JPH09210640A - 外径測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】常に安定した正確な時点の走査同期信号（測定
の基準となる信号）が得られ、信頼性の高い光線ビーム
走査式の外径測定装置を提供すること。 【解決手段】平行走査光線ビーム１２ｂを出射する平行
走査光線ビーム発生手段４１と、前記平行走査光線ビー
ム１２ｂを受光する受光手段４２とを有し、前記平行走
査光線ビーム１２ｂの走査領域内に被測定物４を配置
し、平行走査光線ビーム１２ｂの１走査期間に対する前
記被測定物４による平行走査光線ビーム１２ｂの遮り時
間から前記被測定物の外径を測定する外径測定装置にお
いて、前記平行走査光線ビーム１２ｂを走査する走査光
線ビームを受光する複数に分割されたフォトダイオード
４５と、前記フォトダイオード４５のそれぞれの出力を
比較し、その出力が一致したとき出力する比較回路４６
とを設け、前記比較回路４６の出力を前記平行走査光線
ビーム１２ｂの走査同期信号とすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行走査光線ビー
ムにより被測定物の外径を測定する外径測定装置に関
し、詳細には走査同期信号の形成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】平行走査光線ビームを出射する平行走査
光線ビーム発生手段と、平行走査光線ビーム発生手段か
ら出射された平行走査光線ビームを受光する受光手段と
を対峙し、平行走査光線ビームの走査領域に例えば機械
部品等の被測定物を位置させ、受光手段に到達する被測
定物によって生じる暗部又は明部の時間の長さから、被
測定物の走査方向の外径を測定する外径測定装置があ
る。

【０００３】このような外径測定装置の一例の概略構成
を図４に示し説明すると、外径測定装置は、平行走査光
線ビーム発生部１と受光部２および本体部３とで構成さ
れ、平行走査光線ビーム発生部１は、レーザビーム１２
を固定ミラー１３に向けて照射するレーザ光源１１と、
この固定ミラー１３により反射されたレーザビーム１２
を走査ビーム１２ａに変換する回転多面鏡１４と、この
走査ビーム１２ａを平行走査光線ビーム１２ｂに偏向す
るｆθレンズ１５と、窓１ａから外部に出射する平行走
査光線ビーム１２ｂの平行走査の開始又は平行走査の終
了を検出するフォトダイオードの受光素子１６とにより
構成されている。

【０００４】受光部２は、平行走査光線ビーム発生部１
から出射された平行走査光線ビーム１２ｂを集光する集
光レンズ２１と、集光レンズ２１の焦点位置に配置され
集光レンズ２１で集光された光線ビームを受光するフォ
トダイオードの受光素子２２とにより構成されている。
なお、２３はビームスプリッタ、２４は受光素子で、平
行走査光線ビーム発生部１と受光部２とを対向させる場
合に両者の光軸合わせを容易にするために設けられたも
のである。

【０００５】本体部３は、平行走査光線ビーム発生部１
の受光素子１６の出力信号を２値化する２値化回路３４
と、２値化回路３４の出力タイミングで受光部２の受光
素子２２の出力信号の波形を成形する波形処理回路３１
と、クロック発振器３３と、波形処理回路３１の出力パ
ルスａをクロック発振器３３のクロックパルスＣＰでカ
ウントするカウンタ３２とにより構成されている。

【０００６】なお、３５は受光部２の受光素子２４の出
力を入力し、受光部２と平行走査光線ビーム発生部１と
の光軸の一致性の表示等を図る光軸信号処理回路で、受
光部２で受光する走査光線ビームが受光素子２４の所定
の位置に受光されることにより光軸の一致性を判別す
る。

【０００７】このように構成された外径測定装置は、平
行走査光線ビーム発生部１と受光部２との間に被測定物
４を配置し、平行走査光線ビーム発生部１で、レーザ光
源１１からレーザビーム１２を固定ミラー１３に向けて
照射し、この固定ミラー１３により反射されたレーザビ
ーム１２を回転多面鏡１４の回転によって走査ビーム１
２ａに変換し、この走査ビーム１２ａをｆθレンズ１５
によって平行走査光線ビーム１２ｂに偏向し、この平行
光線ビーム１２ｂを窓１ａから出射し、被測定物４を高
速走査する。この走査は、回転多面鏡１４の１つの鏡面
で１回の走査がされる。つまり８面鏡であれば１回転で
８回走査される。

【０００８】受光部２は、平行走査光線ビーム発生部１
から出射された平行走査光線ビーム１２ｂを集光レンズ
２１の焦点位置にある受光素子２２で受光するようにさ
れていて、平行走査光線ビーム１２ｂが被測定物４によ
り遮られない場合にはハイレベル（又はローレベル）、
平行走査光線ビーム１２ｂが被測定物４により遮られる
場合にはローレベル（又はハイレベル）の出力電圧が出
力される。

【０００９】図示状態は、平行走査光線ビーム発生部１
の窓１ａの上枠を基準にして被測定物４までの走査方向
（平行走査光線ビーム１２ｂと直角方向）の距離（寸
法）Ｌを測定する場合で、受光素子２２の出力は、走査
開始から平行走査光線ビーム１２ｂが被測定物４により
遮られるまでの間は平行走査光線ビーム１２ｂを受光し
ハイレベルであり、被測定物４により遮られて次の走査
が開始するまでの間は平行走査光線ビーム１２ｂを受光
しないのでローレベルとなっている。

【００１０】一方、平行走査光線ビーム発生部１の受光
素子１６は、窓１ａの上枠あるいは上枠に形成されたマ
ークで反射される窓１ａから出射される寸前の走査光線
ビームを受光し、その信号、すなわちこの場合、走査開
始を示す信号を本体部３の２値化回路３４に送る。２値
化回路３４で２値化された信号ｂは波形処理回路３１に
送られる。

【００１１】なお、この明細書において、平行走査光線
ビーム発生部の窓から走査光線ビームが出射される時
点、及び走査光線ビームの前記窓からの出射が終了する
時点の信号をいずれも「走査同期信号」という。外径の
寸法測定はこの走査同期信号に基づいて行われる。した
がって、上記の走査開始を示す信号は走査同期信号であ
り、この例では、平行走査光線ビーム発生部１の窓１ａ
から走査光線ビームが出射される時点の信号を用いてい
る。走査同期信号として出射される時点の信号とする
か、出射が終了する時点の信号とするかは、信号の論理
や被測定物の配置等によって適宜に設定される。

【００１２】波形処理回路３１は、受光素子２２の出力
信号と走査同期信号とを入力し、走査同期信号に基づい
て受光素子２２の出力信号波形を測定に必要な波形、図
示の場合、受光素子２２の出力信号の走査開始から平行
走査光線ビーム１２ｂが被測定物４により遮られるまで
の間の波形を矩形状の波形ａ（ｔは寸法Ｌに対応する）
に成形してカウンタ３２に送り、カウンタ３２は矩形状
の波形ａの継続をクロック発振器３３のクロックパルス
ＣＰでカウントし測定値を求める。なお、本体部３の信
号処理は周知であり、その説明は概略に止める。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成される外径測定装置では、平行走査光線ビーム１２
ｂを形成するレーザビームは、光量が温度や経時により
変化し、この変化は図５に示すように走査同期信号ｂの
発生時期に変化を与える。

【００１４】つまり、図５はレーザビームの光量の変化
による走査同期信号のずれを示す図で、（ａ）は２値化
回路３４の入力電圧波形、（ｂ）は２値化回路３４の出
力波形を示していて、Ｖは２値化回路３４のしきい値電
圧、ｃ１は光量の大きい場合の入力電圧、ｃ２は光量の
小さい場合の入力電圧、ｂ１はｃ１に基づく走査同期信
号、ｂ２はｃ２基づく走査同期信号であり、走査同期信
号はｃ１の場合よりｃ２の場合には期間ｔ１遅くずれて
発生する。このずれは、走査同期信号に基づいて求める
測定値に影響し、測定の精度を低下させる。

【００１５】本発明は、上記の実情に鑑みなされたもの
で、光量が温度や経時により変化しても、常に安定した
正確な時点の走査同期信号が得られ、信頼性の高い外径
測定装置を提供することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、平行走
査光線ビームを出射する平行走査光線ビーム発生手段
と、前記平行走査光線ビーム発生手段から出射された平
行走査光線ビームを受光する受光手段とを有し、前記平
行走査光線ビーム発生手段と前記受光手段との間の平行
走査光線ビームの走査領域内に被測定物を配置し、前記
被測定物による平行走査光線ビームの遮り時間から前記
被測定物の外径を測定する外径測定装置において、前記
平行走査光線ビームの走査光線ビームを受光する複数に
分割されたフォトダイオードと、前記複数に分割された
フォトダイオードのそれぞれの出力を比較し、それぞれ
の出力が一致したとき出力する比較回路とを設け、前記
比較回路の出力を前記平行走査光線ビームの走査同期信
号としてなることを特徴とする外径測定装置とすること
によって達成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る外径測定装置は、図
４を参照して説明した外径測定装置の平行走査光線ビー
ム発生部と同様に、レーザ光源、回転多面鏡、ｆθレン
ズ、走査光線ビームを受光し走査同期信号を形成する受
光素子を配置して平行走査光線ビーム発生手段を構成す
る。

【００１８】その際、走査同期信号を形成するための走
査光線ビームを受光する受光素子を、例えば走査方向に
対して２分割されたフォトダイオードで形成して、２分
割されたフォトダイオードのそれぞれを平行走査開始時
あるいは平行走査終了時の走査光線ビームの走査によっ
て順次横切るように配置するとともに、２分割されたそ
れぞれのフォトダイオードの出力を入力し、それぞれの
出力が一致したとき出力する比較回路とを設ける。

【００１９】また、図４を参照して説明した外径測定装
置の受光部と同様に、集光レンズと、集光レンズの焦点
位置にフォトダイオードからなる受光素子を配置して受
光手段を構成する。更に本体は、図４を参照して説明し
た外径測定装置の本体部と同様に、波形処理回路、クロ
ック発振器、カウンタを設けて構成されて良いが、走査
同期信号を形成する２値化回路は不要である。なお、本
体は平行走査光線ビーム発生手段あるいは受光手段に組
み込むようにしても良い。

【００２０】以上のように構成された外径測定装置で
は、２分割されたフォトダイオードの出力は、走査光線
ビームの走査に従い走査光線ビームを受光している側の
フォトダイオードの出力が高く（又は低く）、走査光線
ビームを受光ない側のフォトダイオードの出力が低く
（又は高く）やがてその出力状態が反転する。

【００２１】比較回路は、この反転時点で出力するの
で、走査光線ビームの光量に依存しない常に定められた
時点の信号が得られる。この信号を走査同期信号とする
ので、走査光線ビームの光量の変動による同期信号の発
生時点の不安定性がなくなる。

【００２２】

【実施例】以下、図１および図２を参照して本発明の実
施例について説明する。図１は、本発明の実施例の外径
測定装置の概略構成図、図２は図１に示す外径測定装置
の走査同期信号の説明図、図３は図１に示す外径測定装
置の受光部の拡大斜視図である。なお、図４と共通する
部分には同一の符号を付している。重複する部分の説明
は省略する。

【００２３】図１において、４１は平行走査光線ビーム
発生手段、４２は受光手段、４３は外径測定装置の本体
である。平行走査光線ビーム発生手段４１は、レーザ光
源１１、固定ミラー１３、回転多面鏡１４、ｆθレンズ
１５を備え、これらは図４に示した外径測定装置の平行
走査光線ビーム発生部１と同様に機能するので、その詳
細な説明は省略する。

【００２４】４５は、走査同期信号を形成するための走
査光線ビームを受光する受光素子で、この実施例では２
分割されたフォトダイオード４５ａ、４５ｂを、窓４１
ａから出射される寸前の、例えば窓４１ａの上枠エッジ
で反射される走査光線ビーム、すなわち平行走査光線ビ
ームの走査初期の走査光線ビームが順次横切るように配
置されている。４６は比較回路で、フォトダイオード４
５ａの出力とフォトダイオード４５ｂの出力とを比較し
両出力レベルが反転したときに出力する。

【００２５】すなわち、図２に示すように、走査光線ビ
ーム（図２（ａ）の丸印）は、フォトダイオード４５
ａ、フォトダイオード４５ａと４５ｂの境界、フォトダ
イオード４５ｂへと移るに連れ、フォトダイオード４５
ａの出力Ｅがフォトダイオード４５ｂの出力Ｆより高
く、フォトダイオード４５ａ、４５ｂの出力は等しく、
フォトダイオード４５ｂの出力Ｆがフォトダイオード４
５ａの出力Ｅよりも高くなり （図２（ｂ））、比較回
路４６の出力は、フォトダイオード４５ａと４５ｂの境
界でＧからＨへと反転し（図２（ｃ））、この反転した
信号Ｈの立上り時点を走査同期信号として用いる。

【００２６】なお、このような走査同期信号を得るため
に配置される走査光線ビームを受光する受光素子４５
は、平行走査の終了時点の走査光線ビームを受光するよ
うにしても良い。この場合は、例えば窓４１ａの下枠エ
ッジで反射される走査光線ビーム、すなわち平行走査光
線ビームの走査終了時の走査光線ビームが順次横切るよ
うに配置される。

【００２７】また、このような走査同期信号を得るため
に配置される走査光線ビームを受光する受光素子４５
は、２分割に限らずさらに多くに分割されたものであっ
ても良い。この場合、受光素子や同期信号を形成する比
較回路は多少複雑になるが受光素子の配置の自由度（分
割の境界を走査方向と直角にする必要性が緩和され
る。）は増す。

【００２８】受光手段４２は、集光レンズ２１と、集光
レンズ２１の焦点位置にフォトダイオードからなる受光
素子４７を配置して構成され、この構成は図４に示した
外径測定装置の受光部２と同様に機能する。この実施例
では、図３で拡大して示すように、受光素子４７の近傍
位置に受光素子４７で反射する光線ビームを受光する受
光素子４８が設けられている。

【００２９】受光素子４８は、図３に示すビームスプリ
ッタ２３を省略し、受光素子４７で反射する光線ビーム
を有効に利用するもので、特に平行走査光線ビーム発生
手段４１および受光手段４２をそれぞれユニット化し、
測定に際し平行走査光線ビーム発生手段４１と受光手段
４２とを対向させる場合に両者の光軸合わせを容易にす
るため等（平行走査光線ビーム発生手段４１および受光
手段４２を一体化して形成した場合においても光軸合わ
せの調整を容易にする。）に設けられているもので、田
字状に４分割されたフォトダイオード４８ａ〜４８ｄで
形成されている。

【００３０】図３の状態は、両者の光軸が一致している
場合で受光素子４７の反射により照射された光線ビーム
は、フォトダイオード４８ａ〜４８ｄを略均等に照らす
位置にあり、フォトダイオード４８ａ〜４８ｄの各出力
は略同一である。

【００３１】両者の光軸が一致していない場合には、受
光素子４７の反射により照射された光線ビームはフォト
ダイオード４８ａ〜４８ｄのいずれかに偏って照射さ
れ、フォオトダイオード４８ａ〜４８ｄの各出力の比較
により、平行走査光線ビーム発生手段４１と受光手段４
２との傾き方向を知ることができ、その修正を容易にな
すことができる。また、平行走査光線ビーム発生手段４
１あるいは受光手段４２を移動台に載置し、フォトダイ
オード４８ａ〜４８ｄの各出力のに基づいて移動台を位
置決め制御することにより、光軸合わせを自動的に行う
こともできる。

【００３２】このような光軸の一致性を求める演算等
は、本体４３に設けられた光軸信号処理回路３５で行わ
れる。なお、通常の測定時には、フォトダイオード４８
ａ〜４８ｄの各出力を総合して受光素子４７の出力に加
算するようにしてもよい。

【００３３】本体部４３は、平行走査光線ビーム発生手
段４１の比較回路４６の走査同期信号のタイミングで受
光手段４２の受光素子４７の出力信号の波形を成形する
波形処理回路４９と、クロック発振器３３と、波形処理
回路４９の出力パルスａをクロック発振器３３のクロッ
クパルスＣＰでカウントするカウンタ３２とにより構成
されている。この構成による動作は図４に示した外径測
定装置の本体部３と同様であり、その説明は省略する。

【００３４】なお、実施例では、光線ビームとしてレー
ザビームを用いているが、赤外線等の他の光線であって
も良い。また受光手段は、従来と同様に構成されたもの
でも良く、光軸合わせの受光素子は無くても良い。ま
た、光線ビームの走査は回転多面鏡によるものに限られ
るものではない。例えば、１面鏡の回転や揺動により走
査されるものであっても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、走
査同期信号は、走査光線ビームの走査によって順次横切
るように複数に分割されたフォトダイオードのそれぞれ
の出力を比較する比較回路の出力により得ている。複数
に分割されたフォトダイオードの出力は、走査光線ビー
ムの走査に従い走査光線ビームを受光しているフォトダ
イオードの出力が高く（又は低く）、走査光線ビームを
受光ないフォトダイオードの出力が低く（又は高く）や
がてその出力状態が反転する。

【００３６】比較回路は、この反転時点を検出するの
で、走査光線ビームの光量に依存しない常に定められた
時点の信号が得られる。これにより走査同期信号は常に
正確な時点が維持され、信頼性の高い外径測定装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の外径測定装置の概略構成図で
ある。

【図２】図１に示す外径測定装置の走査同期信号の説明
図である。

【図３】図１に示す外径測定装置の受光部の拡大斜視図
である。

【図４】従来の外径測定装置の構成図である。

【図５】図５に示す外径測定装置のレーザビームの光量
の変化による走査同期信号のずれを説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

４ 被測定物 １１ レーザ光源 １２ レーザビーム １３ 固定ミラー １４ 回転多面鏡 １５ ｆθレンズ ２１ 集光レンズ ３２ カウンタ ３３ クロック発振器 ４１ 平行走査光線ビーム発生手段 ４２ 受光手段 ４３ 本体 ４５ 走査同期信号を形成するための受光素子 ４５ａ、４５ｂ フォトダイオード ４６ 比較回路 ４７ 受光素子 ４９ 波形処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行走査光線ビームを出射する平行走査光
   線ビーム発生手段と、前記平行走査光線ビーム発生手段
   から出射された平行走査光線ビームを受光する受光手段
   とを有し、前記平行走査光線ビーム発生手段と前記受光
   手段との間の平行走査光線ビームの走査領域内に被測定
   物を配置し、前記被測定物による平行走査光線ビームの
   遮り時間から前記被測定物の外径を測定する外径測定装
   置において、前記平行走査光線ビームの走査光線ビーム
   を受光する複数に分割されたフォトダイオードと、前記
   複数に分割されたフォトダイオードのそれぞれの出力を
   比較し、それぞれの出力が一致したとき出力する比較回
   路とを設け、前記比較回路の出力を前記平行走査光線ビ
   ームの走査同期信号としてなることを特徴とする外径測
   定装置。