(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光線をガラス管の軸方向に対して直角に、かつガラス管の外周に対して複数方向に走査し、ガラス管の外周および内孔のそれぞれの両エッジ部で生じるレーザー光線の光量の変化をセンサーで感知して電気信号に変換し、電気信号が所定の信号レベルとなる位置を求めてガラス管の外周および内孔のそれぞれの両エッジ部を検出し、一方のエッジ部の位置及び他方のエッジ部の位置から外周および内孔のそれぞれの中心位置を算出し、外周の中心位置と内孔の中心位置との距離から同心度を測定するガラス管の測定方法において、ガラス管を透過するレーザー光線の基準となる光量の計測位置をガラス管の外径寸法に応じて調節することにより内孔の両エッジ部を検出する前記信号レベルを、ガラス管を透過するレーザー光線の光量に応じて調節することを特徴とするガラス管の測定方法。
【請求項２】
ガラス管が赤外線領域の光を透過する結晶化ガラスからなり、ガラス管を透過するレーザー光線の波長が１０００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項１に記載のガラス管の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光線を用いたガラス管の同心度を測定する測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス管の同心度の測定は、次のように行われている。図５に示すように、レーザー測定装置３のレーザー光源４から出射された約６８０ｎｍの波長を有する赤色のレーザー光線２を、反射鏡を取り付けた回転駆動あるいは往復駆動する反射体からなる偏向手段５により所定の周期で偏向し、偏向されたレーザー光線２をコリメータレンズ６により平行にしてガラス管１の軸方向に対して直角に走査し、ガラス管１を透過したレーザー光線２を集光レンズ７でセンサー８の表面に集光し、ガラス管１の外周１ａおよび内孔１ｂの両エッジ部で生じるレーザー光線２の光量の変化をセンサー８で感知して電圧信号Ｓ１に変換する。処理部９では、ガラス管１を走査した部分の電圧信号Ｓ１の立ち下がりＲ１、信号ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３、立ち上がりＲ２と所定の信号レベルＶ１とが交わって交点▲１▼〜交点▲８▼が生じる。これらの交点のうち、交点▲１▼、▲８▼が外周１ａのエッジ部１ｄ、１ｃと、交点▲３▼、▲６▼が内孔１ｂのエッジ部１ｅ、１ｆと、それぞれ対応しており、交点▲１▼の検出時刻と交点▲８▼の検出時刻とを平均して外周１ａの両エッジ部１ｃ、１ｄの中心位置１ｈに対応する時刻ｔｏを算出し、ほぼ同時に得られる交点▲３▼の検出時刻と交点▲６▼の検出時刻とを平均して内孔１ｂの両エッジ部１ｅ、１ｆの中心位置１ｉに対応する時刻ｔｉを算出し、時刻ｔｏから時刻ｔｉまでに要する時間を長さに換算してガラス管１の外周１ａの中心位置１ｈから内孔１ｂの中心位置１ｉまでの距離を算出する。このような計測処理をガラス管１の外周１ａに対して複数方向に行うことにより、ガラス管１の同心度を求めている。出力された同心度の値は、表示部１０に表示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガラス管の光透過率が大きく変化した場合、図５（Ｃ）に示すように、ガラス管１の中央部を透過するレーザー光線２ａの光量が小さくなり、この光量の変化をセンサー８で感知して電気信号Ｓ１ａに変換すると、信号ピークＰ２が信号レベルＶ１よりも低くなって交点▲４▼、▲５▼が生じず、本来、外周１ａの片方のエッジ１ｄに対応している６番目に所定の信号レベルＶ１になる交点▲８▼を内孔１ｂのエッジ部１ｆに対応する交点▲６▼として誤って検出してしまい、ガラス管１の内孔１ｂの中心位置１ｉに対応する時刻ｔｉを算出することができないという問題がある。
【０００４】
また、ガラス管１が、乳白色を呈する結晶化ガラスからなり、可視光の光透過率が非常に低い場合、従来の約６８０ｎｍの波長を有する赤色のレーザー光線２を用いて走査すると、レーザー光線２ａ等がガラス管１を十分透過せず、ガラス管１を走査した電圧信号Ｓ１の信号ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３が低くなり、図５（Ｃ）と同様に、内孔１ｂの両エッジ部１ｅ、１ｆを検出できず、内孔１ｂの中心位置１ｉに対応する時刻ｔｉを算出することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の従来の問題点を解決したガラス管の同心度の測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガラス管の測定方法は、レーザー光線をガラス管の軸方向に対して直角に、かつガラス管の外周に対して複数方向に走査し、ガラス管の外周および内孔のそれぞれの両エッジ部で生じるレーザー光線の光量の変化をセンサーで感知して電気信号に変換し、電気信号が所定の信号レベルとなる位置を求めてガラス管の外周および内孔のそれぞれの両エッジ部を検出し、一方のエッジ部の位置及び他方のエッジ部の位置から外周および内孔のそれぞれの中心位置を算出し、外周の中心位置と内孔の中心位置との距離から同心度を測定するガラス管の測定方法において、ガラス管を透過するレーザー光線の基準となる光量の計測位置をガラス管の外径寸法に応じて調節することにより内孔の両エッジ部を検出する前記信号レベルを、ガラス管を透過するレーザー光線の光量に応じて調節することを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明のガラス管の測定方法は、ガラス管が赤外線領域の光を透過する結晶化ガラスからなり、ガラス管を透過するレーザー光線の波長が１０００ｎｍ以上であることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明のガラス管の測定方法によれば、内孔の両エッジ部を検出する信号レベルを、ガラス管を透過するレーザー光線の光量に応じて調節するので、従来の測定方法では、ガラス管の光透過率が変わる度に行われていたレーザー光線が内孔の両エッジ部を検出する信号レベルを手動で調節する作業が不要となり、レーザー光線に対する光透過率が異なるガラス管の内孔の中心位置を正確に測定することができる。
【００１０】
また、本発明のガラス管の測定方法によれば、内孔のエッジ部を検出する信号レベルを調節する際に、ガラス管を透過するレーザー光線の基準となる光量の計測位置をガラス管の外径寸法に応じて調節するので、従来ガラス管の外径寸法が変わる度に行われていたガラス管を透過するレーザー光線の基準となる光量の計測位置を手動で調節する作業が不要となり、外径寸法が異なるガラス管の内孔の中心位置を正確に測定することができる。
【００１１】
また、本発明のガラス管の測定方法によれば、ガラス管が赤外線領域の光を透過する結晶化ガラスからなり、ガラス管を透過するレーザー光線の波長が１０００ｎｍ以上であるので、従来測定できなかった結晶化ガラス製のガラス管の内孔の中心位置を正確に測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の説明図であって、（Ａ）はレーザー測定装置の概念図、（Ｂ）はガラス管を走査するレーザー光線の説明図である。この図で、１はガラス管を、２はレーザー光線を、３はレーザー測定装置を、４はレーザー光源を、５はレーザー光線２の偏向手段を、６はレーザー光線２のコリメータレンズを、７はレーザー光線２の集光レンズを、８はレーザー光線２を電圧信号Ｓ１に変換するセンサーを、９は電圧信号Ｓ１をガラス管１の外周１ａの中心位置１ｈおよび内孔１ｂの中心位置１ｉを算出し、同心度に換算する処理部を、１０は処理部９で算出されたガラス管１の同心度を表示する表示部をそれぞれ示している。図２は、ガラス管１の光透過率が変化した場合の処理部９内部の説明図である。図３は、ガラス管１の外径寸法が変化した場合の説明図である。図４は、ガラス管１の外径寸法に応じてガラス管１を透過するレーザー光線２の光量の計測位置１ｇを調節する調節手段１１を有し、かつガラス管１の測定位置１ｇを透過するレーザー光線２の光量に応じて変化するＶＰ値を検出し、信号レベルＶ２を調節する処理部９の回路９ａの説明図である。
【００１３】
本発明の実施の形態で使用するレーザー測定器３は、図１に示すように、レーザーダイオードを用いて１５５０ｎｍの波長を有するレーザー光線２を出射するレーザー光源４と、反射鏡を取り付けた反射体を回転駆動あるいは振動させることによりレーザー光源４から出射されたレーザー光線２を反射する偏向手段５と、偏向手段５で偏向されたレーザー光線２を平行にしてガラス管１の軸方向に対して直角に走査するコリメータレンズ６と、ガラス管１を透過したレーザー光線２を集光する集光レンズ７と、集光レンズ７で集光されたレーザー光線２を電圧信号Ｓ１に変換するセンサー８と、電圧信号Ｓ１が信号レベルＶ１となる点で外周１ａの両エッジ部１ｃ、１ｄを検出して各検出時刻を平均処理して外周１ａの中心位置１ｈに対応する時刻ｔｏを算出し、電圧信号Ｓ１が信号レベルＶ２となる点で内孔１ｂの両エッジ部１ｅ、１ｆを検出して各検出時刻を平均処理して、内孔１ｂの中心位置１ｉに対応する時刻ｔｉを算出し、時刻ｔｏと時刻ｔｉとの差のΔｔを高分解能クロックパルス等を用いて長さの単位を有する距離Ｋに換算し、一連の計測処理をガラス管１の外周１ａの全方向に対して行い、中心位置１ｈに対する中心位置１ｉの最大移動距離をガラス管１の同心度として算出する処理する処理部９と、処理部９で換算されたガラス管１の同心度を表示する表示部１０とからなる。レーザー測定器３は、上記の構成からなり、ガラス管１をレーザー光線２の走査範囲内にレーザー光線２の走査方向に対してガラス管１の軸方向が直角になるように位置させて回転手段（図示省略）を用いて１２ｒｐｍの回転速度でガラス管１を２回転させることにより、１０，０００点のデータを採取するようになっている。
【００１４】
本発明のガラス管の測定方法では、図１に示すように、ガラス管１を透過するレーザー光線２の基準となる光量の計測位置を光量が最も多い計測位置１ｇにすると、計測位置１ｇに対応する電圧信号Ｓ１の電圧はＶＰとなる。この電圧ＶＰは、ガラス管１の光透過率に連動して変化する。信号レベルＶ２を電圧ＶＰに対して４０〜６０％の間の一定の比率、例えば５０％に定めると、信号レベルＶ２と電圧信号Ｓ１とが安定して交点▲２▼〜交点▲７▼を生じるので、ガラス管１の光透過率が変化した場合でも安定して内孔１ｂの両エッジ部１ｅ、１ｆを検出することができ、中心位置１ｉに対応する正確な時刻ｔｉを算出することが可能になる。例えば、図２に示すように、ガラス管１の光透過率が低下して電圧信号Ｓ１が電圧信号Ｓ１ａのように変化した場合、電圧ＶＰは電圧ＶＰ’に変化し、それに連動して信号レベルＶ２が信号レベルＶ２’に設定されるので、信号レベルＶ２’と電圧信号Ｓ１ａとが安定して交点▲２▼〜交点▲７▼を生じ、内孔１ｂの中心位置１ｉに対応する時刻ｔｉを算出することができる。
【００１５】
しかし、ガラス管を透過するレーザー光線２の基準となる光量の計測位置１ｇを固定した場合、図３に示すように、ガラス管１の外径寸法が所定の測定範囲Ｄ１内にある場合、電圧信号Ｓ１と信号レベルＶ２が交差して内径の測定は可能であるが、外径寸法が大きくなって測定範囲Ｄ１を越えてガラス管２０のような寸法になった場合、次のような問題が生じる。
【００１６】
外径寸法が大きくなると、ガラス管１の電圧信号Ｓ１からガラス管２０の電圧信号Ｓ１ｂのように変化し、光量の計測位置が固定した計測位置１ｇではレーザー光線の光量が低くなっており、光量に対応する電圧ＶＰ’に対して一定の比率で信号レベルＶ２’を定めると、信号レベルＶ２’は信号Ｓ１ｂと交差せず、内孔１ｂの中心位置１ｉの算出が不可能になる。そのため、測定範囲をＤ２に広げて光量の計測位置を１ｇから１ｊの位置に調節する作業が必要になる。一方、ガラス管の外径寸法が設定した測定範囲に対して非常に小さくなった場合も同様に最適な測定範囲および最適な光量の計測位置に調整する作業が必要になる。
【００１７】
本発明の好ましいガラス管の測定方法は、内孔の両エッジ部１ｅ、１ｆを検出する信号レベルＶ２を調節する際に、ガラス管を透過するレーザー光線２の基準となる光量の計測位置をガラス管の外径の寸法に応じて調節するものである。
【００１８】
次に、ガラス管１の同心度を測定する場合、まず、図１に示すように、ガラス管１をレーザー光線２の走査範囲内でレーザー光線２の走査方向に対してガラス管１の軸方向が直角になるように位置させる。
【００１９】
次に、ガラス管１の外周１ａの両エッジ部１ｃ、１ｄおよび内孔１ｂの両エッジ部１ｅ、１ｆで生じるレーザー光線２の光量の変化をセンサー８で感知して電圧信号Ｓ１に変換すると、図４に示すように、処理部９で電圧信号Ｓ１のガラス管１を透過した部分で、立ち下がりＲ１、信号ピークＰ１、信号ピークＰ２、信号ピークＰ３、立ち上がりＲ２を有する波形になる。電圧信号Ｓ１の立ち下がりＲ１、立ち上がりＲ２と、信号レベルＶ１とが交わって交点▲１▼、▲８▼が生じる。この信号を波形成形して矩形状の電圧信号Ｓ２として出力し、矩形状の電圧信号Ｓ２の立ち上がりの時刻が外周１ａのエッジ部１ｃの検出時刻ｔ１、電圧信号Ｓ２の立ち下がりの時刻がエッジ部１ｄの検出時刻ｔ２となり、時刻ｔ１と時刻ｔ２を平均することにより、外周１ａの中心位置１ｈに対応する時刻ｔｏを算出する。
【００２０】
次に、ガラス管１を透過するレーザー光線２の光量の計測位置１ｇをガラス管１の外径の寸法に応じて調節する調節手段１１として、まず電圧信号Ｓ２の立ち下がりの時刻をｔ１から信号ピークＰ１が立ち上がり始める時刻ｔ３、信号ピークＰ３が下がり終わる時刻ｔ４を設定して波形成形により矩形状の電圧信号Ｓ３を得る。次いで、電圧信号Ｓ３により電圧信号Ｓ１をサンプリングして時刻ｔ３から時刻ｔ４の範囲で電圧信号Ｓ１の微分処理を行い、その変曲点の位置を特定して信号ピークＰ１の最も電圧の高くなる時刻ｔＰを得る。この時刻ｔＰに対応する位置が光量の計測位置１ｇとなる。計測した電圧ＶＰに対して信号レベルＶ２を、電圧信号Ｓ１と必ず交点▲２▼〜交点▲７▼で交わる、例えば、電圧ＶＰの５０％の電圧に設定する。
【００２１】
次に、電圧信号Ｓ１と信号レベルＶ２とが交わって交点▲２▼〜交点▲７▼を生じた信号を波形成形して矩形状の電圧信号Ｓ４とし、この電圧信号Ｓ４を波形成形して矩形状の電圧信号Ｓ５として出力し、内孔１ｂのエッジ部１ｅに対応する交点▲３▼の検出時刻ｔ５と、エッジ部１ｆに対応する交点▲６▼の検出時刻ｔ６とを平均して内孔１ｂの中心位置１ｉに対応する時刻ｔｉを算出する。
【００２２】
次に、ガラス管１の外周１ａの中心位置１ｈに対応する時刻ｔｏと内孔１ｂの中心位置１ｉに対応する時刻ｔｉまでの時間Δｔを高分解能クロックパルス等を用いて長さに換算してガラス管１の一測定方向における外周１ａの中心位置１ｈを基準として、内孔１ｂの中心位置１ｉの距離Ｋを算出する。一連の計測処理をガラス管１を管軸を中心に２回転させて周方向に１０，０００回測定を行うことにより、中心位置１ｈの時刻ｔｏに対し中心位置１ｉの時刻ｔｉが遅くなる範囲の距離Ｋの正の最大値と、時刻ｔｏに対し時刻ｔｉが早い範囲の距離Ｋの負の最小値とを検出し、その差をガラス管１の同心度として算出する。算出した同心度は表示部１０へ出力して表示する。
【００２３】
以上のようにして、レーザー光線２に対する光透過率が８０〜９０％の範囲にある異なる光透過率を有するガラス管、および外径が１．０〜５．０ｍｍおよび内径が０．０５〜０．５ｍｍの範囲にある寸法の異なるガラス管１の同心度を測定した。
【００２４】
また、乳白色を呈し、１ｍｍの厚さで赤外線領域の波長９００ｎｍの光を５％、波長１５００ｎｍの光を７５％、波長１６００ｎｍの光を８０％以上透過する結晶化ガラスからなるガラス管１に、レーザー光源４にレーザーダイオードを使用して波長１５５０ｎｍのレーザー光線２を走査し、ガラス管１の同心度を測定した。
【００２５】
上記本発明の実施の形態によるガラス管の測定方法では、２０±５℃の環境下で、レーザー光線に対する光透過率が８０〜９０％の範囲にある異なる光透過率を有するガラス管、外径が１．０〜５．０ｍｍおよび内径が０．１〜０．５ｍｍの範囲にある寸法の異なるガラス管、赤外線領域の光を透過する結晶化ガラス製のガラス管のそれぞれの同心度を光軸方向の測定範囲±０．２ｍｍ内で、直線性±０．１μｍ、再現性±０．５μｍ以内の精度で測定することができた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のガラス管の測定方法によれば、レーザー光線に対する光透過率が異なるガラス管、外径寸法の異なるガラス管、および可視光をほとんど透過せず赤外線領域の光を透過する結晶化ガラス製のガラス管のそれぞれの同心度を正確に測定することができる実用上優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス管の測定方法の説明図であって、（Ａ）はレーザー測定装置の概念図、（Ｂ）はガラス管を走査するレーザー光線の説明図。
【図２】本発明の説明図であって、ガラス管の光透過率が変化した場合の処理部の出力パターンの説明図。
【図３】本発明の説明図であって、レーザー光線の基準となる光量の計測位置を外径に応じて調節する必要性を説明した図。
【図４】処理部の説明図であって、（Ａ）は信号処理の概念回路図、（Ｂ）は信号パターンの説明図。
【図５】従来のガラス管の測定方法の説明図であって、（Ａ）はレーザー測定装置の概念図、（Ｂ）はガラス管を走査するレーザー光線の説明図、（Ｃ）は従来の処理部の出力パターンの説明図。
【符号の説明】
１、２０  ガラス管
１ａ  外周
１ｂ  内孔
１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ  エッジ部
１ｈ、１ｉ  中心位置
１ｇ、１ｊ  計測位置
２  レーザー光線
３  レーザー測定装置
４  レーザー光源
５  偏向手段
６  コリメータレンズ
７  集光レンズ
８  センサー
９  処理部
９ａ  回路
１０  表示部
１１  調節手段
Ｄ１、Ｄ２  測定範囲
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  信号ピーク
Ｓ１、Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５  電圧信号
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ２’  信号レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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