JPH02302605A - 外径寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザビームなどの平行光を被測定物に照
射してその外径を測定する外径寸法測定装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、レーザ光線のような指向性、集束性の高い光ビー
ムを用いて被測定物が配置されている空間をその外径の
検出方向に垂直な光軸と平行に掃引（以下平行掃引と呼
ぶ、）することにより被測定物の外径（外観）に対応し
て掃引光ビームの陰影を作り、これを検出して被測定物
の外径寸法を無接触で精密に測定する方法が知られてい
る。

第４図は例えば特開昭５８−１６８９０７号公報に示さ
れたこの稲の従来の外径寸法測定装置を一部ブロック図
で示す構成図であり、図において（１）はレーザなどの
光源、（２）はこの光源（１）からの光を図示の角度θ
で反射する回転ミラー、（３）はこの回転ミラー（２）
がらの反射光を更に反射するミラー、（４）はミラー（
３）からの光を光軸に平行に射出し、上述した平行掃引
を行う投光レンズ、（５）はこの投光レンズ（４）によ
り形成された細いビームにより平行掃引されてその外径
寸法などが測定される被測定物、（６）はこの被測定物
（５）でしゃ断されない光ビームを集束する集束レンズ
、（７）はこの集束された光ビームを受光する受光素子
、（８）はこの受光素子（７）で発生されたパルスし信
号を成形するパルス成形回路、（９）はこのパルス成形
回路（８）からのパルス信号に従って別に与えられる基
準クロック信号を計数し、被測定物（５）の外形寸法を
測定するカウンタ、（１０）は上記基準クロック信号を
発生する基準クロック信号源である。

従来の外径寸法測定装置は上述したように構成され、例
えば光源（１）からの細い光ビームが回転中の回転ミラ
ー（２）に入射され、ここで角度θの範囲内でミラー（
３）に向けて反射、掃引される。ミラー（３）で反射さ
れた光ビームは投光レンズ（４）で被測定物（５）が配
置された空間を平行掃引するようになされ、被測定物（
５）でしゃ断されない光ビームは集束レンズ（６）によ
り集束され、受光素子（７）上に結像される。このよう
にして、１平行掃引毎に被測定物（５）の外径寸法に対
応して光ビームがしゃ断され、その結果受光素子（７）
からは第５図（ａ）に示したようなパルス信号（ｉ）が
出力される。ここで、被測定物（５）の外径寸法（例え
ば直径）をＤ、光ビームの掃引速度をＶ（一定）とする
と、上記パルス信号（ｉ）のパルス幅Ｔ−はＴｗａ・　
で与えられる。このパルス信号（ｉ）はパルス成形回路
（８）に送られ、ここでパルス信号（ｉ）の立下がり、
立上がりが検出され、第５図（ｃ）　、　（ｄ）に示し
たようにそれぞれリセットパルスＰ１、ラッチパルスＰ
２が出力される。これらのパルスはカウンタ（９）に入
力され、カウンタ（９）はこれらのパルスに従って、別
に入力された基準クロック信号源（１０）からの基準ク
ロック信号Ｐｋ（第５図（ｂ））を計数する。このカウ
ンタ（９）の計数値ｎ（第５図（ｅ））により被測定物
（５）の外径寸法りが決定される。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来の外径寸法測定装置では、■投光レンズ
（４）のレンズ面に水滴などが付着すると光ビームが屈
折し、測定値に誤差が生じたり、■　回転ミラー（２）
やミラー（３）の表面に微少な凹凸があったり投光レン
ズ（４）に球面収差があったりすると光ビームは正常な
場合のその平行度からずれて傾きを持つようになり、■
の場合と同様に測定値に誤差が生じるなどの問題点があ
った。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、レンズ面の汚れや光学系の性質により生じる
光ビームの平行度からのずれなどを検出できると共に、
これらの要因による誤差を補償することにより、信頼度
の高い外径寸法測定装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る外径寸法測定装置は、平行光ビームを受
けるように配置され、結像された光ビームの位置ずれを
検出できる光位置検出手段と、この光位置検出手段に入
射された正常光ビームの位置と、結像系の汚れなどによ
り入射面上で結像点の位置づれが生じた異常光ビームの
位置とを検出した電気信号から前記平行光ビームの中心
位置を算出し、これにより前記結像系のレンズの汚れな
どを検出する汚れ検出手段と、この汚れ検出手段で算出
した光ビーム中心のずれ量を示すずれ信号と前記異常光
ビーム位置を示す電気信号とから異常光ビームに起因す
る測定誤差を補正する誤差補正信号を与えるずれ補正手
段とを備えたものである。

［作　用］ この発明においては、光位置検出手段が光ビーム伝搬の
異常をその結像位置から検知し、こりに基づいて光ビー
ムの伝搬途上の結像系の汚れや光学的性質の異常を検出
し、更に測定誤差を補正する。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を一部ブロック図で示す構
成図であり、（１）〜（６）、（８）〜（１０）は従来
装置におれるものと同一である。　（１１＞は集束レン
ズ（６）からの光ビームを受けるように配置され、結像
された光ビームに位置づれが生じたときこれを検出する
光位置検出手段としての光位置検出素子（１２ａ）　、
　（１２ｂ）は光位置検出素子（１１）からのそれぞれ
光電流ｉ、、ｉ２を電圧に変換しかつ増幅して出力する
増幅回路、（１３）は増幅回路（１２ａ）　、　（１２
ｂ）の出力側に接続され、光電流にｉｌ、ｉ２に対応す
る電圧Ｖ＋＋１２の和（Ｖｌ”Ｖｌ）をとる加算回路、
（１４）は同様に増幅回路（１２ａ）　、　＜１２ｂ）
の出力側に接続されてそれらの出力の差、即ち（Ｖｌ−
Ｖｌ）をとる減算回路、（１５）は加算回路（１３）お
よび減算回路（１４）の出力側に接続されてそれらの出
力（Ｖｌ十Ｖ２）＜（ＶＩ　　Ｖｌ）を受け、（ｖ＋＋
ｖｉ）を（Ｖｌ　＋　ｖｌ）で除算する除算回路、（１
６）はこの除算回路（１５）の出力側に接続され、光ビ
ームのスポット位置を判別する位置判定回路、（１７）
はこの位置判定回路（１６）と加算回路（１３）の出力
側に接続されたパルス成形回路（８）からの出力を受け
て測定誤差を補正するずれ補正手段としての補正回路で
ある。なお、加算回路（１３）、減算回路（１４）、除
算回路（１５）および位置判定回路（１６）は汚れ検出
手段の主要部を構成する。

このように構成された外径寸法測定装置においては、光
源（１）からの光が回転ミラー（２）、ミラー（３）、
および投光レンズ（４）を介して光軸に垂直な方向に平
行掃引され、被測定物（５）でその外径寸法（例えば直
径Ｄ）に対応して陰影が付けられ、集束レンズ（６）を
介して光位置検出素子（１１）に入射、結像される。こ
こまでは従来例と同じである。ここで、例えば投光レン
ズ（４）の表面に水滴のようなな光ビームを屈折させる
汚物Ｂが付着している場合を考える。この場合は、投光
レンズ（４）の屈折率変化に起因して正常ビームＬ（図
の実線）がＬ′（図の点線）のように屈折光ビームとな
り、集束レンズ（６）に入射され、光位置検出素子（１
１）面上に結像される。正常光ビームＬの光位置検出素
子（１１）の面上の結像点をＡとし、屈折光ビームＬ′
によるそれは、Ａ′点になるとする。即ち投光レンズ〈
４）に汚れＢがあつたため、光位置検出素子（１１）上
に結像点の位置ずれＡ−）Ａ　’が生じたことになる。

一般に、光位置検出素子（１１）として−次元のものを
用いれば高分解能の位置ずれ検出が可能であり、わずか
な位置変化も、高精度に検出可能である。結像点Ａ、Ａ
’の位置は次に述べるように除算回路（１５）の出力ｊ
−（ｖｔ　−Ｖｌ）〆（ｖｌ＋ｖｚ）から知ることがで
きる。

一方、従来の場合の受光素子（７）の出力ｉの代りに加
算回路（１３）の出力ｖ′を用いれば、次に述べるよう
に受光量を知ることができる。即ち、第２図は除算回路
（１５）の出力ｊと加算回路（１３）の出力Ｖ′との関
係を示したものであるが、例えば正常光ビームによる出
力でｊ＝０になるように回路を設定しておけば、ｊのプ
ラスおよびマイナスへの移動量が光ビームスポットの光
位置検出素子（１１）面上での位置ずれにほぼ比例して
いることから適切に比例因子を定めると、位置判定回路
（１６）によりｊのずれ量を判定できる。そして、これ
が予め定められた量より大きくなったときは位置判定回
路（１６）から警告を発するようになされる。

この発明では更に、屈折光ビームに起因する測定誤差を
補正することができる。即ち、位置判定回路（１６）は
除算回路（１５）からの出力ｊが入力され、ずれ型補正
信号ｊ′を第３図に示した正負のパルスに変換して出力
するようにする。ここでＶ′の代りにＶ′とｊ′を加算
したＶ″＝ｖ’＋ｊ’の信号を用いるようにすれば誤差
を補正することができる（図の点線部分）。但し、この
ときは信号Ｖ′とｊ′のパルス信号が重複する場合にの
みｖ’＋ｊ′の加算を行うものとする。ここで、信号ｖ
′＋ｊ′のパルス信号が重複するのは、例えば第１図の
異常光線ビームが被測定物（５）の工・ンジにひっかか
るような場合でこのような場合は誤差補正が必要になる
。

なお、上記実施例では受光素子として光位置検出素子を
使用したが、その他に多分割フォトダイオードやフォト
ダイオードアレイ、イメージセンサなどのいずれかを使
用して光ビームスボ・ントの位置ずれを検出しても上記
実施例と同様の効果が得られる。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、光源からの光ビーム
の伝搬途上の結像系の汚れや光学的性質などの異常に起
因する光ビームの平行度からのずれを検出する光位置検
出手段と、この光位置検出手段の検出出力から結像系の
レンズの汚れなどを検出する汚れ検出手段と、更にこれ
らの手段の出力に基づいて異常光ビームに起因する測定
誤差を補正するずれ補正手段とを備えたことにより、レ
ンズなどの結像系の汚れや光学的性質を高い精度でチェ
ックすると共に測定誤差の補正が可能な信頼度の高い外
径寸法測定装置を提供できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による外径寸法測定装置の一実施例を
一部ブロック図で示す構成図、第２図はこの実施例の動
作を説明する波形図、第３図は測定誤差の一補正方法を
説明する波形図、第４図は従来の外径寸法測定装置を一
部ブロック図で示す構成図、第５図は従来例の動作を説
明する波形図である。 図において、（２）は回転ミラー、（３）はミラー、（
４）は投光レンズ、（５）は被測定物、（６）は受光レ
ンズ、（９）はカウンタ、（１１）は光位置検出素子、
（１２ａ）、（１２ｂ）は増幅回路、〈１３）は加算回
路、（１４）は減算回路、（１５）は除算回路、（１６
）は位置判定回路、（１７）は補正回路である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代　　理　　人　　　　　曾　　我　　道　　照昂２図 Ｐ２−一−−−Ｌ−−−− Ｐ／Ｆ、３図 島５図 に） Ｐ２　：　つ・ノチハ９ルス （ｄ）−一一一一上−ｍ ｎ：乃つシタ（９）のｔｔ数値 （ｅ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 細い平行光ビームにより被測定物を掃引してその外径に
   対応するパルス幅のパルス信号を検出し、このパルス幅
   から前記被測定物の外径を測定する外径寸法測定装置に
   おいて、前記平行光ビームを受けるように配置され、結
   像された光ビームの位置ずれを検出できる光位置検出手
   段と、この光位置検出手段に入射された正常光ビームの
   位置と、結像系の汚れなどにより入射面上で結像点の位
   置ずれが生じた異常光ビームの位置とを検出して得られ
   た電気信号から前記平行光ビームの中心位置を算出し、
   これにより前記結像系のレンズの汚れなどを検出する汚
   れ検出手段と、この汚れ検出手段で算出した光ビーム中
   心のずれ量を示すずれ信号と前記異常光ビーム位置を示
   す電気信号とから異常光ビームに起因する測定誤差を補
   正するずれ補正手段とを備えた外径寸法測定装置。