JPS6134410A - 光学測定装置 - Google Patents

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】 ［技術分野］ 本発明は光学測定装置、特に被測定物に平行走査測定光
を照射してその両端面における受光量の明暗変化によっ
て被測定物の両端面を検出し、この両端面間の走査時間
にて被測定物の寸法を測定する光学測定装置の改良に関
するものである。

［従来技術］ 平行光線例えばレーザビーム等を用いて所望の被測定物
を走査し、被測定物の形状による光透過及び光遮所を検
知しながら両端面間の前記平行光線の走査時間を例えば
クロックパルスの計数等によって測定する光学測定装置
が周知であり、例えばレーザマイクロメータとして実用
化されている。

この種の光学測定装置によれば、被測定物に何らの測定
圧を与えることがなく、変形その他の影響のない状態で
精密な測定を行うことが可能となり、特に軟弱なあるい
は高温の被測定物に対しては極めて有効な測定装置を提
供可能である。またこの種の装置では被測定物の形状に
かかわらず所望の部位が測定可能となり、複雑な形状の
材料測定等に極めて有用である。

従来において、特開昭５８−２０　’５８０３にはこの
種の光学測定装置が示されており、測定範囲を所望のセ
グメントに分割して各セグメント毎に精密な測定を迅速
に行うことが可能である。しかしながら、従来装置にお
いては、被測定物の端面形状あるいは表面状態によって
平行走査測定光に予期できない屈折、散乱が生じ、ある
いは透明な被測定物に対してはその走査途中において各
種の不測・の透光あるいは散乱が生じ、これによって大
きな測定誤差が発生してしまうという欠点があった。

特に、通常の光学測定装置においては、平行測定光の走
査中にこれと同期するクロックパルスを計数し、両端面
間のクロックパルス数にて測定値を求める構成からなり
、このために、従来においで、前述した例えば表面に付
着した異物によって屈折光を受光した場合あるいは透明
被測定物における途中の透過光を受光した場合、測定光
が一方の端面を検出した後に開始されたクロックパルス
の計数は正しい他方の端面検知より著しく以前に検出さ
れる前記屈折光によって終了してしまい、著しく大きな
測定エラーが生じる欠点があった。

このような測定エラーは被測定物の表面状態あるいは透
明な被測定物における規則性のない光透過によりてほと
んど予測不可能な１ラーを生じさせ　　　　、［る欠点
があった。

［発明の目的］ 本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、被測定物の透明部端面にて発生し易い屈折光
その他によって生じる測定誤差を確実に防止して光透過
物質からなる被測定物あるいは油付着等による劣悪な表
面状態においても正確な測定をすることのできる改良さ
れた・光学測定装置を提供することにある。

［発明の構成］ 上記目的を達成するために、本発明は平行走査測定光が
被測定物を通過するときにその両端位置すなわち開始端
と終了端との間のクロックパルスを測定するために、カ
ウンタとこのカウンタの出力を適宜ラッチするレジスタ
との組合わせを含むことを特徴とし、レジスタは被測定
物の終了端の検出信号及びその途中における被測定物の
透明部その他から得られる擬似検出信号のいずれに対し
てもその都度カウンタの計数値をラッチし、最後のラッ
チ値が被測定物の終了端に対応することからこの最終ラ
ッチ値を用いてそれまでの擬似検出信号によるラッチ値
を捨てることによって正確な測定を可能とする。

そして、本発明においては、測定精度を向上させるため
に、クロックパルスの周波数は通常に比して十分に高い
周波数に設定されており、このために、カウンタの計数
作用には若干の遅れが常時附随しており、このような遅
れをラッチ時に調和させるため、前記カウンタからレジ
スタへのラッチは所定の遅延時間をもって行う特徴を有
し、更に、このような遅れのため、途中における擬似終
了信号ラッチ時・にはカウンタの計数値に大ぎな誤差が
生じるこｉを防止するため、各ラッチ時にはカウンタの
計数を一時的に禁止するとともに、この禁止期間に対応
した補正値を前記レジスタへのラッチ完了後にカウンタ
に供給することを特徴とし、これによって、カウンタの
計数値は常に正しく平行走査測定光の動きと一致するこ
ととなる。

［実施例］　　′ 第１図には本発明に係る光学測定袋ｄの好適な実施例が
示されている。

被測定物１０は図示していないワークテーブルに載置さ
れており、測定光の照射範囲に置かれるが、本発明にお
いては、この被測定物１０を移動体とすることも可能で
あり、この場合には、所望の移動タイミングにて被測定
物１０が測定光の照射範囲に位置されるよう照射光との
関係が制御される。実施例に示した被測定物１０は透明
な円筒として示されている。

前記被測定物１０、に平行走査測定光１００を照射する
ために光走査部１２が設けられており、該光走査部１２
はレーザ発振器１４、固定ミラー１６及び回転ミラー１
８を含み、レーザ発振器１４から出力されたレーザビー
ム１０２は固定ミラー１６及び回転ミラー１８にてコリ
メータレンズ２０に導かれ、コリメータ２０から平行走
査測定光１００として被測定物１０に向って照射される
。

前記回転ミラー１８の回転は同期モータ２０にて制御さ
れており、との回転ミラー１８の回転速度は後述する測
定用のクロックパルスと同期制御されており、実施例に
おいて、クロックパルス発生器２２の出力であるクロッ
クパルスは分周回路２４を介して同期モータに出力され
る。従って、平行測定光１００の走査タイミングはクロ
ックパルスと同期され、良好な測定精麿を維持すること
が可能となる。

前述した光走査部１２の出力である平行走査測定光１０
０は、実施例において定められた単一の走査範囲を有す
るが、本発明において、平行走査測定光を所定のスリッ
トを通して複数のセグメントに分割し、各セグメント毎
に測定を行うことも可能でる。

前述した平行走査測定光１００は被測定物１０を照射し
た後に光検出部２６にてその明暗変化が電気的な信号と
して検出され、実施例における光検出部２６は集光レン
ズ２８、前記集光レンズ２゛：′１ ８の焦点位置に置かれた受光素子３０を含み、平行走査
測定光１００が被測定物１０によって遮光　　　　　１
されない状態では受光素子３０は明信号を出力しまた被
測定物１０にて遮光された状態では受光素□子３０は暗
信号を出力する。

従って、前述した平行走査測定光１０ｏが正しく被測定
物１０の両端面を検出すれば、光検出部２６からは被測
定物１０の両端位置に対応した２個のパルス信号が出力
され、これを測定光１００の平行走査と同期したクロッ
クパルスにてその信号出力量の走査時間をクロックパル
ス計数により測定すれば端面間距離を正しく測定するこ
とができる。

前記クロックパルスを測定するためにカウンタ３２が設
けられており、前述した回転ミラー１８の駆動制御を行
うクロックパルスと同期してクロックパルス発生器２２
の出力が計赦すれている。

本発明においては、被測定物１０が劣悪な端面状態を有
して該部分で光が屈折あるいは散乱しもしくは透明な材
質からなる被測定物１０のために測定光１００が被測定
物１０の内部を貢通して光検出部２６によって多数の擬
似検出信号を生じる場合にあってもこれらを取捨選択し
て正確な測定を可能とするものであり、このために、所
定の光走査領域問において最初に検出された光検出信号
を被測定物１０の一方の１面（開始端）の検出信号とし
て用い、またその後の検出信号を擬似信号も含めてすべ
てラッチ制御して用い最後に検出された光検出信号を他
方の端面の正しい検出信号として用いることを特徴とす
る。

前記走査領域の両端を検出するために、本発明において
は、平行走査測定光の走査範囲内に少なくとも一対の走
査開始センサ３４及び走査完了センサ３６が設けられ、
これらのセンサは光電変換素子からなり、平行走査測定
光１００が両センサ３４．３６を通過した時に電気的な
信号を検出して所望の走査領域の両端を定める。

実施例において、両センサ３４．３６は一対だけ設けら
れているが、これを所望のセグメン１〜に対応して複数
対設けることにより、平行走査測定光１００の走査範囲
を複数のセグメント化された走査領域に分割することも
可能である。

本発明において、前記カウンタ３２は被測定物１０の両
端検出期間中にクロックパルス発生回路２２から供給さ
れるクロックパルスを計数することによって所望の測定
作用を行うことができ、実施例においては、ガラスパイ
プ等の被測定物１０の外径を正確に測定し得る。しかし
ながら、前述したように、被測定物１０の表面が不整で
あったりあるいは不透明部を含む場合、その両端のみで
なくその他の部分を測定光が走査しているときには光検
出部２６は検出信号を出力してしまい、これらの擬似検
出信号と正しい終了信号との区別がつかないとの問題が
あり、このために、本発明においては、前記カウンタ３
２の計数値を適宜ラッチするレジスタ３８を含むことを
特徴とする。すなわち、レジスタ３８は平行走査側か光
１００が被測定物１０の開始端を通過したのちに光検出
部２６が検出する明信号すなわち擬似検出信号あるいは
被測定物１０の終了端検出信号のいずれに対してもカウ
ンタ３２の計数値をラッチする作用を行い、これに□よ
って、最終ラッチ値を正しい計数しかしながら、このよ
うにカウンタ３２の引数値を適宜ラッチするためには新
たな問題が発生し、すなわち本発明のごとき高精度の測
定装置では、クロックパルス周波数は５０〜１００Ｍ　
Ｈ２に達し、このような高周波数のクロックパルスはカ
ウンタ３２においてその最上位ビットまで計数するため
に所定の所要時間を必要とし、このために、レジスタ３
８でのラッチ動作をするときに無視できないミスカウン
トを起こす場合がある。通常の場合、このミスカウント
は、レジスタ３８がカウンタ３２の計数値を正しくラッ
チする間にカウンタ３２は次のクロックパルスを受付け
てしまい、ラッチ動作中にカウンタ３２の譜数値が順次
更新してしまうことから生じ１、従って、前述したごと
きカウンタ３２の内容をレジスタ３８が適宜ラッチする
構成では計数値の正しい読取りができないという問題が
ある。

そこで、本発明に□おいては、前記レジスタ３８へのラ
ッチ時に所定時間カウンタ３２の計数を禁止す、、るこ
とを特徴とし、このために一時禁止回路すばわち禁止パ
ルス発生器４０が設けられて□いる。

また、前記カウンタ３２の計数を禁止することによって
、この間に大きな誤差が生じて、しまうが、本発明にお
いては、この禁止期間が所定の一定値であることから、
これに対応したカウンタ補正パルスを前記レジスタ３８
のラッチ後にカウンタ３２へ供給することを特徴とし、
このためにカウンタ補正回路４２が設けられている。

前記カウンタ３２の計数作用は光検出部２６の出力によ
って制御されており、検出素子３０からの検出信号は増
幅器４４を介してエツジパルス発生器４６に供給され、
その微分作用によって光の明暗変化のエツジが検出され
る。エツジパルス発生器４６の出力はフリップフロップ
゛（以下ＦＦという）４８をセットするために用いられ
、このＦＦ４８は平行走査測定光１００の各走査毎に被
測定物１０の開始端を検出するたびにセットされ、その
出力によってアンドゲート５０を開く。

また、ＦＦ４８は前述した走査完了センサ３６の出力信
号によってリセットされ、実施例においては、センサ３
６の出力はプリアンプ５２及び波形整形回路５４を介し
てＦＦ４８のリセット端子に接・続されている。　□ 前記禁止パルス発生器４０はＦＦ４８の出力によってリ
セットされ、またエツジパルス発生器４６の出力がエツ
ジ判定回路５６を介して供給されることによりトリガさ
れ、すなわちエツジ判定回路５６は前記増幅器４４の出
力の立ち下がり信号のみエツジパルスを取り出して禁止
パルス発生器４０へ供給し、光を暗信号から明信号への
切替わり時点に禁止パルス発生器４０をトリガすること
ができる。

禁止パルス発生器４０はその出力がアンドゲート５８に
供給されており、前述したクロックパルス発生回路２２
の出力であるクロックパルスがこのアンドゲート５８及
び前述したアントゲ−１−５０を介してカウンタ３２の
クロック入力・に供給されていることから、禁止パルス
発生、器４０の出力によってカウンタ３２の計数作用を
一時的に禁止する・ことができる。

禁止パルス発生器４０はレジスタ３８のラッチ作用を制
御しており、このために、その出力は第１の遅延回路６
０を介してレジスタ３８のラッチ入力に供給゛されてお
り、禁止パルスの出力後所定時間経過後にカウンタ３２
の内容をレジスタ３８にラッチすることができる。禁止
パルス発生器４０は更にカウンタ３２の計数禁止期間に
対応したカウント補正を制御しており、このために第２
の遅延回路６２を介してカウント補正回路４２をトリガ
し、前記レジスタ３８のラッチ完了後に所定のカウント
補正パルスをカウンタ３２へ禁止期間中の補正値として
送り込む。

図示した実施例においては、被測定物１０の測定は測定
光の複数回の走査によって行われており、この走査回数
を計数するためにプログラマブルカウンタ６４が設けら
れており、前述した走査開始センサ３４の出力がプリア
ンプ６６及び波形整形回路６８を介して供給されており
１、測定光１００の走査回数がカウントされる。また、
この走査開始信号は同時に前記カウンタ３２のロード入
力に供給されており、各走査の開始時くレジスタ３８の
内容がカウンタ３２に読み込まれる。

前記カウンタ３２及びレジスタ３８のその他の作用を制
御するためＣＰＵ７０が設けられており、該ＣＰＵ７０
によって設定された所定の走査ｉ数測定光１００の走査
が完了すると、ＣＰＵ７０はレジスタ３８の内容を取り
込み、詳細には図示していないが周知の演算回路によっ
て最終ラッチ値の平均化演算その他の測定演算を行い、
これを表示装置に供給する。そして、この演算作用が完
了した後クリアパルス発生器７２がクリア信号を出力し
て前記カウンタ３２の内容をクリアする。

本実施例は以上の構成からなり、以下に第２図の全体的
なタイミングチャート及び第３図のレジスタラッチ作用
、カウンタの計数禁止及び補正作用を詳細に示す第３図
タイミングチャートを参照しながらその作用を詳細に説
明する。

第２図に示されるように、被測定物１０はそれ自体ガラ
ス等の透明円筒形状からなるが、その表面の一部に油あ
るいはごみ等の異物１０ａが付着している状態を想定し
ており、このために、測定光１００は被測定物１０を走
査する間にその両端面以外゛からいくつかの擬似検出信
号を発生するこ図示したタイミングチャー１は複数回の
走査における途中の状態が示されており、走査開始−セ
ン”１４０のスタート信号３００がカウンタ３２のロー
ド入力に供給されることによ゛ってレジスタ３８のラッ
チ値すなわち前回までに累積されたラッチ値がカウンタ
３２０−ドされる。また、このスタート信号３００はプ
ログラマブルカウンタ６４にて゛走査回数としてカウン
トされる。

測定光１００が走査されることによって、これが被測定
物１０の開始端にさじか１．ｓると、光検出部２６から
の検出信号により、増幅器４４の出力信号２００は被測
定物１０の遮光作用によって暗信号を検出するｒＨＪレ
ベルに変゛化し、以後被測擬似信号を含む光検出信号と
して出力される。実施例における検出信号２００は被測
定物１０の両端に対応する正しい検出信号と、前述した
異物１′Ｏａに対応する擬似信号２００ａとして示され
ている。

前記検出信号２００はエツジパルス発生器４６によって
微分され。明暗変化の都度エツジパルス２０２を出力し
、第２．３図のタイミングチャートから明らかなこと（
。初期の立ち上がりエツジパルスすなわち被測定物１０
の開始端に対応するパルスによってＦＦ４．８をセット
し、アンドゲート５０を開く。またこ、のときＦＦ４８
は禁止パルス発生器４０もリセットしているでアンドゲ
ート５８も開いており、この状態からカウント３２へは
クロックパルスが信号２０６としてカウンタ３２へ供給
される。

従って、カウンタ３２は前述した前回までの累積値に加
えて今回の走査によって検出された被測。

宝物１０の走査中におけるクロックパルスを計数加算す
る。

前述したように、クロックパルス２０６はその周波数が
５０〜１００Ｍ）−１２と著しく高周波であるのでカウ
ンタ３２はその引数作用に若干の遅れを有し、その副数
値が安定するまでに一定の時間を必要とする。

本発明においては、検出光１００が被測定物１０から離
れる際すなわちその終了端にさしかかると基本的に光検
出部２６ではそれまでの明信号から明信号を検出するこ
ととなり、検出信号２００の立ち下がりエツジパルスに
よってクロックパルスの計数を完了させなければならず
、このために、レジスタ３８がこのときのカウンタ３２
の内容をラッチする構成からなる。そして、このために
、エツジパルス２０２の立ち下がりエツジ信号がエツジ
判定回路５６によって判定され、禁止パルス発生器４０
を１〜リガして禁止パルス゛２０８を出力する。従って
、この禁止パルス出力期間中アンドグー１−５８は閉じ
られカウンタ３２の削数作用は所定時間一時的に禁止さ
れる。

一方、前記禁止パルス２０８と同期してこれを第１の遅
延回路６０によって遅延したラッチ信号２１０はレジス
タ３８のラッチ入力に供給されており、前記カウンタ入
２の計数禁止から所定時間すなわち計数値が安定する時
間経過した後にカウンタ３２の内容がレジスタ３８にラ
ッチされる。

従って、レジスタ３８へは検出信号２００の立ち下がり
時のカウンタ３２の計数値を該計数値が安定した状態で
取込むことができ、被測定物１０の終了端を正確に捕捉
することができる。

しかしながら、被測定物１０の走査途中における例えば
買物１０ａで発生するような検出信号２００の立ち下が
りに対しても同様のラッチ作用が行われてしまい、この
ときにはカウンタ３２はその計数が一時的に禁止される
ので後にこのラッチ値を捨てるとしてもカウンタ３２の
内容が大きなエラーを持ってしまうこととなり、本発明
においではこのようなエラーを補正するために前記禁止
パルス２０８と同期してこれを所定量遅延した信号によ
ってカウント補正回路４２をトリガし、カウント補正パ
ルス２”１２をカウンタ３２へ供給する′：′！″１よ
°１前記禁止期間ゝお′ｔ８１ラー０補　　　　、［正
を行っている。

補正パルス２１２は前記ラッチパルス２１０より更に遅
れて出力され、このために、前記レジスタ３８へのラッ
チ値に影響を与えることはない。

また、補正パルス２１２は前記禁止期間に対応したビッ
ト信号としてカウンタ３２へ供給され、所定の桁を一痘
に加算してしまうのでクロックパルスの入力による補正
と異なりほとんど瞬時にカラス２０８が解除；れてカウ
ンタ３２が再びクロッその再開計数値が測定光の走査位
置と対応することとなる。

本発明において、前記レジスタ４８のラッチ作用は検出
信号２００の立ち下がり毎に行われ、こ。

の結果、前記途中における異物１０ａから発生ずる検出
信号２００ａによって□ラッチした値も順次次のラッチ
作用によって次々と捨て去られ、最終的に被測定物１０
の終了端に対応する信号によってのみ、レジスタ３８の
ラッチ値が決定され、被測定物１０の走査中に連間部分
その他から擬似信号が発生してもこれ等を順次クリアし
ながらラッチ値を定めるので本発明によれば、透明被測
定物に対しても高精度の一定作用を行うことが可能缶な
る。

レジスタ３８Ｉ！被測定物１０の終了端に対応する計数
内容をラッチした後においても、カウンタ３２は依然と
して、クロックパルス２０６を４数するが、もはやこの
後にはレジスタ３８のラッチ作用が行われることはなく
、その後のカウンタ３２の計数内容は何、ら□測定値に
影響を及ぼすことがなく、次回の走査開始前に、前述し
たスタート信号３００がカウンタ３２のロード作用を行
い前回走査にお各）るラッチ値をロードすることによっ
て、眞回の残りの計数内容は完全に捨て去られる。

各走査完了直前に前述した走査完了センサ３６からのエ
ンド信号３０２により前記ＦＦ４８はり１１゜ セットされ、次の走査に備える。

以上のようにして、複数回の走査が完了すると、ＣＰＵ
７０はレジスタ３８にラッチされている累積測定値を取
込み、これに平均化その他所定の演算を施して正確な測
定値として表示することとなる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、被測定物を測定
光が走査する間のクロックパルスをカウンタで計数しな
がら、この計数内容を順次レジスタにラッチする方式を
採用し、各ラッチ作用はカウンタの計数を停止してから
所定時間経過後に行うことによりカウント及びラッチ時
の遅れに対しても十分に対処し、ラッチ値に誤差を生じ
さゼることのない正確に測定□を行い、かつ測定基準と
なるクロックパルスの周波数を著しく高周波に設定する
ことが可能となる。

また、被測定物の走査途中に生じる擬似検出信号に対し
ても鹸記各ラッチ作用完了後にカウント禁止期間に対応
する補正作用を行い再びり［１ツクパルスの計数をカウ
ンタに再開させることができるので、途中の擬似検出信
号によるラッチ値も次々と捨て去ることができ、誤差の
ない測定を可能とする利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学測定装置の好適な実施例を示
す概略構成図、 第２図は第１図の実施例における測定作用を説明するた
めの全体的なタイミングチャート図、第３図は本発明に
おいて特徴的なレジスタのラッチ作用及びカウンタの計
数禁止そして補正作用を説明するためのタイミングチャ
ート図である。 １０　・・・　被測定物 １２　・・・　光走査部 ２２　・・・　クロックパルス発生回路２６　・・・　
光検出部 ３２　・・・　カウンタ ３４　・・・　走査開始センサ ３６　・・・　走査完了センサ ３８　・・・　し・ジスタ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　′１４０　・・・　禁止パルス発生器 ４２　・・・　カウント補正回路 １００　・・・　平行走査測定光 ２００　・・・　検出信号 ２０６　・・・　クロックパルス ２０８　・・・　禁止パルス ２１０　　・・・　ラッチパルス ２１２　・・・　カウント補正パルス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に対して平行走査測定光を照射する光走
   査部と、被測定物を通過した測定光の明暗変化を検出し
   て光検出信号を出力する光検出部と、光走査期間中所定
   のクロックパルスを計数するカウンタとを含み、平行走
   査測定光が被測定物を通過する間のカウンタ計数値によ
   って被測定物の長さを求める光学測定装置において、前
   記カウンタは測定光が被測定物の開始端を通過したとき
   にクロックパルスの計数を開始する構成からなり、前記
   計数開始後の被測定物を透過する擬似検出信号及び被測
   定物の終了端を示す検出信号のいずれに対しても前記カ
   ウンタの計数作用を所定期間禁止する一時禁止回路と、
   前記計数禁止期間中であってカウンタ出力値が安定した
   後にこの出力値をラッチするレジスタと、前記計数期間
   中であって前記ラッチ完了後に計数禁止期間に相当する
   所定補正値をカウンタに加算する補正回路とを含み、測
   定光が被測定物を通過している期間に生じる擬似検出信
   号を捨てて被測定物の開始端と終了端との間に計数され
   たクロックパルスによって正確な測定を行うことを特徴
   とする光学測定装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、測定
   光の平行走査は複数回繰返して行われ、所定回数の走査
   完了後にその平均値を出力することを特徴とする光学測
   定装置。