JPH05209723A - 透明シートの厚さ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は透明シートの厚さ測定方法に関し、詳
しくはレーザー変位計のレーザー光を利用した非接触型
の測定方法に関する。 【構成】本発明は、レーザー変位計のレーザー光の光路
を、予め設定された二点間の距離を三角測量により測定
する際の光路に設定し、該レーザー光の光路中に測定す
べき透明シートを前記レーザー光が全反射することなく
少なくとも１回屈折通過するように配置し、該透明シー
ト屈折通過により変化して得られる二点間距離値と本来
の透明シート未配置の場合の二点間距離値との差と、透
明シートの屈折率とから、透明シートの厚さを算出する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透明シートの厚さ測定方
法に関し、詳しくはレーザー変位計のレーザー光を利用
した非接触型の測定方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】従来、透明シートの厚さを測定するに
は、機械的接触による測定方法、即ち、マイクロメータ
等の測定器によって被測定物である透明シートを挾着し
て測定する単なる測定方法が簡易且つ安価でしかも高精
度な測定が可能であることから広く採用されている。し
かし、かかる測定方法では、透明シートがデリケートな
材質の物である場合、測定器によって透明シートを挾着
する際に表面に傷や汚れを付けてしまうことがあるの
で、測定することができない。

【０００３】従って、上記のような接触型の測定方法に
よって測定できない材質の透明シートの場合には、透明
シートの厚さに応じて増減する赤外線吸収度の違いを利
用して厚さを測定する非接触型の赤外線吸収式厚さ測定
方法が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記赤外線吸
収式厚さ測定方法では、測定物である透明シートの赤外
線吸収度を利用しているため、透明シートの色調や霞度
等により透明度が変化した場合に赤外線吸収度も変化す
るので誤差が生じ易い。また測定機構が複雑であるため
装置が高価となるという欠点を有している。

【０００５】尚、前記機械的接触による測定方法では、
長尺や幅広の透明シートの厚さ均一性を測定する場合に
は、手間がかかり煩雑であるという欠点を有している。

【０００６】そこで本発明の目的は、透明シートの厚さ
を容易且つ高精度に測定することができる非接触型の測
定方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、本発明に至っ
たものである。

【０００８】即ち、本発明に係る透明シートの厚さ測定
方法は、レーザー変位計のレーザー光の光路を、予め設
定された二点間の距離を三角測量により測定する際の光
路に設定し、該レーザー光の光路中に測定すべき透明シ
ートを前記レーザー光が全反射することなく少なくとも
１回屈折通過するように配置し、該透明シート屈折通過
により変化して得られる二点間距離値と本来の透明シー
ト未配置の場合の二点間距離値との差と、透明シートの
屈折率とから、透明シートの厚さを算出することを特徴
とする。

【０００９】また本発明に係る透明シートの厚さ測定方
法の好ましい実施態様は、測定すべき透明シートの屈折
率が温度により変化する場合、温度補正値を加えて透明
シートの厚さを算出することである。

【００１０】尚、本明細書において、透明シートとは、
レーザー光を透過するシートをいうものであり、レーザ
ー光を透過するものであればその透明度、霞度及び色調
は特に限定されず、半透明シートも含むものである。

【００１１】

【発明の作用】本発明によれば、公知のレーザー変位計
のレーザー光の光路を、予め設定された二点間の距離を
三角測量により測定する際の光路に設定し、該レーザー
光の光路中に測定すべき透明シートを前記レーザー光が
全反射することなく少なくとも１回屈折通過するように
配置することにより、レーザー光は透明シートを通過す
る際に屈折し光路変更が生じる。この光路変更により、
受光部の拡散光受光角が変わり、前記定まった二点間の
距離が見掛け上変化することになる。この変化の度合い
は、透明シートの屈折率一定下で厚さと対応する。従っ
て、本来の透明シート未配置の場合の定まった二点間距
離値に対する前記変化の度合いに、透明シートの屈折率
を加味することにより、透明シートの厚さを算出するこ
とができる。

【００１２】ところで、レーザー変位計は非透明シート
の厚さを測定する際に用いられるものであり、その測定
方法は、シートの一方の面までの距離と他方の面までの
距離を夫々二台のレーザー変位計を用いて測定し、その
和から二台のレーザー変位計間の距離を差し引いて厚さ
を求めるものである。かかる測定方法では、シートの両
面においてレーザー光が反射することが絶対条件である
ため、レーザー光が反射することなく透過してしまう透
明シートの厚さを測定することができない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面に基
づき説明する。

【００１４】図１は本発明の測定方法の一例を示す概略
説明図、図２〜図５は他の例を示す概略説明図である。

【００１５】図において、１はレーザー変位計、２はレ
ーザー光投光部、３はレーザー光受光部、４は測定すべ
き透明シート、５はレーザー変位計１の投光部２及び受
光部３と平行面である拡散反射面である。また、点Ａは
レーザー光投光部２の位置（以下、単に点Ａという）、
点Ｂはレーザー光受光部３の位置（以下、単に点Ｂとい
う）、Ｃは点Ａから点Ｂまでの距離であって予め設定し
た定数（以下、単に距離Ｃという）、Ｄは点Ａから拡散
反射面５までの距離であって予め設定した定数（以下、
単に距離Ｄという）、Ｐは投光部２から発したレーザー
光の拡散反射面５における点光源の位置（以下、点光源
Ｐという）、ｎは透明シート４の屈折率、ｔは透明シー
ト４の厚さ、θは点Ｂの受光部３に受光されるレーザー
光の角度であって被測定物である透明シート４の厚さｔ
と屈折率ｎによって変化する変数（以下、単に角度θと
いう）。さらに下記説明において、上記に記載の無い符
号については、その都度説明する。

【００１６】レーザー変位計１のレーザー光の光路は、
予め設定された二点間の距離を三角測量により測定する
際の光路、即ち、点Ａから発したレーザー光は、拡散反
射面５の点Ｐを点光源として点Ｂの受光部３に受光され
るように設定する。即ち、点Ａと点Ｂの距離であり定数
である距離Ｃを基準にして点Ｂの受光部３に受光される
レーザー光の角度θから、点Ａと点光源Ｐとの距離Ｄを
測定するように設定する。本発明では、三角測量によっ
て測定される前記距離Ｄを予め設定した定数とする。

【００１７】以上のように設定されたレーザー変移計１
のレーザー光の光路中に測定すべき透明シート４を拡散
反射面５と平行に、且つ前記レーザー光が全反射するこ
となく少なくとも１回屈折通過するように配置する。図
１の場合に透明シート４を屈折通過するのは、点光源Ｐ
において拡散反射し受光部３に受光されるレーザー光で
ある。

【００１８】透明シート４を屈折通過することにより、
点Ｂの受光部３に受光されるレーザー光の角度θが、点
光源Ｐの位置が点線で示すように点Ｑに存在した場合と
同じ角度に変わる。従って、本来、定数である距離Ｄ
が、点Ａと点Ｑの距離である距離ｄと測定されてしまう
ことになり、点Ｐと点Ｑの距離である偏差Ｚが生じる。
偏差Ｚは、透明シート４の屈折率ｎ一定下で厚さｔと対
応する。従って、この偏差Ｚに被測定物である透明シー
ト４の屈折率ｎを加味することにより、厚さｔを算出す
ることができる。偏差Ｚと屈折率ｎとから厚さｔを求め
る計算式［１］を下記に示す。

【００１９】

【式１】

【００２０】尚、本発明において、測定すべき透明シー
ト４の屈折率ｎが温度により変化する場合には、温度補
正を行うこととする。また、定数である距離Ｃ及び距離
Ｄが測定環境等の条件により変動してしまう場合等、距
離Ｃ及び距離Ｄの精密管理が困難な場合には、距離Ｃ及
び距離Ｄを定数として厚さｔと角度θの関係を計算して
検量線を作成してゼロ・スパン補正を行うこととする。

【００２１】尚また、本発明ではパソコン等を利用して
上記計算式［１］をソフト化し、さらに各種補正値を入
力可能とすることにより自動計測・算出可能に制御する
ことが好ましい。

【００２２】以上、本発明に係る透明シートの厚さ測定
方法について説明したが、本発明では、測定すべき透明
シートの配置位置が図２〜図４に示すように変化した場
合でも測定することができる。

【００２３】図２に示す態様は、透明シート４を拡散反
射面５に対して斜めに配置した場合、即ち、透明シート
４をレーザー光が２回屈折通過する場合である。

【００２４】この場合、拡散反射面５上の点光源の位置
はＰではなくＰ′となり、点Ｂである受光部３への光路
は、Ｐ′〜Ｘ〜Ｙ〜Ｂとなる。ここでＢＹ//ＸＰ′。こ
のときの角度θはＢＹ延長点と拡散反射面４との成す角
∠ＹＰ″Ｏに等しい。従って、見掛け上の距離は点Ａと
点Ｑの距離である距離ｄとして測定されることになり、
点Ｐと点Ｑの距離である偏差Ｚが生じる。この偏差Ｚと
屈折率ｎとから前記計算式［１］により厚さｔを求め
る。本態様の場合を下記に計算式［２］として示す。

【００２５】

【式２】

【００２６】上記計算式［２］において、Ｐ′は透明シ
ート４によって屈折通過したレーザー光の拡散反射面５
における点光源の位置、Ｐ″は点Ｂより透明シート４越
しに見た時の点光源の位置、αは透明シート４が拡散反
射面５と成す角度、βは（９０°−前記α）であり、そ
の他の記号は前述の通りである。即ち、レーザー光が透
明シート４を２回屈折通過する場合、透明シート４が拡
散反射面５と成す角度αが決まっていれば、その条件を
上記計算式［２］に当てはめることで厚さｔが求まる。

【００２７】上記のように斜めであって尚且つその角度
が４５°の場合を、図３に基づき下記に計算式［３］と
して示す。

【００２８】

【式３】

【００２９】以上の図２及び図３の他、図４及び図５に
示すように透明シート４を配置して該透明シート４の端
部を利用しても測定することができる。即ち、図４は透
明シート４を拡散反射面５と平行に且つ投光部２からの
レーザー光が通過しないように配置し、点光源Ｐで拡散
反射したレーザー光のみを１回屈折通過させる態様であ
り、また図５は透明シート４を拡散反射面５に対して斜
めに配置し、レーザー光を１回屈折通過した後に拡散反
射面５において拡散反射させ、該拡散反射したレーザー
光が透明シート４を通過することなく受光部３に受光さ
れる態様である。

【００３０】以下、本発明の実験例について説明する。 実験例１ 前記距離Ｃを２０ｍｍ、距離Ｄを４０ｍｍと設定したレ
ーザー変位計によって、屈折率ｎ＝１．５９のポリカー
ボネート（ＰＣ）製の透明シートを拡散反射面と平行に
配置して厚さを測定した。尚、透明シートは、公称厚１
ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍの５種類とし、
マイクロメータ及び赤外吸収式による測定も同時に行っ
た。結果を下記表１に示す。尚、レーザー変位計として
は、市販のキーエンス社製ＬＢシリーズを利用し、拡散
反射面は白紙とした。尚また、赤外線吸収式厚さ測定装
置としては、クラボウ社製赤外線厚さ計測装置を使用し
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１の結果から、本発明の測定方法によれ
ば、マイクロメータと同程度の精度での測定が可能であ
ることが判る。また、赤外線吸収式の場合、本発明の測
定方法と同程度の精度を得るためには装置の価格が１０
倍程度となり、極めて高コストであるだけでなく、測定
に際しては、測定位置等の測定条件が厳密であるため測
定に手間がかかった。

【００３３】実験例２ 半透明シートに変えた以外は実験例１と同様にして実験
を行ったところ、本発明の測定方法では略同じ結果が得
られたのに対し、赤外線吸収式による測定では、かなり
の誤差が生じた。これは透明度の変化に応じて透明シー
トの赤外線吸収度が変化したためと思われる。

【００３４】実験例１及び２から判る通り、本発明の測
定方法によれば、透明シートの厚さを、計器として比較
的簡易である公知のレーザー変位計のレーザー光を利用
して光の屈折を原理とすることで、極めて簡易且つ容易
に低コストで測定することができる。又、測定装置をコ
ンピュータと接続し、更に前記各計算式をソフト化して
おくことにより、計測・算出・表示が簡易に自動的に行
われるように構成することが好ましい。

【００３５】尚、レーザー変位計として、レーザー光の
受光量を同時に測定可能なものを用いれば、透明シート
通過後の吸収によって減衰したレーザー光の受光量から
該レーザー光の減衰量（又は吸収度）を算出し、該減衰
量と前記算出された透明シートの厚さとから単位厚さ当
りの光線透過率が判明するので、透明シートの透明度を
測定することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、レーザー光を透過する
ものであれば透明シートの色調、霞度等の透明度の変化
に影響されないので誤差が少ないという効果を有してい
る。

【００３７】また、赤外線吸収式厚み測定方法に比し
て、測定範囲が広いだけでなく、用いる装置が計器とし
て比較的簡易且つ低価格で得られる公知のレーザー変位
計のレーザー光を利用するので、同程度の精度であれば
１０分の１の価格、同程度の価格の装置であれば１０倍
の精度となるので低コストであるという効果を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定方法の一例を示す概略説明図であ
る。

【図２】他の例を示す概略説明図である。

【図３】他の例を示す概略説明図である。

【図４】他の例を示す概略説明図である。

【図５】他の例を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１ レーザー変位計 ２ レーザー光投光部 ３ レーザー光受光部 ４ 透明シート ５ 拡散反射面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー変位計のレーザー光の光路を、予
   め設定された二点間の距離を三角測量により測定する際
   の光路に設定し、該レーザー光の光路中に測定すべき透
   明シートを前記レーザー光が全反射することなく少なく
   とも１回屈折通過するように配置し、該透明シート屈折
   通過により変化して得られる二点間距離値と本来の透明
   シート未配置の場合の二点間距離値との差と、透明シー
   トの屈折率とから、透明シートの厚さを算出することを
   特徴とする透明シートの厚さ測定方法。
2. 【請求項２】測定すべき透明シートの屈折率が温度によ
   り変化する場合、温度補正値を加えて透明シートの厚さ
   を算出することを特徴とする請求項１記載の透明シート
   の厚さ測定方法。