JPS5826326Y2 - 自動寸法測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、被測定物に平行光線をあてて影（光学陰影
像）を形成し、その影の寸法を光電変換手段を介して電
子的な情報に変換し、高精度かつ自動的に被測定物の寸
法を測定する自動寸法測定装置に関するものである。

被測定物が測寸装置の光学系が形成する平行光線からな
る光束の中に完全にとりこまれ、測定領域内に入ってい
るときは直線状に配列された光電素子群、たとえば多数
のＣＣＤ （Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕ−ｐｌｅｄ Ｄｅｖ
ｉｃｅ ）素子やダイオードアレーなどからなるイメー
ジセンサ面上に結像される影の部分に入ったイメージセ
ンサエレメントの数を計数すれば被測定物の寸法が求め
られる。

すなわち第１図において、結像レンズ４の焦点距離をｆ
ルンズの後焦点と像面の距離をｔ１光学素子の配列ピン
チなＰ１１光学素子が上、下の２群にて形成されている
場合には、その２群の間隔をＤ１前記の影（光学陰影像
）の部分にある素子数をｎとすると、被測定物３の直径
ｄ。

は次式で求められる。ｄ□ ＝（Ｐ−ｎ ＋Ｄ ） ・
ｆ／ｌ”−””（１）（１）式においてＰ−ｆ／Ａ＝Ａ
、Ｄ−ｆ／ｌ＝Ｂとおけばｄ ＝Ａ−ｎ十Ｂ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
したがって、被測定物の寸法ｄ。

を高い精度にて測定するためには、光電素子の配列ピン
チＰをできるだけ小さくすること、結像部分に入ってい
る素子数ｎを正確に計数することである。

前者に対しては、たとえばＣＣＤ素子の場合には配列方
向に３０μの長さのものよりも１３μの長さの素子を使
用してイメージセンサを形成する方が望ましいが、後者
すなわち光学陰影像内に入っている素子数ｎを正確に計
数することには問題がある。

それは光学陰影像の上下両端においては明暗の境界が１
個の素子の長さの一部に投影されるのが一般であり、一
方光束には回折現象を伴うために前記の明暗の境界はイ
メージセンサ面に幾何学的に作図するようには明瞭に投
影されるものではないからである。

したがって従来のこの種測定方法においては、ＣＣＤ素
子の出力を直接コンパレータ（レベル弁別回路）に送っ
て一定電圧以下の信号を影の信号と判定して前記の明暗
を判断しているためＣＣＤ素子１個分に相当する量子化
誤差が生ずることとなり、この誤差を少くすることは困
難であった。

この考案は上記に鑑み、前記光電素子からのそれぞれの
出力信号をローパスフィルタを通して滑らかな波形の出
力信号にした後コンパレータへ送り、前記入力信号の所
定のしきい波高値に区切られた区間のみにコンパレータ
から出力信号を生ずるようにして前記コンパレータの出
力信号の発生区間のみに、別に設けた高い周波数のパル
ス発生器からのパルスを高速カウンタによって計数し表
示することによって誤差の少ない測定を行なうことを可
能とした高精度の寸法測定装置を提供することを目的と
している。

以下、この考案の１実施例について図面を参照しながら
説明する。

第１図は円筒状の被測定物の直径を測定する実施例装置
の構成を示している。

図において１は光源、２はコリメータレンズ、３は被測
定物、４は結像レンズ、５はスリットヲ有する遮へい板
、６はスクリーン面である。

この光学系によって、被測定物３に平行光線を矢視方向
に照射し、被測定物３の影を作り、この影を結像レンズ
４と遮へい板５のスリットを介してスクリーン面６上に
投影する。

スクリーン面６上には多数のイメージセンサエレメント
７が１列に配列されているので、被測定物３の影はＣＣ
Ｄ素子７の上に投影されることとなる。

この実施例の場合にはイメージセンサ８は０．０１３ｍ
ｍの長さを有するイメージセンサエレメントを１，７２
８個１列に配夕１ルたものを用いている。

つぎにこのＣＣＤイメージセンサを用いた計数および表
示回路について第１図の右のブンクク図にもとづいて説
明する。

ＣＣＤイメージセンサ８はコントロール回路９からのフ
ォートゲート信号で各エレメントが一斉に動作状態にお
かれ、入射された受光量に比例した波高値のパルス列が
出力としてビデオアンプ１０に送られる。

ビデオアンプ１０の出力はローパスフィルタ１１をへて
、コンパレータ１２に送られる。

さらにコンパレータ１２の出力はプリセント付きアップ
ダウンカウンタ１３に送られる。

前記カウンタ１３は発振器（高周波パルス発生器）１４
の出力パルスを計数することができるが、この計数はコ
ンパレータ１２からの出力信号の発生区間のみに行われ
るようにされている。

（１）５はモード切換スイッチであり、このスイッチの
切換えによって発振器１４の出力パルスをＣＣＤ素子の
光に当てられているものを対象として前記同様にしてカ
ウンタ１３に計数させることもできる。

１６はディジタルスイッチで、カウンター３の前記出力
パルスの計数を予め設定されたスタート値から開始させ
るためのスタート値設定用に使用される。

カウンター３の出力は表示装置１７に送られ、被測定物
３の直径の測定寸法値として表示される。

１８はＤ／Ａ変換器で、カウンター３の出力はこの変換
器をとおされ、Ｄ／Ａ変換されてレコーダー９に送られ
、被測定物３の直径のアナログ記録が行われる。

発振器１４の発振周波数は周波数設定器２０によって任
意の値に設定することができるようにされており、光学
系の倍率の逆数すなわちＬと光電素子の配列ピッチＰと
の積に対応した周波数を選択することができる。

２１はコンパレータ１２のしきい値を設定する設定器で
ある。

つぎにこの装置の動作について第２図を参照しながら説
明する。

コントロール回路９からの７オトゲ一ト信号でＣＣＤ素
子７が一斉に動作状態におかれ、入射された受光量に比
例した波高値のパルス列が出力としてビデオアンプ１０
に送られる。

またコントロール回路９からカウンター３に対して、そ
の計数開始、計数停止および計数プリセントを制御する
信号ａ（第２図−ａ）が出される。

ビデオアンプ１０の出力すは、その波高値が第２図−す
に示したように前記した明暗の境界に相当する部分のＣ
ＣＤ素子からのパルス列は素子毎にその各々の受光量に
対応したパルス信号となる。

この信号がローパスフィルター１を通されると、第２図
−Ｃに示すなめらかな波形の連続したアナログ信号とさ
れた出力Ｃが得られる。

この出力Ｃをコンパレータ１２に送りこむのであるが、
同時にしきい値設定器２１によって予め設定しておいた
しきい波高値ｄをコンパレータ１２に送りこむことによ
って、しきい値ｄに区切られた区間のみ出力信号ｅがコ
ンパレータ１２によって発生させられ（第２図−ｅ）、
その信号ｅがカウンター３に送られる。

一方発振器１４からは、周波数設定器２０によって前記
ビデオ信号すの周波数よりもはるかに高い、光学系の倍
率の逆数とＣＣＤ素子の配列ピンチの積に対応した周波
数に設定された高い周波数のパルスｆ（第２図−ｆ）が
送りこまれる。

カウンター３を作動させるに当って、（２）式の右辺の
Ｂに相当する前記周波数をベースとしたカウント値なデ
ジタルスイッチ１６に予め設定しておき、カウンタ１３
をデジタルスイッチ１６によって予め設定されたスター
ト値よりスタートさせ、前記の出力信号ｅが発生してい
る区間のみ高い周波数の発振出力ｆのパルス数を計数さ
せる。

このパルス計数値は光学系の倍率の逆数とＣＣＤ素子の
配列ピンチの積に対応して設定された発振周波数によっ
て計数されることから、この計数値によって被測定物３
０寸法を得ることができる。

第２図−〇、第第２−−ｄ示されるとおり、しきい波高
値ｄを深く設定すれば、前記パルス計数値はより大きく
計数される。

換言すれば被測定物３の測定寸法値がより大きくだされ
る。

また、しきい波高値ｄを浅く設定すれば前記パルス計数
値はより小さく計数される。

すなわち被測定物３の測定寸法値がより小さくだされる
。

しきい波高値ｄを予めしきい波高値設定器２１に設定す
るに当っては、較正用円筒模範の直径をこの装置によっ
て測定し、その測定値を既知の模範直径寸法値と比較し
、さらにしきい波高値を若干変更して設定し、前記測定
を繰返し試行錯誤的に適正なしきい波高値ｄを選定すれ
ばよい。

前記したようにカウンタ１３においては、計数値が測定
寸法となるようにデジタルスイッチ１６でそのプリセン
ト値が設定しであるから、そのフリセット値をスタート
値として出力信号ｅが発生している区間のみ発振出力ｆ
のパルス数が計数されると、表示装置１１には被測定物
３の直径寸法ｃｉｏが数値にて表示され、またＤ／Ａ変
換器１８を介してレコーダ１９に前記測定寸法値に対応
した被測定物３の直径のアナログ記録をえることができ
る。

大物被測定物の直径を測定する場合には、第３図に示さ
れるように上下２組の光学系を設け、被測定物に照射さ
れた平行光線にもとづく被測定物の２つの光学像を結ば
せるスクリーン平面上に２組の光電素子群を１列に配夕
］ル、前記光学像の大きさに応じた２組の信号をえて、
被測定物の寸法を測定する方法がとられているが、この
多眼式の場合にカウンタ１３を時分割的に作動させたり
、もしくは複数のカウンタを用いたりして、２組の前記
出力信号の和を求める場合にも、この考案を利用するこ
とが可能である。

発振器１４の発振周波数を一定にしておいて、カウンタ
１３の出力信号に一定値を乗じたり、発振器１４の出力
ｆをレートマルチプライヤに通して分周した後カウンタ
１３にて計数するようにしてもよい。

またコンパレータ１２の出力ｅを直接コンピュータに投
入して演算させることも可能である。

以上、実施例について説明したように、この考案によれ
ば従来イメージセンサ上の結像部分の明暗の境界につい
て受光素子の出力を直接コンパレータ（レベル弁別回路
）に送って一定電圧以下の信号を影の信号と判定し、受
光素子１単位にて明暗を判断しているために必然的に伴
っていた精度の限界を除去することができ、さらに高い
周波数の別のパルスの間隔に相当する精度までよみとり
精度を上げ誤差の少ない測定を行うことが可能である。

多数回の測定を（りかえして、その測定値についてＹの
誤差値の処理を行って測定値の精度を高める必要はこの
考案にかかる装置による測定値については不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案にかかる１実施例の光学系ならびに電
子回路装置を示す構成図、第２図ａ −ｆは、それぞれ
第１図のａ−ｆ出力の波形を示す波形図、第３図は多眼
式自動寸法測定装置の光学系の構成図である。 １・・・・・・光源、２・・・・・・コリメータレンズ
、３・・・・・・被測定物、４・・・・・・結像レンズ
、５・・・・・・遮へい板、６・・・・・・スクリーン
面、７・・・・・・イメージセンサエレメント、８・・
・・・・イメージセンサ、９・・・・・・コントロール
回路、１０・・・・・・ビデオアンプ、１１・・・・・
・ローパスフィルタ、１２・・・・・・コンパレータ、
１３・・・・・・カウンタ、１４・・・・・・高周波パ
ルス発生器（発振器）、１５・・・・・・モード切換ス
イッチ、１６・・・・・・デジタルスイッチ、１７・・
・・・壺示装置、１８・・・・・・Ｄ／Ａ変換器、１９
・・・・・・レコーダ、２０・・・・・・周波数設定器
、２１・・・・・・しきい波高値設定器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定物に平行光線束を照射し、被測定物に照射された
   平行光線にもとづく被測定物の光字陰影像をえる光学系
   と、前記光学陰影像が結ばれる平面上に配置され光学像
   の陰影に応じた信号を生ずる直線状に配置された光電素
   子群と、前記光電素子からのそれぞれの出力信号を通じ
   た出力信号を、連続したなめらかな波形のアナログ信号
   とするローパスフィルタと、連続波形とされた前記信号
   を入力とし、その所定のしきい波高値に区切られた区間
   のみに出力信号を生ずるようにしたコンパレータと、前
   記コンパレータの出力信号の発生区間のみに別に設けた
   高い周波数のパルス発生器からのパルスを計数するカウ
   ンタとを備えてたる自動寸法測定装置。