JPS62128610A - ２値化回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は２値化回路に関し、特にレーザ光による光ビ
ームを走査して非接触で測定対象物の外径を測定する走
査型の光学式外径測定器において、測定対象物のエツジ
検出を正確に行うことのできる２値化回路に関する。

〔従来の技術〕

走査型の光学式外径測定器は非接触で外径測定ができる
ので、測定対象物が移動物体、高温物体等の場合によく
用いられる。以下、この走査型の光学式外径測定器の原
理説明を第４図に基づいて行う。

レーザ管１から投射されたレーザビームは固定ミラー２
により反射され、回転ミラー３で再度反射され走査ビー
ムに変換される。走査ビームはコリメータレンズ４によ
り平行走査ビームに変換され、コリメータレンズ４と集
光レンズ５の間に配置された測定対象物６を高速走査す
る。この際、測定対象物６の遮蔽によって生じた平行走
査ビームの暗部または明部の時間の長さから、測定対象
物６の外径を測定するようにしている。

すなわち、測定対象物６の遮蔽による平行走査ビームの
明暗は、集光レンズ５の焦点位置に載置された受光素子
７の出力信号ａの変化となって検出される。この出力信
号ａは増幅器８により増幅・２値化され、セグメント選
択回路９に伝達される。セグメント選択回路９は、測定
対象物６が走査されている間ｔだけ受光素子７の出力信
号をゲート回路１０に伝達する。ゲート回路１０にはク
ロックパルス発振器１１からクロックパルスＣＰも入力
されているので、ゲート回路１０は、測定対象物６の外
径に対応した走査時間ｔにおけるクロックパルスＰを計
数回路１２に伝達する。計数回路１２は入力されたクロ
ックパルスＰを計数し、表示器１３にその計数値を伝達
する。表示器１３はこの計数値に基づき、測定対象物６
の外径を表示する。

このような走査型の光学式外径測定器の使用に際して問
題となる点が、第５図に示すように、測定対象物６（第
４図参照）の遮蔽による受光素子７の出力信号ａのどの
部分を、測定対象物６のエツジと認定するかということ
である。この問題点に対して、従来は次のような方式を
用いて対処していた。

まず、第１の方式は固定しきい値方式と呼ばれるもので
、第６図（ａｌに示すように、しきい値イを固定して受
光素子７の出力信号ａがしきい値イを越えた場合に、パ
ルスが出力されるようにしている。しかし、この方式で
は受光素子７の出力信号ａが諸要因によって変動した際
には、同図（ｂｌに示すように、同一測定対象物６にも
拘わらず受光素子７の出力信号ａ“の振幅が変動し、こ
の信号ａ”を２値化した際、誤差Δｔが生じ誤測定を行
うことがある。

次に、第２の方式はピークレベル方式と呼ばれるもので
、通常、第７図に示すような回路を用いて行う。この回
路は、受光素子７の出力信号ａが伝達される端子１４に
増幅器１５が接続され、この増幅器１５の出力側にはピ
ークホールド回路１６および比較器１７の正入力側が接
続されている。ピークホールド回路１６の出力側は、抵
抗Ｒ，，Ｒ，を介して接地されている。抵抗Ｒ，，Ｒ，
の中点は比較器１７の負入力側に接続されている。比較
器１７の出力側は端子１８に接続されている・ このような構成であるので、第８図に示すように、増幅
器１５（第７図参照）の出力信号すとこの信号すの２の
振幅値の信号Ｃのクロス点を測定対象物６のエツジと見
做し、測定対象物６の外径に対応するパルス幅の出力パ
ルスｄを得ている。すなわち、増幅器１５の出力信号す
のピーク値のＡを、測定対象物６のエツジ位置での出力
値と見做すのである。しかし、この方式では、前記出力
信号すのピーク値が出力パルスｄの立ち上がり時点で判
明していない。したがって、この信号すの２の振幅値で
ある信号Ｃを特定することもできず、出力パルスｄの立
ち上がり時点であるクロス点を定めることは不可能であ
る。それゆえ、走査毎に出力信号すのピーク値を一定に
仮定して信号Ｃを得ている。だが、この仮定は光源等の
変動、背景光の変動等により成立せず、測定には相当な
誤差が包含される。この誤差は、測定対象物６の外径測
定の精度を数μｍ単位まで要求される場合には致命的な
欠陥となる。

このような要求に対応できる技術として、特開昭５３−
１１４４５６号公報に開示されている２次微分方式と呼
ばれるものがある。この方式は受光素子７の出力信号ａ
を２次微分し、その零クロス点間隔を検出することによ
り測定対象物６の外径測定を行うものである。以下この
方式を説明する。

第９図に示すように、受光素子７の出力信号ａは端子１
４に伝達され増幅器１５で増幅された後、１次微分回路
１９および２次微分回路２０で微分される。

２次微分された信号は、零クロス点検出回路２１で零ク
ロス点が検出され、これに基づいて信号処理回路２２で
測定対象物６の外径が判明される。零クロス点検出回路
２１は、第１０図に示すような回路構成である。端子２
３には２次微分回路２０（第９図参照）の出力信号が伝
達され、この信号は比較器２１０に伝達される。比較器
２１０は、２次微分信号の零クロス点間（測定対象物６
のエツジからエソジまでの距離に該当）に対応する、第
１１図（ｆ）に示すようなパルスｆを出力する。このパ
ルスｆと第１１図（ｉｌ）に示すようなりロックパルス
発生器２１１のクロックパルスｅはＡＮＤゲート２１２
に入力され、Ａ−ＮＯアゲート１２は第１１図（勢に示
すような出力パルスｇを信号処理回路２２に伝達する。

したがって、信号処理回路２２が零クロス点間に相当す
る出力パルスｇを計数することにより、零クロス点間の
時間幅が判明し、それゆえ測定対象物６の外径が判明す
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この２次微分方式の走査型の光学式外径測定
器は２同機分して零クロス点間を検出する必要があるた
め、２つの微分回路を設けねばならず回路構成が複雑化
するという問題点があった。

この発明は走査型の光学式外径測定器において、測定対
象物のエツジ測定を正確に行うことができ、かつ、回路
構成が簡単な２値化回路を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決し、この目的を達成するための具体的
手段は、入力信号が伝達される端子に整合用の抵抗を介
在して一端が接続されるとともに他端が開放状態である
遅延素子と、この遅延素子の両端の電圧を比較する比較
回路を具備する２値化回路において、前記比較回路を、
前記遅延素子の一端に負入力側が接続されるとともに正
入力側が前記遅延素子の他端に接続されている比較器と
、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を有する第１の
比較回路と、前記遅延素子の一端に正入力側が接続され
るとともに負入力側が前記遅延素子の他端に接続されて
いる比較器と、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を
有する第２の比較回路から構成し、かつ、前記比較回路
に排他的論理和ゲートを接続するようにしたことである
。

〔作　　用〕

この手段の実施によりもたらされる作用を第２図に基づ
いて説明する。端子に伝達された受光素子等からの入力
信号は、遅延素子の一端に接続されたインピーダンスの
整合用の抵抗を介して遅延素子に伝達される。この場合
に、淳延素子の他端はインピーダンスが開放状態であり
、かつ前記一端は整合状態であるので、第２図ｆａｌに
示すように、遅延素子の一端において前記入力信号の２
の振幅値である伝達信号りが生じる。この伝達信号りは
、遅延素子により一定時間ｔｄだけ遅延されて、開放状
態である遅延素子の他端（開放端）に伝達される。この
際、この開放端において伝達信号りは全反射されて、伝
達信号りの２倍の振幅値を有する第１遅延信号ｉ　（入
力信号と同振幅値）が生じる。

一方、整合状態である遅延素子の一端（整合端）におい
て、開放端で全反射した伝達信号りと前記端子より伝達
された伝達信号りが重畳した、突出部ｊ°の立ち上がり
が前記第１遅延信号ｌより、さらに一定時間ｔｄだけ遅
延された第２遅延信号ｊが生じる。

したがって、整合端と開放端の電圧を比較する比較回路
を遅延素子に接続することにより、第１遅延信号ｉと第
２遅延信号ｊのクロス点Ａ、　Ｂを得ることができる。

これらのクロス点Ａ、Ｂは入力信号の２の振幅値を正確
に示している。すなわち、走査型の光学式外径測定器に
この２値化回路を用いた際には、クロス点Ａ、Ｂは測定
対象物のエツジの位置を表し、同図（ｂｌに示すように
、比較回路の出力パルスのパルス幅Ｗが測定対象物の外
径に対応している。

この場合に出力パルスの立ち上がり　（ホ）時間と立ち
下がり（へ）時間に差異が生じると、正確な測定が不可
能となる。通常、この立ち上がり（ホ）時間と立ち下が
り（へ）時間は同一でないことが多い。この発明におい
ては、比較回路を第１の比較回路と第２の比較回路から
構成し、両比較回路を排他的論理和ゲートに接続するこ
とにより、この問題点を解消している。すなわち、前記
遅延素子の一端に負入力側が接続されるとともに正入力
側が前記遅延素子の他端に接続されている比較器と、抵
抗とコンデンサからなる時定数回路を有する第１の比較
回路の出力信号（パルス信号）と、前記遅延素子の一端
に正入力側が接続されるとともに負入力側が前記遅延素
子の他端に接続されている比較器と、抵抗とコンデンサ
からなる時定数回路を有する第２の比較回路の出力信号
（パルス信号）を、排他的論理和ゲートに伝達し排他的
論理和を採ることによって、前記パルス信号の立ち上が
りまたは立ち下がりのいずれかを基準にして、前記クロ
ス点Ａ、Ｂを定めている。したがって、パルス信号の立
ち上がり時間および立ち下がり時間の差異による誤差が
生ぜず、正確なエツジ検出が可能である。

〔実　施　例〕

この発明を、以下実施例に基づいて詳細に説明する。な
お、従来例と同一部分はその説明を省略している。

第１図に示すように、受光素子からの受光信号は、端子
３０に伝達された後増幅器３１に伝達され入力信号とな
る。増幅器３１には、インピーダンスの整合用の抵抗Ｒ
２を介在して遅延素子３２の一端（整合端Ｘ）が接続さ
れている。遅延素子３２の他端（開放端Ｙ）は、第１比
較器３３の正入力側に接続され、かつ第１比較器３３の
負入力側は整合端Ｘに接続されている。また、遅延素子
３２の開放端Ｙには、第２比較器３４の負入力側が接続
され、かつ第２比較器３４の正入力側は整合端Ｘに接続
されている。第１比較器３３の出力側には、コンデンサ
Ｃ１および抵抗Ｒ１からなる時定数回路が接続されてい
る。抵抗Ｒ３は基準電圧源３５を介して接地され、コン
デンサＣ１も接地されている。同様に、第２比較器３４
の出力側にはコンデンサＣ２および抵抗Ｒ４からなる時
定数回路が接続され、抵抗Ｒ４は基準電圧源３６を介し
て接地され、コンデンサＣ２も接地されている。第１比
較器３３．コンデンサＣＩおよび抵抗Ｒ３から第１の比
較回路が構成され、第２比較器３４．コンデンサＣ２お
よび抵抗Ｒ４から第２の比較回路が構成されている。第
１の比較回路および第２の比較回路には、排他的論理和
ゲート３７が接続されている。

整合端Ｘには、第３比較器３８の負入力側および第４比
較器３９の正入力側も接続されている。第３比較器３８
の正入力側および第４比較器３９の負入力側は、基準電
圧源４０に抵抗Ｒ６を、あるいは、抵抗Ｒ５およびＲ６
を介して接続されるとともに、抵抗Ｒ６およびＲ７を、
あるいは、抵抗Ｒ７を介して接地されている。第３比較
器３日および第４比較器３９の出力側はＡＮＤゲート４
１に接続され、このＡＮＤゲート４１の出力側は、他方
入力接続を前記排他的論理和ゲート３７とするＡＮＤゲ
ート４２に接続されている。ＡＮＤゲート４２の出力側
には、この２値化回路の出力信号を処理する回路部（図
示省略）にＡＮＤゲート４２の出力信号を伝達するため
の端子４３が接続されている。

以上の回路構成からなるこの実施例の動作を、第１図お
よび第２図を参照しながら第３図に基づいて説明する。

なお、第３図のアルファベットは第１図の各部の信号の
アルファベットに対応させている。

受光素子の受光信号を増幅した信号である入力信号によ
り、整合端Ｘにおいて入力信号のＡの振幅値となる伝達
信号ｈ（第２図参照）が生じる。

この伝達信号りは、遅延素子３２により一定時間ｔｄだ
け遅延して開放端Ｙに伝達される。開放端Ｙにおいて、
伝達信号りは全反射されて第３図（ｋ）に示すように、
伝達信号りの２倍の振幅値を有する第１遅延信号ｉ　（
入力信号と同振幅値）が生じる。

一方、整合端Ｘにおいて、前記開放端Ｙで全反射した伝
達信号りと前記端子３０より伝達された伝達信号りが重
畳した、突出部ｊ゛の立ち上がりが前記第１遅延信号ｉ
より、さらに一定時間ｔｄだげ遅延した第２遅延信号ｊ
が生じる。これらの第１遅延信号ｉと第２遅延信号ｊの
クロス点Ａ、Ｂは、入力信号の％の振幅値を正確に示し
ている。

第１の比較回路は第１遅延信号ｉと第２遅延信号ｊを入
力し、第３図（１）に示すように、立ち上がりが時定数
回路のために緩やかなパルス信号ｐを出力する。同様に
第２の比較回路も、同図＋ｍｌに示すように、立ち上が
りが緩やかなパルス信号ｍを出力する。これら両パルス
信号ｌ１ｍを入力する排他的論理和ゲート３７は、同図
ｔｎ＋に示すように、両パルス信号Ｒ，ｍの立ち下がり
を基準にした測定対象物のエツジ位置の検出用パルス信
号ｎを出力する。

このパルス信号ｎは、第１遅延信号ｉと第２遅延信号ｊ
が重畳する部分口２口゛で両信号の大小が変動し、雑音
パルスを出力する。したがって、この雑音パルスを除去
するために、前述の本発明にかかる回路以外の他の回路
が必要となる。

すなわち、第３比較器３８および第４比較器３９により
、同図（ト））に示すように、前記クロス点Ａ、　Ｂの
上下に各々しきい値ハ、二を設定する。第２遅延信号ｊ
がしきい値二を越えると、同図（ｐｌに示すように、第
４比較器３９の出力信号ｐは旧ＧＨになる。

この信号ｐにより、第１遅延信号ｉと第２遅延信号ｊが
しきい値二を越えないで重畳する際に出力される、口°
の部分の雑音パルスが除去される。

そして、第２遅延信号ｊがしきい値ハを越えると、同図
（０）に示すように、第３比較器３８の出力信号０はＬ
ＯＷになる。この信号０により、第１遅延信号ｉと第２
遅延信号ｊがしきい値ハを越えて重畳する際に出力され
る、口の部分の雑音パルスが除去される。これら両信号
０＋　　ｐを入力するＡＮＤゲート４１は、第１遅延信
号ｉおよび第２遅延信号ｊが重畳する際に出力される口
２口°の部分の雑音パルスを無視するための、同図（Ｑ
）に示すような出力信号ｑをＡＮＤゲート４２に伝達す
る。

ＡＮＤゲート４２はこの出力信号ｑと排他的論理和ゲー
ト３７の出力信号ｎを入力し、第１遅延信号ｉおよび第
２遅延信号ｊが重畳する際に出力される、口９口゛の部
分の雑音パルスが除去された出力信号ｒを端子４３に伝
達する。図示省略したが、この端子４３には出力信号ｒ
により、測定対象物の外径を明示するための信号処理回
路が接続されている。

この実施例においては、第１の比較回路および第２の比
較回路の出力パルス信号１．ｍの立ち上がりが緩やかに
なるように各々の時定数回路を構成し、両パルス信号１
．ｍの立ち下がりを基準にして排他的論理和ゲート３７
の出力信号である、測定対象物のエツジ位置検出用パル
ス信号ｎを得たが、反対に両パルス信号ｌ９ｍの立ち下
がりが緩やかになるように時定数回路を構成し、両パル
ス信号ｌ１ｍの立ち上がりを基準にして前記パルス信号
ｎを得るようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明にかかる２値
化回路は、入力信号が伝達される端子に整合用の抵抗を
介在して一端が接続されるとともに他端が開放状態であ
る遅延素子と、この遅延素子の両端の電圧を比較する比
較回路を具備する２値化回路において、前記比較回路を
、前記遅延素子の一端に負入力側が接続されるとともに
正入力側が前記遅延素子の他端に接続されている比較器
と、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を有する第１
の比較回路と、前記遅延素子の一端に正入力側が接続さ
れるとともに負入力側が前記遅延素子の他端に接続され
ている比較器と、抵抗とコンデンサからなる時定数回路
を有する第２の比較回路から構成し、かつ、前記比較回
路に排他的論理和ゲートを接続するようにしたので、こ
の比較回路の出力パルスの立ち上がりまたは立ち下がり
のいずれかを基準にして測定対象物のエツジ検出を行う
ため、比較回路のパルスの立ち上がり時間および立ち下
がり時間の差異による誤差を除去できる。したがって、
極めて簡単な回路構成で入力信号の振幅の厳密に２であ
る振幅値の信号を得ることができるので、走査型の光学
式外径測定器にこの発明にかかる２値化回路を用いれば
、測定対象物のエツジ検出を極めて正確にでき、外径測
定の精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明にかかる２値化回路の説
明図であり、 第１図は１実施例の回路図、 第２図は原理説明図、 第３図は第１図の回路の各部の動作波形図、第４図ない
し第１１図は従来例の説明図であり、第４図は走査型の
光学式外径測定器の原理説明図、第５図は従来例の問題
点の説明図、 第６図は固定しきい値方式の説明図、 第７図はピークレベル方式の回路図、 第８図はこの回路の各部の動作波形図、第９図は２次微
分方式のブロック図、 第１０図は第９図の零クロス点検出回路の回路図、第１
１図はこの回路の各部の動作波形図である。 ３０・・・端子、３２・・・遅延素子、３３・・・第１
比較器、３４・・・第２比較器、３７・・・排他的論理
和ゲート、輸、ｃ２・・・コンデンサ、Ｒ２・・・整合
用抵抗、Ｒ３，Ｒ４・・・抵抗、Ｘ・・・整合端、Ｙ・
・・開放端。 特許出願人　　リード電機株式会社 第３図 第６図 第９図 第１０図 第１１８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号が伝達される端子に整合用の抵抗を介在
   して一端が接続されるとともに他端が開放状態である遅
   延素子と、この遅延素子の両端の電圧を比較する比較回
   路を具備する２値化回路であって、 前記比較回路が、 前記遅延素子の一端に負入力側が接続されるとともに正
   入力側が前記遅延素子の他端に接続されている比較器と
   、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を有する第１の
   比較回路と、 前記遅延素子の一端に正入力側が接続されるとともに負
   入力側が前記遅延素子の他端に接続されている比較器と
   、抵抗とコンデンサからなる時定数回路を有する第２の
   比較回路から構成され、かつ、前記比較回路に排他的論
   理和ゲートが接続されていることを特徴とする２値化回
   路。