JPS6310486Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光学走査装置、さらに詳しくは、例え
ば熱間圧延で製造する鋼管外径を非接触で測定す
るために用いる光学走査装置に関する。

上記光学走査装置の用途の例として、連続式管
圧延機あるいはマンドレルミルと呼ばれ継目無鋼
管の製造装置において、複数連設されたミルスタ
ンドにより順次管圧延を行なう際に各ミルスタン
ド間の鋼管外径（以下、バルジ幅という）を測定
し、その測定値によりマンドレルミルを制御する
装置が、特開昭54−126652号によつて提案されて
いる。該装置においては、一対のミルロールを組
込んだミルスタンドの間隔が狭く、またミルロー
ルが圧延スケジユールに応じて交換しなければな
らず、さらに、ミルスタンドの近くには他の装置
が配置されておりこれらと光学走査装置との干渉
を避けなければならず、他方、精度上の要求から
光学走査装置自身が鋼管に近接して配置されなけ
ればならないことから、光学走査装置は小型であ
ることの要求が極めて強い。

さらにまた、この光学走査装置は、これにより
得られたバルジ幅の測定値に基づいてマンドレル
ミルの制御を行うことから、バルジ幅を高精度で
かつリアルタイムに測定する必要がある。

ところで、例えば熱間圧延で製造する鋼管の外
径を非接触かつ連続的に測定し、オンラインで該
鋼管製造装置を制御する装置の走査装置として
は、光学走査方式が最も良く知られている。そし
て前記光学走査方式には、スキヤニングイメージ
方式とフライングイメージ方式とがある。

上記スキヤニングイメージ方式は、結像面をス
リツトによつて直接回転走査する方式である。こ
のスキヤニングイメージ方式は、走査光束が投影
レンズの光学中心を中心として回動走査する回動
形と、走査光学を投影レンズの焦点位置を中心と
して回動し被走査部において走査光学が平行走査
する平行形とがある。スキヤニングイメージ方式
は、走査範囲が比較的狭いが、機構が簡単でしか
も高精度走査に適し、また円弧誤差や正接誤差が
補正可能であるから直線性走査が可能である特徴
を有する。

一方、フライングイメージ方式は、走査光束を
回転鏡で反射して回動させ、結像面の固定スリツ
トの像が被走査面上を走査するものである。な
お、フライングイメージ方式で平行走査を行なう
場合は、回転鏡で反射された光束を凹面鏡で反射
させてから被走査面に送る。フライングイメージ
方式は、スキヤニングイメージ方式に比較して走
査範囲が大きくとれかつ光束走査に適する。反
面、半透鏡、回転ミラー周期系、対物レンズ系等
の配置が複雑となり、大型化するという構造上の
問題がある。

ところで、小型化に適した上記スキヤニングイ
メージ方式には、二眼式回動走査形と一眼式平行
走査形とがある。

従来知られている二眼式回動走査形のスキヤニ
ングイメージ方式の装置は、複数のスリツトを有
する回動ドラム上に被走査面の像を投影し、さら
に上記スリツトを通過した光束を光電変換素子上
に投光してなる走査ユニツトを２台並置し、再走
査ユニツトの走査方向が対向するように構成され
る。本装置は２つの回動ドラムを有しこれらを同
期して回転しなければならないから、小型化に制
限がありまた装置が複雑である欠点がある。な
お、回転ドラムの小型化は、スリツト走査面の円
筒面化を招き、走査位置によつて結像関係がくず
れて走査精度が下がるので、回転ドラムの小型化
にも限度がある。

また、他の二眼式回動走査形のスキヤニングイ
メージ方式として実公昭40−27034号によつて提
案された光電幅計がある。本装置は、被走査物の
両端部の像を回転ドラム上に投影し、この回転ド
ラムには上記被走査物の端部の像を交互に走査す
るように複数のスリツトが設けられ、このスリツ
トを通過した光束を１個の光電変換素子上に投光
するように構成され、一つの光電変換素子に被走
査物の両端部の像を交互に検出するようにして小
型化を図つたものである。ところで、光学走査装
置の測定対象である熱間での圧延材の外径は25
mm／sec程度の速度の変動を生ずることがあり、
この場合においても精度0.1mmを得ようとすれば
１走査250Hzという高速走査で測定しなければ、
被走査物の両端を静止画像として測定できない。

しかしながら、実公昭40−27034号において提
案された光電幅計では、１個の光電変換素子で被
走査物の両端を時分割に測定するから回転スリツ
トの数が同じで回転ドラムの回転速度が同一であ
れば走査速度が半分に低下する。従つて、高速で
移動しかつ外径が変動する被測定物を測定する場
合は、測定精度は著じるしく低下することとな
る。即ち、上記の場合には被走査物の一端の測定
を行つた後、他端の測定するまでの間に被走査物
が移動してしまい、本来測定すべき径方向に対し
ずれた方向の測定を行つてしまうこととなるから
である。

一方、従来知られている一眼式平行走査形のス
キヤニングイメージ方式の装置は、複数のスリツ
トを設けた回転ドラムの中心位置に光路分割プリ
ズムを配置し、被走査面を投影レンズ及び上記光
路分割プリズムを介して上記回転ドラム内壁の対
称な２個所に投影する。また、上記投影レンズの
結像側焦点位置にスリツト絞りを設けるととも
に、上記回転ドラムのスリツトを通過した光束を
それぞれ２つの光電変換素子上に投光するように
構成する。上記構成において、被走査面上を走査
する光束は投影レンズに平行に入射する光束とな
る。上記一眼式平行走査形のスキヤニングイメー
ジ方式の装置は回転ドラムが一個であるから小型
化に適し回転同期が不要である長所を有するが、
平行走査であるから、投影レンズの直径が被走査
物よりも大きいことが必要である。

本考案は上記従来の光学走査装置の問題を鑑み
なされたものであつて、小型かつ精度の高い測定
が可能な光学走査装置を提供することを目的とす
るものであつて、その構成上の特徴とするところ
は、複数のスリツトを有する回動スリツト部と、
被走査物の両端部を反射面を介し上記回動スリツ
ト上にそれぞれ独立して投影する第１光学系及び
第２光学系と、上記第１光学系により投影され上
記回動スリツトを透過した光束を第１光電変換素
子へリレーする第１リレー光学系と、上記第２光
学系により投影され上記回動スリツトを透過した
光束を第２光電変換素子へリレーする第２リレー
光学系とを有し、上記回動スリツト部の上記スリ
ツトは、上記第１光学系からの光束を第１光電変
換素子へ、また上記第２光学系からの光束を第２
光電変換素子へ同一タイミングで導くように設け
られ、かつ、上記第１光学系と上記第２光学系と
の反射面数に差をもたせることにより被走査物か
ら外側に向けて又は被走査物を挟み込む方向に同
一タイミングで走査することである。

以下本考案の実施例を図にもとづいて説明す
る。第１実施例の光学走査装置１は、第１図、第
２図に示すように、複数のスリツト２を有する回
転ドラム４、被走査物の端部６を回転ドラム４の
上面８に投影する第１光学系１０、被走査物の他
の端部１２を回転ドラム４の下面１４に投影する
第２光学系１６、第２光学系１６に配置されて像
反転光学系を構成するペンタプリズム１８、回転
ドラム４の上面８の下方に配置された第１リレー
光学系２０及び第１光電変換素子２２、回転ドラ
ム４の下面１４の上方に配置された第２リレー光
学系２４及び第２光電変換素子２６から構成され
る。上記第１光学系１０は第１投影レンズ３０及
び１つの反射面を有する反射鏡３２からなり、第
２光学系１６は第２投影レンズ３４及び２つの反
射面を有するペンタプリズム１８からなり、第１
リレー光学系２４は反射鏡４２及び第２リレーレ
ンズ３８及び光量調節フイルター４０からなり、
第２リレー光学系２４は反射鏡４２及び第２リレ
ーレンズ４４からなる。また、回転ドラム４は駆
動機構４６によつて回転させられる。

以上の構成において、被走査物の端部６と回転
ドラム４の上面８とは第１投影レンズ３０に関し
て共役関係にあり、また第１投影レンズ３０と光
電変換素子２２とは第１リレーレンズ３８に関し
て共役関係にある。また、被走査物の他端１２と
回転ドラム４の下面１４とは第２投影レンズ３４
に関して共役関係にあり、また第２投影レンズ３
４と光電変換素子２６とは第２リレーレンズ４４
に関し共役関係にある。そして、回転ドラム４が
第１図の矢印Ａで示す方向に回転すると、被走査
物の端部６，１２においては矢印Ｂ，Ｃで示す方
向に走査することとなる。従つて、第１光学系１
０及び第２光学系１６による走査光束は被走査物
を両外側から挟み込むように走査することにな
り、被走査物の両端部６，１２における走査時期
のずれがほぼ無くなり、正確な測定が可能であ
る。光量調節フイルター４０は、第１光学系１０
と第２光学系１６とにおける光量損失の差を補償
するものであつて、これを備えることにより２つ
の光電変換素子２２，２６の入射光量の均衡を保
つことができる。

第２実施例の光学走査装置５０は、第３図に示
すものであるが、第１実施例と同一の構成につい
ては同一の符号を付してその説明を省略する。第
２光学系１６の２つの反射面をもつペンタプリズ
ム５２を有し、これは入射光軸と射出光軸とのな
す角が90゜より大きい。そして、第１光学系１０
の光軸と第２光学系１６の光軸とが回転ドラム４
の中心において交差するように反射鏡５４及びペ
ンタプリズム５２が配置される。回転ドラム４の
内部における第１光学系１０の光軸の延長上に第
１リレーレンズ５６及び光電変換素子５８が配置
され、また、回転ドラム４の内部における第２光
学系１６の光軸の延長上に第２リレーレンズ６
０、光量調節フイルター６２及び光電変換素子６
４が配置される。第２実施例は光学系を一平面内
に配置することができるから、第１実施例に比較
してより小型化できる。

本考案の光学走査装置は以上のように構成され
るから、小型で簡単な構造であり、また精度の高
い測定が可能であり、マンドレルミルにおけるバ
ルジ幅測定にも具合よく使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の説明図、第２図は第１実
施例の回転ドラム内部の説明図、第３図は第２実
施例の説明図である。 １……光学走査装置、２……スリツト、４……
回転ドラム、１０……第１光学系、１６……第２
光学系、１８……ペンタプリズム、２０……第１
リレー光学系、２２……第１光電変換素子、２４
……第２リレー光学系、２６……第２光電変換素
子、４０……光量調節フイルター。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 複数のスリツトを有する回動スリツト部と、被
   走査物の両端部を反射面を介し上記回動スリツト
   上にそれぞれ独立して投影する第１光学系及び第
   ２光学系と、 上記第１光学系により投影され上記回動スリツ
   トを透過した光束を第１光電変換素子へリレーす
   る第１リレー光学系と、 上記第２光学系により投影され上記回動スリツ
   トを透過した光束を第２光電変換素子へリレーす
   る第２リレー光学系とを有し、 上記回動スリツト部の上記スリツトは、上記第
   １光学系からの光束を第１光電変換素子へ、また
   上記第２光学系からの光束を第２光電変換素子へ
   同一タイミングで導くように設けられ、かつ、 上記第１光学系と上記第２光学系との反射面数
   に差をもたせることにより被走査物から外側に向
   けて又は被走査物を挟み込む方向に同一タイミン
   グで走査することを特徴とする光学走査装置。