JPH0257643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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。

［従来の技術］ 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。

［発明が解決しようとする問題点］ 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。

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。

［問題点を解決するための手段］ 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に存在する傷等
から疑似検出信号が発生するとき、前記正しい検
出信号と疑似検出信号のいずれに対しても所定の
対応した関係で反転信号を出力する反転回路を設
け、一方、測定光が被測定物を通過するときのク
ロツクパルスを測定するために一対のカウンタを
設け、このカウンタを前記反転信号によつて交互
に駆動し、また前記各カウンタに対応してレジス
タを設け、カウンタの計数内容は前記反転タイミ
ングごとにレジスタにラツチ出力し、これによつ
て、測定光が被測定物を通過するときのクロツク
パルスは必ずいずれかのカウンタにて計数され、
また測定光が被測定物の終了端を通過した後にお
いてはもはや反転信号が出力しないのでその後の
計数値はレジスタにラツチ入力されることなく、
１回の走査終了時には両レジスタの合計値が被測
定物の両端長に対応していることを利用したもの
であり、これによつて、カウンタに計数される不
要な計数値は反転タイミングによるラツチ信号を
供給しないことによつて捨去り、必要な計数値の
みを残し、これを合計することによつて所望の測
定値が得られることを特徴とする。

特に、本発明によれば、クロツクパルスは相補
的にいずれかのカウンタにてカウントされてお
り、この結果、一方のカウンタから対応するレジ
スタへのラツチは他方のカウンタでの計数期間中
に行われ、これによつて、カウンタからレジスタ
へのラツチ時への時間的な遅れを何ら問題とする
ことがなく、このような相補型カウンタ及びレジ
スタ構成により、本発明によれば、測定塗中にお
ける疑似信号発生時にも大きな誤差を発生するこ
となく極めて正確な測定作用を行うことが可能と
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２１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２１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
が設けられ、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の出力が計数されるが、本発明におい
ては、一対の相補的に計数作用を行うカウンタ３
２，３４が設けられていることを特徴とし、実施
例においては、これらカウンタ３２，３４はとも
にプリセツトカウンタから形成されている。

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検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。すなわち、本発明
によれば、前記正しい検出信号と疑似検出信号の
それぞれに対応して前述した一対のカウンタ３
２，３４を相補的に交互に計数動作させこれらそ
れぞれの計数値を対応して設けられたレジスタに
ラツチ入力し、最後のラツチ作用である被測定物
１０の終了端以降のカウンタ計数値はレジスタへ
供給することなく、これによつて測定光１００が
被測定物１０を通過する間のクロツクパルスのみ
をいずれかのレジスタにて記憶し、これら両レジ
スタ信号の内容を加算することによつて所望の測
定値が得られる。

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３６及び走査完了セ
ンサ３８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
３６，３８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３６，３８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３２，３４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、前述した正しい検出信号と疑
似検出信号のいずれに対しても一日正しい検出信
号としての処理を行い、すなわち、これらの検出
信号に対応してカウンタ３２，３４は互いにその
計数作用を反転し、これによつて、一方が計数作
用を行つているときに検出信号を受けると計数作
用を他方に交替させ、これを繰返すことによつて
測定光１００が被測定物１０を通過していると思
われる期間いずれかのカウンタにてクロツクパル
スの計数を行い、この計数値をそれぞれ対応する
レジスタにラツチするときに測定光１００が被測
定物１０を通過しているか否かによる判断を行
う。すなわち、いずれか一方のカウンタ３２ある
いは３４は無駄な計数作用を行う場合があるが、
これを対応するレジスタにラツチするか否かによ
つて正しい計数信号と無駄な計数信号との選択を
行うことができる。

通常の場合、カウンタからレジスタへのラツチ
には回路上必要な時間を要し、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３２，３４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、対応して設けられ
た一対のレジスタ４０，４２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４０，４２がカウンタ３２，３４の計数値を
正してラツチする間にカウンタ３２，３４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３２，３４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３２，３４の内容をレジスタ４０，４２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、前述したカウンタ
を相補的に計数する一方のカウンタ３２，３４と
し、光検出部２６からの検出信号が出力されてい
る間、反転回路、実施例においてはフリツプフロ
ツプ（以下FFという）４４からの反転信号によ
つて相補的に各カウンタ３２，３４の計数作用を
反転切替えし、この反転タイミングにて各カウン
タ３２，３４の計数値をレジスタ４０，４２へラ
ツチ出力することとし、これによつて、ラツチ時
間は他方のカウンタが計数している期間と対応す
るので、これによつて十分なラツチ時間を確保す
ることが可能となる。

前記カウンタ３２，３４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３
０からの検出信号は増幅器４６を介してエツジパ
ルス発生器４８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４８の出力はFF５０をセツトするた
めに用いられ、このFF５０は平行走査測定光１
００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、その出力によつて各カウン
タ３２，３４に対応して設けられたアンドゲート
５２，５４に信号を供給する。

また、FF５０は前述した走査完了センサ３８
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３８の出力はプリアンプ５６及び波
形整形回路５８を介してFF５０のリセツト端子
に接続されている。

前述した反転回路４４は増幅器４６の出力及び
エツジパルス発生器４８のエツジパルスを遅延回
路５６にて僅かに遅延した信号の両者によつて制
御されており、相補的な反転信号を前記アンドゲ
ート５２，５４に供給する。各アンドゲート５
２，５４には更に前述したクロツクパルス発生回
路２２からのクロツクパルスが供給されており、
また各出力は前述した一対のカウンタ３２，３４
に供給されているので、このことから、一対のカ
ウンタ３２，３４は反転回路４４の出力によつて
互いに交互に相補的な関係でクロツクパルスを計
数することが理解される。

また、反転回路４４の出力である反転信号は、
更に前述したレジスタ４０，４２のラツチ信号と
しても用いられ、このために、反転回路４４の出
力はそれぞれ遅延回路５８、立ち下がりエツジパ
ルス検出器６０そして立ち下がりエツジパルス検
出器６２を介して前記各レジスタ４０，４２のラ
ツチ入力に供給されており、このラツチタイミン
グでそれぞれ対応するカウンタ３２，３４の計数
値がレジスタ４０，４２へ記憶される。従つて、
このラツチ作用は測定光１００が被測定物１０を
通過している間に対応してのみ各レジスタ４０，
４２へ供給され、測定光１００が被測定物１０か
ら離脱した後においては発生することがなく、こ
れによつて、各カウンタ３２，３４が無駄に計数
作用を行つていたとしても、このような余分な計
数出力をレジスタ４０，４２が受付けることがな
い。

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３６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３２，３４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４０，４２の内容がそれぞれ対応するカ
ウンタ３２，３４に読み込まれる。

また、本発明においては、被測定物１０の長さ
に対応するクロツクパルスはレジスタ４０，４２
に振分けられて記憶されているので、各光走査完
了後にこれらの測定値を加算する必要があり、こ
のために加算器７０が設けられ、各走査完了後に
両レジスタ４０，４２の内容が加算される。

前記カウンタ３２，３４及びレジスタ４０，４
２のその他の作用を制御するためCPU７２が設
けられており、該CPU７２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、CPU７２は加算器７０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７４が
クリア信号を出力して前記カウンタ３２，３４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３６のスタート信号３００がカウンタ３２，３
４のロード入力に供給されることによつて各対応
するレジスタ４０，４２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３２，３４
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４６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４８
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FF５０をセツトし、両アンドゲート
５２，５４へ信号２０４を供給し、各アンドゲー
ト５２，５４の開き待機状態を作る。

本発明において特徴的なことは、前記増幅器４
６の出力である検出信号２００と前記エツジパル
ス２０２を僅かに遅延した信号によつて反転回路
４４を反転制御していることであり、その出力で
ある相補的な反転信号２０６ａ，２０６ｂが各カ
ウンタ３２，３４の相補的な計数制御を行い、ま
た各レジスタ４０，４２のラツチ作用を制御して
いる。

第２図から明らかなように、相補的に反転信号
２０６ａ，２０６ｂは一方がＨレベルのときに他
方がＬレベルとなり、これによつて、アンドゲー
ト５２，５４からの信号を受けるカウンタ３２，
３４は互いに一方側がクロツクパルスを計数して
いるときは他方側が計数作用を休止し、これによ
つて、カウンタ３２，３４の相補的な計数作用が
達成される。

しかしながら、このようなカウンタ３２，３４
による相補的な計数のみでは、測定光１００が被
測定物１０の終了端を通過した後においてもいず
れか一方のカウンタが計数作用を継続することと
なり、正しい測定が不可能となつてしまい、本発
明においてはこのような事態を避けるために各カ
ウンタ３２，３４の出力を対応するレジスタ４
０，４２へラツチするタイミングを前記反転信号
２０６ａ，２０６ｂから取出し、このラツチパル
ス２０８ａ，２０８ｂよつてカウンタ３２，３４
の計数値をレジスタ４０，４２へ送込み、前記測
定光１００が被測定物１０の終了端を通過した後
における何らラツチすることなく捨去ることを特
徴とする。

もちろん、本発明においては、相補的に一方の
カウンタが計数作用を行うため、前記各ラツチ作
用は十分な時間が与えられ、これによつて、クロ
ツクパルスが著しく高周波例えば50〜100MHzで
ある場合においてもカウンタの安定した計数値を
レジスタにラツチすることができる。

従つて、第２図において、カウンタ３２，３４
の計数パルスは２１０ａ，２１０ｂとして示さ
れ、これらは、測定光１００が被測定物１０を通
過した後においてもクロツクパルスを計数してい
るが、被測定物１０通過後における計数値は何ら
レジスタ４０，４２へラツチされることなく、レ
ジスタの記憶内容は測定光１００が被測定物１０
を通過している間のクロツクパルス計数値のみと
なることが理解される。

各走査完了直前に前述した走査完了センサ３８
からのエンド信号３０２により前記FF５０はリ
セツトされ、次の走査に備える。

そして、この各走査完了時にそれぞれのレジス
タ４０，４２に記憶された測定値は加算器７０に
よつて加算され、相補的な測定値が合算されて１
回の測定値が得られる。

以上のようにして、複数回走査が完了すると、
CPU７２は加算器７０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一対
のカウンタで相補的に計数しながら、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、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、
３２，３４……カウンタ、３６……走査開始セン
サ、３８……走査完了センサ、４０，４２……レ
ジスタ、４４……切替回路、１００……平行走査
測定光、２００……検出信号、２０６ａ，２０６
ｂ……クロツクパルス、２０８ａ，２０８ｂ……
ラツチパルス。

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、測定光が被測
   定物の開始端から終了端まで通過する間に検出す
   る開始端及び終了端検出信号と疑似検出信号によ
   つてそれぞれ反転信号を出力する反転回路と、前
   記反転信号によつて交互にクロツクパルスを計数
   する一対のカウンタと測定光が被測定物の両端を
   通過する間に前記各カウンタの内容を反転タイミ
   ングごとにラツチする一対のレジスタと、測定光
   の走査終了ごとに各レジスタの内容を加算する加
   算回路と、を含み、正しい検出信号及び疑似検出
   信号に応じてクロツクパルスをいずれか一方のカ
   ウンタにて交互に計数し、両者の加算によつて被
   測定物の長さを測定する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。