JPH1047928A - 光学式外形計測装置 - Google Patents

光学式外形計測装置

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JPH1047928A
JPH1047928A JP20669496A JP20669496A JPH1047928A JP H1047928 A JPH1047928 A JP H1047928A JP 20669496 A JP20669496 A JP 20669496A JP 20669496 A JP20669496 A JP 20669496A JP H1047928 A JPH1047928 A JP H1047928A
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JP
Japan
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light
light receiving
slit
outer shape
measuring device
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Application number
JP20669496A
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English (en)
Inventor
Michitoshi Okada
道俊 岡田
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外乱光の受光手段への到達を小形な構成で防
止する。 【解決手段】 スリット板18のスリット18aと、ラ
インセンサ2cの間に凹レンズ21を設ける。測定対象
物を通過した参照光4はスリット18aを通り、凹レン
ズ21の中心を通過して、ラインセンサ2cの受光素子
列2c1 に入る。参照光4に角度をもってスリット18
aを通過する外乱光17は、凹レンズ21の中心に対し
角度をもって入光するので、凹レンズ21で屈折を受
け、受光素子列2c1 には入光しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、投光部より参照
光を測定対象物に照射し、その透過光あるいは反射光を
受光することにより、測定対象物の外形を計測する光学
式外形計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】参照光を測定対象物に照射し、その透過
光、あるいは反射光を受光することにより、測定対象物
の外形を計測する装置として図1、図2に示すものがあ
る。図1は、投光部1から測定対象物3に参照光4を照
射し、測定対象物3を挟んで投光部1と対向した受光部
2で透過光を受光して測定対象物3の外形を計測する透
過型の光学式外形計測装置の構成を示している。図2
は、測定対象物3に対して参照光4を照射して、その反
射光を受光部4で受光し、その反射光より測定対象物3
の外形を計測する反射型の光学式外形測定装置の構成を
示している。
【0003】従来の参照光の透過光/反射光で計測を行
うこの種の装置の光学系の構成として、主として図3に
挙げる3通りの構成の装置がある。それぞれの詳細を説
明する。図3の(a)の光学式計測装置は、発光素子1
aからの光をレンズ1bで平行光とし、平行光4を測定
対象物3に照射して、その測定対象物による反射光ある
いは透過光をレンズ2a等で集光してPD(フォトダイ
オード)等の受光素子2bで受光し、その光強度より測
定対象物の測定対象物の外形を計測する。
【0004】図3の(b)の光学式計測装置は、平行光
4を測定対象物3に照射して、その測定対象物3による
反射光あるいは透過光をCCDイメージセンサ等、受光
素子が一列に配置されたラインセンサ2cで受光し、受
光信号を予め設定したしきい値を用いて2値化し、2値
化後の信号を元に測定対象物の外形を計測する。図4に
ラインセンサを用いた代表的な装置の構成と各部の波形
を示す。1は光源1aを含む投光部であり、光源1aか
ら出射された光はレンズ1bを通過する事により平行光
4となり、測定対象物3を介してラインセンサ2cを含
む受光器2に向かって照射される。ラインセンサ2cは
受光した光の受光強度信号を時系列信号に変換して出力
する。受光強度信号はプリアンプ5やLPF6で前処理
を行った後〔図5の(a)〕、A/Dコンバータ7で離
散化される〔図5の(b)〕。その後、この離散化信号
をしきい値で2値化して、そのエッジ位置から測定対象
物の外形を測定する〔図5の(c)〕。これらの処理
は、CPU9、メモリ10を使用して処理され、計測結
果はI/O装置8を用いて装置外に送られる。
【0005】なお、ラインセンサ2cの出力を離散化せ
ずに、図6に示すようにコンパレータ15で2値化し
て、2値化後のパルス幅をカウンタ16でクロックパル
スを計数することにより計数し(図7の波形参照)、測
定対象物の外形を計測する装置もある。図3の(c)の
光学式外形計測装置は、細い光線をポリゴンミラー1c
等で一次元方向にスキャンさせて、測定対象物3に照射
して、その測定対象物3による反射光あるいは透過光を
レンズ2a等で集光し、PD(フォトダイオード)等の
受光素子2bで受光して、受光信号を予め設定したしき
い値を用いて2値化し、2値化後の信号を元に測定対象
物の測定対象物の外形を計測する。
【0006】なお、図3の(a)(b)(c)は、いず
れも透過型の計測装置の構成を示しているが、反射型で
も同様の光学系の構成が用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の光学系
を持つ光学式外形計測装置では、用いられる受光素子や
ラインセンサは計測に用いる参照光以外の光(以下、外
乱光)に対しても感度を持っているため、図8に示す外
乱光17の強い環境下では外乱光17によって受光信号
が、図9に示すように〔図9の(a)は外乱光が混入し
ない場合、図9の(b)が外乱光が混入した場合〕、変
化して正常な計測ができなくなる。または、外乱光によ
り、受光信号が飽和してしまい、全く計測が不可能にな
ることがある。その対策として、ラインセンサ2cに外
乱が到達しないようにするため、図10に示すように、
ラインセンサ2cの前方にスリット18aを有するスリ
ット板18を設けることがある。その際、外乱光17が
入りにくくするためにスリット18のスリット18aの
幅dを狭くしたり、スリット板18とラインセンサ2c
の受光素子2c1 との間の間隔を広げるという手法がと
られる。この時、スリット18aの幅は出来るだけ狭
く、スリット18a〜受光素子2c1 間は出来るだけ離
れている方がよいのであるが、スリット18aの幅dを
狭くすると、回折により参照光が乱れるという問題(図
11)があり、またスリット18a〜受光素子2c1
を離すと計測器の外形が大きくなるという問題がある。
スリット18a〜受光素子2c1 間を離す手段として、
図12に示すように、スリット透過後の光をミラー2a
で反射させて計測装置の奥行きを短くする方法がとられ
ることがあるが、計測装置自体の外形が拡大することに
変わりはない。
【0008】この発明は上記問題点に着目してなされた
ものであって、小形で、しかも外乱光が受光素子、ライ
ンセンサなどの受光手段まで到達していない光学式外形
計測装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】この出願の特許請求の範
囲の請求項1に係る光学式外形計測装置は、参照光を測
定対象物に照射する投光部と、測定対象物からの透過光
あるいは反射光をスリット板を介して受光する受光手段
を含む受光部と、受光手段の出力を処理して測定対象物
の外形計測を行う処理部とを備えたものにおいて、前記
スリットと前記受光手段の間に凹レンズを設け、前記受
光手段は前記透過光あるいは反射光をスリット、凹レン
ズを介して受光するようにしている。この光学式計測装
置では、参照光はスリットを通り、凹レンズの中心を通
過して、受光手段に入る。しかし、外乱光は参考光に対
し角度をもって、スリット、凹レンズに入光するので、
凹レンズで屈折を受け、受光手段に入光しない。
【0010】また、請求項2に係る光学式外形計測装置
は、参照光を測定対象物に照射する投光部と、測定対象
物からの透過光あるいは反射光をスリット板を介して受
光する受光手段を含む受光部と、受光手段の出力を処理
して測定対象物の外形計測を行う処理部とを備えたもの
において、前記スリットと前記受光手段の間に凸面鏡を
設け、前記受光手段は前記透過光あるいは反射光をスリ
ット、凸面鏡を介して受光するようにしている。この光
学式計測装置では、参照光はスリットを通り、凸面鏡の
中心で反射して受光手段に入る。しかし、外乱光は参照
光に対し角度をもってスリットに入り、かつ凸面鏡の中
心をずれて反射するので、受光手段には入光しない。
【0011】また、請求項3に係る光学式外形計測装置
は、参照光を測定対象物に照射する投光部と、測定対象
物からの透過光あるいは反射光をスリット板を介して受
光する受光手段を含む受光部と、受光手段の出力を処理
して測定対象物の外形計測を行う処理部とを備えたもの
において、前記スリットと前記受光手段の間に細幅縦長
の鏡を設け、前記受光手段は前記透過光あるいは反射光
をスリット、細幅、縦長の鏡を介して受光するようにし
ている。この光学式計測装置では、参照光はスリットを
通り、細幅、縦長の鏡の中心で反射して受光手段に入
る。しかし、外乱光は参照光に対し角度をもってスリッ
トに入り、かつ細幅、縦長の鏡を外れて入光するので、
受光手段に入光しない。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。この発明の第1の実施形態
光学式外形計測装置は、図13に示す棒状の凹レンズ2
1を用いることが特徴である。この実施形態装置では、
図14に示すように、上記凹レンズ21をスリット板1
8とラインセンサ2cの間に配置する。この実施形態装
置において、スリット板18のスリット18aを透過し
た光のうち、ラインセンサ2cの受光素子列2c1 に向
かって直進する参照光4のみが受光素子列2c1 に入射
し、それ以外の方向から受光素子列2c1 に向かって入
射する光(外乱光17)は、凹レンズ21で屈折して受
光素子列2c1 に入射しなくなる。したがって、外乱光
の影響を避けることができる。なお、この実施形態光学
式計測装置の回路部は、図4に示すものと同様であるの
で、説明は省略する。
【0013】この発明の第2の実施形態光学式外形計測
装置は、図16に示す凸面鏡22を用いることが特徴で
ある。この実施形態装置の凸面鏡22は、図17に示す
ように、スリット板18のスリット18aとラインセン
サ2cの間に、それぞれに対し45°の角度をもって傾
けて、配置される。図15の(a)は図12の系を上方
から見たときの光束の方向を示したものである。ミラー
19の鏡面の形状が平面である時〔図15の(a)〕、
受光素子列2c1 には参照光4以外にも反射により入射
する外乱光17が存在する。ところが、ミラー形状が凸
面である場合〔図15の(b)〕は、参照光4と外乱光
17が角度をもって、凸面鏡22に入光するので、反射
により受光素子列2c1 に入射する外乱光17は無くな
る。よって、図16に示すような形状の凸面鏡22を使
用して、図17に示すような構成をとることにより外乱
光17がラインセンサ2cの受光素子列2c1 に入光す
るのを防ぐことができる。この実施形態装置の回路部
も、図4に示すものと同様のものである。
【0014】なお、ここでは、図3の(b)の構成を前
提にして説明を行ったが、図3の(a)あるいは図3の
(c)の構成にも、本方式は適用可能である。また、反
射式の構成にも適用可能である。図18は、この発明の
さらに他の実施形態光学式外形計測装置の光学系を示す
図である。この実施形態装置は、第2の実施形態装置と
同様に、ミラーをスリット18aとラインセンサ2cと
の間に設ける点で同じであるが、図17の場合、凸面鏡
22であるに対し、ここでは幅の細い縦長の鏡23を使
用している。この実施形態装置では、スリット18aを
通過した参照光4は、鏡23の中心で反射されてライン
センサ2cに入光する。しかし、参照光4に対し、角度
を有する外乱光17はスリット18aを通過して鏡23
に達すると、鏡23は細いので、外乱光17は鏡23に
当たらず、したがって反射もされず、ラインセンサ2c
にも入光することもない。したがって外乱光の影響を避
けることができる。この実施形態装置の回路部も、図4
に示すものと同様のものを採用している。
【0015】なお、この実施形態装置では、鏡の幅を細
くすることによって、鏡で反射する外乱光を減少させて
いるが、鏡上にマスクを施してもよい。また、この実施
形態は図3の(b)の構成で説明したが、図3の(a)
あるいは図3の(c)の構成にも適用可能である。ま
た、反射式の構成にも適用可能である。
【0016】
【発明の効果】この出願の特許請求の範囲の請求項1に
係る発明は、スリットと受光手段(ラインセンサ)間に
凹レンズを設けるものであるから、受光手段に外乱光が
到達しないようにするために受光手段をスリットから離
すことが不要となり、受光部の奥行きを短縮できる。
【0017】また、請求項2に係る発明によれば、スリ
ットと受光手段間に凸面鏡を設け、請求項3に係る発明
によれば、スリットと受光手段間に縦長の細い鏡を設け
ているので、受光手段に外乱光が到達しないようにする
ために、スリットと鏡間、鏡と受光手段間の距離を長く
することが不要になり、受光部の外形を小形化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光学式外形計測装置の透過形の光学系の基本構
成を示す図である。
【図2】光学式外形計測装置の反射形の光学系の基本構
成を示す図である。
【図3】光学式外形計測装置に使用される光学系を示す
図である。
【図4】光学式外形計測装置の全体構成を示すブロック
図である。
【図5】同光学式外形計測装置における2値化処理を説
明する波形図である。
【図6】光学式外形計測装置における他の2値化処理方
法を説明するための回路ブロック図である。
【図7】図6の回路における2値化処理を説明するため
の波形図である。
【図8】光学式外形計測装置における外乱光の入光を説
明する図である。
【図9】外乱光による2値化処理への影響を説明する波
形図である。
【図10】外乱光とスリットとの関係を説明するための
概略図である。
【図11】外乱光とスリットとの関係が受光手段への入
光波形に与える影響を説明する波形図である。
【図12】光学式外形計測装置の受光部の他の例を示す
図である。
【図13】この発明の一実施形態光学式外形計測装置に
使用される凹レンズを示す図である。
【図14】同実施形態光学式外形計測装置の受光部の構
成を示す図である。
【図15】この発明の他の実施形態光学式外形計測装置
の受光部の採用原理を説明する図である。
【図16】同実施形態光学式外形計測装置に使用される
凸面鏡を示す図である。
【図17】同実施形態光学式外形計測装置の受光部の構
成を示す図である。
【図18】この発明の他の実施形態光学式外形計測装置
の受光部の構成を示す図である。
【符号の説明】
2c ラインセンサ 2c1 受光素子列 4 参考光 17 外乱光 18 スリット板 18a スリット 21 凹レンズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】参照光を測定対象物に照射する投光部と、
    測定対象物からの透過光あるいは反射光をスリット板を
    介して受光する受光手段を含む受光部と、受光手段の出
    力を処理して測定対象物の外形計測を行う処理部とを備
    えた光学式外形計測装置において、 前記スリットと前記受光手段の間に凹レンズを設け、前
    記受光手段は前記透過光あるいは反射光をスリット、凹
    レンズを介して受光するようにしたことを特徴とする光
    学式外形計測装置。
  2. 【請求項2】参照光を測定対象物に照射する投光部と、
    測定対象物からの透過光あるいは反射光をスリット板を
    介して受光する受光手段を含む受光部と、受光手段の出
    力を処理して測定対象物の外形計測を行う処理部とを備
    えた光学式外形計測装置において、 前記スリットと前記受光手段の間に凸面鏡を設け、前記
    受光手段は前記透過光あるいは反射光をスリット、凸面
    鏡を介して受光するようにしたことを特徴とする光学式
    外形計測装置。
  3. 【請求項3】参照光を測定対象物に照射する投光部と、
    測定対象物からの透過光あるいは反射光をスリット板を
    介して受光する受光手段を含む受光部と、受光手段の出
    力を処理して測定対象物の外形計測を行う処理部とを備
    えた光学式外形計測装置において、 前記スリットと前記受光手段の間に細幅縦長の鏡を設
    け、前記受光手段は前記透過光あるいは反射光をスリッ
    ト、細幅縦長の鏡を介して受光するようにしたことを特
    徴とする光学式外形計測装置。
JP20669496A 1996-08-06 1996-08-06 光学式外形計測装置 Pending JPH1047928A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008216197A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Yamatake Corp エッジ検出装置及びその光束調整方法
CN114739314A (zh) * 2022-03-01 2022-07-12 上海交通大学 一种电液伺服阀阀套壳体方孔轮廓的精密测量方法和装置

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