JPS63131011A - 光学式エツジ検出装置 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、光学式エツジ検出装置に係り、特に、物体の
寸法、変位量等を測定する投影機等の光学式測定機器に
用いるのに好適な、測定対象物自体又はその像と相対移
動可能に近接して配設された受光素子を含むセンサと、
該センサの出力信号を処理して、前記測定対象物自体又
はその像とセンサとの相対移動に伴ってセンサの前面を
明暗のエツジが通過する時にエツジ信号を発生するエツ
ジ信号発生器とを含んで構成される光学式エツジ検出装
置の改良に関する。

【従来の技術】

透明でない測定対象物に、直接走査光線を照射し、これ
により生ずる透過光又は反射光あるいはこれら透過光又
は反射光による測定対象物の投影像を、光電索子に受光
させて電気信号を取出し、この信号に基づき測定対象物
の寸法測定、位置判別、形状判断等を行うための光学式
測定機器が知られている。 従来のこの種の光学式測定機器、例えば、投影機は、載
物台上の測定対象物を平行な光線により照射して、その
透過光又は反射光に基づきスクリーン上に該測定対象物
の投影画像を結像させ、この投影画像から測定対象物の
寸法形状等を測定するものであるが、スクリーンに投影
された測定対象物の画像のエツジ（端部）は一般的にい
わゆるにじみがあり、従って、載物台上の測定対象物を
移動させ、そのスクリーン上の画像とヘアラインとの一
致から測定値を正確に読み込むことは困難である。 かかる問題点を解消するために、従来は、画像のエツジ
と光電索子を相対移動させ、光電索子の受光面に投影さ
れた画像の明部と暗部との面積の割合の変化によって生
ずる光電素子の出力の変化を、参照電圧と比較して、投
影画像の端部を検出するものがある。 しかしながら、この方法は、外乱光等のノイズの影響が
大きいとともに、光電素子から得られる信号または参照
電圧の変動による測定精度の低下が大きいという問題点
がある。 さらに、スクリーン上の投影画像の境界（エツジ）に対
して光電素子を相対移動させ、その時の出力信号を２１
１１微分して波形信号を得、これと参照電圧との比較に
よってエツジを検出するものがあるが、光電索子と投影
画像との相対移動速度の大小によって、検出されるエツ
ジの位置が異なることがあり、さらに、前記と同様に参
照電圧の変動による測定精度の低下が大きいという問題
点がある。 又、光電素子を２個配置して、これを投影画像のエツジ
に対して相対移動させ、これにより得られた複数の出力
信号から波形の信号を得、これと参照電圧との比較によ
ってエツジを検出するものがあるが、前記と同様に光電
素子から得られた出力信号と参照電圧との相対変化、レ
ベル変動等から測定が非常に不安定となり、さらに、照
射光線の照度に対する適用範囲が狭く、また、測定態様
が限定されかつ、センサあるいは回路が複雑になるとい
う問題点がある。 特に、投影機においては、照射用の光源ランプの疲労、
投影系のレンズ特性、外乱光によりスクリーン上の投影
画像の明るさが変化し、また、投影倍率の切替により投
影画像の明るさが変化したり、さらには測定者側の条件
として、例えば測定者の瞳の色（人種により異なる）に
より作業に好適な明るさが異なるため、これを適宜に選
択しなければならないが、前記のように照射光線の照度
に対する適用範囲が狭いと、結果として投影機の能力を
低下させてしまうことになる。 また、従来のエツジ検出方法では、投影画像の焦点がず
れていた場合は、光電素子による出力波形がなだらかに
なってしまうので、正確なエツジ検出ができないという
問題点があった。 この問題点は、投影機のみならず、一般的に透過光また
は反射光を検出して、直接的または間接的に測定対象物
の寸法測定等をするための光学式測定機器におけるエツ
ジ検出に共通の問題である。 これに対して例えば特開昭５８−１７３４０８に開示さ
れるように、透過光または反射光を検出して、直接的ま
たは間接的に測定対象物の寸法測定をするための光学式
測定機器におけるエツジ検出装置において、前記測定対
象物との相対移動時に生ずる明暗に基づき、少なくとも
２ｆｆｉの位相ずれ信号を発生するよう務動面と略平行
な面内に配設された４個の受光素子からなるセンサと、
前記各組の位相ずれ信号の差を演算する第１及び第２の
演算手段と、これら第１及び第２の演算手段の出力信号
の差を演算する第３の演算手段及び和を演算する第４の
演算手段と、この第４の演算手段の出力信号が所定レベ
ルにある間に生じる、前記第３の演算手段の出力信号と
基準レベルのクロス信号を出力する検知手段を設けたも
のが出願人より提案されている。 このエツジ検出装置は、測定対象物を照射する光強度、
測定中の外乱光等のノイズ、光電素子の出力信号あるい
は参照電圧の変動による影響を伴なうことなく、しかも
簡単な構成で、測定対象物のエツジを検出することがで
き、また投影機において、投影画像の焦点ずれがあって
も、正確にエツジを検出することができ、さらに、光電
素子からのアナログ信号を直接処理することにより、測
定対象物のエツジを検出することができるという利点が
ある。 又、測定の方向性を特に考慮したエツジ検出器として、
出願人は既に特開昭６１−１２８１０５で、第４図に示
す如く、測定対象！Ｉ！Ｊ４の像４Ａと相対移動可能且
つ該移動の面と略平行な面内に同心円状に配設された２
つの受光素子１２Ａ、１２Ｂを含み、プリアンプ１２Ｃ
１１２Ｄで増幅された該受光素子１２Ａ、１２Ｂの出力
がら、エツジ部と受光素子との相対存動時に生ずる明と
暗の間で少なくとも一度値の合致する２つの原信号ａ、
ｂを生成するセンサ１２と、該原信号ａ、ｂの差信号ｃ
（＝ｂ−ａ）を出力する差演算器１６、該差信号Ｃが高
位レベルＶｒｅｆ＋及び低位レベル■ｒｅｆ−にあると
きに形成される第１ホールド信号ｄ及び第２ホールド信
号ｅを用いて、前記原信号から選択された信号（例えば
原信号ａ）を保持することにより領域信号ｐを生成する
領域信号発生器１８、及び、該領域信号ｐが励起されて
いる間の前記差信号Ｃと基準レベル（零レベル）とのク
ロス信号ｎを抽出する検知回路２０からなるエツジ信号
発生器１４とを備え、明暗のエツジが受光素子の前面を
横切る時にエツジ信号ｑを生成するエツジ検出装置を提
案している。 ここで、前記領域信号発生器１８は、前記差演算器１６
出力の差信号Ｃと高位レベル参照信号Ｖｒｅｆ　”とを
比較し、該差信号Ｃが高位レベルＶｒｅｆ會より高いと
き第１ホールド信号ｄを出力する第１の比較器２４Ａと
、前記差信号Ｃと低位レベル参照信号Ｖｒｅｆ−とを比
較し、該差信号Ｃが低位レベルＶ　ｒｅｆ−よりも低い
とき第２ホールド信号ｅを出力する第２の比較器２４Ｂ
と、前記第１及び第２の比較器２４Ａ、２４Ｂから入力
される前記ホールド信号ｄ、ｅにもとづき前記センサ１
２出力の一方の原信号ａをホールドし、且つ、７１；−
ルド信号が入力されないとき該原信号（例えばａ）をサ
ンプリングする第１及び第２のサンプルホールド回路２
６Ａ、２６Ｂと、該第１のサンプルホールド回路２６Ａ
出力の高位ホールドレベルｈと前記原信号ａとを比較し
、該原信号ａが高位ホールドレベルｈよりも小さいとき
ホールド比較信号ｊを出力する第３の比較器２８Ａと、
前記第２のサンプルホールド回路２６Ｂ出力の低位ホー
ルドレベルｊと前記原信号ａとを比較し、該原信号ａが
低位ホールドレベルｊよりも小さいときホールド比較信
号ｋを出力する第４の比較器２８Ｂと、前記第３及び第
４の比較器２８Ａ、２８Ｂの一方のみが信号を出力する
とき領域信号ｐを発生するエクスクル−シブＯＲゲート
３０と、を備えて形成されている。 また、前記検知回路２０は、前記差演算器１６出力の差
信号Ｃと基準レベル（零レベル）を比較して、両者が一
致するとき、即ちクロスポイントにおいて信号を出力す
る比較器３２と、この比較器３２から信号が出力された
とき、これに基づいてクロス信号ｎを発生するパルス発
生器３４と、このパルス発生器３４及び前記領域信号発
生器１８の両者から信号が出力されているときのみエツ
ジ信号ｑを出力するＡＮＤゲート３６と、を備えて形成
されている。 このＡＮＤゲート３６がらの出力信号は、載物台３に連
動する変位検出装置３８のカウンタ４゜にエツジ信号ｑ
を出力するようにされている。 この変位検出装置３８は、前記載物台３に連動してその
移動量に応じてパルス信号を発生するエンコーダ４２と
、このエンコーダ４２から出力されるパルス信号を読取
る前記カウンタ４ｏとがら構成されている。 このカウンタ４０は、前記ＡＮＤゲート３６がらエツジ
検出信号が入力されるときに、その読取り値を記憶装置
４４に出力するようにされている。 このようなエツジ検出装置を投影機に用いた例を第５図
に示す、この投影ｔｉｌｌにおいては、載物台３上の測
定対象物４の拡大像４Ａが、拡大光学系である投影レン
ズ５によってスクリーン６に投影される。このスクリー
ン６に近接して、受光素子を含むセンサ１２が、透明板
７により取付けられている０図において、８は制御装置
である。 この投影機１において、載物台３を移動させてセンサ１
２の前面を投影画像４Ａの明暗のエツジが通過すると、
図示しないエツジ信号発生器よりエツジ信号が発生され
る。このエツジ信号で載物台３に内蔵されたエンコーダ
の信号を計数して得られた座標値を取込むことによって
、形状測定が迅速に行える。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、前記のような投影機１において、載物台
３又は測定対象物４上に、加工時の切り粉、汚れ、ごみ
又は傷などの異物があると、これらの異物の像９Ａもス
クリーン６に投影されてしまう。 従って、検出部より大きな異物の像のエツジがセンサ１
２の前面を通過すると、不要なエツジ信号が発生すると
いう問題点があった。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、所定の大きさ以下の異物の像がセンサの前面を通
過してもエツジ信号が生成されない機能を有する光学式
エツジ検出装置を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、測定対象物自体又はその像と相対移動可能に
近接して配設された受光素子を含むセンサと、該センサ
の出力信号を処理して、前記測定対象物自体又はその像
とセンサとの相対移動に伴ってセンナの前面を明暗のエ
ツジが通過する時にエツジ信号を発生するエツジ信号発
生器とを含んで構成される光学式エツジ検出装置におい
て、前記センサに、前記（内１１（１）受光素子から一
定の間隔をおいて複数の対の外側受光素子を配設し、該
外側受光素子の出力信号を処理して、前記一定の間隔以
下の異物の像によるエツジに対しては前記エツジ信号を
抑制する抑制信号発生器を設けることにより、前記目的
を達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記複数の対の外側受光素子
が、互いに前記（内側）受光素子を挟んで対置される２
対の外側受光素子からなり、前記抑制信号発生器が、前
記各対の外側受光素子の出力の差が所定値を越えている
間は前記エツジ信号を有効にする抑制信号を生成するよ
うしたものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記（内側）受光素子を
複数の受光素子から福或したものである。

【作用】

本発明は、前記のような光学式エツジ検出装置において
、センサに、（内側）受光素子から一定の間隔をおいて
複数の対の外側受光素子を配設し、該外側受光素子の出
力信号を処理して、前記一定の間隔以下の異物の像によ
るエツジに対しては工１　　ツジ信号を抑制するように
している。従って、所定の大きさ以下の異物の像がセン
サの前面を通過しても不要なエツジ信号が生成されない
。 又、前記複数の対の外側受光素子を、互いに（内側）受
光素子を挟んで対置される２対の外側受光素子から構成
し、抑制信号発生器が、前記各対の外側受光素子の出力
の差が所定値を越えている間は前記エツジ信号を有効に
する抑制信号を生成するものとした場合には、抑制信号
発生器の構成が簡単である。 又、前記（内側）受光素子を複数の受光素子で構成した
場合には、明部と暗部における受光素子出力の差が小さ
い場合でも確実にエツジを検出することができる。

【実施例】

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本発明の第１実施例は、特開昭６１−１２８１０５で本
出願人が提案したエツジ検出装置に本発明を適用したも
のである。 即ち、この第１実施例は、第１図に示す如く、同心円状
に２分割された２個の内側受光素子１２Ａ、１２Ｂ及び
プリアンプ１２Ｃ１１２Ｄを含むセンサ１２と、差演算
器１６、領域信号発生器１８、パルス発生器３４及びア
ンドゲート３６を含み、前記センサ出力の原信号ａ、ｂ
を処理して族エツジ信号ｑを発生するエツジ信号発生器
１４とを含んで構成される従来例と同様のエツジ検出装
置において、前記センサ１２に、前記内側受光素子１２
Ａ、１２Ｂから一定の間隔りをおいて２対の外側受光素
子１２Ｅ〜１２Ｈとそれらのプリアンプ１２Ｉ〜１２Ｌ
を配設し、該外側受光素子１２Ｅ〜１２Ｈの出力信号ｒ
１〜ｒ４を処理して、前記一定の間隔り以下の異物のｆ
ｆ１９Ａによるエツジに対しては、前記族エツジ信号ｑ
を抑制する抑制信号発生器４０及びアンドゲート４２を
設けたものである。 前記抑制信号発生器４０は、内側受光素子１２Ａ、１２
Ｂを挟んで対向する外側受光素子１２Ｅと１２Ｇ、１２
Ｆと１２Ｈの出力の差ｒ　３−ｒ　１、ｒ４−ｒ２を演
算する差演算器４４Ａ、４４Ｂと、該差演算器４４Ａ、
４４Ｂの出力の絶対値５（＝Ｉｒ３−ｒｌｌ）、ｔ　　
（＝ｌｒ４−ｒ２１）をそれぞれ出力する絶対値演算器
４６Ａ、４６Ｂと、各絶対値演算器４６Ａ、４６Ｂの出
力ｓ、ｔの和ｕ（＝ｓ＋ｔ）を演算する加算器４８と、
該加算器４８出力の和信号Ｕの値が基準値ｖｒｅｒより
も大きい時に高レベルとなる抑制信号Ｖを出力する比較
器４９とから構成されている。 該抑制信号発生器４０出力の抑制信号Ｖは前記アンドゲ
ート４２に入力され、該抑制信号Ｖが高レベルであると
きに、前記エツジ信号発生器１４から出力される族エツ
ジ信号ｑが有効とされてエツジ信号Ｗがカウンタ４０に
入力される。 他の点については前記従来例と同様であるので説明は省
略する。 以下第２図を参照して、第１実施例の作用を説明する。 第２図の実線は、正規の測定対象物による通常のエツジ
がセンサ１２の前面を通過するときの各部信号波形を示
したものである。この場合、抑制信号Ｖが高レベルにな
っているので、族エツジ信号ｑはそのままエツジ信号Ｗ
となる。 これに対して、直径りが間隔り以下の異物の像９Ａが通
過する場合には、第２図に破線で示す如くとなる。この
場合、族エツジ信号ｑが出力される領域で抑制信号Ｖが
低レベルとなるため、不要なエツジ信号Ｗは出力されな
い。 この第１実施例においては、センサ１２を構成する内側
受光素子１２Ａ、１２Ｂが、同心円状に形成され、且つ
これらによって発生する信号の出力レベルがプリアンプ
１２Ｃ１１２Ｄで等しくされているので、受光素子１２
Ａ、１２Ｂの境界線と相対移動方向が一致することなく
、センサ１２の投影画像４Ａに対する相対移動方向の如
何に拘らず、均一の出力信号を得ることができる。従っ
て、センサ１２の被測定物４に対する相対移動方向の制
限はなく、高精度にエツジ検出を行うことができる。 又、センサ１２を構成する受光素子１２Ａ、１２Ｂを同
心円状に構成しているので、受光素子１２Ａ、１２Ｂの
受光面の、測定対象物４に対する対面面積を小さくする
ことができる。従って、エツジを高精度に検出すること
ができる。 なお受光素子１２Ａ、１２Ｂの形状及び配置はこれに限
定されず、例えば内側の円形の受光素子１２Ｂに対して
半径方向の間隔を設けることなく、輪状の受光素子１２
Ａを配置してもよく、又、２つの受光素子１２Ａ、１２
Ｂを同心輪状の受光素子から構成することもできる。更
に、受光素子１２Ａと１２Ｂの受光面積が異なっても構
わない。 次に、特開昭５８−１７３４０８で本出願人が提案した
エツジ検出装置に本発明を適用した第２実施例を説明す
る。 この第２実施例においては、第３図に示す如く、センサ
１２の内側受光素子５０Ａ〜５０Ｄが、円を４分割した
構成とされ、隣接する内側受光素子の各組の差を出力す
る第１及び第２の差動増幅器５０Ｅ、５０Ｆを設けて、
該差動増幅器５０Ｅ、５０Ｆの出力をエツジ信号発生器
５２に入力すると共に、輪体を４分割した構成の４個の
外側受光素子５０Ｇ〜５０Ｊを設け、該外側受光素子５
０Ｇ〜５０Ｊの出力をプリアンプ５０に〜５ＯＮを介し
て前記第１実施例と同様の抑制信号発生器４０に入力す
るようにしたものである。 前記エツジ信号発生器５２の構成は、特開昭５８−１７
３４０８に開示されているので、詳細な説明は省略する
。 又、この第２実施例の作用は、前記第１実施例と同様で
あるので説明は省略する。 なお前記実施例においては、いずれも内側受光素子が複
数個設けられていたが、内側受光素子の数は複数に限定
されず、１個であってもよい。 又、前記実施例においては、外側受光素子がいずれも２
対設けられていたが、外側受光素子の対の数はこれに限
定されない。 更に、前記実施例においては、いずれも抑制信号発生器
４０が、対角する各対の外側受光素子の出力の差が所定
値を越えている間はエツジ信号ｑを有効にするものとさ
れていたが、エツジ信号発生器の構成はこれに限定され
ず、例えば、隣り合う外側受光素子の出力の差をとった
り、又は、外側受光素子のうちの１つの出力が他の外側
受光素子の出力と所定の値だけ異なっている場合に、抑
制信号ｋをエツジ信号ｑを有効にするようなレベルとす
るものでもよい、この意味で、外側受光素子の数は偶数
に限定されず奇数であってもよい。 又、前記実施例においては、いずれも、載物台３を移動
させることにより投影画像４Ａをセンサ１２に対して移
動させるようにしていたが、投影画像４Ａとセンサ１２
を相対移動する方法はこれに限定されず、逆に投影画像
４Ａに対してセンサ１２を移動させるようにしてもよい
。 更に、前記実施例は、投影機においてそのスクリーン上
の投影画像のエツジを測定する場合のものであるが、本
発明はこれに限定されるものでなく、透過光又は反射光
を検出して、直接的又は間接的に測定対象物の寸法測定
をするための光学式測定機器におけるエツジ検出装置に
一般的仲適用することができる。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、所定の大きさ以下
の異物の像がセンサの前面を通過してもエツジ信号が生
成されることがなく、高精度の測定を迅、速に行うこと
ができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光学式エツジ検出装置の第１実
施例の構成を示すブロック線図、第２図は、第１実施例
の各部信号波形の例を示す線図、第３図は本発明の第２
ＰＡ施例の構成を示すブロック線図、第４図は、特開昭
６１−１２８１０５に開示された従来技術の構成を示す
ブロック線図、第５図は、エツジ検出装置が採用された
投影機の構成を示す正面図である。 ４・・・測定対象物、　　４Ａ・・・投影画像、９Ａ・
・・異物の像、　　１２・・・センサ、１２Ａ、１２Ｂ
、５０Ａ〜５０Ｄ ・・・（内側）受光素子、 ａ、ｂ・・・原信号、 １４．５２・・・エツジ信号発生器、 ｑ・・・原エツジ信号、 １２Ｅ〜１２Ｈ１５０Ｇ〜５０Ｊ・・・外側受光素子、
Ｌ・・・一定間隔、　　　ｒ１〜「４・・・出力信号、
４０・・・抑制信号発生器、 ４２・・・アンドゲート、 ４４Ａ、４４Ｂ・・・差演算器、 ４６Ａ、４６Ｂ・・・絶対値演算器、 ４８・・・加算器、　　　　Ｕ・・・和信号、４９・・
・比較器、　　　　■・・・抑制信号、Ｗ・・・エツジ
信号。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象物自体又はその像と相対移動可能に近接
   して配設された受光素子を含むセンサと、該センサの出
   力信号を処理して、前記測定対象物自体又はその像とセ
   ンサとの相対移動に伴ってセンサの前面を明暗のエッジ
   が通過する時にエッジ信号を発生するエッジ信号発生器
   とを含んで構成される光学式エッジ検出装置において、 前記センサに、前記受光素子から一定の間隔をおいて複
   数の対の外側受光素子を配設し、 該外側受光素子の出力信号を処理して、前記一定の間隔
   以下の異物の像によるエッジに対しては前記エッジ信号
   を抑制する抑制信号発生器を設けたことを特徴とする光
   学式エッジ検出装置。
2. （２）前記複数の対の外側受光素子が、互いに前記受光
   素子を挟んで対置される２対の外側受光素子からなり、
   前記抑制信号発生器が、前記各対の外側受光素子の出力
   の差が所定値を越えている間は前記エッジ信号を有効に
   する抑制信号を生成するようにされている特許請求の範
   囲第１項記載の光学式エッジ検出装置。
3. （３）前記受光素子が複数の受光素子からなる特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の光学式エッジ検出装置。