透過型寸法測定装置
【課題】投光器及び受光器の光軸をユーザが直感的に且つ容易に調整することが可能で、投光器の投光面及び受光器の受光面に汚れが付着した場合に速やかに適切な処置ができる透過型寸法測定装置を提供する。
【解決手段】光を投光する投光器と所定の間隔を置いて配置される受光器２に入光する投光スポットを受光器２に設けられた入光位置表示部が、入光位置に対応したＬＥＤを点灯させることにより擬似的に表現する。入光位置表示部は受光器２が基台に設置される面である底面と対向する上面側に設けられる。
【解決手段】光を投光する投光器と所定の間隔を置いて配置される受光器２に入光する投光スポットを受光器２に設けられた入光位置表示部が、入光位置に対応したＬＥＤを点灯させることにより擬似的に表現する。入光位置表示部は受光器２が基台に設置される面である底面と対向する上面側に設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型寸法測定装置に関し、特に投光器からの出射光を測定対象物が遮蔽する際の光量変化を受光器によって検出することにより、測定対象物の各種寸法を測定する光学式の透過型寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体の外径、位置、間隔等を検出するために、光学式の透過型寸法測定装置が用いられている。光学式の透過型寸法測定装置は、測定対象領域に平行光を投光する投光器と、測定対象領域を透過した光を受光する受光器とを備え、受光器が受光した受光量に基づいて、平行光を測定対象物が遮光することにより生じた測定対象物の影の長さを測定し、測定対象物の各種寸法を測定する。
【０００３】
この光学式寸法測定装置の測定原理は、大きく分けるとＣＣＤ方式とスキャン方式の２つの種類に分類される。ＣＣＤ方式は発光素子から発光した光を投光レンズで平行光に変換し、この平行光を寸法測定範囲に照射する。受光器は寸法測定範囲からの光を、内蔵する１次元のＣＣＤイメージセンサで受光する。測定対象物が平行光を遮光すると遮光領域の大きさに比例した影が受光部に生じ、この影の大きさや位置に基づいて測定対象物の各種寸法を算出し、出力する。
【０００４】
また、スキャン方式は、発光素子から発射した光をポリゴンミラー等の偏向素子により偏向し、コリメータレンズにより平行光線に変換され寸法測定範囲に照射する。寸法測定範囲内にある測定対象物を走査した光は、受光器内部の受光レンズで集光され、光の明暗に応じた電気信号に変換される。この電気信号に基づいて、影を生じている時間の長さを演算することにより、測定対象物の各種寸法を算出して出力する。上記いずれの方式においても、投光器から出射され、受光器が受光する平行光の幅により寸法測定範囲が規定される。
【０００５】
ユーザは投光器と受光器を基台に設置する際、基台に垂直な方向及び水平な方向に投光器と受光器の光軸を正確に一致させる必要がある。従来、この光軸を一致させるために、投光器及び受光器が接続されたコントローラや、このコントローラが接続されたＰＣの表示画面上で光軸の一致度合いを表示し、ユーザはこの表示画面を見ながら光軸の調整を行っていた（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００８−２７５４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した投光器及び受光器が接続されたコントローラやＰＣ上で光軸の一致度合いを確認する方法では、具体的にどの程度の大きさ、あるいは方向の光軸ずれが生じているのかを直感的に把握することができない。また、コントローラやＰＣが投光器及び受光器と離れた位置に設置されている場合、光軸調整の作業が非常に不便であり、作業工数が増大する。
【０００７】
このような問題が生じるのを防ぐためには、投光器による投光スポットが人の目に見えるように投光される光の光量密度を増大させることが考えられる。しかし、上述したＣＣＤ方式の場合、精度の高い平行光を作る為に、発光源と投光レンズとの距離を離さなければならないため、光量密度の増大には限界がある。また、スキャン方式の場合であっても、視認性を上げるために大きく光量密度を上げると、安全上の問題や発光源の寿命低下などの別の問題が浮上する。したがって、投光スポットが人の目に見える程度まで光量密度を増大させることは現実的ではない。
【０００８】
また上記問題とは別に、投光器と受光器の光軸を正確に一致させても、ユーザの使用環境によって投光面及び受光面に汚れなどが付着してしまうことがある。投光器の投光面及び受光器の受光面に汚れ等が付着した場合、測定対象物が無い状態にも関わらず受光量の変動が生じてしまうため、不測の誤測定となりかねず、ユーザにとっても何が起きているか分かりにくいという問題がある。汚れの大きさは非常に小さなものであっても、汚れにより本来存在しないはずのエッジが検出されてしまうと、測定値は実際の測定対象物の寸法値とはかけ離れた値として出力される。ユーザは出力された測定値を見ても、実際の測定対象物の寸法値なのか、投光面又は受光面に汚れが付着しているのか、あるいは使用環境に問題があるのか、などを直感的に判断することができず、投光器の投光面及び受光器の受光面を定期的にクリーニングし、適切な寸法測定値が得られるよう配慮するしかない。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、投光器及び受光器の光軸をユーザが直感的に且つ容易に調整することが可能である透過型寸法測定装置を提供することを目的とする。また、投光器の投光面及び受光器の受光面に汚れが付着した場合に速やかに適切な処置が可能な透過型寸法測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光を投光する投光器と、投光器と所定の間隔を置いて配置可能で投光器からの光を受光する受光器とを備え、受光器が受光する受光量の変化に基づき、投光器と受光器との間の寸法測定範囲内を通過する測定対象物のエッジ位置や測定対象物の中心位置等を検出したりすることにより、投光器と受光器との間を通過する測定対象物の寸法を測定する透過型寸法測定装置であって、投光器は、光を発光する発光素子と該発光素子により発光した光を平行光に変換する投光レンズとを内部に含む略直方体形状（直方体・立方体やそれらの一部を変形・切欠させたもの等）の投光器筐体と、投光器筐体の底面（光軸調整の際の基準面となりうる面であり、例えば、基台等の水平面に設置された際の設置面や壁面等の垂直面に設置された際の設置面）に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状で、平行光を出射する投光スリットとを備え、受光器は、光を受光する受光素子を内部に含む略直方体形状の受光器筐体と、受光器筐体の底面に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状で、平行光を入射する受光スリットとを備え、投光器及び受光器の少なくともいずれか一方に、寸法測定方向に配列され、受光スリットの寸法測定方向の所定幅を分割する各領域に対する受光状態を各々表示する複数の表示灯（例えば、複数のＬＥＤを一体型として提供しているものや分離型のもの）により、平行光の前記受光器における受光位置を表示する受光位置表示部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、投光スポットを擬似的に表現する入光位置表示部の点灯状態に基づいて、底面に対して水平な方向の光軸の一致度合いを確認しながら、ユーザが投光器、受光器の相対位置を調整することができる。また、測定時に投光器の投光面、受光器の受光面に汚れ等が付着した場合や、投光器や受光器に衝撃が加わり光軸がずれてしまった場合に、入光位置表示部の点灯状態に基づいて、障害の原因を判断し、速やかに適切な処置を行うことが可能となる。
【００１２】
より詳細な一態様では、投光器は、基台に設置される基準面から垂直に立設した一側面に基準面に対して略水平な方向に所定幅を有する細長い形状の投光スリットを有した略直方体形状の投光器筐体と、該投光器筐体内部に、光を発光する発光素子と、該発光素子により発光した光を平行光に変換し、投光スリットを介して寸法測定範囲に帯状等の投光ビームを出射する投光レンズとを含む。発光素子としてはレーザダイオードやＬＥＤなど各種のものが使用できる。受光器は、基台に設置される基準面から垂直に立設した一側面に基準面に対して略水平な方向に所定幅を有する細長い受光スリットを有する略直方体形状の受光器筐体と、該受光器筐体内部に受光スリットを介して測定エリアからの光を受光する受光素子を含む。受光素子としてはフォトダイオードやＣＣＤ、ＣＭＯＳなどが使用できる。投光器及び受光器の各々の基準面に対向する上面側の少なくともいずれか一方には、寸法測定範囲の寸法測定方向に対応して投光スリット又は受光スリットの長手方向に一列に配列した複数の表示灯からなる入光位置表示部が形成され、寸法測定範囲を表示灯の数で分割した領域に対応する受光素子の出力に基づいて、投光ビームが入射した位置に対応する表示灯が点灯又は消灯するよう構成されている。
【００１３】
これにより、投光器と受光器の各々の基準面を基台に設置した際に、投光スポットを擬似的に表現する入光位置表示部の点灯状態に基づいて、基台に対して水平な方向の光軸の一致度合いを確認しながら、ユーザが投光器、受光器の相対位置を調整することができる。また、測定時に投光器の投光面、受光器の受光面に汚れ等が付着した場合や、投光器や受光器に衝撃が加わり光軸がずれてしまった場合に、入光位置表示部の点灯状態に基づいて、障害の原因を判断し、速やかに適切な処置を行うことが可能となる。また、投光スポットを擬似的に表現する入光位置表示部は、基台に設置した場合に基台に設置される面である基準面に対向する上面側に設けられているため、常にユーザにとって視認性の良い場所に位置し、基台に接面して見えなくなることが無い。
【００１４】
また、入光位置表示部が受光器の基準面に対向する上面側に設けられ、入光位置表示部の寸法測定方向の幅が寸法測定範囲の寸法測定方向の幅と略同一に構成されていてもよい。
【００１５】
これにより、入光位置表示部は受光スリットに入射する投光スポットをより擬似的に表現できる。
【００１６】
また、測定対象物のエッジ位置に基づいて、測定値として出力する測定領域を選択する複数の動作モードの設定を受け付ける動作モード設定手段を更に備え、動作モード設定手段により設定された動作モードに応じた測定領域に対応した測定値を出力するようにしてもよい。
【００１７】
これにより、ユーザが測定したい領域を動作モードを切り替えることにより容易に設定できる。
【００１８】
また、寸法測定範囲の寸法測定方向に対応して入光位置表示部と並んで配列した複数の表示灯からなる測定位置表示部を更に有し、該測定位置表示部は動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する対象となる測定領域に対応した表示灯が点灯するよう構成されていてもよい。
【００１９】
また、入光位置表示部は、動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する対象となる測定領域に対応した表示灯が、投光ビームの入射状態にある表示灯の表示態様とは異なる表示態様で点灯するよう構成されていてもよい。
【００２０】
これにより、実際にどの測定領域の寸法を測定しているのかを直感的に把握することができるため、ユーザが測定したい領域を測定するために、現在設定している動作モードが適切か否かを速やかに判断できる。また、測定結果を測定値表示だけでなく、視覚的に把握することが可能となる。更に、動作モードの切り替えに応じて表示灯の表示パターンが変化するため、ユーザが測定したい領域を測定するための動作モードを容易に選択することが可能となる。
【００２１】
また、入光位置表示部の各表示灯を点灯させるための受光素子が受光する受光量の閾値が、測定値の基準となるエッジ位置を検出するための受光量の閾値よりも高く設定されていてもよい。
【００２２】
これにより、測定値が異常状態になる前に、入光位置表示部の表示状態に基づいて、投光面又は受光面の汚れや、使用環境の変化が確認でき、測定値異常を未然に防止することができる。
【００２３】
また、投光器と受光器の光軸を一致させるための光軸調整モードの設定を受け付ける光軸調整モード設定手段を更に備え、光軸調整モードが設定された際に、入光位置表示部は受光素子が受光する受光量のピーク位置を視認するための表示態様へ切り替わるよう構成してもよい。
【００２４】
これにより、受光スリットに入射する受光量分布のピーク位置をユーザが確認でき、このピーク位置が寸法測定範囲の中心に位置するように投光器と受光器の相対位置を調整することで、光軸調整を更に精度良く行うことが可能になる。
【００２５】
また、投光器と受光器の少なくともいずれか一方に、投光器と受光器の寸法測定範囲内の全ての光軸が一致しているか否かを示す光軸一致表示部を更に備えるようにしてもよい。
【００２６】
また、基準面と対向する上面と、投光スリット及び／又は受光スリットが形成された前面との角部に斜面部が形成され、この斜面部に入光位置表示部が形成されていてもよい。
【００２７】
これにより、ユーザは投光器及び受光器の前面側から入光位置表示部が視認でき、光軸調整時の作業性が更に向上する。
【発明の効果】
【００２８】
投光器及び受光器の光軸をユーザが直感的に且つ容易に調整することが可能である。また、投光器の投光面及び受光器の受光面に汚れが付着した場合に速やかに適切な処置が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態における透過型寸法測定装置について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、投光部としてレーザダイオード（以下、ＬＤ）を用い、受光素子として１次元ＣＣＤイメージセンサ（以下、ＣＣＤ）を用いたＣＣＤ方式の透過型寸法測定装置を例として説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態における透過型寸法測定装置の全体システムを示すシステム構成図である。本実施の形態における透過型寸法測定装置は、測定対象領域に光を投光する投光器１と、測定対象領域を透過した光を受光する受光器２と、投光器１ならびに受光器２に接続され、これらを制御するコントローラ３とからなる。投光器１には光を出射する部位である投光スリット１０（投光窓）が形成され、投光スリット１０を介して測定対象領域に照射された光は、投光器１と受光器２の間を通過する測定対象物Ｗにより光の一部が遮光される。受光器２は測定対象物Ｗにより遮光されなかった光を受光スリット２０（受光窓）を介して受光する。
【００３１】
図２は、投光器１、受光器２、コントローラ３の内部構成を説明するためのブロック図である。投光器１には発光素子であるＬＤ１１が内蔵され、ＬＤ１１から発したレーザ光は投光レンズ１５により帯状の平行光に変換されて測定対象領域に照射される。ＬＤ１１には、ＬＤ１１を駆動するためのレーザ駆動回路１２が接続され、レーザ駆動回路１２はＭＣＵ（Micro Controller Unit）１３によって制御される。受光器２は測定対象領域からの光を受光するＣＣＤ２９と、ＣＣＤ２９で受光した電気信号をフィルタリングするフィルタ回路３０と、フィルタリングされた電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１と、表示部３４やＣＣＤ２９を制御すると共にＡ／Ｄ変換された電気信号からエッジ位置を検出するＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）３２、エッジ位置を検出するための閾値並びにＣＣＤ画素数等を記憶するＥＥＰＲＯＭ３３を備える。コントローラ３は、投光器１及び受光器２とコントローラ用通信ドライバ４６を介して通信すると共に、各種演算を実行するＭＣＵ４１、算出された寸法値等を表示するコントローラ表示部４２、外部Ｉ／Ｆ４５、各種動作モードの設定、閾値の設定操作を受け付けるＳＷ４４、各種設定データを記憶するＥＥＰＲＯＭ４３を備える。外部Ｉ／Ｆ４５はオープンコレクタ出力、アナログ出力、外部入力線等を含む。尚、本実施の形態では投光器１、受光器２の各々が専用機能を有するように説明しているが、本実施形態の投光器としての機能及び受光器としての機能双方を有する機器を投光器や受光器として用いても良い。
【００３２】
コントローラ３のＭＣＵ４１は外部入力線を介して、外部機器から各種信号の入力を受け付ける。ＭＣＵ４１は内部タイマにより定期的にコントローラ用通信ドライバ４６ａ、４６ｂを介して投光器１に投光制御信号、受光器２に受光制御信号を送信する。投光制御信号を受信した投光器１のＭＣＵ１３はレーザ駆動回路１２を制御し、レーザ駆動回路１２はＬＤ１１を駆動し、測定対象領域に投光レンズ１５、投光スリット１０を介して平行光を照射する。一方、受光器２のＦＰＧＡ３２は、受光制御信号を受けてＣＣＤ２９を駆動する。ＣＣＤ２９は一次元に配列された複数の画素を有し、受光スリット２０を介して測定対象領域からの光を受光し、フィルタ回路３０、Ａ／Ｄ変換器３１を介してＦＰＧＡ３２に各画素の受光量を送信する。
【００３３】
ＦＰＧＡ３２は、取得した各画素の受光量から、複数の画素により形成される測定対象領域の受光量分布を作成し、作成した受光量分布とＥＥＰＲＯＭ３３に記憶された測定用閾値Ｐ１とを比較することにより、物体により遮光されたエッジ位置を検出する。検出されたエッジ位置及びその近傍の受光量情報は受光器用通信ドライバ３８、コントローラ用通信ドライバ４６を介してコントローラ３に送信される。このように、本実施の形態ではＣＣＤ２９の各画素が受光した受光量分布をそのままコントローラ３に送信するのではなく、受光器２でエッジ位置を検出した後、エッジ位置及びその近傍の受光量情報のみをコントローラ３に送信することで、通信負荷の低減ならびに処理速度の向上を図っている。
【００３４】
受光素子としては、代表的にはＣＣＤイメージセンサが適用される。ただし受光素子としてはＣＣＤイメージセンサに代えてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることも可能である。
【００３５】
コントローラ３は受光器２から受信したエッジ位置情報に基づいて、各種演算を実行する。ＥＥＰＲＯＭ４３には、ユーザにより設定された動作モード、ならびに公差範囲を規定するＨＩ／ＬＯの閾値が記憶されている。動作モードの詳細については後述するが、例えば遮光幅、入光幅、外径、内径、指定されたエッジ間幅など、ユーザが測定したい領域を各種選択するための複数のモードが用意されている。コントローラ３のＭＣＵ４１は受信したエッジ位置情報から、設定された動作モードに対応した測定値を算出し、コントローラ表示部４２に表示すると共に、測定値が公差範囲内にあるか否かのＯＫ／ＮＧ判定を行い、外部Ｉ／Ｆ４５を介して判定結果を外部に出力する。なお、上述した動作モード及びＨＩ／ＬＯの閾値はＳＷ４４により設定変更が可能であり、ＭＣＵ４１は設定変更を受け付け、ＥＥＰＲＯＭ４３に変更内容を記憶させる。
【００３６】
外部Ｉ／Ｆ４５の外部入力としては、他にもピークホールド入力、ボトムホールド入力、アプリケーションに応じて測定用閾値Ｐ１やＨＩ／ＬＯ閾値、動作モード等の各種設定を纏めて切り替えるバンク切替入力、あるいは測定のタイミングを制御するタイミング入力等が入力可能である。
【００３７】
ＦＰＧＡ３２は、エッジ位置情報をコントローラ３に送信すると共に、受光器１に設けられた表示部３４の表示制御を行っている。ＥＥＰＲＯＭ３３には測定用閾値Ｐ１の他に入光表示用閾値Ｐ２が記憶されており、取得した受光量分布と入光表示用閾値Ｐ２とを比較する。詳細については後述するが、表示部３４は物体により遮光されず光が入光した画素位置、即ち受光面上における投光スポットを擬似的に表現する。
【００３８】
図３は表示部３４が設けられた受光器２の外観を示す斜視図である。受光器２は、略直方体形状のケーシングを有し、このケーシングは、基準面２７と、基準面２７から垂直に立設した受光面２８を除く両側面及び背面を塞ぐ下側ケーシング２１と、基準面２７と対向する上面を塞ぐ上側ケーシング２３と、受光スリット２０を有し、投光器１からの光を受光する受光面２８からなる前面カバー２２とからなる。
【００３９】
上側ケーシング２３には基台に対して取り付けるための取付孔２５ａ、２５ｂが設けられ、取付孔２５ａ、２５ｂに螺子を螺合して受光器２を基台に取り付ける。上側ケーシング２３と受光面２８の角部には透明な傾斜面２４が形成され、この傾斜面２４内部に外部から視認可能な表示部３４が設けられている。表示部３４が透明な傾斜面２４内部に設けられているため、表示部３４は上面側及び受光面側の双方に露出し、ユーザにとって非常に視認性が良い。また、傾斜面２４の近傍には光軸調整完了を示すための光軸一致表示用ＬＥＤ３７が設けられている。下側ケーシング２３には受光面２８と対向する背面側にケーブル引出部２６が設けられている。ケーブル引出部２６は背面の一部を切り欠いて形成されているため、ケーブルを折り曲げて引き出す場合にも、背面側に無駄なスペースを取らずにケーブルを引き出すことができる。
【００４０】
また、表示部３４は基台に設置される基準面２７に対向する上面側に配置されているため、表示部３４が基台に隠れて設置されてしまうことがない。基台に対して垂直な方向、即ち高さ方向の光軸は、投光器１及び受光器２の各々の基準面２７を基台に取り付けることにより自動的に一致する。基準面２７を水平な基台に取り付けた後、ユーザは基台に水平な面内で投光器１と受光器２の相対位置を調整するだけで投光器１と受光器２の光軸を完全に一致させることができる。この時、表示部３４は基準面２７と対向する上面側に配置されているため、ユーザはこの表示部３４を確認しながら水平面内での光軸調整を実施できる。基準面２７に歪み等が発生していると、基準面２７を基台に設置しても高さ方向の光軸が正確に一致しなくなる。したがって、本実施の形態では基準面２７を有する下側ケーシング２１のみを水平精度が高いダイキャストで形成し、上側ケーシング２３と前面カバー２２については安価な樹脂で形成している。なお、下側ケーシング２１は両側面及び背面を塞いでおり、両側面のいずれかを基台に設置し、縦置きで受光器２を設置することも可能である。
【００４１】
図４は、受光器２の別の外観を示す斜視図であり、対応する箇所については図３と同じ符号を与えている。ＣＣＤ方式の透過型寸法測定装置における寸法測定範囲は、受光器２が内蔵する受光素子の幅方向の長さにより物理的に規定され、それに合わせた幅を持つ平行光を出射する投光器１を採用する。したがって、広い寸法測定範囲を確保したい場合には図４に示すように幅広な受光スリット２０を備える受光器２が用いられる。
【００４２】
図５は表示部３４及び光軸一致表示用ＬＥＤ３７の機能を模式的に示す図である。表示部３４はＣＣＤ２９の配列方向の長さ、すなわち寸法測定範囲の寸法測定方向の長さと略同一の長さを有し、複数のＬＥＤの配列からなる入光位置表示部３５を備える。入光位置表示部３５は受光器２の上面において寸法測定範囲の延長上に配置され、入光位置表示部３５を構成する各ＬＥＤの点灯状態によって、ＣＣＤ２９に入射する投光スポットを擬似的に表現する。なお、本実施の形態では入光位置表示部３５をＣＣＤ２９の配列方向の長さと略同一としたが、必ずしもこれに限られず、入光位置表示部３５をＣＣＤ２９の配列方向の長さに対して拡大もしくは縮小されていてもよい。また、必ずしも寸法測定範囲の延長上に配置される必要は無いが、投光スポットを擬似的に表現し、ユーザが直感的に光軸を一致させるためには入光位置表示部３５が寸法測定範囲の延長上に配置されている方が好ましい。なお、入光位置表示部３５に設けられた縦線は対応するＬＥＤが点灯状態にあることを示している。
【００４３】
入光位置表示部３５を構成する各ＬＥＤはそれぞれがＣＣＤ２９の対応する位置にある画素の受光量に対応して点灯及び消灯を行う。より具体的には、例えばＬＥＤの数が１０個であり、ＣＣＤ２９の画素数が１０００画素であるとすると、各ＬＥＤに均等に画素数を割り当てると一つのＬＥＤは１００画素に対応する。各ＬＥＤはその配列方向一端から順番に、ＣＣＤの画素配列方向に１００画素ずつ割り当てられ、受光器２のＦＰＧＡ３２はこの１００画素の受光量の夫々が入光表示用閾値Ｐ２を超えているか否かを判定し、Ｐ２を超えている画素が所定数以上ある場合に対応するＬＥＤを点灯させる。なお、ＬＥＤの点灯条件はこれに限らず、画素の受光量の合計や平均に基づいて対応するＬＥＤを点灯させるようにしてもよい。また、光が入光しないＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤを点灯させておき、光が入光するＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤのみ消灯させるようにしても良い。
【００４４】
図６は投光器１と受光器２の光軸がずれている場合の、入光位置表示部３５の点灯状態を示す図である。図６に示すように、光軸ずれにより光が入光しないＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤは消灯する。したがって、投光器１の投光スポットがユーザに見えない場合でも、入光位置表示部３５のＬＥＤの点灯パターンを確認することで、投光器１及び受光器２の相対位置をどちらの方向にどの程度調整すれば、光軸が完全に一致するかを容易に判断することができる。
【００４５】
図７は投光器１と受光器２の光軸が一致した場合の、入光位置表示部３５の点灯状態を示す模式図である。投光器１と受光器２の光軸が一致すると、入光位置表示部３５の全てのＬＥＤが点灯する。加えて、光軸が理想的な状態で一致していると光軸一致表示用ＬＥＤ３７が点灯する。一般に、投光器１から照射される平行光の光量密度は均一ではなく、中心軸に近ければ近いほど光量密度が高く、中心軸から離れるに従い徐々に光量密度が低下する。したがって、入光位置表示部３５の全てのＬＥＤが点灯し、一見して光軸が完全に一致しているように見えても、実際には平行光の中心軸が僅かにずれていることがあり、理想的な光軸一致状態とはいえないことがある。そのため、光軸一致表示用ＬＥＤ３７は、ＣＣＤ２９の各画素値の中で最も受光量が小さくなる画素の受光量が所定レベル以上である場合にのみ点灯するよう構成されている。このような構成により、ユーザは外部機器を一切確認することなく、投光器１、受光器２を最適な相対位置に容易に調整することができる。なお、光軸一致表示用ＬＥＤ３７の点灯条件は上記のものに限られず、ＣＣＤ２９の全画素の受光量の合計や平均等で点灯するようにしてもよく、入光位置表示部３５のＬＥＤが全て点灯した場合に自動的に点灯させるようにしてもよい。
【００４６】
図８は入光位置表示部３５の変形例の点灯状態を示す図である。投光器１と受光器２の理想的な光軸一致状態をユーザが直感的に認識するには、ＣＣＤ２９が受光した受光量分布のピーク位置を認識する必要がある。この変形例では、入光状態にある画素に対応し、点灯しているＬＥＤの中で、特に受光量の大きい画素に対応するＬＥＤの色を変更したものである。本変形例における透過型寸法測定装置は、最適な光軸一致状態を実現するために、光軸調整を行うための表示モードを備えており、この光軸調整モードに設定された際に、ＬＥＤの色による受光量ピーク位置の概略位置の表示を行う。ユーザはＬＥＤの色を視認することで、受光量のピーク位置を確認することができるため、最適な光軸一致状態を容易に実現することができる。なお、この変形例では受光量の大きい画素に対応するＬＥＤの色を変更するようにしたが、これに限られず、ＬＥＤの発光量や表示態様（点滅など）を変更するようにしてもよい。
【００４７】
また、この変形例における入光位置表示部３５の表示パターンは光軸調整時のみではなく、通常の測定時にも有用である。投光器１の照射量が減少したり、使用環境の変化により受光器１が受光する受光量が減少した場合、入光位置表示部３５の表示色や表示態様を確認することで、測定値に異常が発生する前に必要な対処を行うことができる。また、測定対象物が透明体である場合、測定対象物の透過率によってＬＥＤの色や光量が変化する。したがって、測定対象物の透過率によって、エッジを検出するための測定用閾値Ｐ１を設定する際には、入光位置表示部３５の点灯パターンを参考にして設定できる。
【００４８】
図９は更に入光位置表示部３５の別の変形例の点灯状態を示す図である。この変形例は、受光量分布のピーク位置に対応するＬＥＤのみを点灯させるものであり、点灯するＬＥＤがＬＥＤ配列の中心にくるように、投光器１と受光器２の相対位置を調整することで、容易に理想的な光軸一致状態を実現できる。
【００４９】
ところで、透過型の寸法測定装置では、投光面又は受光面に塵や埃が付着すると、この塵や埃が平行光の一部を遮光するため、本来存在しないはずのエッジが検出されてしまうことがある。この場合、測定値は実際の測定対象物の寸法値とはかけ離れた値として出力され、ユーザにとっては何が原因で測定値に異常が発生しているかを容易に判断できない。図１０は投光面又は受光面に汚れが付着している場合の入光位置表示部３５の表示パターンを模式的に示す図である。図１０に示すように、投光面又は受光面に汚れが付着している場合、入光位置表示部３５の汚れが付着している画素位置に対応するＬＥＤが消灯する。したがって、本実施の形態によればユーザは入光位置表示部３５のＬＥＤの点灯パターンに基づいて、汚れの有無及び汚れの位置を認識し、早急にメンテナンスすることができる。
【００５０】
以上示したように、本実施の形態では、受光器１の基台に設置される基準面２７とは対向する上面側に表示部３４を設け、この表示部３４が、投光器１から照射されＣＣＤ２９が受光する投光スポットを擬似的に表現する。したがって、投光スポットが人の目には見えなくても直感的な操作で投光器１と受光器２の光軸を調整することが可能である。また、最適な光軸一致状態とするために、光軸一致表示用ＬＥＤ３７を設け、光軸調整の完了を明示的に示すことができる。更に、投光スポットを擬似的に表現すると共に、投光面又は受光面に付着した汚れを可視化できるため、ユーザにとってメンテナンスが容易になる。
【００５１】
また、本実施の形態における透過型の寸法測定装置はユーザが測定値として出力したい測定領域を設定するための複数の動作モードを備えている。図１１は複数の動作モードを説明するための図である。ここでは動作モードの例として、遮光幅測定モード、入光幅測定モード、外径測定モード、中心位置測定モード、エッジ位置指定測定モードの５つの測定モードを例示する。
【００５２】
遮光幅測定モードは寸法測定範囲の一端から、最後のエッジ位置までの距離を算出する。入光幅測定モードは寸法測定範囲の一端から最初のエッジ位置までの距離を算出する。外径測定モードは寸法測定範囲の一端から数えて最初のエッジ位置と最後のエッジ位置の間の距離を算出する。中心位置測定モードは寸法測定範囲の一端から最初のエッジ位置と次のエッジ位置の中心位置までの距離を算出する。中心位置は検出された２つのエッジ位置の中点を算出することにより決定される。エッジ位置測定モードは、ユーザが指定したエッジ位置に関連する距離を算出するものであり、例えば遮光物が２つ以上存在する場合などに寸法測定範囲の一端から数えて何番目のエッジ位置を測定の対象とするかを自由に設定することができるモードである。図１０では寸法測定範囲の一端と２つ目のエッジ位置が指定された例を示している。これら動作モードは、コントローラ３に設けられたＳＷ４４を操作することにより設定、切替が可能である。
【００５３】
図１２は、受光器２に設けられた表示部３４の別の実施の形態を示す模式図である。表示部３４にはユーザが設定した動作モードに対応した測定領域を示す複数のＬＥＤが一列に配列した測定位置表示部３６が設けられている。図１２の例では、動作モードとして外径測定モードが選択されており、寸法測定範囲の一端から数えて最初のエッジ位置と２つ目のエッジ位置の間の距離が算出されている。図１２に示すように測定位置表示部３６は、実際に測定の対象となっている測定領域にある画素位置に対応したＬＥＤのみを点灯する。したがって、ユーザは現在設定している動作モードが所望のモードであるか否かを直感的に判断できる。また、動作モードの切替に応じて、測定位置表示部３６を構成するＬＥＤの点灯パターンが変化するため、各動作モードがどの測定領域の測定値を出力するものであるかを視覚的に認識することができる。
【００５４】
この実施の形態の場合、図２に示した受光器２のＦＰＧＡ３２は、ユーザにより設定されてコントローラ３のＥＥＰＲＯＭ４３に記憶されている動作モードを読み出し、検出されたエッジ位置と読み出された動作モードに応じて点灯すべきＬＥＤを決定し、測定位置表示部３６の表示を制御する。測定位置表示部３６は上述した入光位置表示部３５と同様、寸法測定範囲の延長上、且つ寸法測定範囲の幅と略同一の幅を有しているため、測定値の概略値を直感的に把握できる。また、測定位置表示部３６を構成する複数のＬＥＤのピッチを例えば１ｍｍなど切りのよい数値とすることで、ＬＥＤの点灯個数により測定値の概略を知ることも可能である。
【００５５】
図１３は、受光器２に設けられた表示部３４の更に別の実施の形態を示す模式図である。図１３に示すように、本実施の形態の表示部３４には複数のＬＥＤからなる入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６が寸法測定範囲の延長上に平行に配列している。
【００５６】
入光位置表示部３５を構成する各ＬＥＤは、測定対象物により遮光されず、平行光が入射するＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤが点灯する。一方、測定位置表示部３６を構成する各ＬＥＤは、設定された動作モードに対応した測定領域、すなわち実際に得られている測定値に対応したＬＥＤが点灯する。図１３の例の場合、動作モードとして遮光幅測定モードが選択されており、寸法測定範囲の一端から２つ目のエッジ位置までの距離が測定値として出力されている。このような構成により、測定対象物により遮光されている領域と、実際に測定している領域を同時に確認することができる。また、入光位置表示部３５の発光色を例えば赤色にし、測定位置表示部３６の発光色を緑色にするなど、夫々の発光色を異ならせることによりユーザによる混同を防ぐことができる。
【００５７】
次に、エッジ位置を検出するための測定用閾値Ｐ１の設定について詳細に説明する。一般に、透過型の寸法測定装置の測定用閾値Ｐ１は非遮光状態における受光量に対して、２５％の受光量となる高さ位置に設定される。図１４に示す受光量分布Ｗ１は投光器１と受光器２が比較的近接して配置された場合の受光量分布を示し、受光量分布Ｗ２は投光器１と受光器２が比較的離れて配置された場合の受光量分布を示している。図１４に示すように受光量分布Ｗ１とＷ２の交点は測定用閾値Ｐ１（２５％）にほぼ一致する。これは投光器１と受光器２が設置される相対距離に依存せず、同じ画素位置をエッジ位置として検出可能であることを意味する。したがって、測定用閾値Ｐ１が上述した２５％点に設定されている場合、投光器１と受光器２の相対距離に依存せず、常に同一のエッジ位置が測定できるため、一般的には測定用閾値Ｐ１は非遮光状態の２５％の受光量となる高さ位置に固定されている。
【００５８】
本実施の形態では測定用閾値Ｐ１の高さ位置を変更可能としている。そのため、測定用閾値Ｐ１を変更した場合、投光器１と受光器２の相対距離に依存して僅かに検出されるエッジ位置にズレが発生する虞がある。しかし、ユーザの使用環境あるいは測定対象物の透明度によっては２５％位置に設定された測定用閾値Ｐ１では、そもそも測定対象物のエッジ位置のみを適切に検出することができない場合がある。
【００５９】
例えば、透過型の寸法測定装置では、透明度の高い測定対象物の測定を行うことがある。このような透明度の高い測定対象物は、遮光領域の光が受光器２にある程度入光してしまうため、寸法測定を行うためのエッジ位置を適切に検出することができないことがある。図１５はＣＣＤ２９から出力された受光量分布の一例を示す図である。横軸はＣＣＤ２９の画素の配置位置、縦軸は各画素が受光した受光量を示している。また、Ｒ１は非透明体による遮光領域、Ｒ２は透明体による遮光領域である。図１５に示すように、非透明体による遮光領域は測定用閾値Ｐ１により検出可能だが、透明体による遮光領域Ｒ２は測定用閾値Ｐ１では検出できない。そこで、測定用閾値Ｐ１をＰ１よりも高いＰ１'に変更することにより、透明体による遮光領域をエッジ位置として確実に検出することができる。
【００６０】
しかし、測定用閾値Ｐ１を高くしすぎると、図１６に示すように、ノイズ要因の多い使用環境下では、ノイズを誤って検出してしまうことがある。図１６は、ノイズにより受光量が減少した画素位置を測定用閾値Ｐ１’により誤ってエッジ位置として検出してしまっている場合の受光量分布の一例を示す図である。このような場合は、測定用閾値Ｐ１’をノイズの影響を受けない低い値に更に変更する必要がある。
【００６１】
本実施の形態では、ユーザの使用環境（ノイズ要因）や測定したい測定対象物の透明度等に応じて、測定用閾値Ｐ１を変更可能としているため、適切に測定用閾値Ｐ１が設定されていれば、ノイズの影響を受けず、且つ様々な透明度の測定対象物のエッジ位置を検出することができる。測定用閾値Ｐ１を変更することによってエッジ位置にズレが発生する虞はあるものの、ユーザの精度要求（公差範囲の幅）によってはこの僅かな位置ズレは問題とならないことがある。また、投光器１と受光器２の相対距離関係は一度固定された後、多くの場合、変更されることは少ない。したがって、測定値が実際値に対して僅かに乖離していたとしても測定値自体が変動することはなく、例えば寸法精度が保証された測定対象物の測定値からの変動幅に基づいてＯＫ／ＮＧ判定を行う場合は、このエッジ位置のズレは全く問題とならない。
【００６２】
図１７は測定対象物が透明体である場合の入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６の点灯パターンを示す模式図である。図１７（ａ）は透明体により遮光される光が少なく、透明体のエッジ位置が適切に検出できていない場合の一例を示している。この状態では入光位置表示部３５が全て点灯し、測定位置表示部３６が全て消灯しており、ユーザは現在の測定用閾値Ｐ１の設定では、測定しようとする透明体のエッジ位置が検出できていないことが確認できる。図１７（ｂ）は、コントローラ３に設けられたＳＷ４４が操作され、測定用閾値Ｐ１がＰ１よりも高い値に変更された場合の入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６の点灯パターンを示す模式図である。測定用閾値Ｐ１を変更したことにより、遮光幅を測定する動作モードにおいて遮光領域に対応した測定位置表示部３６が点灯し、透明体のエッジ位置検出が可能となったことが分かる。なお、本実施の形態では入光位置表示部３５を点灯させる入光表示用閾値Ｐ２が測定用閾値Ｐ１と同一である場合の例を示しているため、入光位置表示部３５は遮光領域部分について消灯している。
【００６３】
このように、本実施の形態では、測定用閾値Ｐ１を変更する必要があった場合に、入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６を確認しながら測定用閾値Ｐ１の変更が行えるため、容易に適切な測定用閾値Ｐ１の設定が可能となる。
【００６４】
入光位置表示部３５を点灯させるための入光表示用閾値Ｐ２は、測定用閾値Ｐ１と同一であっても良いが、別であってもよい。図１８は入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６及び受光器２の受光量分布の比較図である。図１８の例では、入光位置表示部３５を点灯させるための入光表示用閾値Ｐ２が測定用閾値Ｐ１とは別に設定された場合の例を示している。測定対象物により遮光された遮光領域の受光量は測定用閾値Ｐ１及び入光表示用閾値Ｐ２の閾値を下回っている。一方、塵による遮光領域の受光量は入光表示用閾値Ｐ２は下回っているものの、測定用閾値Ｐ１を下回っていないため、塵による遮光領域に対応する入光位置表示部３５は消灯するものの、測定用のエッジ位置としては検出されない。したがって、塵による遮光領域は測定位置表示部３６の点灯パターン及び測定値に一切反映されない。このように、入光表示用閾値Ｐ２を測定用閾値Ｐ１よりも高い値に設定することにより、異常な測定値が出力される前に、塵や汚れによる受光量の減少及びその具体的な箇所が分かる。したがって、ユーザが適切な時期にメンテナンスをすることが可能になる。
【００６５】
本実施の形態では、入光位置表示部３５を構成する複数のＬＥＤと測定位置表示部３６を構成する複数のＬＥＤを二列に並べて配置したが、必ずしもこのような配置である必要はなく、寸法測定方向に一列に配置した複数のＬＥＤに入光位置表示部３５と測定位置表示部３６の両方の機能を包含させることも可能である。図１９は表示部４２の変形例を示す図である。図１９の例では、二色に発光するＬＥＤを用いて、入光領域に対応したＬＥＤを例えば赤色で発光させ、動作モードに対応した測定領域を入光領域とは別色である緑色で点灯させている。図１９の例では寸法測定範囲の一端から最初のエッジ位置と最後のエッジ位置の間を測定する外径測定モードが選択されている。また、入光領域に対応したＬＥＤを点灯させる第１表示パターンモードと、測定領域に対応したＬＥＤを点灯させる第２表示パターンモードを備えて、これらを切替え可能に構成してもよく、この場合、例えば光軸調整時に第１表示モード、通常の測定時に第２表示モードに切替設定されるようにしてもよい。また、動作モードの設定時のみ第２表示モードとすることも可能である。
【００６６】
なお、以上示した実施の形態はいずれも受光器２に表示部４２が設けられている例を示したが、投光器１に表示部４２が設けられていても良いことは云うまでもない。この場合、受光器２における受光状態を、コントローラ３を介して投光器１に通信することにより、投光器１において同様の表示が可能である。また、投光器１及び受光器２の双方に表示部４２を設けることも可能である。また、測定原理としてはＣＣＤ方式に限定されず、上述したスキャン方式の透過型寸法測定器にも適用可能である。本発明はここに説明した実施例のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応じて種々の変形及び変更を実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態におけるシステム構成図である。
【図２】本実施の形態における投光器１、受光器２、コントローラ３の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図３】本実施の形態における受光器２の外観斜視図である。
【図４】本実施の形態における受光器２の別の外観斜視図である。
【図５】本実施の形態における入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図６】本実施の形態において光軸ずれが発生した場合の入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図７】本実施の形態において光軸が完全に一致している場合の入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図８】入光位置表示部３５の第１の変形例を示す図である。
【図９】入光位置表示部３５の第２の変形例を示す図である。
【図１０】投光面又は受光面に汚れが付着している場合の入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図１１】各動作モードの測定領域を説明するための図である。
【図１２】測定位置表示部３６の点灯パターンの例を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態における入光位置表示部３５、測定位置表示部３６の点灯パターンの例を示す図である。
【図１４】投光器１と受光器２の相対距離が異なる場合の受光量分布を示す図である。
【図１５】透明体測定時の受光量分布と測定用閾値Ｐ１との関係を示す図である。
【図１６】ノイズ要因の多い使用環境下での受光量分布と測定用閾値Ｐ１との関係を示す図である。
【図１７】透明体測定時に測定用閾値Ｐ１を変更した場合の入光位置表示部３５、測定位置表示部３６の点灯パターンの変化を示す図である。
【図１８】入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６及び受光器２の受光量分布の比較図である。
【図１９】表示部４２の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 投光器
２ 受光器
３ コントローラ
１０ 投光スリット
１１ ＬＤ（レーザダイオード）
１２ レーザ駆動回路
１３ ＭＣＵ
１５ 投光レンズ
２０ 受光スリット
２１ 下側ケーシング
２２ 前面カバー
２３ 上側ケーシング
２９ ＣＣＤ
３４ 表示部
３５ 入光位置表示部
３６ 測定位置表示部
３７ 光軸一致表示用ＬＥＤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型寸法測定装置に関し、特に投光器からの出射光を測定対象物が遮蔽する際の光量変化を受光器によって検出することにより、測定対象物の各種寸法を測定する光学式の透過型寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体の外径、位置、間隔等を検出するために、光学式の透過型寸法測定装置が用いられている。光学式の透過型寸法測定装置は、測定対象領域に平行光を投光する投光器と、測定対象領域を透過した光を受光する受光器とを備え、受光器が受光した受光量に基づいて、平行光を測定対象物が遮光することにより生じた測定対象物の影の長さを測定し、測定対象物の各種寸法を測定する。
【０００３】
この光学式寸法測定装置の測定原理は、大きく分けるとＣＣＤ方式とスキャン方式の２つの種類に分類される。ＣＣＤ方式は発光素子から発光した光を投光レンズで平行光に変換し、この平行光を寸法測定範囲に照射する。受光器は寸法測定範囲からの光を、内蔵する１次元のＣＣＤイメージセンサで受光する。測定対象物が平行光を遮光すると遮光領域の大きさに比例した影が受光部に生じ、この影の大きさや位置に基づいて測定対象物の各種寸法を算出し、出力する。
【０００４】
また、スキャン方式は、発光素子から発射した光をポリゴンミラー等の偏向素子により偏向し、コリメータレンズにより平行光線に変換され寸法測定範囲に照射する。寸法測定範囲内にある測定対象物を走査した光は、受光器内部の受光レンズで集光され、光の明暗に応じた電気信号に変換される。この電気信号に基づいて、影を生じている時間の長さを演算することにより、測定対象物の各種寸法を算出して出力する。上記いずれの方式においても、投光器から出射され、受光器が受光する平行光の幅により寸法測定範囲が規定される。
【０００５】
ユーザは投光器と受光器を基台に設置する際、基台に垂直な方向及び水平な方向に投光器と受光器の光軸を正確に一致させる必要がある。従来、この光軸を一致させるために、投光器及び受光器が接続されたコントローラや、このコントローラが接続されたＰＣの表示画面上で光軸の一致度合いを表示し、ユーザはこの表示画面を見ながら光軸の調整を行っていた（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００８−２７５４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した投光器及び受光器が接続されたコントローラやＰＣ上で光軸の一致度合いを確認する方法では、具体的にどの程度の大きさ、あるいは方向の光軸ずれが生じているのかを直感的に把握することができない。また、コントローラやＰＣが投光器及び受光器と離れた位置に設置されている場合、光軸調整の作業が非常に不便であり、作業工数が増大する。
【０００７】
このような問題が生じるのを防ぐためには、投光器による投光スポットが人の目に見えるように投光される光の光量密度を増大させることが考えられる。しかし、上述したＣＣＤ方式の場合、精度の高い平行光を作る為に、発光源と投光レンズとの距離を離さなければならないため、光量密度の増大には限界がある。また、スキャン方式の場合であっても、視認性を上げるために大きく光量密度を上げると、安全上の問題や発光源の寿命低下などの別の問題が浮上する。したがって、投光スポットが人の目に見える程度まで光量密度を増大させることは現実的ではない。
【０００８】
また上記問題とは別に、投光器と受光器の光軸を正確に一致させても、ユーザの使用環境によって投光面及び受光面に汚れなどが付着してしまうことがある。投光器の投光面及び受光器の受光面に汚れ等が付着した場合、測定対象物が無い状態にも関わらず受光量の変動が生じてしまうため、不測の誤測定となりかねず、ユーザにとっても何が起きているか分かりにくいという問題がある。汚れの大きさは非常に小さなものであっても、汚れにより本来存在しないはずのエッジが検出されてしまうと、測定値は実際の測定対象物の寸法値とはかけ離れた値として出力される。ユーザは出力された測定値を見ても、実際の測定対象物の寸法値なのか、投光面又は受光面に汚れが付着しているのか、あるいは使用環境に問題があるのか、などを直感的に判断することができず、投光器の投光面及び受光器の受光面を定期的にクリーニングし、適切な寸法測定値が得られるよう配慮するしかない。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、投光器及び受光器の光軸をユーザが直感的に且つ容易に調整することが可能である透過型寸法測定装置を提供することを目的とする。また、投光器の投光面及び受光器の受光面に汚れが付着した場合に速やかに適切な処置が可能な透過型寸法測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光を投光する投光器と、投光器と所定の間隔を置いて配置可能で投光器からの光を受光する受光器とを備え、受光器が受光する受光量の変化に基づき、投光器と受光器との間の寸法測定範囲内を通過する測定対象物のエッジ位置や測定対象物の中心位置等を検出したりすることにより、投光器と受光器との間を通過する測定対象物の寸法を測定する透過型寸法測定装置であって、投光器は、光を発光する発光素子と該発光素子により発光した光を平行光に変換する投光レンズとを内部に含む略直方体形状（直方体・立方体やそれらの一部を変形・切欠させたもの等）の投光器筐体と、投光器筐体の底面（光軸調整の際の基準面となりうる面であり、例えば、基台等の水平面に設置された際の設置面や壁面等の垂直面に設置された際の設置面）に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状で、平行光を出射する投光スリットとを備え、受光器は、光を受光する受光素子を内部に含む略直方体形状の受光器筐体と、受光器筐体の底面に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状で、平行光を入射する受光スリットとを備え、投光器及び受光器の少なくともいずれか一方に、寸法測定方向に配列され、受光スリットの寸法測定方向の所定幅を分割する各領域に対する受光状態を各々表示する複数の表示灯（例えば、複数のＬＥＤを一体型として提供しているものや分離型のもの）により、平行光の前記受光器における受光位置を表示する受光位置表示部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、投光スポットを擬似的に表現する入光位置表示部の点灯状態に基づいて、底面に対して水平な方向の光軸の一致度合いを確認しながら、ユーザが投光器、受光器の相対位置を調整することができる。また、測定時に投光器の投光面、受光器の受光面に汚れ等が付着した場合や、投光器や受光器に衝撃が加わり光軸がずれてしまった場合に、入光位置表示部の点灯状態に基づいて、障害の原因を判断し、速やかに適切な処置を行うことが可能となる。
【００１２】
より詳細な一態様では、投光器は、基台に設置される基準面から垂直に立設した一側面に基準面に対して略水平な方向に所定幅を有する細長い形状の投光スリットを有した略直方体形状の投光器筐体と、該投光器筐体内部に、光を発光する発光素子と、該発光素子により発光した光を平行光に変換し、投光スリットを介して寸法測定範囲に帯状等の投光ビームを出射する投光レンズとを含む。発光素子としてはレーザダイオードやＬＥＤなど各種のものが使用できる。受光器は、基台に設置される基準面から垂直に立設した一側面に基準面に対して略水平な方向に所定幅を有する細長い受光スリットを有する略直方体形状の受光器筐体と、該受光器筐体内部に受光スリットを介して測定エリアからの光を受光する受光素子を含む。受光素子としてはフォトダイオードやＣＣＤ、ＣＭＯＳなどが使用できる。投光器及び受光器の各々の基準面に対向する上面側の少なくともいずれか一方には、寸法測定範囲の寸法測定方向に対応して投光スリット又は受光スリットの長手方向に一列に配列した複数の表示灯からなる入光位置表示部が形成され、寸法測定範囲を表示灯の数で分割した領域に対応する受光素子の出力に基づいて、投光ビームが入射した位置に対応する表示灯が点灯又は消灯するよう構成されている。
【００１３】
これにより、投光器と受光器の各々の基準面を基台に設置した際に、投光スポットを擬似的に表現する入光位置表示部の点灯状態に基づいて、基台に対して水平な方向の光軸の一致度合いを確認しながら、ユーザが投光器、受光器の相対位置を調整することができる。また、測定時に投光器の投光面、受光器の受光面に汚れ等が付着した場合や、投光器や受光器に衝撃が加わり光軸がずれてしまった場合に、入光位置表示部の点灯状態に基づいて、障害の原因を判断し、速やかに適切な処置を行うことが可能となる。また、投光スポットを擬似的に表現する入光位置表示部は、基台に設置した場合に基台に設置される面である基準面に対向する上面側に設けられているため、常にユーザにとって視認性の良い場所に位置し、基台に接面して見えなくなることが無い。
【００１４】
また、入光位置表示部が受光器の基準面に対向する上面側に設けられ、入光位置表示部の寸法測定方向の幅が寸法測定範囲の寸法測定方向の幅と略同一に構成されていてもよい。
【００１５】
これにより、入光位置表示部は受光スリットに入射する投光スポットをより擬似的に表現できる。
【００１６】
また、測定対象物のエッジ位置に基づいて、測定値として出力する測定領域を選択する複数の動作モードの設定を受け付ける動作モード設定手段を更に備え、動作モード設定手段により設定された動作モードに応じた測定領域に対応した測定値を出力するようにしてもよい。
【００１７】
これにより、ユーザが測定したい領域を動作モードを切り替えることにより容易に設定できる。
【００１８】
また、寸法測定範囲の寸法測定方向に対応して入光位置表示部と並んで配列した複数の表示灯からなる測定位置表示部を更に有し、該測定位置表示部は動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する対象となる測定領域に対応した表示灯が点灯するよう構成されていてもよい。
【００１９】
また、入光位置表示部は、動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する対象となる測定領域に対応した表示灯が、投光ビームの入射状態にある表示灯の表示態様とは異なる表示態様で点灯するよう構成されていてもよい。
【００２０】
これにより、実際にどの測定領域の寸法を測定しているのかを直感的に把握することができるため、ユーザが測定したい領域を測定するために、現在設定している動作モードが適切か否かを速やかに判断できる。また、測定結果を測定値表示だけでなく、視覚的に把握することが可能となる。更に、動作モードの切り替えに応じて表示灯の表示パターンが変化するため、ユーザが測定したい領域を測定するための動作モードを容易に選択することが可能となる。
【００２１】
また、入光位置表示部の各表示灯を点灯させるための受光素子が受光する受光量の閾値が、測定値の基準となるエッジ位置を検出するための受光量の閾値よりも高く設定されていてもよい。
【００２２】
これにより、測定値が異常状態になる前に、入光位置表示部の表示状態に基づいて、投光面又は受光面の汚れや、使用環境の変化が確認でき、測定値異常を未然に防止することができる。
【００２３】
また、投光器と受光器の光軸を一致させるための光軸調整モードの設定を受け付ける光軸調整モード設定手段を更に備え、光軸調整モードが設定された際に、入光位置表示部は受光素子が受光する受光量のピーク位置を視認するための表示態様へ切り替わるよう構成してもよい。
【００２４】
これにより、受光スリットに入射する受光量分布のピーク位置をユーザが確認でき、このピーク位置が寸法測定範囲の中心に位置するように投光器と受光器の相対位置を調整することで、光軸調整を更に精度良く行うことが可能になる。
【００２５】
また、投光器と受光器の少なくともいずれか一方に、投光器と受光器の寸法測定範囲内の全ての光軸が一致しているか否かを示す光軸一致表示部を更に備えるようにしてもよい。
【００２６】
また、基準面と対向する上面と、投光スリット及び／又は受光スリットが形成された前面との角部に斜面部が形成され、この斜面部に入光位置表示部が形成されていてもよい。
【００２７】
これにより、ユーザは投光器及び受光器の前面側から入光位置表示部が視認でき、光軸調整時の作業性が更に向上する。
【発明の効果】
【００２８】
投光器及び受光器の光軸をユーザが直感的に且つ容易に調整することが可能である。また、投光器の投光面及び受光器の受光面に汚れが付着した場合に速やかに適切な処置が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態における透過型寸法測定装置について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、投光部としてレーザダイオード（以下、ＬＤ）を用い、受光素子として１次元ＣＣＤイメージセンサ（以下、ＣＣＤ）を用いたＣＣＤ方式の透過型寸法測定装置を例として説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態における透過型寸法測定装置の全体システムを示すシステム構成図である。本実施の形態における透過型寸法測定装置は、測定対象領域に光を投光する投光器１と、測定対象領域を透過した光を受光する受光器２と、投光器１ならびに受光器２に接続され、これらを制御するコントローラ３とからなる。投光器１には光を出射する部位である投光スリット１０（投光窓）が形成され、投光スリット１０を介して測定対象領域に照射された光は、投光器１と受光器２の間を通過する測定対象物Ｗにより光の一部が遮光される。受光器２は測定対象物Ｗにより遮光されなかった光を受光スリット２０（受光窓）を介して受光する。
【００３１】
図２は、投光器１、受光器２、コントローラ３の内部構成を説明するためのブロック図である。投光器１には発光素子であるＬＤ１１が内蔵され、ＬＤ１１から発したレーザ光は投光レンズ１５により帯状の平行光に変換されて測定対象領域に照射される。ＬＤ１１には、ＬＤ１１を駆動するためのレーザ駆動回路１２が接続され、レーザ駆動回路１２はＭＣＵ（Micro Controller Unit）１３によって制御される。受光器２は測定対象領域からの光を受光するＣＣＤ２９と、ＣＣＤ２９で受光した電気信号をフィルタリングするフィルタ回路３０と、フィルタリングされた電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１と、表示部３４やＣＣＤ２９を制御すると共にＡ／Ｄ変換された電気信号からエッジ位置を検出するＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）３２、エッジ位置を検出するための閾値並びにＣＣＤ画素数等を記憶するＥＥＰＲＯＭ３３を備える。コントローラ３は、投光器１及び受光器２とコントローラ用通信ドライバ４６を介して通信すると共に、各種演算を実行するＭＣＵ４１、算出された寸法値等を表示するコントローラ表示部４２、外部Ｉ／Ｆ４５、各種動作モードの設定、閾値の設定操作を受け付けるＳＷ４４、各種設定データを記憶するＥＥＰＲＯＭ４３を備える。外部Ｉ／Ｆ４５はオープンコレクタ出力、アナログ出力、外部入力線等を含む。尚、本実施の形態では投光器１、受光器２の各々が専用機能を有するように説明しているが、本実施形態の投光器としての機能及び受光器としての機能双方を有する機器を投光器や受光器として用いても良い。
【００３２】
コントローラ３のＭＣＵ４１は外部入力線を介して、外部機器から各種信号の入力を受け付ける。ＭＣＵ４１は内部タイマにより定期的にコントローラ用通信ドライバ４６ａ、４６ｂを介して投光器１に投光制御信号、受光器２に受光制御信号を送信する。投光制御信号を受信した投光器１のＭＣＵ１３はレーザ駆動回路１２を制御し、レーザ駆動回路１２はＬＤ１１を駆動し、測定対象領域に投光レンズ１５、投光スリット１０を介して平行光を照射する。一方、受光器２のＦＰＧＡ３２は、受光制御信号を受けてＣＣＤ２９を駆動する。ＣＣＤ２９は一次元に配列された複数の画素を有し、受光スリット２０を介して測定対象領域からの光を受光し、フィルタ回路３０、Ａ／Ｄ変換器３１を介してＦＰＧＡ３２に各画素の受光量を送信する。
【００３３】
ＦＰＧＡ３２は、取得した各画素の受光量から、複数の画素により形成される測定対象領域の受光量分布を作成し、作成した受光量分布とＥＥＰＲＯＭ３３に記憶された測定用閾値Ｐ１とを比較することにより、物体により遮光されたエッジ位置を検出する。検出されたエッジ位置及びその近傍の受光量情報は受光器用通信ドライバ３８、コントローラ用通信ドライバ４６を介してコントローラ３に送信される。このように、本実施の形態ではＣＣＤ２９の各画素が受光した受光量分布をそのままコントローラ３に送信するのではなく、受光器２でエッジ位置を検出した後、エッジ位置及びその近傍の受光量情報のみをコントローラ３に送信することで、通信負荷の低減ならびに処理速度の向上を図っている。
【００３４】
受光素子としては、代表的にはＣＣＤイメージセンサが適用される。ただし受光素子としてはＣＣＤイメージセンサに代えてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることも可能である。
【００３５】
コントローラ３は受光器２から受信したエッジ位置情報に基づいて、各種演算を実行する。ＥＥＰＲＯＭ４３には、ユーザにより設定された動作モード、ならびに公差範囲を規定するＨＩ／ＬＯの閾値が記憶されている。動作モードの詳細については後述するが、例えば遮光幅、入光幅、外径、内径、指定されたエッジ間幅など、ユーザが測定したい領域を各種選択するための複数のモードが用意されている。コントローラ３のＭＣＵ４１は受信したエッジ位置情報から、設定された動作モードに対応した測定値を算出し、コントローラ表示部４２に表示すると共に、測定値が公差範囲内にあるか否かのＯＫ／ＮＧ判定を行い、外部Ｉ／Ｆ４５を介して判定結果を外部に出力する。なお、上述した動作モード及びＨＩ／ＬＯの閾値はＳＷ４４により設定変更が可能であり、ＭＣＵ４１は設定変更を受け付け、ＥＥＰＲＯＭ４３に変更内容を記憶させる。
【００３６】
外部Ｉ／Ｆ４５の外部入力としては、他にもピークホールド入力、ボトムホールド入力、アプリケーションに応じて測定用閾値Ｐ１やＨＩ／ＬＯ閾値、動作モード等の各種設定を纏めて切り替えるバンク切替入力、あるいは測定のタイミングを制御するタイミング入力等が入力可能である。
【００３７】
ＦＰＧＡ３２は、エッジ位置情報をコントローラ３に送信すると共に、受光器１に設けられた表示部３４の表示制御を行っている。ＥＥＰＲＯＭ３３には測定用閾値Ｐ１の他に入光表示用閾値Ｐ２が記憶されており、取得した受光量分布と入光表示用閾値Ｐ２とを比較する。詳細については後述するが、表示部３４は物体により遮光されず光が入光した画素位置、即ち受光面上における投光スポットを擬似的に表現する。
【００３８】
図３は表示部３４が設けられた受光器２の外観を示す斜視図である。受光器２は、略直方体形状のケーシングを有し、このケーシングは、基準面２７と、基準面２７から垂直に立設した受光面２８を除く両側面及び背面を塞ぐ下側ケーシング２１と、基準面２７と対向する上面を塞ぐ上側ケーシング２３と、受光スリット２０を有し、投光器１からの光を受光する受光面２８からなる前面カバー２２とからなる。
【００３９】
上側ケーシング２３には基台に対して取り付けるための取付孔２５ａ、２５ｂが設けられ、取付孔２５ａ、２５ｂに螺子を螺合して受光器２を基台に取り付ける。上側ケーシング２３と受光面２８の角部には透明な傾斜面２４が形成され、この傾斜面２４内部に外部から視認可能な表示部３４が設けられている。表示部３４が透明な傾斜面２４内部に設けられているため、表示部３４は上面側及び受光面側の双方に露出し、ユーザにとって非常に視認性が良い。また、傾斜面２４の近傍には光軸調整完了を示すための光軸一致表示用ＬＥＤ３７が設けられている。下側ケーシング２３には受光面２８と対向する背面側にケーブル引出部２６が設けられている。ケーブル引出部２６は背面の一部を切り欠いて形成されているため、ケーブルを折り曲げて引き出す場合にも、背面側に無駄なスペースを取らずにケーブルを引き出すことができる。
【００４０】
また、表示部３４は基台に設置される基準面２７に対向する上面側に配置されているため、表示部３４が基台に隠れて設置されてしまうことがない。基台に対して垂直な方向、即ち高さ方向の光軸は、投光器１及び受光器２の各々の基準面２７を基台に取り付けることにより自動的に一致する。基準面２７を水平な基台に取り付けた後、ユーザは基台に水平な面内で投光器１と受光器２の相対位置を調整するだけで投光器１と受光器２の光軸を完全に一致させることができる。この時、表示部３４は基準面２７と対向する上面側に配置されているため、ユーザはこの表示部３４を確認しながら水平面内での光軸調整を実施できる。基準面２７に歪み等が発生していると、基準面２７を基台に設置しても高さ方向の光軸が正確に一致しなくなる。したがって、本実施の形態では基準面２７を有する下側ケーシング２１のみを水平精度が高いダイキャストで形成し、上側ケーシング２３と前面カバー２２については安価な樹脂で形成している。なお、下側ケーシング２１は両側面及び背面を塞いでおり、両側面のいずれかを基台に設置し、縦置きで受光器２を設置することも可能である。
【００４１】
図４は、受光器２の別の外観を示す斜視図であり、対応する箇所については図３と同じ符号を与えている。ＣＣＤ方式の透過型寸法測定装置における寸法測定範囲は、受光器２が内蔵する受光素子の幅方向の長さにより物理的に規定され、それに合わせた幅を持つ平行光を出射する投光器１を採用する。したがって、広い寸法測定範囲を確保したい場合には図４に示すように幅広な受光スリット２０を備える受光器２が用いられる。
【００４２】
図５は表示部３４及び光軸一致表示用ＬＥＤ３７の機能を模式的に示す図である。表示部３４はＣＣＤ２９の配列方向の長さ、すなわち寸法測定範囲の寸法測定方向の長さと略同一の長さを有し、複数のＬＥＤの配列からなる入光位置表示部３５を備える。入光位置表示部３５は受光器２の上面において寸法測定範囲の延長上に配置され、入光位置表示部３５を構成する各ＬＥＤの点灯状態によって、ＣＣＤ２９に入射する投光スポットを擬似的に表現する。なお、本実施の形態では入光位置表示部３５をＣＣＤ２９の配列方向の長さと略同一としたが、必ずしもこれに限られず、入光位置表示部３５をＣＣＤ２９の配列方向の長さに対して拡大もしくは縮小されていてもよい。また、必ずしも寸法測定範囲の延長上に配置される必要は無いが、投光スポットを擬似的に表現し、ユーザが直感的に光軸を一致させるためには入光位置表示部３５が寸法測定範囲の延長上に配置されている方が好ましい。なお、入光位置表示部３５に設けられた縦線は対応するＬＥＤが点灯状態にあることを示している。
【００４３】
入光位置表示部３５を構成する各ＬＥＤはそれぞれがＣＣＤ２９の対応する位置にある画素の受光量に対応して点灯及び消灯を行う。より具体的には、例えばＬＥＤの数が１０個であり、ＣＣＤ２９の画素数が１０００画素であるとすると、各ＬＥＤに均等に画素数を割り当てると一つのＬＥＤは１００画素に対応する。各ＬＥＤはその配列方向一端から順番に、ＣＣＤの画素配列方向に１００画素ずつ割り当てられ、受光器２のＦＰＧＡ３２はこの１００画素の受光量の夫々が入光表示用閾値Ｐ２を超えているか否かを判定し、Ｐ２を超えている画素が所定数以上ある場合に対応するＬＥＤを点灯させる。なお、ＬＥＤの点灯条件はこれに限らず、画素の受光量の合計や平均に基づいて対応するＬＥＤを点灯させるようにしてもよい。また、光が入光しないＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤを点灯させておき、光が入光するＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤのみ消灯させるようにしても良い。
【００４４】
図６は投光器１と受光器２の光軸がずれている場合の、入光位置表示部３５の点灯状態を示す図である。図６に示すように、光軸ずれにより光が入光しないＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤは消灯する。したがって、投光器１の投光スポットがユーザに見えない場合でも、入光位置表示部３５のＬＥＤの点灯パターンを確認することで、投光器１及び受光器２の相対位置をどちらの方向にどの程度調整すれば、光軸が完全に一致するかを容易に判断することができる。
【００４５】
図７は投光器１と受光器２の光軸が一致した場合の、入光位置表示部３５の点灯状態を示す模式図である。投光器１と受光器２の光軸が一致すると、入光位置表示部３５の全てのＬＥＤが点灯する。加えて、光軸が理想的な状態で一致していると光軸一致表示用ＬＥＤ３７が点灯する。一般に、投光器１から照射される平行光の光量密度は均一ではなく、中心軸に近ければ近いほど光量密度が高く、中心軸から離れるに従い徐々に光量密度が低下する。したがって、入光位置表示部３５の全てのＬＥＤが点灯し、一見して光軸が完全に一致しているように見えても、実際には平行光の中心軸が僅かにずれていることがあり、理想的な光軸一致状態とはいえないことがある。そのため、光軸一致表示用ＬＥＤ３７は、ＣＣＤ２９の各画素値の中で最も受光量が小さくなる画素の受光量が所定レベル以上である場合にのみ点灯するよう構成されている。このような構成により、ユーザは外部機器を一切確認することなく、投光器１、受光器２を最適な相対位置に容易に調整することができる。なお、光軸一致表示用ＬＥＤ３７の点灯条件は上記のものに限られず、ＣＣＤ２９の全画素の受光量の合計や平均等で点灯するようにしてもよく、入光位置表示部３５のＬＥＤが全て点灯した場合に自動的に点灯させるようにしてもよい。
【００４６】
図８は入光位置表示部３５の変形例の点灯状態を示す図である。投光器１と受光器２の理想的な光軸一致状態をユーザが直感的に認識するには、ＣＣＤ２９が受光した受光量分布のピーク位置を認識する必要がある。この変形例では、入光状態にある画素に対応し、点灯しているＬＥＤの中で、特に受光量の大きい画素に対応するＬＥＤの色を変更したものである。本変形例における透過型寸法測定装置は、最適な光軸一致状態を実現するために、光軸調整を行うための表示モードを備えており、この光軸調整モードに設定された際に、ＬＥＤの色による受光量ピーク位置の概略位置の表示を行う。ユーザはＬＥＤの色を視認することで、受光量のピーク位置を確認することができるため、最適な光軸一致状態を容易に実現することができる。なお、この変形例では受光量の大きい画素に対応するＬＥＤの色を変更するようにしたが、これに限られず、ＬＥＤの発光量や表示態様（点滅など）を変更するようにしてもよい。
【００４７】
また、この変形例における入光位置表示部３５の表示パターンは光軸調整時のみではなく、通常の測定時にも有用である。投光器１の照射量が減少したり、使用環境の変化により受光器１が受光する受光量が減少した場合、入光位置表示部３５の表示色や表示態様を確認することで、測定値に異常が発生する前に必要な対処を行うことができる。また、測定対象物が透明体である場合、測定対象物の透過率によってＬＥＤの色や光量が変化する。したがって、測定対象物の透過率によって、エッジを検出するための測定用閾値Ｐ１を設定する際には、入光位置表示部３５の点灯パターンを参考にして設定できる。
【００４８】
図９は更に入光位置表示部３５の別の変形例の点灯状態を示す図である。この変形例は、受光量分布のピーク位置に対応するＬＥＤのみを点灯させるものであり、点灯するＬＥＤがＬＥＤ配列の中心にくるように、投光器１と受光器２の相対位置を調整することで、容易に理想的な光軸一致状態を実現できる。
【００４９】
ところで、透過型の寸法測定装置では、投光面又は受光面に塵や埃が付着すると、この塵や埃が平行光の一部を遮光するため、本来存在しないはずのエッジが検出されてしまうことがある。この場合、測定値は実際の測定対象物の寸法値とはかけ離れた値として出力され、ユーザにとっては何が原因で測定値に異常が発生しているかを容易に判断できない。図１０は投光面又は受光面に汚れが付着している場合の入光位置表示部３５の表示パターンを模式的に示す図である。図１０に示すように、投光面又は受光面に汚れが付着している場合、入光位置表示部３５の汚れが付着している画素位置に対応するＬＥＤが消灯する。したがって、本実施の形態によればユーザは入光位置表示部３５のＬＥＤの点灯パターンに基づいて、汚れの有無及び汚れの位置を認識し、早急にメンテナンスすることができる。
【００５０】
以上示したように、本実施の形態では、受光器１の基台に設置される基準面２７とは対向する上面側に表示部３４を設け、この表示部３４が、投光器１から照射されＣＣＤ２９が受光する投光スポットを擬似的に表現する。したがって、投光スポットが人の目には見えなくても直感的な操作で投光器１と受光器２の光軸を調整することが可能である。また、最適な光軸一致状態とするために、光軸一致表示用ＬＥＤ３７を設け、光軸調整の完了を明示的に示すことができる。更に、投光スポットを擬似的に表現すると共に、投光面又は受光面に付着した汚れを可視化できるため、ユーザにとってメンテナンスが容易になる。
【００５１】
また、本実施の形態における透過型の寸法測定装置はユーザが測定値として出力したい測定領域を設定するための複数の動作モードを備えている。図１１は複数の動作モードを説明するための図である。ここでは動作モードの例として、遮光幅測定モード、入光幅測定モード、外径測定モード、中心位置測定モード、エッジ位置指定測定モードの５つの測定モードを例示する。
【００５２】
遮光幅測定モードは寸法測定範囲の一端から、最後のエッジ位置までの距離を算出する。入光幅測定モードは寸法測定範囲の一端から最初のエッジ位置までの距離を算出する。外径測定モードは寸法測定範囲の一端から数えて最初のエッジ位置と最後のエッジ位置の間の距離を算出する。中心位置測定モードは寸法測定範囲の一端から最初のエッジ位置と次のエッジ位置の中心位置までの距離を算出する。中心位置は検出された２つのエッジ位置の中点を算出することにより決定される。エッジ位置測定モードは、ユーザが指定したエッジ位置に関連する距離を算出するものであり、例えば遮光物が２つ以上存在する場合などに寸法測定範囲の一端から数えて何番目のエッジ位置を測定の対象とするかを自由に設定することができるモードである。図１０では寸法測定範囲の一端と２つ目のエッジ位置が指定された例を示している。これら動作モードは、コントローラ３に設けられたＳＷ４４を操作することにより設定、切替が可能である。
【００５３】
図１２は、受光器２に設けられた表示部３４の別の実施の形態を示す模式図である。表示部３４にはユーザが設定した動作モードに対応した測定領域を示す複数のＬＥＤが一列に配列した測定位置表示部３６が設けられている。図１２の例では、動作モードとして外径測定モードが選択されており、寸法測定範囲の一端から数えて最初のエッジ位置と２つ目のエッジ位置の間の距離が算出されている。図１２に示すように測定位置表示部３６は、実際に測定の対象となっている測定領域にある画素位置に対応したＬＥＤのみを点灯する。したがって、ユーザは現在設定している動作モードが所望のモードであるか否かを直感的に判断できる。また、動作モードの切替に応じて、測定位置表示部３６を構成するＬＥＤの点灯パターンが変化するため、各動作モードがどの測定領域の測定値を出力するものであるかを視覚的に認識することができる。
【００５４】
この実施の形態の場合、図２に示した受光器２のＦＰＧＡ３２は、ユーザにより設定されてコントローラ３のＥＥＰＲＯＭ４３に記憶されている動作モードを読み出し、検出されたエッジ位置と読み出された動作モードに応じて点灯すべきＬＥＤを決定し、測定位置表示部３６の表示を制御する。測定位置表示部３６は上述した入光位置表示部３５と同様、寸法測定範囲の延長上、且つ寸法測定範囲の幅と略同一の幅を有しているため、測定値の概略値を直感的に把握できる。また、測定位置表示部３６を構成する複数のＬＥＤのピッチを例えば１ｍｍなど切りのよい数値とすることで、ＬＥＤの点灯個数により測定値の概略を知ることも可能である。
【００５５】
図１３は、受光器２に設けられた表示部３４の更に別の実施の形態を示す模式図である。図１３に示すように、本実施の形態の表示部３４には複数のＬＥＤからなる入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６が寸法測定範囲の延長上に平行に配列している。
【００５６】
入光位置表示部３５を構成する各ＬＥＤは、測定対象物により遮光されず、平行光が入射するＣＣＤ２９の画素位置に対応したＬＥＤが点灯する。一方、測定位置表示部３６を構成する各ＬＥＤは、設定された動作モードに対応した測定領域、すなわち実際に得られている測定値に対応したＬＥＤが点灯する。図１３の例の場合、動作モードとして遮光幅測定モードが選択されており、寸法測定範囲の一端から２つ目のエッジ位置までの距離が測定値として出力されている。このような構成により、測定対象物により遮光されている領域と、実際に測定している領域を同時に確認することができる。また、入光位置表示部３５の発光色を例えば赤色にし、測定位置表示部３６の発光色を緑色にするなど、夫々の発光色を異ならせることによりユーザによる混同を防ぐことができる。
【００５７】
次に、エッジ位置を検出するための測定用閾値Ｐ１の設定について詳細に説明する。一般に、透過型の寸法測定装置の測定用閾値Ｐ１は非遮光状態における受光量に対して、２５％の受光量となる高さ位置に設定される。図１４に示す受光量分布Ｗ１は投光器１と受光器２が比較的近接して配置された場合の受光量分布を示し、受光量分布Ｗ２は投光器１と受光器２が比較的離れて配置された場合の受光量分布を示している。図１４に示すように受光量分布Ｗ１とＷ２の交点は測定用閾値Ｐ１（２５％）にほぼ一致する。これは投光器１と受光器２が設置される相対距離に依存せず、同じ画素位置をエッジ位置として検出可能であることを意味する。したがって、測定用閾値Ｐ１が上述した２５％点に設定されている場合、投光器１と受光器２の相対距離に依存せず、常に同一のエッジ位置が測定できるため、一般的には測定用閾値Ｐ１は非遮光状態の２５％の受光量となる高さ位置に固定されている。
【００５８】
本実施の形態では測定用閾値Ｐ１の高さ位置を変更可能としている。そのため、測定用閾値Ｐ１を変更した場合、投光器１と受光器２の相対距離に依存して僅かに検出されるエッジ位置にズレが発生する虞がある。しかし、ユーザの使用環境あるいは測定対象物の透明度によっては２５％位置に設定された測定用閾値Ｐ１では、そもそも測定対象物のエッジ位置のみを適切に検出することができない場合がある。
【００５９】
例えば、透過型の寸法測定装置では、透明度の高い測定対象物の測定を行うことがある。このような透明度の高い測定対象物は、遮光領域の光が受光器２にある程度入光してしまうため、寸法測定を行うためのエッジ位置を適切に検出することができないことがある。図１５はＣＣＤ２９から出力された受光量分布の一例を示す図である。横軸はＣＣＤ２９の画素の配置位置、縦軸は各画素が受光した受光量を示している。また、Ｒ１は非透明体による遮光領域、Ｒ２は透明体による遮光領域である。図１５に示すように、非透明体による遮光領域は測定用閾値Ｐ１により検出可能だが、透明体による遮光領域Ｒ２は測定用閾値Ｐ１では検出できない。そこで、測定用閾値Ｐ１をＰ１よりも高いＰ１'に変更することにより、透明体による遮光領域をエッジ位置として確実に検出することができる。
【００６０】
しかし、測定用閾値Ｐ１を高くしすぎると、図１６に示すように、ノイズ要因の多い使用環境下では、ノイズを誤って検出してしまうことがある。図１６は、ノイズにより受光量が減少した画素位置を測定用閾値Ｐ１’により誤ってエッジ位置として検出してしまっている場合の受光量分布の一例を示す図である。このような場合は、測定用閾値Ｐ１’をノイズの影響を受けない低い値に更に変更する必要がある。
【００６１】
本実施の形態では、ユーザの使用環境（ノイズ要因）や測定したい測定対象物の透明度等に応じて、測定用閾値Ｐ１を変更可能としているため、適切に測定用閾値Ｐ１が設定されていれば、ノイズの影響を受けず、且つ様々な透明度の測定対象物のエッジ位置を検出することができる。測定用閾値Ｐ１を変更することによってエッジ位置にズレが発生する虞はあるものの、ユーザの精度要求（公差範囲の幅）によってはこの僅かな位置ズレは問題とならないことがある。また、投光器１と受光器２の相対距離関係は一度固定された後、多くの場合、変更されることは少ない。したがって、測定値が実際値に対して僅かに乖離していたとしても測定値自体が変動することはなく、例えば寸法精度が保証された測定対象物の測定値からの変動幅に基づいてＯＫ／ＮＧ判定を行う場合は、このエッジ位置のズレは全く問題とならない。
【００６２】
図１７は測定対象物が透明体である場合の入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６の点灯パターンを示す模式図である。図１７（ａ）は透明体により遮光される光が少なく、透明体のエッジ位置が適切に検出できていない場合の一例を示している。この状態では入光位置表示部３５が全て点灯し、測定位置表示部３６が全て消灯しており、ユーザは現在の測定用閾値Ｐ１の設定では、測定しようとする透明体のエッジ位置が検出できていないことが確認できる。図１７（ｂ）は、コントローラ３に設けられたＳＷ４４が操作され、測定用閾値Ｐ１がＰ１よりも高い値に変更された場合の入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６の点灯パターンを示す模式図である。測定用閾値Ｐ１を変更したことにより、遮光幅を測定する動作モードにおいて遮光領域に対応した測定位置表示部３６が点灯し、透明体のエッジ位置検出が可能となったことが分かる。なお、本実施の形態では入光位置表示部３５を点灯させる入光表示用閾値Ｐ２が測定用閾値Ｐ１と同一である場合の例を示しているため、入光位置表示部３５は遮光領域部分について消灯している。
【００６３】
このように、本実施の形態では、測定用閾値Ｐ１を変更する必要があった場合に、入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６を確認しながら測定用閾値Ｐ１の変更が行えるため、容易に適切な測定用閾値Ｐ１の設定が可能となる。
【００６４】
入光位置表示部３５を点灯させるための入光表示用閾値Ｐ２は、測定用閾値Ｐ１と同一であっても良いが、別であってもよい。図１８は入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６及び受光器２の受光量分布の比較図である。図１８の例では、入光位置表示部３５を点灯させるための入光表示用閾値Ｐ２が測定用閾値Ｐ１とは別に設定された場合の例を示している。測定対象物により遮光された遮光領域の受光量は測定用閾値Ｐ１及び入光表示用閾値Ｐ２の閾値を下回っている。一方、塵による遮光領域の受光量は入光表示用閾値Ｐ２は下回っているものの、測定用閾値Ｐ１を下回っていないため、塵による遮光領域に対応する入光位置表示部３５は消灯するものの、測定用のエッジ位置としては検出されない。したがって、塵による遮光領域は測定位置表示部３６の点灯パターン及び測定値に一切反映されない。このように、入光表示用閾値Ｐ２を測定用閾値Ｐ１よりも高い値に設定することにより、異常な測定値が出力される前に、塵や汚れによる受光量の減少及びその具体的な箇所が分かる。したがって、ユーザが適切な時期にメンテナンスをすることが可能になる。
【００６５】
本実施の形態では、入光位置表示部３５を構成する複数のＬＥＤと測定位置表示部３６を構成する複数のＬＥＤを二列に並べて配置したが、必ずしもこのような配置である必要はなく、寸法測定方向に一列に配置した複数のＬＥＤに入光位置表示部３５と測定位置表示部３６の両方の機能を包含させることも可能である。図１９は表示部４２の変形例を示す図である。図１９の例では、二色に発光するＬＥＤを用いて、入光領域に対応したＬＥＤを例えば赤色で発光させ、動作モードに対応した測定領域を入光領域とは別色である緑色で点灯させている。図１９の例では寸法測定範囲の一端から最初のエッジ位置と最後のエッジ位置の間を測定する外径測定モードが選択されている。また、入光領域に対応したＬＥＤを点灯させる第１表示パターンモードと、測定領域に対応したＬＥＤを点灯させる第２表示パターンモードを備えて、これらを切替え可能に構成してもよく、この場合、例えば光軸調整時に第１表示モード、通常の測定時に第２表示モードに切替設定されるようにしてもよい。また、動作モードの設定時のみ第２表示モードとすることも可能である。
【００６６】
なお、以上示した実施の形態はいずれも受光器２に表示部４２が設けられている例を示したが、投光器１に表示部４２が設けられていても良いことは云うまでもない。この場合、受光器２における受光状態を、コントローラ３を介して投光器１に通信することにより、投光器１において同様の表示が可能である。また、投光器１及び受光器２の双方に表示部４２を設けることも可能である。また、測定原理としてはＣＣＤ方式に限定されず、上述したスキャン方式の透過型寸法測定器にも適用可能である。本発明はここに説明した実施例のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応じて種々の変形及び変更を実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態におけるシステム構成図である。
【図２】本実施の形態における投光器１、受光器２、コントローラ３の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図３】本実施の形態における受光器２の外観斜視図である。
【図４】本実施の形態における受光器２の別の外観斜視図である。
【図５】本実施の形態における入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図６】本実施の形態において光軸ずれが発生した場合の入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図７】本実施の形態において光軸が完全に一致している場合の入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図８】入光位置表示部３５の第１の変形例を示す図である。
【図９】入光位置表示部３５の第２の変形例を示す図である。
【図１０】投光面又は受光面に汚れが付着している場合の入光位置表示部３５の点灯パターンの例を示す図である。
【図１１】各動作モードの測定領域を説明するための図である。
【図１２】測定位置表示部３６の点灯パターンの例を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態における入光位置表示部３５、測定位置表示部３６の点灯パターンの例を示す図である。
【図１４】投光器１と受光器２の相対距離が異なる場合の受光量分布を示す図である。
【図１５】透明体測定時の受光量分布と測定用閾値Ｐ１との関係を示す図である。
【図１６】ノイズ要因の多い使用環境下での受光量分布と測定用閾値Ｐ１との関係を示す図である。
【図１７】透明体測定時に測定用閾値Ｐ１を変更した場合の入光位置表示部３５、測定位置表示部３６の点灯パターンの変化を示す図である。
【図１８】入光位置表示部３５及び測定位置表示部３６及び受光器２の受光量分布の比較図である。
【図１９】表示部４２の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 投光器
２ 受光器
３ コントローラ
１０ 投光スリット
１１ ＬＤ（レーザダイオード）
１２ レーザ駆動回路
１３ ＭＣＵ
１５ 投光レンズ
２０ 受光スリット
２１ 下側ケーシング
２２ 前面カバー
２３ 上側ケーシング
２９ ＣＣＤ
３４ 表示部
３５ 入光位置表示部
３６ 測定位置表示部
３７ 光軸一致表示用ＬＥＤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投光する投光器と、当該投光器と所定の間隔を置いて配置され、前記投光器からの光を受光する受光器とを備え、当該受光器が受光する受光量の変化に基づいて、前記投光器と前記受光器との間を通過する測定対象物の寸法を測定する透過型寸法測定装置であって、
前記投光器は、
光を発光する発光素子と当該発光素子により発光した光を平行光に変換する投光レンズとを内部に含む略直方体形状の投光器筐体と、
当該投光器筐体の底面に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状を有し、前記平行光を出射する投光スリットとを備え、
前記受光器は、
光を受光する受光素子を内部に含む略直方体形状の受光器筐体と、
当該受光器筐体の底面に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状を有し、前記平行光が入光する受光スリットとを備え、
前記投光器及び前記受光器の少なくともいずれか一方に、前記寸法測定方向に配列され、前記受光スリットの寸法測定方向の所定幅を分割する各領域における受光状態を各々表示する複数の表示灯からなり、前記平行光の前記受光器への入光位置を表示する受光位置表示部を備えたことを特徴とする透過型寸法測定装置。
【請求項２】
前記受光スリットは前記受光器筐体の底面から略垂直に立設した一側面に設けられ、前記受光位置表示部は前記受光器筐体の底面に対向する上面側に、前記受光位置表示部の寸法測定方向の幅が寸法測定エリアの幅と略同一となるよう設けられ、前記複数の表示灯は前記各領域に対する受光量に基づいて、各々点灯又は消灯することを特徴とする請求項１記載の透過型寸法測定装置。
【請求項３】
測定対象物による前記平行光の遮光位置に基づいて、測定値として出力する測定領域を選択する複数の動作モードの設定を受け付ける動作モード設定手段を更に備え、
前記動作モード設定手段により設定された動作モードに対応した測定値を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項４】
前記入光位置表示部と並んで配列した複数の表示灯からなる測定位置表示部を更に有し、該測定位置表示部は前記動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する測定領域に対応した表示灯が点灯又は消灯するよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項５】
前記入光位置表示部は、前記動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する測定領域に対応した表示灯が、前記平行光の入光位置にある表示灯の表示態様とは異なる表示態様で点灯するよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項６】
前記入光位置表示部の各表示灯を点灯させるための前記受光素子が受光する受光量の閾値が、寸法測定の基準となるエッジ位置を検出するための受光量の閾値よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項７】
前記投光器と前記受光器の光軸を一致させるための光軸調整モードの設定を受け付ける光軸調整モード設定手段を更に備え、
前記光軸調整モードが設定された際に、前記入光位置表示部は前記受光素子が受光する受光量のピーク位置を表示するための表示態様へ切り替わることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項８】
前記投光器と前記受光器の少なくともいずれか一方に、前記投光器と前記受光器の寸法測定エリア内の光軸が一致しているか否かを示す光軸一致表示部を更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項９】
前記基準面と対向する上面と、前記投光スリット及び／又は受光スリットが形成された前面との角部に斜面部が形成され、
前記斜面部に前記入光位置表示部が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項１】
光を投光する投光器と、当該投光器と所定の間隔を置いて配置され、前記投光器からの光を受光する受光器とを備え、当該受光器が受光する受光量の変化に基づいて、前記投光器と前記受光器との間を通過する測定対象物の寸法を測定する透過型寸法測定装置であって、
前記投光器は、
光を発光する発光素子と当該発光素子により発光した光を平行光に変換する投光レンズとを内部に含む略直方体形状の投光器筐体と、
当該投光器筐体の底面に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状を有し、前記平行光を出射する投光スリットとを備え、
前記受光器は、
光を受光する受光素子を内部に含む略直方体形状の受光器筐体と、
当該受光器筐体の底面に対して略水平方向である寸法測定方向に所定幅を有する形状を有し、前記平行光が入光する受光スリットとを備え、
前記投光器及び前記受光器の少なくともいずれか一方に、前記寸法測定方向に配列され、前記受光スリットの寸法測定方向の所定幅を分割する各領域における受光状態を各々表示する複数の表示灯からなり、前記平行光の前記受光器への入光位置を表示する受光位置表示部を備えたことを特徴とする透過型寸法測定装置。
【請求項２】
前記受光スリットは前記受光器筐体の底面から略垂直に立設した一側面に設けられ、前記受光位置表示部は前記受光器筐体の底面に対向する上面側に、前記受光位置表示部の寸法測定方向の幅が寸法測定エリアの幅と略同一となるよう設けられ、前記複数の表示灯は前記各領域に対する受光量に基づいて、各々点灯又は消灯することを特徴とする請求項１記載の透過型寸法測定装置。
【請求項３】
測定対象物による前記平行光の遮光位置に基づいて、測定値として出力する測定領域を選択する複数の動作モードの設定を受け付ける動作モード設定手段を更に備え、
前記動作モード設定手段により設定された動作モードに対応した測定値を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項４】
前記入光位置表示部と並んで配列した複数の表示灯からなる測定位置表示部を更に有し、該測定位置表示部は前記動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する測定領域に対応した表示灯が点灯又は消灯するよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項５】
前記入光位置表示部は、前記動作モード設定手段により設定された動作モードに応じて、測定値として出力する測定領域に対応した表示灯が、前記平行光の入光位置にある表示灯の表示態様とは異なる表示態様で点灯するよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項６】
前記入光位置表示部の各表示灯を点灯させるための前記受光素子が受光する受光量の閾値が、寸法測定の基準となるエッジ位置を検出するための受光量の閾値よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項７】
前記投光器と前記受光器の光軸を一致させるための光軸調整モードの設定を受け付ける光軸調整モード設定手段を更に備え、
前記光軸調整モードが設定された際に、前記入光位置表示部は前記受光素子が受光する受光量のピーク位置を表示するための表示態様へ切り替わることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項８】
前記投光器と前記受光器の少なくともいずれか一方に、前記投光器と前記受光器の寸法測定エリア内の光軸が一致しているか否かを示す光軸一致表示部を更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【請求項９】
前記基準面と対向する上面と、前記投光スリット及び／又は受光スリットが形成された前面との角部に斜面部が形成され、
前記斜面部に前記入光位置表示部が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の透過型寸法測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２５６１４９（Ｐ２０１０−２５６１４９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０５９６９（Ｐ２００９−１０５９６９）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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