JPH07229718A - 光学式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平行走査光線の有効測定範囲を簡単な構成に
より任意の有効測定範囲に変更することができる光学式
測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 光源１から射出される光線２を、多面体回転
ミラー３の反射によって回転走査光線４に変換させ、コ
リメータレンズ５を介して平行走査光線６に変換させ
る。この平行走査光線６の有効測定範囲を入力部２０か
らの入力データの信号や基準信号ＢＡＳＥ等に同期さ
せ、これら信号に基づいて光線発振制御回路２６が光線
を射出または停止させる制御手段によって所望の有効測
定範囲を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源から射出される光
線を利用して被測定物の寸法や被測定物の数量を測定す
る光学式測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザー等の光源から射出される
光線を走査して被測定物の外形や幅等の寸法または被測
定物の数量を測定する光学式測定装置が知られる。図４
にこの種の代表的な光学式測定装置を示す。光学式測定
装置は、光線２を射出する光源１と、射出された光線２
を回転走査光線４に変換する多面体回転ミラー３と、回
転走査光線４を平行走査光線６に変換するコリメータレ
ンズ５と、被測定物３０を平行走査光線６内に位置させ
て明部または暗部の時間の長さを求めるための基準信号
を検知する同期用受光素子７とを有する。

【０００３】このような構成において、多面体回転ミラ
ー３およびコリメータレンズ５によって変換された平行
走査光線６の一定の有効利用範囲Ｄ内に被測定物３０を
位置させ、被測定物３０によって遮られた明部または暗
部の時間の長さを被測定物３０の後方に位置する不図示
の受光素子部により検知し、この信号に基づいて演算す
ることにより被測定物３０の寸法を測定する。または、
被測定物３０の数、例えばコネクタ等のピンの本数を数
えるため、コネクタを平行走査光線内に位置させ、これ
によって遮られた暗部および明部の数からピンの本数を
測定する。

【０００４】被測定物によって遮られた光量を検知する
受光部の別の例として、一直線上に並んだイメージセン
サを配置するイメージセンサ式の光学式測定装置が知ら
れる。この場合、被測定物に光源からの平行走査光線や
ハロゲンランプ等の光を照射し、明部と、被測定物によ
って遮られた暗部の光量の差を受光素子で受光して電気
信号に変換する。これによって生じる明部または暗部に
対応した電気信号により、被測定物の寸法やその数量を
求める。

【０００５】本出願人は、先の出願（平成６年２月１４
日付）において、簡単な光線であって実用的な光線走査
式寸法測定装置を提案した。この提案は、寸法測定に関
与しないレーザー光線の発振を停止させるこを特徴と
し、詳細には走査範囲および同期用受光素子部にレーザ
ー光線を射出させ、それ以外、即ち平行走査光線の変換
および同期用受光素子部への入射以外のレーザー光線の
射出を停止させる制御手段を有して被測定物の寸法を測
定する光線走査式寸法測定装置に関する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光線走査式
の場合、光学式測定装置の平行走査光線の有効測定範囲
は、コリメータレンズ５と多面体回転ミラー３の光学設
計により決定される。このようにして決定された有効測
定範囲はかなり広く、従って例えば、コンベア等の搬送
装置によってコネクタ等の被測定物を連続して移動さ
せ、コネクタ等のピン数やピッチ等を測定する場合、測
定時間の効率を向上させるため被測定物間の距離を極力
小さくする必要があるため、測定中に上記した広い有効
測定範囲内に次の被測定物が入ってしまい、双方の被測
定物とも測定され正確な測定ができないという不都合が
生じる。

【０００７】図５は、被測定物の一例として、突出して
いるピン４０と取り付け用ピン４１とを含むコネクタ等
を示すものであり、図で見て上方から有効測定範囲Ｄの
平行走査光線が走査されていることを示す。図に示すよ
うに変換された平行走査光線の有効測定範囲Ｄが広いた
め、測定したいピン４０の他に取り付け用ピン４１も含
めて測定してしまう。このような測定方法においても正
確に被測定物を測定することがでない。

【０００８】また、イメージセンサ式の場合、平行走査
光線の有効測定範囲は、光学的手段の性能または形状に
より固定的に設定され、通常は、光線走査式と同様に光
源とイメージセンサ素子の前面に設けたレンズの配置関
係等により固定されている。しかしながら、電気的にイ
メージセンサ素子の中の有効とする受光素子を選択する
ことにより、有効測定範囲を変更することができる。し
かしながら、受光素子に対して制御しているため、変更
された平行走査光線のどの位置が有効測定範囲であるの
か目視することができずに容易に確認することができな
い。即ち、被測定物を設定された有効測定範囲内に位置
させることが困難となってしまう。

【０００９】さらに、先の出願の光線走査式寸法測定装
置では、測定に関与しないレーザー光線を停止するとい
うことを提案したが、変換された平行走査光線の有効測
定範囲を変更することができず、測定範囲は限定されて
いる。

【００１０】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
ものであり、変換される平行走査光線を所望の有効測定
範囲に容易に変更することができ、その有効測定範囲を
容易に確認することのできる光学式測定装置を提供する
ことを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、光源から射出される光線を光走査装置に
よって一定の走査範囲の平行する平行走査光線に変換
し、前記平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を位
置させ、被測定物により平行走査光線が遮られる明部ま
たは暗部の時間の長さを受光装置により感知して、ある
いは前記明部または暗部の数を感知することにより被測
定物の寸法または数量を測定する光学式測定装置におい
て、前記光源から射出される光線を制御して前記平行走
査光線の有効測定範囲を任意の範囲に変更可能とする制
御手段を有することを特徴とする。また、前記平行走査
光線が可視光光線であり、前記有効測定範囲は予めメモ
リ内に記憶されたデータに基づき制御され、このデータ
を記憶するメモリが書換可能な不揮発性メモリであるこ
とを特徴とする。詳細には、前記制御手段が同期信号と
受光素子部からの受光信号と入力部からのデータに基づ
いて前記有効測定範囲を演算する中央処理装置と、この
演算されたデータに基づく設定値をカウントするプリセ
ットカウンタと、前記プリセットカウンタの出力に同期
して光源制御回路にデータを出力するフリップフロップ
とを有し、前記光源がレーザー光源よりなり、そのレー
ザー光線を回転走査光線に変換する多面体回転ミラー
と、前記回転走査光線を平行走査光線に変換するコリメ
ータレンズとを有することを特徴とする。

【００１２】

【作用】このような構成において、光源から射出される
可視光光線は、入力部の操作パネルに入力された所望の
有効測定範囲にするデータに基づいて制御される。この
制御された光線は、所定の回転速度で回転する多面体回
転ミラーに反射され、コリメータレンズにより所望の有
効測定範囲の平行走査光線になるような走査角度の回転
走査光線を最大有効測定範囲内で射出する。即ち所望す
る平行走査光線に変換される光線および同期用受光素子
への光線以外の回転走査光線の光線を停止させる。この
ような光線の制御により所望する任意の有効測定範囲を
変更して平行走査光線に変換して被測定物の寸法等を測
定する。

【００１３】

【実施例】以下本発明の好適な実施例を図１を参照して
説明する。尚、図において、同一の作用をなすものは同
一の符号により示される。本発明による光学式測定装置
は、図４とほぼ同様の投光装置２４を用いており、光学
式測定装置は、光走査装置２４と、受光装置２５と、光
線発振制御回路２６から構成される。光走査装置２４
は、光源制御回路９から出力される信号９ａに基づいて
光線２を射出する光源１と、モーター駆動回路８により
所定の回転速度で回転する多面体回転ミラー３と、同期
用受光素子７と、多面体回転ミラー３によって反射して
変換された回転走査光線４を平行走査光線６に変換する
コリメータレンズ５とから構成される。

【００１４】本発明による光学式測定装置の受光装置２
５は、平行走査光線６を集光するコリメータレンズ１０
と、コレーメータレンズ１０により集光された光線を光
の明暗に応じた受光信号２３に変換する受光回路１１と
から構成される。

【００１５】本発明による光学式測定装置の光線発振制
御回路２６は、投光装置２４の同期用受光素子７から得
られる基準信号ＢＡＳＥによりリセットされる測定カウ
ンタ１４と、基準クロック回路１７と、受光装置２５の
受光回路１１から送られる受光信号２３により測定カウ
ンタ１４の出力をラッチするラッチ回路１３と、ＲＯＭ
やＲＡＭ等の記憶回路を備えた記憶部１８と、各種キー
スイッチを有する操作パネルからなる入力部２０と、測
定値または設定値等を表示する表示部２１と、測定結果
を出力する出力部２２と、プリセットカウンタ１５と、
プリセットカウンタ１５の出力に同期して後述するＣＰ
Ｕ１６から送られるデータを光源制御回路９に出力する
フリップフロップ１２と、上記した受光信号２３や基準
信号ＢＡＳＥ等の各種信号を制御するＣＰＵ１６と、電
源投入時にリセット信号ＲＥＳＥＴを送るリセット回路
１９とから構成される。

【００１６】このような構成において光学式測定装置の
動作を説明すると、所望の有効測定範囲に設定するため
入力部２０に任意の設定値を入力してＣＰＵ１６に各種
信号を与える。光線発振制御回路２６から制御された制
御信号が光源制御回路９に送り込まれ、光源１を制御し
て光線２を射出する。光線２は、所定の回転速度で回転
する多面体回転ミラー３に反射して走査角θの回転走査
光線４および同期用信号として同期用受光素子７に射出
する回転操作光線４ａに変換される。回転走査光線４
は、コリメータレンズ５を通過して先に設定した有効測
定範囲の平行走査光線６に変換される。この平行走査光
線６内に被測定物３０を位置させ、被測定物３０によっ
て遮られた平行走査光線６を被測定物の後方に位置する
コリメータレンズ１０により集光させる。集光された光
線は、受光回路１１で被測定物によって遮られた明部ま
たは暗部の時間の長さを検知して受光信号２３を光線発
振光線発振制御回路２６に出力する。次いで受光信号２
３に同期して、ＣＰＵ１６が測定カウンタ１４からのデ
ータを読みとり、測定値を演算し、表示部２１および出
力部２２に測定結果を出力する。一方、同期用受光素子
７は、回転走査光線４ａからの信号を受光し、投光装置
２４と光線発振制御回路２６との同期をとるための基準
信号ＢＡＳＥをＣＰＵ１６に送っている。

【００１７】次に、投光装置２４から射出される平行走
査光線６による有効測定範囲を制御する光線発振制御回
路２６について詳述する。図３に示す走査時間ＴFS、即
ち図５で示すような平行走査光線６の最大有効測定範囲
であるコリメータレンズ５の幅に対して波線部の走査時
間ＴSSを制御する場合を例として説明する。

【００１８】図２に示すように、投光装置２４の光源制
御回路９は、ＨＩレベルの入力で光源１を点灯し、ＬＯ
Ｗレベルの入力で消灯するように設定されている。初期
状態においては、リセット回路１９からの信号ＲＥＳＥ
Ｔが、プリセットカウンタ１５、ＣＰＵ１６、フリップ
フロップ１２をリセットする。このリセット時にフリッ
プフロップ１２から出力される信号がＨＩレベルとな
り、光源１が点灯状態となる。次いで多面体回転ミラー
３の回転がモータ駆動回路８により安定した後に、ＣＰ
Ｕ１６が制御を開始する。

【００１９】あらかじめ、記憶部１８の書換可能なＲＯ
ＭにＴOFF1、ＴON1、ＴOFF2、ＴON2の時間データと、これ
ら時間データに応じたフリップフロップ１２の出力デー
タが設定され記憶されているものとする。最初に、プリ
セットカウンタ１５のデータ入力にＴOFF1データと、フ
リップフロップ１２のデータ入力にＴON1区間の出力デ
ータとをセットしておく。基準信号ＢＡＳＥに同期し
て、ＣＰＵ１６が、制御スタート信号ＳＴＡＲＴを出力
することにより、プリセットカウンタ１５に、ＴOFF1の
時間データが読み込まれるのとともに、カウント動作が
スタートする。

【００２０】次に、ＣＰＵ１６は、プリセットカウンタ
１５のデータ入力にＴON1の時間データをセットし、別
の信号処理を実行する。プリセットカウンタ１５が、カ
ウント終了すると、カウントアップ信号ＣUPが発生し、
この信号ＣUPにより先に設定したＴON1の時間データで
プリセットカウンタ１５がプリセットされ、フリップフ
ロップ１２がＴON1区間の出力データを出力すると共
に、ＣＰＵ１６に、カウント終了したことを知らせる。
知らせを受けたＣＰＵ１６は、他の信号処理を中断し、
ＴOFF2の時間データ、およびＴOFF2区間の出力データを
それぞれ先と同様にセットする。

【００２１】以下、同様にプリセットカウンタ１５がカ
ウント終了する毎にカウントアップ信号ＣUPが発生し、
前の区間で設定されたデータをプリセットカウンタ１５
にプリセットすると共に、フリップフロップ１２から出
力データを出力する。そして次の区間のデータを、ＣＰ
Ｕ１６がプリセットカウンタ１５およびフリップフロッ
プ１２のデータ入力にセットする動作が繰り返されるこ
とになり、あらかじめ設定されたデータに基づく有効測
定範囲に一致して光線が走査される。

【００２２】有効測定範囲の設定方法として図２および
図３を参照に説明する。最大有効測定範囲の走査時間Ｔ
FSおよび基準信号ＢＡＳＥから最大有効測定範囲時の測
定開始までの時間ＴOSは、投光装置２４の多面体回転ミ
ラー３の回転数および多面体回転ミラー３、コリメータ
レンズ５、同期用受光素子７等の位置関係により決定さ
れる。 基準信号ＢＡＳＥの周期ＴCYCは、多面体回転
ミラー３の回転数が一定となるようにモータ制御回路８
により制御される。このため時間データの総和ＴCYC
は、式（１）のように示される。 ＴCYC=（ＴOFF1+ＴON1+ＴOFF2）+ＴON2=一定 ……（１） 時間データのＴON2は、基準信号ＢＡＳＥを得るための
時間であり、この時間内に同期用受光素子７に信号を送
り込み、式（２）に示す範囲で一定時間とすることがで
きる。 （ＴCYC-ＴOS-ＴFS）＞ＴON2＞ＴBASE ……（２） 従って、（ＴOFF1+ＴON1+ＴOFF2）が一定となり、この
３点の時間の比を、変更する事により有効測定範囲が変
更されることになる。また、有効測定範囲設定値を変更
する場合、設定データの更新は、ＴOFF2の区間内で行う
ようにすれば、次の区間が一定時間ＴON2であるため、
再度基準信号ＢＡＳＥに対して同期スタートする必要は
ない。

【００２３】例えば、平行走査光線６の最大有効測定範
囲が０から１００ｍｍであり、制御範囲の始点を２０ｍ
ｍ、終点を８０ｍｍとして有効測定範囲を６０ｍｍにす
る場合、入力部２０の操作パネルに上記データを入力す
る。このデータの信号を受けたＣＰＵ１６は、あらかじ
め記憶部１８の書換可能なＲＯＭにＴOSとＴFSを記憶さ
せておくことにより、ＴOFF1、ＴON1、ＴOFF2の時間を
換算することができる。

【００２４】図６に有効測定範囲の別の設定方法を示す
ように、所望の有効測定範囲にするため平行走査光線を
遮光板４３、４４により遮る。この遮られてできた有効
測定範囲に対応する受光回路１１からの受光信号２３を
ＣＰＵ１６に設定させるように入力部２０により指示さ
せる。この指示によってＣＰＵ１６は、ＴSET1およびＴ
SET2を測定し、ＴOFF1、ＴON2、ＴOFF2を計算する。い
わゆる、テーチングによっても設定することも可能であ
る。

【００２５】さらに有効測定範囲の別の設定方法とし
て、Ａ／Ｄ変換器と、有効測定範囲の始点および終点を
設定するための可変抵抗器を光線発振制御回路２６の入
力部２０等に付加する。可変抵抗器の抵抗値は、Ａ／Ｄ
変換器を通してＣＰＵ１６で読みとられる。この抵抗値
に比例して、有効測定範囲の始点または終点の設定値を
独立して設定することが可能となる。尚、可変抵抗器の
替わりに入力部２０のキースイッチを用い、キー入力さ
れている時間に比例して、有効測定範囲を設定すること
も可能である。

【００２６】平行走査光線の有効測定範囲を制御するた
めのデータを記憶するメモリについて、換算された設定
値は、記憶部１８の書換可能なＲＯＭに記憶され、電源
を切っても再設定しなくても良い。設定値等の書き換え
るデータの記憶には、バッテリーバックアップされたＲ
ＡＭ等、電源を切ってもデータを保持できるメモリであ
れば良い。また、制御データのセットを、ＣＰＵ１６を
介して実行しているが、ＤＡＭ転送を使用し、ＣＰＵ１
６を介さずに実行しても良い。

【００２７】尚、本発明の光学式測定装置は、多面体回
転ミラー３を用いた場合を実施例として例示したが、こ
れに限定されるものでなく、回転平面鏡を用いた場合、
または、平行走査光線ではなく回転走査光線を被測定物
に照射し測定する場合においても適用される。

【００２８】図１の実施例において、受光装置２５およ
び投光装置２４の使用形態として、被測定物３０によっ
て遮られた平行走査光線６の暗部および明部を受光して
被測定物３０を測定する透過型の光学式測定装置を説明
したが、被測定物３０によって反射された平行走査光線
６を受光して被測定物を測定する反射型であっても良
い。

【００２９】本発明に使用される光源１から射出される
光線２は、可視光領域のレーザー光線が好適に使用さ
れ、例えば、半導体レーザー等が挙げられる。また、Ｌ
ＥＤ光源等を使用することも可能であり、更に可視光領
域以外の光線を適用することもできる。その他、本発明
は上記し、かつ、図面に示す実施例に限定されるもので
はなく要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施する
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、平行走査光線の有効測定範囲
を所望の有効測定範囲に任意に設定できるため、被測定
物の形状や被測定物の周囲の物体の影響を受けずに被測
定物を測定することが可能である。即ち設定された有効
測定範囲に応じて、走査される光線の範囲が決定される
為に、被測定物以外を測定してしまうことがなく、被測
定物を正確に測定することができる。また、有効測定範
囲が可視光光線により形成されるため目視により容易に
測定範囲を確認することができる。

【００３１】常に同期用受光素子７により射出する光線
２と多面体回転ミラー３との同期を制御しているために
平行走査光線の有効測定範囲を装置本体の電源を切らな
いで変更することができる。

【００３２】設定された有効測定範囲の制御データは、
書換可能な不揮発性メモリに記憶されるため有効測定範
囲を何度でも設定変更できる。このため電源を切っても
そのデータが失われる事はなく、電源投入毎に再設定し
なくても良い。

【００３３】従来の光学式測定装置の光源が連続動作で
あったのに比べ、平行走査光線を任意の有効測定範囲に
変更させる制御によって光源が消灯されるため、光源お
よび装置内部の発熱が抑えられる。このため光源１の寿
命劣化の進行を抑えることができ、装置の小型化が可能
となる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による光学式測定装置の実施例を示す
ブロック図。

【図２】 図１で示されるブロック図を説明する波形
図。

【図３】 図１で示されるブロック図を説明する波形
図。

【図４】 従来の光学式測定装置における光線走査式投
光装置を示すブロック図。

【図５】 被測定物の具体例を示す図。

【図６】 測定範囲の設定入力方法の一例を示す図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 光線 ３ 多面体回転ミラー ４ 回転走査光線 ５ コリメータレンズ ６ 平行走査光線 ７ 同期用受光素子 ８ モータ駆動回路 ９ 光源制御回路 １０ コリメータレンズ １１ 受光回路 １２ フリップフロップ １３ ラッチ回路 １４ 測定カウンタ １５ プリセットカウンタ １６ ＣＰＵ １７ 基準クロック回路 １８ 記憶部 １９ リセット回路 ２０ 入力部 ２１ 表示部 ２２ 出力部 ２３ 受光信号 ２４ 投光装置 ２５ 受光装置 ２６ 光線発振制御回路 ３０ 被測定物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から射出される光線を光走査装置に
   よって一定の走査範囲の平行する平行走査光線に変換
   し、前記平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を位
   置させ、被測定物により平行走査光線が遮られる明部ま
   たは暗部の時間の長さを受光装置により感知して、ある
   いは前記明部または暗部の数を感知することにより被測
   定物の寸法または数量を測定する光学式測定装置におい
   て、前記光源から射出される光線を制御して前記平行走
   査光線の有効測定範囲を任意の範囲に変更可能とする制
   御手段を有することを特徴とする光学式測定装置。
2. 【請求項２】 前記平行走査光線が可視光光線であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光学式測定装置。
3. 【請求項３】 前記有効測定範囲は予めメモリ内に記憶
   されたデータに基づき制御され、このデータを記憶する
   メモリが書換可能な不揮発性メモリであることを特徴と
   する請求項１または２記載の光学式測定装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段が同期信号と受光素子部か
   らの受光信号と入力部からのデータに基づいて前記有効
   測定範囲を演算する中央処理装置と、この演算されたデ
   ータに基づく設定値をカウントするプリセットカウンタ
   と、前記プリセットカウンタの出力に同期して光源制御
   回路にデータを出力するフリップフロップとを有するこ
   とを特徴とする請求項１乃至３記載の光学式測定装置。
5. 【請求項５】 前記光源がレーザー光源よりなり、その
   レーザー光線を回転走査光線に変換する多面体回転ミラ
   ーと、前記回転走査光線を平行走査光線に変換するコリ
   メータレンズとを有することを特徴とする請求項１内至
   ４記載の光学式測定装置。