JPH02201106A - 寸法測定装置 - 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】 く本発明の産業上の利用分野〉 本発明は、レーザビーム等の光束を掃引して被測定物の
寸法を測定する寸法測定装置に関する。

〈従来技術〉（第６〜８図） 被測定物の外径、エツジ位置等を高精度に測定するため
に、レーザビーム等の指向性の良い光束を被測定物の置
かれている空間に測定方向に沿って掃引し、被測定物に
よって遮られる光束を受光するように構成した寸法測定
装置が従来よりあった。

第６図は、この種の装置の基本構成を示す図である。

図において、１はレーザビーム等を出力する光源、２は
光源１からの光束を被測定物へ方向に所定角度φの範囲
で周期的に偏向させる偏向器である。

この偏向器２のミラーはレンズ４の前焦点に位置してお
り、偏向器２で反射してレンズ４を経た光束はそのレン
ズ４の光軸に平行で測定方向Ｙに泊って周期的に掃引さ
れることになる。

ここで偏向器２が音叉偏向器や振動ミラー等の場合には
、Ｙ方向に掃引する光束の位置変化は第７図（ａ）に示
すように時間に対してほぼ正弦関数的に変化する。

このため、被測定物Ａに遮られてレンズ５を介して受光
器６で受光された掃引光束に対応する受光信号は、例え
ば第７図（ｂ）のように被測定物Ａに遮られた部分では
Ｌ”レベル、遮られていない部分では“Ｈ”レベルとな
る。

したがって、受光信号の例えば立上り時の入力電圧同士
の減算を行なう演算器７に、第７図（Ｃ）に示すように
光束の位置変化と同一位相の正弦波信号を参照信号発生
器８から入力しておけば、被測定物のＹ方向の外径Ａｄ
に対応する減算電圧Ｖ１−Ｖ２が得られる。

この測定に先だって基準寸法の物体に対する電圧を記憶
しておけば、前記測定結果減算電圧から被測定物Ａの外
径Ａｄが求まる。

しかして、このような構成の装置では、特に光束の実際
の位置変化における位相と参照信号発生器９からの参照
信号の位相が一致していないと高精度な測定を行なうこ
とができない。

このため、第８図に要部を示すようにレンズ４の前に設
けたハーフミラ−１１で反射させた第２の掃引光束をレ
ンズ１２．１３で受光器１４に導くように光学系を構成
し、この光束の掃引振幅の一部を遮る遮へい板１５を設
けておき、光束の位置変化の１周期毎に受光器１４から
出力される受光信号に同期して実際の光束の位置変化に
一致した位相の参照信号を出力するＰＬＬ構成の参照信
号発生器１６を用いた寸法測定装置を本願出願人が提案
している（特公昭６３−１２５２３）。

即ち、この参照信号発生器１６は、受光信号とカウンタ
２０からの出力との位相を位相比較器１７で比較し、位
相差に応じた直流電圧を低域フィルタ１８から電圧制御
発振器１９に与え、その発振パルスをＭ進のカウンタ２
０に入力して、入力パルスＭ個毎にカウンタ２０から１
個出力されるパルスを位相比較器１７に戻すようにＰＬ
Ｌ４１１成されており、予め参照信号１周期分に相当す
るＭ駒の電圧データを記憶している記憶回路２１から、
カウンタ２０の計数中の計数値出力（例えば１〜Ｍ）で
電圧データを順番に読み出して演算器７に与えるように
形成されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、第８図に示したような構成の参照信号発
生器１６では、測定の分解能を上げようとすると、電圧
制御発振器１９の発振周波数およびカウンタ２０の分周
比を高くしなければならない。

即ち、光束の掃引周期が約２ミリ秒とし、１周期当り２
個（往復）の測定値を掃引振幅に対し１１５７０００の
分解能で得ようとすれば、電圧制御発振器１９の発振周
波数は約１１０Ｍｔ−１ｚ以上。

カウンタ２０の分周比は２．２Ｘ１０５以上となり、こ
のように高速で分周比の大きい場合、良好な位相追従性
を得ることが難しい。

これは、同一分解能で測定範囲（掃引振幅）を拡大する
場合についても同様である。

本発明はこのような課題を解決した寸法測定装置を提供
することを目的としている。

く課題を解決するための手段〉 前記課題を解決するために、本発明の寸法測定装置は、 所定方向に往復掃引する■引光束を、被測定物を横切る
第１の線引光と、基準物を横切る第２の線引光に分けて
それぞれを第１、第２の受光手段で受光し、第２の受光
手段からの第２の受光信号に基づいて、第１の伴用光の
位置変化に同期変化する同期データの値を、第１の受光
手段からの第１の受光信号の状態変化時に読みとり、被
測定物に対する測定演算を行なう寸法測定装置において
、第２の受光信号の状態変化を検出してエツジパルスを
出力するエツジ検出手段と、 所定のクロックパルスの計数を、このりＯツクパルスが
設定値数入力される毎に繰返して行ない、計数中の計数
値を出力する計数回路と、エツジパルスを受ける毎に計
数回路の計数値を一時記憶する計数値記憶手段と、 計数値記憶手段に一時記憶される計数値を順次受けて、
掃引光の位置変化と計数回路の計数繰返し周期とが同期
するための設定値を算出して計数回路に順次設定する同
期演算手段とによって同期データ出力手段を構成してい
る。

く作用〉 したがって、掃引光の周期あるいは位相が変化すると、
これに同期するための設定値が計数回路に設定され、計
数回路からの計数出力は同期データとして常に掃引光の
位置変化と同期するように制御されることになる。

く本発明の実施例〉（第１〜４図） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は一実施例の同期データ出力回路３０の構成を示
すブロック図、第２図は、一実施例の全体構成を示す図
であり、前述した従来装置（第６．８図）と同一構成部
分には同一符号を付しその説明を省略する。

第２図において、ハーフミラ−１１とレンズ１２の間に
は、基準寸法の基準物Ｒが第２の伴用光に横切られるよ
うに置かれている。

第２の受光手段としての受光器１４からの受光＠号は、
同期データ出力回路３０に入力されて訃る。

同期データ出力回路３０は、この受光信号に基づいて、
掃引光と同期した同期データを出力で−るように第１図
に示すように構成されている。

第１図において、３１は受光器１４からの受光信号を受
けてその状態変化時（立上りおよび立下がり時）にエツ
ジパルスを出力するエツジ検出回路である。

３２は所定のクロックパルスを４分周する分周器、３３
は分周器３２の分周パルスとりＯツクパルスとを切換え
るスイッチ回路である。

３４はスイッチ回路３３からのパルスを計数する計数回
路であり、周期レジスタ３５に設定された設定値とカウ
ンタ３６の計数出力とを第１の比較器３７で比較して、
両者が一致したとき１位相レジスタ３８に設定されてい
る設定値を、ロードパルスによりカウンタ３６の初期計
数値としてプリセットするように構成されている。

３９は、エツジ検出回路３１からの最初のエツジパルス
を受けてスイッチ３３を分周パルス側に切換えるととも
にカウンタ３６を１度″０″にリセットする初期化回路
である。

４０は、カウンタ３６の計数出力をエツジパルスを受け
る毎に一時記憶するラッチ回路である。

４１は、ラッチ回路４０でラッチされた計数値に基づい
て、掃引光の半周期当りの周期データと位相補正データ
とを算出し、それぞれを周期レジスタ３５および位相レ
ジスタ３８に設定する同期演簿部である。

同期演粋部４１は、ラッチされた計数値から周期ｆ−タ
を算出する周期演算手段４２と、同じく計数値から位相
補正データを算出する位相演舞手段４３と、同じく計数
値から掃引光の伴用方向を検出する方向検知手段４４と
、エツジパルスとロードパルスとによって同期はずれを
検出する同期はずれ検出手段４５とから構成されている
。

周期演算手段４２は、カウンタ３６がリセットされてか
ら分周パルスの計数を開始している間に連続してラッチ
された４つの計数値Ｃ１〜Ｃ４に基づいて得られた掃引
光の半周期弁および１／４周期分に相当する周期データ
から、同期開始時に相当する引込みデータを算出して、
周期レジスタ３５に設定する引込みモードと、同期開始
時に初期化回路３９に対して同期モード信号を送ってス
イッチ３３をクロックパルス側に切換え（カウンタ３６
のリセットはされない）、同期開始以後ラッチ回路４０
でラッチされた計数値を所定数受ける毎に、掃引光の半
周期弁および１／４周期分の周期データを順次算出して
、周期レジスタ３５に設定する同期モードを有している
。

また、位相演算手段４３は、周期演算手段４２が引込み
モード中には位相レジスタ３８に°゛Ｏ″を設定して、
同期モード中には、ラッチされた計数値から、掃引光の
折返し点とカウンタ３６の計数の繰返し点との位相午を
算出して、この位相差に相当する位相補正データを位相
レジスタ３８に設定する。

方向検知手段４４は、エツジパルスの間隔あるいは計数
値の大小で掃引光の位相とほぼ同相に変化する方向デー
タを出力する。

同期はずれ検出手段４５は、第１の比較器３７からのロ
ードパルスを２回受ける間に４個以上あるいは４個以下
のエツジパルスが入力されたとき、同期はずれ信号を周
期演算子段４２に送出して引込みモードに移行させる。

４６は、方向検知手段４４からの方向データを記憶する
方向レジスタであり、この方向データは、フリップフロ
ップ４７より第１の比較器３７からのロードパルスと同
期した方向信号として出力される。

４８は、周期レジスタ３５に半周切分の周期データとと
もに順次記憶される１／４周期分の周期データとカウン
タ３６の計数出力とが一致したとき一致パルスを出力す
る第２の比較器である。

また、フリップフロップ４９は第２の比較器４０からの
一致パルスに同期して方向信号のレベルを記憶し、この
記憶レベルを位置＠号として出力する。

以上のように構成された同期データ出力回路３０からの
カウンタ３６出力は、第２図に示すように第１の受光手
段である受光器６の受光信号の立上りを検出する立上り
検出器５０からの検出パルスが入力する毎にラッチ回路
５１でラッチされ、そのラッチされた計数値は、受光器
６で受光される掃引光〈第２の掃引光）の掃引方向に沿
った位置変化に対応する電圧データの例えば半周切分を
予め記憶している参照データ記憶器５２に対する読出し
データとして出力される。

参照データ記憶器５２から読出された参照データは測定
演舞部６０に入力され、掃引光が被測定物のエツジを通
った時の参照データと、その掃引光の走査方向および位
置に対応した方向信号および位置信号に基づいて、被測
定物−の例えば外径等が演算される。

く約記実施例の動作〉 次に前記構成の寸法測定装置の動作について、同期デー
タ出力回路３０の動作を中心に説明する。

レンズ４を介して出力され、受光器１３で受光される第
１の掃引光が第３図（ａ）に示すように掃引され、基準
物Ｒによってその掃引幅の一部が遮光されていると、そ
の受光信号は第３図（ｂ）のように基準物Ｒ１，Ｊ！Ｉ
引光が当たる位置では゛′Ｌ″レベルに変化する。

したがって、エツジ検出回路３１からは第３図（Ｃ）に
示すようなエツジパルスが順次出力されることになる。

第１１を目のエツジパルスｅＯが初期化回路３９に入力
されると、カウンタ３６はリセットされ、第３図（ｄ）
のようにカウンタ３６に対して分周パルスが入力される
。

この時＜１０）からカウンタの計数値は第３図（ｅ）に
示すように増加してゆく。

この計数中にラッチ回路４０で連続してラッチされた４
つの計数値Ｃ１〜Ｃ４を受けた周期演算子段４２は、掃
引光の半周切分のクロックパルスに対する周期データＤ
１を２・Ｃ４から算出し、伴用光の折返し時点（同期開
始時）の分周パルスに対する引込みデータを次式 ％式％ で痒出し、この引込み計数データＤＯを同期レジスタ３
５にセットする。

したがって、分周パルスを計数しているカウンタの計数
値がＤｏに一致したｔ１時に第１の比較器３７からロー
ドパルスが出力され、位相レジスタ３８に設定されてい
る初期値″′０”がカウンタ３６にプリセットされると
ともに、スイッチ３３がクロックパルス側に切換えられ
る。

これによって、カウンタ３６はクロックパルスの計数を
初期値１１０”から開始することになる。

なお、周期演算手段４２で算出された最初の周期データ
Ｄ１は、このカウンタ３６がクロックパルスの計数を開
始した直後に周期レジスタ３５にセットされる。

このため、カウンタ３６はクロックパルスが０１個入力
するまで計数を続ｔノる。

一方、方向検知手段４４は、最初にラッチされた４つの
計数値Ｃ１〜Ｃ４に基づき、（Ｃ４−０３）と（Ｃ２−
ＣＩ＞との大小を比較し、第３図のように（Ｃ４，−０
３）の方が大きいときはｔ１時に″Ｌルベルで、それ以
後２つのエツジパルスが入力される毎に反転する方向デ
ータをフリップフロップ４７に出力する。

このため、方向信号は第３図（ｆ）のようにカウンタ３
６の計数サイクルに同期して反転することになる。また
、フリップフロップ４９からは方向信号とほぼ９０度位
相の異なる位置信号が出力される（第３図（ｇ））。

この同期モード中に、周期演算手段４２は、カウンタ３
６のクロックパルスに対する計数サイクルが例えば３サ
イクル目に入って、エツジパルスｅｌｏが入力された時
点ｔ３で、１サイクル目のｔ２Ｒにラッチされた計数値
Ｃ６と３サイクル目の計数１ｉｃｉｏとの差を調べ、そ
の差がＯなら周期データは変えず、その差が０でないと
きには、その差分に相当する補正値Ｈで前の周期データ
Ｄ１を補正して新たな周期データＤ２を周期レジスタ３
５にセットする。

また、位相演算手段４３は、同期モード中の計数の折返
し点をはさむ２つのラッチされた計数より、その時間差
を計算しており、掃引光と計数サイクルとの位相が第４
図のＡに示すように時間にして（ｔｄ−ｔｄｉ／２だけ
ずれると、相当する位相補正データＴｄを位相レジスタ
３８に記憶させ、次の計数サイクルのカウンタ３６の計
数初期値をＯからＴｄに変えることにより、Ｂのように
折返し点の位相追従を行なわせる。

このようにして第２の掃引光に同期して変化するカウン
タ３６の計数値は、立上り検出器５０からのパルスでラ
ッチされ、このラッチされた計数値に対応する参照デー
タ同士の演算によって例えばその幅が算出される。

なお、この同期モード中のカウンタ３６の２回の計数サ
イクル中に４つのエツジパルスを受けなかった場合は、
同期はずれ検出手段４５からの信号によって引込みモー
ドの動作（第３図のｔＯ〜し１時の動作）にはいる。

〈本発明の他の実施例〉 なお、前記実施例では、引込み動作中にクロックパルス
を１／４分周した分周パルスをカウンタ３６へ入力して
、掃引光の周期と位相とを算出するための所定個数の計
数データを受けるようにしていたが、カウンタ３６の桁
数（ビット数）が十分に大きいときはクロックパルスの
ままで引込み動作を行なうようにしてもよいし、分周パ
ルスを使用する場合、１／４分周に限定されず任意の分
周比を用いることができる。

また、前記実施例では、計数回路３４の計数サイクルが
掃引光の半周切分に相当していたが、これは本発明を限
定するものでなく、参照データの記憶状態に対応させて
１／４周期分や１周期分に相当する計数サイクルであっ
てもよい。また、前記実施例のように、掃引光の折返し
毎に計数回路３４をセットしないで、第５図に示すよう
に折返し毎に計数回路３４の計数方向を反転させるよう
にしてもよい。

また、前記実施例では、計数回路３４に対して周期デー
タと位相データの２つを変えながら、同期データを得る
ようにしていたが、いずれか一方を固定して他方側の設
定のみで周期と位相の補正を行なうようにしてもよい。

この場合、第１の比較器３７を省いたり、プリセット機
能のないカウンタを用いたりすることもできる。

〈本発明の効果〉 本発明の寸法測定装置は、前記説明のように、基準物を
横切る第２の掃引光の受光信号のエツジパルスに同期し
て記憶させた計数回路の計数値に基づいて、掃引光の周
期および位相を算出し、舞出された新たな設定データを
計数回路に順次設定するようにして、掃引光と周期した
同期データ（計数データ）を得るようにしているため、
多段の分周器を用いてＰＬＬを構成するとなく高速化が
容易に行なえ、測定の分解能を格段に上げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実ｍ例の要部の構成を示すブロック
図、第２図は一実施例の全体構成を示す図、第３図（ａ
＞から（ｑ）は一実施例の要部の動作を示す図である。 第４図は、要部動作を説明するための図、第５図は本発
明の他の実施例の要部動作を示す図である。 第６図は、従来装置の基本構成を示す図、第７図（ａ＞
から（Ｃ）は従来装置の測定原理を示す図、第８図は、
従来装置の要部構成を示す図である。 ３０・・・・・・同期データ出力回路、３１・・・・・
・エツジ検出回路、３４・・・・・・計数回路、４０・
・・・・・ランチ回１・・・・・・同期演障部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定方向に往復掃引する掃引光束を、被測定物を横切る
   第１の掃引光と、基準物を横切る第２の掃引光に分けて
   それぞれを第１、第２の受光手段で受光し、前記第２の
   受光手段からの第２の受光信号に基づいて前記第１の掃
   引光の位置変化に同期変化する周期データの値を、前記
   第１の受光手段からの第１の受光信号の状態変化時に読
   みとり、被測定物に対する測定演算を行なう寸法測定装
   置において、 前記第２の受光信号の状態変化を検出してエッジパルス
   を出力するエッジ検出手段と、 所定のクロックパルスの計数を、該クロックパルスが設
   定値数入力される毎に繰返して行ない、計数中の計数値
   を出力する計数回路と、 前記エッジパルスを受ける毎に前記計数回路の計数値を
   一時記憶する計数値記憶手段と、 前記計数値記憶手段に一時記憶される計数値を順次受け
   て、前記掃引光の位置変化と前記計数回路の計数繰返し
   周期とが同期するための設定値を算出して、前記計数回
   路に順次設定する同期演算手段とにより構成され、前記
   計数回路の計数出力を前記周期データとして出力する周
   期データ出力手段を備えたことを特徴とする寸法測定装
   置。