(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径測定を可能にする外形測定方法を提供する。【解決手段】投光部２０Ａ、２０Ｂと受光部６０Ａ、６０Ｂの間に配置された測定対象物の寸法を測定するための光学式寸法測定器１０Ａであって、測定領域の位相をシフトして他の光学式寸法測定器１０Ｂとの同期を取り、測定対象物に当たる測定光が一つになるようにするための同期回路９４Ａ、９４Ｂを備えた光学式寸法測定器を用いて、複数の光学式寸法測定器１０Ａ、１０Ｂで同一測定対象物の外径を測定する際に、測定対象物に当たる測定光が一つになるように測定領域の位相をシフトする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部と受光部の間に配置された測定対象物の寸法を測定するための光学式寸法測定器であって、
測定領域の位相をシフトして他の光学式寸法測定器との同期を取り、測定対象物に当たる測定光が一つになるようにするための同期回路を備えたことを特徴とする光学式寸法測定器。
【請求項２】
前記同期回路が、光源のオンオフ状態も制御するようにされていることを特徴とする、請求項１に記載の光学式寸法測定器。
【請求項３】
測定ビームを走査するようにされた光学式寸法測定器で、前記同期回路が、測定ビーム走査用駆動モータの回転数も制御するようにされていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学式寸法測定器。
【請求項４】
前記同期回路が、汎用インターフェイスを用いて他の光学式寸法測定器と同期を取るようにされていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式寸法測定器。
【請求項５】
複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、
測定対象物に当たる測定光が一つになるように測定領域の位相をシフトすることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の光学式寸法測定器を用いた外径測定方法。
【請求項６】
複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、
測定対象物に当たる測定光が重なる場合は、交代で、一つの光学式寸法測定器の光源のみをオンとし、他の光学式寸法測定器の光源はオフとすることを特徴とする、請求項２に記載の光学式寸法測定器を用いた外径測定方法。
【請求項７】
測定ビームを走査するようにされた複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、
測定方向によって要求分解能が異なる場合は、要求分解能に合わせて当該光学式寸法測定器の測定ビーム走査用駆動モータの回転数を変更することを特徴とする、請求項３に記載の光学式寸法測定器を用いた外径測定方法。
【請求項８】
複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、
各光学式寸法測定器のタイミングを、汎用インターフェイスを用いて同期させることを特徴とする、請求項４に記載の光学式寸法測定器を用いた外径測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投光部と受光部の間に配置された測定対象物の寸法を測定するための光学式寸法測定器、及び、これを用いた外径測定方法に係り、特に、測定ビームを走査するようにされたレーザ走査型寸法測定器に用いるのに好適な、複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、相互に干渉することなく同一部分の外径値を高精度で測定することが可能な光学式寸法測定器、及び、これを用いた外径測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の孔径を測定するためのピンゲージや栓ゲージ等の外径を測定するために用いることができる光学式寸法測定器として、出願人が提案した特許文献１、２に記載されたレーザ走査型寸法測定器（レーザスキャンマイクロメータと称する）や、特許文献３に記載されたイメージセンサを用いたイメージセンサ型寸法測定器（イメージセンサ式マイクロメータとも称する）がある。
【０００３】
出願人が特許文献１、２等に記載したレーザ走査型寸法測定器は、図１に例示する如く構成されている。即ち、投光部２０は、レーザビーム３３を発生するレーザ光源（例えばレーザダイオードＬＤ）３２及びレーザドライバ３４を含む発光部３０と、前記レーザビーム３３を反射する反射ミラー４２、扇状走査ビーム４５を発生するポリゴンミラー４４、該ポリゴンミラー４４を回転するモータ４６、モータドライバ４８、前記扇状走査ビーム４５を平行走査ビーム５１に変えるコリメートレンズ５０及び測定範囲外で基準信号を発生するための受光素子５２で構成される走査部４０を含んでいる。
【０００４】
測定対象物４を透過した平行走査ビーム５１を受光する受光部６０は、前記平行走査ビーム５１を集光させる集光レンズ６２と、計測信号用の受光素子６４と、アンプ６６とを含んで構成されている。
【０００５】
前記投光部２０及び受光部６０を制御して測定値を得るためのコントローラ７０は、ＣＰＵ７２と、メインバス７４と、入出力回路７６と、キーボード７８と、記憶部８０と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８２と、クロック回路８４と、モータ同期回路８６と、前記受光部６０から出力される計測信号中のエッジを検出するエッジ検出回路８８と、該エッジ間のクロック信号を計数して測定値を得るためのゲート回路９０及びカウンタ９２と、前記基準信号に応じて測定をリセットするためのリセット回路９４とを含んで構成されている。
【０００６】
即ち、レーザ光源３２から発生されるレーザビーム３３は、反射ミラー４２で反射された後、ポリゴンミラー４４に入射され、扇状走査ビーム４５に変えられた後、コリメートレンズ５０で平行走査ビーム５１に変換される。平行走査ビーム５１の光路中に置かれた測定対象物４によって一部が遮蔽された平行走査ビーム５１は、集光レンズ６２で集光され、その明暗を検出する計測信号用の受光素子６４に入射される。該受光素子６４出力の計測信号は、アンプ６６で増幅された後、エッジ検出回路８８により明暗の境界を示すエッジ信号が抽出され、測定対象部分を選択するゲート回路９０に入力される。
【０００７】
前記扇状走査ビーム４５のコリメートレンズ５０の近傍には基準信号発生用の受光素子５２が設けられている。この受光素子５２により得られる走査開始を示す基準信号が、リセット回路９４に入力される。
【０００８】
前記クロック回路８４から出力されるクロックパルスは、モータ同期回路８６を介してポリゴンミラー４４駆動用のモータ４６に入力され、モータ４６の回転との同期を取ると共に、前記ゲート回路９０に入力され、エッジ検出回路８８によりゲート回路９０が開かれている間だけゲート回路９０を通過する。ゲート回路９０を通過したクロックパルスはカウンタ９２に入力され、測定対象物４の影の長さに対応するクロックパルス数から測定対象物４の寸法を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４１６２４２６号公報
【特許文献２】特許第４１９１９５３号公報
【特許文献３】特許第５５０７８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記のようなレーザを用いた非接触外径測定器を複数用いたシステムでは、レーザ光が重ならないように配置する必要があった。特に、図１に例示したようなポリゴンミラー４４を用いた外径測定器では、モータ４６の同期を取るのが難しく、図２に例示するように同一面上に９０°回転させて１０Ａと１０Ｂの２台の測定器を配置する場合、測定器１０Ａの投光部２０Ａからの平行走査ビーム５１Ａが測定対象物４に反射して、測定器１０Ｂの受光部６０Ｂに入射され、測定器１０Ｂの測定値に誤差が生じる。同様に、測定器１０Ｂの投光部２０Ｂからの平行走査ビーム５１Ｂが測定対象物４に反射して、測定器１０Ａの受光部６０Ａに入射され、測定器１０Ａの測定値に誤差が生じる。
【００１１】
そこで従来は、図３に例示するように、それぞれの光が入射されないように測定器１０Ａと測定器１０Ｂの測定箇所を測定対象物４の軸方向にずらして配置し、誤差が発生しないように測定を行っていた。そのため、測定対象物４が移動していない状態であっても、測定対象物４の違った位置を測定していた。
【００１２】
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、測定対象物に当たる測定光が一つになるようにして、同一位置の測定を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、投光部と受光部の間に配置された測定対象物の寸法を測定するための光学式寸法測定器であって、測定領域の位相をシフトして他の光学式寸法測定器との同期を取り、測定対象物に当たる測定光が一つになるようにするための同期回路を備えたことを特徴とする光学式寸法測定器により、前記課題を解決したものである。
【００１４】
ここで、前記同期回路が、光源のオンオフ状態も制御するようにすることができる。
【００１５】
又、測定ビームを走査するようにされた光学式寸法測定器で、前記同期回路が、測定ビーム走査用駆動モータの回転数も制御するようにすることができる。
【００１６】
又、前記同期回路が、汎用インターフェイスを用いて他の光学式寸法測定器と同期を取るようにすることができる。
【００１７】
本発明は、又、複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、測定対象物に当たる測定光が一つになるように測定領域の位相をシフトすることを特徴とする、前記の光学式寸法測定器を用いた外径測定方法を提供するものである。
【００１８】
ここで、複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、測定対象物に当たる測定光が重なる場合は、交代で、一つの光学式寸法測定器の光源のみをオンとし、他の光学式寸法測定器の光源はオフとすることができる。
【００１９】
又、測定ビームを走査するようにされた複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、測定方向によって要求分解能が異なる場合は、要求分解能に合わせて当該光学式寸法測定器の測定ビーム走査用駆動モータの回転数を変更することができる。
【００２０】
又、複数の光学式寸法測定器で同一測定対象物の外径を測定する際に、光学式寸法測定器のタイミングを、汎用インターフェイスを用いて同期させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光学式寸法測定器に測定タイミングの同期回路を設けることによって、測定対象物に当たる測定光が一つになるようにして、同一箇所の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用されるレーザ走査型寸法測定器の一例の構成を示すブロック図
【図２】レーザ走査型寸法測定器を複数用いた場合の問題点を説明するための平面図
【図３】同じく斜視図
【図４】本発明による測定ビーム走査用駆動モータの駆動方法を示すブロック図
【図５】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図
【図６】同じく親機及び子機における同期回路の構成を示すブロック図
【図７】同じく親機の構成及び動作を示す図
【図８】同じく同期を取っている状態を示すタイミングチャート
【図９】同じく親機と子機で同期を取るための構成及び動作を示す図
【図１０】３方向の測定例を示す断面図
【図１１】子機が２台で第１実施形態の方法により１２０°と２４０°で同期を取った例を示すタイミングチャート
【図１２】位相をずらしただけでは測定領域が重なる例を示すタイミングチャート
【図１３】本発明の第２実施形態によりレーザ光源をオフとした状態を示すタイミングチャート
【図１４】子機が３台に増えて第２実施形態の方法によりレーザ光源をオフとした例を示すタイミングチャート
【図１５】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図
【図１６】同じく動作を示すタイミングチャート
【図１７】本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図
【図１８】同じく処理手順を示す流れ図
【図１９】同じく同期処理の詳細を示す図
【図２０】同じく同期処理部分の詳細を示す回路図
【図２１】本発明で用いることが可能なイメージセンサ型光学式寸法測定器の一例の要部構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００２４】
図１に例示したようなレーザ走査型寸法測定器において、本発明で用いるモータ４６は、図４に例示する如く、コントローラ７０のクロック回路８４から出力される駆動クロックで制御され、測定器１０内の基準信号により、駆動クロックが変更可能な構成になっている。
【００２５】
即ち、基準信号は本発明においては、測定領域の開始点を定めると共に、ポリゴンミラーの位置を検出している。
【００２６】
複数台の測定部を使用した場合、従来技術では、それぞれの基準信号は非同期で発生するが、本発明では、基準信号が所望のタイミングで検出できるまで、モータ駆動クロックの周波数を変化させる。後出図８が、所望のタイミングで同期された信号の図である。
【００２７】
基準信号（ポリゴンミラーの位置検出）を用いたモータ駆動クロックの可変は、本発明で追加した技術であり、従来技術では、モータ駆動クロックは測定速度のパラメータで、動的に可変できる動作は行っていない。
【００２８】
本発明の第１実施形態においては、図５に示す如く、２つの測定器１０Ａ、１０Ｂのコントローラ７０Ａ、７０Ｂ内に、それぞれ同期回路９４Ａ、９４Ｂを設けて、親機（ここでは１０Ａ）と子機（ここでは１０Ｂ）の設定を行い、親機１０Ａからは同期信号を子機１０Ｂに対して出力する。
【００２９】
同期回路９４は、図６に例示する如く、クロック信号を分周して駆動クロックとするための第１分周器１００と、クロック信号を分周して位相比較用の信号を生成するための第２分周器１０２と、基準信号又は子機から入力される同期信号（子機の場合）とクロック信号の位相を比較する位相比較器１０４と、位相をシフトして同期信号を出力する位相シフト器１０６（親機の場合）と、同期を検出して同期完了信号を出力する同期検出器１０８と、とを備えている。
【００３０】
親機１０Ａの構成及び動作を図７に示す。
【００３１】
本実施形態において、親機１０Ａは、図８に例示する如く、同期信号の位相０°に同期するように駆動信号を設定し、子機１０Ｂは同期信号の位相１８０°に同期するように駆動信号を設定する。
【００３２】
図９に、測定完了信号をオープンコレクタで出力する場合の例（図９は子機がｎ台の場合）を示す。このようにして、それぞれの測定器の同期信号が完了したことを同期完了信号で検出し、測定信号データを出力する。
【００３３】
一方、欠陥検査や複雑な形状の外径を測定する場合、図１０（３位置の例）に例示するように３以上の位置での測定が必要になる場合がある。
【００３４】
この場合も、測定周期Ｔｓを台数ｎで割ったものが、次式（１）に示すように、測定時間Ｔｍよりも小さい場合には、次式（２）に示すように、（３６０°÷ｎ）だけ位相シフト量とすることによって対応可能である。
Ｔｓ÷ｎ＜Ｔｍ                ・・・（１）
位相シフト量＝３６０°÷ｎ    ・・・（２）
【００３５】
図１１に、子機が２台で、この方法により、子機１、２をそれぞれ１２０°、２４０°で同期することにより対応できた例を示す。
【００３６】
このようにして、非接触測定器に測定の同期機構を設けることによって、同一箇所の外径値が測定可能になる。
【００３７】
しかしながら、測定器の数を増やしていくと、図１２に例示する如く、同期を取ってもスキャンタイミングが重なってしまい、測定に誤差が生じる場合がある。
【００３８】
そこで、図１２に示す如く、台数に応じて位相角度を設定しても、測定領域が重なる場合、本発明の第２実施形態では、タイミングが重ならないように、図１３に例示する如く、一部の測定器のレーザ光源（ＬＤ）３２を交代でオフとする。
【００３９】
具体的には、図１１に例示した如く、台数が３台で測定領域が重ならなかったものが、台数が４台に増えて測定領域が重なった場合には、図１４に例示する如く、一部のレーザ光源（ＬＤ）３２を交代で消灯制御する。
【００４０】
このようにして、同期タイミングの条件に応じてレーザの発光タイミングを制御することにより、同一箇所の複数の外径測定が可能になる。
【００４１】
又、図１に例示したようなレーザ走査型寸法測定器１０では、測定対象物４の影の部分を測定用クロックでカウントして測定値に換算する。そのため、クロック周波数が高いほど分解能が増す。クロックが固定である場合は、レーザ光を走査する時間が長いと分解能が増す。そこで、本発明の第３実施形態では、図１５に示す如く、同期測定を行いながら、設定によってモータの駆動クロックを変更することで高分解な測定を行う。
【００４２】
図１６に駆動クロックと測定領域の関係の例を示す。図１６では測定領域Ａと測定領域Ｂが重なっているが、第１実施形態のように位相シフトして測定領域Ａと測定領域Ｂが重ならないようにし、それでも測定領域が重なる場合には、第２実施形態のようにレーザ光源が同時に点灯しないようにして、複数箇所の測定を高精度で行うことが可能になる。
【００４３】
このようにして、同期タイミングを維持しながら、モータの回転を制御可能にすることにより、高分解能の測定が可能になる。
【００４４】
又、複数箇所の測定を行う場合、親機、子機の設定をそれぞれ個別に行う必要があり、同期信号や同期完了信号用の配線が必要になる。そこで、図１７に示す本発明の第４実施形態では、同期信号や同期完了信号を測定器のコマンドインターフェイスと兼用することにより、省線化を実施した。
【００４５】
図１７は、イーサネット（ethernet）（登録商標）を使用した例で、図において、１２０はＰＣ（パソコン）、１２２はハブ、１２４はイーサネット回線、９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃは、イーサネットの接続端子である。
【００４６】
この第４実施形態では、親機１０Ａがタイミングのマスターになり、子機１０Ｂ、１０Ｃが親機１０Ａからのタイミング信号に同期を行う。同期完了信号は、親機１０Ａが子機１０Ｂ、１０Ｃに対して確認コマンドを送信して確認を取る。全ての同期（親機を含む）を完了した後、親機１０Ａが同期完了を通知する。
【００４７】
測定値をＰＣ１２０に出力するか否かは、ＰＣ１２０側の設定により、それぞれのコントローラ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃが動作する。
【００４８】
これによって、同期タイミングを取るための専用線が不要になる。又、親機、子機の設定がＰＣ１２０から可能になるため、同期の設定が容易になる。
【００４９】
具体的には、図１８に処理手順を例示する如く、ステップ１０００で、ＰＣ１２０から通信設定（親機／子機の設定、台数ｎの設定、前出条件式（１）、（２）からレーザ光源ＬＤのオン／オフ制御、位相情報の設定）を行う。
【００５０】
次いでステップ１０１０で、ＰＣ１２０から測定条件を設定する。
【００５１】
次いでステップ１０２０で、ＩＥＥＥ  １５８８に基づく同期処理を測定処理と同時に行う。又、測定器時間を親機に一致させるため、基準信号のタイムスタンプ値で位相比較を実施する。
【００５２】
ステップ１０３０で、測定器の同期チェックを行う。ステップ１０３０の判定結果が正であり同期が取れているときには、ステップ１０４０に進み、測定を行う。一方、ステップ１０３０の判定結果が否であり同期が取れていないときには、ステップ１０２０に戻り、同期処理を行う。
【００５３】
前出ステップ１０２０のＩＥＥＥ  １５８８の同期処理の詳細を図１９に示す。
【００５４】
又、前記親機１０Ａと子機１ １０Ｂにおける各同期回路９４Ａ、９４Ｂとメッセージの関係の例を図２０に示す。図において、１１０Ａ、１１０Ｂは位相情報、１１２Ａ、１１２Ｂはタイムスタンプ、１１４Ａ、１１４Ｂは同期情報、１１６Ｂは時間補正器である。
【００５５】
このようにして、同期機構を用いた測定器に於いて、ＩＥＥＥ  １５８８のようなタイミング同期可能なインターフェイスを用いることにより、省配線・ＰＣによる簡易設定が可能になる。
【００５６】
なお、第４実施形態では、ＩＥＥＥ  １５８８のタイミング信号を用いたが、タイミング同期機構を有する他のインターフェイス、例えばEther ＣＡＴでも同様に実現できる。
【００５７】
前記実施形態においては、いずれも本発明が特許文献１、２に記載したようなレーザ走査型寸法測定器を用いて実現されていたが、本発明を実現する光学式寸法測定器はこれに限定されず、例えば特許文献３に記載されたような、図２１に示す如く、投光部１２０が、扇状光線１３３を出射するレーザ光源１３２と、前記扇状光線１３３を平行光線１５１化するコリメートレンズ１５０とを備え、受光部１６０が、例えばＣＣＤのような一次元のイメージセンサ１６４を備えたイメージセンサ型寸法測定器にも同様に適用できる。
【００５８】
この図２１の例では、投光部１２０と受光部１６０は一体でなくてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
４…測定対象物
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…測定器
２０、１２０…投光部
３２、１３２…レーザ光源
４４…ポリゴンミラー
４５…扇状走査ビーム
５０、１５０…コリメートレンズ
５１…平行走査ビーム
６０、１６０…受光部
６２…集光レンズ
６４…受光素子
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ…コントローラ
９４Ａ、９４Ｂ…同期回路
９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ…イーサネット接続端子
１２０…パソコン（ＰＣ）
１２２…ハブ
１２４…イーサネット回線
１３３…扇状光線
１５１…平行光線
１６４…イメージセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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