JPH09189524A - 光学式寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １対１で対応する測定部と表示部との接続間
違いを防いだ走査型の光学式寸法測定装置を提供する。 【解決手段】 ワークが配置された測定領域を平行ビー
ムで走査してスキャン信号を出力する測定部と、この測
定部との間がケーブルで接続され、前記スキャン信号の
エッジ位置を検出してワークの寸法を測定する表示部
と、を備えた走査型光学式寸法測定装置において、前記
測定部内に設けられた前記測定部の識別番号を格納する
記憶装置（５）と、前記表示部に設けられた記憶装置
（４６）と、この記憶装置（４６）に予め書き込まれた
識別番号とそれに対応する補正データのうち、識別番号
が記憶装置（５）に格納された識別番号と一致しないこ
とを検知して表示する手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行ビームを走査
してワークの寸法を測定する走査型の光学式寸法測定装
置に関する。

【０００２】

【背景技術】レーザービームを一定速度で平行に走査し
て測定対象物（ワーク）に照射し、このワークの後側で
検出した明暗パターン（スキャン信号）からワークの寸
法を測定する走査型の光学式測定装置がある。この種の
測定装置の測定原理は、レーザービームを平行に走査し
てワークによってこのビームがさえぎられ、ワークの後
側に配置されたレーザービームを検出するセンサーにレ
ーザービームが到達しなかった時間、より具体的にはそ
の間にクロック回路から出力された極めて短い周期のク
ロックパルスの数をカウントして、このカウント値をマ
イクロコンピュータにより長さに換算してワークの寸法
を求めている。

【０００３】図２にこの走査型光学式寸法測定装置の機
能ブロック図を示す。この装置は、光学系を中心とした
測定部１００と、処理系を中心とした表示部２００とか
らなる。両者の間は多芯ケーブル３００で接続される。
このケーブル３００を利用して、表示部２００から測定
部１００へは電源やモータ同期信号が伝送され、逆に測
定部１００から表示部２００へは後述するスキャン信号
が伝送される。

【０００４】図２において、１０はレーザ光源であり、
このレーザ光源１０から出力されたレーザビーム１２は
ポリゴンミラー１４で回転走査ビームに変換され、更に
ｆ−θレンズ１８でビーム径を絞った等速度の平行走査
ビーム２０に変換される。この平行走査ビーム２０はポ
リゴンミラー１４の回転に伴いワーク２２を含む測定領
域を走査するように照射され、集光レンズ２４を通して
測定用受光素子２６に入射される。２８はレーザビーム
１２を反射させてポリゴンミラー１４に入射させるミラ
ー、３０はポリゴンミラー１４を回転させるモータ、３
２は走査ビーム１６の有効走査範囲外で境界近傍に配置
され、１走査の開始または終了を検出するリセット用受
光素子である。

【０００５】測定用受光素子２６の出力はアンプ４８で
増幅された後、エッジ検出回路５０に入力される。この
エッジ検出回路５０は、アンプ４８の出力を波形整形し
てエッジ検出を行う。一方、リセット用受光素子３２の
出力はリセット回路５２に入力される。このリセット回
路５２はリセット用受光素子３２の出力タイミングを基
にリセット信号を発生する。

【０００６】ゲート回路５６はエッジ検出回路５０から
出力されるエッジ信号やリセット回路５２から出力され
るリセット信号のタイミングでオン、オフし、カウンタ
回路５８はゲート回路５６のオン周期に入力されるクロ
ックパルスを計数して信号間の時間を計測する。このク
ロックパルスはクロック回路５４で発生出力され、モー
タ３０の回転同期にも使用される。モータ同期回路６０
はこのための同期信号発生器であり、６２はモータ駆動
回路である。レーザ出力調整回路６４はレーザ光源１０
の出力を一定に保つように制御する。ＣＰＵ４０は各種
の計算処理および制御を行う。計算処理により求められ
た測定値は表示装置４４に表示され、測定モードの設定
にキーボード４２が使われる。ＲＯＭ４６には各種計算
処理プログラムおよび制御プログラムが格納されてい
る。ＲＡＭ４５は計算結果等を一時記憶するために使わ
れる。

【０００７】アンプ４８の出力（スキャン信号）は図３
に示すように、ワークによりレーザ光がさえぎられるこ
となく受光素子２６に入射するとレベルの高い明部とな
り、逆にワークによりレーザ光がさえぎられるとレベル
の低い暗部となる。つまり、図３のグラフ中央のレベル
の低い部分がワークの寸法を示している。但し、これは
ワーク２２が遮光体の場合で、これがスリットのように
透光体の場合は明暗関係は逆になる。いずれにしても、
この暗部（または明部）の幅からワークの寸法を計測で
きる。この原理を実現するため、エッジ検出回路５０は
このスキャン信号を所定のスレッショルドレベルで２値
化し、エッジ信号に変換する。

【０００８】ところで、図２の測定部１００はポリゴン
ミラー１４やｆ−θレンズ１８の収差や加工精度に起因
して走査速度が不均一となり走査方向Ｚの長さ測定値に
誤差を生じる。図４はこの誤差分布の一例を示してい
る。図中、横軸はクロックパルスの計数値を表わし、縦
軸は計数値に定数を乗じて得られる距離をゼロ値として
実際に測定して得られる距離との誤差を表わしている。
この誤差は同じワーク２２を測定する場合、ワークの上
下方向の誤差位置が異なると測定値に差が生じることを
意味する。

【０００９】この種の光学系の加工精度を上げたり、収
差を低く設計すればこのような測定誤差を軽減すること
はできるが、このためにはミラーやレンズが極めて高価
になる。それだけでなく、例えばｆ−θレンズ１８を高
精度にするには組み合わせるレンズ数が増加して厚みが
増し、測定部の小型化、軽量化を妨げる。

【００１０】上述した誤差は測定部固有のものであるの
で、各測定部毎に補正しなければならない。一般には、
図４に示すように誤差特性を走査方向に細分化して直線
近似し、その逆特性を補正データとしてＲＯＭに格納し
て、実際の測定の際に測定データに対してこの補正デー
タを加算等の演算を施して補正された測定データを得る
という、安価にして確実な方法を利用することが多い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】通常、前記補正データ
は表示部側のＲＯＭに格納されることが多い。しかしこ
の場合、測定部と表示部が１対１で対応していて、測定
部と表示部を組み替えると誤動作を起こしてしまう。そ
こで、従来では対応する測定部および表示部の筺体上に
同じ識別番号等を標記したプレート等を貼付け、ケーブ
ルの接続時に間違った組み合わせで測定部と表示部を接
続しないように作業者がチェックするようにしていた。
しかし、これでもまだ間違って接続されることがあり、
もしも間違って接続してしまうと測定部と表示部が対応
していないことに気付くことなく使用を続け、誤った補
正データにより測定データが補正されることになるの
で、誤差の大きい測定結果が出力されてしまうことがあ
る。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、１対１で対応する測定部と表
示部との接続間違いを防いだ走査型の光学式寸法測定装
置を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、ワークが配置された所定の測定領域を平
行ビームで走査すると共に、この測定領域を通過したビ
ームを受光素子で受光して得られる前記走査と同期した
スキャン信号を出力する測定部と、この測定部との間が
ケーブルで接続され、前記スキャン信号の立ち上がりエ
ッジまたは立ち下がりエッジの位置を検出してワークの
寸法を測定する表示部と、を備えた走査型光学式寸法測
定装置において、前記測定部内に設けられた前記測定部
の識別番号を格納する記憶装置（５）と、前記表示部に
設けられた記憶装置（４６）と、この記憶装置（４６）
に予め読み込まれた識別番号とそれに対応する補正デー
タのうち、識別番号が記憶装置（５）に格納された識別
番号と一致しないことを検知して表示する手段と、を備
えたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を用いた好適な実施
の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中に
おいて同一符号を付したものは同一構成要素を表わして
いる。図１に本発明に係る走査型光学式寸法測定装置の
外観図を示し、図２にはその内部回路の機能ブロック図
を示す。従来の走査型光学式寸法測定装置と本発明を用
いた走査型光学式寸法測定装置とは基本的な構成は同じ
である。レーザー光を走査してワークに照射してワーク
の後側で信号を検出する測定部１００と、測定部から出
力される検出信号を入力して寸法値を算出表示する表示
部２００とは、ケーブル３００で接続されている。測定
部１００にはこの測定部に固有の識別番号等が格納され
たＲＯＭ５が内蔵されている。また、表示部２００には
対応する測定部の識別番号等およびこの測定部のレーザ
光走査方向の光学系の特性に基づき求められた補正デー
タが格納されたＲＯＭ４６が内蔵されている。この測定
部１００に固有の補正データは、ナイフエッジと呼ばれ
るナイフのように先が鋭い基準器をマイクロメータ等の
精密微動送り装置により精度良くある一定量ステップ送
りしてスキャン信号を検出して、図４に示すようなグラ
フを得ることで求められる。このグラフに示された誤差
特性を走査方向に細分化して直線近似し、その逆特性を
補正データとしてＲＯＭ４６に格納して、実際の測定の
際には測定データに対してこの補正データを加算等の演
算処理を加えることで測定部固有の光学的誤差を補正す
ることができる。

【００１５】測定部１００と表示部２００とをケーブル
３００で接続して、電源を投入すると、まず最初にＲＯ
Ｍ５から識別番号が表示部２００側に読み込まれる。次
に読み込まれた識別番号と、ＲＯＭ４６に予め格納され
ている識別番号とが一致するかどうかがチェックされ
る。この識別番号が一致すれば適合と判断され、以後こ
のＲＯＭ４６に予め格納された補正データにより測定デ
ータは逐次補正され、その結果を測定値として表示装置
４４に表示するようになる。

【００１６】もしも前記識別番号が一致しなかった場合
は、測定部と表示部の組み合わせが間違っているとして
表示装置４４に予め決められているエラー記号、エラー
コード番号等を表示、点滅、警告音を発する等により作
業者に接続間違いであること知らせ、表示部２００に対
応する正しい測定部１００を接続し直すよう促すことが
できる。

【００１７】前記識別番号は、製品のシリアル番号また
は機種コード等、測定部１００を識別できるものであれ
ば何でも利用することができる。

【００１８】表示部２００側のＲＯＭ４６には測定部１
００のレーザー光走査方向の光学系の特性に基づき求め
られた誤差補正データの他、測定データの分解能、測定
部のモータ速度等の測定動作に関する多種類のパラメー
タ群が格納されている。

【００１９】以上、本発明について好適な実施の形態を
挙げて説明したが、本発明は、これに限られるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能で
ある。例えば、測定部１００において識別番号を格納す
る手段をＲＯＭとして説明したが、ディップスイッチ等
の簡単なスイッチ素子の組み合わせ等により識別番号を
表現することも可能である。

【００２０】また、ＲＯＭ４６に複数の測定部１００の
識別番号とそれに対応した補正データ、測定の分解能、
モータの速度等のパラメータ群を格納しておけば、１台
の表示部２００に複数台の測定部１００を繋げて、切り
換えて使うことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
走査型光学式寸法測定装置において１対１対応の測定部
と表示部との接続間違えをなくし、正しい接続を作業者
へ促すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査型光学式寸法測定装置の外観
図である。

【図２】従来、および本発明に係る走査型光学式寸法測
定装置の機能ブロック図である。

【図３】本発明および従来の走査型光学式寸法測定装置
のスキャン信号を示すグラフである。

【図４】走査型光学式寸法測定装置の走査方向の誤差分
布を示すグラフである。

【符号の説明】

5 ＲＯＭ 10 レーザー光源 12 レーザービーム 14 ポリゴンミラー 16 回転走査ビーム 18 ｆ−θレンズ 20 平行走査ビーム 22 ワーク 24 集光レンズ 26 測定用受光素子 28 ミラー 30 モータ 32 リセット用受光素子 40 ＣＰＵ 42 キーボード 44 表示装置 45 ＲＡＭ 46 ＲＯＭ 48 アンプ 50 エッジ検出回路 52 リセット回路 54 クロック回路 56 ゲート回路 58 カウンタ回路 60 モータ同期回路 62 モータ駆動回路 64 レーザー出力調整回路 100 測定部 200 表示部 300 ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークが配置された所定の測定領域を平
   行ビームで走査すると共に、この測定領域を通過したビ
   ームを受光素子で受光して得られる前記走査と同期した
   スキャン信号を出力する測定部と、この測定部との間が
   ケーブルで接続され、前記スキャン信号の立ち上がりエ
   ッジまたは立ち下がりエッジの位置を検出してワークの
   寸法を測定する表示部と、を備えた走査型光学式寸法測
   定装置において、 前記測定部内に設けられた前記測定部の識別番号を格納
   する記憶装置（５）と、 前記表示部に設けられた記憶装置（４６）と、 この記憶装置（４６）に予め書き込まれた識別番号とそ
   れに対応する補正データのうち、識別番号が記憶装置
   （５）に格納された識別番号と一致しないことを検知し
   て表示する手段と、を備えたことを特徴とする光学式寸
   法測定装置。