JP7340322B2 - 共焦点変位計測システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態による共焦点変位計測システム1の一構成例を示したシステム図である。共焦点変位計測システム1は、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測するとともに、複数の測定箇所について変位の計測を同期させ、得られた複数の測定値から厚さや平坦度などの物理量を算出する複数点同期計測システムである。
図3は、図1の制御ユニット2の構成例を示したブロック図である。図4は、図3の制御ユニット2の外観図であり、制御筐体20の前面が示されている。この制御ユニット2は、制御部21、外部IF部22、保護回路23及び内部電源部24により構成され、測定ユニット3間で測定タイミングを一致させる同期処理を行う。外部IF部22は、PLC、PC(パーソナルコンピュータ)、表示装置などの外部機器が接続される入出力部であり、デジタル又はアナログの入出力回路又は通信回路からなる。
図5は、図1の測定ユニット3の構成例を示した図である。この測定ユニット3は、アンプ部30、ヘッド部31及びファイバケーブル32により構成され、ヘッド部31から検出光DLを出射した際の計測対象物Wからの反射光を受光して計測対象物Wの変位を計測する光学式の計測装置である。
図6は、図5のアンプ部30の斜視図であり、(a)には、測定筐体300の右側面が示され、(b)には、測定筐体300の左側面が示されている。図7は、図5のアンプ部30の外観図であり、(a)には、測定筐体300の前面が示され、(b)には、測定筐体300の右側面が示されている。
ファイバケーブル32(32a,32b)が測定筐体300の前面に対して垂直に突出する場合と比べ、ファイバケーブル32を取り回す際に、測定筐体300の前方の空間を省スペース化することができる。
図8は、図5の投光用光源301の構成例を示した図であり、(a)には、投光用光源301の側面が示され、(b)には、投光用光源301をA-A切断線により切断した場合の切断面が示されている。この投光用光源301は、レーザ光を蛍光体80に照射して白色光を発生させる光源装置であり、発光素子71、配線基板72、素子ホルダ73、集光レンズ74、レンズホルダ75、フェルール76、フェルール押え77、蛍光体80、枠体81及びフィルタ素子82により構成される。
図9は、図5の分光器305の構成例を模式的に示した説明図であり、反射型の分光器305が示されている。この分光器305は、コリメータレンズ91、回折格子92、結像レンズ93及びイメージセンサ94により構成され、カプラ302から延びる光ファイバ90の出射端から出射された検出光DLを分光する。
図10は、図1の増設ユニット4の構成例を示したブロック図である。図11は、図10の増設ユニット4の外観図であり、ユニット筐体40の前面が示されている。この増設ユニット4は、分岐回路41、IF部42及び43により構成される。IF部42及び43は、2つの通信ケーブル9がそれぞれ接続される入出力部であり、送信バッファや接続端子部42a及び43aからなる。
図13は、図1の拡張ユニット6の構成例を示したブロック図である。図14は、図13の拡張ユニット6の外観図であり、ユニット筐体60の前面が示されている。この拡張ユニット6は、制御部61、内部電源部62及び外部IF部63により構成される。外部IF部63は、エンコーダ、ネットワーク機器などの外部機器が接続される入出力部であり、デジタル又はアナログの入出力回路又は通信回路と、接続端子部64とからなる。
2 制御ユニット
20 制御筐体
21 制御部
211 タイミング制御部
212 物理量算出部
213 外部通信部
22 外部IF部
23 保護回路
24 内部電源部
3 測定ユニット
30 アンプ部
300 測定筐体
301 投光用光源
304 表示用光源
305 分光器
306 測定制御部
307 内部電源部
31 ヘッド部
310 ヘッド筐体
311 光学部材
314 表示部
32,32a,32b ファイバケーブル
37a,37b ファイバケーブル接続部
33,35 連結部
4 増設ユニット
5 接続ユニット
6 拡張ユニット
7 商用電源
8 スタッキング接続
9 通信ケーブル
10,11 内部バス
10a 信号線
10b データ線
12 電源ライン
Claims (11)
- 共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点変位計測システムであって、
それぞれが前記計測対象物の変位の測定値を計測する2以上の測定ユニットと、
前記測定ユニットと内部バスを介して通信可能に接続され、前記測定ユニットを制御する制御ユニットとを備え、
前記測定ユニットは、複数の波長を有する光を生成する投光用光源と、
前記投光用光源からの光を通過させることによって検出光を出射するピンホールと、
前記ピンホールを介して出射された前記検出光に軸上色収差を発生させるとともに、前記検出光を計測対象物に向かって収束させる光学部材と、
前記光学部材を介して前記計測対象物に照射された前記検出光のうち、前記計測対象物上で合焦しつつ反射されることによって前記ピンホールを通過した検出光を分光し、波長ごとの受光強度を表す受光信号を生成する分光器と、
前記受光信号に基づいて、前記計測対象物の変位を求め、前記測定値として前記制御ユニットへ出力する測定制御部と、
前記投光用光源、前記分光器及び前記測定制御部を収容する測定筐体とを有し、
前記制御ユニットは、前記測定値を取得するタイミングを前記測定ユニットに指示するための測定タイミング信号を生成するタイミング制御部と、
前記測定タイミング信号をトリガとして複数の前記測定ユニットによりそれぞれ取得された複数の測定値に基づいて、前記計測対象物の物理量を算出する物理量算出部と、
外部機器と通信し、算出された前記物理量を前記外部機器へ送信する外部通信部と、
前記内部バスが通され、前記測定筐体と着脱可能にスタッキング接続するための測定筐体連結部が設けられ、前記タイミング制御部、前記物理量算出部及び前記外部通信部を収容する制御筐体とを有し、
前記共焦点変位計測システムはさらに、
前記測定タイミング信号及び前記測定値を伝送するための通信ケーブルと、
前記通信ケーブルの一端が接続され、前記測定タイミング信号及び前記測定値の送受信を中継する増設ユニットと、
前記通信ケーブルの他端が接続され、前記測定タイミング信号及び前記測定値の送受信を中継する接続ユニットとを備え、
前記測定筐体連結部に設けられた前記内部バスは、
前記測定値が送受信されるデータ線と、
前記測定タイミング信号を送受信するための信号線であって、前記データ線とは異なる測定タイミング信号線とを備え、
前記増設ユニットは、前記制御ユニットと2以上の前記測定ユニットである第1グループの測定ユニットとの間に設けられ、前記制御ユニットから前記測定タイミング信号及び前記測定値の伝送路を分岐し、前記第1グループの測定ユニット及び前記接続ユニットに対する送受信を中継し、
前記接続ユニットは、2以上の測定ユニットである第2グループの測定ユニットが接続され、前記通信ケーブルを介して前記制御ユニットから伝送された前記測定タイミング信号及び前記測定値の、前記第2グループの測定ユニットに対する送受信を、前記内部バスを介して中継し、
前記第1グループの測定ユニット及び前記第2グループの測定ユニットの各々の前記測定制御部は、前記内部バスの前記測定タイミング信号線を介して受信した前記測定タイミング信号に基づいて、前記測定筐体内の前記分光器を制御し前記測定値を互いに同期して取得し、前記内部バスの前記データ線を介して前記制御ユニットへ送信し、
前記制御ユニットは、前記第1グループの測定ユニット及び前記第2グループの測定ユニットから受信した同期化された前記測定値に基づいて、前記計測対象物の物理量を算出することを特徴とする共焦点変位計測システム。 - 前記タイミング制御部は、前記2以上の測定ユニットをグループ化し、同一のグループに属する測定ユニットに対し、測定値の取得を前記測定タイミング信号によって同期させることを特徴とする請求項1に記載の共焦点変位計測システム。
- 前記測定筐体は、前記制御筐体の前記測定筐体連結部と着脱可能に連結する第1連結部と、他の測定ユニットの測定筐体と着脱可能に連結するための第2連結部とを有し、
前記第1連結部が前記測定ユニットの前記第2連結部に接続された前記他の測定ユニットの前記測定制御部は、前記第1連結部を介して受信した前記測定タイミング信号に基づいて測定値を取得し、前記第1連結部を介して前記制御ユニットへ送信することを特徴とする請求項1又は2に記載の共焦点変位計測システム。 - 前記増設ユニットは、前記制御ユニットの前記測定筐体連結部と着脱可能に連結する第3連結部と、前記測定ユニットの測定筐体と着脱可能に連結するための第4連結部とを有し、
前記接続ユニットは、前記測定ユニットの測定筐体と着脱可能に連結するための第5連結部を有することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の共焦点変位計測システム。 - 前記測定ユニットは、前記ピンホール及び前記光学部材を収容するヘッド筐体と、
前記投光用光源からの光を前記ヘッド筐体に伝送する光ファイバであって、端面が前記ピンホールとして機能する光ファイバからなるファイバケーブルとを有し、
前記測定筐体は、測定筐体の前面に対し、前記光ファイバが斜めに突出する状態で、前記ファイバケーブルを着脱可能に接続するファイバケーブル接続部を有することを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の共焦点変位計測システム。 - 前記測定制御部は、波長ごとの受光強度からなる受光波形を複数の波形データに分割し、測定値の送信と並行して前記制御ユニットへ送信し、
前記外部通信部は、前記測定ユニットから受信した前記複数の波形データからなる受光波形を前記外部機器へ送信することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の共焦点変位計測システム。 - 前記測定筐体及び前記制御筐体は、前記測定筐体連結部を介して直接に連結されることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の共焦点変位計測システム。
- 前記測定筐体及び前記制御筐体は、前記測定筐体及び前記制御筐体のうちの一方の筐体から突出する雄型連結部を他方の筐体に設けられた雌型連結部に挿入することによって互いに前記測定筐体連結部において連結されることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の共焦点変位計測システム。
- 前記測定筐体及び前記制御筐体は、前記測定筐体連結部とは異なる連結手段によって互いに固定されることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の共焦点変位計測システム。
- 前記ファイバケーブル接続部は、前記測定筐体の前面に対し、斜め下方に向けて傾斜したファイバ接続面を有することを特徴とする請求項5に記載の共焦点変位計測システム。
- 前記ヘッド筐体には、表示部が設けられ、
前記ファイバケーブルは、測定用の光ファイバと表示用の光ファイバとにより構成され、前記測定筐体側の端部が二又状に分岐し、前記測定筐体に対して着脱可能に接続するためのコネクタがそれぞれ設けられることを特徴とする請求項5に記載の共焦点変位計測システム。
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