JPH09178432A - 光学式計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被計測部材の端部が斜めに切断され、或は表
面が比較的粗い場合でも、その寸法、形状等を高精度に
測定できる光学式計測装置を提供する。 【解決手段】 被計測部材であるセラミック基板１２を
載置する計測テーブル１１の表面に反射面１４を設け、
この計測テーブル１１の上方に対設する光学ファイバ１
５の先端部１５ａを上記計測テーブル１１に沿って平行
に移動させる。その際、光学ファイバ１５の先端部１５
ａから計測テーブル１１の方向へ出射される照明光は、
反射面１４では強く反射され、セラミック基板１２では
散乱される。従って、反射光を受光する光電変換器から
の出力電圧は、上記反射面１４からの反射光を受光した
ときは高くなり、セラミック基板１２からの反射光を受
光したときは低くなる。この出力電圧の相違と先端部１
５ａの移動量とに基づきセラミック基板１２の寸法、形
状を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被計測部材の寸法
形状に係るデータを非接触状態で計測する光学式計測装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、所定サイズに切断した後のセラ
ミック基板等の被計測部材の寸法を、光学的手段により
非接触式に測定する装置として、図８（ａ）に示すよう
に、発光ダイオード１とフォトセンサ２とからなる照明
光学系３を計測テーブル４の上方に配設し、この照明光
学系３の下方と上記計測テーブル４に載置した被計測部
材５とを一定速度で相対移動させ、そのときの移動量と
上記フォトセンサ２からの出力電圧の時間的変化に基づ
き、被計測部材５の寸法形状に係るデータを算出する技
術が比較的多く採用されている。

【０００３】すなわち、上記発光ダイオード１からの照
明光が計測テーブル４の表面を反射して上記フォトセン
サ２に受光される場合と、被計測部材５の表面を反射し
て上記フォトセンサ２に受光される場合とでは、被計測
部材５の板厚分だけ、上記フォトセンサ２で受光される
反射光量が減衰するため、フォトセンサ２で光電変換し
て得られる出力電圧を所定のスレッショルドレベルと比
較して、上記被計測部材５の寸法形状に係るデータを算
出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光学式計測装置では、被計測部材５からの反射光を
一定レベル以上の状態で受光し、しかも、計測テーブル
４からの反射光が大きく減衰するように設定すること
で、フォトセンサ２からの出力電圧と予め設定したスレ
ッショルドレベルとを比較したときに、被計測部材５か
らの反射光が受光されていることを高精度に判別するこ
とができる。

【０００５】しかし、被計測部材５からの反射光が受光
されているときの出力電圧を相対的に高くするために
は、発光ダイオード１とフォトセンサ２とを計測テーブ
ル４上の比較的近接する位置に配設して焦点距離を短く
する必要があり、高い位置決め精度が要求され、わずか
な振動に対しても検出誤差が生じ易くなる等、製造、及
び組立が煩雑化してしまう。

【０００６】更に、図８（ｂ），（ｃ）に示すように、
被計測部材５の端面が斜めに切断された場合、発光ダイ
オード１からの照明光が端面に照射されると拡散されて
しまい、その分、フォトセンサ２で受光される反射光量
は減衰されてしまい、被計測部材５の端面、すなわち、
計測テーブル４と被計測部材５との境界を正確に認識す
ることができなくなる。

【０００７】更に、被計測部材５の表面が比較的粗い場
合には、上記照明光が被計測部材５の表面においても散
乱されてしまうため、上記フォトセンサ２で受光する反
射光量が減衰されてしまい、その分、被計測部材５の寸
法等に係るデータを測定する際の誤差が大きくなり、測
定精度に問題が生じてしまう。

【０００８】従って、本発明の目的は、被計測部材の端
面が斜めに切断されている場合であっても、また、被計
測部材の表面が比較的粗い場合であっても、簡単な構造
で、当該被計測部材の寸法或は形状等のデータを高精度
に計測することのできる光学式計測装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による光学式計測
装置は、被計測部材を載置する計測テーブルの表面に反
射面を形成し、この計測テーブル上に、上記被計測部材
に沿って水平方向へ相対移動可能な光学ファイバの先端
部を対設し、この光学ファイバの後端部を少なくとも二
股に分割して、その一部に照明用光源を対設し、残部に
上記光学ファイバの先端部に入射された反射光を受光す
る光電変換器を対設し、この光電変換器に、該光電変換
器の出力電圧の変化に基づいて上記被計測部材の寸法形
状に係わるデータを計測する計測回路を接続したことを
特徴とする。

【００１０】上記構成において、計測テーブルの上方に
対設する光学ファイバの先端部から出射する照明光が上
記計測テーブルの表面に照射されると、この計測テーブ
ルの表面に反射面が形成されているため、照明光がほぼ
全反射されて上記光学ファイバの先端部に入射され、こ
の光学ファイバの後端面に対設する光電変換器からは、
比較的高い電圧が出力される。一方、上記照明光が上記
被計測部材を照射している間は、この照明光が上記被計
測部材の表面で散乱され、従って、上記光電変換器で受
光される光量が減衰し、この光電変換器からは比較的低
い電圧が出力される。計測回路では、上記光電変換器の
出力電圧の変化、及び相対移動量に基づいて、上記被計
測部材の寸法形状に係るデータを算出する。

【００１１】なお、本発明の好ましい態様においては、
前記光学ファイバが、少なくとも１本の照明用光学ファ
イバと、少なくとも１本の受光用光学ファイバとを先端
部において集束し、後端部において分岐させた構造をな
す。

【００１２】また、本発明の別の好ましい態様において
は、前記光学ファイバが、少なくとも１本の照明用光学
ファイバと、少なくとも１本の受光用光学ファイバと
を、先端部において１本の光学ファイバに結合した構造
をなす。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図７の図面に基づい
て本発明の一実施の形態を説明する。図１中の符号１１
は計測テーブルで、待機エリア１１ａと測定エリア１１
ｂとを有し、待機エリア１１ａには、被計測部材の一例
であるセラミック基板１２が１枚ずつ順次セットされ
る。この待機エリア１１ａの一側には、この待機エリア
１１ａにセットされたセラミック基板１２を上記測定エ
リア１１ｂへ送り出すアクチュエータ１３ａが併設され
ている。

【００１４】又、上記測定エリア１１ｂの表面には、反
射面１４が設けられている。この反射面１４は、本実施
の形態ではアルミ薄、鏡であるが、基板セットエリア１
１の表面をアルミ蒸着、或は鍍金処理したり、更には鏡
面研摩したりして反射面１４に仕上げてもよい。尚、図
１に示すように、上記反射面１４は、上記セラミック基
板１２よりも大きい面積を有している。

【００１５】更に、上記測定エリア１１ｂの一側に、こ
の測定エリア１１ｂにセットされているセラミック基板
１２を次工程へ移送するアクチュエータ１３ｂが併設さ
れている。

【００１６】図２を併せて参照すると、上記測定エリア
１１ｂの上方には、複数本（本実施の形態では３本）の
光学ファイバ１５の先端部１５ａを所定間隔毎に保持す
るホルダ１６が対設されている。このホルダ１６の一端
がアーム１７を介してスライダ１８に連設されている。
このスライダ１８は、上記ホルダ１６を上記測定エリア
１１ｂの表面に沿い、上記アクチュエータ１３ｂのスラ
イド方向と平行に移動させるもので、このアクチュエー
タ１３ｂに、該アクチュエータ１３ｂの移動量を計測す
るリニアスケール１９（図５参照）が連設されている。

【００１７】尚、上記セラミック基板１２は、比較的大
きな１枚のセラミック板をチップ状に切断して得られた
もので、個々に分割されたセラミック基板１２の切断面
は使用するカッタ等によって、図３に示すように斜めに
なる場合がある。

【００１８】又、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、上
記各光学ファイバ１５の先端部１５ａは、照明用光学フ
ァイバ１５ｂと受光用光学ファイバ１５ｃとを結束し、
その前方に集光レンズ１５ｄを配置した構造となってお
り、この照明用光学ファイバ１５ｂと受光用光学ファイ
バ１５ｃとは、後端側で二股に分岐され、図５に示すよ
うに、照明用光学ファイバ１５ｂの後端面が光源ユニッ
ト２１Ａに設けた照明用光源の一例である発光ダイオー
ド２２に臨まされ、受光用光学ファイバ１５ｃの後端面
が計測演算ユニット２１Ｂの光電変換器２４に臨まされ
ている。

【００１９】上記光源ユニット２１Ａは上記発光ダイオ
ード２２と、この発光ダイオード２２を駆動するＬＥＤ
ドライバ２３とを主な構成とし、又、上記計測演算ユニ
ット２１Ｂは、上記光電変換器２４の出力電圧を増幅す
る増幅回路２５と、スレッショルドレベル設定回路２６
と、増幅回路２５からの出力電圧とスレッショルドレベ
ル設定回路２６で設定したスレッショルドレベルとを比
較し、増幅回路２５からの出力電圧がスレッショルドレ
ベルよりも低くなったとき（照明光がセラミック基板１
２の前端１２ａにさしかかったとき）、スタート信号を
出力し、その後、増幅回路２５からの出力電圧がスレッ
ショルドレベルよりも高くなったとき（照明光がセラミ
ック基板１２の後端１２ｂから外れたとき）、ストップ
信号を出力する比較回路２７と、この比較回路２７から
スタート信号が出力されたとき、リニアスケール１９か
ら所定移動量毎に出力されるパルスのカウントを開始
し、上記比較回路２７からストップ信号が出力されたと
き、上記カウントを停止し、そのときのカウント値から
スライダ１８の移動量、すなわち上記セラミック基板１
２の寸法を算出する計測回路２８とを主な構成とする。

【００２０】次に、上記構成による実施の形態の作用に
ついて説明する。所定のサイズに切断されたセラミック
基板１２は、計測テーブル１１の待機エリア１１ａに移
送されて順次セットされる。そして、この待機エリア１
１ａにセットされたセラミック基板１２が、一側に併設
するアクチュエータ１３ａにより測定エリア１１ｂの方
向へ押圧されて、所定位置にセットされる。

【００２１】上記測定エリア１１ｂにセラミック基板１
２が所定にセットされると、この測定エリア１１ｂの一
側に待機するホルダ１６を支持するスライダ１８が動作
し、上記ホルダ１６を上記セラミック基板１２に沿っ
て、図１の右方向から左方向へ移動させる。

【００２２】このホルダ１６には、移動方向に直交する
方向へ３本の光学ファイバ１５の先端部１５ａが所定間
隔毎に保持されており、各光学ファイバ１５に設けた照
明用光学ファイバ１５ｂの先端からは、光源ユニット２
１Ａに設けた発光ダイオード２２からの照明光が出射さ
れている。上記ホルダ１６が待機位置から反射面１４上
へ移動すると、上記照明光は鏡面状の反射面１４で大部
分が反射され、上記照明用光学ファイバ１５ｂに併設す
る受光用光学ファイバ１５ｃに入射される。

【００２３】そして、上記照明光がセラミック基板１２
の前端１２ａに達すると、照明光はセラミック基板１２
の表面に吸収、或は散乱されるため、上記受光用光学フ
ァイバ１５ｃに入射する反射光量が減衰する。

【００２４】その後、上記照明光が上記セラミック基板
１２の後端１２ｂから外れると、この照明光が反射面１
４に照射されて大部分が反射されるため、上記受光用光
学ファイバ１５ｃに入射される反射光量が再び増大す
る。

【００２５】上記受光用光学ファイバ１５ｃの後端面に
対設する光電変換器２４からは、上記受光用光学ファイ
バの後端面から出射される反射光の光量にほぼ比例する
電圧が出力されるため、図６に実線で示すように、照明
光が上記セラミック基板１２の前端１２ａに達したとき
出力電圧が低下し（時間ｔ１）、後端１２ｂから外れた
とき再び出力電圧が上昇する（時間ｔ２）。

【００２６】上記光電変換器２４の出力電圧は増幅回路
２５で増幅されて比較回路２７へ出力され、スレッショ
ルドレベル設定回路２６から出力されているスレッショ
ルドレベルＳＬ（図６参照）と比較される。このスレッ
ショルドレベルＳＬは上記増幅回路２５からの出力電圧
が、反射面１４からの反射光に基づくものか、セラミッ
ク基板１４からの反射光に基づくものかを判断する基準
電圧で、照明光が上記反射面１４に照射される場合は、
その大部分が反射されて受光用光学ファイバ１５ｃに入
射されるため、上記スレッショルドレベルＳＬを高い電
圧に設定した場合でも誤判定が発生し難く、セラミック
基板１２の前端１２ａ及び後端１２ｂと上記反射面１４
との境界を、上記増幅回路２５からの出力電圧と上記ス
レッショルドレベルＳＬとを比較することで、正確に判
別することができる。

【００２７】上記比較回路２７では、上記増幅回路２５
からの出力電圧がスレッショルドレベルＳＬを高いほう
から低い方へ横切ったとき（図６の時間ｔ１）、計測回
路２８へスタート信号を出力し、又、上記増幅回路２５
からの出力電圧がスレッショルドレベルＳＬに対して低
いほうから高い方へ横切ったとき（図６の時間ｔ２）、
ストップ信号を出力する。

【００２８】計測回路２８では、上記比較回路２７から
スタート信号が出力されたとき、上記スライダ１８に連
設するリニアスケール１９の一定移動量毎に出力するパ
ルスのカウントを開始し、上記比較回路２７からストッ
プ信号が出力されたとき、このカウントを停止する。そ
して、このときのカウント値に基づき上記セラミック基
板１２の対向する２辺間の寸法を算出する。

【００２９】本実施の形態では、３本の光学ファイバ１
５が所定間隔毎に配設されているため、対向する２辺間
の寸法が３箇所で計測される。光学ファイバ１５の本数
を増加し、ホルダ１６に対しアレイ状に配設すれば、セ
ラミック基板１２の２辺の形状を検出することが可能に
なる。

【００３０】各計測回路２８毎に算出したセラミック基
板１２の２辺間の寸法に係るデータは記憶手段に一時記
憶され、他の演算回路において適宜読込まれ、例えば、
セラミック基板１２の２辺間の寸法に係るデータと設定
寸法とを比較し、上記セラミック基板１２の寸法が所定
の許容範囲に収っているかを判断する。尚、他の対向す
る２辺間の寸法に係るデータも同様の手順で求める。

【００３１】このように、本実施の形態によれば、照明
用光学ファイバ１５ｂから出射される照明光が反射面１
４を照射している間は、照明光のほとんどが反射されて
受光用光学ファイバに入射されるため、図３（ａ），
（ｂ）に示すように、セラミック基板１２の前端１２
ａ、或は後端１２ｂが斜めに切断された場合であって
も、前端１２ａにて照明光が遮られるまで、或は後端１
２ｂから照明光が外れたときに、光電変換器２４の出力
電圧が著しく高くなるので、図６に示すように、スレッ
ショルドレベルＳＬを高く設定して、セラミックス基板
１２の寸法を正確に測定することができる。また、セラ
ミック基板１２の表面の反射率の影響を受けることな
く、セラミック基板１２の前端１２ａと後端１２ｂと
を、光電変換器２４の出力電圧に基づき正確に判別する
ことができる。

【００３２】又、上記光学ファイバ１５の先端部１５ａ
は、図７に示すように、一本の光学ファイバで形成し、
上記光学ファイバ１５の後端側に、ハーフミラー３０ａ
と反射板３０ｂとを内蔵する偏光器３０を介装し、計測
テーブル１１側からの反射光を上記偏光器３０のハーフ
ミラー３０ａ、反射板３０ｂを介して受光用光学ファイ
バ１５ｃへ導くようにすることも可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被計測部材の寸法形状に係るデータを光学的手段により
被接触式に求めるに際し、被計測部材を載置する計測テ
ーブルの表面に反射板を形成したので、被計測部材の周
辺の計測テーブルを照明光により照射したときの反射光
が、被計測部材の表面を反射する反射光よりも著しく強
くなり、従って、この反射光を受光する光電変換器から
の出力電圧により、被計測部材の端部を正確に検出する
ことができる。その結果、被計測部材の端面が斜めに切
断されている場合であっても、被計測部材の寸法、形状
に係るデータを高精度に測定することが可能になる。

【００３４】又、被計測部材を載置する計測テーブルの
表面に反射板を形成しただけの簡単な構造で、被計測部
材の端部を高い感度で検出することが可能となり、光学
ファイバを計測テーブルに必要以上に近接させる必要が
なく、又、集光レンズの焦点距離等の設定誤差の許容度
も高まり、製造及び組立が容易になるばかりでなく、振
動に対しても特別な対策を講じる必要がなく、コストの
低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光学式計測装置の要部
平面図である。

【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。

【図３】図２の要部拡大図である。

【図４】同光学式計測装置に用いられる光学ファイバの
先端部を示し、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図で
ある。

【図５】同光学式計測装置に用いられる光源ユニット及
び計測演算ユニットの回路ブロック図である。

【図６】同光学式計測装置における光電変換器の出力特
性を示すタイミングチャートである。

【図７】本発明の他の態様を示す要部拡大図である。

【図８】従来の光学式計測装置の概略説明図である。

【符号の説明】

１１ 計測テーブル １２ 被計測部材 １４ 反射面 １５ 光学ファイバ １５ａ 先端部 ２２ 照明用光源 ２４ 光電変換器 ２８ 計測回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被計測部材を載置する計測テーブルの表
   面に反射面を形成し、この計測テーブル上に、上記被計
   測部材に沿って水平方向へ相対移動可能な光学ファイバ
   の先端部を対設し、この光学ファイバの後端部を少なく
   とも二股に分割して、その一部に照明用光源を対設し、
   残部に上記光学ファイバの先端部に入射された反射光を
   受光する光電変換器を対設し、この光電変換器に、該光
   電変換器の出力電圧の変化に基づいて上記被計測部材の
   寸法形状に係わるデータを計測する計測回路を接続した
   ことを特徴とする光学式計測装置。
2. 【請求項２】 前記光学ファイバは、少なくとも１本の
   照明用光学ファイバと、少なくとも１本の受光用光学フ
   ァイバとを先端部において集束し、後端部において分岐
   させた構造をなす請求項１記載の光学式計測装置。
3. 【請求項３】 前記光学ファイバは、少なくとも１本の
   照明用光学ファイバと、少なくとも１本の受光用光学フ
   ァイバとを、先端部において１本の光学ファイバに結合
   した構造をなす請求項１記載の光学式計測装置。