JPH08105715A - レーザ厚み測定機の光軸合わせ方法 - Google Patents

レーザ厚み測定機の光軸合わせ方法

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JPH08105715A
JPH08105715A JP24283994A JP24283994A JPH08105715A JP H08105715 A JPH08105715 A JP H08105715A JP 24283994 A JP24283994 A JP 24283994A JP 24283994 A JP24283994 A JP 24283994A JP H08105715 A JPH08105715 A JP H08105715A
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JP
Japan
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thickness
axis
measured
sample
sensor heads
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JP24283994A
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English (en)
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Kentaro Morita
研太郎 森田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対のセンサヘッドが対向配置されてなるレ
ーザ厚み測定機において、従来よりも定量的にかつ確実
に両センサヘッドの光軸合わせが行えるようにする。 【構成】 厚みtが既知の試料Sを用いるとともに、両
センサヘッドH1,H2の間にあって互いの光軸O1,O2
に対して共通に直交する平面Pを仮想したとき、この仮
想平面P上に互いに直交するX軸,Y軸を設定し、試料
SをX軸、Y軸の各方向において仮想平面Pからそれぞ
れ所定の角度θX,θYだけ傾斜させた後、試料Sの厚み
を個別に測定しつつ、その測定されたX軸に関する厚み
tmXはt/cosθX,Y軸に関する厚みtmYはt/cosθYとな
るように、少なくとも一方のセンサヘッドH1を仮想平
面Pと平行に、かつ、X軸方向またはY軸方向に沿って
それぞれ移動させて両センサヘッドH1,H2の相対位置
を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ厚み測定機にお
ける光軸合わせ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、たとえば、セラミックグリーン
シートなどの製造工程においては、図3に示すように、
押し出し機Aを用いてスラリー状の原料をフィルム状に
成形してシートBとするが、その際、成形されるシート
Bの厚みが不均一であると製品品質に悪影響を及ぼすた
め、均一な肉厚のシートBが成形されるように監視する
ことが必要となる。
【0003】そのため、従来より、被測定物(この例で
はシート)Bの厚みを非接触で連続的に測定できるもの
として、レーザ厚み測定機Cが使用されている。
【0004】すなわち、このレーザ厚み測定機Cは、被
測定物Bの厚みを検出する厚み検出部Dと、この厚み検
出部Dからの検出出力に基づいて厚みを算出して表示す
る厚み演算制御部Eとからなる。
【0005】そして、厚み検出部Dは、コの字型の固定
フレームFを備え、この固定フレームFの上下の各アー
ム部F1,F2にそれぞれセンサヘッドH1,H2が対向配
置されている。
【0006】各センサヘッドH1,H2は、フォトリフレ
クタ形のもので、レーザダイオードなどの発光素子とフ
ォトダイオードなどの受光素子(いずれも図示省略)が内
蔵されている。
【0007】そして、各センサヘッドH1,H2は、発光
素子からのレーザ光が被測定物Bの表面で反射されて、
受光素子で受光されるまでの時間をそれぞれ検出する。
【0008】図4に示すように、両センサヘッドH1
2間の距離Lは予め設定されているので既知であり、
したがって、厚み演算制御部Eは、両センサヘッド
1,H2の検出出力に基づいて、各センサヘッドH1
2から被測定物Bまでの距離L1、L2をそれぞれ検出
し、次式、 t=L−(L1+L2) (1) によって、被測定物Bの厚みtを算出し、その値tを表示
したり、プリントアウトするようになっている。
【0009】このような構成のレーザ厚み測定機Cを用
いれば、特に、被測定物Bが、押し出し機Aから押し出
された直後の水分を含んだ柔らかいシート状のものであ
っても、非接触で連続的に厚みを測定できるという利点
がある。
【0010】ところで、いま、図5に示すように、被測
定物Bの実際の厚みをt、センサヘッドH1,H2の互い
の光軸O1,O2のずれをδ、センサヘッドH1,H2の両
光軸O1,O2に共通に直交する平面からの被測定物Bの
傾きをθとしたとき、幾何学的な関係より、測定される
厚みtmは、次式で与えられる。
【0011】 tm=t+tα+tβ (2) ここに、tα,tβは誤差成分であって、次式で与えられ
る。
【0012】 tα=t・{(1/cosθ)−1} (3) tβ=δ・tanθ (4) (2)式から分かるように、被測定物Bの傾きθと、光軸
1,O2のずれδとがあれば、実際の厚みtに対して、t
α+tβの誤差を生じることになる。
【0013】ここに、一方の誤差成分tαは、(3)式か
ら分かるように、光軸のずれδの因子を含まず、単に被
測定物の傾きθにのみに起因する誤差である。これに対
して、他方の誤差成分tβは、(4)式から分かるよう
に、光軸のずれδと被測定物の傾きθの双方に起因する
誤差である。
【0014】そして、測定される厚みtmに対しては、二
つの誤差成分tα,tβの内、tβの方がtαよりもその影
響が大きい。
【0015】たとえば、被測定物の真の厚みt=100
μm、光軸のずれδ=200μm、被測定物の傾きθ=1
0°としたとき、tα=1.5μm、tβ=17.6μmとな
り、tβの影響が非常に大きいことが分かる。
【0016】つまり、tαは被測定物Bが傾くと必ず生
じる誤差であるが、tβに比べると非常に小さいので、
誤差の影響因子としてそれほど問題にならないのに対
し、tβは非常に大きな値となるので、測定誤差を小さ
くするには、tβの値を小さくする必要がある。
【0017】(4)式において、被測定物Bの傾きが大き
いほどtanθも大きくなるが、光軸が合っておればδは
略零となるから、結果として、tβも略零となる。つま
り、光軸合わせができれば、誤差成分tβの影響を無く
すことができる。
【0018】そこで、従来技術では、各センサヘッドH
1,H2の発光素子からのレーザ光のスポットをそれぞれ
半透明紙に写し、これらのスポットをレーザ光観察用の
護眼拡大スコープを通して目視で観察しながら、両スポ
ットが互いに重なり合うように、両センサヘッドH1
2の光軸合わせを行って、光軸ずれδが極力小さくな
るようにしている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、感覚的な光軸合わせであって、定量的に光軸
が合っているか否かを判定するものではないから、光軸
合わせの確実性に欠け、個人差が生じたりして、常に精
度良く光軸合わせを行えないという問題がある。本発明
は、上記の問題点を解決するためになされたもので、従
来よりも常に精度良く光軸合わせが行えるようにするこ
とを課題とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】前述の(4)式における誤
差成分tβは、両センサヘッドH1,H2の光軸O1,O2
間のずれδを含むので、このtβを光軸O1,O2が一致
したか否かのパラメータとして利用することができる。
【0021】すなわち、両センサヘッドH1,H2の光軸
1,O2が合えば、tβは零となるから、(2)式の関係
から、被測定物を所定角度θだけ傾けた状態でその厚さ
tmを測定したとき、その測定された厚さtmが、t+tαと
なるように各センサヘッドH1,H2の光軸O1,O2を調
整すればよい。
【0022】ここで、前述の(3)式の関係から、t+tα
=t/cosθとなるから、光軸合わせの判断の最終的なパ
ラメータとしては、t/cosθを用いることができる。
【0023】このような光軸合わせを行う上では、次の
前提が必要となる。
【0024】いま、被測定物が、センサヘッドH1,H2
の両光軸O1,O2に共通に直交する平面に対して全く傾
いていないとき、あるいは傾きが僅かであると、tanθ
≒0となり、光軸ずれδがどのような値であっても、
(4)式の誤差成分tβ≒0となるから、tβを光軸合わせ
を行う上でのパラメータとすることができなくなる。
【0025】したがって、tβを光軸合わせのパラメー
タとする上では、被測定物を一定角度θだけ傾けて、ta
nθが有効な値をもつようにしておく必要がある。
【0026】本発明は、このような事象に着目してなさ
れたもので、上記の課題を解決するため、具体的に次の
ようにしている。
【0027】すなわち、本発明のレーザ厚み測定機の光
軸合わせ方法では、厚みtが既知の試料を用いるととも
に、前記両センサヘッドの間にあって互いの光軸に対し
て共に直交する一つの平面を仮想したとき、この仮想平
面上に互いに直交するX軸,Y軸を設定し、試料をX軸
方向において仮想平面から所定の角度θXだけ傾斜させ
た後、試料の厚みを測定しつつ、その測定された厚みtm
Xがt/cosθXとなるように、少なくとも一方のセンサヘ
ッドを前記仮想平面と平行に、かつ、X軸方向に沿って
移動させて両センサヘッドの相対位置を調整し、次に、
試料をY軸方向において仮想平面から所定の角度θY
け傾斜させた後、試料の厚みを測定しつつ、その測定さ
れた厚みtmYがt/cosθYとなるように、少なくとも一方
のセンサヘッドを前記仮想平面と平行に、かつ、Y軸方
向に沿って移動させて両センサヘッドの相対位置を調整
する。
【0028】
【作用】本発明の方法によれば、X軸方向については、
t/cosθX、Y軸方向については、t/cosθYをそれぞれ
指標として、X軸,Y軸の直交する2方向についてそれ
ぞれ定量的に光軸合わせを行えるため、従来よりも光軸
合わせの確実性が高まる。
【0029】
【実施例】本発明方法を適用するに際しては、予め、厚
みtが既知のシート状の試料Sを準備する。
【0030】一方、図1に示すように、レーザ厚み測定
機を構成するコの字型の固定フレームFの上側のアーム
部F1にXYテーブルTを設ける。
【0031】そして、このXYテーブルTの上にヘッド
固定ブロックJを取り付け、このヘッド固定ブロックJ
に一方のセンサヘッドH1を固定し、固定フレームFの
下側のアーム部F2に取り付た他方のセンサヘッドH2
対向させる。
【0032】こうしておいてから、図2に示すように、
両センサヘッドH1,H2の間にあって互いの光軸O1
2に対して共に直交する一つの平面Pを仮想し、か
つ、この仮想平面P上に互いに直交するX軸,Y軸を設
定する。この場合のX軸,Y軸の方向は、XYテーブル
Tの2軸移動方向(図1のX軸,Y軸方向)に一致させ
る。
【0033】次に、図2(a)に示すように、試料Sを、
X軸方向において仮想平面Pから所定の角度θXだけ傾
斜させて配置する。
【0034】この状態で、(1)式によって、試料Sの厚
みを測定する。両センサヘッドH1,H2の光軸O1,O2
が互いにずれているときには、その厚みの測定値tmは、
(4)式で決まる誤差成分tβをもつから、この誤差成分t
βが零になるように、すなわち、測定される厚みtmXがt
/cosθXになるまで、一方のセンサヘッドH1を仮想平
面Pと平行に、かつ、X軸方向に沿って移動させる。こ
れには、XYテーブルTをX軸方向に沿って移動させれ
ばよい。
【0035】以上のようにしてX軸方向の光軸が合え
ば、次に、図2(b)に示すように、試料Sを、Y軸方向
において仮想平面Pから所定の角度θYだけ傾斜させた
後、同様に、試料Sの厚みを測定しつつ、その測定され
た厚みtmYがt/cosθYとなるように、一方のセンサヘッ
ドH1を仮想平面Pと平行に、かつ、Y軸方向に沿って
移動させる。これには、XYテーブルTをY軸方向に沿
って移動させる。
【0036】こうして、X軸,Y軸の両方向の光軸が合
えば、誤差成分tβは発生しなくなるので、光軸合わせ
が完了する。
【0037】具体例として、実際の数値を挙げて説明す
ると、試料Sの厚みt=100μm、試料Sの傾斜角度θ
X=θY=10°、初期の光軸のずれは、X軸方向にδX
=200μm、Y軸方向にδY=100μmであったとす
る。
【0038】図2(a)の状態で、光軸合わせ前の測定し
た厚みtmXは、(2)〜(4)式より、tmX=100+1.5
+35.2=136.7μmとなるので、この測定値tm
Xが、101.5μmになるまでXYテーブルTをX軸方
向に沿って移動させる。
【0039】図2(b)の状態で、光軸合わせ前の測定し
た厚みtmYは、(2)〜(4)式より、tmYX=100+1.5
+17.6=119.1μmとなるので、この測定値tm
Xが、101.5μmになるまでXYテーブルTをY軸方
向に沿って移動させる。
【0040】なお、この実施例では、固定フレームFの
上側に位置するセンサヘッドH1のみがX軸,Y軸の各
方向に沿って移動させて光軸合わせを行う場合について
説明したが、光軸合わせは、両センサヘッドH1,H2
相対的な位置関係で決まるものであるから、固定フレー
ムFの下側に位置するセンサヘッドH2をX軸,Y軸の
各方向に移動させる場合であってもよく、さらに、両セ
ンサヘッドH1,H2を共にX軸,Y軸に沿って移動させ
て光軸合わせを行ってもよい。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。
【0042】(1) X軸,Y軸の直交する2方向につい
てそれぞれ定量的に光軸合わせを行えるため、従来より
も光軸合わせの確実性が高まる。
【0043】(2) 従来のようなレーザ光観察用の護眼
拡大スコープは不要となるので、安価に光軸合わせを行
える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を適用するレーザ厚み測定機の厚
み検出部分の構成を示す斜視図である。
【図2】本発明方法の説明図である。
【図3】レーザ厚み測定機の全体構成図である。
【図4】レーザ厚み測定機を用いて被測定物の厚みを測
定する場合の説明図である。
【図5】レーザ厚み測定機を用いて被測定物の厚みを測
定する際に誤差成分が生じる場合の説明図である。
【符号の説明】
D…レーザ厚み測定機、B…被測定物、F…固定フレー
ム、H1,H2…センサヘッド、S…試料、O1,O2…各
センサヘッドの光軸、P…仮想平面、θX,θY…試料の
X軸、Y軸方向の仮想平面からの各傾斜角度。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対のセンサヘッドが対向配置されてな
    るレーザ厚み測定機の、前記両センサヘッドの互いの光
    軸を一致させるための方法であって、 厚みtが既知の試料を用いるとともに、前記両センサヘ
    ッドの間にあって互いの光軸に対して共に直交する一つ
    の平面を仮想したとき、この仮想平面上に互いに直交す
    るX軸,Y軸を設定し、 前記試料を、X軸方向において仮想平面から所定の角度
    θXだけ傾斜させた後、試料の厚みを測定しつつ、その
    測定された厚みtmXがt/cosθXとなるように、少なくと
    も一方のセンサヘッドを前記仮想平面と平行に、かつ、
    X軸方向に沿って移動させて両センサヘッドの相対位置
    を調整し、 次に、前記試料を、Y軸方向において仮想平面から所定
    の角度θYだけ傾斜させた後、試料の厚みを測定しつ
    つ、その測定された厚みtmYがt/cosθYとなるように、
    少なくとも一方のセンサヘッドを前記仮想平面と平行
    に、かつ、Y軸方向に沿って移動させて両センサヘッド
    の相対位置を調整する、 ことを特徴とするレーザ厚み測定機の光軸合わせ方法。
JP24283994A 1994-10-06 1994-10-06 レーザ厚み測定機の光軸合わせ方法 Pending JPH08105715A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007263818A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Jfe Steel Kk 厚さ計測装置の調整方法及びその装置
JP2009031120A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Jfe Steel Kk 厚さ計測装置の調整方法及びその装置
JP2015169546A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 オムロン株式会社 共焦点計測装置の光軸調整方法、共焦点計測システム、プログラム、及び、プログラムを記録した記録媒体
JP2015179046A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 東京応化工業株式会社 厚さ測定器および厚さ測定方法
CN113834429A (zh) * 2021-09-22 2021-12-24 深圳市大成精密设备股份有限公司 一种同轴度校准方法及装置

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