JPS62245907A - 光学式測定装置 - 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］ 本発明は、光学式測定装置に係り、特に、平行走査ビー
ムを利用して測定対象物の寸法等を測定する光学式測定
装置の改良に関する。

【従来の技術】

例えば特開昭６０−１６２９０５に開示されている如く
、ポリゴンミラー又は音叉偏向器による放射状走査光ビ
ームを、コリメータレンズにより平行走査光ビームに変
換し、゛測定対象物を走査することにより、この測定対
象物によって前記平行走査光ビームが遮られて生ずる暗
部又は明部の時間の長さから測定対象物の寸法や形状を
測定する光学式測定装置が知られている。 これは例えば第３図に示す如く、ビーム発生器１０、該
ビーム発生１１０からのレーザビーム１２を回転走査ビ
ーム１７に変換するポリゴンミラー１６及び該回転走査
ビーム１７を平行走査ビーム２０とするコリメータレン
ズ１Ｂを含む平行走査ビーム発生装置２と、測定対象物
２４を通過したｊｉｆｆ記平行土平行走査ビーム２０を
検出する計測用受光素子２６を含む受光装置４と、前記
平行走査ビーム２０が測定対象物２４によって遮られて
生じる［１１１部又は明部の時間の良さから測定対象物
２４の寸法に関する測定値を求める電子回路６とを含ん
で構成されている。 このような光学式測定装置においては、ビーム発生器１
０からのレーザビーム１２を、例えば固定ミラー１１で
ポリゴンミラー１６に向けて回転走査ビーム１７に変換
し、更にコリメータレンズ１８で平行走査ビーム２０に
変換して測定対象物２４を高速走査し、例えば集光レン
ズ２２で計測用受光素子２６に集束する。その際、測定
対象物２４によって生じる暗部又は明部の時間の長さか
ら、測定対象物２４の走査方向（Ｙ方向）寸法をａ１１
１定するものである。 即ち、平行走査ビーム２０の明暗はＧ１測用受光索子２
６の出力の変化として検出され、プリアンプ２８ａで増
幅され、電圧比較器２９ａで波形整形された後、セグメ
ント選択回路３０に送られる。 この波形整形により、第４図に示ず如く、プリアンプ２
１の出力Ａが参照レベル設定回路６０で生成された参照
信号Ｂと比較されて出力Ｃになるこの参照レベル設定回
路６０は、例えばダイオード６３、コンデンサ６２、可
変抵抗器６１ｂによって参照信号Ｂが出力Ａの最大値の
１／２即ら理想参照レベルになり、ビーム発生器１０の
出力変動があっても、ある時定数でそれに追従するよ・
うに設計されている。 前記セグメント選択回路３０は、前記出力Ｃから測定対
象物２４の測定対象セグメントが走査されている時間ｔ
の間だけゲート回路３２を開く鋤きをする。セグメント
の選択は、例えばキーボード４６からの入力によってマ
イクロプロセッサ（ＣＰＵ）４８のコントロール、デー
タバス５０を通して行える。 前記ゲート回路３２は、クロックパルス発振器３４のク
ロックパルスＣＰの中の、時間ｔに対応するクロックパ
ルスＰを取出して計数回路３６ａに入力する。計数回路
３６ａは、クロックパルスＰを計数し、その値はマイク
ロプロセッサ４８で処理されて、測定対象物２４の例え
ば外径としてデジタル表示′ａ３８に表示される。 一方、前記ポリゴンミラー１６は、クロックパルスＣＰ
を分周回路４０によって分周し、パワーアンプ４２で増
幅したクロックパルスで駆妨されるパルスモータ４４に
よって回転されている。 前記回転走査ビーム１７の走査範囲の上限近傍及び下限
近傍には、例えばタイミング用受光素子１３．１４がそ
れぞれ設けられており、これら受光素子１３．１４の出
力は、それぞれプリアンプ２８ｂ　、２８０で増幅され
、電圧比較器２９ｂ１２９０で可変抵抗器６１ａによる
参照電圧を基準に整形される。電圧比較Ｍ　２９　ｂの
出力は計数回′ｔ８３６ｂで計数され、例えば測定値の
平均化の際の測定回数を与える。又、電圧比較器２９ｃ
の出力は、例えば計数回路３６ａのリセット信号を与え
ている。 ｒ発明が解決しようとする問題点１ 前記のような光学式測定装置における測定精度は、常に
走査の定速性と走査波形のエツジ検出特性で定まるが、
ｔｔｉ者は例えば１００回平均のように平均化手法で改
善できるのに対して、後者は、出力信号を波形整形する
際の参照信号Ｂの変８等に影響される。 即ち、従来の参照レベル設定回路６０では、３１１１定
対象物の形状によって参照信号Ｂのレベルが変化してし
まい、例えば第３図に示した如く棒状の測定対象物２４
の外径を測定する場合には誤差は比較的少ないものの、
第５図に示ず如く、測定対象物２４が平行走査ビーム２
ｏ全体を被い、測定セグメントが幅Ｕの隙間である場合
には、幅Ｕが小さくなると、誤差が大きくなってしまう
。叩も、第５図においてプリアンプ２８ａの出力△は、
第６図に示ず如くとなる。ところが暗部が長かったため
、参照信号Ｂはコンデンサ６２の放電によってＩ！ｌ！
想参照レベルよりも低くなっており、明部の充電時間も
短いため、Ｉ！［！ａ参照レベルよりも常に低い状態が
続く。このため、電圧比較器２９ｂの出力Ｃのパルス幅
ｔは、理想的な場合下よりも長くなり、最終的な表示値
が真の値よりも大きくなってしまう。又、誤差時間であ
るｔａ、　ｔｂは対称でないため補正も困難である。更
に、第６図の特性を改善するため、可変抵抗ｐＨ６１ｂ
の抵抗値を大ぎくすることも考えられるが、抵抗値を大
きくしすぎると、参照信号Ｂがビーム発生１１０の出力
変動に連動しなくなる等の問題点を有しており、特に測
定精度を高める上での障害となっていた。 ［発明の目的］ 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、測定対象物の狭い隙間を測定する場合に精度低下
を招くことがなく、一般的にも高精度な測定を行うこと
ができる光学式測定装置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】

本発明は、ビーム発生器、該ビーム発生器からのレーザ
ビームを走査ビームに変換する手段及び該走査ビームを
平行走査ビームとするコリメータレンズを含む平行走査
ビーム発生装置と、測定対象物を通過した前記平行走査
ビームの明ＯＩを検出する計測用受光素子を含む受光装
置と、前記平行走査ビームが測定対象物によって遮られ
て生じる暗部又は明部の時間の良さから測定対象物の寸
法に関する測定値を求める電子回路とを含んで構成され
た光学式測定装置において、前記ビーム発生器からのレ
ーザビームの一部をモニタ用受光素子で光電変換し、該
光電変換出力を処理回路で処理して生成した参照信号に
より、前記計測用受光素子の出力を波形整形するように
して、前記目的を達成したものである。 又、本発明の実施＠様は、前記ビーム発生器からのレー
ザビームの一部を半透鏡により抽出してモニタ用受光素
子に入射するようにしたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記処１！ｆ！回路が、
Ａ／Ｄ　（アナログ−デジタル）コンバータ、マイクロ
プロセッサ及びＤ／Ａ　（デジタル−アナログ）コンバ
ータを含むものとしたものである。

【作用】

本発明は、前記のような平行走査ビーム発生装置と受光
装置と電子回路とを含んで構成された光学式測定装置に
おいて、ビーム発生器からのレーザビームの一部をモニ
タ用受光素子で光電変換し、該光電変換出力を処理回路
で処理して生成した参照（ａ号により、計測用受光素子
の出力を波形整形するようにしている。従って、測定対
象物の形状によって参照信号のレベルが変化することが
なく、測定対象物の狭い隙間を測定する場合にも精度低
下をＩＢ　＜ことがない。更に、一般的にも高精度の測
定を行うことができる。 又、前記ビーム発生器からのレーザビームの一部を半透
鏡により抽出してモニタ用受光素子に入射するようにし
た場合には、レーザビームを簡単な構成で分割すること
ができる。 又、前記処理回路を、Ａ／Ｄコンピータ、マイクロプロ
セッサ及びＤ／Ａコンバータを含むものとした場合には
、参照信号のレベルを自由に設定でき、様々なエツジ特
性を有する測定に容易に対処することができる。 【実施ＶＡ１ 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本実施例は、第１図に示す如く、前出第３図に示した従
来例と同様の光学式測定装置において、平行走査ビーム
発生装置２に、固定ミラー１１の代りの半透鏡１５と、
該半透鏡１５を透過したレーザビームを受光するモニタ
用受光素子２７が設けられている。又、電子回路６には
、前記モニタ用受光素子２７の出力を増幅するプリアン
プ２８ｄと、該プリアンプ２８ｄの出力をＡ／Ｄ変換し
てマイクロプロセッサ４８に取込むためのＡ／Ｄコンバ
ータ７０ａが設けられている。又、従来例の参照レベル
設定回路６０の代りに、プリアンプ２８ａの出力の一部
を取込むためのダイオード７７と、コンデンサア８と、
バッファアンプ７６と、スイッチ７９と、抵抗８０から
なるピーク電圧保持回路７５が設けられている。このピ
ーク電圧保持回路７５の出力はＡ／Ｄコンバータ７０ｂ
を介してマイクロブセッサ４８に取込まれる。 更にｔＰＪ記？［ｉ圧比較３２９ａに入力される参照レ
ベルは、マイクロプロセッサ４８で設定され、Ｄ／Ａコ
ンバータ７２を介して該電圧比較器２９ａに入力される
。 電子回路６には、更に着帽表示１５２も設けられている
。 他の点については前記従来例と同様であるので説明は省
略する。 以下、実施例の作用を説明する。 前記ビーム発生ｚ１０のレーデビーム１２の一部は、半
透鏡１５で反射され、従来と同様にポリゴンミラー１６
に向い、平行走査ビーム２０に変換される。一方、レー
ザビーム１２の残部は、半ｉＡ　ｔｊｔ　１５をそのま
ま透過してモニタ用受光素子２７に￥’Ｊ　’ｒＹ　シ
、光１８変換されプリアンプ２８ｄで増幅されてから、
Ａ１０−１ンバータ７０ａを（Ｙ山してマイクロプロセ
ッサ４８に取込まれる。 前記平行走査ビーム２０の明暗は、従来と同様に計測用
受光素子２６の出力変化として検出され。 プリアンプ２８ａＴ−増幅された後、電圧比＋１器２９
ａの一方の入力及びピーク電圧保持回路７５に印加され
る。ピーク電圧保持回路７５では、まり′マイクロブロ
セツリ゛４８の指令でスイッチ７９を１１じて、コンデ
ンサ７８の放電をした後でスイッチ７９を開くことによ
って、ダイオード７７の働きで出力への最大値が保持さ
れる。この最大値は、バッファ７ンプ７６及びＡ／Ｄコ
ンバータ７０ｂを介してマイクロブセッサ４８に取込ま
れる。 なお、Ａ１０コンバータ７０ｂとして高速Ａ／Ｄコンバ
ータを用いた場合には、ピーク電圧保持回路７５を省略
することができる。 調ｖ１段階においては、プリアンプ２８ａの出力の口大
幀とプリアンプ２８ｄの出力とが等しくなるようにゲイ
ン調節をしておき、測定時には、マイクロプロセッサ４
８にＡ／Ｄコンバータ７０ａの出力を取込み、その埴の
例えば１／２をＤ／Ａコンバータ７２に設定して参照信
号Ｂを生成し、出力Ａを波形整形する。 本実施例においては、マイクロブセッサ４８により参ｐ
、（ｌ信ＤＢを生成するようにしているので、参照信号
Ｂのレベルは必ずしもＡ／Ｄコンバータ７０ａの出力の
１／２に限定されず、自由に設定することができ、様々
なエツジ特性を有する測定にも容易に対処することがで
る。 第２図にこのときの出力Ａと参照信９Ｂの関係の一例を
示す。このようにして、モニタ用受光素子２７の出力か
ら参照信号を作っているので、参照信号Ｂは極めて安定
であり、従来のような測定対象物の形状による参照信号
のレベル変化に伴う測定誤差を生じることがない。 なお、Ａ／Ｄコンバータ７０ｂの出力値をＡ／Ｄコンバ
ータ７０ａの出力値と比較することで、光学系の汚れに
よるレーザビームの減衰をモニタすることもでき、例え
ば汚れが顕著な場合やビーム発生）Ｓ１０の出力が予め
設定した値より小さくなった場合には、警報表示器５２
を駆動することができる。 本実施例においては、ビーム発生１５１１０からのレー
ザビーム１２の一部を半透鏡１５により抽出してモニタ
用受光素子２７に入射するようにしているので、レーザ
ビームをｌｙ！１１１１な構成で〔ニタすることができ
る。なおレーザビームをモニタする方法はこれに限定さ
れず、半透鏡以外の光分割手段を用いたり、あるいは、
レーザビーム１２の光路中の他の場所、例えば回転走査
ビーム１７の必要走査範囲外でモニタすることも可能で
ある。 又、本実施例においては、光電変換出力を処Ｉ１１！す
る回路が、Ａ／Ｄコンバータ７０ａ１マイクロプロセッ
サ４８及びＤ／Ａコンバータ７２を含むものとされてい
るので、参照信りのレベルを容易に且つ任意に設定する
ことができ、球々なエツジ特性を有する測定にも容易に
対照することが可能である。なお処理回路の４５７成は
これに限定されず、例えばアナログ回路で構成すること
も可能である。 （発明の効！！！１ 以上説明した通り、本発明によれば、参照信号のレベル
が測定対象物の形状によって変化することがない。従っ
て、狭い隙間の測定を高精度で行うことができ、一般測
定でも高精度の測定を行ことができる。又、測定の度に
参照信号の再設定が確実にできるため、ビーム発生器の
出力の短期的変動があっても高精度な測定が可能である
。更に、ビーム発生器の出力や光学系の汚れのモニタを
容易に行うことができる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光学式測定装置の実施例の要部
構成を示す、一部側面図を含む回路図、第２図は、前記
実施例における出力波形の例を示ず線図、第３図は、従
来の光学式測定装置の構成を示す、一部側面図を含む回
路図、第４図は、第３図に示した従来例で棒状材の外径
を測定した場合の検出信号とその整形波形の例を示す線
図、第５図は、第３図に示した従来１９４で測定対象物
の狭い隙間を測定している状態を示す、一部側面図を含
む回路図、第６図は、第５図の場合にお番プる検出信号
とその整形波形の例を示す線図である。 ２・・・平行走査ビーム発生装置、 ４・・・受光装置、　　　　　６・・・′重子回路、１
０・・・ビーム発生器、　　　１２・・・レープご−ム
、１５・・・半透鏡、　　　　　　１６・・・ポリゴン
ミラー、１７・・・回転走査ビーム、 １８・・・コリメータレンズ、 ２０・・・平行走査ビーム、 ２４・・・測定対象物、　　　２６・・・計測用受光素
子、２７・・・モニタ用受光素子、 ２９ａ・・・電圧比較器、 ４８・・・マイクロプロセッサ、 ７０ａ・・・Ａ／Ｄコンバータ、 ７２・・・Ｄ／Ａコンバーク、 Ｂ・・・参照信号。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビーム発生器、該ビーム発生器からのレーザビー
   ムを走査ビームに変換する手段及び該走査ビームを平行
   走査ビームとするコリメータレンズを含む平行走査ビー
   ム発生装置と、 測定対象物を通過した前記平行走査ビームの明暗を検出
   する計測用受光素子を含む受光装置と、前記平行走査ビ
   ームが測定対象物によつて遮られて生じる暗部又は明部
   の時間の長さから測定対象物の寸法に関する測定値を求
   める電子回路とを含んで構成された光学式測定装置にお
   いて、前記ビーム発生器からのレーザビームの一部をモ
   ニタ用受光素子で光電変換し、 該光電変換出力を処理回路で処理して生成した参照信号
   により、前記計測用受光素子の出力を波形整形すること
   を特徴とする光学式測定装置。
2. （２）前記ビーム発生器からのレーザビームの一部を半
   透鏡により抽出してモニタ用受光素子に入射するように
   した特許請求の範囲第１項に記載の光学式測定装置。
3. （３）前記処理回路が、Ａ／Ｄコンバータ、マイクロプ
   ロセッサ及びＤ／Ａコンバータを含むものである特許請
   求の範囲第１項記載の光学式測定装置。