JPS6118962B2 - - Google Patents

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JPS6118962B2
JPS6118962B2 JP12109378A JP12109378A JPS6118962B2 JP S6118962 B2 JPS6118962 B2 JP S6118962B2 JP 12109378 A JP12109378 A JP 12109378A JP 12109378 A JP12109378 A JP 12109378A JP S6118962 B2 JPS6118962 B2 JP S6118962B2
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JP
Japan
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light
edge
axis
detection means
measured
Prior art date
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JP12109378A
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Japanese (ja)
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JPS5547407A (en
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Hiroshi Ito
Mitsutoshi Maeda
Nobuaki Takahashi
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication of JPS6118962B2 publication Critical patent/JPS6118962B2/ja
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、三次元形状物体の稜線を自動的に非
接触で探つて追尾し、稜線の座標を非接触で測定
できるようにした稜線座標自動測定装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic edge line coordinate measuring device that automatically searches for and tracks the edge lines of a three-dimensional object without contact, and is capable of measuring the coordinates of the edge lines without contact. .

一般に、構造物や、機械部品、型(プレス型、
鋳型等)、モデル等を製作する段階で、それらの
形状において複数の面が交差するエツジ部、即ち
稜線の三次元座標を、それらの形状を表わすデー
タやその検査、製作の規準として利用することが
多い。例えば、自動車のボデイのモデルや型を製
作する場合は、ボデイの面の形状は一般に自由曲
面であるが、この面の製作規準や検査規準として
稜線の三次元座標を用いることが殆んどである。
特に、ボデイの外観は、その稜線の大部分が完成
後の特徴を示すために、この稜線の座標値は特に
重要であり、厳密に測定、検査を行う必要があ
る。
Generally, structures, machine parts, molds (press molds,
At the stage of manufacturing molds, etc.), models, etc., the three-dimensional coordinates of the edges where multiple planes intersect, that is, the ridge lines, are used as data representing those shapes and as standards for inspection and manufacturing. There are many. For example, when manufacturing a model or mold of an automobile body, the shape of the surface of the body is generally a free-form surface, but the three-dimensional coordinates of the ridgeline are rarely used as the manufacturing standard or inspection standard for this surface. be.
In particular, since most of the ridge lines in the appearance of the body indicate the characteristics after completion, the coordinate values of these ridge lines are particularly important, and must be precisely measured and inspected.

このような三次元形状物体の一般面や自由曲面
の測定は、既に三次元座標測定機械等により自動
的に行われているが、稜線の座標値を測定する場
合には、目視によつて稜頂点に計測針を合わせる
ようにしたものが大部分であり、面測定や一般の
加工が自動化されている中で、この稜線測定に費
やされる工数は著しく大きく、測定精度のばらつ
きも大きいために、自動測定法の開発が望まれて
いた。
Measuring the general surfaces and free-form surfaces of such three-dimensional objects has already been carried out automatically using three-dimensional coordinate measuring machines, etc., but when measuring the coordinate values of the edges, it is necessary to measure the edges by visual inspection. In most cases, the measuring needle is aligned with the vertex, and while surface measurement and general machining are automated, the man-hours spent on this edge line measurement are extremely large, and the measurement accuracy varies widely. Development of an automatic measurement method was desired.

従来、この稜線位置の測定法としては、自動溶
接装置で溶接線を追跡するために、レーザ光偏向
走査を利用した測定法が提案されている。この提
案された測定法は、偏向された光を直接測定対象
に投射し、この投射された光が稜線を中心に左右
に均等に偏向されるように装置を移動させて測定
するものであるが、投射された光が扇形に拡がつ
てゆくため、測定対象までの距離によつて投射光
軸と稜とのずれを検出する感度が変化し、また検
出精度はスポツト光線の径により直接制限を受け
るため、高精度の測定が困難となる欠点があつ
た。またこの従来の方法は目的物までの距離を測
定する自動補償機能を有していないために、有効
に稜線位置の追跡を行える距離は検出スリツトの
幅と受光軸と投光軸の角度で決められた一定距離
の近傍で、極く狭い範囲に限られるが、この範囲
を拡大するために、投光軸と受光軸の角度を小さ
くしている。この結果、稜線の位置ずれを測定す
る精度が低下し、大きな稜頂をもつ対象には適用
が困難となる欠点があつた。また距離を設定する
機能を具備していないため、オフラインの手動距
離設定を必要とし、この従来の測定法だけでは、
任意の複雑な三次元形状の物体上の稜線を自動追
尾し、かつ稜線の三次元座標値を精度よく測定す
ることは不可能であつた。
Conventionally, as a method for measuring this ridgeline position, a measurement method using laser beam deflection scanning has been proposed in order to trace the weld line with an automatic welding device. This proposed measurement method projects deflected light directly onto the measurement target, and measures by moving the device so that the projected light is evenly deflected left and right around the ridgeline. Since the projected light spreads in a fan shape, the sensitivity for detecting the deviation between the projected optical axis and the edge changes depending on the distance to the measurement target, and the detection accuracy is directly limited by the diameter of the spot beam. This has the disadvantage that high-precision measurements are difficult. Furthermore, since this conventional method does not have an automatic compensation function to measure the distance to the target, the distance at which the ridgeline position can be effectively tracked is determined by the width of the detection slit and the angle between the receiving axis and the emitting axis. The angle between the light emitting axis and the light receiving axis is made small in order to expand this range, which is limited to an extremely narrow range in the vicinity of a certain distance. As a result, the accuracy of measuring the positional deviation of the ridgeline is reduced, and this method has the disadvantage of being difficult to apply to objects with large ridge crests. Also, since it does not have a distance setting function, offline manual distance setting is required, and this conventional measurement method alone cannot
It has been impossible to automatically track the edges of an object with an arbitrarily complex three-dimensional shape and to accurately measure the three-dimensional coordinate values of the edges.

本発明は、上記従来例の欠点を解消するため
に、被測定対象稜の表面の水平方向(x軸方向)
に、一定幅に偏向させた細光線を投射し、この反
射光をx軸方向に長く、微小幅の光検出領域を有
する検出手段で検出して、x方向のずれを測定
し、また前記微小幅の光検出領域をはさむ両側の
範囲の反射光を、各々別々に検出する2つの光検
出手段を用いて検出することによつて、測定対象
物のy方向の距離を測定するようにした稜線座標
測定装置を提供するものである。即ち、本発明の
構成は一定幅に一定の繰り返し周期で走査させた
細光線を被測定対象稜に走査方向が稜線を横切る
ように、前記稜の法線方向から投射する細光線発
生装置と、前記細光線の走査方向に対して垂直方
向にある定められた角度位置に前記被測定対象稜
からの反射光を集束し、前記被測定対象稜の断面
形状に対応する「∧」または「∨」字形の像を結
像させる受光手段と、前記受光手段の結像光の内
で、前記細光線の走査方向に所定の長さと、垂直
方向に微小の幅を有した領域に入る結像光、すな
わち「∧」または「∨」字形の像の角の部分の光
の強度を検出する第1の光検出手段と、前記領域
をはさんで該領域を除いた上下の範囲の結像の光
の強度を各々検出する第2、第3の光検出手段が
固定された検出光学系ヘツドと;前記第1の光検
出手段の出力信号が前記走査の周期と同期した一
定の繰り返し周期になるように、前記光検出光学
系ヘツドを前記細光線の走査方向に移動し、前記
走査範囲の中心と稜線の走査方向への位置ずれが
零になように制御するx軸サーボ手段と;前記第
1、第2、第3の検出手段の出力信号が定められ
た関係になるように、前記検出光学系ヘツドと被
測定対象稜との距離を変化させ前記検出光学系ヘ
ツドと被測定対象稜との距離間隔を一定に保つよ
うに制御するy軸サーボ手段と;前記光学系ヘツ
ドを前記細光線の走査方向と直角方向、すなわち
稜線の方向に一定の速度で移動させるz軸サーボ
手段手段と;前記x軸、y軸およびz軸の各サー
ボ手段による前記光学系ヘツドの移動の移動量を
稜線の座標として表示する手段とを有することを
特徴とするものである。
In order to eliminate the drawbacks of the conventional example, the present invention provides
A thin beam of light deflected to a certain width is projected onto the beam, and this reflected light is detected by a detection means having a light detection area that is long in the x-axis direction and has a minute width to measure the deviation in the x-direction. A ridge line that measures the distance in the y direction of the object to be measured by detecting the reflected light in the range on both sides sandwiching the width of the light detection area using two light detection means that separately detect each side. A coordinate measuring device is provided. That is, the configuration of the present invention includes a thin light beam generating device that projects a thin light beam scanned with a constant width at a constant repetition period onto the edge of the object to be measured from the normal direction of the edge so that the scanning direction crosses the edge line; The reflected light from the edge of the object to be measured is focused at a predetermined angular position in the direction perpendicular to the scanning direction of the thin beam, and "∧" or "∨" corresponds to the cross-sectional shape of the edge of the object to be measured. a light-receiving means for forming a character-shaped image, and among the imaging light of the light-receiving means, imaging light enters an area having a predetermined length in the scanning direction of the thin light beam and a minute width in the vertical direction; In other words, a first light detection means detects the intensity of light at the corner of the "∧" or "∨"-shaped image, and a first light detection means detects the intensity of the light at the corner of the "∧" or "∨"-shaped image, and a first light detection means detects the light intensity of the image formed in the upper and lower ranges sandwiching the above-mentioned area and excluding the above-mentioned area. a detection optical system head to which second and third photodetection means for detecting the intensity are fixed; such that the output signal of the first photodetection means has a constant repetition period synchronized with the scanning period; , an x-axis servo means for moving the head of the photodetection optical system in the scanning direction of the narrow beam of light, and controlling the positional deviation between the center of the scanning range and the ridge line in the scanning direction to be zero; The distance between the detection optical system head and the edge of the object to be measured is changed so that the output signals of the second and third detection means have a predetermined relationship. y-axis servo means for controlling the distance to be kept constant; z-axis servo means for moving the optical system head at a constant speed in a direction perpendicular to the scanning direction of the narrow beam, that is, in the direction of the ridge line; The apparatus is characterized by comprising means for displaying the amount of movement of the optical system head by each of the servo means for the axes, y-axis, and z-axis as coordinates of the ridge line.

また、本発明(第2の発明)は上記構成におい
て、更に、前記第1の光検出手段に入射する光を
前記第1の検出手段の領域の所定の長さ方向に対
して直角に反射され、前記第1の検出手段の領域
と同方向に所定の長さを有し、かつ前記第1の光
検出手段の領域と異なる微小幅を有した領域に入
る結像の光の強度を検出する第4の光検出手段が
前記検出光学系ヘツドに設けられるとともにと、
その第4の光検出手段の出力信号が定められた繰
り返し周期になるように前記第1、第2、第3、
第4の光検出手段をそのままの位置関係で、前記
受光手段の受光軸のまわりに回転させ稜の法線方
向と前記細光線の投射光軸が傾きをもつた場合に
生じる誤差を減少させる角度設定サーボ手段が追
加されたことを特徴するものである。
Further, in the present invention (second invention), in the above configuration, the light incident on the first light detection means is further reflected at right angles to a predetermined length direction of the area of the first light detection means. , detecting the intensity of the imaged light entering a region having a predetermined length in the same direction as the region of the first light detection means and having a minute width different from the region of the first light detection means; a fourth light detection means is provided in the detection optical system head, and
The first, second, third,
The fourth light detecting means is rotated around the light receiving axis of the light receiving means while maintaining the same positional relationship, and the angle is determined to reduce an error that occurs when the normal direction of the ridge and the projection optical axis of the thin beam are tilted. It is characterized by the addition of setting servo means.

以下図面により実施例を詳細に説明する。 Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の実施例を示したもので、1
はレーザ等の指向性のよい細光線源、2は光をx
軸方向に偏向走査する光偏向器、3は光偏向器2
の偏向中心と焦点を一致して配置される投光レン
ズ、4は稜をもつた被測定対象、5は投光レンズ
3の光軸(以下投射光軸、即ちy軸)と0゜から
90゜内の一定の角度を有し、偏向走査方向と直交
する光軸(以下受光軸という)を持ち、被測定対
象4よりの反射光を集束し、結像せしめる受光レ
ンズ、6は第2図にその詳細を示す台形プリズム
で、上底辺面6cと下底辺面6dが光を透過さ
せ、面6a,6bが光を反射させるような構造で
あり、面6cが受光レンズ5の結像面に一致し、
その長手方向(図中Xで示す)が、光偏向走査方
向(x軸)と平行に配置され、幅wおよび高さl
が結像を充分におおう大きさを持つた台形プリズ
ム、7は台形プリズム6を透過した光を電気信号
に変換する第1の光検出器、8は台形プリズム6
の6a面で反射された光を電気信号に変換する第
2の光検出器、9は台形プリズム6の6b面で反
射された光を電気信号に変換する第3の光検出
器、10,13,14は各々第1、第3、第2の
光検出器7,9,8の微弱信号を信号処理に必要
なレベルに増幅する増幅器、12は光偏向器2を
駆動する基準発信源、11は基準発信源12の信
号を基準として光検出器7、増幅器10を通過し
た信号を位相検波する位相検波器、15は基準発
信源12の信号を基準として、光検出器7,8,
9、増幅器10,13,14の信号の相関を演算
する演算制御論理回路、16は位相検波器11の
信号を増幅する電力増幅器、17は電力増幅器1
6の出力により前記光源1、光偏向器2、投光レ
ンズ3、受光レンズ5、台形プリズム6、光検出
器7,8,9を載せた検出光学系ヘツド28を
x、y、zの三次元に移動させる機能を有する三
次元駆動機構29の3軸のアームの内の光偏向走
査方向、即ち第1図の例ではx軸のアーム18を
駆動する駆動モータ、19は演算制御論理回路の
出力を増幅する電力増幅器、20は三次元駆動機
構29の3軸のアームの内の投射光軸方向、即ち
第1図の例ではy軸のアーム21を駆動する駆動
モータ、22はアーム18に取付けられ、アーム
18の移動量を測定する距離測定器、23はアー
ム21に取付けられアーム21の移動量を測定す
る距離測定器、24は制御装置30の指令を増幅
する電力増幅器、25は電力増幅器24の出力に
より、前記三次元駆動機構の3軸のアームの内残
る1軸、第1図では、稜線方向、2軸のアーム2
6を駆動する駆動モータ、27はアーム26に取
付けられ、アーム26の移動量を測定する距離測
定器、30は本発明の測定装置の主制御装置、3
1は表示記録装置、32は対象上の偏向走査光の
軌跡である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
is a narrow light source with good directionality such as a laser, and 2 is the light source x
Optical deflector that deflects and scans in the axial direction, 3 is optical deflector 2
4 is an object to be measured with a ridge, and 5 is an optical axis (hereinafter referred to as the projection optical axis, y-axis) of the projection lens 3, which is located at an angle from 0° to the center of deflection of the projection lens.
6 is a second light-receiving lens that has a certain angle within 90 degrees and has an optical axis (hereinafter referred to as the light-receiving axis) orthogonal to the deflection scanning direction, and focuses the reflected light from the object to be measured 4 and forms an image. It is a trapezoidal prism whose details are shown in the figure, and has a structure in which the upper base surface 6c and the lower base surface 6d transmit light, and the surfaces 6a and 6b reflect the light, and the surface 6c is the imaging surface of the light receiving lens 5. matches,
Its longitudinal direction (indicated by X in the figure) is arranged parallel to the optical deflection scanning direction (x-axis), and its width w and height l
is a trapezoidal prism having a size that sufficiently covers the image formation, 7 is a first photodetector that converts the light transmitted through the trapezoidal prism 6 into an electrical signal, and 8 is the trapezoidal prism 6
9 is a second photodetector that converts the light reflected on the 6a surface of the trapezoidal prism 6 into an electrical signal; 9 is a third photodetector that converts the light reflected on the 6b surface of the trapezoidal prism 6 into an electrical signal; 10, 13; , 14 are amplifiers that amplify the weak signals of the first, third, and second photodetectors 7, 9, and 8 to the level required for signal processing, 12 is a reference source that drives the optical deflector 2, and 11 15 is a phase detector that detects the phase of the signal that has passed through the photodetector 7 and amplifier 10 using the signal from the reference source 12 as a reference; 15 is the photodetector 7, 8,
9, an arithmetic control logic circuit that calculates the correlation between the signals of the amplifiers 10, 13, and 14; 16, a power amplifier that amplifies the signal of the phase detector 11; 17, the power amplifier 1;
6, the detection optical system head 28 on which the light source 1, light deflector 2, light projecting lens 3, light receiving lens 5, trapezoidal prism 6, and photodetectors 7, 8, and 9 are mounted is converted into a three-dimensional beam in x, y, and z. A drive motor 19 drives the arm 18 in the optical deflection scanning direction of the three-axis arms of the three-dimensional drive mechanism 29, that is, the x-axis in the example of FIG. A power amplifier for amplifying the output; 20 a drive motor for driving the arm 21 in the direction of the projection optical axis of the three-axis arms of the three-dimensional drive mechanism 29, that is, the y-axis in the example of FIG. 1; and 22 for the arm 18; A distance measuring device 23 is attached to the arm 21 and measures the amount of movement of the arm 18. A distance measuring device 23 is attached to the arm 21 and measures the amount of movement of the arm 21. A power amplifier 24 amplifies commands from the control device 30. A power amplifier 25 By the output of the amplifier 24, one axis of the three-axis arms of the three-dimensional drive mechanism, the two-axis arm 2 in the ridge direction in FIG.
6 is a drive motor that drives the arm 26; 27 is a distance measuring device that is attached to the arm 26 and measures the amount of movement of the arm 26; 30 is a main controller of the measuring device of the present invention;
1 is a display/recording device, and 32 is a locus of the deflected scanning light on the object.

次に、本実施例の動作原理を説明する。まず、
稜頂点のx軸方向の変位検出の原理を説明する
と、光源1はガスレーザ等の指向性のよい細いビ
ーム状の光を輻射する光源で、この光源1から出
た光は、外部信号源またはそれ自体の発振で、投
射光軸と直交する1軸方向、即ち投射光軸をy軸
とするとx軸の正負の方向に充分速い周波数f1
投射光軸を中心に反復偏向するガルバノミラー等
のような広角度な偏向可能な光偏向器2によつて
反復偏向され、光偏向器2の偏向中心と焦点が一
致している投光レンズ3を通り、被測定対象4の
稜線部でこの稜線を直角に切断して稜線近傍を走
査するように投射される。このように構成するこ
とにより、この投光レンズ3は偏向中心より扇形
に拡散する偏向光を投射光軸に平行な帯状の偏向
走査を行う光線列とし、変位の検出感度の距離依
存性を軽減し、細光線を更に集束して被測定対象
4上の光点径を微小なものとし、検出分解能を高
めることができる。
Next, the operating principle of this embodiment will be explained. first,
To explain the principle of detecting the displacement of the ridge vertex in the A galvano mirror, etc. that repeatedly deflects around the projection optical axis at a sufficiently fast frequency f 1 in one axis direction perpendicular to the projection optical axis, that is, in the positive and negative directions of the x-axis when the projection optical axis is the y-axis, by its own oscillation. The light beam is repeatedly deflected by a wide-angle deflectable light deflector 2, passes through a projection lens 3 whose focal point coincides with the center of deflection of the light deflector 2, and is directed to the ridgeline of the object to be measured 4. is cut at right angles and projected to scan the vicinity of the ridgeline. With this configuration, the projection lens 3 transforms the polarized light that is diffused fan-shaped from the deflection center into a beam array that performs band-shaped deflection scanning parallel to the projection optical axis, reducing the distance dependence of displacement detection sensitivity. However, by further converging the thin light beam, the diameter of the light spot on the object to be measured 4 can be made minute, and the detection resolution can be improved.

例として、光偏向器2の偏向角を0.1rad、投光
レンズ3の焦点距離を100mmとすると、偏向走査
幅は距離と無関係に10mmとなり、投光レンズ3の
光偏向器2と反対側の焦点O近傍の対象上での光
点径は0.1mm程度となる。
As an example, if the deflection angle of the light deflector 2 is 0.1 rad and the focal length of the projection lens 3 is 100 mm, the deflection scanning width will be 10 mm regardless of the distance, and the deflection scanning width will be 10 mm regardless of the distance. The diameter of the light spot on the object near the focal point O is about 0.1 mm.

これを第25図を参照して詳しく説明する。 This will be explained in detail with reference to FIG. 25.

前述のとおり光偏向器2の偏向中心は投光レン
ズ3の焦点に一致している。周知のようにレンズ
の焦点を通つた光線は、レンズ通過後に光軸に平
行な径路をとるようになる。同様に光偏向器で偏
向されたレーザ光は、どのような角度でレンズに
向かおうとも、焦点から出た光線と同じであり、
レンズ通過後は光軸に平行になる。
As described above, the deflection center of the optical deflector 2 coincides with the focal point of the projection lens 3. As is well known, light rays passing through the focal point of a lens take a path parallel to the optical axis after passing through the lens. Similarly, a laser beam deflected by an optical deflector is the same as the beam that comes out from the focal point, no matter what angle it faces the lens.
After passing through the lens, it becomes parallel to the optical axis.

すなわち、偏向走査幅は距離に無関係となる。
またその値(第25図参照は) W=2×ft×tan(θt/2)≒ft・θt =100mm×0.1rad=10mm また、周知のようにレンズに入射した平行光束
は焦点面に微小光点としてしぼりこまれる。その
大きさ(光点径:w)は、どれだけ理想平行光に
近いかによつて異なる。ごくわずかな光束の拡が
り角(△θ)の場合は、光点径は w≒ft×△θ 一般に、指向性のよい光線、ガスレーザ等の光
束の拡がり角は約1mrad程度であり、ほぼ平行
光束とみなせる。これより w≒100mm×1mrad=0.1mm となる。
In other words, the deflection scanning width is independent of distance.
Also, its value (see Figure 25) is: W = 2 x ft x tan (θt/2) ≒ ft・θt = 100 mm x 0.1 rad = 10 mm Also, as is well known, the parallel light flux incident on the lens has a very small amount on the focal plane. It is squeezed in as a point of light. Its size (light spot diameter: w) varies depending on how close it is to ideal parallel light. In the case of a very small divergence angle (△θ) of the light beam, the light spot diameter is w≒ft×△θ Generally, the divergence angle of a light beam with good directionality, such as a gas laser, is about 1 mrad, and it is almost a parallel light beam. It can be considered as From this, w≒100mm×1mrad=0.1mm.

このような光走査で周知の光切断法の原理によ
り稜線近傍における帯状の偏向走査光の軌跡32
はその部分の断面形状をあらわしている。受光レ
ンズ5は第1図のyz平面上にあり、y軸である
投射光軸とある角度θを設け、投光レンズ3の対
象側焦点O(以下これを原点Oという)を通る光
軸を有する受光レンズ5により集束される。一般
によく磨かれた金属を除く普通の物体からの反射
光には、光沢感の原因となる鏡面反射光と、全周
方向に散乱する拡散反射光とがある。光偏光方向
はx軸方向であつて、第1図の配置では上記鏡面
反射光は、入射角に等しい反射角の方向に反射
し、ほとんどyz平面方向には戻つてこないが、
上記の拡散反射光は全周方向に散乱しているの
で、yz平面方向からの光検出も可能となるので
ある。θの値は典型的にはπ/4rad程度である。
受光レンズ5を通過した光は、台形プリズム6の
第2図に示された上底辺面6cの近傍において、
被測定対象4の稜部の断面形状に応じた像、例え
ば凸稜の場合は「∧」字形、また凹稜の場合は
「∨」字形の像を結像する。この台形プリズム6
の面6cは原点Oの結像点O′を含み、受光軸に
直角な面Mに一致しており、その長手方向がx軸
と平行で、その中心と結像点O′が一致して配置
され、被測定対象空間側のx軸、y軸に対応して
面M上にX,Yが図示されている。台形プリズム
6はこのようにして得られる像の折曲部、即ち第
4図に示した稜頂点Pの結像点P′の部分の光のみ
を台形プリズム6の面6c,6dを通して通過さ
せる。このため、面6cの幅は結像P′よりわずか
に大きい程度である。この台形プリズム6を出た
光は直後に配置され、透過して来た全て有効に電
気信号に変換する光検出器7に入射されて電気信
号に変換される。この光検出器7の出力は増幅器
10により信号処理に必要なレベルに増幅され、
位相検波器11の信号入力となる。この位相検波
器11の基準信号入力には、前記光偏向器2を駆
動する基準発信源12より周波数f1の基準信号が
供給される。また位相検波器11は光検出器7よ
りの信号と、基準信号を比較し、原点Oに対する
稜頂点Pのx軸方向の変位に対応した信号を出力
する。
In such optical scanning, the trajectory 32 of the band-shaped deflected scanning light near the ridge line is created using the principle of the well-known optical cutting method.
represents the cross-sectional shape of that part. The light-receiving lens 5 is located on the yz plane in FIG. The light is focused by a light receiving lens 5 having a light receiving lens 5. In general, reflected light from ordinary objects other than well-polished metals includes specular reflected light, which causes a glossy appearance, and diffuse reflected light, which is scattered around the entire circumference. The light polarization direction is the x-axis direction, and in the arrangement shown in FIG. 1, the specularly reflected light is reflected in the direction of the reflection angle equal to the incident angle, and almost never returns to the yz plane direction.
Since the above-mentioned diffusely reflected light is scattered in the entire circumferential direction, light detection from the yz plane direction is also possible. The value of θ is typically on the order of π/4rad.
The light that has passed through the light-receiving lens 5 is near the upper base surface 6c of the trapezoidal prism 6 shown in FIG.
An image corresponding to the cross-sectional shape of the edge of the object to be measured 4 is formed, for example, an "∧"-shaped image in the case of a convex edge, and an "∨"-shaped image in the case of a concave edge. This trapezoidal prism 6
The surface 6c includes the imaging point O' of the origin O, coincides with the plane M perpendicular to the light-receiving axis, its longitudinal direction is parallel to the x-axis, and its center coincides with the imaging point O'. X and Y are shown on the plane M corresponding to the x-axis and y-axis on the side of the space to be measured. The trapezoidal prism 6 allows only the light from the bent portion of the image thus obtained, that is, the image forming point P' of the ridge apex P shown in FIG. 4 to pass through the surfaces 6c and 6d of the trapezoidal prism 6. Therefore, the width of the surface 6c is only slightly larger than the image formation P'. The light that has exited the trapezoidal prism 6 is placed immediately after the trapezoidal prism 6, and enters a photodetector 7 that effectively converts all the transmitted light into electrical signals. The output of this photodetector 7 is amplified by an amplifier 10 to a level necessary for signal processing.
This becomes a signal input to the phase detector 11. A reference signal of frequency f 1 is supplied to the reference signal input of the phase detector 11 from the reference oscillation source 12 that drives the optical deflector 2 . Further, the phase detector 11 compares the signal from the photodetector 7 with a reference signal, and outputs a signal corresponding to the displacement of the ridge apex P with respect to the origin O in the x-axis direction.

次に、以上に説明した機能の詳細を第3図、第
4図により説明する。第3図bは、光源1、光偏
向器2、投光レンズ3よりなる投射軸、即ちy軸
上で原点Oと稜頂点Pが一致した場合を上から見
た図であり、この場合、受光レンズの光軸方向、
即ちyz平面上で、y軸とθの角度方向から観察
した走査光の軌跡は第3図b′のようになる。また
第3図a,cは稜頂点が原点Oに対してx軸の負
方向と正方向に変位した場合を示したもので、そ
の時の光の軌跡は第3図a′,c′のようになる。ま
た第3図に示した光の軌跡は受光レンズ5によつ
て、台形プリズム6の面6c上に第4図a,b,
cで示したように結像される。また、第4図a′,
b′,c′とa″,b″,c″は結像光点位置の時間経過
と、この結像光点が台形プリズム6を間欠的に透
過し、光検出器7によつて光電変換された信号の
時間経過を示している。
Next, details of the functions described above will be explained with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3b is a diagram viewed from above when the origin O and the ridge apex P coincide on the projection axis consisting of the light source 1, the optical deflector 2, and the projection lens 3, that is, the y-axis. Optical axis direction of light receiving lens,
That is, on the yz plane, the trajectory of the scanning light observed from the angular direction of θ with respect to the y axis is as shown in FIG. 3b'. Also, Figure 3 a and c show the case where the ridge apex is displaced in the negative and positive directions of the x-axis with respect to the origin O, and the trajectory of the light at that time is as shown in Figure 3 a' and c'. become. Furthermore, the trajectory of the light shown in FIG.
The image is formed as shown in c. Also, Fig. 4 a′,
b′, c′ and a″, b″, c″ are the time course of the position of the imaged light point, and this imaged light point intermittently passes through the trapezoidal prism 6 and is photoelectrically converted by the photodetector 7. It shows the time course of the signal.

第4図aは原点Oと稜頂点Pが一致した場合、
即ち第3図bの状態に対応し、第4図bは稜頂点
Pが原点Oに対してx軸の正方向に変位した場
合、即ち第3図cの状態に対応し、第4図cは稜
頂点Pが原点Oに対してx軸の負方向に変位した
場合、即ち第3図aの状態に対応している。第4
図a′,b′,c′のように、光点位置が光偏向周期の
正の半周期、即ちO〜T/2の間にx軸の正の部分
を走査し、負の半周期、即ちT/2〜Tの間にx軸
の負の部分を走査しているとすると、稜頂点の結
像P′の光は第4図a,b,cの点線が光点位置の
時間経過を表わす実線と交差した時刻に、第2図
に示した台形プリズム6の面6c,6dを透過
し、光検出器7に入射し、第4図a″,b″,c″の
ような光検出器信号となる。第4図より明らかな
ように、原点Oと稜頂点Pが一致している場合に
は、光検出器信号はT/2ごとの信号列となるが、
稜頂点Pがx軸の正方向に変位した場合には、正
の半周期O〜T/2の間に片寄つた信号列となり、
稜頂点Pがx軸の負方向に変位した場合には、負
の半周期T/2〜Tの間に片寄つた信号列となる。
この信号を直接、通常の位相検波を施しても、稜
頂点Pと原点Oが一致した場合を零点として、被
測定対象のx軸方向の変位に応じて正または負の
直流信号が得られるが、第4図a″,b″,c″から
明らかなように、変位に関する情報は信号の時間
ずれ±δtに含まれるのみで、信号の強度I0には
何ら関係がなく、信号の時間ずれのみをとらえる
ようにすれば、対象の反射率や光源の出力変動等
による感度の変化がなく、精度を高めることがで
きる。
In Fig. 4a, when the origin O and the edge apex P coincide,
That is, it corresponds to the state shown in FIG. 3b, and FIG. corresponds to the case where the edge apex P is displaced in the negative direction of the x-axis with respect to the origin O, that is, the state shown in FIG. 3a. Fourth
As shown in figures a', b', and c', the light spot position scans the positive part of the x-axis during the positive half period of the optical deflection period, that is, from O to T/2, and during the negative half period, That is, assuming that the negative part of the x-axis is scanned between T/2 and T, the light of the image P' at the ridge apex is shown by the dotted lines in Figure 4 a, b, and c, which represent the time course of the light spot position. At the time when the solid line intersects with the solid line representing As is clear from Fig. 4, when the origin O and the ridge apex P coincide, the photodetector signal becomes a signal sequence every T/2, but
When the ridge apex P is displaced in the positive direction of the x-axis, the signal train becomes biased during the positive half period O to T/2,
When the ridge apex P is displaced in the negative direction of the x-axis, the signal train becomes biased between the negative half period T/2 and T.
Even if this signal is directly subjected to normal phase detection, a positive or negative DC signal can be obtained depending on the displacement of the object to be measured in the x-axis direction, with the zero point being the case where the ridge apex P and the origin O coincide. , as is clear from Figure 4 a″, b″, and c″, the information regarding the displacement is only included in the signal time deviation ±δt, and has no relation to the signal strength I0 , and the signal time deviation If only the light is detected, there will be no change in sensitivity due to changes in the reflectance of the object or the output of the light source, and accuracy can be improved.

第4図a″,b″,c″における信号の時間ずれ±
δtのみを測定する位相検波器の実施例を第5図
によつて説明する。第5図において、第1図の光
検出器7の信号(第6図b参照)は入力端子32
aに入力され、増幅度1で反転、非反転するバツ
フア増幅器33,34を通してスイツチ回路35
に入力される。このスイツチ回路35は比較器3
9の出力で駆動される。この比較器の基準入力端
子40には、光偏向信号と位相が一致した三角波
(第6図c参照)が入力されている。今、原点O
と稜頂点Pが一致し、光検出器7の出力がT/2ご
とに出された信号列の場合、増幅器36、低域通
過波器37の出力は零で、積分器38の出力も
零となり、比較器39の出力は光偏向信号(第6
図a参照)と一致したデユーテイサイクル50%の
矩形波信号が出される。ここで、稜頂点が移動し
て入力端子32aの信号がdtの時間ずれを起こす
と、低域波器37の出力に誤差電圧εが生起
し、積分器38の出力も上昇し、それによつて比
較器39の出力も変化し、第6図bに示したよう
に、光検出器7の出力信号の片寄つた側の半周期
が狭つてゆき、この信号の時間ずれδtに一致し
た時点で、低域波器37の出力εは再び零とな
り、積分器38の出力上昇も停止し、比較器39
の出力は2dtだけデユーテイサイクルが変化した
矩形波となる。即ち、この第5図の回路は信号の
時間ずれに追従するループを構成している。この
後、第6図dの信号を光偏向信号と不一致検出論
理(EX−OR)により検出し、アナログ的に低域
通過波器を通し、直流信号として測定すること
も、またデイジタル的に時間隔測定カウンタで測
定することも可能となり、第7図に示すような稜
頂点のx軸方向のずれδxに対応する時間ずれδ
tの入出力特性を得ることができる。典型的に
は、光偏向範囲の80%におよぶ直線性を得てい
る。以上述べた説明は、凸稜、凹稜共に成立する
ことは明らかである。
Figure 4 Signal time deviation at a″, b″, c″±
An embodiment of a phase detector that measures only δt will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the signal of the photodetector 7 of FIG. 1 (see FIG. 6b) is transmitted to the input terminal 32.
A is input to the switch circuit 35 through buffer amplifiers 33 and 34 which are inverted and non-inverted with an amplification degree of 1.
is input. This switch circuit 35 is connected to the comparator 3
It is driven by the output of 9. A triangular wave (see FIG. 6c) whose phase matches that of the optical deflection signal is input to the reference input terminal 40 of this comparator. Now the origin O
When the ridge apex P matches and the output of the photodetector 7 is a signal train output every T/2, the output of the amplifier 36 and the low-pass wave generator 37 is zero, and the output of the integrator 38 is also zero. The output of the comparator 39 is the optical deflection signal (sixth
A rectangular wave signal with a duty cycle of 50% is output, which corresponds to Figure a). Here, when the ridge apex moves and the signal at the input terminal 32a causes a time lag of dt, an error voltage ε is generated at the output of the low-frequency converter 37, and the output of the integrator 38 also increases, thereby causing The output of the comparator 39 also changes, and as shown in FIG. 6b, the half period on the biased side of the output signal of the photodetector 7 becomes narrower, and at the point when this signal coincides with the time difference δt, The output ε of the low frequency filter 37 becomes zero again, the output of the integrator 38 stops increasing, and the output of the comparator 39
The output is a square wave whose duty cycle has changed by 2dt. That is, the circuit shown in FIG. 5 constitutes a loop that follows the time lag of the signal. After this, the signal in Figure 6d can be detected by the optical deflection signal and the mismatch detection logic (EX-OR), passed through a low-pass waveformer in an analog manner, and measured as a DC signal, or digitally measured as a DC signal. It is also possible to measure with a distance measurement counter, and the time deviation δ corresponding to the deviation δx of the ridge apex in the x-axis direction as shown in FIG.
The input/output characteristics of t can be obtained. Typically, linearity over 80% of the optical deflection range is achieved. It is clear that the above explanation holds true for both convex edges and concave edges.

次に、稜頂点のy軸方向の変位を検出する原理
を第8図により説明する。このy軸方向の変位を
検出する系は前記x軸方向の変位を検出する系と
光学系を共用し、同時に動作させることを特徴と
している。第8図a,b,cは稜頂点Pの原点O
に対するy軸方向の変位δyと、それにともなう
稜頂点Pよりの反射光の経路を示している。第8
図aは稜頂点Pと原点Oの間にy軸方向のずれが
ない場合で、稜頂点Pよりの反射光は台形プリズ
ム6を通過し、台形プリズム6の反射面6aおよ
び反射面6bに対向して配置され、面6a、面6
bで反射された光を全て有効に光電変換する光検
出器8および9には入射されない状態を示してい
る。第8図bは、原点Oに対して稜頂点Pがy軸
の負方向の変位をした場合で、このとき稜頂点P
の反射光は台形プリズム6の反射面6bで反射さ
れ、光検出器9に入射する。第8図cはy軸の正
方向への変位の場合で、稜頂点Pの反射光は台形
プリズム6の反射面6aで反射され光検出器8に
入射する。光検出器7,8,9の信号は増幅器1
0,13,14により信号処理に必要なレベルに
増幅され、第1図の演算制御論理回路15に入力
される。この演算制御論理回路15は第8図で説
明された動作、即ち基準発信源12から基準信号
と光検出器7,8,9の出力信号を比較して稜頂
点Pからの反射光を見わけ、稜頂点Pのy軸方向
の変位に対応した信号を出力する。
Next, the principle of detecting the displacement of the ridge apex in the y-axis direction will be explained with reference to FIG. This system for detecting displacement in the y-axis direction shares an optical system with the system for detecting displacement in the x-axis direction, and is characterized in that they operate simultaneously. Figure 8 a, b, and c are the origin O of the ridge apex P.
The displacement δy in the y-axis direction with respect to the ridge apex P and the accompanying path of reflected light from the ridge apex P are shown. 8th
Figure a shows a case where there is no deviation in the y-axis direction between the edge apex P and the origin O, and the reflected light from the edge apex P passes through the trapezoidal prism 6 and faces the reflective surfaces 6a and 6b of the trapezoidal prism 6. surface 6a, surface 6
This shows a state in which all of the light reflected at point b is not incident on photodetectors 8 and 9, which effectively photoelectrically convert it. Figure 8b shows a case where the edge apex P is displaced in the negative direction of the y-axis with respect to the origin O;
The reflected light is reflected by the reflective surface 6b of the trapezoidal prism 6 and enters the photodetector 9. FIG. 8c shows the case of displacement in the positive direction of the y-axis, and the reflected light from the ridge apex P is reflected by the reflective surface 6a of the trapezoidal prism 6 and enters the photodetector 8. The signals of photodetectors 7, 8, 9 are transmitted to amplifier 1
0, 13, and 14 to a level necessary for signal processing, and input to the arithmetic control logic circuit 15 in FIG. This arithmetic control logic circuit 15 performs the operation explained in FIG. , outputs a signal corresponding to the displacement of the edge apex P in the y-axis direction.

この機能の詳細を第9図により説明する。第9
図aは原点Oと稜頂点Pの間にy軸方向の変位が
なく、x軸の正方向の変位のみの場合の光軌跡3
2の結像を示したもので、第8図aに対応してい
る。このとき、光検出器7,8,9の出力は第1
0図b,c,dに示したようになり、光検出器7
の出力は光偏向の1周期中に2個のピークを生じ
光検出器8の出力は零で、光検出器9の出力は光
検出器7のピークに対応した時点が零となる交流
信号を生じる。なお、第9図の説明は凸稜の場合
であるが、凹稜の場合は光検出器8,9の説明が
逆になる。この状態のとき、演算制御論理回路1
5は稜頂点Pが原点近傍の規定距離内に入つたも
のと検出し、規定の距離にあるという信号あるい
は零を送出する。第9図bは凸稜の稜頂点がy軸
の正方向にわずかに変位した状態を示したもの
で、この時、光検出器7の出力は、第10図fに
示したように光偏向一周期の間に4個のピークを
生じ、第10図g,hに示したように、光検出器
8および9の両方が零でない交流信号を生じる。
この状態の時、演算制御論理回路15は光検出器
7の4個のピークにはさまれた時間の内、2n−1/4 T(n=1、2、……)の時点を含まない時間間
隔tdにおいて、光はどちらの検出器に入射してい
るかによつて、稜頂点の変位方向を見わけ、“大
きく変位している”という正または負の一定値の
信号を送出する。第9図の場合は凸稜の例を示し
たもので、tdの時間に、台形プリズム6の反射面
の内のy軸の正方向に対応する反射面6aの光を
検知する光検出器8に光が入射しているので、y
軸の正方向にずれているというように検出判断さ
れる。凹稜の場合、光検出器8,9の信号波形が
逆になるが、tdの時間に光のある側に稜頂点が存
在するといつた判断論理は変らない。
The details of this function will be explained with reference to FIG. 9th
Figure a shows the optical trajectory 3 when there is no displacement in the y-axis direction between the origin O and the ridge apex P, and there is only displacement in the positive direction of the x-axis.
2, which corresponds to FIG. 8a. At this time, the outputs of the photodetectors 7, 8, and 9 are the first
As shown in Figures b, c, and d, the photodetector 7
The output of the photodetector 8 has two peaks during one cycle of optical deflection, the output of the photodetector 8 is zero, and the output of the photodetector 9 is an AC signal that becomes zero at the time corresponding to the peak of the photodetector 7. arise. Note that the explanation of FIG. 9 is for a convex edge, but in the case of a concave edge, the explanation of the photodetectors 8 and 9 is reversed. In this state, the arithmetic control logic circuit 1
5 detects that the edge apex P is within a specified distance near the origin, and sends out a signal indicating that it is within the specified distance or a zero signal. Figure 9b shows a state in which the apex of the convex edge is slightly displaced in the positive direction of the y-axis. Four peaks occur during one cycle, and both photodetectors 8 and 9 produce non-zero AC signals, as shown in FIGS. 10g and 10h.
In this state, the arithmetic control logic circuit 15 determines that the time between the four peaks of the photodetector 7 does not include the time 2n-1/4T (n=1, 2,...) During the time interval td, the direction of displacement of the ridge apex is determined depending on which detector the light is incident on, and a signal of a constant positive or negative value indicating "large displacement" is sent out. The case of FIG. 9 shows an example of a convex ridge, and a photodetector 8 detects light from a reflective surface 6a of the trapezoidal prism 6 corresponding to the positive direction of the y-axis at time td. Since the light is incident on y
It is detected and determined that there is a deviation in the positive direction of the axis. In the case of a concave edge, the signal waveforms of the photodetectors 8 and 9 are reversed, but the logic for determining that the edge apex exists on the side with light at time td remains unchanged.

第9図bの状態で、稜頂点Pのy軸方向変位が
ごくわずかのものになると、4個のピークの時間
隔tdは小さくなり、その時間に光が入射している
側の光検出器の出力は低下している。この場合、
演算制御論理回路15は稜頂点Pが原点Oに接近
したと判断し、低下した側の光検出器の出力の絶
対値に正または負の符号をつけ送出し、最終的に
第9図aの状態に至り停止する。この過渡状態を
第10図f,g,hの破線で示す。第9図cは凸
稜がy軸の負方向に変位した状態を示したもの
で、このようなときには光検出器7の出力が零と
なり、稜頂点Pが変位した側の光検出器の出力は
直流信号となり、他の側の光検出器の出力も零と
なる。即ち、凸稜では光検出器9の出力に、凹稜
では光検出器8の出力に直流信号が生ずる。この
場合、演算制御論理回路15は光検出器8および
9の内で、直流信号を出力している一方の光検出
器が観察しているy軸方向に、稜頂点が“大きく
変位している”と判断し、それに対応した正また
は負の一定値の信号を送出する。
In the state shown in Fig. 9b, when the displacement of the ridge apex P in the y-axis direction becomes very small, the time interval td between the four peaks becomes small, and the photodetector on the side where light is incident at that time becomes output is decreasing. in this case,
The arithmetic control logic circuit 15 determines that the edge apex P approaches the origin O, assigns a positive or negative sign to the absolute value of the output of the photodetector on the side where it has decreased, and sends it out, finally as shown in FIG. 9a. state and stop. This transient state is shown by the broken lines in FIG. 10f, g, and h. Figure 9c shows a state in which the convex edge is displaced in the negative direction of the y-axis. In such a case, the output of the photodetector 7 becomes zero, and the output of the photodetector on the side where the edge apex P is displaced. becomes a DC signal, and the output of the photodetector on the other side also becomes zero. That is, a DC signal is generated at the output of the photodetector 9 at the convex edge, and at the output from the photodetector 8 at the concave edge. In this case, the arithmetic and control logic circuit 15 detects that the ridge apex is "largely displaced" in the y-axis direction observed by one of the photodetectors 8 and 9, which is outputting a DC signal. ” and sends out a signal with a constant positive or negative value corresponding to it.

第9図cの状態で、稜頂点Pのy軸方向変位が
ごくわずかのものになると、直流信号中にわずか
に値が低下する時点が生じ、光検出器7の出力が
その時点でわずかに上昇する。この場合、演算制
御論理回路15は稜頂点Pが原点Oに接近したと
判断し、その出力低下の時点の瞬時値に正または
負の符号をつけ送出し、最終的に第9図aの状態
に至り、停止する。この過渡状態を第10図j,
k,lの破線で示す。
When the displacement of the ridge apex P in the y-axis direction becomes extremely small in the state shown in FIG. Rise. In this case, the arithmetic control logic circuit 15 determines that the edge apex P has approached the origin O, assigns a positive or negative sign to the instantaneous value at the time of the output drop, and sends it out, ultimately resulting in the state shown in FIG. 9a. It reaches and stops. This transient state is shown in Figure 10j,
Indicated by dashed lines k and l.

第9図dは凸稜の稜頂点Pがy軸の正方向へ大
きく変位した状態を示す。この場合も第9図cと
同様に、光検出器7の出力は零で、稜頂点Pが大
きく変位した側の光検出器の出力は直流信号とな
り、他の側の光検出器の出力も零となり、演算制
御論理回路15の判断論理および信号送出も第9
図cと同様である。しかし、稜頂点Pが原点Oに
接近するよう動かした場合の結像は、偏向走査の
端点Q1,Q2の像点Q′1,Q′2より面6cに入射す
る。このことは、光検出器7の出力が増大し始め
て、稜頂点のある側の直流信号に低下する時点が
検出されたときの信号変化の時刻は、2n−1/4T (n=1、2、……)より生起することが第9図
cの場合と異なる。演算制御論理回路15はこの
条件より第9図cとdの場合を区別して判断し、
第9図dの破線で示す状態に至つても、“大きく
変位している”という正または負の符号つきの一
定値の送出を停止せず、遂には第9図bの状態に
移り、以後は第9図bの制御論理状態に切替えら
れる。
FIG. 9d shows a state in which the ridge apex P of the convex ridge is largely displaced in the positive direction of the y-axis. In this case as well, the output of the photodetector 7 is zero, as in FIG. It becomes zero, and the judgment logic and signal sending of the arithmetic control logic circuit 15 also become zero.
Similar to figure c. However, when the edge apex P is moved closer to the origin O, the image formed is incident on the surface 6c from the image points Q' 1 and Q' 2 of the end points Q 1 and Q 2 of the deflection scan. This means that the signal change time is 2n-1/4T (n=1, 2 , . . .), what occurs is different from the case shown in FIG. 9c. Based on this condition, the arithmetic control logic circuit 15 distinguishes between cases c and d in FIG.
Even when the state shown by the broken line in Fig. 9d is reached, the transmission of a constant value with a positive or negative sign indicating "large displacement" is not stopped, and the state finally shifts to the state shown in Fig. 9b, and from then on, The control logic state of FIG. 9b is switched.

第11図は、このような機能を持つた演算制御
論理回路の出力特性の1例を示したもので、A,
B,C,Dは第9図の凸稜のy軸方向の変位のそ
れぞれの状態に対応している。また凹稜の場合で
も、同様な判断論理で第11図の特性が得られる
ことは明らかである。
Figure 11 shows an example of the output characteristics of an arithmetic control logic circuit with such a function.
B, C, and D correspond to the respective states of displacement of the convex edge in the y-axis direction in FIG. 9. It is clear that even in the case of a concave edge, the characteristics shown in FIG. 11 can be obtained using similar judgment logic.

以上のように、本発明は、稜頂点の原点に対す
るx軸方向、y軸方向の変位を同時に検出できる
ものである。
As described above, the present invention is capable of simultaneously detecting the displacement of a ridge apex in the x-axis direction and the y-axis direction with respect to the origin.

次に、第1図と第12図を用いて自動追尾動作
を説明する。まず、y軸頂点変位に対応した演算
制御論理回路15の出力は、電力増幅器19へ送
られて電力増幅され、駆動モータ20を制御す
る。この駆動モータ機構20は全光学系1〜9が
塔載して外乱光や電気的雑音を防止する筐体に設
けた検出系本体28を連結した三次元に運動可能
な3軸駆動機構、例えば三次元測定機29等の手
段における3軸運動アームのうちの投射光軸方向
に動くアームを駆動する。このサーボ系の作用に
より、検出系本体28と目的物4との距離を常に
一定に保つ。この駆動アーム21の移動量はこの
アーム21に取りつけられた三次元測定機29の
測長器23により測定され、y軸稜線座標値とし
て記録される。またそれに直交する投光偏向方向
の変位に対応する位相検波器11の出力は、電力
増幅器16により電力増幅され、駆動モータ機構
17を制御し、前記3軸アームのうちで投光偏向
方向に動くアーム18を駆動する。このサーボ系
の作用によつて検出系本体28は目的物4の正面
に常に位置する。正確に言えば、投射光軸と稜線
頂点を常に一致させることができる。この駆動ア
ーム18の移動量をアーム18に取りつけられた
測長器22により測定し、x軸稜線座標値として
記録される。前記3軸のアームの内で残る1軸の
アーム26は稜線ののびる方向に定ピツチあるい
はプログラムされた間隔で制御装置30、電力増
幅器24、駆動モータ25により駆動され、アー
ム26の移動量は、それに取りつけられた測長器
27により測定され、z軸稜線座標値として記録
される。制御装置30は測長器22,23,27
のデータを記憶し、適当な表示または記録装置3
1にプログラム等で人為的に指示されたz軸測定
点ごとにデータを転送し、稜線三次元座標値とし
て表示または記録される。同時に、制御装置30
は現実に稜線の延びる方向が前述の説明のように
三次元測定機のz軸と一致せず、例えば三次元測
定機のx軸およびy軸の合成方向で表現される場
合は、適切な方向の駆動アームを同時に制御し、
稜線の延びる方向に検出系本体28を移動させれ
ばよい。
Next, automatic tracking operation will be explained using FIGS. 1 and 12. First, the output of the arithmetic control logic circuit 15 corresponding to the y-axis vertex displacement is sent to the power amplifier 19, where the power is amplified, and the drive motor 20 is controlled. This drive motor mechanism 20 is a three-axis drive mechanism capable of three-dimensional movement, connected to a detection system body 28 provided in a housing on which all optical systems 1 to 9 are mounted and which prevents disturbance light and electrical noise. The arm that moves in the direction of the projection optical axis among the three-axis moving arms in means such as the three-dimensional measuring machine 29 is driven. The action of this servo system keeps the distance between the detection system main body 28 and the object 4 constant. The amount of movement of the drive arm 21 is measured by the length measuring device 23 of the coordinate measuring machine 29 attached to the arm 21, and recorded as a y-axis ridge line coordinate value. Further, the output of the phase detector 11 corresponding to the displacement in the light projection deflection direction perpendicular thereto is power amplified by the power amplifier 16, controls the drive motor mechanism 17, and moves the three-axis arm in the light projection deflection direction. The arm 18 is driven. Due to the action of this servo system, the detection system main body 28 is always located in front of the object 4. To be precise, the projection optical axis and the ridge apex can always be made to coincide. The amount of movement of the drive arm 18 is measured by a length measuring device 22 attached to the arm 18, and recorded as an x-axis ridge line coordinate value. The remaining one axis of the arms 26 among the three axes is driven by a control device 30, a power amplifier 24, and a drive motor 25 at fixed pitches or programmed intervals in the direction in which the ridgeline extends, and the amount of movement of the arm 26 is as follows: It is measured by a length measuring device 27 attached thereto and recorded as a z-axis ridge line coordinate value. The control device 30 includes length measuring devices 22, 23, 27
The data is stored in a suitable display or recording device 3.
In step 1, data is transferred for each z-axis measurement point artificially designated by a program or the like, and is displayed or recorded as a three-dimensional ridgeline coordinate value. At the same time, the control device 30
In reality, if the direction in which the ridgeline extends does not match the z-axis of the coordinate measuring machine as explained above, and is expressed by the composite direction of the x-axis and y-axis of the coordinate measuring machine, for example, the appropriate direction control the drive arms of the
The detection system main body 28 may be moved in the direction in which the ridgeline extends.

このように、本発明は、任意の三次元形状物体
の稜線を非接触で探り出し、自動的に追尾しなが
ら稜線の三次元座標値の非接触自動測定が可能と
なる。
In this manner, the present invention enables non-contact detection of the ridge line of an arbitrary three-dimensional object and automatic non-contact measurement of the three-dimensional coordinate value of the ridge line while automatically tracking the edge line.

以上の実施例において、対象物4を非常に高い
精度で追従させる場合に、第13図に示したよう
に、対象物4の稜頂角の2等分線の方向(第13
図の例ではy′軸で表わしており、以下の説明では
稜法線と呼ぶ方向)とy軸である投射光軸が、第
13図bに示したように一致した状態に対して、
第13図a,cの状態のようにある角度を生じて
いる場合に、これを測定しようとすると、この角
度のために僅かな誤差が生じて問題となる場合が
ある。即ち、第13図a′,b′c′は台形プリズム6
上での光の軌跡の結像32′を表わしているが、
この結像は第13図b′から第13図a′,c′のよう
に歪み、y軸に対して対称形ではなくなる。従つ
て、第14図aの32′Aで示した結像のとき、
実際にx軸の変位はないにもかかわらず、第14
図cで示したように、光検出器7の出力は破線で
示した時間差を生じているので、x軸のサーボ系
は停止せず、第14図の32′Bまで進んだとき
に光検出器7の出力は時間差がなくなり、このx
軸の変位を残したまま、サーボ系は停止すること
になる。この誤差量は第13図a,b,cにφで
示した対象物4の稜角度が大きい程顕著になる。
In the above embodiment, when tracking the object 4 with very high accuracy, as shown in FIG.
In the example shown in the figure, the direction (represented by the y' axis, which will be referred to as the edge normal in the following explanation) and the projection optical axis (the y axis) coincide as shown in Figure 13b,
If a certain angle is generated, as in the situations shown in FIGS. 13a and 13c, if an attempt is made to measure this angle, a slight error may occur due to this angle, which may pose a problem. That is, Fig. 13 a', b'c' shows the trapezoidal prism 6.
It represents the image formation 32' of the trajectory of light on the
This image formation is distorted as shown in FIGS. 13b' to 13a' and c', and is no longer symmetrical with respect to the y-axis. Therefore, when the image is formed as shown at 32'A in FIG. 14a,
Although there is no actual displacement in the x-axis, the 14th
As shown in Figure c, the output of the photodetector 7 has a time difference shown by the broken line, so the x-axis servo system does not stop and the photodetector is detected when it reaches 32'B in Figure 14. The output of the device 7 has no time difference, and this x
The servo system will stop while the axis remains displaced. This amount of error becomes more significant as the edge angle of the object 4, indicated by φ in FIGS. 13a, b, and c, becomes larger.

第15図は、上記のような誤差を除去するため
に、光学系を回転して光の軌跡の結像を第13図
bに一致させるようにした本発明の他の実施例を
示したもので、1はレーザ等の指向性のよい細光
線源、2は光をx軸方向に偏向走査する光偏向
器、3は光偏向器2の偏向中心と焦点を一致して
配置される投光レンズ、4は稜をもつた被測定対
象、5は投光レンズ3の光軸(以下投射光軸、即
ちy軸)と0゜から90゜内の一定の角度を有し、
偏向走査方向と直交する光軸(以下受光軸とい
う)を持ち、被測定対象4よりの反射光を集束
し、結像せしめる受光レンズ、6は第2図にその
詳細を示す台形プリズムで、上底辺面6cと下底
辺面6dが光を透過させ、面6a,6dが光を反
射させるような構造であり、面6cが受光レンズ
5の結像面に一致し、その長手方向(図中Xで示
す)が、光偏向走査方向(x軸)と平行に配置さ
れ、幅wおよび高さlが結像を充分におおう大き
さを持つた台形プリズム、7は台形プリズム6を
透過した光を電気信号に変換する第1の光検出
器、8は台形プリズム6の6a面で反射された光
を電気信号に変換する第2の光検出器、9は台形
プリズム6の6b面で反射された光を電気信号に
変換する第3の光検出器、10,13,14は
各々第1、第2、第3の光検出器7,8,9の微
弱信号を信号処理に必要なレベルに増幅する増幅
器、12は光偏向器2を駆動する基準発信源、1
1は基準発信源12の信号を基準として光検出器
7、増幅器10を通過した信号を位相検波する位
相検波器、15は基準発信源12の信号を基準と
して光検出器7,8,9、増幅器10,13,1
4の信号の相関を演算する演算制御論理回路、1
6は位相検波器11の信号を増幅する電力増幅
器、17は電力増幅器16、前記光源1、光偏向
器2、投光レンズ3、受光レンズ5、台形プリズ
ム6、光検出器7,8,9を載せた検出光学系ヘ
ツド28をx、y、zの3次元に移動させる機能
を有する3次元駆動機構29の3軸のアームの内
の光偏向走査方向、即ち第1図の例ではx軸のア
ーム18を駆動する駆動モータ、19は演算制御
論理回路の出力を増幅する電力増幅器、20は3
次元駆動機構29の3軸のアームの内の投射光軸
方向、即ち第1図の例ではy軸のアーム21を駆
動する駆動モータ、22はアーム18に取付けら
れ、アーム18の移動量を測定する距離測定器、
23はアーム21に取付けられアーム21の移動
量を測定する距離測定器、24は制御装置30の
指令を増幅する電力増幅器、25は電力増幅器2
4の出力により前記3次元駆動機構の3軸のアー
ムの内残る1軸、第1図では、稜線方向、2軸の
アーム26を駆動する駆動モータ、27はアーム
26に取付けられ、アーム26の移動量を測定す
る距離測定器、30は本発明の測定装置の主制御
装置、31は表示記録装置、32は対象上の偏向
走査光の軌跡、44は受光レンズ5からの光を2
方向に分岐する半透明鏡、45は原点Oの結像面
に配置され、分岐した受光軸と直交し、x軸に平
行にその長手方向を配置した開口部を有し、その
開口幅が台形プリズム6の面6cの幅と異なる光
学スリツト、46はこのスリツト45を透過した
光を電気信号に変換する光検出器、47はスリツ
ト45、光検出器46またはスリツト45のみを
載せ、受光軸を中心に回転する回転ドラム、48
は台形プリズム6、光検出器7,8,9または台
形プリズム6、光検出器8,9だけを載せ受光軸
を中心に回転する回転ドラム、49は回転ドラム
47、回転ドラム48を同期して互に逆方向に回
転させる機構で、その回転量および回転方向は電
気信号によつて制御される内部回転機構、50は
光検出器46の信号を信号処理に必要なレベルま
で増幅する増幅器、51は基準発信源12の信号
を基準に光検出器46、増幅器50からの信号を
位相検波する位相検波器、52は位相検波器51
と位相検波器11の出力の差を減算する演算器、
53は入力信号を増幅し、回転機構49を回転さ
せる電力増幅器、54は演算器52の出力を正、
零、負の3値に変換する比較器、55は位相検波
器51の出力と、位相検波器11の出力で、係数
のついた減算を実行する演算器、56は電力増幅
器53の入力を制御装置の指令により、制御装置
の出力か、演算器52の出力とに切換えるスイツ
チ機構、57は検出光学系全体をz軸方向を中心
に回転させる機構、58は電力増幅器、59は外
部回転機構57の回転角を測定する測定器、60
は内部回転機構49の回転角を検出する回転角検
出器である。
FIG. 15 shows another embodiment of the present invention in which the optical system is rotated so that the image of the light trajectory matches that shown in FIG. 13b in order to eliminate the above-mentioned error. 1 is a narrow light source with good directivity such as a laser, 2 is an optical deflector that deflects and scans the light in the x-axis direction, and 3 is a light projector whose focus is aligned with the center of deflection of the optical deflector 2. A lens 4 is an object to be measured having an edge, 5 has a constant angle within 0° to 90° with the optical axis of the projection lens 3 (hereinafter referred to as the projection optical axis, i.e., y axis),
The light receiving lens has an optical axis (hereinafter referred to as the light receiving axis) perpendicular to the deflection scanning direction and focuses the reflected light from the object to be measured 4 and forms an image. 6 is a trapezoidal prism whose details are shown in FIG. The structure is such that the base surface 6c and the lower base surface 6d transmit light, and the surfaces 6a and 6d reflect the light. ) is a trapezoidal prism arranged parallel to the light deflection scanning direction (x-axis) and whose width w and height l are large enough to cover the image formation. A first photodetector 8 converts the light reflected on the 6a surface of the trapezoidal prism 6 into an electrical signal, 9 a second photodetector that converts the light reflected on the 6b surface of the trapezoidal prism 6. Third photodetectors 10, 13, and 14 that convert light into electrical signals amplify the weak signals of the first, second, and third photodetectors 7, 8, and 9 to the level required for signal processing, respectively. 12 is a reference oscillation source that drives the optical deflector 2;
Reference numeral 1 refers to a photodetector 7 using the signal from the reference source 12 as a reference, and a phase detector that detects the phase of the signal that has passed through the amplifier 10. Reference numeral 15 refers to photodetectors 7, 8, 9 using the signal from the reference source 12 as a reference. Amplifier 10, 13, 1
an arithmetic control logic circuit that calculates the correlation between the signals of No. 4; 1;
6 is a power amplifier for amplifying the signal of the phase detector 11; 17 is a power amplifier 16; the light source 1; the optical deflector 2; the light projecting lens 3; the light receiving lens 5; the trapezoidal prism 6; and the photodetectors 7, 8, 9. The optical deflection scanning direction of the three-axis arm of the three-dimensional drive mechanism 29, which has the function of moving the detection optical system head 28 carrying the detection optical system head 28 in three dimensions of x, y, and z, that is, the x-axis in the example of FIG. 19 is a power amplifier that amplifies the output of the arithmetic control logic circuit; 20 is a drive motor that drives the arm 18;
A drive motor 22 that drives the arm 21 in the projection optical axis direction of the three-axis arms of the dimensional drive mechanism 29, that is, the y-axis in the example of FIG. 1, is attached to the arm 18, and measures the amount of movement of the arm 18. distance measuring device,
23 is a distance measuring device that is attached to the arm 21 and measures the amount of movement of the arm 21; 24 is a power amplifier that amplifies commands from the control device 30; 25 is a power amplifier 2;
A drive motor 27 is attached to the arm 26 and drives the remaining one axis of the three-axis arms of the three-dimensional drive mechanism, the two-axis arm 26 in the ridgeline direction in FIG. 30 is the main controller of the measuring device of the present invention; 31 is the display/recording device; 32 is the locus of the deflected scanning light on the object; 44 is the main controller for the measuring device of the present invention;
The semi-transparent mirror 45 that branches in directions is arranged on the imaging plane of the origin O, is perpendicular to the branched light receiving axis, has an opening whose longitudinal direction is arranged parallel to the x-axis, and whose opening width is trapezoidal. An optical slit with a width different from the width of the surface 6c of the prism 6, 46 a photodetector that converts the light transmitted through the slit 45 into an electrical signal, 47 a photodetector 45, a photodetector 46, or only the slit 45 mounted thereon, with the light receiving axis Rotating drum rotating at the center, 48
49 is a rotary drum on which only the trapezoidal prism 6 and the photodetectors 7, 8, 9 or the trapezoidal prism 6 and the photodetectors 8, 9 are mounted and rotates around the light receiving axis; An internal rotating mechanism that rotates in opposite directions, the amount and direction of which are controlled by electrical signals; 50 is an amplifier that amplifies the signal from the photodetector 46 to a level necessary for signal processing; 51; 52 is a phase detector that detects the phase of the signal from the photodetector 46 and the amplifier 50 based on the signal from the reference source 12; 52 is a phase detector 51;
an arithmetic unit that subtracts the difference between the output of the phase detector 11 and the output of the phase detector 11;
53 is a power amplifier that amplifies the input signal and rotates the rotation mechanism 49; 54 is a power amplifier that outputs the output of the arithmetic unit 52;
A comparator that converts into zero and negative three values; 55 is an arithmetic unit that performs subtraction with a coefficient using the output of the phase detector 51 and the output of the phase detector 11; 56 is a control unit that controls the input of the power amplifier 53; A switch mechanism that switches between the output of the control device and the output of the arithmetic unit 52 according to a command from the device; 57 a mechanism that rotates the entire detection optical system around the z-axis; 58 a power amplifier; and 59 an external rotation mechanism 57. Measuring device for measuring the rotation angle of 60
is a rotation angle detector that detects the rotation angle of the internal rotation mechanism 49.

次に、本実施例の動作原理を説明する。まず、
数字1〜32の構成の動作原理は、第1図〜第8図
の説明と同じであるから省略する。次に、稜法線
と投射光軸の傾きを検出する本実施例の動作原理
を説明する。第16図aは台形プリズム6の前面
における結像32′を示し、第16図bはスリツ
ト45の前面における結像を左右反転させた結像
32″を示し、d1は台形プリズム6の光透過幅、
d2はスリツト45の開口幅である。第16図cは
そのときの光点位置時間経過を示し、第16図
d,eは光検出器7と光検出器46の出力を示し
ている。結像32′と32″は全く同じ形態とな
り、説明のため、第17図a,b,cに重ねて表
わしており、第17図a,b,cは各々第13図
c′,b′,a′の状態に対応している。第14図で示
したように光検出器7または46の出力に含まれ
る時間差の情報は単にx軸方向の変位に関する項
と稜法線と投射光軸の傾きによる誤差の項の和に
なつている。更に傾き誤差に関する項は、光透過
域の幅即ち第17図におけるd1およびd2に対する
依存性を持つており、近似的には光透過域の幅と
誤差による成分との積になつている。このことは
第17図a′,a″,b′,b″,c′,c″に示されてい
る。即ち、検出器7の出力に現われた傾きによる
誤差時間差は、光検出器46の出力に台形プリズ
ム6、スリツト45の光透過域の幅の比の分だけ
拡大(あるいは図と逆にd1>d2ならば縮少)して
現われることを示してある。x軸変位に関する時
間差は光検出器7、光検出器46の出力に等量あ
らわれることより、光検出器7と光検出器46か
ら得られる2つの情報を単に加減算のみでx軸変
位に関する項と傾きによる誤差の項を分離できる
ことが容易に理解されよう。これを第15図によ
つて説明する。半透明鏡44によつて分岐した光
はスリツト45上に台形プリズム6の前面と同様
に結像し、その折曲部の光のみスリツト45を透
過し、光検出器46により光電変換される。この
信号は増幅器50により増幅され、前述の説明の
時間差のみを測定する位相検波器51に入力し、
基準発信源12を基準に位相検波されることは光
検出器7から位相検波器11までの系と全く同様
である。次に、位相検波器11の出力と位相検波
器51の出力の減算が演算器52により実施さ
れ、傾きによる誤差の項が分離される。また台形
プリズム6とスリツト35の光透過域の幅の比の
係数をかけた減算が演算器55により実施され、
x軸変位に関する項が分離される。
Next, the operating principle of this embodiment will be explained. first,
The operating principles of the configurations numbered 1 to 32 are the same as those described in FIGS. 1 to 8, and will therefore be omitted. Next, the operating principle of this embodiment for detecting the inclination of the edge normal and the projection optical axis will be explained. FIG. 16a shows an image 32' on the front surface of the trapezoidal prism 6, FIG . transmission width,
d 2 is the opening width of the slit 45. FIG. 16c shows the light spot position over time, and FIGS. 16d and 16e show the outputs of the photodetector 7 and the photodetector 46. The images 32' and 32'' have exactly the same form and are shown superimposed on FIGS. 17a, b, and c for explanation, and FIGS. 17a, b, and c are respectively shown in FIG.
It corresponds to the states c′, b′, and a′. As shown in FIG. 14, the time difference information included in the output of the photodetector 7 or 46 is simply the sum of a term related to the displacement in the x-axis direction and an error term due to the inclination of the ridge normal and the projection optical axis. There is. Furthermore, the term related to the tilt error has a dependence on the width of the light transmission region, that is, d 1 and d 2 in FIG. 17, and is approximately the product of the width of the light transmission region and the error component. . This is shown in FIG. It is shown that the output appears enlarged by the ratio of the widths of the light transmission areas of the trapezoidal prism 6 and the slit 45 (or, contrary to the figure, it is reduced if d 1 > d 2 ).Time difference related to x-axis displacement appears in the same amount in the outputs of the photodetector 7 and the photodetector 46. Therefore, by simply adding and subtracting the two pieces of information obtained from the photodetector 7 and the photodetector 46, a term related to the x-axis displacement and an error term due to the tilt can be obtained. This will be explained with reference to Fig. 15.The light branched by the semi-transparent mirror 44 forms an image on the slit 45 in the same way as the front surface of the trapezoidal prism 6, and Only the light from the curved portion passes through the slit 45 and is photoelectrically converted by the photodetector 46. This signal is amplified by the amplifier 50 and input to the phase detector 51 which measures only the time difference described above.
Phase detection is performed using the reference source 12 as a reference, which is exactly the same as in the system from the photodetector 7 to the phase detector 11. Next, the output of the phase detector 11 and the output of the phase detector 51 are subtracted by the arithmetic unit 52, and the error term due to the slope is separated. Further, the calculation unit 55 performs subtraction by multiplying the ratio of the widths of the light transmission areas of the trapezoidal prism 6 and the slit 35 by a coefficient.
The term related to x-axis displacement is separated.

次に、傾きによる誤差を補償する動作を説明す
る。まず演算器52,55により分離されたx軸
の変位に関する項と傾きによる誤差に関する項と
を用い、変位に関する項をx軸サーボ系に、傾き
に関する項そのままにして、電力増幅器58を介
して検出ヘツド外部回転機構57を駆動しても、
傾きよる誤差の補償は実行されるが、3軸駆動機
構29の先端に取付けた検出ヘツド部をいたずら
に大型化し、大重量化することになり、得策では
ない。
Next, the operation of compensating for errors due to tilt will be explained. First, using the term related to the displacement of the x-axis and the term related to the error due to the inclination, which are separated by the computing units 52 and 55, the term related to the displacement is sent to the x-axis servo system, and the term related to the inclination is left unchanged, and the term is detected via the power amplifier 58. Even if the head external rotation mechanism 57 is driven,
Although compensation for errors due to inclination is carried out, it would unnecessarily increase the size and weight of the detection head attached to the tip of the three-axis drive mechanism 29, which is not a good idea.

本発明は、この傾きによる誤差の補償機構を内
蔵し、外部回転機構の精度に対する負担を軽減す
ることを大きな特徴としている。この補償機構を
第15図〜第18図によつて説明する。前述の自
動追尾動作によつてy軸サーボ系、x軸サーボ系
が作動し、停止した状態における台形プリズム
6、スリツト45の前面の結像を第18図aに示
す。このとき、第18図a′に示した光検出器7の
出力は見かけ上、時間差零になつているが、第1
8図a″に示した光検出器46の出力は傾きによる
誤差の時間差を含み、零ではない。これが演算器
52により演算され、スイツチ56を通り、電力
増幅器53を介して同期回転機構49を駆動し、
回転ドラム48,47を同期回転させ、第18図
bの状態に至る。この回転により第18図b″に
示した光検出器46の出力の時間差は零となる
が、第18図b′に示した光検出器7の出力には再
び時間差が生じてくる。これは演算器55で演算
され、x軸サーボ系を駆動し、以下これを繰り返
えすことにより、最後に第18図cの状態に至つ
て停止する。このとき、光検出器7,46の出力
は第18図c′,c″に示したように共に零になる。
この動作により傾きによる誤差が補償され、x軸
の変位を高精度に求めることができる。なお、こ
の傾きによる誤差の補償は、稜角度が90゜の場合
は±20゜の範囲で行なうことができ、また150゜
の大きな稜頂角の場でも±数度の範囲で補償する
ことができる。
A major feature of the present invention is that it incorporates a compensation mechanism for errors caused by this inclination, thereby reducing the burden on the accuracy of the external rotation mechanism. This compensation mechanism will be explained with reference to FIGS. 15 to 18. FIG. 18a shows an image of the front surface of the trapezoidal prism 6 and the slit 45 in a state where the y-axis servo system and the x-axis servo system are activated and stopped by the automatic tracking operation described above. At this time, the output of the photodetector 7 shown in FIG. 18a' appears to have a time difference of zero, but the first
The output of the photodetector 46 shown in FIG. drive,
The rotating drums 48 and 47 are rotated synchronously to reach the state shown in FIG. 18b. Due to this rotation, the time difference between the outputs of the photodetector 46 shown in FIG. 18b'' becomes zero, but a time difference occurs again in the output of the photodetector 7 shown in FIG. 18b'. The calculation is performed by the calculator 55, the x-axis servo system is driven, and this process is repeated until the state shown in FIG. As shown in Fig. 18 c' and c'', both become zero.
This operation compensates for the error due to the tilt, and allows the x-axis displacement to be determined with high precision. Note that compensation for errors due to this inclination can be performed within a range of ±20° when the ridge angle is 90°, and can be compensated within a range of ± a few degrees even when the crest angle is as large as 150°. can.

以上に説明した内蔵補償回転機構47,48,
49,53により外部回転機構58,57は高精
度を持つ必要がなく、数度のピツチの粗い回転角
度の駆動でよい。即ち、制御装置30は回転角検
出器60により内部回転機構47〜49の内部回
転角度が±数度を超えたことを検出した場合はス
イツチ56によつて内部回転機構を停止せしめ、
同時に比較器54の出力により回転方向を判別
し、電力増幅器58を介して外部回転機構57を
駆動し、検出光学系ヘツド部を数度の定ピツチ分
だけ回転させ、スイツチ56を再び切換え、次の
測定に入るように制御する。また制御装置41は
測角器59により検出光学系ヘツドの回転角度を
読み取り、y軸である投射軸が3次元駆動機構の
y軸方向と異なつたことを検出し、以後の投射光
軸方向の変位と、それに直交する方向の変位を補
正するサーボ系の動作を、x′、y′軸アームの動き
の合成によつて実現するように制御する。即ち、
第15図の実施例において、理解を容異にするた
めに、便宜上位相検波器や演算機の出力がx軸サ
ーボ系およびy軸サーボ系に直結するように記載
してあるが、現実には両サーボ系は共に制御装置
30の監視下にある。
The built-in compensation rotation mechanisms 47, 48 described above,
49 and 53, the external rotation mechanisms 58 and 57 do not need to have high precision, and may be driven at a rough rotation angle of several degrees. That is, when the control device 30 detects by the rotation angle detector 60 that the internal rotation angles of the internal rotation mechanisms 47 to 49 exceed ± several degrees, the control device 30 causes the switch 56 to stop the internal rotation mechanisms.
At the same time, the rotation direction is determined based on the output of the comparator 54, the external rotation mechanism 57 is driven via the power amplifier 58, the detection optical system head is rotated by a fixed pitch of several degrees, the switch 56 is switched again, and the next rotation is performed. control to enter measurement. In addition, the control device 41 reads the rotation angle of the detection optical system head using the goniometer 59, detects that the projection axis, which is the y-axis, is different from the y-axis direction of the three-dimensional drive mechanism, and determines the subsequent direction of the projection optical axis. The operation of the servo system that corrects the displacement and the displacement in the direction perpendicular to it is controlled so as to be realized by combining the movements of the x' and y' axis arms. That is,
In the embodiment shown in FIG. 15, in order to make it easier to understand, the outputs of the phase detector and arithmetic unit are shown as being directly connected to the x-axis servo system and the y-axis servo system, but in reality, Both servo systems are under the control of a controller 30.

以上説明したように、稜頂点の原点に対するx
軸方向、y軸方向の変位を同時に検出できるもの
である。
As explained above, x with respect to the origin of the edge vertex
Displacement in the axial direction and the y-axis direction can be detected simultaneously.

次に、第15図と第19図によつて自動追尾動
作を説明する。まず、y軸頂点変位に対応した演
算制御論理回路15の出力は電力増幅器19へ送
られて電力増幅され、駆動モータ20を制御す
る。この駆動モータ機構20は全光学系1〜9に
塔載して外乱光や電気的雑音を防止する筐体に設
けた検出系本体28を連結した3次元に運動可能
な3軸駆動機構、例えば3次元測定機29等の手
段における3軸運動アームのうちの投射光軸方向
に動くアーム21を駆動する。このサーボ系の作
用により、検出系本体28と目的物4との距離を
常に一定に保つ。この駆動アーム21の移動量は
このアーム21に取りつけられた3次元測定機2
9の測長器23により測定され、y軸稜線座標植
として記録される。またそれに直交する投光偏向
方向の変位に対応する演算器55の出力は、電力
増幅器16により電力増幅され、駆動モータ機構
17を制御し、前記3軸アームのうちで投光偏向
方向に動くアーム18を駆動する。このサーボ系
の作用によつて、x軸サーボ系と内蔵回転機構は
同時あるいはくり返して作動し、光検出器7と光
検出器46の出力が共に時間差零になつたときに
停止し、このときの駆動アーム18の移動量をア
ーム18に取りつけられた測長器22により測定
し、x軸稜線座標値として記録される。前記3軸
のアームの内で残る1軸のアーム26は稜線のの
びる方向に定ピツチあるいはプログラムされた間
隔で制御装置30、電力増幅器24、駆動モータ
25により駆動され、アーム26の移動量は、そ
れに取りつけられた測長器27により測定され、
z軸稜線座標値として記録される。制御装置30
は測長器22,23,27のデータを記憶し、適
当な表示または記録装置31にプログラム等で人
為的に指示されたz軸測定点ごとにデータを転送
し、稜線3次元座標値として表示または記録され
る。同時に、制御装置30は現実に稜線が延びる
方向および投射光軸の方向等が3次元測定機の各
軸と一致しない場合、例えば3次元測定機のx軸
およびy軸の合成方向で表現される場合は、測角
器59等の情報によつて適当なアームを同時に制
御し、検出系本体28を移動させればよい。
Next, the automatic tracking operation will be explained with reference to FIGS. 15 and 19. First, the output of the arithmetic control logic circuit 15 corresponding to the y-axis vertex displacement is sent to the power amplifier 19, where the power is amplified, and the drive motor 20 is controlled. This drive motor mechanism 20 is a three-axis drive mechanism capable of three-dimensional movement, which is connected to a detection system main body 28 mounted on all the optical systems 1 to 9 and provided in a housing that prevents disturbance light and electrical noise. The arm 21 that moves in the direction of the projection optical axis among the three-axis moving arms in a means such as a three-dimensional measuring machine 29 is driven. The action of this servo system keeps the distance between the detection system main body 28 and the object 4 constant. The amount of movement of this drive arm 21 is determined by the amount of movement of the three-dimensional measuring machine 2 attached to this arm 21.
9, and recorded as a y-axis ridgeline coordinate plot. Further, the output of the arithmetic unit 55 corresponding to the displacement in the direction of deflection of light emitted perpendicular thereto is power amplified by a power amplifier 16, and controls the drive motor mechanism 17, which controls the arm of the three-axis arm that moves in the direction of deflection of light emitted. 18. Due to the action of this servo system, the x-axis servo system and the built-in rotation mechanism operate simultaneously or repeatedly, and stop when the time difference between the outputs of both the photodetector 7 and the photodetector 46 becomes zero. The amount of movement of the drive arm 18 is measured by a length measuring device 22 attached to the arm 18, and is recorded as an x-axis ridge line coordinate value. The remaining one axis of the arms 26 among the three axes is driven by a control device 30, a power amplifier 24, and a drive motor 25 at fixed pitches or programmed intervals in the direction in which the ridgeline extends, and the amount of movement of the arm 26 is as follows: Measured by a length measuring device 27 attached to it,
It is recorded as a z-axis ridge line coordinate value. Control device 30
stores the data of the length measuring devices 22, 23, and 27, transfers the data to an appropriate display or recording device 31 for each Z-axis measurement point artificially instructed by a program, etc., and displays it as a three-dimensional coordinate value of the ridge line. or recorded. At the same time, if the direction in which the ridge line actually extends, the direction of the projection optical axis, etc. do not match the respective axes of the three-dimensional measuring machine, the control device 30 may express the direction by, for example, the composite direction of the x-axis and y-axis of the three-dimensional measuring machine. In this case, appropriate arms may be controlled simultaneously using information from the goniometer 59, etc., and the detection system main body 28 may be moved.

このように、本発明は、任意の3次元形状物体
の稜線を非接触で探り出し、自動的に追尾しなが
ら稜線の3次元座標値の非接触自動測定が可能と
なる。
In this manner, the present invention enables non-contact detection of the ridge line of an arbitrary three-dimensional object and automatic non-contact measurement of the three-dimensional coordinate value of the ridge line while automatically tracking the edge line.

第20図は、第1図の実施例の他の実施例を示
したもので、第1図と同じ符号のものは同じもの
を示している。即ち1はレーザ等の指向性のよい
細光線源、2は光をx軸方向に偏向走査する光偏
向器、3は光偏向器2の偏向中心と焦点を一致し
て配置される投光レンズ、4は稜をもつた被測定
対象、5は投光レンズ3の光軸(投射光軸、即ち
y軸)と0゜から90゜の一定の角度を有し、偏向
走査方向と直交する光軸(以下受光軸という)を
持ち、被測定対象4よりの反射光を集束し、結像
せしめる受光レンズ、7,8,9は第1、第2、
第3の光検出器、10,13,14は各々第1、
第2、第3の光検出器7,8,9の微弱信号を信
号処理に必要なレベルに増幅する増幅器、12は
光偏向器2を駆動する基準発信源、11は基準発
信源12の信号を基準として光検出器7、増幅器
10を通過した信号を位相検波する位相検波器、
15は基準発信源12の信号を基準として光検出
器7,8,9、増幅器10,13,14の信号の
相関を演算する演算制御論理回路、16は位相検
波器11の信号を増幅する電力増幅器、17は電
力増幅器16の出力により前記光源1、光偏向器
2、投光レンズ3、受光レンズ5、台形プリズム
6、光検出器7,8,9を載せた検出光学系ヘツ
ド28をx,y,zの3次元に移動させる機能を
有する3次元駆動機構29の3軸のアームの内の
光偏向走査方向、即ち第1図の例ではx軸のアー
ム18を駆動する駆動モータ、19は演算制御論
理回路の出力を増幅する電力増幅器、20は3次
元駆動機構29の3軸のアームの内の投射光軸方
向、即ち第1図の例ではy軸のアーム21を駆動
する駆動モータ、22はアーム18に取付けら
れ、アーム18の移動量を測定する距離測定器、
23はアーム21に取り付けられアーム21の移
動量を測定する距離測定器、24は制御装置30
の指令を増幅する電力増幅器、25は電力増幅器
24の出力により前記3次元駆動機構の3軸のア
ームの内残る1軸、第1図では稜線方向、2軸の
アーム26を駆動する駆動モータ、27はアーム
に取付けられ、アーム26の移動量を測定する距
離測定器、30は本発明の測定装置の主制御装
置、31は表示記録装置、32は対象上の偏向走
査光の軌跡であるが、本実施例が第1図の実施例
と異つている点は、受光レンズ5の結像面にスリ
ツト61を配し、このスリツト61の背後に第1
の光検出器7を設け、またこのスリツト61と受
光レンズ5の間にハーフミラー62を設けて、第
1の光検出器7に入射する光の一部を第1のスリ
ツト幅と同程度の間隙をもつて並べて設けられた
第2、第3の光検出器8,9に入射するようにし
たものである。本実施例の動作は第1図の実施例
の動作と全く変らないので説明は省略する。
FIG. 20 shows another embodiment of the embodiment shown in FIG. 1, and the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same components. In other words, 1 is a thin light beam source with good directivity such as a laser, 2 is an optical deflector that deflects and scans the light in the x-axis direction, and 3 is a light projection lens whose focus is aligned with the center of deflection of the optical deflector 2. , 4 is an object to be measured with an edge, and 5 is a light beam that has a constant angle from 0° to 90° with the optical axis of the projection lens 3 (projection optical axis, i.e., y-axis) and is orthogonal to the deflection scanning direction. 7, 8, 9 are first, second, and
The third photodetectors, 10, 13 and 14 are respectively the first and
An amplifier that amplifies the weak signals from the second and third photodetectors 7, 8, and 9 to a level required for signal processing; 12 is a reference source that drives the optical deflector 2; 11 is a signal from the reference source 12; a phase detector that detects the phase of the signal that has passed through the photodetector 7 and the amplifier 10 with reference to
15 is an arithmetic control logic circuit that calculates the correlation between the signals of the photodetectors 7, 8, 9 and amplifiers 10, 13, and 14 using the signal of the reference source 12 as a reference; 16 is the power that amplifies the signal of the phase detector 11; An amplifier 17 uses the output of the power amplifier 16 to control the detection optical system head 28 on which the light source 1, optical deflector 2, light projecting lens 3, light receiving lens 5, trapezoidal prism 6, and photodetectors 7, 8, and 9 are mounted. A drive motor 19 that drives the light deflection scanning direction of the three-axis arms of the three-dimensional drive mechanism 29, which has the function of moving in the three dimensions of , y, and z, that is, the x-axis arm 18 in the example of FIG. 20 is a power amplifier that amplifies the output of the arithmetic control logic circuit, and 20 is a drive motor that drives the arm 21 in the projection optical axis direction of the three-axis arms of the three-dimensional drive mechanism 29, that is, in the example of FIG. 1, the y-axis arm 21. , 22 is a distance measuring device that is attached to the arm 18 and measures the amount of movement of the arm 18;
23 is a distance measuring device attached to the arm 21 and measures the amount of movement of the arm 21; 24 is a control device 30;
A power amplifier 25 amplifies the command of the power amplifier 24, and a drive motor 25 that drives the remaining one of the three axes of the three-axis arm of the three-dimensional drive mechanism, the two-axis arm 26 in the ridge direction in FIG. 27 is a distance measuring device attached to the arm and measures the amount of movement of the arm 26; 30 is the main controller of the measuring device of the present invention; 31 is a display/recording device; and 32 is the locus of the deflected scanning light on the object. , this embodiment differs from the embodiment shown in FIG.
A half mirror 62 is provided between the slit 61 and the light-receiving lens 5, and a part of the light incident on the first photodetector 7 is divided into a width approximately equal to the width of the first slit. The light is made incident on second and third photodetectors 8 and 9 which are arranged side by side with a gap between them. The operation of this embodiment is completely the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, so a description thereof will be omitted.

また、第21図は、第15図の実施例の他の実
施例を示したものであるが、第1、第2、第3の
光検出器7,8,9、スリツト61、ハーフミラ
ー62の配置および数字1〜5、10〜31のものは
第20図に記載したものと同じであり、本実施例
の動作は第15図の実施例の動作と全く変らない
ので、説明は省略する。
Furthermore, FIG. 21 shows another embodiment of the embodiment shown in FIG. The arrangement of and the numbers 1 to 5 and 10 to 31 are the same as those shown in Fig. 20, and the operation of this embodiment is completely the same as that of the embodiment shown in Fig. 15, so the explanation will be omitted. .

なお、以上の実施例では、第1、第2、第3の
光検出器7,8,9はそれぞれ別の光検出器で構
成したが、第22図に示したように、1つの面に
光検出器7,8,9を設けた集積型光検出器63
を用いても同様に稜線を測定することができる。
即ち、第23図に示したように、第1図の第1、
第2、第3の光検出器7,8,9および台形プリ
ズム6の代りに、この集積型光検出器63を設け
ればよい。この実施例では、他の構成は第1図の
構成と全く同じであり、また動作も同じであるの
で、説明は省略する。
In the above embodiment, the first, second, and third photodetectors 7, 8, and 9 were each composed of separate photodetectors, but as shown in FIG. Integrated photodetector 63 provided with photodetectors 7, 8, and 9
Edges can be measured in the same way using .
That is, as shown in FIG. 23, the first,
This integrated photodetector 63 may be provided in place of the second and third photodetectors 7, 8, 9 and the trapezoidal prism 6. In this embodiment, the other configurations are exactly the same as the configuration in FIG. 1, and the operation is also the same, so the explanation will be omitted.

更に、第24図に示したように、この集積型光
検出器63を第15図に示した実施例の回転ドラ
ム48に設けることによつて、第15図の実施例
と同じ動作を行わせることができる。この第24
図の実施例も他の構成は第15図の実施例の動作
と同じであるので、説明は省略する。
Furthermore, as shown in FIG. 24, by providing this integrated photodetector 63 on the rotating drum 48 of the embodiment shown in FIG. 15, the same operation as in the embodiment shown in FIG. 15 can be performed. be able to. This 24th
The operation of the embodiment shown in the figure is otherwise the same as that of the embodiment shown in FIG. 15, so a description thereof will be omitted.

以上説明したように、本発明によれば、任意の
3次元形状物体の稜線を非接触で探り出し、自動
的に追尾して稜線の3次元座標値の非接触測定が
できる。
As described above, according to the present invention, the ridgeline of an arbitrary three-dimensional object can be detected in a non-contact manner, automatically tracked, and the three-dimensional coordinate values of the ridgeline can be measured in a non-contact manner.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明による稜線座標自動測定装置
の一実施例の構成図、第2図は、台形プリズムの
詳解図、第3図、第4図は、稜線の光軸に直角な
方向への変位を検出する原理説明図、第5図は信
号処理回路の一実施例の回路図、第6図は、第5
図の各部の信号波形図、第7図は、稜線の光軸に
直角な方向への変位に対する検出出力の特性例を
示した図、第8図〜第10図は、稜線の光軸方向
への変位を検出する原理説明図、第11図は、演
算制御論理回路の出力特性の1例を示した図、第
12図は、本発明の稜線3次元座標の自動測定装
置の1実施例の構成図、第13図、第14図は、
投射光軸と稜頂角の2等分線が傾きをもつた例を
説明するための図、第15図は、本発明の他の実
施例の構成図、第16図〜第18図は、第5図の
動作説明図、第19図は、本発明の稜線3次元座
標の自動測定装置の他の実施例の構成図、第20
図は、本発明の更に他の実施例の構成図、第21
図は、本発明の別の実施例の構成図、第22図
は、集積型光検出器の構成例を示した図、第23
図、第24図は、本発明の更に別の実施例を構成
図、第25図は、本発明装置の作用原理の説明図
である。 1……細光線源、2……光偏向器、3……投光
レンズ、4……被測定対象、5……受光レンズ、
6……台形プリズム、7,8,9……光検出器、
12……基準発信源、15……演算制御論理回
路、16……電力増幅器、17,20……駆動モ
ータ、22,27……距離測定器、30……主制
御装置、31……表示記録装置。
Fig. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an automatic edge coordinate measuring device according to the present invention, Fig. 2 is a detailed diagram of a trapezoidal prism, and Figs. FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of the signal processing circuit, and FIG.
Signal waveform diagrams for each part in the figure, Figure 7 is a diagram showing an example of the characteristics of the detection output with respect to displacement in the direction perpendicular to the optical axis of the ridgeline, and Figures 8 to 10 are diagrams showing the characteristics of the detection output for displacement in the direction perpendicular to the optical axis of the ridgeline. FIG. 11 is a diagram showing an example of the output characteristics of the arithmetic control logic circuit, and FIG. 12 is an illustration of an embodiment of the automatic measuring device for three-dimensional coordinates of an edge line according to the present invention. The configuration diagram, Figures 13 and 14 are as follows:
A diagram for explaining an example in which the bisector of the projection optical axis and the ridge apex angle has an inclination, FIG. 15 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention, and FIGS. 16 to 18 are FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation, FIG.
FIG. 21 is a block diagram of still another embodiment of the present invention.
22 is a diagram showing a configuration example of an integrated photodetector, and FIG. 23 is a diagram showing a configuration example of another embodiment of the present invention.
24 is a block diagram of still another embodiment of the present invention, and FIG. 25 is an explanatory diagram of the principle of operation of the apparatus of the present invention. 1... Thin light source, 2... Light deflector, 3... Light projecting lens, 4... Target to be measured, 5... Light receiving lens,
6... Trapezoidal prism, 7, 8, 9... Photodetector,
12... Reference source, 15... Arithmetic control logic circuit, 16... Power amplifier, 17, 20... Drive motor, 22, 27... Distance measuring device, 30... Main controller, 31... Display record Device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一定幅に一定の繰り返し周期で走査させた細
光線を被測定対象稜に走査方向が稜線を横切るよ
うに、前記稜の法線方向から投射する細光線発生
装置と、前記細光線の走査方向に対して垂直方向
にある定められた角度位置に前記被測定対象稜か
らの反射光を集束し、前記被測定対象稜の断面形
状に対応する「∧」または「∨」字形の像を結像
させる受光手段と、前記受光手段の結像光の内
で、前記細光線の走査方向に所定の長さと、垂直
方向に微小の幅を有した第1の領域に入る結像
光、すなわち「∧」または「∨」字形の像の角の
部分の光の強度を検出する第1の光検出手段と、
前記第1の領域をはさんで該領域を除いた上下の
範囲の第2、第3の領域の結像の光の強度を各々
検出する第2、第3の光検出手段が固定された検
出光学系ヘツドと、 前記第1の光検出手段の出力信号が前記走査の
周期と同期した一定の繰り返し周期になるよう
に、前記光検出光学系ヘツドを前記細光線の走査
方向に移動し、前記走査範囲の中心と稜線の走査
方向への位置ずれが零になるように制御するx軸
サーボ手段と、 前記第1、第2、第3の検出手段の出力信号が
定められた関係になるように、前記検出光学系ヘ
ツドと被測定対象稜との距離を変化させ前記検出
光学系ヘツドと被測定対象稜との距離間隔を一定
に保つように制御するy軸サーボ手段と、 前記光学系ヘツドを前記細光線の走査方向と直
角方向、すなわち稜線の方向に一定の速度で移動
させるz軸サーボ手段と、 前記x軸、y軸およびz軸の各サーボ手段によ
る前記光学系ヘツドの移動の移動量を稜線の座標
として表示する手段と を有することを特徴とする稜線座標自動測定装
置。 2 前記受光手段が、前記細光線の走査方向に対
して垂直方向にある定められた角度位置に配置さ
れ前記被測定対象稜からの反射光を集束する受光
レンズと、上底辺面が受光レンズからの光を透過
させ、対向する2つの側辺面が受光レンズからの
光を反射する台形プリズムからなり、第1の光検
出手段は前記台形プリズムを透過した光を検出
し、第2の光検出手段および第3の光検出手段は
前記台形プリズムの2つの側辺面により反射した
光をそれぞれ検出するように、前記台形プリズム
に対し相対的に配設されていることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の稜線座標自動測定装
置。 3 前記受光手段は、前記細光線の走査方向に対
して垂直方向にある定められた角度位置に配置さ
れ前記被測定対象稜からの反射光を集束する受光
レンズと、その受光レンズからの光を一部透過さ
せ、一部側方へ反射させるハーフミラーと、 このハーフミラーを透過した光のうち、前記細
光線の走査方向に所定の長さと、垂直方向に微小
の幅を有した第1の領域に対応した部分のみを通
過させるためのスリツトを有するマスクとを具備
し、 第1の光検出手段は前記マスクを通過した光を
検出し、第2の光検出手段および第3の光検出手
段は前記ハーフミラーの側方へ反射した光の内前
記第2、第3の領域の結像光をそれぞれ検出する
ように、前記ハーフミラーに対し相対的に配設さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の稜線座標自動測定装置。 4 前記受光手段は、前記細光線の走査方向に対
して垂直方向にある定められた角度位置に配置さ
れ前記被測定対象稜からの反射光を集束する受光
レンズからなり、 第1の検出手段は、前記第1の領域の結像光を
受光するように前記所定の長さと前記微小の幅に
対応した寸法を持ち、前記受光レンズからの光の
結像位置に配置され、第2、第3の検出手段は、
前記第2、第3の領域の結像光を受光するよう
に、第1の光検出手段の幅方向の両脇に接近して
配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の稜線座標自動測定装置。 5 一定幅に一定の繰り返し周期で走査させた細
光線を被測定対象稜に走査方向が稜線を横切るよ
うに、前記稜の法線方向から投射する細光線発生
装置と、前記細光線の走査方向に対して垂直方向
にある定められた角度位置に前記被測定対象稜か
らの反射光を集束し、前記被測定対象稜の断面形
状に対応する「∧」または「∨」字形の像を結像
させる受光手段と、前記受光手段の結像光の内
で、前記細光線の走査方向に所定の長さと、垂直
方向に微小の幅を有した第1の領域に入る結像
光、すなわち「∧」または「∨」字形の像の角の
部分の光の強度を検出する第1の光検出手段と、
前記第1の領域をはさんで該領域を除いた上下の
範囲の第2、第3の領域の結像の光の強度を各々
検出する第2、第3の光検出手段と、前記第1の
光検出手段に入射する光を前記第1の検出手段の
領域の所定の長さ方向に対して直角に反射され、
前記第1の検出手段の領域と同方向に所定の長さ
を有し、かつ前記第1の光検出手段の領域と異な
る微小幅を有した領域に入る結像の光の強度を検
出する第4の光検出手段が固定された検出光学系
ヘツドと、 前記第1の光検出手段の出力信号が前記走査の
周期と同期した一定の繰り返し周期になるよう
に、前記検出光学系ヘツドを前記細光線の走査方
向に移動し、前記走査範囲の中心と稜線の走査方
向への位置ずれが零になるように制御するx軸サ
ーボ手段と、 前記第1、第2、第3の検出手段の出力信号が
定められた関係になるように、前記検出光学系ヘ
ツドと被測定対象稜との距離を変化させ前記検出
光学系ヘツドと被測定対象稜との距離間隔を一定
に保つように制御するy軸サーボ手段と、 前記第4の光検出手段の出力信号が定められた
繰り返し周期になるように前記第1、第2、第
3、第4の光検出手段をそのままの位置関係で、
前記受光手段の受光軸のまわりに回転させ稜の法
線方向と前記細光線の投射光軸が傾きをもつた場
合に生じる誤差を減少させる角度設定サーボ手段
と、 前記光学系ヘツドを前記細光線の走査方向と直
角方向、すなわち稜線の方向に一定の速度で移動
させるz軸サーボ手段と、 前記x軸、y軸およびz軸の各サーボ手段によ
る前記光学系ヘツドの移動の移動量を稜線の座標
として表示する手段と を有することを特徴とする稜線座標自動測定装
置。 6 前記受光手段が、前記細光線の走査方向に対
して垂直方向にある定められた角度位置に配置さ
れ前記被測定対象稜からの反射光を集束する受光
レンズと、上底辺面が受光レンズからの光を透過
させ、対向する2つの側辺面が受光レンズからの
光を反射する台形プリズムからなり、第1の光検
出手段は前記台形プリズムを透過した光を検出
し、第2の光検出手段および第3の光検出手段は
前記台形プリズムの2つの側辺面により反射した
光をそれぞれ検出するように、前記台形プリズム
に対し相対的に配設されていることを特徴とする
特許請求の範囲第5項記載の稜線座標自動測定装
置。 7 前記受光手段は、前記細光線の走査方向に対
して垂直方向にある定められた角度位置に配置さ
れ前記被測定対象稜からの反射光を集束する受光
レンズと、その受光レンズからの光を一部透過さ
せ、一部側方へ反射させるハーフミラーと、 このハーフミラーを透過した光のうち、前記細
光線の走査方向に所定の長さと、垂直方向に微小
の幅を有した第1の領域に対応した部分のみを通
過させるためのスリツトを有するマスクとを具備
し、 第1の光検出手段は前記マスクを通過した光を
検出し、第2の光検出手段および第3の光検出手
段は前記ハーフミラーの側方へ反射した光の内前
記第2、第3の領域の結像光をそれぞれ検出する
ように、前記ハーフミラーに対し相対的に配設さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第5項
記載の稜線座標自動測定装置。 8 前記受光手段は、前記細光線の走査方向に対
して垂直方向にある定められた角度位置に配置さ
れ前記被測定対象稜からの反射光を集束する受光
レンズからなり、 第1の検出手段は、前記第1の領域の結像光を
受光するように前記所定の長さと前記微小の幅に
対応した寸法を持ち、前記受光レンズからの光の
結像位置に配置され、第2、第3の検出手段は、
前記第2、第3の領域の結像光を受光するよう
に、第1の光検出手段の幅方向の両脇に接近して
配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第5項記載の稜線座標自動測定装置。 9 第4の光検出手段は、前記受光レンズを出射
した光の光路中に挿入されたハーフミラーを有
し、そのハーフミラーによる反射光を受光する位
置に配置されていることを特徴とする特許請求の
範囲第6〜8項のいずれか1項記載の稜線座標自
動測定装置。
[Scope of Claims] 1. A thin light beam generating device that projects a thin light beam scanned with a constant width at a constant repetition period onto the edge of the object to be measured from the normal direction of the edge so that the scanning direction crosses the edge line; The reflected light from the edge of the object to be measured is focused at a predetermined angular position in the direction perpendicular to the scanning direction of the thin beam, and "∧" or "∨" corresponds to the cross-sectional shape of the edge of the object to be measured. a light-receiving means for forming a letter-shaped image, and a first region of the imaging light of the light-receiving means having a predetermined length in the scanning direction of the thin beam and a minute width in the vertical direction; a first light detection means for detecting the intensity of the image light, that is, the light of the corner part of the "∧" or "∨"-shaped image;
Detection in which second and third light detection means are fixed, each detecting the intensity of the imaged light in the second and third areas in the upper and lower ranges sandwiching the first area and excluding the area. moving the photodetecting optical system head in the scanning direction of the narrow beam so that the output signal of the first photodetecting means has a constant repetition period synchronized with the scanning period; x-axis servo means for controlling the positional deviation between the center of the scanning range and the ridge line in the scanning direction to zero, and the output signals of the first, second, and third detection means to have a predetermined relationship. y-axis servo means for changing the distance between the detection optical system head and the edge of the object to be measured so as to maintain a constant distance interval between the detection optical system head and the edge of the object to be measured; z-axis servo means for moving the optical system head at a constant speed in a direction perpendicular to the scanning direction of the narrow beam, that is, in the direction of the ridge line; and movement of the optical system head by each of the x-axis, y-axis, and z-axis servo means. 1. An automatic edge line coordinate measuring device comprising means for displaying the amount as coordinates of the edge line. 2. The light receiving means includes a light receiving lens that is arranged at a predetermined angular position in a direction perpendicular to the scanning direction of the thin light beam and that focuses the reflected light from the edge of the object to be measured, and a light receiving lens whose upper base surface is from the light receiving lens. The first light detecting means detects the light transmitted through the trapezoidal prism, and the second light detecting means detects the light transmitted through the trapezoidal prism. The means and the third light detection means are arranged relative to the trapezoidal prism so as to respectively detect the light reflected by the two side surfaces of the trapezoidal prism. The automatic ridgeline coordinate measuring device according to scope 1. 3. The light receiving means includes a light receiving lens that is arranged at a predetermined angular position in a direction perpendicular to the scanning direction of the thin light beam and that focuses the reflected light from the edge of the object to be measured, and a light receiving lens that collects the light from the light receiving lens. a half mirror that partially transmits the light and partially reflects it to the side; and a first mirror that has a predetermined length in the scanning direction of the thin beam and a minute width in the vertical direction, out of the light that has passed through the half mirror; a mask having a slit for passing only a portion corresponding to the area, the first light detection means detects the light passing through the mask, the second light detection means and the third light detection means are arranged relative to the half mirror so as to respectively detect the imaging light of the second and third regions out of the light reflected laterally of the half mirror. An automatic edge coordinate measuring device according to claim 1. 4. The light receiving means includes a light receiving lens arranged at a predetermined angular position in a direction perpendicular to the scanning direction of the thin light beam and converging the reflected light from the edge of the object to be measured; , having dimensions corresponding to the predetermined length and the minute width so as to receive the imaging light of the first area, and disposed at the imaging position of the light from the light receiving lens; The detection means of
Claim 1, characterized in that the first light detection means is arranged close to both sides in the width direction of the first light detection means so as to receive the imaging light of the second and third regions. The automatic ridge coordinate measuring device described above. 5. A thin light beam generating device that projects a thin light beam scanned in a constant width at a constant repetition period onto the edge of the object to be measured from the normal direction of the edge so that the scanning direction crosses the edge line, and a scanning direction of the thin light beam. The reflected light from the edge of the object to be measured is focused at a predetermined angular position in the direction perpendicular to the edge of the object to be measured, and an "∧" or "∨"-shaped image corresponding to the cross-sectional shape of the edge of the object to be measured is formed. and, among the imaged light of the light receiving means, the imaged light that enters a first region having a predetermined length in the scanning direction of the narrow beam and a minute width in the vertical direction, that is, "∧ ” or “∨”-shaped image;
second and third light detection means for respectively detecting the intensity of the imaged light in the second and third regions in the upper and lower ranges sandwiching the first region and excluding the region; the light incident on the light detection means is reflected at right angles to a predetermined length direction of the region of the first detection means;
A first detector for detecting the intensity of the imaged light entering a region having a predetermined length in the same direction as the region of the first light detecting means and having a minute width different from the region of the first light detecting means. a detection optical system head to which a fourth photodetection means is fixed; and a detection optical system head that is fixed to the first photodetection means such that the output signal of the first photodetection means has a constant repetition period synchronized with the scanning period. x-axis servo means that moves in the scanning direction of the light beam and controls the positional deviation between the center of the scanning range and the ridge line in the scanning direction to zero; and outputs of the first, second, and third detection means. The distance between the head of the detection optical system and the edge of the object to be measured is changed so that the signals have a predetermined relationship, and the distance between the head of the detection optical system and the edge of the object to be measured is controlled to be kept constant. The axis servo means and the first, second, third, and fourth light detection means are kept in the same positional relationship so that the output signal of the fourth light detection means has a predetermined repetition period,
angle setting servo means for rotating the light receiving means around the light receiving axis to reduce errors that occur when the normal direction of the ridge and the projection optical axis of the thin beam are tilted; z-axis servo means for moving the optical system head at a constant speed in a direction perpendicular to the scanning direction of the optical system, that is, in the direction of the ridgeline; 1. An automatic edge coordinate measuring device comprising: means for displaying coordinates. 6. The light receiving means includes a light receiving lens arranged at a predetermined angular position in a direction perpendicular to the scanning direction of the thin light beam and converging the reflected light from the edge of the object to be measured, and an upper base side surface of the light receiving lens. The first light detecting means detects the light transmitted through the trapezoidal prism, and the second light detecting means detects the light transmitted through the trapezoidal prism. The means and the third light detection means are arranged relative to the trapezoidal prism so as to respectively detect the light reflected by the two side surfaces of the trapezoidal prism. The automatic ridgeline coordinate measuring device according to scope 5. 7. The light receiving means includes a light receiving lens that is arranged at a predetermined angular position in a direction perpendicular to the scanning direction of the thin light beam and that focuses the reflected light from the edge of the object to be measured, and a light receiving lens that collects the light from the light receiving lens. a half mirror that partially transmits the light and partially reflects it to the side; and a first mirror that has a predetermined length in the scanning direction of the thin beam and a minute width in the vertical direction, out of the light that has passed through the half mirror; a mask having a slit for passing only a portion corresponding to the area, the first light detection means detects the light passing through the mask, the second light detection means and the third light detection means are arranged relative to the half mirror so as to respectively detect the imaging light of the second and third regions out of the light reflected laterally of the half mirror. An automatic edge coordinate measuring device according to claim 5. 8. The light receiving means includes a light receiving lens arranged at a predetermined angular position in a direction perpendicular to the scanning direction of the thin light beam and converging the reflected light from the edge of the object to be measured; , having dimensions corresponding to the predetermined length and the minute width so as to receive the imaging light of the first area, and disposed at the imaging position of the light from the light receiving lens; The detection means of
Claim 5, characterized in that the first light detection means is arranged close to both sides of the first light detection means in the width direction so as to receive the imaging light of the second and third regions. The automatic ridge coordinate measuring device described above. 9. A patent characterized in that the fourth light detection means has a half mirror inserted into the optical path of the light emitted from the light receiving lens, and is arranged at a position to receive the light reflected by the half mirror. An automatic edge coordinate measuring device according to any one of claims 6 to 8.
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JPS59162608U (en) * 1983-04-06 1984-10-31 橋本 宏 Bar bending measuring device
JPH01199102A (en) * 1988-12-26 1989-08-10 Hitachi Ltd Apparatus for inspecting three-dimensional shape

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