JPH0419455Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この考案は光学式測定装置に係り、特に、平行
走査光線ブームを利用して被測定物の寸法等を測
定する光学式測定装置の改良に関する。

【従来の技術】

従来、回転走査光線ビーム（レーザビーム）を
コリメータレンズによりこのコリメータレンズ
と、集光レンズ間を通る平行走査光線ビームに変
換し、該コリメータレンズと集光レンズの間に被
測定物を置き、この被測定物によつて前記平行走
査光線ビームが遮られて生じる暗部又は明部の時
間の長さから被測定物の寸法を測定する光学式測
定装置があつた。 これは、例えば第４図に示す如く、レーザ管１
０からレーザビーム１２を固定ミラー１４に向け
て発振し、この固定ミラー１４により反射された
レーザビーム１２を多角形回転ミラー１６によつ
て回転走査光線ビーム１７に変換し、この走査ビ
ーム１７をコリメータレンズ１８によつて平行走
査光線ビーム２０に変換し、この平行走査光線ビ
ーム２０によりコリメータレンズ１８と集光レン
ズ２２の間に配置した被測定物２４を高速走査
し、その時被測定物２４によつて生じる暗部又は
明部の時間の長さから、被測定物２４の走査方向
（Ｙ方向）寸法を測定するものである。即ち、平
行走査光線ビーム２０の明暗は、集光レンズ２２
の焦点位置にある受光素子２６の出力電圧の変化
となつて検出され、該受光素子２６からの信号
は、プリアンプ２８に入力され、ここで増幅され
た後、セグメント選択回路３０に送られる。この
セグメント選択回路３０は、受光素子２６の出力
電圧から被測定物２４が走査されている時間ｔの
間だけゲート回路３２を開くための電圧Ｖを発生
して、ゲート回路３２に出力するようにされてい
る。このゲート回路３２には、クロツクパルス発
振器３４からクロツクパルスCPが入力されてい
るので、ゲート回路からは被測定物２４の走査方
向寸法（例えば外径）に対応した時間ｔに対応す
るクロツクパルスＰを計数回路３６に入力する。
計数回路３６は、このクロツクパルスＰを計数し
て、デイジタル表示器３８に計数信号を出力し、
デイジタル表示器３８は被測定物２４の走査方向
寸法即ち外径をデイジタル表示することになる。
一方、前記多角形回転ミラー１６は、前記クロツ
クパルス発振器３４出力と同期して正弦波を発振
する同期正弦波発振器４０及びパワーアンプ４２
の出力によつて駆動される同期モータ４４によ
り、前記クロツクパルス発振器３４出力のクロツ
クパルスCPと同期して回転され、測定精度を維
持するようにされている。 このような高速度走査型レーザ測長機は、移動
する物体、高温物体の長さ、厚み等を非接触で高
精度に測定できるので広く利用されつつある。

【考案が解決しようとする問題点】

しかしながら、上記のような高速度走査型レー
ザ測長機における多角形回転ミラーを駆動する同
期モータは、一般的には短周期の変動（一回転以
内の変動）及び長周期の変動があり、前者はフラ
イホイールを設けることにより除去することが容
易であるが、後者の長周期の変動を除去すること
は困難であつた。 これに対しては、ヒステリシスシンクロナスモ
ータやPLL制御によるDCモータを使用すること
も考えられるが、この場合はコストが大幅に増大
してしまうという問題点がある。又、パルスモー
タを使用しても、パルス毎のモータ回転速度にば
らつきが発生する。 これに対して、第４図に示されるように、平行
走査ビーム２０の中に一対のピン２１，２１を配
置し、この一対のピン２１，２１の間の実測値及
び測定値の比から、モータの回転をモニタしてこ
れを補正するようにしたものがある。 又、第４図において２点鎖線で示されるよう
に、回転走査ビーム１７の走査方向両端近傍位置
に一対の光電変換器２３，２３を設け、これらの
光電変換器から出力信号の立ち上がり又は立ち下
がり間の時間に基づく測定値と、これらの光電変
換器間の実測値との比からモータの回転をモニタ
して測定値を補正するようにしたものがある。 しかしながら、これらはいずれも、走査ビーム
の径が大きい個所で走査ビームが一対のピン２
１，２１あるいは一対の光電変換器２３，２３を
走査するようになつているために、これらのエツ
ジ検出精度が低く、このため測定回数を多くして
平均化による測定精度の向上を計らざるを得ない
という問題点がある。 又、一対の光電変換器を利用した場合は、これ
ら一対の光電変換器の感度のドリフト及びアンプ
系のドリフトが測定精度を悪化させるという問題
点がある。 更に、光学式測定装置の周囲の温度変化によつ
て、測定精度にむらが生じるという問題点があ
る。

【考案の目的】

この考案は上記従来の問題点に鑑みてなされた
ものであつて、測定回数を増大したりすることな
く、測定精度を向上させることができるようにし
た光学式測定装置を提供することを目的とする。 又、周囲の温度変化によつて測定精度にむらが
生じないようにした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】

この考案は、ビーム発生器からの入射ビームを
反射して回転走査ビームとする多角形回転ミラ
ー、該回転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、被測定物を通過した前記平行走査ビームの明
暗を検出する光電変換器とを有し、平行走査ビー
ム発生装置と前記光電変換器の間に配置した被測
定物によつて前記平行走査光線ビームの一部が遮
られて生じる暗部又は明部の時間の長さをカウン
ターを介して検出して被測定物の走査方向寸法を
求めるようにした光学式測定装置において、前記
多角形回転ミラーと前記被測定物との間の位置
に、前記平行走査ビームによる走査方向に離間し
て配置され、且つ平行走査ビームを、前記コリメ
ータレンズからの光学的距離が、該コリメータレ
ンズの焦点距離ｆと等価の位置の同一点に向けて
反射するように傾けられた２個の反射鏡と、前記
同一点に配置され、該２個の反射鏡からの反射光
を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する第
２の光電変換器と、この第２の光電変換器の出力
信号に基づき、前記２個の反射鏡間の距離に対応
した参照データをとる第２のカウンタと、前記２
個の反射鏡間の平行走査ビームの走査方向の実測
距離に基づくキヤリブレーシヨンデータと前記第
２のカウンタで得られた参照データとの比から、
前記カウンタで得られた計測データを修正する補
正手段と、を設け、且つ、前記２個の反射鏡を、
前記被測定物と略同一の熱膨張係数の材料から構
成される支持台により支持することにより上記目
的を達成するものである。 又、この考案は、前記２個の反射鏡の走査ビー
ム進行方向の位置を、前記コリメータレンズと被
測定物の間とすることにより上記目的を達成する
ものである。

【作用】

この考案において、測定値の補正を行ための信
号を得る一対の反射鏡は同一の光電変換器に走査
ビームを反射して、該同一の光電変換器から補正
用の信号を得るようにしているので、一対の光電
変換器を利用した場合と比較して、光電変化器の
感度のドリフト、アンプ系のドリフトの影響を受
けることなく、測定精度を向上させることができ
る。 又、前記一対の反射鏡は、被測定物と、略同一
の熱膨張係数の材料から構成された支持台に支持
されているので、測定器周囲の温度変化によつて
測定精度にむらが生じない。 又、補正用の第２の光電変換器をコリメターレ
ンズに対して該コリメータレンズの焦点距離ｆの
位置と光学的に等価の位置に配置することによ
り、走査ビームの最も絞られた個所で、該走査ビ
ームが第２の光電変換器に入力され、従つて高い
精度でエツジ検出を行うことができる。

【実施例】

以下本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。 この実施例は、第１図及び第２図に示されるよ
うに、ビーム発生器５０から入射ビーム５２を反
射して回転走査ビーム５４とする多角形回転ミラ
ー５６、該回転走査ビーム５４を平行走査ビーム
５８とするコリメータレンズ６０、を含む平行走
査ビーム発生装置と、被測定物６２を通過した前
記平行走査ビームの明暗を検出する光電変換器６
４とを有し、平行走査ビーム発生装置と前記光電
変換器６４の間に配置した被測定物６２によつて
前記平行走査ビーム５８の一部が遮られて生じる
暗部又は明部の時間の長さをカウンター６６を介
して検出して被測定物６２の走査方向寸法を求め
るようにした光学式測定装置において、前記多角
形回転ミラー５６と前記被測定物６２との間の位
置に、前記平行走査ビーム５８による走査方向に
離間して配置され、且つ平行走査ビーム５８を同
一点に向けて反射するように傾けられた２個の反
射鏡６８Ａ，６８Ｂと、前記同一点に配置され、
該２個の反射鏡６８Ａ，６８Ｂからの反射光を受
光し、受光量に応じて電気信号を出力する第２の
光電変換器７０と、この第２の光電変換器７０の
出力信号に基づき、前記２個の反射鏡６８Ａ，６
８Ｂ間の距離に対応した参照データをとる第２の
カウンタ７２と、前記２個の反射鏡６８Ａ，６８
Ｂ間の平行走査ビーム５８の走査方向の実測距離
も基づくキヤリブレーシヨンデータと前記第２の
カウンタ７２で得られた参照データとの比から、
前記カウンタ７２で得られた計測データを修正す
る補正手段７４と、を設け、且つ、前記２個の反
射鏡６８Ａ，６８Ｂを、前記被測定物６２と略同
一の熱膨張係数の材料から構成される支持台７５
により支持するようにしたものである。 前記第２の光電変換器７０は、前記２個の反射
鏡６８Ａ，６８Ｂを経由しての前記コリメータレ
ンズ６０からの光学的距離が、該コリメータリン
グ６０の焦点距離ｆと等価の位置に配置されてい
る。 又、前記２個の反射鏡６８Ａ，６８Ｂの走査ビ
ーム進行方向の位置は、前記コリメータレンズ６
０と被測定物６２との間とされている。第１図の
符号５１はビーム発生器５０により発生された入
射ビーム５２を多角形回転ミラー５６方向に反射
する固定ミラー６１は集光レンズを示す。 前記光電変換器６４及び第２の光電変換器７０
からの出力信号を処理する回路は次のように構成
されている。 まず、光電変換器６４の出力側はアンプ７６を
介してエツジ検出回路７８に接続され、このエツ
ジ検出回路７８の出力側はセグメント選択回路８
０を介してANDゲート８２に接続されている。 このANDゲート８２の出力側は前記カウンタ
６６に接続され、このカウンタ６６の出力側は演
算装置CPU８４に接続されている。 又、前記第２の光電変換器７０の出力側も、光
電変換器６４と同様に、アンプ８６，エツジ検出
回路８８、セグメント選択回路９０、ANDゲー
ト９２を介して前記第２のカウンタ７２に接続さ
れている。 この第２のカウンタ７２は前記演算装置８４に
接続されている。 前記２つのANDゲート８２及び９２には、ク
ロツクパルス発信器９４からのクロツクパルス
CPが入力されるようになつている。 又このクロツクパルス発信器９４は、分周器９
６及びモータドライバ９８を経て、前記多角形回
転ミラー５６を回転駆動するためのパルスモータ
１００に接続されている。 ここで前記エツジ検出回路７８は、光電変換器
６４の出力信号S₁から、平行走査ビーム５８が被
測定物６２を走査するときの暗部となるエツジを
検出してこれをセグメント選択回路８０に出力す
るようにされている。 セグメント選択回路８０は、エツジ検出回路７
８からのエツジ検出信号の間、即ち被測定物６２
によつて生じる単数又は複数の予め設定された暗
部に相当する時間ｔの間ANDゲート８２を開く
信号を出力するようにされている。 又、前記エツジ検出回路８８は、平行走査ビー
ム１８が反射鏡６８Ａを照射し、且つ６８Ｂを照
射することによつて、生じる第２の光電変換器７
０の出力信号S₂の２つの立ち上がりを検出し、こ
れをセグメント選択回路９０に出力するものであ
る。 セグメント選択回路９０はエツジ検出回路８８
からの１回目の立ち上がり信号と２回目の立ち上
がり信号との間の時間の間だけANDゲート９２
を開くための信号を発生してこれをANDゲート
９２に出力するようにされている。 前記ANDゲート８２及び９２は、対応するセ
グメント選択回路８０及び９０からゲート信号が
出力されている間、クロツクパルス発信器９４か
らのクロツクパルスCPを対応するカウンタ６６
及び第２のカウンタ７２に出力するものである。 これらカウンタ６６及び第２のカウンタ７２は
ANDゲート８２及び９２が開かれている間クロ
ツクパルス発信器９４からのパルス信号の数をカ
ウントしてこれを前記演算装置８４に出力するよ
うにされている。 第１図の符号１０２Ａ及び１０２Ｂはタイミン
グ用光電変換器を示し、これらはコリメータレン
ズ６０の両外側に接近して配置され、コリメータ
レンズ６０に入射する回転走査ビーム５４の基端
及び終端を検出することによつて、タイミング信
号Rs₁，Rs₂を出力し、演算装置８４の作動タイ
ミングを設定するものである。 この演算装置８４は、前記補正手段７４を含
み、該補正手段７４は前記一対の反射鏡６８Ａ，
６８Ｂ間の平行走査ビーム５８の走査方向の距離
（キヤリブレーシヨンデータ）をB₀、測定によつ
て、第２のカウンタ７２によつて得られた、前記
一対の反射鏡６８Ａ，６８Ｂ間の測定値をＢ、カ
ウンタ６６によつて得られた被測定物６２の走査
方向の寸法をＡとした場合、測定値Ａを補正し
て、被測定物６２の真の寸法A′を次の(1)式によ
つて演算するようにされている。 A′＝Ａ・（B₀／Ｂ） ……(1) ここで第２図の符号１０４は第２の光電変換器
７０の表面に設けられたナイフエツジを示し、こ
のナイフエツジ１０４は第２の光電変換器７０の
端部が一定でない場合に、反射鏡６８Ａ，６８Ｂ
から入射する走査ビームによる出力信号の立ち上
がりを安定させるためのものである。 上記実施例においては、多角形回転ミラー５６
の１つの反射面による１回の平行走査ビーム５８
による走査毎に、光電変換器６４で得られた信号
に基づくカウンタ６６のカウンタ値Ａを、第２の
光電変換器７０を得られた信号に基づく第２のカ
ウンタ７２のカウンタ値Ｂ及び予め設定されてい
るB₀によつて補正された測定値A′が出力される
ので、多角形回転ミラー５６を駆動するためのパ
ルスモータ１００の回転速度の変動によつても、
測定値に影響を受けることがない。 又、前記一対の反射鏡６８Ａ、６８Ｂは、被測
定物６２と略同一の熱膨張係数の材料から成る支
持台７５に支持されているので、該支持台７５
が、熱伸縮し、これら一対の反射鏡６８Ａ，６８
Ｂ間の距離に変動を生じても、被測定物６２もそ
の走査方向に熱伸縮して寸法変化を生じるため
に、反射鏡６８Ａ，６８Ｂ間の距離変動を相殺し
て、測定精度の変動を防止することができる。 更に、上記実施例においては、第２の光電変換
器７０は７０の、コリメータレンズ６０に対する
光学的距離は、該コリメータレンズ６０の焦点距
離ｆに等しい位置とされているので、該第２の光
電変換器７０に入射する平行走査ビーム５８の径
は最小となり、測定精度が向上される。 更に、上記実施例は、第２の光電変換器７０の
表面にナイフエツジ１０４を設け、これによつて
該第２光電変換器７０の受光端部を整列させるよ
うにしているが、これは、ナイフエツジでなくて
も、受光面が一定の直線上になるものであればよ
い。 又、上記実施例は、反射鏡６８Ａ，６８Ｂから
直ちに第２の光電変換器７０に平行走査ビーム５
８が入射するようにしたものであるが、これは他
のミラーを介して入射されるようにしてもよい。

【考案の効果】

本考案は上記のように構成したので、２つの反
射鏡から１つの第２の光電変換器に平行走査ビー
ムを反射して入射させるようにしたので、光電変
換器の感度ドリフト及びアンプ系のドリフトが生
じても、２つの反射鏡間の時間的幅に変化が生じ
ることがなく、従つて、該ドリフトによつて測定
精度を低下することを防止でき、且つ、前記一対
の反射鏡を支持する支持台を、被測定物と略同一
の熱膨張係数の材料により構成したので、周囲の
温度変化に基づく一対の反射鏡間の距離変動を吸
収し、又、補正用の第２の光電変換器をコリメー
タレンズに対して該コリメータレンズの焦点距離
ｆの位置と光学的に等価の位置に配置したので、
走査ビームの最も絞られた個所で、該走査ビーム
が第２の光電変換器に入力され、従つて測定精度
の向上を図ることができるという優れた効果を有
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
を示すブロツク図、第２図は同実施例における反
射鏡と第２の光電変換器との関係を示す正面図、
第３図は同実施例装置における信号処理の過程を
示す線図、第４図は従来の光学式測定装置を示す
ブロツク図である。 ５０……ビーム発生器、５２……入射ビーム、
５４……回転走査ビーム、５６……多角形回転ミ
ラー、５８……平行走査ビーム、６０……コリメ
ータレンズ、６２……被測定物、６４……光電変
換器、６８Ａ，６８Ｂ……反射鏡、７０……第２
の光電変換器、７２……第２のカウンタ、７４…
…補正手段、７５……支持台。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ビーム発生器からの入射ビームを反射して回
   転走査ビームとする多角形回転ミラー、該回転
   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、被
   測定物を通過した前記平行走査ビームの明暗を
   検出する光電変換器とを有し、平行走査ビーム
   発生装置と前記光電変換器の間に配置した被測
   定物によつて前記平行走査ビームの一部が遮ら
   れて生じる暗部又は明部の時間の長さをカウン
   ターを介して検出して被測定物の走査方向寸法
   を求めるようにした光学式測定装置において、
   前記多角形回転ミラーと前記被測定物との間の
   位置に、前記平行走査ビームによる走査方向に
   離間して配置され、且つ平行走査ビームを、前
   記コリメータレンズからの光学的距離が、該コ
   リメータレンズの焦点距離ｆと等価の位置の同
   一点に向けて反射するように傾けられた２個の
   反射鏡と、前記同一点に配置され、該２個の反
   射鏡からの反射光を受光し、受光量に応じた電
   気信号を出力する第２の光電変換器と、この第
   ２の光電変換器の出力信号に基づき、前記２個
   の反射鏡間の距離に対応した参照データをとる
   第２のカウンタと、前記２個の反射鏡間の平行
   走査ビームの走査方向の実測距離に基づくキヤ
   リブレーシヨンデータと前記第２のカウンタで
   得られた参照データとの比から、前記カウンタ
   で得られた計測データを修正する補正手段と、
   を設け、且つ、前記２個の反射鏡を、前記被測
   定物と略同一の熱膨張係数の材料から構成され
   る支持台により支持したことを特徴とする光学
   式測定装置。 (2) 前記２個の反射鏡の走査ビーム進行方向の位
   置を、前記コリメータレンズと被測定物の間と
   したことを特徴とす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。