JPS63171304A

JPS63171304A - 測寸装置

Info

Publication number: JPS63171304A
Application number: JP374587A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamate; 山手　捷治
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1988-07-15

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】崖１上豊且里北！本発明は、断面円形の被測定物の表面プロフィールを測
定する測寸装置に関する。

皿米立挟丘この種の測寸装置の従来例としては、第６図に示すよう
に多数の受光素子を一列配置した受光器２２ｂと、これ
に対向配置した投射器２２ａとを有する光学的検出手段
を被測定物１００の周囲にこれの軸心を中心にして回転
自在に設け、被測定物１００の周端部を横切るようにし
て投射器２２ａから投射される平行光線を受光器２２ｂ
の受光素子群で検出し、受光素子群の受光部と非受光部
との境界部分の間隔（被測定物により平行光線が一部遮
蔽されることにより生じる光と影との境界）を計数し、
この計数結果により被測定物の直径を周方向の複数の位
置について算出し、被測定物の真円度、つまり表面プロ
フィールを求めるものであった。

（”しよ゛と　るう　占しかしながら、上述の従来例による場合は、被測定物が
第７図に示すような「おむすびｊ形状をなすときには、
これを誤って真円として誤検出する、つまり表面プロフ
ィールを正確に測定できないという問題があった。

即ち、かかる形状の被測定物１００を測定する場合には
、どの方向から平行光線を投射し、前記境界部分の間隔
を計数しようとも、被測定物１００の直径りがＲ，＋Ｒ
，になり、表面プロフィールを正確に測定できなくなる
のである°。

ここに、第７図に示す被測定物１００は、破線で示す正
三角形Ａ’Ｂ’Ｃ’の各頂点Ａ′、Ｂ′、Ｃ′から外側
方にＲ１の半径で角度６０゛の円弧を描き、また内側方
にＲ２の半径で角度６０°の円弧を描いた場合に、これ
らの円弧で結ばれる曲線に相当するｒおむすび」形状を
なしている。

本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであり、断面円形の被測定物の表面プロフィー
ルを正確に測定することができる測寸装置を提供するこ
とを目的とする。

ロ　占　ηゞ　　るための本発明に係る測寸装置は、固定配置した断面円形の被測
定物の周囲に第１、第２、第３の光学的検出手段を回転
自在に設け、これらの光学的検出手段の検出結果により
前記被測定物の表面プロフィールを測定する測寸装置で
あって、前記第１、第２、第３の光学的検出手段が前記
被測定物の周端部を横切るようにして平行光線を投射す
る第１、第２、第３の投射器と、多数の受光素子群を一
列配置してなり、前記第１、第２、第３の投射器からの
投射光を夫夫受光すべく、これら第１、第２、第３の投
射器に対向配置してある第１、第２、第３の受光器とか
らなり、前記第１、第２、第３の受光器の検出信号より
、夫夫受光状態の受光素子と非受光状態の受光素子とを
弁別し、非受光状態の受光素子の数と、受光状態の受光
素子と非受光状態の受光素子との境界位置を通る前記平
行光線の成分を三辺とする三角形のこれら各辺とに基づ
き定まる前記被測定物の直径に関する時系列データを求
め、これらの時系列データに基づき被測定物の表面プロ
フィールを測定するするようになっている。

、作且しかるときは、第３図に示すように被測定物１に外接す
るΔＡＢＣの三辺ＭＳＮ、Ｌが、上述の受光状態の受光
素子と非受光状態の受光素子との境界位置を通る前記平
行光線の成分に相当し、また非受光状態の受光素子の数
が第３図に示すＸ、Ｙ、Ｚに相当することになるので、
後述する幾何′　　学的関係により導かれる第０式を解
くことにより第３図において被測定物１の軸心０と各辺
Ｍ、Ｎ、Ｌとの距離Ｒの２倍に相当する被測定物１の直
径りが求まることになる。

そして、かかる手段によれば、上述した「おむすび１形
状をなす被測定物１００の測定を行う場合であっても、
第７図に２点鎖線で示すように被測定物１００に外接す
るΔＡＢＣを得ることができるので、上記同様の演算を
実行することにより、被測定物１００の直径りを誤検出
の虞れがなく定量的に測定できることになる。

更には、光学的検出手段が被測定物１に対して回転する
ので、所定のサンプリングピッチで第１、第２、第３の
受光器の検出信号を読み取ることにより直径りの時系列
データを得ることができることになる。

１１里以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明に係る測寸装置の検出系を示す略示側面
図、第２図はその信号処理系を示すブロック図である。

所定速度で軸送りされる断面円形の被測定物１の搬送経
路の所定位置には、投光器２ａと受光器２ｂ、投光器３
ａと受光器３ｂ及び投光器４ａと受光器４ｂとを夫夫対
向配置してなる３個の光学的検出手段２．３．４を鉛直
方向に回転自在に設置すであり、被測定物１の表面プロ
フィールを測定するようになっている。光学的検出手段
２．３．４の回転中心は被測定物１の軸心０に一致させ
である。

各投光器２ａ、３ａ、４ａからは被測定物１の周端部を
横切るようにして平行光線２ｃ、３ｃ、４ｃが夫夫投射
されるようになっており、被測定物ｌにより一部遮蔽さ
れる平行光線２ｃ、３ｃ、４ｃを受光器２ｂ、３ｂ、４
ｂが夫夫検出（受光）するようになっている。各受光器
２ｂ、３ｂ、４ｂは第２図に示すように多数の受光素子
２ｄ、３ｄ、４ｄを一列配置した固体撮像素子（ＣＣＤ
）からなるものであり、検出信号（電気信号）を次に述
べる信号処理系の換算器５．６．７に夫夫出力するよう
になっている。

信号処理系は前記検出信号に所定の換算計数を掛は合わ
す前記換算器５．６．７と、前記受光器２ｂ、３ｂ、　
４ｂから換算器５．６．７に夫夫出力される検出信号の
同期をとり、また、これらの出力信号を所定のサンプリ
ングピッチで加減算器９に読み込ませるべく制御する同
期駆動回路８と、加減算器９の演算結果を表示するディ
ジタル表示器１０、ＣＲＴＩＩと、演算結果を記録する
プリンタ１２、レコーダ１４等を有してなり、受光器２
ｂ、３ｂ、４ｂの検出信号に基づき次に述べる処理を実
行し、被測定物１の表面プロフィールを測定し、測定結
果を表示、記録する。

以下に前記受光器２ｂ、３ｂ、４ｂの検出信号信号の具
体的内容及び信号処理系の処理内容について説明する。

受光器２ｂ、３ｂ、４ｂは夫夫受光状態にある受光素子
２ｄ、　３ｄ、　４ｄと非受光状態にある受光素子２ｄ
、３ｄ、４ｄとを弁別し、非受光状態にある受光素子２
ｄ、３ｄ、４ｄの数に応じた検出信号を換算器５．６．
７に出力する。つまり、被測定物１に遮蔽された平行光
線の幅に応じた信号を出力するのである。

具体的には、受光器２ｂ、　３ｂ、　４ｂの受光素子２
ｄの個数をＣとし、ｉスキヤシ時（測定開始時がら第１
番目の走査をいい、この走査は上述したように同期駆動
回路８により制御される）における受光状態の受光素子
２ｄ、３ｄ、４ｄの数を夫夫”／ｊ、ｎ２ｊ、ｎ）７と
すると、非受光状態の受光素子２ｄ、３ｄ、４ｄの数は
夫夫Ｃ−ｎ７／、Ｃ−ｎＪ７’ＳＣ−ｎＪｊになり、こ
のＣｎ　／７、Ｃ−ｎ７ｉｓｃ−ｎＪｊに対応した検出
信号を出力することになる。

そして、このＣ−ｎ７ｊ、Ｃ−”２４　％　ＣｎＪ７’
は第３図において、ｘ、ｙ、ｚに夫夫相当する。第３図
は本発明の測定原理を示しており、ΔＡＢＣは前述した
如く受光状態の受光素子２ｄ、３ｄ、４ｄと非受光状態
の受光素子２ｄ、３ｄ、４ｄとの境界線を通る平行光線
の成分に相当する三辺り、Ｍ、Ｎにより形成される三角
形であり、被測定物１に外接している。前記ｘ、ｙ、ｚ
はｉスキヤシ時における影の幅、即ち図における仮想的
な特定点Ｐと線分り、Ｍ、Ｎとの距離に相当する。なお
、Ｒは被測定物１の半径を示す。

第３図に示す幾何学的関係により、以下の関係式が成立
する。但し、ＳはΔＡＢＣの面積である。

また、 ■、■式より下記０式が成立する。

ここに、上記０〜０式で示される演算内容は、受光器２
ｂ、３ｂ、４ｂの検出信号を読み取る加減算器９により
行われるものであるが、受光器２ｂ、３ｂ、４ｂの出力
、即ちＸ、Ｙ、Ｚは換算器５．６．７を介して加減算器
９に読み取られるので、加減算器９に読み取られる実際
の出力はこれらの出力に夫夫所定の換算係数Ｋｌ、に２
、Ｋ３を掛は合わせたものである。

従って、加減算器９により演算される実際のＤは、下記
０式で示されるものになる。

４Ｈ，Ｌ、、Ｋは後述する補正定数であり、また前記換
算係数に＋　、Ｋ２　、Ｋｐの内容については後述する
。

加減算器９は上記演算内容に加えて、下記０式に示すよ
うに、例えばｊ回分の走査に関しての多数回平均処理を
実行し、直ｉ￥！Ｄの平均値りを求める。ここに、多数
回平均処理を行うのは、相隣する受光素子２ｄ間に存在
する１３μｍ程度の微少な間隙による量子化誤差を軽減
するためである。

ここ机とδ−＜シ。

・・・■ 乙１１゜以上のＫＩ、に２、Ｋａは前記換算器５．６．７が受光
器２ｂ、３ｂ、４ｂの出力に夫夫掛は合わせる換算係数
であり、またに４は加減算器９に予め設定してある換算
係数である。

次に、これらＫ　１　、Ｋｔ　、Ｋａ　、Ｋ４の具体的
選定方法について説明する。

第４図に示すように、直径がｄ３、ｄ２、ｄ３、ｄ４　
（ｄ、＜ａ２＜ａａ＜ｄ４）の４本の円筒状校正器２０
．２１．２２．２３を用意し、上述した処理内容にてこ
れらの表面プロフィールを測定するものとする。但し、
この場合には光学的検出手段２．３．４を回転させず、
これら円筒状校正器２０．２１．２２．２３を夫夫の軸
心０１回りに偏芯回転させる・ここに・偏芯回転させる
のは受光素子と非受光素子との境界、つまり影の境界が
移動するようにして、多数化平均処理により、大数の法
則に基づいた測定精度の向上を図る趣旨である。

まず、上記０式において、ＫＩ、に２、Ｋａ、Ｋ４の代
わりに、Ｋ　＋　、Ｋ　２　、Ｋ　３　、Ｋ’４とおき
、この式に基づき円筒状校正器２０．２１．２２．２３
の直径ｄ、、ｄ、　、ｄ、　、ｄ４を測定する。下記０
〜０式にこの測定結果Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を示す。

なお、このに／ｌ、に１、Ｋこ、Ｋ′４は実績等に基づ
きに、　、Ｋ２、Ｋａ、Ｋ、に近い値として選定される
。

次に、Ｋ１のみをに１に、Ｋｆのみをに２に、Ｋ３のみ
をに３に夫夫代えた場合のｄ、、ｄ２、ｄ３の測定値が
ＤＣ％　Ｄ’２　、Ｄ’３であったとすると、ＤＣ、Ｄ
’２　、Ｄ；は夫夫下記［相］、■、［相］式で表され
る。

次いで、■式−［相］式、■式−■式、［相］式−［相
］式を夫夫演算し、下記［相］、ｔｓ　桑知浴得る。

上記［相］、［相］、０式により、円筒状校正器２０．
２１．２２．２３の真の直径ｄＩ、ｄ２、ｄ３、ｄ４が
求まることになる。

即ち、・・・Ｏ［相］・・・［相］次いで、上記■八０　　式で定まる連立−次方程式を解
くことにより、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４が一義的に定ま
ることになる。そして、このに、　、Ｋ、　、Ｋａ　、
Ｋ４を上記０式に代入することにより、被測定物１の任
意の周方向位置における直径りが求まることになる。加
減算器９は上記した処理を他の周方向位置についても行
うことにより、被測定物１の直径りに関する時系列デー
をサンプリングし、サンプリング結果を前記ディジタル
表示器１０、ＣＲＴＩＩに表示させ、またプリンタ１２
、レコーダ１４に記録させる。なお、１３はＡ／Ｄ変換
器である。

以上の説明では、光学的検出手１１２．３．４の相互の
位置関係について言及しなかったが、これらの位置関係
を１２０度間隔に設定することにしてもよい。しかると
きは、上記第３図で示したΔＡＢＣが第５図に示す正三
角形ＡＢＣになるので、上記した■〜［株］胱が簡略化
されることになるので、加減算器９の演算処理をより迅
速に行えることになるという利点がある。また、これら
の信号処理系に代えて上記演算を電子計算機で行うこと
にしてもよいし、論理演算素子で行うことにしてもよい
。　　　′ 良班ｑ法来以上の本発明による場合は、非受光状態の受光素子の数
と、受光状態の受光素子と非受光状態の受光素子との境
界位置を通る平行光線の成分を三辺とする三角形のこれ
ら各辺とに基づき、被測定物の直径を求め、またこの直
径を被測定物の周方向における複数の位置について求め
、被測定物の表面プロフィールに関する時系列データと
して得るものであるので、上述の従来例では真円度を正
確に測定できなかった「おむすびｊ状の被測定物等につ
いてもその真円度を正確に測定できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測寸装置の検出系を示す略示側面
図、第２図はその信号処理系を示すブロック図、第３図
は本発明の測定原理を示す説明図、第４図は本発明に使
用する円筒状校正器を示す模式図、第５図は３個の光学
的検出手段を均等に配置した場合の測定原理を示す説明
図である。第６図は従来例の検出系を示す略示側面図、第７図は被
測定物の一例を示す正面図である。１　・・・被測定物２．３．４　・・・光学的検出手段２ａ、　３ａ、　４ａ・・・投光器２ｂ、　３ｂ、　４ｂ・・・受光器２ｄ、　３ｄ、　４ｄ・・・受光素子５．６．７　・・・換算器８　・・・同期駆動回路９　・・・加減算器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固定配置した断面円形の被測定物の周囲に第１、
第２、第３の光学的検出手段を回転自在に設け、これら
の光学的検出手段の検出結果により前記被測定物の表面
プロフィールを測定する測寸装置であって、前記第１、
第２、第３の光学的検出手段が前記被測定物の周端部を
横切るようにして平行光線を投射する第１、第２、第３
の投射器と、多数の受光素子群を一列配置してなり、前
記第１、第２、第３の投射器からの投射光を夫夫受光す
べく、これら第１、第２、第３の投射器に対向配置して
ある第１、第２、第３の受光器とからなり、前記第１、
第２、第３の受光器の検出信号より、夫夫受光状態の受
光素子と非受光状態の受光素子とを弁別し、非受光状態
の受光素子の数と、受光状態の受光素子と非受光状態の
受光素子との境界位置を通る前記平行光線の成分を三辺
とする三角形のこれら各辺とに基づき定まる前記被測定
物の直径に関する時系列データを求め、これらの時系列
データに基づき被測定物の表面プロフィールを測定する
するようになしてあることを特徴とする測寸装置。