JPH01312407A - 変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、変位測定装置、特に、元ビームを被計測物
体表面に照射し、その反射光を用いて被計測物体表面ま
での距離の変化を検出して被計測物体表面の変位を測定
する変位測定装置（こ関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、例えば特公昭５９−７６２号公報ｌこ掲載さ
れている従来の変位測定装置を示し、因において、光源
（りより放射される光ビーム（１ａ）は投光レンズ（２
）により被計測物体表面（３）に照射される。受光レン
ズ（４）は被計測物体表面（３）に照射された光源（１
）よりの元ビーム（ｊａＪによる元スポット（１ｂ）を
光検出器（５）上に結像する。処理回路（６ンは光検出
器（５）からの電気信号１人。

ＩＢ′％：入力して所定の演４を行い、距離に応じた出
力を発生する。

以上の構成にまり、光源（１）によって放射される光ビ
ーム（１ａ）は投光レンズ（２）により果東され、適当
な大きさの元スボツ）（１ｂ）となって被計測物体表面
（６）に照射される。受光レンズ（４）は被計測物体表
面（６）上の光スポラ）　（１ｋ））　　を光検出器（
５）の受光面上に結像させる。また、光検吊器（５）は
その受光面上での元スポットの位置に応じた電気信号Ｉ
Ａ　、　ｉＢを発生する光電変換素子で、例えば、ＰＳ
Ｄ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔ
ｅｃｔｏｒ　）と呼ばれる素子で、光スポットの位置Ｐ
に応じてＩＡ　、　ｉＢなるｔ流が発生し、 Ａ ””ｉＡ十ｉＢ　　　゛ ・・・（１） または。

Ｂ Ｐ２＝　　　　　　　　　　　　・・・（２）ＩＡ　＋
　ｉＢ により、受光面の各端部ρ・らの光スポット（１ｂ）の
位置が演′ｘｌこより求めらｎる。筐た。

力・らは、受光面の中央ρ・らの光スボント（１ｂ）の
位置が演算によりわかる。

被計測物体表面（３）の変位りは、光検出器（５）の受
光面上での光スポット（１ｂ）の動き１に変換されるの
で、上式（１）〜（３）のいずれかの結果に変換係数を
掛ければ、被計測物体表面（３）までの距離に対応した
出力が得られ、変換係数は光学系の設置条件から算出す
るか、実際の装置を用いて実験的に求める。

また、処理回路（６）は上記演算を実行し結果を外部に
出力する。

なお、（６ａ）は被計測物体表面（３）が変位りだけ変
位した場合の被計測物体表面を示し、破線で示す結像系
の光ビームが、上記変位した場合の結像系の光ビームを
示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の変位測定装置は、以上のように構成されているた
めに、下記に述べるような問題点があった。

第４図ｔこおいて、符号（１）〜（５）は第６図に示す
これらの符号によって衣すものと同じ部分である。

゛まに、符号（７）はへラドケース（９）が例えば膨張
してヘッドケース（９ａ）になった場合に、変位した光
検出器（５ａ）の中心に結像点が形成されるための被計
測物体表面の位置、（８Ｊｌ（８ａ）　　は光検出器（
６Ｊ、（５ａ）の中心を示す。なお、（２ａ　）　ｐ　
（４ａ　）はそれぞれヘッドケース膨張後の投光レンズ
および受光レンズを示している。

変位測定装置のセンナ部のヘッドケース（９）は、使用
環視温度の変化により、膨張筐たは収縮を起こす。例え
ば、センナ部に力学的固定点を定めない場合は、第４図
に示すように、等方的に膨張または収縮を起こす。この
ヘッドケース（９）に光源（１）、投光および受光レン
ズ”）　＊　ｆ４）、光検出器（５）を固定させた場合
Ｅこは、これらの光学素子により形成される光経路も、
ヘッドケース（９１１７）膨張と等しく、等号的に膨張
、収縮する方向に変位する。い筐、膨張してヘッドケー
ス（９）が破線で示す大きさのヘッドケース（９ａ）　
になったとする。このとき、変位した光検出器（５ａ〕
の中心（８ａ）　に光が入射するための被計測物体表面
（３）の位置（力は、膨張前の光検出器（５）の中心（
８目こ光が入射するための被計測物体表面（３）の基準
位置に対してΔＸだけずれていることになる。このΔＸ
のずれが、温度変化ｌこよる変位測定装置の出力誤差と
なる。この様子を第５図に示す。第５図かられかるよう
に、変位測定装置の使用環境の温度＾励（こよって、計
測誤差が増大する。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、使用環境の１ｍ匿変動の影響を受けること
なく、高精度の測定が可能な変位測定装ｆＩＩＬｔｔ得
ることな目的とする。

〔課題【解決するための手段〕

この発明に係る変位測定装置は、光検出器が、ヘッドケ
ースの材質の線膨張率と相対変化温度と番こ対応した光
学系に起因するドリフトを除去し得るｉ膨張率をＭする
材質の取付座によりヘッドケース内に取付は固定されて
いる。

〔作　用〕

この発明ｌこおいては、受光系の光検出器か、ヘッドケ
ースの膨張に対して線膨張率が典なる取付座のために、
異なった位置移動を起こして光学系Ｅこ起因するドリフ
トを除去する。

〔実施例〕

第１図（工この発明の一実施例を示し、取付座（１ｊ）
ｋＸ、光検出器（５）とヘッドケース（９）との間に介
在し、ヘッドケース（９）の線膨張率と相対変化温度と
に対応した線膨張率を有し、これによって光学系に起因
するドリフトを除去しイ）る材質からなっている。

その他、第６図におけると同一符号は同一部分である。

以上の構成により、光源口」、投光レンズ（２）、受光
レンズ（４）、光検出器（５）ヲエヘッドケース（９）
内に収納、固定されており、これらは環境温度が変化し
た場せ、ヘッドケース（９）の例えば膨張に追随した位
置に移動する。いｆ、ヘッドケース（９）の＋１１１１
彰張率をα１　とする。

ここで第１図のよ５に、ヘッドケース（９）に、ヘッド
ケース（９）の材質の線膨張率とはＪ４なった所定の＃
Ｈ膨張率α２　を有する材質からなる光検出器の取付座
（１１）を取付けている。

以上の構成に３いて、α、〉α２の関係を満たすＩｔＭ
膨張率α２　をゼする材質を選定し、第４図に示す温槻
ドリフトΔｘ１に打ち消すように％Ｌとａ２を設定すれ
ば、温度ドリフトを補正することができる。ただし、Ｌ
は光検出器（５）の中心からヘッドケース（９）マでの
距離とする。

なお、上記実施例では光検出器とヘッドケースとの間に
、ヘッドケースの材質の線膨張率と異なる特定の線膨張
率を有する材質からなる取付座（１１）を介在させ、こ
れによってドリフト改善を行ったか、これに限らず、他
の実施例として第２図に示すように、光検出器（５）と
光源１υとの間に線＃張皐α３　の取付座（１１ａ）　
′Ｉｋ介在させることにより、ドリフト改！ｆ＃を行っ
てもよい。このとき、α３〉α、の関係を満たす部材を
使用すればよい。

〔発明の効果〕

以上のようζこ、この発明によれば、結像系の光検出器
を所定の線膨張率を有する取付座に取付け、ヘッドケー
スの膨張に対して光検出器の位置を調整するようにした
もので、温度ド！ｊ７１ｔ−除去し優て、便用環境の温
度変動の影ｉ＃を受けることなく、計測ａ度を向上する
ことができる。

渠１凶はＣＣ’）９１ＦＰり一夫施シリノ安那↑町囲凶
、第２図は他の実施例の要部乎断面図、第６図ハ従来の
変位測定装置の斜視図、第４図は第６図のヘッド部の温
度上昇によるＰｌｅ張を説明するための模式図、第５図
は第３図のヘッド部の温度上昇による温度ドリフト誤差
線図である。

（１）・・光源、　　（１ａ）・・光ビーム、　（ｔｂ
）・・光スボツ）、１２１・・投光レンズ、（３）・−
被計測物体表面、（４）・・受光レンズ、（５）・・光
検出器、（９）・・ヘッドケース、（１１）、（１１ａ
）・・光検出器の取付座。

なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源からの光ビームを所定の被計測物体表面に照射し、
   前記被計測物体表面上の光スポットを受光レンズを介し
   て光検出器の受光面上に結像させ、この結像した受光に
   よつて前記光検出器より発生する電気信号により、前記
   被計測物体表面までの距離を演算出力する変位測定装置
   において、前記光源、前記投光レンズ、前記受光レンズ
   、前記光検出器等を収納しているヘッドケースの線膨張
   率と相対変化温度とに対応した光学系に起因するドリフ
   トを除去し得る線膨張率を有する材質からなる前記光検
   出器の取付座を備えてなることを特徴とする変位測定装
   置。