JPS61200409A

JPS61200409A - 透明物体の壁厚測定方法及び装置

Info

Publication number: JPS61200409A
Application number: JP61016994A
Authority: JP
Inventors: ベルンハルト・ブラント; ブルーノ・リヒター
Original assignee: DEIPUROOMU ING BURUUNO RIHITAA; Deipuroomu Ing Buruuno Rihitaa & Co Erekutoronishie Betoriipusukontororuugeraete KG GmbH
Current assignee: DEIPUROOMU ING BURUUNO RIHITAA; Deipuroomu Ing Buruuno Rihitaa & Co Erekutoronishie Betoriipusukontororuugeraete KG GmbH
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1986-09-05
Also published as: DE3503086C1; GB8602299D0; GB2170598B; US4822171A; GB2170598A; CH669844A5

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】この発明は、狭い光束が９０°と異なる角度で物体の表
面に投射されて、物体の隣接境界面とこの隣接境界面の
後方に測定される距離だけ離間された物体の境界面とに
より反射されたビームが受信器の画像平面上に焦点が合
わされ、可動偏向要素が、光源と受信器の画像平面との
間の光学通路内に設けられ、光束と測定される膜の境界
面との間の交差点の線が、受信器の画像平面上の光束で
表わされて、偏向要素により離間される方向に動かされ
、信号が、一方及び他方の光束が受信器の画像平面上の
所定位置に現れたことに応答して受信器によ″り発生さ
れ、壁厚を決定するため信号間の時刻間隔が測定される
、ガラス管などの透明物体の壁厚測定方法及び装置に関
するものである。

この種の方法は、例えば、公告されたドイツ出願第１８
０３２８５号から知られている。

現在利用できる光源により生成され得るビーム及びこれ
に関連する画像形成手段は、厳密に画成され、高鋭角性
且つ高強度の狭い光束からなる画像の投射を可能にする
。しかし、試験されろ物体の隣接境界面と、その隣接面
から測定される距離だけ後方に配設されて、試験される
物体の境界面により鋭角性が減少し且つ不規則形の反射
ビームを形成する境界面と、における反射は相当する不
規則性を持っており、この不規則性は正確な測定を更に
困難にする。この理由のため、狭い光束により受信器の
画像平面に形成される画像は、鋭角性が減少し、強さが
変わり且つ強度が異なる。これは、特に、物体の隣接境
界面と、隣接面から測定される距離だけ後方に離れた境
界面とにより反射されているビームに適用できる。

このような狭い光束により受信器上に投射された画像に
おける効果は、測定の精度に逆に作用する。このような
効果を避けるため、受信器上の狭い光束の第１の画像投
射に応答して受信器により生じた第１の出力信号の中心
即ち極大値が発生したときから、狭い光束の第２の反射
画像投射に応答して受信器により生成された第２の信号
の中心即ち極大値が発生したときまでの間隔時間を確認
しようと努力している。

公告されたドイツ出願第１８０３２８５号による測定方
法においては、これが達成されて２つの測定された時刻
間隔の平均が形成される。その第１は、第１及び第２の
信号が所定のしきい値以上に増加したときのそれぞれの
時間の間の時刻間隔であり、第２の時刻間隔は、受信器
の第１及び第２の出力信号がそのしきい値以下に減少し
たときのそれぞれの時間の間隔である。

しかし、実際上は、公知の方法で時刻間隔を示す信号を
発生することは、受信器からの信号の多数の弁別を必要
とする。これは特に、投射又は他の方法で受信器上の形
成された狭い幅の画像が、試験される物体の反射面の不
規則性の結果としてぼやけたり又はむらがあることによ
って、二次の極大値が結果として受信器により生成され
る出力信号内に現れる場合に起こり得る。更に、隣接境
界面の後方に配置された第２の反射面上に投射されてい
る画像から得られるビームの反射は、狭い光束により受
信器上に形成された第２の反射画像の強度を顕著に喪失
させる結果となることによって、結果としての受信器の
出力信号はそれに相当して弱められるだろう。

ドイツ特許明細金策２３２５４５７号から、受信器の位
置に検出器の線形配列を設けることも知られている。こ
の検出器の配列は既知の距離で離間され、試験される物
体上に光ビームを向けて、光ビームが物体の隣接境界面
とこの隣接境界面の下方に測定される距離だけ離間され
た境界面とにより反射されるようにする。これら反射ビ
ームは異なる検出器に投射され、配列内のこれら検出器
間の距離は、検出器配列を連続的に抽出することにより
決定することができる。

周知の方法においては、測定精度は検出器配列のピッチ
と検出器により提供される分解能とによって制限され、
複数の大きく異なる測定範囲を持つことは困難である。

この発明により達成される対象は、第１に上記の種類の
測定方法を提供し、この方法においては、透明物体の反
射面の不規則性に依存しない正確な測定紡巣を得ること
ができ、この枯里は一壬庸１゜にくい比較的簡潔な測定
機構により得られる。

その対象は、狭い光束が９０°と異なる角度で物体の表
面に投射されて、物体の隣接境界面とこの隣接境界面の
後方に測定される距離だけ離間された物体の境界面とに
より反射されたビームが受信器の画像平面上に焦点が合
わされ、可動偏向要素が、光源と受信器の画像平面との
間の光学通路内に設けられ、光束と測定される膜の境界
面との間の交差点の線が、受信器の画像平面上の光束で
表わされて、偏向要素により離間される方向に動かされ
、信号が、一方及び他方の光束が受信器の画像平面上の
所定位置に現れたことに応答して受信器により発生され
、壁厚を決定するため信号間の時刻間隔が測定される、
ガラス管などの透明物体の壁厚測定方法において、２つ
の測定面が受信器の画像平面内に設けられ且つ境界線に
沿って隣接し、この境界線は２つの光束の動作方向に対
して直角であり、各測定面上に投射される光束は個々に
測定されることができ、受信器の画像平面を越えた２つ
の光束の動作中に、第１の光束は第１の時刻に両方の測
定面に等しい光束を伝達し、且つ第２の光束は第２の時
刻に両方の測定面に等しい光束を伝達し、測定される透
明物体の壁厚は、受信器によって発生する出力信号が第
１及び第２の時刻を示す時刻間隔から決定されることを
特徴とする透明物体の壁厚測定方法により達成される。

２つの測定要素がこの測定機構の受信器の画像面に設け
られ、両方の測定要素がそれぞれの信号を発生すること
を必要としていることは明らかである。これら信号の一
方は、試験される物体の隣接境界面で反射されているビ
ームにより、受信器上で生成される画像に応答して受信
器によって発生し、それらの信号の他方は、物体の隣接
境界面の下方に配設された境界面で反射されているビー
ムにより、受信器上で生成される画像に応答して受信器
によって発生する。１つの測定面に投射される光束は、
ここで他の測定面に投射される光束と比較されることが
できる。この比較は、２つの反射ビームの中央が現れた
時刻間の時刻間隔を決定するのに利用される。

平面に配設されたヒーム即ち光線ファンがガラス管の外
面及びガラス管の内面で反射されたとき、内面が測定さ
れる厚さだけ外面から離間しており、反射ビームは弓状
に曲がった跡を画像形成平面内に生成するだろう。この
理由のため、ここで開示された測定システムの好ましい
特徴は、受信器の画像平面内の測定面間の境界線ら又曲
がり、画像平面内の光束と実質的に同じ曲率を持つとい
うことにある。

好適な実施例においては、１つの反射ビームの断面中央
の動きと、他の反射ビームの断面中央の動きとの間の時
刻間隔は受信器を経過し、その結果、透明物体の２つの
反射境界面間の距離は、受信器からの一方の相当信号が
カウンタを計数可能にするのに用いられ且つ受信器から
の他方の信号がカウンタを計数不可能にするのに用いら
れることにおいて決定される。例えば、ドイツ特許明細
金策２８４９２５２号から知られた方法において、その
カウンタは、受信器に投射される画像の瞬間速度に依存
し、及び又は可動偏向手段の速度に依存して、位相制御
ループにより制御されるパルス反復周波数を持つパルス
発生器からのパルスが供給される。

第１図に符号ｌで示されるガスレーザは、厳密に焦点が
合わされた先ビーム２を生成し、この光ビーム２は円筒
レンズ３により図面の紙面に対し垂直な平面に伸びた光
線ファン４に変換される。

光線ファン４は、駆動モータ６により回転される回転ミ
ラー５に入射する。コリメーティングレンズ７により生
成される帯状ビームは透明物体８に入射する。この透明
物体８は試験されるもので、測定される壁厚ｄのガラス
管からなる。

ビーム９はガラス管８の円筒外周面に入射し、最初にビ
ームｌＯとして反射され、ガラス管の円筒反射面により
断面形状に変えられ、光路に挿入されているスクリーン
上に、ビーム１０が弓状光束の形の跡を形成するように
する。

ビーム９は又、ガラス管８の壁を通過してその管の円筒
内周面に入射し、この内周面により反射されてガラス壁
内を戻り、ガラス管の外周面からビーム１１として出て
くる。ガラス管８の円筒面によって反射されることによ
りビーム９は変形され、スクリーン上のガラス管の断面
画像が、弓状且つ対称中心付近のビーム１０の画像に対
しほぼ平行となるようにする。

画像形成レンズ１２によって、ビームｌＯ及び１１は、
狭い境界線により分離された２つの測定面１４及び１５
を持つ受信器１３の画像平面上に焦点が合わされる。入
射する光束に依存して測定面１４及び１５によって発生
される分離した信号は、それぞれの線１６及び１７によ
り処理回路１８に伝達される。

ビーム１０．１１の光路において、受信器１３にはスリ
ットストップ１９が優先されており、このスリットスト
ップ内にはスリットが第１図の紙面に対して直角に伸び
ている。

スリットストップ１９は、ビームＩＯ及び１４の各々が
受信器１３の測定面１４及び１５の一方又は両方に入射
できるが、２つのビームＩＯ及び１１が同時に受信器１
３に入射できないように保証する。この目的のため、ス
リットストップ１９のスリット幅は、受信器１３の画像
平面内にビーム１０及び１１によって形成される画像間
の予想される最小距離よりも小さい。

この距離は試験される透明物体の壁厚に依存するため、
スリットストップ１９のスリット幅に調整を施すことが
適切であろう。

第２図において、スリットストップ１９のスリット幅は
Ｓで示される。この幅は、ビーム１Ｇ及び１１により生
成されて受信器１３の平面内に現れる光束２０及び２１
間の距離りよりも小さい。第２図から、測定面１４及び
１５が、光束２０及び２１に対してほぼ平行な狭い境界
線Ｇにおいて隣接することは明らかである。その結果、
回転ミラー５の動きによってビーム１０及びビーム１１
の断面中心が正確に境界線Ｇを越えて動く時に、受信器
１３は、同じ大きさの信号を線１６及び１７を介して処
理回路１８に伝達するだろう。その場合、用語「中心」
は、動作方向にあるビームの断面寸法の中心を明確に表
わす。

測定面１４及び１５は２個のフォトダイオードの感光受
信面から形成されてもよく、この受信面はチップ上に設
けられて境界線に沿って隣接していてもよい。

第３図に示した変更態様においては、１４及び１５で示
された測定面は又、それぞれの細片レンズの。入射孔に
より構成されてもよく、これら各レンズは境界線Ｇに沿
って隣接して視野レンズを構成し、この視野レンズによ
り、レンズに入射する光束は分離した光電管２２及び２
３に伝達される。これら光電管２２及び２３は線１６及
び１７に接続されてもよい。

ちょうど第２図に示した境界線と同じように、境界線Ｇ
は光束２０及び２１の曲率と適合して曲がっていてもよ
い。

図示しない異なる実施例においては、第３図に示した視
野レンズがプリズム又はミラーに取って代わり、このプ
リズム又はミラーは、入射側においてはビームの入射孔
としての分離した測定面を形成し、投射側においては分
離したビームを分離した感光要素に向ける。

第４図に示した受信器１３は２つのフォトダイオードか
らなり、これらフォトダイオードは線１６及び１７によ
りＩ／Ｖ（電流−電圧）コンバータ２４及び２５に接続
され、これらＩ／Ｖコンバータ２４及び２５の出力側は
零安定器を備えた差動増幅器２６に接続される。差動増
幅器２６の出力側は比較器パルス整形器２７に接続され
る。差動増幅器２６及び比較器２７は、線１６及び１７
上の信号が一定の範囲内で同じ大きさのときに、制御信
号が比較器パルス整形器２７の出力線２８に現れるよう
に協同する。これは、光束２０及び２１の一方が、受信
器１３の測定面１４及び１５間の境界線により正確に２
等分された場合であろう。線２８内の制御信号はフリッ
プフロップ２９に伝達され、このフリップフロップ２９
は線３０から同期起動信号を受信し、この同期起動信号
は、回転ミラー５の駆動手段と共同する適切なピックア
ップ即ち、回転ミラー５により偏向される光ビーム４が
入射する光電管から得られる。

最後に、フリップフロップ２９はその出力線３１上にゲ
ート制御信号を伝達する。このゲート制御信号は、試験
される物体の表面によって反射されたビームの一方が受
信器１３の中央に入射するとき、１　１６）　１ノ　＆
　　＋１−　１略　＊　　Ｆｌ　　　　Ｖ　　−廿Ｗｂ
　　六　ｊｌ、Ａ　　物Ｌｔ−１：　　上　つて反射さ
れたビームの他方が、回転ミラーの回転中に受信器１３
の中央に入射するとき、他のレベルである。

ゲート制御信号は線３１を介してアンドゲート３２に伝
達される。線３Ｉ上の信号レベルに依存して、アンドゲ
ート３２により受信される計数可能なパルスは、線３３
を介してカウンタ表示器３４に伝達される。

計数可能なパルスは、制御器３６により調整可能なパル
ス反復周波数で、パルス発生器３５によって発生される
。制御器３６は位相比較器３７により調整され、この位
相比較器３７は小ピツチ同調器３８からの信号を受信し
、この小ピツチ同調器３８は回転ミラー５用の駆動モー
タ６に結合され且つ調整可能な周波数駆動器３９からの
付加入力信号を受信し、この周波数調整−３９はパルス
発生器３５からの計数可能な信号を受信する。その回路
装置は位相制御ループ４０を構成し、この位相制御ルー
プ４０は、計数可能なパルスが、回転ミラー５の速度に
正確に匹敵する比率で、パルス発生器３５によりアンド
ゲ−ト３２を介してカウノタ表示器３４に伝達されるよ
うに保証する。

回転ミラー５により反射されたビームは、定速塵でコリ
メーティングレンズ７を越えて動かないだろう。簡単な
幾何学的考慮は、コリメーティングレンズの中央領域を
越えるよりも、コリメーティングレンズの縁部を越え方
が、ビームは速く動くことを示す。パルス発生器３５の
パルス周波数が、周波数制御ループ４０の制御下にある
回転ミラー５の速度に厳密に依存すると場合は、ちょう
ど言渋した幾何学的関係が、試験されるガラス管８の壁
厚ｄに依存する誤差の測定に取り入れられる。

ドイツ特許明細金策２８４９２５２号から知られている
ように、回転ミラー５により反射されたビームがコリメ
ーティングレンズ７を越えて動くとき、周波数分配器３
９の調整内で補償され得る誤差は、連続した訂正信号に
より訂正される。この訂正信号はメモリから読み出され
る。メモリからの訂正信号の読み出しは起動信号により
開始し、この起動信号は、回転ミラーの所定位置の検出
に応答する適切な手段によって発生する。このような手
段の構造の詳細は図示しない。

ここで開示した種類の測定構造の測定分解能及び精度は
、複数の測定要素の配列ピンチに依存せず、又、受信器
を越えて動く光束の中央の決定は、パルスの立ち上がり
縁の単−又は複数の弁別に依存しないということが認識
されるだろう。その結果として、投射される光束の干渉
及び不完全性によって引き起こされる過渡現象は存在せ
ず、そのような過渡現象により測定値に入り込める誤差
らないだろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるガラス管の壁厚の測
定構成を示す概略側面図、第２図は第１図の測定構成の
受信器部分を示す拡大正面図、第３図は第１図の測定構
成において第２図を変更して用いるための受信器を示す
斜視図、第４図は第１図の測定構成の受信器に接続され
た処理装置の概略を示すブロック図である。ｌ・・・光源　　　　　　２・・・光ビーム３．７・・
・投射手段　　　５・・・回転ミラー６・・・駆動モー
タ　　　５．６・・・可動偏向要素８・・透明物体　　
　　９・・光束１０、Ｉｔ・・・反射ビーム　１３・・・受信器１４．
１５・・測定面　　　１６．１７・・・出力信号１８・
・・処理回路　　　　１９・・・スリットストップ２２
．２３・・・光電管　　　２６・・・差動増幅器２７・
・・パルス整形器　　２６．２７・・・比較器回路Ｇ・
・・境界線ｄ・・・壁厚（測定される距離）尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。ＦＩＧ、　２ＦＩＧ、　３頁の続きシ　明　者　　ブルーノ・リヒター　　ドイツ連邦共和
国、８６０２し）シュテーファウラツノＸ（番地な手続補正書昭和６１年　３月　４日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）狭い光束が９０°と異なる角度で物体の表面に投
射されて、物体の隣接境界面とこの隣接境界面の後方に
測定される距離だけ離間された物体の境界面とにより反
射されたビームが受信器の画像平面上に焦点が合わされ
、可動偏向要素が、光源と受信器の画像平面との間の光
学通路内に設けられ、光束と測定される膜の境界面との
間の交差点の線が、受信器の画像平面上の光束で表わさ
れて、前記偏向要素により離間される方向に動かされ、
信号が、一方及び他方の光束が受信器の画像平面上の所
定位置に現れたことに応答して受信器により発生され、
前記壁厚を決定するため前記信号間の時刻間隔が測定さ
れる、ガラス管などの透明物体の壁厚測定方法において
、２つの測定面が受信器の画像平面内に設けられ且つ境
界線に沿って隣接し、この境界線は２つの光束の動作方
向に対して直角であり、各測定面上に投射される光束は
個々に測定されることができ、受信器の画像平面を越え
た２つの光束の動作中に、第１の光束は第１の時刻に両
方の測定面に等しい光束を伝達し、且つ第２の光束は第
２の時刻に両方の測定面に等しい光束を伝達し、測定さ
れる透明物体の壁厚は、受信器によって発生する出力信
号が第１及び第２の時刻を示す時刻間隔から決定される
ことを特徴とする透明物体の壁厚測定方法。
（２）２つの反射ビームは、試験される透明物体の壁の
曲率による曲がった断面を持ち、受信器の画像平面上の
光束画像と同じ曲率を持つ境界線が測定面間に設けられ
るか、又は、前記反射ビームが補正光学要素を介し又は
越えて、この補正光学要素の後方の光路において、前記
反射ビームが、受信器の画像平面内の光束画像が境界線
に対し一直線且つ平行となる断面を形成するような方法
で伝達されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の透明物体の壁厚測定方法。
（３）第１及び第２の時刻間に受信器の画像平面内の光
束により越えて移動される距離は、制御回路により、可
動偏向要素の速度に比例又は受信器の画像平面上の光束
の動きの瞬間速度に比例するように制御される周波数で
発生するパルスを計数することにより決定されることを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の透明
物体の壁厚測定方法。
（４）放射ビームを発生するための光源と、狭い光束を
透明物体上に９０°と異なる角度で投射するための投射
手段と、透明物体の隣接境界面上及びこの隣接境界面か
ら測定される距離だけ下方に離間された透明物体の境界
面上での反射光束とこの反射光束、隣接境界面及び他の
境界面間の交差線の画像形成とにより構成される光束を
受信するための受信器と、受信器の所定位置における２
つの光束の出現に応答して受信器により発生する出力信
号間の時刻間隔を決定するための処理回路とを備えた特
許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法
を遂行する装置において、前記受信器は、特に前記光束
の動作方向を横切って前記受信器の画像平面上に伸びた
境界線に沿って分離された２つの光電管からなる２つの
測定面を備え、前記測定面から得られる出力信号は、前
記処理回路の比較器回路により比較されるように適合さ
れ、前記透明物体の壁厚は、第１の時刻に比較器により
発生する出力信号から第２の時刻に前記比較器により発
生する出力信号までの時刻間隔の測定によって決定され
るように適合されていることを特徴とする透明物体の壁
厚測定装置。
（５）受信器の測定面は、２つのフォトダイオードの感
光面から構成され、前記感光面はチップ上に設けられ且
つ境界線に沿って隣接していることを特徴とする特許請
求の範囲第４項記載の透明物体の壁厚測定装置。
（６）測定面は、境界線に沿って隣接した細片レンズの
入射孔から形成され、前記細片レンズは視野レンズとし
て作用し、前記視野レンズを介して伝達される光束は、
この視野レンズにより２つの分離した光電管上に焦点が
合わされることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
の透明物体の壁厚測定装置。
（７）測定面は、光学プリズム又はミラーの入射面によ
り構成され、これら入射面は境界線に沿って隣接し、前
記プリズム又はミラー上に投射される光束がそれらによ
って２つの光電管上に向けられるようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の透明物体の壁厚測定
装置。
（８）測定面間の境界線は、受信器の画像平面上の光束
と等しい曲率を持っていることを特徴とする特許請求の
範囲第５項乃至第７項のいずれかに記載の透明物体の壁
厚測定装置。
（９）受信器には、光路内においてスリットストップが
先行し、前記スリットストップの幅は、受信器の画像平
面においてスリットストップが受信器の画像平面上の２
つの光ビーム間の予想される最大距離よりも小さい幅を
持つ領域をぼかすように選択されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第５項乃至第８項のいずれかに記載の
透明物体の壁厚測定装置。