JPH0552521A - 光学式寸法測定器 - Google Patents
光学式寸法測定器Info
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- JPH0552521A JPH0552521A JP21533291A JP21533291A JPH0552521A JP H0552521 A JPH0552521 A JP H0552521A JP 21533291 A JP21533291 A JP 21533291A JP 21533291 A JP21533291 A JP 21533291A JP H0552521 A JPH0552521 A JP H0552521A
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- Japan
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- light
- light receiving
- reception
- optical
- light beam
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Abstract
(57)【要約】
【目的】平行走査光を射出する投光部Ｔと、被測定物５
０で部分的に遮られた平行走査光を受光する受光部Ｒと
を別体に分離して構成した光学式寸法測定器において、
投光部Ｔと受光部Ｒの光軸合わせを容易に実施可能とす
る。 【構成】受光用光学系の集光点を中心として田の字型に
４分割されたフォトダイオードにより受光素子７０を構
成した。 【効果】４分割されたフォトダイオードの各受光出力が
同じとなるように位置調整を行えば、投光部Ｔと受光部
Ｒの光軸を容易に一致させることができる。また、通常
の測定時には、４分割されたフォトダイオードの受光出
力の和を受光信号として採用すれば、受光出力を大きく
することができる。
０で部分的に遮られた平行走査光を受光する受光部Ｒと
を別体に分離して構成した光学式寸法測定器において、
投光部Ｔと受光部Ｒの光軸合わせを容易に実施可能とす
る。 【構成】受光用光学系の集光点を中心として田の字型に
４分割されたフォトダイオードにより受光素子７０を構
成した。 【効果】４分割されたフォトダイオードの各受光出力が
同じとなるように位置調整を行えば、投光部Ｔと受光部
Ｒの光軸を容易に一致させることができる。また、通常
の測定時には、４分割されたフォトダイオードの受光出
力の和を受光信号として採用すれば、受光出力を大きく
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光線のような
光ビームを用いて被測定物の寸法を測定するための光学
式寸法測定器に関するものであり、例えば、工場のライ
ンを流れる製品の外径を非接触的に測定する用途に利用
されるものである。
光ビームを用いて被測定物の寸法を測定するための光学
式寸法測定器に関するものであり、例えば、工場のライ
ンを流れる製品の外径を非接触的に測定する用途に利用
されるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体や電子部品のリード線のピ
ッチ測定や反り測定、自動車の部品の外径測定、電線の
外径測定、テープの幅測定等の分野において、光学式の
測定器が広く用いられている。この種の光学的な外径測
定や幅測定の分野においては、ＣＣＤラインセンサーを
用いる測定器と、ポリゴンスキャナーを用いる測定器が
代表的である。前者は、白色光源やレーザー光源から射
出された光をコリメートレンズを用いて平行光線とし、
被測定物に照射し、被測定物によって遮られた暗部の幅
をＣＣＤラインセンサーによって測定するものである
が、その測定精度はＣＣＤの間隔によって決定されるた
め、ミクロン未満の精度を達成することは困難であっ
た。後者は、レーザー光線をポリゴンスキャナーとｆθ
レンズで平行走査光とするものであり、被測定物によっ
て平行走査光が遮られた時間間隔を測定するので、その
測定精度は比較的高く、サブミクロンの分解能が得られ
るものである。
ッチ測定や反り測定、自動車の部品の外径測定、電線の
外径測定、テープの幅測定等の分野において、光学式の
測定器が広く用いられている。この種の光学的な外径測
定や幅測定の分野においては、ＣＣＤラインセンサーを
用いる測定器と、ポリゴンスキャナーを用いる測定器が
代表的である。前者は、白色光源やレーザー光源から射
出された光をコリメートレンズを用いて平行光線とし、
被測定物に照射し、被測定物によって遮られた暗部の幅
をＣＣＤラインセンサーによって測定するものである
が、その測定精度はＣＣＤの間隔によって決定されるた
め、ミクロン未満の精度を達成することは困難であっ
た。後者は、レーザー光線をポリゴンスキャナーとｆθ
レンズで平行走査光とするものであり、被測定物によっ
て平行走査光が遮られた時間間隔を測定するので、その
測定精度は比較的高く、サブミクロンの分解能が得られ
るものである。
【０００３】ポリゴンスキャナーを用いたレーザー外径
測定器の概略構成を図６に示す。この測定器では、半導
体レーザー１から射出された光ビームがコリメートレン
ズ２を通してポリゴンスキャナー３に送られる。ポリゴ
ンスキャナー３の反射面はｆθレンズ４の焦点位置近傍
に配置されている。ポリゴンスキャナー３により反射さ
れた光ビームはｆθレンズ４を通過し、光軸に対して平
行な進行方向を持つ光線に偏向される。このｆθレンズ
４は光軸に対する入射角度θに対して、射出位置がθに
比例するレンズである。その結果、ポリゴンスキャナー
３の等角速度回転に対応して、光軸に垂直に等速度で走
査される光ビームが形成される。ｆθレンズ４から射出
した等速度走査ビームは被測定物５の寸法に比例する時
間間隔だけ遮られ、集光レンズ６を経てフォトダイオー
ドのような受光素子７に入射する。また、ｆθレンズ４
の側部には同期信号を得るための受光素子８が配置され
ている。各受光素子７，８からの受光信号は、信号処理
回路系９で信号処理される。信号処理回路系９は、同期
信号用の受光素子８からの受光信号を波形整形する波形
整形回路９１と、寸法測定用の受光素子７からの受光信
号の立ち上がりや立ち下がりを検出するエッジ検出回路
９２と、エッジ検出された受光信号を２値化するための
ラッチ回路９３と、一定周期のクロックパルスを発生す
るクロック発生回路９５と、ラッチ回路９３の出力が１
又は０の一方の値である期間のクロックパルスを計数す
るカウンタ回路９４とから構成されている。この信号処
理回路系９では、光ビームが被測定物５に遮られた瞬間
をエッジ検出回路９２により高精度に検出し、検出され
たエッジ間の時間をクロックパルスを用いて計測するも
のである。光ビームの走査速度は既知であるので、クロ
ックパルスをカウンタ回路９４で計数することにより被
測定物５の遮られた部分の寸法（外径など）が測定され
ることになる。以上の光学系を用いると、ポリゴンスキ
ャナー３の１回転に対して、ポリゴンスキャナー３の面
数分だけ被測定物５に光ビームを走査させることができ
る。
測定器の概略構成を図６に示す。この測定器では、半導
体レーザー１から射出された光ビームがコリメートレン
ズ２を通してポリゴンスキャナー３に送られる。ポリゴ
ンスキャナー３の反射面はｆθレンズ４の焦点位置近傍
に配置されている。ポリゴンスキャナー３により反射さ
れた光ビームはｆθレンズ４を通過し、光軸に対して平
行な進行方向を持つ光線に偏向される。このｆθレンズ
４は光軸に対する入射角度θに対して、射出位置がθに
比例するレンズである。その結果、ポリゴンスキャナー
３の等角速度回転に対応して、光軸に垂直に等速度で走
査される光ビームが形成される。ｆθレンズ４から射出
した等速度走査ビームは被測定物５の寸法に比例する時
間間隔だけ遮られ、集光レンズ６を経てフォトダイオー
ドのような受光素子７に入射する。また、ｆθレンズ４
の側部には同期信号を得るための受光素子８が配置され
ている。各受光素子７，８からの受光信号は、信号処理
回路系９で信号処理される。信号処理回路系９は、同期
信号用の受光素子８からの受光信号を波形整形する波形
整形回路９１と、寸法測定用の受光素子７からの受光信
号の立ち上がりや立ち下がりを検出するエッジ検出回路
９２と、エッジ検出された受光信号を２値化するための
ラッチ回路９３と、一定周期のクロックパルスを発生す
るクロック発生回路９５と、ラッチ回路９３の出力が１
又は０の一方の値である期間のクロックパルスを計数す
るカウンタ回路９４とから構成されている。この信号処
理回路系９では、光ビームが被測定物５に遮られた瞬間
をエッジ検出回路９２により高精度に検出し、検出され
たエッジ間の時間をクロックパルスを用いて計測するも
のである。光ビームの走査速度は既知であるので、クロ
ックパルスをカウンタ回路９４で計数することにより被
測定物５の遮られた部分の寸法（外径など）が測定され
ることになる。以上の光学系を用いると、ポリゴンスキ
ャナー３の１回転に対して、ポリゴンスキャナー３の面
数分だけ被測定物５に光ビームを走査させることができ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のような光学式の
外径測定器において、平行走査光を射出する投光部と、
被測定物で部分的に遮られた平行走査光を受光する受光
部とを一体化すると、生産現場の各種ラインに柔軟に適
応することが困難になるという問題がある。そこで、投
光部と受光部とを別体に分離して構成することが一般的
である。しかしながら、投光部と受光部とを別体に分離
して構成すると、設置時に両者の光軸合わせ（アライメ
ント）を行う必要があり、調整作業に時間を要するとい
う問題がある。
外径測定器において、平行走査光を射出する投光部と、
被測定物で部分的に遮られた平行走査光を受光する受光
部とを一体化すると、生産現場の各種ラインに柔軟に適
応することが困難になるという問題がある。そこで、投
光部と受光部とを別体に分離して構成することが一般的
である。しかしながら、投光部と受光部とを別体に分離
して構成すると、設置時に両者の光軸合わせ（アライメ
ント）を行う必要があり、調整作業に時間を要するとい
う問題がある。
【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、平行走査光を射出
する投光部と、被測定物で部分的に遮られた平行走査光
を受光する受光部とを別体に分離して構成した光学式寸
法測定器において、投光部と受光部の光軸合わせを容易
に実施可能とすることにある。
のであり、その目的とするところは、平行走査光を射出
する投光部と、被測定物で部分的に遮られた平行走査光
を受光する受光部とを別体に分離して構成した光学式寸
法測定器において、投光部と受光部の光軸合わせを容易
に実施可能とすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光学式寸法測定
器にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示
すように、光ビームを等角度走査するためのポリゴンス
キャナー３０と、等角度走査された光ビームを等速度走
査に偏向するためのｆθレンズ４０のような偏向用光学
系と、等速度走査される光ビーム中に配置される被測定
物５０と、被測定物５０で遮光されなかった光ビームを
集光する集光レンズ６０のような受光用光学系と、受光
用光学系の集光点に配置された受光素子７０と、受光素
子７０の受光信号に基づいて被測定物５０の寸法を出力
する信号処理回路系とを備える光学式寸法測定器におい
て、前記受光素子７０は受光用光学系の集光点を中心と
して田の字型に４分割されたフォトダイオードよりなる
ことを特徴とするものである。
器にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示
すように、光ビームを等角度走査するためのポリゴンス
キャナー３０と、等角度走査された光ビームを等速度走
査に偏向するためのｆθレンズ４０のような偏向用光学
系と、等速度走査される光ビーム中に配置される被測定
物５０と、被測定物５０で遮光されなかった光ビームを
集光する集光レンズ６０のような受光用光学系と、受光
用光学系の集光点に配置された受光素子７０と、受光素
子７０の受光信号に基づいて被測定物５０の寸法を出力
する信号処理回路系とを備える光学式寸法測定器におい
て、前記受光素子７０は受光用光学系の集光点を中心と
して田の字型に４分割されたフォトダイオードよりなる
ことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明にあっては、受光用光学系の集光点を中
心として田の字型に４分割されたフォトダイオードによ
り受光素子７０を構成したものであるから、４分割され
たフォトダイオードの各受光出力が同じとなるように位
置調整を行えば、投光部Ｔと受光部Ｒの光軸を容易に一
致させることができるものである。また、受光素子７０
を光軸に垂直な面内で駆動するＸ−Ｙテーブルを４分割
されたフォトダイオードの出力によりフィードバック制
御すれば、光軸合わせを自動的に行うことも可能とな
る。さらに、通常の測定時には、４分割されたフォトダ
イオードの受光出力の和を受光信号として採用すれば、
受光出力を大きくすることができるものである。
心として田の字型に４分割されたフォトダイオードによ
り受光素子７０を構成したものであるから、４分割され
たフォトダイオードの各受光出力が同じとなるように位
置調整を行えば、投光部Ｔと受光部Ｒの光軸を容易に一
致させることができるものである。また、受光素子７０
を光軸に垂直な面内で駆動するＸ−Ｙテーブルを４分割
されたフォトダイオードの出力によりフィードバック制
御すれば、光軸合わせを自動的に行うことも可能とな
る。さらに、通常の測定時には、４分割されたフォトダ
イオードの受光出力の和を受光信号として採用すれば、
受光出力を大きくすることができるものである。
【０００８】
【実施例】図１は本発明を適用した光学式寸法測定器の
概略構成を示している。測定器本体Ｓは、投光部Ｔと受
光部Ｒを備えている。投光部Ｔの半導体レーザー１０か
ら射出されたレーザー光は、コリメートレンズ２０によ
ってコリメートされ、ポリゴンスキャナー３０により走
査され、平面ミラー３５とｆθレンズ４０を通り、投光
部Ｔから平行走査光として射出される。この平行走査光
が受光部Ｒに入ると、集光レンズ６０と平面ミラー６５
を通して受光素子７０に入射する。投光部Ｔと受光部Ｒ
の間の空間内に被測定物５０が存在すれば、その間だけ
受光出力が低くなるので、暗部の時間を測定すれば、被
測定物５０の外径が測定できる。
概略構成を示している。測定器本体Ｓは、投光部Ｔと受
光部Ｒを備えている。投光部Ｔの半導体レーザー１０か
ら射出されたレーザー光は、コリメートレンズ２０によ
ってコリメートされ、ポリゴンスキャナー３０により走
査され、平面ミラー３５とｆθレンズ４０を通り、投光
部Ｔから平行走査光として射出される。この平行走査光
が受光部Ｒに入ると、集光レンズ６０と平面ミラー６５
を通して受光素子７０に入射する。投光部Ｔと受光部Ｒ
の間の空間内に被測定物５０が存在すれば、その間だけ
受光出力が低くなるので、暗部の時間を測定すれば、被
測定物５０の外径が測定できる。
【０００９】図２は平面ミラー６５と受光素子７０の周
辺の構成を詳しく示している。この図に示すように、受
光素子７０は田の字型に４分割されたフォトダイオード
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄよりなり、その分割中心に光ビームが入
射されるものである。
辺の構成を詳しく示している。この図に示すように、受
光素子７０は田の字型に４分割されたフォトダイオード
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄよりなり、その分割中心に光ビームが入
射されるものである。
【００１０】まず、投光部Ｔと受光部Ｒの間で光軸のず
れが生じていない場合には、図３のように光が入射され
る。図中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは４分割されたフォトダイオ
ードであり、斜線を施した円は光ビームの受光スポット
である。通常の測定時には、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの測光値を
使用し、測定値を或るスレショルドレベルで２値化し、
立ち上がりと立ち下がりの間の時間間隔により外径測定
が可能となる。
れが生じていない場合には、図３のように光が入射され
る。図中、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは４分割されたフォトダイオ
ードであり、斜線を施した円は光ビームの受光スポット
である。通常の測定時には、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの測光値を
使用し、測定値を或るスレショルドレベルで２値化し、
立ち上がりと立ち下がりの間の時間間隔により外径測定
が可能となる。
【００１１】次に、投光部Ｔと受光部Ｒの間で光軸のず
れが生じている場合には、以下の手順で光軸合わせ（ア
ライメント）を行う。まず、光軸方向と走査方向に直交
する方向にずれが生じると、図４に示すように、Ａ＋Ｃ
の出力とＢ＋Ｄの出力に差が生じる。この差を無くすよ
うに位置調整を行うことにより、上記のずれを補正でき
る。次に、走査方向についてのずれは、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
の測光値をモニターし、最大となる位置に調整すること
により、ずれ補正が可能となる。最後に、回転ずれは、
もし生じていたならば、図５に示すようになるため、Ａ
＋ＢとＣ＋Ｄの差を無くすように位置調整を行うことに
よって補正が可能となる。
れが生じている場合には、以下の手順で光軸合わせ（ア
ライメント）を行う。まず、光軸方向と走査方向に直交
する方向にずれが生じると、図４に示すように、Ａ＋Ｃ
の出力とＢ＋Ｄの出力に差が生じる。この差を無くすよ
うに位置調整を行うことにより、上記のずれを補正でき
る。次に、走査方向についてのずれは、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
の測光値をモニターし、最大となる位置に調整すること
により、ずれ補正が可能となる。最後に、回転ずれは、
もし生じていたならば、図５に示すようになるため、Ａ
＋ＢとＣ＋Ｄの差を無くすように位置調整を行うことに
よって補正が可能となる。
【００１２】なお、光ビームは可視光線に限定されるも
のではなく、赤外線であっても良い。また、４分割され
たフォトダイオードは半導体集積回路技術を用いて、１
チップのシリコン上に４個のフォトダイオードを集積し
て構成しても構わない。
のではなく、赤外線であっても良い。また、４分割され
たフォトダイオードは半導体集積回路技術を用いて、１
チップのシリコン上に４個のフォトダイオードを集積し
て構成しても構わない。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、光ビームを用いて被測
定物の寸法を測定するための光学式寸法測定器におい
て、受光用光学系の集光点を中心として田の字型に４分
割されたフォトダイオードよりなる受光素子を採用した
ことにより、投光部と受光部の光軸合わせを短時間に高
精度で実施することができるという効果がある。
定物の寸法を測定するための光学式寸法測定器におい
て、受光用光学系の集光点を中心として田の字型に４分
割されたフォトダイオードよりなる受光素子を採用した
ことにより、投光部と受光部の光軸合わせを短時間に高
精度で実施することができるという効果がある。
【図１】本発明を用いた光学式寸法測定器の概略構成図
である。
である。
【図２】本発明の受光部の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の動作を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の動作を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の動作を示す説明図である。
【図６】従来のレーザー外径測定器の概略構成図であ
る。
る。
１０ 半導体レーザー ２０ コリメートレンズ ３０ ポリゴンスキャナー ３５ 平面ミラー ４０ ｆθレンズ ５０ 被測定物 ６０ 集光レンズ ６５ 平面ミラー ７０ 受光素子
Claims (2)
- 【請求項１】 光ビームを等角度走査するためのポリ
ゴンスキャナーと、等角度走査された光ビームを等速度
走査に偏向するための偏向用光学系と、等速度走査され
る光ビーム中に配置される被測定物と、被測定物で遮光
されなかった光ビームを集光する受光用光学系と、受光
用光学系の集光点に配置された受光素子と、受光素子の
受光信号に基づいて被測定物の寸法を出力する信号処理
回路系とを備える光学式寸法測定器において、前記受光
素子は受光用光学系の集光点を中心として田の字型に４
分割されたフォトダイオードよりなることを特徴とする
光学式寸法測定器。 - 【請求項２】 前記受光素子の第１の分割方向は光ビ
ームの走査方向と平行であり、第２の分割方向は光ビー
ムの走査方向と垂直であることを特徴とする請求項１記
載の光学式寸法測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21533291A JPH0552521A (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 光学式寸法測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21533291A JPH0552521A (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 光学式寸法測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552521A true JPH0552521A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=16670545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21533291A Pending JPH0552521A (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 光学式寸法測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0552521A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007256120A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Yamatake Corp | センサの調整方法及びセンサの調整構造 |
| JP2007531890A (ja) * | 2004-04-06 | 2007-11-08 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 物体の密度と寸法特性を測定する方法およびシステムならびに製造中の核燃料ペレットを検査する応用例 |
| JP2016070830A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | リコー光学株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
-
1991
- 1991-08-27 JP JP21533291A patent/JPH0552521A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007531890A (ja) * | 2004-04-06 | 2007-11-08 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 物体の密度と寸法特性を測定する方法およびシステムならびに製造中の核燃料ペレットを検査する応用例 |
| JP2007256120A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Yamatake Corp | センサの調整方法及びセンサの調整構造 |
| JP4666693B2 (ja) * | 2006-03-23 | 2011-04-06 | 株式会社山武 | センサの調整方法及びセンサの調整構造 |
| JP2016070830A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | リコー光学株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
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