JPH041845B2 - - Google Patents

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JPH041845B2
JPH041845B2 JP59039076A JP3907684A JPH041845B2 JP H041845 B2 JPH041845 B2 JP H041845B2 JP 59039076 A JP59039076 A JP 59039076A JP 3907684 A JP3907684 A JP 3907684A JP H041845 B2 JPH041845 B2 JP H041845B2
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JP
Japan
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image sensor
light
shadow
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measured
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JP59039076A
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JPS60183507A (ja
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Toshihiro Mori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hokuyo Automatic Co Ltd
Original Assignee
Hokuyo Automatic Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hokuyo Automatic Co Ltd filed Critical Hokuyo Automatic Co Ltd
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Publication of JPS60183507A publication Critical patent/JPS60183507A/ja
Publication of JPH041845B2 publication Critical patent/JPH041845B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は自己走査型一次元フオトダイオードア
レイ(イメージセンサ)を用いた光学式外形寸法
測定器に関する。
ロ 従来技術 非接触で線材等の外形寸法を測定する方法の一
つとしてイメージセンサを使用するものがあり、
本出願人は既に特願昭58−190292号で、この方式
の光学式外径測定装置を開示している。この方法
の原理は、第1図に示すように投光器1よりイメ
ージセンサ2に向けて平行光を照射し、投光器1
とイメージセンサ2間に置かれた物体3の影をイ
メージセンサ2に投影させ、影の長さをイメージ
センサ2のビツト出力によりカウントして物体3
の外形寸法を測定するものである。
上記測定方法は照射する光が理想的な平行光で
ある限り物体の位置によらず安定した計測が可能
であり、さらに可動部がないため機構系が簡単で
振動や衝撃に強く、しかも保守部品が少なく安価
に製造できるといつた長所を有する。
ロ 発明の解決しようとする問題点 上記測定方法の分解能はイメージセンサ自体の
分解能、すなわちイメージセンサ内のフオトセル
の配列ピツチによつて制限される。現時点で入手
可能なイメージセンサの最大の分解能は7μmで
あるから、これ以上の分解能は原理的に得られ
ず、より高精度の測定は不可能であつた。
さらに、イメージセンサは個々のフオトセル毎
に感度のバラツキがあるので、同一光量を受けて
も各セル毎に発生電圧が異なり、そのシリアル出
力を積分回路でなめらかにしても、実際に受光し
た光量とは僅かに異なつている。この変動は受光
と遮光の境界部分の出力を、二値化回路とコンパ
レータで閾値と比較する際に問題になる。また、
レンズの収差による投光の平行度のバラツキも誤
差の原因となる。特に、コンパレータの閾値も、
チヤタリング防止のため立ち上がり検出と立ち下
がり検出とでレベルを変えるヒステリシス特性を
持たせる必要があるので、受光から遮光に変化す
る位置の検出レベルと、遮光から受光に変化する
位置の検出レベルが異なり、これも誤差の原因と
なる。
また、測定対象がガラス管や透明チユーブの場
合に、第4図中に点線で示すように影に相当する
部分に光の迷い込み信号(n)が出て測定ミスの
原因となる問題もある。
そこで本発明は、測定精度を、イメージセンサ
のフオトセルの配列ピツチで規定される分解能の
数倍以上に高めるとともに、各フオトセルの感度
のバラツキ、レンズ収差による投光の平行度のバ
ラツキ、コンパレータのヒステリシス特性による
測定誤差、および光の迷い込み信号による測定ミ
スを解消した光学式外形寸法測定器を提供するこ
とを目的とする。
ハ 発明の構成 本発明は、光源から被測定物体越しに光をイメ
ージセンサに照射し、イメージセンサに投影され
た被検出物体の影の長さによつて外形寸法を測定
するものにおいて、 クロツクパルスに同期してイメージセンサから
出力されるパルス列を、なめらかな連続出力に変
換する積分回路と、 この積分回路の出力を所定のレベルで二値化
し、その最初の立ち下がりと最後の立ち上がりを
検出する二値化回路と、 イメージセンサのクロツクパルスの数倍の周波
数のクロツクパルスを、イメージセンサのスター
ト位置から上記二値化回路により検出された最初
の立ち下がりと最後の立ち上がりまでカウントす
るカウンタと、 使用するイメージセンサと二値化回路について
他の測長計を用いて予め作成され、影のエツジが
投影されたイメージセンサの絶対位置と、上記立
ち下がりと立ち上がりについてイメージセンサの
スタート位置から測定したカウント数との関係を
記録した立ち下がり用及び立ち上がり用の2種の
補正テーブルと、 これらの補正テーブルによつて補正した上記カ
ウンタの立ち上がりカウント値と立ち下がりカウ
ント値との差から、被測定物体の外形寸法を求め
る演算部とを具備したことを特徴とする光学式外
形寸法測定器である。
ニ 実施例 本発明の一実施例を第2図乃至第7図を参照し
ながら以下説明する。
第2図及び第3図は光学系を示し、4は発光源
4a、棒レンズ4b及びレンズ4cからなる投光
器、5はシリンドリカルレンズ5a及びイメージ
センサ5bからなる受光器、6は被検出物体であ
る線材である。
ここで発光源4aには、例えばLED等の固体
発光素子或いはフラツシユランプが使用され、棒
レンズ4bは発光源4aの光を集光して光強度分
布が均一な線光源を形成する。レンズ4cは棒レ
ンズ4bの形成する線光源から拡散された光を平
行にし、線材6越しに受光器5に入射させる。シ
リンドリカルレンズ5aは受光器5に入射した光
の光量を有効に利用して検出感度を高めるために
使用され、入射光の平行化された方向と直交する
成分を集光して線状の光としてイメージセンサ5
bに入射させる。
上記構成において発光源4aをパルス発光させ
ると、イメージセンサ5bに線材6の部分が影に
なつた光が入射される。この直後にイメージセン
サ5bにクロツクパルスを与えると、イメージセ
ンサ5b内の各フオトセルからそれに対応したパ
ルス列が出力される。このパルス列の影Dに対応
する期間をカウントすることにより線材6の外形
が測定される。
上記パルス列の影Dに対応する期間のカウント
は次のように行われる。
第4図に示すようにイメージセンサ5bの出力
であるパルス列bは、線材6の影のエツジ部b′,
b″がなだらかに変化している。これは光の回折、
光が完全に平行でないためのボケ、及びイメージ
センサ内のフオトセル間のフオトキヤリア漏れ出
しのためである。このようなイメージセンサの出
力特性を、本発明では積極的に利用し、イメージ
センサ自体の分解能よりも高い分解能を得てい
る。
以下これについて説明する。
クロツクパルスaに同期してイメージセンサか
ら出力されるパルス列bを、サンプルホールド回
路を用いてその発生タイミング毎に次の発生タイ
ミングまで保持することにより階段波cを得て、
これを第7図に示す積分回路8を通してなめらか
な積分波形dに変換する。この積分波形dはパル
ス列bを凝似的に補間したものであり、分解能が
無限に小さい仮想のイメージセンサの出力に近似
している。次にこの積分波形dを所定のスライス
レベルVsで二値化回路9で二値化して、線材6
の影Dの長さに対応する幅のLパルス信号eを得
る。この影の長さに対応する幅Lをカウンタ10
でイメージセンサ5bのクロツクパルスaの数倍
の周波数のパルス発生器11のクロツクパルスh
でカウントする。すると分解能はその倍数分の一
に向上できる。例えばイメージセンサ5bの実際
の分解能を7μmとし、4倍の周波数のクロツク
パルスhでカウントすれば分解能は7/4=1.75μm
とすることができる。なお現実に分解能を向上で
きるカウント用クロツクパルスhの周波数の倍数
は数倍程度であつた。
また上記測定方法を実施する場合、イメージセ
ンサの出力は“0”又は“1”のデジタルデータ
としてではなくアナログデータとして使用してい
るので、イメージセンサ5bの各フオトセルの感
度のバラツキ(同一光量が照射された各フオトセ
ルの出力するパルス列が第5図に示すように高低
差を生じることをいう)やレンズの収差による平
行度のバラツキが測定精度低下の原因となる。こ
れは具体的には上記測定法によつて得られたカウ
ント数とイメージセンサ5bの絶対位置の座標と
の関係が非線形になることであり、この非線形の
状態は第4図に示すパルス列bの立ち下がりb′と
立ち上がりb″を測定した場合とで異なる。そこで
これを補正するため、第6図a,bに示すように
他の測長計7を用いて平行光を遮る位置を1μm
単位で変化させながら、上記測定方法によつてイ
メージセンサ5bのスタート位置Sから影のエツ
ジ位置eまでを測定したカウント数と、影のエツ
ジが投影されたイメージセンサ5bの絶対位置の
座標との関係を測定してカウント数補正テーブル
を作成する。なお第6図aは立ち上がりの測定用
であり第6図bは立ち下がりの測定用である。こ
のようにして本発明装置の一台毎に2種のカウン
ト数補正テーブルを作成する。
第7図に示す、これらのカウント数補正テーブ
ル12によつてカウント値を演算部13で補正す
ることによつて上記測定精度低下を防止する。
また測定対象がガラス管や透明チユーブの場合
に、第4図中に点線で示すように影に相当する部
分の中間に光の迷い込み信号nが出て、測定ミス
が生じるのを防止するため次のような処理をす
る。
すなわち第4図のパルス信号eを前記二値化回
路9において微分して立ち上がり微分出力fと立
ち下がり微分出力gとを作り、パルス信号eの最
後の立ち上がりアドレスA1(クロツクパルスhで
カウントした値)と最初の立ち下がりアドレス
A2を検出して、このアドレスA1,A2を前記カウ
ント数補正テーブルで補正して実測値A′1,A′2
得て、A′1−A′2から影の区間を測定するようにし
ている。
なお上記実施例では平行光線を照射し、物体の
影をイメージセンサ5bに投影させる光学系を採
用していたが、光学系はこの例に限られない。例
えば、図示しないが物体6の後方に投光器を配置
し、前方においたレンズによつて物体6の像をイ
メージセンサ5b上に結像させるようにしてもよ
い。
また本発明装置は物体の突出長の測定、幅の広
いテープ等の幅測定、或いは走行帯状体の蛇行の
有無検出等にも使用できる。これらの場合は、そ
の両端又は一端を挾むように本発明の光学式外形
寸法測定装置を設置し、投光器の端の位置を測定
する。
ヘ 発明の効果 本発明によれば、イメージセンサを用いた光学
式外形寸法測定器において、イメージセンサの出
力するパルス列を凝似的補間法によりなめらかな
連続出力に変換した後、所定のレベルで二値化し
て影の長さに対応する幅のパルス信号を得て、こ
のパルス信号をイメージセンサのクロツクパルス
の数倍の周波数のクロツクパルスによりカウント
して外形寸法を測定するから、使用するイメージ
センサ自体の分解能の数倍の分解能を得ることが
てきる。
特に本発明は、なめらかにされたイメージセン
サの出力から最初の立ち下がりと最後の立ち上が
りを検出することにより、光の迷い込み信号を除
去し、予め作成された、使用するイメージセンサ
と二値化回路についての、立ち下がり用及び立ち
上がり用の2種の補正テーブルによつて補正を行
なうから、測定精度を高くし、信頼性を高くする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光学式外形測定装置の原理説明図、第
2図及び第3図は本発明の光学式外形寸法測定器
の一実施例の光学系を示す正面図及び平面図、第
4図は第2図及び第3図に示す光学系によつて得
られるパルス列の処理手順を説明する波形図、第
5図はイメージセンサの各フオトセルの感度のバ
ラツキを説明するパルス列の一例を示す図、第6
図a,bは夫々立ち上がり及び立ち下がりの各々
についてカウント数補正テーブルを作成する方法
を説明する正面図である。第7図は本発明の構成
を示すブロツク図である。 4……投光器、4a……光源、5……受光器、
5b……イメージセンサ、6……被測定物体(線
材)、D……影の長さ、a……イメージセンサの
クロツクパルス、b……パルス列、c……段階
波、d……なめらかな連続出力(積分波形)、e
……パルス信号、h……カウント用のクロツクパ
ルス、Vs……スライスレベル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光源から被測定物体越しに光をイメージセン
    サに照射し、イメージセンサに投影された被検出
    物体の影の長さによつて外形寸法を測定するもの
    において、 クロツクパルスに同期してイメージセンサから
    出力されるパルス列を、なめらかな連続出力に変
    換する積分回路と、 この積分回路の出力を所定のレベルで二値化
    し、その最初の立ち下がりと最後の立ち上がりを
    検出する二値化回路と、 イメージセンサのクロツクパルスの数倍の周波
    数のクロツクパルスを、イメージセンサのスター
    ト位置から上記二値化回路により検出された最初
    の立ち下がりと最後の立ち上がりまでカウントす
    るカウンタと、 使用するイメージセンサと二値化回路について
    他の測長計を用いて予め作成され、影のエツジが
    投影されたイメージセンサの絶対位置と、上記立
    ち下がりと立ち上がりについてイメージセンサの
    スタート位置から測定したカウント数との関係を
    記録した立ち下がり用及び立ち上がり用の2種の
    補正テーブルと、 これらの補正テーブルによつて補正した上記カ
    ウンタの立ち上がりカウント値と立ち下がりカウ
    ント値との差から、被測定物体の外形寸法を求め
    る演算部とを具備したことを特徴とする光学式外
    形寸法測定器。
JP3907684A 1984-02-29 1984-02-29 光学式外形寸法測定器 Granted JPS60183507A (ja)

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Publication Number Publication Date
JPS60183507A JPS60183507A (ja) 1985-09-19
JPH041845B2 true JPH041845B2 (ja) 1992-01-14

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ID=12543020

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JP3907684A Granted JPS60183507A (ja) 1984-02-29 1984-02-29 光学式外形寸法測定器

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JPS60183507A (ja) 1985-09-19

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