JPS6371609A - 平坦度測定装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は平坦度測定装置、さらに詳しくは、物装置に関
するものである。

［背景技術］ 従来より物体表面の平坦度測定装置としては、接触針を
基準面から進退自在に突出させ、接触針の先端が物体の
表面に接触したときの接触針の基準面からの突出量を物
体表面の各点で測定し、そのばらつき程度により物体表
面の平坦度を測定する接触式の表面粗さ計が主流となっ
ている。しかしながら、接触式とすると物体表面に傷が
付くことがあり、また被測定物が軟質である場合には、
接触圧によって物体表面がへこむから平坦度の測定が行
なえないという問題がある。

このような問題をＭ消するために非接触型の平坦度測定
装置としてＷｒｐ電容量や渦電流を利用して距離を測定
する装置が考案されているが、これらの平坦度測定装置
は被測定物の材質が金属等に限定され、特に絶縁物であ
る透明体の洒定はできないという問題がある６ （発明の目的］ 太Ｑ）１日１＋　　１−；屑ｎ　ｒ’Ｔ　Ｉ−Ｆ’　７
４　ｆ　：ｈ　＆　ｆｆ　　？・　ｔ、／ｆｉ　ｆ’　
　ｔ−、、て、その目的とするところは、光を利用する
ことにより、非接触でほとんどの材質の平坦度を測定で
きるようにした平坦度犯定装置を提供することにある。

［発明の開示］ （実施例） １１図に示すように、基本的には被測定物１が載置され
る測定台１１と、測定台１１を上下に昇降するパルスモ
ータ１２と、測定台１１の上方に配設されたセンサホル
グ１３と、センサホルグ１３に保持された４個のセンサ
２とを備えている。

センサホルグ１３は支柱１４に支持されて一定の高さ位
置に固定されている。センサホルグ１３は一対の保持パ
ー１５と、各保持パー１５に両端部がそれぞれ枢着され
中央部が屈曲自在となった保持アーム１６と、両保持バ
ー１５間の距離を可変するｉ１１！ａねじ１７とにより
恰戊されている。保持アーム１６の中央部にはセンサ２
が保持されており、調節ねじ１７を回動させることによ
り、保持パー１５開の距離が変化し、センサ２間の距離
が変化するようになっている。ここで、保持パー１５間
の距離の変化に応じてセンサ２間の距離が変・化した場
合でも、各センサ２間の距離はそれぞれ等距離となるよ
うに設定される。

センサ２は、第２図に示すように、多数本の光ファイバ
２１を束ねたプローブ２０と、プローブ２０の先端面に
配設されたレンズシステム２２とを備えており、光ファ
イバ２１のうちの約半数は投光用ファイバ２１ａであっ
て光源２３（白色光源でよい）からの光をレンズシステ
ム２２を通して被測定物１に照射し、被測定物１からの
反射光を残りの光ファイバ２１である受光用ファイバ２
１ｂを介して７オトダイオード等の受光素子２４で受光
するようになっている。投光用光ファイバ２１ａと受光
用光ファイバ２１ｂとは不規則に配置しても、また同心
円上に配置してもよい。レンズシステム２２はプローブ
２０の端面を物体面とし、被測定物１の表面を像面とし
、倍率が１となるときにレンズシステム２２の端面から
被測定物１までの距離が１０ｚｉ程度となるように設計
されている。この上うな楕成とすることにより、倍率が
１となる位置に被測定物１の表面が位置すると、投光用
ファイバ２１ａから被測定物１に照射された光線が元の
投光用ファイバ２１ａに戻るものであるから、受光用７
アイパ２１ｂでは反射光を受光することができなくなる
のであり、第３図に示すように、このような位置では受
光素子２４の出力は極端に小さくなる。＊た、被測定物
１とレンズシステム２２との間の距離がこの特異点以外
の距離であるときには、特異点に近いほど受光される光
線密度が高くなるものである。この特異点は受光素子２
４の出力が急激に低下するところからヌルポイントと呼
称される。ここで、レンズシステム２２のＦナンバーが
小さいほど焦点深度が浅くなるから、ヌルポイントが鮮
明になる。ヌルポイントが表われる上述の原理から、プ
ローブ２０の端面とレンズシステム２２とのｋＦ離が一
定であれば、被測定物１の表面とプローブ２０の中心軸
とが直交せずに多少の傾きがあっても、ヌルポイン２２
の端面との距離は一定となることは明らかである。また
、被測定物１の表面での反射率が数パーセント程度でも
ヌルポイントは検出可能であるから、はとんどの材料に
対しでヌルポイントの検出が行、なえるものである。し
かるに、このようなセンサ２を用いて被測定物１の表面
の平坦度を測定することが可能となる。

すなわち、第１図に示すように、各センサ２の受光素子
２４の出力は増幅回路３１により増幅された後、アナロ
グ−デジタル変換回路３２によりデジタル信号に変換さ
れる。アナログーデノタル変換回路３２の出力はマイク
ロコンピュータ等の演算ＩＩＩ　１１回路３３に入力さ
れて上述したヌルポイントが検出される。演算制御回路
３３はパルスモータ１２を駆動するドライバ回路３４へ
の制御信号を出力して測定台１１を上下させるとともに
、センサ２の出力にヌルポイントが表われたときにその
高さ位置を各センサ２ごとに記憶するようになっている
。

う。まず、調節ねじ１７によってセンサ２の間隔を被測
定物１の大きさに合わせて調節しておく。

次に、表面が平坦な標準試料を測定台１１上に載置し、
測定台１１を上下させながら、各センサ２ごとにヌルポ
イントが表われた位置を演算制御回路３３で記憶する。

この時点で測定台１１の傾きやセンサ２の高さ位置のば
らつき等に対する補正値が得られることになる。ここで
、標準試料に代えで被測定物１を測定台１１に載置し、
測定台１１を上下させながら各センサ２ごとにヌルポイ
ントが表われた位置を演算制御回路３３で記憶する。

次に、被測定物１の測定値と標準試料の測定値との差を
求めるなどの方法により、測定台１１の傾き等に対する
補正計算を行ない、被測定物１の表面の相対高さを求め
ることができる。このようにして求められた相対高さか
ら最小二乗法によって近似直線を求め、さらに各、αの
近似直線からのずれを計算することにより、平坦度が得
られるものである。すなわち、各測定点の偏差等の数値
により、被測定物１の表面の平坦度が評価できるのであ
る。

【発明の効果１ 本発明は上述のように、多数本の投光泪ファイバと多数
本の受光用ファイバとを結束したプルーブおよびプルー
プ端面に配設したレンズシステムにより構成され被測定
物との間が所定距離であると信号を出力する複数個のセ
ンサと、各センサを保持するセンサホルダと、各センサ
に対向する形で被測定物が載置されるとともにセンサと
被測定物との距離が調節自在となった測定台と、各セン
サより上記信号が出力された時点での測定台の位置に基
づいて各センサにより検知された測定位置のばらつきを
演算する演算処理手段とを具イ０して成るものであり、
光を利用しているから非接触でほとんどの材質の平坦度
を測定できるという利点を有するものである。また上記
構成のセンサを用いでいるから、センサから信号が得ら
れる時点での被測定物とセンサとの距離が一定距離であ
って、測定台の位置調節が十分な粒度で行なえれば、１
０μｌ程度の精度で距離のばらつきが検出できるもので
ある。さらに、透明体であっても数パーセント程度の反
射率を有する部材であれば、測定可能であることが実験
的に証明されており、測定対象を選ばないという利点を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成図、＃＆２図は同上に用いる
センサの概略構成図、第３図は同上に用いるセンサの動
作説明図、第４図は同上の測定手順を示す流れ図である
。 １は被測定物、２はセンサ、１１は測定台、１３はセン
サホルダ、３３は演算制御回路である。 代理人　弁理士　石　１）艮　七 ｌ・・・被測定物 １３・・・センサホルダ ３３・・・演算制御回路 第２図 第３図 しぢぐシスツム上島而Ｙ−５１’ｌ衾し面℃の蓮餌猛第
４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数本の投光用ファイバと多数本の受光用ファイ
   バとを結束したプルーブおよびプルーブ端面に配設した
   レンズシステムにより構成され被測定物との間が所定距
   離であると信号を出力する複数個のセンサと、各センサ
   を保持するセンサホルダと、各センサに対向する形で被
   測定物が載置されるとともにセンサと被測定物との距離
   が調節自在となった測定台と、各センサより上記信号が
   出力された時点での測定台の位置に基づいて各センサに
   より検知された測定位置のばらつきを演算する演算処理
   手段とを具備して成ることを特徴とする平坦度測定装置
   。