JPS60115805A - 形状または寸法を測定する装置 - Google Patents
形状または寸法を測定する装置Info
- Publication number
- JPS60115805A JPS60115805A JP22320783A JP22320783A JPS60115805A JP S60115805 A JPS60115805 A JP S60115805A JP 22320783 A JP22320783 A JP 22320783A JP 22320783 A JP22320783 A JP 22320783A JP S60115805 A JPS60115805 A JP S60115805A
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- JP
- Japan
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- light beam
- measured
- luminous flux
- light
- measuring
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、物体の形状、または寸法を測定する装置に
かかわり、特に、物体の外径、または厚みを測定する際
に好適な光学装置に関するものである。
かかわり、特に、物体の外径、または厚みを測定する際
に好適な光学装置に関するものである。
従来、この種の測定装置には、例えば第１図に示すよう
な外径を測定する装置がある。
な外径を測定する装置がある。
この図で、１はレーザのような集束性の高い光源、２は
出力光束、３は振動ミラー、または回転多面鏡等によっ
て構成されている偏向器、４はコリメータレンズ、５は
被測定物体、６は集光レンズ、７は受光素子である。
出力光束、３は振動ミラー、または回転多面鏡等によっ
て構成されている偏向器、４はコリメータレンズ、５は
被測定物体、６は集光レンズ、７は受光素子である。
この装置では、出力光束２が矢印方向に回転している偏
向器３に入射されたあと、コリメータレンズ４によって
平行走査光束とされ、被測定物体５を走査する。この平
行走査光束は集光レンズ６により受光素子７に集光され
る。受光素子７からは第２図（ａ）に示すような受光信
号が得られる。この受光信号を、光源１の出力レベル変
動等の影響が最も小さくなるようにそ）波高値を約１／
２でスライスして波形成形すると、第２図（ｂ）の方形
波信号が得られる。ここで方形波信号のｈ′Ｉ下がり時
刻から立上がり時刻までの時間を計Ｗｌｌｌすることに
よって、被Ｎｌ！Ｉ定物体５の外径Ｒを測定することが
できる。
向器３に入射されたあと、コリメータレンズ４によって
平行走査光束とされ、被測定物体５を走査する。この平
行走査光束は集光レンズ６により受光素子７に集光され
る。受光素子７からは第２図（ａ）に示すような受光信
号が得られる。この受光信号を、光源１の出力レベル変
動等の影響が最も小さくなるようにそ）波高値を約１／
２でスライスして波形成形すると、第２図（ｂ）の方形
波信号が得られる。ここで方形波信号のｈ′Ｉ下がり時
刻から立上がり時刻までの時間を計Ｗｌｌｌすることに
よって、被Ｎｌ！Ｉ定物体５の外径Ｒを測定することが
できる。
しかし、このような測定方法による場合には。
被測定物体５に当る光束は通常分解能を上げるため、被
測定物体５１−で絞り込む場合が多く、被測定物体５−
にのゴミ、水滴、あるいは空気中の粉塵、煙等により１
Ｍ１ｌ＋定かしにくくなり、Ａ１１１定誤差の原因とも
なる。
測定物体５１−で絞り込む場合が多く、被測定物体５−
にのゴミ、水滴、あるいは空気中の粉塵、煙等により１
Ｍ１ｌ＋定かしにくくなり、Ａ１１１定誤差の原因とも
なる。
この発明は、かかる問題点を解消するためになされたも
ので、被４１１１定物体に多少のゴミ、水滴等が付着し
ても、あるいは粉塵、煙等が発生している悪環境の下で
も安定に被測定物体の外形、形状、または寸法等を測定
できるように改良した光学的な装置を提供するものであ
る。
ので、被４１１１定物体に多少のゴミ、水滴等が付着し
ても、あるいは粉塵、煙等が発生している悪環境の下で
も安定に被測定物体の外形、形状、または寸法等を測定
できるように改良した光学的な装置を提供するものであ
る。
以下、この発明の一実施例を図面に」、（づいて説明す
る。
る。
第３図はこの発明の形状、または寸法を測定する装置の
概要を示したもので、第１図と同一部分は同一符号で示
す。
概要を示したもので、第１図と同一部分は同一符号で示
す。
この図で、８はシリンドリカルレンズであり、偏向器３
の偏向方向と垂直方向にのみレンズ効果を有している。
の偏向方向と垂直方向にのみレンズ効果を有している。
したがって、適当な焦点距甜［のものを用いることによ
り、被測定物体５の−１−で出力光束２の断面形状が出
力光束２の走査方向と平行に短軸を、走査方向と垂直方
向に長軸をもった偏平光束２′とすることができる。
り、被測定物体５の−１−で出力光束２の断面形状が出
力光束２の走査方向と平行に短軸を、走査方向と垂直方
向に長軸をもった偏平光束２′とすることができる。
この場合、シリンドリカルレンズ８は一方向のみレンズ
効果をもっているから、第３図における偏平光束２′の
集散状態を偏平光束２′の偏向方向と垂直な方向からみ
た場合、第１図における出力光束２の集散状態と変るこ
とはない。
効果をもっているから、第３図における偏平光束２′の
集散状態を偏平光束２′の偏向方向と垂直な方向からみ
た場合、第１図における出力光束２の集散状態と変るこ
とはない。
第４図はかかる偏平光束２′が被測定物体５を走査する
ある時点を光束の進行方向からみた図で（第３図Ａ−Ａ
′線からみた図）、被測定物体５−１−にゴミ（Ｇ）
が付着している場合を示している。この図からシリンド
リカルレンズ８の効果により得られた偏平光束２′が偏
向器３により偏向されたあと、コリメータレンズ４を通
過させることにより、被測定物体５上を通過するとき、
短径ｒ＋ 、長径ｒ２となっている偏平状態であること
が分かる。
ある時点を光束の進行方向からみた図で（第３図Ａ−Ａ
′線からみた図）、被測定物体５−１−にゴミ（Ｇ）
が付着している場合を示している。この図からシリンド
リカルレンズ８の効果により得られた偏平光束２′が偏
向器３により偏向されたあと、コリメータレンズ４を通
過させることにより、被測定物体５上を通過するとき、
短径ｒ＋ 、長径ｒ２となっている偏平状態であること
が分かる。
このような偏平光束２′で被測定物体５を走査すると、
受光素子７からは第５図の点線で示すような信号が得ら
れる。しかし、従来のように走査光束が偏平でない場合
はゴミの影響によって二点鎖線で示すような信号となる
。
受光素子７からは第５図の点線で示すような信号が得ら
れる。しかし、従来のように走査光束が偏平でない場合
はゴミの影響によって二点鎖線で示すような信号となる
。
ところで、ゴミが刺着していないときは実線に示す信号
が得られる筈であるから、偏１ｔｌＸ東２′の場合はΔ
ｄの誤差か生じているが、従来の偏平でない光束による
誤差ｄ′よりも著しく小さくすることができる。
が得られる筈であるから、偏１ｔｌＸ東２′の場合はΔ
ｄの誤差か生じているが、従来の偏平でない光束による
誤差ｄ′よりも著しく小さくすることができる。
また、偏平光束２′の長径ｒ２はゴミの幅利法に比し、
十分大きくすることができるのでゴミによる受光量の低
下度合を少なくすることができる。
十分大きくすることができるのでゴミによる受光量の低
下度合を少なくすることができる。
したがって、この場合の誤差Δｄは被測定物体５の真の
外径ｄに対し十分小さいものになる。
外径ｄに対し十分小さいものになる。
才た、粉塵や煙等に対しても同様に、受光素子７で受光
する光量が低下することにより生ずる誤差のみで、従来
の走査光束を偏平としていない場合のように、受光素子
７に受光される光量が全くなくなり、その結果、測定不
能になったり、粉塵や煙等の部分まで外径として測定す
るという誤差がなくなる。
する光量が低下することにより生ずる誤差のみで、従来
の走査光束を偏平としていない場合のように、受光素子
７に受光される光量が全くなくなり、その結果、測定不
能になったり、粉塵や煙等の部分まで外径として測定す
るという誤差がなくなる。
次に、この発明の他の実施例として、透明体で形成され
ている物体、例えばフィルム、ガラス板、またはガラス
管の厚みを測定する場合について説明する。
ている物体、例えばフィルム、ガラス板、またはガラス
管の厚みを測定する場合について説明する。
第６図はかかる測定装置の従来例を示す概要図で、前述
したように１は県東性の高い光源、２は出力光束、３は
音叉に取り付けた可動ミラー。
したように１は県東性の高い光源、２は出力光束、３は
音叉に取り付けた可動ミラー。
または回転多面鏡等によって構成されている偏向器、４
はコリメータレンズ、５は透明な被測定物体、７は受光
素子、９はスリットである。
はコリメータレンズ、５は透明な被測定物体、７は受光
素子、９はスリットである。
この装置では、出力光束２が振動、または回転している
偏向器３に入射されたあと、コリメータレンズ４によっ
て平行な走査光束とされ、被Ａ１１１定物体５に所定の
角度で入射されると、測定点Ｑで第７図に示すように被
測定物体５による表面反射光束１０と、裏面反射光束１
１が得られる。このとき被Ａｌ１１定物体５に入射され
る光束の角度θと相対屈折率ｎが一定であれは、被測定
物体５の厚みｔと表面反射光束１０および裏面反射光束
１１の間隔ｄは、ｔ＝ｋｄ（ｋ一定数）となることが知
られているから、偏向器３による走査でスリント９の穴
から入射される表面反射光束１０．および裏面反射光束
１１の間隔ｄを前述したような手法で測定すると、透明
体で形成されている被１＋１１定物体５の厚みｔを非接
触で測定することができる。
偏向器３に入射されたあと、コリメータレンズ４によっ
て平行な走査光束とされ、被Ａ１１１定物体５に所定の
角度で入射されると、測定点Ｑで第７図に示すように被
測定物体５による表面反射光束１０と、裏面反射光束１
１が得られる。このとき被Ａｌ１１定物体５に入射され
る光束の角度θと相対屈折率ｎが一定であれは、被測定
物体５の厚みｔと表面反射光束１０および裏面反射光束
１１の間隔ｄは、ｔ＝ｋｄ（ｋ一定数）となることが知
られているから、偏向器３による走査でスリント９の穴
から入射される表面反射光束１０．および裏面反射光束
１１の間隔ｄを前述したような手法で測定すると、透明
体で形成されている被１＋１１定物体５の厚みｔを非接
触で測定することができる。
しかしながら、この測定方法によると被測定物体５に入
射させる光束は細いビーム状とされているので、例えば
、被測定物体５が連続した透明のフィルム等であり、そ
の表面にゴミや水滴等が刺着しているときは問題がある
。
射させる光束は細いビーム状とされているので、例えば
、被測定物体５が連続した透明のフィルム等であり、そ
の表面にゴミや水滴等が刺着しているときは問題がある
。
すなわち、第８図（ａ）にみられるように１ｔｌｌｌ定
点Ｑにゴミ（Ｇ）が４（着しているときは、この点で反
射光束が消失し、測定不能となる。また、小さなゴミの
場合でも、第８図（ｂ）に示すように反射光束の強度が
小さくなり、受光素子７でｑ！Ｉられる受光信号のＳ／
Ｎが低下してＭｌ１１定誤差原因となる。
点Ｑにゴミ（Ｇ）が４（着しているときは、この点で反
射光束が消失し、測定不能となる。また、小さなゴミの
場合でも、第８図（ｂ）に示すように反射光束の強度が
小さくなり、受光素子７でｑ！Ｉられる受光信号のＳ／
Ｎが低下してＭｌ１１定誤差原因となる。
表面にキズや水滴が付着し７ている部分に走査光束があ
たると第８図（Ｃ）に示すように反射光束が故乱し、同
様にＡ１１１定不能となったり測定誤差を生ずる原因と
なる。
たると第８図（Ｃ）に示すように反射光束が故乱し、同
様にＡ１１１定不能となったり測定誤差を生ずる原因と
なる。
さらに、被測定物体５がガラス管５′のときは、第８図
（ｄ）に示すようにガラス管５′が天線で示す正規の位
置からＹ方向に点線で示すように位置ずれすることによ
り反射光束（１ｏ。
（ｄ）に示すようにガラス管５′が天線で示す正規の位
置からＹ方向に点線で示すように位置ずれすることによ
り反射光束（１ｏ。
１１）が受光素子７の方向から外れ、この場合も測定不
能になる。
能になる。
第９図はかかる測定装置に適用されるこの発明の他の実
施例を示した概略図で、第６図と同一部分は同一符号で
示している。
施例を示した概略図で、第６図と同一部分は同一符号で
示している。
この１Δで、１２はシリンドリカルレンズを示し、偏向
器３の偏向方向と垂直方向にのみレンズ効果を有してい
る。従って、８３図の場合と同様に適当なフ、１．１点
距離のものを用いることにより、被Ａ１１１定物体５の
表面で偏平光束（２′）とすることができる。
器３の偏向方向と垂直方向にのみレンズ効果を有してい
る。従って、８３図の場合と同様に適当なフ、１．１点
距離のものを用いることにより、被Ａ１１１定物体５の
表面で偏平光束（２′）とすることができる。
すなわち、第１０１Ｋに示すように短径ｒＩ＋長ｔ’ｆ
ｒ ２の偏平光束２′となり、このような偏平光束２
′は偏向器３およびコリメータレンズ４で平行走査光束
とされて被測定物体５に入射される。
ｒ ２の偏平光束２′となり、このような偏平光束２
′は偏向器３およびコリメータレンズ４で平行走査光束
とされて被測定物体５に入射される。
すると、前述した第８図（ａ）のように被測定物体５上
にゴミ（Ｇ）が付着している場合も、第１１図に示すよ
うにゴミ（Ｇ）によって入射光束のすべてが無反射、ま
たは無透過の状態となることはほとんどなくなり測定不
能、または測定誤差が生じることはない。さらに被測定
物体５にのキズに対しても偏平光束２′により平均化さ
れた表面反射光束１０．および表面反射光束１１が得ら
れるので受光素子７で検出された信号のレベル変動が少
なくなり誤差の小さいＡ１１１定ができる。
にゴミ（Ｇ）が付着している場合も、第１１図に示すよ
うにゴミ（Ｇ）によって入射光束のすべてが無反射、ま
たは無透過の状態となることはほとんどなくなり測定不
能、または測定誤差が生じることはない。さらに被測定
物体５にのキズに対しても偏平光束２′により平均化さ
れた表面反射光束１０．および表面反射光束１１が得ら
れるので受光素子７で検出された信号のレベル変動が少
なくなり誤差の小さいＡ１１１定ができる。
被Ａ１１１定物体５が管状のガラス管５′となっている
ときは、管体が多少その位１行を変動した場合にも偏平
光線２ａの長径ｒ２＠囲内にあれば受光素子７に受光さ
れる光量は十分確保されるのでＡ１１１定不能の状態に
なることを回避することができる。
ときは、管体が多少その位１行を変動した場合にも偏平
光線２ａの長径ｒ２＠囲内にあれば受光素子７に受光さ
れる光量は十分確保されるのでＡ１１１定不能の状態に
なることを回避することができる。
なお、シリンドリカルレンズ゛１２によってイ扁甲光束
２′とされている場合でも、Ｉ＃ ４＋１１定物体５か
らの表面反射光束１０．ｉ面反剤光束１１がスリット９
−１−において走査方向に極＜ Ｍｌｌ ＜絞られてい
る場合は測定精度が大幅に低下することはない。
２′とされている場合でも、Ｉ＃ ４＋１１定物体５か
らの表面反射光束１０．ｉ面反剤光束１１がスリット９
−１−において走査方向に極＜ Ｍｌｌ ＜絞られてい
る場合は測定精度が大幅に低下することはない。
シリンドリカルレンズ１２を省略して偏向器３で偏平光
束２′を形成するようにしてもよい。この場合は第１２
図に示すように、光源１からの出力光栄２をビーム拡大
器１３により拡大し、コリメータレンズ４としてスリッ
ト９上で焦点を結ぶようなシリンドリカルレンズ１４を
使用し、被測定物体５に入射させるようにすればよい。
束２′を形成するようにしてもよい。この場合は第１２
図に示すように、光源１からの出力光栄２をビーム拡大
器１３により拡大し、コリメータレンズ４としてスリッ
ト９上で焦点を結ぶようなシリンドリカルレンズ１４を
使用し、被測定物体５に入射させるようにすればよい。
以上説明したように、この発明の形状または寸法を測定
する装置では、被測定物体に入射させる平行光束を走査
方向に対して平行に短径を有するような偏平光束にした
ので、被測定物体に小さなゴミが付着している場合、被
測定物体の表面、または内部にキズ、ゴミ等がある場合
でも測定に惑星な反射光束が十分得られるという利点が
ある。
する装置では、被測定物体に入射させる平行光束を走査
方向に対して平行に短径を有するような偏平光束にした
ので、被測定物体に小さなゴミが付着している場合、被
測定物体の表面、または内部にキズ、ゴミ等がある場合
でも測定に惑星な反射光束が十分得られるという利点が
ある。
また、ガラス管等の厚み測定では、ガラス管の測定位１
６が多少ずれていても、ビームの長径の範囲内であれば
スリットを通して受光素子に十分な反射光束が得られる
ので測定条件の制限が緩和されるという効果かある。
６が多少ずれていても、ビームの長径の範囲内であれば
スリットを通して受光素子に十分な反射光束が得られる
ので測定条件の制限が緩和されるという効果かある。
第１図は外径Ａｌ１１定装置の従来例の４１！！要図、
第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の測定装置で得られる受
光信号の波形図、第３図はこの発明による外径Ａ１１１
定装置の概要説明図、第４図は偏平光束が被Ａ１１１定
物体を走査する状態を示す図、第５図は第３図の測定装
置で得られる受光信号の波形と、従来装置で得られる波
形の説明図、第６図は厚み測定装置の従来例を示す概要
図、第７１剣は厚み測定原理の説明図、第８図（ａ）〜
（ｄ）は被測定物体上にゴミ等が刺着した場合の入・反
射光束の状１ルの説明図、第９図はこの発明による厚み
＃Ｉ１１定装置の概要説明図、第１０図は偏平光束の説
明図、第１１図は偏平光束の反射を示す説明図、第１２
図はこの発明の他の実施例を示す光学系の概要説明図で
ある。 図中、１は光源、３は偏向器、４はコリメータレンズ、
５は被ｉ１１＋１１定物体、７は受光素子、８゜１２は
シリンドリカルレンズ、９はスリットを示す。 第１図 １ 第２図 （ａ） （ｂ） 第４図 第５図 第６図 第７図 ■ζ口 区 α） 味 シ父り 第９図 ］ 第１０図 第１１図
第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の測定装置で得られる受
光信号の波形図、第３図はこの発明による外径Ａ１１１
定装置の概要説明図、第４図は偏平光束が被Ａ１１１定
物体を走査する状態を示す図、第５図は第３図の測定装
置で得られる受光信号の波形と、従来装置で得られる波
形の説明図、第６図は厚み測定装置の従来例を示す概要
図、第７１剣は厚み測定原理の説明図、第８図（ａ）〜
（ｄ）は被測定物体上にゴミ等が刺着した場合の入・反
射光束の状１ルの説明図、第９図はこの発明による厚み
＃Ｉ１１定装置の概要説明図、第１０図は偏平光束の説
明図、第１１図は偏平光束の反射を示す説明図、第１２
図はこの発明の他の実施例を示す光学系の概要説明図で
ある。 図中、１は光源、３は偏向器、４はコリメータレンズ、
５は被ｉ１１＋１１定物体、７は受光素子、８゜１２は
シリンドリカルレンズ、９はスリットを示す。 第１図 １ 第２図 （ａ） （ｂ） 第４図 第５図 第６図 第７図 ■ζ口 区 α） 味 シ父り 第９図 ］ 第１０図 第１１図
Claims (6)
- （１）光束を走査して被」１１定物体に照射し、その光
束の反射光若しくは透過光を受光することにより、前記
被測定物体の形状または寸法を測定する装置において二
指向性の良い光源と；該光源からの光束を一定角度内で
角度偏向する偏向手段と；角度偏向された光束を集束し
、平行に走査された光束を得る走査手段と；前記光源と
前記被測定物体との間の光路に置かれ、前記被測定物体
に照射する光束を走査方向と平行に短径を有するように
偏平に形成する偏平光束作成手段とを備えていることを
特徴とする形状または寸法を測定する装置。 - （２）偏向手段が、音叉の自由端に取り付けられた反射
鏡であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の形状または寸法を測定する装置。 - （３）偏向手段が、回転多面鏡であることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の形状または寸法を測定
する装置。 - （４）走査手段が、コリメータレンズであることを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項記載の形状または寸法
を測定する装置。 - （５）偏平光束作成手段が、シリンドリカルレンズであ
って、該シリンドリカルレンズが光源と偏向手段との間
に備えられていることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の形状または寸法を測定する装置。 - （６）走査手段と偏平光束作成手段とが、一体に形成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の形状または寸法を測定する装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22320783A JPS60115805A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 形状または寸法を測定する装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22320783A JPS60115805A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 形状または寸法を測定する装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60115805A true JPS60115805A (ja) | 1985-06-22 |
Family
ID=16794467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22320783A Pending JPS60115805A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 形状または寸法を測定する装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60115805A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990010192A1 (de) * | 1989-02-25 | 1990-09-07 | Herbert Schulz | Verfahren zum vermessen von schneidkanten |
| JPH08219714A (ja) * | 1994-12-10 | 1996-08-30 | Koenig & Bauer Albert Ag | ウェブまたはシートの位置を測定する方法および該方法を実施する装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57104807A (en) * | 1980-12-20 | 1982-06-30 | Anritsu Corp | Edge detector for object |
-
1983
- 1983-11-29 JP JP22320783A patent/JPS60115805A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57104807A (en) * | 1980-12-20 | 1982-06-30 | Anritsu Corp | Edge detector for object |
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|---|---|---|---|---|
| WO1990010192A1 (de) * | 1989-02-25 | 1990-09-07 | Herbert Schulz | Verfahren zum vermessen von schneidkanten |
| JPH08219714A (ja) * | 1994-12-10 | 1996-08-30 | Koenig & Bauer Albert Ag | ウェブまたはシートの位置を測定する方法および該方法を実施する装置 |
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