(57)【要約】【課題】被測定対象の表面形状における歪みや傾きを非接触で測定でき、その容易化とともに、その測定精度をより高める。【解決手段】光源（レーザー光源５６等）から被測定対象（整流板１６）の表面（２４）に光（レーザー光５８）を照射し、被測定対象の表面から得られる反射光（レーザー反射光６０）とこの反射光を受ける受光面（撮像面６４）の垂線（６５）との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、被測定対象の表面から得られる反射光を前記受光面で受光する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の表面形状を測定する方法であって、
光源から前記被測定対象の表面に光を照射する工程と、
前記被測定対象の表面から得られる反射光とこの反射光を受ける受光面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記受光面で受光する工程と、
を含むことを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項２】
被測定対象の表面形状を測定する方法であって、
光源から前記被測定対象の表面に光を照射する工程と、
前記被測定対象の表面から得られる反射光とこの反射光を受けるプリズムの表面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記プリズムで受ける工程と、
前記プリズムの表面と平行に受光面を設定し、前記プリズムを透過して屈曲及び／又は分散された前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記受光面で受光する工程と、
を含むことを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項３】
前記光源から照射される光は、スポット光であり、該スポット光を前記被測定対象の前後方向及び／又は横方向に走査し、複数行複数列のマトリクス状の複数のスポット反射光を得ることを特徴とする請求項１又は２記載の表面形状測定方法。
【請求項４】
前記光源は、スポット光を複数のマトリクス状に配置した光源、平行光源又は面光源のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の表面形状測定方法。
【請求項５】
被測定対象の表面形状を測定する装置であって、
前記被測定対象の表面に光を照射する光源と、
前記被測定対象の表面から得られる反射光と該反射光を受ける受光面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を受光する前記受光面が設けられた受光手段と、
を備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項６】
被測定対象の表面形状を測定する装置であって、
前記被測定対象の表面に光を照射する光源と、
前記被測定対象の表面から得られる反射光と該反射光の入射面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を受けるプリズムと、
前記反射光が入射する前記プリズムの前記入射面と平行に受光面が設定され、前記プリズムを透過して屈曲及び／又は分散された前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記受光面で受光する受光手段と、
を備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項７】
前記受光手段は、前記反射光を撮像する撮像手段であることを特徴とする請求項５又は６記載の表面形状測定装置。
【請求項８】
前記反射光をスクリーンを通して前記受光手段で受光し、前記スクリーンの投影面と平行に前記受光手段の受光面を設置することを特徴とする請求項５記載の表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象の表面からの反射光を用いて被測定対象の表面状態を測定する方法及び装置に関し、例えば、超音波ガスメータの整流板等の表面形状の測定等に用いられる表面形状測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波ガスメーター等では、被測定対象であるガスを流すガス流路として計測流路が備えられ、この計測流路に流れるガス流速を測定している。計測流路中のガス流速は流路断面の位置で異なり、流速差を生じるが、このような差を生じても、流路断面の全域を測定すれば、その積算値がガス流量に一致する。しかしながら、流路断面の全域測定では、コスト面やメーターのコンパクト化等を妨げるので、流路断面の中層域のガスの流速を測定し、その積算値を流量係数で補正すればよい。この流量係数による補正量が大きくなると、ガス流量の算出値の信頼性が損なわれるので、計測流路中のガス流速を一様に整流することが必要である。このガス流を整流する手段が整流板である。この整流板は、単数又は複数枚構成であって、計測流路を超音波の伝搬を妨げない方向に複数段に仕切っている。整流板が平坦面でない場合には、圧力損失が多くなる。そこで、整流精度を高めるとともに圧力損失を抑制するには、各整流板を平坦面にするとともに、所定の間隔の平行面であることが不可欠である。
【０００３】
このような整流板の平行度や平坦度の検査には、すきまゲージ等を用いることができる。このすきま計測に関し、測定対象物に光を当て、反射された散乱光から高さ・平面座標を求めるもの（特許文献１）がある。
【０００４】
特許文献１には、照射光軸を平行に設定したマルチビーム照射光を測定対象物の表面に当てる照射光学系に対し、測定対象物の表面で反射したマルチビーム反射光を受光する受光系を高さ方向ずれ量検出手段に備え、照射検出位置が基準高さ位置にあるとしたときの受光基準位置と実際の受光位置との差に基づいて照射検出位置の基準高さ位置における平面座標位置を求めることが開示されている。
【０００５】
このような光の反射を利用した測定としては、試料測定面に対する測定光の入射角が７０度以上９０度未満となるように測定光の光路を曲げ、直線偏光を透過させて試料測定面に入射させる高感度反射測定装置（特許文献２）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４５２８１公報
【特許文献２】特開２００５−２４９６７４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、家庭用のガス流量等を測定する超音波ガスメーターには、超音波ガスメーター部品として整流ユニットが用いられている。この整流ユニットは、被測定対象であるガスを流す計測流路にガス流を整流する複数の整流板を備えていることは既述の通りであって、各整流板には例えば、幅２〔cm〕×長さ１０〔cm〕程度の複数の薄板が用いられている。薄板は、剛性確保のために金属板を用いていることが多いが、本発明は整流板の素材には依存しない。各整流板は、ガス流を整流するために１．６〔mm〕程度の間隔で整流ユニット筐体内に配置されている。
【０００８】
このような整流ユニットにおいて、各整流板に歪みがないことがガス流の計測上不可欠であり、即ち、各整流板が所定の間隔で固定されていること（平行度）、各整流板の表面が平坦であること（平坦度）が要請される。整流板の平行度や平坦度が低い場合には、超音波ガスメーターの測定精度を低下させる原因になるからである。
【０００９】
このような整流板の歪みを整流ユニットの製造段階ないし超音波ガスメーターの組立段階で測定・検査することが要請されるが、特許文献１、２に開示された技術では、斯かる整流板の平行度や平坦度等のひずみの測定を高精度に行うことができず、測定効率を低下させることになり、超音波ガスメーターの製造コストを悪化させることになる。接触型のゲージを用いた場合には、整流板が薄板で剛性が低いため、作業者の技量によってはゲージの接触によって整流板の平行度を損なうおそれも無視できない。これが一時的な平行度の損失ではなく永久的な損失の場合には、測定・検査工程で却って不具合品を作成してしまうことになる。
【００１０】
そこで、計測流路に流すガスを整流する狭隘な隙間で平行に配置された整流板等の被測定対象の形状測定・検査に関し、整流板の歪みを非接触で測定でき、その容易化とともに、その測定精度を高め、さらに、測定工程での不具合の発生を防止するため、整流板の反射面の傾き等の歪みが整流板の反射光に現れることを利用し、整流板から得た反射光を受光又は撮像することにより、整流板の良否を判定することにも利用することができる表面形状の測定方法、測定装置を提案する。
【００１１】
また、このような測定方法、装置は、整流板の良否を判定するための測定に限らず、他の部材の表面形状を測定することも可能であることから、測定の対象となる被測定対象の表面形状における傾きを含む歪みを測定できることが好ましい。
【００１２】
従って、本発明においては、被測定対象の表面形状における歪みや傾きを非接触で測定でき、その容易化とともに、その測定精度をより高めるということに解決しなければならない課題を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、上記目的を達成するため、本発明の特徴事項を以下に列挙する。
【００１４】
本発明の第１の側面としての表面形状測定方法は、被測定対象の表面形状を測定する方法であって、光源から前記被測定対象の表面に光を照射する工程と、前記被測定対象の表面から得られる反射光とこの反射光を受ける受光面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記受光面で受光する工程と、を含む構成である。斯かる構成により、上記目的が達成され、受光面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定しているので、歪みの検出倍率が拡大され、高い測定精度が得られる。
【００１５】
第２の側面としての表面形状測定方法は、被測定対象の表面形状を測定する方法であって、光源から前記被測定対象の表面に光を照射する工程と、前記被測定対象の表面から得られる反射光とこの反射光を受けるプリズムの表面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記プリズムで受ける工程と、前記プリズムの表面と平行に受光面を設定し、前記プリズムを透過して屈曲及び／又は分散された前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記受光面で受光する工程と、を含む構成である。斯かる構成により、上記目的が達成され、受光面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定しているので、歪みの検出倍率が拡大されるとともに、受光面における入射角を大きくすることができ、より高い測定精度が得られる。
【００１６】
第３の側面としての表面形状測定装置は、被測定対象の表面形状を測定する装置であって、前記被測定対象の表面に光を照射する光源と、前記被測定対象の表面から得られる反射光と該反射光を受ける受光面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を受光する前記受光面が設けられた受光手段と、を備える構成である。斯かる構成により、上記目的が達成される。
【００１７】
第４の側面としての表面形状測定装置は、被測定対象の表面形状を測定する装置であって、前記被測定対象の表面に光を照射する光源と、前記被測定対象の表面から得られる反射光と該反射光の入射面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定し、前記被測定対象の表面から得られる反射光を受けるプリズムと、前記反射光が入射する前記プリズムの前記入射面と平行に受光面が設定され、前記プリズムを透過して屈曲及び／又は分散された前記被測定対象の表面から得られる反射光を前記受光面で受光する受光手段と、を備える構成であっても良い。斯かる構成により、上記目的が達成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、次の効果が得られる。
【００１９】
(1) 被測定対象の歪みや傾きを非接触で測定・検査でき、測定の容易化を図ることができるとともに、反射光と、受光面又は入射面の垂線との成す角度を７０度以上９０度未満に設定することで、測定の精度を高めることができるとともに、その測定結果の再現性を向上させることができる。
【００２０】
(2) 整流板の歪みを非接触により測定できるので、測定途上で被測定対象の精度を低下させることがない。
【００２１】
(3) 測定時間の短縮化を図ることができる。
【００２２】
(4) 歪みのない被測定対象として、例えば、整流板を実装した超音波ガスメーターを製造する際に、斯かる測定装置を用いれば、超音波ガスメーターの測定精度を向上させることができる。
【００２３】
(5) プリズムを透過した反射光を受光面で受光すれば、受光面における入射角を大きくすることができて、測定の精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】超音波ガスメーターの構成例を示す図である。
【図２】整流ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図３】整流板の配置形態の一例を示す図である。
【図４】整流板の歪みの測定方法及びその装置の一例を示す図である。
【図５】測定原理を示す図である。
【図６】測定結果を示す図である。
【図７】測定結果を示す図である。
【図８】測定結果を示す図である。
【図９】撮像面上にプリズムを設置した場合の測定方法及び装置を示す図である。
【図１０】撮像面上にスクリーンを設置した場合の測定方法及び測定装置を示す図である。
【図１１】整流板の歪みの測定方法及びその装置の一例を示す図である。
【図１２】整流板の歪みの測定方法及びその装置の一例を示す図である。
【図１３】測定結果を示す図である。
【図１４】測定結果を示す図である。
【図１５】測定結果を示す図である。
【図１６】他の整流板の歪みの測定方法及びその装置の一例を示す図である。
【図１７】整流ユニットに対するレーザー光の入射及び反射を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
【００２６】
本発明の第１の実施の形態について、図１、図２及び図３を参照する。図１は、超音波ガスメーターの構成例を示す図、図２は、整流ユニットの構成例を示す斜視図、図３は、整流板の配置形態の一例を示す図である。図１ないし図３に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。
【００２７】
また、この実施の形態においては、本発明に係る表面形状測定方法及びその装置を具体的に説明するために、超音波ガスメーターを一例として例示しているものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、金属板等の表面形状を測定する方法及びその装置等として適用させても良い。
【００２８】
超音波ガスメーター２は、図１に示すように、ガス流Ｇを整流するとともに、超音波ＳＳＷを作用させる超音波ガスメーター部品として整流ユニット４を備える。この整流ユニット４では、計測流路６にガス流Ｇを流し、超音波導入窓部８に設置された超音波源１０からガス流Ｇと交差方向に超音波ＳＳＷを通過させ、その超音波ＳＳＷを超音波検出窓部１２に設置された超音波受信部１４で受信する。導入超音波と通過超音波とのレベル差はガス流速に依存するから、そのレベル差からガス流速を求め、計測流路６を通過するガス量を算出することができる。整流ユニット４に導入されたガス流Ｇは、計測流路６に設置された複数枚の整流板１６によって整流される。
【００２９】
整流ユニット４には、図２に示すように、角筒状のユニット本体１８が用いられ、このユニット本体１８は例えば、合成樹脂の成形体である。このユニット本体１８には、角筒状の計測流路６が形成され、一方の端部にガス導入口２０、他方の端部にガス導出口２２が設定されるとともに、既述のように、一方の側壁部には超音波導入窓部８、他方の側壁部には超音波検出窓部１２が形成されている。
【００３０】
複数の整流板１６は、図３の（Ａ）に示すように、計測流路６を上下方向に一定の間隔で仕切っており、整流板１６が例えば、５枚構成であれば、図３の（Ｂ）に示すように、角筒状の計測流路６は整流板１６によって上下方向に６通路に仕切られ、ユニット本体１８の天井部と最上部の整流板１６の間隔、各整流板１６の間隔、最下部の整流板１６とユニット本体１８の底面部との間隔をｄとすれば、各間隔ｄは同一となる。従って、計測流路６には、設置された各整流板１６に歪みがなければ、即ち、各間隔ｄが同一（平行）であって、各整流板１６が平坦であれば、複数の同一の区分平行流路が形成されることになる。この実施の形態では、同一の間隔として間隔ｄを設定しているが、間隔ｄは不均一であってもよい。
【００３１】
次に、この第１の実施の形態に係る被測定対象として整流板の歪み測定・検査について、図４、図５、図６、図７及び図８を参照する。図４は、整流板の歪みの測定方法及びその装置の一例を示す図、図５は、測定原理を示す図、図６、図７及び図８は、測定結果を示す図である。図４ないし図８に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。また、整流板は、被測定対象の一例であって、被測定対象が整流板に限定されるものではない。
【００３２】
整流板１６には例えば、金属板で構成され、一例としてその表面を鏡面仕上げしたものが用いられる。この場合には、整流板１６の表面２４（図５）を反射面（即ち、鏡）として利用することができるが、表面２４は必ずしも鏡面仕上げである必要はない。
【００３３】
この実施の形態は、図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、光源としてレーザー光源５６を用いており、整流ユニット４の各整流板１６の表面が粗であって、鏡面より反射率が低い場合であっても、整流板１６の表面の反射と、レーザー光源５６から発せられる照射光であるレーザー光５８が持つ直進性を利用して整流板１６の歪みを測定・検査する。なお、レーザー光源５６は、光源の一例であって、光源はレーザー光源に限定されるものではなく、例えば、平行光又は面光等を用いることができる。また、複数のレーザー光源を用いて、例えば、マトリクス状の複数のスポット光としても良い。
【００３４】
この歪み測定装置２５では、レーザー光源５６と撮像装置２８との間に被測定対象である整流板１６、又は基準反射面を構成し、被測定対象である整流板１６の基準となる基準対象の一例としてリファレンス体３４が設置され、レーザー光源５６から整流板１６の表面２４にスポット状のレーザー光５８を照射し、整流板１６の表面２４から得られるレーザー反射光６０を撮像装置２８で受光し、撮像する。この反射光６０を受ける撮像装置２８の撮像面（受光面）６４の垂線６５との成す角度βを７０度以上９０度未満に設定し、好ましくは７０度以上８５度以下に設定し、反射光６０を撮像面６４に投影させる。レーザー光源５６にはレーザー光５８を発光する発光ダイオードを用いればよい。この場合、スポット光を得るため、レーザー光源５６側に光学系を備えてもよい。
【００３５】
また、リファレンス体３４の表面３６（図１１）から得られるレーザー反射光６１と、この反射光６１を受ける撮像装置２８の撮像面（受光面）６４の垂線６５との成す角度βを７０度以上９０度未満に設定し、好ましくは７０度以上８５度以下に設定し、反射光６１を撮像面６４に投影させる。
【００３６】
撮像面６４は、レーザー反射光６０又は６１に対する受光面の一例であって、これに限定されない。具体的には、撮像面６４をレーザー反射光６０又は６１のビームに対して直交させず、撮像面６４の垂線６５とレーザー反射光６０又は６１のビーム方向との間に角度βが生じるように撮像面６４を傾斜させれば、撮像面６４に投影されるレーザー反射光６０又は６１の変位（レーザースポットの変位）ΔＹは直交させた場合の変位ΔＸより大きくなる。
【００３７】
このように角度βが７０度以上９０度未満に設定された場合、その分解能は、１／ｃｏｓαの計算式で表される。例えば、角度βが７０度では略３倍の分解能が得られ、７５度では略４倍の分解能が得られ、８０度では略６倍の分解能が得られ、８５度では略１２倍の分解能が得られる。
【００３８】
このような整流板１６及びリファレンス体３４から得られる変位ΔＹを表す変位情報は、判定装置２９に取り込まれて比較される。判定装置２９は、撮像装置２８の出力を受け、整流板１６及びリファレンス体３４の撮像結果を比較することにより、整流板１６の良否を判定する手段であって、整流板１６の変位ΔＹが許容範囲にあるか否かが判定され、その判定結果を表す判定出力が得られる。判定装置２９には、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置を用いればよい。
【００３９】
この整流板１６の歪み測定・検査について、各工程毎に説明する。
【００４０】
(1) レーザー照射光の受光工程
【００４１】
この実施の形態では、図４の（Ａ）に示すように、レーザー光源５６から整流板１６の表面２４にスポット状のレーザー光５８を照射し、整流板１６の表面２４から得られるレーザー反射光６０を撮像装置２８で受光し、撮像する。レーザー反射光６０には整流板１６の歪みを表す歪み情報Ｄｘが現れる。
【００４２】
これに対し、図４の（Ｂ）に示すように、同一のレーザー光源５６と撮像装置２８との間に基準反射面としてのリファレンス体３４を設置する。このリファレンス体３４は、整流板１６の歪みを測定するための基準測定体であって、整流板１６に必要な水平度及び平坦度を備えており、その表面３６は、整流板１６と同様に反射面である。このリファレンス体３４にはサンプルの整流板を用いてもよい。
【００４３】
レーザー光源５６からリファレンス体３４の表面３６に同様のレーザー光５８を当てることにより、リファレンス体３４の表面３６から得られるレーザー反射光６０を撮像装置２８で受光し、撮像する。この場合、レーザー反射光６０にはリファレンス体３４から水平度や平坦度を表す基準情報Ｄref が得られる。
【００４４】
このような光梃子を用いた非接触測定に関し、図５の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、空気定盤等の防振台６２の上面に設置された整流板１６に対し、レーザー光源５６からレーザー光５８を照射し、整流板１６の表面２４からレーザー反射光６０を取得し、レーザー反射光６０の光点７０を撮像面６４に投影させ、撮像装置２８に撮像させることで、光点７０の位置情報を取得するものである。
【００４５】
図５の（Ａ）に示すように、防振台６２上の基準面６６に整流板１６が水平に維持されていれば、レーザー光５８の入射角θｉをθｉ＝θｘとすると、反射角θｒはθｒ＝θｘとなる。
【００４６】
これに対し、図５の（Ｂ）に示すように、レーザー光源５６の設置位置が一定であり、防振台６２の基準面６６から整流板１６が角度αだけ傾斜している場合、傾斜した整流板１６の面を基準にとった入射角θｉ2 及び反射角θｒ2 は、入射角と反射角が等しくなることから、入射角θｉ2 ＝θｘ−α、反射角θｒ2 ＝θｘ−αとなる。
【００４７】
ここで、傾斜した整流板１６の面を基準にとった入射角θｉ2 及び反射角θｒ2 について、防振台６２上の基準面６６に平行な面を基準に取ると、それぞれ入射角θｉ及び反射角θｒは、傾斜した角度αを考慮して、入射角θｉ＝θｘ、及び反射角θｒ＝θｘ−２αとなる。即ち、防振台６２上の基準面６６に対する入射角θｉは一定であるのに対し、整流板１６の傾斜した角度αが加わることにより、レーザー反射光６０の反射角θｒに角度変位−２αが生じる。
【００４８】
このような角度変位−２αは、撮像面６４上の光点７０を角度変位−２αに応じて変位ΔＸを生じさせる。レーザー光５８の反射点６８と撮像面６４との距離をＬとすれば、β＝０（撮像面６４の垂線６５とレーザー反射光６０とが同一直線上）の場合には、この変位ΔＸは、
ΔＸ＝Ｌ×ｓｉｎ２α                      ・・・(1) 
で与えられる。ここで、レーザー反射光６０のビームに撮像面６４が直交している状態から角度βだけ傾斜させている場合の撮像面６４のレーザー反射光６０のビームスポットの変位をΔＹとすると、この変位ΔＹは、既述の変位ΔＸとβとを用いて、
ΔＹ＝ΔＸ／ｓｉｎ（９０−β）＞ΔＸ
＝（Ｌ×ｓｉｎ２α）／ｓｉｎ（９０−β）    ・・・(2) 
となり、撮像面６４の垂線６５とレーザー反射光６０との間に角度βが設定されることにより、ｓｉｎ（９０−β）＜１から、変位ΔＹは直交状態の場合の変位ΔＸに比較して大きくなり、角度αが小さくても、測定感度を上げることができる。
【００４９】
このように光梃子を用いれば、撮像面６４における光点７０の変位ΔＹは、撮像装置２８から変位情報として取得でき、この変位ΔＹは傾斜角αとした場合にｓｉｎ２αに比例するから、整流板１６の傾斜即ち、歪みを光学的に検出することができる。
【００５０】
斯かる構成において、図６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、レーザー光源５６を整流板１６の表面２４に対して水平方向に走査するとともに、一定の間隔でスポット状のレーザー光５８を照射すれば、整流板１６の表面２４にはスポット状のレーザー反射光６０の光点７０が走査方向に一定の間隔で得られ、これを撮像装置２８の撮像面６４で受光し、撮像することができ、この光点７０の位置は、交差方向に設定した基準スケール７１で計測することができる。撮像面６４の垂線６５とレーザー反射光６０との間に角度βが設定されると、図６の（Ｃ）に示すように、一方向に拡張される。
【００５１】
これに対し、整流板１６が角度αだけ傾斜している場合には、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、その角度αの傾斜に応じて光点７０に変位ΔＸの変位が生じるが、撮像面６４の垂線６５とレーザー反射光６０との間に角度βが設定されているので、図７の（Ｃ）に示すように、変位ΔＹは一方向に拡張される。この変位情報から整流板１６の傾斜及びその角度αを知ることができる。また、図８の（Ａ）に示すように、整流板１６に突部４６が存在している場合には、図８の（Ｂ）に示すように、この突部４６により光点７０に変位ΔＸが生じ、撮像面６４の垂線６５とレーザー反射光６０との間に角度βが設定されると、図８の（Ｃ）に示すように、一方向に拡張された変位ΔＹが得られる。この結果、整流板１６の傾斜や平坦度の測定精度が高められる。
【００５２】
この実施の形態においても、非接触測定であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、測定時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。また、レーザー光５８を用いた場合には、整流板１６の表面２４が鏡面状態より反射率が低い場合にも反射光６０を得ることができ、撮像面６４に光点７０を生じさせ、整流板１６の歪みを測定することができる。
【００５３】
また、撮像面６４にＣＣＤを用いれば、そのピクセル（画素）から光点７０の位置を電子情報で取得することができ、基準スケール７１を設定しなくてもよい。斯かる構成では、観察時に歪み量を明瞭に観察でき、歪みの計測や整流板１６の合否判定をより容易且つ高精度に行える。
【００５４】
(2) 整流板の判定工程
【００５５】
そして、撮像装置２８で取得した光点画像を比較し、即ち、歪み情報Ｄｘと基準情報Ｄref とを比較し、歪み情報Ｄｘで得られた整流板１６の良否、即ち、歪みが許容可能な範囲内であるか否かを判定する。
【００５６】
この場合、整流板１６の前後方向及び／又は横方向にレーザー光５８を走査すれば、整流板１６の表面２４の全面又は広範囲の面部に亘って歪み情報Ｄｘが得られる。
【００５７】
このような整流板１６の表面２４を光反射面に利用し、光を歪み測定媒体に用いれば、整流板１６に非接触で整流板１６の歪みを測定できるとともに、その測定精度を向上させることができる。また、リファレンス体３４との比較測定を用いれば、整流板１６の歪みが許容範囲内であるか否かを容易に見極めて測定することができ、低歪みの整流板１６を得ることができるとともに、その整流板１６を用いた整流ユニット４を製造でき、信頼性の高い超音波ガスメーター２の生産に寄与することができる。
【００５８】
また、非接触測定であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、測定時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。また、撮像面６４の垂線６５とレーザー反射光６０との間に角度βが設定されることにより、変位ΔＹが直交状態の場合の変位ΔＸに比較して大きくなり、角度αが小さくても、検出感度を上げることができ、判定精度を向上させることができる。また、リファレンス体３４と整流板１６とを別々に測定するため、これらを同時に測定する装置と比較して、狭小な空間であっても測定することができる。
【００５９】
〔第２の実施の形態〕
【００６０】
第２の実施の形態について、図９及び図１０を参照する。図９は、撮像面上にプリズムを設置した場合の測定方法及び測定装置を示す図、図１０は、撮像面上にスクリーンを設置した場合の測定方法及び測定装置を示す図である。図９及び図１０に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図９及び図１０において、図４と同一部分には同一符号を付してある。
【００６１】
第１の実施の形態では、撮像面６４の垂線６５がレーザー反射光６０と角度βとなるように撮像面６４を傾斜させたが、図９に示すように、レーザー反射光６０を屈折及び／又は分散させるプリズム７２を設置し、このプリズム７２上に撮像面７４を形成し、このプリズム７２を通してレーザー反射光６０を撮像装置２８で撮像するようにしてもよい。この場合、レーザー反射光６０が入射する入射面として、プリズム７２の撮像面７４と直交する垂線７６と、レーザー反射光６０との成す角度として角度βを設定している。角度βは、７０度以上９０度未満に設定し、好ましくは７０度以上８５度以下に設定する。斯かる構成によれば、撮像装置２８側の撮像面６４に対するレーザー反射光６０の入射角度を大きくすることによって変位ΔＹの増幅効果に伴うトレードオフである光量の低下に対して、プリズムによる受像素子への入射角を小さくすることが効果により、受光感度を保つことができる。
【００６２】
また、レーザー反射光６０の測定方法又はその測定装置は、レーザー反射光６０を直接に受光素子（撮像装置２８）で測定するだけでなく、第１の実施の形態（図４、図５）に代え、レーザー反射光６０をスクリーンに映し出すことにより、視認可能な状態で撮像を処理する構成としてもよい。そこで、図１０に示すように、撮像装置２８側の撮像面６４を覆うスクリーン７８を設置し、このスクリーン７８上に視認可能に、レーザー反射光６０を投影させ、その投影像を撮像装置２８で撮像する。この場合、このスクリーン７８の垂線８０とレーザー反射光６０との成す角度がβとなるように設定してもよい。斯かる構成では、スクリーン７８上の投影面８２に展開されるレーザー反射光６０の画像を検出することができるので、撮像装置２８側の撮像面６４に対するレーザー反射光６０の入射角度を大きくすることができ、変位ΔＹの解像度の低下を防止できる。
【００６３】
〔第３の実施の形態〕
【００６４】
本発明の第３の実施の形態について、図１１を参照する。図１１は、整流板の歪みの測定方法及びその装置の一例を示す図である。図１１に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図１１において、図４と同一部分には同一符号を付してある。
【００６５】
この歪み測定装置２５は、図１１の（Ａ）又は（Ｂ）に示すように、光源１２６と受光手段である撮像装置２８と判定装置２９とを備え、光源１２６と撮像装置２８との間に被測定対象として整流板１６又は基準対象としてリファレンス体３４が設置され、光源１２６からの照射光１３０を整流板１６又はリファレンス体３４に当て、その反射光１３２又は反射光１３８を撮像装置２８で撮像させている。既述した通り、判定装置２９は、撮像装置２８の出力を受け、整流板１６及びリファレンス体３４の撮像結果を比較することにより、整流板１６の良否を判定する手段である。
【００６６】
この歪み測定装置２５において、撮像装置２８の撮像面６４は、その垂線６５と反射光１３２又は１３８との成す角度を既述のβに設定する。即ち、具体的には、撮像面６４を反射光１３２又は１３８のビームに対して直交させず、撮像面６４の垂線６５と反射光１３２又は１３８のビーム方向との間に角度βが生じるように撮像面６４を傾斜させてある。
【００６７】
そこで、この実施の形態の整流板１６の歪み測定では、照射光１３０を発光させ、整流板１６又はリファレンス体３４に当て、その反射光１３２又は反射光１３８を受光して撮像装置２８で撮像させ、比較計測により整流板１６の良否判定を行う。
【００６８】
(1) 照射光の受光工程
【００６９】
図１１の（Ａ）に示すように、光源１２６から整流板１６の表面２４に照射光１３０を当て、整流板１６の表面２４からの反射光１３２を撮像装置２８で受光し、撮像する。反射光１３２には整流板１６の歪みを表す歪み情報Ｄｘが現れる。光源１２６は点光源、線光源、面光源の何れでも良く、照射光１３０は、光源１２６の種類によってスポット光、ライン光、面光が得られる。その場合、スポット光、ライン光、面光等を得るため、光源１２６側に光学系を備えてもよい。
【００７０】
これに対し、図１１の（Ｂ）に示すように、同一の光源１２６と撮像装置２８との間にリファレンス体３４を設置する。このリファレンス体３４は、整流板１６の歪みを測定するための基準測定体であって、整流板１６に必要な水平度及び平坦度を備えており、その表面３６は、整流板１６と同様に反射面（即ち、鏡面）である。このリファレンス体３４には高精度に維持された整流板のサンプルを用いてもよい。また、リファレンス体３４は、加工精度を上げるために各層で別構造としておいてもよく、得られた情報のみを合成してリファレンス（基準情報）としてもよい。
【００７１】
光源１２６からリファレンス体３４の表面３６に同様の照射光１３０を当てることにより、撮像装置２８にリファレンス体３４の表面３６からの反射光１３８を受光させ、撮像させる。この場合、反射光１３８にはリファレンス体３４から水平度や平坦度を表す基準情報Ｄref が得られる。
【００７２】
(2) 整流板の判定工程
【００７３】
撮像装置２８で取得した反射光１３２、１３８を比較し、即ち、歪み情報Ｄｘと基準情報Ｄref とを比較し、歪み情報Ｄｘで得られた整流板１６の良否、即ち、歪みが許容可能な範囲内であるか否かを判定する。
【００７４】
この場合、整流板１６の前後方向及び／又は横方向に照射光１３０を走査すれば、整流板１６の表面２４の全面又は広範囲の面部に亘って歪み情報Ｄｘが得られる。光源１２６をスポット光源とすれば、整流板１６の前後方向及び／又は横方向に照射光１３０を走査すれば、複数行複数列のマトリクス状の複数の反射光１３２が得られることになる。
【００７５】
このような整流板１６の表面２４を光反射面に利用し、光を歪み測定媒体に用いれば、整流板１６に非接触で整流板１６の歪みを測定できるとともに、その測定精度を向上させることができる。また、リファレンス体３４との比較測定を用いれば、整流板１６の歪みが許容範囲内であるか否かを容易に見極めることができ、低歪みの整流板１６を得ることができるとともに、その整流板１６を用いた整流ユニット４を製造でき、信頼性の高い超音波ガスメーター２の生産に寄与することができる。
【００７６】
また、非接触測定であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、測定時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。また、撮像面６４の垂線６５と反射光１３２、１３８との間に角度βが設定されることにより、第１の実施の形態で述べた通り、この第３の実施の形態においても、変位ΔＹが直交状態の場合の変位ΔＸに比較して大きくなり、角度αが小さくても、測定感度を上げることができ、判定精度を向上させることができる。
【００７７】
また、この第３の実施の形態においても、第２の実施の形態で説明した通り、撮像面６４の垂線６５上にプリズム７２（図９）や、スクリーン７８（図１０）を設置し、撮像装置２８の撮像面６４に対する反射光１３２又は１３８の入射角度を小さくすれば、プリズム７２やスクリーン７８で拡張された画像を高精度に撮像することができ、測定精度や判定精度を向上させることができる。
【００７８】
〔第４の実施の形態〕
【００７９】
本発明の第４の実施の形態について、図１２、図１３、図１４及び図１５を参照する。図１２は、整流板の歪みの測定方法及びその装置の一例を示す図、図１３、図１４及び図１５は、測定結果を示す図である。図１２〜図１５に係る構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図１２〜図１５において、図４と同一部分には同一符号を付してある。
【００８０】
この実施の形態は、第３の実施の形態の光源１２６に代え、又は光源１２６とともにテストパターンを整流板１６及びリファレンス体３４に投影し、そのリファレンス写像を写像取得手段である撮像装置２８で撮像し、整流板１６の歪み測定をする。
【００８１】
この歪み測定装置２５は、図１２の（Ａ）又は（Ｂ）に示すように、テストパターン１４０と撮像装置２８と判定装置２９とを備え、テストパターン１４０と撮像装置２８との間に被測定対象として整流板１６又は基準対象としてリファレンス体３４が設置され、テストパターン１４０を整流板１６又はリファレンス体３４に投影し、整流板１６の表面２４又はリファレンス体３４の表面３６から得られるパターン写像１４２又は基準パターン写像１４４を撮像装置２８に撮像させている。
【００８２】
この歪み測定装置２５においても、撮像装置２８の撮像面６４は、その垂線６５と反射光１３２又は１３８との成す角度が既述のβに設定する。即ち、撮像面６４を反射光１３２又は１３８のビームに対して直交させず、撮像面６４の垂線６５と反射光１３２又は１３８のビーム方向との間に角度βが生じるように撮像面６４を傾斜させてある。
【００８３】
(1) パターン写像の取得
【００８４】
図１２の（Ａ）に示すように、テストパターン１４０のパターン図形を整流板１６に投影し、整流板１６の表面２４に得られるパターン写像１４２を撮像装置２８に撮像させる。即ち、パターン写像１４２には整流板１６の歪みを表す歪み情報Ｄｘが現れる。
【００８５】
これに対し、図１２の（Ｂ）に示すように、同一のテストパターン１４０と撮像装置２８との間に基準反射面として設置されたリファレンス体３４は、整流板１６の歪みを測定するための基準測定体であって、整流板１６に必要な水平度及び平坦度を備えており、その表面３６は、整流板１６と同様に反射面（即ち、鏡面）に設定することは第３の実施の形態と同様である。
【００８６】
テストパターン１４０をリファレンス体３４の表面３６に投影し、この表面３６から得られる基準パターン写像１４４を撮像装置２８に撮像させる。この場合、基準パターン写像１４４にはリファレンス体３４から水平度や平坦度を表す基準情報Ｄref が得られる。
【００８７】
(2) 整流板の良否判定
【００８８】
撮像装置２８に得られたパターン写像１４２と基準パターン写像１４４とを比較し、整流板１６の良否を判定する。即ち、歪み情報Ｄｘと基準情報Ｄref とを比較し、歪み情報Ｄｘで得られた整流板１６の良否、即ち、歪みが許容可能な範囲内であるか否かを判定することができる。
【００８９】
この実施の形態では、比較測定としてリファレンス体３４を用いて基準パターン写像１４４を取得し、この基準パターン写像１４４と整流板１６のパターン写像１４２とを比較しているが、基準パターン写像１４４を取得することなく、テストパターン１４０とパターン写像１４２とを直接比較することにより、整流板１６の歪みを観測する構成としてもよい。
【００９０】
斯かる構成において、図１３の（Ａ）に示すように、テストパターン１４０に等間隔の目盛りを持つ方眼図形を用いれば、図１３の（Ｂ）に示すように、リファレンス体３４の表面３６を通して基準パターン写像１４４が得られ、撮像面６４の垂線６５と基準パターン写像１４４を生成する反射光１３２又は１３８との成す角度βをβ＝０（撮像面６４と反射光１３２又は１３８が直交）の場合には図１３の（Ｃ）に示すように、基準パターン写像１４４が得られる。これに対し、撮像面６４の垂線６５と基準パターン写像１４４を生成する反射光１３２又は１３８との成す角度βを設定すれば、基準パターン写像１４４は、基準パターン写像１４５に拡大される。基準パターン写像１４４、１４５はテストパターン１４０と同一像又は近似像となる。
【００９１】
同一のテストパターン１４０を用いれば、撮像装置２８には、図１４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）、又は、図１５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、整流板１６の歪みに応じて変形したパターン写像１４２を拡大したパターン写像１４３が得られる。即ち、パターン写像１４２、１４３には、整流板１６の歪みが図形歪みとして現出する。
【００９２】
図１４では、整流板１６が破線で示す基準位置より角度θだけ傾斜しているので、その角度θを表す図形歪みが生じており、また、図１５では、整流板１６に突部４６が存在しているため、この突部４６により歪んだパターン写像１４２が得られている。このようなパターン写像１４２と基準パターン写像１４４とを比較すれば、整流板１６の傾斜や平坦度を観測できる。
【００９３】
このように同一のテストパターン１４０を用いることにより、整流板１６の表面２４を通して得られたパターン写像１４２及び基準パターン写像１４４を比較すれば、整流板１６の角度θや平坦度をパターン写像１４２に現れる歪み情報Ｄｘより判定することができる。
【００９４】
この実施の形態においても、整流板１６の表面２４を光反射面に利用し、テストパターン１４０を歪み測定に用いれば、整流板１６に非接触で整流板１６の歪みを測定できるとともに、その測定精度を向上させることができる。また、リファレンス体３４との比較測定を用いれば、整流板１６の歪みが許容範囲内であるか否かを容易に見極めることができ、低歪みの整流板１６を得ることができるとともに、その整流板１６を用いた整流ユニット４を製造でき、信頼性の高い超音波ガスメーター２の生産に寄与することができる等、第３の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００９５】
また、この実施の形態においても、非接触測定であるため、再現性が高く、光計測を一括に行えるので、測定時間の短縮が図られ、部品製造や超音波ガスメーターの低コスト化に寄与することができる。
【００９６】
また、テストパターン１４０に目盛りを入れておけば、観察時に歪み量を明瞭に観察でき、歪みの計測や整流板１６の合否判定をより容易且つ高精度に行える。
【００９７】
なお、第４の実施の形態において、図１６に示すように、半透明体で形成されたテストパターン１４８を設置し、このテストパターン１４８の背面側に光源１５０を設置する構成としてもよい。この場合、光源１５０から発せられた照射光１５２は、テストパターン１４８を通過し、テストパターン１４８に表示されたパターン図形を整流板１６又はリファレンス体３４に投影し、そのパターン写像１４２又は基準パターン写像１４４を得る。図１６の（Ａ）は、整流板１６の測定を示す図であり、図１６の（Ｂ）は、リファレンス体３４から基準パターン写像１４４を得る場合の図である。図１６において、図１２と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
このような光透過性のテストパターン１４８を用いた場合にも、同様に、パターン写像１４２や基準パターン写像１４４を得ることができ、整流板１６の歪みを非接触で効率よく測定することができる。また、撮像面６４の垂線６５と反射光１５４又は１５６との間に角度βが設定されることにより、第１の実施の形態で述べた通り、この第４の実施の形態においても、変位ΔＹが直交状態の場合の変位ΔＸに比較して大きくなり、角度αが小さくても、測定感度を上げることができ、判定精度を向上させることができる。
【００９９】
また、この第４の実施の形態においても、第２の実施の形態で説明した通り、撮像面６４の垂線６５上にプリズム７２（図９）や、スクリーン７８（図１０）を設置し、撮像装置２８の撮像面６４に対する反射光１５４又は１５６の入射角度を小さくすれば、プリズム７２やスクリーン７８で拡張された画像を高精度に撮像することができ、測定精度や判定精度を向上させることができる。
【０１００】
〔他の実施の形態〕
【０１０１】
(1) 上記実施の形態では、図４及び図５に示すように、単一のレーザー光源５６を備える場合について例示したが、横方向及び／又は縦方向に複数のレーザー光源５６を配列し、又はマトリクス状に配列させたレーザー光源群を用いてもよい。
【０１０２】
(2) スポット光の走査は、整流板１６の前後方向及び／又は横方向に走査し、マトリクス状に配列したスポット反射光及びその光点を得る構成としてもよい。
【実施例】
【０１０３】
本発明の一実施例について、図１７を参照する。図１７は、整流ユニットに対するレーザー光の入射及び反射を示す図である。図１７に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図１７において、図１ないし図４と同一部分には同一符号を付してある。
【０１０４】
この実施例では、図１７に示すように、レーザー光源５６から発せられるレーザー光５８を整流板１６の表面に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に走査することができるので、複数の整流板１６から連続的に測定でき、斯かる測定によって整流板１６の表面性状及び間隔ｄの歪みを測定し、整流板１６又は整流ユニット４の合否を容易に判定できる。
【０１０５】
〔他の実施例〕
【０１０６】
(1) 上記実施例において、整流板１６の表面が鏡面でない場合にはレーザー光５８による反射が有効であるが、本発明はこのようなレーザー光５８に限定されるものではなく、整流板１６の表面が鏡面と見なせる場合には、光源にレーザー光以外の光を用いることができ、例えば、撮像面に焦点を合わせて投影した画像を取得する構成であってもよい。
【０１０７】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、被測定対象の表面形状を精度よく測定することができ、この方法及び装置を、例えば、超音波ガスメーターの整流部品等の測定に用いれば、ガス流量等を測定する超音波ガスメーターの整流部品の測定の測定精度を高めるとともに、家庭用超音波ガスメーターの製造コストの低減化等を図ることができ、都市ガス業界、ＬＰ業界向けのメーター製造に利用でき、家庭用超音波ガスメーターの普及促進に寄与することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
２  超音波ガスメーター
４  整流ユニット
１６  整流板
２４  表面
２５  歪み測定装置
２８  撮像装置
２９  判定装置
３４  リファレンス体
３６  表面
４０  テストパターン
４２  パターン写像
４４  基準パターン写像
５６  レーザー光源
６４  撮像面
１２６、１５０  光源
【図１】
2010197210.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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