JPH0678887B2 - 物体寸法測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直方体状物体である被測定体の高さ・幅・奥
行寸法を光電的に無接触かつ高分解能で測定する物体寸
法測定方法に関するものである。

［従来の技術］ 発光ダイオードのような発光素子と、フォトダイオード
のような受光素子を平行な２列の発光ユニット、受光ユ
ニット上にそれぞれ等間隔で多数個配列し、対向する発
光素子と受光素子とを結ぶ各平行光束のうち、被測定体
により遮光された光束の本数を計数し、被測定体の寸
法、例えば高さ等を測定する光電式の装置は従来から知
られている。

第６図はこのような従来の物体寸法測定方法を示してお
り、１は発光素子L₁〜L₁₁を配列した発光ユニット、２
は受光素子P₁〜P₁₁を配列した受光ユニットであり、両
者は相互に平行で、かつ両者を結合する基準面３に対し
て垂直方向に配設されている。発光ユニット１、受光ユ
ニット２において、基準面３の上に測定すべき被測定体
Ａを置くと、発光素子L₁〜L₅から発して光束は被測定体
Ａで遮光されるために受光素子P₁〜P₅に到達せず、一方
で発光素子L₆〜L₁₁からの光束はそれぞれ受光素子P₆〜P
₁₁で受光されることから、被測定体Ａの上面は光束ｌ_５
〜ｌ_６の中間にあると判定される。

具体的な測定シーケンスは、L₁P₁、L₂P₂、L₃P₃、・・・
の順序で発光素子Ｌ、受光素子Ｐが１対ずつ結ばれて逐
次動作状態になるように走査した場合に、被測定体Ａで
遮光された受光素子P₁〜P₅の出力は何れもオフのままで
あるが、主光束ｌ_６〜ｌ₁₁は遮光されないため受光素子
L₆以降の出力はオンになる。そこで、隣接する遮光光束
ｌ_５と非遮光光束ｌ_６との間に、被測定体Ａの上面が存
在するものと判定し、遮光された光束ｌ_１〜ｌ_５の本数
から高さＨを測定することができる。

第７図は第６図の従来装置において、被測定体Ａの高さ
Ｈが連続的に変化した場合に、測定値がどのように変化
するかを例示したものであり、理解を容易にするため
に、素子間隔つまり平行な主光束ｌの相互の間隔を1cm
と仮定して数値を記入したものである。この場合に、素
子間隔の1cmを分解とし、1cm単位で表示が変化するディ
ジタル量として測定値が与えられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来方法の測定においては、
原理上も実際上も素子間隔よりも細かい分解能は得られ
ない。高分解能を得るためには、素子間隔を更に狭くし
て、多数の発光素子Ｌ、受光素子Ｐを用いる必要にある
ため装置が高価になるばかりか、実際には発光素子Ｌ、
受光素子Ｐの大きさや取付寸法上の制約により、0.5cm
よりも狭い素子間隔や分子能を得ることが難しいという
問題点がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解決するための手段と
して、発光ユニットと受光ユニットに平行する方向の直
方体状の被測定体の寸法を、発光素子及び受光素子の配
置間隔よりも細かい分解能で測定し得る物体寸法測定方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明に係る物体寸法測
定方法においては、発光素子を等間隔で直線上に配列し
た発光ユニットと、受光素子を同一等間隔で直線上に配
列した受光ユニットとを距離Ｒを隔てて平行に配設し、
対向する前記発光素子と受光素子をそれぞれ対として結
ぶ平行な主光束のうち、前記発光ユニットと受光ユニッ
ト間に置いた直方体状の被測定体により遮光又は非遮光
の主光束の本数を計数し被測定体の寸法を求める方法に
おいて、前記受光ユニット又は発光ユニットと被測定体
の側面との距離Ｓが前記距離Ｒの整数分の１になるよう
に被測定体を配置し、遮光・非遮光に分れる２本の隣接
した主光束の近辺で、対向しない前記発光素子と受光素
子とを主光束に対して斜めに結び一部又は前部が前記両
主光束の間を通る少なくとも１本の補助光束を使用し、
前記主光束及び補助光束の遮光・非遮光の別による前記
受光素子の出力を判定することにより、前記発光ユニッ
トと受光ユニットに平行する方向の被測定体の寸法を測
定することを特徴とする方法である。

［作用］ 上記の構成を有する物体寸法測定方法は、対向する発光
素子と受光素子とを結ぶ主光束の他に、発光素子と受光
素子とを斜めに結ぶ補助光束を使用することにより測定
を行う。

［実施例］ 本発明を第１図〜第５図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は実施例として、１本の補助光束を併用すること
により、素子間隔つまり主光束ｌの間隔を実質上２分割
して測定する方法を示したものである。第６図の従来方
法と一部が類似しており、第６図と同一の符号は同一の
構成部材を示している。発光ユニット１と受光ユニット
２は距離Ｒを隔てて相互に平行でかつ基準面３に対し垂
直方向に配設されている。被測定体Ａの左側面、厳密に
は左上角Ｂ点と受光ユニット２との光束方法の距離Ｓを
距離Ｒの４分の１となるようにして、基準面３上に設け
られたガイド４に当接して被測定体Ａを置く。ただし、
ガイド４を測定装置外の被測定体Ａの搬入口に設けると
か、ガイド４を省略して代りに基準面３上にガイドライ
ンを表示しても支障はない。

最下部の光束と基準面３との間隔α_２は、測定目的や表
示手段に応じて、適宜の値を選定できるが、理解を容易
にするたに素子間隔の0.75倍を採用して以下に説明す
る。第６図の従来装置と同様に基本的なシーケンスはL₁
P₁、L₂P₂、L₃P₃、・・・の順序で、発光素子Ｌ、受光素
子Ｐが１対ずつ結合して動作状態になるように逐次に走
査する。その際に、主光束ｌ_１〜ｌ_５は被測定体Ａで遮
光されるため、受光素子P₁〜P₅の出力は何れもオフのま
まであるが、主光束ｌ_６は遮光されないために受光素子
Ｐ_６の出力はオンになる。そこで、被測定体Ａの上面は
主光束ｌ_５とｌ_６の中間にあることを知り、主光束の逐
次走査を終了する。簡単のために、素子間隔が1cmの場
合を例にすると、主光束ｌのみの走査結果として被測定
体Ａの高さＨは5.0cm又は5.5cmの何れかであると仮に判
定する。

次に、主光束の逐次走査時に初めてオンになった主光束
ｌ_６の次の主光束ｌ_７用の発光素子L₇と、最後に出力が
オフとなった主光束ｌ_５用の受光素子P₅とを補助光束ｌ
₇₅により結んで走査する。補助光束ｌ₇₅は主光束ｌに対
して僅かに傾斜し、その一部は遮光・非遮光が分れる隣
接した２本の主光束ｌ_５、ｌ_６の間を通っている。図示
の状態においては、補助光束ｌ₇₅は被測定体Ａで遮光さ
れて受光素子P₅がオフであるから、補助光束ｌ₇₅による
走査の結果として、主光束ｌにより仮判定された２値の
うちの大きい方の5.5cmを測定値として採用する。も
し、補助光束ｌ₇₅が被測定体Ａで遮光されることなく受
光素子P₅の出力がオンになれば、測定値を5.0cmに決定
する。

第２図は第７図の従来方法の特性例と同様に、被測定体
Ａの高さＨが変化した場合に、第１図の方法の測定値が
どのように変化するかを示したものである。図示の通
り、分解能つまり測定最小単位は素子間隔である1cmを
２分割した0.5cmに向上し、測定値と真値との差つまり
丸めによる測定誤差は全て±0.25cm以内に収まってい
る。真値が0.75cm以下では０表示になるが、もしこの０
付近の領域をも有効な測定範囲に含める場合には、主光
束ｌ_１と基準面３との間隔α_２を0.25cmとし、0.25cm以
上で高さＨの増加分に対して、０から0.5cmずつ測定値
が増加するように表示させるなどして対処することがで
きる。

測定シーケンスや光束の走査については、必ずしも前述
の基本的な方法によらずに他の方法を採用することがで
きる。例えば、発光素子Ｌと受光素子Ｐを逐次に結んで
動作させる順序を、L₁P₁、L₃P₁、L₂P₂、L₄P₂、L₃P₃、L₅
P₃、L₄P₄、L₆P₄、L₅P₅、L₇P₅、L₆P₆、・・（光束で云え
ば、ｌ_１、ｌ₃₁、ｌ_２、ｌ₄₂、ｌ_３、ｌ₅₃、ｌ_４、
ｌ₆₄、ｌ_５、ｌ₇₅、ｌ_６、・・）というように、主光束
と補助光束とを交互に走査し、遮光された光束の１本ご
とに測定最小単位ずつ測定値を加えるようにしてもよ
い。

以上のような理論特性とは別に、装置の寸法誤差、被測
定体Ａを置く位置についての操作上の誤差、及び直方体
状の被測定体Ａの角が丸みを帯びている場合に発生する
実際上の測定誤差を検討する。先ず、被測定体Ａの左側
面と受光ユニット２との距離Ｓの実際値が設計値、例え
ば10cmに対する±10％つまり±1cm変化した場合を想定
してみる。この場合に発生する現象は、例えば測定値を
5.0cmと5.5cmとに切換える境界点の真値の大きさが本来
は5.25cmであるのに対し、5.2cm〜5.3cmの範囲内で変化
すること、即ち境界点が理論値から±0.05cmずれること
であるが、真値が5.17cmとか5.32cmというような場合の
測定値は、それぞれ5.0cmと5.5cmのままであり、距離Ｓ
の変動に拘わらず変化することはない。

次に、第１図の被測定体Ａの左上隅Ｂ点が点線で示した
ように丸みを帯びている場合には、発光ユニット１と受
光ユニット２間の距離Ｒと素子間隔の比を例えば40対１
とすると、丸みの半径が1cmであれば、前に実施例と同
様に測定値を切換える境界点が、例えば5.25cmから5.20
cmに減少する。この減少量0.05cmは素子間隔と丸みの半
径に正比例し、発光ユニット１と受光ユニット２間の距
離Ｒに逆比例する。

このように、一例として0.5cmを最小表示単位としてデ
ィジタル表示する第１図に示す方法に関し、前述のよう
な実用的な数値を用いた例において、増加する測定誤差
は切換え境界点の近傍においてのみ、例えば±0.05cmと
いう微少量であるから、理論的な丸め誤差の最大値±0.
25cmが±0.3cm程度に増加するに留まり、実用上殆ど支
障を生ずることはない。なお、測定に当り被測定体Ａが
静止しているものとしてこれまで説明してきたが、被測
定体Ａが主光束ｌと直交する水平方向に移動中でも同様
の測定が可能である。

次に、素子間隔を４分割して測定する実施例を第３図に
より説明する。使用する装置の構成は第１図の２分割測
定の場合と殆ど同一であるが、発光素子Ｌの数が１個多
く、つまり第６図の従来方法よりも２個多い点が異なっ
ている。２分割測定時と同様に主光束走査の結果、主光
束ｌ_５が遮光で主光束ｌ_６が非遮光であるから、基準値
を先ず5.0cmと裁定する。２分割測定における場合の説
明と同様の表現を用いれば、5.0cm、5.25cm、5.5cm、５
・75cmのうちの何れかであると仮に判定する。次いで、
補助光束の走査により最初の１本の補助光束ｌ₆₅が遮
光、他の光束ｌ₇₅、ｌ₈₅が非遮光であるから、測定値は
素子間隔を４分割した最小測定単位0.25cmを基準値5.0c
mに加えた5.25cmになる。

素子間隔を５分割して測定する本実施例は第４図に示す
ように、発光素子Ｌの数を更に１個増加しているほか
に、第１図、第３図の実施例に対し被測定体Ａの側面と
それに対向する受光ユニット２との距離Ｓが、距離Ｒの
1/5に設定されている点が異なる。主光束ｌによる走査
により主光束ｌ_５が遮光・主光束ｌ_６が非遮光であるか
ら基準値は5.0cmである。次に、補助光束を走査の結
果、図示では最初の補助光束ｌ₆₅が遮光、他の補助光束
ｌ₇₅、ｌ₈₅、ｌ₉₅が非遮光であるから、測定値は基準値
の5.0cmに最小測定単位0.2cmを加えた5.2cmとなる。な
お、補助光束ｌ₇₅が非遮光であれば補助光束ｌ₈₅とｌ₉₅
も当然非遮光になるから、補助光束の走査は最初の補助
光束ｌ₇₅の非遮光を検出した直後に停止し、直ちに測定
値を表示すればよい。

最下部の主光束ｌ_１と基準面３との間隔は、第３図の４
分割測定の場合のα₄については素子間隔の7/8倍、第４
図の５分割測定の場合のα₅については素子間隔の9/10
倍とすれば、実施例では1cmとして素子間隔１単位の1cm
以上が有効な測定範囲となる。

第１図、第３図、第４図に示す本発明方法において、主
光束と補助光束との併用による基本的な測定方法を要約
すると次のようになる。

（ａ）主光束の走査により遮光された主光束の本数と素
子間隔を乗じたものを被測定体寸法の基準値として裁定
する。

（ｂ）引き続く補助光束の走査時に、遮光された補助光
束の本数と最小測定単位を乗じたものを基準値に加えて
測定値とする。

別法として、前述のように主光束と補助光束とを交互に
逐次走査し、遮光された光束の総数から測定値を求める
こともできるが、上述の基本的な方法よりも測定に必要
な補助光束の走査本数が増加する。

本発明による方法において、所定の最小測定単位を得る
ための素子間隔の分割数は、既に説明した２、４、５に
限定されることなく他にも可能である。その主なものを
分割数に付帯する距離Ｓの条件と共に第１表に掲げる。
距離Ｓの大きさは何れも発光ユニット１と受光ユニット
２間の距離Ｒの整数分の１である。

第１表 分割数 受光ユニットと被測定体の距離Ｓ ２ R/2、R/4、R/6、・・・ ３ R/3、R/6、・・・ ４ R/4、R/8、・・・ ５ R/5、R/10、・・・ ６ R/6、・・・ ８ R/8、・・・ 10 R/10、・・・ 本方法では、例えば４本の補助光束を併用すれば５分
割、つまり分割能を５倍に向上した高精度の測定ができ
る。このような効果を逆の面から考えてみると、同一測
定範囲と分解能を有する装置について、本発明に必要な
発光素子、受光素子の数は、例えば５分割測定の場合に
従来装置の５分の１よりも僅かに多い程度で済む。

また、被測定体Ａの高さＨ以外に、平面的な寸法、即ち
幅Ｗや奥行Ｄの測定にも本発明による方法を実用するこ
とができる。しかしながら、奥行Ｄの測定に際し、高さ
Ｈの測定時と同様に側面位置検出のみで測定可能なよう
に、例えば被測定体Ａの奥側側面に沿って主光束に平行
な方向のガイドを更に増設すると、被測定体Ａの搬出入
や設置の操作が困難になる。そこで、実際に設置するガ
イド４は第５図に図示の１個のみに限定した上で、奥行
Ｄ方向の両側面位置を検出して、直方体状の被測定体の
奥行Ｄを測定する方法を次に説明する。

第５図において、発光ユニット１はセンタラインCLの両
側に発光素子L₁〜L₈ととL₁′〜L₈′を対称的に配列し、
受光ユニット２には同様に発光素子P₁〜P₇とP₁′〜P₇′
とをセンタラインCLの両側に対称的に配列している。セ
ンタラインCLを基準とした被測定体Ａの奥行方向の寸法
D₁とD₂が、素子間隔の２分の１の分解能で個別に測定さ
れ、求める奥行寸法ＤはD₁＋D₂で与えられる。第３図の
４分割、第４図の５分割及び第１表に示した他の分割数
による２組の片面測定装置を同様に対称的に配列し、Ｄ
＝D₁＋D₂として同様に両面測定による寸法測定ができる
ことは云うまでもない。

板材やシートの幅或いは長さを測定するための本発明に
係る方法は種々考えられるが、例えば第５図を反時計方
向に90度回転させたものが平面図ではなく側面図と考
え、被測定体Ａの幅Ｗが極めて小さく、幅Ｗが板材の厚
さに該当するものと解すれば、ガイド４に載置された板
材の長さＤをD₁＋D₂として測定できることが判る。その
場合に、矯正困難な板材の反りなどにより板材の下面端
部と受光ユニット２との距離Ｓが若干変化しても、発生
する誤差が極めて少ないことは既に述べた通りである。

なお、実施例において、符号１を発光ユニット、２を受
光ユニットとして説明したきたが、両者を入れ換えて、
符号１を受光ユニット、２を発光ユニットとしても本発
明の基本機能に変わるところはない。

分割測定に使用する補助光束は主光束に対し若干傾斜し
ているが、そのために光学系を特別に設計する必要は全
くなく、発光ダイオードから主光束方向を中心軸とし
て、その周りにも同時に分布放射される光束の一部を補
助光束として利用しているに過ぎない。しかも、主光束
と補助光束の角度差、即ち傾斜角は実用上たかだか数度
に過ぎないから、照射の光強度差は少なく、単純に光束
の非遮光・遮光を検出する本発明の適用法上の支障はな
い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る物体寸法測定方法は、
被測定体を置く位置に関し若干の制約を設けるものの、
測定シーケンスの改良により例えば１本の補助光束を併
用した場合には、発光素子、受光素子数を２倍に増加し
たことと同等の効果を生じ、素子間隔を複数分割した分
解能により寸法が測定でき、極めて安価で実用的な高精
度の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図〜第５図は本発明に係る物体寸法測定方法を
実現するための装置の実施例を示し、第１図は構成図、
第２図はその特性図、第３図、第４図、第５図は他の実
施例の構成図であり、第６図は従来の物体寸法測定方法
の構成図、第７図はその特性図である。 符号１は発光ユニット、２は受光ユニット、３は基準
面、４はガイド、Ａは被測定体、L₁〜L₁₄、L₁′〜L₈′
は発光素子、P₁〜P₁₁、P₁′〜P₇′は受光素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子を等間隔で直線上に配列した発光
   ユニットと、受光素子を同一等間隔で直線上に配列した
   受光ユニットとを距離Ｒを隔てて平行に配設し、対向す
   る前記発光素子と受光素子をそれぞれ対として結ぶ平行
   な主光束のうち、前記発光ユニットと受光ユニット間に
   置いた直方体状の被測定体により遮光又は非遮光の主光
   束の本数を計数し被測定体の寸法を求める方法におい
   て、前記受光ユニット又は発光ユニットと被測定体の側
   面との距離Ｓが前記距離Ｒの整数分の１になるように被
   測定体を配置し、遮光・非遮光に分れる２本の隣接した
   主光束の近辺で、対向しない前記発光素子と受光素子と
   を主光束に対して斜めに結び一部又は全部が前記両主光
   束の間を通る少なくとも１本の補助光束を使用し、前記
   主光束及び補助光束の遮光・非遮光の別による前記受光
   素子の出力を判定することにより、前記発光ユニットと
   受光ユニットに平行する方向の被測定体の寸法を測定す
   ることを特徴とする物体寸法測定方法。