JPH0242303A - 外径測定装置 - 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〕 本発明は自己走査型−次元フオドダイオードアレイ（以
下、イメージセンサという）を用いて、光学的にドリル
等の外径を測定する装置において、測長媒体として機能
する平行光線の照射手段をフラッシュ点灯方式に構成し
、これによってイメージセンサ内の像流れ現象を排除し
た外径測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

非接触で線材等の外径を測定する装置として、本発明の
出願人は、先に特願昭５８−１９０２９２号でイメージ
センサを用いたものを出願している。

この光学式外径測定装置の原理は、第６図に示すように
投光器（１）よりイメージセンサ（２）に向けて平行光
線を照射し、投光器（１）とイメージセンサ（２）の間
に置かれた被測長物体の影をイメージセンサ（２）上に
投影させ、影の長さ（Ｄ）をイメージセンサ（２）の出
力を処理することによって測定し、被測長物体（３）の
外径寸法を測定するものである。

上記イメージセンサ（２）からの出力取り出しは、次の
ように行われている。

イメージセンサ（２）は、第７図に示すように、例えば
７−角の受光素子（４）（４）・・・を直線上に整列配
置することによって感光部（５）を形成し、各受光素子
（４）（４）・・・をそれと並列に設けられたアナログ
シフトレジスタ（６）にゲート回路（７）を介して接続
することによって構成されている。

平行光線が入射されることにより、各受光素子（４）（
４）・・・に蓄積された電荷は、スタートパルス（Ｓ）
を与えてゲート回路（７）を瞬間的に閉路させることに
より、アナログシフトレジスタ（６）に移され、この後
、クロックパルス（Ｃ）をアナログシフトレジスタ（６
）に与えることにより、アンプ（８）を通して外部に出
力される。投光部（１）に対向配置されているイメージ
センサ（２）の中央前方に軸状の細長い被測長物体（３
）がある場合のスタートパルス（Ｓ）、クロックパルス
（Ｃ）およびイメージセンサの出力（ｄ）の関係は、第
８図に示すようになる。

なお、上記イメージセンサ（２）は、フォトダイオード
等のように入射された光エネルギを瞬間的に放出するセ
ンサに対して、電荷蓄積型センサと呼ばれ、各受光素子
（４）（４）・・・は、スタートパルス（Ｓ）とスター
トパルス（Ｓ）の間に入射した光エネルギの総和を電気
エネルギ（電荷量）に変換して蓄積する。従って、出力
（ｄ）の電圧の大きさは、入射光の強さと受光時間の積
に比例したものとなっている。

イメージセンサ（２）の出力（ｄ）は、下記のように処
理されて、被測長物体（３）の外径寸法（Ｄ）が測定さ
れる。

第９図に示すように、イメージセンサ（２）の出力（ｄ
）をシュミット回路の所定のスライスレベル（ａ）（ａ
”）で二値化して矩形波（ｅ）にする。そして、基準時
点〔例えば、スタートパルス（Ｓ）の発生時点〕から矩
形波（ｅ）の立ち下がり時点迄の時間（Ｐ）および立ち
上がり時点迄の時間（０）の所定のクロックパルス（Ｃ
）で測定する。このようにして求められた測定値（０）
（Ｐ）の差を算出すると、この算出値Ｘ＝ＩＯ−Ｐ１は
、被測長物体（３）の影の長さを表し、これによって被
測長物体（３）の外径寸法が求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記光学式外径測定装置は、被測長物体が静止しており
、外径が時間的に変化しない場合には、高精度に測定を
行うことができる。

しかし、被測長物体（３）が回転しているドリルのよう
に、見掛は上の外径が変化している場合には、その外径
（最大外径）を正しく測定できない。イメージセンサの
出力レベルは、発光量と受光時間の積、すなわち受光エ
ネルギによって決定されるため、−回のスキャニング時
間中に最大外径部と最小外径部が交互に平行光線中を横
断すると、その出力は第１０図（ロ）に示すように、静
止中に最大外径部を測長した場合（イ）に比べて影の部
分が挟まり、その出力のエッヂ部がなだらかになる。こ
れは影の両端部分では光が完全に遮ぎられないためであ
る。

そして、所定のスライスレベル（ａ）（ａ″）で測定し
た影の部分の長さが小さくなる（Ｄｌ＜Ｄ）。

またドリル（３）が高速回転すると径方向にブレるが、
この場合はイメージセンサの出力は、第１０図（ハ）に
示すように静止中に最大外径部を測長した場合（イ）に
比べて影の部分が広がり、そのエツジ部分がなだらかに
なる。これは横プレしたドリルによって不完全に光が遮
ぎられる部分が生じるためである。そして、所定のスラ
イスレベル（ａ）（ａ’）で測定した影の部分の長さが
太き（なる（Ｄ２　＞Ｄ）。

このように従来の外径測定装置で見掛は上の大きさが時
間的に変化するものを測定すると、被測長物体の影の両
端部分が完全に影にならず、誤差が生じる。

本発明の主要な目的は、同一円周上に半径の異なった外
周面を形成し、かつ、高速で回転しているドリルのよう
な被測長物体の外径を、上記像流れ現象に起因する誤差
を介在せしめることなく精度良く測定することのできる
外径測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題の解決手段として本発明は、 電荷蓄積型の感光部、アナログシフトレジスタおよびこ
れらをパラレル接続するゲート回路からなるイメージセ
ンサに、投光器からの平行光線を被測長物体越しに投射
し、イメージセンサのゲート回路にスタートパルスを与
えて感光部の蓄積電荷をアナログシフトレジスタに移し
た後、クロックパルスによって外部に出力させ、これを
所定のスライスレベルで二値化して矩形波化し、この矩
形波の被測長物体の影に対応する部分の長さを、所定の
クロックパルスで測定することによって被測長物体の外
径を測定する装置において、 前記投光器を所定時間毎にフラッシュ点灯させる発光制
御回路と、各フラッシュ点灯後に、イメージセンサから
出力させるイメージセンサの駆動回路と、このフラッシ
ュ点灯とイメージセンサの出力処理からなる測定処理を
繰り返し行い、その最大値を測定値とする演算処理回路
とを具備したことを特徴とする外径測定装置を提供する
ものである。

〔作用〕

同一円周上に半径の異なった外周面を形成してなる高速
回転型の被測長物体、例えば高速回転するドリルにフラ
ッシュ点灯方式で平行光線を投射することにより像流れ
現象に起因する外径の測定誤差を減少させることにより
、前記被測長物体の回転に起因する測定不能状態を回避
する。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る外径測定装置の概略正面図、第２
図は本発明装置の回路構成を示すブロック図、第３図Ａ
Ｂは被測長物体の一興体例を示すドリルの側面図とその
拡大正面図、第４図は本発明装置の作動状態の説明図で
ある。

なお、以下の記述において、従来技術を説明する第５図
乃至第１０図と同一もしくは共通の構成部材は同一の参
照番号で表示し、重複する事項に関しては説明を省略す
る。

第１図に示す投光器（１）は、例えば赤外線発光ダイオ
ード（１０）と、光学系としてこの発光ダイオード（１
０）から投射された赤外線を単眼レンズ（１１）に導（
ための２枚１＆ｌｌのミラー（１２ａ　）　　（１２ｂ
　）から構成されている。そして、投光器（１）の上記
の構造に対応して、イメージセンサ（２）の感光部（５
）の前面（受光面）には、赤外線透過フィルター（１３
）が配設されている。イメージセンサ（２）の具体例を
被測長物体であるドリル（３）の直径が０．１ｍｍ乃至
６ｍｍである場合について説明すると、受光素子（４）
（４）・・・の整列配置によって赤外線の入射域に長さ
８［１１１１、幅０．１ｍのドリル径計測域が形成され
ている。発光ダイオード（１０）は、例えばλ＝　７８
０１１１１１の赤外ＬＥＤから構成されており、また、
受光素子（４）（４）・・・は、例えば１０２４ｂｉｔ
のＣＣＤセンサである。一方、投光器（１）から平行光
線として投射される赤外線をフラッシュ点灯させ、かつ
、イメージセンサ（２）から出力を取り出すためにコン
トローラ（１４）を接続している。このコントローラ（
１４）を接続することによって、外径測定装置は、例え
ば１１２乃至２２４　ｍ５ｅｃの測定周期と、例えば１
００μｓｅｃの測定タイミングを与えらえる。

このコントローラ（１４）の内部構成は第２図に示すよ
うになる。

（１５）は演算制御回路で、スキャニング信号発生回路
（１６）とブロック発生回路（１７）を制御して、発光
ダイオード（１０）をフラッシュ点灯させる発光制御回
路（１８）とイメージセンサ（２）から出力を取り出す
駆動回路（１９）を制御する。一方、この演算制御回路
（１５）は、１スキャニング期間毎にイメージセンサ（
２）から出力され、増幅回路（２０）　、２値化回路（
２１）、カウンタ回路（２２）で測長処理された測長デ
ータの最大のものを記憶保持し、表示回路（２３）に表
示すると同時に出力回路（２４）から電気信号としてＢ
ＣＤコードで出力する。

以下、第３図ＡおよびＢに示す刃先円直径（Ｄ）を有す
るドリル（３）が高速回転している場合の外径測定要領
を説明する。高速回転しているドリル（３）の直径を一
定の測定点で測る場合、ドリル（３）の回転角度によっ
て測定値が周期的に変化するため、刃先（３ａ）　　（
３ｂ）を結ぶ最大径を以ってドリル（３）の称呼径とす
ると、ドリル（３）を回転させながら測定値の最大値を
読取ることによってドリル（３）の直径を求めることが
できる。しかしながら、ドリル（３）の回転数が増大す
ると、前述のように、ぶれやエツジ部の像流れ現象が発
生し、測定誤差が大きくなる。この測定誤差を防止する
ため、前記コントローラ（１４）によって第４図に示す
ように制御する。すなわち、発光ダイオード（１０）を
、例えば１００μｓｅｃの間フラッシュ点灯させ、その
後クロックパルス（Ｃ）による計測を実行し、この計測
を繰り返し行って最大値を残し、これが変化しなくなっ
たとき、ドリル径の計測値とする。フラッシュ点灯させ
れば、ドリル（３）が見掛は上置大外径が現れている時
間内にのみ投光する場合が起こるとの考え方である。ド
リル（３）の見掛は上置大外径が現れる測定角度範囲を
θとすると、計測可能なドリルの最大回転数は下記の如
く表示される。

従って、θが６０’の場合の最大ドリル回転数は１１０
００００ｒｐとなり、またθが７２″の場合の最大ドリ
ル回転数は１２００００ｒｐｍとなる。なお、この計算
は、１００μｓｅｃの点灯時間中に見掛は上の最大外径
が現れ続ける可能性のある最大回転数はいくらかという
ものである。

このようにして、高速回転しているドリル（３）の直径
（Ｄ）をフラッシュ点灯方式で測定することが可能とな
る。

しかしながら、ドリル（３）の回転数が上記計算式で規
定される最大回転数以下であってもドリル（３）の回転
数と発光ダイオード（１０）の発光間隔が同期した場合
には常に最大外径より短い部分を計測し続けることがあ
り、測定エラーの可能性がある。この問題を解決するた
め、本実施例においては、１回のフラッシュ点灯及び測
長のためのクロックパルスの発生開始タイミングを与え
るスキャンニング信号の発生間隔を経時的に変化させて
いる。第４図に示す具体例においては、スキャニング信
号（Ｐ）の発生間隔をＸ＝３ｗ＋ｓから、Ｘ＋６ｍ５＝
３．０３ｍ５゜Ｘ＋２Δｍ５＝３．０６ｍ５・・・と順
次変化させることによって高速回転するドリル（３）の
直径（Ｄ）を測定している。

以上、実施例の記載に基づいて本発明を説明したが、上
記例示によって本発明の増刊範囲は限定的に解釈される
べきものではなく、数多くの変形例を包含することがで
きる。例えば、発光ダイオード（１０）の代わりにレー
ザダイオード等の他の光源を使用することが可能であり
、また、ドリル（３）と同様に見掛は上の外径が変化す
るワイヤの直径測定等にも利用することができる。

〔発明の効果〕

本発明装置を使用することによって、同一円周上で直径
が変化する被測定物体の最大直径を、その運動状態下で
精度良く測定することが可能となる。本発明によれば、
像流れ現象に起因する測定誤差の発生が未然に回避され
、安定した測定条件が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る外径測定装置の概略正面図、第２
図は本発明装置の回路構成を示すブロック図、第３図Ａ
Ｂは被測長物体の一具体例を示すドリルの側面図とその
拡大正面図、第４図は本発明装置の作動状態の説明図で
ある。 第５図は従来装置の概略正面図、第６図は第５図に示す
装置の要部構造の説明図、第７図はイメージセンサの内
部構造の説明図、第８図はイメージセンサへの光の入射
状態と入出力波形との関係を示す説明図、第９図はイメ
ージセンサの出力波形と、それを二値化した矩形波との
対応関係を拡大して示す波形図である。第１０図はドリ
ルの高速回転に伴う像流れ及びプレによる測定誤差を説
明する図である。 （１）−・−投光器、　　　（２）−・−イメージセン
サ、（３）　−被測定物体、（４）　−受光素子、（５
）−感光部、 （６）−アナログシフトレジスタ、 （７）−・−ゲート回路、（９）−・−シュミット回路
、（１０）・−発光ダイオード、 （１１）−一単眼レンズ、（１２ａ　）　　（１２ｂ　
）　−ミラー（１３）−・赤外線透過フィルター （１４）　−コントローラ、 （１５）−・演算制御回路、 （１８）・−・−発光制御回路、 （１９）　−−・駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イメージセンサに投光器から光を被測長物体越し
   に投射し、このイメージセンサの出力を、所定のスライ
   スレベルで二値化して矩形波化し、この矩形波の被測長
   物体の影に対応する部分の長さを、所定のクロックパル
   スで測定することにより、被測長物体の外径を測定する
   装置において、 前記投光器を所定時間毎にフラッシュ点灯させる発光制
   御回路と、 各フラッシュ点灯後に、イメージセンサから出力させる
   イメージセンサの駆動回路と、 このフラッシュ点灯とイメージセンサの出力処理からな
   る測定処理を繰り返し行い、その最大値を測定値とする
   演算制御回路とを具備したことを特徴とする外径測定装
   置。