JPS6243502A - 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】

この発明は光学式測定装置に係り、特に、平（テ走査光
線ビームを利用して被測定物の寸法等を測定づる光学式
測定装置の改良に関する。

【従来の技術］ 従来、回転走査光線ビーム（レーザビーム）をコリメー
タレンズによりこのコリメータレンズと集光レンズ間を
通る平行走査光線ビームに変換し、該コリメータレンズ
と集光レンズの間に被測定物を置き、この被測定物によ
って前記平行走査光線ビームが遮られて生じる暗部又は
明部の時間の長さから被測定物の寸法を測定する光学式
測定装置があった。 これは、例えば第４図に示づ如く、レーザ管１０からレ
ーザビーム１２を固定ミラー１４に向けて発撮し、この
固定ミラー１４により反射されたレーザビーム１２を多
角形回転ミラー１６によって回転走査光線ビーム１７に
変換し、この走査ビーム１７をコリメータレンズ１８に
よって平行走査光線ビーム２０に変換し、この平行走査
光線ビーム２ｏによりコリメータレンズ１８と集光レン
ズ２２の間に配置した被測定物２４を高速走査し、その
時被測定物２４によって生じる暗部又は明部の時間の長
さから、被測定？５２４の走査方向（Ｙ方向）寸法を測
定するものである。即ち、平行走査光翰ビーム２０の明
暗は、集光レンズ２２の焦点位置にある受光素子２６の
出力電圧の変化となって検出され、該受光素子２６から
の信号は、プリアンプ２８に入力され、ここで増幅され
た後、セグメント選択回路３０に送られる。このセグメ
ント選択回路３ｏは、受光素子２６の出力電圧から被測
定物２４が走査されている時間ｔの間だけゲート回路３
２を開くための電圧Ｖを発生して、ゲート回路３２に出
力するようにされている。このゲート回路３２には、ク
ロックパルス発振器３４からクロックパルスＣＰが入力
されているので、ゲート回路からは被測定物２４の走査
方向寸法（例えば外径）に対応した時間ｔに対応プるり
ＯツクパルスＰを計数回路３６に入力する。計数回路３
６は、このクロックパルスＰを計数して、デジタル表示
器３８に計数信号を出力し、デジタル表示器３８は被測
定物２４の走査方向寸法即ち外径をデジタル表示するこ
とになる。一方、前記多角形回転ミラー１６は、前記ク
ロックパルス発振器３４出力と同期して正弦波を発生す
る同期正弦波発振器４０及びパワーアンプ４２の出力に
より同期駆動されている同期モータ４４により、前記り
Ｏツクパルス発１ｆｉｌ！！！３４出力のクロックパル
スＣＰと同期して回転され、測定精度を維持するように
されている。 このような高速度走査型レーザ測長機は、移動する物体
、高温物体の長さ、厚み等を非接触で高精度に測定でき
るので広く利用されつつある。 （発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような高速度走査型レーザ測長灘
における多角形回転ミラーを駆動する同期モータは、一
般的には短周期の変動（一回転以内の変動）及び長周期
の変動があり、前者はフライホイールを設けることによ
り除去することが容易であるが、後者の長周期の変動を
除去することは困難であった。 これに対しては、ヒステリシスシンクロナスモータやＴ
ＬＬ制御によるＤＣモータを使用することも考えられる
が、この場合はコストが大幅に増大してしまうという問
題点がある。 これに対して、第４図に示されるように、平行走Ｉビー
ム２ｏの中に一対のビン２１．２１を配置し、この一対
のビン２１．２１の間の実３ｔ！！　Ｉａ及び測定値の
比から、モータの回転をモニタしてこれを補正するよう
にしたものがある。 又、第４図において２点１ａｔｓ＊で示されるように、
回転走査ビーム１７の走査方向両端近傍位置に一対の光
電変換器２３．２３を設け、これらの光電変換器から出
力信号の立ち上がり又は立ち下がり間の時間に基づく測
定値と、これらの光電変換器間の実測値との比からモー
タの回転をモニタして測定値を補正するようにしたもの
がある。 しかしながら、これらはいずれも、走査ビームの径が大
きい鑓所で走査ビームが一対のビン２１．２１あるいは
一対の光電変換器２３．２３を走査するようになってい
るために、これらのエツジ倹比精度が低く、このため測
定回数を多くして平均化による測定精度の向上を計らざ
るを侍ないという問題点がある。 又、一対の光電変換器を利用した場合は、これら一対の
光電変換器の感度のドリフト及びアンプ系のドリフトが
測定精度を恕化させるという問題点がある。 【発明の目的】 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、測定回数を増大したりすることなく、測定精度を
向上させることができるようにした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１ この発明は、ビーム発生器からの入射ビームを反射して
回転走査ビームとする多角形回転ミラー、該回転走査ビ
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、被測定物を通過した前記平
行走査ビームの明暗を検出する光電変換器とを有し、平
行走査ビーム発生装置と前記光電変換器の間に配置した
被測定物によって前記平行走査光線ビームの一部が遮ら
れて生じる暗部又は明部の時間の長さをカウンターを介
して検出して被測定物の走査方向寸法を求めるようにし
た光学式測定装置において、前記多角形同転ミラーと前
記被測定物との間の位置に、前記平行走査ビームによる
走査方向に離間して配置され、且つ平行走査ビームを同
一点に向けて反射するように傾けられた２個の反射鏡と
、前記同一点に配置され、該２個の反射鏡からの反射光
を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する第２の光
電変換器と、この第２の光電変換器の出力信号に基づき
、前記２個の反！）Ｉ鏡開の距離に対応した参照データ
をとる第２のカウンタと、前記２１ＩＩの反射鏡間の平
行走査ビームの走査方向の実測距離に基づくキャリブレ
ーションデータと前記第２のカウンタで得られた参照デ
ータとの比から、前記カウンタで得られた計測データを
修正する補正手段と、を設けることにより上記目的を達
成するものである。 又この発明は、前記第２の光電変換器を、前記２個の反
射鏡を経由しての前記コリメータレンズからの光学的距
離が、該コリメータレンズの焦点距離「と等価の位置に
配置することにより上記目的を達成するものである。 又、この発明は、前記２個の反射鏡の走査ビーム進行方
向の位置を、前記コリメータレンズと被測定物の間とす
ることにより上記目的を達成するものである。

【作用】 この発明において、測定値の補正を行だめの信号を得る
一対の反射鏡は同一の光電変換器に走査ビームを反射し
て、該同−の光電変換器から補正用の信号を得るように
しているので、一対の光電変換器を利用した場合と比較
して、光電変換器の感度のドリフト、アンプ系のドリフ
トの影響を受けることなく、測定精度を向上させること
ができる。 又、補正用の第２の光電変換器の位置をコリメタ−レン
ズに対して該コリメタ−レンズの焦点距ｗｉｆの位置と
光学的に等価の位置に配置することにより、走査ビーム
の最も絞られた個所で、該走査ビームが光電変換器に第
２の光電変換器入力され、従って高い精度でエツジ検出
を行うことができる。

【実施例】

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例は、第１図及び第２図に示されるように、ビ
ーム発生器５ｏからの入射ビーム５２を反射して回転走
査ビーム５４とする多角形回転ミラー５６、該回転走査
ビーム５４を平行走査ビーム５８とするコリメータレン
ズ６０、を含む平行走査ビーム発生装置と、被測定物６
２を通過した前記平行走査ビームの明暗を検出する光電
変換器６４とを有し、平行走査ビーム発生装置と前記光
電変換器６４の間に配置した被測定物６２によって前記
平行走査ビーム５４の一部が遮られて生じる暗部又は明
部の時間の長さをカウンター６６を介して検出して被測
定物６２の走査方向寸法を求めるようにした光学式測定
装置において、前記多角形回転ミラー５６と前記被測定
物６２との間の位置に、前記平行走査ビーム５８による
走査方向に離間して配置され、且つ平行走査ビーム５８
を同一点に向けて反射するように傾けられた２個の反１
Ｆｌ鏡６８Ａ、６８Ｂと、前記同一点に配置され、該２
個の反射１１ｉ６８Ａ、６８Ｂからの置割光を受光し、
受光量に応じた電気信号を出力する第２の光電変換１５
７０と、この第２の光電変換器７０の出力信号に基づき
、前記２個の反射鏡間６８Ａ、６８Ｂの距離に対応した
参照データをとる第２のカウンタ７２と、前記２個の反
＊Ｊ　ｉｉ　６８　Ａ、６８Ｂ間の平行走査ビーム５８
の走査方向の実測距離に基づくキャリブレーションデー
タと前記第２のカウンタ７２で得られた参照データとの
比から、前記カウンタ７２で得られた計測データを修正
する補正手段７４と、を設けたものである。 前記第２の光電変換器７０は、前記２個の反射鏡６８Ａ
、６８Ｂを経由しての前記コリメータレンズ６ｏからの
光学的距離が、該コリメータレンズ６０の焦点距離ｒと
等価の位置に配置されている。 又、前記２個の反ｐＡｉｌｔ６８Ａ、６８Ｂの走査ビー
ム進行方向の位置は、前記コリメータレンズ６０と被測
定物６２との間とされている。第１図の符号５１はビー
ム発生器５０により発生された入射ビーム５２を多角形
回転ミラー５６方向に反射する固定ミラー、６１は集光
レンズを示す。 前記光電変換器６４及び第２の光電変換器７０からの出
力信号を処理する回路は次のように構成されている。 まず、光電変換器６４の出力側はアンプ７６を介してエ
ツジ検出回路７８に接続され、このエツジ検出回路７８
の出力側はセグメント選択回路８０を介してＡＮＤゲー
ト８２に接続されている。 このＡＮＤゲート８２の出力側は前記カウンタ６６に接
続され、このカウンタ６６の出力側は演算装置（ＣＰｔ
Ｊ）８４に接続されている。 又、前記第２の光電変換器７０の出力側も、光電変換器
６４と同様に、アンプ８６、エツジ検出回路８８、セグ
メント選択回路９０、ＡＮＤゲート９２を介して前記第
２のカウンタ７２に接続されている。 この第２のカウンタ７２は前記演Ｉ！ｌ装置８４に接続
されている。 前記２つのＡＮＤゲート８２及び９２には、クロックパ
ルス発信器９４からのクロックパルスＣＰが入力される
ようになっている。 又このりＯツクパルス発信器９４は、同期正弦波発信器
９６及びモータドライバ９８を経て、前記多角形回転ミ
ラー５６を回転駆動するための同期モータ１００に接続
されている。 ここで前記エツジ検出回路７８は、光電変換器６４の出
力信号Ｓ１から、平行走査ビーム５８が被測定物６２を
走査するときの暗部となるエツジを検出してこれをセグ
メント選択回路８ｏに出力するようにされている。 セグメント選択回路８０は、エツジ検出回路７８からの
エツジ検出信号の間、即ち被測定物６２によって生じる
単数又は複数の子め設定された暗部に相当する時間ｔの
間ＡＮＤゲート８２を開く信号を出力するようにされて
いる。 又、前記エツジ検出回路８８は、平行走査ビーム１８が
反射鏡６８Ａを照射し、且つ６８Ｂを照射することによ
って、生じる第２の光電変換器７０の出力信号＄２の２
つの立ち上がりを検出し、これをセグメント選択回路９
０に出力するものである。 セグメント選択回路９０はエツジ検出回路８８からの１
回目の立ち上がり信号と２回目の立ち上がり信号との間
の時間の間だけＡＮＤゲート９２を開くための信号を発
生してこれをＡＮＤゲート９２に出力するようにされて
いる。 前記ＡＮＤゲート８２及び９２は、対応するセグメント
選択回路８０及び９ｏからゲート信号が出力されている
間、クロックパルス発信器９４からのクロックパルスＣ
Ｐを対応するカウンタ６６及び第２のカウタ７２に出力
するものである。 これらカウンタ６６及び第２のカウンタ７２はＡＮＤゲ
ート８２及び９０に開かれている間りＯツクパルス発信
器９４からのパルス信号の数をカウントしてこれを前記
演算装置８４に出力するようにされている。 第１図の符号１０２Ａ及び１０２Ｂはタイミング用光電
変換器を示し、これらはコリメータレンズ６０の間外側
に接近して配置され、コリメータレンズ６０に入射する
回転走査ビーム５４の基端及びｎ端を検出することによ
って、タイミング信号Ｒｓ＋、Ｒｓｚを出力し、演算装
置８４の作動タイミングを設定するものである。 この演算装置８４は、前記補正手段７４を含み、該補正
手段７４は前記一対の反射鏡６８Ａ、６８Ｂ開の平行走
査ビーム５８の走査方向の距離（キャリブレーションデ
ータ）をＢ　ＯＸ測定によって、第２のカウンタ７２に
よって得られた、前記一対の反射鏡６８Ａ、６８Ｂ間の
測定値をＢ、カウンタ６６によって得られた被測定物６
２の走査方向の寸法をＡとした場合、測定ＩＩＡを補正
して、被測定物６２の真の寸法Ａ′を次の（１）式によ
って演算するようにされている。 Ａ’　＝Ａ・（Ｂ／Ｂｏ）　　　　　　−（１）ここで
第２図の符号１０４は第２の光電変換器７０の表面に設
けられたナイフェツジを示し、このナイフェツジ１０４
は第２の光電変換器７０の端部が一定でない場合に、反
射１１ｉ６８Ａ、６８Ｂから入ｆＪＪする走査ビームに
よる出力信号の立ち上がりを安定させるためのものであ
る。 上記実施例においては、多角形回転ミラー５６の１つの
反射面による１回の平行走査ビーム５８による走査毎に
、光電変換器６４で得られた信号に基づくカウンタ６６
のカウントＩＩＩＡを、第２の光電変換器７ｏで得られ
た信号に基づく第２のカウタ７２のカウントｉｌＢ及び
予め設定されているＳｏによって補正された測定１ｉ！
！Ａ’　が出力されるので、多角形回転ミラー５６を駆
動するための同期モータ１００の短期及び長期の変動に
よっても、測定追に影響を受けることがない。 更に、上記実施例においては、第２の光電変換器７０は
７ｏの、コリメータレンズ６０に対する光学的距離は、
該コリメータレンズ６０の焦点距離「に等しい位置とさ
れているので、該第２の光電変換器７０に入射する平行
走査ビーム５８の径は最小となり、測定精度が向上され
る。 なお上記実施例において、反射鏡６８Ａ、６８Ｂはコリ
メータレンズ６０と被測定物６２の間の位置に配置され
ているが、本発明はこれに限定されるものでなく、例え
ば回転走査ビーム５４の走査域に配置するようにしても
よい。 更に、上記実施例は、第２の光電変換器７０の表面にナ
イフェツジ１０４を設け、これによって該第２光電変換
器７２の受光端部を整列させるようにしているが、これ
は、ナイフェツジでなくても、受光面が一定の直線上に
なるものであればよい。 又、上記実施例は、反射鏡６８Ａ、６８Ｂから直ちに第
２の光電変換器７０に平行走査ビーム５８が入射するよ
うにしたものであるが、これは他のミラーを介して入射
されるようにしてもよい。 （発明の効果］ 本発明は上記のように構成したので、２つの反射鏡から
１つの第２の光電変換器に平行走査ビームを反射して入
射させるようにしたので、充電変換器の感度ドリフト及
びアンプ系のドリフトが生じても、２つの反射鏡間の時
間的幅に変化が生じることがなく、従って、該ドリフト
によって灘定精度を低下することを防止できるという優
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調定装置の実施例を示すブ
ロック図、第２図は同実施例における反射鏡と第２の光
電変換器との関係を示す正面図、第３図は同実施例装置
における信号処理の過程を示す線図、第４図は従来の光
学式測定装置を示すブロック図である。 ５０・・・ビーム発生器、 ５２・・・入射ビーム、 ５４・・・回転走査ビーム、 ５６・・・多角形回転ミラー、 ５８・・・平行走査ビーム、 ６０・・・コリメータレンズ、 ６２・・・被測定物、 ６４・・・光電変換器、 ６８Ａ、６８Ｂ・・・反射鏡、 ７０・・・第２の光電変換器、 ７２・・・第２のカウンタ、 ７４・・・補正手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビーム発生器からの入射ビームを反射して回転走
   査ビームとする多角形回転ミラー、該回転走査ビームを
   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、被測定物を通過した前記平行走査
   ビームの明暗を検出する光電変換器とを有し、平行走査
   ビーム発生装置と前記光電変換器の間に配置した被測定
   物によつて前記平行走査ビームの一部が遮られて生じる
   暗部又は明部の時間の長さをカウンターを介して検出し
   て被測定物の走査方向寸法を求めるようにした光学式測
   定装置において、前記多角形回転ミラーと前記被測定物
   との間の位置に、前記平行走査ビームによる走査方向に
   離間して配置され、且つ平行走査ビームを同一点に向け
   て反射するように傾けられた２個の反射鏡と、前記同一
   点に配置され、該２個の反射鏡からの反射光を受光し、
   受光量に応じた電気信号を出力する第２の光電変換器と
   、この第２の光電変換器の出力信号に基づき、前記２個
   の反射鏡間の距離に対応した参照データをとる第２のカ
   ウンタと、前記２個の反射鏡間の平行走査ビームの走査
   方向の実測距離に基づくキャリブレーションデータと前
   記第２のカウンタで得られた参照データとの比から、前
   記カウンタで得られた計測データを修正する補正手段と
   、を設けたことを特徴とする光学式測定装置。
2. （２）前記第２の光電変換器を、前記２個の反射鏡を経
   由しての前記コリメータレンズからの光学的距離が、該
   コリメータレンズの焦点距離ｆと等価の位置に配置した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式測
   定装置。
3. （３）前記２個の反射鏡の走査ビーム進行方向の位置を
   、前記コリメータレンズと被測定物の間としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光学式
   測定装置