JPS5952704A - 光学的検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発　　明　　の　　分　　野 本発明は、空間内に境界点を設定して対象物（、二よる
それの横断を光学的に検出し、かつまた横断時には対象
物上に位置づる１点と境界点との距離を測定する技術に
関するものである。

発　　明　　の　　背　　景 自動化されたフライス削りや切ｔｉ１１作業を１１う上
場にＪ３いては、偶然に間違った」法の刃物やビットが
使用されたために時間、労力ｄ３　Ｊ：び月利の無駄を
生じることがある。通例、かかる刃物ヤ〕ビ・ソｉ〜は
作業員によって保管用マガジンの区画室内に装置！ｙ！
されるが、各々の区画室は指定寸法の工具を収容するよ
うに意図されている。ところが、作業員の過誤により、
間違った寸法の工具が区画室内に挿入されることがある
。そして、ロボット機構によりマガジンから工具を取出
してフライス盤のチャックに取付ける場合、工具寸法の
間違いが検出されない可能性がある。更にまた、工具の
寸法に間違いは無かったとしても、取出し後に起こる現
象のために工具寸法の変化が生じることがある。

そのような現象としては、自然の摩耗や裂断および偶発
的なデツピングや破断が挙げられる。このようにしで生
じた変化が検出されなければ、自動工作機械は工作物を
間違った寸法に切削し、従って得れた製品は使用不可能
となる。

かかる工具寸法の変化を検出するために数多くの方法が
試みられている。１つの方法は機械指を使用覆るもので
、それが測定Ｊべき工具をはさむことによってノギスの
様な測定動作を行うのである。しかるに機械指は、それ
自体が摩耗や裂断を受り易く、従ってそれ自体の寸法変
化の問題を起こし易いという欠点を有する。その上、（
幾械指が正しく動作するためには測定り°べき工具に接
触することが必要であるが、それによって加えられた力
が工具を不都合な位１召に移動させ−Ｃしまうこともあ
る。更にまた、機械的隙間ゲージは繊細かつ精密な機構
を含むこともあるが、かかる）幾構にＪ３いては全ての
機械装置に共通づる誤動差が避けられない。

別の方法としては、光源を用いて目的の工具を照明し、
それの影を感光素子上に投射して影の寸法を測定し、そ
れによって工具のＮ法の示度を１ｑるというものが挙げ
られる。このような方法にｄ５いて起こり得る問題の１
つは、工具の縁端に、ｌ１３いて屈折が起こるため、そ
れらの区域からの光線は発散覆る傾向を示し、従って影
の周縁がはけてしまうことである。影と工具との距離が
大きくなるほど、このような効果も顕著となる。−′１
離を小さくすることによって上記の効果を低減させよう
とすれば、感光素子を工具の切削区域の近くに配Ｆ１す
ることが必要となるが、そうすると撮動、雑音および飛
散覆る切り屑の影響を受は易くなる。

発　　明　　の　　目　　的 本発明の目的の１つは、新規で改良された光学的測定装
置および方法を提供することである。

また、空間内に設定された境界点を対象物が横断づる場
合、境界点から対象物上に位置する１点までの距離を測
定づ−るような新規で改良された光学的測定装置を提供
することも本発明の目的の１つである。

更にまた、光線ビームに二重に暴露覆ることによって照
明された検査域を生み出すような新規で改良された光学
的測定装置を提供することも本発明の目的の１つである
。

更にまた、空間内に境界点を設定すると同時に、その境
界点を対象物が横断していることを表わしかつ対象物の
位置の変化率よりも大きい変化率を右づる信号を発生ず
るような新規で改良された光学的測定装置を提供するこ
とも本発明の目的の１つである。

更にまた、環境の有害な作用（たとえば撮動や切り屑）
に良く耐えかつ部品の位置狂いをＹｆ容りるような新規
で改良された光学的測定装置を提供することも本発明の
目的の１つである。

発　　明　　の　　概　　要 本発明に従えば、電磁線のビームが投射され、そして検
出器に入射する電磁線の量が限界値以下に低下した場合
に対象物がビーム内の第１の点を横断したものと見なさ
れる。このような横断時において、第１の点から対象物
」ニの所定点までの距離が測定される。

先ず第１図を見ると、チＶツクまたはホルダ１３によっ
て保持された長さ１０Ａの切削工具１０が略示されてい
る。それの切削作用は、たとえば矢印１６によって示さ
れる方向にヂ〜？ツク１３が回転することによって達成
される。切削作用は回転以外の方法によって達成するこ
とも可能Ｃ゛あって、たとえば振動も有用である。テー
ブル２２によって支持された工作物１９は、それに一定
のパターン（たとえば溝２５）を切込むため、切削工具
１０に対して移動させることができる。テーブル２２は
レール２８および３１のごとき搬送手段によって支持さ
れている結果、テーブル２２は矢ＥＩＪ３４および３６
によって示される方向に滑動させることができる。他方
、レール２８および３１はレール３８および４０のごと
き搬送手段によって支持されている結果、テーブル２２
並びにレール２８および３１は矢印４３　（＋５よび４
５によって示される方向に滑動させることができる。な
お、レールに関する記述は全く例示的なものに過ぎない
のであって、切削工具１０に対して工作物１９を移動さ
せ得るものであれば任意の手段が使用できることに留意
すべきである。

次に、第１図に示された本発明の詳細な説明しよう。外
被４８および５１はテーブル２２に固定されており、ま
た外被５４は外部の支持体（図示せず）に固定されてい
る。これらの外被は本発明に係わる光学的設備を収容し
ている。外被５４内には、外被５１に光線ビーム５７を
投射する投光器が収容されている。矢印４３および４５
によつＣ示される方向に沿ってテーブル２２を移動させ
ることにより、光線ビーム５７が間口６０に入射するよ
うに外被５１を正しく配置した場合、外被５１内の光学
系は大剣した光線ビーム５７を光線ビーム６３によつＣ
示される方向に投射りる。このような光線ビーム６３は
６５としＣ示される検査域を横断した後、外被４８に入
射づるが、外被４８内に収容された光学系は光線ビーム
６３を反転しかつ反射することによって光線ビーム６８
を投射する。かかる光線ビーム６８は１１１び検査域６
５を横断した後、外被５１内の光学系に入射し、それか
ら光線ビーム７１として外被５４に戻される。外被５４
内に収容された検出器は戻って来た光線ビーム７１を受
光し、そしてそれの強度を表わす信号を発生する。各種
の光学部品の動作を以下に一層詳しく説明しよう。

第２図に関連して述べれば、実質的に非発敗性の光８！
（たとえばレーザ７４）からの光線ビーム７６がビーム
スプリッタ７９に投射される。ビームスプリッタ７９は
光線ビーム７６の一部を光線ビーム８１としＣ示される
ごとくに反射する一方、他の一部を光線ビーム５７とし
て透過づる。光線ビーム５７は第１の軸線８４に沿って
進行して（一般に方角プリズム反側器と呼ばれる）誤差
補償用の９０度反剣手段８７にへ銅づる。第３図に略示
されるごとく、方角プリズム８７は入射光線を垂直方向
に反射するのであって、換言り−れば入Ｑ４光線を９０
度だ（）曲げるわ１ノである。詳しく述べれば、第２図
におい−Ｃビームスプリッタ７９から大剣した光線ビー
ム５７は方角プリズム８７を通過した後、光線ビーム６
３となって入射方向に対し−Ｃ垂直な方向に進行Ｊる。

づなわち、角９１は９０度である。かかる方角プリズム
８７の回転位置が規定の範囲内にありさえ４−れば、出
射光線ビーム６３は入射光線ビーム５７に対して常に垂
直となるから、方角プリズム８７は誤差補償用として役
立つのである。たとえば、点線の輪郭９３および９６が
規定範囲内の回転位置を表わすものとした場合、方角プ
リズム８７は点線の輪郭９３および９６によつ−（示さ
れる回転位置の間で回転させることがＣきるのである。

、実例を挙げれば、実用的な回転範囲としては通例±２
０痕が使用されるが、理論的には±４５麿の回転範囲が
使用できる。

第２図に示される通り、方角プリズム８７から出射した
光線ビーム６３は（第１の軸線８４に対して垂直な）第
２の軸線９９に沿って進行して第１のレンズ手段１０１
に到達づる。第２の軸線９９と平行に進行して第１のレ
ンズ手段１０１に入射した光線ビーム６３は第１のレン
ズ手段１０１によって曲げられ、そして検査域６５に集
中りる。

検査域６５を通過した光線ビーム６３は第２のレンズ手
段１０５に入射し、それによつ−Ｃ再び平行化される。

すなわち、第２のレンズ手段１０５から出射した区域１
０７内の光線ビーム１１７はｉＱび第２の軸線９９と平
行に進行するのＣある。これに関連して言えば、２つの
要求条件が満たされることが好ましい。１番目は、第１
のレンズ手段１０１および第２のレンズ手段１０５が検
査域６５内に含まれる焦点（第７図中の１０７Ａ）から
等距離にあることが好ましい。すなわち、第２図中に１
０９３３よび１１１として示される距離が相等しいこと
が好ましいのである。２番目は、第１のレンズ手段１０
１おＪ：び第２のレンズ手段１０５が同じ焦点距離を有
し、そしにの焦点距離が距Ｉ１１［１０９ｄ３よひ１１
１に等しいことが好ましい。

これらの要求条件の目的の１つは、第１のレンズ手段１
０１および第２のレンズ手段１０５の位置決定時の誤差
が許容されるようにすることにある。

第２のレンズ手段１０５から出射した光線じ−ム１１７
は、コーナーＦ　ニー　７　（Ｃｏｒｎｅｒ　ｃｕｂｅ
　）　トも呼ばれる誤差補償用の１８０度反剣手段１１
５に入射する。１８０度反射手段１１５の機能は第４図
を参照することによっ−Ｃ理解できる。コーナキューブ
１１５に入射した光線ビーム１１７はコーナキューブ１
１５により反射されＣ出射光線ビーム１１９となり、そ
して入射方向と平行かつ反対の方向に進行する。すなわ
ち、光線ビーム１１７の方向が１８０度だけ転回される
のである。更１１５によって伝搬方向くまたは軸線）の
回りに１８０度だけ回転させられる。ずなわら、第５図
に示されるごとく、第２図の光線ビーム１１７の横断面
１＃１１７Ａがコーナキューブ１１ε５への入射時にお
いで２木の矢印１２１　Ｊ３よぴ１２４を含んでいると
すれば、コーナキューブ１１５がらの入射時に８３ける
横断面像は反転されている、つまり１８０度だけ回転し
ているのである。更に詳しく述べれは、第６図に示され
るごとく、反射後の光線ビーム１１９の横断面像１１９
Δは回転した矢印１２１　ａ３よび１２４を含むことに
なる。

再び第２図に関連して述べれば、区域１０７内にＪＨノ
る反射および反転後の光線ビーム１１９は最初の入射時
とは反対の側から第２のレンズ手段１０５に入射する。

第２のレンズ手段１０′６が光線ビーム１１９を曲げて
検査域６５に集中さゼる結果、第２のく反転された）光
線ビーム６８は検査域６５を通過する検査域６５を通過
した後、光線ビーム６８は最初の入射時とは反対の側が
ら第１のレンズ手段１０１に入射し、そして第１のレン
ズ手段１０１によって再び平行化される。その結果、第
１のレンズ手段１０１から出射した光線ビーム１２７は
第２の軸線９９と平行に進行し、従って第１のレンズ手
段１０１に入射した光線ビーム６３の方向と平行な方向
に進行することになる。

第１のレンズ手段１０１から出射した後、光線ビーム１
２７は方角プリズム８７に入射し、そしＣそれによって
反則される。その結果、光線ビーム１２７は入射時の方
向に対して垂直な方向に沿って方角プリズム８７から出
射することになる。

すなわち、反射後の光線ビーム１２７は第１の軸線８４
と平行に進行りるのである。ビームスプリッタ７９に到
達すると、光線ビーム１２７の一部は光線ビーム１３０
として反射される一方、他の一部は光線ビーム１３３と
して透過されて失われる。光線ビーム１３０はレンズ１
３９により曲げられて焦点区域１３６に集中する。光線
ビーム１３０はかかる焦点区域を通過してからレンズ１
４１に入射するが、このレンズ１４１は光学系の口径を
光検出器１４７の口径に整合さけるためにレンズ１３９
よりも小さい焦点距離をイ’４し’ｌいる。

レンズ１４１から出射し／Ｃ光線じ−ム１３０は、第３
の軸線１４４と平行に進行した光検出器１４７に到達す
る。勿論、光検出器１４７とレンズ１３９および１４１
をビームスプリッタ７９の側に配置し、そしＣ光線ビー
ム１３３を受光するようにしてもよい。光検出器１／Ｉ
７は感光素子を含ｌυでいて、受光された光線ビーム１
３０の強度を表わす信号を発生する。

ここで２つの事を特記しておく必要がある。第一に、光
線ビーム５７は４つの光学部品（すなわも方角プリズム
８７、第１のレンズ手段１０１、第２のレンズ手段１０
５および＝１−ナキニ１−）１１５）から成る受光手段
に入用し、次いで光線ビーム１２７としＣその受光手段
から出剣覆る。受光手段に対する入射光線ビーム５７お
よび山川光線ビーム１２７は、上記の８１明によれば同
じ経路をたどっているわけではない。しかし実際には、
受光手段を椙成する４つの光学部品の相対位置を適当に
調整することにより、入射光線ビーム５７ｄ５よび出射
光線ビーム１２７が同じ経路をたどるように覆ることが
好ましい。づなわち、大剣光線ビーム５７がちょうど第
１の軸線８４上を進行し、五角プリズム８７によって反
射されてちょうど第２の軸線９つ上を進行し、ぞして］
−ナキコーブ１１５ににり方向が逆転された後にらよう
と第２の軸線９９ｄ５よび第１の軸線８４上を戻るよう
に覆ることが好ましいのである。このような状態を理想
状態と呼ぶが、実際には、４つの光学部品のム１〜整に
よってできるだ（）理想に近づ（Ｊるようにりればよい
。

第二に、前述の通り、五角プリズム８７およびコーナキ
ューブ１１５はそれらの回転位置に誤差があっても入射
方向に対してそれぞれ９０度および１８０度の角を成す
方向に光線を反射づ−る。ずなわら、これらの光学部品
は第３および４図中に点線の輪郭で示された位置を占め
てもよく、それでも正しく機能を果り−のである。更に
また、第１のレンズ手段１０１および第２のレンズ手段
１０５は相等しい焦点距離を有づるから、これらも第２
図中に点線の輪郭１４９および１５１て示された位置を
それぞれ占めることがて゛きるのて゛ある。

このように回転位置の狂いが許容されることは、本発明
の装置が暴露される環境（たとえば第１図　　−に示さ
れた環境）を考慮づれは重要Ｃ゛ある。

このような環境においては、方角ブリスム８７ｄ３よひ
第１のレンズ手段１０１を外被５）１内に収容（る一方
、第２のレンズ手段１０５ｃ１５よひコーナキューブ１
１５を外被４８内に収容りることか好ましい。また、ビ
ームスプリッタ７９、レンズ１３９および１４１並びに
光検出器１４７は外被５４内に収容づることが好ましい
。このような環境におい°Ｃは、外被４８および５１は
撮動の影響を受ける不安定状態にあるから、内部の光学
部品は第２．３ａ３よび４図中に点線の輪郭ひ示された
ような狂った位置に回転覆る傾向がある。その上、据付
時の誤差によっても同様な位置狂いが生じることがある
。更にまた、温度の変化によって生じた１法の変化が同
様な位置狂いをもたらす、こともある。更にまた、レー
ザビームに固有の不安定性のため、第２図において光線
ビーム５７が左右に変位することもある。これらの事実
を考慮すれば、上記のごとき光学部品の配置はそれらの
位置が狂った場合でも光線ビーム６３および６８の交点
の位置を精密に制御するのに役立つことがわかろう。

検査１８１６５は第７図に拡大して示されている。

第７図にＪ３いＣは、第２図中の光線ビーム６３ｄ５よ
び６８の一部がそれぞれ６３Ａ、６３Ｂ、６８Ａおよび
６８Ｂと名付けられている。矢印１２１Ａおよび１２４
Ａはビーム部分６３Ａおよび６３Ｂが反転前の状態にあ
ることを表わすのに対し、矢印１２１Ｂおよび１２４Ｂ
はビーム部分６８Ａおよび６８Ｂが反転後の状態にある
ことを表わしている。ずなわら、ビーム部分６８Ａおよ
び６８Ｂは（第７図には示されていない）コーナキュー
ブ１１５によって反転されたものである。

（第１図中の工具１０に相当する）対象物１６５が下方
に移動して検査域６５内に入ると、光線ビーム６３およ
び６８は部分的に遮断される。

（説明を簡単にするため、第１図中の工具１０が左方へ
移動するのと異なり、第７図中の対象物１６５は下方へ
移動するように示されＣいる。）第７図に示される通り
、部位１６Ｂにａ３い−（部分的遮断が起こる結果、ビ
ーム部分６３Ｂの領域１７１には光が伝達されなくなる
。（第７図には示されていない）コーナキューブによつ
−Ｃ反転されｌこ後、第２図中の光線ビーム６８は第７
図ではビーム部分６８Ａとして検査域６５に戻って来る
が、やはり領域１７１には光が伝達されない。ところが
、部位１７５において再び部分的遮断が起こる結果、領
域１７２にも光が伝達されなくなる。このようにして、
ビーム部分６８１３は上部ｄ３よぴ下部に２つの遮断領
域〈づなわち領域１７２および１７１）を有することに
なる。その上、理想状態において見られるごとくに光線
ビーム６３および６８が合致している場合には、２つの
領域１７１および１７２の遮断の総合作用により、？２
４域１７１のみの遮断に比べて２倍の光量がＭＩＪｒＩ
されることになる。このようにして、非遮断領域１７７
の光強度が対象物１６５の位置に対して示す感度は向上
するわけぐある。更にまた、領域１７７の光強度が減少
りる速度は対象物自体が検査域内に移動づる速度よりも
大きいのである。

第７図に示された光線ビーム６３および６８は、上記の
理想状態を成すように配置されてはいない。

もし理想状態を成１ように配置されたならば、両者は第
７図に示されるような著しく誇張された角度１８１で交
差するのではなく、逼かに小さい角度で交差することに
なる。？１′なわち、両者ははとｌυど同軸的となり、
従って第７図中で側方から見た場合に両者は２つの光線
ビーム６３および６８から成るほとんど単一の光性を成
ずことになる。

可の結果、対象物１６５のただ１つの点がかかる光性に
接触した場合でも、２つの部位１６８Ｊ５よび１７５に
おける遮断と同等の遮断が起こる。寸なわら、理想状態
においては、光性の表面のただ１つの部位が遮断された
だけでも遮断領域１７１Ｊ３Ｊ：び１７２と同様な２つ
の遮断領域が同時に生７５は実効的に空間内で合致する
ことになる。

以上、精密に位置決定された検査域に非光散性の光線ビ
ームを投則し、かつ一部の光学部品に位置狂いがあって
も検査域の位置の精度を維持し１ｑるような光学部品の
配置が記載された。光線ビームが理想状態に近い状態で
検査域６ｂを横断しＣいるかどうかを判定づるには、先
１゛光線ヒーム６３および６８を検査域６５に投置りる
。次いで、検査域６５（こ煙を吹き込み、そして煙によ
って見えるようになった光線ビーム６３ｄ３よび６８が
合致しているかどうかを視覚的に点検づれはよい。

あるいはまた、光線ビーム５７を左右に変位さμ、そし
て戻って来る光線ビーム１２７の強度が最大になっｌ〔
時、理想状態が達成されたと見なりことができる。−例
に関して述べれば、直径３２ミルのレーザビーム７６は
実効直径１０〜１Ｂミルの検査域６５を生み出した。〈
レンズ千ＦＵ　１０１および１０５の集束機能がビー１
＼の直径を縮小さけるのに役立つわけである。） 次に検査域６５内の境界点の利用によって対象物の長さ
を測定する方法を説明しよう。この説明に続いて境界点
の設定方法が説明される。先ず、工具１０と同等な既知
長さ１０Ａの基準工具が第１図中のヂレック１３に装着
される。次いひ、検査域６５に対してチャック１３を移
動さ−けることににす、工具１０が検査域６５内に突入
し、そして所定の光量が遮断されるようにする。かがる
所定の光量が境界を設定りるのに役立つ。すなわら、第
７図中の非遮断領域１７７内に存在する光Ｍが部位１６
８および１７５の大きさを規定するのである。勿論、境
界点く一次元的な概念）は′ａ断される面積く二次元的
な概念）に依存するわ【ブである。ここで特記づ”べき
ことは、工具の形状が遮断領域の形状に影響を及ばずこ
とがある点である。

それ故、ある形状の工具を用いて境界点を設定した後、
それを異なる形状の工具の測定に適用した場合にはｆＷ
＋差が導入されることもあり得る。数値制御ＩＩ装首（
図示ゼザ）のごとき位置測定装置により、ヂ１７ツク１
３に対する工作物支持用のテーブル２２の正確な位置が
記録される。なａ３、工具１０はチャック１３に対して
固定された位置を占め、かつ王者（テーブル２２、基準
］工具１０Ｊ３よびチャック１３）の寸法はいずれも既
知であるから、境界点はテーブル２２に対しＣ固定され
ＩＣ位首を占めることになる。それ故、境界点から基準
工具１０またはチャック１３上の特定の点までの距因１
は数値制御装置中の記録から詰りづることができる。同
様にして、チャック１３３の同し固定位防に試験工具が
装着され、そして境界点に達づるまＣ移動さ°せられる
。再び、境界点から試験工員またはチャック１３上の特
定の点までの距離を数値制御装置中の記録からｉｔ算し
、そしてこのｊ′［！＃ｔを基準工具１０の場合に求め
られＩＣ距離と比較り−れば、試験工具の長さを求める
ことができる。

境界点を設定するための回路は上記の通り（ある。第８
図中の導線２５１は第２図中の検出器１４７の出力端子
に接続されている。導線２５１はまた、抵抗器２５６を
介して節点２５４にも接続されている。節点２５４は抵
抗器２５８を介しＣ接地されており、かつ節点２５４は
標本および保Ｊ（Ｓ／１−１）回ｆｆ１２６０の入力端
子を成している。

抵抗器２５６Ｊ５よび２５８は分圧器回路網２５９を構
成している。Ｓ　／　Ｈ回路２６０の出力端子２６２は
比較器２６４の一方の入力端子（＋）に接続されており
、またそれの他方の入力端子（−）は可変抵抗器２６８
のタップ２６６に接続されＣいる。可変抵抗器２６８は
電源ＶＳと大地との間に接続され−Ｃいる。

Ｓ　／　ｌ−１回路２６０の出力端子２６２はＩＬ較器
２７０の一方の入力端子（−）にも接続されており、ま
ｌこそれの他方のパノｊ端子（」−）は導線２５１に接
続されている。比較器２６４の出力端子はＡＮＤゲ〜ト
２７２の一方の入力端子に接続されている。比較器２６
４の出力端子はまた、増幅器２７６の入力端子にも接続
されている。

比較器２７０の出力端子はＡＮＤゲート２７２の他方の
入力端子に接続され′Ｃいる。ＡＮＤゲート２７２の出
力端子は増幅器２８２の入力端子に接続されＣいる。か
かる回路の動作は下記の通りである。

基準工具１０を検査ｌｉｔ！　６５内に移動さけるのに
先立ち、第２図中の非遮断光線ビーム１３００所定部分
の強度がＳ　／　ｌ−１回路２　ｆ３０により電圧信号
とし−Ｃ記録される。ずなわら、導線２５１中に存在づ
る電圧信号はこのような情況下において光検出器１４７
に到達した非遮断光線ビームの強度を表わりわりである
。分圧器２５つはかかる電圧信号の所定部分をＳ／１＠
回路２６０の入力端子に印加する。」二記所定部分の比
率は抵抗器２５６　ｄ３よび２５８の値に依存する。こ
のような部分電圧信号はＳ　／　ｌ＝１回路２６０によ
って保持され、かつ比較器２７０の入力端子（−）に供
給される。

・　基準工具１０を検査域６５内に移動させると、光線
ビームは遮断される。十分な光量が遮ｐ１され、その結
果として導線２５１中の電圧信号がＳ／１１回路２６０
によって保持された部分電圧信号に等しくなると、比較
器２７０は１〜リカされる。比較器２７０の出力は、比
較器２６４の出力と同じく、ＡＮＤグー１〜２７２に供
給される。比較器２６／Ｉの出力は、第２図中の光検出
器１４７に入用した光量が適正な回路動作のために必要
な最小量を越えでいるかどうかを表わしている。かかる
最小量はタップ２６６によって設定される。最小量を越
えた場合、ＡＮＤゲート２７２は比較器２７０の出力に
応答し゛Ｃ信号を発生りる。その信号は増幅器２８２を
経°（数値制御装置（図示せず）に供給される。この瞬
間にｄ′３いて、数値制御装置はテーブル２２−チせツ
ク１３間の位置情報を記録Ｊ−る。

かかる情報から基準工具の寸法を求めることができる。

見方を変えれば、かがるテーブル−チャック間の位置情
報と基準工具のく予め測定された）長さとを併用づるこ
とにょっ−Ｃ境界点の位置を４紳づることもできる。

次に、第１　ｄ３よび７図中の基準工具１ｏの代りに試
験］ニ貝を１史用しながら、上記の手順が繰返される。

それによって数値制御装置から得られたテーブル−チャ
ック間の位置情報を用いれば、試験工具の刈払をａ１算
することができる。

導線２５１中に存在づる電圧の所定部分がＳ／Ｈ回路２
６０の入力端子に印加される結果、動的な自己較正特性
が得られる点にも）ユ）：目りへきく゛ある。づなわら
、検査域６５内におりる境界点の位置はレーザ７４の強
度の変動や光学部品の汚れによって変化しないのである
。なぜなら、境界点は第２図中の光線ビーム１３０の所
定部分の比率によって規定されるからである。レーザ“
７４の強度の変動や光学部品の汚れは、一般にその比率
を変化さｔ！ないのである。

上記の動作に基づけば、小ルタ内に保持された試験工具
の長さを測定づる方法かＩＬｔられる。本発明はまた、
下記のごとくにしＣ工具の直径またはその他の断面用法
を測定するためにも応用づることができる。寸なわち、
第１図中に点線の輪郭Ｃ示されるごとくＭ準工具１０を
検査域６５の上方に配置し、次いでそれを矢印２００の
方向に沿っＣ検査域６５内に下降させることにＪこり、
境界点が設定される。前述の通り、数（（ｒ１制御装置
から１０られるデータを用いれば工具のｆａｌｌ　ＦＡ
２０２の位置を４算１゛ることかできる。同様にしＣ試
験工具を境界点にまで移動させ、そして境界点横断時に
おりるそれの軸線の位置を計算すれば、それの直径と基
準工具の直径とを比較づることが可能になる。

基準工具の直径は既知であるから、かかる比較の結果か
ら試験工具の直径を求めることができる。

第９図に断面図として示されているごとく、楕円形の工
具２０５が境界点に位置している場合を考えてみよう。

工具２０５が回転していれば、離心部分２０５Ａおよび
２０５Ｂは断続的に境界点を横断する。その結果、境界
点横断信号がちらつくことにｊ−り、工具が真円でない
ことが表わされる。

かかる工具の実効切削直径は距離２０７に等しいわ（プ
で、それは上記のごとくにしＣ測定づることができる。

本発明はまｌ〔、溝付き工具の溝の数および直径を測定
づるためにも応用することができる。第１０図に断面図
として示されているごとく、満付き工具２１０を境界点
にまで移動させた場合を考えてみよう。かかる工具の回
転によって周期的に境界点が横断されれば、断続的な境
界点横断信号が発生する。工具の回転速度は数値制御装
置のテークから知られる結果、１回転に要りる時間間隔
もまた知られる。かかる時間間隔内にお（プる境界点の
横断回数を組数ずれば、工具のｔＭの数が求められる。

更にまた、１木の溝が異常に長（］れば、それ（，１離
１部分２０５Ａおよび２０５Ｂのような埜動を示し、従
って断続的な境界点横断イム号を与える。

かかる異常な溝が横断信号を与える唯一の溝であるよう
に工具が配置された場合、１回転の時間間隔内において
横断信号が検出されることは異常の存在を表わすわりで
ある。工具の軸線２０２を境界点に一層接近させて第２
の溝がそれを横断ＪるようにＪれば、２つの消量にお１
）る長さの差を８１算づることが可能になる。このよう
な操作を繰返すことにより、全ての溝が上記の時間間隔
内において横断信号を発生するように（れは、最長の潜
と＠短の溝との間の距離を４件Ｊることも可能となる。

上記の説明は回転工具の測定に関りるものＣある。しか
しながら、本発明は回転工具の測定のみに限定されるも
のではなく、また工具それ自体に限定されるものでもな
い。本発明は対象物一般の測定手段を提供づるものであ
る。また、上記の説明に４３いては数値制御装置の使用
が述べられているが、その他の位置測定装置を使用する
こともできる。

工具の測定が完了すれば、幾つかの付随機能を所望に応
じて利用することが可能となる。たとえば、測定値を所
望の測定値と比較し、そし゛Ｃ両者が相等しくない場合
には機械操作者にそのことを知らμる信号を弁士さゼる
こともぐきる。あるいはまた、工具の寸法差を補償でる
ような機械加工作業を実行することにより、不正な測定
値を示Ｊ工具を使用づることも可能となる。

以上、工具の寸法をその場で光学的に測定づるための本
発明が一実施態様に関連し・−Ｃ記載された。

なお、前記特許請求の範囲によって規定された本発明の
範囲から逸脱することなしに様々な変更や置換を施し得
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を成″ｔＪ装置を切削工具、
工作物および可動工作物支持体と共に示づ斜視図、第２
図は本発明の光学部品を−ｊ＼り略図、第３および４図
は第２図の光学部品中の三者に関する回転位置の許容変
動範囲をそれぞれ示１略図、第５図および６図は反転前
および反転後の光Ｐｉ１ビームの横断面像をそれぞれ承
り略図、第７図は対象物が検査域に入るところを示す略
図、第８図は本発明の電子回路を示す略図、そして第９
および１０図は２種の対象物が検査域（こ入るところを
それぞれ示り略図である。 主な符号の説明 図中、１０は切削工具、１３はチトツクまたはホルダ、
１９は工作物、２２はテーブル、２５は溝、２８．３１
．３８ｅよび４０はレール、４Ｂ、５１および５４は外
被、５７．６３．６８　Ａ３よひ７１は光線ビーム、６
５は検査域、７４は光源またはレーデ、７９はビームス
プリッタ、８４は第１の軸線、８７は９０度反剣手段ま
たは１−１角ブリスム、９つは第２の軸線、１０１は第
１のレンズ手段、１０５は第２のレンズ手段、１１５は
１８０度反用手段または］−ナキー１−ブ、１３９およ
び１４１はレンズ、１４４は第３の軸線、１４７は光検
出器、２６０は標本および保持回路、２６’Ｉ　Ｊ３Ｊ
：び２７０は比較器、そし−Ｃ２７２は△Ｎ　Ｄグー１
〜を表ねり。 特許出願人 ゼネラル・エレクトリックカンパニイ 代理人　（７６３０）生　沼　徳　二

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）電磁線のビーム内における第１の所定点の位
   置を表示するための手段、（ｂ）対象物が前記第１の所
   定点において前記電磁線を遮断したことを表示する７ｊ
   めの検出器手段、（Ｃ）前記対象物上の所定点の位置を
   表示するための手段、および（（ｊ）全ての前記手段に
   結合され、そして前記検出器手段の発生りる信号に応答
   して２つの前記所定点間の距離を表わす信号を発生づる
   ための手段の諸要素から成ることを特徴とする測定装置
   。 ２、（ａ）検査域を通って光線ビームを投射づるｌこめ
   の手段、＜　１１）前記光線ビームを反転しかつ前記検
   査域を通って前記光線ビームを戻す−ための手段、（Ｃ
   ）前記検査域を通過した前記光線ビームの減衰度を表わ
   す検出信号を発生ずるための検出手段、（ｄ）対象物上
   の所定点の位置を求めるのに役立つ位置信号を発生ずる
   ための対象物位置決定手段、並びに（ｅ）前記対象物位
   置決定手段および前記検出手段の両方に結合され、そし
   Ｃ前記減衰度が所定レベルに達した時点におσ１で前記
   対象物上の前記所定点と前記検査域内の検出点との間の
   距離を決定り−るための手段の諸要素から成ることを特
   徴とづる、対象物の寸法測定装置。 ３、前記所定レベルが標本Ｊ５よび保持回路によって設
   定される特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４、（ａ）第１の軸線に沿って平ｆｊ化された光線ビー
   ムを投剣ツるための投光器、（１））前記光線ビームを
   受光しかつそれを第２の軸線に治って投射づるのに役立
   つと共に、前記第２の軸線に沿って進行する光線を受光
   しかつそれらを前記投光器に向けて投射するのに役立ち
   、しかも所定範囲内の任意の回転位置を占め得る第１の
   反射手段、（Ｃ）前記第１の反射手段に対して実質的に
   固定された所定の位置に配置され、前記第２の軸線に沿
   って進行づる光線を受光しかつそれらを人ｑ４方向と平
   行な方向に反転して反射り−るのに役立ち、しかも所定
   範囲内の任意の回転位置を占め得る第２の反１４手段、
   （ｄ）前記第１および第２の反射手段間に配置され、前
   記第１の反射手段からの光線を受光しかつそれらを検出
   点に集中させるのに役立ち、しかも前記検出点からの光
   線を受光しかつそれらを前記第２の軸線と平行な方向に
   沿って前記第１の反射手段に向けて投射づるのに役立つ
   第１のレンズ手段、（ｅ）前記第１および第２の反射手
   段間に配置され、前記検出点を通過した光線を受光しか
   つそれらを前記第２の反射手段に向りＣ投射するのに役
   立ち、しがも前記第２の反射手段からの光線を受光しか
   つそれらを前記検出点に集中させるのに役立つ第２のレ
   ンズ手段、（ｆ）対象物上の所定点の位置を表わす位置
   信号を発生するｌ〔めの第１の位置決定手段、（（＋）
   前記検出点において前記対象物が前記光線ビームを部分
   的に遮断したことを表わす遮断信号を発生ずるための検
   出手段、並びに（ｈ）前記第１の位置決定手段および前
   記検出手段に結合され、そしてそれらの各々からの信号
   に応答して前記対象物上の前記所定点と前記検出点との
   距離を表示りるためのインテリジェンス手段の諸要素か
   ら成ることを特徴とする、対象物の寸法測定装置。 ５、（ａ）ビームスプリッタを通して光線ビームをする
   ための投光手段、（（））前記光線ビームを受光した後
   、前記光線ビームを検査域に向（ブＣ投射し、前記光線
   ビームを反転し、反転された前記光線ビームを前記検査
   域に向りＣ投射し、次いで前記光線ビームを前記ビーム
   スプリッタに戻づための手段、並びに（Ｃ）前記ビーム
   スプリッタからの光線ビームを受光しかつ入射光の強度
   を表わづ強度信号を発生ずるための検出手段の諸要素か
   ら成ることを特徴とする、対象物の寸法測定装置。 ６、＜ａ）前記光線ビームが′−ａ断されることなしに
   前記検査域を通過する場合におりる前記検出手段への入
   射光の強度の所定部分を表ね１基準位号を発生づるため
   の手段並びに（０）前記検査域内に対象物が存在する場
   合にＪ３ける前記強度信号を前記基準信号と比較し、そ
   して前記強度信号が前記基準信号に等しければ遮断信号
   を発生するｌζめの手段を特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の装置。 ７、基準信号を発生ずるための前記手段が標本および保
   持回路から成る特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８、（ａ）前記対象物の所定部分の位置を求めるのに役
   立つ対象物位置信号を発生するための対象物位置決定手
   段並びに（ｂ）前記対象物位置決定手段および前記比較
   手段に結合され、そして前記遮断信号に応答して前記λ
   ｊ象物の刈払を計算するための手段を特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の装置。 ９、前記強度信号の反復的変動を検出するための手段を
   追加包含づる特許請求の範囲第８項記載の装置。 １０、（ａ）前記検査域内におりる境界点の位置を表わ
   す信号を発生づ−るための手段、（ｂ）前記対象物上の
   所定点の位置を求めるのに役立つ対象物位置信号を発生
   づるための手段、（Ｃ）前記対象物が前記境界点を横断
   したことを表ねり横断信号を発生゛りるための手段、並
   びに（（［）前記横断信号発生手段および前記対象物位
   置信号発生手段に結合され、そして前記境界点と前記対
   象物上の前記所定点との距離を決定するための手段を特
   徴とする特許請求の範囲第５項記載の装置。 １１、前記対象物が切削工具から成る特許請求の範囲第
   １〜６項のいずれか１項に記載の装置。 １２、（ａ）検査域に向りて光線ビームを投則し、（ｂ
   ）前記光線ビームを反転し、（Ｃ）反転された前記光線
   ビームを前記検査域に向（）て投則し、（ｄ）前記検査
   域内にＩＪ４を移動さｌ！（前記工程（ａ）および（Ｃ
   ）の前記光線ビームを部分的に遮断し、（ｅ）前記検査
   域内への前記」三員の侵入深さを測定し、（［）前記工
   具の位置を求めるために役立つ位置信号を発生さＵ、次
   いｃ（９）前記位置信号および前記侵入深さから前記工
   具の寸法を求める諸工程から成ることを特徴とりる、工
   具ホルダ内に存在する工具の別法を測定づる方法。 １３、前記検査域内への前記工具の侵入深さを測定り−
   る前記工程が、（ａ）非遮断時において前記検査域を通
   過する光量を測定し、（１））前記検査域内に基準対象
   物を移動させて特定の光量が遮断されずに残るようにし
   、次いｒ（ｃ）前記特定の光量が遮断されずに残るまで
   前記検査域内に試験対象物を移動させる諸工程から成る
   特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １４、前記検査域内への前記工具の侵入深さを測定りる
   前記工程が、前記光線ビームの遮断に応答して既知位置
   にある複数の感光素子から信号を発生させる工程から成
   る特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １５、＜ａ）検査域に向り−Ｃ光線ビームを投射し、（
   １））基準対象物で前記光線ビームを部分的に遮１！ｌ
   ’ｉづることにより前記基準対象物に関づる基準位置を
   設定しかつ遮断された光量を記録し、（Ｃ）前記基準位
   置の設定時においてホルダの位置を記録し、（ｄ）実質
   的に同じ光量が遮断されるまで前記検査域内に試験対象
   物を移動させ、次いで（ｅ）前記ボルダの位置を前記］
   二稈（Ｃ）において記録された位置と比較づる諸工稈か
   ら成ることを特徴とする。ホルダ内に存在りる対象物の
   寸法を測定覆る方法。 １６、前記検査域を通過しｌＣ後の前記光線ビームを反
   転し、次いでそれを再び前配検査域に向（）で投射する
   工程を追加包含する特許請求の範ｍ）第１５項記載の方
   法。 １７、検査域に向りで光線ビームを投射りる前記工程が
   、前記光線ビームを誤差補償用の９０度反射器に投射づ
   ることから成る特許請求の範囲第１５項記載の方法。 １８、前記光線ビームを再び前記検査域に向１ノて投射
   する前記工程が、前記光線ビームを誤差補償用の１８０
   度反剣器に投射り−ることがら成る特許請求の範囲第１
   ６項記載の方法。 １９、（ａ＞ビームスプリッタを通しく実質的に非発散
   性の光線ビームを投則し、（ｂ）ｌｉｈ差補償用の９０
   度反ｍ器を用いて前記光線ビームを反射し、（Ｃ）前記
   光線ビームを検査域に集中さけ、（ｄ）前記検査域を通
   過した後の前記光線ビームを平行化し、（ｅ）誤差補償
   用の１８０度反射器を用いて前記光線ビームを反転する
   と共に反射し、（ｆ）反転された前記光線ビームを前記
   検査域に集中させ、（（＋）前記検査域を通過した後の
   前記光線ビームを平行化し、（ｈ）前記誤差補償用の９
   ０度反射器を用いて前記光線ビームを前記ビームスプリ
   ッタに向けで反則し、（ｉ）前記ビームスプリッタによ
   って反射された光線ビームを検出器に入射させることに
   より、それの強度を表わす信号を発生させ、（ｊ）前記
   検査域内において遮断タベき光ｍを規定することによっ
   て基準対象物に関する基準位置を設定し、（ｋ）前記検
   出器によって発生された信号が前記光量の遮断されたこ
   とを表わすまで、ホルダによって支持された試験対象物
   を前記検査域内に移動させ、次いで（１）前記ホルダの
   位置を前記ホルダに関する基準位置と比較づるＥＩ稈か
   ら成ることを特徴とする、ホルダ内に存在覆る対象物の
   １法を確認する方法。 ２０、基準対象物に関する基準位置を設定する前記工程
   が、前記検査域内にｄ３いて前記光線ビームを部分的に
   遮断することによって前記の遮断づべき光量を規定する
   ことから成る特許請求の範囲第１９項記載の方法。 ２１、（ａ）前記試験対象物を所定の速度で回転させ、
   そして（ｂ）回転する前記試験対象物が所定の時間間隔
   内において前記光量を組する回数を計数する両工程を追
   加包含Ｊる特許請求の範囲第１９項記載の方法。