JPS6210361B2 - - Google Patents
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- JPS6210361B2 JPS6210361B2 JP55137265A JP13726580A JPS6210361B2 JP S6210361 B2 JPS6210361 B2 JP S6210361B2 JP 55137265 A JP55137265 A JP 55137265A JP 13726580 A JP13726580 A JP 13726580A JP S6210361 B2 JPS6210361 B2 JP S6210361B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 26
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/28—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring areas
- G01B11/285—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring areas using photoelectric detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は曲面を有する物体表面のあらさ(粗
さ)を光学的に測定する非接触式のあらさ計の改
良に関するものである。
さ)を光学的に測定する非接触式のあらさ計の改
良に関するものである。
物体表面のあらさを反射光量によつて測定する
ようにした非接触式のあらさ計においては、物体
表面に対する距離と角度を所定の値に合わせるこ
とが必要であるが、従来のこの種の装置において
は静的に測定するものがほとんどであり、物体表
面が曲面となつている場合には手動で距離と角度
の調整を行なつている。このため、連続的に曲面
の表面あらさを測定する場合には操作が面倒であ
るとともに時間がかかつて能率的でないという問
題点があり、距離合わせ、面角度合わせの自動化
が要望されていた。
ようにした非接触式のあらさ計においては、物体
表面に対する距離と角度を所定の値に合わせるこ
とが必要であるが、従来のこの種の装置において
は静的に測定するものがほとんどであり、物体表
面が曲面となつている場合には手動で距離と角度
の調整を行なつている。このため、連続的に曲面
の表面あらさを測定する場合には操作が面倒であ
るとともに時間がかかつて能率的でないという問
題点があり、距離合わせ、面角度合わせの自動化
が要望されていた。
本発明はこのような点に着目してなされたもの
であつて、結像部に光ポジシヨンセンサを有する
受光器と、受光器の光軸に対して一定の角度で傾
斜し一定の距離において交わる光軸を有する少な
くとも一対のビーム投光器と、受光器内の光ポジ
シヨンセンサにより被測定面に生ずる二つのビー
ム投光器の光点の位置ずれを検出して被測定面と
の距離を調整するサーボ制御部と、受光器内の光
ポジシヨンセンサにより被測定面に生ずる二つの
ビーム投光器の光点の光度差を検出して被測定面
との角度を調整するサーボ制御部とを具備するこ
とにより、簡単な構成によつて距離合わせと面角
度合わせを自動的に行なうことのできる表面あら
さ測定装置を提供したものである。
であつて、結像部に光ポジシヨンセンサを有する
受光器と、受光器の光軸に対して一定の角度で傾
斜し一定の距離において交わる光軸を有する少な
くとも一対のビーム投光器と、受光器内の光ポジ
シヨンセンサにより被測定面に生ずる二つのビー
ム投光器の光点の位置ずれを検出して被測定面と
の距離を調整するサーボ制御部と、受光器内の光
ポジシヨンセンサにより被測定面に生ずる二つの
ビーム投光器の光点の光度差を検出して被測定面
との角度を調整するサーボ制御部とを具備するこ
とにより、簡単な構成によつて距離合わせと面角
度合わせを自動的に行なうことのできる表面あら
さ測定装置を提供したものである。
以下、本発明を図示の実施例について説明す
る。第1図はヘツド部の構成を示すもので、テー
ブル1の中央に受光器2を、その両側にビーム投
光器3a,3bを取付けてあり、ビーム投光器3
a,3bは受光器2に対して光軸を角度αだけ傾
斜させ、一点でこれらの光軸が交わるようにして
ある。受光器2はレンズ4と光ポジシヨンセンサ
5で構成されており、光軸が交わる点の像が光ポ
ジシヨンセンサ5上において結像するようになつ
ている。またビーム投光器3a,3bの前面には
シヤツタ6a,6bがそれぞれ設けられており、
シヤツタ6a,6bは交互に開放して各ビーム投
光器3a,3bのビーム光が交互に被測定面8を
照射するようになつている。
る。第1図はヘツド部の構成を示すもので、テー
ブル1の中央に受光器2を、その両側にビーム投
光器3a,3bを取付けてあり、ビーム投光器3
a,3bは受光器2に対して光軸を角度αだけ傾
斜させ、一点でこれらの光軸が交わるようにして
ある。受光器2はレンズ4と光ポジシヨンセンサ
5で構成されており、光軸が交わる点の像が光ポ
ジシヨンセンサ5上において結像するようになつ
ている。またビーム投光器3a,3bの前面には
シヤツタ6a,6bがそれぞれ設けられており、
シヤツタ6a,6bは交互に開放して各ビーム投
光器3a,3bのビーム光が交互に被測定面8を
照射するようになつている。
光ポジシヨンセンサ5はポジシヨン・センシテ
イブ・デイテクタ(PSD)と称されているもの
で、半導体面上に照射された光点の位置に比例し
た出力が得られる素子であり、二次元センサとし
ては第2図のようにX方向にX1,X2,Y方向に
Y1,Y2の各出力が得られるようになつており、
X方向の光点位置は X1−X2/X1+X2 で表わされ、Y方向の光点位置は Y1−Y2/Y1+Y2 で表わされる。ここで、シヤツタ6a,6bが作
動すると光ポジシヨンセンサ5の受光面上ビーム
光が切換わり、被測定面8との距離xが基準距離
x0からずれている場合、第2図のようにビーム投
光器3aによる光点Aとビーム投光器3bによる
光点Bとが一致せず、光点がX方向に振動するこ
とになる。第3図は本実施例装置の機能ブロツク
図であり、光ポジシヨンセンサ5の出力は検出演
算部11で処理されて光点位置信号(X1−X2)/
(X1+X2)に変換される。判定処理部12はシヤ
ツタ6a,6bの作動を制御するとともに、前記
の光点位置信号とシヤツタ6a,6bとの関係か
ら被測定面8との距離xが基準距離x0より大きい
か小さいかを判定し、xがx0に近付くようにx軸
サーボ制御部13に指令を出す。これによりx軸
駆動部14が作動してヘツド部のテーブル1をx
軸方向に駆動し、距離xは基準距離x0に調整され
る。
イブ・デイテクタ(PSD)と称されているもの
で、半導体面上に照射された光点の位置に比例し
た出力が得られる素子であり、二次元センサとし
ては第2図のようにX方向にX1,X2,Y方向に
Y1,Y2の各出力が得られるようになつており、
X方向の光点位置は X1−X2/X1+X2 で表わされ、Y方向の光点位置は Y1−Y2/Y1+Y2 で表わされる。ここで、シヤツタ6a,6bが作
動すると光ポジシヨンセンサ5の受光面上ビーム
光が切換わり、被測定面8との距離xが基準距離
x0からずれている場合、第2図のようにビーム投
光器3aによる光点Aとビーム投光器3bによる
光点Bとが一致せず、光点がX方向に振動するこ
とになる。第3図は本実施例装置の機能ブロツク
図であり、光ポジシヨンセンサ5の出力は検出演
算部11で処理されて光点位置信号(X1−X2)/
(X1+X2)に変換される。判定処理部12はシヤ
ツタ6a,6bの作動を制御するとともに、前記
の光点位置信号とシヤツタ6a,6bとの関係か
ら被測定面8との距離xが基準距離x0より大きい
か小さいかを判定し、xがx0に近付くようにx軸
サーボ制御部13に指令を出す。これによりx軸
駆動部14が作動してヘツド部のテーブル1をx
軸方向に駆動し、距離xは基準距離x0に調整され
る。
次に被測定面8との角度θを調整する動作を説
明する。ビーム投光器3a,3bの出力は同一で
受光器2に対して同一角度αだけ傾斜しているの
で、被測定面8の測定点に対して受光器2の光軸
が丁度垂直になつている場合、各ビーム投光器3
a,3bによる光点A,Bの光度は等しくなり、
光ポジシヨンセンサ5の出力はX1=X2となるは
ずである。そこで、シヤツ6a,6bの作動によ
つてもX1+X2が変動しなければX1=X2が成立し
ていると見なせるので、判定処理部12はこの
X1+X2から角度θのずれを判定してθ軸サーボ
制御部15に指令を出し、θ軸駆動部16が作動
してテーブル1をθ軸方向に回転駆動し、角度θ
を最適角度θ0に調整するのである。
明する。ビーム投光器3a,3bの出力は同一で
受光器2に対して同一角度αだけ傾斜しているの
で、被測定面8の測定点に対して受光器2の光軸
が丁度垂直になつている場合、各ビーム投光器3
a,3bによる光点A,Bの光度は等しくなり、
光ポジシヨンセンサ5の出力はX1=X2となるは
ずである。そこで、シヤツ6a,6bの作動によ
つてもX1+X2が変動しなければX1=X2が成立し
ていると見なせるので、判定処理部12はこの
X1+X2から角度θのずれを判定してθ軸サーボ
制御部15に指令を出し、θ軸駆動部16が作動
してテーブル1をθ軸方向に回転駆動し、角度θ
を最適角度θ0に調整するのである。
第4図はこれらの測定時における各信号のタイ
ミングを示すもので、まずaによつて測定位置が
移動すると、b,cのようにシヤツタ6a,6b
が交互に作動し、d,eによつて光点位置信号
(X1−X2)/(X1+X2)と受光強度信号X1+X2が
検出されてこれに応じて光点位置信号と受光強度
信号が雰あるいは一定になるまでf,gのように
x軸とθ軸の駆動が行なわれ、距離xと角度θ調
整が終了した時点でhのように測定が行なわれる
のである。この測定は表面あらさと反射光強度と
の間に一定の関係があることから、受光強度信号
X1+X2を測定して判定処理部12にて表面あら
さの評価値を得ることによつて行なわれる。
ミングを示すもので、まずaによつて測定位置が
移動すると、b,cのようにシヤツタ6a,6b
が交互に作動し、d,eによつて光点位置信号
(X1−X2)/(X1+X2)と受光強度信号X1+X2が
検出されてこれに応じて光点位置信号と受光強度
信号が雰あるいは一定になるまでf,gのように
x軸とθ軸の駆動が行なわれ、距離xと角度θ調
整が終了した時点でhのように測定が行なわれる
のである。この測定は表面あらさと反射光強度と
の間に一定の関係があることから、受光強度信号
X1+X2を測定して判定処理部12にて表面あら
さの評価値を得ることによつて行なわれる。
ところで、上記の実施例は被測定面8が一方向
のみに曲がつている曲面を対象としたものであ
り、面の傾きに対する面角度の調整はθ軸のみで
行ない、ビーム投光器も2個を一対として用いて
いるものであるが、二方向に曲がる曲面、すなわ
ち球面などの三次元的な曲面の場合には、上記の
実施例におけるビーム投光器3a,3bに対して
受光器2の受光軸を中心に90度回転させた位置に
更に一対追加してビーム投光器3c,3dとシヤ
ツタ6c,6dを設け、θ軸と直角な軸方向
(第1図において紙面に直角な方向)の角度調整
をも行なうようにすればよい。第5図aはこの時
の受光器2と各ビーム投光器3a,3b,3c,
3dの位置関係を示す平面図、同図bは光ポジシ
ヨンセンサ5の受光面における各ビーム受光器3
a〜3dによる光点A,B,C,Dの関係を示す
ものであり、テーブル1は被測定面との距離と二
方向の面角度に対応できるようにx軸、θ軸のほ
かに軸のサーボ制御により距離合わせと角度合
わせができるようになつている。第3図の破線は
軸の制御を追加した場合を示すもので、ここで
はY1+Y2を判定して軸サーボ制御部17に指
令を出し、軸駆動部18を作動させて軸方向
の角度制御を行なうのである。
のみに曲がつている曲面を対象としたものであ
り、面の傾きに対する面角度の調整はθ軸のみで
行ない、ビーム投光器も2個を一対として用いて
いるものであるが、二方向に曲がる曲面、すなわ
ち球面などの三次元的な曲面の場合には、上記の
実施例におけるビーム投光器3a,3bに対して
受光器2の受光軸を中心に90度回転させた位置に
更に一対追加してビーム投光器3c,3dとシヤ
ツタ6c,6dを設け、θ軸と直角な軸方向
(第1図において紙面に直角な方向)の角度調整
をも行なうようにすればよい。第5図aはこの時
の受光器2と各ビーム投光器3a,3b,3c,
3dの位置関係を示す平面図、同図bは光ポジシ
ヨンセンサ5の受光面における各ビーム受光器3
a〜3dによる光点A,B,C,Dの関係を示す
ものであり、テーブル1は被測定面との距離と二
方向の面角度に対応できるようにx軸、θ軸のほ
かに軸のサーボ制御により距離合わせと角度合
わせができるようになつている。第3図の破線は
軸の制御を追加した場合を示すもので、ここで
はY1+Y2を判定して軸サーボ制御部17に指
令を出し、軸駆動部18を作動させて軸方向
の角度制御を行なうのである。
なお、上記の実施例においてはx軸およびθ
軸、更に軸がある場合は軸も含めてこれらの
調整はすべてヘツド部を駆動して行なうようにし
ているが、これらの一部あるいは全部を被測定物
側の駆動によつて行なうようにしてもよい。
軸、更に軸がある場合は軸も含めてこれらの
調整はすべてヘツド部を駆動して行なうようにし
ているが、これらの一部あるいは全部を被測定物
側の駆動によつて行なうようにしてもよい。
上述のように、本発明は受光器の光軸に対して
一定の角度で傾斜した一対のビーム投光器の光点
を受光器の光ポジシヨンセンサに結像させ、光点
の位置ずれと光点の光度差とをそれぞれ検出して
距離調整と角度調整を自動的に行なつて曲面に自
動追従するようにしているので、操作が容易であ
るとともに測定を能率よく行なえる表面あらさ測
定装置を比較的簡単な構成によつて得ることがで
きたのである。また、各ビーム投光器のビーム光
を交互に被測定面に照射するシヤツタを備えてい
るので、一のビーム投光器のビーム光を被測定面
に照射しているとき、他のビーム投光器のビーム
光はシヤツタにて遮光されることにより、各ビー
ム投光器によるビーム光を被測定面の同一点に照
射することができ、このため面角度や凹凸などの
違いによる測定誤差が生じにくく、しかも被測定
面の同一点にビーム投光器のビーム光を照射でき
ることから、4個のビーム投光器を使用して2方
向の面角度の測定にも対応することができ、さら
にビーム光を交互に照射することにより、ビーム
投光器間の光の干渉が生じない効果を奏する。な
お、本発明の表面あらさ測定装置においては、x
軸、θ軸、軸の制御は独立的に処理できるから
制御系としては相互の干渉を考慮しなくてもよ
く、被測定面が絶えず変化する加工面のインプロ
セス計測に使用することができ、高速追従も可能
であり、非接触方式であるから長寿命で信頼性も
高く、また表面あらさだけでなく、x,θ,の
値から任意曲面の表面寸法や面角度の測定に利用
することもできる等の利点もあるものである。
一定の角度で傾斜した一対のビーム投光器の光点
を受光器の光ポジシヨンセンサに結像させ、光点
の位置ずれと光点の光度差とをそれぞれ検出して
距離調整と角度調整を自動的に行なつて曲面に自
動追従するようにしているので、操作が容易であ
るとともに測定を能率よく行なえる表面あらさ測
定装置を比較的簡単な構成によつて得ることがで
きたのである。また、各ビーム投光器のビーム光
を交互に被測定面に照射するシヤツタを備えてい
るので、一のビーム投光器のビーム光を被測定面
に照射しているとき、他のビーム投光器のビーム
光はシヤツタにて遮光されることにより、各ビー
ム投光器によるビーム光を被測定面の同一点に照
射することができ、このため面角度や凹凸などの
違いによる測定誤差が生じにくく、しかも被測定
面の同一点にビーム投光器のビーム光を照射でき
ることから、4個のビーム投光器を使用して2方
向の面角度の測定にも対応することができ、さら
にビーム光を交互に照射することにより、ビーム
投光器間の光の干渉が生じない効果を奏する。な
お、本発明の表面あらさ測定装置においては、x
軸、θ軸、軸の制御は独立的に処理できるから
制御系としては相互の干渉を考慮しなくてもよ
く、被測定面が絶えず変化する加工面のインプロ
セス計測に使用することができ、高速追従も可能
であり、非接触方式であるから長寿命で信頼性も
高く、また表面あらさだけでなく、x,θ,の
値から任意曲面の表面寸法や面角度の測定に利用
することもできる等の利点もあるものである。
第1図は本発明の一実施例のヘツド部の構成を
示す概略側面図、第2図は同上の受光器の光ポジ
シヨンセンサの平面図、第3図は同上のブロツク
図、第4図a〜hは同上の信号波形図、第5図
a,bは他の実施例の受光器とビーム投光器の配
置を示す平面図および光ポジシヨンセンサの平面
図である。 2は受光器、3a,3bはビーム投光器、5は
光ポジシヨンセンサ、12は判定処理部、13,
15はサーボ制御部である。
示す概略側面図、第2図は同上の受光器の光ポジ
シヨンセンサの平面図、第3図は同上のブロツク
図、第4図a〜hは同上の信号波形図、第5図
a,bは他の実施例の受光器とビーム投光器の配
置を示す平面図および光ポジシヨンセンサの平面
図である。 2は受光器、3a,3bはビーム投光器、5は
光ポジシヨンセンサ、12は判定処理部、13,
15はサーボ制御部である。
Claims (1)
- 1 結像部に光ポジシヨンセンサを有する受光器
と、受光器の両側に配設され受光器の光軸に対し
て一定の角度で傾斜し一定の距離において交わる
光軸を有する少なくとも一対のビーム投光器と、
各ビーム投光器のビーム光を交互に被測定面に照
射するシヤツタと、受光器内の光ポジシヨンセン
サにより被測定面に交互に生じる各ビーム投光器
の光点の位置ずれを検出して被測定面との距離を
調整するサーボ制御部と、受光器内の光ポジシヨ
ンセンサにより被測定面に交互に生じる各ビーム
投光器の光点の光度差を検出して被測定面との角
度を調整するサーボ制御部とを具備することを特
徴とする表面あらさ測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13726580A JPS5761905A (en) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | Measuring device of surface coarseness |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13726580A JPS5761905A (en) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | Measuring device of surface coarseness |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5761905A JPS5761905A (en) | 1982-04-14 |
JPS6210361B2 true JPS6210361B2 (ja) | 1987-03-05 |
Family
ID=15194622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13726580A Granted JPS5761905A (en) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | Measuring device of surface coarseness |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5761905A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02101797A (ja) * | 1988-10-07 | 1990-04-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 小形電子機器の電池保持機構 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62115315A (ja) * | 1985-11-14 | 1987-05-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レ−ザ変位計 |
JPS6395306A (ja) * | 1986-10-11 | 1988-04-26 | Toyoda Mach Works Ltd | レ−ザを用いた姿勢センサ |
JPH0789045B2 (ja) * | 1988-12-15 | 1995-09-27 | 富山県 | 三次元変位量測定器 |
US4991966A (en) * | 1989-06-23 | 1991-02-12 | United Technologies Corporation | Optical positioning method and system |
CN113748291B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-05-16 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 云台装置及拍摄装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5113271A (ja) * | 1974-07-15 | 1976-02-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | Butsutaikeijosokuteisochi |
-
1980
- 1980-09-30 JP JP13726580A patent/JPS5761905A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5113271A (ja) * | 1974-07-15 | 1976-02-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | Butsutaikeijosokuteisochi |
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JPH02101797A (ja) * | 1988-10-07 | 1990-04-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 小形電子機器の電池保持機構 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5761905A (en) | 1982-04-14 |
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