JPH06137818A - Laser utilization type measuring device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To form mutually parallel output beams by rotating transparent plates whose one of a plurality of parallel planes is irradiated with laser beam, at a constant speed, changing the incident angle of the beam to an irradiation plane in time series, and bending the beam according to the incident angle. CONSTITUTION:Laser beam 3 sent from a laser beam source 1 proceeds toward the side of a transparent plate 51 in a direction perpendicular to a rotary shaft, and gets into constantly through a fixed optical path, and when an irradiated face a is vertical to the beam 3, it goes straight ahead inside the transparent plate 51 and outgoes from a parallel outgoing plane b on another side. Since the transparent plate 51 rotates in one direction at a constant speed, the irradiated plane a changes successively its position, and the incident angle of the beam 3 changes analogically in time series. The beam 3 therefore bends inside the transparent plate 51 and outgoes, and the outgoing beams are mutually parallel to each other and scan in fixed time series. Scanning beam like this can be effectively used for the measurement of the outer diameter and width of a measured body.

Description

Translated fromJapanese

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光線を利用し
た測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device using a laser beam.

【０００２】[0002]

【従来の技術】今日において迅速な品質管理は絶対であ
る。例えば、連続するワイヤ等の線状物や円筒管または
帯状物を製造する場合、かかる製造物が予め設定した外
径や幅など所定の外形（寸法および／または形状）を有
しているか否かを、製造ライン上、即ち、インプロセス
で測定し、品質の可否を即時に決定している。2. Description of the Related Art Rapid quality control is absolute today. For example, in the case of manufacturing a linear object such as a continuous wire, a cylindrical tube, or a strip, whether or not the manufactured object has a predetermined outer shape (size and / or shape) such as an outer diameter and a width set in advance. Is measured on the manufacturing line, that is, in-process, and the quality is immediately determined.

【０００３】かかる外径や幅などの測定装置として、例
えばレーザーマイクロメーターの如くレーザー光線を利
用した測定装置が知られる。代表的には、レーザー利用
測定装置は、レーザー光源から発振される単一レーザー
光線をポリゴンミラーとＦθレンズよりなる光走査装置
により平行走査光線とし、これを被測定物に照射し、そ
の通過光線を集光して光センサー等の受光器で受光する
構成よりなり、レーザー光線の走査速度を一定とするこ
とにより、被測定物により遮光される時間を算出し、被
測定物の外径や幅などの外形寸法や形状を測定する。従
来装置において、平行走査光を形成するための代表的光
走査手段としてポリゴンミラーとＦθレンズとの組合せ
が使用されている。As a measuring device for measuring such outer diameter and width, there is known a measuring device utilizing a laser beam such as a laser micrometer. Typically, a laser-based measuring device converts a single laser beam emitted from a laser light source into a parallel scanning beam by an optical scanning device including a polygon mirror and an Fθ lens, irradiates the measured object with the passing beam. It is configured to collect light and receive it with a light receiver such as an optical sensor. By keeping the scanning speed of the laser beam constant, the time shielded by the object to be measured is calculated, and the outer diameter and width of the object to be measured are calculated. Measure the external dimensions and shape. In the conventional apparatus, a combination of a polygon mirror and an Fθ lens is used as a typical optical scanning means for forming parallel scanning light.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】知られるように、ポリ
ゴンミラーは、その回転軸の偏位が平行走査光線の走査
方向および走査速度をバラつかせ、またＦθレンズと共
に極めて高い精密度を必要とするため、精密配置等、製
造および組立が難しいという問題を有している。また併
せて、ミラーおよびレンズ自体がかなりの高額であるた
めに、低価格の測定装置の提供を困難としている。As is known, in the polygon mirror, the deviation of the rotation axis thereof causes the scanning direction and scanning speed of the parallel scanning light beam to vary, and also requires extremely high precision together with the Fθ lens. Therefore, there is a problem that it is difficult to manufacture and assemble such as precise placement. At the same time, since the mirror and the lens themselves are considerably expensive, it is difficult to provide a low-cost measuring device.

【０００５】このため、本発明は、製造および組立が簡
単であり且つ低価格化の可能なレーザー利用測定装置を
簡単な構成で提供することを課題とする。Therefore, it is an object of the present invention to provide a laser-based measuring device which is simple to manufacture and assemble and which can be manufactured at a low cost with a simple structure.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、レーザー光源から発振されるレーザー光
線を光走査装置によって一定の走査範囲の平行する走査
光線に変換し、この走査光線の走査範囲内に被測定物を
位置させ、被測定物の外形または存在を被測定物通過後
の走査光線を受光して得られる受光信号に基づき測定す
るレーザー利用測定装置において、前記光走査装置が、
複数対の平行面を有する透明板を含み、該平行面の一に
向け前記レーザー光源からのレーザー光線を入射させる
と共に前記透明板を一定速度で回転させることにより該
透明板の入射面に対するレーザー光線の相対的入射角度
を時系列で変化させ、入射光線を当該変化する入射角度
に従い屈折させて平行出力させることを特徴とする。In order to solve the above problems, the present invention converts a laser beam oscillated from a laser light source into parallel scanning beams within a certain scanning range by an optical scanning device, and scans the scanning beams. In the laser-based measuring device that positions the measured object within the range, and measures the outer shape or the existence of the measured object based on the received light signal obtained by receiving the scanning light beam after passing through the measured object, the optical scanning device,
Relative of the laser beam with respect to the incident surface of the transparent plate by including a transparent plate having a plurality of pairs of parallel surfaces, and causing the laser beam from the laser light source to enter one of the parallel surfaces and rotating the transparent plate at a constant speed. The target incident angle is changed in time series, and the incident light beam is refracted according to the changing incident angle to be output in parallel.

【０００７】[0007]

【作用】このような手段において、レーザー光源から発
振されるレーザー光線は、回転する透明板を透過するに
際し、その入射面（回転に従って角度変位する）に対す
る入射角度に従い屈折し、入射面と平行する他面（出射
面）から平行出力される。これにより透明板の回転に従
い、レーザー光線の入射角度および透明板の屈折率によ
り決定される一定の走査範囲内で所定の走査速度の平行
走査光線が走査される。In such a means, the laser beam emitted from the laser light source is refracted according to the incident angle with respect to the incident surface (which is angularly displaced according to the rotation) when passing through the rotating transparent plate, and is parallel to the incident surface. Parallel output from the surface (emission surface). Thus, as the transparent plate rotates, the parallel scanning light beam having a predetermined scanning speed is scanned within a certain scanning range determined by the incident angle of the laser beam and the refractive index of the transparent plate.

【０００８】[0008]

【実施例】以下、図面を参照として、本発明の一実施例
を説明する。図１において、１は半導体レーザー等の単
一レーザー光線を発振するレーザー光源であり、その光
出力が常時安定するようにレーザー発振制御回路２によ
りフィードバック制御されて駆動される。レーザー発振
制御回路２は、レーザー光源１の光出力設定値と実際の
光出力値が等しくなるように、実際の光出力値と光出力
設定値との差を変換・増幅してレーザー光源１の駆動電
流を一定値に自動調整する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser light source that oscillates a single laser beam such as a semiconductor laser, and is driven under feedback control by a laser oscillation control circuit 2 so that its optical output is always stable. The laser oscillation control circuit 2 converts and amplifies the difference between the actual optical output value and the optical output setting value so that the optical output setting value of the laser light source 1 becomes equal to the actual optical output value. The drive current is automatically adjusted to a constant value.

【０００９】レーザー光源１から出力されたレーザー光
線３は後述する光走査装置５により一定の走査範囲内で
繰り返し走査される平行な走査光線６に変換される。こ
の平行走査光線６内の所定位置には被測定物７が、平行
走査光線６と垂直の方向に横切るように配置され、その
外径または厚さ等が測定される。The laser beam 3 output from the laser light source 1 is converted into a parallel scanning beam 6 which is repeatedly scanned within a constant scanning range by an optical scanning device 5 described later. An object to be measured 7 is arranged at a predetermined position in the parallel scanning light beam 6 so as to cross the parallel scanning light beam 6 in a direction perpendicular to the parallel scanning light beam 6, and the outer diameter or thickness thereof is measured.

【００１０】被測定物７を通過した平行走査光線６は集
光レンズ８によって集光されたのち、受光器９によって
受光される。必要に王子集光レンズ８と受光器９の間に
光幅を規制するためのスリット板（図示なし）が設けら
れる。受光器９はその受光面に照射された平行走査光線
の受光量を当該受光量に比例した出力電流に変換し出力
する光電変換型のセンサーであり、例えばフォトダイオ
ード、フォトトランジスタ等の受光素子を用いることが
できる。かかる受光器９により得られる受光信号はアン
プ１１により増幅されたのち、演算・判定回路１２へと
送られ、ここにおいて被測定物の外径または厚さ等が算
出される。The parallel scanning light beam 6 which has passed through the DUT 7 is condensed by the condenser lens 8 and then received by the light receiver 9. A slit plate (not shown) for regulating the light width is provided between the prince condensing lens 8 and the light receiver 9 as necessary. The light receiver 9 is a photoelectric conversion type sensor that converts the amount of light received by the parallel scanning light beam applied to its light receiving surface into an output current proportional to the amount of light received and outputs the output current. Can be used. The light reception signal obtained by the light receiver 9 is amplified by the amplifier 11 and then sent to the calculation / judgment circuit 12, where the outer diameter or thickness of the object to be measured is calculated.

【００１１】演算・判定回路１２は、受光器９により得
た受光信号の立ち上がり時と立ち下がり時との時間差か
ら被測定物の外径や幅を算出する「時間差を係数とした
算出回路」、または、被測定物による遮光量を検出して
外径や幅を算出する「遮光量を係数とした算出回路」を
含む。例えば「時間差を係数とした算出回路」の場合、
平行走査光線６が被測定物７の両端部で遮られた瞬間を
高精度でエッヂ検出し、検出されたエッヂ間隔をクロッ
クパルスにより計数することにより被測定物７の外径や
幅が算出される。これら算出回路および演算・判定回路
は、従来公知の構成を使用することができる。The calculation / judgment circuit 12 is a "calculation circuit using a time difference as a coefficient" for calculating the outer diameter and width of the object to be measured from the time difference between the rise and fall of the light reception signal obtained by the light receiver 9. Alternatively, it includes a “calculation circuit having a light-shielding amount as a coefficient” for detecting the light-shielding amount of the object to be measured and calculating the outer diameter and width. For example, in the case of "calculation circuit using time difference as a coefficient",
The outer diameter and width of the DUT 7 can be calculated by detecting the edge of the parallel scanning light beam 6 at both ends of the DUT 7 with high accuracy and counting the detected edge intervals with a clock pulse. It The calculation circuit and the calculation / determination circuit may have conventionally known configurations.

【００１２】演算・判定回路１２の結果はそれに連結さ
れた表示器１３により可視的に表示され計測者に通知さ
れる。演算・判定回路１２はまた、走査光の平行移動距
離と時間との関係が許容精度においてリニアーと見做し
得ない場合には、透明板５１の回転角度（位置）をファ
クターとして上記算出した値を実際の外径や幅に一致ま
たは近似するように補正演算をする機能を含む。透明板
５１の回転角度（位置）はロータリーエンコーダ５５か
らの出力により得ることができ、または破線経路Ｋによ
って示すようにモーター５３からの回転基準位置を知ら
せる同期信号を基準として時間をカウントすることから
算出できる。The result of the calculation / judgment circuit 12 is visually displayed by the display 13 connected to it and notified to the measurer. The calculation / judgment circuit 12 also uses the rotation angle (position) of the transparent plate 51 as a factor when the relationship between the parallel movement distance of the scanning light and the time cannot be regarded as linear in the allowable accuracy. It includes a function of performing a correction calculation so as to match or approximate the actual outer diameter or width. The rotation angle (position) of the transparent plate 51 can be obtained from the output from the rotary encoder 55, or as time is counted with reference to the synchronization signal from the motor 53 indicating the rotation reference position as indicated by the broken line path K. Can be calculated.

【００１３】光走査装置５は、図２に示すように複数対
の平行面からなる透明板５１と、透明板５１の中心に固
定された回転軸５２および回転軸５２を駆動するモータ
５３を含む。図示例では透明板５１は２対の平行する側
面５１０ａおよび５１０ｂ並びに５１１ａおよび５１１
ｂを有する平面正四角形の均一厚さの光学的に透明な光
学ガラスまたは合成樹脂材よりなり、それぞれの面５１
０ａ、５１０ｂ、５１１ａ、５１１ｂは光学的な散乱を
生じないように平滑に研磨されており且つ対応する対を
組む面に対し充分な平行度を備えている。透明板５１は
また局部的な光学的歪がなく、一様な屈折率を有するも
のが使用される。なお、本明細書において部材５１を便
宜上「板」なる用語を用いて表現するが、その厚さによ
って解釈されるものではなく、薄板、厚板、角柱をも含
み総称する。また、図では２対の平行面を有する形状を
例示したが、３対、４対などの多面を有する形状であっ
ても良い。As shown in FIG. 2, the optical scanning device 5 includes a transparent plate 51 having a plurality of pairs of parallel surfaces, a rotary shaft 52 fixed to the center of the transparent plate 51, and a motor 53 for driving the rotary shaft 52. . In the illustrated example, the transparent plate 51 includes two pairs of parallel side surfaces 510a and 510b and 511a and 511.
b made of optically transparent optical glass or synthetic resin material with a uniform thickness of a plane square having b
0a, 510b, 511a, and 511b are smooth-polished so as to prevent optical scattering and have sufficient parallelism with respect to the corresponding paired surfaces. As the transparent plate 51, one having no local optical distortion and a uniform refractive index is used. In the present specification, the member 51 is expressed using the term “plate” for the sake of convenience, but it is not interpreted by its thickness, and generically includes thin plates, thick plates, and prisms. Further, in the drawing, a shape having two pairs of parallel surfaces is illustrated, but a shape having multiple surfaces such as three pairs and four pairs may be used.

【００１４】回転軸５２は透明板５１の平面の中心にそ
の一端部を固定し、他端は面５１０ａ、５１０ｂ、５１
１ａ、５１１ｂと平行する方向に伸びており、図示しな
い軸受装置により回転自在に且つ振れのないようにしっ
かりと軸支されている。回転軸５２の他端は模式的にモ
ータ５３の軸に直接連結されているが、適当な歯車装置
を介しても良いことは明かである。モータ５３は同期モ
ータ、パルスモータなど同期信号発生回路１６からの同
期信号に従い定速回転を提供し得る種類のモータが使用
される。The rotating shaft 52 has one end fixed to the center of the plane of the transparent plate 51, and the other end having surfaces 510a, 510b, 51.
It extends in a direction parallel to 1a and 511b, and is rotatably and firmly supported by a bearing device (not shown) so as not to shake. The other end of the rotary shaft 52 is typically directly connected to the shaft of the motor 53, but it is obvious that a proper gear device may be used. As the motor 53, a motor such as a synchronous motor or a pulse motor that can provide constant speed rotation according to the synchronous signal from the synchronous signal generating circuit 16 is used.

【００１５】図３および図４を参照として、光走査装置
５の作用について詳述する。レーザー光源１から出力さ
れたレーザー光線３は、回転軸５２と垂直の方向から透
明板５１の側面に向かって常時一定の光路に従って入射
される。入射光線３は、透明板５１の回転角度に従い屈
折して出力される。即ち、透明板５１の入射面ａがレー
ザー光線３に垂直な位置（Ａ）にあるときにはレーザー
光線は透明板５１内を直進して他方の平行する出射面ｂ
からそのまま出力される。ここで、透明板５１は前述し
たように一方向に向けて定速度で回転するため、入射面
ａは逐次角度を変え、従って、入射レーザー光線３の入
射面ｂへの相対的な入射角度が時系列でアナログ的に変
化する。このため、入射レーザー光線３は透明板５１内
で屈折して出射面ｂから出力される。The operation of the optical scanning device 5 will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. The laser beam 3 output from the laser light source 1 is always incident on the side surface of the transparent plate 51 from a direction perpendicular to the rotation axis 52 along a constant optical path. The incident light ray 3 is refracted and output according to the rotation angle of the transparent plate 51. That is, when the incident surface a of the transparent plate 51 is at the position (A) perpendicular to the laser beam 3, the laser beam goes straight through the transparent plate 51 and the other parallel emission surface b.
Is output as is. Here, since the transparent plate 51 rotates in one direction at a constant speed as described above, the incident surface a changes its angle sequentially, so that the relative incident angle of the incident laser beam 3 to the incident surface b changes. It changes analogically in the series. Therefore, the incident laser beam 3 is refracted in the transparent plate 51 and is output from the emission surface b.

【００１６】図４に示すように、透明板５１の屈折率と
し、透明板５１が「θx」度回転した場合を仮定する
と、出射面Ｂからの走査光３０は、 Ｘ＝Ｌ・sin （θx−θn）／cos θn だけ、入射光から変位する。 ここで、θn = sin -
¹（sinθx／ｎ）である。例えば、図３のように、透明
板５１として８０mm角の平面４角形状の部材を使用した
場合、屈折率ｎ＝２．０とすると屈折後に出射面から出
力される走査光の最大走査範囲は約７０mmとなり、また
屈折率ｎ＝１．４の場合には約５０mmの走査範囲で繰り
返し光走査される。かかる出力される走査光は互いに平
行であり、且つ透明板５１の一定の回転速度に伴い、一
定の時系列で走査される。As shown in FIG. 4, assuming that the transparent plate 51 has a refractive index and the transparent plate 51 is rotated by ".theta.x" degrees, the scanning light 30 from the exit surface B has the following formula: X = L.sin (.theta.x −θn) / cos θn is displaced from the incident light. Where θn = sin-
¹ (sin θx / n). For example, as shown in FIG. 3, in the case where an 80 mm square flat rectangular member is used as the transparent plate 51, if the refractive index n = 2.0, the maximum scanning range of the scanning light output from the exit surface after refraction is When the refractive index is n = 1.4, the optical scanning is repeated within a scanning range of about 50 mm. The output scanning lights are parallel to each other and are scanned in a constant time series with a constant rotation speed of the transparent plate 51.

【００１７】このようにして得られた平行走査光は前述
したように被測定物の外径や幅などの測定のために有効
に使用される。なお、かかる平行走査光は、上記した例
のように外径、幅等の寸法測定の目的のみならず、被測
定物の外郭形状の測定や、あるいは例えばリミットスイ
ッチのように被測定物の存在の有無の測定にも有効であ
る。The parallel scanning light thus obtained is effectively used for measuring the outer diameter and width of the object to be measured as described above. The parallel scanning light is used not only for the purpose of measuring dimensions such as the outer diameter and the width as in the above-described example, but also for measuring the outer shape of the measured object, or the presence of the measured object such as a limit switch. It is also effective for measuring the presence or absence of.

【００１８】[0018]

【発明の効果】本発明によれば、光走査装置として、ポ
リゴンミラーおよびＦθレンズの使用を必要とせず、透
明板の光屈折を利用することにより平行走査光を得る構
成よりなるため、装置の製造および組立が容易であり、
且つ光学部品の点数を少くし且つ比較的安価な部材を使
用できるので低価格な測定装置の提供を可能とする。According to the present invention, since the optical scanning device does not need to use a polygon mirror and an Fθ lens, it is configured to obtain parallel scanning light by utilizing light refraction of a transparent plate. Easy to manufacture and assemble,
Moreover, since the number of optical components can be reduced and a relatively inexpensive member can be used, a low-cost measuring device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明による測定装置一例の概略図。FIG. 1 is a schematic view of an example of a measuring device according to the present invention.

【図２】 図１の光走査装置の一例の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of an example of the optical scanning device in FIG.

【図３】 図２の光走査装置の作用を説明するための
図。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the optical scanning device in FIG.

【図４】 図２の光走査装置の作用を説明するための
図。4A and 4B are views for explaining the operation of the optical scanning device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ レーザー光源 ５ 光走査装置 ７ 被測定物 ９ 受光器 ５１ 透明版 ５１０ａ，５１０ｂ 平行面 ５１１ａ，５１１ｂ 平行面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 5 Optical scanning device 7 Object to be measured 9 Light receiver 51 Transparent plate 510a, 510b Parallel surface 511a, 511b Parallel surface

Claims (1)

Translated fromJapanese

【特許請求の範囲】[Claims]【請求項１】 レーザー光源から発振されるレーザー光
線を光走査装置によって一定の走査範囲の平行する走査
光線に変換し、この走査光線の走査範囲内に被測定物を
位置させ、被測定物の外形または存在を被測定物通過後
の走査光線を受光して得られる受光信号に基づき測定す
るレーザー利用測定装置において、前記光走査装置が、
複数対の平行面を有する透明板を含み、該平行面の一に
向け前記レーザー光源からのレーザー光線を入射させる
と共に前記透明板を一定速度で回転させることにより該
透明板の入射面に対するレーザー光線の相対的入射角度
を時系列で変化させ、入射光線を当該変化する入射角度
に従い屈折させて平行出力させることを特徴とするレー
ザー利用測定装置。1. A laser beam oscillated from a laser light source is converted by an optical scanning device into parallel scanning beams within a certain scanning range, an object to be measured is positioned within the scanning range of the scanning beam, and an outer shape of the object to be measured is located. Alternatively, in the laser-based measuring device for measuring the presence based on the received light signal obtained by receiving the scanning light beam after passing through the object to be measured, the optical scanning device comprises:
Relative of the laser beam with respect to the incident surface of the transparent plate by including a transparent plate having a plurality of pairs of parallel surfaces, and causing the laser beam from the laser light source to enter one of the parallel surfaces and rotating the transparent plate at a constant speed. A laser-based measuring device characterized in that a target incident angle is changed in a time series, and an incident light beam is refracted according to the changing incident angle to be output in parallel.