JPH09210638A - レーザ式外径測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型高速のレーザ式径測定器を実現させる。 【解決手段】 外径を測定するため、平行移動するレー
ザビームをビームスプリッタにより分割し一次元ＣＣＤ
アレーに入光させ、受光部でエッジ信号を検出したとき
短時間パルス状にレーザ光の出力を増加もしくは減少さ
せ、エッジの位置をＣＣＤ上に記録する。影の寸法を直
接ＣＣＤ素子から読み取ることによりレーザビームの平
行移動が等速でない小型高速の共振型走査器が使用可能
となり、レーザ式外径測定器の小型高速化を実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザを利用し（１）
レーザビームを平行移動し被測定物によって生ずる影の
時間を計測し、被測定物の寸法を計測する（２）レーザ
ビームを光学的手段によって帯状の平行光にし、受光部
に一次元ＣＣＤアレーを配置し被測定物による影をＣＣ
Ｄデータから読み取り寸法を計測する等の手段により非
接触で寸法を測定するレーザ式外径測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の測定器には図３に示すレ
ーザビームを等速で平行に走査し、影ができている時間
から被測定物の寸法を測定する走査型と、図４に示すレ
ーザビームを光学的に帯状の平行光に変換し、受光部に
配設されている一次元ＣＣＤアレー上に被測定物によっ
て生ずる影の光量変化から被測定物の寸法を測定する非
走査型の２種に大別できる。図３に示す走査型はモータ
によって駆動されるポリゴンミラー５によってレーザビ
ームを扇状に走査し、しかる後に投光レンズ１によって
平行走査に変換される。被測定物によって生じる影は、
受光レンズ２及び受光素子３によって検出され増幅され
た後、波形整形され明暗のエッジ信号として取り出され
る。影が生じている時間は、水晶発振器から出される計
数パルスをエッジ信号と論理積をとりパルスカウンタで
計数することにより測定される。このパルス数にレーザ
ビームの平行移動速度と計数パルスの周波数で決まる１
パルスあたりの長さを乗ずることにより被測定物の寸法
が算出できる。帯状レーザ光による方式は、受光部に一
次元ＣＣＤアレーの素子の寸法が７μｍ×７μｍと小型
のものを利用することにより解像度を上げる工夫がされ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した、従来のレー
ザ式外径測定器は走査型においては、長さを測定する手
段として被測定物により生ずる影の時間をクロックパル
スを計数することにより測定し、しかる後に長さに変換
する手段をとっている。従って高精度・高分解能で測定
しようとする場合、レーザビームの平行移動の等速性を
保持することと、単位長当たりのクロックパルス数を要
求される分解能に相当するだけとる必要がある。具体的
な例をあげると、１秒間に４００回測定可能なレーザ式
外径測定器の場合、レーザビームの平行移動速度は１０
０ｍ／秒程度が一般的である。いま、測定可能範囲を５
０ｍｍ、分解能を１μｍとすると、要求されるクロック
パルスの周波数は１００ＭＨｚとなる。また１秒あたり
の測定回数を４００回から１，０００回に上げようとす
ると、単純にクロック周波数を２．５倍の２５０ＭＨｚ
にするだけでなく、ポリゴンミラーの回転数も２．５倍
に上げる必要がある。６面のポリゴンミラーを使用ずる
と４００回の測定のためには４，０００ｒｐｍで回転す
れば良いが、１．０００回／秒で測定するためには１
０，０００ｒｐｍで回転させなければならないが、現状
では１０，０００ｒｐｍでポリゴンミラーを回転させ得
る小型・高精度・高信頼性のモータは入手不可能であ
る。また小型・高速走査器として共振型走査器がある
が、走査用ミラーの回転角速度は一定ではなく正弦波に
沿った動きのため、投光レンズによって平行移動させた
場合、レーザビームは等速で移動せず、影の時間をパル
スカウントで測定する方法では精度上問題があった。ま
た、図４の帯状レーザ光を利用する方法では、被測定物
のエッジでレーザ光の回折現象がおき、受光部のＣＣＤ
に生ずる影は鈍ったものとなり精度の良いエッジ検出は
不可能である。本発明は、上記事由に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは小型・高精度で且つ高速で
測定可能なレーザ式外径測定器を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、本発明のレーザ式外径測定器においては平行移
動するレーザビームの一部をビームスプリッタを用い
て、直接一次元ＣＣＤアレーに投光し、受光部が被測定
物のエッジを検出すると、短時間パルス状にレーザ光量
を増加もしくは減少させエッジの位置をＣＣＤに記録さ
せる。一次元ＣＣＤアレー上に記録されるエッジの位置
を示す光量変化は、回折などの影響を受けないためシャ
ープなものとなる。ＣＣＤに記録された光量データは一
走査毎に読み出され、エッジの位置すなわち被測定物の
寸法が測定される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基
づき図面を参照して説明する。図１は全体の構成を示す
ブロック図で、半導体レーザ及びコリメータレンズ８か
ら出たレーザビームは走査器５によって扇状に走査さ
れ、投光レンズ１によって平行移動を行なう。平行移動
するレーザビームは受光レンズによって集光され、フォ
トダイオード等の受光素子３によって電気信号に変換さ
れる。レーザビームが被測定物９に当たるときは受光量
が変化し、受光アンプで増幅された信号はエッジ検出回
路によりエッジ信号として取り出される。エッジ信号は
被測定物により遮光が開始され始めたとき、及び被測定
物を透過して再び入光が始まったときに光量の一定閾値
でつくり出される。このエッジ信号を受け取ると、レー
ザ制御回路は短時間パルス的にレーザ光の出力を増加さ
せ、一次元ＣＣＤアレー上にエッジ信号を記録させる。
ＣＣＤのデータは一走査毎に読み出され、マイクロプロ
セッサによりデータ処理され正確な位置信号、すなわち
被測定物の寸法を算出し表示する。図２はレーザビーム
の光路を示すもので、図１の光学系を側面から見たもの
である。投光レンズを透過したレーザビームは、ビーム
スプリッタ６によって、その一部が反射されミラー７を
介して一次元ＣＣＤアレー４に入射される。

【０００６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【０００７】レーザビームを平行移動させて物体の寸法
を測定するのにあたって、エッジ間の時間を測定して寸
法に換算する従来の方法と異なり、エッジ間の距離をＣ
ＣＤ素子間の距離で直接測定するため、レーザビームの
平行移動の等速性は、測定精度上重要ではない。従って
共振型走査器のような正弦波運動を行なう走査器も使用
可能になり、小型・高速なレーザ式外径測定器ができ
た。また、従来は投光レンズの特性として、レーザビー
ムの移動の等速性と平行性が要求されたため、複雑で高
価なものとなったが、本発明の方式では、レーザビーム
の移動の平行性だけが保たれればよく、簡単で安価なレ
ンズでも所定の性能を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明のレーザビームの光路を示す側面図で
ある。

【図３】 レーザビーム走査型の従来例を示すブロック
図である。

【図４】 帯状レーザビーム型の従来例を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１：投光レンズ ６：ビームスプリッタ ２：受光レンズ ７：ミラー ３：受光素子 ８：半導体レーザ及びコリ
メータレンズ ４：一次元ＣＣＤアレー ９：被測定物 ５：レーザ走査器 １０：ミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザビームを発生させるコリメータレンズを含むレー
   ザ光源と、レーザビームを扇状に走査する走査ミラー、
   走査されたビームを平行移動に変換する投光レンズとか
   ら構成される投光部と、受光レンズと光検出素子、増幅
   器、エッジ検出回路等から構成される受光部を対向させ
   たレーザ式外径測定器において、平行移動するレーザビ
   ームの一部をビームスプリッタにより一次元ＣＣＤアレ
   ー上に投光し、受光部で被測定物のエッジを検出したと
   きレーザの出力をパルス状に増加または減少させ、エッ
   ジ信号が重盤されたＣＣＤ素子の位置から被測定物の寸
   法を測定することを特徴とするレーザ式外径測定器。