JPH09210639A - 外径測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で回転多面鏡による測定精度を高め
ることを可能にした光線ビーム走査式外径測定装置を提
供すること。 【解決手段】レーザ光源１から出射されたレーザビーム
２３を回転多面鏡３とコリメータレンズ４で平行走査光
線ビーム２３ｂに変換して出射する平行走査光線ビーム
発生手段２１と、その平行走査光線ビーム２３ｂを集光
レンズ５を介して受光素子７で受光する受光手段２２と
を有し、手段２１と２２の間の平行走査光線ビーム２３
ｂの走査領域に配置された被測定物６の外径を、被測定
物６により平行走査光線ビーム２３ｂの遮ぎられる時間
の長さで測定する外径測定装置の回転多面鏡３に、識別
を付し、その識別を検出する検出器１４を設け、回転多
面鏡３の特定の１面において被測定物６の外径を測定す
ることを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行走査光線ビー
ムを用いて被測定物の外径を測定する外径測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図６に示すように、窓２１ａか
ら平行走査光線ビーム２３ｂを出射する平行走査光線ビ
ーム発生手段２１と、平行走査光線ビーム発生手段２１
から出射された平行走査光線ビーム２３ｂを受光する受
光手段２２とを対峙し、平行走査光線ビーム２３ｂの走
査領域に被測定物６を位置させ、受光手段２２に到達す
る被測定物６によって生じる暗部又は明部の１走査時間
に対する時間の長さから、被測定物６の走査方向の外径
を測定する外径測定装置がある。

【０００３】このような外径測定装置は、例えば図５に
示すように、レーザ光源１からレーザビーム２３を固定
ミラー２に向けて照射し、この固定ミラー２により反射
されたレーザビーム２３を回転多面鏡３の回転によって
走査ビーム２３ａに変換し、この走査ビーム２３ａをコ
リメータレンズ４によって平行走査光線ビーム２３ｂに
変換し、この平行走査光線ビーム２３ｂによりコリメー
タレンズ４と受光ユニット２２の集光レンズ５の間に配
置した被測定物６を高速走査するようにされている。

【０００４】受光手段２２は、平行走査光線ビーム発生
手段２１から出射された平行走査光線ビーム２３ｂを集
光レンズ５の焦点位置にある受光素子７で受光するよう
にされていて、平行走査光線ビーム２３ｂが被測定物６
により遮られない場合にはハイレベル（又はローレベ
ル）、平行走査光線ビーム２３ｂが被測定物６により遮
られる場合にはローレベル（又はハイレベル）の出力電
圧ａが出力される。すなわち、回転多面鏡３の１つの鏡
面で走査される１走査時間で出力がローレベル（又はハ
イレベル）にある時間が被測定物６のある時間となる。

【０００５】受光素子７の出力電圧は、増幅・２値化回
路８に送られ、増幅・２値化回路８で２値化パルスｂに
整形され、被測定物６のある時間ｔに相当する部分を検
出する検出回路９に送られる。検出回路９の出力、すな
わち被測定物６のある時間ｔに相当するパルスｃはアン
ド回路１０に送られ、アンド回路１０はクロックパルス
発振器１１からクロックパルスｃｐが入力されていて、
パルスｃの入力されている時間ｔのクロックパルスｐを
出力する。アンド回路１０の出力パルスｐはカウンタ１
２でカウントされる。

【０００６】演算処理回路１３は、平行走査光線ビーム
発生手段２１の窓２１ａのエッジ部の平行走査光線ビー
ム２３ｂを検出するホトダイオード等からなる検出器１
５からの信号、すなわち走査同期信号を入力し、この走
査同期信号毎にカウンタ１２のカウント値を取り込み、
被測定物６の外径を算出し、その結果を適宜表示するよ
うにされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成される外径測定装置では、被測定物６が、例えば図
６に示すように、テーパーを有するようなとき、回転多
面鏡３の鏡面間で鏡面角度にバラツキがあると、平行走
査光線ビームの走査位置が２３ｂから２３ｃへと鏡面に
よってずれ、被測定物６の測定位置がずれ、測定値に誤
差が生じる。また、回転多面鏡３の鏡面間で反射率にバ
ラツキがあると、図８に示すように２値化するときのし
きい値Ｖ１を越えている時間が鏡面毎にｔ５、ｔ６とず
れ、測定される外径の測定精度が低下する。

【０００８】さらに、このような外径測定装置では、平
行走査光線ビーム発生手段２１の窓２１ａのエッジを基
準にして被測定物６までの寸法を測定する場合があり、
特にこのような場合には、回転多面鏡３が偏心している
と、図７に示すように、窓２１ａのエッジと被測定物６
のエッジ間の検出時間が各鏡面でｔ１、ｔ２あるいはｔ
３、ｔ４とバラツキを生じ、また、図９に示すように、
窓２１ａの形状に変形があり、平行走査光線ビームの走
査位置が２３ｂから２３ｃへとずれると、窓２１ａのエ
ッジと被測定物のエッジ間の検出時間が各鏡面でｔ７、
ｔ８とバラツキを生じる。

【０００９】このようなバラツキを解消するためには、
外径測定装置を構成する回転多面鏡や窓等の構成を極め
て正確に形成し、かつ、極めて正確に組立てることが要
求され、また、被測定物の外径を算出する演算処理回路
の構成も多くの補正量の演算が必要となって複雑とな
り、外径測定装置をコスト高なものとしている。

【００１０】本発明は、上記の実情に鑑みなされたもの
で、簡単な構成で上記のようなバラツキによる測定精度
の低下を防止し、測定精度をより高めることを可能にし
た外径測定装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、回転多
面鏡の回転により走査され平行走査光線ビームを出射す
る平行走査光線ビーム発生手段と、前記平行走査光線ビ
ーム発生手段から出射された平行走査光線ビームを受光
する受光手段とを有し、前記平行走査光線ビーム発生手
段と前記受光手段との間の平行走査光線ビームの走査領
域内に被測定物を配置し、前記被測定物による平行走査
光線ビームの遮り時間から前記被測定物の外径を測定す
る外径測定装置において、前記平行走査光線ビームを走
査する回転多面鏡の面を識別する識別手段を設け、前記
識別手段により選択された面により走査される平行走査
光線ビームから前記被測定物の外径を測定することを可
能にしたことを特徴とする外径測定装置とすることによ
って達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る外径測定装置は、図
５を参照して説明した外径測定装置と同様の、レーザ光
源、回転多面鏡、コリメータレンズ、走査同期信号を形
成する検出器等を備える平行走査光線ビーム発生手段
と、集光レンズ、受光素子を備える受光手段および増幅
・２値化回路、被測定物のある時間に相当する部分を検
出する検出回路、アンド回路、クロックパルス発振器、
カウンタ等を備えて構成した外径測定装置に回転多面鏡
の面を識別する識別手段および演算処理回路を設けて構
成される。

【００１３】回転多面鏡の面を識別する識別手段は、例
えば、回転多面鏡に鏡面を特定する認識マークを付し、
その認識マークを読み取るフォトインタラプタ等のマー
ク検出器により構成し、また、演算処理回路は、マーク
検出器のマーク信号と走査同期信号を入力し、前記マー
ク検出器の出力信号と走査同期信号とにより走査してい
る鏡面を検出し、予め特定された鏡面によって走査され
たときのカウンタのカウント値を選別し、そのカウント
値に予め定められた補正量による演算をなして被測定物
の外径値を求めることができるように構成される。

【００１４】以上のように構成された外径測定装置は、
回転多面鏡に付された認識マークにより特定される鏡面
を基準にして各鏡面が特定され、各鏡面毎に得られる被
測定物の外径の測定値を比較検討、あるいは全ての測定
値を平均する等して、最も適切な鏡面を実測時の鏡面と
して特定し、実測時はその特定された鏡面により走査さ
れて得られる受光素子の出力により被測定物の外径の測
定値を得ることができるようにしている。したがって、
常に同一の条件による測定値を得ることが可能となり、
その測定値にバラツキがなく精度は高められる。

【００１５】

【実施例】以下、図１ないし図４を参照して本発明の実
施例について説明する。図１は、本発明の実施例の外径
測定装置の構成図、図２は図１に示す外径測定装置のタ
イミング図、図３は図１に示す外径測定装置に適用され
る一例の多面鏡の平面図である。図４は図３に示す多面
鏡の側面図である。なお、全図を通じて共通する部分に
は同一の符号を付して、重複する部分の詳細な説明は省
略する。

【００１６】図１において、２１は平行走査光線ビーム
発生手段で、レーザ光源１、回転多面鏡３、コリメータ
レンズ４、走査同期信号を形成する検出器１５、窓２１
ａ等を備え、図５を参照して説明した外径測定装置の平
行走査光線ビーム発生手段と同様に配置して構成され
る。２２は受光手段で、集光レンズ５、受光素子７を備
え、図５を参照して説明した外径測定装置の受光手段と
同様に配置して構成される。

【００１７】また、増幅・２値化回路８、被測定物のあ
る時間に相当する部分を検出する検出回路９、アンド回
路１０、クロックパルス発振器１１、カウンタ１２まで
の構成も、図５を参照して説明した外径測定装置と同様
に構成される。１４は、回転多面鏡３の特定の１鏡面を
検出する検出器、１６は演算処理回路である。

【００１８】回転多面鏡３は、この実施例では、図３お
よび図４に示すように構成されている。すなわち、回転
多面鏡３は、モータ駆動回路等を実装する基板３０に固
定された偏平モータ３１と、この偏平モータ３１のロー
タ３２と、このロータ３２に固定された８角柱状の８面
鏡３３により構成され、８面鏡３３の１つの鏡面と対応
するロータ３２の位置に、その１つの鏡面を特定する認
識マーク３４が付されている。

【００１９】また、回転多面鏡３の特定の１鏡面を検出
する検出器１４は、この実施例では、図３に示すように
ロータ３２の近傍に配置され、ロータ３２に付された認
識マーク３４を光学的に検出するフォトインタラプタ３
５によって構成されている。

【００２０】演算処理回路１６は、図２に示すように、
特定の鏡面を検出をする検出器１４の出力信号、すなわ
ち認識マーク３４を検出したフォトインタラプタ３５が
出力するマーク信号１４ａと、このマーク信号１４ａに
続く走査同期信号を形成する検出器１５の走査同期信号
１５１〜１５８を回転多面鏡３の回転に応じて順次入力
し、レーザビーム２３を走査している回転多面鏡３の鏡
面を、例えば第１、第２、第３・・・第８と順次特定す
る。

【００２１】そして、特定された第１〜第８の鏡面によ
る走査毎に、増幅・２値化回路８（その出力信号ｂ１〜
ｂ８）、被測定物のある時間に相当する部分を検出する
検出回路９（その出力信号ｃ１〜ｃ８）、アンド回路１
０を介して形成されたパルスｐ１〜ｐ８のそれぞれにつ
いて順次カウントするカウンタ１２のカウント値を入力
し、第１〜第８の鏡面に対応付けして収集する。

【００２２】演算処理回路１６には、予め回転多面鏡３
の第１〜第８の鏡面の内の１鏡面とその鏡面に対応する
カウント値を補正する各面間のバラツキ等により求めた
補正量が設定されていて、実測時、設定された鏡面に対
応するカウント値を選出し、補正量の演算をして測定値
を求める。

【００２３】なお、上記実施例では、回転多面鏡の面を
識別する識別手段として、ロータ３２の１箇所に付した
認識マーク３４とフォトインタラプタ３３を用いている
が、回転多面鏡の面を識別する識別手段は、例えば、回
転多面鏡の面間の角部の１つを曲率を設けて変形し、こ
の変形を検出するようにしたり、多面鏡が固定されたモ
ータのロータにマグネットを付け、それをホール素子で
検出するようにしたり、各面のそれぞれを識別する識別
子を付し、その識別子を読み取るようにしても良い。

【００２４】また、回転多面鏡は８面に限るものではな
く、複数面であればよく、モータも偏平モータに限ら
ず、他の形状や構造のモータであってもよいことは勿論
であり、更に走査同期信号は回転多面鏡側で検出するよ
うにしても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、回
転多面鏡に、識別を付し、現在どの面において測定して
いるかを知る。これにより複数面ある多面鏡の内、特定
の１面において実測することができ、測定分解能を向上
させることができる。また、識別を付すことによって、
各面における、鏡面の傾き等を修正して、測定精度を全
体的に向上させることが可能になり、加えて、回転多面
鏡の複数回の回転による複数面のそれぞれの測定値を平
均して求める測定のときにおいても、少ない回転数で精
度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の外径測定装置の構成図であ
る。

【図２】図１に示す外径測定装置のタイミング図であ
る。

【図３】図１に示す外径測定装置に適用される一例の多
面鏡の平面図である。

【図４】図３に示す多面鏡の側面図である。

【図５】従来の外径測定装置の構成図である。

【図６】外径測定装置の走査位置のずれを説明するため
の斜視図である。

【図７】回転多面鏡の偏心による測定値のバラツキを説
明するための波形図である。

【図８】回転多面鏡の反射率の相違による測定値のバラ
ツキを説明するための波形図である。

【図９】窓形状の変形による測定値のバラツキを説明す
るための波形図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 固定ミラー ３ 回転多面鏡 ４ コリメータレンズ ５ 集光レンズ ６ 被測定物 ７ 受光素子 ８ 増幅・２値化回路 ９ 検出回路 １０ アンド回路 １１ クロック発振器 １２ カウンタ １４ 検出器 １５ 走査同期信号を形成する検出器 １６ 演算処理回路 ２３ レーザビーム ３１ モータ ３２ ロータ ３３ 多面鏡 ３４ 認識マーク ３５ フォトインタラプタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転多面鏡の回転により走査され平行走査
   光線ビームを出射する平行走査光線ビーム発生手段と、
   前記平行走査光線ビーム発生手段から出射された平行走
   査光線ビームを受光する受光手段とを有し、前記平行走
   査光線ビーム発生手段と前記受光手段との間の平行走査
   光線ビームの走査領域内に被測定物を配置し、前記被測
   定物による平行走査光線ビームの遮り時間から前記被測
   定物の外径を測定する外径測定装置において、前記平行
   走査光線ビームを走査する回転多面鏡の面を識別する識
   別手段を設け、前記識別手段により選択された面により
   走査される平行走査光線ビームから前記被測定物の外径
   を測定することを可能にしたことを特徴とする外径測定
   装置。