JPH0426042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、空間内に境界点を設定して対象物に
よるそれの横断を光学的に検出し、かつまた横断
時には対象物上に位置する１点と境界点との距離
を測定する技術に関するものである。

発明の背景 自動化されたフライス削りや切削作業を行う工
場においては、偶然に間違つた寸法の刃物やビツ
トが使用されたために時間、労力および材料の無
駄を生じることがある。通例、かかる刃物やビツ
トは作業員によつて保管用マガジンの区画室内に
装填されるが、各々の区画室は指定寸法の工具を
収容するように意図されている。ところが、作業
員の過誤により、間違つた寸法の工具が区画室内
に挿入されることがある。そして、ロボツト機構
によりマガジンから工具を取出してフライス盤の
チヤツクに取付ける場合、工具寸法の間違いが検
出されない可能性がある。更にまた、工具の寸法
に間違いは無かつたとしても、取出し後に起こる
現象のために工具寸法の変化が生じることがあ
る。そのような現象としては、自然の摩耗や裂断
および偶発的なチツピングや破断が挙げられる。
このようにして生じた変化が検出されなければ、
自動工作機械は工作物を間違つた寸法に切削し、
従つて得れた製品は使用不可能となる。

かかる工具寸法の変化を検出するために数多く
の方法が試みられている。１つの方法は機械指を
使用するもので、それが測定すべき工具をはさむ
ことによつてノギスの様な測定動作を行うのであ
る。しかるに機械指は、それ自体が摩耗や裂断を
受け易く、従つてそれ自体の寸法変化の問題を起
こし易いという欠点を有する。その上、機械指が
正しく動作するためには測定すべき工具に接触す
ることが必要であるが、それによつて加えられた
力が工具を不都合な位置に移動させてしまうこと
もある。更にまた、機械的隙間ゲージは繊細かつ
精密な機構を含むこともあるが、かかる機構にお
いては全ての機械装置に共通する誤動差が避けら
れない。

別の方法としては、光源を用いて目的の工具を
照明し、それの影を感光素子上に投射して影の寸
法を測定し、それによつて工具の寸法の示度を得
るというものが挙げられる。このような方法にお
いて起こり得る問題の１つは、工具の縁端におい
て屈折が起こるため、それらの区域からの光線は
発散する傾向を示し、従つて影の周縁がぼけてし
まうことである。影と工具との距離が大きくなる
ほど、このような効果も顕著となる。距離を小さ
くすることによつて上記の効果を低減させようと
すれば、感光素子を工具の切削区域域の近くに配
置することが必要となるが、そうすると振動、雑
音および飛散する切り屑の影響を受け易くなる。

発明の目的 本発明の目的の１つは、新規で改良された光学
的測定装置および方法を提供することである。

また、空間内に設定された境界点を対象物が横
断する場合、境界点から対象物上に位置する１点
までの距離を測定するような新規で改良された光
学的測定装置を提供することも本発明の目的の１
つである。

更にまた、光線ビームに二重に暴露することに
よつて照明された検査域を生み出すような新規で
改良された光学的測定装置を提供することも本発
明の目的の１つである。

更にまた、空間内に境界点を設定すると同時
に、その境界点を対象物が横断していることを表
わしかつ対象物の位置の変化率よりも大きい変化
率を有する信号を発生するような新規で改良され
た光学的測定装置を提供することも本発明の目的
の１つである。

更にまた、環境の有害な作用（たとえば振動や
切り屑）に良く耐えかつ部品の位置狂いを許容す
るような新規で改良された光学的測定装置を提供
することも本発明の目的の１つである。

発明の概要 本発明に従えば、電磁線のビームが投射され、
そして検出器に入射する電磁線の量が限界値以下
に低下した場合に対象物がビーム内の第１の点を
横断したものと見なされる。このような横断時に
おいて、第１の点から対象物上の所定点までの距
離が測定される。

発明の詳細な説明 先ず第１図を見ると、チヤツクまたはホルダ１
３によつて保持された長さ10Aの切削工具１０が
略示されている。それの切削作用は、たとえば矢
印１６によつて示される方向にチヤツク１３が回
転することによつて達成される。切削作用は回転
以外の方法によつて達成することも可能であつ
て、たとえば振動も有用である。テーブル２２に
よつて支持された工作物１９は、それに一定のパ
ターン（たとえば溝２５）を切込むため、切削工
具１０に対して移動させることができる。テーブ
ル２２はレール２８および３１のごとき搬送手段
によつて支持されている結果、テーブル２２は矢
印３４および３６によつて示される方向に滑動さ
せることができる。他方、レール２８および３１
はレール３８および４０のごとき搬送手段によつ
て支持されている結果、テーブル２２並びにレー
ル２８および３１は矢印４３および４５によつて
示される方向に滑動させることができる。なお、
レールに関する記述は全く例示的なものに過ぎな
いのであつて、切削工具１０に対して工作物１９
を移動させ得るものであれば任意の手段が使用で
きることに留意すべきである。

次に、第１図に示された本発明の装置を説明し
よう。外被４８および５１はテーブル２２に固定
されており、また外被５４は外部の支持体（図示
せず）に固定されている。これらの外被は本発明
に係わる光学的設備を収容している。外被５４内
には、外被５１に光線ビーム５７を投射する投光
器が収容されている。矢印４３および４５によつ
て示される方向に沿つてテーブル２２を移動させ
ることにより、光線ビーム５７が開口６０に入射
するように外被５１を正しく配置した場合、外被
５１内の光学系は入射した光線ビーム５７を光線
ビーム６３によつて示される方向に投射する。こ
のような光線ビーム６３は６５として示される検
査域を横断した後、外被４８に入射するが、外被
４８内に収容された光学系は光線ビーム６３を反
転しかつ反射することによつて光線ビーム６８を
投射する。かかる光線ビーム６８は再び検査域６
５を横断した後、外被５１内の光学系に入射し、
それから光線ビーム７１として外被５４に戻され
る。外被５４内に収容された検出器は戻つて来た
光線ビーム７１を受光し、そしてそれの強度を表
わす信号を発生する。各種の光学部品の動作を以
下に一層詳しく説明しよう。

第２図に関連して述べれば、実質的に非発散性
の光源（たとえばレーザ７４）からの光線ビーム
７６がビームスプリツタ７９に投射される。ビー
ムスプリツタ７９は光線ビーム７６の一部を光線
ビーム８１として示されるごとく反射する一方、
他の一部を光線ビーム５７として透過する。光線
ビーム５７は第１の軸線８４に沿つて進行して
（一般に五角プリズム反射器と呼ばれる）誤差補
償用の90度反射手段８７に入射する。第３図に略
示されるごとく、五角プリズム８７は入射光線を
垂直方向に反射するのであつて、換言すれば入射
光線を90度だけ曲げるわけである。詳しく述べれ
ば、第２図においてビームスプリツタ７９から入
射した光線ビーム５７は五角プリズム８７を通過
した後、光線ビーム６３となつて入射方向に対し
て垂直な方向に進行する。すなわち、角９１は90
度である。かかる五角プリズム８７の回転位置が
規定の範囲内にありさえすれば、出射光線ビーム
６３は入射光線ビーム５７に対して常に垂直とな
るから、五角プリズム８７は誤差補償用として役
立つのである。たとえば、点線の輪郭９３および
９６が規定範囲内の回転位置を表わすものとした
場合、五角プリズム８７は点線の輪郭９３および
９６によつて示される回転位置の間で回転させる
ことができるのである。実例を挙げれば、実用的
な回転範囲としては通例±20度が使用されるが、
理論的には±45度の回転範囲が使用できる。

第２図に示される通り、五角プリズム８７から
出射した光線ビーム６３は（第１の軸線８４に対
して垂直な）第２の軸線９９に沿つて進行して第
１のレンズ手段１０１に到達する。第２の軸線９
９と平行に進行して第１のレンズ手段１０１に入
射した光線ビーム６３は第１のレンズ手段１０１
によつて曲げられ、そして検査域６５に集中す
る。検査域６５を通過した光線ビーム６３は第２
のレンズ手段１０５に入射し、それによつて再び
平行化される。すなわち、第２のレンズ手段１０
５から出射した区域１０７内の光線ビーム１１７
は再び第２の軸線９９と平行に進行するのであ
る。これに関連して言えば、２つの要求条件が満
たされることが好ましい。１番目は、第１のレン
ズ手段１０１および第２のレンズ手段１０５が検
査域６５内に含まれる焦点（第７図中の１０７
Ａ）から等距離にあることが好ましい。すなわ
ち、第２図中に１０９および１１１として示され
る距離が相等しいことが好ましいのである。２番
目は、第１のレンズ手段１０１および第２のレン
ズ手段１０５が同じ焦点距離を有し、そしてこの
焦点距離が距離１０９および１１１に等しいこと
が好ましい。これらの要求条件の目的の１つは、
第１のレンズ手段１０１および第２のレンズ手段
１０５の位置決定時の誤差が許容されるようにす
ることにある。

第２のレンズ手段１０５から出射した光線ビー
ム１１７は、コーナキユーブ（corner cube）と
も呼ばれる誤差補償用の180度反射手段１１５に
入射する。180度反射手段１１５の機能は第４図
を参照することによつて理解できる。コーナキユ
ーブ１１５に入射した光線ビーム１１７はコーナ
キユーブ１１５により反射されて出射光線ビーム
１１９となり、そして入射方向と平行かつ反対の
方向に進行する。すなわち、光線ビーム１１７の
方向が180度だけ転回されるのである。更にまた、
入射光線ビーム１１７はコーナキユーブ１１５に
よつて伝搬方向（または軸線）の回りに180度だ
け回転させられる。すなわち、第５図に示される
ごとく、第２図の光線ビーム１１７の横断画像１
１７Ａがコーナキユーブ１１５への入射時におい
て２本の矢印１２１および１２４を含んでいると
すれば、コーナキユーブ１１５からの入射時にお
ける横断画像は反転されている、つまり180度だ
け回転しているのである。更に詳しく述べれば、
第６図に示されるごとく、反射後の光線ビーム１
１９の横断画像１１９Ａは回転した矢印１２１お
よび１２４を含むことになる。

再び第２図に関連して述べれば、区域１０７内
における反射および反転後の光線ビーム１１９は
最初の入射時とは反対の側から第２のレンズ手段
１０５に入射する。第２のレンズ手段１０５が光
線ビーム１１９を曲げて検査域６５に集中させる
結果、第２の（反転された）光線ビーム６８は検
査域６５を通過する検査域６５を通過した後、光
線ビーム６８は最初の入射時とは反対の側から第
１のレンズ手段１０１に入射し、そして第１のレ
ンズ手段１０１によつて再び平行化される。その
結果、第１のレンズ手段１０１から出射した光線
ビーム１２７は第２の軸線９９と平行に進行し、
従つて第１のレンズ手段１０１に入射した光線ビ
ーム６３の方向と平行な方向に進行することにな
る。

第１のレンズ手段１０１から出射した後、光線
ビーム１２７は五角プリズム８７に入射し、そし
てそれによつて反射される。その結果、光線ビー
ム１２７は入射時の方向に対して垂直な方向に沿
つて五角プリズム８７から出射することになる。
すなわち、反射後の光線ビーム１２７は第１の軸
線８７と平行に進行するのである。ビームスプリ
ツタ７９に到達すると、光線ビーム１２７の一部
は光線ビーム１３０として反射される一方、他の
一部は光線ビーム１３３として透過されて失われ
る。光線ビーム１３０はレンズ１３９により曲げ
られて焦点区域１３６に集中する。光線ビーム１
３０はかかる焦点区域を通過してからレンズ１４
１に入射するが、このレンズ１４１は光学系の口
径を光検出器１４７の口径に整合させるためにレ
ンズ１３９よりも小さい焦点距離を有している。
レンズ１４１から出射した光線ビーム１３０は、
第３の軸線１４４と平行に進行した光検出器１４
７に到達する。勿論、光検出器１４７とレンズ１
３９および１４１をビームスプリツタ７９の側に
配置し、そして光線ビーム１３３を受光するよう
にしてもよい。光検出器１４７は感光素子を含ん
でいて、受光された光線ビーム１３０の強度を表
わす信号を発生する。

ここで２つの事を特記しておく必要がある。第
一に、光線ビーム５７は４つの光学部品（すなわ
ち五角プリズム８７、第１のレンズ手段１０１、
第２のレンズ手段１０５およびコーナキユーブ１
１５）から成る受光手段に入射し、次いで光線ビ
ーム１２７としてその受光手段から出射する。受
光手段に対する入射光線ビーム５７および出射光
線ビーム１２７は、上記の説明によれば同じ経路
をたどつているわけではない。しかし実際には、
受光手段を構成する４つの光学部品の相対位置を
適当に調整することにより、入射光線ビーム５７
および出射光線ビーム１２７が同じ経路をたどる
ようにすることが好ましい。すなわち、入射光線
ビーム５７がちようど第１の軸線８４上を進行
し、五角プリズム８７によつて反射されてちよう
ど第２の軸線９９上を進行し、そしてコーナキユ
ーブ１１５により方向が逆転された後にちようど
第２の軸線９９および第１の軸線８４上を戻るよ
うにすることが好ましいのである。このような状
態を理想状態と呼ぶが、実際には、４つの光学部
品の調整によつてできるだけ理想に近づけるよう
にすればよい。

第二に、前述の通り、五角プリズム８７および
コーナキユーブ１１５はそれらの回転位置に誤差
があつても入射方向に対してそれぞれ90度および
180度の角を成す方向に光線を反射する。すなわ
ち、これらの光学部品は第３および４図中に点線
の輪郭で示された位置を占めてもよく、それでも
正しく機能を果すのである。更にまた、第１のレ
ンズ手段１０１および第２のレンズ手段１０５は
相等しい焦点距離を有するから、これらも第２図
中に点線の輪郭１４９および１５１で示された位
置をそれぞれ占めることができるのである。この
ように回転位置の狂いが許容されることは、本発
明の装置が暴露される環境（たとえば第１図に示
された環境）を考慮すれば重要である。

このような環境においては、五角プリズム８７
および第１のレンズ手段１０１を外被５１内に収
容する一方、第２のレンズ手段１０５およびコー
ナキユーブ１１５を外被４８内に収容することが
好ましい。また、ビームスプリツタ７９、レンズ
１３９および１４１並びに光検出器１４７は外被
５４内に収容することが好ましい。このような環
境においては、外被４８および５１は振動の影響
を受ける不安定状態にあるから、内部の光学部品
は第２，３および４図中に点線の輪郭で示された
ような狂つた位置に回転する傾向がある。その
上、据付時の誤差によつても同様に位置狂いが生
じることがある。更にまた、温度の変化によつて
生じた寸法の変化が同様な位置狂いをもたらすこ
ともある。更にまた、レーザビームに固有の不安
定性のため、第２図において光線ビーム５７が左
右に変位することもある。これらの事実を考慮す
れば、上記のごとき光学部品の配置はそれらの位
置が狂つた場合でも光線ビーム６３および６８の
交点の位置を精密に制御するのに役立つことがわ
かろう。

検査域６５は第７図に拡大して示されている。
第７図においては、第２図中の光線ビーム６３お
よび６８の一部がそれぞれ６３Ａ，６３Ｂ，６８
Ａおよび６８Ｂと名付けられている。矢印１２１
Ａおよび１２４Ａはビーム部分６３Ａおよび６３
Ｂが反転前の状態にあることを表わすのに対し、
矢印１２１Ｂおよび１２４Ｂはビーム部分６８Ａ
および６８Ｂが反転後の状態にあることを表わし
ている。すなわち、ビーム部分６８Ａおよび６８
Ｂは（第７図には示されていない）コーナキユー
ブ１１５によつて反転されたものである。

（第１図中の工具１０に相当する）対象物１６
５が下方に移動して検査域６５内に入ると、光線
ビーム６３および６８は部分的に遮断される。
（説明を簡単にするため、第１図中の工具１０が
左方へ移動するのと異なり、第７図中の対象物１
６５は下方へ移動するように示されている。）第
７図に示される通り、部位１６８において部分的
遮断が起こる結果、ビーム部分６３Ｂの領域１７
１には光が伝達されなくなる。（第７図には示さ
れていない）コーナキユーブによつて反転された
後、第２図中の光線ビーム６８は第７図ではビー
ム部分６８Ａとして検査域６５に戻つて来るが、
やはり領域１７１には光が伝達されない。ところ
が、部位１７５において再び部分的遮断が起こる
結果、領域１７２にも光が伝達されなくなる。こ
のようにして、ビーム部分６８Ｂは上部および下
部に２つの遮断領域（すなわち領域１７２および
１７１）を有することになる。その上、理想状態
において見られるごとく光線ビーム６３および６
８が合致している場合には、２つの領域１７１お
よび１７２の遮断の総合作用により、領域１７１
のみの遮断に比べて２倍の光量が遮断されること
になる。このようにして、非遮断領域１７７の光
強度が対象物１６５の位置に対して示す感度は向
上するわけである。更にまた、領域１７７の光強
度が減少する速度は対象物自体が検査域内に移動
する速度よりも大きいのである。

第７図に示された光線ビーム６３および６８
は、上記の理想状態を成すように配置されてはい
ない。もし理想状態を成すように配置されたなら
ば、両者は第７図に示されるような著しく誇張さ
れた角度１８１で交差するのではなく、遥かに小
さい角度で交差することになる。すなわち、両者
はほとんど同軸的となり、従つて第７図中で側方
から見た場合に両者は２つの光線ビーム６３およ
び６８から成るほとんど単一の光柱を成すことに
なる。その結果、対象物１６５のただ１つの点が
かかる光柱に接触した場合でも、２つの部位１６
８および１７５における遮断と同等の遮断が起こ
る。すなわち、理想状態においては、光柱の表面
のただ１つの部位が遮断されただけでも遮断領域
１７１および１７２と同様な２つの遮断領域が同
時に生じるのである。このように、部位１６８お
よび１７５は実効的に空間内で合致することにな
る。

以上、精密に位置決定された検査域に非発散性
の光線ビームを投射し、かつ一部の光学部品に位
置狂いがあつても検査域の位置の精度を維持し得
るような光学部品の配置が記載された。光線ビー
ムが理想状態に近い状態で検査域６５を横断して
いるかどうかを判定するには、先ず光線ビーム６
３および６８を検査域６５に投射する。次いで、
検査域６５に煙を吹き込み、そして煙によつて見
えるようになつた光線ビーム６３および６８が合
致しているかどうかを視覚的に点検すればよい。
あるいはまた、光線ビーム５７を左右に変位さ
せ、そして戻つて来る光線ビーム１２７の強度が
最大になつた時、理想状態が達成されたと見なす
ことができる。一例に関して述べれば、直径32ミ
ルのレーザビーム７６は実効直径10〜18ミルの検
査域６５を生み出した。（レンズ手段１０１およ
び１０５の集束機能がビームの直径を縮小させる
のに役立つわけである。） 次に検査域６５内の境界点の利用によつて対象
物の長さを測定する方法を説明しよう。この説明
に続いて境界点の設定方法が説明される。先ず、
工具１０と同等な既知長さ10Aの基準工具が第１
図中のチヤツク１３に装着される。次いで、検査
域６５に対してチヤツク１３を移動させることに
より、工具１０が検査域６５内に突入し、そして
所定の光量が遮断されるようにする。かかる所定
の光量が境界を設定するのに役立つ。すなわち、
第７図中の非遮断領域１７７内に存在する光量が
部位１６８および１７５の大きさを規定するので
ある。勿論、境界点（一次元的な概念）は遮断さ
れる面積（二次元的な概念）に依存するわけであ
る。ここで特記すべきことは、工具の形状が遮断
領域の形状に影響を及ぼすことがある点である。
それ故、ある形状の工具を用いて境界点を設定し
た後、それを異なる形状の工具の測定に適用した
場合には誤差が導入されることもあり得る。数値
制御装置（図示せず）のごとき位置測定装置によ
り、チヤツク１３に対する工作物支持用のテーブ
ル２２の正確な位置が記録される。なお、工具１
０はチヤツク１３に対して固定された位置を占
め、かつ三者（テーブル２２、基準工具１０およ
びチヤツク１３）の寸法はいずれも既知であるか
ら、境界点はテーブル２２に対して固定された位
置を占めることになる。それ故、境界点から基準
工具１０またはチヤツク１３上の特定の点までの
距離は数値制御装置中の記録から計算することが
できる。同様にして、チヤツク１３の同じ固定位
置に試験工具が装着され、そして境界点に達する
まで移動させられる。再び、境界点から試験工具
またはチヤツク１３上の特定の点までの距離を数
値制御装置中の記録から計算し、そしてこの距離
を基準工具１０の場合に求められた距離と比較す
れば、試験工具の長さを求めることができる。

境界点を設定するための回路は下記の通りであ
る。第８図中の導線２５１は第２図中の検出器１
４７の出力端子に接続されている。導線２５１は
また、抵抗器２５６を介して節点２５４にも接続
されている。節点２５４は抵抗器２５８を介して
接地されており、かつ節点２５４は標本および保
持（Ｓ／Ｈ）回路２６０の入力端子を成してい
る。抵抗器２５６および２５８は分圧器回路網２
５９を構成している。Ｓ／Ｈ回路２６０の出力端
子２６２は比較器２６４の一方の入力端子（＋）
に接続されており、またそれの他方の入力端子
（−）は可変抵抗器２６８のタツプ２６６に接続
されている。可変抵抗器２６８は電源Vsと大地
との間に接続されている。

Ｓ／Ｈ回路２６０の出力端子２６２は比較器２
７０の一方の入力端子（−）にも接続されてお
り、またそれの他方の入力端子（＋）は導線２５
１に接続されている。比較器２６４の出力端子は
ANDゲート２７２の一方の入力端子に接続され
ている。比較器２６４の出力端子はまた、増幅器
２７６の入力端子にも接続されている。

比較器２７０の出力端子はANDゲート２７２
の他方の入力端子に接続されている。ANDゲー
ト２７２の出力端子は増幅器２８２の入力端子に
接続されている。かかる回路の動作は下記の通り
である。

基準工具１０を検査域６５内に移動させるのに
先立ち、第２図中の非遮断光線ビーム１３０の所
定部分の強度がＳ／Ｈ回路２６０により電圧信号
として記録される。すなわち、導線２５１中に存
在する電圧信号はこのような情況下において光検
出器１４７に到達した非遮断光線ビームの強度を
表わすわけである。分圧器２５９はかかる電圧信
号の所定部分をＳ／Ｈ回路２６０の入力端子に印
加する。上記所定部分の比率は抵抗器２５６およ
び２５８の値に依存する。このような部分電圧信
号はＳ／Ｈ回路２６０によつて保持され、かつ比
較器２７０の入力端子（−）に供給される。

基準工具１０を検査域６５内に移動させると、
光線ビームは遮断される。十分な光量が遮断さ
れ、その結果として導線２５１中の電圧信号が
Ｓ／Ｈ回路２６０によつて保持された部分電圧信
号に等しくなると、比較器２７０はトリガされ
る。比較器２７０の出力は、比較器２６４の出力
と同じく、ANDゲート２７２に供給される。比
較器２６４の出力は、第２図中の光検出器１４７
に入射した光量が適正な回路動作のために必要な
最小量を越えているかどうかを表わしている。か
かる最小量はタツプ２６６によつて設定される。
最小量を越えた場合、ANDゲート２７２は比較
器２７０の出力に応答して信号を発生する。その
信号は増幅器２８２を経て数値制御装置（図示せ
ず）に供給される。この瞬間において、数値制御
装置はテーブル２２−チヤツク１３間の位置情報
を記録する。かかる情報から基準工具の寸法を求
めることができる。見方を変えれば、かかるテー
ブル−チヤツク間の位置情報と基準工具の（予め
測定された）長さとを併用することによつて境界
点の位置を計算することもできる。

次に、第１および７図中の基準工具１０の代り
に試験工具を使用しながら、上記の手順が繰返さ
れる。それによつて数値制御装置から得られたテ
ーブル−チヤツク間の位置情報を用いれば、試験
工具の寸法を計算することができる。

導線２５１中に存在する電圧の所定部分がＳ／
Ｈ回路２６０の入力端子に印加される結果、動的
な自己較正特性が得られる点にも注目すべきであ
る。すなわち、検査域６５内における境界点の位
置はレーザ７４の強度の変動や光学部品の汚れに
よつて変化しないのである。なぜなら、境界点は
第２図中の光線ビーム１３０の所定部分の比率に
よつて規定されるからである。レーザ７４の強度
の変動や光学部品の汚れは、一般にその比率を変
化させないのである。

上記の動作に基づけば、ホルダ内に保持された
試験工具の長さを測定する方法が得られる。本発
明はまた、下記のごとくにして工具の直径または
その他の断面寸法を測定するためにも応用するこ
とができる。すなわち、第１図中に点線の輪郭で
示されるごとく基準工具１０を検査域６５の上方
に配置し、次いでそれを矢印２００の方向に沿つ
て検査域６５内に下降させることにより、境界点
が設定される。前述の通り、数値制御装置から得
られるデータを用いれば工具の軸線２０２の位置
を計算することができる。同様にして試験工具を
境界点にまで移動させ、そして境界点横断時にお
けるそれの軸線の位置を計算すれば、それの直径
と基準工具の直径とを比較することが可能にな
る。基準工具の直径は既知であるから、かかる比
較の結果から試験工具の直径を求めることができ
る。第９図に断面図として示されているごとく、
楕円形の工具２０５が境界点に位置している場合
を考えてみよう。工具２０５が回転していれば、
離心部分２０５Ａおよび２０５Ｂは断続的に境界
点を横断する。その結果、境界点横断信号がちら
つくことにより、工具が真円でないことが表わさ
れる。かかる工具の実効切削直径は距離２０７に
等しいわけで、それは上記のごとくにして測定す
ることができる。

本発明はまた、溝付き工具の溝の数および直径
を測定するためにも応用することができる。第１
０図に断面図として示されているごとく、溝付き
工具２１０を境界点にまで移動させた場合を考え
てみよう。かかる工具の回転によつて周期的に境
界点が横断されれば、断続的な境界点横断信号が
発生する。工具の回転速度は数値制御装置のデー
タから知られる結果、１回転に要する時間間隔も
また知られる。かかる時間間隔内における境界点
の横断回数を計数すれば、工具の溝の数が求めら
れる。

更にまた、１本の溝が異常に長ければ、それは
離心部分２０５Ａおよび２０５Ｂのような挙動を
示し、従つて断続的な境界点横断信号を与える。
かかる異常な溝が横断信号を与える唯一の溝であ
るように工具が配置された場合、１回転の時間間
隔内において横断信号が検出されることは異常の
存在を表わすわけである。工具の軸線２０２を境
界点に一層接近させて第２の溝がそれを横断する
ようにすれば、２つの溝間における長さの差を計
算することが可能になる。このような操作を繰返
すことにより、全ての溝が上記の時間間隔内にお
いて横断信号を発生するようにすれば、最長の溝
と最短の溝との間の距離を計算することも可能と
なる。

上記の説明は回転工具の測定に関するものであ
る。しかしながら、本発明は回転工具の測定のみ
に限定されるものではなく、また工具それ自体に
限定されるものでもない。本発明は対象物一般の
測定手段を提供するものである。また、上記の説
明においては数値制御装置の使用が述べられてい
るが、その他の位置測定装置を使用することもで
きる。

工具の測定が完了すれば、幾つかの付随機能を
所望に応じて利用することが可能となる。たとえ
ば、測定値を所望の測定値と比較し、そして両者
が相等しくない場合には機械操作者にそのことを
知らせる信号を発生させることもできる。あるい
はまた、工具の寸法差を補償するような機械加工
作業を実行することにより、不正な測定値を示す
工具を使用することも可能となる。

以上、工具の寸法をその場で光学的に測定する
ための本発明が一実施態様に関連して記載され
た。なお、前記特許請求の範囲によつて規定され
た本発明の範囲から逸脱することなしに様々な変
更や置換を施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を成す装置を切削工
具、工作物および可動工作物支持体と共に示す斜
視図、第２図は本発明の光学部品を示す略図、第
３および４図は第２図の光学部品中の二者に関す
る回転位置の許容変動範囲をそれぞれ示す略図、
第５図および６図は反転前および反転後の光線ビ
ームの横断面像をそれぞれ示す略図、第７図は対
象物が検査域に入るところを示す略図、第８図は
本発明の電子回路を示す略図、そして第９および
１０図は２種の対象物が検査域に入るところをそ
れぞれ示す略図である。 主な符号の説明、図中、１０は切削工具、１３
はチヤツクまたはホルダ、１９は工作物、２２は
テーブル、２５は溝、２８，３１，３８および４
０はレール、４８，５１および５４は外被、５
７，６３，６８および７１は光線ビーム、６５は
検査域、７４は光源またはレーザ、７９はビーム
スプリツタ、８４は第１の軸線、８７は90度反射
手段または五角プリズム、９９は第２の軸線、１
０１は第１のレンズ手段、１０５は第２のレンズ
手段、１１５は180度反射手段またはコーナキユ
ーブ、１３９および１４１はレンズ、１４４は第
３の軸線、１４７は光検出器、２６０は標本およ
び保持回路、２６４および２７０は比較器、そし
て２７２はANDゲートを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 第１の軸線に沿つて平行化された光線ビ
   ームを投射するための投光器、 (b) 前記光線ビームを受光しかつそれを第２の軸
   線に沿つて投射するのに役立つと共に、前記第
   ２の軸線に沿つて進行する光線を受光しかつそ
   れらを前記投光器に向けて投射するのに役立
   ち、しかも所定範囲内の任意の回転位置を占め
   得る第１の反射手段、 (c) 前記第１の反射手段に対して実質的に固定さ
   れた所定の位置に配置され、前記第２の軸線に
   沿つて進行する光線を受光しかつそれらを入射
   方向と平行な方向に反転して反射するのに役立
   ち、しかも所定範囲内の任意の回転位置を占め
   得る第２の反射手段、 (d) 前記第１および第２の反射手段間に配置さ
   れ、前記第１の反射手段からの光線を受光しか
   つそれらを検出点に集中させるのに役立ち、し
   かも前記検出点からの光線を受光しかつそれら
   を前記第２の軸線と平行な方向に沿つて前記第
   １の反射手段に向けて投射するのに役立つ第１
   のレンズ手段、 (e) 前記第１および第２の反射手段間に配置さ
   れ、前記検出点を通過した光線を受光しかつそ
   れらを前記第２の反射手段に向けて投射するの
   に役立ち、しかも前記第２の反射手段からの光
   線を受光しかつそれらを前記検出点に集中させ
   るのに役立つ第２のレンズ手段、 (f) 対象物上の所定点の位置を表わす位置信号を
   発生するための第１の位置決定手段、 (g) 前記検出点において前記対象物が前記光線ビ
   ームを部分的に遮断したことを表わす遮断信号
   を発生するための検出手段、並びに (h) 前記第１の位置決定手段および前記検出手段
   に結合され、そしてそれらの各々からの信号に
   応答して前記対象物上の前記所定点と前記検出
   点との距離を表示するためのインテリジエンス
   手段の諸要素から成ることを特徴とする、対象
   物の寸法測定装置。 ２ (a) ビームスプリツタを通して光線ビームを
   するための投光手段、 (b) 前記光線ビームを受光した後、前記光線ビー
   ムを検査域に向けて投射し、前記光線ビームを
   反転し、反転された前記光線ビームを前記検査
   域に向けて投射し、次いで前記光線ビームを前
   記ビームスプリツタに戻すための手段、並びに (c) 前記ビームスプリツタからの光線ビームを受
   光しかつ入射光の強度を表わす強度信号を発生
   するための検出手段の諸要素から成ることを特
   徴とする、対象物の寸法測定装置。 ３ (a) 前記光線ビームが遮断されることなしに
   前記検査域を通過する場合における前記検出手
   段への入射光の強度の所定部分を表わす基準信
   号を発生するための手段並びに (b) 前記検査域内に対象物が存在する場合におけ
   る前記強度信号を前記基準信号と比較し、そし
   て前記強度信号が前記基準信号に等しければ遮
   断信号を発生するための手段を追加包含する特
   許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 基準信号を発生するための前記手段が標本お
   よび保持回路から成る特許請求の範囲第３項記載
   の装置。 ５ (a) 前記対象物の所定部分の位置を求めるの
   に役立つ対象物位置信号を発生するための対象
   物位置決定手段並びに (b) 前記対象物位置決定手段および前記比較手段
   に結合され、そして前記遮断信号に応答して前
   記対象物の寸法を計算するための手段を追加包
   含する特許請求の範囲第２項記載の装置。 ６ 前記強度信号の反復的変動を検出するための
   手段を追加包含する特許請求の範囲第５項記載の
   装置。 ７ (a) 前記検査域内における境界点の位置を表
   わす信号を発生するための手段、 (b) 前記対象物上の所定点の位置を求めるのに役
   立つ対象物位置信号を発生するための手段、 (c) 前記対象物が前記境界点を横断したことを表
   わす横断信号を発生するための手段、並びに (d) 前記横断信号発生手段および前記対象物位置
   信号発生手段に結合され、そして前記境界点と
   前記対象物上の前記所定点との距離を決定する
   ための手段を追加包含する特許請求の範囲第２
   項記載の装置。 ８ 前記対象物が切削工具から成る特許請求の範
   囲第１〜３項のいずれか１項に記載の装置。 ９ (a) 検査域に向けて光線ビームを投射し、 (b) 前記光線ビームを反転し、 (c) 反転された前記光線ビームを前記検査域に向
   けて投射し、 (d) 前記検査域内に工具を移動させて前記工程(a)
   および(c)の前記光線ビームを部分的に遮断し、 (e) 前記検査域内への前記工具の侵入深さを測定
   し、 (f) 前記工具の位置を求めるために役立つ位置信
   号を発生させ、次いで (g) 前記位置信号および前記侵入深さから前記工
   具の寸法を求める諸工程から成ることを特徴と
   する、工具ホルダ内に存在する工具の寸法を測
   定する方法。 １０ 前記検査域内への前記工具の侵入深さを測
   定する前記工程が、 (a) 非遮断時において前記検査域を通過する光量
   を測定し、 (b) 前記検査域内に基準対象物を移動させて特定
   の光量が遮断されずに残るようにし、次いで (c) 前記特定の光量が遮断されずに残るまで前記
   検査域内に試験対象物を移動させる諸工程から
   成る特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１ 前記検査域内への前記工具の侵入深さを測
   定する前記工程が、前記光線ビームの遮断に応答
   して既知位置にある複数の感光素子から信号を発
   生させる工程から成る特許請求の範囲第９項記載
   の方法。 １２ (a) ビームスプリツタを通して実質的に非
   発散性の光線ビームを投射し、 (b) 誤差補償用の90度反射器を用いて前記光線ビ
   ームを反射し、 (c) 前記光線ビームを検査域に集中させ、 (d) 前記検査域を通過した後の前記光線ビームを
   平行化し、 (e) 誤差補償用の180度反射器を用いて前記光線
   ビームを反射すると共に反射し、 (f) 反転された前記光線ビームを前記検査域に集
   中させ、 (g) 前記検査域を通過した後の前記光線ビームを
   平行化し、 (h) 前記誤差補償用の90度反射器を用いて前記光
   線ビームを前記ビームスプリツタに向けて反射
   し、 (i) 前記ビームスプリツタによつて反射された光
   線ビームを検出器に入射させることにより、そ
   れの強度を表わす信号を発生させ、 (j) 前記検査域内において遮断すべき光量を規定
   することによつて基準対象物に関する基準位置
   を設定し、 (k) 前記検出器によつて発生された信号が前記光
   量の遮断されたことを表わすまで、ホルダによ
   つて支持された試験対象物を前記検査域内に移
   動させ、次いで (l) 前記ホルダの位置を前記ホルダに関する基準
   信号と比較する諸工程から成ることを特徴とす
   る、ホルダ内に存在する対象物の寸法を確認す
   る方法。 １３ 基準対象物に関する基準位置を設定する前
   記工程が、前記検査域内において前記光線ビーム
   を部分的に遮断することによつて前記の遮断すべ
   き光量を規定することから成る特許請求の範囲第
   １２項記載の方法。 １４ (a) 前記試験対象物を所定の速度で回転さ
   せ、そして (b) 回転する前記試験対象物が所定の時間間隔内
   において前記光量を遮断する回数を計数する両
   工程を追加包含する特許請求の範囲第１２項記
   載の方法。