JPS60211302A - 倒れ測定装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は１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〕

一般に１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シ
倒れ角をめていた。しかして１通常１位置測定は、互に
直交する２方向から行い。

倒れ巧θＸ、θｙを３次元的にめていた。

しかるに、上記従来の倒れ測定は、接触測定であル１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
かがシ、自動化が困難である難点をもっている。

〔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局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
が平滑面となっている被測定物の上記円柱状部分の外局
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１本発明の一１！施例を図面を参照して詳述する。

第１図は１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１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１円
柱に形成され外周面が光を正反射させる鏡面となってい
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）によシ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、との演算処理部（力に電気
的に接続され演算結果を表示する例えばＣＲＴ　（Ｃａ
ｔｈｏｄｅ　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）の元軸（９）と、被測定物（２）の傾き測定基
準線（１１とは互にほぼ直交するように設定されている
。また１反射鏡部（５）は、半透鏡（１１）及び第１．
第２の表面鏡（Ｉａ、住りから構成されている。半透鏡
Ｑｌ）は、光軸（９）上に設置されていて。

この光軸（９）に沿って被測定物（２）から反射してき
たレーザ光を光軸（９）に直交する光路αくに沿った上
方に反射させるようになっている。また、第１．第２０
表面鏡（１２，Ｑｌは、測定基準線ａ１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っている。

このとき第１．第２の表面５ＱＬ（１：Ｉ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。つまシ、光軸（９）
に対して角度αだけ開離した光路ｏ！９．ｃｕａに沿っ
てきたレーザ光は、仮想面に直交する光路ａ“０．αｅ
に沿って上方に反射するように設定されている。しかし
て１位置検出部（６）は、光路Ｉに沿ったレーザ光を受
光する第１のイメージ七ンサ翰と。

光路ａηに沿ったレーザ光を受光する第２のイメージセ
ンサ翰と、光路Ｏｅに沿ったレーザ光を受光する第３の
イメージセンサＱυとからなっている。これら第１．第
２．第３のイメージセンサ（Ｉｌ、翰、Ｑｌ）は１例え
ばＣＣＤ　（Ｃｈａｒｐｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　ＤｅｖＩ
ｃｅ）からなっている。そうして、第１のイメージセン
ナ翰の受光面と、光軸Ｉ及び測定基準線（ＩＩを含む面
との交線は、光軸（９）に対して平行となシ２．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のイメージセンサ翰の受光面と、光軸ａη及
び測定基準線Ｏｎを含む面との交線は、光軸α啼に対し
て平行とな）、かつこの交線方向Ｋｍ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Ｃ
２１）の受光面と、光軸α陽及び測定基準線Ｈを含む面
との交線は、光軸０［９に対して平行となシ、かつとの
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（イ）、（２υの
光路（１７）、ＱＳを経由したレーザ光の受光位置１２
３．（２３１間の距離は、１ｘ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，（
２３ｊ間を結ぶ線分なａ（この線分（財）はＸ軸方向と
なるように設定きれている。）の中点（ハ）と、第１の
イメージセンサａ→の光路（１４）を経由したレーザ光
の受光位置（ハ）との距離は、Ｊｙ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（１１，Ｇ！Ｉ、　ＣＩ！１）の配設関係が
若干具なっているが６後述の便宜上のものでありて光学
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（１１，（２１，（２ｍ）の出力側は。

それぞれ信号処理回路（財）、＠、＠の入力側に接続さ
れている。これら信号処理回路−，＠、　＠は、２値化
回路とカウンタ回路とからなっていて、第１゜第２．第
３のイメージセンサ（Ｉｌ、　ｃＡ、　＊ηにおける受
光位置１ｘ、　、　ｎｘ、　、　ｎｙを示す信号を出力
するようになっている。しかして、第１．第２．第３の
イメージセンサＱ１．　ｅｌｌ、　（２１）の出力側は
１例えばマイクロコンビ、−夕などの演算制御装置（７
）に接続されている。そして、この演算制御装置（至）
及び信号処理回路＠、（至）、＠は、前記演算処理部（
力を構成している。

、　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１本実施例の倒れ測定装置の測定原丹について説明
する。屯し、投光部（４）から投射されたレーザ光Ｏ０
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、被測定部（２）の内向方向の微小面ｄｓ
、に着目した場合、第５図に示すように。

この微小？ｌ１ｆｄＳｔは凸面鏡として作用し、レーザ
光０υは矢印ｐ、　、　ｐ、　、　ｐ、　、　ｐ、　、
　ｐ、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ｄｓ、に着目した場合、第６図に示
すように、この微小面ｄｓ、は平面鏡として作用し、レ
ーザ光Ｇυ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−に対して角度Ｏ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２０だけ
変化する。したがって、焦光点Ｐ′の変位量から逆に倒
れ角を算出することが可能とｋ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ＯＩが２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８図における受光位置働、＠
の高さの差Δｈｘによりめることができる。す彦わち、
第８図に示すように、第２゜第３のイメージセンナ（イ
）、　ａｎ間の距離１ｘは一定であるので、高さの差Δ
ｈｘがわかれば、倒れ角θＸは。

次式■によ請求めることができる。

ｔａｎ　Ｂθｘ＝　Δｈｘ　／Ａ！　−・−・・−（ｉ
）同じく、上記倒れ角θｙは、第３図に）ける受光位置
（２）、（ハ）、（ハ）に基づいてめることができる。

すなわち、中点（ハ）と受光位置（ハ）との距離１ｙは
一定であるので、線分０４）の中点（ハ）と受光位置（
ハ）との高さの差Δｈｙ・がわかれば、倒れ角θｙは１
次式■によ請求めることができる。

ｔａｎ２θｙ　＝　Δｈｙ　／　Ｌｙ　・・・＝■ここ
で、中点（ハ）における高さは、受光位置（２）、（ハ
）の高さの中間に位置しているので、高さの差Δｈ。

は１次式■によりめることができる。

したがって、演算制御装置には、弐の、■、■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っている。かくして、測定
基準線α０に対して倒れ角ａｘ　、　Ｏｙ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
０１１を発振させると、このレーザ光６υは、集光レン
ズ（３）によシ仮想焦点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Ｇυ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ｎｕｎによシ上方に
反射され、それぞれ第１．第２．第３のイメージセンサ
０１．　（２１，ｃ！υにより受光され、受光位置（ハ
）、　１２２．（至）に対応した電圧値の電気信号ＳＡ
。

８Ｂ、　ＳＣに変換される。これら電気信号ＳＡ、　Ｓ
Ｂ、　８Ｃは、それぞれ信号処理回路（２７）、　＠、
　（、！Ｉ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って、受光スポット部分のみ電圧値
が急増している。したがって１ｇＩ号処理回路（財）、
ａＳ。

（イ）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
が全ビット数Ｎのうち最初から何ビット目に相当するか
を演算する。しかして、これら信号処理回路匈、　ｃ！
ａｔ、（ハ）からは、受光位置ｏｅ、＋２本（ハ）のピ
ット位置ｎｙ、　ｎｘｌ、　ｎｘ、を示す信号ＳＤ、　
ＳＥ、　ＳＦが演算制御装置（７）に出力される。つい
で、この演算制脚装置（至）にては、ビット位置ＩＣＹ
、　ｎｘｌ、　ｎＸ、に１ビ、トのピッチ間隔ｅを乗す
ることによシ、高さｈＹ＋　ｈｘｌ　＋　”ｔをめる。

つぎに、高さｈＸ、　、　ｈＸ、より高さの差Δｈｘを
次式■によ請求める。

Δｈｘ　＝＝　ｈｘｌ　ｈ、、　’・”・・■しかして
、演算制御部（至）にては、あらかじめ校正値Δｈｘｏ
、ΔｈｙＯが格納されている。これら校正値Δｈｘｏ、
△ｈｙＯ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（１１に軸線を一致させて配置し
、このとき得られた信号ＳＡ、　８Ｂ、　８Ｃに基づい
て、上述と同一のアルゴリズムによシ得たものである。

ついで請求められた高さの差ΔｈＸ、Δｈ、及び校正値
Δｈｘｏ　、ΔｈＸｏによυ１次式■■を用いて校正さ
れた高さの差Δｈｘｍ、Δｈｙｍを算出する。

この式■、■によ請求められた校正された高さの差Δｈ
ｘｍ、Δｈｙｍをそれぞれ式■、■のΔｈＸ、Δｈ、部
分に代入することによシ、倒れ角θＸ、θｙが算出され
る請求められた倒れ角１９１．１９）は１表示部（８）
にて表示される。

このように１本実施例の倒れ゛測定装置は、被測定物（
２）に外力を付加するととなく、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０２である物体（至）であっ
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（ＩＬ（１１位置に、イメージセンサ翰、　Ｃ！
１）を配設してもよい。のみならず、倒れ角θＸ、θ１
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、　ＣＯＤに限ることな（、ＩＴＶ（工業用テレビ
ジ璽ン）カメラ、ボジシ冒ンセンサ、　ＭＯ８（Ｍｅｔ
ａｌ　０ｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）形の
イメージセンサ郷、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図は本発明の一夾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−、第
１０図はイメージセンナ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である。 （２）：被測定物、　（４１：投光部。 （６）：位置検出部、　（７）　：演算処理部。 Ｑ１＝測定基準線。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 （ほか１名） 第１図 第２図 ０ 第３図 第１０図 −Ｎ−−− 第４図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   の外周面が平滑面となっ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、Ｉ：記外周
   面に光を投射する投光部と、この投光部から投射された
   光の上記外局面における反射光を複数位置にて各別に受
   光し受光位置を示す電気信号に変換する位置検出部と、
   この位置おける反射光の上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上記傾斜角に基づいて上記
   倒れ角を算出する演算処理部とを具備することを特徴と
   する倒れ測定装置。