JPH03225204A - 位置または長さの測定装置 - 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〕 本発明は測定物（例えば鋼板や鋼管など）の位置または
長さ等を自動的に測定する位置または長さの測定装置に
関する。

［従来の技術〕 従来、鋼板や鋼管などの板厚または外径等を測定するに
は、接触型の測定装置あるいは接触型検出器からなる測
定装置が使用されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記接触型の測定装置では測定に時間を
浪費すると共に、連続的な測定が困難であった。また、
上記接触型検出器からなる測定装置でも被測定物の表面
状況により正確な連続測定は困難であった。

本発明は、上記の事情に鑑み成されたもので、レーザー
光線と再帰性反射体とを使用し、非接触で物体の位置ま
たは長さの測定を行うことができる距離または長さの測
定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的に沿う請求の範囲第１項記載の位置または長さ
の測定装置は、レーザー発生源から発生するレーザー光
を受ける振動ミラーと、該振動ミラーからの反射レーザ
ー光を受けて平行光となすスキャンレンズと、該平行光
を測定対象物を中間において受ける再帰性反射体と、該
再帰性反射体からの反射レーザー光を上記スキャンレン
ズ及び振動ミラーを介して受ける受光素子と、上記振動
ミラーで反射する基準信号及び受光素子からの信号を受
けて時間的変位から上記測定物の位置あるいは長さを計
測する制御部とを有して構成されている。

また、上記目的に沿う請求の範囲第２項記載の位置また
は長さの測定装置は、レーザー発生源から発生するレー
ザー光を受ける振動ミラーと、該振動ミラーからの反射
レーザー光を受けて平行光となすスキャンレンズと、上
記スキャンレンズからの平行光を受けるハーフミラ−と
、上記平行光が測定物体を遮る信号を検出する受光素子
と、上記ハーフミラ−からの平行光をうける基準スケー
ルと、該基準スケールの位置信号を検出する受光素子と
、該基準スケールの位置信号を検出する受光素子からの
信号及び上記測定物体を遮る信号を検出する受光素子の
信号を受けて時間的変位から上記測定物の位置あるいは
長さを計測する制御部とを有して構成されている。

〔作用〕

請求の範囲第１項記載の位置または長さの測定装置にお
いては、振動ミラーは揺動しながら、レーザー発生源か
ら発生したレーザー光を反射し、スキャンレンズは上記
振動ミラーで反射したレーザー光を平行化してスキャン
する。測定物体で遮られない上記平行レーザー光は再帰
性反射体で反射される。この再帰性反射体は入射した平
行レーザー光とほぼ同一光軸上を狭い範囲でレーザー光
を反射する。この反射レーザー光をスキャンレンズを介
して振動ミラーが再び反射する。受光素子はこの反射レ
ーザー光を信号に変換すると共に、受光信号として制御
部に入力する。また、基準センサーは振動ミラーで反射
したレーザー光を変換して基準信号として制御部に人力
する。上記制御部は入力した受光信号と基準信号の時間
差を計測して演算し、該時間差と基準値から測定物体の
位置または長さの実長を測定する。

そして、請求の範囲第２項記載の位置または長さの測定
装置の振動ミラーは揺動しながらスキャンする。スキャ
ンレンズは上記振動ミラーで反射したレーザー光を平行
化する。測定物体で遮られない上記平行レーザー光は再
帰性反射体で反射され、この再帰性反射体は入射した平
行レーザー光とほぼ同一光軸上を狭い範囲でレーザー光
を反射し、上記スキャンレンズ、振動ミラーを介してレ
ーザー光を受光素子に送光する。上記受光素子はこの反
射レーザー光を信号に変換すると共に、受光信号として
制御部に入力する。一方、ハーフミラ−は反射ミラーお
よびスキャンレンズで平行化されたレーザー光を反射し
て基準スケールに投射する。上記基準スケールはレーザ
ー光をスケール化して受光素子に投射する。該受光素子
はスケール化されたレーザー光を受光して基準スケール
信号として制御部に入力する。上記制御部は入力した受
光信号と基準スケール信号の時間差を計測し演算すると
共に、上記時間差と基準値から測定物体の位置または長
さの実長を測定する。

〔実施例〕

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化
した実施例について説明し、本発明の理解に供する。

ここに、第１図は本発明の第１の実施例に係る位置また
は長さの測定装置を示す概略構成図、第２図および第３
図は同制御部の概略ブロック図、第４図は本発明の第２
の実施例に係る位置または長さの測定装置を示す概略構
成図、第５図は同制御部の概略ブロック図、第６図は同
基準スケール信号と受光信号の関係を示すグラフである
。

第１図に示すように、本発明の第１の実施例に係る位置
または長さの測定装置１０は、測定物体１０ａ（例えば
鋼管）の表面に投射するレーザー光を発生する例えばＨ
ｅ−Ｎｅレーザー発生ｔＡｌｌと、その発生したレーザ
ー光を集束する集束レンズ１２と、集束されたレーザー
光を反射すると共に振動ミラー１４からの反射レーザー
光を透過するハーフミラ−１３と、振動ミラー１４を一
定の振動数で揺動するスキャンコントローラー１５と、
振動ミラー１４で反射するレーザー光により基準信号を
出す基準センサー１６と、振動ミラー１４で反射された
レーザー光を平行なレーザー光とするスキャンレンズ１
７と、入射するレーザー光を入射光とほぼ同一光軸上を
狭い範囲で反射する再帰性反射体１８と、前記再帰性反
射体１８からの反射レーザー光をスキャンレンズ１７お
よび振動ミラー１４を介して集束する集光レンズ１９と
、集束された反射レーザー光を検出する受光素子２０と
、前記基準センサー１６からの基準信号と、受光素子２
０からの受光信号を入力して両者の時間的変位から測定
物体の位置あるいは長さを計測する制御部２１とから構
成されている。以下、これらについて詳しく説明する。

Ｈｅ−Ｎｅレーザー発生源１１で発生したレーザー光は
集束レンズ１２で集束されてハーフミラ−１３で反射さ
れる。その反射されたレーザー光はスキャンコントロー
ラー１５により一定の振動数で揺動する振動ミラー１４
で反射され、更にスキャンレンズ１７により平行化され
て測定物体ｌＯの表面エツジを横切るように走査する。

なお、上記振動ミラーの概念にはポリゴンミラーを含む
ものである。

測定物体１０で遮断されないレーザー光は直進して再帰
性反射体１８に着光するが、この再帰性反射体１８は周
知の構造となっていて、反射レーザー光は入射レーザー
光と略同一方向に反射される構造となっている。再帰性
反射体１８で反射されたレーザー光はスキャンレンズ１
７で集束されて、振動ミラー１４で反射される。そして
、振動ミラー１４で反射されたレーザー光は集光レンズ
１９に入射して集束される（一部の反射光がハーフミラ
−１３を通過して集光レンズ１９に入射する）、集光さ
れたレーザー光は、例えばフォトダイオード等からなる
受光素子２０で信号化され受光信号として制御部２１に
人力される。

この制御部２１では上記受光素子２０の信号と、基準セ
ンサー１６との信号と時間的差異から測定物体ｌＯのエ
ツジの位置を検出する。この検出値は光学系の構成から
発生する非線型誤差を有するいるので、スキャン位置補
正を行い、位置出力とする。この出力値に該装置の中心
位置を表示する基準値を入れて演算し、測定値とする。

なお、第１図に示すように測定物体ｌＯの下端の位置も
変化する場合には、該装置と同様な構造の第２の測定装
置２２を配置し、この第２の測定装置２２の出力値と上
記装置１０の出力値と、該装置１０．２２間の測定中心
間距離を基準値として加えることによって長さの測定値
を算出することも可能である。

第２図に上記制御部２１の構成を更に具体化したブロッ
ク図を示すが、図に示すように基準センサー１６からの
基準信号と受光素子２０からの受光信号とをゲート回路
２３に入れ、基準信号によってゲート回路２３を開き、
受光信号によってゲート回路２３を閉じ、この間に通過
して基準クロックのパルス数をカウンター２４によって
計測してレーザー光が測定物体を横切る時間を測定し、
時間と長さを対応させてその位置を検出する。

次に、この値は光学系の非線型誤差を含んでいるので補
正回路２５によって線型補正を行い、その信号値を実際
の長さに対応する信号値に補正する。ここで、装置１０
の測定中心位置と基準面（例えば、測定物体を置いた台
）との距離を基準値と、上記信号値を演算器２６によっ
て加算し、測定値を出力する。

また、測定物体１０ａの下部に第２の測定装置２２を配
置する場合には、第２図に点線で囲むように、同じ（ゲ
ート回路２３、カウンター２４及び補正回路２５を用意
し、第２の基準信号及び第２の受光信号をゲート回路に
入力して、同一原理で測定物体の下端の位置を検出する
。

そして、この測定装置２２の出力値と上記測定装置１０
の出力値と、これらの測定装置１０．２２の測定中心間
距離とを演算器２６に入力することによって、測定物体
１０ａの長さ、距離（例えば、外径または板長等）が測
定できる。

また、第３図は振動ミラー１４で反射されるレーザー光
の走査範囲内に測定物体２７（第１図示）が位置してい
る場合の制御手段を示すブロック図であるが（なお、以
下の説明において、同一の構成要素は同一の番号を付し
てその詳しい説明を省略する）、図に示すように、測定
物体２７の下端の表面エツジを検出する受光信号がＮｏ
、１ゲ一ト回路２８に入力され、測定物体２７の上端の
表面エツジを検出する受光信号がＮｏ、２ゲ一ト回路２
９に人力される。これによって以下のカウンター２４、
補正回路２５を通すことによって測定物体の上下の位置
が検出されるので、演算器３ｏによって該信号値の差を
演算することによって、測定物体２７の長さ（直径）が
測定できる。

なお、ここで、平行レーザー光内に測定物体がある場合
には、上記スキャンさせて測定物体が横切る影の部分の
時間を計測し、これを線型補正（スキャン位置補正）し
て長さを測定することも可能であり、この場合には全体
の回路が更に簡単となる。

次に、第４図に示す本発明の第２の実施例に係る位置ま
たは長さの測定装置３１について説明するが、該測定装
置３１は、測定物体１０ａの表面に投射するレーザー光
を発生する例えばＨｅ−Ｎｅレーザー発生源Ｉｌと、そ
の発生したレーザー光を集束する集束レンズ１２と、集
束されたレーザー光を反射すると共に振動ミラー１４か
らの反射レーザー光を透過するハーフミラ−１３と、振
ＩＪＪ　ミラー１４を一定の振動数で揺動するスキャン
コントローラーＩ５と、振動ミラー１４で反射されたレ
ーザー光をほぼ同一光軸上の狭い範囲でレーザー光とす
るスキャンレンズ１７と、平行なレーザー光を透過する
と共に反射するハーフミラ−３２と、入射するレーザー
光を入射光と略同−光軸上に反射する再帰性反射体１８
と、再帰性反射体１８からの反射光をハーフミラ−３２
、スキャンレンズ１７および振動ミラー１４を介して集
束する集光レンズ１９と、集束された反射光を検出する
受光素子２０と、前記ハーフミラ−３２からの平行レー
ザー光を受ける基準スケール３３と、基準スケール３３
を透過したレーザー光を集束する集束レンズ３４と、集
束レンズ３４からのレーザー光を受光する受光素子３５
と、受光素子３５からの基準スケール信号と受光素子２
０からの受光信号を入力して両者の時間的変位から測定
物体の位置あるいは長さを計測する制御部３６とを有し
て構成されている。

該位置または長さの測定装置３１は上記のように構成さ
れているので、Ｈｅ−Ｎｅレーザー発生Ｓｔｔで発生し
たレーザー光は集束レンズ１２で集束されてハーフミラ
−１３で反射される。その反射されたレーザー光はスキ
ャンコントローラー１５により一定の振動数で揺動する
振動ミラー１４で反射され、さらにスキャンレンズ１７
により平行化されて測定物体ｌＯの表面エツジを横切る
ように走査する。なお、上記振動ミラー１４はポリゴン
ミラーを含む。

測定物体ｌＯで遮断されないレーザー光は直進して再帰
性反射体１８で反射される。再帰性反射体１８で反射さ
れたレーザー光はスキャンレンズ１７で集束されて、振
動ミラー１４で反射され、該振動ミラー１４で反射され
たレーザー光は集光レンズ１９に入射して集束される。

（一部の反射光はハーフミラ−１３を通過して集光レン
ズ１９に入射する）。集束されたレーザー光は、例えば
フォトダイオードなどからなる受光素子２０で信号化さ
れ受光信号として制御部３０に送られる。

一方、Ｈｅ−Ｎｅレーザー発生源１１で発生したレーザ
ー光は集束レンズ１２で集束されてハーフミラー１３、
振動ミラー１４およびハーフミラ−３２の順に反射され
、基準スケール３３を照射する。この基準スケール３３
には所定ピッチでスケール綿が記載され、上記レーザー
光が該スケール線を横切る場１合にパルスを発生するよ
うになっている。

該基準スケール３３を透過したレーザー光は集束レンズ
３４で集束されて受光素子３５で基準スケール信号に変
換される。この受光素子３５で変換された基準スケール
信号は制御部３６に送られるが、光学系を使用すること
による非線型誤差を補正するため、スキャン位置補正が
行われてスケール信号が実際のスケール値に合うように
補正が行われる。そして、上記受光素子２０からの信号
と該スケール信号とから測定物体１０ａのエツジの位置
が検出され、特定の基準値（例えば、測定台から測定装
置の光学中心位置までの高さ）を加える演算を行って測
定値を出力する。

上記制御部３６の更に詳しいブロック図を第５図に示す
が、図に示すように基準スケール信号をスケール本数カ
ウンター３７によってカウントし、次の補正回路３８に
よってスキャン位置補正を行い、Ｎ・Δ！を出力する。

ここで、Ｎはカウント値、Δｌはスケール線の間隔であ
る。

また、一方、上記スケール信号によってカウンター３９
をリセットし、リセットした後直ちに基準クロックをカ
ウントする。そして、受光素子２０からの受光信号があ
ると、カウンターに入力してその時のカウンター値ｔ１
をメモリ４０に記憶し、受光信号があった後スケール信
号があったことを確認してその時のカウンター値ｔ２を
メモリー４１に記憶する。これらの値を次の演算回路４
２に与え、ΔＸ＝ｔ、／ｌ、　　・ΔＬを算出させるこ
の信号ΔＸと上記Ｎ・Δ２とを加え、更に基準値（例え
ば、測定物体載置台の表面から測定装置の光学中心位置
までの距Ｒ）を加えて測定値として出力することができ
る。

なお、第４図で振動ミラー１４から反射されるレーザー
光の走査範囲内に測定物体が入る場合、測定物体の一端
の表面エツジが検出される。すなわち、基準スケール信
号のＮ、木目から開始したクロック数の計数を受光信号
の立上がりで停止して計数されたｔｌからＮ、・Δ２＋
ΔＸ１が演算される。更に、そしてこの後測定物体の他
端の表面エツジが検出される。すなわち、基準スケール
信号のＮ！本木目ら開始したクロック数の計数を、受光
信号の立下がりで停止して計数されたｔ。

からＮ、　　・Δｌ十ΔＸ！が演算される。そして、Ｎ
１　・Δｌ十ΔＸｔ　とＮ８　・ΔＬ十Δｘ２の差から
測定物体の位置または長さ（例えば、外径または板長な
ど）が測定される。

ココニ、ΔＸｔ　＝　（ｔｔ　／Ｌｔ　）　　・Δ１Δ
ｘ＊　−（ｔｓ　／ｌｚ　）　・Δｌである。

また、測定物体の他端の表面エツジを検出するために上
記測定装置３１と同様な構造を有する測定装置４３によ
って測定物体１０ａの他側のエツジの位置を測定させて
、外径あるいは高さを測定することも可能であり、この
場合には、基準値は上記測定装置３１及び４３の光学中
心間距離であ上記実施例において、制御部にマイクロコ
ンピュータ−を使用し、情報の処理、演算等の全体を制
御する場合も当然本発明は適用される。

〔発明の効果〕

請求の範囲第１項記載の位置または長さの測定装置は、
反射レーザー光からの受光信号と、基準センサーからの
基準信号との時間的変位から制御部により測定物体の位
置あるいは長さを計測するので、測定物体の位置あるい
は長さを連続的に非接触の状態で１、しかも短時間に正
確に測定することが可能である。

また、請求の範囲第２項記載の位置または長さの測定装
置は、反射レーザー光からの受光信号と基準スケールか
らの基準スケール信号の時間的変位から測定物体の位置
あるいは長さを計測するので、更に正確に測定物体の位
置あるいは長さを連続的に、しかも短時間に測定するす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る位置または長さの
測定装置を示す概略構成図、第２図および第３図は同制
御部の概略ブロック図、第４図は本発明の第２の実施例
に係る位置または長さの測定装置を示す概略構成図、第
５図は同制御部の概略ブロック図、第６図は同基準スケ
ール信号と受光信号の関係を示すグラフである。 〔符号の説明〕

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー発生源から発生するレーザー光を受ける
   振動ミラーと、該振動ミラーからの反射レーザー光を受
   けて平行光となすスキャンレンズと、該平行光を測定対
   象物を中間において受ける再帰性反射体と、該再帰性反
   射体からの反射レーザー光を上記スキャンレンズ及び振
   動ミラーを介して受ける受光素子と、上記振動ミラーで
   反射する基準信号及び受光素子からの信号を受けて時間
   的変位から上記測定物の位置あるいは長さを計測する制
   御部とを有してなる位置または長さの測定装置。
2. （２）レーザー発生源から発生するレーザー光を受ける
   振動ミラーと、該振動ミラーからの反射レーザー光を受
   けて平行光となすスキャンレンズと、上記スキャンレン
   ズからの平行光を受けるハーフミラーと、上記平行光が
   測定物体を遮る信号を検出する受光素子と、上記ハーフ
   ミラーからの平行光をうける基準スケールと、該基準ス
   ケールの位置信号を検出する受光素子と、該基準スケー
   ルの位置信号を検出する受光素子からの信号及び上記測
   定物体を遮る信号を検出する受光素子の信号を受けて時
   間的変位から上記測定物の位置あるいは長さを計測する
   制御部とを有してなることを特徴とする位置または長さ
   の測定装置。