JP2002122419A - Flatness measuring device - Google Patents

Flatness measuring device

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JP2002122419A
JP2002122419A JP2000313189A JP2000313189A JP2002122419A JP 2002122419 A JP2002122419 A JP 2002122419A JP 2000313189 A JP2000313189 A JP 2000313189A JP 2000313189 A JP2000313189 A JP 2000313189A JP 2002122419 A JP2002122419 A JP 2002122419A
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JP
Japan
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light
flatness
distance
rotating mirror
measurement
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Application number
JP2000313189A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Nozawa
沢 雅 人 野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a cost by applying a constitution in which only one range finder is used. SOLUTION: A laser beam emitted from a laser diode 4 is reflected by a rotating mirror 5. The reflected laser beam gives the state where the surface of a measuring object 1 is scanned from the upstream side to the downstream side, and the laser beam reflected by the surface of the measuring object 1 is received by a light-receiving lens 7. Only the laser beams reflected on the spots P1, P2 can pass a slit plate 8 and reach a photomultiplier 9. When inputting respectively distance detection pulses on each spot from the photomultiplier 9, a flatness operation circuit 3 determines the distance from the range finder 2 to the surface of the measuring object 1 based on the time from the point of time when a signal of a start pulse detector 6 is inputted, and furthermore operates the flatness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延材のような長
尺状の被測定物の表面の平坦度を測定する平坦度測定装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flatness measuring device for measuring the flatness of the surface of a long object such as a rolled material.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、従来の平坦度測定装置の構成を
示す斜視図である。圧延材のような長尺状の被測定物1
は、矢印で示すような移動方向へ製造ライン上を所定速
度で移動するようになっている。このような長尺状の被
測定物1は、側面から見た形状がほぼ正弦波状に波打っ
た状態となりながら移動する。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a perspective view showing the structure of a conventional flatness measuring device. Elongated DUT 1 such as rolled material
Moves at a predetermined speed on the production line in a moving direction indicated by an arrow. Such a long object to be measured 1 moves while the shape viewed from the side surface is in an approximately sinusoidal wavy state.

【0003】被測定物1の上方には、被測定物1の表面
との間の距離Hを検出する2つの距離計101,102
が距離R1を隔てて配設されており、これら2つの距離
計101,102の検出信号は平坦度演算回路103に
出力されるようになっている。平坦度演算回路103
は、これらの検出信号の入力に基づき被測定物1表面の
平坦度を演算するようになっている。そして、これら2
つの距離計101,102と、平坦度演算回路103と
により平坦度測定装置が構成されている。ここで、被測
定物1表面の軸線1a上の複数の地点における距離Hは
これらの距離計101,102によって計測されるの
で、上記のR1を距離計測区間と呼ぶことにする。した
がって、矢印方向に移動するこの被測定物1の表面には
移動方向に沿って複数の距離計測区間が設定されること
になる。
[0003] Above the DUT 1, two distance meters 101 and 102 for detecting a distance H between the DUT 1 and the surface of the DUT 1 are provided.
Are arranged at a distance R1 from each other, and the detection signals of these two distance meters 101 and 102 are output to a flatness calculation circuit 103. Flatness calculation circuit 103
Calculates the flatness of the surface of the DUT 1 based on the input of these detection signals. And these 2
A flatness measuring device is constituted by the two distance meters 101 and 102 and the flatness calculating circuit 103. Here, since the distances H at a plurality of points on the axis 1a of the surface of the DUT 1 are measured by the distance meters 101 and 102, the above R1 is referred to as a distance measurement section. Accordingly, a plurality of distance measurement sections are set along the moving direction on the surface of the DUT 1 moving in the direction of the arrow.

【0004】図7は、距離計101の構成、及び距離H
を計測する原理についての説明図である。なお、距離計
102は、距離計101と全く同一の構成であるため図
示を省略してある。この図に示すように、距離計101
は、投光手段としてのレーザダイオード104、投光レ
ンズ105、受光レンズ106、及びCCDにより形成
されるラインセンサ107を有している。
FIG. 7 shows a configuration of a distance meter 101 and a distance H.
It is explanatory drawing about the principle which measures. Note that the distance meter 102 is not shown because it has the same configuration as the distance meter 101. As shown in FIG.
Has a laser diode 104 as a light projecting means, a light projecting lens 105, a light receiving lens 106, and a line sensor 107 formed by a CCD.

【0005】レーザダイオード104から発射されるレ
ーザ光は、投光レンズ105を通過した後、被測定物1
表面の地点P1において反射角θ0で反射し、ラインセン
サ107はその反射光を受光レンズ106を介して受光
するようになっている。このときのラインセンサ107
の受光位置と距離Hとの間にはある一定の対応関係があ
るので、距離計101はこのラインセンサ107上の受
光位置(受光画素)に基づき距離Hを検出することがで
きる。
[0005] The laser light emitted from the laser diode 104 passes through the light projecting lens 105 and is
The light is reflected at a point P1 on the surface at a reflection angle θ0, and the line sensor 107 receives the reflected light via a light receiving lens 106. The line sensor 107 at this time
Since there is a certain correspondence between the light receiving position and the distance H, the distance meter 101 can detect the distance H based on the light receiving position (light receiving pixel) on the line sensor 107.

【0006】図8は、ラインセンサ107の受光ピクセ
ル(画素)位置と検出距離との間の対応関係の一例を示
す図表である。例えば、ラインセンサ107が反射角θ
0の反射光を受光し、その受光ピクセルが100番目の
ものであったとすると、距離計101は図8の図表から
検出距離がHであることを直ちに検出することができ
る。また、反射地点P1の位置が上方向又は下方向にず
れて反射角がそれぞれθ1又はθ2になった場合は、受光
ピクセル位置がそれぞれ90番目又は110番目のもの
となり、図8の図表から検出距離がそれぞれH−ΔH又
はH+ΔHとなることを直ちに検出することができる。
FIG. 8 is a table showing an example of the correspondence between the position of the light receiving pixel (pixel) of the line sensor 107 and the detection distance. For example, if the line sensor 107 has a reflection angle θ
Assuming that the reflected light of 0 is received and the light-receiving pixel is the 100th light-receiving pixel, the range finder 101 can immediately detect that the detection distance is H from the chart of FIG. Further, when the position of the reflection point P1 is shifted upward or downward and the reflection angle becomes θ1 or θ2, respectively, the light receiving pixel position becomes the 90th or 110th position, respectively, and the detection distance from the chart of FIG. Becomes H−ΔH or H + ΔH, respectively.

【0007】次に、平坦度演算回路103による平坦度
の演算内容につき説明する。図9は、被測定物1表面の
平坦度の定義についての説明図である。正弦波状に波打
ちながら移動方向に移動する被測定物1の1周期分の波
長をLとし、この波長Lにおける波の弧長をS、波の高
さをhとした場合に、平坦度λは下式(1)により定義
される。
Next, the content of the flatness calculation performed by the flatness calculation circuit 103 will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram of the definition of the flatness of the surface of the DUT 1. When the wavelength of one cycle of the DUT 1 moving in the moving direction while waving in a sine wave shape is L, the arc length of the wave at this wavelength L is S, and the height of the wave is h, the flatness λ is It is defined by the following equation (1).

【0008】 λ=(h/L)×100〔%〕 … (1) しかし、(1)式を適用できるのは、被測定物1を定盤
等の上に載せ、静止状態で各寸法を計測器により測定で
きるような場合であり、製造ライン上を所定速度で移動
している圧延材のような長尺状の被測定物1に対して
は、(1)式を適用することはできない。そのため、図
6に示したような非接触方式の平坦度測定装置により平
坦度を測定するようにしている。すなわち、図10に示
すように、微小長さの弧長ΔS1,ΔS2,ΔS3,…を
(2)式のようにx座標上及びy座標上の値を用いて求
めた後(xは被測定物1の移動速度が一定であることか
ら既知であり、yは距離計101,102の検出値から
求めることができる。)、(3)式に示すように、これ
らΔS1,ΔS2,ΔS3,…の和として弧長Sを求め
る。そして、(4)式に示すように、この弧長Sを用い
て伸び率εを求め、更に、(5)式に示すように、この
伸び率εを用いた近似式により平坦度λを求めることが
できる。
Λ = (h / L) × 100 [%] (1) However, the reason that equation (1) can be applied is that the object to be measured 1 is placed on a surface plate or the like and each dimension is measured in a stationary state. This is a case where measurement can be performed by a measuring instrument, and the formula (1) cannot be applied to a long object 1 such as a rolled material moving on a production line at a predetermined speed. . Therefore, the flatness is measured by a non-contact type flatness measuring device as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 10, the arc lengths .DELTA.S1, .DELTA.S2, .DELTA.S3,... It is known from the fact that the moving speed of the object 1 is constant, and y can be obtained from the detection values of the rangefinders 101 and 102.) As shown in the equation (3), these ΔS1, ΔS2, ΔS3,. The arc length S is obtained as the sum of Then, as shown in the equation (4), the elongation ε is obtained by using the arc length S, and as shown in the equation (5), the flatness λ is obtained by the approximate expression using the elongation ε. be able to.

【0009】ところで、図6に示した構成では、2つの
距離計101,102を用いているが、このように距離
計を2つ用いた理由につき説明する。図10において、
一点鎖線で示した被測定物1の状態は時刻t0における
ものであり、実線で示した被測定物1の状態は時刻t1
におけるものである。ここで、一点鎖線上の地点P1が
実線上の地点P1に移動する場合を考えてみると、もし
この移動が上下方向へのズレが全く生じることのない完
全な平行移動であるならば、微小弧長ΔS1は、距離計
102のみにより検出した地点P1の検出距離H1と、地
点P0の検出距離H0との間の差分(H1−H0)によって
y1を求めることができる。したがって距離計は1つの
みで足りることになる。
By the way, in the configuration shown in FIG. 6, two rangefinders 101 and 102 are used. The reason for using two rangefinders will be described. In FIG.
The state of the DUT 1 shown by the dashed line is at time t0, and the state of the DUT 1 shown by the solid line is time t1.
It is in. Here, consider the case where the point P1 on the dashed line moves to the point P1 on the solid line. If this movement is a complete parallel movement without any vertical displacement, The arc length ΔS1 can be obtained from the difference (H1−H0) between the detection distance H1 of the point P1 detected by only the distance meter 102 and the detection distance H0 of the point P0. Therefore, only one rangefinder is required.

【0010】しかし、実際には、被測定物1の各部位は
上下方向に大きくズレを生じ、波打ちながら製造ライン
上を移動するために、時刻t0ではH1であった検出距離
は、距離計102の検出時点である時刻t1ではH1+α
1(α1はズレ量)となり、更に、その後の時点での距離
計102による地点P0の検出距離はH0+α0(α0はズ
レ量)となる。それ故、両検出距離の差分は(H1−H
0)+(α1−α0)となり、キャンセルされないズレ量
(α1−α0)を含んだものとなる。つまり、距離計10
2だけを用いて求めたy1は不正確なものとなる。
However, in practice, each part of the DUT 1 is greatly displaced in the vertical direction, and moves on the manufacturing line while waving. H1 + α at time t1 when
1 (α1 is the amount of displacement), and the detection distance of the point P0 by the distance meter 102 at a later point in time is H0 + α0 (α0 is the amount of displacement). Therefore, the difference between the two detection distances is (H1 -H
0) + (α1−α0), which includes a shift amount (α1−α0) that is not canceled. That is, the distance meter 10
Y1 obtained using only 2 is inaccurate.

【0011】しかし、距離計102の他に距離計101
をも使用し、地点P0の距離H0と、地点P1の距離H1と
を同時に計測した場合には、上下方向のズレが生じたと
してもそれらのズレ量α0,α1は等しいものとなるた
め、両検出距離の差分を取れば、それらのズレ量はキャ
ンセルされることになる。図6の構成において、2つの
距離計101,102を用いているのはこのような理由
によるものである。
However, in addition to the distance meter 102, the distance meter 101
When the distance H0 of the point P0 and the distance H1 of the point P1 are measured at the same time, even if a vertical shift occurs, the shift amounts α0 and α1 are equal. If the difference between the detection distances is obtained, those deviation amounts are cancelled. In the configuration of FIG. 6, two distance meters 101 and 102 are used for this reason.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、距離計
101,102は非常に高価なものであり、このように
全く同一の構成のものを2つ使用することは、その分だ
け平坦度測定装置のコストダウンを阻害する大きな要因
となっている。
However, the rangefinders 101 and 102 are very expensive, and the use of two identically configured ones as described above requires a correspondingly large amount of flatness measuring device. This is a major factor that hinders cost reduction.

【0013】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、1つの距離計のみを用いた構成とし、大幅
なコストダウンを図ることが可能な平坦度測定装置を提
供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a flatness measuring device having a configuration using only one rangefinder and capable of greatly reducing costs. And

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項1記載の発明は、製造ライン上を
所定速度で移動し、移動方向に沿って複数の距離計測区
間が設定されている長尺状被測定物の表面に対して各計
測区間毎の投光を行い、この被測定物表面で反射した反
射光の受光に基づいて各計測区間における被測定物表面
までの距離を検出する距離計と、前記被測定物の所定波
長における弧長を前記距離計からの各検出値に基づき求
め、この求めた弧長に基づき前記被測定物表面の平坦度
を演算する平坦度演算回路と、を備えた平坦度測定装置
において、前記距離計は、前記各計測区間毎の投光を行
う投光手段と、所定速度で回転しながら前記投光手段か
らの光を反射し、この反射した光を前記被測定物表面の
各計測区間における異なる複数地点に対して、上流地点
側から下流地点側へ向かう順序で順次送り出す回転ミラ
ー手段と、前記被測定物表面の複数地点で反射した前記
回転ミラー手段からの各光を受光する受光レンズ手段
と、前記受光レンズ手段からの各光の通過を許容するス
リットが所定数形成されており、これらのスリットを通
過した各光を前記平坦度演算回路側に向けて送出するス
リット板手段と、を備えており、前記平坦度演算回路
は、前記各計測区間の計測開始時点から、前記スリット
板手段からの各光を入力した時点までの時間に基づき、
前記被測定物表面までの距離を演算するものである、こ
とを特徴とする。
As means for solving the above-mentioned problems, according to the present invention, a plurality of distance measurement sections are set along a moving direction on a manufacturing line at a predetermined speed. Light is projected for each measurement section on the surface of the long object to be measured, and the distance to the surface of the measurement object in each measurement section is determined based on the reception of the reflected light reflected on the surface of the measurement object. A distance meter to be detected, and a flatness calculation for obtaining an arc length at a predetermined wavelength of the object to be measured based on each detection value from the distance meter, and calculating a flatness of the surface of the object to be measured based on the obtained arc length. Circuit, the distance meter, the light emitting means for emitting light for each of the measurement sections, and reflects the light from the light emitting means while rotating at a predetermined speed, The reflected light is applied to each measurement section on the surface of the object to be measured. Rotating mirror means for sequentially feeding a plurality of different points in the order from the upstream point side to the downstream point side, and light receiving lens means for receiving each light from the rotating mirror means reflected at a plurality of points on the surface of the object to be measured. A predetermined number of slits permitting passage of each light from the light receiving lens means, and slit plate means for sending each light passing through these slits toward the flatness calculation circuit side. The flatness calculation circuit is provided, based on a time from a measurement start time of each measurement section to a time when each light is input from the slit plate means,
The distance to the surface of the object to be measured is calculated.

【0015】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記被測定物表面の各計測区間における異
なる複数地点のうちの最上流地点が前記回転ミラー手段
からの光を入射する時点よりも早い時点にこの回転ミラ
ー手段からの光を入射するように設置されたスタートパ
ルス検出器を備えており、前記平坦度演算回路は、この
スタートパルス検出器が前記回転ミラー手段からの光を
入射した時点を前記各計測区間の計測開始時点として前
記演算を行うものである、ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a time point at which the most upstream point among a plurality of different points in each measurement section of the surface of the measured object enters the light from the rotating mirror means. A start pulse detector installed so that light from the rotating mirror means is incident at an earlier point in time, and the flatness calculation circuit includes a start pulse detector for detecting the light from the rotating mirror means. The calculation is performed by using the time of incidence as the measurement start time of each of the measurement sections.

【0016】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明において、前記スリット板手段のスリットの所
定数が2又は3である、ことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the predetermined number of slits of the slit plate means is two or three.

【0017】請求項4記載の発明は、請求項1乃至3の
いずれかに記載の発明において、前記平坦度演算手段
は、前記距離計から入力する前記各計測区間における検
出値のパルス数に欠損したものがある場合には、その区
間については距離計からの検出値を用いた演算を行わな
いようにするものである、ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the flatness calculating means is deficient in the number of pulses of the detection value in each of the measurement sections input from the distance meter. In the case where there is a calculated value, the calculation using the detection value from the range finder is not performed for that section.

【0018】請求項5記載の発明は、請求項1乃至4の
いずれかに記載の発明において、前記回転ミラー手段と
前記被測定物表面との間にfθレンズ又は放物柱面鏡を
配設し、前記回転ミラー手段が前記複数地点に対して送
り出す各光が互いに平行になるようにした、ことを特徴
とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an fθ lens or a parabolic cylindrical mirror is disposed between the rotating mirror means and the surface of the object to be measured. Each of the light beams transmitted to the plurality of points by the rotating mirror means is parallel to each other.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施形態
の構成図である。この実施形態に係る平坦度測定装置
は、距離計2と平坦度演算回路3とを備えており、距離
計2は、投光手段としてのレーザダイオード4、回転ミ
ラー5、スタートパルス検出器6、受光レンズ7、スリ
ット板8、及び光電子増倍管9を有している。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention. The flatness measuring device according to this embodiment includes a range finder 2 and a flatness calculation circuit 3, and the range finder 2 includes a laser diode 4, a rotating mirror 5, a start pulse detector 6, It has a light receiving lens 7, a slit plate 8, and a photomultiplier tube 9.

【0020】レーザダイオード4は、図6に示した距離
計測区間R1に対応する時間間隔毎にレーザ光を発射す
るものである。回転ミラー5は、多角形の反射面を有し
ており、図示を省略している駆動機構により反時計方向
に所定速度で回転するようになっている。そして、レー
ザダイオード4から発射されたレーザ光をその反射面で
受け、反射光をスタートパルス検出器6に送り出した
後、P1,P2を含む被測定物1表面の異なる複数地点に
対して送り出すようになっている。この場合、回転ミラ
ー5の回転方向は反時計方向となっているので、レーザ
光が被測定物1表面に到達する順序は上流地点側から下
流地点側へ向かう順序となっている。
The laser diode 4 emits laser light at each time interval corresponding to the distance measurement section R1 shown in FIG. The rotating mirror 5 has a polygonal reflecting surface, and is configured to rotate counterclockwise at a predetermined speed by a driving mechanism (not shown). Then, the laser light emitted from the laser diode 4 is received by its reflection surface, and the reflected light is sent to the start pulse detector 6, and then sent to a plurality of different points on the surface of the DUT 1 including P1 and P2. It has become. In this case, since the rotating direction of the rotating mirror 5 is counterclockwise, the order in which the laser light reaches the surface of the DUT 1 is from the upstream point to the downstream point.

【0021】被測定物1表面で反射した回転ミラー5か
らのレーザ光は、受光レンズ7により受光され、スリッ
ト板8のスリット孔を通過して光電子増倍管9に到達す
るようになっている。光電子増倍管9は、このレーザ光
を光電変換し、距離検出用パルスを平坦度演算回路3に
出力するようになっている。
The laser light from the rotating mirror 5 reflected by the surface of the DUT 1 is received by the light receiving lens 7, passes through the slit hole of the slit plate 8, and reaches the photomultiplier tube 9. . The photomultiplier tube 9 photoelectrically converts the laser light and outputs a distance detection pulse to the flatness calculating circuit 3.

【0022】また、スタートパルス検出器6は、回転ミ
ラー5で反射したレーザダイオード4からのレーザ光を
入射すると、スタートパルス検出信号を平坦度演算回路
3に出力するようになっている。このスタートパルス検
出信号は、被測定物1表面の各計測区間における計測開
始時点を知らせるための信号である。平坦度演算回路3
は、光電子増倍管9から距離検出用パルスを入力する
と、スタートパルス検出信号の入力時点から距離検出用
パルスの入力時点までの時間に基づき、被測定物1表面
までの距離Hを求め、この距離Hを用いて前述した平坦
度を演算するようになっている。
The start pulse detector 6 outputs a start pulse detection signal to the flatness calculation circuit 3 when the laser light from the laser diode 4 reflected by the rotating mirror 5 is incident. The start pulse detection signal is a signal for notifying a measurement start point in each measurement section on the surface of the DUT 1. Flatness calculation circuit 3
When a distance detection pulse is input from the photomultiplier tube 9, the distance H to the surface of the DUT 1 is calculated based on the time from the input of the start pulse detection signal to the input of the distance detection pulse. The flatness described above is calculated using the distance H.

【0023】図2は、図1におけるスリット板8の構造
を示す断面図であり、(a)は2つの孔8a,8bを有
する2孔タイプのスリット板8を示し、(b)は3つの
孔8a,8b,8cを有する3孔タイプのスリット板8
Aを示している。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing the structure of the slit plate 8 in FIG. 1. FIG. 2A shows a two-hole type slit plate 8 having two holes 8a and 8b, and FIG. 3 hole type slit plate 8 having holes 8a, 8b, 8c
A is shown.

【0024】図3は、図2のスリット板を使用すること
により得られる測定データの座標値を示す説明図であ
る。図3(a)は図2(a)の2孔タイプのスリット板
8により得られる2つの地点H1(x1,y1)、H2(x
2,y2)を示している。平坦度演算回路3は、この2つ
の地点を結ぶ直線距離を微小弧長ΔSとして全体の弧長
Sを求め、更に、この弧長Sを用いて平坦度λを演算す
るようになっている。また、図3(b)は図2(b)の
3孔タイプのスリット板8Aにより得られる3つの地点
H1(x1,y1)、H2(x2,y2)、H3(x3,y3)
を示している。平坦度演算回路3は、これら3つの地点
を結ぶ2次曲線上の距離を微小弧長ΔSとして全体の弧
長Sを求めることができる。したがって、図2(b)の
3孔タイプのスリット板8Aを用いた方が精度の高い平
坦度を得ることができる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing coordinate values of measurement data obtained by using the slit plate of FIG. FIG. 3A shows two points H1 (x1, y1) and H2 (x) obtained by the two-hole type slit plate 8 of FIG.
2, y2). The flatness calculating circuit 3 calculates the entire arc length S using a straight line distance connecting the two points as a minute arc length ΔS, and further calculates the flatness λ using the arc length S. FIG. 3B shows three points H1 (x1, y1), H2 (x2, y2), and H3 (x3, y3) obtained by the slit plate 8A of the three-hole type shown in FIG. 2B.
Is shown. The flatness calculation circuit 3 can determine the entire arc length S by setting the distance on the quadratic curve connecting these three points to the minute arc length ΔS. Therefore, the use of the three-hole type slit plate 8A shown in FIG. 2B can provide a more accurate flatness.

【0025】次に、上記のように構成される第1の実施
形態の動作につき、図4のタイムチャートを参照しつつ
説明する。被測定物1が製造ラインを移動している間に
レーザダイオード4がレーザ光を出力すると、このレー
ザ光は回転中の回転ミラー5により反射され、スタート
パルス検出器6に入射される。これにより、スタートパ
ルス検出器6はスタートパルス検出信号を出力し、図4
(a)に示すように、平坦度演算回路3は時刻t0にお
いてこのスタートパルス検出信号を入力する。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart of FIG. When the laser diode 4 outputs laser light while the device under test 1 is moving on the manufacturing line, the laser light is reflected by the rotating mirror 5 that is rotating, and is incident on the start pulse detector 6. As a result, the start pulse detector 6 outputs a start pulse detection signal, and FIG.
As shown in (a), the flatness calculation circuit 3 inputs this start pulse detection signal at time t0.

【0026】回転ミラー5が更に回転を続けると、回転
ミラー5で反射したレーザ光が被測定物1表面を上流側
から下流側へ向かってスキャンされた状態となる。更
に、被測定物1表面で反射したレーザ光はスリット板8
により受光され、スリット板8を通過して光電子増倍管
9に到達する。ここで、図1において、用いられている
スリット板8は、図2(a)に示した2孔タイプのもの
であり、地点P1,P2で反射したレーザ光のみが光電子
増倍管9に到達するようになっている。したがって、平
坦度演算回路3は、図4(b)に示すように、時刻t1
において地点P1のパルスを入力し、時刻t2において地
点P2のパルスを入力する。平坦度演算回路3は、時刻
t0〜時刻t1の時間によって地点P1における座標値H1
(x1,y1)を演算すると共に、時刻t0〜時刻t2の時
間によって地点P2における座標値H2(x2,y2)を演
算することができる。
When the rotating mirror 5 continues to rotate, the laser beam reflected by the rotating mirror 5 scans the surface of the DUT 1 from the upstream side to the downstream side. Further, the laser beam reflected by the surface of the DUT 1
And passes through the slit plate 8 to reach the photomultiplier tube 9. Here, in FIG. 1, the slit plate 8 used is of the two-hole type shown in FIG. 2A, and only the laser light reflected at the points P1 and P2 reaches the photomultiplier tube 9. It is supposed to. Therefore, as shown in FIG. 4 (b), the flatness calculating circuit 3
, A pulse at point P1 is input, and at time t2, a pulse at point P2 is input. The flatness calculation circuit 3 calculates the coordinate value H1 at the point P1 according to the time from time t0 to time t1.
(X1, y1) can be calculated, and the coordinate value H2 (x2, y2) at the point P2 can be calculated based on the time from time t0 to time t2.

【0027】また、2孔タイプのスリット板8の代わり
に3孔タイプのスリット板8Aを用いた場合、地点P
1,P2,P3(図1では地点P3を図示せず)で反射した
レーザ光のみが光電子増倍管9に到達するようになって
いる。したがって、平坦度演算回路3は、図4(c)に
示すように、時刻t1において地点P1のパルスを入力
し、時刻t2において地点P2のパルスを入力し、時刻t
3において地点P3のパルスを入力する。平坦度演算回路
3は、時刻t0〜時刻t1の時間によって地点P1におけ
る座標値H1(x1,y1)を演算し、時刻t0〜時刻t2
の時間によって地点P2における座標値H2(x2,y2)
を演算し、時刻t0〜時刻t3の時間によって地点P3に
おける座標値H3(x3,y3)を演算することができ
る。
When a three-hole type slit plate 8A is used instead of the two-hole type slit plate 8, the point P
Only the laser light reflected at 1, P2, and P3 (point P3 is not shown in FIG. 1) reaches the photomultiplier tube 9. Accordingly, as shown in FIG. 4C, the flatness calculating circuit 3 inputs the pulse at the point P1 at time t1, inputs the pulse at the point P2 at time t2, and outputs the pulse at time t2.
At 3, a pulse at point P3 is input. The flatness calculating circuit 3 calculates the coordinate value H1 (x1, y1) at the point P1 based on the time from time t0 to time t1, and calculates the coordinate value H1 (x1, y1) at time t0 to time t2.
Value H2 (x2, y2) at point P2 depending on the time
And the coordinate value H3 (x3, y3) at the point P3 can be calculated based on the time from time t0 to time t3.

【0028】ところで、被測定物1が製造ライン上を移
動している間に被測定物1表面に降りかかる粉塵や測定
空間中に存在する蒸気等のために、平坦度演算回路3が
入力すべきパルスが欠損する場合がある。図4(b)の
場合、2つのパルスのうちの1つが欠損すれば、そもそ
も2点間の微小弧長を演算できなくなるため誤測定が生
じることはないが、図4(c)の場合は、3つのうちの
パルスのうちの1つのパルスが欠損しても残りの2つの
パルスにより地点P1〜P3間の距離を演算することにな
る。この場合、欠損した1つのパルスが地点P2のパル
スであれば誤差は小さなものであるが、地点P1又はP3
のいずれかのパルスであると誤差が大きなものとなる。
そこで、本実施形態においては、3孔タイプのスリット
板8Aを使用した場合には、いずれか1つのパルスが欠
損すれば、その計測区間において光電子増倍管9からの
入力パルスを用いた距離演算を行わないようにする。そ
して、この計測区間については補完法等により適切な距
離の値を用いて全体の弧長Sを演算するようにする。
By the way, the flatness calculating circuit 3 should be input due to dust falling on the surface of the DUT 1 while the DUT 1 is moving on the production line, or vapor existing in the measurement space. Pulses may be lost. In the case of FIG. 4 (b), if one of the two pulses is lost, the minute arc length between the two points cannot be calculated in the first place, so that there is no erroneous measurement. However, in the case of FIG. 4 (c), Even if one of the three pulses is lost, the distance between points P1 to P3 is calculated using the remaining two pulses. In this case, if one missing pulse is the pulse at the point P2, the error is small, but the point P1 or P3
If any one of the pulses is used, the error becomes large.
Therefore, in the present embodiment, when a three-hole type slit plate 8A is used, if any one pulse is lost, the distance calculation using the input pulse from the photomultiplier tube 9 is performed in the measurement section. Do not do. Then, for this measurement section, the entire arc length S is calculated using an appropriate distance value by a complement method or the like.

【0029】上記のように、図1の平坦度測定装置によ
れば、1つの距離計のみを用いた構成により、実質的に
2つ又は3つの距離計を用いた従来装置と同様の機能を
得ることができる。したがって、従来装置と同様の品質
及び精度を維持しつつ、コストを大幅に低減することが
できるようになる。なお、上記実施形態においては、2
孔タイプ又は3孔タイプのスリット板を用いて、1つの
計測区間で取得するパルス数を2つ又は3つとしている
が、平坦度をより高精度に演算するために4孔タイプ以
上のスリット板を使用することも理論上は可能である
(例えば、4つの地点の測定データが得られれば3次近
似により一層高精度化が可能になる。)。しかし、測定
データが4点以上になると平坦度演算回路3の演算量が
膨大なものとなり、処理時間が長いものとなってしまう
ため、実用上は3孔タイプまでのスリット板を用いる構
成とすることが妥当な構成ということができる。
As described above, according to the flatness measuring apparatus of FIG. 1, the configuration using only one rangefinder has substantially the same function as the conventional device using two or three rangefinders. Obtainable. Therefore, the cost can be significantly reduced while maintaining the same quality and accuracy as the conventional device. In the above embodiment, 2
The number of pulses acquired in one measurement section is set to two or three using a hole type or three hole type slit plate. However, in order to calculate flatness with higher accuracy, a slit plate of four or more hole type is used. Can be used theoretically (for example, if measurement data at four points is obtained, higher accuracy can be achieved by third-order approximation). However, if the number of measurement data is four or more, the amount of calculation of the flatness calculation circuit 3 becomes enormous, and the processing time becomes long. Therefore, in practice, a configuration using a slit plate up to a three-hole type is adopted. It can be said that this is an appropriate configuration.

【0030】図5は本発明の第2の実施形態の構成図で
ある。この第2の実施形態における距離計2Aは、第1
の実施形態における距離計2と異なり、回転ミラー5の
下方にfθレンズ10が配設されている。したがって、
回転ミラー5によって反射される種々の角度のレーザ光
は、fθレンズ10を通過した後は互いに平行なレーザ
光となって被測定物1表面に到達する。
FIG. 5 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention. The distance meter 2A according to the second embodiment includes a first
Unlike the rangefinder 2 in the embodiment, the fθ lens 10 is disposed below the rotating mirror 5. Therefore,
The laser beams of various angles reflected by the rotating mirror 5 pass through the fθ lens 10 and become parallel laser beams to reach the surface of the DUT 1.

【0031】図1の構成の場合には、被測定物1表面に
対する回転ミラー5からのレーザ光の投光角はそれぞれ
異なったものとなるため、被測定物1表面での反射光量
もそれぞれ異なったものとなり、光電子増倍管9側のダ
イナミックレンジがある程度大きなものであることが要
求される。しかし、図5の構成の場合は、どのレーザ光
の投光角も同一のものとなるため、反射光量の差異は非
常に小さなものとなり、図1の構成における場合のよう
にダイナミックレンジが大きなものである必要はなくな
る。なお、図5の構成では、回転ミラー5からの投光角
を同一にする手段としてfθレンズ10を用いている
が、fθレンズ10の代わりに放物柱面鏡を用いても同
様の効果を得ることができる。
In the configuration shown in FIG. 1, since the projection angles of the laser light from the rotating mirror 5 to the surface of the object 1 are different from each other, the amount of reflected light on the surface of the object 1 is also different. It is required that the dynamic range of the photomultiplier tube 9 be large to some extent. However, in the case of the configuration in FIG. 5, since the projection angles of all laser beams are the same, the difference in the amount of reflected light is very small, and the dynamic range is large as in the configuration in FIG. Need not be. In the configuration shown in FIG. 5, the fθ lens 10 is used as a means for equalizing the projection angle from the rotating mirror 5, but the same effect can be obtained by using a parabolic mirror instead of the fθ lens 10. Obtainable.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、1つの
距離計のみを用いた構成とすることができ、大幅なコス
トダウンを図ることが可能な平坦度測定装置を実現する
ことができる。
As described above, according to the present invention, a configuration using only one rangefinder can be realized, and a flatness measuring apparatus capable of greatly reducing costs can be realized. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1におけるスリット板8の構造を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a slit plate 8 in FIG.

【図3】図2のスリット板を使用することにより得られ
る測定データの座標値を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing coordinate values of measurement data obtained by using the slit plate of FIG. 2;

【図4】上記の第1の実施形態の動作を説明するための
タイムチャート。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the first embodiment.

【図5】本発明の第2の実施形態の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図6】従来の平坦度測定装置の構成を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a conventional flatness measuring device.

【図7】図6における距離計101の構成、及び距離H
を計測する原理についての説明図。
FIG. 7 shows a configuration of a distance meter 101 and a distance H in FIG.
Explanatory drawing about the principle of measuring.

【図8】図7におけるラインセンサ107の受光ピクセ
ル位置と検出距離との間の対応関係の一例を示す図表。
8 is a table showing an example of a correspondence relationship between a light receiving pixel position of a line sensor 107 and a detection distance in FIG.

【図9】図6又は図7における被測定物1表面の平坦度
の定義についての説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the definition of the flatness of the surface of the DUT 1 in FIG. 6 or FIG.

【図10】図9における弧長Sを求める演算についての
説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a calculation for obtaining an arc length S in FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被測定物 1a 軸線 2 距離計 3 平坦度演算回路 4 レーザダイオード 5 回転ミラー 6 スタートパルス検出器 7 受光レンズ 8,8A スリット板 8a〜8c 孔 9 光電子増倍管 10 fθレンズ 101,102 距離計 103 平坦度演算回路 104 レーザダイオード 105 投光レンズ 106 受光レンズ 107 ラインセンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DUT 1a Axis 2 Distance meter 3 Flatness calculation circuit 4 Laser diode 5 Rotating mirror 6 Start pulse detector 7 Light receiving lens 8, 8A Slit plate 8a-8c hole 9 Photomultiplier tube 10 fθ lens 101, 102 Distance meter 103 Flatness calculation circuit 104 Laser diode 105 Light emitting lens 106 Light receiving lens 107 Line sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA06 AA28 AA47 BB13 BB15 DD00 DD06 DD13 FF12 FF32 GG06 GG08 JJ01 JJ05 JJ17 LL10 LL15 LL28 LL62 MM16 QQ25 QQ26 QQ27 QQ32 5J084 AA05 AB16 AD01 BA04 BA35 BB02 BB26 BB37 CA03 DA01 EA04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA06 AA28 AA47 BB13 BB15 DD00 DD06 DD13 FF12 FF32 GG06 GG08 JJ01 JJ05 JJ17 LL10 LL15 LL28 LL62 MM16 QQ25 QQ26 QQ27 QQ32 5J084 AA05 BB01AD01

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】製造ライン上を所定速度で移動し、移動方
向に沿って複数の距離計測区間が設定されている長尺状
被測定物の表面に対して各計測区間毎の投光を行い、こ
の被測定物表面で反射した反射光の受光に基づいて各計
測区間における被測定物表面までの距離を検出する距離
計と、 前記被測定物の所定波長における弧長を前記距離計から
の各検出値に基づき求め、この求めた弧長に基づき前記
被測定物表面の平坦度を演算する平坦度演算回路と、 を備えた平坦度測定装置において、 前記距離計は、 前記各計測区間毎の投光を行う投光手段と、 所定速度で回転しながら前記投光手段からの光を反射
し、この反射した光を前記被測定物表面の各計測区間に
おける異なる複数地点に対して、上流地点側から下流地
点側へ向かう順序で順次送り出す回転ミラー手段と、 前記被測定物表面の複数地点で反射した前記回転ミラー
手段からの各光を受光する受光レンズ手段と、 前記受光レンズ手段からの各光の通過を許容するスリッ
トが所定数形成されており、このスリットを通過した各
光を前記平坦度演算回路側に向けて送出するスリット板
手段と、 を備えており、 前記平坦度演算回路は、 前記各計測区間の計測開始時点から、前記スリット板手
段からの各光を入力した時点までの時間に基づき、前記
被測定物表面までの距離を演算するものである、 ことを特徴とする平坦度測定装置。
An apparatus moves on a manufacturing line at a predetermined speed and emits light for each measurement section to a surface of a long object to be measured in which a plurality of distance measurement sections are set along the movement direction. A distance meter that detects the distance to the surface of the object in each measurement section based on the reception of the light reflected on the surface of the object; and an arc length of the object at a predetermined wavelength from the distance meter. A flatness calculating circuit that calculates the flatness of the surface of the measured object based on the obtained arc length, and a flatness calculating circuit that includes: A light projecting means for projecting light from the light projecting means while rotating at a predetermined speed, and reflecting the reflected light upstream to a plurality of different points in each measurement section of the surface of the object to be measured. Send in order from point to downstream point Rotating mirror means for emitting light, light receiving lens means for receiving each light from the rotating mirror means reflected at a plurality of points on the surface of the object to be measured, and a predetermined number of slits permitting passage of each light from the light receiving lens means And a slit plate means for sending each light passing through the slit toward the flatness calculation circuit side, wherein the flatness calculation circuit is configured to start the measurement in each of the measurement sections. A flatness measuring device for calculating a distance to the surface of the workpiece based on a time until each light is input from the slit plate means.
【請求項2】前記被測定物表面の各計測区間における異
なる複数地点のうちの最上流地点が前記回転ミラー手段
からの光を入射する時点よりも早い時点にこの回転ミラ
ー手段からの光を入射するように設置されたスタートパ
ルス検出器を備えており、 前記平坦度演算回路は、このスタートパルス検出器が前
記回転ミラー手段からの光を入射した時点を前記各計測
区間の計測開始時点として前記演算を行うものである、 ことを特徴とする請求項1記載の平坦度測定装置。
2. The light from said rotating mirror means enters at a point earlier than the time at which the most upstream point among a plurality of different points in each measurement section on the surface of the object enters the light from said rotating mirror means. The flatness calculation circuit, the time when the start pulse detector receives light from the rotating mirror means as the measurement start time of each measurement section, The flatness measuring device according to claim 1, wherein the flatness measuring device performs an operation.
【請求項3】前記スリット板手段のスリットの所定数が
2又は3である、 ことを特徴とする請求項1又は2記載の平坦度測定装
置。
3. The flatness measuring device according to claim 1, wherein the predetermined number of slits of the slit plate means is two or three.
【請求項4】前記平坦度演算手段は、 前記距離計から入力する前記各計測区間における検出値
のパルス数に欠損したものがある場合には、その区間に
ついては距離計からの検出値を用いた演算を行わないよ
うにするものである、 ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の平
坦度測定装置。
4. The flatness calculating means, when there is a defect in the number of pulses of a detection value in each of the measurement sections input from the range finder, uses the detection value from the range finder for that section. The flatness measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the calculated operation is not performed.
【請求項5】前記回転ミラー手段と前記被測定物表面と
の間にfθレンズ又は放物柱面鏡を配設し、前記回転ミ
ラー手段が前記複数地点に対して送り出す各光が互いに
平行になるようにした、 ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の平
坦度測定装置。
5. An fθ lens or a parabolic cylindrical mirror is disposed between the rotating mirror means and the surface of the object to be measured, and each light sent to the plurality of points by the rotating mirror means is parallel to each other. The flatness measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein:
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