JPH08193809A

JPH08193809A - 位置又は幅の測定装置

Info

Publication number: JPH08193809A
Application number: JP2351095A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Ogasawara; 昭宣小笠原
Original assignee: SERUTETSUKU SYST KK
Current assignee: SERUTETSUKU SYST KK
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザー光線と再帰性反射体とを使用し、非
接触で物体の位置又は長さの測定を行うことができる位
置又は幅の測定装置を提供する。【構成】レーザー発生源１２から発生するレーザー光
を受ける振動ミラー１４と、振動ミラー１４からの反射
レーザー光を受けて平行光となす放物面鏡１８と、平行
光を測定対象物１１を中間において受ける再帰性反射体
１９と、再帰性反射体１９からの反射レーザー光を放物
面鏡１８及び振動ミラー１４を介して受ける受光素子２
１と、振動ミラー１４で反射する基準信号及び受光素子
２１からの信号を受けて時間的変位から測定物の位置あ
るいは長さを計測する制御装置２２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測定対象物（例えば鋼板
や鋼管など）の位置又は長さ等を自動的に測定する位置
又は幅の測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋼板や鋼管などの板厚又は外径等
を測定するには、接触型の測定器あるいは接触型検出器
からなる測定装置が使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記接
触型の測定器では測定に時間を浪費すると共に、連続的
な測定が困難であった。また、前記接触型検出器からな
る測定装置でも被測定物の表面状況により正確な連続測
定は困難であった。本発明は、前記の事情に鑑みなされ
たもので、レーザー光線と再帰性反射体とを使用し、非
接触で物体の位置又は長さの測定を行うことができる位
置又は幅の測定装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の位置又は幅の測定装置は、レーザー発生源から発
生するレーザー光を受ける振動ミラーと、該振動ミラー
からの反射レーザー光を受けて平行光となす放物面鏡
と、該平行光を測定対象物を中間において受ける再帰性
反射体と、該再帰性反射体からの反射レーザー光を前記
放物面鏡及び振動ミラーを介して受ける受光素子と、前
記振動ミラーで反射する基準信号及び受光素子からの信
号を受けて時間的変位から前記測定物の位置あるいは長
さを計測する制御装置とを有し、しかも、前記振動ミラ
ーはやや傾いて前記放物面鏡は軸外れに配置され、該放
物面鏡からの平行光が前記振動ミラーを遮らないように
なっている。また、請求項２記載の位置又は幅の測定装
置は、レーザー発生源から発生するレーザー光を受ける
振動ミラーと、該振動ミラーからの反射レーザー光を受
けて平行光となす放物面鏡と、該放物面鏡からの平行光
を受けるハーフミラーと、該平行光が測定対象物を遮る
信号を検出する受光素子と、前記ハーフミラーからの平
行光をうける基準スケールと、該基準スケールの位置信
号を検出する受光素子と、該基準スケールの位置信号を
検出する受光素子からの信号及び前記測定対象物を遮る
信号を検出する受光素子の信号を受けて時間的変位から
前記測定物の位置あるいは長さを計測する制御装置とを
有し、しかも、該振動ミラーはやや傾いて該放物面鏡は
軸外れに配置され、該放物面鏡からの平行光が前記振動
ミラーを遮らないようになっている。

【０００５】

【作用】請求項１記載の位置又は幅の測定装置において
は、振動ミラーは揺動しながら、レーザー発生源から発
生したレーザー光を反射し、放物面鏡は前記振動ミラー
で反射したレーザー光を平行化し、スキャンする平行レ
ーザー光を作る。測定対象物で遮られない前記平行レー
ザー光は再帰性反射体で反射され、この再帰性反射体は
入射した平行レーザー光とほぼ同一光軸上の狭い範囲で
レーザー光を反射する。この反射レーザー光を放物面鏡
を介して振動ミラーが再び反射する。受光素子はこの反
射レーザー光を信号に変換すると共に、受光信号として
制御装置に入力する。また、基準センサーは振動ミラー
で反射したレーザー光を変換して基準信号として制御装
置に入力する。前記制御装置は入力した受光信号と基準
信号の時間差を計測し演算し、該時間差と基準値から測
定対象物の位置又は長さの実長を測定する。そして、請
求項２記載の位置又は幅の測定装置においては、振動ミ
ラーは揺動しながらレーザー光をスキャンする。放物面
鏡は前記振動ミラーで反射したレーザー光を平行化す
る。測定対象物で遮られない前記平行レーザー光は再帰
性反射体で反射され、この再帰性反射体は入射した平行
レーザー光とほぼ同一光軸上の狭い範囲でレーザー光を
反射し、前記放物面鏡、振動ミラーを介してレーザー光
を受光素子に送光する。前記受光素子はこの反射レーザ
ー光を信号に変換すると共に、受光信号として制御装置
に入力する。一方、ハーフミラーは振動ミラ−及び放物
面鏡で平行化されたレーザー光を反射して基準スケール
に投射する。該基準スケールはレーザー光をスケール化
して受光素子に投射する。該受光素子はスケール化され
たレーザー光を受光して基準スケール信号として制御装
置に入力する。該制御装置は入力した受光信号と基準ス
ケール信号の時間差を計測し演算すると共に、前記時間
差と基準値から測定対象物の位置又は長さの実長を測定
する。また、請求項１及び２記載の位置又は幅の測定装
置においては、振動ミラーはやや傾いて放物面鏡は軸外
れに配置され、該放物面鏡からの平行光が前記振動ミラ
ーを遮らないようになっているので、広いスキャン範囲
において測定対象物の位置の測定が行える。

【０００６】

【実施例】続いて、添付した図面を参照しながら、本発
明を具体化した実施例について説明し、本発明の理解に
供する。ここに、図１は本発明の第１の実施例に係る位
置又は幅の測定装置を示す概略構成図、図２は振動ミラ
ーと放物面鏡の配置位置の説明図、図３はポリゴンミラ
ーを用いた場合の説明図、図４及び図５は制御装置の概
略ブロック図、図６は本発明の第２の実施例に係る位置
又は幅の測定装置を示す概略構成図、図７は同制御装置
の概略ブロック図、図８は基準スケール信号と受光信号
の関係を示すグラフである。なお、以下の実施例におい
て同一の構成要素には同一の番号を付して重複する説明
を省略する。

【０００７】図１に示すように、本発明の第１の実施例
に係る位置又は幅の測定装置１０は、測定対象物１１
（例えば鋼管）に投射するレーザー光を発生する半導体
レーザー素子１２と、その発生したレーザー光を収束す
る収束レンズ１３と、収束されたレーザー光を反射する
と共に振動ミラー１４からの反射レーザー光を透過する
ハーフミラー１５と、振動ミラー１４を一定の振動数で
揺動するスキャンコントローラー１６と、振動ミラー１
４で反射するレーザー光により基準信号を出す基準セン
サー１７と、軸外れ位置（図２参照）に設けられ振動ミ
ラー１４で反射されたレーザー光を平行なレーザー光と
する放物面鏡１８と、入射するレーザー光を入射光とほ
ぼ同一光軸上の狭い範囲で反射する再帰性反射体１９
と、再帰性反射体１９からの反射レーザー光を放物面鏡
１８及び振動ミラー１４を介して収束する集光レンズ２
０と、収束された反射レーザー光を検出する受光素子２
１と、前記基準センサー１７からの基準信号及び受光素
子２１からの受光信号を入力して両者の時間的変位から
測定対象物の位置又は幅を計測する制御装置２２とを有
している。

【０００８】前記制御装置２２は図４に示すように、受
光素子２１及び基準センサー１７からの信号を入力とす
るゲート回路２３と、ゲート回路２３を通過する基準ク
ロック信号を計数するカウンター回路２４と、カウンタ
ー回路２４の出力を補正して時間的変位を出力する補正
回路２５と、この時間的変位と基準値とから測定値を算
出する演算器２６とを有している。なお、前記ゲート回
路２３及びカウンター回路２４でエッジ検出器を構成し
ている。また、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、振動
ミラー１４及び放物面鏡１８は軸外れ位置にその取付け
角度をやや傾けて配置され、放物面鏡１８からの反射レ
ーザー光が振動ミラー１４に当たらないようになってい
る。即ち、振動ミラー１４のレーザー光照射中心位置Ｃ
から放物面鏡１８までの距離をｑ、振動ミラー１４のレ
ーザー光照射中心位置Ｃから端部までの距離をｐとする
と、図２（Ｂ）に示すように側面から見て前記振動ミラ
ー１４は、放物面鏡１８の略中央に約４５度傾いて配置
されているが、振動ミラー１４が以下の式（１）を満足
するように、平面的に見てθだけ曲がって配置されてい
る。なおθは通常は２〜１５度の範囲で選ぶのが好まし
い。ｐ＜ｑ・tan ２θ ・・・・・・・・・（１）そして、放物面鏡１８は、光軸が直線ｒ方向にあって、
Ｃの位置を焦点とする上下方向に長く幅狭の形状になっ
て、振動ミラー１４から照射されるスキャンレーザー光
を平行スキャンレーザー光に変換している。

【０００９】位置又は幅の測定装置１０はこのように構
成されているので、半導体レーザー素子１２で発生した
レーザー光は収束レンズ１３で収束されてハーフミラー
１５で反射される。その反射されたレーザー光はスキャ
ンコントローラー１６により一定の振動数で揺動する振
動ミラー１４で反射され、さらに放物面鏡１８により平
行化されて測定対象物１１の上部エッジ付近を走査す
る。なお、図３に示すように前記振動ミラー１４の代わ
りにポリゴンミラー１４ａを使用してもよく、この場合
も振動ミラー１４と同様に少し傾けて配置することにな
る。測定対象物１１で遮断されないレーザー光は直進し
て再帰性反射体１９に着光する。この再帰性反射体１９
は周知の構造となって、反射レーザー光は入射レーザー
光と略同一方向に反射される構造となっている。再帰性
反射体１９で反射されたレーザー光は放物面鏡１８で収
束されて、振動ミラー１４で反射される。そして、振動
ミラー１４で反射されたレーザー光の一部はハーフミラ
ー１５を通過して集光レンズ２０に入射して収束され
る。収束されたレーザー光は、例えばフォトダイオード
等からなる受光素子２１で信号化され受光信号として制
御装置２２に設けられた前記エッジ位置検出器に入力さ
れる。

【００１０】一方、半導体レーザー素子１２から発生し
たレーザー光は収束レンズ１３で収束されてハーフミラ
ー１５及び振動ミラー１４を介して、基準センサー１７
で受光されて基準信号に変換される。基準センサー１７
は、例えばフォトダイオード等からなる受光素子で構成
される。なお、前記基準センサー１７として、角度検出
器を振動ミラー１４に取付けて測定してもよい。この基
準センサー１７で変換された基準信号は制御装置２２に
設けられた前記エッジ位置検出器に入力される。

【００１１】エッジ位置検出器は前述のように、ゲート
回路２３とこれに連結されるカウンター回路２４とを有
し、前記基準センサー１７からの基準信号（ａ）はゲー
ト回路２３の開信号となり、前記受光素子２１からの受
光信号（ｂ）はゲート回路２３の閉信号となって、この
間に追加する基準クロックの数をカウンター回路２４に
よってカウントするようになっている。このゲート時間
内に計数されたクロックパルス数は、振動ミラー１４が
基準センサー１７にレーザー光を反射した位置から再帰
性反射体１９で反射されたレーザー光が受光素子２１に
入射するまでの振動ミラー１４の回転角度ないし回転時
間の関数となる。即ち、前記クロックパルス数から基準
信号がゲート回路２３に入力されてから受光信号がゲー
ト回路２３に入力されるまでの時間差が求められる。更
に、この時間差は補正回路２５によって線型補正され、
演算器２６に入力される。演算器２６でこの時間差と基
準値とから測定対象物１１の位置が測定される。

【００１２】また、測定対象物１１の他端の表面エッジ
を検出するために同一の構造となった第２の測定器２７
を設けることも可能であり、この場合、第２の測定器２
７からの基準信号（ｃ）及び受光信号（ｄ）から求めら
れた時間差は補正回路２５によって線型補正された後、
前記演算器２６に入力される。これによって測定対象物
１１の一端及び他端の位置が測定され、実際の測定器の
物理的距離（基準長さ）を加えることによって、測定対
象物１１の長さの実長（例えば、外径又は板長など）が
測定される。

【００１３】また、図５は振動ミラー１４でスキャンさ
れ放物面鏡１８で反射されるレーザー光の走査範囲内
に、測定対象物１１ａが入る場合の制御装置２２ａの説
明図である。一端の表面エッジを検出する基準信号と受
光信号とが第１のゲート回路２８に入力され、ゲート時
間内に計測されたクロックパルス数から時間差が求めら
れる。さらに、測定対象物１１ａの他端の表面エッジを
検出する基準信号と受光信号が第２のゲート回路２９に
入力されて、ゲート時間内のクロックパルス数から時間
差が求められる。そして、この両時間差は演算器２６に
入力されて測定対象物１１ａの長さの実長（例えば、外
径又は板幅）などが測定される。なお、ここで、平行レ
ーザー光内に測定対象物がある場合には、前記スキャン
させて影の部分の時間を計測し、これを線型補正して長
さを測定することも可能であり、この場合には回路が更
に簡単となる。

【００１４】次に、図６を参照しながら、本発明の第２
の実施例に係る位置又は幅の測定装置３０について説明
する。この実施例では、測定対象物１１の表面に投射す
るレーザー光を発生する例えばＨｅ−Ｎｅレーザー発生
源１２ａと、その発生したレーザー光を収束する収束レ
ンズ１３と、収束されたレーザー光を反射すると共に振
動ミラー１４からの反射レーザー光を透過するハーフミ
ラー１５と、振動ミラー１４を一定の振動数で揺動する
スキャンコントローラー１６と、振動ミラー１４で反射
されたレーザー光をほぼ同一光軸上の狭い範囲で平行レ
ーザー光とする放物面鏡１８と、平行なレーザー光を透
過すると共に反射するハーフミラー３１と、入射するレ
ーザー光を入射光と平行に反射する再帰性反射体１９
と、再帰性反射体１９からの反射光をハーフミラー３
１、放物面鏡１８及び振動ミラー１４を介して収束する
集光レンズ２０と、収束された反射光を検出する受光素
子２１と、前記ハーフミラー３１からの平行レーザー光
を受ける基準スケール３２と、基準スケール３２を透過
したレーザー光を収束する収束レンズ３３と、収束レン
ズ３３からのレーザー光を受光する受光素子３４と、受
光素子３４からの基準スケール信号と受光素子２１から
の受光信号を入力して両者の時間的変位から測定対象物
１１の位置あるいは長さを計測する制御装置３５とを有
している。

【００１５】本発明の位置又は幅の測定装置の第２の実
施例は前記のように構成されているので、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザー発生源１２ａで発生したレーザー光は収束レンズ
１３で収束されてハーフミラー１５で反射される。その
反射されたレーザー光はスキャンコントローラー１６に
より一定の振動数で揺動する振動ミラー１４で反射さ
れ、さらに放物面鏡１８により平行化されて測定対象物
１１の表面エッジを走査する。なお、前記振動ミラー１
４はポリゴンミラーを使用してもよい。測定対象物１１
で遮断されないレーザー光は直進して再帰性反射体１９
で反射し、再帰性反射体１９で反射されたレーザー光は
放物面鏡１８で収束されて、振動ミラー１４で反射され
る。そして、振動ミラー１４で反射された一部のレーザ
ー光は、ハーフミラー１５を通過し集光レンズ２０に入
射して収束される。収束されたレーザー光は、例えばフ
ォトダイオードなどからなる受光素子２１で信号化され
受光信号として制御装置３５に入力される。

【００１６】一方、Ｈｅ−Ｎｅレーザー発生源１２ａで
発生したレーザー光は収束レンズ１３で収束されてハー
フミラー１５、振動ミラー１４、放物面鏡１８及びハー
フミラー３１の順に反射され、基準スケール３２を照射
する。基準スケール３２を透過したレーザー光は収束レ
ンズ３３で収束されて受光素子３４で基準スケール信号
に変換される。この受光素子３４で変換された基準スケ
ール信号は制御装置３５に入力される。なお、この実施
例においても、前記放物面鏡１８は軸外れの位置に設け
られて、放物面鏡１８によって反射されるスキャンレー
ザー光が振動ミラー１４によって遮られることがないよ
うになっている。

【００１７】制御装置３５は図７に示すように構成され
ている。図７において、受光素子３４からの基準スケー
ル信号と、受光素子２１からの受光信号は、エッジ位置
検出器を構成するスケール本数カウンター回路３６によ
りスケール本数Ｎが計数されると共に演算器３７でＮ・
△Ｌが算出される。ここに、△Ｌは基準スケール信号の
一目盛間隔である。そして、受光信号はカウンター回路
３８に入力されているが、カウンター回路３８は基準ス
ケール信号によって繰り返しリセットされながら、基準
クロックを計数するようになっている。従って、図８に
示すように、受光信号がオフになる手前の基準スケール
信号のＮ本目から開始したクロック数の計数を受光信号
の立上がりで停止してｔ₁が計数されてメモリ３９に記
憶される。さらに、△Ｌに相当するクロック数ｔ₂も計
数されてメモリ４０に記憶される。次に、演算器４１で
△Ｘ＝ｔ₁／ｔ₂・△Ｌが演算され、更にＮ・△Ｌ＋△
Ｘが演算されて、Ｎ・△Ｌ＋△Ｘと基準値より測定対象
物１１の位置又は長さの実長（例えば、外径又は板長な
ど）が測定される。

【００１８】さらに、図６で振動ミラー１４から反射さ
れるレーザー光の走査範囲内に測定対象物１１ｂが入る
場合、測定対象物１１ｂの一端の表面エッジが検出され
る。すなわち、基準スケール信号のＮ₁本目から開始し
たクロック数の計数を受光信号の立上がりで停止して計
数されたｔ₁からＮ₁・△Ｌ＋△Ｘ₁が演算される。さ
らに、測定対象物１１ｂの他端の表面エッジが検出され
る。すなわち、基準スケール信号のＮ₂本目から開始し
たクロック数の計数を受光信号の立下がりで停止して計
数されたｔ₃からＮ₂・△Ｌ＋△Ｘ₂が演算される。そ
して、Ｎ₁・△Ｌ＋△Ｘ₁とＮ₂・△Ｌ＋△Ｘ₂の差及
び基準値から測定対象物１１ｂの位置が測定される。こ
こに、△Ｘ₁＝ｔ₁／ｔ₂・△Ｌ、△Ｘ₂＝ｔ₃／ｔ₂
・△Ｌである。

【００１９】また、測定対象物１１の他端の表面エッジ
を検出するために第２の測定器４３が設けられてもよ
い。第２の測定器４３からの受光信号は制御装置４４に
入力され、前記と同様な手順によって測定対象物１１の
下端の表面エッジが検出される。前記結果と、実際の測
定装置の位置から測定対象物１１の位置又は長さの実長
（例えば、外径又は板長など）が測定される。

【００２０】

【発明の効果】請求項１及び２記載の位置又は幅の測定
装置は、振動ミラーはやや傾いて、放物面鏡は軸外れに
配置され、放物面鏡からの平行光が振動ミラーを遮らな
いようになっているので、広いスキャン範囲において測
定対象物の位置の測定を正確に行える。特に、請求項１
記載の位置又は幅の測定装置は、反射レーザー光からの
受光信号と、基準センサーからの基準信号との時間的変
位から制御装置により測定対象物の位置あるいは長さを
計測するので、測定対象物の位置あるいは長さを連続的
に、しかも短時間に正確に測定することが可能である。
また、請求項２記載の位置又は幅の測定装置は、反射レ
ーザー光からの受光信号と基準スケールからの基準スケ
ール信号の時間的変位から制御装置により測定対象物の
位置あるいは長さを計測するので、測定対象物の位置あ
るいは長さを連続的に、しかも短時間に正確に測定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る位置又は幅の測定
装置を示す概略構成図である。

【図２】振動ミラーと放物面鏡の配置位置の説明図であ
る。

【図３】ポリゴンミラーを用いた場合の説明図である。

【図４】制御装置の概略ブロック図である。

【図５】制御装置の概略ブロック図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係る位置又は幅の測定
装置を示す概略構成図である。

【図７】同制御装置の概略ブロック図である。

【図８】基準スケール信号と受光信号の関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０位置又は幅の測定装置１１測定対象物１１ａ測定対象物１１ｂ測定対象物１２半導体レーザー素子１２ａＨｅ−Ｎｅレーザー発生源１３収束レンズ１４振動ミラー１４ａポリゴンミラー１５ハーフミラー１６スキャンコントローラー１７基準センサー１８放物面鏡１９再帰性反射体２０集光レンズ２１受光素子２２制御装置２２ａ制御装置２３ゲート回路２４カウンター回路２５補正回路２６演算器２７第２の測定器２８第１のゲート回路２９第２のゲート回路３０位置又は幅の測定装置３１ハーフミラー３２基準スケール３３収束レンズ３４受光素子３５制御装置３６スケール本数カウンター回路３７演算器３８カウンター回路３９メモリ４０メモリ４１演算器４３第２の測定器４４制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー発生源から発生するレーザー光
を受ける振動ミラーと、該振動ミラーからの反射レーザ
ー光を受けて平行光となす放物面鏡と、該平行光を測定
対象物を中間において受ける再帰性反射体と、該再帰性
反射体からの反射レーザー光を前記放物面鏡及び振動ミ
ラーを介して受ける受光素子と、前記振動ミラーで反射
する基準信号及び受光素子からの信号を受けて時間的変
位から前記測定物の位置あるいは長さを計測する制御装
置とを有し、しかも、前記振動ミラーはやや傾いて前記
放物面鏡は軸外れに配置され、該放物面鏡からの平行光
が前記振動ミラーを遮らないようになっていることを特
徴とする位置又は幅の測定装置。
【請求項２】レーザー発生源から発生するレーザー光
を受ける振動ミラーと、該振動ミラーからの反射レーザ
ー光を受けて平行光となす放物面鏡と、該放物面鏡から
の平行光を受けるハーフミラーと、該平行光が測定対象
物を遮る信号を検出する受光素子と、前記ハーフミラー
からの平行光をうける基準スケールと、該基準スケール
の位置信号を検出する受光素子と、該基準スケールの位
置信号を検出する受光素子からの信号及び前記測定対象
物を遮る信号を検出する受光素子の信号を受けて時間的
変位から前記測定物の位置あるいは長さを計測する制御
装置とを有し、しかも、該振動ミラーはやや傾いて該放
物面鏡は軸外れに配置され、該放物面鏡からの平行光が
前記振動ミラーを遮らないようになっていることを特徴
とする位置又は幅の測定装置。