JP3702103B2 - 光学式寸法測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物を含む測定領域に光を照射し、これによって生じた明暗に基づき寸法測定を行う光学式寸法測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定対象物を含む測定領域に光を照射し、生じた明暗に基づき測定対象物の寸法測定を行う寸法測定装置が知られている。この装置では、測定対象物により光が遮られて形成された影の部分（暗部）の長さに基づき、測定対象物の寸法測定を行っている。より具体的には、レーザ光で測定領域を走査し、レーザ光を受光した時間およびしなかった時間に基づき寸法測定を行う装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、照射した光が測定対象物によって遮られて形成された明暗に基づき測定を行う場合、測定対象物以外のものにより光が遮られると、これを測定対象物と誤認してしまい、誤った寸法が算出されてしまうという問題があった。測定対象物と誤認する可能性があるものとしては、レンズなどの光学要素に付着したゴミや汚れ、空気中に浮遊しているゴミ、測定対象物の表面の反射光などがある。
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、ゴミなどにかかる測定値を排除し、真の測定対象物に関する寸法を測定することができる光学式寸法測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる光学式寸法測定装置は、測定範囲において、最長の暗部を検出する検出手段と、最長暗部を形成したものが測定対象物であるとして、測定対象物に関する寸法を算出する寸法算出手段と、を有している。ゴミなどは、測定対象物に対して十分小さい値であるので、ゴミの影により形成された暗部は、測定物のそれに対して十分短い。したがって、最長の暗部が、測定対象物によって形成されたものであるという判断ができる。
【０００６】
また、走査ビームにより測定範囲を走査して寸法測定を行う装置においては、測定範囲において、存在する暗部のそれぞれの長さを算出する暗部長算出手段と、暗部のうち最大長のものを検出する最長暗部検出手段と、前記最長暗部を形成したものが測定対象物であるとして、測定対象物に関する寸法を算出する寸法算出手段と、を有している。この装置においても、前述の装置と同様、ゴミに対応する暗部の寸法は、測定物のそれに対して十分短いことを利用している。各暗部の長さの測定は、走査しながら算出することができる。そして、各暗部の長さを一旦記憶した後、最長の値を選択することができる。また、一つの暗部の長さが測定されるごとに、それまで測定された最長値と比較し、それまでの長さの方が長い場合は、その値を残し、今回の方が長ければその長さを最長値とすることができる。
【０００７】
さらに、求められた最長の暗部の長さを測定対象物の寸法とすることができ、これは、円柱、円管などの外径測定に好適である。
【０００８】
さらに、測定範囲内に所定の基準点を設け、この基準点から前記最長暗部の端点までの長さを測定することによって、この長さを測定対象物の測定範囲内の位置とすることができる。この測定を棒状測定対象物について、複数箇所で行えば、測定対象物の真直度を求めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１には、本実施形態の光学式寸法測定装置の概略構成が示されている。発光部１０は、測定対象物１２が配置された測定範囲に対し、走査ビーム１４を照射する。受光部１６は、走査ビーム１４の一部、すなわち測定対象物１２によって遮られなかったビームを受光し、これに対応した受光信号を送出する。そして、受光信号に基づき演算部１８により測定対象物の１２に関する寸法の測定が行われる。
【００１０】
前記の各構成について、さらに詳細に説明する。発光部１０は、レーザ発生装置２０を含み、このレーザ発生装置２０からは、レーザ光２２が出力される。なお、レーザ発生装置２０にはレーザ電源回路２４から電力が供給されている。レーザ光２２は、ミラー２６により偏向し、多角柱のポリゴンミラー２８に導かれる。ポリゴンミラー２８は、これと同軸に配置されたモータ３０により回転する。クロック回路３２からはクロックパルスが出力され、これに同期した駆動信号がモータ同期回路３４から出力される。モータ同期回路３４の出力に基づきモータ駆動回路３６は、モータ３０に対し電力を供給し、これを駆動する。したがって、ポリゴンミラー２８は、クロックパルスに対し所定の関係をもった速度で回転する。回転するポリゴンミラー２８によって、レーザ光２２が反射され、さらにレンズ３８を通過することによって、平行な走査ビーム１４が形成される。発光部１０には、さらに、前記レンズ３８の外側に受光素子４０が配置されている。受光素子４０は、レーザ光２２がレンズ３８を通過する範囲の１回の走査が終了した後、レーザ光２２を受光する位置に配置されており、受光するとパルス状の信号を出力する。したがって、受光素子４０の受光信号は、レーザ光２２の１回の走査が終わるごとに１回出力される。
【００１１】
受光部１６において、平行な走査ビーム１４はレンズ４２により、受光素子４４上に集光される。受光素子４４は、走査ビーム１４を受光しているときは、ハイとなり、受光していないときはローとなる信号を送出し、この信号はアンプ４６によって増幅され、演算部１８に送出される。測定対象物１２により走査ビーム１４が遮られ、受光素子４４に到達しなければ、受光素子４４はロー信号を出力する。したがって、走査ビーム１４が測定範囲内を走査しているときであっても、ロー信号となっている期間を測定すれば、測定対象物１２の走査面内での走査方向の寸法を測定することができる。この寸法測定を演算部１８が行う。
【００１２】
演算部１８において、前記アンプ４６の信号は、まずエッジ検出回路４８に入力する。エッジ検出回路４８は、ローからハイに変化する立ち上がりと、ハイからローに変化する立ち下がりの双方のエッジを検出する。エッジ検出回路４８は、前記立ち上がり、立ち下がりのいずれかのエッジが検出されたとき、エッジ検出信号をゲート回路５０に送出する。ゲート回路５０には、クロック回路３２からのクロックパルスも入力されており、エッジ検出信号の入力に従い、クロックパルスのカウンタ回路５２への送出の開始、停止の制御を行う。測定対象物１２の寸法を測定したいのであれば、立ち下がりエッジを検出したときから次の立ち上がりエッジを検出したときまで、クロックパルスを計数すればよい。また、測定対象物１２の図１において最上点が、測定範囲のどの位置にあるかを測定したい場合には、最初の立ち上がりエッジから次の立ち下がりエッジの間のクロックパルスを計数すればよい。さらに、カウンタ回路５２に複数のカウンタを設け、それぞれのカウンタで、別個のエッジ検出信号間のパルスの計数を行うようにすることもできる。どのカウンタを始動させてクロックパルスを数えるか、あるいはどのカウンタの動作を停止させるか、カウンタの値をゼロにリセットするなどの制御についてもゲート回路５０により行われる。
【００１３】
発光部１０に設けられた受光素子４０によりレーザ光２２が検出されると、受光信号がリセット回路５４に送出される。リセット回路５４は、方形パルス波のリセット信号をゲート回路５０に送出し、ゲート回路５０はこれを受けて全てのカウンタの動作を停止させる。また、リセット信号は、バスを介してＣＰＵ（中央処理装置）５６にも送出され、ＣＰＵ５６は、カウンタの計数値を読み取り測定対象物１２の寸法の算出を行う。走査ビーム１４の走査は、クロックパルスに同期して走査されているので、カウンタで計数されたクロックパルスの数は、計数が開始された位置から停止された位置までの長さ（寸法）に対応している。また、計数が開始されてから停止されるまでの時間にも対応している。算出された値は、入出力回路５８を介して表示装置や印刷装置などの外部出力装置に送出される。また、ＣＰＵ５６には、寸法算出のためのプログラムなどが記憶された記憶装置６０と、寸法の算出に必要な定数などを入力するためのキーボード６２が、バスを介して接続されている。
【００１４】
図２には、円筒の測定対象物１２が走査平面に直交しておかれた状態が示されている。このように、走査ビーム１４を遮るものが測定対象物１２だけであれば、最初の立ち下がりエッジから次の立ち下がりエッジまでの期間に基づき、測定対象物１２の直径Ｄを測定することができる。しかし、図３のように、ゴミ６４が浮遊していて、走査ビーム１４が遮られると、これによってもエッジが形成されてしまう。図中、上から下に走査されている場合であれば、最初の立ち下がりエッジから、次の立ち上がりエッジまでを測定対象物の寸法として処理すれば、測定対象物１２より上にあるゴミ６４の直径ｄを測定対象物１２として寸法の算出を行ってしまう。そこで、本実施形態においては、１回の走査の全ての、立ち下がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの計数値を一旦記憶し、最も大きな計数値を測定対象物１２に対応する値として、寸法の算出を行う。ゴミ６４などは、測定対象物１２に比して十分小さく、よって最も大きな計数値が測定対象物に対応する値と考えることができる。
【００１５】
より具体的には、次のように寸法を算出することができる。ゲート回路５０は、最初の立ち下がりエッジを検出すると、一つのカウンタに対しクロックパルスの計数を開始させる。次の立ち上がりエッジを検出するとこのカウンタの計数を停止させる。そして、次の立ち下がりエッジを検出すると、前記のカウンタとは異なるカウンタによりクロックパルスの計数を行わせ、次の立ち上がりエッジにより計数を停止させる。これを１回の走査の間繰り返し、走査終了後、各計数値をＣＰＵ５６に送出する。ＣＰＵ５６は、最大の計数値に対して寸法を算出する。
【００１６】
また、カウンタの計数が停止されると、すぐにこの計数値をＣＰＵ５６に送出するようにすることもできる。この場合、カウンタは１個で済む。そして、ＣＰＵ５６では、送られてきた計数値が前回の計数値より大きくなければ、その計数値を捨て、大きければ前回までの計数値を捨てて、走査終了時に残った計数値に基づき寸法の算出を行う。これによっても、最大の計数値に基づき寸法を算出することができる。
【００１７】
なお、走査ビーム１４を遮るものとしては、図３に示すような測定範囲に浮遊するゴミの他、レンズなどの光学系に付着しているゴミ、測定対象物１２の表面での反射ビームなどがある。しかし、いずれの場合も、測定対象物１２の形成する影（暗部）より十分小さいものである。
【００１８】
図４は、図２と同様、円筒形の測定対象物１２が走査ビーム１４の走査平面に直交して置かれた状態を示している。測定対象物１２の測定範囲内での位置は、例えば走査ビーム１４の上端を基準とすれば、測定対象物１２の上端までの距離Ｓとして表される。距離Ｓは、走査開始の立ち上がりエッジと、次の立ち下がりエッジまでの期間に基づき算出することができる。しかし、図５のように、ゴミ６４などが存在して、これが影を作ると、立ち下がりエッジの位置が変わってしまい、距離ｓを測定対象物１２の位置として算出してしまう。
【００１９】
そこで、本実施形態においては、走査範囲の全てのエッジ間のクロックパルスの計数値を記憶し、最も長い暗部を示す計数値が測定対象物１２により生成された暗部と判断し、この暗部の起点すなわち立ち下がりエッジと走査開始の立ち上がりエッジとの距離Ｓを測定対象物１２の位置として算出する。カウンタは、立ち上がりエッジで起動し、次の立ち下がりエッジで停止するものと、逆に立ち下がりで起動し、次の立ち上がりで停止するものとを複数用意し、走査中に順次計数し、走査終了後、各計数値をＣＰＵ５６に送出する。ＣＰＵ５６は、立ち下がりで起動し、立ち上がりで停止するカウンタ、すなわち暗部に対応するカウンタの計数値の中で最も大きい値のものを測定対象物１２による暗部と判断する。さらに、測定対象物１２に相当する暗部の立ち下がりエッジまでの期間をカウントした各カウンタの計数値を合計し、これに基づき距離Ｓを算出する。
【００２０】
また、明部に対応するカウンタと暗部に対応するカウンタを一つずつ用意し、計数が停止されるごとに、その値をＣＰＵ５６に送出し、一回の走査の各明部、暗部の計数値、または計数値に対応する長さは、記憶装置６０などに格納しておくこともできる。１回の走査終了後、格納された計数値または長さに基づき、前述と同様に、距離Ｓを算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光学式寸法測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】 測定対象物の寸法測定の説明図であり、正常な状態を示す図である。
【図３】 測定対象物の寸法測定の説明図であり、ゴミなどによりノイズが生じた状態を示す図である。
【図４】 測定対象物の位置測定の説明図であり、正常な状態を示す図である。
【図５】 測定対象物の位置測定の説明図であり、ゴミなどによりノイズが生じた状態を示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光部、１２ 測定対象物、１４ 走査ビーム、１６ 受光部、１８ 演算部。

Claims (4)

1. 測定対象物を含む所定の測定範囲を光を照射し、測定対象物によって形成される明暗に基づき寸法測定を行う光学式寸法測定装置であって、
   前記測定範囲において、最長の暗部を検出する検出手段と、
   前記最長暗部を形成したものが測定対象物であるとして、測定対象物に関する寸法を算出する寸法算出手段と、
   を有する光学式寸法測定装置。
2. 測定対象物を含む所定の測定範囲を走査ビームで照射し、被測定対象物によって形成される明暗に基づき寸法測定を行う光学式寸法測定装置であって、
   前記測定範囲において、存在する暗部のそれぞれの長さを算出する暗部長算出手段と、
   前記暗部のうち最大長のものを検出する最長暗部検出手段と、
   前記最長暗部を形成したものが測定対象物であるとして、測定対象物に関する寸法を算出する寸法算出手段と、
   を有する光学式寸法測定装置。
3. 請求項１または２に記載の光学式寸法測定装置において、前記最長暗部の長さを測定対象物の寸法とする、光学式寸法測定装置。
4. 請求項１または２に記載の光学式寸法測定装置において、前記測定範囲内の所定の基準点から前記最長暗部の端点までの寸法を測定対象物の位置とする、光学式寸法測定装置。

Images