(57)【要約】【課題】凹んだ部分に設けられた外径を測定可能な外径測定装置の実現。【解決手段】光ビームを走査する光ビーム走査手段21と、走査面を通過した光ビームを集光して対応した電気信号を出力する受光手段23と、走査光ビームの途中に被測定物を配置した時の電気信号から被測定物の幅を算出する処理手段74と、を備える外径測定装置において、光軸が平行になるように対向して配置された２個の梯子型プリズム31,32と、２個の梯子型プリズム31,32を保持する保持ブロック33と、を備える走査面移動素子を備え、２個の梯子型プリズムの間の光ビームが走査される空間で、保持ブロックにより一方が限定される空間に、被測定物が配置される。【選択図】図３
2009047509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間の所定面を走査面として光ビームを走査する光ビーム走査手段と、
前記走査面を通過した前記光ビームを集光し、前記光ビームの強度に対応した電気信号を出力する受光手段と、
走査される前記光ビームの途中に被測定物を配置した時の前記電気信号から前記光ビームの遮断期間を導出し、前記光ビーム走査手段の走査速度と前記遮断期間に基づいて前記被測定物の幅を算出する処理手段と、を備える外径測定装置において、
光軸が平行になるように対向して配置された２個の梯子型プリズムと、前記２個の梯子型プリズムを保持する保持ブロックと、を備える走査面移動素子を備え、
前記光ビームは、前記２個の梯子型プリズムの一方に入射し、基準側プリズム面で反射された後、他方の走査側プリズム面で反射されて出射された後、前記２個の梯子型プリズムの他方に入射し、走査側プリズム面で反射された後、他方の基準側プリズム面で反射されて出射され、
前記２個の梯子型プリズムの前記走査側プリズム面の間の前記光ビームが走査される空間で、前記保持ブロックにより一方が限定される空間に、前記被測定物が配置されることを特徴とする外径測定装置。
【請求項２】
前記２個の梯子型プリズムのプリズム面には、三角プリズムが接着され、前記プリズム面には反射処理が施されている請求項１に記載の外径測定装置。
【請求項３】
光軸が平行になるように対向して配置された第１および第２の梯子型プリズムと、前記２個の梯子型プリズムを保持する保持ブロックと、を備え、
前記２個の梯子型プリズムは、前記第１の梯子型プリズムの光軸に平行な第１の方向に進む光ビームが、走査プリズム面で反射されて出射された後、前記第２の梯子型プリズムに入射し、走査プリズム面で反射された後、前記第１の方向と１８０度逆方向に進むように配置され、
前記保持ブロックは、前記２個の梯子型プリズムの前記走査側プリズム面の間に空間を形成するように前記２個の梯子型プリズムを保持することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
前記２個の梯子型プリズムのプリズム面には、三角プリズムが接着され、前記プリズム面には反射処理が施されている請求項３に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査して被測定物により光ビームが遮断された期間を検出することにより被測定物の外径を測定する外径測定装置およびそこで使用する光学素子に関し、特に軸が凹んだ部分にある軸の外径を測定する外径測定装置およびそこで使用する光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒物の外径や板状物の長さを非接触で測定するため、平行に走査される光ビーム内へ被測定物を配置し、遮断された光ビームの幅で長さを測定する外径測定装置が広く利用されている。図１は、外径測定装置の基本構成を示す図である。
【０００３】
図１において、参照番号７１１は平行な光ビームを発生する光ビーム発生器であり、半導体レーザとコリメータレンズを組み合わせたものが一般的である。７１２は、ポリゴンミラーであり、精密な多面鏡が等速回転して光ビームを等角速度で偏向する。７１３はｆθレンズであり、偏向された光ビームを軸に平行になるように方向を変化させ、軸に垂直な方向に等速で移動、すなわち走査する。７２は収束レンズであり、走査された光ビームを集光する。７３はフォトセンサであり、集光レンズ６２で集光された光ビームを受光して電気信号に変換する。７４は電気信号を処理して光ビームが遮断された幅を算出する。
【０００４】
図１において、７００は被測定物であり、被測定物７００を走査ビーム中に配置することにより、走査ビームが被測定物７００を走査している期間だけ走査光ビームが遮断され、フォトセンサ７３からの電気信号の強度もこれに応じて変化する。従って、電気信号の強度が低下する期間を検出すれば、走査ビームの走査速度を乗じることにより、光ビームが遮断された幅が求まる。
【０００５】
図１の外径測定装置については、特許文献１に記載されているので、これ以上の詳しい説明は省略する。
【０００６】
図２は、測定対象の部品の一例の断面図である。参照番号１３が主部分で、回転軸１１が設けられている。回転軸１１の周囲に主部分１３の周辺部が伸びる構造になっている。言い換えれば、回転軸１１は、主部分１３からは突出しているが、主部分１３の周辺部も突出しているため、軸は凹んだ部分にある。
【０００７】
上記の部品の回転軸の外径は高い精度が要求される。そこで、図１のような外径測定装置で回転軸１１の外径を測定することが求められている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２６５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図２に示すように、回転軸１１の周囲には主部分１３の周辺部が突出しており、回転軸１１を横切るように光ビームを走査することはできないので、図１の外径測定装置では測定は行えないという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決して、図２に示すような被測定部分の周囲に他の部分が突出している部材の被測定部分の外径を測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を実現するため、本発明の外径測定装置は、保持ブロックで２個の梯子型プリズムを所定の位置関係に保持する光学素子を利用する。具体的には、２個の梯子型プリズムを光軸が平行で、被測定物（の軸）に対して対称になるように配置する。
【００１２】
すなわち、本発明の外径測定装置は、空間の所定面を走査面として光ビームを走査する光ビーム走査手段と、前記走査面を通過した前記光ビームを集光し、前記光ビームの強度に対応した電気信号を出力する受光手段と、走査される前記光ビームの途中に被測定物を配置した時の前記電気信号から前記光ビームの遮断期間を導出し、前記光ビーム走査手段の走査速度と前記遮断期間に基づいて前記被測定物の幅を算出する処理手段と、を備える外径測定装置において、光軸が平行になるように対向して配置された２個の梯子型プリズムと、前記２個の梯子型プリズムを保持する保持ブロックと、を備える走査面移動素子を備え、前記光ビームは、前記２個の梯子型プリズムの一方に入射し、基準側プリズム面で反射された後、他方の走査側プリズム面で反射されて出射された後、前記２個の梯子型プリズムの他方に入射し、走査側プリズム面で反射された後、他方の基準側プリズム面で反射されて出射され、前記２個の梯子型プリズムの前記走査側プリズム面の間の前記光ビームが走査される空間で、前記保持ブロックにより一方が限定される空間に、前記被測定物が配置されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光学素子は、光軸が平行になるように対向して配置された第１および第２の梯子型プリズムと、前記２個の梯子型プリズムを保持する保持ブロックと、を備え、前記２個の梯子型プリズムは、前記第１の梯子型プリズムの光軸に平行な第１の方向に進む光ビームが、走査プリズム面で反射されて出射された後、前記第２の梯子型プリズムに入射し、走査プリズム面で反射された後、前記第１の方向と１８０度逆方向に進むように配置され、前記保持ブロックは、前記２個の梯子型プリズムの前記走査側プリズム面の間に空間を形成するように前記２個の梯子型プリズムを保持することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、２個の梯子型プリズムの走査側プリズム面の間に回転軸が配置できるので、回転軸の外径が測定できる。
【００１５】
プリズム面が尖っていると破損しやすいので、２個の梯子型プリズムのプリズム面には三角プリズムを接着し、プリズム面には反射処理を施すようにしてもよい。
【００１６】
外径測定装置は、高精度で被測定物の外径を測定する必要があり、２個の梯子型プリズムの位置関係は高精度であることが要求される。そのため、本発明では、保持ブロックにより２個の梯子型プリズムを所定の位置関係に保持する。具体的には、２個の梯子型プリズムを保持ブロックに接着する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、外径測定装置により、図２に示すような、凹んだ部分に設けられた軸の外径も測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図３は、本発明の第１実施形態の光学素子およびその使用方法を示す図であり、図３の（Ａ）は光学素子の上面図であり、（Ｂ）は光学素子の側面図で、外径測定装置の光ビームとの関係を示し、被測定物を破線で示す。
【００１９】
図３に示すように、２個の梯子型プリズム３１、３２は、保持部材３３に接着されて固定されている。２個の梯子型プリズム３１、３２は、直方体のガラス板を、対向する小さな面を、他の面に対して正確に４５度の面になるように加工する。すなわち、プリズム面３５、３６を形成するように加工する。保持ブロック３３は、少なくとも２個の梯子型プリズム３１、３２が接着される対向する面は高い精度で平行であるように加工されている。そして、２個の梯子型プリズム３１、３２を、図３の（Ｂ）に示すように、保持ブロック３２に対して対称になるように接着する。この時、梯子型プリズム３１のプリズム面３５、３６と、梯子型プリズム３２のプリズム面３５、３６とが、正確に９０度をなす一関係にする。２個の梯子型プリズム３１、３２は、保持ブロック３２の上面からさらに上に伸びており、２個の梯子型プリズム３１、３２の対向する空間で、下側が保持ブロック３２の上面により制限される空間には、測定時にはハブの回転軸１１が配置される。２個の梯子型プリズム３１、３２は、測定時には回転軸１１と保持部分１２の間の空間に位置する。保持ブロック３２は、台３４に接着するなどして固定される。保持ブロック３２の下側の形状や台３４への固定方法は各種の変形例が可能である。
【００２０】
走査ビーム出力部２１は、図１の光ビーム発生器７１１、ポリゴンミラー７１２およびｆθレンズ７１３を含む部分であり、走査ビームを出力する。走査ビーム受光部２２は、図１の収束レンズ７２およびフォトセンサ７３を含む部分であり、光ビームを受光して電気信号を出力する。信号処理回路２３は、図１の信号処理回路７４に相当し、電気信号を処理して光ビームが遮断された幅、すなわち回転軸１１の外径を算出する。
【００２１】
走査ビーム出力部２１から出力された走査光ビームは、梯子型プリズム３１に入射し、下側の基準側プリズム面３５で全反射して梯子型プリズム３１内を上側に進む。ここで、梯子型プリズム３１のこの方向を光軸と称する。これは梯子型プリズム３２についても同様である。走査光ビームは、梯子型プリズム３１の上側の走査側プリズム面３６で全反射して梯子型プリズム３１から水平に出射される。従って、図３の（Ａ）に示すように、光ビームは水平方向に走査される。
【００２２】
光ビームは、梯子型プリズム３２に入射し、上側の走査側プリズム面３６で全反射して梯子型プリズム３２内を光軸に沿って下側に進む。走査光ビームは、梯子型プリズム３２の下側の基準側プリズム面３５で全反射して梯子型プリズム３２から水平に出射され、走査ビーム受光部２２に入射する。
【００２３】
破線で示すように、測定時には、保持ブロック３３の上の空間の２個の梯子型プリズム３１、３２で挟まれた空間に、測定対象である回転軸１１が、配置される。この時、２個の梯子型プリズム３１、３２は、回転軸１１と保持部１２の間の空間に位置するので干渉することはない。梯子型プリズム３１から水平に出射される走査光ビームは回転軸１１により遮断されるので、回転軸１１の外径が測定できる。
【００２４】
図４は、本発明の第２実施形態の光学素子の構成と、走査光ビームの経路を示す図であり、（Ａ）が上面図であり、（Ｂ）が側面図である。この光学素子は、図３と同様に、台３４に固定されて使用される。
【００２５】
第２実施形態の光学素子は、第１実施形態と同様に、保持ブロック３３に２個の梯子型プリズムを所定の位置関係に接着したものであるが、次の点が第１実施形態と異なる。
【００２６】
各梯子型プリズムは、一方にプリズム面４８が形成された第１の部材４１、４６と、対向する面がプリズム面４８、４９である第２の部材４２、４５と、３角プリズム４３、４４とで構成される。第２の部材４２、４５のプリズム面４８、４９には反射コート層が形成されている。第１の部材４１、４６と第２の部材４２、４５をプリズム面４８で接着し、１つの板状にする。さらに、第２の部材４２、４５のプリズム面４９に、３角プリズム４３、４４を接着して、直方体の梯子型プリズムとする。梯子型プリズムは直方体であるが、ここでは梯子型プリズムと称する。上記のように、プリズム面４８、４９に反射コート層が設けられているので、図示のように、一方の梯子型プリズムに入射した走査光ビームは、プリズム面４８で反射されて光軸に沿って上側に進み、プリズム面４９で反射されて梯子型プリズムから出射され、被測定物（回転軸１１）を走査する。走査光ビームは、梯子型プリズムに入射して、プリズム面４９で反射されて光軸に沿って下側に進み、プリズム面４８で反射されて梯子型プリズムから出射される。他は、第１実施形態と同じである。
【００２７】
第２実施形態では、梯子型プリズムが直方体であるから、第１実施形態の梯子型プリズムに比べて、プリズム部分が破損しにくい。
【００２８】
以上本発明の実施形態を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。特に、梯子型プリズムの形状や製作方法は各種可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、凹んだ部分に設けられた形状の外径を検出する場合にはどのような場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】外径測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明で測定対象とする凹んだ部分に回転軸を有する部品の断面形状を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の外径測定装置の構成、そこで使用する光学素子、および光ビームの経路を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態の外径測定装置で使用する光学素子、および光ビームの経路を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１    回転軸（測定対象）
３１、３２    梯子型プリズム
３３    保持ブロック
３５    基準側プリズム面
３６    走査側プリズム面
【図１】
2009047509.tif 000003
【図２】
2009047509.tif 000004
【図３】
2009047509.tif 000005
【図４】
2009047509.tif 000006