JPH02302606A

JPH02302606A - 厚さ測定装置

Info

Publication number: JPH02302606A
Application number: JP12330989A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Takechi; 武知　秀行; Mitsumasa Imataki; 今滝　満政
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1989-05-17
Publication date: 1990-12-14

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、非接触式の厚さ測定装置、特に温度変化に
よる測定誤差を極力抑制することのでき色厚さ測定装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種の厚さ測定装置として、たとえば工業技術社
１９８１年１０月発行の「実例にみるプロセスセンサの
使い方」第２８０ページに記載されたレーザ方式変位・
厚さ計があり、第４図〜第５図（ａ）。

（ｂ）は、その概略構成を示すものである。即ち、第４
図に示。すように、互いに対向配置された光センサ（１
）、（２）ト、各光セン”ｊｔｌｌ、（２）に配線（３
］、ｋｉ］を介して接続されたディスプレイ・ユニツ）
　（５１，［６１と、各ディスプレイ・ユニッＩ−（（
５）、（６）に配線（７）。

（へ）を介して接続された両面演算器（９）とを備えた
装置として構成されている。

しかして、光センサ（１）、（２）間に厚さの測定対象
である被測定体ＱＯＩが第４図に示したように置かれ、
これに光センサ（１）、（２）からそれぞれレーザ光（
１１）、（１２）が照射されるとそれぞれが被測定体０
０）で反射され、反射光が光センサ（１１，（２１によ
って検出される。

この場合、先ず第５図（ａ）に示すように、厚みが既知
である基準の測定体（１３）を光センサｆｌ）、［２］
間に置き、基準の測定体（１３）における反射光のビー
ム・スポットを光センサ（１）、（２）によって検出し
ておき、そのビーム・スポットを基準点としたオフセッ
ト値を決定しておく。

次いで厚さを測定すべき被測定体ＱＯＩを同図（ｂ）に
示すように、光センサ（１１，＋２１間に置き、基準の
測定体と同様にレーザ光（１１）、　＜１２）を光セン
サ（１）。

（２）から照射し、その反射光を検出し、この検出点と
上記基準点との変位量から被測定体ＱＯＩの厚さを測定
する。

更に具体的に説明すると、光センサ（１１，（２１から
レーザ光（１１）、　（１２）を照射し、その反射光を
光センサ（１１，（２１が検出すると、この検出点は上
記基準点から移動する。

この移動量を電気信号に変換し、図示しないマイクロプ
ロセッサが移動量を演算処理して、基準の測定体（１３
）の反射点がらの被測定体の変位量とする。

この変位量は、各光センサ（１）、（２）に接続された
ディスプレイ・ユニツＩ−［５］　、　＋６１にそれぞ
れ数値表示される。

このようにして得られた各変位量は、ディスプレイ・ユ
ニッ）−１５）　、　ｆ６Ｊに接続された両面演算機（
９）に入力され、下記の演算式に基づいて演算処理され
て被測定体制の厚さＤを算出する。

Ｄ　　＝　　ｄ＋Ｉｏａ−Ｊｏｂただし、Ｄは被測定体Ｑ（１の厚さ、ｄは基準の測定体
（１３）の厚さ、ｌｏａは光センサ（１）によって検出
された変位量、Ｊｏｂは光センサ（２）によって検出さ
れた変位量である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の厚さ測定装置は以上のように構成されているため
、測定環境によって温度変化が生じ、光センサ（１１，
（２）を支持する構造体がｉａあるいは収縮すると光セ
ンサ（１）、■間の距離が変動し、厚さ測定時における
変位量の測定に誤差が生じ、これが被測定体α〔の厚さ
の測定誤差となって現れるという欠点がある。

この発明はこのような欠点を解消するためになされたも
ので、測定環境の温度変化に影響されることなく高精度
で厚さを測定することのできる厚さ測定装置を提供しよ
うとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る厚さ測定装置は、厚さが既知である基準
測定体の厚さを測定したときに、光センサ間の距離を測
定して記憶しておき、被測定体の厚さの測定時にも光セ
ンサ自身で光センサ間の距離を測定し、記憶された光セ
ンサ間距離と比較して測定環境の変化による光センサ間
の距離変化を検出することにより厚さ測定値を補正する
ようにしたものである。

〔作　　用〕

この発明によれば、基準測定体の厚さ測定時に光センサ
間距離を計測して記憶しているため、被測定体の厚さ測
定時に再度、光センサ間距離を計測することによって基
準測定体の測定時と、被測定休の測定時における光セン
サ間距離の変化を確認することができる。従って測定環
境の温度変化等によって光センサ間の距離が変化しても
、その変化型を適確に補正することができる。

〔実　施　例〕

以下第１図および第２図に基づいてこの発明の一実施例
を説明する。

第１図は実施例の概略構成を示す斜視図、第２図（ａ）
、（ｂ）は上記実施例における光センサ移動機構部の詳
細を示す拡大側面図である。これらの図において、光セ
ンサ（１）、（２）はそれぞれ側面口字状に形成された
支持、機１（＋４１の先端部に移動機構＜１５）、　（
１６）を介して装着され、且つ両者の間に帯状の基準測
定体（１３）を挿入設定し得るように、対向配置されテ
ィる。移動１１［（＋５＞、　（１６）ハ、第２図に詳
細を示すように、水平方向移動１１１ｆ１１（＋７）。

（１８）と、垂直方向移動機構（＋９＞、　＜２０）お
よび垂直方向移動機構に設けられた垂直方向移動量検出
器（２１）、　（２２）とから構成され、垂直方向移動
量検出器（２１）、　（２２）の先端部には、温度検出
器（２３）が付設されている。なお、水平方向移動機構
（１７＞、　（１８）、垂直方向移動ａｔｅ　（１９）
、　（２０）および垂直方向移動量検出器（２１）、　
（２２１はそれぞれ配線（２４）、　（２５）を介して
演算ｔＲ（２１）に接続され、光センサ（１１，＋２１
も同様に配線（３１１４）を介して演算機（２１）に接
続されている。また、支持機構（１４）は演算機（２１
）に隣接配置されている。

このような構成において、被測定体の厚さを計測する場
合には、まず第１図あるいは第２図（ａ）に示すように
、光センサｆｉｌ、（２１の中間部に基準測定体（１３
）を挿入設置すると共に、これに光センサ（１１，（２
１からレーザ光を照射してその反射光を光センサ（１）
、（２）で検出し、オフセット値を決定する。

その後、第２図（ｂ）に示すように、基準測定体が光セ
ンサ（１１，（２］の間からなくなった時に水平方向移
動機１ｌｌ（１７）　、　（１８）、垂直方向移動機構
（１９）。

（２０）によって光センサ（１）、（２）を垂直方向お
よび水平方向に移動させ、各光センサ（１）、（２）の
垂直方向の移動量をそれぞれ垂直方向移動量検出器（２
１）。

（２２）によって検出するとともに、光センサ（１）、
（２）間の垂直方向の距離を光センサ（１）、（２）自
身により測定し、垂直方向移動量と光センサ間距離を演
算機（２１）に記憶させておく。

次いで第１図に示す基準測定体（１３）の位置に厚さが
未知の被測定体０１を挿入設置し、基準測定体の場合と
同様に、光センサ（１１，（２１によって厚さを測定す
る。

その後、光センサ（１１，（２）の間から被測定体００
１がなくなった時に再度水平方向移動機構（＋７）、　
（１８）、垂直方向移動機構（＋９１．　（２０）によ
って光センサ（１）。

（２）を垂直方向および水平方向に移動させ、光センサ
（１１，（２１の垂直方向の移動量および光センサ（１
）。

（２）間の垂直方向の距離を測定し、その値と、基準測
定体計測時に測定したこれらの値とから演算機（２１）
において光センサ間の垂直方向距離の変化分を演算し、
この演算結果にもとすいて被測定体の厚さの測定結果を
補正し、支持架台の膨張、収縮等による測定誤差を消去
する。なお、この動作は、その後、所定時間毎に繰り返
し行われる。

また、基準測定体の厚さを測定したあとで光センサ間距
離を測定した時に、垂直方向移動量検出器（２１）、　
（２２１の温度を測定して演算機に入力し記憶させてお
くと共に、厚さ未知の被測定体を測定したあとで光セン
サ間距離を測定した時にも垂直方向移動量検出器（２１
）　、　（２２）の温度を測定することにより、温度変
化分に対応した垂直方向移動量検出器の膨張、収縮によ
る誤差をも補正することができる。

この場合、垂直方向移動量検出器（２１）、　（２２）
の温度変化による膨張、収縮変化分は、鉄の温度膨張係
数を利用することにより容易に算出することができる。

次に、上述した測定誤差を消去するための演算処理の仕
方について説明する。

今、第２図（ｂ）に示すように、光センサ（１１，（２
］間の距離を測定するための光センサ（１）、（２１の
垂直方向の移動量をそれぞれＹｔｌ、　ＹＬ、光センサ
（１１，（２１間の距離をＹＳとし、基準測定体（１３
）の厚さ測定時におけるＹＵ、　ＹＬ、　ＹＳをそれぞ
れＹＵ、、　ＹＬ、、　ＹＳ、、被測定体−の厚さ測定
・時におけるＹＵ、　ＹＬ、　Ｙ！ＳをそれぞれＹ［Ｊ
ｔ、　ＹＬｔ、　ＹＳ＋、基準測定体の厚さを００、被
測定体の厚さをＤＩ、温度変化後の被測定体の厚さを０
２とすると、温度変化による支持機構（１４）の膨張、
収縮量は次式によって算出される。

Δ　ｄ　　＝　　（Ｙｔｌ、＋　　ＹＬＯ＋　　ＹＳ−
ｏｉ　　（Ｙｅｌｌ−）　　ＹＬｌ−１−ＹＳ＋）また
、被測定体の厚さＤＬは次式によって算出される。

Ｄ、　　＝　　０２−Δｄ第３図はこの発明の他の実施例を示すもので。

光センサ支持＠横（１４）を円型とし、複数組の光セン
サ（１１，（２１を取り付け、複数箇所の厚さを測定し
得るようにしたものである。その他の構成は第１図の実
施例と同様であるため説明を省略する。

なお、上記各実施例における演算機（２１）には、オフ
セット値を算出する演算部、厚さを算出する演算部、光
センサの水平方向移動機構、垂直方向移動機構制御部お
よび光センサの垂直方向の移動量と光センサの出力から
光センサ間の距離を算出する演算部が包含されているこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、基準測定体及び被測定
体のそれぞれの厚さ測定時に光センサ間の距離を計測し
、両者を比較してその変化を検知し得るようにしている
ため、測定環境の温度変化に影響されることなく高精度
に被測定体の厚さを測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の厚さ測定装置の一実施例を示す斜
視図、第２図は上記実施例における光センサ移動機構部
の詳細を示す図で、（ａｌは基準測定体を測定する状態
を示す図、（ｂ）は光センサの間隔を測定する状態を示
す図である。第３図はこの発明の他の実施例を示す斜視
図、第４図は従来の厚さ測定装置を示す概略構成図、第
５図（ａ）。（ｂ）はそれぞれ厚さ測定の原理を示す説明図である。図において、＋１１．［２１は光センサ、αωは被測定
体、（１３）は基準測定体、（１４）は光センサ支持機
構、（１５）、　（１６）は移動機構、（１７）、　（
１８）は水平方向移動ａｒｍ、（１９）　、　（２０）
ハ垂直方向移動ｆｆ！　１１４、（２１）、　（２２）
は垂直方向移動量検出機構、（２１）は演算機である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。代理人　弁理士　　大　岩　増　雄第１図１．２．光七°ノサ２１：；貿！！磯第２図（￥０１）２３：＊度検出妹第２図（その２）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

被測定体の設置位置を介して対向配置され、上記被測定
体の両面に照射されたレーザ光を夫々検出し得るように
された一対の光センサを有し、厚さが既知の基準測定体
にレーザ光を照射した場合の各光センサの検出結果と、
上記被測定体にレーザ光を照射した場合の各光センサの
検出結果とを比較して上記被測定体の厚さを計測するよ
うにしたものにおいて、上記基準測定体の厚さの計測時
に上記各光センサ間の距離を計測して記憶させると共に
、上記被測定体の厚さの計測時に上記各光センサ間の距
離を計測し、記憶された計測値と比較して上記各光セン
サ間の距離の変化を検知し、上記被測定体の厚さ計測時
における上記各光センサの計測結果を補正するようにし
たことを特徴とする厚さ測定装置。