JPS6228605A - 光学式外形測定装置 - 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】 産ｌ上皇■且公立 本発明は光学式外形測定装置に関し、詳しくは自己走査
型−次元フオドダイオードアレイ（以下単にイメージセ
ンサと称す）を用いて、光学的に非接触で線材等の外径
を測定する装置において、イメージセンサによる測定範
囲での線材等の位置を表示する手段に関するものである
。

従漣Ａυ支逝 線材等の外径を連続して非接触で測定する装置とては、
イメージセンサを用いた光学式外形測定装置が開発され
ており、この光学式外形測定装置の具体例を第３図及び
第４図を参照しながら説明する。同図は光学式外形測定
装置（１）の光学系（センサ部）を説明するためのもの
で、（２）は投光器で、ＬＥＤ等の固体発光素子或いは
フラッシュランプなどからなる発光源（３）、棒レンズ
（４）及びレンズ（５）で構成される。（６）は上記投
光器（２）と定距離だけ離隔して対向配置された受光器
で、シリンドリカルレンズ（７）及びイメージセンサ（
８）からなる、（９）は投光器（２）と受光器（６）と
の間の所定の測定位置に配置された被測定物体である線
材である。上記イメージセンサ（８）は、第５図に示す
ように多数の受光素子（１０）（１０）・・・を−直線
上に並べて測定範囲と平行配置した感光部（１１）と、
該感光部（１１）の各受光素子（１０）　　（１０）・
・・をゲート回路（１２）を介して接続するよう、感光
部（１１）に並設されたシフトレジスタ（１３）とで構
成され、これはフォトダイオード等のように入射された
光エネルギーを瞬間的に放出するセンサに対して、電荷
蓄積型センサと呼ばれ、各受光素子（１０）　　（１０
）・・・は、スタートパルスＳ間に入射した光エネルギ
ーの総和を電気エネルギー（電荷量）に変換してＮ積す
る。

線材（９）の外形寸法、即ち外径の測定は以下に示す要
領で行われる。まず投光器（２）の発光源（３）からの
パルス発光を棒レンズ（４）によって集光させ、光強度
分布が均一の線光源を形成する。この線光源からの光を
レンズ（５）によって平行光化し、この平行光を線材（
９）に照射して受光器（６）に入射させる。そして上記
受光器（６）内のシリンドリカルレンズ（７）で、入射
光の平行化された方向と直交する成分を集光させ、イメ
ージセンサ（８）に線材（９）の影を投影させ、該イメ
ージセンサ（８）の出力を次に示す要領で適宜処理する
ことで線材（９）の外径りを測定する。

即ち、上記イメージセンサ（８）の感光部（１１）では
、第５図及び第６図に示すように光が入射することによ
り各受光素子（１０）　　（１０）・・・に蓄積された
電荷が、ゲート回路（１２）にスタートパルスＳを付与
して該ゲート回路（１２）を瞬間的に閉じさせることに
より、シフトレジスタ（１３）に移動する。その後クロ
ックパルスＣを上記シフトレジスタ（１３）に付与する
ことにより、シフトレジスタ（１３）から出力ａを得る
。そして第７図に示すようにこのイメージセンサ（８）
の出力ａをシュミット回路の所定のスライスレベルｂ、
ｂ”で二値化して矩形波化する。この矩形波ｄにおいて
、一定の基準時点、例えばスタートパルスＳの発生時点
から上記矩形波ｄの立下がり時点までの時間Ｔｌ及び立
上がりまでの時間Ｔ２を、所定のクロックパルスでカウ
ントする。その差を算出すると、この算出値Ｘが線材（
９）による影の長さを表わし、これによって上記線材（
９）の外径りが求められる。

３１ｊ（壓　しよ°と・る、′＃占 上記光学式外形測定装置（１）では、線材（９）の外径
測定時、上記線材（９）を所定の測定位置、即ち投光器
（２）内のレンズ（５）の略中心位置と対応する位置に
配置する必要がある。このように線材（９）を所定の測
定位置に配置しなければならないのは次の理由による。

すなわち投光器（２）からの平行光を線材（９）に照射
し、その影をイメージセンサ（８）に投影させることに
より上記線材（９）の外径を測定するため、線材（９）
に照射される光は平行光である必要がある。ところが、
前記投光器（２）内のレンズ（５）についてその中心位
置から離隔した周縁位置では歪みが生じ易く、上記レン
ズ（５）による平行光の平行度が悪く、このレンズ（５
）の周縁位置に対応して線材（９）を配置してその外径
を測定した場合、測定精度が大幅に低下するのである。

そこで、線材（９）の測定位置を監視する通貨の表示手
段が必要となる。ところで、従来の光学式外形測定装置
（１）では、線材（９）の位置表示手段を、投光器（２
）及び受光器（６）からなるセンサ部（光学系）から離
隔した箇所に配置されたコントローラ部（操作盤）に設
けられているのが一般的である。この場合、上記線材（
９）の測定位置を監視するためには、位置表示手段をセ
ンサ部の近傍に配置した方が好ましく、上記センサ部か
ら離隔したコントローラ部（操作盤）に設けた場合、作
業上・線材（９）の測定位置の監視が困難であった・ま
た具体的な上記位置表示手段は、ＬＥＤ等の複数の発光
素子を並設することが考えられる。しかしこの場合、該
各発光素子の発光の有無のみで表示するため、位置表示
手段による所定の測定精度を得ようとすれば、発光素子
の配列ピンチを小さく、且つ発光素子の個数を多くしな
ければならない。

そこで本発明の主要な目的とするところは、線材（９）
の測定位置の監視を、簡便な手段にて、作業上、容易に
行なわしめることにある。

口　　　　　　　　　１°　　　　　　　　　　　　の
本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので、この問
題点を解決するための技術的手段は、光学系から発せら
れる平行光を被測定物体に照射して、その影を、測定範
囲と平行配置された電荷蓄積型の感光部及びシフトレジ
スタからなるイメージセンサに投影させ、該イメージセ
ンサの出力を所定のスライスレベルで二値化して矩形波
化し、この矩形波の立下がりと立上がりとの間隔を算出
することにより、上記被測定物体の外形寸法を測定する
装置において、上記イメージセンサのシフト出力用クロ
ックパルスをｎ期間に分割し、その各期間に対応するｎ
個の表示用発光素子を、物理的な測定位置に対設し、各
クロックパルス発生期間毎にその期間と対応する発光素
子を、イメージセンサの二値化出力との論理積で発光さ
せ、該発光素子の発光の有無及びその明暗によってイメ
ージセンサによる測定範囲内での被測定物体の位置を表
示するものである。

立里 上記技術的手段によれば、被測定物体の測定位置を表示
する発光素子を、該被測定物体の近傍に配置することが
でき、被測定物体の測定位置を、上記発光素子の発光の
有無及びその明暗で容易に監視することが可能となって
前記問題点を解決し得る。

１差」１ 本発明に係る光学式外形測定装置の一実施例を以下に説
明する。本発明装置における光学系を有するセンサ部（
１４）は、第３図及び第４図に示した前述のものと同様
であり、発光源（３）、棒レンズ（４）及びレンズ（５
）からなる投光器（２）と、シリンドリカルレンズ（７
）及びイメージセンサ（８）からなる受光器（６）とで
構成され、第２図に示すように上記投光器（２）及び受
光器（６）をセンサ部本体（１５）に対向配置させた状
態で収納する。このセンサ部本体（Ｉ５）の凹部（１６
）において、上記投光器（２）と受光器（６）間の所定
の測定位置に、被測定物体である線材（９）を配置する
。上記センサ部本体（１５）の一部には、線材（９）の
測定位置を監視するための位置表示手段（１７）が設け
られており、この位置表示手段（１７）の表示部（１８
）は、所定のピッチで並設されたＬＥＤ等の複数（例え
ば８個）の発光素子（１９）（１９）・・・からなる。

また、上記イメージセンサ（８）も、第５図に示した前
述のものと同一構造であり、線材（９）の測定範囲と平
行配置された複数の受光素子（１０）　　（１０）・・
・からなる電荷蓄積型の感光部（１１）と、該感光部（
１１）の各受光素子（１０）　　（１０）・・・をゲー
ト回路（１２）を介して接続するよう、感光部（１１）
に並設されたシフトレジスタ（１３）とで構成される。

上記センサ部本体（Ｉ５）の凹部（１６）に配置された
線材（９）の外径測定は、従来要領と同様に投光器（２
）から発せられた平行光を線材（９）に照射して受光器
（６）に入射させる。

そして上記受光器（６）内のイメージセンサ（８）に線
材（９）の影を投影させ、該イメージセンサ（８）の出
力を適宜処理することにより線材（９）の外径りを測定
する。この線材（９）の外径測定と共に、該線材（９）
の測定位置を監視するため、前記位置表示手段（１７）
の表示部（１８）で、各発光素子（１９）　　（１９）
・・・の発光の有無及びその明暗によって上記線材（９
）の位置表示を行い、線材（９）が投光器（２）のレン
ズ（５）の略中心位置と対応するように補正する。

第１図は上記位置表示手段（１７）の回路構成を示し、
以下これを参照しながら説明する。同図において、（８
）はイメージセンサ、（２０）はイメージセンサ（８）
の出力ａを所定のスライスレベルｂ、ｂ”で二値化する
シュミット回路、（２１）はシュミット回路（２０）の
出力する矩形波ｄを演算処理して線材（９）の外径寸法
を算出する演算回路、（２２）は上記イメージセンサ（
８）のシフト出力用クロックパルスＣ１即ちイメージセ
ンサ（８）のシフトレジスタ（１３）に付与されるクロ
ックパルスＣを所定の分周比で分周し、−回の測定期間
をｎ分割く例えば８分割）する分周パルスを出力する分
周回路、（２３）は分周回路（２２）から出力される分
周パルスをカウントして分割期間数ｎを出力するカウン
タ、（２４）　は該カウンタ（２３）から出力されるｎ
個の分割期間に対応したｎ個の出力端子の各々から前記
イメージセンサ（８）の二値化出力力“Ｈ”レベルとな
ったことを条件に出力するマルチプレクサ、（１９）　
　（１９）・・・は該マルチプレクサ（２４）の各出力
端子に接続され、前記センサ部本体（１５）の表示部（
１日）に並設されたｎ価からなる前述の発光素子で、こ
の発光素子（１９）　　（１９）・・・は、例えば上述
の分周回路（２２）で分周されたクロックパルスＣに基
づく測定期間の各分割期間に対応させてｎ（固（例えば
８個）設けられることになる。

前記線材（９）の外径測定時、前述したようにセンサ部
（１４）の受光器（６）に平行光が入射され、イメージ
センサ（８）に線材＜９）０．）影が投影されると、従
来要領と同様に、該イメージセンサ（８）の感光部（１
１）では、各受光素子（１０）　　（１０）・・・に蓄
積された電荷が、スタートパルスＳによりゲート回路（
１２）を介してシフトレジスタ（１３）に移動する。そ
の後クロックパルスＣにより得られたシフトレジスタ（
１３）の出力ａをシュミット回路（２０）の所定のスラ
イスレベルｂ、ｂ’で二値化して矩形波化する。この矩
形波ｄの、スタートパルスＳの発生時点から立下がり時
点までの時間Ｔ□及び立上がりまでの時間Ｔ２を、演算
回路（２１）にて所定のクロックパルスＣ°でカウント
し、その差を算出して線材（９）の外径りを測定する。

一方、上記線材（９）の測定位置の表示は次に示す要領
にて行われる。まずイメージセンサ（８）のシフトレジ
スタ（１３）に付与されるクロックパルスＣを分周回路
（２２）に入力し、該分周回路（２２）にて、所定の分
周比で上記クロックパルスＣを分周し、測定期間をｎ分
割する、この分周回路（２２）から出力される分周パル
スをカウンタ（２３）にてカウントして分割期間数ｎを
マルチプレクサ（２４）に出力する。これによりマルチ
プレクサ（２４）は、上記分割期間数ｎに対応した出力
端子から上記イメージセンサ（８）の二値化出力、即ち
シュミツ１１回路（２０）の出力が“Ｈ”レベルとなっ
たことを条件に出力して上記出力端子に接続された発光
素子（１９）　　（１９）・・・を発光させる。即ち、
上記クロックパルスＣに基づく測定期間を分割したｎ個
の分割期間に対応するｎ（［Ｕの発光素子（１９）（１
９）で線材（９）の測定位置を表示するのであるが、こ
の時、上記各分割期間毎について見ると、例えば、上記
分割期間内でイメージセンサ（８）の出力が常に１Ｈ″
レベルであれば、その分割期間に対応する発光素子（１
９）が発光する。また分割期間内でイメージセンサ（８
）の出力が常に“Ｌ”レベルであれば、その分割期間に
対応する発光素子（１９）は発光しない。

更に上記分割期間内でイメージセンサ（８）の出力力、
“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルへ、或いは“Ｌ”レベル
からＨ”レベルへ変動すれば、その分割期間に対応する
発光素子（１９）の発光に明暗が生ずる。このように上
記分割期間毎において、その分割期間と対応する発光素
子（１９）　　（ｉ９）・・・の発光の有無並びにその
明暗によって線材（９）の測定位置を表示する。尚、前
記マルチプレクサ（２４）の出力条件を、イメージセン
サ（８）の二値化出力が“Ｌルベルとなったことに設定
すれば、上記各発光素子（１９）　　（１９）の発光状
態を上述の場合とは逆にすることも可能である。

血ユ互立且 本発明によれば、被測定物体の測定位置を表示する手段
を、その測定位置の近傍に設けることが可能となって、
作業上、上記液」」定物体の測定位置の監視が容易とな
る。また上記表示手段の各発光素子の発光の有無並びに
その明暗によって被測定物体の測定位置を表示するため
、上記各発光素子の配列ピッチを大きくしてその個数を
減少させても所定の測定精度を得ることが実現容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置表示手段の回路
構成を示す図、第２図は本発明装置のセンサ部を示す斜
視図である。第３図及び第４図は光学式外形測定装置に
おける光学系を示し正面図及び平面図、第５図はイメー
ジセンサの内部構成図、第６図はイメージセンサへの光
の入射状態と入出力波形の関係を示す図、第７図はイメ
ージセンサの出力波形ａと、それを二値化した矩形波ｄ
との対応関係を示す図である。 （８）・−・イメージセンサ、（９）　−被測定物体〔
線材〕、（１１）−・感光部、（１３）−・シフトレジ
スタ、（１９）・−・−・表示用発光素子、Ｃ・・−シ
フト出力用クロックパルス。 第３図 ／Ｊ 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学系から発せられる平行光を被測定物体に照射
   して、その影を、測定範囲と平行配置された電荷蓄積型
   の感光部及びシフトレジスタからなるイメージセンサに
   投影させ、該イメージセンサの出力を所定のスライスレ
   ベルで二値化して矩形波化し、この矩形波の立下がりと
   立上がりとの間隔を算出することにより、上記被測定物
   体の外形寸法を測定する装置において、上記イメージセ
   ンサのシフト出力用クロックパルスをｎ期間に分割し、
   その各期間に対応するｎ個の表示用発光素子を、物理的
   な測定位置に対設し、各クロックパルス発生期間毎にそ
   の期間と対応する発光素子を、イメージセンサの二値化
   出力との論理積で発光させ、該発光素子の発光の有無及
   びその明暗によってイメージセンサによる測定範囲内で
   の被測定物体の位置を表示するようにしたことを特徴と
   する光学式外形測定装置。