寸法測定装置
【課題】 投受光器間のビームの経路に対する塵や埃のような微小な異物の局部的な付着を確実に検出できるようにする。
【解決手段】 受光器２２から出力される受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値Ｖｓによって２値化した２値化信号を第１のカウンタ２８で計数するとともに、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値Ｖｄによって受光信号を２値化した２値化信号を第２のカウンタ３１で計数し、判定回路３２において、第１、第２のカウンタ２８、３１の計数結果を比較して、投受光器間のビームの経路に局部的に付着した異物の有無を判定し、異物の付着があると判定されたときにこれを報知回路３３によって報知する。
【解決手段】 受光器２２から出力される受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値Ｖｓによって２値化した２値化信号を第１のカウンタ２８で計数するとともに、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値Ｖｄによって受光信号を２値化した２値化信号を第２のカウンタ３１で計数し、判定回路３２において、第１、第２のカウンタ２８、３１の計数結果を比較して、投受光器間のビームの経路に局部的に付着した異物の有無を判定し、異物の付着があると判定されたときにこれを報知回路３３によって報知する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投光器から被測定物に出力されたビームを受光器によって受光し、その受光信号に基づいて被測定物の外径等の寸法を非接触に測定する寸法測定装置において、ビームの経路に付着する異物を検出するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、物品の外径寸法を測定するための寸法測定装置は、図５に示すように構成されている。即ち、投光器１１から平行に幅Ｗの範囲を走査されたビームを被測定物１に向かって出力し、そのビームを受光器１２で受ける。
【０００３】受光器１２は、例えば図６の（ａ）に示すように、被測定物１に対する光ビームの通過位置毎の受光強度に比例した受光信号を２値化回路１３に出力する。
【０００４】２値化回路１３は、しきい値出力回路１４から出力されるしきい値Ｖｓと受光信号とを比較して、例えば図６の（ｂ）のように受光信号のレベルがしきい値Ｖｓより高いときにはハイレベル、受光信号がしきい値Ｖｓより低いときにはローレベルとなる２値化信号に変換する。
【０００５】外径演算回路１５は、２値化信号のレベル反転タイミングとビームの時間に対する光軸位置の関係から、被測定物の外径φを求める。
【０００６】このように、受光信号のレベルに基づいて被測定物の寸法を測定する寸法測定装置では、ビームの経路、例えば、投光器の投光窓や対物レンズの表面、受光器の受光窓や対物レンズの表面の広い範囲に、被測定物の製造工程等で発生するガスが膜状に付着すると、図６R>６の（ａ）で点線で示すように、受光信号のピークレベルＬｐがＬｐ′のように低下し、２値化のタイミングがずれ、受光信号のＳ／Ｎが悪化して測定誤差が大きくなる。このため、従来では、図５に示しているように、ピーク検知回路１６によって受光信号のピークレベルを検出し、このピークレベルの変化にしきい値Ｖｓを追従させるとともに、このピークレベルを常時監視してそのピークレベルが大きく低下したときに、ビームの経路に対する清掃等を行なうようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記したように受光信号のピークレベルを監視する従来の寸法測定装置では、膜状に広い範囲に付着した汚れは検知できるが、局部的に付着する塵や埃のような微小な異物を検知することができない。即ち、塵や埃のような微小な異物が局部的に付着した場合、受光信号はビームの一走査期間中にその異物によって一時的に急峻に低下するだけでピーク値に影響を与えないため、これを検出することができない。
【０００８】これを解決するための技術として、特開平０４−２８５１８９号には、被測定物と交わらないビームを受光している期間の受光信号（明部信号）の揺らぎを検出して、その揺らぎが大きくなったときにアラームを出力する技術が開示されている。
【０００９】しかしながら、この技術では受光信号から明部信号を抽出するために複数の遅延素子を用いており、その遅延時間の設定が難しいという問題がある。
【００１０】即ち、遅延時間を長く設定すると抽出される信号の時間が実際の明部信号より短くなって狭い幅の揺らぎを見過ごしてしまう。また遅延時間を短く設定すると、受光信号の暗部から明部への立ち上がり部分および明部から暗部への立ち上がり部分を含めた信号を抽出してしまい、これを揺らぎ成分と誤判定してしまう。しかも、この明部の幅はビームの走査時間と被測定物の測定対象寸法とによって変わるため、遅延時間の設定の困難さがさらに増すことになる。
【００１１】このため、面倒な調整をすることなく、微小な異物の付着を確実に検出する技術の実現が望まれていた。
【００１２】本発明は、この問題を解決し、塵や埃のような微小な異物の局部的な付着を確実に検出できるようにした寸法測定装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明の請求項１の寸法測定装置は、同一平面上を光軸が平行に移動するように走査されたビームを出射する投光器と、前記投光器から出射されるビームの走査範囲内に配置された被測定物をはさんで前記投光器と対向する位置に配置され、前記投光器から出射されたビームを受けてその強度に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値を出力する第１のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第１のしきい値と比較して２値化信号に変換する第１の２値化回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のレベル反転タイミングに基づいて被測定物の寸法を算出する演算回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第１のカウンタと、前記受光信号のピークレベルと前記第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値を出力する第２のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第２のしきい値と比較して２値化信号に変換する第２の２値化回路と、前記第２の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第２のカウンタと、前記第１のカウンタの計数結果と前記第２のカウンタの計数結果とを比較し、前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいか否かを判定する判定回路と、前記判定回路によって前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいと判定されたとき、前記投光器と受光器との間のビームの経路に異物が付着していることを報知する報知回路とを備えている。
【００１４】また、本発明の請求項２の寸法測定装置は、請求項１記載の寸法測定装置において、前記第２のしきい値出力回路は、前記受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間でレベルの異なる第２のしきい値を出力できるように構成され、前記判定回路は、前記第２のしきい値の各レベルに対する前記第２のカウンタの計数結果に基づいて異物の付着程度を判定し、前記報知回路は、前記判定回路によって判定された異物の付着程度に対応した報知を行なうことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の寸法測定装置の構成を示す図である。
【００１６】図１において、投光器２１は、レーザ光源（図示せず）から出力されるビームを一定の平面上で所定幅Ｗ内を平行に且つ一定周期で往復走査するように偏向して投光器２１と対向する受光器２２へ出射する。
【００１７】受光器２２は、投光器２１から出射されるビームを受けて受光素子（図示せず）の受光面に集光し、受光した光の強度に比例した受光信号を出力する。
【００１８】被測定物１は、投光器２１から出射されるビームの走査範囲内に配置されており、被測定物１がビームを透過しない材料で構成されているものとするば、ビームの走査位置が被測定物１に交わる期間は受光器２２がほぼ遮光状態となり受光信号のレベルは低く（ほぼ０）なる。また、ビームの走査位置が被測定物１と交わらない期間は、ビームが受光器２２に直接入力して、受光信号のレベルは投光器２１から出射されるビームの強度に比例した大きなレベルとなる。
【００１９】ピーク検出回路２３は、受光器２２から出力される受光信号のピークレベル、即ち、ビームの走査位置が被測定物１と交わらない期間の受光信号の最大レベルを検出する。このピークレベルの検出は、例えばビームの走査周期毎に行なわれる。
【００２０】第１のしきい値出力回路２４は、ピーク値検出回路２３によって検出されたピークレベルのほぼ１／２に設定された第１のしきい値Ｖｓをピークレベルに追従させるように出力する。なお、ここでは、ビームの走査位置が被測定物１と交わっている期間の受光信号のレベルがほぼ０として第１のしきい値Ｖｓを受光信号のピークレベルのほぼ１／２に設定しているが、被測定物１がビームに対して透光性を有している場合には、ビームの走査位置が被測定物１と交わっている期間の受光信号のレベルが０より高くなるので、そのレベル（ボトムレベル）を検出して、ピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に第１のしきい値Ｖｓを設定すればよい。
【００２１】第１の２値化回路２５は、受光器２２から出力される受光信号を第１のしきい値Ｖｓと比較して２値化信号に変換して出力する。
【００２２】外径演算回路２６は、第１の２値化回路２５から出力される２値化信号のレベルが反転するタイミングと、ビームの光軸位置と時間との関係等に基づいて被測定物１の外径寸法φを算出し、その算出結果を表示器２７に表示する。
【００２３】第１のカウンタ２８は、投光器２１がビームを少なくとも片道走査する期間Ｔａに第１の２値化回路２５から出力される２値化信号のパルスを計数する。
【００２４】第２のしきい値出力回路２９は、ピーク検出回路２３によって検出されたピークレベルと第１のしきい値Ｖｓとの間に設定された第２のしきい値Ｖｄをピークレベルに追従するように出力する。第２のしきい値Ｖｄは、ピーク検出回路２３によって検出されたピークレベルの例えば９０パーセントの値に設定されている。
【００２５】第２の２値化回路３０は、受光器２２から出力される受光信号を第２のしきい値Ｖｄと比較して２値化信号に変換して第２のカウンタ３１へ出力する。
【００２６】第２のカウンタ３１は、第１のカウンタ２８の計数期間Ｔａと同一期間に、第２の２値化回路３０から出力される２値化信号のパルスを計数する。
【００２７】判定回路３２は、第２のカウンタ３１の計数結果Ｂと第１のカウンタ２８の計数結果Ａとの差（Ｂ−Ａ）を求め、その差が正であればその差に応じた異物付着信号を出力する。
【００２８】報知回路３３は、判定回路３２からの異物付着信号を受けて、投受光器間のビームの経路に異物が付着していることを音や光によって報知する。なお、報知回路３３は、例えばブザー等で異物付着を報知する場合には、判定回路３２からの異物付着信号に応じて（計数結果の差に応じて）音量、音の高さ、音の発生間隔等を変化させる。また、ランプの点灯や点滅で異物付着を報知する場合には、判定回路３２からの異物付着信号に応じて光の強さ、点灯ランプの色、点滅間隔等を変化させる。
【００２９】次に、この寸法測定装置の動作を説明する。投受光器間のビームの経路に異物が付着していない場合、図２の（ａ）に示すように、投光器２１から出射されるビームの走査位置が被測定物１から最も遠い位置（走査周期のスタート位置）にある時刻ｔ１から最初に被測定物１のエッジに交わる直前までは、受光信号のレベルが高くほぼ一定で、ビームの走査位置が被測定物１のエッジに交わると受光信号のレベルが低下し、時刻ｔ２には第１のしきい値Ｖｓと等しくなる。
【００３０】さらにビームの走査位置が内側に移動するとビームは被測定物に完全に遮光されて受光信号のレベルがほぼ０で一定となる。
【００３１】そして、ビームの走査位置が被測定物１の反対側のエッジに交わると受光信号のレベルが急激に高くなり、時刻ｔ３には第１のしきい値Ｖｓと等しくなり、ビームの走査位置が被測定物１と交わらない位置まで移動してから被測定物に対して最も遠い位置まで移動した時刻ｔ４までは、受光信号のレベルが高い状態に維持される。
【００３２】ここで、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間がビームの片道の走査期間Ｔａであり、以後、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの受光信号が、ビームの往復走査が継続している間繰り返し出力される。
【００３３】この受光信号は、第１の２値化回路２５において受光信号のピークレベルのほぼ１／２に設定された第１のしきい値Ｖｓと比較されて、図２の（ｂ）に示す２値化信号に変換される。
【００３４】外径演算回路２６は、この２値化信号の立ち下がりと立ち上がりのタイミングと、Ｔａ期間中におけるビームの走査位置との関係から、被測定物１の外径寸法φを求めて表示器２７に表示する。
【００３５】例えば、ビームの走査速度が一定であれば、２値化信号の立ち下がりから立ち上がりまでの時間Ｔｂにビームの走査速度を乗じて、被測定物１の外径寸法φを求める。またビームがその走査中心を基準にしてＡcos ωｔの位置にあるように走査される場合には、次式によって被測定物１の外径寸法φを求める。
φ＝Ａ｜cos ω（ｔ２−ｔ１）−cos ω（ｔ３−ｔ１）｜
【００３６】また、第１のカウンタ２８は、期間Ｔａに第１の２値化回路２５から出力される２値化信号のパルスを計数する。ここで、第１のカウンタ２８が２値化信号の立ち下がりをカウントするものとすれば、期間Ｔａの第１のカウンタ２８の計数結果は、図２の（ｃ）に示すように「１」となる。
【００３７】一方、ビームが被測定物１と交わらない期間の受光信号のレベルは、第２のしきい値Ｖｄより高いので、第２の２値化回路３０からは、図２の（ｄ）に示すように、第１の２値化回路２５から出力される２値化信号とほぼ同期した２値化信号が出力される。なお、第２のしきい値Ｖｄは第１のしきい値Ｖｓより高いので、第２の２値化回路３０から出力されるローレベルパルスの幅は第１の２値化回路２５から出力されるローレベルパルスの幅より僅かに広い。
【００３８】したがって、期間Ｔａにおける第２のカウンタ３１の計数結果も、図２の（ｅ）に示すように「１」となり、第１のカウンタ２８の計数結果と等しい。このため、判定回路３２からは異物付着信号は出力されない。
【００３９】また、投受光器間のビームの経路に局部的に異物が付着した場合、例えば図３の（ａ）に示すように、ビームの走査位置が被測定物１から最も遠い位置にある時刻ｔ１から最初に被測定物１のエッジに交わるまでの期間に異物によって第１のしきい値Ｖｓと第２のしきい値Ｖｄとの間までレベルが短時間だけ急峻に低下する異物パルスｐが発生する。
【００４０】この異物パルスｐは、ピーク検出回路２３で検出されるピークレベルには影響を与えないので、第１の２値化回路２５は異物が無い場合と同様に図３の（ｂ）に示す２値化信号を出力し、第１のカウンタ２８の計数結果は図３の（ｃ）のように「１」となる。
【００４１】これに対し、第２の２値化回路３０は、異物パルスｐに交わる第２のしきい値Ｖｄで受光信号を２値化するため、図３の（ｄ）に示すように、受光信号の異物パルスｐにそれぞれ対応した幅狭のローレベルパルスｑを含む２値化信号が出力され、第２のカウンタ３１の計数結果は、図３の（ｅ）に示すように、Ｔａ期間に発生するローレベルパルスｑと被測定物１によって生じる１つの幅広のローレベルパルスの合計（図３では「３」）となる。
【００４２】したがって、期間Ｔａにおける第２のカウンタ３１の計数結果は、第１のカウンタ２８の計数結果より大きくなり、判定回路３２からはその計数結果の差に応じた異物付着信号が出力される。
【００４３】この異物付着信号を受けた報知回路３３は、投受光器間のビームの経路に異物が付着していることを光や音によって報知する。
【００４４】報知回路３３によって異物付着のあることを知った者は、その報知回路３３が出力する光や音の状態によって、異物の付着程度を判断し、その付着程度に応じて清掃等を行なう。
【００４５】以上のように、この実施形態の寸法測定装置では、受光信号をそのピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値によって２値化した２値化信号と、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値によって２値化した２値化信号の計数結果を比較することによって、投受光器間のビームの経路に局部的に付着した異物を検出して、これを報知するように構成されているので、面倒な調整をすることなく、微小な異物の付着を検出することができる。
【００４６】また、計数結果の差に応じた報知を行なっているから、異物の付着程度（付着異物の数）が容易に判断できる。
【００４７】なお、この実施形態では局部的に付着する微小な異物を検出する場合についてのみ説明していたが、ピーク検出回路２３が検出する受光信号のピークレベルとそのピークレベルに追従しない固定された第３のしきい値とを比較して、ビームの経路に膜状に付着した汚れも合わせて検出するようにしてもよい。
【００４８】
【他の実施の形態】前記実施形態では、第１のカウンタと第２のカウンタの計数結果の差、即ち、異物の数に応じた報知を行なうようにしていたが、異物の数とともにビームに対する異物の減衰量（異物パルスｐの大きさ）に応じた報知を行なうようにしてもよい。
【００４９】例えば、図４に示す寸法測定装置のように、第１、第２のカウンタ２８、３１の計数結果に差があるとき、判定回路５１が第２のしきい値出力回路２９を制御して第２のしきい値Ｖｄを受光信号のピークレベルと第１のしきい値Ｖｓの間で可変して、この第２のしきい値Ｖｄの変化に対する第２のカウンタの計数結果の変化に基づいて、異物の数と異物の減衰量とを判定し、その判定結果に応じた異物付着信号を報知回路３３に出力する。
【００５０】例えば、第２のしきい値Ｖｄが受光信号のピークレベルの９０パーセントのときに、第１、第２のカウンタの計数結果の差（Ｂ−Ａ）がＭ１（＞０）、第２のしきい値Ｖｄをピークレベルの７５パーセントに下げたときの計数結果の差（Ｂ−Ａ）がＭ２、第２のしきい値Ｖｄをピークレベルの６０パーセントに下げたときの計数結果の差（Ｂ−Ａ）がＭ３の場合、次の演算によって異物の付着程度を示す指数Ｋを算出する。
【００５１】Ｋ＝αＭ３＋β（Ｍ２−Ｍ３）＋γ（Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３）
ここで、α、β、γは重み付け係数であり、異物の減衰量を重視する場合にはα＞β＞γとなるように設定し、異物の数を重視する場合にはα＜β＜γとなるように設定する。
【００５２】このようにして求めた指数Ｋと、予め設定された程度範囲と比較し、その比較結果を異物付着信号として報知回路３３に出力したり、あるいは指数Ｋそのものを異物付着信号として報知回路３３に出力して報知させる。
【００５３】このように、異物の数だけでなくその減衰量を含めて判定することにより、異物の付着程度をより正確に把握することができ、異物付着程度に応じた適切な処置が行なえる。なお、図４の寸法測定装置の場合、ビームの走査周期に同期したタイミングで第２のしきい値Ｖｄのレベルを可変する。
【００５４】また、図４に示した寸法測定装置では、第２のしきい値Ｖｄを段階的に異なるレベルに可変していたが、第２のしきい値出力回路がピークレベルと第１のしきい値Ｖｓとの間でレベルの異なる複数（Ｎ個）のしきい値Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３、…、Ｖｄｎを並列出力するように構成するとともに、第２の２値化回路３０および第２のカウンタ３１をＮ組設け、これらＮ組の第２の２値化回路３０および第２のカウンタ３１によって、受光器２２からの受光信号を各しきい値Ｖｄ１〜Ｖｄｎでそれぞれ２値化し、その２値化信号のパルスをそれぞれ計数してＮ個の計数結果Ｂ１〜Ｂｎを求め、そのうちで最大の計数結果Ｂmax と第１のカウンタ２８の計数結果Ａとを判定回路で比較し、Ｂmax ＞Ａのときに、例えば前式のように異物の付着程度を示す指数Ｋを求めて、この指数に応じた報知を行なうようにしてもよい。このように構成した場合には、最低１回のビーム走査で異物の付着程度を詳細に判定することができる。
【００５５】また、前記実施形態では、音や光によって異物の付着を報知していたが、この報知とともに、第１、第２のカウンタの計数結果の差（Ｂ−Ａ）、異物の付着程度を示す前記指数Ｋの値、第２のしきい値のレベル毎の計数結果の差等を表示器に表示してもよい。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１の寸法測定装置は、受光器から出力される受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値で２値化した２値化信号と、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値で２値化した２値化信号の計数結果を比較することによって、投受光器間のビームの経路に局部的に付着した異物の有無を判定し、これを報知するように構成されている。
【００５７】このため、面倒な調整をすることなく、微小な異物の付着を確実に検出することができる。
【００５８】また、本発明の請求項２の寸法測定装置は、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間でレベルの異なる第２のしきい値を出力できるように第２のしきい値出力回路を構成し、第２のしきい値の各レベルに対する第２のカウンタの計数結果に基づいて判定回路が異物の付着程度を判定し、この異物の付着程度に対応した報知を行なうようにしている。
【００５９】このため、異物の数およびビームに対する減衰量を含めたより正確な異物の付着程度を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図
【図２】一実施形態の動作を説明するための信号図
【図３】一実施形態の動作を説明するための信号図
【図４】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図
【図５】従来装置の構成を示すブロック図
【図６】従来装置の動作を説明するための信号図
【符号の説明】
１ 被測定物
２１ 投光器
２２ 受光器
２３ ピーク検出回路
２４ 第１のしきい値出力回路
２５ 第１の２値化回路
２６ 外径演算回路
２８ 第１のカウンタ
２９ 第２のしきい値出力回路
３０ 第２の２値化回路
３１ 第２のカウンタ
３２ 判定回路
３３ 報知回路
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投光器から被測定物に出力されたビームを受光器によって受光し、その受光信号に基づいて被測定物の外径等の寸法を非接触に測定する寸法測定装置において、ビームの経路に付着する異物を検出するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、物品の外径寸法を測定するための寸法測定装置は、図５に示すように構成されている。即ち、投光器１１から平行に幅Ｗの範囲を走査されたビームを被測定物１に向かって出力し、そのビームを受光器１２で受ける。
【０００３】受光器１２は、例えば図６の（ａ）に示すように、被測定物１に対する光ビームの通過位置毎の受光強度に比例した受光信号を２値化回路１３に出力する。
【０００４】２値化回路１３は、しきい値出力回路１４から出力されるしきい値Ｖｓと受光信号とを比較して、例えば図６の（ｂ）のように受光信号のレベルがしきい値Ｖｓより高いときにはハイレベル、受光信号がしきい値Ｖｓより低いときにはローレベルとなる２値化信号に変換する。
【０００５】外径演算回路１５は、２値化信号のレベル反転タイミングとビームの時間に対する光軸位置の関係から、被測定物の外径φを求める。
【０００６】このように、受光信号のレベルに基づいて被測定物の寸法を測定する寸法測定装置では、ビームの経路、例えば、投光器の投光窓や対物レンズの表面、受光器の受光窓や対物レンズの表面の広い範囲に、被測定物の製造工程等で発生するガスが膜状に付着すると、図６R>６の（ａ）で点線で示すように、受光信号のピークレベルＬｐがＬｐ′のように低下し、２値化のタイミングがずれ、受光信号のＳ／Ｎが悪化して測定誤差が大きくなる。このため、従来では、図５に示しているように、ピーク検知回路１６によって受光信号のピークレベルを検出し、このピークレベルの変化にしきい値Ｖｓを追従させるとともに、このピークレベルを常時監視してそのピークレベルが大きく低下したときに、ビームの経路に対する清掃等を行なうようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記したように受光信号のピークレベルを監視する従来の寸法測定装置では、膜状に広い範囲に付着した汚れは検知できるが、局部的に付着する塵や埃のような微小な異物を検知することができない。即ち、塵や埃のような微小な異物が局部的に付着した場合、受光信号はビームの一走査期間中にその異物によって一時的に急峻に低下するだけでピーク値に影響を与えないため、これを検出することができない。
【０００８】これを解決するための技術として、特開平０４−２８５１８９号には、被測定物と交わらないビームを受光している期間の受光信号（明部信号）の揺らぎを検出して、その揺らぎが大きくなったときにアラームを出力する技術が開示されている。
【０００９】しかしながら、この技術では受光信号から明部信号を抽出するために複数の遅延素子を用いており、その遅延時間の設定が難しいという問題がある。
【００１０】即ち、遅延時間を長く設定すると抽出される信号の時間が実際の明部信号より短くなって狭い幅の揺らぎを見過ごしてしまう。また遅延時間を短く設定すると、受光信号の暗部から明部への立ち上がり部分および明部から暗部への立ち上がり部分を含めた信号を抽出してしまい、これを揺らぎ成分と誤判定してしまう。しかも、この明部の幅はビームの走査時間と被測定物の測定対象寸法とによって変わるため、遅延時間の設定の困難さがさらに増すことになる。
【００１１】このため、面倒な調整をすることなく、微小な異物の付着を確実に検出する技術の実現が望まれていた。
【００１２】本発明は、この問題を解決し、塵や埃のような微小な異物の局部的な付着を確実に検出できるようにした寸法測定装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明の請求項１の寸法測定装置は、同一平面上を光軸が平行に移動するように走査されたビームを出射する投光器と、前記投光器から出射されるビームの走査範囲内に配置された被測定物をはさんで前記投光器と対向する位置に配置され、前記投光器から出射されたビームを受けてその強度に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値を出力する第１のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第１のしきい値と比較して２値化信号に変換する第１の２値化回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のレベル反転タイミングに基づいて被測定物の寸法を算出する演算回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第１のカウンタと、前記受光信号のピークレベルと前記第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値を出力する第２のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第２のしきい値と比較して２値化信号に変換する第２の２値化回路と、前記第２の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第２のカウンタと、前記第１のカウンタの計数結果と前記第２のカウンタの計数結果とを比較し、前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいか否かを判定する判定回路と、前記判定回路によって前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいと判定されたとき、前記投光器と受光器との間のビームの経路に異物が付着していることを報知する報知回路とを備えている。
【００１４】また、本発明の請求項２の寸法測定装置は、請求項１記載の寸法測定装置において、前記第２のしきい値出力回路は、前記受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間でレベルの異なる第２のしきい値を出力できるように構成され、前記判定回路は、前記第２のしきい値の各レベルに対する前記第２のカウンタの計数結果に基づいて異物の付着程度を判定し、前記報知回路は、前記判定回路によって判定された異物の付着程度に対応した報知を行なうことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の寸法測定装置の構成を示す図である。
【００１６】図１において、投光器２１は、レーザ光源（図示せず）から出力されるビームを一定の平面上で所定幅Ｗ内を平行に且つ一定周期で往復走査するように偏向して投光器２１と対向する受光器２２へ出射する。
【００１７】受光器２２は、投光器２１から出射されるビームを受けて受光素子（図示せず）の受光面に集光し、受光した光の強度に比例した受光信号を出力する。
【００１８】被測定物１は、投光器２１から出射されるビームの走査範囲内に配置されており、被測定物１がビームを透過しない材料で構成されているものとするば、ビームの走査位置が被測定物１に交わる期間は受光器２２がほぼ遮光状態となり受光信号のレベルは低く（ほぼ０）なる。また、ビームの走査位置が被測定物１と交わらない期間は、ビームが受光器２２に直接入力して、受光信号のレベルは投光器２１から出射されるビームの強度に比例した大きなレベルとなる。
【００１９】ピーク検出回路２３は、受光器２２から出力される受光信号のピークレベル、即ち、ビームの走査位置が被測定物１と交わらない期間の受光信号の最大レベルを検出する。このピークレベルの検出は、例えばビームの走査周期毎に行なわれる。
【００２０】第１のしきい値出力回路２４は、ピーク値検出回路２３によって検出されたピークレベルのほぼ１／２に設定された第１のしきい値Ｖｓをピークレベルに追従させるように出力する。なお、ここでは、ビームの走査位置が被測定物１と交わっている期間の受光信号のレベルがほぼ０として第１のしきい値Ｖｓを受光信号のピークレベルのほぼ１／２に設定しているが、被測定物１がビームに対して透光性を有している場合には、ビームの走査位置が被測定物１と交わっている期間の受光信号のレベルが０より高くなるので、そのレベル（ボトムレベル）を検出して、ピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に第１のしきい値Ｖｓを設定すればよい。
【００２１】第１の２値化回路２５は、受光器２２から出力される受光信号を第１のしきい値Ｖｓと比較して２値化信号に変換して出力する。
【００２２】外径演算回路２６は、第１の２値化回路２５から出力される２値化信号のレベルが反転するタイミングと、ビームの光軸位置と時間との関係等に基づいて被測定物１の外径寸法φを算出し、その算出結果を表示器２７に表示する。
【００２３】第１のカウンタ２８は、投光器２１がビームを少なくとも片道走査する期間Ｔａに第１の２値化回路２５から出力される２値化信号のパルスを計数する。
【００２４】第２のしきい値出力回路２９は、ピーク検出回路２３によって検出されたピークレベルと第１のしきい値Ｖｓとの間に設定された第２のしきい値Ｖｄをピークレベルに追従するように出力する。第２のしきい値Ｖｄは、ピーク検出回路２３によって検出されたピークレベルの例えば９０パーセントの値に設定されている。
【００２５】第２の２値化回路３０は、受光器２２から出力される受光信号を第２のしきい値Ｖｄと比較して２値化信号に変換して第２のカウンタ３１へ出力する。
【００２６】第２のカウンタ３１は、第１のカウンタ２８の計数期間Ｔａと同一期間に、第２の２値化回路３０から出力される２値化信号のパルスを計数する。
【００２７】判定回路３２は、第２のカウンタ３１の計数結果Ｂと第１のカウンタ２８の計数結果Ａとの差（Ｂ−Ａ）を求め、その差が正であればその差に応じた異物付着信号を出力する。
【００２８】報知回路３３は、判定回路３２からの異物付着信号を受けて、投受光器間のビームの経路に異物が付着していることを音や光によって報知する。なお、報知回路３３は、例えばブザー等で異物付着を報知する場合には、判定回路３２からの異物付着信号に応じて（計数結果の差に応じて）音量、音の高さ、音の発生間隔等を変化させる。また、ランプの点灯や点滅で異物付着を報知する場合には、判定回路３２からの異物付着信号に応じて光の強さ、点灯ランプの色、点滅間隔等を変化させる。
【００２９】次に、この寸法測定装置の動作を説明する。投受光器間のビームの経路に異物が付着していない場合、図２の（ａ）に示すように、投光器２１から出射されるビームの走査位置が被測定物１から最も遠い位置（走査周期のスタート位置）にある時刻ｔ１から最初に被測定物１のエッジに交わる直前までは、受光信号のレベルが高くほぼ一定で、ビームの走査位置が被測定物１のエッジに交わると受光信号のレベルが低下し、時刻ｔ２には第１のしきい値Ｖｓと等しくなる。
【００３０】さらにビームの走査位置が内側に移動するとビームは被測定物に完全に遮光されて受光信号のレベルがほぼ０で一定となる。
【００３１】そして、ビームの走査位置が被測定物１の反対側のエッジに交わると受光信号のレベルが急激に高くなり、時刻ｔ３には第１のしきい値Ｖｓと等しくなり、ビームの走査位置が被測定物１と交わらない位置まで移動してから被測定物に対して最も遠い位置まで移動した時刻ｔ４までは、受光信号のレベルが高い状態に維持される。
【００３２】ここで、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間がビームの片道の走査期間Ｔａであり、以後、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの受光信号が、ビームの往復走査が継続している間繰り返し出力される。
【００３３】この受光信号は、第１の２値化回路２５において受光信号のピークレベルのほぼ１／２に設定された第１のしきい値Ｖｓと比較されて、図２の（ｂ）に示す２値化信号に変換される。
【００３４】外径演算回路２６は、この２値化信号の立ち下がりと立ち上がりのタイミングと、Ｔａ期間中におけるビームの走査位置との関係から、被測定物１の外径寸法φを求めて表示器２７に表示する。
【００３５】例えば、ビームの走査速度が一定であれば、２値化信号の立ち下がりから立ち上がりまでの時間Ｔｂにビームの走査速度を乗じて、被測定物１の外径寸法φを求める。またビームがその走査中心を基準にしてＡcos ωｔの位置にあるように走査される場合には、次式によって被測定物１の外径寸法φを求める。
φ＝Ａ｜cos ω（ｔ２−ｔ１）−cos ω（ｔ３−ｔ１）｜
【００３６】また、第１のカウンタ２８は、期間Ｔａに第１の２値化回路２５から出力される２値化信号のパルスを計数する。ここで、第１のカウンタ２８が２値化信号の立ち下がりをカウントするものとすれば、期間Ｔａの第１のカウンタ２８の計数結果は、図２の（ｃ）に示すように「１」となる。
【００３７】一方、ビームが被測定物１と交わらない期間の受光信号のレベルは、第２のしきい値Ｖｄより高いので、第２の２値化回路３０からは、図２の（ｄ）に示すように、第１の２値化回路２５から出力される２値化信号とほぼ同期した２値化信号が出力される。なお、第２のしきい値Ｖｄは第１のしきい値Ｖｓより高いので、第２の２値化回路３０から出力されるローレベルパルスの幅は第１の２値化回路２５から出力されるローレベルパルスの幅より僅かに広い。
【００３８】したがって、期間Ｔａにおける第２のカウンタ３１の計数結果も、図２の（ｅ）に示すように「１」となり、第１のカウンタ２８の計数結果と等しい。このため、判定回路３２からは異物付着信号は出力されない。
【００３９】また、投受光器間のビームの経路に局部的に異物が付着した場合、例えば図３の（ａ）に示すように、ビームの走査位置が被測定物１から最も遠い位置にある時刻ｔ１から最初に被測定物１のエッジに交わるまでの期間に異物によって第１のしきい値Ｖｓと第２のしきい値Ｖｄとの間までレベルが短時間だけ急峻に低下する異物パルスｐが発生する。
【００４０】この異物パルスｐは、ピーク検出回路２３で検出されるピークレベルには影響を与えないので、第１の２値化回路２５は異物が無い場合と同様に図３の（ｂ）に示す２値化信号を出力し、第１のカウンタ２８の計数結果は図３の（ｃ）のように「１」となる。
【００４１】これに対し、第２の２値化回路３０は、異物パルスｐに交わる第２のしきい値Ｖｄで受光信号を２値化するため、図３の（ｄ）に示すように、受光信号の異物パルスｐにそれぞれ対応した幅狭のローレベルパルスｑを含む２値化信号が出力され、第２のカウンタ３１の計数結果は、図３の（ｅ）に示すように、Ｔａ期間に発生するローレベルパルスｑと被測定物１によって生じる１つの幅広のローレベルパルスの合計（図３では「３」）となる。
【００４２】したがって、期間Ｔａにおける第２のカウンタ３１の計数結果は、第１のカウンタ２８の計数結果より大きくなり、判定回路３２からはその計数結果の差に応じた異物付着信号が出力される。
【００４３】この異物付着信号を受けた報知回路３３は、投受光器間のビームの経路に異物が付着していることを光や音によって報知する。
【００４４】報知回路３３によって異物付着のあることを知った者は、その報知回路３３が出力する光や音の状態によって、異物の付着程度を判断し、その付着程度に応じて清掃等を行なう。
【００４５】以上のように、この実施形態の寸法測定装置では、受光信号をそのピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値によって２値化した２値化信号と、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値によって２値化した２値化信号の計数結果を比較することによって、投受光器間のビームの経路に局部的に付着した異物を検出して、これを報知するように構成されているので、面倒な調整をすることなく、微小な異物の付着を検出することができる。
【００４６】また、計数結果の差に応じた報知を行なっているから、異物の付着程度（付着異物の数）が容易に判断できる。
【００４７】なお、この実施形態では局部的に付着する微小な異物を検出する場合についてのみ説明していたが、ピーク検出回路２３が検出する受光信号のピークレベルとそのピークレベルに追従しない固定された第３のしきい値とを比較して、ビームの経路に膜状に付着した汚れも合わせて検出するようにしてもよい。
【００４８】
【他の実施の形態】前記実施形態では、第１のカウンタと第２のカウンタの計数結果の差、即ち、異物の数に応じた報知を行なうようにしていたが、異物の数とともにビームに対する異物の減衰量（異物パルスｐの大きさ）に応じた報知を行なうようにしてもよい。
【００４９】例えば、図４に示す寸法測定装置のように、第１、第２のカウンタ２８、３１の計数結果に差があるとき、判定回路５１が第２のしきい値出力回路２９を制御して第２のしきい値Ｖｄを受光信号のピークレベルと第１のしきい値Ｖｓの間で可変して、この第２のしきい値Ｖｄの変化に対する第２のカウンタの計数結果の変化に基づいて、異物の数と異物の減衰量とを判定し、その判定結果に応じた異物付着信号を報知回路３３に出力する。
【００５０】例えば、第２のしきい値Ｖｄが受光信号のピークレベルの９０パーセントのときに、第１、第２のカウンタの計数結果の差（Ｂ−Ａ）がＭ１（＞０）、第２のしきい値Ｖｄをピークレベルの７５パーセントに下げたときの計数結果の差（Ｂ−Ａ）がＭ２、第２のしきい値Ｖｄをピークレベルの６０パーセントに下げたときの計数結果の差（Ｂ−Ａ）がＭ３の場合、次の演算によって異物の付着程度を示す指数Ｋを算出する。
【００５１】Ｋ＝αＭ３＋β（Ｍ２−Ｍ３）＋γ（Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３）
ここで、α、β、γは重み付け係数であり、異物の減衰量を重視する場合にはα＞β＞γとなるように設定し、異物の数を重視する場合にはα＜β＜γとなるように設定する。
【００５２】このようにして求めた指数Ｋと、予め設定された程度範囲と比較し、その比較結果を異物付着信号として報知回路３３に出力したり、あるいは指数Ｋそのものを異物付着信号として報知回路３３に出力して報知させる。
【００５３】このように、異物の数だけでなくその減衰量を含めて判定することにより、異物の付着程度をより正確に把握することができ、異物付着程度に応じた適切な処置が行なえる。なお、図４の寸法測定装置の場合、ビームの走査周期に同期したタイミングで第２のしきい値Ｖｄのレベルを可変する。
【００５４】また、図４に示した寸法測定装置では、第２のしきい値Ｖｄを段階的に異なるレベルに可変していたが、第２のしきい値出力回路がピークレベルと第１のしきい値Ｖｓとの間でレベルの異なる複数（Ｎ個）のしきい値Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３、…、Ｖｄｎを並列出力するように構成するとともに、第２の２値化回路３０および第２のカウンタ３１をＮ組設け、これらＮ組の第２の２値化回路３０および第２のカウンタ３１によって、受光器２２からの受光信号を各しきい値Ｖｄ１〜Ｖｄｎでそれぞれ２値化し、その２値化信号のパルスをそれぞれ計数してＮ個の計数結果Ｂ１〜Ｂｎを求め、そのうちで最大の計数結果Ｂmax と第１のカウンタ２８の計数結果Ａとを判定回路で比較し、Ｂmax ＞Ａのときに、例えば前式のように異物の付着程度を示す指数Ｋを求めて、この指数に応じた報知を行なうようにしてもよい。このように構成した場合には、最低１回のビーム走査で異物の付着程度を詳細に判定することができる。
【００５５】また、前記実施形態では、音や光によって異物の付着を報知していたが、この報知とともに、第１、第２のカウンタの計数結果の差（Ｂ−Ａ）、異物の付着程度を示す前記指数Ｋの値、第２のしきい値のレベル毎の計数結果の差等を表示器に表示してもよい。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１の寸法測定装置は、受光器から出力される受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値で２値化した２値化信号と、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値で２値化した２値化信号の計数結果を比較することによって、投受光器間のビームの経路に局部的に付着した異物の有無を判定し、これを報知するように構成されている。
【００５７】このため、面倒な調整をすることなく、微小な異物の付着を確実に検出することができる。
【００５８】また、本発明の請求項２の寸法測定装置は、受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間でレベルの異なる第２のしきい値を出力できるように第２のしきい値出力回路を構成し、第２のしきい値の各レベルに対する第２のカウンタの計数結果に基づいて判定回路が異物の付着程度を判定し、この異物の付着程度に対応した報知を行なうようにしている。
【００５９】このため、異物の数およびビームに対する減衰量を含めたより正確な異物の付着程度を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図
【図２】一実施形態の動作を説明するための信号図
【図３】一実施形態の動作を説明するための信号図
【図４】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図
【図５】従来装置の構成を示すブロック図
【図６】従来装置の動作を説明するための信号図
【符号の説明】
１ 被測定物
２１ 投光器
２２ 受光器
２３ ピーク検出回路
２４ 第１のしきい値出力回路
２５ 第１の２値化回路
２６ 外径演算回路
２８ 第１のカウンタ
２９ 第２のしきい値出力回路
３０ 第２の２値化回路
３１ 第２のカウンタ
３２ 判定回路
３３ 報知回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】同一平面上を光軸が平行に移動するように走査されたビームを出射する投光器と、前記投光器から出射されるビームの走査範囲内に配置された被測定物をはさんで前記投光器と対向する位置に配置され、前記投光器から出射されたビームを受けてその強度に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値を出力する第１のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第１のしきい値と比較して２値化信号に変換する第１の２値化回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のレベル反転タイミングに基づいて被測定物の外形寸法を算出する演算回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第１のカウンタと、前記受光信号のピークレベルと前記第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値を出力する第２のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第２のしきい値と比較して２値化信号に変換する第２の２値化回路と、前記第２の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第２のカウンタと、前記第１のカウンタの計数結果と前記第２のカウンタの計数結果とを比較し、前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいか否かを判定する判定回路と、前記判定回路によって前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいと判定されたとき、前記投光器と受光器との間のビームの経路に異物が付着していることを報知する報知回路とを備えた寸法測定装置。
【請求項２】前記第２のしきい値出力回路は、前記受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間でレベルの異なる第２のしきい値を出力できるように構成され、前記判定回路は、前記第２のしきい値の各レベルに対する前記第２のカウンタの計数結果に基づいて異物の付着程度を判定し、前記報知回路は、前記判定回路によって判定された異物の付着程度に対応した報知を行なうことを特徴とする請求項１記載の寸法測定装置。
【請求項１】同一平面上を光軸が平行に移動するように走査されたビームを出射する投光器と、前記投光器から出射されるビームの走査範囲内に配置された被測定物をはさんで前記投光器と対向する位置に配置され、前記投光器から出射されたビームを受けてその強度に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光信号のピークレベルとボトムレベルのほぼ中間に設定された第１のしきい値を出力する第１のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第１のしきい値と比較して２値化信号に変換する第１の２値化回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のレベル反転タイミングに基づいて被測定物の外形寸法を算出する演算回路と、前記第１の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第１のカウンタと、前記受光信号のピークレベルと前記第１のしきい値との間に設定された第２のしきい値を出力する第２のしきい値出力回路と、前記受光信号を前記第２のしきい値と比較して２値化信号に変換する第２の２値化回路と、前記第２の２値化回路から出力される２値化信号のパルスを計数する第２のカウンタと、前記第１のカウンタの計数結果と前記第２のカウンタの計数結果とを比較し、前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいか否かを判定する判定回路と、前記判定回路によって前記第２のカウンタの計数結果が前記第１のカウンタの計数結果より大きいと判定されたとき、前記投光器と受光器との間のビームの経路に異物が付着していることを報知する報知回路とを備えた寸法測定装置。
【請求項２】前記第２のしきい値出力回路は、前記受光信号のピークレベルと第１のしきい値との間でレベルの異なる第２のしきい値を出力できるように構成され、前記判定回路は、前記第２のしきい値の各レベルに対する前記第２のカウンタの計数結果に基づいて異物の付着程度を判定し、前記報知回路は、前記判定回路によって判定された異物の付着程度に対応した報知を行なうことを特徴とする請求項１記載の寸法測定装置。
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開平１１−８３４４８
【公開日】平成１１年（１９９９）３月２６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−２５７６９７
【出願日】平成９年（１９９７）９月６日
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【公開日】平成１１年（１９９９）３月２６日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）９月６日
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
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