JPH0449885B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】 本発明は、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叉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のビーム走査方向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のビーム走査方向（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６１
ｂ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、その値はマイクロブロセツサ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で可変抵抗器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。

【発明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
力信号を波形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。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、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
精度なビーム走査方向寸法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】

本発明は、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、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、測定対象物のビ
ーム走査方向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、前記ビーム発生器からのレーザビームの一部
をモニタ用受光素子で光電変換し、該光電変換出
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と
共に、該計測用受光素子の出力と前記モニタ用受
光素子の出力を比較して、レーザビームの減衰を
モニタするようにして、前記目的を達成したもの
である。

【作用】

本発明は、前記のような平行走査ビーム発生装
置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、ビーム発生器からのレー
ザビームの一部をモニタ用受光素子で光電変換
し、該光電変換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。更に、一般的にも高
精度のビーム走査方向寸法測定を行うことができ
る。 又、前記計測用受光素子の出力とモニタ用受光
素子の出力を比較しているので、光学系の汚れ等
によるレーザビームの減衰をモニタすることがで
きる。

【実施例】

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に
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、
平行走査ビーム発生装置２に、固定ミラー１１の
代りの半透鏡１５と、該半透鏡１５を透過したレ
ーザビームを受光するモニタ用受光素子２７が設
けられている。又、電子回路６には、前記モニタ
用受光素子２７の出力を増幅するプリアンプ２８
ｄと、該プリアンプ２８ｄの出力をＡ／Ｄ変換し
てマイクロプロセツサ４８に取込むためのＡ／Ｄ
コンバータ７０ａが設けられている。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の出力の一部を取込むためのダイオード７
７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からなるピーク電
圧保持回路７５が設けられている。このピーク電
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
ベルは、マイクロプロセツサ４８で設定され、
Ｄ／Ａコンバータ７２を介して該電圧比較器２９
ａ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の一
部は、半透鏡１５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。一方、レーザビーム１２の残部は、半
透鏡１５をそのまま透過してモニタ用受光素子２
７に到達し、光電変換されプリアンプ２８ｄで増
幅されてから、Ａ／Ｄコンバータ７０ａを経由し
てマイクロプロセツサ４８に取込まれる。 前記平行走査ビーム２０の明暗は、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の一方の入力及びピーク電圧保持回路７
５に印加される。ピーク電圧保持回路７５では、
まずマイクロプロセツサ４８の指令でスイツチ７
９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ロセツサ４８に取込ま
れる。 なお、Ａ／Ｄコンバータ７０ｂとして高速Ａ／
Ｄコンバータを用いた場合には、ピーク電圧保持
回路７５を省略することができる。 調整段階においては、プリアンプ２８ａの出力
の最大値とプリアンプ２８ｄの出力とが等しくな
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。 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。 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、モニタ用受光素
子２７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、ビーム発生器１０からの
レーザビーム１２の一部を半透鏡１５により抽出
してモニタ用受光素子２７に入射するようにして
いるので、レーザビームを簡単な構成でモニタす
ることができる。なおレーザビームをモニタする
方法はこれに限定されず、半透鏡以外の光分割手
段を用いたり、あるいは、レーザビーム１２の光
路中の他の場所、例えば回転走査ビーム１７の必
要走査範囲外でモニタすることも可能である。 又、本実施例においては、光電変換出力を処理
する回路が、Ａ／Ｄコンバータ７０ａ、マイクロ
プロセツサ４８及びＤ／Ａコンバータ７２を含む
ものとされているので、参照信号のレベルを容易
に且つ任意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照することが可能
である。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。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、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、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、本発明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、１５……半透鏡、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、２０……平行走査ビー
ム、２４……測定対象物、２６……計測用受光素
子、２７……モニタ用受光素子、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. 【特許請求の範囲】 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、 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
   対象物のビーム走査方向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、 前記ビーム発生器からのレーザビームの一部を
   モニタ用受光素子で光電変換し、 該光電変換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
   形整形すると共に、 該計測用受光素子の出力と前記モニタ用受光素
   子の出力を比較して、レーザビームの減衰をモニ
   タすることを特徴とする光学式測定装置。