JPH07174520A - 測長装置 - Google Patents

測長装置

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JPH07174520A
JPH07174520A JP5319456A JP31945693A JPH07174520A JP H07174520 A JPH07174520 A JP H07174520A JP 5319456 A JP5319456 A JP 5319456A JP 31945693 A JP31945693 A JP 31945693A JP H07174520 A JPH07174520 A JP H07174520A
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Hirohisa Fujimoto
洋久 藤本
Hiroshi Yugawa
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Abstract

(57)【要約】 【目的】アッベの誤差を消去でき、目盛線幅の変動によ
る誤差も発生せず、高精度な測定が可能で、スリット間
隔を調整する等の必要がなく、容易に行え、さらに高速
化に適する測長装置を提供することにある。 【構成】被写体の測定方向に移動可能な移動台10と、前
記被写体の像を投影するとともにエッジを検出するエッ
ジ検出光学系15と、前記移動台の移動量を検出し、被写
体の測定点に対し対称に2個配置され前記被写体の長さ
を測定するレーザ干渉計3,5 と、エッジ検出光学系15に
より投影された被写体像を光電変換し、ラッチ信号を発
生させるラッチ信号発生回路22,41,42,43,44,45,46,47
と、前記ラッチ信号により各レーザ干渉計3,5 で得られ
たデータを取り込み、これらを平均し測長データとする
データ処理手段を具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば標準尺等の長さ
を高精度に測定可能な測長装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、測長機として、例えば精密工学会
第44巻第2号「2m標準尺測定用レーザ干渉計(第2
報)」に記載されている。これについて、図5および図
6を参照して説明する。移動台10には、検出用光学系
15が装着され、測定方向に移動する。この場合の移動
量は、以下のようにして測定される。すなわち、レーザ
光源1からのレーザ光は、反射鏡30を介し干渉計3で
分岐され、各レーザ光は反射鏡31,32により参照鏡
37および移動台10に固定された可動鏡6に入射し、
再び同じ経路を通り、干渉計3で干渉した後、反射鏡3
3とプリズム34を介して検出器8,9により測定され
る。.検出用光学系15より標準尺13上に刻まれた目
盛線の像は、リレーレンズ36を介してスリット35に
投影され、光電変換素子38により検出される。光電変
換素子38の出力は、増幅器39により増幅され、微分
器40により微分される。
【0003】この場合、スリット35の幅を調整するこ
とにより、図6に示すような波形が得られ、かつ微分器
40の出力により、目盛中心を決定することができる。
図5の例では、可動鏡6と標準尺13が同一軸上に配置
されておらず、以下のような理由で、アッベ(Abb
e)の基本定理を満足していない。すなわち、該基本定
理は、長さを測定するレーザ測長機等にあっては、測る
べき長さと、尺度として使用する分割目盛とが、その測
定方向において一直線上に並ぶように配置することによ
り、最も誤差が少なくなるという定理である。
【0004】ところが、図5の例ではアッベ(Abb
e)の基本定理を満足していないのは、該基本定理を満
足するように構成すると、装置全体が大型化するという
欠点があるためである。
【0005】このため、図5の例では標準尺13から測
定軸線すなわち可動鏡6までの距離と、検出用光学系1
5の対物レンズの焦点距離とを一致させてエッベンスタ
イン(Eppenstein)の条件を満足させてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5の
例では、目盛線の像によりスリット35の幅を調整する
必要があり、微細な調整が必要となる。また、標準尺1
3の目盛線幅はすべてが同じ線幅に製作されているとは
限らず、この目盛線幅の変動が誤差となる。
【0007】さらに、エッベンスタインの条件を満足す
るため、長い焦点距離の対物レンズが必要になり、装置
が複雑で大型化することが考えられる。本発明は前記問
題点を解決するためなされたもので、アッベの誤差を消
去でき、目盛線幅の変動による誤差も発生せず、高精度
な測定が可能で、スリット間隔を調整する等の必要がな
く、容易に行え、さらに高速化に適する測長装置を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1に対応する発明は、被写体の測定方向に移
動可能な移動台と、前記被写体の像を投影するととも
に、エッジを検出するエッジ検出光学系と、前記移動台
の移動量を検出し、被写体の測定点に対し対称に2個配
置され前記被写体の長さを測定するレーザ干渉計と、前
記エッジ検出光学系により投影された被写体像を光電変
換し、ラッチ信号を発生させるラッチ信号発生手段と、
前記ラッチ信号により前記各レーザ干渉計で得られたデ
ータを取り込み、これらを平均し、測長データとするデ
ータ処理手段と、を具備した測長装置である。
【0009】前記目的を達成するため、請求項2に対応
する発明は、前記ラッチ信号発生手段は、立上りエッジ
検出部および立下り検出部とを備え、該各検出部にそれ
ぞれラッチ信号を発生させ、前記立上りエッジ検出部に
よるラッチ信号から第1のデータを取り込む第1のレー
ザ干渉計と、前記立下り検出部によるラッチ信号から第
2のデータを取り込む第2のレーザ干渉計と、前記第
1、前記第2のデータを平均し、測長データとするデー
タ処理手段と、を具備したことを特徴とする請求項1記
載の測長装置である。
【0010】前記目的を達成するため、請求項3に対応
する発明は、前記ラッチ信号発生手段は、しきい値およ
び検出領域を設定可能なウインドコンパレータと、前記
しきい値と前記検出信号を比較するコンパレータよりな
り、前記コンパレータの出力信号を、前記立上りラッチ
信号および立下りラッチ信号とすることを特徴とする請
求項1記載の測長装置である。
【0011】
【作用】請求項1に対応する発明によれば、レーザ干渉
計の測定点より対称位置での移動量を測定しているの
で、2つデータを平均することにより、移動台の傾きに
よるアッベの誤差を消去でき、目盛線幅の変動による誤
差も発生せず、高精度な測定が可能で、スリット間隔を
調整する等の必要がなく、容易に行える。
【0012】請求項2,3に対応する発明によれば、立
ち上がり、立ち下がりエッジを別々に検出しているの
で、高速化に適しており、照明、温度等のドリフトを極
力小さくできる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。図1は本発明の1実施例の概略構成を示す
図であり、これは以下のように構成されている。測定方
向に互いに間隔を存して平行に配設されている案内部材
14a,14bと、この案内部材14a,14bに沿っ
て移動可能な移動台10と、移動台10に測定方向に配
設された可動鏡6,7と、移動台10に配設され測定物
のエッジ(端部)を検出する後述するエッジ検出光学系
15と、移動台10のほぼ中央部に配設され配設された
標準尺13と、このような可動鏡6,7、標準尺13、
エッジ検出光学系15を有する移動台10に移動力を与
えるモータ11と、移動台10に固定されモータ11の
回転力を移動台10に伝達するためのスチールテープ1
2と、レーザ光源1からのレーザ光を分岐して可動鏡6
に導くビームスプリッタ2と、ビームスプリッタ2で分
岐された光を可動鏡7に導くビームベンダ4と、ビーム
スプリッタ2と可動鏡6の間に配設されたレーザ干渉計
3と、ビームベンダ4と可動鏡7の間に配設されたレー
ザ干渉計5と、レーザ干渉計3の出力を検出する検出器
8と、レーザ干渉計5の出力を検出する検出器9と、検
出器8,9の検出出力を入力して測長データを出力する
ための信号処理を行う後述する図示しない信号処理手段
を備えている。
【0014】以下このように構成された実施例の動作を
説明する。レーザ光源1からのレーザ光は、ビームスプ
リッタ2により分岐され、第1のレーザ干渉計3および
ビームベンダ4を介して第2のレーザ干渉計5に入射さ
れる。
【0015】干渉計3,5より出射されるレーザ光は、
測定点と高さ方向で一致し、等間隔L1だけ離れて線対
称に、移動台10に装着された可動鏡6,7で反射さ
れ、再び各干渉計3,5に入射された後、干渉計3,5
内の参照光と干渉し、検出器8,9により移動台10の
移動量を検出する。
【0016】移動台10は、モータ11とスチールテー
プ12により標準尺13の測定方向に互いに間隔を存し
て平行に配設されている案内部材14a,14bに沿っ
て駆動される。
【0017】このような構成において、例えば移動台1
0が例えば図1に示す矢印の方向(ヨーイング方向)に
傾きながら動いたとしても、標準尺13の測定点より同
一距離で線対称な位置での移動距離を測定しているの
で、2つのデータを平均することにより、アッベの誤差
を消去することができる。
【0018】図2はエッジ検出光学系15の概略構成を
示す図であり、光源16、レンズ17、ハーフミラ1
8、対物レンズ19、結像レンズ20、ピンホール2
1、光電変換素子22から構成されている。
【0019】具体的には、光源16から出射した光は、
レンズ17を通り、ハーフミラ18で曲げられ、対物レ
ンズ19を介して標準尺13の目盛上に照明され、かつ
標準尺13の目盛より反射された光は、再び対物レンズ
19に入射し、結像レンズ20によりピンホール21上
に投影される。そして、ピンホール21を通過した光
は、光電変換素子22に入射し、電気信号に変換され
る。
【0020】図3は光電変換素子22の出力を信号処理
する信号処理手段の概略構成を示す図であり、電流ー電
圧変換回路(IーV)41、ウインドコンパレータ4
2、コンパレータ43、インバータ44,45、フリッ
プフロップ46,47から構成されている。
【0021】具体的には、光電変換素子22の出力は、
電流ー電圧変換回路41により電圧信号に変換され、ウ
インドコンパレータ42およびコンパレータ43に入力
される。ウインドコンパレータ42に入力された信号
は、任意のしきい値VT すなわち図4の(Vmax +Vmi
n )÷2の値とウインド幅Vw により2値化された検出
許可信号としてインバータ44を介してフリップフロッ
プ46,47のクリア端子( CLR ) に入力され、ウイン
ドコンパレータ42においてウィンド内の場合すなわち
ハイ(High)レベルのときにエッジ検出許可とな
る。
【0022】また、コンパレータ43に入力された信号
は、任意のしきい値により2値化されたエッジ信号とし
て出力される。このエッジ信号は、インバータ45を介
してフリップフロップ46のクロック端子に入力され
る。すると、フリップフロップ46,47の出力は、図
4に示すようにクロックパルスの立上りでロー(Lo
w)となり、クリア端子のLow入力でHighとな
る。よって、フリップフロップ46,47の出力は、図
4に示すようにそれぞれ立上りラッチ信号、立下りラッ
チ信号となる。
【0023】以上述べた実施例の動作について、図4の
タイミングチャートを参照して説明する。いま、光電変
換素子22から図4のような出力波形が得られたとす
る。この場合、エッジ検出光学系15が標準尺13の目
盛線13aを通過すると、目盛13aの反射による明暗
で電圧値に差が現れた50%のところをしきい値VT と
すると、目盛線13aのエッジを検出することができ
る。
【0024】以上のことは、目盛線13aに対して所定
間隔を存して標準尺13上に刻まれている目盛線13b
も同様である。しかして、しきい値VT より得られる立
上りラッチ信号を使い、例えばレーザ干渉計3の測長デ
ータとし、立下りラッチ信号をレーザ干渉計5の測長デ
ータとする。そして、これらの測長データを図示しない
データ処理部に入力し、ここで2つの測長データの平均
をとることにより、目盛線13aと目盛線13bの中心
間距離Lを得ることができる。
【0025】この中心間距離Lは、移動台10の傾きに
よるアッベの誤差は、消去され、かつ目盛線13a,1
3bが変化しても中心間距離Lは変らず、高精度な測定
が行えることになる。
【0026】また、目盛線13a,13bの幅により、
従来必要であったスリットの間隔を調整する作業は不要
となり、容易に長さの測定ができる。さらに、微小な目
盛幅においても、立上りエッジ、立下りエッジを別々に
検出しているため、高速化にも適しており、照明、温度
等のドリフトを極力小さくすることができる。
【0027】前述した実施例では、しきい値VT は50
%としたが、中心間距離を測定する場合は重要な条件で
はなく任意に値であってもよい。さらに、実施例ではエ
ッジ検出光学系15を落射照明について行ったが、これ
を透過照明で行ってもよい。また、実施例のピンホール
21をスリットで構成しても同様な効果が得られる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、アッベの誤差を消去で
き、目盛線幅の変動による誤差も発生せず、高精度な測
定が可能で、スリット間隔を調整する等の必要がなく、
容易に行え、さらに高速化に適する測長装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による測長装置の第1実施例の概略構成
を示す図。
【図2】図1のエッジ検出光学系15を説明するための
図。
【図3】図1の信号処理手段を説明するための図。
【図4】図3の動作を説明するためのタイミングチャー
ト。
【図5】従来の測長装置の一例を示す概略構成図。
【図6】図5の光電変換素子の出力信号を処理する回路
を説明するための図。
【符号の説明】
1…レーザ光源、2…ビームスプリッタ、4…ビームベ
ンダ、3,5…レーザ干渉計、6,7…可動鏡、8,9
…検出器、10…移動台、11…モータ、12…スチー
ルテープ、13…標準尺、14a,14b…案内部材、
15…エッジ検出光学系、16…光源、17…レンズ、
18…ハーフミラー、19…対物レンズ、20…結像レ
ンズ、21…ピンホール、22…光電変換素子。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被写体の測定方向に移動可能な移動台
    と、 前記被写体の像を投影するとともに、エッジを検出する
    エッジ検出光学系と、 前記移動台の移動量を検出し、被写体の測定点に対し対
    称に2個配置され前記被写体の長さを測定するレーザ干
    渉計と、 前記エッジ検出光学系により投影された被写体像を光電
    変換し、ラッチ信号を発生させるラッチ信号発生手段
    と、 前記ラッチ信号により前記各レーザ干渉計で得られたデ
    ータを取り込み、これらを平均し、測長データとするデ
    ータ処理手段と、 を具備した測長装置。
  2. 【請求項2】 前記ラッチ信号発生手段は、立上りエッ
    ジ検出部および立下り検出部とを備え、該各検出部にそ
    れぞれラッチ信号を発生させ、 前記立上りエッジ検出部によるラッチ信号から第1のデ
    ータを取り込む第1のレーザ干渉計と、 前記立下り検出部によるラッチ信号から第2のデータを
    取り込む第2のレーザ干渉計と、 前記第1、前記第2のデータを平均し、測長データとす
    るデータ処理手段と、を具備したことを特徴とする請求
    項1記載の測長装置。
  3. 【請求項3】 前記ラッチ信号発生手段は、しきい値お
    よび検出領域を設定可能なウインドコンパレータと、前
    記しきい値と前記検出信号を比較するコンパレータより
    なり、前記コンパレータの出力信号を、前記立上りラッ
    チ信号および立下りラッチ信号とすることを特徴とする
    請求項1記載の測長装置。
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