JPH0769149B2 - 形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は形状測定装置に関し、例えば眼鏡フレームやレ
ール等の線状体の形状を測定する場合に適用して好適な
ものである。

〔従来の技術〕

従来例えば眼鏡フレームなどの線状体の立体的形状を測
定する形状測定装置は、眼鏡フレームの内面に機械的な
接触子を押し当てながら眼鏡フレームの内面に沿う方向
に移動させて行き、その結果接触子が眼鏡フレームの内
面形状に倣うように変位することを利用して、当該変位
量を検出することによつて眼鏡フレームの形状を測定す
るいわゆる倣い加工の手法を利用した構成のものが用い
られている。

そして形状測定装置によつて測定された形状は、例えば
プラスチツク材料でなる形板状に型取りされ、かくして
眼鏡フレームの内面の形状と同じ外周形状を有するレン
ズの玉型を製作するようになされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこのようにして線状体の形状を測定する場合、
機械的接触子を眼鏡フレームに押し当てることを原理と
しているため、眼鏡フレームが当該接触圧によつて変形
を受けるおそれがあり、特に弾力性が大きい材質の眼鏡
フレームを測定する場合には、測定結果の誤差を無視し
得なくなるおそれがある。

また従来の方法によつて高い精度で眼鏡フレームの形状
を測定しようとする場合、眼鏡フレームの形状が立体的
に湾曲しているのに対して、これを平板状の形板に型取
りするようになされているために、眼鏡フレームの湾曲
形状を忠実に写し取ることができない原理的な問題があ
る。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、線状体の
形状を非接触的な手法によつて測定することができるよ
うにした形状測定装置を提案しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、被観測
対象を構成する線状体（２）に対して走査光（13）を照
明する照明手段（11、12、14）と、互いに所定の間隔だ
け離間した位置に形成された第１及び第２の窓（16A、1
6B）を有し、走査光（13）が線状体（２）において反射
されることによつて得られる反射光束（15）を第１及び
第２の窓（16A、16B）を通過させることによつて第１及
び第２のスポツト光を形成するマスク手段（16）と、第
１及び第２のスポツト光が入射され、当該第１及び第２
のスポツト光の入射位置を検出することによりマスク手
段（16）と線状体（２）との間の距離及び方向を表す検
出出力を送出する検出手段（17）とを設けるようにす
る。

〔作用〕

検出手段17上に入射する一対のスポツト光17A、17Bは、
マスク手段16に対する線状体２の位置が縦方向及び又は
横方向に相対的に変化すれば、これに応じて変化する。

かくして走査光の走査に応じて検出手段17から得られる
検出出力の変化は線状体２の立体的な形状を表すことに
なり、その結果非接触的な手段を用いて線状体２の立体
的形状を測定することができる。

〔実施例〕

以下図面について、本発明の一実施例を、線状体を閉ル
ープを有する枠形状に成形した眼鏡のフレームの形状を
測定する形状測定装置に適用した実施例として、詳述す
る。

（１） 第１の実施例 第１図において、１は形状測定装置を示し、被測定対象
としての線状体を構成する眼鏡フレーム２の枠部が構成
する枠空間内に配設されている。

形状測定装置１は光源11から出射した光を、第２図に示
すように、横長に線状の窓12Aを有するスリツト12を通
すことによつて幅が狭い線状光束13を得、この線状光束
13をハーフミラー14によつて眼鏡フレーム２の内面側に
折り曲げ、かくして線状光束13を眼鏡フレーム２の延長
方向と交差させるように走査光として眼鏡フレーム２を
照射する。

線状光束13は、幅が狭いので、実質上眼鏡フレーム２の
内面の１点においてこれと交差するように照射し、その
反射光束15が反射点P₁を新たな光源としてここからの光
がハーフミラー14を透過してマスク16に達する。

マスク16は、第３図に示すように、縦方向に所定の距離
だけ離間した位置に形成された一対の窓16A及び16Bを有
し、反射点P₁における散乱によつて得られた反射光束15
のうち、縦方向の窓16A及び16Bを通して検出素子17上に
入射させる。かくして検出素子17上には窓16A及び16Bに
対応する光スポツト17A及び17Bが形成される。

以上の構成に加えて形状測定装置１は、マスク16上の２
つの窓16A、16Bを通る縦方向の中心線18を中心として回
転するように構成され、かくして反射光束15が走査光と
して眼鏡フレーム２の内側面を走査したときこれに応じ
て移動する反射点P₁に対応する光スポツト17A及び17B
を、検出素子17上に形成し得るようになされている。

以上の構成において、形状測定装置１が中心線18を軸と
して回転することによつて反射光束15を発生する反射点
P₁が眼鏡フレーム２の内面に沿つて移動して行くが、そ
の移動に基づいて検出素子17上に形成される光スポツト
17A及び17Bの間隔Ｄ（第４図）は、マスク16の位置従つ
て中心線18の位置から反射点P₁までの横方向の距離Ｒに
対応する値になり、距離Ｒが小さくなればこれに応じて
間隔Ｄが大きくなる。従つて検出素子17からの検出出力
に基づいて、光スポツト17A及び17Bの位置d₁及びd₂を検
出し（第４図）、その差によつて表される間隔Ｄを求め
れば、これに基づいて中心線18から反射点P₁（従って眼
鏡フレーム２の内側面）までの横方向の距離Ｒを測定す
ることができる。

また光スポツト17A及び17Bの縦方向（すなわちＺ方向）
の位置がマスク16に対して相対的に変化すると、それに
応じて光スポツト17A及び17Bの位置d₁及びd₂が変化す
る。この変化は、光スポツト17A及び17Bの中間点P₂の位
置d₃の変化として検出することができる。この中間位置
d₃は、第１図においてマスク16上における窓16A及び16B
の中間体P₀を通つて反射点P₁から延長する仮想線19が、
検出素子17上に到達する位置を表している。

ところでマスク16の中間点P₀を通つて横方向（すなわち
Ｘ方向）に延長する基準軸を考えたとき、この基準軸か
ら反射点P₁までの縦方向（すなわちＺ方向）の距離Z_dが
変化すれば、これに対応するように検出素子17上の点P₂
も変化することになる。かくして中間点P₂の位置d₃を検
出することによつて、反射点P₁のＺ方向の位置の変化を
測定することができる。

以上の構成によれば、検出素子17から光スポツト17A及
び17Bの間隔Ｄを検出することによつて、反射点P₁のＸ
方向の距離Ｒを測定できると共に、光スポツト17A及び1
7Bの中間点P₂の位置d₃を検出することによつて反射点P₁
のＺ方向の位置を測定することができる。

かくして走査光としての線状光束13を中心線18を中心と
して回転走査させることにより、線状体でなる眼鏡フレ
ーム２の内面の立体的な枠形状を非接触の手法で測定す
ることができる。

（２） 第２の実施例 第５図は本発明の第２の実施例を示すもので、形状測定
装置１は中心線18を中心として回転するミラー21を有
し、ハーフミラー14から射出される線状光束13及び反射
点P₁から反射される反射光束15を90゜だけ折り曲げるよ
うになされている。

かくしてこの実施例の場合光源11ないし検出素子17まで
の光学系によつて構成される形状測定装置本体は、眼鏡
フレーム２に対して縦方向に外側位置に配置され、眼鏡
フレーム２の枠空間の内部には、回転するミラー21を配
設するだけの使い易い構成にし得る。

（３） 第３の実施例 第６図は本発明の第３の実施例を示すもので、第１図と
の対応部分に同一符号を付して示すように、形状測定装
置１は、光源11及びスリツト12間に集光レンズ31を有
し、かくしてスリツト12によつて形成された線状光束13
を発散させずに平行光線として効率良く眼鏡フレーム２
に照射させるようになされている。

また第６図の場合、マスク16及び検出素子17間に投影レ
ンズ32が設けられ、かくしてマスク16の窓16A及び16Bを
通つた光を検出素子17の中央部分に折り曲げるようにす
る。かくして光スポツト17A及び17Bの位置の測定を、検
出素子17の中央部分の比較的狭い領域で測定することが
できることにより、検出素子17の構成を一段と小型化し
得る。

（４） 第４の実施例 第７図は本発明の第４の実施例を示すもので、この場合
形状測定装置１は、第６図との対応部分に同一符号を付
して示すように、光源11から射出された光を、第８図に
示す透明板35に照射させる。

透明板35には、そのほぼ中央位置に縦方向に細長の反射
部35Aが形成され、この反射部35Aによつて反射された光
が集光レンズ36を通つてマスク37の中央部分に照射され
る。

マスク37は第９図に示すように、縦方向に延長するスリ
ツト開口37Aと、その長手方向の外側位置に設けられた
一対の窓37B1及び37B2を有し、集光レンズ36を通して反
射部35Aから照射された光をスリツト開口37Aによつて制
限して線状光束13を形成する。

これと共に、線状光束13を反射点P₁において反射して得
られる反射光束15を外側の一対の窓37B1及び37B2を通し
て集光レンズ36によつて集光しながら透明板35の外側部
分を透過させた後、検出素子17上に投影させる。

第７図の構成によれば、第６図の構成の場合と比較し
て、レンズとして集光レンズ36を１枚用意するだけで済
むと共に、１枚のマスク37によつて眼鏡フレーム２に対
する線状光束13と、検出素子17への一対の光スポツト17
A及び17Bとを形成する。

かくして全体としての構成をさらに一段と簡易化するこ
とができる。

（５） 他の実施例 （5A） 第１図の実施例の場合には、ハーフミラー14、
マスク16、検出素子17を、被観測対象としての線状体を
構成する眼鏡フレーム２の枠空間の内部に設けるよう
に、ハーフミラー14を基準軸Ｘに対して45゜に近い角度
に選定したが、これに代え、ハーフミラー14の角度を変
えることによつて、形状測定装置１を全体として眼鏡フ
レーム２の枠空間の外側に引き出した位置に設けるよう
に構成しても、上述の場合と同様の効果を得ることがで
きる。

（5B） 第５図の実施例においては、ミラー21を回転さ
せることによつて走査光として機能する線状光束13及び
反射光束15を走査させるように構成したが、これに代
え、ハーフミラー14及びミラー21間に像回転プリズムを
設け、この像回転プリズムをミラー21と共に中心線18の
周りを回転させるようにしても同様の効果を得ることが
できる。なおこの場合には、ミラー21の回転数を像回転
プリズムの回転数の２倍に選定すれば良い。

（5C） 第６図の実施例の場合、集光レンズ31をスリツ
ト12の光源11側に設けた場合について述べたが、これに
代え、スリツト12の光源11とは反対側に設けるようにし
ても良い。

また投影レンズ32についても、マスク16の検出素子17と
は反対側に設けるようにしても良い。

（5D） 上述の実施例においては、被観測対象として枠
形状を有する眼鏡フレーム２の３次元的な形状を測定す
る場合に本発明を適用した場合について述べたが、被観
測対象としてはこれに限らず、要するに走査光によつて
表面をたどつて行つたとき、３次元的な立体曲線を描く
ような閉ループをもつた枠形状、又は閉ループをもたな
い例えばレールの線形状の線形状の立体的又は平面的形
状を検出する場合に、広く適用することができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、被観測対象を構成する枠
体に対して機械的な接触子を接触させることなく、被接
触的に線状体の形状を容易に測定し得る形状測定装置を
実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による形状測定装置の第１の実地例を示
す略線図、第２図、第３図、第４図は第１図のスリツト
12、マスク16、検出素子17の構成を示す略線図、第５
図、第６図、第７図は本発明の第２、第３、第４の実施
例を示す略線図、第８図及び第９図は第７図の透明板3
5、マスク37の構成を示す略線図である。 １……形状測定装置、２……眼鏡フレーム、11……光
源、12……スリツト、14……ハーフミラー、16、37……
マスク、16A、16B……窓、17……検出素子、17A、17B…
…光スポツト、21……ミラー、31、36……集光レンズ、
32……投影レンズ、35……透明板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被観測対象を構成する線状体に対して、当
   該線状体と交差するように、線状走査光を照明する照明
   手段と、 互いに所定の間隔だけ離間した位置に形成された第１及
   び第２の窓を有し、上記走査光が上記線状体において反
   射されることによつて得られる反射光束を上記第１及び
   第２の窓を通過させることによつて第１及び第２のスポ
   ツト光を形成するマスク手段と、 上記第１及び第２のスポツト光が入射され、当該第１及
   び第２のスポツト光の入射位置を検出することにより上
   記マスク手段と上記線状体との間の距離及び方向を表す
   検出出力を送出する検出手段と を具えることを特徴とする形状測定装置。