JPS5830521B2 - 寸法測定器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光スポットの走査による線径測定において、
グラスファイバ等の光に対して透明な細い線状物の外径
の測定を可能にもした寸法測定器であり、特にその信号
処理回路に関するものである。

まず、従来からある線径測定装置を考察する。

これまでに細線の外径測定装置として、たとえば、第１
図に示す構成の装置が考察されている。

この装置の光学系は、光源１からのレーザビームを偏向
器２およびレンズ３を通して後、レンズ３の焦点面４、
すなわち、被測定線５が置かれた測定面上に、レーザス
ポット６をあて、被測定線に垂直に走査し、後方に置か
れたレンズ７および受光器８によって線径の情報を有す
る信号を得る方法を用いている。

偏光器として振動ミラーが用いられているため、光スポ
ットの走査は正弦的に行なわれている。

したがって、この装置では、線径に比例した電圧を得る
ための信号処理回路はやや複雑である。

第２図は、この装置の信号処理方法を示したものである
。

波形Ａ１は走査されている光スポットの位置を表わした
もので、不透明な被測定線が第１図のように置かれてい
るとき、受光器から得られる信号はＢ１のようになる。

信号Ｂ１はパルス発生回路１３によって２つのサンプリ
ング指令パルスＣ２Ｄに変換される。

被サンプリング信号は光スポットの走査に対応させた正
弦波で、参照信号Ｅ０として参照信号発生器１２で作ら
れる。

サンプリングホールド回路１４ではサンプリングパルス
Ｃによって、被測定線の外径を表わす一方の縁の位置に
対応する電圧ｖ０がホールドされ、また、他のサンプリ
ングホールド回路１５では他の縁の位置に対応する電圧
ｖ２がホールドされる。

したがって、差動増幅器１６によって線径に比例した電
圧Ｖ１−ｖ２を得ることができる。

しかし、ここで問題がある。被測定線が透明物質の場合
、走査スポットがその中央部を照射したとき透過光が生
じ、受光器からの出力信号は第２図ＦのようにノイズＮ
を含む。

このノイズの振幅およびパルス幅は、線径によって、ま
た材質の均一性によって異なり、さらに正弦的走査を行
なっているため走査領域に対する被測定線の位置によっ
ても異なる。

第１図を使って説明した前記のような信号処理では、一
般に、受光器からの信号Ｆ（第２図）はシュミットトリ
ガ回路等で波形整形される。

整形後の信号を第２図Ｇに示す。

ノイズＮは、そのレベルがトリガレベルに達する場合と
達しない場合とが生じ、波形整形後の信号Ｇにはノイズ
Ｎ′が現われる場合と現われない場合とが生ずる。

特に走行線の線径測定においてノイズＮのレベルがトリ
ガレベルに近いとき、微小な外径変動によってこのよう
な場合が頻発する。

また、走行線の振動によってノイズの出現時期およびパ
ルス幅の変動が生ずる。

このように出力信号はきわめて複雑なものであるから、
パルス発生回路では高度な論理技術を用いても、このノ
イズの影響を全く受けずにサンプリング指令パルスを発
生することは実際は困難であった。

本発明は、このノイズの有無に無関係に、すなわち線材
の透明、不透明にかかわらず、正確な信号処理のできる
回路を提供するものである。

第３図は、本発明の実施例で、第１図の従来の回路に比
べ、パルス発生回路を改良し、さらに、サンプリングホ
ールド回路を追加している。

この回路の動作原理を第４図の波形にしたがって説明す
る。

受光器から得られる信号を波形整形すると、前記ノイズ
Ｎ′を含む信号Ｇ２が得られる。

サンプリング指令パルスは、ノイズの有無にかかわらず
行きおよび帰り各々の走査において線径の情報を有する
最初の立下り時と最後の立上り時に発生すれば良い。

しかし、最初の立下り時は検出できても最後の立上り時
であることを誤りなく検出することは困難である。

本発明では、最初の立下り時は論理回路を用いて検出し
、最後の立上り時については、それを検出するかわりに
、走査の終了時にホールドされているサンプリングホー
ルド回路の出力が最後の立上り時の値であることを利用
している。

まず、参照信号発生回路１２で発生させた参照信号Ｅ２
を積分回路３１で位相を９０° シフトし、波形整形回
路３２によって、走査の方向を表わす方形波信号Ｈを作
る。

さらに、単安定マルチバイブレータ３４，３５によって
、方形波信号Ｈの立上りおよび立下り時に、走査の始点
および終点を表わすパルス■を発生させる。

次に、前記信号Ｇ２の最初の立下り時のみにパルスを発
生させるためにＲ−Ｓフリップフロップ３８のセット入
力に信号Ｇ２を加えリセット入力に信号Ｉを加える。

この出力信号で単安定マルチバイブレータ３９をトリガ
すると信号Ｇ２の立下り時に発するパルスＪを得ること
ができる。

また立上りでは、単安定マルチバイブレータ４０をトリ
ガしパルスＫを得る。

この２つのパルスＪ、には、論理積、和回路４１〜４６
において走査方向を表わす信号Ｈによって選別され、サ
ンプリング指令パルスＬ、Ｍに変換される。

２つのサンプリングホールド回路１７．１８はそれぞれ
サンプリングパルスＬ、Ｍによって制御され、ホールド
出力電圧はそれぞれＶ２１ 、Ｖ２２ののようになる。

出力電圧Ｖ２１ 、Ｖ２２には前記ノイズによる立上り
時にサンプリングされた誤まった電圧ｖＮが一時的に現
われる。

そこで、新たに２つのサンプリングホールド回路（第６
図中２０′。

２０“）を設け、走査の終了時にその時刻を示すパルス
列Ｉを用いて、サンプリングホールド回路１７．１８の
出力電圧Ｖ２１ 、Ｖ２２を、再びサンプリングホール
ドすると前記電圧ｖＮを除去できる。

（第６図）しかし、第６図では、さらに２つのサンプリ
ングホールド回路２０’、２０“を必要とするので、第
３図ではます差動増幅器１９で線径電圧としてＶ３ ＝
Ｖ２１ Ｖ２２を得てから、サンプリングホールド回
路２０を通して前記ノイズによる電圧ｖＮを除去してい
る。

要するに２つのサンプリングホールド回路１７，１８の
出力を差動増幅器と別のサンプリングホールド回路とで
処理すればよい。

以上の説明は透明な細い線を走査光スポットが通過する
際に生ずるノイズ状の信号波形を処理する方法を詳しく
述べたのであるが、その説明から容易に類推できるよう
に、細い線の場合に限定されず、線状物で走査光の一回
の走査にその両側の縁がさらされる程度の細さであれば
よく、したがって走査方向に走査光の走査幅以下の幅を
もつ物体の大きさく外径）の測定に利用できる。

この明細書の冒頭に述べた細い線状物の外径は、このよ
うな意味であり、以下このような物体を細い線状物等と
称する。

また、細い線状物等が透明である場合に透過光によるノ
イズ状の信号Ｎ（Ｎりを生ずるが、この発明の測定原理
はいわゆる普通のノイズが信号ＦまたはＧに含まれる場
合にも適用できるから、極めて安定な測定回路が実現さ
れる。

本発明は、以上説明したように、被測定線の中央部透過
光によるノイズの有無に無関係に線径に比例した電圧を
得ることができ、線材の透明不透明にかかわらず細線の
精密な測定ができる。

また、さらにこの方法は、第１図に示した従来の方法に
比較して高い精度を得ることが容易になる。

以下、第５図を用いてこの理由をさらに詳しく説明する
。

参照信号発生器から発生される正弦波信号の位相と光ス
ポットの走査位相とが完全に一致していないと測定誤差
を生ずる。

光スポットが波形Ａ２のように走査され、被測定線が図
に示したように置かれ出力信号Ｂ２が得られたとき、参
照信号Ｅ３との間に図に示したようにθの位相差がある
と、サンプリングホールドされた電圧はＶ４１に示した
ようにＶ４１’とＶ４□ との合成になる。

前記位相差θが比較的小さくて参照信号の正弦的変化が
直線的であると見なせる範囲内では検出真値Ｖ４０：
０．５ （Ｖ４１’＋Ｖ４１“）となる。

したがって、■４１′ とＶ４１” とのホールド時
間が等しければ、Ｖ４１の平均値は、真値Ｖ４０と等し
くなり誤差は生じない。

従来の方法では前記ホールド時間が異なるのでこの関係
は成立しない。

本発明では、走査の終了時に一定周期のパルスでさらに
サンプリングホールドするので前記ホールド時間が等し
い。

したがって、前記位相差が生じても測定精度を損うこと
はなく、また、参照信号発生回路を簡略化できる利点が
ある。

さらに、この方法は、２段のサンプリングホールド回路
を用い、１段目のサンプリングホールド回路１７．１８
で走査中に線径の情報をもつ電圧を検出し、２段目のサ
ンプリングホールドによって線径に比例した直流電圧を
得るもので、■段目のサンプリングホールド回路は、走
査中有効な電圧がホールドされるまでは異常な電圧を発
生してもかまわない。

したがって、前記説明した１段目のサンプリングホール
ド回路の制御は、被測定物の縁が検出されるまで前記参
照信号のサンプリング状態に保ち、検出された時ホール
ド状態に切換る方法に変更でき、サンプリングホールド
回路ニ要求される高速応答性が緩和される。

これまでの記述は細線径の測定に関するものであったが
、走査幅を広げることによりガラスパイプ、透明樹脂の
ようなものにも適用できる。

その場合においても透明体用の特別な信号処理は必要な
く、また、ごみや気泡などによるノイズが生ずる場合に
も誤差を生じない。

なお、本発明は光スポットの正弦的走査の場合にかぎる
ことはなく三角波的走査等にも応用できることは当然で
ある。

以上説明したように、本発明は細い線状物等の外径を、
光スポットの走査によって、測定する場合に生ずるノイ
ズ状の信号に妨害されることがないよう、確実に動作す
る信号処理回路を３つのサンプリングホールド回路を使
用して実現した。

この回路を利用すれば、細い線状物等が透明である場合
や、信号中にノイズが含まれる場合も、正しい外縁間の
寸法をあられす信号をとり出すことができるから、測定
器として実用上有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の外径測定装置の機能ブロック図、第２図
は第１図の装置の信号波形図、第３図は本発明の信号処
理回路のブロック図、第４図および第５図は本発明の特
徴の原理を示す信号波形図である。 第６図は本発明の一実施例のブロック図である。 図中、１〜８は検出部で、１は光源、２は偏向器、３，
７はレンズ、４は焦点面、５は被測定線、６は光スポッ
ト、８は受光器である。 また、１１は偏向器掃引駆動回路、１２は参照信号発生
器、１３はパルス発生器、１４ 、１５ 、１７，１８
゜２０．２０’、２０“はサンプリングホールド回路、
１６．１９は差動増幅器、３１は積分回路、３２は波形
整形回路、３３，３７はインバータ、３４゜３５．３９
．４０は単安定マルチバイブレータ、３６．４５，４６
はＯＲゲート回路、３８はＲＳフリップフロップ、４１
．４２，４３，４４はＡＮＤゲート回路であり、３１〜
４４でパルス発生器を構成している。 なお、９，１０．２１〜３０は欠番である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物体に光スポットを走査するための光走査器
   と； 該光スポットの走査により生ずる該物体の陰影パターン
   を電気信号に変換する受光器と；該光スポットの走査位
   相と対応した位相をもつ参照信号を発生する手段と； 該走査の始点および終点で第１．第２のパルスを発生す
   る手段と； 前記受光器の出力および該第１のパルスを受領し、該走
   査開始後、最初の前記陰影パターンの立下りで第３のパ
   ルスを発生する手段と： 該走査中、前記陰影パターンの立上りで順次第４のパル
   スを発生する手段と； 前記参照信号を該第３のパルスによってサンプルホール
   ドする第１のサンプリングホールド回路と； 前記参照信号を該第４のパルスによって順次サンプルホ
   ールドする第２のサンプリングホールド回路と； 該第２のパルスを受領したときに該第１．第２のサンプ
   リングホールド回路の出力信号の差を演算し、該被測定
   物体の寸法を測定する為の手段とを備えてなる寸法測定
   器。 ２ 光スポットを周期的に往復走査させる光走査器と； 該往復走査する該光スポットにより被測定物体の境界を
   照射して得られる光の陰影信号を受光する受光器８と； 前記光スポットの往復走査の位相と一致した参照信号を
   発生する参照信号発生回路１２と；往および復の走査終
   了時を示す第１のパルスを発生する回路手段と： 該受光器の出力および該第１のパルスを受領し、鉄柱お
   よび復走査の開始後初めての陰影パターンの立下りで第
   ２のパルスを発生する手段と：鉄柱および復走査中、前
   記陰影パターン立上りで順次第３のパルスを発生させる
   手段と；該第２のパルスを受領したときに前記参照信号
   を保持するとともに、該第３のパルスを受領したときに
   順次参照信号を保持するための２つのサンプリングホー
   ルド回路と： 該第１のパルスを受領したときに、前記２つのサンプリ
   ングホールド回路の出力信号の差を演算する手段とを備
   え、もって往および復いずれの走査においてもそれぞれ
   の走査に対応した被測定物の寸法測定値を得るようにし
   たことを特徴とする寸法測定器。