JPH032606A - 外形寸法測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザビーム等の光ビームを被測定物に投
光し、その反射光ビームから被測定物の外形寸法を検出
する測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図はこの種従来の外形寸法測定装置を示す斜視図で
ある。図において、（１）はテーブル（２）上に置かれ
た被測定物で、ここではその高さ寸法Ｈが測定すべき外
形寸法とする。（３）はレーザビーム（／１）を出射す
る光源、（（５）は回転ミラー、（６）は固定ミラ、（
７）は集束レンズである。そして、（３１＋５１〜■に
より投光系（８）を構成し、被測定物（１）を含むテー
ブル（２１上の点Ａ、Ｂ間で、テーブル（２）に垂直な
方向からレーザビーム（４）を投光掃引する。（９）は
この投光掃引されるレーザビーム４）の被測定物（１）
表面およびテーブル（２１上の軌跡を示している。

０〔はレーザビーム（イ）が被測定物（１）の表面また
はテーブル（２１の表面で反射拡散した反射レーザビー
ム（１１）を受光する２次元光位置検出素子で、ここで
は投光の方向即ちテーブル（２１に垂直な方向から４５
°傾斜した方向にセットされ、反射レーザビーム（１１
）をその検出面上に結像させその位置を信号として出力
する。（１２）は２次元光位置検出素子叫の出力を受け
てその結像位置を表示するＣＲＴ、　（＋３）はこのＣ
ＲＴ（１２）上に表示された結像位置の軌跡を示す。

このように、被測定物（１）を含む領域にわたって投光
掃引したレーザビーム４）の反射レーザビーム（１１）
ヲ２次元光位置検出素子（１０１テ受光し、ＣＩ’ｒ（
＋２１上の結像軌跡（１３）からその高さ寸法ｌ〕を求
める。

この高さ１；法りとＴｌ！、１ｌｉｌｌ定物（１）の高
さ寸法Ｈとは比例関係に＋Ｐ）るので、結局ＣＲＴ（１
２ｊ上の出力画面から測定すべき被測定物］１）の外形
寸法を非接触で求めることができる訳である。必要であ
れば被測定！ｔ！ＩＩ　（１）の幅方向寸法も同様にし
て測定可能である。

ここで、光位置検出素子として２次元の位置検出が可能
なものが必要となるのは以下の理由による。即ち、ＣＲ
Ｔ（１２１上の出力軌跡（１３）からも判るように、そ
の垂直部分の高さ寸法りを特定するためには、その両端
の水平部分、レーザビーム（４）の投光掃引軌跡（９）
で表わせば被測定物（１）の上面部分およびテーブル（
２）の表面部分からの反射レーザビーム、（１１）によ
る結像ら検出する必要があり、結局、その軌跡（９）を
２次元の形で表示することが必要となるからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の外形寸法１１１１定装置は以上のように、２次元
光位置検出素子００）を使用した画像処理が必要となる
。このなめ、信号処理が複雑になり、更に、高速処理が
難しく分解能も低いという問題点があった。

この発明は以上の問題点を解消するためになされたもの
で、１次元光位置検出素子の適用を可能とし、もって信
号処理の簡便、高速処理更には高分解能を実現すること
ができる外形寸法Ｒｉｌ＋定装置全装置ことを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る外形寸法測定装置は、被測定物を含む領
域にわたって光ビームを投光掃引する投光系、上記被測
定物で反射拡散した光ビニムを上記投光の方向と所定の
角度を有する方向から受光し、上記掃引により変位する
結像位置を検出する１次元光位置検出素子、および上記
反射光ビームの光路上に配置され、上記１次元光位置検
出素子への結像が上記変位方向と直角の方向を長辺とす
る楕円形状となるよう上記反射光ビームを集束する集束
系を備えた乙のである。

〔作　　用〕

投光系からの光ビームが掃引による被測定物の例えば側
面上を投光移動している場合、反射光ビームの１次元光
位置検出素子への入射角はこの移動とともに変化する。

そして、この場合の１次元光位置検出素子への結像は、
集束系によりこの変化の方向と直角の方向を長辺とする
楕円形状とされているので、上記変化は１次元光位置検
出素子上の結像位置の変位量として検出される。この検
出された変位量は、被測定物の上記側面の長さ、即ち高
さ寸法と比例量（系にあるので、上記変位量から被測定
物の高さ寸法を求めることができる。

また、結像位置が変位する時点の時間間隔を検出すれば
、この時間間隔と掃引速度から被測定物の掃引方向の外
形寸法、従って上述した例との対応でいえば、被測定物
の幅寸法を求めることができる。

〔実　施　例〕

第１図はこの発明の一実施例による外形寸法測定装置の
全体を示す構成図である。図において、（１１Ｆ２１　
（４１（８１（９１（ｌ　ｌ　１およびＡ、Ｂは従来と
同一のものである。但し、これらは従来の第５図の斜視
図をその左前方から右後方へ向けて見た図となっている
。（１４）は１次元光位置検出素子（以下、単に検出素
子と略称する）で、その１次元の検出方向が反射レーザ
ビーム（１１）の変位する方向即ち同図にＸ軸として示
す方向に対応した方向になるよう配置されている。なお
、Ｘ軸に直角な同図にＹ軸として示す方向がレーザビー
ム（４）の掃引方向である。

（１５）は集光レンズ、（１６）はその焦点距離がレン
ズ面のＸ軸方向とＹ軸方向とによって異なるシリンドリ
カルレンズで、両者（１５）　（１６）により集束系（
！７）を構成する。そして、Ｘ軸方向に対しては検出素
子（１４）上に焦点距離が一致する凸レンズとして働き
、Ｙ軸方向に対しては更に焦点距離が長い凸レンズとし
て働き、その結像はＹｌｌｌ１１方向が長辺となる楕円
形状となる。

第２図、第３図は、この結像の様子を説明するもので、
第２図は第１図の集束系（１７）をその右側方から見た
図、第３図は第２図の検出素子（１４）をその下方から
見た図である。両図において、Ａ零Ｂ８はテーブル（２
）上に設定された点Ａ、Ｂに対応する検出素子（Ｉ４）
上の結像、Ｃ＊は被測定物（月の上面中央に設定された
点Ｃに対応する検出素子（１４）上の結像である。

第１図に戻り、（＋８）　（＋９＋は検出素子（１４）
から出力される電流１．、　Ｌを電圧に変換して更に増
幅する増幅回路、（２０）は増幅回路（＋８）　（１９
）からの出力の差を演算する減算回路、（２１）は増幅
回路（１８）（１９）からの出力の和を演算する加算回
路、（２２）は減算回路（２０）の出力を加算回路（２
１）の出力で除する除算回路、（２３）は減算回路（２
０）の出力ＪからＸ軸方向即ち反射レーザビーム（ＩＩ
）の変位方向、従って被測定物（１）の高さ寸法Ｈを演
算する演算回路、（２４）は掃引により出力Ｊが立ち上
がった時点でリセットパルスＰｌを、また出力Ｊが立ち
下がった時点でラッチパルスＰ２をそれぞれ出力するパ
ルス成形回路、（２５）は基準クロック信号源（２６）
からのクロックパルスＰ、をもとに両パルスＰ、、　Ｐ
２の時間間隔内のクロックパルスＰ、をカラン１−　し
てＹ軸方向径って被測定物（１）の幅寸法Ｗを演算する
カウンタである。

次に動作について説明する。投光系（８）を駆動し、レ
ーザビーム（イ）を、被測定物（１）を含むテーブル（
２１上の点Ａ、Ｂ間にわたって掃引する。そして、その
反射レーザビーム（１１）は集束系（１７）により検出
素子（１４）上に結像される。ここで、この結像は第２
図、第３図に示すように、Ｙ軸の方向が長辺となる楕円
形状となっているので、この長辺の長さを適当に設定す
ることにより、たとえ１次元光位置検出素子（１４）を
使用してもその掃引の金範囲で結像位置を検出すること
ができる。

１次元光位置検出素子（１４）の出力１．、　Ｉ２から
減算回路（２０）、加算回路（２１）および除算回路（
２２）を使って受光した結像位置を演算する原理は周知
であるので説明を省略する。

演算回路（２３）は除算回路（２２）の出力Ｊから第３
図に示す結像Ａ＊またはＢ８と結像Ｃ８との間隔りを演
算する。そして、この間隔りは被測定物（１）の高さ寸
法Ｈと比例関係にあるので、この演算回路（２３）の出
力から上記高さ寸法Ｈを求めることかできる。

次に、被測定物（１）の幅寸法Ｗを求める場合の要領を
第４図を参照して説明する。同図の時間幅は反射レーザ
ビーム（１１）の掃引速度に対応する。同図において、
除算口１ｉ’８　（２２＞の出力Ｊの゛Ｌ°°レベルは
、第３図のＡＩ＝、Ｂ＊の結像位置に対応し、“Ｈ°゛
レベルは、Ｃ８の結像位置に対応する。パルス成形凹１
ｉ’！（２４＋は出力Ｊの立ち上がりでリセットパルス
Ｐ１を出力する。これを受けてカウンタ（２５）は基準
クロック信号源（２６）からのクロックパルスＰ３のカ
ウントを開始する。次に、出力Ｊが立ち下がるとラッチ
パルスＰ２が出力され、カウンタ（２５）はクロックパ
ルスＰ、のカウントを終了する。

カウンタ（２５）は得られたこのカウント数ｎから出力
Ｊのパルス幅Ｔｗをもとめ、このパルス幅Ｔｗと掃引速
度■との積Ｔｗ−Ｖから被測定物（１）の幅寸法Ｗを演
算する。

１次元光位置検出素子（１４）を使用した場合、例えば
、検出部ｍ　１　ｎ＋ｍＸ　３　ｍｍのもので１位置検
出分解能１／１００００、周波数応答数百ＫＨｚ程度の
高性能が得られ２次元素子を使用した場合に比較して、
Ｊｔ’１定装置としての測定精度、応答性が大幅に改善
される。

なお、上記実施例では被測定物（１１の高さ寸法Ｈと幅
寸法Ｗとの両者を測定する場合について説明したが、い
ずれか一方のみ測定する構成としてもよい。

また、上記実施例では、受光素子として１次元光位置検
出素子を用いたが、１次元フォトダイオードアレイや１
次元イメージセンサ等の受光素子も均等のものとして適
用することができ同等の効果を奏する。

更に、集束系（１７）にシリンドリカルレンズ（１６）
を使用したが例えば回折格子等を使用して楕円形状の結
像を得るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上のように構成したので、１次元光位置検
出素子の適用が可能となり、その高分解能、高速応答特
性に基づき測定装置としての測定精度、応答性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による外形寸法測定装置の
全体を示す構成図、第２図はその集束系の機能を説明す
る図、第３図は第２図の１次元光位置検出素子への結像
を示す図、第４図は第１図の装置の動作を説明する波形
図、第５図は従来の外形寸法測定装置の全体構成を示す
斜視図である。 図において、（１）は被測定物、（４）は光ビームとし
てのレーザビーム、（８）は投光系、（１１）は反射光
ビームとしての反射レーザビーム、（１４）は１次元光
位置検出素子、（１７〉は集束系、Ａ＊　、Ｂ＊　、Ｃ
ｍは結像である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第２図 代理人　弁理士　　大　岩　増　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被測定物を含む領域にわたって光ビームを投光掃引す
   る投光系、上記被測定物で反射拡散した光ビームを上記
   投光の方向と所定の角度を有する方向から受光し、上記
   掃引により変位する結像位置を検出する１次元光位置検
   出素子、および上記反射光ビームの光路上に配置され、
   上記１次元光位置検出素子への結像が上記変位方向と直
   角の方向を長辺とする楕円形状となるよう上記反射光ビ
   ームを集束する集束系を備えた外形寸法測定装置。