JPH0252211A

JPH0252211A - 物体の形伏測定方法

Info

Publication number: JPH0252211A
Application number: JP20336288A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Hashimoto; 橋本　伸男; Kunioki Suzuki; 鈴木　国興; Teruaki Saijo; 西城　照章
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-08-16
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1990-02-21

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を、超音波によって
非接触、非破壊で精度よく測定する方法に関するもので
ある。

（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７Ｉｌｌ＋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
を有するレンズ台に、レンズをその凸面を上にして載置
し、水槽の側壁に設りた窓から、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ち」二
げて移動さセて、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を求
めるものである。ごの方法は、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ｌ」盛ＡＢ間の距離、および測定
子の移動距離の３つのブタ）を利用するのでレンズの全
体形状を測定することはできない。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、レンズのような軟質の物体や、これに１恨らず水中
にある物体の形状を非接触、非破壊で正確に測定するこ
とが出来る、物体の形状測定方法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、この被測定物を臨ノ、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」−の各測定点毎に前
記超音波トランスジュサから前記回転中心に向けて超音
波を発射し、前記被測定物の表面および／または裏面で
の反射波を前記超音波１〜ランスジユーサで受信するこ
とにより各前記測定点での前記被測定物の表面および／
または裏面位置を求め、もって被測定物の形状を求める
ことを特徴とする、物体の形状測定方法が提供される。

本発明方法は、超音波ｌ・ランスシュー１ノに向かって
凸および凹のいずれの表面を有する被測定物に適用でき
、凸の表面を有する被測定物は前記回転中心と超音波ｌ
・ランスジユーザとの間に配置し、凹の表面を有する被
測定物は前記回転中心に関して超音波トランスジユーサ
とは反対側に配置することが望ましい。

（作用）所定回転中心から等距離にある円弧上の各ｆｌｌｌｌ定
点から上記回転中心に向けて発射させた超音波は、水中
を伝播して、被測定物の、超音波トランスジューサと対
向する表面に達し、その表面で反射すると共に被測定物
の内部に入射する。被測定物内部に入射し、伝播する超
音波は、被測定物の裏面で反射して超音波ｌ・ランスジ
ユーザに戻る。超音波Ｉ・ランスジユーザより超音波が
発射された時点から被測定物の表面で反則した超音波が
再び超音波ｌ・ランスジユーザにより受信される時点間
の時間差、および超音波トランスジ１．−ザより超音波
が発射された時点から被測定物の裏面で反射した超音波
が超音波）・ランスジユーザにより受信される時点間の
時間差から、超音波トランスジューサと被測定物の表面
との間の距離、および超音波Ｉ・ランスジユーザと被測
定物の裏面との間の距離をそれぞれ求めることができる
。超音波トランスジューサと回転中心間の距離を予め求
めておけば、これらの距離から超音波トランスジューサ
と回転中心を結ぶ直線が被測定物の表面および裏面と交
わる各点の位置が検出できる。そこで、超音波トランス
ジューサを移動させて被測定物の表面および裏面の各位
置を順次検出すると、被測定物の形状が測定できる。

（実施例）まず、本発明方法による物体の形状測定原理を第１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図において、超音波トランスジューサ
（以下これを「超音波ＴＤＪという）１は、点Ｏを回転
中心として、円弧５」二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１ｂが回転中心０に向けて発射される。

被測定物であるレンズ３は、その凸形状をなす対向面（
超音波ＴＤＩに対向する表面）３ａを超音波ＴＤＩに向
け、超音波ＴＤ＋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に略合致する位置（回転中心０の
近傍位置）に配置される。従って、超音波１゛Ｄ１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３ａ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ＴＤ＋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ｌｂば、レ
ンズ対向面３ａおよび裏面３ｂで反則され、反射波が超
音波′「Ｄｌ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Ｏ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ＴＤＩと回転
中心０を結ぶ直線が基準水平軸Ｘとなす角度を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宛移動させた回数を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ＴＤＩ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
ｔ、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ＣＯ１水中の音速を■、計測位置Ｎにおい
て利潤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は以下に示す弐
〇）および（２）により求められる。

ｘ　−ＲＩ　Ｘｃｏｓ（β×ｎ＋α）−−（１）ｙ　−
ＲＩ　Ｘ５ｉｎ（β×ｎ十α１１　　　　　・＝−（２
１ここに、Ｒ１＝Ｒｏ−ＶＸｔ／２　　　　　　　　・・　・・（
３）−Ｒｏ−ＶＸＣｏＸＴ　　　　　　　・・・・・（
４）」二式（１）〜（４）において、Ｔ、Ｒｏ、Ｖ、　
ｔｘ、およびβは、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Ｔｌ）１をスタート位置Ｎｏから言１測終了
位置Ｎ２まで走査して各計測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（χ２ｙｚ）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号の受信時間
差をＲ２、レンズ裏面３ｂの位置座標（ｘｚｙｚ）と回
転中心０間の距離をＲ２とすると、ｘ２およびｙ２は以
下に示ず式（５）ないしく力により求められる。

ＸＺ＝Ｒ２ＸＣＯ３（βＸｎ　＋　α）　　　　　−−
（５）Ｙ　２　＝　Ｒ２Ｘ５ｉｎ（β×ｎ十α）・・・
・・（６）Ｒ２＝Ｒｏ−（ＶＸｊ／２　＋ＶｚＸ５／２
）　　　−・・−（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（ｘｚ、ｙ２）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３ｂ上の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−Ｒ３”　−・＝（
９）ここに、ａｌ＋ｂｌ　はヘースカーブの曲率中心０
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０１　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（Ｘ
ｄ、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。

レンズを、その凹形状の面を対向面として超音波ＴＤに
向けて配置し、そのレンズの形状を測定する場合には、
第３図に示す方法によるのが好ましい。第３図において
も、第１図と同一の要素には同し符号ないしは記号を付
しである。

第３回に示す方法によりレンズの形状を測定する場合、
レンズ３は、超音波ＴＤの回転中心Ｏに関して超音波］
゛Ｄと反対側に配置される。すなわち、レンズ３の対向
面（凹形状の面）３ａ”を超音波ＴＤＩに向け、且つ、
超音波ＴＤＩの回転中心０に関して超音波ＴＤＩと反対
側の位置、より具体的には対向面３ａ”の曲率（ヘース
カーブの曲率）中心が上述の回転中心Ｏに略合致する位
置（回転中心Ｏの近傍位置）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
Ｏを結ぶ線が常にレンズ３の対向面３ａ’に略直交する
ことになる。

この場合にもレンズ対向面３ａ’の位置座標（ｘ、ｙ）
と回転中心０間の距離をＲ１とすると、χおよびｙは式
（１）および（２）と同し式により求められる。ただし
、Ｒ１は次式００）により求める。

Ｒ１−ＶＸｔ／２−Ｒ。

−ＶＸＣｏ　ＸＴ−Ｒｏ　　　　　　・・・・・θ０）
レンズ裏面３ｂ’の位置座標（ｘｚ、ｙ２）と回転中心
０間の距離をＲ２とすると、Ｘ２およびｙ２は弐（５）
ないしく７）と同じ弐により求められる。ただし、Ｒ２
は次式（１１）により求める。

Ｒ２＝（ＶＸｔ／２　＋Ｖ２ｘｔ２／２）　　Ｒｏ　　
・−−（Ｉｆ）なお、第１図および第３図は水中にある
物体の形状を１測する場合の一般的な好ましい態様を示
すものであるが、本発明方法は、例えば、超音波ＴＯと
その回転中心間に、超音波Ｔ　Ｄに向けて凹形状の対向
面を有する物体の形状を計測する場合にでも適用が可能
な場合がある。この場合、被測定物が、超音波ＴＯと回
転中心とを結ぶ線に対して、超音波パルスの、被測定物
の対向面および裏面で反射する方向が所定の角度範囲（
例えば、±１０°）であるような形状であれば測定可能
である。もっとも、測定可能な被測定物の形状は、使用
する超音波ＴＤの性能や反射してくる超音波パルスを検
出する回路能力に依って影響される。

第４図は、超音波ＴＤと回転中心とを結ぶ線に対して、
被測定物の対向面および裏面で超音波の反射する方向が
上述の所定の角度範囲を外れている場合にでも、被測定
物の形状測定を可能にする方法を説明するもので、例え
ばレンズ３のエツジ部３ｃの形状測定に適用される。

超音波ＴＤＩを回転中心０の回りに半径Ｒｏの円弧５上
を移動させたとき、第４図の仮想線で示すように超音波
ＴＤＩの超音波発射面が常に回転中心Ｏに向かっている
ため、図に示すようなレンズ３のエツジ部３ｃの対向面
３ｄの形状を測定する場合には、超音波ＴＤＩの中心Ｃ
ＴＤから発射された超音波パルスは対向面３ｄの点Ｅで
反射して図示Ｆ方向に向かい、反射波が超音波ＴＤＩの
中心ＣＴＤに向かわないために、超音波ＴＤＩが受信す
る反射波強度が小さく形状測定ができなくなる。

そこで、工ンジ部対向面３ｄに超音波ＴＤＩの音軸が垂
直に交わるように、中心ＣＴＤを中心に超音波ＴＤＩを
角度ｊだけ回動させると、超音波ＴＤＩから発射された
超音波パルスは対向面３ｄ上の点Ｇで反射し、同じ経路
を逆に辿って超音波ＴＤＩに戻ることができる。実際に
は、超音波ＴＤＩから超音波パルスを連続して発射させ
ながら超音波ＴＤＩを点ＣＴＤ回りに回動させ、反射波
強度が最大あるいは超音波パルスの伝播時間（超音波パ
ルスを発射した時点から反射波を受信するまでの時間）
が最小となるような角度ｊを見つり出セばよい。このと
きの点Ｇの位置座標（Ｘ、Ｙ）は以下の式（１１）ない
し弐〇４）から求めることができる。

Ｘ　＝　ｒ　Ｘｃｏｓ（Ｋ十Ｐ　）　　　　　　　・・
−−（ＩＩ）Ｙ＝ｒＸｓｉｎ（Ｋ−４−Ｐ）　　　　　
　・−・・Ｇ２）Ｋ＝ｔａｎ　−’　ｆｒ、Ｘ５ｉｎ　
４／（Ｒｏ　　ｒ＋Ｘｃｏｓ　ｊ）１・・・０３）ｒ　＝　ｒ　ｌＸ５ｉｎ　　ｊ／　ｓｉｎ　ｋ　　　　
　　　　　−−（１４）ここに、Ｐは超音波ＴＤＩの中
心ＣＴＤと回転中心０を結ぶ線と基準線（χ軸）とがな
す角度、Ｋは中心ＣＴＤと回転中心Ｏを結ぶ線と、点Ｇ
と回転中心０を結ぶ線とがなす角度、ｒｌは超音波ＴＤ
Ｉにより測定され、中心ＣＴＤと点Ｇ間の距離である。

なお、レンズの形状の測定では±１０μｍ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５図ないし第１２図は本発明方法が適用された測定装
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Ｔ
ＤＩを移動させるｌ・ラハス装置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２
０、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等を備え
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）１１ａが、水槽３０の後面壁を液密
に、かつ、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１１ｂ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、後述するＲｏ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は溝１１ｂに沿って摺動自在に支持されて
おり、ＲｏｊＪｌ整ねじ１４によって上述の回転中心軸
２に対する距離ＲＯが調整される。ＲＯ調整ねじ１４に
よって調整される距離ＲｏはＲ。

測定装置４０によって読み取られる。

ずなわち、Ｒｏ測定装置４０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
ロンド旧ａ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を緩めて調整ねし４１ｃを回動させると
昇降装置４１のロット４１ａが」二下方向に伸縮し、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を回動さセでダイヤルゲージ４
２の測子４２ａをトラバース装置１０の直立させたスラ
イダ１２の」一端面に当接させた後、上述のＲＯ調整ね
じ１４によってスライダ１２を上下さセるとスライダ１
２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
トラバース装置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−Ｕておく。

スライダ１２には揺動板１３がピン軸１．３ａ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」二
端面にウオームギア１；３ｂが形成されている。そして
、調整ねじ１６に刻設したウオーム１６ａが」−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１２側に回転自在に支持されている。調整ねし１
６は、後述する超音波ＴＤ＋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ｉ３ａの回りに揺動させることができる。

揺動板１３には超音波ＴＤＩを取すイ」レノるボルダ１
５が固着されており、このホルダ１５に超音波ＴＤＩを
取り付りたとき、超音波ＴＤＩの超音波パルスが上述の
回転中心軸２に向かって発射されることになる。そして
、超音波ＴＤＩばリード線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ｌｅａ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Ｉｌｃが固
設され、パルスモータ１８の駆動軸に取り付しノられた
ウオーム１８ａがウオームギア１］ｃ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
１１に伝達される。

そして、円板】１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１．９ｂ等から構成され、
目盛板＋９ａの所定位置には基準線１９ｃがマーキング
されている（第７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ＴＤＩＯ回動角度位置は、
前述したスタート位置Ｎｏに対応しており、原点センサ
１９ｂが基準線１９ｃ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をスフ−Ｉ・位置
ＮＯに移動させることができる。支持板１９ｄにはその
中心を挾んで左右対称所定位置に左旋回リミットセンイ
ノ′１９ｅおよび右旋回リミットセンサ１９ｆが取り付
けられており、これらのセンｔ１９ｅ、１９ｆが前述の
基準線１９ｃを検出したとき、パルスモータ１８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、左右のリミタＩ・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ｘ、　　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はボルダ２１に支持されて水槽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ット２２
の水平部２２ａに載置固定され、ブラケット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２
４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
るとブラケット２２はＹ軸方向スライドステージ２４に
対してＹ軸方向（」：下方向、すなわち、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は断面り字状のＺ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ージ２６はＺマイクロメータ
２５を備えており、このＺ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
Ｚ軸方向スライドステージ２６に対してＺ軸方向（第５
回において左右方向、すなわち、回転中心軸２と同し方
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に摺動可能に取りイ」番ノられ、
Ｘマイクロメータ２５の微調整ねし部を回動させるとＸ
軸方向スライドステージ２６はＸ軸方向スライ１−ステ
ージ２８に対してＸ軸方向（Ｙ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５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２６を介して水槽３０外に配
置されるＸ軸方向スライドステージ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。

第８図および第９Ｖはレンズ３を支持するホルダ２１の
詳細を示ず。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２］ａが一体に形成さている。、二
の環状鍔部２１ａはホルダ２１をブラケット２２に安定
よく載置するためのもので、ボルダ２１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２１をフ゛ラケント２２
の所定位置に固定している。ホルダ２１の−Ｊ二端面に
はレンズ３より僅かに大径、かつ、深さｈｌの凹陥部２
１ｃが形成され、この凹陥部２１ｃと同心に、かつ、レ
ンズ３より小径の存底の穴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２］ｃ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２１ｅの底面２
１ｆを断面■形状に傾斜させることにより、超音波ＴＤ
１から発射され、レンズ３を透過して伝播し、ホルダ２
１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からの形状情報だりが極力超音波ＴＤＩ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だげ深く、溝幅Ｗの溝２１ｄが穴２１ｅ
を横断して超音波”ＦＤｌのトラバース方向（Ｘ軸方向
）に形成されている。溝２］ｄによってレンズ３のへヘ
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、超音波］゛Ｄ１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、溝
幅Ｗは収束された超音波パルスの収束径より大きければ
よい。

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せたとき、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から浮き」二がったり移動することがないようにす
る必要がある。第１０図は超音波ＴＤＩの移動による水
揺れの発汁を極力防止するために水槽３０内に設置され
た水揺れ防止板３１，３２．３３を示す。これらの水揺
れ防止板３１，３２．３３はトラバース装置１０や被測
定物支持装置２０のブラケｙ　）　２２に干渉しない略
り字形状の板体である。そして、これらの防止板３１〜
３３には水槽３０内の水揺れを減衰させる多数の小孔３
］ａ〜３３ａが穿設されている。

第１１図は水面調整装置を示し、水面調整装置は本体側
の水槽３０の近傍に上下動可能に配置された第２の水槽
３５、この水槽３５を上下動させる昇降装置３８等によ
り構成される。水槽３５の槽底近傍にはボート３５　ａ
が設けられると共に、水槽３０の槽底近傍にもポート３
０ａが設けられ、これらのボー１３５ａ、３０ａを可撓
性のホース３６で連結し、水槽３０内と水槽３５内とが
連通されている。昇降装置３８は、多数のリンクからな
るパンタグラフ式のもので、パンタグラフ３８ａの上下
のリンクの連節点３８ｂ、３８ｂ間の距離を調整ねし３
８ｃで調整することにより、バンクグラフ３８ａを伸縮
さセ、もって水槽３５を」−Ｊζさ廿る。水槽３５を上
方に移動させると水槽３５の水４′はホース３６を介し
て水槽３０に流入し、水槽３０の水位が上昇する。逆に
、水槽３０の水位を下降させたい場合には水槽３５を下
方に移動させればよい。

このような水面調整装置を使用すれば本体水槽３０への
水の抜き差しが極めて容易になり、水が飛び散ったり、
水面が激しく揺動することなく簡単に水位の調節ができ
る。また、超音波ＴＤ１を常時水没させておくと、圧電
膜の剥離等の不都合が生し易く、超音波ＴＤＩの特性劣
化をもたらす。

従って、装置の不使用時には水面調整装置によりこまめ
に水槽３０の水位を下げて超音波ＴＤＩの水濡れを防止
すると超音波ＴＤ１の寿命を著しく延ばすことができる
。

第１２図は制御装置６０の概略構成を示し、制御装置６
０は、開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ＴＤＩ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
ロセッサ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、入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
れるサンプリングハンファメモリ部６３およびパルスモ
ータｕ動部６５、サンプリングハソファメモリ部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ＴＤ１がリート線Ｘδを介
して接続され、パルスモータ駆動部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１９ｂ左旋
回リミッ］・センサ１９ｅ、および右旋回リミットセン
サ１９ｆ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
状が以下の手順によって測定される。

レンズ３の形状を測定するに当り、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Ｖ２を測
定しておく必要がある。この音速■および■２の測定方
法を第１３図および第１４図を参照して説明する。

まず、トラバース装置１０のパルスモータ１８を駆動し
て超音波ＴＤＩの音軸（超音波ＴＤＩから発射される超
音波パルスの進む方向）がＹ軸力向と同じ方向、すなわ
ち、Ｘ軸に対して超音波ＴＤＩを９０°回動した位置に
移動させる。そして、被測定物支持装Ｍｌ　２０のブラ
ケット２２に基準ブロック７０を載置し、水面調整装置
の水槽３５を」三方に移動させ、超音波ＴＤＩが完全に
水没するまで水槽３０に静かに水を満たす。この状態で
超音波ＴＤＩから超音波パルスを発射させ、この超音波
パルスの発射時点からブロック７０の基準面（超音波Ｔ
ＤＩと対向する面）７０ａで反射し超音波ＴＤＩにより
受信されるまでの伝播時間ｔ１を測定する（第１３図（
ａ））。次に、被測定物支持装置２０のＹマイクロメー
タ２３の微調整ねし部を回動さゼて基準面７０ａを適当
な距離だけ移動させ、この時の移動距離！、をＹマイク
ロメータ２３の目盛りから読み取っておく。再び超音波
ＴＤＩから超音波パルスを発射して伝播時間ｔ２を計測
する（第１３図（ｂ））。そして、次式（八１）から水
の音速■を演算する。

Ｖ−ｌ　ｊ２＋　　ｌ／　ｌ　Ｌ＋　−ｔｚ　　ｌ　／
２・・・・・・（ＡＩ）次に、被測定物であるレンズ３
内を伝播する超音波パルスの音速の測定にあたり、上述
と同じ方法により、まず、被測定物を基準ブロック７０
に載置しない状態で超音波ＴＤＩより超音波パルスを発
射して伝播時間ｔ３を計測し、上述のようにして求めた
水中の音速■から超音波ＴＤＩと基準面７０ａ間の距離
１３を演算する（第１４図（ａ））。

ｐ、ｓ　　＝ＶＸｔｓ　　／２　　　　　　　　　　　
　・・・・・・（八２）次いで、厚み１〜３ｍｍ程度の
、レンズ３と同じ材質の試験片７２を基準面７０ａの上
に載置し、超音波ＴＤＩから超音波パルスを発射して試
験片７２の超音波ＴＤＩに対向する面７２ａで反射する
超音波パルス信号の伝播時間Ｌ４、および試験片７２の
裏面７２ｂで反射する超音波パルス信号の伝播時間ｔ５
をそれぞれ測定し、以下の式（Ａ３）〜（八６）からレ
ンズ内を伝播する超音波の音速■２を演算する。

！、−ＶＸＬ４／２　　　　　　　　・・・・・・（Ａ
３）ｐ　５　＝　　ＩＶ、３−ｐ　　４　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・　・・・（八４）Δ５＝
　　（ｔ　　５−ｔａ　　）　　／２　　　　　　　　
　　　　　・・（八５）Ｖｚ＝Ｎｓ／ΔＬ。

＝　［（ｔ３−ｔ４）／（ｔｓ　−ｔ＜）　　）　ｘｖ
・・　・・（八６）ここに、ΔＬ５は厚み１５の試験片７２内を超音波パル
スが伝播するに要した時間である。

このように、被測定物内を伝播する超音波の音速を被測
定物に非接触で測定することができ、また、超音波パル
スの伝播時間を前述の高周波（例えば、６０ＭＩＩｚ）
のサンプリング周期で検出すれば、分解能がよ＜　（１
６ｎｓ程度）、高精度で被測定物の音速Ｖを測定するこ
とができる。

なお、上述の音速の測定において、基準面７０ａの移動
は上下方向いずれの方向であってもよい。

また、基準面７０ａを移動させる代わりに、超音波ＴＤ
Ｉを移動させ、その移動量をダイヤルゲージ４２で測定
するようにしてもよい。

次に、超音波ＴＤＩの超音波発射面と回転中心線２間の
距離ＲＯの測定方法を第１５図および第１６図を参照し
て説明する。

この場合にも、音速Ｖ、Ｖ２の測定の場合と同様に、ト
ラバース装置１０のパルスモータ１８を駆動して超音波
ＴＤＩの音軸がＹ軸方向と同じ方向、すなわち、鉛直方
向下方の回転中心軸２に向かうように超音波ＴＤＩを移
動させておく。次に、トラバース装置１０の円板１１の
中心に取り付けたボスｌｉｄにＲＯ測定治具７４を取り
付ける。

このＲｏ測定治具７４は、その半径Ｒ，（第１５図（ｂ
）参照）が極めて精度よく加工された円柱状の本体部７
４ａと、本体部７４ａの一端面に垂直に、これと一体に
突設させた嵌合部７４ｂとからなり、嵌合部７４ｂをボ
スｌｉｄの嵌合穴に嵌合させることにより本体部７４ａ
を前記回転中心軸２に同心に取り付けることができる。

ＲＯ測定治具７４の上述の半径Ｒ４は予めノギス等によ
り測定しておく。次いで、Ｒｏ調整ねし１４を回動させ
て超音波ＴＤＩの超音波発射面をＲＯ測定治具７４の本
体部７４ａの側壁に密着させる（第１５図（ａ）参照）
。そして、この状態でダイヤルゲージ４２の目盛りを記
録しておく。

次に、Ｒｏｌ’ｆｄ整ねじ１４を逆転させて超音波ＴＤ
Ｉを上方の所望の測定位置に移動させ（第１６図（ａｌ
参照）、このときのダイヤルゲージ４２の目盛りを記録
し、先に記録したダイヤルゲージ４２の目盛りと今回記
録した目盛りから超音波ＴＤＩとＲＯ測定治具７４間の
距離Ｒ５（第１６図（ｂ）参照）を演算する。かくして
、距離ＲＯは次式（Ｂ１）から求められる。

Ｒｏ＝Ｒ４＋Ｒｓ　　　　　　　・”’（Ｂｌ）この方
法は、距離ＲＯを簡易に求められる点で優れるが、トラ
バース装置１０の機構部の組立精度が距離Ｒ５に大きく
影響する他、ＲＯ測定装置４０のダイヤルゲージ４２が
その組付」二、上下方向（Ｙ軸方向）の距離しか測定で
きないので、超音波ＴＤＩのトラバース方向に一箇所し
か測定できないと云う欠点がある。さらに、超音波ＴＩ
）１として収束型のものを使用するので、その超音波発
射面は被測定物に向かって凹面を有しており、発射面の
中心がＲＯ測定治具７４の側壁に密着できず、その分誤
差が生しると云う不都合がある。

これらの不都合を解消するためには、以下に説明する別
の測定方法によって距離Ｒｏを測定することが望ましい
。

すなわち、先の測定方法においてＲＯ測定治具７４を円
板１１に取り付けた後、超音波ＴＤＩを治具７４に密着
させたが、好ましい方法は、密着させずに第１６図（ａ
）に示す所望の測定位置に移動させておく。そして、こ
の治具７４から離間した超音波ＴＤＩから超音波パルス
を発射して距離Ｒ５の測定が行われる。より詳細には、
超音波ＴＤＩから超音波パルスを発射した時点からＲＯ
測定治具７４の本体部側壁で反射し、再び超音波ＴＤＩ
により受信される時点までの伝播時間を測定することに
よって距ＭＲ５が演算される。この時、水中を伝播する
超音波パルスの音速■は前述した方法により求めた値を
用いることは勿論のことである。

このようにして測定した距離Ｒ５とノギス等で測定した
治具７４の半径Ｒ４を用いて」二記式（旧）から距離Ｒ
ｏが求められる。

この方法は、前述のダイヤルゲージ４２を用いて距離Ｒ
５を測定した場合に生じる誤差が発生ずる心配がなく、
測定者による読み取り誤差が生しることもない。また、
使用するＲ　ｏ　１ｉｌｌｌ定治具７４が円柱形状をし
ているので、パルスモータ１８を駆動して超音波ＴＤＩ
を回転中心線２の回り、すなわち、Ｒｏ測定治具７４の
回りに回動させ、複数箇所の回動位置で距離Ｒｏを測定
することができ、これらの測定点の平均値から最終的に
距離Ｒｏの値を求めると一層精度の高い値を得ることが
出来る。

超音波ＴＤＩの音軸が超音波ＴＤＩの回転中心軸２に合
致しない場合には上述の距離ＲＯが正しく測定できない
ばかりか、被測定物の形状測定に誤差を生じさせる。超
音波ＴＤＩの音軸を回転中心軸２に合致させるには以下
の方法によればよい。

すなわち、パルスモーク１８を作動させて超音波ＴＤＩ
をχ軸に対して９０”回動した位置に移動させ、ごの位
置で超音波ＴＤ１から連続的に超音波パルスを発射させ
る。そして、超音波パルスの反射波強度および伝播時間
をリアルタイムで測定する。第１７図の仮想線で示すよ
うに、今仮に超音波ＴＤＩの音軸が回転中心軸２と交わ
らず、超音波パルスがＲＯ測定治具７４の表面Ｃ１で反
射して図示ＤＪ力方向進行するとすれば、超音波ＴＤＩ
に受信される反射波の強度は極めて小さいものとなり、
また、図から明らかなように測定される距離（図におい
て点ＣＴＤと点Ｃ１間の距離）は測定すべき距離（点Ｃ
ＴＤと点Ｂ１間の距離）より大きくなってしまう。そこ
で、リアルタイムに得られるデータから反射波強度が最
大、かつ、演算される距離Ｒｏの値が最小になるように
、前述したＩ・ラハース装置１０の調整ねし１６（第６
図）を調節して超音波ＴＤＩをピン軸１３ａの回りに回
動さゼ、最適のＴ角度を得る。このとき、超音波ＴＤＩ
から発射された超音波パルスは第１７図の実線で示すよ
うに点ＣＴ　Ｄから回転中心軸２に向かって進み、Ｒｏ
測定治具７４の表面Ｂ１で反射して再び点ＣＴＤに戻る
経路を辿ることになる。

かくして、超音波′丁”ＤＩの音軸が超音波Ｔ　Ｉ）　
］の回転中心軸２と交わる方向に正しく設定され、超音
波ＴＤＩの本体の製作時に音軸ずれがη、しても、これ
を簡単かつ精度よく校正することができる。なお、この
音軸校正に使用する治具７４は実施例のように円柱形の
ものが望ましい。

上述のようにして求めた距離ＲＯを、予め曲率が分かっ
ている精密ガラス球を使用して校正することができる。

より具体的には、第１８図（Ａ）に示すように、光学的
方法等により校正され、予め直径（曲率）が分かってい
る精密ガラス球７６からホルダ２１の凹陥部２１ｃに嵌
合可能な大きさのレンズ体７６ａを切り出し、これをホ
ルダ２１に載置しく第１８図（Ｂ）参照）、詳細は後述
するようにして木ａｌｌ＋定装置によりレンズ体７６ａ
の凸面形状を測定する。そして、前述した式（８）から
求めた曲率がレンズ体７６、］の既知の曲率と合致する
ように、上述のようにして求めた距離Ｒｏの値を変更す
るのである。

かくして、距離Ｒｏの値を簡単に校正することができ、
このように校正した距離Ｒｏの値を用いて被測定物の形
状を測定すると、絶対値として曲率の値が分かっている
ガラス球に対し、被測定物の相対的な曲率の値が求めら
れるので、被測定物の測定値の精度を著しく向トさせる
ことが出来る。

なお、上述の校正用の精密ガラス球に代えて鋼球、セラ
ミック球、プラス千ツク球等、温度膨張係数の小さいも
のであれば種々の球体を距離Ｒ。

の校正に用いることができる。

次に、被測定物であるレンズ３を所定位置に設置する方
法について、第１９圀を参照して説明する。

先ず、上述のようにして超音波ＴＤＩの音軸が回転中心
軸２と交わるように正しく校正したあと、前述の超音波
ＴＤＩの音軸の校正時と同様に、パルスモーク１８を駆
動して超音波ＴＤ１を第１９図に示すように回転中心軸
２の回りに基準Ｘ軸から９０°だけ回動させた回動位置
（すなわち、超音波ＴＤＩの音軸がＸ軸と直交する位置
）に移動させて固定し、その位置で超音波ＴＤＩから連
続して超音波パルスを発射させ、超音波パルスの反射波
強度をリアルタイムで測定する。そして、リアルタイム
に得られるデータから反射波強度が最大になるように、
前述した被測定物支持装置２０のＸ、Ｙ、Ｚマイクロメ
ータ２７．２３．２５を調整し被測定物３の位置極めを
行う。すなわち、レンズ３の赤道面を超音波ＴＤＩが走
査するようにＸおよびＺマイクロメータ２７．２５を調
整し、Ｙマイクロメータ２３を調整して超音波ＴＤＩか
ら発射される超音波パルスの焦点をレンズ３の赤道面（
対向面）３ａで結ばせ、ＳＮ比を向上させる。

調整後の被測定物３は、超音波１゛Ｄ１の音軸が超音波
ＴＤＩに対向する被測定物３の対向面に垂直になるよう
に設置されることになる。

被測定物３をより確実に所定の位置に設置するには、超
音波ＴＤＩを上述の回動位置に加え、第１９図に仮想線
で示すＡＡ回動位置（例えば、４５゜位置）　、ＡＢ回
動位置（例えば、１３５°位置）に移動させ、各回動位
置で被測定物支持装置２０の微調整を２〜３回繰り返し
、超音波パルスの反射波強度が各回動位置で略等しくな
るように調整すればよい。このように調整すれば、より
精度のよい被測定物３の形状の測定が可能になる。

次に、上述のように調整された測定装置のホルダ２１に
被測定物であるレンズ３を、凸面を超音波ＴＤＩに向け
て載置した後、水面調整装置の水槽３５を上方に移動さ
せ、超音波ＴＤＩ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ツチを操作する
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の形状の測定を開始
する。

先ず、マイクロプロセッサ６１はパルスモータ１８を作
動させて超音波ＴＤＩをスタート位置Ｎ。

（第１回参照）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
１−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１９ｃ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、ピクホ
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、ゲート開信号が入
力している間だけ超音波送受信部６４からの信号を取り
込むことができ、ゲート開信号はマイクロプロセンサ６
１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
十分な期間の経過後、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（例エバ、６
０ＭＨｚ）のクロックパルスのハイレヘルが入力してい
る間に超音波送受信部６４が受信した信号状態を順次取
り込み記憶するもので、ハイレヘ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はパルスモータ駆動部６５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ＴＤＩ
を前述の円弧５上を所定の微小角度β（例えば、０．７
２°）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、サンプリング
バッフ７メモリ６３に超音波送受信部６４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
終了位置Ｎ２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、マイクロプロセツサ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
率等を演算し、その演算結果をＣＲＴ表示部６６に表示
する。

レンズ３の凹面を超音波ＴＤＩに向けてレンズ形状を測
定する場合には、被測定物支持装置２０のブラケット２
２を下方に移動させて、被測定物３を第３図に示すよう
に回転中心軸２に対して超音波ＴＤＩと反対側に設置し
、被Ｎ１１ｌ定物３の対向面３ａおよび裏面３ｂの位置
座標の演算に、弐〇〇）ないし式（１１）を用いる点を
除けば、上述と同しようにして測定できるのでその詳細
な説明は省略する。

なお、本発明に係る物体の形状測定方法は、水中に設置
したレンズに適用されるだＬノでなく、水中に設置しで
ある種々の物体、例えば、金属、ガラス、セラミンクス
、プラスチック等の形状の測定に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に依れば、被測定物を水中に
設置し、超音波により被測定物の形状を検出するので、
水を含んでいて、空気中に取り出すと水分の蒸発により
形状変化を来す物体の形状を正確に測定することができ
る。また、超音波は物体内部を伝播することができるの
で、光学的測定では測定できない物体の裏面形状等を非
破壊で測定することができる。さらに、本発明方法に依
れば、超音波トランスジューサを移動させるので、各測
定点毎の被測定物の表面位置データをコンピュータに取
り込めば、被測定物の全体形状、表面形状の曲率半径等
の種々の形状情報が得られ、これを製品の品質管理に用
いると、品質管理の自動化が可能になり、しかも非破壊
検査であるため製品の全品検査も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る物体の形状測定方法の測定原理
を説明するための図であり、超音波トランスジューサに
向けて凸の表面を有する被測定物と超音波トランスジュ
ーサ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、厚み等を演
算するだめの位置関係を示すレイアウト図、第３図は、
第１図と類似の測定原理を説明するだめの回であり、超
音波トランスジューサに向ｂ３て凹の表面を有する被測
定物と超音波トランスジューサとの位置関係を示すレイ
アウト図、第４図は、ソフトコンタクトレンズのエツジ
部形状を測定する場合の超音波トランスジューサとソフ
トコンタクトレンズの位置関係を示すレイアウト図、第
５図は、本発明方法が適用された測定装置の断面側面間
、第６図は同一部断面正面図、第７図は同一部断面背面
図、第８図は、第５図に示す被測定物ホルダ２１の」二
面図、第９図は同縦断面図、第１０図は、第５図に示す
水槽３０内に設置される水揺れ防止板を示す斜視図、第
１１図は、水面調整装置の構成を示す一部断面正面図、
第１２図は、第５図に示す測定装置の作動を制御する制
御装置の構成を示すブロック図、第１３図は、水中を伝
播する超音波の音速を測定する方法を説明するためのレ
イアウト図、第１４図は、被測定物の内部を伝播する超
音波の音速を測定する方法を説明するだめのレイアウト
図、第１５図および第１６図は超音波トランスジューサ
の超音波発射面と超音波トランスジューサの回転中心と
の間の距離を測定する方法を説明するための、上記装置
の作動状態における部分断面図、第１７図は、超音波ト
ランスジューサの音軸を超音波トランスジューサの回転
中心を通るように調整する方法を説明するためのレイア
ウト図、第１８図（Ａ）および（Ｂ）は、超音波トラン
スジューサの超音波発射面と超音波トランスジューサの
回転中心との間の距離を校正する方法を説明するための
図であり、第１８図（Ａ）は校正用ガラス球の側面図、
第１８図（Ｂ）は同校正用ガラス球をホルダに載置して
形状測定中の状態を示す部分断面図、第１９図は、被測
定物のソフトコンタクトレンズを水槽内の所定位置に設
置する方法を説明するだめのレイアウト図である。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
（被測定物）、１０・・・トラバース装置、２０・・・
被測定物支持装置、２１・・・ホルダ、３０・・・水槽
、４０・・Ｒｏ測定装置、６０・・・制御装置、６トマ
イクロブロセンサファメモリ。出願人　　東　し　株　式　会　社代理人　　弁理士　　長　門　侃 ■← ｖ−１ンンＣＺＯＱｌ’　　工第１９図手続補正書（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９頁第６行目の式（４）及び第１３頁第８行目
〜第１゜事件の表示９行目の式（１０）にそれぞれ記載のＦＴ」とあるを’
Ｔ゛／２Ｊ昭和６３年特許側梁２０３３６２号に訂正する。２゜発明の名称１１図面物体の形状測定方法図面の第１図を別紙の通り訂正する。補正をする者代表者前田勝之助代理人

Claims

【特許請求の範囲】

（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
測定点毎に前記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、前記被測定物の表面および
／または裏面での反射波を前記超音波トランスジューサ
で受信することにより各前記測定点での前記被測定物の
表面および／または裏面位置を求め、もって被測定物の
形状を求めることを特徴とする、物体の形状測定方法。
（２）前記被測定物は前記超音波トランスジューサに向
かって凸の表面を有し、該被測定物を前記回転中心と前
記超音波トランスジューサとの間に配置すことを特徴と
する、請求項１記載の物体の形状測定方法。
（３）前記被測定物は前記超音波トランスジューサに向
かって凹の表面を有し、該被測定物を前記回転中心に関
して前記超音波トランスジューサとは反対側に配置する
ことを特徴とする、請求項１記載の物体の形状測定方法
。