手段及びサーボ用レーザ光検出手段を測定用ヘッドと一体的にＹ軸方向に透光性管状物体に対して相対的に駆動することを特徴とする。これによっても、測定用レーザ光の光軸を高精度で透光性管状物体の中心軸と交差させるように制御することができる。

また、本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光照射手段（６０〜６４）は、測定用レーザ光の反対方向から透光性管状物体に対してレーザ光を照射する手段であり、サーボ用レーザ光検出手段（６７）を測定用ヘッドに含めたことにある。これによれば、装置をコンパクトにすることができ、装置のコストを抑制することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、本発明は、透光性管状物体の厚さ測定装置の発明に限定されることなく、透光性管状物体の厚さ測定方法の発明としても実施し得るものである。

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。 図１の光ヘッドの構造を示す構成図である。 ガラス管の変位とフォトディテクタに照射された反射光の位置変化との関係を説明するための説明図である。 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。 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。 変形例に係る測定用ヘッド及び制御用ヘッドの構造を示す構成図である。 他の変形例に係る測定用ヘッド及び制御用ヘッドの構造を示す構成図である。 前記他の変形例に係るフォトディテクタに照射された射影の状態を説明するための説明図である。 前記他の変形例に係るガラス管の変位とエラー信号波形値との関係を表す説明図である。

ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、第１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に透光性管状物体の厚さを、レーザ光を照射して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、ガラス管Ｇの厚さを測定するためにレーザ光をガラス管Ｇに出射するとともにガラス管Ｇからの反射光を受光する光ヘッド１００と、ワーク駆動装置１０及び光ヘッド１００を支持する支持装置２０を備えている。なお、この光ヘッド１００は、後述する他の実施形態に係る測定用ヘッド及び制御用ヘッドを一体的に兼ね備えている。

支持装置２０は、断面Ｌ字型に一体形成された水平部２０ａ及び垂直部２０ｂを有する。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。

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度に、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Φ_A，Φ_Bを出力する。なお、パルス列信号Φ_A，Φ_B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Φ_A，Φ_B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Φ_A，Φ_B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Φ_A，Φ_B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となる。

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。

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Φ_A，Φ_B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。

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。

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Φ_A，Φ_B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Φ_A，Φ_B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Φ_A，Φ_B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。

エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号Φ_A，Φ_B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Φ_A又はΦ_B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。

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、下テーブル２３がナットを介して螺合されている。下テーブル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、下テーブル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。

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Φ_A，Φ_Bを出力する。エンコーダ２１ａから出力されるパルス列信号Φ_A，Φ_B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Φ_A，Φ_B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Φ_A，Φ_B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下テーブル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、下テーブル２３の移動位置を制御する原点位置となる。

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を駆動して下テーブル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を駆動して下テーブル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を駆動して下テーブル２３を移動させる。

下テーブル２３上には、光ヘッド１００が固定された上テーブル２４がＹ軸方向に移動可能に組み付けられている。上テーブル２４は、圧電素子を用いた圧電アクチュエータ２５により、下テーブル２３に対してＹ軸方向に変位する。

次に、光ヘッド１００について説明する。光ヘッド１００は、図２に詳細に示すように、測定用レーザ光源３０を有する。測定用レーザ光源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、その大部分がビームスプリッタ３２を通過してリレーレンズ３３，３４を介してガラス管Ｇに照射される。レーザ光の光軸は、Ｘ−Ｚ平面に平行で、ガラス管Ｇの軸線（すなわちＸ軸）に対して予め決められた角度だけ傾いている。リレーレンズ３３，３４は、レーザ光の断面径を小さくするために利用される。一方、ビームスプリッタ３２で反射された一部のレーザ光は、集光レンズ３５によりフォトディテクタ３６の受光面に集光される。フォトディテクタ３６は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。

フォトディテクタ３６からの受光信号は測定用レーザ駆動回路１１６に供給される。測定用レーザ駆動回路１１６は、コントローラ２００によって作動制御され、測定用レーザ光源３０を駆動制御する。この場合、測定用レーザ駆動回路１１６は、フォトディテクタ３６からの受光信号を用いて測定用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、測定用レーザ光源３０は常に適正な強度のレーザ光を出射する。

ガラス管Ｇに照射されたレーザ光は、まずガラス管Ｇの外周面で反射されてラインセンサ３７によって受光される。また、ガラス管Ｇに照射されたレーザ光は、ガラス管Ｇの表面で屈折してガラス管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の外周面に導かれる。ガラス管Ｇの外周面に導かれたレーザ光は、ガラス管Ｇの外周面でふたたび屈折して外部に導かれてラインセンサ３７に到達する。ラインセンサ３７は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の画素が直線に配列された受光素子であり、前記ガラス管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の受光位置はガラス管Ｇの厚さに応じて異なる。

ラインセンサ３７には、センサ信号取出し回路１１７が接続されている。センサ信号取出し回路１１７は、コントローラ２００により制御されて、予め決められた周期でラインセンサ３７の各画素の信号を導き出し、各画素ごとに、信号強度に相当するディジタルデータと画素位置のディジタルデータとを対にしてコントローラ２００に出力する。

また、光ヘッド１００は、サーボ用レーザ光源４０を有する。サーボ用レーザ光源４０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ４１で平行光に変換され、その大部分が偏光ビームスプリッタ４２を通過して１／４波長板及び対物レンズ３８を介してガラス管Ｇの外周面に照射される。この場合、ガラス管Ｇの外周面に照射されるレーザ光の光軸はＺ軸であり、同レーザ光はガラス管Ｇの外周面上で集光されて小さな光スポットを形成するように設定されている。一方、偏光ビームスプリッタ４２で反射されたサーボ用レーザ光源４０からの一部のレーザ光は、集光レンズ４５によりフォトディテクタ４６の受光面に集光される。フォトディテクタ４６は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。なお、図面上では、集光レンズ４５を通過してフォトディテクタ４６に導かれるレーザ光の光軸はＸ軸方向に示されているが、実際にＹ軸方向（紙面垂直方向）である。

フォトディテクタ４６からの受光信号はサーボ用レーザ駆動回路１１８に供給される。サーボ用レーザ駆動回路１１８は、コントローラ２００によって作動制御され、サーボ用レーザ光源４０を駆動制御する。この場合、サーボ用レーザ駆動回路１１８は、フォトディテクタ４６からの受光信号を用いてサーボ用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、サーボ用レーザ光源４０は常に適正な強度のレーザ光を出射する。

サーボ用レーザ光のガラス管Ｇからの反射光は、対物レンズ４４によって平行光に変換され、１／４波長板４３を介して偏光ビームスプリッタ４２に導かれて、偏光ビームスプリッタ４２で反射される。偏光ビームスプリッタ４２で反射されたサーボ用レーザ光の半分は、ビームスプリッタ４７を通過し、残りの半分はビームスプリッタ４７で反射する。ビームスプリッタ４７を透過したサーボ用レーザ光の反射光は、２分割のフォトディテクタ４８で受光される。なお、図面上では、偏光ビームスプリッタ４２で反射され、ビームスプリッタ４７を介してフォトディテクタ４８に導かれるレーザ光の光軸はＸ軸方向に示されているが、実際にはＹ軸方向（紙面垂直方向）である。フォトディテクタ４８は、受光領域が図示左右（Ｚ軸方向）に２分割された２つの受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂ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）として出力する。また、フォトディテクタ４８は、圧電アクチュエータ２５により変位する上テーブル２４が中立位置にあり、かつＺ軸方向から見てガラス管Ｇの中心軸がスピンドルモータ１４の回転軸と一致しているときに、図３（ｂ）に示すように、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２分割される位置に配置される。

フォトディテクタ４８から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、コントローラの信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）を演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１２０に出力する。ガラス管の位置がＹ軸方向に変動すると、図３（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示すように、その変動位置に応じてガラス管Ｇに照射されるサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の位置が変化し、これに伴って、フォトディテクタ４８に受光される反射光ＲＬの位置が変化する。このため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、ガラス管Ｇの中心軸とスピンドルモータ１４の回転軸とＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。

Ｙ軸方向サーボ回路１２０及びＹ軸方向ドライブ回路１２１の動作に関しては、Ｙ軸方向サーボ回路１２０が、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が「０」になるようにＹ軸方向サーボ信号を発生し、Ｙ軸方向ドライブ回路１２１がＹ軸方向サーボ信号に基いて圧電アクチュエータ２５に駆動信号を出力して、上テーブル２４をＹ軸方向に移動して光ヘッド１００をＹ軸方向に移動させる。したがって、フォトディテクタ４８に受光されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるように光ヘッド１００のＹ軸方向位置が制御されることとなる。このため、測定用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。

ビームスプリッタ４７で反射されたサーボ用レーザ光の半分は、集光レンズ４９にて２分割のフォトディテクタ５０に集光される。集光レンズ４９とフォトディテクタ５０との間にはナイフ５１が設けられている。なお、集光レンズ４９を通過するレーザ光の光軸はＺ軸方向に平行である。これら集光レンズ４９、フォトディテクタ５０及びナイフ５１は、光ディスク装置でよく用いられるナイフエッジ法によるフォーカスサーボに利用されるものである。２分割のフォトディテクタ５０は、領域ごとの入射レーザ光の強度を表す信号をそれぞれＺ軸方向エラー信号生成回路１２２に出力する。

Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２は、入力した２信号の差をＺ軸方向エラー信号として、Ｚ軸方向サーボ回路１２３に出力する。なお、Ｚ軸方向エラー信号は、いわゆるフォーカスエラー信号である。Ｚ軸方向サーボ回路１２３はＺ軸方向エラー信号に基づいてＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１２４に出力し、Ｚ軸方向ドライブ回路１２４はこのＺ軸方向サーボ信号に基づいてフォーカスアクチュエータ４４ａを駆動制御する。フォーカスアクチュエータ４４ａは、対物レンズ４４を光軸方向に変位させて、対物レンズ４４の焦点を光軸方向に変位させる。この場合、ガラス管Ｇの直径はある程度大きいので、この方法で対物レンズ４４の焦点をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することができる。ナイフエッジ法を用いるのは、２分割のフォトディテクタ５０が出力する２つの信号の差がガラス管ＧのＺ軸方向の変位のみにより起こるようにするためである。

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。

次に、上記のように構成した実施形態の動作を説明する。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、入力装置２０２を操作することにより、コントローラ２００に図４Ａ及び図４Ｂの厚さ測定プログラムを実行させる。

コントローラ２００は、この厚さ測定プログラムの実行を図４Ａ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、ラインセンサ３７からのセンサ信号、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。

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、測定用レーザ光がガラス管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：Ｘ軸方向位置が原点位置にあるときに固定具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の先端となる位置からサーボ用レーザ光の光軸までのＸ軸方向距離
Ｂ：入力装置２０２から入力されたガラス管Ｇの長さ
Ｃ：ガラス管Ｇにおける先端から測定開始点までの距離

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軸線方向への移動中、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軸線方向への移動を停止させる。

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。

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１００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、サーボ用レーザ光がガラス管Ｇの外周面上に集光されてスポットが形成されるような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下テーブル２３をＺ軸方向に移動させ、下テーブル２３、上テーブル２４及び光ヘッド１００をＺ軸方向に測定用設定位置に向かって移動させる。この下テーブル２３、上テーブル２４及び光ヘッド１００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から下テーブル２３（すなわち光ヘッド１００）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、下テーブル２３、上テーブル２４及び光ヘッド１００のＺ軸線方向への移動を停止させる。

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、測定用レーザ駆動回路１１６を作動開始させる。これにより、測定用レーザ駆動回路１１６は、測定用レーザ光源３０を駆動して測定用レーザ光を出射させる。この場合、測定用レーザ駆動回路１１６は、フォトディテクタ３６からの受光信号を用いて測定用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、測定用レーザ光源３０は常に適正な強度のレーザ光を出射する。

測定用レーザ光源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、その大部分がビームスプリッタ３２を通過してリレーレンズ３３，３４を介してガラス管Ｇに照射される。ガラス管Ｇに照射されたレーザ光は、まずガラス管Ｇの外周面で反射されてラインセンサ３７によって受光される。また、ガラス管Ｇに照射されたレーザ光は、ガラス管Ｇの表面で屈折してガラス管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の外周面に導かれる。ガラス管Ｇの外周面に導かれたレーザ光は、ガラス管Ｇの外周面でふたたび屈折して外部に導かれてラインセンサ３７に到達する。

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、サーボ用レーザ駆動回路１１８を作動開始させる。これにより、サーボ用レーザ駆動回路１１８は、サーボ用レーザ光源４０を駆動してサーボ用レーザ光を出射させる。この場合、サーボ用レーザ駆動回路１１８は、フォトディテクタ４６からの受光信号を用いてサーボ用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、サーボ用レーザ光源４０は常に適正な強度のレーザ光を出射する。

サーボ用レーザ光源４０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ４１で平行光に変換され、その大部分が偏光ビームスプリッタ４２を通過して１／４波長板及び対物レンズ３８を介してガラス管Ｇの外周面に照射される。サーボ用レーザ光のガラス管Ｇからの反射光は、対物レンズ４４によって平行光に変換され、１／４波長板４３を介して偏光ビームスプリッタ４２に導かれて、偏光ビームスプリッタ４２で反射される。偏光ビームスプリッタ４２で反射されたサーボ用レーザ光の半分は、ビームスプリッタ４７を通過して２分割のフォトディテクタ４８で受光される。残りの半分はビームスプリッタ４７で反射して、集光レンズ４９によって集光され、ナイフ５１を介してフォトディテクタ５０に導かれる。フォトディテクタ４８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はＹ軸方向エラー信号生成回路１１９に供給され、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９はこの受光信号に基づいてＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）を生成する。一方、フォトディテクタ５０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はＺ軸方向エラー信号生成回路１２２に供給され、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２はこの受光信号に基づいてＺ軸方向エラー信号（すなわち、フォーカスエラー信号）を生成する。

前記ステップＳ１１４の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１６にてＹ軸方向サーボ回路１２０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１２０は、作動を開始して、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）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１２１を介して圧電アクチュエータ２５を駆動して、上テーブル２４をＹ軸方向にサーボ制御する。したがって、フォトディテクタ４８に受光されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるように光ヘッド１００のＹ軸方向位置が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、その変位に応じて上テーブル２４及び光ヘッド１００が変位するので、測定用レーザ光の光軸が常にガラス管Ｇの中心軸と交差するように維持される。

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Ｚ軸方向サーボ回路１２３に作動開始を指示する。これに応答して、Ｚ軸方向サーボ回路１２３は、作動を開始して、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２から入力したＺ軸方向エラー信号に基づいてＺ軸方向サーボ信号を発生し、Ｚ軸方向ドライブ回路１２４を介してフォーカスアクチュエータ４４ａを駆動して、対物レンズ４４をＺ軸方向にサーボ制御（すなわちフォーカスサーボ制御）する。これにより、対物レンズ４４の焦点をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することができる。

前記ステップＳ１１８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１２０にて、センサ信号取出し回路１１７に対して作動開始を指示する。これに応答して、センサ信号取出し回路１１７は作動を開始し、予め決められた周期でラインセンサ３７の各画素の信号を導き出し、各画素ごとに、信号強度に相当するディジタルデータと画素位置のディジタルデータとを対にしてコントローラ２００に出力し始める。コントローラ２００は、ステップＳ１２２にて前記ラインセンサ３７から出力される信号強度と画素位置を表すディジタルデータを入力する。この場合、ラインセンサ３７に入力される反射光は、図２に示すように、ガラス管Ｇの外周面の反射光とガラス管Ｇの内周面の反射光であり、信号強度は２つのピーク値を有する。そして、ステップＳ１２２においては、この２つのピーク値のうちの一方のピーク値が位置するラインセンサ３７上の位置（ピーク位置）を計算する。本実施形態においては、ガラス管Ｇの外周面で反射したレーザ光に関するピーク値、すなわち図２にてラインセンサ３７の上側のピーク値が位置するラインセンサ３７上の位置（ピーク位置）を計算する。

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、前記計算したピーク位置からラインセンサ３７上の予め決められた設定位置を減算して、減算結果の絶対値が所定の小さな許容値以下であるかを判定する。この場合、予め決められた設定位置とは、ラインセンサ３７の長尺方向の中心位置から、図２にて若干上方の位置である。そして、この位置は、フォーカスサーボ制御による対物レンズ４４の変位が原点位置を中心に行われる位置である。前記絶対値が許容値以下であれば、コントローラ２００は、ステップＳ１２４にて「Ｙｅｓ」と判定して、図４ＢのステップＳ１３２に進む。一方、前記絶対値が許容値よりも大きければ、コントローラ２００は、ステップＳ１２４にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１２６に進む。

ステップＳ１２６においては、コントローラ２００は、前記減算結果（ピーク位置−設定位置）からＺ軸方向への移動距離を検出し、現在のＺ軸方向位置に移動距離を加算して下テーブル２３のＺ軸方向移動位置を計算する。なお、この移動距離の計算においては、減算結果（ピーク位置−設定位置）に対する下テーブル２３のＺ軸方向への移動距離を示す変換関数又は変換テーブルを予め用意しておき、この変換関数又は変換テーブルを用いる。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１２８にて下テーブル２３の移動位置を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の作動を制御するとともに、移動位置検出回路１１５から下テーブル２３のＺ軸方向位置を入力して、下テーブル２３を前記入力された移動位置まで移動する。前記ステップＳ１２８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１３０にて、移動位置検出回路１１５から下テーブル２３の移動位置を入力して、前記入力した移動位置が前記Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４に指示した移動位置に達したか否かを判定する。下テーブル２３の移動位置が前記指示した移動位置に達するまで、コントローラ２００はステップＳ１３０にて「Ｎｏ」と判定し続けてステップＳ１３０の処理を続ける。一方、下テーブル２３の移動位置が前記指示した移動位置に達すると、コントローラ２００はステップＳ１３０にて「Ｙｅｓ」と判定して、前述したステップＳ１２２，Ｓ１２４の処理を実行する。これらのステップＳ１２２〜Ｓ１３０の処理により、ガラス管Ｇの外周面にて反射したレーザ光の光軸位置がラインセンサ３７の長尺方向中央位置から若干だけ上に位置するようになる。そして、この状態では、ガラス管Ｇの外周面で反射したレーザ光の光軸と、ガラス管Ｇの内周で反射したレーザ光の光軸の中央がラインセンサ３７の長尺方向中央にほぼ位置する。なお、ステップＳ１２２からステップＳ１３０までの処理を行うのは、厚さ測定を行うガラス管Ｇの直径がガラス管Ｇによって多少変化するため、光ヘッド１００からガラス管Ｇの表面までの距離を一定にして、サーボ用レーザ光が集光する位置に測定用レーザ光が照射されるようにするためである。

ステップＳ１３２においては、コントローラ２００は、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Φ_A，Φ_B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Ｓ１３４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。

前記ステップＳ１３４の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１３６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Φ_A，Φ_B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。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１３８にて、タイマによる時間計測を開始させる。

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Ｓ１４０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１４２にてセンサ信号取出し回路１１７から最新のセンサ信号を取込み、ステップＳ１４４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Ｓ１４６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、コントローラ２００は、ステップＳ１４８にて、ガラス管Ｇの厚さを計算する。

このガラス管Ｇの計算においては、ラインセンサ３７によって受光されたガラス管Ｇの外周面及び内周面での２つの反射レーザ光の各ピーク値の位置（ピーク位置）を検出する。この場合、ピーク値は、ガラス管Ｇの外周面及び内周面でそれぞれ反射したレーザ光の光軸にそれぞれ対応する。次に、前記検出した２つのピーク位置を用いて、２つのピーク位置間の距離を求める。そして、ピーク位置間の距離から、予め用意された変換関数又は変換テーブルを用いて、測定用レーザ光が照射されている位置のガラス管Ｇの厚さを計算する。この変換関数又は変換テーブルは、ガラス管Ｇの屈折率及び測定用レーザ光のガラス管Ｇの軸線に対する角度が定まれば一義的に決まるものであり、ガラス管の屈折率が分かっていない場合には、ガラス管Ｇの屈折率を測定して入力することで定める。なお、測定用レーザ光のガラス管Ｇの軸線に対する角度は本実施形態による装置によって定まるものである。そして、このステップＳ１４８においては、計算されたガラス管Ｇの厚さを、前入力した回転角度データ及びＸ方向位置データと対応付けてメモリに記憶しておく。

前記ステップＳ１４８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１５０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Ｓ１５２において、前記取込んだセンサ信号中に設定値以上の強度を示す受光データが無いか、すなわち測定用レーザ光の照射位置がガラス管Ｇの端部を通り過ぎてしまったか、又はサーボ制御が行われていないかを判定する。Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示しておらず、かつセンサ信号中に設定値以上の強度を示す受光データが有れば、コントローラ２００は、ステップＳ１５０，Ｓ１５２にて共に「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１５４にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ１４０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Ｓ１４２〜Ｓ１４８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。

そして、Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示し、又はセンサ信号中に設定値以上の強度を示す受光データが無くなると、コントローラ２００は、ステップＳ１５０又はＳ１５２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１５６以降に進む。コントローラ２００は、ステップＳ１５６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。つぎに、コントローラ２００は、ステップＳ１５８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Ｓ１６０にてＹ軸方向サーボ回路１２０に作動停止を指示し、ステップＳ１６２にてＸ軸方向サーボ回路１２３に作動停止を指示する。これらの処理により、光ヘッド１００のＹ軸方向へのサーボ制御及び光ヘッド１００の対物レンズ４４のＺ軸方向へのサーボ制御（フォーカスサーボ制御）も停止する。

前記ステップＳ１６２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１６４にて測定用レーザ駆動回路１１６に測定用レーザ光源３０の駆動停止を指示し、ステップＳ１６６にてサーボ用レーザ駆動回路１１８にサーボ用レーザ光源４０の駆動停止を指示する。これにより、測定用レーザ光源３０による測定用レーザ光のガラス管Ｇに対する照射も、サーボ用レーザ光源４０によるサーボ用レーザ光のガラス管Ｇに対する照射も停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１６８にて回転角度検出回路１１３の作動停止を指示し、ステップＳ１７０にてセンサ信号取出し回路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、センサ信号取出し回路１１７も作動停止してセンサ信号がコントローラ２００に入力されなくなる。

前記ステップＳ１７０の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１７２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Ｓ１７４にてＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に下テーブル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が下テーブル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。

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、サーボ用レーザ光がガラス管Ｇに対してＺ軸方向から照射され、フォトディテクタ４８がガラス管Ｇによる反射光を受光して、サーボ用レーザ光（測定用レーザ光）のガラス管Ｇに対するＹ軸方向のずれを表す受光信号を出力する。この出力された受光信号に基いて、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９、Ｙ軸方向サーボ回路１２０及びＹ軸方向ドライブ回路１２１は圧電アクチュエータ２５を駆動することにより、測定用レーザ光がガラス管Ｇの中心軸（Ｘ軸）と交差するように光ヘッド１００をＹ軸方向にサーボ制御する。その結果、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、測定用レーザ光の光軸を常にガラス管Ｇの中心軸と交差させることができるので、短時間でガラス管Ｇの全域の厚さを測定することができる。

また、上記実施形態においては、Ｙ軸方向サーボ制御及びＺ軸方向サーボ制御のための光学素子が、ガラス管Ｇの厚さを測定するための測定用光学素子と一体的にＹ軸方向にサーボ制御されるので、サーボ制御をクローズドループで行うことができる。その結果、ガラス管Ｇの中心軸のＹ軸方向への変動を精度よく検出することができ、測定用レーザ光の光軸を高精度でガラス管Ｇの中心軸と交差させるように制御できる。また、Ｙ軸方向サーボ制御及びＺ軸方向サーボ制御のための光学素子を、ガラス管Ｇの厚さを測定するための測定用光学素子を光ヘッド１００内に設けるようにしたので、装置をコンパクトにすることができ、装置のコストを抑制することができる。

また、上記実施形態においては、サーボ用レーザ光を集光レンズ４９及びナイフ５１を介してフォトディテクタ５０で受光し、この受光に基づいて、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２、Ｚ軸方向サーボ回路１２３及びＺ軸方向ドライブ回路１２４がフォーカスアクチュエータ４４ａを駆動することにより、対物レンズ４４をＺ軸方向にサーボ制御（すなわちフォーカス制御）する。これにより、対物レンズ４４の焦点をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することができる。

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。

上記実施形態では、測定用レーザ光源３０、測定用の光学素子、サーボ用レーザ光源４０及びサーボ用の光学素子の全てを光ヘッド１００内に備えるようにしたが、図５に示すようにサーボ用レーザ光源４０及びサーボ用の光学素子を備えた制御用ヘッド１５０を設け、この制御用ヘッド１５０をガラス管Ｇの厚さ測定位置付近をサーボ用レーザ光の光軸が通るように位置させてもよい。なお、この場合には、測定用レーザ光源３０及び測定用の光学素子は測定用ヘッド１００Ａ内に設けられている。そして、この場合には、測定用ヘッド１００Ａと制御用ヘッド１５０とを同一の支持体に固定し、測定用ヘッド１００Ａと制御用ヘッド１５０とが一体でＹ軸方向サーボ制御が行われるようにすればよい。なお、この変形例においても、サーボ用レーザ光源４０とサーボ用の光学素子の構成、及び測定用レーザ光源３０と測定用の光学素子の構成は、上記実施形態の場合と同じである。

この変形例によっても、上記実施形態の場合と同じ効果が得られる。なお、測定精度を高くする必要がなければ、測定用ヘッド１００Ａと制御用ヘッド１５０とを同一の支持体に固定せず、制御用ヘッド１５０に関しては上記実施形態と同様なＺ軸方向サーボ制御のみを行い、測定用ヘッド１００Ａに関してのみＹ軸方向サーボ制御を行うようにしてもよい。この場合は、Ｙ軸方向サーボ制御はクローズドループ制御にならないが、測定精度を高くする必要がなければこれでも測定は可能である。

また、上記実施形態では、サーボ用レーザ光を集光する対物レンズ４４をＺ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ制御にナイフエッジ法を用いたが、Ｚ軸方向サーボ制御が可能であれば、どのようなサーボ制御でもよい。例えば、非点収差法によるＺ軸方向サーボ制御を行ってもよいし、ＳＳＤ法によるＺ軸方向サーボ制御を行ってもよい。さらに、測定精度を高くする必要がなければ、Ｚ軸方向サーボ制御を行わなくてもよい。

また、上記実施形態では、サーボ用レーザ光の反射光を使用してＹ軸方向サーボ制御を行ったが、ガラス管Ｇの直径が小さい場合には、図６に示すように、直径がガラス管Ｇの直径より大きな平行光をサーボ用レーザ光として出射する制御用ヘッド１６０を設け、ガラス管Ｇの射影を用いてＹ軸方向サーボ制御を行ってもよい。この場合、制御用ヘッド１６０は、サーボ用レーザ光源６０を有する。サーボ用レーザ光源６０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ６１で平行光に変換され、その大部分がビームスプリッタ６２を通過してリレーレンズ６３，６４を介してガラス管Ｇに照射される。レーザ光の光軸は、Ｚ軸方向である。リレーレンズ６３，６４は、レーザ光の断面径をガラス管Ｇの直径よりも大きくするために利用される。一方、ビームスプリッタ６２で反射された一部のレーザ光は、集光レンズ６５によりフォトディテクタ６６の受光面に集光される。フォトディテクタ６６は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。この場合も、上記実施形態と同様に、フォトディテクタ６６によって検出された光の強度に応じてサーボ用レーザ光源６０をフィードバック制御することにより、サーボ用レーザ光源６０は常に適正な強度のレーザ光を出射する。

また、この変形例では、リレーレンズ６３，６４を介したレーザ光は、ガラス管Ｇの反対側に設けたフォトディテクタ６７により受光される。フォトディテクタ６７は、Ｙ軸方向に２分割された２分割のフォトディテクタで構成され、測定用ヘッド１００Ａ内に設けられている。なお、この変形例においても、制御用ヘッド１６０と測定用ヘッド１００Ａは同一の支持体に固定されているが、高い測定精度を必要としない場合には、前記変形例のように同一の支持体に固定されていなくてもよい。

この場合、サーボ用レーザ光は、ガラス管Ｇの直径よりも大きな直径の平行光であるため、フォトディテクタ６７の受光面には、ガラス管Ｇの影である棒状の射影が映し出される。このガラス管Ｇによってできた影を射影と呼び、射影とその周囲の光とを合わせて射影光と呼ぶ。フォトディテクタ６７は、図７に示すように、受光領域が左右に（Ｙ軸方向）２分割された受光領域Ａ，Ｂに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。このフォトディテクタ６７は、受光したサーボ用レーザ光（射影光Ｌ）における棒状の射影Ｓが受光領域Ａ，Ｂの分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、Ｚ軸方向から見てガラス管Ｇの中心軸が測定用レーザ光の光軸と交わるときにガラス管Ｇの射影Ｓが受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。

フォトディテクタ６７から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、上記実施形態のＹ軸方向エラー信号生成回路１１９に入力されて、上記実施形態の場合と同様に、光強度の差（ａ−ｂ）が計算されてＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１２０に出力される。Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、ガラス管Ｇの中心軸と測定用レーザ光のＹ軸方向におけるずれ量を表すものである。そして、このＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）を用いて、上テーブル２４及び測定用ヘッド１００ＡがＹ軸方向サーボ制御される。

図８は、ガラス管Ｇの位置をＹ軸方向に変化させたときのＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の波高値を表したものである。図示するように、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は、Ｓ字状波形となる。従って、Ｓ字状波形の山（ｃ位置）から谷（ａ位置）までの範囲ｒ（Ｓ字検出範囲ｒと呼ぶ）においては、ガラス管ＧのＹ軸方向のずれ量とＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさとが一対一に対応する。このため、Ｓ字検出範囲ｒ内において、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいてガラス管ＧのＹ軸方向のずれ量を検出することができる。

例えば、ガラス管Ｇの位置がＹ軸方向にずれていない場合、（ｂ）に示すように、フォトディテクタ６７に映し出される射影Ｓは、受光面の中央に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）はゼロとなる。一方、ガラス管Ｇの位置がＹ軸方向における一方側（左側と呼ぶ）にずれている場合には、（ａ）に示すように、フォトディテクタ６７に映し出される射影Ｓが受光面の左側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は負の値をとる。また、ガラス管Ｇの位置がＹ軸方向における他方側（右側と呼ぶ）にずれている場合には、（ｃ）に示すように、フォトディテクタ６７に映し出される射影Ｓが受光面の右側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は正の値をとる。したがって、この変形例によっても、上記実施形態と同様な効果が期待できる。

また、上記実施形態及び変形例では、サーボ用レーザ光をガラス管Ｇの厚さ測定位置付近に照射したが、ガラス管Ｇの中心軸の変動が小さければ、ガラス管Ｇの厚さ測定位置から離れた位置に照射してもよい。そして、反射光によってサーボ制御を行う形態であれば、制御用ヘッドを測定用ヘッドとは別に設けてもよい。また、射影によってサーボ制御を行う形態であっても、射影が形成されるフォトディテクタを測定用ヘッド内とは別のところに設けてもよい。

また、上記実施形態及び変形例では、ガラス管Ｇを軸線周りに回転させながら軸線方向（Ｘ軸方向）に移動させて、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、ガラス管Ｇを軸線周りに回転させずに、厚さ測定を行ってもよい。

また、上記実施形態及び変形例では、ガラス管Ｇを軸線方向（Ｘ軸方向）に移動させたが、ガラス管Ｇを固定し、光ヘッド１００、測定用ヘッド１００Ａ及び制御用ヘッド１５０，１６０をＸ軸方向に移動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例では、光ヘッド１００、測定用ヘッド１００Ａ及び制御用ヘッド１５０，１６０をＹ軸方向に移動させてＹ軸方向サーボ制御を行ったが、光ヘッド１００、測定用ヘッド１００Ａ及び制御用ヘッド１５０，１６０を固定して、ガラス管Ｇを固定する治具をＹ軸方向に移動させてＹ軸方向サーボ制御を行ってもよい。

さらに、上記実施形態及び変形例では、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。

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…下テーブル、２４…上テーブル、２５…圧電アクチュエータ、３０…測定用レーザ光源、３６，４６，４８、５０，６６，６７…フォトディテクタ、３７…ラインセンサ、４０，６０…サーボ用レーザ光源、１００…光ヘッド、１００Ａ…測定用ヘッド、１１０…Ｘ軸方向フィードモータ制御回路、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、１１７…センサ信号取出し回路、１２０…Ｙ軸方向サーボ回路、１２３…Ｚ軸方向サーボ回路、１５０，１６０…制御用ヘッド、２００…コントローラ、２０２…入力装置、２０４…表示装置、Ｇ…ガラス管

Claims (6)

1. 測定用レーザ光を透光性管状物体に照射し、前記透光性管状物体の外周面で反射する反射光と前記透光性管状物体の内周面で反射する反射光を受光センサで受光する測定用ヘッドと、
   前記受光センサにおける反射光の受光位置を検出して、前記検出した反射光の受光位置から前記透光性管状物体の厚さを計算する厚さ計算手段と、
   前記測定用ヘッドから照射される測定用レーザ光の前記透光性管状物体における照射位置を、前記透光性管状物体の中心軸であるＸ軸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、
   サーボ用レーザ光を前記透光性管状物体に対して、前記測定用レーザ光の光軸と前記測定用レーザ光の反射光の光軸との中心線の方向であるＺ軸方向に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
   前記サーボ用レーザ光による前記透光性管状物体の反射光又は射影を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光又は前記射影の位置に応じて受光信号を出力するサーボ用レーザ光検出手段と、
   前記サーボ用レーザ光検出手段の出力する受光信号に基いて、前記測定用レーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸と交差するように、前記測定用ヘッドを前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向に垂直であるＹ軸方向に前記透光性管状物体に対して相対的に駆動する第１のサーボ手段とを設けたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
2. 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、
   前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記透光性管状物体に対してレーザ光を対物レンズにより集光して照射する手段であり、
   前記サーボ用レーザ光検出手段は、前記サーボ用レーザ光の前記透光性管状物体からの反射光を前記対物レンズを介して受光面に受けて、前記受光面における反射光の位置に応じた受光信号を出力する手段であり、
   前記第１のサーボ手段は、前記サーボ用レーザ光照射手段及び前記サーボ用レーザ光検出手段を前記測定用ヘッドと一体的にＹ軸方向に前記透光性管状物体に対して相対的に駆動することを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
3. 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、さらに、
   前記サーボ用レーザ光の前記透光性管状物体からの反射光を、前記対物レンズによる前記サーボ用レーザ光の焦点位置と前記透光性管状物体の外周面との位置ずれにより反射光の受光状態が異なるようにした光学素子を介して受光面に受けて、前記受光面における反射光の受光状態に応じた受光信号を出力する第２のレーザ光検出手段と、
   前記第２のレーザ光検出手段によって出力される受光信号に基いて、前記サーボ用レーザ光の焦点位置が前記透光性管状物体の外周面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動する第２のサーボ手段とを備えたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
4. 請求項２又は３に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
   前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記測定用レーザ光と同じ方向から前記透光性管状物体に対してレーザ光を照射する手段であり、
   前記測定用ヘッド内に前記サーボ用レーザ光照射手段及び前記サーボ用レーザ光検出手段を設けたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
5. 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、
   前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記透光性管状物体の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を照射する手段であり、
   前記サーボ用レーザ光検出手段は、前記サーボ用レーザ光の前記透光性管状物体の射影を受光面に受けて前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する手段であり、
   前記第１のサーボ手段は、前記サーボ用レーザ光照射手段及び前記サーボ用レーザ光検出手段を前記測定用ヘッドと一体的にＹ軸方向に前記透光性管状物体に対して相対的に駆動することを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
6. 請求項５に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
   前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記測定用レーザ光の反対方向から前記透光性管状物体に対してレーザ光を照射する手段であり、
   前記サーボ用レーザ光検出手段を前記測定用ヘッドに含めたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
   

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