JPH0348692B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、測定対象物のエツジ検出を正確に行
うことのできる光学式寸法測定器に関する。

従来の技術 走査型の光学式外径測定器は非接触で寸法測定
ができるので、測定対象物が移動物体や高温の物
体である場合によく用いられている。

この走査型の光学式寸法測定器の原理について
第４図に基づいて説明する。レーザ管１から投射
されたレーザビームは固定ミラー２により反射さ
れ、回転ミラー３で再度反射され走査ビームに変
換される。走査ビームはコリメータレンズ４によ
り平行走査ビームに変換され、コリメータレンズ
４と集光レンズ５の間に配置された測定対象物６
の遮蔽によつて生じた平行走査ビームの暗部また
は明部の時間の長さから、測定対象物６の寸法を
測定するようにしている。

すなわち、測定対象物６の遮蔽による平行走査
ビームの明暗は、集光レンズ５の焦点位置に載置
された受光素子７の出力信号ａの変化となつて検
出される。この出力信号ａは増幅器８により増
幅・２値化され、セグメント選択回路９に伝達さ
れる。セグメント選択回路９は、測定対象物６が
走査されている間ｔだけ受光素子７の出力信号を
ゲート回路１０に伝達する。ゲート回路１０には
クロツクパルス発振器１１からクロツクパルス
cpも入力されているので、ゲート回路１０は、
測定対象物６の寸法に対応した走査時間ｔにおけ
るクロツクパルスＰを計数回路１２に伝達する。
計数回路１２は入力されたクロツクパルスＰを計
数して、表示器１３にその計数値を伝達する。表
示器１３はこの計数値に基づき、測定対象物６の
寸法を表示する。

このような走査型の光学式寸法測定器の使用に
際して問題となる点が、第５図に示すように測定
対象物６（第４図参照）の遮蔽による受光素子７
の出力信号ａのどの部分を測定対象物６のエツジ
と認定するかということである。この問題に対し
て、従来は次の方法で対処していた。

まず、第１は固定しきい値方式と呼ばれるもの
で、第６図ａに示すように、しきい値イを固定し
て、受光素子７の出力信号ａがしきい値イを超え
た場合に、パルスが出力されるようにしている。
しかし、この方式では受光素子７の出力信号ａが
諸要因によつて変動した場合には、同図ｂに示す
ように、同一の測定対象物６にもかかわらず受光
素子７の出力信号a′の振幅が変動し、この信号
a′を２値化した際、誤差Δtが生じ誤測定を行うこ
とがある。

次に、第２の方式はピークレベル方式と呼ばれ
るもので、通常、第７図に示すような回路を用い
て行う。この回路は、受光素子７の出力信号ａが
伝達される端子１４に増幅器１５が接続され、こ
の増幅器１５の出力側には、ピークホールド回路
１６および比較器１７の正入力側が接続されてい
る。ピークホールド回路１６の出力側は抵抗R₁，
R₂を介して接地され、抵抗R₁，R₂の中点は比較
器１７の負入力側に接続されている。また比較器
１７の出力側は端子１８に接続されている。

このような構成であるので、第８図に示すよう
に、増幅器１５（第７図参照）の出力信号ｂとこ
の信号ｂの1/2の振幅値の信号ｃのクロス点を測
定対象物６のエツジと見做して、測定対象物６の
寸法に対応するパルス幅の出力パルスｄを得てい
る。すなわち、増幅器１５の出力信号ｂのピーク
値の1/2を測定対象物６のエツジ位置での出力値
を見做すのである。しかし、この方式では、前記
出力信号ｂのピーク値が出力パルスｄの立ち上が
り時点で判明していない。したがつて、この信号
ｂの1/2の振幅値である信号ｃを特定することも
できず、出力パルスｄの立ち上がり時点であるク
ロス点を定めることは不可能である。それゆえ、
走査毎に出力信号ｂのピーク値を一定に仮定して
信号ｃを得ている。しかし、この仮定は光源や背
景光の変動等がある場合には成立せず、測定には
相当な誤差が含まれる。この誤差は測定対象物６
の寸法測定の精度を数μm単位まで要求される場
合には致命的欠陥となる。

このような要求に対応できる技術として、特開
昭53−114456号公報に開示されている２次微分方
式と呼ばれるものがある。この方式は受光素子７
の出力信号ａを２次微分し、その零クロズ点間隔
を検出することにより測定対象物６の寸法測定を
行うものである。以下、この方式を説明する。

第９図に示すように、受光素子７の出力信号ａ
は端子１４に伝達され、増幅器１５で増幅された
後、１次微分回路１９および２次微分回路２０で
微分される。２次微分された信号は、零クロス点
検出回路２１で零クロス点が検出され、これに基
づいて信号処理回路２２で測定対象物６の寸法が
判明される。零クロス点検出回路２１は、第１０
図に示すような回路構成である。端子２３には２
次微分回路２０（第９図参照）の出力信号が伝達
され、この信号は比較器２１０に伝達される。比
較器２１０は、２次微分信号の零クロス点間（測
定対象物６のエツジからエツジまでの距離に該
当）に対応する第１１図ｆに示すようなパルスｆ
を出力する。このパルスｆと第１１図ｅに示すよ
うなクロツクパルス発生器２１１のクロツクパル
スｅはANDゲート２１２に入力され、ANDゲー
ト２１２は第１１図ｇに示すような出力パルスｇ
を信号処理回路２２に伝達する。従つて、信号処
理回路２２が零クロス点間に相当する出力パルス
ｇを計数することにより、零クロス点間の時間幅
が判明し、それゆえ、測定対象物６の寸法が判明
する。

発明が解決しようとする問題点 ところが、この２次微分方式の走査型の光学式
寸法測定器は２回微分して零クロス点間を検出す
る必要があるため、２つの微分回路を設けねばな
らず、回路構成が複雑化するという問題点があつ
た。

本発明は、測定対象物のエツジ測定を正確に行
うことのできる光学式寸法測定器を提供すること
を目的とする。

問題点を解決するための手段 すなわち、本発明は、レーザ光による光ビーム
を走査して、非接触で測定対象物の寸法を測定す
る光学式寸法測定器において、 一端が入力信号が伝達される端子に整合用の抵
抗を介して接続され、他端が開放状態である遅延
素子と、前記遅延素子の両端の電圧を比較する比
較器を有する２値化回路を具備することを特徴と
する光学式寸法測定器を提供するものである。

本発明の光学式寸法測定器によれば、回路構成
を複雑化することなく、測定対象物のエツジ測定
を正確に行うことのできる。

作 用 本発明により、もたらされる作用を第２図に基
づいて説明する。端子に伝達された受光素子等か
らの入力信号は、遅延素子の一端に接続されたイ
ンピーダンスの整合用の抵抗を介して遅延素子に
伝達される。この場合に、遅延素子の他端はイン
ピーダンスが開放状態であり、かつ、前記一端は
整合状態であるので、遅延素子の一端において、
前記入力信号の1/2の振幅値である伝達信号ｈが
生じる。この伝達信号ｈは、遅延素子により一定
時間tdでけ遅延されて、開放状態である遅延素子
の他端（開放端）に伝達される。この際、この開
放端において、伝達信号ｈは全反射されて、伝達
信号ｈの２倍の振幅値を有する第１遅延信号ｉ
（入力信号と同振幅値）が生じる。一方、整合状
態である遅延素子の一端（整合端）において、開
放端で全反射した伝達信号ｈと前記端子より伝達
された伝達信号ｈが重畳した、突出部j′の立ち上
がりが前記第１遅延信号ｉより、さらに一定時間
tdだけ遅延されて第２遅延信号ｊが生じる。

したがつて、整合端と開放端の電圧を比較する
比較器を遅延素子に接続することにより、第１遅
延信号ｉと第２遅延信号ｊのクロス点Ａ，Ｂを得
ることができる。これらのクロス点Ａ，Ｂは入力
信号の1/2の振幅値を正確に示している。すなわ
ち、光学式寸法測定器においては、クロス点Ａ，
Ｂは測定対象物のエツジの位置を正確に示すこと
となる。

実施例 本発明を、以下実施例に基づいて詳細に説明す
る。なお、従来例と同一部分はその説明を省略す
る。第１図に示すように、受光素子からの受光信
号は、端子３０に伝達された後、増幅器３１に伝
達され入力信号となる。増幅器３１には、インピ
ーダンスの整合用の抵抗R₂を介在して遅延素子
３２の一端（整合端Ｘ）が接続されている。遅延
素子３２の他端（開放端Ｙ）は、第１比較器３３
の正入力側に接続され、かつ第１比較器３３の負
入力側は整合端Ｘに接続されている。

この整合端Ｘには、第２比較器３４の負入力側
および第３比較器３５の正入力側も接続されてい
る。第２比較器３４の正入力側および第３比較器
３５の負入力側は、基準電圧源３６に抵抗R₃を
介して、あるいは、抵抗R₃および抵抗R₄を介し
て接続されるとともに、抵抗R₄および抵抗R₅を、
あるいは、抵抗R₅を介して接地されている。第
２比較器３４および第３比較器３５の出力側は
ANDゲート３７に接続され、このANDゲート３
７の出力側は、他方入力接続を前記第１比較器３
３とするANDゲート３８に接続されている。
ANDゲート３８の出力側は、前記第２比較器３
４の出力側に接続されたインバータ３９を他方入
力接続とするORゲート４０に接続されている。
ORゲート４０の出力側は、この２値化回路の出
力信号を外部機器に伝達する端子４１に接続され
ている。

以上の回路構成からなる本実施例の動作を、第
１図および第２図を参照しながら第３図に基づい
て説明する。なお、第３図のアルフアベツトは第
１図の各部の信号のアルフアベツトに対応させて
いる。

受光素子の受光信号を増幅した信号である入力
信号により、整合端Ｘにおいて入力信号の1/2の
振幅値となる伝達信号h′（第２図参照）が生じる。

この伝達信号ｈは、遅延素子３２により一定時
間tdだけ遅延して開放端Ｙに伝達される。開放端
Ｙにおいて、伝達信号ｈは全反射されて第３図ｋ
に示すように、伝達信号ｈの２倍の振幅値を有す
る第１遅延信号ｉ（入力信号と同振幅値）が生じ
る。一方、整合端Ｘにおいて、前記開放端Ｙで全
反射した伝達信号ｈと前記端子３０により伝達さ
れた伝達信号ｈが重畳した、突出部j′の立ち上が
りが前記第１遅延信号ｉより、さらに一定時間td
だけ遅延した第２遅延信号ｊが生じる。これらの
第１遅延信号ｉと第２遅延信号ｊのクロス点Ａ，
Ｂは、入力信号の1/2の振幅値を正確に示してい
る。

第１比較器３３は第１遅延信号ｉと第２遅延信
号ｊを入力し、第３図ｌに示すようなパルス信号
ｌを出力する。このパルス信号ｌは、第１遅延信
号ｉと第２遅延信号ｊが重畳する部分ロ，ロ′で
両信号の大小が変動し、雑音パルスを出力する。
したがつて、この雑音パルスを除去するために、
前述の本発明にかかる回路以外の他の回路が必要
となる。すなわち、第２比較器３４および第３比
較器３５により、同図ｋに示すように、前記クロ
ス点Ａ，Ｂの上下に各々しきい値ハ，ニを設定す
る。第２遅延信号ｊがしきい値ニを超えると、同
図ｎに示すように、第３比較器３５の出力信号ｎ
はHIGHになる。この信号ｎにより、第１遅延信
号ｉと第２遅延信号ｊがしきい値ニを超えないで
重畳する際に出力される。ロ′の部分の雑音パル
スが除去される。そして、第２遅延信号ｊがしき
い値ハを超えると、同図ｍに示すように、第２比
較器３４の出力信号ｍはLOWになる。この両信
号ｍ，ｎを入力するANDゲート３７は、第１遅
延信号ｉおよび第２遅延信号ｊがしきい値ハを超
えて重畳する際に、出力されるロの部分の雑音パ
ルスを無視するための同図ｏに示すような出力信
号ｏを、ANDゲート３８に伝達する。ANDゲー
ト３８はこの信号ｏにより、前記雑音パルスが除
去された同図ｐに示すような出力信号ｐを、OR
ゲート４０に伝達する。ORゲート４０は、第２
比較器３４の出力信号ｍの反転信号を他方入力と
するので、第１遅延信号ｉおよび第２遅延信号ｊ
がしきい値ハを超えて重畳する際に、出力される
ロの部分の雑音パルスが除去された測定対象物６
の外径に対応する、同図ｑに示すような信号ｑを
端子４１に伝達する。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明にかか
る光学式寸法測定器は、特定の２値化回路を具備
するために、極めて簡単な回路構成で、厳密に入
力信号の1/2の振幅値を示す信号を得ることがで
きる。そのため、測定対象物のエツジ検出が正確
になり、測定値の精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明にかかる２値化回路
の説明図であり、第１図は１実施例の回路図、第
２図は原理説明図、第３図は第１図の回路の各部
の動作波形図、第４図乃至第１１図は従来例の説
明図であり、第４図は走査型の光学式寸法測定器
の原理説明図、第５図は従来例の問題点の説明
図、第６図は固定しきい値方式の説明図、第７図
はピークレベル方式の回路図、第８図は第７図の
回路の各部の動作波形図、第９図は２次微分方式
のブロツク図、第１０図は第９図の零クロス点検
出回路の回路図、第１１図は第１０図の回路の各
部の動作波形図である。 ３０……端子、３２……遅延回路、３３……比
較器、R₂……整合用抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光による光ビームを走査して、非接触
   で測定対象物の寸法を測定する光学式寸法測定器
   において、 一端が入力信号が伝達される端子に整合用の抵
   抗を介して接続され、他端が開放状態である遅延
   素子と、前記遅延素子の両端の電圧を比較する比
   較器を有する２値化回路を具備することを特徴と
   する光学式寸法測定器。