JPH0227607B2 - Ichisokuteisochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えばレーザ加工装置において加工
対象物の加工面の位置を測定するために使用され
る位置測定装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、この種の装置として、光源から発生した
光を集束レンズで集光して被測定対象物に照射
し、その反射光を上記照射光の光軸に対し任意の
角度を隔てて配設した受光系で受光検出すること
により上記被測定対象物の位置を測定する、いわ
ゆる三角測量法を応用した装置が知られている。

ところで、この種の装置では、測定分解能を高
めようとすると、照射光の照射スポツトをできる
だけ小さくする必要がある。しかし、この照射ス
ポツトを小さくすると、スポツト径を小さく保て
る光軸方向の範囲が狭くなつて測定可能範囲が小
範囲に限定されるといつた不具合を生じる。例え
ば、半導体レーザを用いて0.1mmの照射スポツト
を得ようとすると、この0.1mmのスポツトを保て
る範囲はわずかに±１mm程度となる。そこで、従
来では、例えばHe−Neレーザ等の拡がり角の小
さな光を用いて測定を行なう試みがなされてい
る。He−Neレーザの場合、照射スポツト0.5mm
で±200mmの測定範囲を実現できる。しかしなが
ら、このHe−Neレーザを用いたとしても、レー
ザ自体が持つ性能以上の測定精度の向上および測
定範囲の拡大は当然不可能であり、しかもこの
He−Neレーザを用いると装置が大形化し、かつ
高価になる欠点があり、実用に適さなかつた。

〔発明の目的〕

本発明は、装置の大形化を招くことなく広範囲
にわたつて高精度の測定を行なえるようにし、小
形かつ安価で測定性能が著しく高い位置測定装置
を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、光源と
集束レンズとの間にその光軸方向に移動可能な可
動レンズを配設するとともに、集束制御回路を設
け、この集束制御回路により、上記受光部に結像
された反射像の結像位置と予め設定してある基準
位置との差を検出し、この差に応じて上記可動レ
ンズの光軸位置を移動させるようにしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明の一実施例における位置測定
装置の概略構成図である。この装置は、被測定対
象物１に測定用の光を集束照射する投光系２と、
上記被測定対象物１による反射光を受光検出する
受光系３と、集束制御回路４とから構成されてい
る。

投光系２は、例えば半導体レーザ装置からなる
光軸２１を有し、この光源２１から発生された光
２２をコリメートレンズ２３で平行光にしたの
ち、可動レンズ２４および集束レンズ２６をそれ
ぞれ介して被測定対象物１に照射するものであ
る。ここで上記可動レンズ２４は、移動機構２５
により光軸方向（矢印Ａ方向）に移動可能となつ
ている。

一方受光系３は、上記投光系２の光軸に対し所
定角度隔てて被測定対象物１における照射スポツ
ト形成位置の斜め上方に配設されている。そし
て、上記被測定対象物１の反射光３１を、結像レ
ンズ３２を介して受光器３３で受光している。こ
の受光器３３は、反射像の受光スポツトの光量分
布を検出するもので、例えば受光面上の受光スポ
ツトの中心位置を座標値として出力する光点位置
検出器や固体撮像素子を用いたラインセンサが使
用される。

さて、集束制御回路４は、前記受光器３３の受
光出力信号からそのピーク位置、つまり受光スポ
ツトの中心位置を検出するスポツト位置検出回路
４１と、マイクロプロセツサを主制御部として有
する制御回路本体（CPU）４２と、このCPU４
２から出力された制御信号に応じて前記可動レン
ズ２４の移動機構２５を駆動する移動制御回路４
３とから構成されている。上記CPU４２は、上
記スポツト位置検出回路４１で検出された受光ス
ポツトの中心位置情報と予め内部メモリに記憶し
てある基準位置情報との差を求め、この差に基づ
いて被測定対象物１上の照射スポツト径を最小に
するための制御信号を発生し、これにより可動レ
ンズ２４を移動制御するものである。

次に、以上のように構成された装置の作用を説
明する。いま、可動レンズ２４が第１図に示す位
置に設定され、この状態で被測定対象物１上に形
成される照射スポツトの径が最小となり、その反
射光が受光器３３の受光面上の中心位置に結像さ
れているものと仮定する。CPU４２の内部メモ
リには、このときの受光器３３のスポツト位置情
報を基準位置情報BSとして記憶しておく。

さて、この状態で、被測定対象物１が第２図に
示す二点鎖線１′の位置に移動したとすると、こ
のときの反射光３１′は焦点がボケ、かつ受光器
３３の受光中心から偏移して受光されることにな
る。このとき、上記反射光３１′の偏位量Ｃは、
前記被測定対象物１の移動量Ｌに対応する。上記
反射光３１′が受光されると、受光器３３からは
その受光位置要素を含む受光信号が出力され、こ
の信号はスポツト位置検出回路４１に導かれる。
第３図イはこの受光信号の波形の一例を示すもの
である。この受光信号が導入されるとスポツト位
置検出回路４１は、上記受光信号イのピークを検
出してその位置を受光スポツトの中心位置情報
DSとしてCPU４２に出力する。そうするとCPU
４２は、第４図に示す制御手順に従つて先ず上記
受光スポツトの位置情報DSを入力するとともに、
内部メモリから基準位置情報BSを読出し、次に
これらの位置情報DS，BSの差CSを求める。そ
して、この差CSに所定の定数を乗算して移動制
御信号を作成し、この移動制御信号を移動制御回
路４３に与える。そうすると、移動制御回路４３
により移動機構２５が駆動され、この結果可動レ
ンズ２４が上記移動制御信号で指定された量だけ
光軸方向に移動する。したがつて、前記差CSに
乗算する定数を適宜選定すれば、可動レンズ２４
は被測定対象物１と１′との移動量Ｌに対応する
量だけ移動することになり、この結果被測定対象
物１′上の照射スポツトの径は最小となる。

このように本実施例によれば、たとえスポツト
径を小さく保てる範囲の狭いレーザを用いたとし
ても、受光スポツトの位置と基準位置との差に対
応して可動レンズ２４の光軸位置を可変するよう
にしたので、被測定対象物１が如何なる位置にあ
ろうともこの対象物１上に焦点を結んで照射スポ
ツト径を最小にすることができる。すなわち、結
果的にスポツト径を小さく保てる範囲を大幅に拡
げることができる。したがつて、広範囲にわたつ
て高精度の位置測定を行なうことができる。しか
も、半導体レーザを用いることができるので、
He−Neレーザを用いる場合に比べて装置を小形
化することができ、かつ安価にて提供可能とな
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、コリメートレンズは可動レンズ
と一体化するようにしてもよい。また集束制御回
路のCPUの代わりにROM等を用いたデコーダを
設け、差CSに対応する移動制御情報を読出して
移動制御回路４３に供給するようにしてもよい。
その他、受光器や光源、集束制御回路の構成等に
ついても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、光源と集束レン
ズとの間にその光軸方向に移動可能な可動レンズ
を配設するとともに、集束制御回路を設け、この
集束制御回路により、上記受光部に結像された反
射像の結像位置と予め設定してある基準位置との
差を検出し、この差に応じて可動レンズの光軸位
置を可変するようにしたものである。

したがつて、本発明によれば、装置の大形化を
招くことなく広範囲にわたつて高精度の測定を行
なうことができ、小形かつ安価で測定性能が著し
く高い位置測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置測定装
置の概略構成図、第２図〜第４図は同装置の作用
説明に用いるためのもので、第２図は照明光と反
射光の軌跡を説明するための模式図、第３図は受
光出力波形を示す図、第４図は制御手順を示すフ
ローチヤートである。 １，１′……被測定対象物、２……投光系、３
……受光系、４……集束制御回路、２１……光
源、２４……可動レンズ、２５……移動機構、３
３……受光器、４１……スポツト位置検出回路、
４２……CPU、４３……移動制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光源から発生された光を集束レンズにより集
   光して被測定対象に照射し、その反射像を上記照
   射光の光軸に対し任意の角度を隔てて配設された
   受光系で受光検出することにより被測定対象物の
   位置を測定する位置測定装置において、前記光源
   と集束レンズとの間にその光軸方向に移動可能に
   配設された可動レンズと、前記受光系の受光部に
   結像される反射像のスポツト径が最小となつてい
   るときの上記反射像の結像位置を基準とし、前記
   受光部における反射像の結像位置を検出してこの
   検出位置と上記基準位置との差に対応する量だけ
   前記可動レンズの光軸位置を移動させる集束制御
   回路とを具備したことを特徴とする位置測定装
   置。