JPH0412402B2 - - Google Patents

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JPH0412402B2
JPH0412402B2 JP59067509A JP6750984A JPH0412402B2 JP H0412402 B2 JPH0412402 B2 JP H0412402B2 JP 59067509 A JP59067509 A JP 59067509A JP 6750984 A JP6750984 A JP 6750984A JP H0412402 B2 JPH0412402 B2 JP H0412402B2
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JP
Japan
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light
inclination angle
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JP59067509A
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JPS60211302A (ja
Inventor
Masakazu Hayashi
Tetsushi Imi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPH0412402B2 publication Critical patent/JPH0412402B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、円柱状物体の倒れを非接触的に測定
するための倒れ測定装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
実際の製造ラインでは、ベースと一体的に形成
された軸の傾きを測定・検査する場合がある。例
えば、第12図に示すVTR用デツキ40が挙げ
られるが、この場合、アルミダイカストベース4
3とこれに圧入されたテープガイド42との倒れ
角を一定値に組み立てる必要がある。一般に、円
柱状物体の倒れを測定する場合、従来において
は、接触形の変位計を用いて柱状物体の複数個所
の位置測定を行い、得られた位置データに基づい
て倒れ量を算出していた。たとえば、差動トラン
スの測定子の軸線を特定の方向に揃え、高さの異
なる2点で位置測定を行い、2点間の高さ方向の
距離と、差動トランスによる位置データ間の差に
より倒れ角を求めていた。しかして、通常、位置
測定は、互に直交する2方向から行い、倒れ角
θx,θyを3次元的に求めていた。
しかるに、上記従来の倒れ測定は、接触測定で
あり、円柱状物体表面が傷付き易い場合や外力を
加えることができない場合には適用できない。さ
らに、3次元的倒れ角θx,θyの同時測定ができ
ず、しかも測定作業が比較的複雑であるので、測
定に時間がかかり、自動化が困難である難点をも
つている。
〔発明の目的〕
本発明は、上記事情を参酌してなされたもの
で、円柱状かつ平滑な外周面を有する物体の倒れ
角を非接触的かつ自動的に測定することのできる
倒れ測定装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
少なくとも一部が円柱状に形成され且つこの円
柱状部分が平滑面となつている被測定物の上記円
柱状部分の外周面に光を投射し、その反射光を複
数位置にて受光して位置検出信号に変換し、変換
された位置検出信号に基づいて反射光の基準面か
らの傾斜角を算出し、算出した傾斜角に基づいて
倒れ角を算出するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述
する。
第1図は、本実施例の倒れ測定装置を示してい
る。この倒れ測定装置は、例えばレーザダイオー
ドなどの光源1及びこの光源1から出光されたレ
ーザ光を、円柱に形成され外周面が光を正反射さ
せる鏡面となつている被測定物2をはさんで反対
側にある後述する仮想焦点Pに収束させる集光レ
ンズ3からなる投光部4と、この投光部4から投
射されたレーザ光の被測定物2の外周面にて反射
されたレーザ光を3個所にて受光し上方に反射す
る反射鏡部5と、この反射鏡部5により反射した
複数本のレーザ光を各別に受光して受光位置を示
す電気信号を出力する位置検出部6と、この位置
検出部6から出力された電気信号に基づいて被測
定物2の傾き角を演算する演算処理部7(第2図
参照)と、この演算処理部7に電気的に接続され
演算結果を表示する例えばCRT(Cathode Ray
Tube)などの表示部8(第2図参照)とから構
成されている。しかして、投光部4の光軸9と、
被測定物2の傾き測定基準線10とは互にほぼ直
交するように設定されている。また、反射鏡部5
は、半透鏡11及び第1、第2の表面鏡12,1
3から構成されている。半透鏡11は、光軸9上
に設置されていて、この光軸9に沿つて被測定物
2から反射してきたレーザ光を光軸9に直交する
光路14に沿つた上方に反射させるようになつて
いる。また、第1、第2の表面鏡12,13は、
測定基準線10に直交し、且つ光軸9を含む仮想
面上にて、光軸9をはさんだ左右両側に角度αだ
け開離して設けられ、被測定物2からのレーザ光
を上方に反射するようになつている。このとき第
1、第2の表面鏡12,13と上記仮想面との交
線の延長線は、光軸9に45度の角度をなして交差
するように設定されている。つまり、光軸9に対
して角度αだけ開離した光路15,16に沿つて
きたレーザ光は、仮想面に直交する光路17,1
8に沿つて上方に反射するように設定されてい
る。しかして、位置検出部6は、光路14に沿つ
たレーザ光を受光する第1のイメージセンサ19
と、光路17に沿つたレーザ光を受光する第2の
イメージセンサ20と、光路18に沿つたレーザ
光を受光する第3のイメージセンサ21とからな
つている。これら第1、第2、第3のイメージセ
ンサ19,20,21は、例えばCCD(Charge
Coupled Device)からなつている。そうして、
第1のイメージセンサ19の受光面と、光軸14
及び測定基準線10を含む面との交線は、光軸9
に対して平行となり、かつこの交線方向に素子列
が配列されるように設定されている。また、第2
のイメージセンサ20の受光面と、光軸17及び
測定基準線10を含む面との交線は、光軸15に
対して平行となり、かつこの交線方向に素子列が
配列されるように設定されている。また、第3の
イメージセンサ21の受光面と、光軸18及び測
定基準線10を含む面との交線は、光軸16に対
して平行となり、かつこの交線方向に素子列が配
列されるように設定されている。さらに、第2、
第3のイメージセンサ20,21の光路17,1
8を経由したレーザ光の受光位置22,23間の
距離は、lxに設定されている。また、第3図に示
すように、このときの受光位置22,23間を結
ぶ線分24(この線分24はx軸方向となるよう
に設定されている)の中点25と、第1のイメー
ジセンサ19の光路14を経由したレーザ光の受
光位置26との距離は、lyに設定されている。こ
こで、第3図と第2図とでは第1、第2、第3の
イメージセンサ19,20,21の配設関係が若
干異なつているが、後述の便宜上のものであつて
光学的には全く等価である。さらに、第1、第
2、第3のイメージセンサ19,20,21の出
力側は、それぞれ信号処理回路27,28,29
の入力側に接続されている。これら信号処理回路
27,28,29は、2値化回路とカウンタ回路
とからなつていて、第1、第2、第3のイメージ
センサ19,20,21における受光位置nx1
nx2,nyを示す信号を出力するようになつてい
る。しかして、第1、第2、第3のイメージセン
サ19,20,21の出力側は、例えばマイクロ
コンピユータなどの演算制御装置30に接続され
ている。そして、この演算制御装置30及び信号
処理回路27,28,29は、前記演算処理部7
を構成している。
つぎに、上記構成の倒れ測定装置の作動につい
て述べる。
まず、本実施例の倒れ測定装置の測定原理につ
いて説明する。もし、投光部4から投射されたレ
ーザ光31が、第4図に示すように被測定物2に
対して集光されたとすると、被測定物2の円周方
向の微小面ds1に着目した場合、第5図に示すよ
うに、この微小面ds1は凸面鏡として作用し、レ
ーザ光31は矢印P1′,P2′,P3′,P4′,P5′で示す
ように、凸面鏡の仮想焦点Pを中心として放射状
に拡散するように反射する。一方、被測定部2の
軸方向の微小面ds2に着目した場合、第6図に示
すように、この微小面ds1は平面鏡として作用し、
レーザ光31は、仮想焦点Pと左右対称関係位置
にある集光点P′に集光するように反射する。この
とき、被測定物2の軸線2aが測定基準線10に
対して角度θだけ傾斜していたとすれば、焦光点
P′も基準点に対して角度2θだけ変化する。したが
つて、焦光点P′の変位置から逆に倒れ角を算出す
ることが可能となる。すなわち、第7図に示すよ
うに、3次元座標空間x−y−zにおいて測定基
準線10がz軸上にあるとき、被測定物2の軸線
2aが倒れ角θだけ傾いていたとすると、このと
きのx−z空間における倒れ角はθx及びy−z空
間における倒れ角はθyとなる。しかして、上記倒
れ角θxは、第3図における受光位置22,23の
高さの差△hxにより求めることができる。すなわ
ち、第8図に示すように、第2、第3のイメージ
センサ20,21間の距離lxは一定であるので、
高さの差△hxがわかれば、倒れ角θxは、次式に
より求めることができる。
tan2θx=△hx/lx …… 同じく、上記倒れ角θyは、第3図における受光
位置22,23,26に基づいて求めることがで
きる。すなわち、中点25と受光位置26との距
離lyは一定であるので、線分24の中点25と受
光位置26との高さの差△hyがわかれば、倒れ角
θyは、次式により求めることができる。
tan2θy=△hy/ly…… ここで、中点25における高さは、受光位置2
2,23の高さの中間に位置しているので、高さ
の差△hyは、次式により求めることができる。
△hy=hy−△hx/2 …… したがつて、演算制御装置には、式,,
に相当する演算プログラムが格納されていて、倒
れ角θx,θyを自動的に算出するようになつてい
る。かくして、測定基準線10に対して倒れ角
θx,θyだけ傾斜している被測定物2に向けて、光
源1からレーザ光31を発振させると、このレー
ザ光31は、集光レンズ3により仮想焦点Pに収
束するように集光される。ついで、集光されたレ
ーザ光31は、被測定物2の外周面にて反射され
る。反射されたレーザ光は、半透鏡11及び第
1、第2の表面鏡12,13により上方に反射さ
れ、それぞれ第1、第2、第3のイメージセンサ
19,20,21により受光され、受光位置2
6,22,23に対応した電圧値の電気信号SA,
SB,SCに変換される。これらの電気信号SA,
SB,SCは、それぞれ信号処理回路27,28,
29に印加される。ところで、第10図は、電気
信号SA,SB,SCの波形の模式図であつて、受
光スポツト部分のみ電圧値が急増している。した
がつて、信号処理回路27,28,29にては、
この電圧急増部分を2値化処理により峻別すると
ともに、カウンタ機能によりこの電圧急増部分が
全ビツト数Nのうち最初から何ビツト目に相当す
るかを演算する。しかして、これら信号処理回路
27,28,29からは、受光位置26,22,
23のビツト位置ny,nx1,nx2を示す信号SD,
SE,SFが演算制御装置30に出力される。つい
で、この演算制御装置30にては、ビツト位置
ny,nx1,nx2に1ビツトのピツチ間隔eを乗ず
ることにより、高さhy,hx1,hx2を求める。つぎ
に、高さhx1,hx2より高さの差△hxを次式によ
り求める。
△hx=hx1−hx2 …… しかして、演算制御部30にては、あらかじめ
校正値△hx0,△hy0が格納されている。これら校
正値△hx0,△hy0は、まず、被測定物2と同一形
状の校正用円柱体を、測定基準線10に軸線を一
致させて配置し、このとき得られた信号SA,
SB,SCに基づいて、上述と同一のアルゴリズム
により得たものである。ついで、求められた高さ
の差△hx,△hy及び校正値△hx0,△hx0により、
次式を用いて校正された高さの差△hxn,△
hynを算出する。
△hxn=△hx−△hx0…… △hyn=△hy−△hy0…… この式,により求められた校正された高さ
の差△hxn,△hynをそれぞれ式,の△hx,△
hy部分に代入することにより、倒れ角θx,θyが算
出される。求められた倒れ角θx,θyは、表示部8
にて表示される。
このように、本実施例の倒れ測定装置は、被測
定物2に外力を付加することなく、非接触方式で
傷を付けることなく、倒れ角を測定することがで
きる。しかも、3次元的な倒れ角θx,θyを同時に
測定できる。さらに、測定が自動化されているの
で、測定時間が数秒以下と、極めて短くなり、測
定能率が飛躍的に向上する。
なお、上記実施例においては、被測定物として
円柱状のものを例示しているが、第11図に示す
ように、被測定物の一部のみが円柱状部分32で
ある物体33であつてもよい。さらに、光源とし
ては、レーザ光源に限ることなく、一般のタング
ステンランプ又はハロゲンランプをピンホールを
介することにより用いることもできる。さらに、
上記実施例において、倒れ角θx,θyを同時測定す
ることなく、いずれか一方のみを測定する構成と
してもよい。たとえば、倒れ角θxのみを測定する
場合は、表面鏡12,13位置に、イメージセン
サ20,21を配設してもよい。のみならず、倒
れ角θx,θy以外の倒れ角の測定も、イメージセン
サの配設位置を変更することにより可能である。
さらにイメージセンサとして、CCDに限ること
なく、ITV(工業用テレビジヨン)カメラ、ポジ
シヨンセンサ、MOS(Metal Oxide
Semiconductor)形のイメージセンサ等、いずれ
を用いてもよい。
〔発明の効果〕
本発明の倒れ測定装置は、非接触方式であるの
で、被測定物に外力を付加することなく、かつ表
面に傷を付けることなく倒れ角を測定することが
できる。また、倒れ角を、3次元的に、しかも自
動的に求めることができる。その結果、測定精度
及び測定能率が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の倒れ測定装置の全
体構成図、第2図は同じく電気回路図、第3図は
第1図におけるイメージセンサの配設関係の説明
図、第4図ないし第9図は本発明の倒れ角の測定
原理を説明するための図、第10図はイメージセ
ンサからの出力信号の波形を示す図、第11図は
被測定物の変形例を示す図、第12図は対象物体
の一例であるVTRデツキの外観を示す図である。 2:被測定物、4:投光部、6:位置検出部、
7:演算処理部、10:測定基準線、41:テー
プガイド、42:テープ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 少なくとも一部が円柱状に形成され且つ前記
    円柱状の外周面が平滑面となつている被測定物の
    基準方向からの倒れ角を測定する倒れ測定装置に
    おいて、前記外周面に対し一点に集束する光を投
    射する投光部と、前記投光部から投射された光が
    前記円柱状の外周面で反射し線状に結像して形成
    される集光部の複数点で反射光を受光する受光部
    と、各受光部の受光位置を電気信号に変換する位
    置検出部と、前記位置検出部から出力された前記
    電気信号に基づいて前記外周面における反射光の
    前記基準方向に直交する面に対する傾斜角を算出
    し算出した前記傾斜角に基づいて前記倒れ角を算
    出する演算処理部とを具備する倒れ測定装置。
JP6750984A 1984-04-06 1984-04-06 倒れ測定装置 Granted JPS60211302A (ja)

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NL8101669A (nl) * 1981-04-03 1982-11-01 Philips Nv Inrichting voor het detekteren van de stand van een voorwerp.

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