JPH01313705A

JPH01313705A - 厚み測定装置

Info

Publication number: JPH01313705A
Application number: JP14465488A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kaneda; 金田　一
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1988-06-14
Publication date: 1989-12-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、厚み測定装置に関し、さらに詳しくいうと
、光ビームを被計測物体表面に照射し。

その反射光を用いて被計測物体表面までの距離または被
計測物体表面の変位を測定するようにした光式変位測定
器を用いた厚み測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、例えば特公昭５９−７６２号公報に掲載され
た従来の光式変位測定器を示し、図において、光源（１
）より放射される光ビーム（１ａ）を集束する投光レン
ズ（２）、距離または変位を測定する被計測物体表面（
３）に照射された光源（１）よりの光ビーム（１ａ）の
光スポット（１ｂ）を結像する受光レンズ（４）、受光
レンズ（４）Ｋより結像された光スボッ）　（ｌｂ）の
位置に対応した電気信号を送出する光検出器（５）、光
検出器（５）からの電気信号ｉＡ、ｉｎを入力して所定
の演算を行い、距離に応じた出力を発生する処理回路（
６）等からなっている。

以上の構成により、光源（１）によって放射される光ビ
ーム（１ａ）は投光レンズ（２）により集束され、適当
な大きさの光スポット（１ｂ）となって被計測物体表面
（３）に照射される。受光レンズ（４）は、被計測物体
表面（３）上の光スポット（１ｂ）を光検出器（５）の
受光面上に結像させる。また、光検出器（５）は、その
受光面上での光スポットの位置に応じた電気信号ｉＡ、
ｉＢを発生する光電変換素子で、例えば、ＰＳＤ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
　）と呼ばれる素子からなり、光スポットの位置Ｐに応
じてｉＡ。

ｉＢなる電流を発生し、ｉＡＰｌ−□　　　　　　　・・・・・・（１）ｉＡ　＋　
ｉＢまたは、ｉＢにより、受光面の各端部からの光スポット（１ｂ）の位
置が処理回路（６）により演算される。また、ｉＡ　＋
　ｉＢからは、受光面の中央からの光スポット（１ｂ）の位置
が演算できる。

被計測物体表面（３）の変位りは、上記受光面上での光
スボツ）　（ｌｂ）の動きｔＫ変換されるので、上式（
１）〜（３）のいずれかの結果に変換係数を掛ければ、
被計測物体表面（３）までの距離に対応した出力が得ら
れ、変換係数は光学系の設置条件から算出するか、実際
の装置を用いて実験的に求める。

なお、符号（３ａ）は被計測物体表面（３）がＬだげ変
位した場合の被計測物体表面を示し、破線で示す結像系
の光ビームが、上記変位した場合の結像系の光ビームを
示す。

上記の光式変位測定器を２台用いた従来の厚み溝定装置
を第４図に示す。図において、被計測物体（１１）を挾
んで配置された２つのへラドケース（９）がコ字状の支
持台（１２）に取付けられている。

その他、第壱図と同一符号は同一部分である。

以上の構成により、被計測物体（１１）の両面までの距
離をそれぞれ測定することにより、被計測物体（１１）
の厚みＤを測定する。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の厚み測定装置は、光式変位測定器が
上記のように構成されているため、以下の問題点があっ
た。

第５図において、符号（１）〜（５）は第３図における
ものと同じ部分である。また、符号（力はヘッドケース
（９）が例えば膨張してヘッドケース（９ａ）になった
場合Ｋ、変位した光検出器（５ａ）の中心に結像点が形
成されるための被計測物体表面の位置、（８）、（８ａ
）は光検出器（５）、（５ａ）の中心を示す。なお、（
２ａ）、（４ａ）はそれぞれ変位後の投光レンズおよび
受光レンズを示している。

光式変位測定器のセンサ部のヘッドケース（９）は、使
用環境温度の変化により、膨張または収縮を起こす。例
えば、センナ部に力学的固定点を定め（ない場合は、第
５図に示すように、等方的に膨張（または収縮）を起こ
す。このヘッドケース（９）に光源（１）、投光および
受光レンズ（２）　、　（４）、光検出器（５）を固定
された場合には、これらの光学素子により形成される光
経路も、ヘッドケース（９）の膨張と等しく、等方的に
膨張する方向に変位する。いま、膨張してヘッドケース
（９）が破線で示す大きさのヘッドケース（９ａ）にな
ったとする。このとき、変位した光検出器（５ａ）の中
心（８ａ）に光が入射するための被計測物体表面（３）
の位置（７）は、膨張前の光検出器（５）の中心（８）
に光が入射するための被計測物体表面（３）の基準位置
に対して、ΔＸだけずれていることになる。このΔＸの
ずれが、温度変化による変位測定器の出力誤差となる。

上記の変位測定器の誤差の他Ｋ、支持台（１２）の膨張
による誤差が加わる。一般に、温度が上昇すれば、２つ
の変位測定器のへラドケース（９）の誤差は厚みＤが厚
くなる方向に発生し、支持台（１２）の膨張による誤差
は逆に厚みＤが薄くなる方向に出て、これらの誤差が打
ち消し合う方向に働く。

例えば、ヘッドケース（９）と支持台（１２）を同一の
材料を用いて形成した場合は、上記２つの誤差が打ち消
し合って、理論的には厚みＤ分の前記材料の熱膨張のみ
が誤差となって生じる。しかし、材料の価格や加工コス
ト等の制約から、ヘッドケース（９）や支持台（１２）
の各々の材料を、これらの熱膨張で生じる誤差を打消し
合ってＯになるように決めることは困難である。

この発明は上記の課題を解決するため罠なされたもので
、使用環境の温度変動の影響を受けないで、高精度の測
定ができる厚み測定装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る厚み測定装置は、２つの光式変位測定器
のへラドケースおよび支持台の材質の線膨張率と相対変
化温度とに対応した、光学系に起因するドリフトを除去
する線膨張率を有する材質でなる補償部材が、ヘッドケ
ースと支持台間および支持台の途中のいずれかに配置さ
れている。

〔作　用〕

この発明においては、ヘッドケースと支持台の膨張に対
して、補償部材がこれと異なる位置移動を起こし、光学
系に起因するドリフトを除去する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を永し、被計測物体（１１
）を挾んで支持台（１２）に取付けられる１対のヘッド
ケース（９）には、光源（１）、投光レンズ（２）、受
光レンズ（４）および光検出器（５）がそれぞれ固定さ
れている。ヘッドケース（９）と支持台（１２）の間に
は、取付座となる補償部材（１３ａ　）ｅ　（１３ｂ　
）が介在されており、この補償部材（１３ａ）、（１３
ｂ）は、ヘッドケース（９）、支持台（１２）の線膨張
率と相対変化温度とに対応した線膨張率の材質でなり、
光学系に起因するドリフトを除去する。

以上の構成により、光源（１）、投光レンズ（２）、受
光レンズ（４）、光検出器（５）等の光学要素は、環境
温度が変化した場合、ヘッドケース（９）の例えば膨張
に追随した位置に移動する。また、支持台（１２）の膨
張によりヘッドケース（９）の位置も移動する。

ここで、説明を容易にするため、第１図に示すヘッドケ
ース（９）と支持台（１２）の材質を同一とし、Ｉ）ｔ
　、０２とし、これらの材質の線膨張率をα２とする。

温度上昇すれば、ヘッドケース（９）と支持台（１２）
の膨張により下記の計測誤差が発生する。

Δ＝αＩＤ＋（α１−α２）（Ｄ１＋Ｄ２）　　・・・
（４）式（４）において、αｌＤは補償部材（１３ａ）
、（１３ｂ）を用いないときの計測誤差である。Δ＝０
にするためには、αｌくα２となる線膨張率α２を選定
する必要がある。すなわち、 αＩＤ＝（α２−αｘ）（ＤＩ　＋　Ｄ２）　　　　・
・・（５）を満足する線膨張率α２と補償部材（ｘ３ａ
）、　（１３ｂ）の寸法、Ｄ１＋０２を選択すれば、ヘ
ッドケース（９）および支持台（１２）の熱膨張による
計測誤差を０にすることができる。ここでＤ１＝０また
はＤ２＝０としてもよい。また、説明を簡単にするため
、ヘッドケース（９）と支持台（１２）の材質を同一と
仮定したが、これらの材質が相異なる場合も、同様に線
膨張率α２とＤｔ＋ｐｚ寸法を適当に選択すれば、熱膨
張による計測誤差を０にすることができる。

なお、上記実施例ではヘッドケース（９）と支持台（１
２）との間に、これらの材質の線膨張率と異なる、特定
の厚み寸法と線膨張率を有する材質からなる補償部材を
ヘッドケース取付座として介在させ、これによってドリ
フト改善を行ったが、これに限らず、他の実施例として
第２図に示すように支持台（１２）の途中に、支持台（
１２）の材質とは線膨張率が異なる補償部材（１３）を
配設して、ドリフト改善を行ってもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、光式変位測定器のへ
ラドケースおよび支持台の少なくともいずれかの線膨張
率と異なる線膨張率を有する補償部材を、ヘッドケース
と支持台間または支持台の途中忙配蟹し、ヘッドケース
、支持台の膨張に対してヘッドケースの位置を自動調整
するようにしたので、温度ドリフトを除去し得て、使用
環境の温度変動の影響を受けることなく、高精度の測定
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略立断面図、第２図は
他の実施例の概略立断面図、第３図は従来の光式変位測
定器の概略斜視図、第４図は従来の厚み測定装置の概略
立断面図、第５図は第４図のヘッド部の温度上昇による
膨張を示す模式図である。（１）　−−光源、（１ａ）−争光ビーム、（１ｂ）・
・光スポット、（２）・・投光レンズ、（４）・・受光
レンズ、（５）φ・光検出器、（９）・φへラドブース
、（１１）・・被計測物体、（１２）・・支持台、（１
３ａ）。（１３ｂ）、（１３）・・補償部材。なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。に党原４、受た（′−ス゛５　尤檜出券９：へ・Ｉドケース１１、［ｔｔｌ’Ｊ掬体１２二叉符台１３ａ、１３ｂ　：桶′償部材

Claims

【特許請求の範囲】

光源からの光ビームを所定の被計測物体表面に照射し、
前記被計測物体表面上の光スポットを受光レンズを介し
て光検出器の受光面上に結像させ、この結像した受光に
よつて前記光検出器より発生する電気信号により、前記
被計測物体表面までの距離を演算出力する２つの光式変
位測定器を前記被計測物体を挾んで配置してなる厚み測
定装置において、前記光源、前記受光レンズ、前記光検
出器等を収納しているヘッドケースとその支持台との間
および前記支持台の途中のいずれかに、前記ヘッドケー
スと前記支持台の少なくともいずれかの線膨張率と相対
変化温度とに対応したドリフトを除去する線膨張率と寸
法でなる補償部材を配設してなることを特徴とする厚み
測定装置。