JPH0460526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は測定対象物の外径測定、端部判別、
中空部測定等を行う走査型光学式端部判別器に関
し、特に微小なものを測定対象物とし、かつ小型
化された走査型光学式端部判別器に関する。

〔従来の技術〕

走査型光学式端部判別器の用途として一般によ
く使用されるのは、外径測定である。それゆえ以
下、走査型光学式端部判別器の１使用形態である
走査型光学式外径測定器を例に採り説明する。

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３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に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の
外径に対応した走査時間ｔだけ受光素子７の受光
信号をゲート回路１０に伝達する。ゲート回路１
０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
は上記走査時間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。

しかし、この走査型光学式外径測定器には回転
ミラー３を回動させるモータ（図示省略）の回転
数に変動が生じた際に、何の対策も考慮されてい
ない。その結果測定値に誤差が生じる。高精度な
モータを使用すれば前記変動は些少であり、測定
誤差も僅かである。けれども、それは高価であり
かつ大型であるため、安価で小型化された走査型
光学式外径測定器の提供はこのモータを用いたの
では不可能である。また、極めて精密な測定
（1μｍ単位）を行うことはこのモータを使用して
も困難である。

この問題点を解決するために、モータの回転数
変動による測定誤差の補正を行う方法が提案され
ている。この方法を用いた走査型光学式外径測定
器は、第４図に示すように、上記走査型光学式外
径測定器（第３図参照）のコリメータレンズ４の
近傍に２つの受光素子１４ａ，１４ｂを固設し
て、モータに連動された固定ミラー３の回転を監
視する構成に差異がある。受光素子１４ａの出力
信号ｂを波形整形器１５がパルスb′に、受光素子
１４ｂの出力信号ｃを波形整形器１６がパルス
c′に各々２値化する。パルスb′によりフリツプフ
ロツプ１７はセツトされ、パルスc′によりリセツ
トされる。それゆえ、フリツプフロツプ１７はパ
ルスb′の立ち上がりに応じて立ち上がり、パルス
c′の立ち下がりに応じて立ち下がるパルスｄを出
力する。このパルスｄおよびクロツクパルス発振
器１１からのクロツクパルスCPを入力して、ゲ
ート回路１０ｂはパルスｅを出力する。このパル
スｅを入力して、計数回路１２ｂは受光素子１４
ａから受光素子１４ｂまでの走査時間を計測す
る。

一方、受光素子７の受光信号ａは増幅器８およ
びセグメント選択回路９を経由して、ゲート回路
１０ａに伝達される。ゲート回路１０ａはクロツ
クパルスCPに基づき、パルスｆを出力する。こ
のパルスｆを入力して、計数回路１２ａは測定対
象物６の遮蔽による暗部の走査時間（外径に対
応）を計測する。

計数回路１２ａ，１２ｂの出力信号を入力する
演算補正回路１８は、計数回路１２ｂの出力信号
により計数回路１２ａの出力信号を補正する。す
なわち、受光素子１４ａから受光素子１４ｂまで
の走査時間はモータの回転数が一定であるなら
ば、常時一定の所要時間となる。したがつてこの
走査時間により、測定対象物６の遮蔽による暗部
の走査時間を補正してやれば、モータの回転数に
変動が生じても常に正確な外径測定が可能とな
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この方法には次のような２つの重大
な問題点があつた。まず、第１の問題点について
述べる。走査ビームの径はコリメータレンズ４と
集光レンズ５（第４図参照）の中間で、これらレ
ンズの中心部位に応当する地点で最も微細になる
ように設定されているので、受光素子１４ａ，１
４ｂの位置では上記地点と比較しその径は相当大
きくなる。すると、受光素子１４ａ，１４ｂの受
光信号ｂ，ｃの立ち上がり、および立ち下がりが
緩慢になる。それゆえ、フリツプフロツプ１７の
出力パルスｄの波形が不正確になり、ゲート回路
１０ｂのゲートの開放時間を正確に設定できな
い。

これを解消するために、受光素子１４ａ，１４
ｂの前面にレンズ、ナイフエツジ等を配設して、
上記受光信号ｂ，ｃの立ち上がりおよび立ち下が
りを鋭敏にすることが提案されている。しかし、
部品点数の増加を招来するとともに構成が複雑に
なり、走査型光学式外径測定器の小型化を達成す
ることは困難である。

次に、第２の問題点は測定対象物６自身が変位
すると、仮に上記方法を採用してモータの回転数
の変動に起因する誤差を補正しても、前記変位に
起因する測定誤差が生じ正確な測定が不可能なこ
とである。

この考案は上記問題点に鑑みてなされたもので
あり、走査型光学式外径測定器等の走査型光学式
端部判別器におけるモータの回転数に変動が生じ
てもそれによる測定誤差を補正することができ、
かつ測定対象物自身が変位しても正確に測定対象
物の端部を判別できる走査型光学式端部判別器を
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、投光素子からの光を複数回走査
し、この投光素子と受光素子間に載置された測定
対象物の遮蔽により生じた前記受光素子の出力信
号から前記測定対象物の端部を判別する走査型光
学式端部判別器において、クロツクパルスを出力
する発振回路と、該発振回路のクロツクパルスを
計数し、計数信号として出力する計数回路と、前
記測定対象物の端部における前記受光素子の出力
信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じてパル
ス信号を出力する２値化回路と、前記計数回路の
出力する計数信号を前記２値化回路の出力するパ
ルス信号に基づいてラツチするラツチ回路と、こ
のラツチ回路の出力信号を走査毎に、現走査以前
の走査および現走査における前記測定対象物の同
一部分から生じる信号に基づいて補正する補正回
路を具備したことである。

〔作用〕

この発明は前述のような手段を採つたので、次
のような作用がもたらされる。モータの回転数の
変動あるいは測定対象物自身の変位が発生する
と、受光素子の出力信号の立ち上がりおよび立ち
下がりに応じて出力される２値化回路のパルスの
各々の間隔に、前記発生がない場合との誤差が生
じる。そこでこの誤差を補正するために、ラツチ
回路がラツチした現走査以前の走査のこれらパル
スの計数値と、現に走査中のパルスの計数値を補
正回路において演算処理する。すなわち、現走査
以前の走査と現走査における対応するパルスの間
隔は、１走査時間の整数倍に該当する。したがつ
てこの間隔により、モータの回転数の変動および
測定対象物自身の変位が把握できる。それゆえ、
現走査中の２値化回路の出力パルスの間隔を補正
回路において補正することにより、測定対象物の
端部の判別を正確に成しうる。

〔実施例〕

この発明を、走査型光学式外径測定器として用
いた１実施例に基づいて、以下詳細に説明する。
なお、従来例と同一部分は同一記号を付しその説
明を簡略化する。

第１図に示すように、この発明に係る走査型光
学式端部判別器の構成は従来例（第３図参照）と
比較し、レーザ管１からのレーザ光が受光素子７
に到達するまでの構成要素は同一である。受光素
子７の受光信号ａは増幅器８で増幅・２値化さ
れ、第２図ｇに示すようなパルスｇが出力され
る。パルス変換器１９はこのパルスｇを入力し、
パルスｇの立ち上がりおよび立ち下がりに応じ
て、同図ｈに示すようなパルス群ｈを出力する。
このパルス群ｈは、４個のパルス幅の極短いパル
ス１，２，３，４から構成されている。この実施
例においては、パルス２からパルス３までの間隔
イが測定対象物６の外径に対応している。また、
パルス１からパルス４までの間隔がレーザ光の１
走査時間に対応している。

一方、発振器１１から出力されたクロツクパル
スは計数回路１２に伝達され、ここで計数され
る。この計数値は計数信号として、ラツチ回路２
０に伝達される。ラツチ回路２０は上記パルス変
換器１９の出力パルス群ｈに基づき、この計数信
号をラツチする。ラツチされた計数信号は補正回
路２１に伝達される。

補正回路２１では、第２図ｈに示すように、前
回の走査におけるパルス群ｈのパルス２′の計数
値と、今回の走査におけるパルス群ｈのパルス２
の計数値の差異ハに基づいて、測定対象物６の外
径であるパルス２の計数値とパルス３の計数値の
差異イを補正する。

すなわち、パルス２′とパルス２の計数値の差
異ハは、モータの回転数の変動および測定対象物
６の変位に対応して変動する。モータの回転数の
遅延、あるいは測定対象物６のレーザ光走査方向
（第１図において下方向）への移動により、この
差異ハは大きくなる。反対に、モータの回転数の
促進、あるいは測定対象物６のレーザ光走査方向
と逆方向への移動により、この差異ハは小さくな
る。したがつて、この差異ハを基準設定値と比較
することにより、上記モータの回転数の変動およ
び測定対象物６の変位を検知し、それに基づいて
測定対象物６の外径に対応するパルス２とパルス
３の計数値の差異イを補正すれば、測定対象物の
正確な外径を計測し得る。

この実施例においては、パルス２′とパルス２
の計数値の差異ハをモータの回転数の変動等によ
る測定誤差を補正するために用いたが、パルス群
ｈの他のパルスを用いても良い。しかし、後述す
る理由でこの実施例の方法が最適なものである。

まず、パルス群ｈの対応するパルス１とパルス
１′またはパルス４とパルス４′を用いる方法で
は、従来例で説明したように、走査レーザ光の径
がコリメータレンズ４および集光レンズ５の中心
部から離間するほど太くなるので、受光素子７の
受光信号ａの立ち上がりおよび立ち下がりがやや
緩慢になり、この実施例と比較し不正確な測定し
か行えない。

次に、パルス群ｈの対応するパルス３とパルス
３′を用いる方法では、測定対象物の外径測定、
あるいは測定対象物が輪状である際にその中空部
の径の測定を行う場合等には何等問題が生じな
い。しかし、単に測定対象物の端部の位置測定を
行う場合には問題が生じる。すなわち、この場合
にはパルス変換器１９の出力パルス群ｈのパルス
数は、１走査で２個しか発生しない。したがつて
３個目のパルスが発生しないので、上記目的の際
にはこの方法を用いることができない。以上の理
由から、パルス群ｈの２個目のパルスを用いて補
正を行うことが、いかなる測定を対象として行う
場合にも最適である。

この実施例においては、前回の走査と今回の走
査の対応するパルス群ｈのパルスを用いて測定誤
差の補正を行つたが、前々回と前回あるいは前々
回と今回というように、必ずしも現走査の１つ前
の走査と比較する必要はない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、
投光素子からの光を複数回走査し、この投光素子
と受光素子間に載置された測定対象物の遮蔽によ
り生じた前記受光素子の出力信号から前記測定対
象物の端部を判別する走査型光学式端部判別器に
おいて、クロツクパルスを出力する発振回路と、
該発振回路のクロツクパルスを計数し、計数信号
として出力する計数回路と、前記測定対象物の端
部における前記受光素子の出力信号の立ち上がり
および立ち下がりに応じてパルス信号を出力する
２値化回路と、前記計数回路の出力する計数信号
を前記２値化回路の出力するパルス信号に基づい
てラツチするラツチ回路と、このラツチ回路の出
力信号を走査毎に、現走査以前の走査および現走
査における前記測定対象物の同一部分から生じる
信号に基づいて補正する補正回路を具備したの
で、モータの回転数の変動および測定対象物の変
位が発生しても、部品点数の増加およびそれに付
随する構成の複雑化を招来することなく、正確に
測定対象物の端部の測定が可能である。したがつ
て、安価なモータの使用が可能となるので原価の
低減化が達成される。なお、従来は高価なモータ
を使用しても補正することが困難であつた、測定
対象物自身の変位による測定誤差を補正すること
ができる。また、投光素子からの光の微細な径の
部分の光を用いて測定を行うので、より正確な測
定が可能となる。さらに、モータの回転数の変動
および測定対象物の変位は本質的に等価であるの
で、これらが同時に発生しても測定誤差を補正す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係る走査型光
学式端部判別器の１実施例の説明図であり、第１
図はこの実施例の機能説明図、第２図はこの実施
例の各部の動作波形図、第３図および第４図は従
来例の説明図であり、第３図は走査型光学式外径
測定器の原理説明図、第４図は補正機能付走査型
光学式外径測定器の機能説明図である。 １……レーザ管（投光素子）、３……回転ミラ
ー、６……測定対象物、７……受光素子、８……
増幅器（２値化回路）、１１……発振回路、１９
……パルス変換器（２値化回路）、２０……ラツ
チ回路、２１……補正回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投光素子からの光を複数回走査し、この投光
   素子と受光素子間に載置された測定対象物の遮蔽
   により生じた前記受光素子の出力信号から前記測
   定対象物の端部を判別する走査型光学式端部判別
   器において、 クロツクパルスを出力する発振回路と、 該発振回路のクロツクパルスを計数し、計数信
   号として出力する計数回路と、 前記測定対象物の端部における前記受光素子の
   出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりに応じて
   パルス信号を出力する２値化回路と、 前記計数回路の出力する計数信号を前記２値化
   回路の出力するパルス信号に基づいてラツチする
   ラツチ回路と、 このラツチ回路の出力信号を走査毎に、現走査
   以前の走査および現走査における前記測定対象物
   の同一部分から生じる信号に基づいて補正する補
   正回路を具備することを特徴とする走査型光学式
   端部判別器。 ２ 前走査及び現走査における最初の受光信号の
   立ち下がりに応じて出力されるパルス間のクロツ
   クパルス数により補正を行う補正回路である特許
   請求の範囲第１項記載の走査型光学式端部判別
   器。