JPH0252210A - 超音波測定装置用被測定物ホルダ、およびホルダカバー - Google Patents

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、水中にある物体の形状や厚みを非破壊、非
接触で測定する超音波測定装置に使用される被測定物ホ
ルダおよびそのカバーに関する。

（従来の技術およびその解決すべき課題）ソフトコンタ
クトレンズ（以下、本明細書において「レンズ」という
）のように親水性軟質物質で、かつ、濡れた状態で使用
される物質の形状や厚みはは、その物質の使用状態に近
似した状態で測定する必要がある。従来、レンズの形状
は、水中より取り出し切断してその縦断面を投影機で拡
大して測定するか、水中に浸漬させたまま光学機械で測
定する方法が採用されていた。

前者の、水中から取り出して測定する方法は、レンズを
切断してしまうため、そのレンズは商品にはなり得ない
という問題があり、さらに、水分がレンズから蒸発して
レンズが変形するので、正確な測定ができない。さらに
、この方法は、切断や測定作業を人手によるため、個人
差による測定誤差が大きいという問題がある。

一方、後者の、水中で光学機械により測定する方法とし
ては、特開昭５２−７０８４９号公報に開示されるもの
が知られている。この方法は、水槽内の、所定の有効径
を存するレンズ台に、レンズをその凸面を上にしてＲ置
し、水槽の側壁に設けた窓から、観察用光学系により、
レンズの凸面側の頂点を観察しながら焦点板を移動して
それに刻まれた目盛Ａをレンズの凸面側頂点に合致させ
、次いで、測定子によりレンズをレンズ台から持ら上げ
て移動させて、焦点板の目盛Ｂに凸面側頂点を合致させ
、このときの測定子の移動距離からレンズの形状や厚の
を求めるものである。この方法は、水中で測定するので
、レンズを変形させることはないが、限られた情報（レ
ンズ台の有効径、焦点板の目盛Ａ、Ｂ間の距離、および
測定子の移動距離の３つのデータ）を利用するのでレン
ズの全体形状や厚めを測定することはできない。

また、超音波を被測定物物に照射し、被測定物表面から
の反則波の反射信号と被測定物を乗せている基体表面か
らの反射波の反射信号との時間差を利用して被測定物の
厚みを測定するもの、超音波を被測定物に臨界角で入射
させ、入射エネルギにより被測定物表面を伝播する弾性
表面波から漏洩して生しる反射波の減衰の程度から被測
定物の厚みを測定する方法（例えば、特開昭６０−１２
０２０４号公報）等が知られているが、これらはいずれ
も超音波トランスジューナが被測定物に対して所定の位
置に固定され、被測定物の一点の厚み情報しか得ること
ができず、被測定物の全体形状や厚め分布を得ることが
出来なかった。

本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、
超音波によりレンズのような軟質の物体や、これに限ら
ず水中にある物体の形状、厚め、厚み分布等を非接触、
非破壊で測定する超音波測定装置に好適に使用され、被
測定物を支持し、測定中の被測定物の移動を防止し、し
かも、測定の邪魔にならない超音波測定装置用被測定物
ホルダおよびホルダカバーを提供することを目的とする
。

（課題を解決する手段） 上述の目的を達成するために本発明によれば、水中の所
定位置に被測定物を設置し、この被測定物を臨み、かつ
所定の回転中心から等距離にある円弧上を超音波トラン
スジューサを移動させ、前記円弧」二の各測定点毎に超
音波トランスジユーリ−から前記回転中心に向けて超音
波を発射し、被測定物の表面での反射波を検出すること
により各測定点での被測定物の表面位置座標を求める超
音波測定装置に使用され、前記超音波トランスジユリ゛
に対向し、被測定物が嵌め込まれてＳｙ、置される凹陥
部と、前記超音波Ｆランスジューリ゛の移動方向に略沿
い、前記凹陥部の大成より深い溝底を有する切欠溝とを
備えたことを特徴とする超音波４（１１定装置用被測定
物ホルダが提供される。

必要に応し、凹陥部は平面が円形をなし、該凹陥部と同
心にこれより小径の有底穴が穿設され、該有底穴の底面
はぼ林状に傾斜して形成される。

好ましくは、ホルダカバーが被測定物ホルダに外嵌され
、このホルダカバーは超音波トランスジブ、−ザに向か
う円錐状の端面を存し、端面から外周壁に亘り、被測定
物ホルダの切欠溝に略整合する開１」を有している。

（作用） 本発明の被測定物ホルダが適用される超音波測定装置は
、所定回転中心から等距離にある円弧上の各測定点に超
音波トランスジューサを移動させ、各測定点において超
音波トランスジューサから上記回転中心に向けて発射さ
せた超音波が水中を伝播して被測定物の表面で反射し、
この反射波を検出することにより被測定物のそれぞれの
表面位置座標が求り、求めた表面位置座標から被測定物
の形状や厚みが測定できることに着目してなされたもの
であるが、被測定物は水中において測定中に移動しない
ように設置しなりれば、被測定物の形状等を正確に測定
することができない。本発明の超音波測定装置用被測定
物ホルダはかかる認識に基づくもので、ホルダの超音波
ｌ・ランスジブ、−リ”に対向する端面に形成した凹陥
部に被測定物を嵌め込むように載置することにより、超
音波］・ランスジユーザの移動により生ずる水槽中の水
の揺動に対し影響を受は難くなる。

また、超音波ｉ・ランスツユ−１すの移動方向に略沿っ
て形成された切欠溝の溝底が凹陥部の火成より深いため
、被測定物は、超音波トランスジューサの移動方向に沿
ってホルダより浮いた状態で支持されることになり、被
測定物の表面での反射波と、ホルダの表面での反則波と
が接近して識別不能となることがない。

必要に応して形成される有底穴の底面が播林状に傾斜し
ているため、超音波の進行方向と底面が直角に交わるこ
とが極めて少なくなり、この底面で反射する超音波は往
路と異なる復路を辿って散逸する。

被測定物ホルダに外嵌されるホルダカバーの円錐状の端
面ば、超音波トランスジューサの移動により生じた水の
流れをその端面に沿って上方にガイドし、被測定物の水
揺れを抑制する効果を有する。

（実施例） まず、本発明のホルダが適用される測定装置により物体
の形状や厚みを測定する原理を第１図および第２図を参
照して、水中にあるレンズの形状を測定するものを例に
説明する。

第１回において、超音波トランスジューサ（以下これを
「超音波ＴＤ、という）１は、点０を回転中心として、
円弧５上をパルスモータ等の駆動装置により測定点間を
間歇的に移動可能であり、所定の微小測定角度（走査角
度）βを移動する毎に超音波ＴＤＩから超音波パルス１
ｂが回転中心Ｏに向りて発射される。被測定物であるレ
ンズ３は、その凸形状をなす対向面３ａを超音波ＴＤＩ
に向け、超音波ＴＤＩと回転中心０間に、より具体的に
はレンズ３の対向面３ａの曲率（フロントカーブの曲率
）中心が上述の回転中心Ｏに略合敗する位置に配置され
る。従って、超音波ＴＤＩは、レンズ３を臨み、超音波
ＴＤＩと回転中心０を結ぶ線が常にレンズ３の対向面３
ａに略直交することになる。超音波ＴＤＩとしては、収
束型のものが好適に使用される。従って、超音波ＴＤＩ
は、超音波ＴＤＩの超音波発射面と対向面３ａ間の距離
が超音波ＴＤＩの焦点距離に略等しくなる円弧５上に配
設される。なお、超音波ＴＤＩおよびレンズ３は、いず
れも水中に浸漬した状態で計測が行われる。

微小走査角度β毎に発射された超音波パルス１ｂは、レ
ンズ対向面３ａおよび裏面３ｂで反射され、反射波が超
音波ＴＤＩにより受信される。この時、超音波ＴＤＩの
超音波発射面と回転中心０までの距離をＲｏ、レンズ３
の形状測定を開始するときの超音波ＴＤＩの位置、すな
わち、スタート位置Ｎｏにおける超音波１”　Ｉ）　１
と回転中心Ｏを結ふ直線が基中水平軸Ｘとなず角度をα
、超音波ＴＤＩをスタート位置Ｎｏから計測位置Ｎまで
微小走査角度β宛移動さ一已た回数をｎ、超音波ＴＤＩ
が超音波信号を発射した時点から反射信号を受信するま
での間に超音波ＴＤＩが受信した信号をサンプリングす
るパルスの発生周期をＴ、超音波パルス１ｂが超音波Ｔ
ＤＩから発射された時点からレンズ対向面３ａで反射し
、水中を戻って超音波ＴＤＩにより受信される時点まで
の時間をし、超音波パルス１ｂがその発射時点からレン
ズ３の対向面３ａに到達する時点間の、上述のサンプリ
ングパルスの発生数をＣｏ、水中の音速を■、計測位置
Ｎにおいて計測されるレンズ対向面３ａの位置座標を（
ｘ、ｙ）　、レンズ対向面３ａの位置座標（ｘ、ｙ）と
回転中心０間の距離をＲ１とすると、Ｘおよびｙは以下
に示す式（１）および（２）により求められる。

χ−ＲＩ　Ｘｃｏｓ（β×ｎ→−α）　　　　　・・・
・・・（１）ｙ　＝　ＲＩ　Ｘ５ｉｎ（βＸｎ　＋ａ）
−＝（２）ごこに、 Ｒ１＝　Ｒｏ　−Ｖ　Ｘ　ｔ　／　２　　　　　　　　
・旧べ３）−Ｒｏ−ＶＸＣｏＸＴ　　　　　　−・−・
−１４）」１式（１）〜（４）において、Ｔ、Ｒｏ、シ
、α、およびβば、いずれも予め測定ないしは測定可能
な値であるから、ｎおよびＣｏを与えるとレンズ対向面
３ａの位置座標（ｘ、ｙ）を求めることが出来る。そし
て、超音波ＴＤＩをスタート位置Ｎｏから計測終了位置
Ｎ２まで走査して各利潤位置におけるレンズ対向面３ａ
の位置座標（ｘ、ｙ）を求めると、レンズ３の対向面形
状が測定できる。

水中にあるレンズのように、音響インピーダンスが水と
レンズ対向面間およびレンズ裏面と水量で変化する場合
には、超音波パルスはレンズ対向面のみならず裏面から
も反射し、この反射信号も超音波ＴＤＩにより受信する
ことが出来る。この裏面から反射する超音波パルスを検
出することにより、以下の演算式により裏面３ｂの位置
座標（Ｘ２ｙｚ）を求めることが出来る。この場合、レ
ンズ３内を伝播する超音波の音速を■２、レンズ対向面
３ａと裏面３ｂで反射した超音波パルス信月の受信時間
差をｔ２、レンズ裏面３ｂの位置座標（Ｘ２ｙｚ）と回
転中心０間の距離をＲ２とすると、Ｘ２およびｙ２は以
下に示す式（５）ないしく７）により求められる。

Ｘｚ　＝Ｒ２Ｘｃｏｓ（β×ｎ　十α）−・−・−（５
）Ｙ　ｚ　＝　Ｒ２Ｘ５ｉｎ（βｘ　ｎ　十α）　　　
　−−（６）Ｒ２＝Ｒｏ　　（ＶＸｔ／２　＋Ｖ２Ｘｔ
ｚ／２）　　　−・−・・（７）そして、超音波ＴＤＩ
のスタート位置ＮＯから計測終了位置Ｎ２までの各計測
位置におけるレンズ裏面３ｂの位置座標（ｘ２．ｙｚ）
を求めると、レンズ３の裏面形状が測定できる。

次に、第２図を参照し、上述のようにして求めた位置デ
ータを用いて、厚さおよびその分布、並びにレンズを球
体の一部と考えた場合のヘースカブの曲率半径の各算出
方法を説明する。

今、レンズ３の裏面３ｂの形状が球面であると仮定し、
上述のようにして求めた任意の測定データから図のよう
に裏面３ｂＪ二のＡ、Ｂ、Ｃの３点の位置データを取り
出し、これらの位置座標を（ＸａＹａ）、（Ｘｂ、Ｙｂ
）、（Ｘｃ、Ｙｃ）とすると、これらの位置データから
、距離ＢＣ（＝ａ）、距離ＡＣ（−ｂ）、距離ＡＢ　（
＝ｃ）は既知なる値であるから、値ａ、ｂ、ｃから曲率
半径Ｒ３が次式（８）により求められる。

Ｒ３＝ａｂｃ　／　（（ａ＋ｂ＋ｃ）（ａ−ｂｌｃ）（
ｂｌｃ−ａ）（ｂ−ｃ＋ａ）ｌ　　””・・・・（８） また、この裏面３ｂのベースカーブ上の任意の位置座標
（Ｘ、Ｙ）は次の一般式（９）で与えられる。

（Ｘ−ａ＋）２＋　（Ｙ−ｂｌ）２＝Ｒｉ”　””・・
（９）ここに、ａ、ｂ、はヘースカーブの曲率中心Ｏの
座標である。裏面３ｂの位置データから任意の２点を選
んでそれぞれを式（９）のＸ、Ｙに代入すると、曲率中
心Ｏ１の位置座標（ａｌ、ｂｌ）を求めることができる
。このとき、例えば中心０．と点Ｂとを結ぶ延長線が対
向面３ａと交わる点をＤとし、点りの位置座標（Ｘｄ、
　Ｙｄ）を求める。そして、点Ｂおよび点りの座標デー
タから距離ＢＤを演算するとレンズ３の厚みが求められ
る。このような厚みの演算をレンズ３の一端から他端に
亘り所定の間隔で行うと厚み分布が得られる。さらに、
式（８）から得られる曲率半径Ｒ３はヘースカーブの曲
率の測定になる。

なお、レンズの形状、厚め等の測定では」＝１゜μｍ以
下の測定精度が要求されるので、使用する超音波ＴＤＩ
としては周波数３０ＭＩＩｚ以上の超音波を発生させる
ことができるものが要求される。この要求を満足させる
ためには、例えば高分子圧電膜を備えた超音波ＴＤの使
用が好適である。また、分解能は反射波の半波長相当が
ほぼ限界であり、この分解能を実現させるには反射波の
半波長相当距離を伝播するに要する時間より短いサンプ
リング間隔でサンプリングする必要があり、結局、反射
波を少なくとも６０ＭＨｚ程度のサンプリング周波数で
サンプリングする必要がある。

第３図ないし第６図は本発明に係る被測定物ホルダが適
用される測定装置の構成を示し、この測定装置は、超音
波ＴＤＩを支持し、回転中心軸２から所定距離にある円
弧上を超音波ＴＤＩを移動させるトラバース装置１０、
被測定物を支持し、被測定物の設置位置を割り出す被測
定物支持装置２０、水槽３０、超音波ＴＤＩの超音波発
射面と回転中心軸２間の距離Ｒｏを測定するＲＯ測定装
置４０等を０１１１えて構成され、これらは基台５０に
載置固定されている。

まず、トラバース装置１０の構成を説明すると、水槽３
０内に、その後面壁の中央位置に略密着して円板１１が
配置されており、円板１１の裏面（水槽３０の後面壁と
対向する面）中心位置に垂直にこれと一体的に形成され
る回転軸（走査軸）Ｉｌａが、水槽３０の後面壁を液密
に、かっ、回動自在に貫通して、水槽３０より外方に突
出している。

円板１１は回転軸１１ａの軸線を回転中心軸２としてこ
の軸回りに回動可能である。円板１１の表面（後述する
被測定物に対向する面）の直径方向全域に亘って所定幅
の溝１１ｂが形成されている。

この溝１　］、　ｂに、スライダ１２が嵌装される。円
板１１の上述の回転中心軸２と同心にｎｏ測定治具７４
を嵌合固定する円筒状ボスｌｉｄが、スライダ１２の下
部において円板１１に取り付けられている。

スライダ１２は／１ｌｌｌｂに沿って摺動自在に支持さ
れており、Ｒｏ副調整し１４によって」二連の回転中心
軸２に対する距離ＲＯが調整される。Ｒ。

調整ねじＩ４によって調整される距離ＲｏはＲ。

測定装Ｗ４０によって読み取られる。

すなわち、Ｒｏ測定装Ｗ４０は、基台５０に立設され、
回動自在かつ昇降可能なロッド４１ａを備えた昇降装置
４１と、ダイヤルゲージ４２と、一端が昇降装置４１の
ロッド４１ａに固設され、他端がダイヤルゲージ４２の
下端を支持し、略水平方向に延びるアーム４３とを備え
て構成される。

固定ねし４１ｂを緩めて調整ねじ４１ｃを回動させると
昇降装置４１のロッド４１ａが上下方向に伸縮し、ダイ
ヤルゲージ４２を適宜の高さに移動させることができる
。そして、アーム４３を回動させてダイヤルゲージ４２
の測子４２ａをトラバース装Ｗ１０の直立させたスライ
ダ１２の上端面に当接させた後、」二連のＲｏ副調整じ
１４によってスライダ１２を上下させるとスライダ１２
の相対移動量を測定することができる。これにより、超
音波ＴＤＩの後述する距離Ｒｏが測定される。

なお、ダイヤルゲージ４２の不使用時にはアーム４３を
１〜ラハース装置Ｗ　１０と離反する方向に回動させて
ダイヤルゲージ４２をトラバース装置１０と干渉しない
位置に移動させておく。

スライダ１２には揺動板１３がピン軸１３ａを介して揺
動自在に取り付けられている。揺動板１３の上端面はピ
ン軸１３ａを中心とする円弧を成しており、その上端面
にウオームギア１３ｂが形成されている。そして、調整
ねし１Ｇに刻設したウオーム１６ａが上記ウオームギア
１３ｂに噛合しており、この調整ねし１６はスライダ１
２側に回転自在に支持されている。揺動板１３には超音
波ＴＤＩを取り付けるホルダ１５が固着されており、こ
のホルダ１５に超音波ＴＤＩを取り付けられる。

そして、前述の調整ねじ１６は、超音波ＴＤＩのγ角を
調整するものであり、調整ねし１６を螺進さセることに
より揺動板１３をピン軸１３ａの回りに揺動させ、超音
波ＴＤＩのγ角を調整し、超音波ＴＤＩから発射される
超音波の進行方向、すなわち、音軸を超音波ＴＤＩの回
転中心軸２に正確に合致させることができる。超音波１
゛Ｄ１はリド線１ａを介して後述する制御装置６０に電
気的に接続され、リード線１ａは円板１１、回転軸１１
ａに埋め込まれて制御装置６０側に引き出される。

前記回転軸１１ａの突出端にはウオームギアｌｌｃが固
設され、パルスモータ１８の駆動軸に取り付けられたウ
オーム１８ａがウオームギアｌｌｃに噛合している。パ
ルスモータ１８の回転はこのウオーム１８ａおよびウオ
ームギアｌｌｃにより所定の減速比で減速されて円板１
１に伝達される。

そして、円板１１の回動位置は回動基準位置検出装置１
９によって検出される。より具体的には、回動基準位置
検出装置１９は、ウオームギアＩｌｃの背面に固着され
た目盛板１９ａ、原点センサ１９ｂ等から構成され、目
盛板１９ａの所定位置には基準線１９ｃがマーキングさ
れている（第５図参照）。

一方、原点センサ１９ｂは目盛板１９ａの後方に、基台
５０に立設された支持板１９ｄにより所定位置に支持さ
れている。原点センサ１９ｂが目盛板１９ａの基準線１
９ｃを検出したときの超音波ＴＤＩの回動角度位置は、
前述したスター１〜位置Ｎｏに対応しており、原点セン
サ１９ｂが基準線１．９　ｃを検出するまでパルスモー
タ１８を駆動することにより、超音波ＴＤＩをスタート
位置Ｎｏに移動させることができる。支持板１９ｄには
その中心を挟んで左右対称所定位置に左旋回リミソトセ
ンザ１９ｅおよび右旋回リミノトセンザ１９ｒが取り（
＝１けられており、これらのセンナ］、９ｅ、］、９ｆ
が前述の基準線１９ｃを検出したとき、パルスモータ１
８の作動を停止して円板１１、従って、超音波ＴＤＩが
許容回動範囲を超えて旋回することを防止している。な
お、原点センサ１９ｂ、左右のリミットセンサ１９ｅ、
１９ｆは後述する制御装置６０に電気的に接続されてい
る。

次に、被測定物支持装置２０の構成を説明すると、装置
２０は、被測定物３の設置位置をＸ７　ＹＺ軸方向に微
調整するものである。すなわち、被測定物、例えばレン
ズ３は、詳細は後ｉＪＣするように、ホルダ２１に支持
され゛Ｃ水槽３０内に設置される。そして、ホルダ２１
は断面り字状のブラケント２２の水平部２２ａに載置固
定され、ブラケント２２の垂直壁部２２ｂは水槽３０の
上方に延び、その延出端がＹマイクロメータ２３を備え
るＹ軸方向スライドステージ２４の水槽側壁面に摺動可
能に取り付けられている。すなわち、Ｙマイクロメータ
２３の微調整ねし部を回動させるとブラケント２２はＹ
軸方向スライドステージ２４に対してＹ軸方向（上下方
向、すなわら、前記回転中心軸２に直交する方向）にの
め移動可能である。

一方、Ｙ軸方向スライドステージ２４ば断面り字状のＸ
軸方向スライドステージ２６に摺動可能に取り付けられ
ている。このＺ軸方向スライドステジ２６はＸマイクロ
メータ２５を備えており、このＸマイクロメータ２５の
微調整ねし部を回動させるとＹ軸方向スライドステージ
２４はＸ軸方向スライドステージ２６に対してＺ軸方向
（第３図において左右方向、すなわち、回転中心軸２と
同じ方向）にのみ移動可能である。さらに、Ｘ軸方向ス
ライドステージ２６はＸマイクロメータ２７を備えたＸ
軸方向スライドステージ２８に摺動可能に取り付りられ
、Ｘマイクロメータ２５の微調整ねじ部を回動さゼると
Ｘ軸方向スライドステージ２６はＸ軸方向スライドステ
ージ２８に対してＸ軸方向ｃＹ軸方向およびＺ軸方向の
いずれの方向にも直交する方向）にのみ移動可能である
。Ｘ軸方向スライドステージ２８は基台５０に立設され
る支持台２９に載置固定されている。第３図から明らか
なように、水槽３０内に配置されるブラケット２２は、
Ｙ軸方向スライドステージ２Ｇを介して水槽３０外に配
置されるＺ軸方向スライドステジ２６．Ｘ軸方向スライ
ドステージ２８および支持台２９に連絡している。

レンズ３はホルダ２１に載置されるだけであるから、超
音波ＴＤＩを水中でトラバースさセたとき、水槽３０内
に水揺れが生し、この水揺れによってレンズ３がホルダ
２１がら浮き上がったり移動することがないようにする
必要がある。このため、第３図および第４図に示すよう
に、水槽３ｏ内に水揺れ防止板３１．３２．３３が設置
され、超音波ＴＤＩの移動による水揺れが防止される。

第６図は制御装置６０の概略構成を示し、ｆｔ１ｌＪ　
ＪｉＱＩ装置６０は、図示しない記憶装置に記憶された
所定のプログラムを実行することによって、詳細は後述
するように、トラバース装置１０の作動制御、超音波Ｔ
ＤＩによる超音波パルス信号の発射および受信制御等を
行うマイクロプロセンサ６１、このマイクロプロセッサ
６１にハスケーブル等で接続され、人出力データの授受
を行うインターフェイス部６２、このインターフェイス
部６２に接続されるサンプリングバッファメモリ部６３
およびパルスモータ駆動部６５、サンプリングバッファ
メモリ部６３に接続される超音波送受信部６４等で構成
されている。超音波送受信部６４には超音波ＴＤＩがリ
ード線１ａを介して接続され、パルスモーク駆動部６５
の出力側にはパルスモータ１８が接続されている。また
、インターフェイス部６２の入力端には前述した原点セ
ンサ】９ｂ、左旋回リミットセンサ１９ｅ、および右旋
回りミントセン４Ｊ１９　ｆがそれぞれ接続され、マイ
クロプロセッサ６１には直接ＣＲＴ表示部６６が接続さ
れている。

このように構成される測定装置によりレンズ３の表面形
状、厚み等が以下の手順によって測定される。

レンズ３の表面形状等を測定するに当り、予め水中およ
びレンズ３内を超音波パルスが伝達する音速■および■
２を測定しておく。また、超音波ＴＤＩの超音波発生面
と回転中心線２間の距離Ｒ。

を測定すると共に、適宜な方法により測定した距聞ｆＲ
ｏを校正しておく。また、超音波ＴＤＩの音軸が超音波
ＴＤＩの回転中心軸２に合致するように調整しておく。

次に、被測定物であるレンズ３を被測定物支持装置２０
の後述するホルダ２１に、凸面を超音波ＴＤ１に向けて
載置し、ｘ、ｙ、ｚマイクロメータ２７，２３．２５を
調整して所定位置に設置する。そして、超音波’ｒＤＩ
が完全に水没するまで水槽３０に静かに水を満たず。

制御装置６０の図示しない操作盤のスイッチを操作する
と、制御装置６０のマイクロプロセッサ６１は記憶装置
に記憶された所定のプログラムを実行することにより以
下に説明する所定の手順でレンズ３の形状、厚み分布等
の測定を開始する。

先ス、マイクロフ゛ロセン４ノ・６１はパルスモーク】
８を作動させて超音波ＴＤＩをスタート位置Ｎ。

（第１図参照）に移動させた後、超音波送受信部６４に
駆動信号を供給して超音波ＴＤＩに超音波パルスを発生
させるとともに受信を行わせる。超音波ＴＤＩのスター
ト位置Ｎｏの検出は前述した通り、原点センサ１９ｂに
より基準線１９　ｃを検出することにより行われる。超
音波送受信部６４は、上述したように超音波ＴＤＩに超
音波パルスを発射させるとともに、超音波ＴＤＩにより
受信した反射波を増幅、フィルタリング、検波、ピクボ
ールド等の所謂アナログ処理を行うものである。超音波
送受信部６４で受信した信号はサンプリングバッファメ
モリ６３により高速でサンプリングされる。

サンプリングバッファメモリ６３は、ゲーＩ・開信号が
入力している間だ＆Ｊ超音波送受信部６４からの信号全
敗り込むごとができ、ゲート開信月はマイク１コプロセ
ノザ６１から超音波送受信部６４に上述の駆動信号が供
給した時点から所定の時間の経過後にサンプリングバッ
ファメモリ６３に出力され、その後被測定物であるレン
ズ３の前記対向面および裏面からの反射波信号を取り込
めるに十分な朋間の経過後、その出力が停止される。ま
た、サンプリングバッファメモリ６３は所定周期（例え
ば、６０ＭＩＩｚ）のクロンクパルスのハイレベルが入
力している間に超音波送受信部６４が受信した信号状態
を順次取り込め記憶するもので、ハイレベルの信号状態
が記憶されているアドレスから反射波信号が入力した時
点が判る。

スタート位置Ｎｏでのサンプリングが終了するとマイク
ロプロセッサ６１はパルスモータ％ｆｉ　ｆＪ＋　部６
５に駆動信号を供給してパルスモータ１８を作動させ、
超音波１゛Ｄ１を前述の円弧５七を所定の微小角度β（
例えば、０７２°）だけ移動させた後、再び超音波送受
信部６４に超音波パルスの発射および受信を実行させ　
リーンプリングバッフアノモリ６３に超音波送受信部０
４が受信した信号状態を記憶させる。このようにサンプ
リングバッファメモリ６３は超音波ＴＤＩがスタート位
置Ｎｏから計測終了位ｌＮｚまで移動する間に所定角度
βだけ回転中心０回りを旋回する毎に、すなわち、各測
定点毎に被測定物３の対向面３ａおよび裏面３ｂの位置
情報を記憶している。

スタート位置Ｎｏから計測終了位置Ｎ２までの被測定物
３の対向面３ａおよび裏面３ｂの位置情報の読み込みが
終了すると、マイクロプロセッサ６１は前述した演算式
（１）ないしく７）に基づきレンズ３の対向面３ａおよ
び裏面３ｂの位置座標を演算し、求めた位置座標から式
（８）等によりレンズ３の表面形状、ヘースカーブの曲
率、厚み、その分布等を演算し、その演算結果をＣＲＴ
表示部６６に表示する。

第７図および第８図は、本発明に係る超音波測定装置用
被測定物ホルダの詳細を示す。ホルダ２１は略円柱状を
なし、その基端には同心状に環状鍔部２１ａが一体に形
成さている。この環状鍔部２１ａはホルダ２１をブラゲ
ッＩ・２２に安定よく載置するだめのもので、ホルダ２
１の底面中心位置に下方に向けて突設させた小径の突起
２１ｂを、ブラケット２２の水平部２２ａの所定位置に
穿設した穴２２ｃに嵌合させることによりホルダ２Ｉを
ブラケット２２の所定位置に固定している。ホルダ２１
の上端面にはレンズ３より僅かに大径、かつ、深さｈｌ
の凹陥部２１ｃが形成され、この凹陥部２１ｃと同心に
、かつ、レンズ３より小径の有底の穴２１ｅが穿設され
ている。この穴２１ｅの底面２１ｆは播林状に断面■形
状を有している。凹陥部２１ｃの深さｈｌはレンズ３が
水槽３０内の僅かな水の流れに対して浮き上がったり、
移動することがない値に設定されている。また、穴２１
ｅの底面２１ｆを断面Ｖ形状に傾斜させることにより、
超音波ＴＤＩから発射され、レンズ３を透過して伝播し
、ホルダ２１で反射する反射液が散逸し、同し経路を逆
に辿って超音波ＴＤＩに戻らないようにされている。こ
れにより被測定物３がらの形状情報だけが極力超音波Ｔ
ＤＩに受信されるようになっている。

ホルダ２１の上端面には中心を通り、凹陥部２１ｃの深
さｈｌよりｈ２だけ深く、溝幅Ｗの溝（超音波ＴＤ走査
用溝）２１ｄが穴２１ｅを横断して超音波ＴＤＩのトラ
バース方向（Ｘ軸方向）に形成されている。溝２１ｄに
よってレンズ３のヘヘル部（エツジ部）の形状の測定を
可能にする。また、溝深さｈ２は、詳細は後述するよう
に超音波ＴＤＩから発射された超音波パルスがレンズ３
の表面で反射する反射信号と、レンズ３より下方の溝２
１ｄの溝底で反射する反射信号とを分離識別できるに充
分な距離だけ確保される値に設定され、溝幅Ｗは、超音
波ＴＤＩの組立精度から決定され、少なくとも収束され
た超音波パルスの収束径より大きい値に設定される。

第９図ないし第１１図は超音波ＴＤＩの移動により生し
る水揺れの影響を低減させるためのホルダカバー４６を
示し、ホルダカバー４６は下端面が開口する略円筒状を
なし、その内径は、ホルダ２１の外径より僅かに大きく
、ホルダカバー４６がホルダ２１に外嵌されるようにな
っている。ボア ルダカハ−４６の上端面４６ａは円錐状をなし、上に凸
に傾斜している。また、」二端面４６ａから外周壁４６
ｂに亘り、径方向に切り欠かれた開口４６ｃが形成され
てる。この間口４６ｃは、ホルダカバー４６がホルダ２
１に外嵌されたとき、ホルダ２１の切欠溝２１ｄに略整
合する形状に形成されている。

ホルダカバー４６は、ホルダ２１に被測定物のレンズ３
を載置した後、第１１図に示すようにホルダ２１に外嵌
される。水槽３０内での超音波ＴＤＩの移動に伴うホル
ダ２１近傍の水の流れは、第１１図に矢印で示すように
、ホルダカバー４６の」二端面４６ａに沿って上方に流
れる。上端面４６ａが円錐状に形成されているためにこ
の水の流れは滑らかであり、ホルダカバー４６内のレン
ズ３近傍の水の揺れを防止している。なお、ホルダカバ
ー４６の開口４６ｃの形状はホルダ２１の切欠溝２１ｄ
に略整合しているので、超音波ＴＤＩから発射され、レ
ンズ３の表面で反射した超音波の進行を妨げることはな
い。

第７図および第８図に示すホルダ２１は、底面２１ｆが
断面Ｖ字状の穴２１ｅを有するが、この穴２１ｅがある
がためにホルダ２１の外部で発生した水の揺動が溝２１
ｄを介してホルダ２１の内部に入り込み、レンズ３を揺
れ動かす虞がある場合には穴２１ｅを設４Ｊない方がよ
い。第１２図および第１３図はかかる穴２１ｅを設けな
いホルダ２１Ａを示し、このホルダ２１Ａは穴２１ｅを
設けないだけで他の構成は第７図および第８図に示すホ
ルダ２１と同しであるから対応する部分には同じ符号を
付して詳細な説明を省略する。

この場合、第１２図および第１３図に示すホルダ２１Ａ
の凹陥部２１ｃの深さｈｌがレンズ３のザブ値（高さ）
より十分に大きい方が望ましく、深さｈｌを十分大きい
値に設定することにより水槽３０内の水の揺動の影響を
受は難くなる。

また、レンズ３の下方に存在する水の領域は極力小さい
ことが望ましい。一方、切欠溝２１ｄの溝深さｈ２は、
上述した通り、超音波ＴＤＩから発射された超音波パル
スがレンズ３の表面で反射する反射信号と、レンズ３よ
り下方の溝２１ｄの溝底で反射する反射信号とを分離識
別できるに充分な距離だけ確保される値に設定される必
要がある。第１４図に示ずように、ホルダ２１Ａの切欠
溝２１ｄの溝底面に斜めに進入する超音波は超音波ＴＤ
Ｉに戻らずに敗逸しく図中Ｃ点で反射する超音波パルス
）、レンズ３の対向面３ａおよび裏面３ｂでの反射波だ
Ｌｊが超音波ＴＤＩに受信されるので問題がないが、レ
ンズ３の中央部や工、ン部近傍の測定時には超音波パル
ス（Ｆ、０点で反則するパルス）がホルダ２１Ａの切欠
？？＋Ｌ２１ｄの溝底面で反射し超音波ＴＤ＋に向か・
）。このＦ■１点での反射波とレンズ３の対向面３ａお
よび裏面３ｂで反射する反射信号とを確実に分離識別す
るためには、切欠溝２１ｄの溝深さｈ２を以下を考慮し
て設定しなければならない。

第１５図は超音波ＴＤＩが送受信する超音波パルス信号
の発生タイミングと、第６図に示ずり°ンプリングバッ
フ７メモリ部６３が反射波信号をサンプリングするタイ
ミングとの関係を示す。超音波ＴＤＩは、マイクロプロ
センサ６１が超音波送受信部６４に前述の駆動信号を供
給した時点ｐＯから無効時間ＬＯの経過後の時点ｐ１で
超音波パルスＰＯを発射し、更に時間りの経過後の時点
ｐ４でレンズ３の対向面３ａでの対向面反射パルスＰ１
を、更に時間ｔ２後の時点ｐ５でレンズ３の背面３ｂで
の裏面反射パルスＰ２を、更に時間Ｌ３後の時点ｐ７で
ホルダ２１の切欠溝２１ｄでの反射パルスＰ３を順次受
信する。一方、マイクロプロセンサ６１は上述の駆動信
号を出力した時点ｐｏからＴＧ時間経過後の時点ｐ３で
サンプリングパンツアメモリ部６３にゲート信号を出力
し、サンプリングパンツアメモリ部６３にサンプリング
を開始させ、ＴＳ時間経過後の時点ｐ６でゲート信号の
出力を停止する。

従って、超音波ＴＤＩがスタート位置Ｎｏから計測終了
位置Ｎ２に至る何れの測定点においても、（）゛ンブリ
ングハッファメモリ部６３がサンプリング期間′ＦＳの
間に上ｊホの対向面反射パルスＰ１および裏面反射パル
スＰ２だけを検出できるように、ゲート信号の出力タイ
ミング（時間ＴＳ）と、時間Ｌ３、ずなわら、超音波パ
ルスが時間（３に伝播する距離に対応した溝深さｈ２と
を適宜値に設定する。時間ＴＳおよび溝深さｈ２の適宜
値は、超音波の周波数、ザンブリング周期、被測定物の
形状、厚み等により異なる。

」二連のようにサンプリング期間ＴＳにだけレンズ３の
対向面反射パルスＰ１および裏面反射パルスＰ２を検出
するようにすると、ホルダ２１Ａの溝底で反射する反射
波を排除することができ、被測定物の形状測定が確実に
行うことができるほか、溝深さｈ２を上述の条件を満た
ずように最小の値に設定するとホルダ２１Ａに支持され
るレンズ３の下方に存在する水領域を小さくすることが
でき、簡単な構造でレンズ３の揺動を防止することがで
きる。

第１６図は、また別の態様のホルダ２１Ｂを示し、この
ホルダ２１Ｂはその底面中央に小型のパルスモータ４８
が取り付けられ、モータ４８の回転により回動可能であ
る。モータ４８は制御装置６０のマイクロプロセノ→）
′６１に接続され、モタ４８に供給される駆動信号から
ホルダ２１Ｂの回動角が検出でき、ホルダ２１Ｂを回動
させることによりレンズ３の測定断面を種々に設定する
ことができ、各断面の測定を制御装置６０により自動的
に行うことができる。

なお、本発明に係る超音波測定装置用被測定物ホルダは
、水中に設置したレンズに適用されるだけでなく、水中
に設置しである種々の物体、例えば、金属、ガラス、セ
ラミックス、プラスチック等のホルダとしても適用でき
ることは勿論のことである。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の超音波測定装置用被測定物
ホルダに依れば、超音波トランスジューサに対向し、被
測定物が嵌め込まれて載置される凹陥部と、超音波トラ
ンスジューサの移動方向に略沿い、凹陥部の大成より深
い溝底を有する切欠溝とを備えて構成されるので、音波
トランスジューサの移動により生しる水の揺動に影響さ
れることなく、測定中の被測定物の移動を防止すること
ができ、しかも、測定の邪魔になることがない。

必要に応じ、ホルダの凹陥部は平面形状で円形をなし、
該凹陥部と同心にこれより小径の有底穴が穿設され、該
有底穴の底面が播林状に傾斜するように形成されるので
、この有底穴の底面で反射する超音波信号が散逸して被
測定物の表面反射波だけを超音波１〜ランスジユーサに
より受信することができ、測定が正確にできる。

好ましくは、超音波トランスジューサに向かう円錐状の
端面を有し、該端面から外周壁に亘り、被測定物ホルダ
の切欠溝に略整合する開口を有するホルダカバーを被測
定物ホルダに外嵌するごとにより、水揺れによる被測定
物の移動がより確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るホルダが適用される超音波測定
装置の厚め測定方法の測定原理を説明するだめの図であ
り、超音波トランスジューサに向ｉＪて凸の対向面を有
する被測定物と超音波［・ランスジユーザとの位置関係
を示すレイアウト図、第２図は、被測定物の得られた表
面位置座標から曲率半径、厚め等を演算するだめの位置
関係を示すレイアウト図、第３図は、本発明に係るホル
ダが適用された超音波測定装置の構成を示す断面側面図
、第４図は同装置の一部断面正面図、第５図は同装置の
一部断面背面図、第６図は、第３図に示す超音波測定装
置の作動を制御する制御装置の構成を示すブロンク図、
第７図は、第３図に示す被測定物ホルダ２１の上面図、
第８図は同縦断面図、第９図はホルダカバーの上面図、
第１Ｏ図は同側面図、第１１図は同ホルダカバーを第３
図に示ずホルダ２１に外嵌さ一已た状態を示す断面図、
第１２図および第１３図は別の態様のホルダを示し、第
１２図はその」二面図、第１３図は縦断面図、第１４図
は被測定物のレンズ３およびレンズ３を支持するホルダ
２１の溝底で反射する超音波パスルの態様を示す、部分
拡大断面口、第１５図は超音波トランスジューサが超音
波パルスを発信および受信するタイミングと、第６図に
示すナンプリングバ７ファメモリ部６３が超音波トラン
スジューサにより受信された超音波パルスをサンプリン
グするタイミングとの関係を示すタイミングチャート、
第１６図は、被測定物を支持するホルダの更に別の態様
を示す断面図である。 １・・・超音波トランスジューサ、２・・・超音波トラ
ンスジューサの回転中心軸、３・・・ソフトコンタクト
レンズ ２０・・・被測定物支持装置、２１．、２１Ａ，２］１
１・・・ホルダ、２１ｄ・・・凹陥部、２１ｄ・切欠溝
、２１ｅ・・・穴、３０・・・水槽、４６・・・ホルダ
カバー、４６ａ・・」二端面、４６ｃ・・・開口、６０
・・・制御装置、６］・・マイクロプロセッサ、６３・
・・ザンプリングハンファメモリ。 出願人　　東　し　株　式　会　社 代理人　　弁理士　　長　門　侃 ■＝ ＣＤ ○ 凶 手 続 補 正 書 （自 発） ６゜ 補正の内容 平成元年 ９月２８日 ■、明細書の発明の詳細な説明の欄 特 許 庁 長 官 殿 明細書第１０頁第１９行目の式（４）に記載の「Ｔ」と
あるを１゜ 事件の表示 ｒＴ／２．に訂正する。 昭和６３年 特許側梁２０３３６９号 Ｉｌ、図面 ２゜ 発明の名称 図面の第１図を別紙の通り訂正する。 超音波測定装置用被測定物ホルダ、およびホルダカバー
補正をする者 代表者 前 田 勝 之 助 代 理 人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中の所定位置に被測定物を設置し、この被測定
   物を臨み、かつ所定の回転中心から等距離にある円弧上
   を超音波トランスジューサを移動させ、前記円弧上の各
   測定点毎に超音波トランスジューサから前記回転中心に
   向けて超音波を発射し、被測定物の表面での反射波を検
   出することにより各測定点での被測定物の表面位置座標
   を求める超音波測定装置に使用され、前記超音波トラン
   スジューサに対向し、被測定物が嵌め込まれて載置され
   る凹陥部と、前記超音波トランスジューサの移動方向に
   略沿い、前記凹陥部の穴底より深い溝底を有する切欠溝
   とを備えたことを特徴とする超音波測定装置用被測定物
   ホルダ。
2. （２）前記凹陥部は平面が円形をなし、該凹陥部と同心
   にこれより小径の有底穴が穿設され、該有底穴の底面は
   擂鉢状に傾斜していることを特徴とする、請求項１記載
   の超音波測定装置用被測定物ホルダ。
3. （３）請求項１または２記載の超音波測定装置用被測定
   物ホルダに外嵌され、前記超音波トランスジューサに向
   かう円錐状の端面を有し、該端面から外周壁に亘り、前
   記被測定物ホルダの切欠溝に略整合する開口を有するホ
   ルダカバー。