JPH0355048Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は、光学式測定装置に係り、特に、平行
走査ビームを利用して測定対象物の寸法等を測定
する光学式測定装置の改良に関する。

【従来の技術】

例えば特開昭60−162905に開示されている如
く、ポリゴンミラー又は音又偏向器による放射状
走査光ビームを、コリメータレンズにより平行走
査光ビームに変換し、測定対象物を走査すること
により、この測定対象物によつて前記平行走査光
ビームが遮られて生ずる暗部又は明部の時間の長
さから測定対象物の寸法や形状を測定する光学式
測定装置が知られている。 これは例えば第３図に示す如く、ビーム発生器
１０、該ビーム発生器１０からのレーザビーム１
２を回転走査ビーム１７に変換するポリゴンミラ
ー１６及び該回転走査ビーム１７を平行走査ビー
ム２０とするコリメータレンズ１８を含む平行走
査ビーム発生装置２と、測定対象物２４を通過し
た前記平行走査ビーム２０の明暗を検出する計測
用受光素子２６を含む受光装置４と、前記平行走
査ビーム２０が測定対象物２４によつて遮られて
生じる暗部又は明部の時間の長さから測定対象物
２４の寸法に関する測定値を求める電子回路６と
を含んで構成されている。 このような光学式測定装置においては、ビーム
発生器１０からのレーザビーム１２を、例えば固
定ミラー１１でポリゴンミラー１６に向けて回転
走査ビーム１７に変換し、更にコリメータレンズ
１８で平行走査ビーム２０に変換して測定対象物
２４を高速走査し、例えば集光レンズ２２で計測
用受光素子２６に集束する。その際、測定対象物
２４によつて生じる暗部又は明部の時間の長さか
ら、測定対象物２４の走査方向（Ｙ方向）寸法を
測定するものである。 即ち、平行走査ビーム２０の明暗は計測用受光
素子２６の出力の変化として検出され、プリアン
プ２８ａで増幅され、電圧比較器２９ａで波形整
形された後、セグメント選択回路３０に送られ
る。この波形整形により、第４図に示す如く、プ
リアンプ２８ａの出力Ａが参照レベル設定回路６
０で生成された参照信号Ｂと比較されて出力Ｃに
なるこの参照レベル設定回路６０は、例えばダイ
オード６３、コンデンサ６２、可変抵抗器６１ｂ
によつて参照信号Ｂが出力Ａの最大値の1/2即ち
理想参照レベルになり、ビーム発生器１０の出力
変動があつても、ある時定数でそれに追従するよ
うに設計されている。 前記セグメント選択回路３０は、前記出力Ｃか
ら測定対象物２４の測定対象セグメントが走査さ
れている時間ｔの間だけゲート回路３２を開く働
きをする。セグメントの選択は、例えばキーボー
ド４６からの入力によつてマイクロプロセツサ
（CPU）４８のコントロール、データバス５０を
通して行える。 前記ゲート回路３２は、クロツクパルス発振器
３４のクロツクパルスCPの中の、時間ｔに対応
するクロツクパルスＰを取出して計数回路３６ａ
に入力する。計数回路３６ａは、クロツクパルス
Ｐを計数し、その値はマイクロプロセツサ４８で
処理されて、測定対象物２４の例えば外径として
デジタル表示器３８に表示される。 一方、前記ポリゴンミラー１６は、クロツクパ
ルスCPを分周回路４０によつて分周し、パワー
アンプ４２で増幅したクロツクパルスで駆動され
るパルスモータ４４によつて回転されている。 前記回転走査ビーム１７の走査範囲の上限近傍
及び下限近傍には、例えばタイミング用受光素子
１３，１４がそれぞれ設けられており、これら受
光素子１３，１４の出力は、それぞれプリアンプ
２８ｂ，２８ｃで増幅され、電圧比較器２９ｂ，
２９ｃ可変抵抗器６１ａによる参照電圧を基準に
整形される。電圧比較器２９ｂの出力は計数回路
３６ｂで計数され、例えば測定値の平均化の際の
測定回数を与える。又、電圧比較器２９ｃの出力
は、例えば計数回路３６ａのリセツト信号を与え
ている。

【考案が解決しようとする問題点】

前記のような光学式測定装置における測定精度
は、常に走査の定速性と走査波形のエツジ検出特
性で定まるが、前者は例えば100回平均のように
平均化手法で改善できるのに対して、後者は、出
力信号を波型整形する際の参照信号Ｂの変動等に
影響される。 即ち、従来の参照レベル設定回路６０では、測
定対象物の形状によつて参照信号Ｂのレベルが変
化してしまい、例えば第３図に示した如く棒状の
測定対象物２４の外径を測定する場合には誤差は
比較的少ないものの、第５図に示す如く、測定対
象物２４が平行走査ビーム２０全体を被い、測定
セグメントが幅ｕの隙間である場合には、幅ｕが
小さくなると、誤差が大きくなつてしまう。即
ち、第５図においてプリアンプ２８ａの出力Ａ
は、第６図に示す如くとなる。ところが暗部が長
かつたため、参照信号Ｂはコンデンサ６２の放電
によつて理想参照レベルよりも低くなつており、
明部の充電時間も短いため、理想参照レベルより
も常に低い状態が続く。このため、電圧比較器２
９ｂの出力Ｃのパルス幅ｔは、理想的な場合Ｔよ
りも長くなり、最終的な表示値が真の値よりも大
きくなつてしまう。又、誤差時間であるta，tbは
対称でないため補正も困難である。更に、第６図
の特性を改善するため、可変抵抗器６１ｂの抵抗
値を大きくすることも考えられるが、抵抗値を大
きくしすぎると、参照信号Ｂがビーム発生器１０
の出力変動に連動しなくなる等の問題点を有して
おり、特に測定精度を高める上での障害となつて
いた。

【考案の目的】

本考案は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、新たな受光素子を付加することな
く、簡単な構成により、測定対象物の狭い隙間を
測定する場合に精度低下を招くことがなく、一般
的にも高精度な測定を行うことができる光学式測
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】

本考案は、ビーム発生器、該ビーム発生器から
のレーザビームを走査ビームに変換する手段及び
該走査ビームを平行走査ビームとするコリメータ
レンズを含む平行走査ビーム発生装置と、前記走
査ビームの測定対象物走査範囲外で走査ビームを
検出するタイミング用受光素子と、測定対象物を
通過した前記平行走査ビームの明暗を検出する計
測用受光素子を含む受光装置と、前記平行走査ビ
ームが測定対象物によつて遮られて生じる暗部又
は明部の時間の長さから測定対象物の寸法に関す
る測定値を求める電子回路とを含んで構成された
光学式測定装置において、前記タイミング用受光
素子の出力を処理回路で処理して生成した参照信
号により、前記計測用受光素子の出力を波形整形
するようにして、前記目的を達成したものであ
る。 又、本考案の実施態様は、前記処理回路が、ダ
イオードとコンデンサを有する電圧保持回路を含
むものとしたものである。 又、本考案の他の実施態様は、前記処理回路
が、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）コンバータ、
マイクロプロセツサ及びＤ／Ａ（デジタル−アナ
ログ）コンバータを含むものとしたものである。

【作用】

本考案は、前記のような平行走査ビーム発生装
置とタイミング用受光素子と受光装置と電子回路
とを含んで構成された光学式測定装置において、
タイミング用受光素子の出力を処理回路で処理し
て生成した参照信号により、計測用受光素子の出
力を波形整形するようにしている。従つて、測定
対象物の形状によつて参照信号のレベルが変化す
ることがなく、測定対象物の狭い隙間を測定する
場合にも精度低下を招くことがない。又、一般的
にも高精度の測定を行うことができる。更に、新
たな受光素子を付加する必要がなく、構成が簡単
である。 又、前記処理回路を、ダイオードとコンデンサ
を有する電圧保持回路を含むものとした場合に
は、処理回路の構成が簡単である。 又、前記処理回路を、Ａ／Ｄコンビータ、マイ
クロプロセツサ及びＤ／Ａコンバータを含むもの
とした場合には、参照信号のレベルを自由に設定
でき、様々なエツジ特性を有する測定に容易に対
処することができる。

【実施例】

以下図面を参照して、本考案の実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、第１図に示す如く、前出第３図に
示した従来例と同様の光学式測定装置において、
電子回路６に、プリアンプ２８ｃを介して入力さ
れるタイミング用受光素子１４の出力の最大値を
保持する電圧保持回路６４と、該電圧保持回路６
４の出力をＡ／Ｄ変換してマイクロプロセツサ４
８に取込むためのＡ／Ｄコンバータ７０ａが設け
られている。 前記電圧保持回路６４は、プリアンプ２８ｃの
出力の一部を取込むためのダイオード６６と、コ
ンデンサ６７と、バツフアアンプ６５と、スイツ
チ６８と、抵抗６９から構成されている。 又、従来例の参照レベル設定回路６０の代り
に、プリアンプ２８ａと出力の一部を取込むため
のダイオード７７と、コンデンサ７８と、バツフ
アアンプ７６と、スイツチ７９と、抵抗８０から
なる電圧保持回路７５が設けられている。この電
圧保持回路７５の出力はＡ／Ｄコンバータ７０ｂ
を介してマイクロプロセツサ４８に取込まれる。 更に前記電圧比較器２９ａに入力される参照レ
ベルＢは、マイクロプロセツサ４８で設定され、
出力ラツチ型のＤ／Ａコンバータ７２を介して該
電圧比較器２９ａに入力される。 電子回路６には、更に警報表示器５２も設けら
れている。 他の点については前記従来例と同様であるので
説明は省略する。 以下、実施例の作用を説明する。 前記ビーム発生器１０のレーザビーム１２は、
固定ミラーで反射され、従来と同様にポリゴンミ
ラー１６に向い、平行走査ビーム２０に変換され
る。該平行走査ビーム２０の測定対象物２４によ
る明暗は、従来と同様に計測用受光素子２６の出
力変化として検出され、プリアンプ２８ａで増幅
された後、電圧比較器２９ａの一方の入力及び電
圧保持回路７５に印加される。電圧保持回路７５
では、まずマイクロプロセツサ４８の指令でスイ
ツチ７９を閉じて、コンデンサ７８の放電をした
後でスイツチ７９を開くことによつて、ダイオー
ド７７の働きで出力Ａの最大値が保持される。こ
の最大値は、バツフアアンプ７６及びＡ／Ｄコン
バータ７０ｂを介してマイクロプセツサ４８に取
込まれる。 一方、前記タイミング用受光素子１４からは周
期的なパルス出力があり、それはプリアンプ２８
ｃで増幅した後、従来と同様の電圧比較器２９ｃ
に入力してリセツト信号の生成に利用すると共
に、本実施例では電圧保持回路６４にも入力して
参照信号Ｂの生成にも利用する。即ち、電圧保持
回路６４では、まずマイクロプロセツサ４８の指
令でスイツチ６９を閉じてコンデンサ６７の放電
をした後でスイツチ６８を開いて、ダイオード６
６の働きでプリアンプ２８ｃの出力の最大値が保
持され、その最大値はバツフアアンプ６５、Ａ／
Ｄコンバータ７０ａを介してマイクロプロセツサ
４８に取込まれる。 調整段階においては、コンデンサ６７の電圧Ｄ
の最大値とプリアンプ２８ａの出力Ａの最大値が
等しくなるようにゲイン調節をしておき、測定時
には、マイクロプロセツサ４８にＡ／Ｄコンバー
タ７０ａの出力を取込み、その値の例えば1/2を
Ｄ／Ａコンバータ７２に設定して参照信号Ｂを生
成し、出力Ａを波形整形する。 第２図にこのときの出力Ａと参照信号Ｂの関係
の一例を示す。このようにして、タイミング用受
光素子１４の出力から参照信号を作つているの
で、参照信号Ｂは極めて安定であり、従来のよう
な測定対象物の形状による参照信号のレベル変化
に伴う測定誤差を生じることがない。 なお、Ａ／Ｄコンバータ７０ｂの出力値をＡ／
Ｄコンバータ７０ａの出力値と比較することで、
光学系の汚れによるレーザビームの減衰をモニタ
することもでき、例えば汚れが顕著な場合やビー
ム発生器１０の出力が予め設定した値より小さく
なつた場合には、警報表示器５２を駆動すること
ができる。 本実施例においては、電圧保持回路６４や７５
を設けているので、Ａ／Ｄコンバータ７０ａや７
０ｂを安価に構成できる。なお、スイツチ６８や
７９を省略して、適当な値を有するコンデンサと
抵抗だけで構成したり、更に、Ａ／Ｄコンバータ
７０ａや７０ｂとして高速Ａ／Ｄコンバータを用
いた場合には、電圧保持回路６４や７５を省略す
ることができる。 又、本実施例においては、マイクロプロセツサ
４８により参照信号Ｂを生成するようにしている
ので、参照信号Ｂのレベルは必ずしもＡ／Ｄコン
バータ７０ａの出力の1/2に限定されず、自由に
設定することができ、様々なエツジ特性を有する
測定にも容易に対処することができる。なお、処
理回路の構成はこれに限定されず、例えばアナロ
グ回路で構成することも可能である。 なお、前記実施例においては、回転走査範囲の
出側に配設されたタイミング用受光素子１４の出
力を利用して参照信号Ｂを生成していたが、参照
信号Ｂの生成に利用すべきタイミング用受光素子
は、これに限定されず、回転走査範囲の入側に配
設されたタイミング用受光素子１３を利用した
り、更には、平行走査ビーム２０の走査範囲外に
配設したタイミング用受光素子を利用することが
できる。

【考案の効果】

以上説明した通り、本考案によれば、参照信号
のレベルが測定対象物の形状によつて変化するこ
とがない。従つて、狭い隙間の測定を高精度で行
うことができ、一般測定でも高精度の測定を行こ
とができる。又、測定の度に参照信号の再設定が
確実にできるため、ビーム発生器の出力の短期的
変動があつても高精度な測定が可能である。更
に、従来のタイミング用受光素子が兼用できるの
で、機構部は同じで精度が向上する。又、ビーム
発生器の出力や光学系の汚れのモニタを容易に行
うことができる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る光学式測定装置の実施
例の要部構成を示す、一部側面図を含む回路図、
第２図は、前記実施例における出力波形の例を示
す線図、第３図は、従来の光学式測定装置の構成
を示す、一部側面図を含む回路図、第４図は、第
３図に示した従来例で棒状材の外径を測定した場
合の検出信号とその整形波形の例を示す線図、第
５図は、第３図に示した従来例で測定対象物の狭
い隙間を測定している状態を示す、一部側面図を
含む回路図、第６図は、第５図の場合における検
出信号とその整形波形の例を示す線図である。 ２……平行走査ビーム発生装置、４……受光装
置、６……電子回路、１０……ビーム発生器、１
２……レーザビーム、１３，１４……タイミング
用受光素子、１６……ポリゴンミラー、１７……
回転走査ビーム、１８……コリメータレンズ、２
０……平行走査ビーム、２４……測定対象物、２
６……計測用受光素子、２９ａ……電圧比較器、
４８……マイクロプロセツサ、７０ａ……Ａ／Ｄ
コンバータ、７２……Ｄ／Ａコンバータ、Ｂ……
参照信号。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ビーム発生器、該ビーム発生器からのレーザ
   ビームを走査ビームに変換する手段及び該走査
   ビームを平行走査ビームとするコリメータレン
   ズを含む平行走査ビーム発生装置と、 前記走査ビームの測定対象物走査範囲外で走
   査ビームを検出するタイミング用受光素子と、 測定対象物を通過した前記平行走査ビームの
   明暗を検出する計測用受光素子を含む受光装置
   と、 前記平行走査ビームが測定対象物によつて遮
   られて生じる暗部又は明部の時間の長さから測
   定対象物の寸法に関する測定値を求める電子回
   路とを含んで構成された光学式測定装置におい
   て、 前記タイミング用受光素子の出力を処理回路
   で処理して生成した参照信号により、前記計測
   用受光素子の出力を波形整形することを特徴と
   する光学式測定装置。 (2) 前記処理回路が、ダイオードとコンデンサを
   有する電圧保持回路を含むものである実用新案
   登録請求の範囲第１項に記載の光学式測定装
   置。 (3) 前記処理回路が、Ａ／Ｄコンバータ、マイク
   ロプロセツサ及びＤ／Ａコンバータを含むもの
   である実用新案登録請求の範囲第１項記載の光
   学式測定装置。