JPH0420527B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は２値化回路に関し、特にレーザ光に
よる光ビームを走査して非接触で測定対象物の外
径を測定する走査型の光学式外径測定器におい
て、測定対象物のエツジ検出を正確に行うことの
できる２値化回路に関する。

〔従来の技術〕

走査型の光学式外径測定器は非接触で外径測定
ができるので、測定対象物が移動物体、高温物体
等の場合によく用いられる。以下、この走査型の
光学式外径測定器の原理説明を第４図に基づいて
行う。

レーザ管１から投射されたレーザビームは固定
ミラー２により反射され、回転ミラー３で再度反
射され走査ビームに変換される。走査ビームはコ
リメータレンズ４により平行走査ビームに変換さ
れ、コリメータレンズ４と集光レンズ５の間に配
置された測定対象物６を高速走査する。この際、
測定対象物６の遮蔽によつて生じた平行走査ビー
ムの暗部または明部の時間の長さから、測定対象
物６の外径を測定するようにしている。

すなわち、測定対象物６の遮蔽による平行走査
ビームの明暗は、集光レンズ５の焦点位置に載置
された受光素子７の出力信号ａの変化となつて検
出される。この出力信号ａは増幅器８により増
幅・２値化され、セグメント選択回路９に伝達さ
れる。セグメント選択回路９は、測定対象物６が
走査されている間ｔだけ受光素子７の出力信号を
ゲート回路１０に伝達する。ゲート回路１０には
クロツクパルス発振器１１からクロツクパルス
CPも入力されているので、ゲート回路１０は、
測定対象物６の外径に対応した走査時間ｔにおけ
るクロツクパルスＰを計数回路１２に伝達する。
計数回路１２は入力されたクロツクパルスＰを計
数し、表示器１３にその計数値を伝達する。表示
器１３はこの計数値に基づき、測定対象物６の外
径を表示する。

このような走査型の光学式外径測定器の使用に
際して問題となる点が、第５図に示すように、測
定対象物６（第４図参照）の遮蔽による受光素子
７の出力信号ａのどの部分を、測定対象物６のエ
ツジと認定するかということである。この問題点
に対して、従来は次のような方式を用いて対処し
ていた。

まず、第１の方式は固定しきい値方式と呼ばれ
るもので、第６図ａに示すように、しきい値イを
固定して受光素子７の出力信号ａがしきい値イを
越えた場合に、パルスが出力されるようにしてい
る。しかし、この方式では受光素子７の出力信号
ａが諸要因によつて変動した際には、同図ｂに示
すように、同一測定対象物６にも拘わらず受光素
子７の出力信号a′の振幅が変動し、この信号a′を
２値化した際、誤差Δtが生じ誤測定を行うこと
がある。

次に、第２の方式はピークレベル方式と呼ばれ
るもので、通常、第７図に示すような回路を用い
て行う。この回路は、受光素子７の出力信号ａが
伝達される端子１４に増幅器１５が接続され、こ
の増幅器１５の出力側にはピークホールド回路１
６および比較器１７の正入力側が接続されてい
る。ピークホールド回路１６の出力側は、抵抗
R₁，R₁を介して接地されている。抵抗R₁，R₁の
中点は比較器１７の負入力側に接続されている。
比較器１７の出力側は端子１８に接続されてい
る。

このような構成であるので、第８図に示すよう
に、増幅器１５（第７図参照）の出力信号ｂとこ
の信号ｂの1/2の振幅値の信号ｃのクロス点を測
定対象物６のエツジと見做し、測定対象物６の外
径に対応するパルス幅の出力パルスｄを得てい
る。すなわち、増幅器１５の出力信号ｂのピーク
値の1/2を、測定対象物６のエツジ位置での出力
値と見做すのである。しかし、この方式では、前
記出力信号ｂのピーク値が出力パルスｄの立ち上
がり時点で判明していない。したがつて、この信
号ｂの1/2の振幅値である信号ｃを特定すること
もできず、出力パルスｄの立ち上がり時点である
クロス点を定めることは不可能である。それゆ
え、走査毎に出力信号ｂのピーク値を一定に仮定
して信号ｃを得ている。だが、この仮定は光源等
の変動、背景光の変動等により成立せず、測定に
は相当な誤差が包含される。この誤差は、測定対
象物６の外径測定の精度を数μｍ単位まで要求さ
れる場合には致命的な欠陥となる。

このような要求に対応できる技術として、特開
昭53−114456号公報に開示されている２次微分方
式と呼ばれるものがある。この方式は受光素子７
の出力信号ａを２次微分し、その零クロス点間隔
を検出することにより測定対象物６の外径測定を
行うものである。以下この方式を説明する。

第９図に示すように、受光素子７の出力信号ａ
は端子１４に伝達され増幅器１５で増幅された
後、１次微分回路１９および２次微分回路２０で
微分される。２次微分された信号は、零クロス点
検出回路２１で零クロス点が検出され、これに基
づいて信号処理回路２２で測定対象物６の外径が
判明される。零クロス点検出回路２１は、第１０
図に示すような回路構成である。端子２３には２
次微分回路２０（第９図参照）の出力信号が伝達
され、この信号は比較器２１０に伝達される。比
較器２１０は、２次微分信号の零クロス点間（測
定対象物６のエツジからエツジまでの距離に該
当）に対応する、第１１図ｆに示すようなパルス
ｆを出力する。このパルスｆと第１１図ｅに示す
ようなクロツクパルス発生器２１１のクロツクパ
ルスｅはANDゲート２１２に入力され、ANDゲ
ート２１２は第１１図ｇに示すような出力パルス
ｇを信号処理回路２２に伝達する。したがつて、
信号処理回路２２が零クロス点間に相当する出力
パルスｇを計数することにより、零クロス点間の
時間幅が判明し、それゆえ測定対象物６の外径が
判明する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この２次微分方式の走査型の光学式
外径測定器は２回微分して零クロス点間を検出す
る必要があるため、２つの微分回路を設けねばな
らず回路構成が複雑化するという問題点があつ
た。

この発明は走査型の光学式外径測定器におい
て、測定対象物のエツジ測定を正確に行うことが
でき、かつ、回路構成が簡単な２値化回路を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決し、この目的を達成するため
の具体的手段は、入力信号が伝達される端子に整
合用の抵抗を介在して一端が接続されるとともに
他端が開放状態にある遅延素子と、この遅延素子
の両端の電圧を比較する比較回路を具備する２値
化回路において、前記比較回路を、前記遅延素子
の一端に負入力側が接続されるとともに正入力側
が前記遅延素子の他端に接続されている比較器
と、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を有す
る第１の比較回路と、前記遅延素子の一端に正入
力側が接続されるとともに負入力側が前記遅延素
子の他端に接続されている比較器と、抵抗とコン
デンサからなる時定数回路を有する第２の比較回
路から構成し、かつ、前記比較回路に排他的論理
和ゲートを接続するようにしたことである。

〔作用〕

この手段の実施によりもたらされる作用を第２
図に基づいて説明する。端子に伝達された受光素
子等からの入力信号は、遅延素子の一端に接続さ
れたインピーダンスの整合用の抵抗を介して遅延
素子に伝達される。この場合に、遅延素子の他端
はインピーダンスが開放状態であり、かつ前記一
端は整合状態であるので、第２図ａに示すよう
に、遅延素子の一端において前記入力信号の1/2
の振幅値である伝達信号ｈが生じる。この伝達信
号ｈは、遅延素子により一定時間tdだけ遅延され
て、開放状態である遅延素子の他端（開放端）に
伝達される。この際、この開放端において伝達信
号ｈは全反射されて、伝達信号ｈの２倍の振幅値
を有する第１遅延信号ｉ（入力信号と同振幅値）
が生じる。一方、整合状態である遅延素子の一端
（整合端）において、開放端で全反射した伝達信
号ｈと前記端子より伝達された伝達信号ｈが重畳
した、突出部j′の立ち上がりが前記第１遅延信号
ｉより、さらに一定時間tdだけ遅延された第２遅
延信号ｊが生じる。

したがつて、整合端と開放端の電圧を比較する
比較回路を遅延素子に接続することにより、第１
遅延信号ｉと第２遅延信号ｊのクロス点Ａ，Ｂを
得ることができる。これらのクロス点Ａ，Ｂは入
力信号の1/2の振幅値を正確に示している。すな
わち、走査型の光学式外径測定器にこの２値化回
路を用いた際には、クロス点Ａ，Ｂは測定対象物
のエツジの位置を表し、同図ｂに示すように、比
較回路の出力パルスのパルス幅Ｗが測定対象物の
外径に対応している。

この場合に出力パルスの立ち上がりホ時間と立
ち下がりヘ時間に差異が生じると、正確な測定が
不可能となる。通常、この立ち上がりホ時間と立
ち下がりヘ時間は同一でないことが多い。この発
明においては、比較回路を第１の比較回路と第２
の比較回路から構成し、両比較回路を排他的論理
和ゲートに接続することにより、この問題点を解
消している。すなわち、前記遅延素子の一端に負
入力側が接続されるとともに正入力側が前記遅延
素子の他端に接続されている比較器と、抵抗とコ
ンデンサからなる時定数回路を有する第１の比較
回路の出力信号（パルス信号）と、前記遅延素子
の一端に正入力側が接続されるとともに負入力側
が前記遅延素子の他端に接続されている比較器
と、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を有す
る第２の比較回路の出力信号（パルス信号）を、
排他的論理和ゲートに伝達し排他的論理和を採る
ことによつて、前記パルス信号の立ち上がりまた
は立ち下がりのいずれかを基準にして、前記クロ
ス点Ａ，Ｂを定めている。したがつて、パルス信
号の立ち上がり時間および立ち下がり時間の差異
による誤差が生ぜず、正確なエツジ検出が可能で
ある。

〔実施例〕

この発明を、以下実施例に基づいて詳細に説明
する。なお、従来例と同一部分はその説明を省略
している。

第１図に示すように、受光素子からの受光信号
は、端子３０に伝達された後増幅器３１に伝達さ
れ入力信号となる。増幅器３１には、インピーダ
ンスの整合用の抵抗R₂を介在して遅延素子３２
の一端（整合端Ｘ）が接続されている。遅延素子
３２の他端（開放端Ｙ）は、第１比較器３３の正
入力側に接続され、かつ第１比較器３３の負入力
側は整合端Ｘに接続されている。また、遅延素子
３２の開放端Ｙには、第２比較器３４の負入力側
が接続され、かつ第２比較器３４の正入力側は整
合端Ｘに接続されている。第１比較器３３の出力
側には、コンデンサC₁および抵抗R₃からなる時
定数回路が接続されている。抵抗R₃は基準電圧
源３５を介して接地され、コンデンサC₁も接地
されている。同様に、第２比較器３４の出力側に
はコンデンサC₂および抵抗R₄からなる時定数回
路が接続され、抵抗R₄は基準電圧源３６を介し
て接地され、コンデンサC₂も接地されている。
第１比較器３３、コンデンサC₁および抵抗R₃か
ら第１の比較回路が構成され、第２比較器３４、
コンデンサC₂および抵抗R₄から第２の比較回路
が構成されている。第１の比較回路および第２の
比較回路には、排他的論理和ゲート３７が接続さ
れている。

整合端Ｘには、第３比較器３８の負入力側およ
び第４比較器３９の正入力側も接続されている。
第３比較器３８の正入力側および第４比較器３９
の負入力側は、基準電圧源４０に抵抗R₅を、あ
るいは、抵抗R₅およびR₆を介して接続されると
ともに、抵抗R₆およびR₇を、あるいは、抵抗R₇
を介して接地されている。第３比較器３８および
第４比較器３９の出力側はANDゲートに接続さ
れ、このANDゲート４１の出力側は、他方入力
接続を前記排他的論理和ゲート３７とするAND
ゲート４２に接続されている。ANDゲート４２
の出力側には、この２値化回路の出力信号を処理
する回路部（図示省略）にANDゲート４２の出
力信号を伝達するための端子４３が接続されてい
る。

以上の回路構成からなるこの実施例の動作を、
第１図および第２図を参照しながら第３図に基づ
いて説明する。なお、第３図のアルフアベツトは
第１図の各部の信号のアルフアベツトに対応させ
ている。

受光素子の受光信号を増幅した信号である入力
信号により、整合端Ｘにおいて入力信号の1/2の
振幅値となる伝達信号ｈ（第２図参照）が生じる。
この伝達信号ｈは、遅延素子３２により一定時間
tdだけ遅延して開放端Ｙに伝達される。開放端Ｙ
において、伝達信号ｈは全反射されて第３図ｋに
示すように、伝達信号ｈの２倍の振幅値を有する
第１遅延信号ｉ（入力信号と同振幅値）が生じる。
一方、整合端Ｘにおいて、前記開放端Ｙで全反射
した伝達信号ｈと前記端子３０より伝達された伝
達信号ｈが重畳した、突出部j′の立ち上がりが前
記第１遅延信号ｉより、さらに一定時間tdだけ遅
延した第２遅延信号ｊが生じる。これらの第１遅
延信号ｉと第２遅延信号ｊのクロス点Ａ，Ｂは、
入力信号の1/2の振幅値を正確に示している。

第１の比較回路は第１遅延信号ｉと第２遅延信
号ｊを入力し、第３図１に示すように、立ち上り
が時定数回路のために緩やかなパルス信号ｌを出
力する。同様に第２の比較回路も、同図ｍに示す
ように、立ち上がりが緩やかなパルス信号ｍを出
力する。これら両パルス信号ｌ，ｍを入力する排
他的論理和ゲート３７は、同図ｎに示すように、
両パルス信号ｌ，ｍの立ち下がりを基準にした測
定対象物のエツジ位置の検出用パルス信号ｎを出
力する。

このパルス信号ｎは、第１遅延信号ｉと第２遅
延信号ｊが重畳する部分ロ，ロ′で両信号の大小
が変動し、雑音パルスを出力する。したがつて、
この雑音パルスを除去するために、前述の本発明
にかかる回路以外の他の回路が必要となる。

すなわち、第３比較器３８および第４比較器３
９により、同図ｋに示すように、前記クロス点
Ａ，Ｂの上下に各々しきい値ハ，ニを設定する。
第２遅延信号ｊがしきい値ニを越えると、同図ｐ
に示すように、第４比較器３９の出力信号ｐは
HIGHになる。この信号ｐにより、第１遅延信号
ｉと第２遅延信号ｊがしきい値ニを越えないで重
畳する際に出力される、ロの部分の雑音パルスが
除去される。そして、第２遅延信号ｊがしきい値
ハを越えると、同図ｏに示すように、第３比較器
３８の出力信号ｏはLOWになる。この信号ｏに
より、第１遅延信号ｉと第２遅延信号ｊがしきい
値ハを越えて重畳する際に出力される、ロの部分
の雑音パルスが除去される。これら両信号ｏ，ｐ
を入力するANDゲート４１は、第１遅延信号ｉ
および第２遅延信号ｊが重畳する際に出力される
ロ，ロ′の部分の雑音パルスを無視するための、
同図ｑに示すような出力信号ｑをANDゲート４
２に伝達する。

ANDゲート４２はこの出力信号ｑと排他的論
理和ゲート３７の出力信号ｎを入力し、第１遅延
信号ｉおよび第２遅延信号ｊが重畳する際に出力
される、ロ，ロ′の部分の雑音パルスが除去され
た出力信号ｒを端子４３に伝達する。図示省略し
たが、この端子４３には出力信号ｒにより、測定
対象物の外径を明示するための信号処理回路が接
続されている。

この実施例においては、第１の比較回路および
第２の比較回路の出力パルス信号ｌ，ｍの立ち上
がりが緩やかになるように各々の時定数回路を構
成し、両パルス信号ｌ，ｍの立ち下がりを基準に
して排他的論理和ゲート３７の出力信号である、
測定対象物のエツジ位置検出用パルス信号ｎを得
たが、反対に両パルス信号ｌ，ｍの立ち下がりが
緩やかになるように時定数回路を構成し、両パル
ス信号ｌ，ｍの立ち上がりを基準にして前記パル
ス信号ｎを得るようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明にか
かる２値化回路は、入力信号が伝達される端子に
整合用の抵抗を介在して一端が接続されるととも
に他端が開放状態である遅延素子と、この遅延素
子の両端の電圧を比較する比較回路を具備する２
値化回路において、前記比較回路を、前記遅延素
子の一端に負入力側が接続されるとともに正入力
側が前記遅延素子の他端に接続されている比較器
と、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を有す
る第１の比較回路と、前記遅延素子の一端に正入
力側が接続されるともに負入力側が前記遅延素子
の他端に接続されている比較器と、抵抗とコンデ
ンサからなる時定数回路を有する第２の比較回路
から構成し、かつ、前記比較回路に排他的論理和
ゲートを接続するようにしたので、この比較回路
の出力パルスの立ち上がりまたは立ち下がりのい
ずれかを基準にして測定対象物のエツジ検出を行
うため、比較回路のパルスの立ち上がり時間およ
び立ち下がり時間の差異による誤差を除去でき
る。したがつて、極めて簡単な回路構成で入力信
号の振幅の厳密に1/2である振幅値の信号を得る
ことができるので、走査型の光学式外径測定器に
この発明にかかる２値化回路を用いれば、測定対
象物のエツジ検出を極めて正確にでき、外径測定
の精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明にかかる２値化
回路の説明図であり、第１図は１実施例の回路
図、第２図は原理説明図、第３図は第１図の回路
の各部の動作波形図、第４図ないし第１１図は従
来例の説明図であり、第４図は走査型の光学式外
径測定器の原理説明図、第５図は従来例の問題点
の説明図、第６図は固定しきい値方式の説明図、
第７図はピークレベル方式の回路図、第８図はこ
の回路の各部の動作波形図、第９図は２次微分方
式のブロツク図、第１０図は第９図の零クロス点
検出回路の回路図、第１１図はこの回路の各部の
動作波形図である。 ３０……端子、３２……遅延素子、３３……第
１比較器、３４……第２比較器、３７……排他的
論理ゲート、C₁，C₂……コンデンサ、R₂……整
合用抵抗、R₃，R₄……抵抗、Ｘ……整合端、Ｙ
……開放端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力信号が伝達される端子に整合用の抵抗を
   介在して一端が接続されるとともに他端が開放状
   態である遅延素子と、この遅延素子の両端の電圧
   を比較する比較回路を具備する２値化回路であつ
   て、 前記比較回路が、 前記遅延素子の一端に負入力側が接続されると
   ともに正入力側が前記遅延素子の他端に接続され
   ている比較器と、抵抗とコンデンサからなる時定
   数回路を有する第１の比較回路と、 前記遅延素子の一端に正入力側が接続されると
   ともに負入力側が前記遅延素子の他端に接続され
   ている比較器と、抵抗とコンデンサからなる時定
   数回路を有する第２の比較回路から構成され、 かつ、前記比較回路に排他的論理和ゲートが接
   続されていることを特徴とする２値化回路。