JPH0829131A - 光学式測定装置 - Google Patents
光学式測定装置Info
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- JPH0829131A JPH0829131A JP18894394A JP18894394A JPH0829131A JP H0829131 A JPH0829131 A JP H0829131A JP 18894394 A JP18894394 A JP 18894394A JP 18894394 A JP18894394 A JP 18894394A JP H0829131 A JPH0829131 A JP H0829131A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 唯一の平行走査光線の走査により被測定物の
幅方向の外形の測定と長手方向の段差間の距離を同時に
高精度で測定することのできる光学式測定装置を提供す
る。 【構成】 平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を
幅方向に位置させ、被測定物の長手方向、即ち平行走査
光線に対して直交する方向に被測定物を一定速度で移動
させる。平行走査光線が被測定物により遮られる光線の
明部または暗部の受光レベルを検知して幅方向の被測定
物の外形を測定する。同時に平行走査光線の受光レベル
が中間レベルに停滞したことを認識して被測定物の長手
方向の段差間の距離を測定する。
幅方向の外形の測定と長手方向の段差間の距離を同時に
高精度で測定することのできる光学式測定装置を提供す
る。 【構成】 平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を
幅方向に位置させ、被測定物の長手方向、即ち平行走査
光線に対して直交する方向に被測定物を一定速度で移動
させる。平行走査光線が被測定物により遮られる光線の
明部または暗部の受光レベルを検知して幅方向の被測定
物の外形を測定する。同時に平行走査光線の受光レベル
が中間レベルに停滞したことを認識して被測定物の長手
方向の段差間の距離を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平行走査光線を利用し
て被測定物の外形等を測定する光学式測定装置に関し、
特には、平行走査光線の走査方向に直交する方向の被測
定物の段差間の距離を精度良く測定することが可能な光
学式測定装置に関する。
て被測定物の外形等を測定する光学式測定装置に関し、
特には、平行走査光線の走査方向に直交する方向の被測
定物の段差間の距離を精度良く測定することが可能な光
学式測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被測定物の幅方向および長手方向
の外形等を測定するため、被測定物に平行走査光線を走
査し、平行走査光線が被測定物によって遮られて生じる
明部または暗部の時間の長さにより被測定物の外形の寸
法を測定する光学式測定装置が知られる。この光学式測
定装置に使用する投光装置の一例として、投光装置は、
光源と、光源からの光線を扇状の回転走査光線に変換す
る多面体回転ミラーと、回転走査光線を平行走査光線に
変換するコリメータレンズとから構成される。光源から
射出される光線は一定速度で高速回転する多面体回転ミ
ラーのすべての面に投射される。多面体回転ミラーに反
射された光線は回転走査光線に変換され、コリメータレ
ンズを介して平行走査光線を得る。この平行走査光線の
有効測定範囲は、コリメータレンズと多面体回転ミラー
の光学設計によって決定される。
の外形等を測定するため、被測定物に平行走査光線を走
査し、平行走査光線が被測定物によって遮られて生じる
明部または暗部の時間の長さにより被測定物の外形の寸
法を測定する光学式測定装置が知られる。この光学式測
定装置に使用する投光装置の一例として、投光装置は、
光源と、光源からの光線を扇状の回転走査光線に変換す
る多面体回転ミラーと、回転走査光線を平行走査光線に
変換するコリメータレンズとから構成される。光源から
射出される光線は一定速度で高速回転する多面体回転ミ
ラーのすべての面に投射される。多面体回転ミラーに反
射された光線は回転走査光線に変換され、コリメータレ
ンズを介して平行走査光線を得る。この平行走査光線の
有効測定範囲は、コリメータレンズと多面体回転ミラー
の光学設計によって決定される。
【０００３】上記した装置では、平行走査光線の有効測
定範囲内に被測定物を位置させることにより被測定物の
外形を測定することができる。即ち、図３に被測定物の
一例を示すように、被測定物が段差３０、３１を有する
シャフト等である場合、シャフトの直径ｄは、平行走査
光線６の有効測定範囲Ｌ内に入るため直径ｄの測定は可
能である。また、被測定物の長手方向の外形である段差
間の距離ｅを測定する場合、被測定物を回転させて長手
方向に位置させるが、平行走査光線６の有効測定範囲Ｌ
以上の段差間の距離であれば被測定物を測定することが
できない。更に、図４に別の被測定物の例を示すよう
に、シャフト等の段差３２、３３が一方向に細くなる形
状の場合、図３と同様にシャフトの直径ｄは測定可能で
あるが、段差間の距離ｆを測定するため平行走査光線６
を被測定物の長手方向に走査しても段差３３を認識され
ず距離ｆを測定することができない。
定範囲内に被測定物を位置させることにより被測定物の
外形を測定することができる。即ち、図３に被測定物の
一例を示すように、被測定物が段差３０、３１を有する
シャフト等である場合、シャフトの直径ｄは、平行走査
光線６の有効測定範囲Ｌ内に入るため直径ｄの測定は可
能である。また、被測定物の長手方向の外形である段差
間の距離ｅを測定する場合、被測定物を回転させて長手
方向に位置させるが、平行走査光線６の有効測定範囲Ｌ
以上の段差間の距離であれば被測定物を測定することが
できない。更に、図４に別の被測定物の例を示すよう
に、シャフト等の段差３２、３３が一方向に細くなる形
状の場合、図３と同様にシャフトの直径ｄは測定可能で
あるが、段差間の距離ｆを測定するため平行走査光線６
を被測定物の長手方向に走査しても段差３３を認識され
ず距離ｆを測定することができない。
【０００４】非接触でこれらの被測定物の段差を測定す
るためには、別の測定装置、例えばＣＣＤカメラ等を使
用して画像処理を行い、被測定物の段差を検出する。そ
して光学式測定装置とＣＣＤカメラとを組み合わせるこ
とにより被測定物の外形および段差間の距離を測定する
ことが可能となる。
るためには、別の測定装置、例えばＣＣＤカメラ等を使
用して画像処理を行い、被測定物の段差を検出する。そ
して光学式測定装置とＣＣＤカメラとを組み合わせるこ
とにより被測定物の外形および段差間の距離を測定する
ことが可能となる。
【０００５】上述したように複雑な形状で軸方向に長い
被測定物を測定するためには、それぞれ別の測定装置を
用いて組み合わせて測定するか、或いはこれらを組み合
わせたシステムを構築しなければならない。このため、
装置またはシステムが複雑となり高価なものとなってし
まう。また、シャフトの段差を光学式測定装置により測
定するためには平行走査光線の有効測定範囲を広げなく
てはならず、コリメータレンズおよび多面体回転ミラー
等の大型化に伴い装置本体が大型化してしまう。
被測定物を測定するためには、それぞれ別の測定装置を
用いて組み合わせて測定するか、或いはこれらを組み合
わせたシステムを構築しなければならない。このため、
装置またはシステムが複雑となり高価なものとなってし
まう。また、シャフトの段差を光学式測定装置により測
定するためには平行走査光線の有効測定範囲を広げなく
てはならず、コリメータレンズおよび多面体回転ミラー
等の大型化に伴い装置本体が大型化してしまう。
【０００６】更に、光学式測定装置内に配置される多面
体回転ミラー３のミラー面は図５に示すように製造上の
ばらつき等が原因で面倒れθを有している。このため、
多面体回転ミラー３に投射される光線２は、回転走査光
線４として２θの角度で反射される。各ミラー面の面倒
れはそれぞれ固有のものであるため、回転走査光線４が
コリメータレンズ等によって平行走査光線６に変換され
る際には一定の位置から照射されず、平行走査光線の走
査方向に対して直交する方向に誤差を生じることとな
る。
体回転ミラー３のミラー面は図５に示すように製造上の
ばらつき等が原因で面倒れθを有している。このため、
多面体回転ミラー３に投射される光線２は、回転走査光
線４として２θの角度で反射される。各ミラー面の面倒
れはそれぞれ固有のものであるため、回転走査光線４が
コリメータレンズ等によって平行走査光線６に変換され
る際には一定の位置から照射されず、平行走査光線の走
査方向に対して直交する方向に誤差を生じることとな
る。
【０００７】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
ものであり、唯一の光学式測定装置を用いて平行走査光
線の有効測定範囲内に位置する被測定物の外形、および
平行走査光線の走査方向に対して直交する方向の被測定
物の段差間の距離を高精度に測定可能とし、コンパクト
で低価格な光学式測定装置を提供することを課題とす
る。
ものであり、唯一の光学式測定装置を用いて平行走査光
線の有効測定範囲内に位置する被測定物の外形、および
平行走査光線の走査方向に対して直交する方向の被測定
物の段差間の距離を高精度に測定可能とし、コンパクト
で低価格な光学式測定装置を提供することを課題とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、光源から射出される光線を光走査装置に
よって一定の走査範囲の平行する平行走査光線に変換
し、前記平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を位
置させ、被測定物により平行走査光線が遮られる明部ま
たは暗部の時間の長さの受光信号を受光装置により検出
し、前記被測定物の前記平行走査光線の走査方向に対す
る寸法を測定する光学式測定装置において、前記平行走
査光線に対して直交する方向に前記被測定物を移動させ
る移動手段と、前記被測定物の前記移動方向の段差間の
距離を測定する測定手段とを設け、前記測定手段は、平
行走査光線が前記段差を通過する時に、平行走査光線の
光強度が中間レベルに停滞する受信信号を認識し、前記
被測定物の移動距離を測定して前記段差間の距離を測定
することを特徴とする。詳細には、前記段差を検出する
手段に、上限出力信号を検出するピークホールド回路
と、下限出力信号を検出するボトムホールド回路、前記
受光信号がウィンド内にあるかを比較するウィンドコン
パレータと、ウィンド内に前記中間レベルの受光信号が
所定の時間停滞した時に出力信号を出力するフィルター
回路とを有することを特徴とする。
め、本発明は、光源から射出される光線を光走査装置に
よって一定の走査範囲の平行する平行走査光線に変換
し、前記平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を位
置させ、被測定物により平行走査光線が遮られる明部ま
たは暗部の時間の長さの受光信号を受光装置により検出
し、前記被測定物の前記平行走査光線の走査方向に対す
る寸法を測定する光学式測定装置において、前記平行走
査光線に対して直交する方向に前記被測定物を移動させ
る移動手段と、前記被測定物の前記移動方向の段差間の
距離を測定する測定手段とを設け、前記測定手段は、平
行走査光線が前記段差を通過する時に、平行走査光線の
光強度が中間レベルに停滞する受信信号を認識し、前記
被測定物の移動距離を測定して前記段差間の距離を測定
することを特徴とする。詳細には、前記段差を検出する
手段に、上限出力信号を検出するピークホールド回路
と、下限出力信号を検出するボトムホールド回路、前記
受光信号がウィンド内にあるかを比較するウィンドコン
パレータと、ウィンド内に前記中間レベルの受光信号が
所定の時間停滞した時に出力信号を出力するフィルター
回路とを有することを特徴とする。
【０００９】また、前記光走査装置は光源からの光線を
回転走査光線に変換する多面体回転ミラーを有してお
り、特定する前記多面体回転ミラーの少なくとも１面の
ミラー面を選択し、該ミラー面からの光線を前記段差を
検出するための平行走査光線として使用することを特徴
とし、前記段差を検出するために使用するミラー面の選
択手段としてＮ進カウンタとゲート回路とを有すること
を特徴とし、前記移動手段に前記光走査装置および受光
装置を移動させて被測定物の寸法および段差間の距離を
測定することを特徴とする。
回転走査光線に変換する多面体回転ミラーを有してお
り、特定する前記多面体回転ミラーの少なくとも１面の
ミラー面を選択し、該ミラー面からの光線を前記段差を
検出するための平行走査光線として使用することを特徴
とし、前記段差を検出するために使用するミラー面の選
択手段としてＮ進カウンタとゲート回路とを有すること
を特徴とし、前記移動手段に前記光走査装置および受光
装置を移動させて被測定物の寸法および段差間の距離を
測定することを特徴とする。
【００１０】
【作用】このような構成において、同期信号によって制
御された光源から射出される光線は、所定の回転速度で
回転する多面体回転ミラーの少なくとも１面に反射され
回転走査光線に変換される。次いで回転走査光線はコリ
メータレンズにより有効測定範囲の平行走査光線に変換
され、受光装置に向かって走査される。平行走査光線の
有効測定範囲内に被測定物を位置させて、被測定物によ
って遮られた明部または暗部に対応する受光信号を検出
して被測定物の外形の寸法を測定する。
御された光源から射出される光線は、所定の回転速度で
回転する多面体回転ミラーの少なくとも１面に反射され
回転走査光線に変換される。次いで回転走査光線はコリ
メータレンズにより有効測定範囲の平行走査光線に変換
され、受光装置に向かって走査される。平行走査光線の
有効測定範囲内に被測定物を位置させて、被測定物によ
って遮られた明部または暗部に対応する受光信号を検出
して被測定物の外形の寸法を測定する。
【００１１】一方、被測定物の段差間の距離を測定する
ため、平行走査光線の走査方向に対して直交する方向に
被測定物を所定の速度で移動させる。被測定物を移動し
ながら平行走査光線は走査され、平行走査光線のビーム
径が被測定物によって遮られる光強度と時間との関係を
検出する。被測定物の段差の位置に到達した時に平行走
査光線のビーム径が段差によって被測定物の移動方向に
対してほぼ半分遮られる。このため光強度が中間レベル
を維持する。この中間レベルの信号を検出することによ
り被測定物の段差を認識して、段差間の距離を測定す
る。
ため、平行走査光線の走査方向に対して直交する方向に
被測定物を所定の速度で移動させる。被測定物を移動し
ながら平行走査光線は走査され、平行走査光線のビーム
径が被測定物によって遮られる光強度と時間との関係を
検出する。被測定物の段差の位置に到達した時に平行走
査光線のビーム径が段差によって被測定物の移動方向に
対してほぼ半分遮られる。このため光強度が中間レベル
を維持する。この中間レベルの信号を検出することによ
り被測定物の段差を認識して、段差間の距離を測定す
る。
【００１２】
【実施例】以下本発明の好適な実施例を図面を参照して
説明する。本発明による光学式測定装置は、図２の斜視
図に示すように光走査装置３６と、受光装置３７と、平
行走査光線６の走査方向に対して直交する方向（矢印Ｘ
方向）に所定の速度で被測定物を移動させる移動手段と
から構成される。光走査装置３６および受光装置３７
は、その内部に平行走査光線６を制御する制御回路が組
み込まれ、或いは外部の制御回路に接続されている。
説明する。本発明による光学式測定装置は、図２の斜視
図に示すように光走査装置３６と、受光装置３７と、平
行走査光線６の走査方向に対して直交する方向（矢印Ｘ
方向）に所定の速度で被測定物を移動させる移動手段と
から構成される。光走査装置３６および受光装置３７
は、その内部に平行走査光線６を制御する制御回路が組
み込まれ、或いは外部の制御回路に接続されている。
【００１３】図１は上記した光学式測定装置のブロック
図を示す。光走査装置３６は、後述する光線発信制御回
路３８から出力される信号に基づいてレーザー光線２を
射出するレーザー光源１と、モーター駆動回路８により
所定の回転速度で回転する多面体回転ミラー３と、同期
用受光素子７と、多面体回転ミラー３によって反射して
走査された扇状の回転走査光線４を平行走査光線６に変
換するコリメータレンズ５とから構成される。
図を示す。光走査装置３６は、後述する光線発信制御回
路３８から出力される信号に基づいてレーザー光線２を
射出するレーザー光源１と、モーター駆動回路８により
所定の回転速度で回転する多面体回転ミラー３と、同期
用受光素子７と、多面体回転ミラー３によって反射して
走査された扇状の回転走査光線４を平行走査光線６に変
換するコリメータレンズ５とから構成される。
【００１４】本発明による光学式測定装置の受光装置３
７は、平行走査光線６を集光するコリメータレンズ１１
と、コレーメータレンズ１１により集光された光線を光
の明暗に応じた受光信号１３に変換する受光回路１２と
から構成される。
７は、平行走査光線６を集光するコリメータレンズ１１
と、コレーメータレンズ１１により集光された光線を光
の明暗に応じた受光信号１３に変換する受光回路１２と
から構成される。
【００１５】本発明による光学式測定装置の制御回路
は、平行走査光線６の走査方向に関する被測定物９の外
形を測定する外形測定部２２と、平行走査光線６に対し
て直交する方向（被測定物９の移動方向）の被測定物９
の段差３０（３１）を測定する段差間距離測定回路３９
から構成される。段差間距離測定回路３９は、上限出力
信号を検出するピークホールド回路１５と下限出力信号
を検出するボトムホールド回路１６とを有する。これら
回路によって受光装置３７から送信される受光信号１３
と比較するための基準レベルを設定している。また、段
差間距離測定回路３９は、基準レベルのセンター値に対
してウインドを有し、受光信号１３がウィンド内にある
かを比較するウィンドコンパレータ回路１７と、ウィン
ド内に受光信号１３が停滞する時間の設定値によって出
力信号を出力するフィルター回路１８とを有する。更
に、制御回路は、多面体回転ミラーの特定する面からの
平行走査光線を選択するためのゲート回路２１およびカ
ウンタ１４とを有する。
は、平行走査光線６の走査方向に関する被測定物９の外
形を測定する外形測定部２２と、平行走査光線６に対し
て直交する方向（被測定物９の移動方向）の被測定物９
の段差３０（３１）を測定する段差間距離測定回路３９
から構成される。段差間距離測定回路３９は、上限出力
信号を検出するピークホールド回路１５と下限出力信号
を検出するボトムホールド回路１６とを有する。これら
回路によって受光装置３７から送信される受光信号１３
と比較するための基準レベルを設定している。また、段
差間距離測定回路３９は、基準レベルのセンター値に対
してウインドを有し、受光信号１３がウィンド内にある
かを比較するウィンドコンパレータ回路１７と、ウィン
ド内に受光信号１３が停滞する時間の設定値によって出
力信号を出力するフィルター回路１８とを有する。更
に、制御回路は、多面体回転ミラーの特定する面からの
平行走査光線を選択するためのゲート回路２１およびカ
ウンタ１４とを有する。
【００１６】このような構成において、被測定物９への
平行走査光線６の走査方向における外形、および平行走
査光線６に対して直交する方向の段差間距離ｅの測定原
理を説明する。図３に基づいて被測定物９の外形を測定
する場合を説明する。光走査装置３６から走査される平
行走査光線６の有効測定範囲Ｌ内に被測定物９を位置さ
せることにより被測定物９によって遮られた影ｄが形成
される。同期信号１０を基準として外形測定部２２で受
光信号１３の暗部の時間の長さまたは明部の時間の長さ
を求めることにより被測定物９の外形の寸法を測定する
ことができる。
平行走査光線６の走査方向における外形、および平行走
査光線６に対して直交する方向の段差間距離ｅの測定原
理を説明する。図３に基づいて被測定物９の外形を測定
する場合を説明する。光走査装置３６から走査される平
行走査光線６の有効測定範囲Ｌ内に被測定物９を位置さ
せることにより被測定物９によって遮られた影ｄが形成
される。同期信号１０を基準として外形測定部２２で受
光信号１３の暗部の時間の長さまたは明部の時間の長さ
を求めることにより被測定物９の外形の寸法を測定する
ことができる。
【００１７】次に被測定物９への平行走査光線６に対し
て直交する方向の段差間距離の測定について説明する。
図６に被測定物９の段差部分の拡大図を示す。図におい
て手前側から奥側に平行走査光線６が上部から一定時間
毎の走査ビームの直径として走査される様子を示す。被
測定物９は移動手段としての不図示のステージ上を一定
速度で矢印Ｘ方向に移動している。平行走査光線６ａ、
６ｃはそれぞれ被測定物９の段差部分に位置しておら
ず、平行走査光線６ｂは段差部分に位置している状態を
示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図６に示した平
行走査光線６ａ、６ｂ、６ｃの各平行走査光線の位置に
おける受光レベルと時間との関係を示し、縦軸に受光レ
ベル、横軸に時間の関係を示す。例えば、被測定物９に
走査ビームが遮られていない位置では受光レベルが１０
０％を示し、走査ビームが被測定物に遮られている位置
では受光レベルが０％を示す。図７（ａ）、（ｃ）に示
すように被測定物９の外形に応じた明部および暗部の受
光信号１３Ａ、１３Ｃが得られる。ここで、図６の被測
定物９の直径ｄに相当する暗部の時間は図７（ａ）のｄ
で示され、被測定物の直径ｇに相当する暗部の時間は図
７（ｃ）のｇで示される。また、図７（ｂ）に示すよう
に段差部分に位置する平行走査光線６ｂの走査ビームは
段差のため完全に遮光されず、段差部分にかかっている
時間だけ受光信号レベルがＹ地点のように停滞する。従
って、受光信号１３が図７（ｂ）のグラフになったこと
を検出することにより被測定物９の段差部分を認識する
ことができる。
て直交する方向の段差間距離の測定について説明する。
図６に被測定物９の段差部分の拡大図を示す。図におい
て手前側から奥側に平行走査光線６が上部から一定時間
毎の走査ビームの直径として走査される様子を示す。被
測定物９は移動手段としての不図示のステージ上を一定
速度で矢印Ｘ方向に移動している。平行走査光線６ａ、
６ｃはそれぞれ被測定物９の段差部分に位置しておら
ず、平行走査光線６ｂは段差部分に位置している状態を
示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図６に示した平
行走査光線６ａ、６ｂ、６ｃの各平行走査光線の位置に
おける受光レベルと時間との関係を示し、縦軸に受光レ
ベル、横軸に時間の関係を示す。例えば、被測定物９に
走査ビームが遮られていない位置では受光レベルが１０
０％を示し、走査ビームが被測定物に遮られている位置
では受光レベルが０％を示す。図７（ａ）、（ｃ）に示
すように被測定物９の外形に応じた明部および暗部の受
光信号１３Ａ、１３Ｃが得られる。ここで、図６の被測
定物９の直径ｄに相当する暗部の時間は図７（ａ）のｄ
で示され、被測定物の直径ｇに相当する暗部の時間は図
７（ｃ）のｇで示される。また、図７（ｂ）に示すよう
に段差部分に位置する平行走査光線６ｂの走査ビームは
段差のため完全に遮光されず、段差部分にかかっている
時間だけ受光信号レベルがＹ地点のように停滞する。従
って、受光信号１３が図７（ｂ）のグラフになったこと
を検出することにより被測定物９の段差部分を認識する
ことができる。
【００１８】上記した被測定物９の段差部分を認識する
好適な制御方法を示す。ピークホールド回路１５とボト
ムホールド回路１６により、受光信号１３との比較を行
うために基準レベルを設定する。この基準レベルのセン
ター値がウィンドコンパレータ回路１７のウィンドの範
囲内にあるかを比較する。比較された受光信号１３はフ
ィルター回路１８を通過し、設定された時間以上にウィ
ンド内に受光信号１３が存在した場合のみ出力信号とし
て出力され、段差を認識する。
好適な制御方法を示す。ピークホールド回路１５とボト
ムホールド回路１６により、受光信号１３との比較を行
うために基準レベルを設定する。この基準レベルのセン
ター値がウィンドコンパレータ回路１７のウィンドの範
囲内にあるかを比較する。比較された受光信号１３はフ
ィルター回路１８を通過し、設定された時間以上にウィ
ンド内に受光信号１３が存在した場合のみ出力信号とし
て出力され、段差を認識する。
【００１９】尚、ウィンドの幅は、要求される測定精度
から決定することができる。例えば、平行走査光線のビ
ーム径が０．５ｍｍ、段差間距離の精度が１０μｍとす
ると、ウィンドの幅は約２％程度に設定する必要があ
る。即ち、中間レベルの許容範囲を４９％〜５１％にな
るように設定し、この間に受光レベルが停滞した時を出
力信号として出力することにより、１０μｍの精度を保
証することができる。
から決定することができる。例えば、平行走査光線のビ
ーム径が０．５ｍｍ、段差間距離の精度が１０μｍとす
ると、ウィンドの幅は約２％程度に設定する必要があ
る。即ち、中間レベルの許容範囲を４９％〜５１％にな
るように設定し、この間に受光レベルが停滞した時を出
力信号として出力することにより、１０μｍの精度を保
証することができる。
【００２０】また、フィルター回路１８によって設定さ
れる停滞時間は、検出する最小段差から決定することが
できる。例えば、被測定物の最小段差が１ｍｍ、平行走
査光線の走査速度が１００ｍｍ／ｓｅｃとすると、中間
レベルの停滞時間は１０ｍｓｅｃ未満に設定する。中間
レベルの停滞時間を１０ｍｓｅｃ以上に設定すると１ｍ
ｍの段差を認識することができなくなる。尚、段差は、
正確には、平行走査光線６の走査速度と被測定物の移動
速度との合力に基づき測定されるが、被測定物９の移動
速度は平行走査光線６の走査速度に対して十分に遅い速
度であるために、実用的には被測定物９の移動速度を無
視して測定することができる。
れる停滞時間は、検出する最小段差から決定することが
できる。例えば、被測定物の最小段差が１ｍｍ、平行走
査光線の走査速度が１００ｍｍ／ｓｅｃとすると、中間
レベルの停滞時間は１０ｍｓｅｃ未満に設定する。中間
レベルの停滞時間を１０ｍｓｅｃ以上に設定すると１ｍ
ｍの段差を認識することができなくなる。尚、段差は、
正確には、平行走査光線６の走査速度と被測定物の移動
速度との合力に基づき測定されるが、被測定物９の移動
速度は平行走査光線６の走査速度に対して十分に遅い速
度であるために、実用的には被測定物９の移動速度を無
視して測定することができる。
【００２１】多面体回転ミラー３の面倒れの影響を除去
する好適な制御方法を説明する。光源１から射出される
光線２は多面体回転ミラー３に反射されて扇状の回転走
査光線４に変換される。その一部が同期用受光素子７に
送られ、光線発信制御回路３８によって制御され、光源
１から射出される光線２のタイミングを取る。こうして
多面体回転ミラー３の走査角度を制御して平行走査光線
６を所定の有効測定範囲に制御する。上記した状態で
は、光源１からの光線２は多面体回転ミラー３の各ミラ
ー面に対して投射されることとなり、各々のミラー面に
固有する面倒れの影響が生じてしまう。そこで同期信号
１０をＮ進カウンタ１４で多面体回転ミラー３のミラー
面の数に相当するＮ個の同期信号１０をカウントし、Ｎ
個毎にゲート回路を解放する。実施例においては、６面
の回転ミラーを使用しているのでＮ進カウンタで６個毎
にカウントしてゲート回路２１を解放している。このよ
うに多面体回転ミラー３の１面のみを使用することにな
るため面倒れの影響を除去することができる。また、Ｎ
進カウンタのカウント数を制御することにより、使用す
るミラー面の数を設定することができ、所望の使用環境
を設定することができる。
する好適な制御方法を説明する。光源１から射出される
光線２は多面体回転ミラー３に反射されて扇状の回転走
査光線４に変換される。その一部が同期用受光素子７に
送られ、光線発信制御回路３８によって制御され、光源
１から射出される光線２のタイミングを取る。こうして
多面体回転ミラー３の走査角度を制御して平行走査光線
６を所定の有効測定範囲に制御する。上記した状態で
は、光源１からの光線２は多面体回転ミラー３の各ミラ
ー面に対して投射されることとなり、各々のミラー面に
固有する面倒れの影響が生じてしまう。そこで同期信号
１０をＮ進カウンタ１４で多面体回転ミラー３のミラー
面の数に相当するＮ個の同期信号１０をカウントし、Ｎ
個毎にゲート回路を解放する。実施例においては、６面
の回転ミラーを使用しているのでＮ進カウンタで６個毎
にカウントしてゲート回路２１を解放している。このよ
うに多面体回転ミラー３の１面のみを使用することにな
るため面倒れの影響を除去することができる。また、Ｎ
進カウンタのカウント数を制御することにより、使用す
るミラー面の数を設定することができ、所望の使用環境
を設定することができる。
【００２２】次に、測定動作を図１に基づいて説明す
る。多面体回転ミラー３はモータ駆動回路８により所定
の回転数に制御されて回転している。この多面体回転ミ
ラー３に光源１からの光線２が、上記した制御方法によ
って設定された同期信号１０に基づいて投射される。こ
うして投射された光線２は多面体回転ミラー３によって
一定走査角度を有する回転走査光線４に変換され、コリ
メータレンズ５を介して所望の有効測定範囲を有する平
行走査光線６に変換される。平行走査光線６は、一定の
距離を走査後、コリメータレンズ１１により集光され、
受光回路１２により受信信号１３として変換される。
る。多面体回転ミラー３はモータ駆動回路８により所定
の回転数に制御されて回転している。この多面体回転ミ
ラー３に光源１からの光線２が、上記した制御方法によ
って設定された同期信号１０に基づいて投射される。こ
うして投射された光線２は多面体回転ミラー３によって
一定走査角度を有する回転走査光線４に変換され、コリ
メータレンズ５を介して所望の有効測定範囲を有する平
行走査光線６に変換される。平行走査光線６は、一定の
距離を走査後、コリメータレンズ１１により集光され、
受光回路１２により受信信号１３として変換される。
【００２３】一方、被測定物は、コリメータレンズ５、
１１間の平行走査光線６の有効測定範囲内に位置され、
平行走査光線６の走査方向に対して直交する方向に一定
の速度で移動する。上記した測定原理に基づき被測定物
９の外形測定は、平行走査光線６によって遮られる明部
または暗部の光強度の差を外形測定部２２により演算さ
れ、不図示の表示装置に表示される。また、被測定物９
の段差間距離の測定は、段差部分における光強度の中間
レベルを認識してフィルタ回路１８により検出し、被測
定物９の移動速度とから不図示の演算回路により演算さ
れ、不図示の表示装置に表示される。
１１間の平行走査光線６の有効測定範囲内に位置され、
平行走査光線６の走査方向に対して直交する方向に一定
の速度で移動する。上記した測定原理に基づき被測定物
９の外形測定は、平行走査光線６によって遮られる明部
または暗部の光強度の差を外形測定部２２により演算さ
れ、不図示の表示装置に表示される。また、被測定物９
の段差間距離の測定は、段差部分における光強度の中間
レベルを認識してフィルタ回路１８により検出し、被測
定物９の移動速度とから不図示の演算回路により演算さ
れ、不図示の表示装置に表示される。
【００２４】尚、実施例では、受光回路１２の基準電位
のドリフト、いわゆるオフセットドリフトをキャンセル
するため、ボトムホールド回路１６を使用している。し
かしながら、オフセットドリフトが十分に小さいことが
確認されればボトムホールド回路１６を省略することも
可能であり、ピークホールド回路１５の出力と基準電位
との間で、比較のための基準レベルを設定することが可
能となる。
のドリフト、いわゆるオフセットドリフトをキャンセル
するため、ボトムホールド回路１６を使用している。し
かしながら、オフセットドリフトが十分に小さいことが
確認されればボトムホールド回路１６を省略することも
可能であり、ピークホールド回路１５の出力と基準電位
との間で、比較のための基準レベルを設定することが可
能となる。
【００２５】また、ウィンドコンパレータ回路１７をオ
ープンコレクタ出力タイプのコンパレータで構成してい
るが公知のタイプのコパレータで構成することも可能で
ある。更に、中間レベルの停滞時間を検出するフィルタ
ー回路１８は、アナログフィルターとしているがカウン
タと基準クロックを用いてデジタルフィルターとしても
良い。
ープンコレクタ出力タイプのコンパレータで構成してい
るが公知のタイプのコパレータで構成することも可能で
ある。更に、中間レベルの停滞時間を検出するフィルタ
ー回路１８は、アナログフィルターとしているがカウン
タと基準クロックを用いてデジタルフィルターとしても
良い。
【００２６】また更に、ゲート回路２１の前段にフィル
ター回路１８を設けているが、ゲート回路２１の後段に
設けても同様の効果が得られる。
ター回路１８を設けているが、ゲート回路２１の後段に
設けても同様の効果が得られる。
【００２７】本発明に使用される光源１から射出される
光線２は、可視光領域のレーザー光線が好適に使用さ
れ、例えば、半導体レーザー等が挙げられる。また、Ｌ
ＥＤ光源等を使用することも可能であり、更に可視光領
域外の光線にも適用される。その他、本発明は上記した
測定方法に、更に被測定物であるシャフトを軸方向に回
転させながら平行走査光線６を走査し、光強度を算出す
ることにより、シャフト軸の偏心をも測定可能となる。
光線２は、可視光領域のレーザー光線が好適に使用さ
れ、例えば、半導体レーザー等が挙げられる。また、Ｌ
ＥＤ光源等を使用することも可能であり、更に可視光領
域外の光線にも適用される。その他、本発明は上記した
測定方法に、更に被測定物であるシャフトを軸方向に回
転させながら平行走査光線６を走査し、光強度を算出す
ることにより、シャフト軸の偏心をも測定可能となる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、唯一の平行走査光線を有する
光学式測定装置によって、被測定物の外形の測定および
段差の検出による段差間距離の測定が非接触で可能とな
り、別の測定装置を付加する必要がなくなるため装置が
小型化、低価格化することができる。また、多面体ミラ
ーの少なくとも１面を使用することにより所定の位置か
ら平行走査光線を走査することが可能となり、光学式測
定装置の測定精度が向上する。
光学式測定装置によって、被測定物の外形の測定および
段差の検出による段差間距離の測定が非接触で可能とな
り、別の測定装置を付加する必要がなくなるため装置が
小型化、低価格化することができる。また、多面体ミラ
ーの少なくとも１面を使用することにより所定の位置か
ら平行走査光線を走査することが可能となり、光学式測
定装置の測定精度が向上する。
【００２９】更に、ウィンドの幅およびフィルター回路
を所望の精度で測定することができるように設定するこ
とができ、例えば被測定物の表面粗さや段差の精度等、
被測定物の測定環境に対して自由に測定精度を選択する
ことができる。
を所望の精度で測定することができるように設定するこ
とができ、例えば被測定物の表面粗さや段差の精度等、
被測定物の測定環境に対して自由に測定精度を選択する
ことができる。
【００３４】
【図１】 本発明による光学式測定装置の実施例を示す
ブロック図。
ブロック図。
【図２】 本発明による光学式測定装置の斜視図。
【図３】 被測定物の一例を示す図。
【図４】 被測定物の別の一例を示す図。
【図５】 多面体回転ミラーの面倒れの状態を示す図。
【図６】 被測定物に平行走査光線が走査される状態を
示す図。
示す図。
【図７】 平行走査光線の受光レベルと時間との関係を
示す図。
示す図。
１ 光源 ２ 光線 ３ 多面体回転ミラー ４ 回転走査光線 ５、１１ コリメータレンズ ６ 平行走査光線 ７ 同期用受光素子 ８ モータ駆動回路 ９ 被測定物 １０ 同期信号 １２ 受光回路 １３ 受光信号 １４ カウンタ １５ ピークホールド回路 １６ ボトムホールド回路 １７ ウィンドコンパレータ回路 １８ フィルター回路 ２１ ゲート回路 ２２ 外形測定部 ３０〜３３ 段差 ３６ 光走査装置 ３７ 受光装置 ３８ 光線発信制御回路 ３９段差間距離測定回路
Claims (5)
- 【請求項１】 光源から射出される光線を光走査装置に
よって一定の走査範囲の平行する平行走査光線に変換
し、前記平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を位
置させ、被測定物により平行走査光線が遮られる明部ま
たは暗部の時間の長さの受光信号を受光装置により検出
し、前記被測定物の前記平行走査光線の走査方向に対す
る寸法を測定する光学式測定装置において、前記平行走
査光線に対して直交する方向に前記被測定物を移動させ
る移動手段と、前記被測定物の前記移動方向の段差間の
距離を測定する測定手段とを設け、前記測定手段は、平
行走査光線が前記段差を通過する時に、平行走査光線の
光強度が中間レベルに停滞する受信信号を認識し、前記
被測定物の移動距離を測定して前記段差間の距離を測定
することを特徴とする光学式測定装置。 - 【請求項２】 前記段差を検出する手段に、上限出力信
号を検出するピークホールド回路と、下限出力信号を検
出するボトムホールド回路、前記受光信号がウィンド内
にあるかを比較するウィンドコンパレータと、ウィンド
内に前記中間レベルの受光信号が所定の時間停滞した時
に出力信号を出力するフィルター回路とを有することを
特徴とする請求項１記載の光学式測定装置。 - 【請求項３】 前記光走査装置は光源からの光線を回転
走査光線に変換する多面体回転ミラーを有しており、特
定する前記多面体回転ミラーの少なくとも１面のミラー
面を選択し、該ミラー面からの光線を前記段差を検出す
るための平行走査光線として使用することを特徴とする
請求項１または２記載の光学式測定装置。 - 【請求項４】 前記段差を検出するために使用するミラ
ー面の選択手段としてＮ進カウンタとゲート回路とを有
することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の光
学式測定装置。 - 【請求項５】 前記移動手段に前記光走査装置および受
光装置を移動させて被測定物の寸法および段差間の距離
を測定することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記
載の光学式測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18894394A JPH0829131A (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 光学式測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18894394A JPH0829131A (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 光学式測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829131A true JPH0829131A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=16232632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18894394A Pending JPH0829131A (ja) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | 光学式測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0829131A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009139126A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Japan Atomic Energy Agency | 精密寸法測定装置 |
| JP2020169934A (ja) * | 2019-04-05 | 2020-10-15 | 株式会社ミツトヨ | 光学式測定装置および光学式測定方法 |
| JP2022543763A (ja) * | 2020-08-27 | 2022-10-14 | 江蘇科技大学 | シャフトワークのインサイチュ非接触検出方法 |
-
1994
- 1994-07-19 JP JP18894394A patent/JPH0829131A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009139126A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Japan Atomic Energy Agency | 精密寸法測定装置 |
| JP2020169934A (ja) * | 2019-04-05 | 2020-10-15 | 株式会社ミツトヨ | 光学式測定装置および光学式測定方法 |
| US11530911B2 (en) | 2019-04-05 | 2022-12-20 | Mitutoyo Corporation | Optical measuring device and optical measuring method |
| JP2022543763A (ja) * | 2020-08-27 | 2022-10-14 | 江蘇科技大学 | シャフトワークのインサイチュ非接触検出方法 |
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