JPS63210703A - 光学式測定装置 - Google Patents
光学式測定装置Info
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- JPS63210703A JPS63210703A JP4470187A JP4470187A JPS63210703A JP S63210703 A JPS63210703 A JP S63210703A JP 4470187 A JP4470187 A JP 4470187A JP 4470187 A JP4470187 A JP 4470187A JP S63210703 A JPS63210703 A JP S63210703A
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 43
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、光学式測定装置に係り、特に、平行走査ビー
ムを用いて測定対象物を走査し、その平。 行走査ビームが測定対象物に遮られて生ずる明部又は暗
部の時間の長さから、測定対象物の形状測定を行う光学
式測定装置の改良に関する。
ムを用いて測定対象物を走査し、その平。 行走査ビームが測定対象物に遮られて生ずる明部又は暗
部の時間の長さから、測定対象物の形状測定を行う光学
式測定装置の改良に関する。
測定対象物の多様化及び測定能率向上に対する要求の高
まりと共に、非接触測定機が各種開発されている。その
中の代表的な測定機として、第９図に示す如く、平行走
査ビーム１４で測定対象物１０（図では丸棒）を走査す
ることによって、平行走査ビーム１４が測定対象物１０
によって遮られて生ずる暗部又は明部の時間の長さを測
定することにより、測定対象物１０の外径等を測定する
光学式測定装置１２が知られている。 このような光学式測定装置において、従来は光ビームの
発生器としてガスレーザが使用され、その構造は堅固で
測定対象物も専用治具によって支持されて固定されるこ
とが多かった。
まりと共に、非接触測定機が各種開発されている。その
中の代表的な測定機として、第９図に示す如く、平行走
査ビーム１４で測定対象物１０（図では丸棒）を走査す
ることによって、平行走査ビーム１４が測定対象物１０
によって遮られて生ずる暗部又は明部の時間の長さを測
定することにより、測定対象物１０の外径等を測定する
光学式測定装置１２が知られている。 このような光学式測定装置において、従来は光ビームの
発生器としてガスレーザが使用され、その構造は堅固で
測定対象物も専用治具によって支持されて固定されるこ
とが多かった。
しかしながら、測定がラインの中で行われるようになる
につれて、次のような問題点が生じている。 即ち、測定機を携帯型としたり、平行に進行していない
測定対象物を測定する際には、第１０図（Ａ）に示す如
く、測定対象物１ｏが平行走査ビーム１４の面に対して
垂直でない場合がある。このような場合、測定結果は実
際の直径りに比べて大きくなり、いわゆるコサイン誤差
を含む、このコサイン誤差は、特に測定精度が向上し、
且つ、測定の迅速化が要求されるにつれて問題となって
きている。 又、測定対象物の多様化につれて、第１０図（Ｂ）に示
す如く、測定対象物１０のテーパ測定を非接触で行える
ような測定機も要求されつつあるが、従来の光学式測定
装置１２では、測定対象物１０の軸芯を平行走査ビーム
１４の面に垂直に設定した上で、測定対象物１０を軸芯
方向に送りながら外径を測定していく必要があり、極め
て能率が悪かった。 以上要するに、従来の光学式測定装置においては、測定
対象物の軸芯が平行走査ビームに対して垂直に設定され
ない限り、測定誤差を生じることになり、応用上の制限
となっていた。更に、この問題を解決する測定機は、従
来の測定機に比べて構造的にはあまり複雑化せず、大型
化もしないことが望ましい。
につれて、次のような問題点が生じている。 即ち、測定機を携帯型としたり、平行に進行していない
測定対象物を測定する際には、第１０図（Ａ）に示す如
く、測定対象物１ｏが平行走査ビーム１４の面に対して
垂直でない場合がある。このような場合、測定結果は実
際の直径りに比べて大きくなり、いわゆるコサイン誤差
を含む、このコサイン誤差は、特に測定精度が向上し、
且つ、測定の迅速化が要求されるにつれて問題となって
きている。 又、測定対象物の多様化につれて、第１０図（Ｂ）に示
す如く、測定対象物１０のテーパ測定を非接触で行える
ような測定機も要求されつつあるが、従来の光学式測定
装置１２では、測定対象物１０の軸芯を平行走査ビーム
１４の面に垂直に設定した上で、測定対象物１０を軸芯
方向に送りながら外径を測定していく必要があり、極め
て能率が悪かった。 以上要するに、従来の光学式測定装置においては、測定
対象物の軸芯が平行走査ビームに対して垂直に設定され
ない限り、測定誤差を生じることになり、応用上の制限
となっていた。更に、この問題を解決する測定機は、従
来の測定機に比べて構造的にはあまり複雑化せず、大型
化もしないことが望ましい。
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、構造的にあまり複雑化することなく、測定対象物
が平行走査ビーム面に垂直に設置されていない場合にも
高精度の形状測定が行え、叉、測定対象物のテーパ測定
も容易に行える光学式測定装置を提供することを目的と
する。
ので、構造的にあまり複雑化することなく、測定対象物
が平行走査ビーム面に垂直に設置されていない場合にも
高精度の形状測定が行え、叉、測定対象物のテーパ測定
も容易に行える光学式測定装置を提供することを目的と
する。
本発明は、光学式測定装置において、光ビームを生成す
るビーム発生器と、該光ビームを交互に複数の回転走査
ビームに変換する時分割手段と、該複数の回転走査ビー
ムを対応する複数の千行炬査ビームに変換するコリメー
タレンズと、測定対象物走査範囲外で、前記複数の走査
ビームを受光するタイミング用受光素子と、測定対象物
を通過した前記複数の平行走査ビームの明暗を検出する
計測用受光素子と、前記タイミング用受光素子の出力が
励起される時刻と、前記計測用受光素子の出力が高レベ
ル又は低レベルに変化する時刻との間の時間を各走査ビ
ーム毎に測定する複数の計数回路とを備え、該複数の計
数回路の計数値から測定対象物の形状測定を行うように
して、前記目的を達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記時分割手段を、交互に興
なる方向を指向する複数の反射面を含む多角形回転ミラ
ーとしたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記複数の計数回路を、
各走査ビームで共用したものである。
るビーム発生器と、該光ビームを交互に複数の回転走査
ビームに変換する時分割手段と、該複数の回転走査ビー
ムを対応する複数の千行炬査ビームに変換するコリメー
タレンズと、測定対象物走査範囲外で、前記複数の走査
ビームを受光するタイミング用受光素子と、測定対象物
を通過した前記複数の平行走査ビームの明暗を検出する
計測用受光素子と、前記タイミング用受光素子の出力が
励起される時刻と、前記計測用受光素子の出力が高レベ
ル又は低レベルに変化する時刻との間の時間を各走査ビ
ーム毎に測定する複数の計数回路とを備え、該複数の計
数回路の計数値から測定対象物の形状測定を行うように
して、前記目的を達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記時分割手段を、交互に興
なる方向を指向する複数の反射面を含む多角形回転ミラ
ーとしたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記複数の計数回路を、
各走査ビームで共用したものである。
本発明は、平行走査ビームを用いて測定対象物を走査し
て、その平行走査ビームが測定対象物に遮られて生ずる
明部又は暗部の時間の長さから、測定対象物の形状測定
を行う光学式測定装置において、時分割手段を用いて光
ビームを交互に複数の回転走査ビームに変換すると共に
、測定対象物走査範囲外で、複数の走査ビームを受光す
るタイミング用受光素子を設け、該タイミング用受光素
子の出力が励起される時刻と、前記複数の平行走査ビー
ムの明暗を検出する計測用受光素子の出力が高レベル又
は低レベルに変化する時刻との間の時間を各走査ビーム
毎に測定する複数の計数回路を設け、該複数の計数回路
の計数値から測定対象物の形状測定を行うようにしてい
る。従って、測定対象物の２箇所でほぼ同時にタイミン
グ用受光素子からの距離を検出することができ、コサイ
ン誤差の補正やテーパ測定が可能となる。更に、消違約
にあまり複雑化することがない。 又、前記時分割手段を、交互に異なる方向を指向する複
数の反射面を含む多角形回転ミラーとした場合には、時
分割手段の構成が簡略である。 又、前記複数の計数回路を、各走査ビームで共用した場
合には、計数回路の数が少なくて済む。
て、その平行走査ビームが測定対象物に遮られて生ずる
明部又は暗部の時間の長さから、測定対象物の形状測定
を行う光学式測定装置において、時分割手段を用いて光
ビームを交互に複数の回転走査ビームに変換すると共に
、測定対象物走査範囲外で、複数の走査ビームを受光す
るタイミング用受光素子を設け、該タイミング用受光素
子の出力が励起される時刻と、前記複数の平行走査ビー
ムの明暗を検出する計測用受光素子の出力が高レベル又
は低レベルに変化する時刻との間の時間を各走査ビーム
毎に測定する複数の計数回路を設け、該複数の計数回路
の計数値から測定対象物の形状測定を行うようにしてい
る。従って、測定対象物の２箇所でほぼ同時にタイミン
グ用受光素子からの距離を検出することができ、コサイ
ン誤差の補正やテーパ測定が可能となる。更に、消違約
にあまり複雑化することがない。 又、前記時分割手段を、交互に異なる方向を指向する複
数の反射面を含む多角形回転ミラーとした場合には、時
分割手段の構成が簡略である。 又、前記複数の計数回路を、各走査ビームで共用した場
合には、計数回路の数が少なくて済む。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 第１図に示す実施例は、本発明を、検査員が現場で手軽
に使用できる携帯型の光学式測定装ｖｔ２０（第２図参
照）に応用したものである。 この光学式測定装置２０の本体には、第２図に外観を示
した如く、キーボード２２、表示器２４及び携帯用のグ
リップ２６が設けられている。 前記光学式測定装置２０の主要構成は、第１図に示す如
くであり、この実施例には、光ビーム３０Ａを生成する
ための、レーザダイオード３２及びコリメータレンズ３
４を含んで構成されるビーム発生器３０と、該光ビーム
３０Ａを交互に第１及び第２の回転走査ビーム３６Ａ、
３６Ｂに変換するための時分割手段である、交互に異な
る方向を指向する多数の反射面を含む多角形回転ミラー
（以下、交叉偏向ポリゴンミラーと称する）３６及び該
ポリゴンミラー３６を回転するためのパルスモータ３８
と、該第１及び第２の回転走査ビーム３６Ａ、３６Ｂを
第１及び第２の平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂに変換す
るための１枚のコリメータレンズ４０と、測定対象物１
０の走査範囲外で、前記第１及び第２の回転走査ビーム
３６Ａ、３６Ｂを受光する第１及び第２のタイミング用
受光素子４２Ａ、４２Ｂと、測定対象物１ｏを通過した
前記第１及び第２の平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂを集
光するための１枚の集光レンズ４４と、該集光レンズ４
４で集められた前記平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂの明
暗を検出する、１個の計測用受光素子４６と、前記第１
又は第２のタイミング用受光素子４２Ａ、４２Ｂの出力
が励起される時刻と、前記計測用受光索子４６の出力が
高レベル又は低レベルに変化する時刻との間の時間を各
走査ビーム毎に測定するための２個の計数回路５０Ａ、
５０Ｂを含む電子回路４８とを含んで構成されている。 前記交叉偏向ポリゴンミラー３６は、第３図（Ａ）、（
Ｂ）に示す如く、まず第３図（Ａ）の位置にある場合に
第１の回転走査ビーム３６Ａを生成し、パルスモータ３
８で１ピツチ角回転された後、第３図（Ｂ）の位置にく
ると、第２の回転走査ビーム３６Ｂを生成するようにさ
れている。 従って、交叉偏向ポリゴンミラー３６の回転によって、
第１及び第２の回転走査ビーム３６Ａ、３６Ｂが交互に
生成され、前記コリメータレンズ４０の作用によって、
前記第１及び第２の平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂが交
互に、Ｙ１方向とＹ２方向で測定対象物１０を走査する
ことになる。なお、交叉偏向ポリゴンミラー３６の構成
は、第１図に示したものに限定されず、例えば第４図に
示すような構成のものを採用することも可能である。 前記電子回路４８は、第１図に示した如く構成されてお
り、クロックパルス（ｃｐ）発振器５２から出力される
クロックパルスＣＰは、２個のアンドゲート５４Ａ、５
４Ｂを介して、前記計数回Ｂ５０ Ａ、５０Ｂに入力さ
れる。これらのアンドゲート５４Ａ、５４Ｂは、セグメ
ント選択回路５６の出力によってゲートの開閉がなされ
る。 前記セグメント選択回路５６は、前記計測用受光素子４
６の出力ａを、参照電圧Ｖ ｒｅｆにより比較器５８で
波形整形して得られる矩形信号すの入力で、その出力ｃ
、ｄが変化するようにされている。なお、矩形信号すの
どの変化点でアンドゲート５４Ａ又は５４Ｂを開閉する
かは、キーボード２２からの指令に応じて、マイクロプ
ロセッサ（ＣＰＵ）６０がら前記セグメント選択回路５
６に設定されている。 又、前記０２発振器５２からのクロックパルスＣＰは、
分周器６°２及びパワーアンプ６４を介して前記パルス
モータ３８に供給されている０図において、６５はパス
ラインである。 前記第１及び第２のタイミング用受光素子４２Ａ、４２
Ｂは平行に設置されており、その出方であるタイミング
信号ｈｌ、ｈ２は、前記電子回路４８のＲ−Ｓフリップ
フロップ６６とオアゲート６８に入力されている。前記
Ｒ−Ｓフリップフロップ６６の出力信号ｉは、現在測定
対象物１ｏを走査しているのが、どちらの平行走査ビー
ムであるかを示している。なお、前記タイミング信号ｈ
１、ｈ２が励起されると、前記セグメント選択回路５６
及び第１及び第２の計数回路５ＯＡ、５０Ｂがリセット
される。 以下、測定対象物１０の外径りを測定する場合を例にと
って、実施例の作用を説明する。 まず、第５図（Ａ）に示す如く、測定対象物１０の軸芯
が平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂに対して垂直に設定さ
れている場合には、平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂのい
ずれかの走査で従来と同様に測定を行うことができる。 しかしながら、実施例は携帯型であるため、−最には第
５図（Ｂ）に示す如く、測定対象物１゜が平行走査ビー
ム４０Ａ、４０Ｂの面に対して、ある角度θだけ傾くこ
とが多い、しがも、この傾斜角θは通常緩かに変化して
いるので、外部から測定することは困難である。このよ
うな場合、従来と同様の単純な測定値Ｄ′は、コサイン
誤差により真の外径りよりも大きくなってしまう。 しかしながら、本実施例では、タイミング用受光素子４
２Ａ、４２Ｂが設けられているので、第６図に示す如く
、これら受光素子４２Ａ、４２Ｂの下端を結ぶ直線を測
定基準線と考えることかでき、この測定基準線から、平
行走査ビーム４０Ａ又は４０Ｂが測定対象物１０に遮ら
れるまでの距ＮＡ １．Ａ２及び平行走査ビーム４０Ａ
、４０Ｂが再び測定対象物１０から現れるまでの距離Ｂ
１、Ｂ２を、時間の関数として測定することができる。 従って、測定対象物１０の軸芯１０Ａの傾きをθ、丙子
行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂの予め設定された間隔をＬ
とすると、次式により傾斜角θを計算することができる
。 ｔａｎθ＝ Ｃ（ＡＩ ＋８１ ）／２− （Ａ ２
＋ Ｂ ２ ） ／ ２ ］ ／ Ｌ ・・・（１）
よって、この傾斜角θを用いることで、真の外径りを次
の（２）〜（４）式のいずれかにより計算することがで
きる。 Ｄ＝［（ＢＩ Ａ１） ＋（Ｂ２−Ａ２）］ ＣＯ８θ／２ ・・・・・・・・・（２） ”” （Ｂ ｔ−Ａ１） ｃｏｓθ ・・・・・
・（３）Ｄ＝（Ｂ ２−Ａ２ ） ＣＯ３θ ・
−・・−（４）次に、第７図に示す如く、テーパ角φの
測定対象物１０が、その軸芯１０Ａが平行走査ビーム４
０Ａ、４０Ｂの面に対して角度θだけ傾いて設定されて
いる場合には、同様に次式の関係が成立する。 Ｌｔａｎ（θ−φ／ ２ ） ＝ Ａ ｔ −Ａ ２−
＜ ５ ）Ｌｔａｎ（θ＋φ／ ２ ） ＝ Ｂ ｓ
Ｂ ２ ＝ （６）この（５）式と（６）式におい
て、未知数は傾斜角θとテーパ角φだけであり、これら
を確定することができるため、テーパ角φを傾斜角θに
かかわらず求めることができる。 なお、前記（１）式乃至（６）式の計算において必要な
情報は、第６図及び第７図の距Ｎ Ａ ＋、Ｂ Ｉ、
Ａ ２ 、Ｂ ２であるが、これらを求める場合の、前
記実施例における電子回路４８の各部信号波形の例を第
８図に示す。 まず、タイミング用受光素子４２Ａ、４２Ｂの出力から
得られるタイミング信号ｈｌ、ｈ２を基準として、比較
器５８出力の矩形信号す中の測定対象物１０の外径りに
相当する領域をキーボード２２により測定セグメントと
して設定する。この場合、測定セグメントの前後のエツ
ジで信号Ｃ及びｄが低レベルに変化する。 測定に際しては、タイミング信号ｈ１の励起でセグメン
ト選択回路５６及び計数回路５ＯＡ、５０Ｂがリセット
され、タイミング信号ｈ１が非励起となると、計数信号
ｅｌ、ｅ２の入力により計数回路５ＯＡ、５０Ｂは計数
を行う。 次いで、測定セグメントの始めのエツジで信号Ｃが低レ
ベルとなって、第１の計数回路５０Ａの計数が停止する
。更に、測定セグメントの終りのエツジで信号ｄが低レ
ベルとなり、第２の計数回１１５０Ｂの計数が停止する
。そして、第８図の信号ｄの立下りｄｌのタイミングで
、ＣＰＵ６０が各計数値Ａ １ 、Ｂ １を取込む、な
お、実際に得られるのは計数値ａ、、ｂ２で、それに一
定係数Ｋを乗じたものが距離Ａ１．Ｂ１となるが、便宜
上このように表現する。 同様にタイミング信号ｈ２の出力後に計数値Ａ２、Ｂ２
が取込まれる。なお、計数値Ａ１とＡ２の判別は、Ｒ−
Ｓフリップフロップ６６の出力信号ｉの状態で行う。 このようにして取込まれた計数値Ａ＋、Ｂ１、Ａ ２
、Ｂ ２を用いて前述の数式（１）乃至（６）により外
径り乃至テーバ角φを演算する。 なお、本実施例においては、１回の走査毎に計数値（Ａ
１．Ｂ１）、（Ａ２．Ｂ２）が交互に測定できるもので
あるが、走査速度が非常に速いため、時間的な遅れはほ
とんど無視することができる。 本実施例においては、時分割手段として交叉偏向ポリゴ
ンミラー３６ ＜３６”）を用いているので、時分割手
段の構成が簡略である。なお、時分割手段の構成はこれ
に限定されず、例えば音叉偏向器を用いた機構とするこ
ともできる。 又、本実施例においては、タイミング用受光素子４２Ａ
、４２Ｂを２個設けているので、平行走査ビーム４０Ａ
、４０Ｂの判別を容易に行うことができる。なお、タイ
ミング用受光素子を、１個の細長い受光素子で兼用する
こともできる。この場合は、平行走査ビーム４０Ａと４
０Ｂの判別がつかなくなるが、実際上はほとんど問題と
ならない。 更に、本実施例においては、計測用受光索子４６を１個
としているので、構成が簡略である。なお、計測用受光
素子を２個並列に設け、各平行走査ビーム４０Ａ、４０
Ｂをそれぞれ異なる計測用受光素子で受光するように構
成することも可能である。 又、本実施例においては、得られた測定値（Ａ＋、Ｂｔ
）、（Ａ２．Ｂ２）を、そのまま演算に使用しているの
で、電子回路４８の構成が簡略である。なお、前記測定
値（Ａ１．Ｂ１）、（Ａ２゜Ｂ２）は、いずれもタイミ
ング用受光素子４２Ａ、４２Ｂからの距離の絶対値に対
応するものであるので、予めレーザ干渉測長器等で誤差
補正用テーブルを作成して記憶させておくことにより、
得られた値Ａ１、Ｂ１等を補正しながら計算に用いるこ
ともできる０本実施例においては、コリメータレンズ４
０の周辺部分が使用されるため、収差による誤差の恐れ
もあるが、このような絶対値誤差補正を行う場合には、
収差による誤差の問題を解消することができる。従って
、コリメータレンズ４０は単に平行光線化できればよい
ことになり、通常のｆ−ｔａｎθレンズ等を使用するこ
とができる。勿論、ｆ・θレンズや更に収差の補正され
たレンズ系を使用することも自由である。 更に、本実施例においては、両走査ビームで計数回路を
共用して、電子回路４８における計数回路を２個として
いるので、計数回路の数が少なくてよい、なお、走査ビ
ーム毎に計数回路を独立させて、例えば計４個とするこ
とも可能である。 前記実施例においては、本発明が携帯型の測定機に応用
されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、
通常の据付は型の測定機にも同様に適用することができ
る。
る。 第１図に示す実施例は、本発明を、検査員が現場で手軽
に使用できる携帯型の光学式測定装ｖｔ２０（第２図参
照）に応用したものである。 この光学式測定装置２０の本体には、第２図に外観を示
した如く、キーボード２２、表示器２４及び携帯用のグ
リップ２６が設けられている。 前記光学式測定装置２０の主要構成は、第１図に示す如
くであり、この実施例には、光ビーム３０Ａを生成する
ための、レーザダイオード３２及びコリメータレンズ３
４を含んで構成されるビーム発生器３０と、該光ビーム
３０Ａを交互に第１及び第２の回転走査ビーム３６Ａ、
３６Ｂに変換するための時分割手段である、交互に異な
る方向を指向する多数の反射面を含む多角形回転ミラー
（以下、交叉偏向ポリゴンミラーと称する）３６及び該
ポリゴンミラー３６を回転するためのパルスモータ３８
と、該第１及び第２の回転走査ビーム３６Ａ、３６Ｂを
第１及び第２の平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂに変換す
るための１枚のコリメータレンズ４０と、測定対象物１
０の走査範囲外で、前記第１及び第２の回転走査ビーム
３６Ａ、３６Ｂを受光する第１及び第２のタイミング用
受光素子４２Ａ、４２Ｂと、測定対象物１ｏを通過した
前記第１及び第２の平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂを集
光するための１枚の集光レンズ４４と、該集光レンズ４
４で集められた前記平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂの明
暗を検出する、１個の計測用受光素子４６と、前記第１
又は第２のタイミング用受光素子４２Ａ、４２Ｂの出力
が励起される時刻と、前記計測用受光索子４６の出力が
高レベル又は低レベルに変化する時刻との間の時間を各
走査ビーム毎に測定するための２個の計数回路５０Ａ、
５０Ｂを含む電子回路４８とを含んで構成されている。 前記交叉偏向ポリゴンミラー３６は、第３図（Ａ）、（
Ｂ）に示す如く、まず第３図（Ａ）の位置にある場合に
第１の回転走査ビーム３６Ａを生成し、パルスモータ３
８で１ピツチ角回転された後、第３図（Ｂ）の位置にく
ると、第２の回転走査ビーム３６Ｂを生成するようにさ
れている。 従って、交叉偏向ポリゴンミラー３６の回転によって、
第１及び第２の回転走査ビーム３６Ａ、３６Ｂが交互に
生成され、前記コリメータレンズ４０の作用によって、
前記第１及び第２の平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂが交
互に、Ｙ１方向とＹ２方向で測定対象物１０を走査する
ことになる。なお、交叉偏向ポリゴンミラー３６の構成
は、第１図に示したものに限定されず、例えば第４図に
示すような構成のものを採用することも可能である。 前記電子回路４８は、第１図に示した如く構成されてお
り、クロックパルス（ｃｐ）発振器５２から出力される
クロックパルスＣＰは、２個のアンドゲート５４Ａ、５
４Ｂを介して、前記計数回Ｂ５０ Ａ、５０Ｂに入力さ
れる。これらのアンドゲート５４Ａ、５４Ｂは、セグメ
ント選択回路５６の出力によってゲートの開閉がなされ
る。 前記セグメント選択回路５６は、前記計測用受光素子４
６の出力ａを、参照電圧Ｖ ｒｅｆにより比較器５８で
波形整形して得られる矩形信号すの入力で、その出力ｃ
、ｄが変化するようにされている。なお、矩形信号すの
どの変化点でアンドゲート５４Ａ又は５４Ｂを開閉する
かは、キーボード２２からの指令に応じて、マイクロプ
ロセッサ（ＣＰＵ）６０がら前記セグメント選択回路５
６に設定されている。 又、前記０２発振器５２からのクロックパルスＣＰは、
分周器６°２及びパワーアンプ６４を介して前記パルス
モータ３８に供給されている０図において、６５はパス
ラインである。 前記第１及び第２のタイミング用受光素子４２Ａ、４２
Ｂは平行に設置されており、その出方であるタイミング
信号ｈｌ、ｈ２は、前記電子回路４８のＲ−Ｓフリップ
フロップ６６とオアゲート６８に入力されている。前記
Ｒ−Ｓフリップフロップ６６の出力信号ｉは、現在測定
対象物１ｏを走査しているのが、どちらの平行走査ビー
ムであるかを示している。なお、前記タイミング信号ｈ
１、ｈ２が励起されると、前記セグメント選択回路５６
及び第１及び第２の計数回路５ＯＡ、５０Ｂがリセット
される。 以下、測定対象物１０の外径りを測定する場合を例にと
って、実施例の作用を説明する。 まず、第５図（Ａ）に示す如く、測定対象物１０の軸芯
が平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂに対して垂直に設定さ
れている場合には、平行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂのい
ずれかの走査で従来と同様に測定を行うことができる。 しかしながら、実施例は携帯型であるため、−最には第
５図（Ｂ）に示す如く、測定対象物１゜が平行走査ビー
ム４０Ａ、４０Ｂの面に対して、ある角度θだけ傾くこ
とが多い、しがも、この傾斜角θは通常緩かに変化して
いるので、外部から測定することは困難である。このよ
うな場合、従来と同様の単純な測定値Ｄ′は、コサイン
誤差により真の外径りよりも大きくなってしまう。 しかしながら、本実施例では、タイミング用受光素子４
２Ａ、４２Ｂが設けられているので、第６図に示す如く
、これら受光素子４２Ａ、４２Ｂの下端を結ぶ直線を測
定基準線と考えることかでき、この測定基準線から、平
行走査ビーム４０Ａ又は４０Ｂが測定対象物１０に遮ら
れるまでの距ＮＡ １．Ａ２及び平行走査ビーム４０Ａ
、４０Ｂが再び測定対象物１０から現れるまでの距離Ｂ
１、Ｂ２を、時間の関数として測定することができる。 従って、測定対象物１０の軸芯１０Ａの傾きをθ、丙子
行走査ビーム４０Ａ、４０Ｂの予め設定された間隔をＬ
とすると、次式により傾斜角θを計算することができる
。 ｔａｎθ＝ Ｃ（ＡＩ ＋８１ ）／２− （Ａ ２
＋ Ｂ ２ ） ／ ２ ］ ／ Ｌ ・・・（１）
よって、この傾斜角θを用いることで、真の外径りを次
の（２）〜（４）式のいずれかにより計算することがで
きる。 Ｄ＝［（ＢＩ Ａ１） ＋（Ｂ２−Ａ２）］ ＣＯ８θ／２ ・・・・・・・・・（２） ”” （Ｂ ｔ−Ａ１） ｃｏｓθ ・・・・・
・（３）Ｄ＝（Ｂ ２−Ａ２ ） ＣＯ３θ ・
−・・−（４）次に、第７図に示す如く、テーパ角φの
測定対象物１０が、その軸芯１０Ａが平行走査ビーム４
０Ａ、４０Ｂの面に対して角度θだけ傾いて設定されて
いる場合には、同様に次式の関係が成立する。 Ｌｔａｎ（θ−φ／ ２ ） ＝ Ａ ｔ −Ａ ２−
＜ ５ ）Ｌｔａｎ（θ＋φ／ ２ ） ＝ Ｂ ｓ
Ｂ ２ ＝ （６）この（５）式と（６）式におい
て、未知数は傾斜角θとテーパ角φだけであり、これら
を確定することができるため、テーパ角φを傾斜角θに
かかわらず求めることができる。 なお、前記（１）式乃至（６）式の計算において必要な
情報は、第６図及び第７図の距Ｎ Ａ ＋、Ｂ Ｉ、
Ａ ２ 、Ｂ ２であるが、これらを求める場合の、前
記実施例における電子回路４８の各部信号波形の例を第
８図に示す。 まず、タイミング用受光素子４２Ａ、４２Ｂの出力から
得られるタイミング信号ｈｌ、ｈ２を基準として、比較
器５８出力の矩形信号す中の測定対象物１０の外径りに
相当する領域をキーボード２２により測定セグメントと
して設定する。この場合、測定セグメントの前後のエツ
ジで信号Ｃ及びｄが低レベルに変化する。 測定に際しては、タイミング信号ｈ１の励起でセグメン
ト選択回路５６及び計数回路５ＯＡ、５０Ｂがリセット
され、タイミング信号ｈ１が非励起となると、計数信号
ｅｌ、ｅ２の入力により計数回路５ＯＡ、５０Ｂは計数
を行う。 次いで、測定セグメントの始めのエツジで信号Ｃが低レ
ベルとなって、第１の計数回路５０Ａの計数が停止する
。更に、測定セグメントの終りのエツジで信号ｄが低レ
ベルとなり、第２の計数回１１５０Ｂの計数が停止する
。そして、第８図の信号ｄの立下りｄｌのタイミングで
、ＣＰＵ６０が各計数値Ａ １ 、Ｂ １を取込む、な
お、実際に得られるのは計数値ａ、、ｂ２で、それに一
定係数Ｋを乗じたものが距離Ａ１．Ｂ１となるが、便宜
上このように表現する。 同様にタイミング信号ｈ２の出力後に計数値Ａ２、Ｂ２
が取込まれる。なお、計数値Ａ１とＡ２の判別は、Ｒ−
Ｓフリップフロップ６６の出力信号ｉの状態で行う。 このようにして取込まれた計数値Ａ＋、Ｂ１、Ａ ２
、Ｂ ２を用いて前述の数式（１）乃至（６）により外
径り乃至テーバ角φを演算する。 なお、本実施例においては、１回の走査毎に計数値（Ａ
１．Ｂ１）、（Ａ２．Ｂ２）が交互に測定できるもので
あるが、走査速度が非常に速いため、時間的な遅れはほ
とんど無視することができる。 本実施例においては、時分割手段として交叉偏向ポリゴ
ンミラー３６ ＜３６”）を用いているので、時分割手
段の構成が簡略である。なお、時分割手段の構成はこれ
に限定されず、例えば音叉偏向器を用いた機構とするこ
ともできる。 又、本実施例においては、タイミング用受光素子４２Ａ
、４２Ｂを２個設けているので、平行走査ビーム４０Ａ
、４０Ｂの判別を容易に行うことができる。なお、タイ
ミング用受光素子を、１個の細長い受光素子で兼用する
こともできる。この場合は、平行走査ビーム４０Ａと４
０Ｂの判別がつかなくなるが、実際上はほとんど問題と
ならない。 更に、本実施例においては、計測用受光索子４６を１個
としているので、構成が簡略である。なお、計測用受光
素子を２個並列に設け、各平行走査ビーム４０Ａ、４０
Ｂをそれぞれ異なる計測用受光素子で受光するように構
成することも可能である。 又、本実施例においては、得られた測定値（Ａ＋、Ｂｔ
）、（Ａ２．Ｂ２）を、そのまま演算に使用しているの
で、電子回路４８の構成が簡略である。なお、前記測定
値（Ａ１．Ｂ１）、（Ａ２゜Ｂ２）は、いずれもタイミ
ング用受光素子４２Ａ、４２Ｂからの距離の絶対値に対
応するものであるので、予めレーザ干渉測長器等で誤差
補正用テーブルを作成して記憶させておくことにより、
得られた値Ａ１、Ｂ１等を補正しながら計算に用いるこ
ともできる０本実施例においては、コリメータレンズ４
０の周辺部分が使用されるため、収差による誤差の恐れ
もあるが、このような絶対値誤差補正を行う場合には、
収差による誤差の問題を解消することができる。従って
、コリメータレンズ４０は単に平行光線化できればよい
ことになり、通常のｆ−ｔａｎθレンズ等を使用するこ
とができる。勿論、ｆ・θレンズや更に収差の補正され
たレンズ系を使用することも自由である。 更に、本実施例においては、両走査ビームで計数回路を
共用して、電子回路４８における計数回路を２個として
いるので、計数回路の数が少なくてよい、なお、走査ビ
ーム毎に計数回路を独立させて、例えば計４個とするこ
とも可能である。 前記実施例においては、本発明が携帯型の測定機に応用
されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、
通常の据付は型の測定機にも同様に適用することができ
る。
以上説明した通り、本発明によれば、測定対象物が平行
走査ビーム面に垂直に設置されていない場合にも、コサ
イン誤差を除いて高精度な形状測定を行うことができる
。又、測定対象物のテーバ測定も容易に行うことができ
る。更に、構造的にあ■り複雑化せず、大型化もしない
等の優れた効果を有する。
走査ビーム面に垂直に設置されていない場合にも、コサ
イン誤差を除いて高精度な形状測定を行うことができる
。又、測定対象物のテーバ測定も容易に行うことができ
る。更に、構造的にあ■り複雑化せず、大型化もしない
等の優れた効果を有する。
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、一部ブロック線図を含む斜視図、第２図は
、前記実施例の外観を示す斜視図、第３図（Ａ）、（Ｂ
）は、前記実施例で用いられている交叉偏向ポリゴンミ
ラーの作用を説明するための断面図、第４図は、前記交
叉偏向ポリゴンミラーの他の例を示す斜視図、第５図（
Ａ）、（Ｂ）は、前記実施例の作用を説明するための断
面図、第６図は、同じく前記実施例で傾いた測定対象物
を測定している状態を示す要部拡大図、第７図は、前記
実施例でテーバのある測定対象物を測定している状態を
示す要部拡大図、第８図は、前記実施例で用いられてい
る電子回路の作用を説明するための線図、第９図は、従
来の光学式測定装置の一例の全体構成を示す斜視図、第
１０図（Ａ）、（Ｂ）は、前記従来例における問題点を
説明するための断面図である。 １０・・・測定対象物、 １４・・・平行走査ビーム、 ２０・・・光学式測定装置、 ３０・・・ビーム発生器、 ３０Ａ・・・光ビーム、 ３６．３６′・・・交叉偏向ポリゴンミラー、３６Ａ、
３６Ｂ・・・回転走査ビーム、３８・・・パルスモータ
、 ４０・・・コリメータレンズ、 ４０Ａ、４０Ｂ・・・平行走査ビーム、４２Ａ、４２Ｂ
・・・タイミング用受光素子、ｈｌ、ｈ２・・・タイミ
ング信号、 ４６・・・計測用受光素子、 ４８・・・電子回路、 ５０Ａ、５０Ｂ・・・計数回路、 ６１、ｅ２・・・計数信号、 ５２・・・クロックパルス（ｃｐ）発振器、ＣＰ・・・
クロックパルス、 θ・・・傾斜角、 φ・・・テーバ角。
構成を示す、一部ブロック線図を含む斜視図、第２図は
、前記実施例の外観を示す斜視図、第３図（Ａ）、（Ｂ
）は、前記実施例で用いられている交叉偏向ポリゴンミ
ラーの作用を説明するための断面図、第４図は、前記交
叉偏向ポリゴンミラーの他の例を示す斜視図、第５図（
Ａ）、（Ｂ）は、前記実施例の作用を説明するための断
面図、第６図は、同じく前記実施例で傾いた測定対象物
を測定している状態を示す要部拡大図、第７図は、前記
実施例でテーバのある測定対象物を測定している状態を
示す要部拡大図、第８図は、前記実施例で用いられてい
る電子回路の作用を説明するための線図、第９図は、従
来の光学式測定装置の一例の全体構成を示す斜視図、第
１０図（Ａ）、（Ｂ）は、前記従来例における問題点を
説明するための断面図である。 １０・・・測定対象物、 １４・・・平行走査ビーム、 ２０・・・光学式測定装置、 ３０・・・ビーム発生器、 ３０Ａ・・・光ビーム、 ３６．３６′・・・交叉偏向ポリゴンミラー、３６Ａ、
３６Ｂ・・・回転走査ビーム、３８・・・パルスモータ
、 ４０・・・コリメータレンズ、 ４０Ａ、４０Ｂ・・・平行走査ビーム、４２Ａ、４２Ｂ
・・・タイミング用受光素子、ｈｌ、ｈ２・・・タイミ
ング信号、 ４６・・・計測用受光素子、 ４８・・・電子回路、 ５０Ａ、５０Ｂ・・・計数回路、 ６１、ｅ２・・・計数信号、 ５２・・・クロックパルス（ｃｐ）発振器、ＣＰ・・・
クロックパルス、 θ・・・傾斜角、 φ・・・テーバ角。
Claims (3)
- （１）光ビームを生成するビーム発生器と、該光ビーム
を交互に複数の回転走査ビームに変換する時分割手段と
、 該複数の回転走査ビームを対応する複数の平行走査ビー
ムに変換するコリメータレンズと、測定対象物走査範囲
外で、前記複数の走査ビームを受光するタイミング用受
光素子と、 測定対象物を通過した前記複数の平行走査ビームの明暗
を検出する計測用受光素子と、 前記タイミング用受光素子の出力が励起される時刻と、
前記計測用受光素子の出力が高レベル又は低レベルに変
化する時刻との間の時間を各走査ビーム毎に測定する複
数の計数回路とを含み、該複数の計数回路の計数値から
測定対象物の形状測定を行うことを特徴とする光学式測
定装置。 - （２）前記時分割手段が、交互に異なる方向を指向する
複数の反射面を含む多角形回転ミラーである特許請求の
範囲第１項記載の光学式測定装置。 - （３）前記複数の計数回路が、各走査ビームで共用され
てい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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4470187A JPS63210703A (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 光学式測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4470187A JPS63210703A (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 光学式測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63210703A true JPS63210703A (ja) | 1988-09-01 |
Family
ID=12698722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4470187A Pending JPS63210703A (ja) | 1987-02-27 | 1987-02-27 | 光学式測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63210703A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6346988B1 (en) * | 1997-08-01 | 2002-02-12 | Hama Sensors, Inc. | Laser position array optical measuring system and method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6021021A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-02 | Asahi Optical Co Ltd | 複ビ−ム走査装置 |
| JPS6138407A (ja) * | 1984-07-31 | 1986-02-24 | Toshiba Corp | 傾き測定装置 |
-
1987
- 1987-02-27 JP JP4470187A patent/JPS63210703A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6021021A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-02 | Asahi Optical Co Ltd | 複ビ−ム走査装置 |
| JPS6138407A (ja) * | 1984-07-31 | 1986-02-24 | Toshiba Corp | 傾き測定装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6346988B1 (en) * | 1997-08-01 | 2002-02-12 | Hama Sensors, Inc. | Laser position array optical measuring system and method |
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