JPH0257642B2 - - Google Patents

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
明暗変化によつ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
及び光遮断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ツクパルスの計数等に
よつ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58−205803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つ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、これによつて大きな測
定誤差が発生してしまうという欠点があつた。

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ツクパルスを
計数し、両端面間のクロツ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
て、前述した例えば表面に付着した異物によつて
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ツクパルス
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つて終了してしまい、
著しく大きな測定エラーが生じる欠点があつた。
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
によつてほとんど予測不可能なエラーを生じさせ
る欠点があつた。

［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つ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ツクパルス
を測定するために、カウンタとこのカウンタの出
力を適宜ラツ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ツチし、最後
のラツチ値が被測定物の終了端に対応することか
らこの最終ラツチ値を用いてそれまでの擬似検出
信号によるラツチ値を捨てることによつて正確な
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、クロツ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ツチ時に調和
させるため、前記カウンタからレジスタへのラツ
チは所定の遅延時間をもつて行う特徴を有し、更
に、このような遅れのため、途中における擬似終
了信号ラツチ時にはカウンタの計数値に大きな誤
差が生じることを防止するため、各ラツチ時には
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
ラツチ完了後にカウンタに供給することを特徴と
し、これによつて、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装置の好適な
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１
６及び回転ミラー１８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２
０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に向つて照射される。

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、この回転ミラー１８の回転速
度は後述する測定用のクロツクパルスと同期制御
されており、実施例において、クロツクパルス発
生器２２の出力であるクロツ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。従つて、
平行測定光１００の走査タイミングはクロツクパ
ルスと同期され、良好な測定精度を維持すること
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１００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ツ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
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によつて遮光
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。

従つて、前述した平行走査測定光１００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ツクパルスにてその信
号出力間の走査時間をクロツ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。

前記クロツ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ツクパルスと同期してクロ
ツクパルス発生器２２の出力が計数されている。

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の内部を貫通して光
検出部２６によつて多数の概似検出信号を生じる
場合にあつ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
走査領域間において最初に効出された光検出信号
を被測定物１０の一方の端面（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
も含めてすべてラツ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トに
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ツクパルス発生回路
２２から供給されるクロツクパルスを計数するこ
とによつ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の表面が不整であつた
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３２の計数値を適宜ラツ
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は平行走査測定光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の計数値をラツチする作用を
行い、これによつて、最終ラツチ値を正しい計数
値として出力する。

しかしながら、このようにカウンタ３２の計数
値を適宜ラツ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、クロツクパルス周波数は50〜100MHzに達し、
このような高周波数のクロツクパルスはカウンタ
３２においてその最上位ビツ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３８でのラツ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の計数値を正してラツチする間にカウンタ
３２は次のクロツクパルスを受付けてしまい、ラ
ツチ動作中にカウンタ３２の計数値が順次更新し
てしまうことから生じ、従つて、前述したごとき
カウンタ３２の内容をレジスタ３８が適宜ラツチ
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
へのラツ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
すな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
によつて、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、これらに対応したカウンタ
補正パルスを前記レジスタ３８のラツチ後にカウ
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
出力によつて制御されており、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、その微分作用によつて光の
明暗変化のエツジが検出される。エツジパルス発
生器４６の出力はフリツプフロツプ（以下FFと
いう）４８をセツ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ツトさ
れ、その出力によつてアンドゲート５０を開く。

また、FF４８は前述した走査完了センサ３６
の出力信号によつてリセツトされ、実施例におい
ては、センサ３６の出力はプリアンプ５２及び波
形整形回路５４を介してFF４８のリセツト端子
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
よつてリセツトされ、またエツジパルス発生器４
６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、前述したクロツクパル
ス発生回路２２の出力であるクロツクパルスがこ
のアンドゲート５８及び前述したアンドゲート５
０を介してカウンタ３２のクロツク入力に供給さ
れていることから、禁止パルス発生器４０の出力
によつてカウンタ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のラツチ
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６０を介してレジスタ３８のラツチ
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
にラツチすることができる。禁止パルス発生器４
０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のラツチ完了後に所定
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つて行われてお
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、、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、各走査の開始時にレジス
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によつて設定された所定の走査回数
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つて最終ラツチ値
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ヤート及び第３図のレジ
スタラツチ作用、カウンタの計数禁止及び補正作
用を詳細に示す第３図タイミングチヤートを参照
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
ととなる。

図示したタイミングチヤートは複数回の走査に
おける途中の状態が示されており、走査開始セン
サ４０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つてレジスタ３８
のラツチ値すなわち前回までに累積されたラツチ
値がカウンタ３２ロードされる。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つて、これ
が被測定物１０の開始端にさしかかると、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の遮光作用によつて暗
信号を検出する「Ｈ」レベルに変化し、以後被測
定物１０による遮光及び透光によつていくつかの
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
０ａ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
によつて微分され。明暗変化の都度エツジパルス
２０２を出力し、第２，３図のタイミングチヤー
トから明らかなごとく。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
パルスによつてFF４８をセツトし、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もリセツ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タ３２へ
はクロツクパルスが信号２０６としてカウンタ３
２へ供給される。

従つて、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つて検出された被測
定物１０の走査中におけるクロツクパルスを計数
加算する。

前述したように、クロツクパルス２０６はその
周波数が50〜100MHzと著しく高周波であるので
カウンタ３２はその計数作用の若干の遅れを有
し、その計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１
０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ではそれまでの暗信号か
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つてクロツクパル
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
容をラツ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によつて判定され、禁止パ
ルス発生器４０をトリガして禁止パルス２０８を
出力する。従つて、この禁止パルス出力期間中ア
ンドゲート５８は閉じられカウンタ３２の計数作
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によつて遅延したラツチ信号
２１０はレジスタ３８のラツチ入力に供給されて
おり、前記カウンタ３２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にラツチされる。

従つて、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
る例えば異物１０ａで発生するような検出信号２
００の立ち下がりに対しても同様のラツチ作用が
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ツチ
値を捨てるとしてもカウンタ３２の内容が大きな
エラーを持つてしまうこととなり、本発明におい
て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
号によつてカウンタ補正回路４２をトリガし、カ
ウント補正パルス２１２をカウンタ３２へ供給す
ることによつて前記禁止期間におけるエラーの補
正を行つている。

補正パルス２１２は前記ラツチパルス２１０よ
り更に遅れて出力され、このために、前記レジス
タ３８へのラツ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
たビツト信号としてカウンタ３２へ供給され、所
定の桁を一度に加算してしまうのでクロツクパル
スの入力による補正と異なりほとんど瞬時にカウ
ント補正を行うことができる。従つて、禁止パル
ス２０８が解除されてカウンタ３２が再びクロツ
クパルス２０６の計数を開始するときには正しく
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のラツチ作
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から発行す
る検出信号２００ａによつてラツチした値も順次
次のラツチ作用によつ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つ
てのみレジスタ３８のラツチ値が決定され、被測
定物１０の走査中に透明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ツチ
値を定めるので本発明によれば、透明被測定物に
対しても高精度の測定作用を行うことが可能とな
る。

レジスタ３８が被測定物１０の終了端に対応す
る計数内容をラツチした後においても、カウンタ
３２は依然としてクロツクパルス２０６を計数す
るが、もはやこの後にはレジスタ３８のラツチ作
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
査におけるラツチ値をロードすることによつて、
前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はリ
セツトされ、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、CPU７０はレジスタ３８にラツチされてい
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ツクパルスをカウ
ンタで計数しながら、この計数内容を順次レジス
タにラツチする方式を採用し、各ラツチ作用はカ
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ツチ時の遅れに対し
ても十分に対処し、ラツチ値に誤差を生じさせる
ことのない正確に測定を行い、かつ測定基準とな
るクロツ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
号に対しても前記各ラツ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クロツク
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ツチ値も
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
ミングチヤート図、第３図は本発明において特徴
的なレジスタのラツ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
ヤート図である。 １０……被測定物、１２……光走査部、２２…
…クロツクパルス発生回路、２６……光検出部、
３２……カウンタ、３４……走査開始センサ、３
６……走査完了センサ、３８……レジスタ、４０
……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……クロツクパルス、２０８……禁
止パルス、２１０……ラツチパルス、２１２……
カウント補正パルス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ツ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つて被測定物の長
   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
   ロツ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つ
   てカウンタ出力値が安定した後にこの出力値をラ
   ツチするレジスタと、前記計数期間中であつて前
   記ラツ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ツクパルスによつて正確な測
   定を行うことを特徴とする光学測定装置。 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。