JPS5852161B2 - 無接触板厚測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、平行平面の外表面をもつ製品（ないし部材
等）の板厚を無接触で測定するための方法であって、製
品の相対向する両外表面上でレーザー光線が歩進的に偏
向され、そこで散乱して反射した光線は、製品の外表面
から隔てて配置されたレーザー光線の数に等しい複数の
検出器によって検出され、該検出器はそれぞれ所定の方
向からの光のみを検出可能であり、検出器によって検出
される反射光線の外表面点（反射点）の位置は、各光偏
向器の光偏向の始点と相応する検出器における光信号の
受信点の時間差によって確定されるようになったものに
関する。

西ドイツ特許第２１２４４４４号明細書に厚さを測定す
るための方法が記載されている。

これによれば、製品の上方に配置された複数個の音響光
学的な光偏向器によって、複数のレーザー装置から送出
された光線が製品の外表面上で歩進的に案内され、そこ
で散乱して反射した光は外表面から隔てて配置されたや
はり所定の方向からの光のみを検出可能な複数の検出器
によって検出される。

測定値は光偏向の開始と検出器信号の間の時間差によっ
て決定される。

この測定方法の欠点は、２個のレーザー装置と２個の光
偏向器を必要とする点にある。

各レーザ装置が分離して配設されているので、外的な影
響を受けて測定精度が損なわれることがある。

さらに、西ドイツ特許出願公開第２１１０３７４号公報
による厚さ測定方法または西ドイツ特許出願公告第１０
５１０１６号および同第１０６８４７３号公報による可
動ロール材の厚さ測定方法が公知である。

これらの方法においては、いずれも電磁ビームが平行平
面をもつ製品の厚さを決定する２つの外表面点に向けら
れ、そこで散乱して検出器によって検出される。

この検出器に接続された電子装置が両散乱位置から製品
の厚さを確定する。

しかしながら、そこで求められた厚さは、製品の平行外
表面が測定機器によって与えられる固定した仮想平面に
対して平行である場合にのみ実際の厚さに等しい。

製品がこの仮想平面に対して傾いていると、求められた
値は実際の厚さより大きくなる。

この発明の目的は、平行平面をもつ傾いた製品の厚さを
外的な影響を受けずに求めることができる差動測定法を
提供することにある。

この目的は本発明によれば、レーザー装置から送出され
る光線が３つまたは４つの分光線に分割され、光偏向器
によって偏向される際１つまたは２つの分光線は製品の
第１の外表面上で周期的に偏向され、他の１つまたは２
つの分光線が第１の外表面に相対向する第２の外表面上
で周期的に偏向され、測定開始の際の分光線は所属の検
出器の受光方向と基準面内で交差し、該基準面の法線は
測定開始の際の分光線と角度αを、検出器の受光方向と
角度βを形成し、測定回路は測定開始から検出器による
検出までのすべての分光線の偏向時間を求めることによ
り距離ｄｉ を確定し、 これから製品の厚さｄが関係式 ただしｄｉ 三検出されたｉ番目の反射点の基準面から
の距離、γｉ ：測定開始の際の偏向方向と受光の際の
偏向方向の間の角度、Ａｉ 二基単面と最後の反射鏡間
の距離 によって決定され、その際γｉは分光線の入射角が製品
の表面上で増加する際正に、減少する隊員に選定される
ことによって達成される。

この方法は種々の利点を有する。

すなわち、測定速度は速く、外的な影響による障害はほ
とんどなく、反射鏡の縦方向偏位またはねじれによって
測定精度は影響されない。

さらに、任意の傾き変動をする製品の厚さを測定するこ
とが可能であり、唯１つのレーザー装置および唯１つの
光偏光器を必要とするのみである。

次に本願発明を図示の実施例について詳述する。

第１図は本発明による厚さ測定方法を遂行するための構
成の平面図、第２図は別の角度から見た図、第３図は本
発明の別の実施例を示す図である。

第１図において連続発振レーザー１は光偏向器２に光線
を送出する。

図面に対して垂直方向に偏向される光線は、プリズム３
によって２つの反対方向の光４，５に分割され、反射鏡
６，７によってプリズム８，９へ専かれる。

測定されるべき製品１０はプリズム８，９間に存在する
。

プリズム８，９は、半透過性の鏡面１１ないし１２と完
全鏡面１３ないし１４を有する。

これによって、光線４，５は分光線１５，１６，１７お
よび１８に分割される。

分光線１５および１６は製品１０の表面１９に達し、こ
れを図面の垂直方向に走査する。

同時に、拡散反射されて、図面平面以外に存在する図示
されていない２個の検出器に達する。

分光線１７，１８についても同様のことが言える。

付属の４個の検出器は、図面平面の外において、それぞ
れ光線１５ないし１８によって走査される区間上のある
１点にその受光方向が向くように配置されている。

これらの検出器により検出された反射点２０ないし２３
は、後述する基準面２４からの距離ｃｔ、 ｔ ｃｔ２
ｙ ｄ３およびｄ４をもつ、４つの分光線１５ないし１
８が鏡面１１゜１２．１３および１４において反射され
た点から基準面２４までの距離を、それぞれＡＩ、Ａ２
゜Ａ３およびＡ４とする。

製品１０の厚さを測定する方法の詳細を、第１図をＡの
方向から見た図である第２図によって説明する。

製品１０は第２図においても傾いている。

分光線１５および１７の反射鏡面１３および１４はこの
図においても示されているが、半透過性鏡面１１および
１２は第２図の紙面の外にある。

光線１５および１７は、紙面上で左から右およびこの逆
の方向に偏向される。

分光線１５および１７は光学的中心軸３０および２９と
基準面上の交点３１において交わる。

分光線１５′および１γは、反射光の検出のために検出
器２５に導かれる偏向方向にある。

光学系２７および２８は、検出器２５および２６が方向
２９ないし３０からの光のみを検出可能であるようにす
る。

基準面２４によって、構成素子１１，１３および２５は
構成素子１２．１４および２６と分離される。

分光線１７および１５は基準面上の法線３１′と角度α
をなし、光学的中心軸２９および３０は法線３１′と角
度βを形成する。

すべての検出器は、測定回路を介して光偏向器２に結合
される。

測定回路は、すべての分光線の測定開始の際の偏向方向
１５，１７から検出可能な偏向方向１５’、１γまでの
偏向時間を測定する。

測定回路はこの時間を角度γ１ないしｒ４に換算し、同
時にこれらの角度γｉ１装置の構成から与えられる角度
αおよびβ、および距離Ａｉから距離ｄｉを確定する。

製品１０の厚さｄはこの距離ｄｉの関数であるから、平
行平面をもつ製品がいかなる傾きをもつ位置にあっても
極めて迅速にかつ高い精度をもってその厚さを確定する
ことができる。

製品１０が反射点３２および３３を結ぶ直線に対して垂
直な基準面２４内のある軸を中心にしてのみ傾いている
場合は、光線を４つの分光線に分割する代りに、３つの
分光線に分割し、そのうち２つの分光線が製品の一方の
外表面を走査し、他の１つの分光線がこれと相対向する
外表面を走査すれば充分でねる。

第３図はこのような場合を示す。

検出器に達し得る偏向方向１５′および１６′の両反射
点は３２および３３で、これら２点間を結ぶ直線を３６
で示しである。

したがって製品１０は軸３４の回りで基準面２４に対し
て傾いている。

製品１０の上方を向いた外表面上の反射点３２および３
３は、基準面２４からの距離ｄ１ないしｄ２を有し、検
出器２６によって検出され得る偏向方向１１′力Ｓ製品
１０の下方を向いた外表面と交わる反射点３５は、基準
面２４からの距離ｄ３をもつ。

製品１０の厚さｄを確定するためには、製品１０の下方
の外表面に向けられた分光線は１つで充分である。

なぜならば、この外表面上のすべての点は、方向３４に
対して、また基準面２４に対しても平行に推移するから
である。

したがって、この場合製品１０の厚さｄは距離ｄ１．ｄ
２およびｄ３が知れれば確定され得る。

前述のｄを求める式において、ｄ４をｄ３に等しくすれ
ばよい。

傾いていない（または傾きが３°以内の）製品の厚さの
測定は、上方および下方からの２つの光線（例えば１Ｔ
および１５）だけで可能である。

すなわち、前述の関係式においてｄ２−ｄｌおよびｄ４
−ｄ３と置くと、ｄ＝ｄ、−ｄ３となる。

この方法により、任意の運動および傾きをもった薄板、
プレート類、膜等の厚さを迅速に測定することができる
。

光偏光器として、圧電形光偏光器を用いると有利である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を示す図、第２図は別の方向
から見た図、第３図は本発明の別の実施例を示す図であ
る。 １・・・・・・レーザー装置、２・・・・・・光偏向器
、３・・・・・・プリズム、６，７・・・・・・反射鏡
、８，９・・・・・・プリズム、１０・・・・・・製品
、１１，１２・・・・・・半透過性鏡面、２４・・・・
・・基準面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平行な平面の外表面を有する製品の板厚を無接触で
   測定するための方法であって、レーザー光線が製品の相
   対向する両外表面上で周期的に偏向され、そこで散乱し
   て反射した光線は製品の外表面から隔てて配置されたレ
   ーザー光線の数に等しい複数の検出器によって検出され
   、該検出器はそれぞれ所定の方向からの光のみを検出可
   能であり、検出器によって検出される反射光線の外表面
   上の反射点は、各光偏向器の光偏向の始点から相応する
   検出器における光信号の検出までの時間差から確定され
   るようになったものにおいて、 イ）４つのレーザー分光線１５，１６，１７゜１８が用
   いられ、その際製品１０の平行な両平面上でそれぞれ相
   互に隔てられた２つのレーザー光線１５，１６；１７，
   １８が同時に偏向され、 口）レーザー光線またはその延長線は偏向の開始の際所
   属の検出器の光学的中心軸と所定の共通の基準面２４に
   おいて交差し、該基準面の法線は検出器の光学的中心軸
   とそれぞれ所定の角度βを形成し、 ノ）すべてのレーザー光線１５，１６，１γ。 １８は共通の偏向開始に際して基準面２４内の共通の基
   準線３１において交差し、その際基準面２４の法線３１
   ′はレーザー光線とそれぞれ所定の角度αを形成し、 二）すべてのレーザー光線は共通の基準線３１に対して
   垂直に偏向され、 （ホ）測定回路において測定開始からすべてのレーザー
   光線の検出器による検出までの時間差からそれぞれの距
   離ｄｉ ｓｉｎ １ ｉ ｃｏｓβ ｄ １−Ａｉ °ｓｉ。 （ａ＋７？＋ｒ ｉ ） ” ｃｏｓ ａｉ＝１ ２
   ３ ４ ｄｉ：ｉ番目の反射点の基準面からの距離γｉ ：偏向
   開始の際のレーザー光線の方向と所属の検出器が信号を
   検出した時点のレーザー光線の方向の間の角度（レーザ
   ー光線の基準面の法線に向って測られた入射角が増加す
   る際正に、減少する際負に選定される。 ）Ａｉ ：基準面と最後の反射鏡間の距離 が確定され、 → これら製品１０の厚さｄが次式 ６式％） ） ） によって決定されることを特徴とする無接触板厚板測定
   方法。 ２ レーザー装置から送出された光線が圧電形光偏向器
   によって偏向され、続いて分光線に分割されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の無接触板厚測定方
   法。 ３ 分光線がプリズムによって分割されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の無接触板厚測定方法。 ４ 平行な平面の外表面を有する製品の板厚を無接触で
   測定するための方法であって、レーザー光線が製品の相
   対向する両外表面上で周期的に偏向され、そこで散乱し
   て反射した光線は製品の外表面から隔てて配置されたレ
   ーザー光線の数に等しい複数の検出器によって検出され
   、該検出器はそれぞれ所定の方向からの光のみを検出可
   能であり、検出器によって検出される反射光線の外表面
   上の反射点は、各光偏向器の光偏向の始点から相応する
   検出器における光信号の検出までの時間差から確定され
   るようになったものにおいて、 イ）３つのレーザー分光線１５．１６．１７が用いられ
   、その際製品１０の平行な両平面の一方において相互に
   隔てられた２つのレーザー光線１５．１６が、他方の平
   面において残りの１つのレーザー光線１７が同時に偏向
   され、 リ レーザー光線またほそめ延長線は偏向の開始の際所
   属の検出器の光学的中心軸と所定の共通の基準面２４に
   おいて交差し、該基準面の法線は検出器の光学的中心軸
   とそれぞれ所定の角度βを形成し、 ノ→ すべでのレーザー光線１５，１６，１７は共通の
   偏向開始に際して基準面２４内の共通の基準線３１にお
   いて交差し、その際の基準面２４の法線３１′はレーザ
   ー光線とそれぞれ所定の角度αを形成し、 → すべでのレーザー光線は共通の基準線３１に対して
   垂直に偏向され、 （ホ）測定回路において測定開始からすべてのレーザー
   光線の検出器による検出までの時間差からそれぞれの距
   離ｄｉ ｄｉ 二ｉ番目の反射点の基準面からの距離γｉ ：
   偏向開始の際のレーザー光線の方向と所属の検出器が信
   号を検出した時点のレーザー光線の方向の間の角度（レ
   ーザー光線の基準面の法線に向って測られた入射角が増
   加する際正に、減少する際負に選定される。 ）Ａｉ ：基準面と最後の反射鏡間の距離 が確定され、 → これら製品１０の厚さｄが次式 によって決定されることを特徴とする無接触板厚測定方
   法。