JPH0285905A - 物体の位置決め、長さ測定方法及びその方法を用いた装置 - 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〕 本発明は物体を１つの平面に対して位置決めする方法と
、上記物体の長さを測定−する一方、奈及び−上記２つ
の方法を用いる装置に関−する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕産業上
、成る物体を成る平面に対して非常に高精度に位置決め
することがしばしば必要とされる。

例えば、上記のような位置決めは一体の品物を機械加工
する際や複数の部品を組立てる際に必要となる。また、
上記の位置決めを異なった２点で繰り返すことによって
上記異なった２点間の距離を測定することが可能となる
。

上記に関して光学的手段に依る物体の位置決めと測定の
方法は従来から使用されているが、はとんどの場合これ
らの方法は対象物体上の複数の点を光学的にピーク値を
検出して位置決めする方法であり、又、長さの測定は固
定基準点若しくは移動基準点に対して行なわれている。

最近では、例えば米国特許第４．３３２．４７５号等の
ように、光線で物体を掃引し、該物体の１端から他端ま
でを光線が通過するのに要する時間を計測することによ
って物体の寸法を測定する方法が提唱されている。

しかし、この方法では物体の寸法は前記光線の掃引範囲
に比較して小さくなければならないという制限があり、
更に上記掃引に用いる光線が幅を有するため、物体の検
出が不正確になるという問題があった。

上記問題に鑑み、本発明の目的は、光線を掃引すること
により物体を１つの平面に対して位置決めし、上記掃引
に用いた光線のビーム直径寸法よりはるかに高い位置決
め精度を得る方法を提供することである。

また、本発明のもう１つの目的は前記光線の掃引範囲の
大きさに制限されずに前記物体の２つのショルダー部間
の距離を測定可能な方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明に依れば、前記平面を
光源ユニットと検知ユニットとの間で光線により掃引し
、前記物体を前記平面に略垂直に移動させ、入力信号を
時間の関数として計測して、該入力信号が特定の形状に
なったときに前記物体を停止させることにより前記平面
に対して物体を位置決めする方法が提供−される。ここ
で簡単のため、前記光線の光軸により掃引される平面を
以下「掃引平面」と呼ぶ。

本発明に依れば、前記物体はショルダー部を有する形状
で、該ショルダー部が前記光線の所定部分を掃引中に遮
断することによって所要の信号が得られる。

本発明のもう１つの特徴は、本発明に依り、前記物体の
２つのショルダー間の距離を測定する方法が提供される
ことである。即ち、本発明に依れば、最初に第１のショ
ルダー部を成る平面に対して位置決めした後、前記物体
を上記平面に垂直に移動させて該平面に対して第２のシ
ョルダー部を位置決めすることにより、前記２つのショ
ルダー部間距離に等しくなる前記物体の移動距離を測定
することにより所要寸法が得られる。また、本発明の方
法に依れば連続して複数のショルダー部を位置決めする
ことができる。

更に、本発明に依れば上記の測定方法を実施する装置が
提供される。即ち本発明に依れば平行光線を発生する光
源と、光学系の焦点に位置して、上記光線を偏向させる
ことで上記光線による掃引を行なう偏向器と、光学系の
別の焦点に位置して入射する光の強さに応じた信号を出
力する受光器とを備えた装置が提供される。本装置には
又、前記受光器からの出力信号を時間の関数として処理
する電子装置と、前記物体を受承して、該物体を前記掃
引平面に対して垂直に移動させることが出来る支持手段
が設けられている。

〔実施例〕 第１図と第２図は本発明に依る方法を用いた計測装置の
一実施例の概略を示している。図において物体１はショ
ルダー部４により区分された２つの部分２と３から成っ
ている。実際には前記物体１は軸対称の形をしているこ
とが多いが、軸対称形でなくともショルダー部４が有す
る、以下に説明する機能を満足する部分を備えていれば
どんな形状をしていても良い。

また、同図において光Ｒ５は、例えばレーザ光源であり
平行光線６を発生し、該光線６は光学系８の焦点１０に
設置した偏向器７に到達する。上記偏向器７は、例えば
軸９の回りに回転する鏡であり、上記偏向器を回転させ
ることにより前記光線は第２図に断面を示した第１図の
平面を掃引する。光学系８の焦点１０は前記可動偏向器
７に光線６が入射する点に一致しているため、光学系８
を通過した上記光線６′は平行に掃引される。また、受
光器１１は前記光学系８と光軸が一致するように設置し
た光学系１３の焦点１２に置かれている。このため、前
記掃引光線１６’はどの位置にあるときでも、物体によ
り遮断されない限り受光器１１に入射することになる。

受光器１１からの信号は電子装置１４により処理されて
所望の計測が行なわれる。前記物体１は支持部材により
保持されると共に前記掃引平面に垂直に移動される。

しかし、光線６′の掃引、計測中は物体１は固定されて
いる。また、物体１は移動するにつれて第２図に示した
Ａ、Ｂ、Ｃの位置に順に達するようになっている。

上記位置のうち両極端に相当するＡとＣの位置では、光
線６′の掃引中、最初は障害物がないため受光器１１は
電子装置１４に最大レベルの信号を出力するが、次に光
線６′が物体の２Ａ若しくは３Ｃの碌に到達すると光線
６′が遮断されるため、遮断がなくなり光線６′が再度
現れるまで受光器１１の出力信号は最小レベルになる。

光線６′の掃引速度を一定にすれば、上記の遮断時間に
対応する受光器１１の最小レベル信号の出力時間長さは
掃引平面上における前記物体の、掃引方向に平行な（即
ち、光線６′に対して直角方向の）寸法に比例する。従
って、上記遮断時間を通常の方法で計測することにより
上記方向における物体長さを測定することが可能となる
。図において、物体１がＩＢの位置にあり、掃引中に光
線６′がショルダー部４Ｂにより部分的に遮断される場
合について以下にもっと詳細に説明する。

第３図は上記の状態をもっと詳細に示したもので、図に
おいてＡは物体１と光線６′の位置を、Ｂは受光器１１
からの出力信号の波形を、Ｃは已に示した信号の微分を
それぞれ表している。ショルダーＢ４の高さで光線６′
を掃引すると、例えば第１図における物体１の頂部では
受光器１１の出力信号は最初は最大レベル１６であり、
次いで光線が第３図Ａのショルダー３で部分的に遮断さ
れると、上記信号は中間レベル１８になり、更に物体１
０部分２で完全に遮断されると上記信号は最小レベル１
７になる。前記物体１の下部では引き続き上記と反対の
現象を示し、光線６′が前記部分２を通過してショルダ
ー部分３で部分的に遮断されると信号は中間レベル１８
になり、次いで、光線６′が全く遮断されない状態で信
号は最大レベル１６になる。

已に示した信号を通常の方法で微分した信号を第３図Ｃ
に示す。上記微分信号は２つの負のピーク１９．２０と
２つの正のピーク２１　、２２から成っている。

第４図は物体１が光線６′の掃引平面に対して３つの異
なる位置１．ｎ、Ｉ［Ｉにあるときの第３図に示したも
のと同様の図を示している。上記の異なる位置では信号
の最大レベル１６と最小レベル１７は変化しないが中間
レベル１８は物体１の位置に応じて変化している。また
、微分信号に現れる２つのピーク１９と２０も不変であ
り、これらを用いて物体の前記掃引平面に対する位置を
正確に表し、良好な再現性を得ることが可能である。

例えば、光線として直径０．１Ｍのレーザビームを用い
た場合前記物体１の位置は２μの精度で検出可能である
。前記ピーク１９と２０とは信号のレベルが不連続に変
化した場合に得られる。従って上記に説明したショルダ
ー部は、光線６′の掃引中に上記のような不連続信号を
生じさせるものであれば物体１に取着した別の形状の部
材から成る部分であっても良い。従って回転体において
は上記の部分は直径の急激な変化部分であるが、他の物
体自体の形状又は物体自体に取着した他の様々な手段を
用いても同様な結果が得られる。上記手段は、物体の位
置が一定である場合の掃引においては光線６′の一定部
分を遮断し、物体位置が変化すれば上記遮断位置が変化
するようなものであり、上記のように光線６！が物体１
を掃引するにつれて、遮断物のない状態、部分的に遮断
された状態、そして完全に遮断された状態が明瞭に現れ
るようなものでなければならない。

前記信号の微分値のピーク１９・２０の大きさが等しい
場合、物体のショルダー４が光線６′の中央にあること
を意味している。何故なら、この場合には信号の平均レ
ベル１８が最小レベル１７と最大レベル１６とから等距
離にあるからである。上記説明から、前記２つのピーク
１９と２０の大きさが等しくない場合でも、ピーク１９
と２０の大きさが一定であれば重要な意味を持つことが
わかる。即ち、前記ピーク１９と２０との比が１でない
場合は前記物体１のショルダー部４は、光線６′の掃引
平面かられずかに外れた平面上にあるからである。

もし、物体１のショルダー４０寸法が小さい場合、特に
光線６′の直径よりも小さい場合には、前記信号の微分
ピークは第５図Ｂ、Ｃのようになり、ピーク１６と１７
は互いに接近し、ピークの基部が一致してしまう。この
ような状態でも同様に物体１は適切に位置決め可能であ
る。ショルダー部の光線直径に対する大きさ、従って信
号の形状がどんなものであろうと前記ショルダー部が掃
引平面内にある位置は、掃引中の信号の微分値の最大値
が他の回の掃引における最大値に比較して最も小さな値
になるような位置である。このように信号の微分最大値
が最小になるような点を求めることによって物体１をど
のような状況下でも正確に信頼性高く位置決めすること
ができる。

上記のように物体の位置決めに用いる掃引法は、物体の
掃引平面と光線に対して直角な方向の寸法を計測するの
に使用できる。物体の各位置での寸法計測は物体の位置
決めと同時に容易に実施可能である。

また、同様に本発明は物体の２つのショルダー部４０間
の長さを測定するのにも用いられる。この方法では物体
の第１のショルダー部４は計測用光線に対し上述の方法
により位置決めが行われ、次に物体１を担持する支持部
材は光線６′の掃引平面に対して垂直に、第２のショル
ダー部が掃引平面に対して位置を決めされるまで移動す
る。前記支持部材の移動距離を適当な手段で、例えば基
準定規等を用いて測定すれば、１つのショルダー部の位
置決め精度と同じ精度で２つのショルダー部間の距離を
計測できる。

前記受光器からの出力信号を処理する電子装置は好まし
くは第６図に示したような構成である。

同図において信号の微分値２３はピーク検知器２４で分
析され、各掃引毎の微分最大値がサンプラ２６に伝送さ
れる。次にアナログ／デジタル変換器２７は上記最大値
を、前記物体１の支持部材の移動を制御している演算器
２８に伝送する。光線６′のそれぞれの掃引の開始と終
了は信号２５の形で検出され、ピーク検知器２４を作動
させサンプラ２６をゼロにリセットすることにより上記
操作が繰り返される。

別の実施例では、演算器２８が、微分信号の代わりに受
光器１１からの信号を直接処理するようにすることもで
きる。この場合、上記演算器２８は、前記信号の中間レ
ベル１８を信号の最小レベル１７と最大レベル１６の平
均値にできるだけ近づけるように前記物体１の支持部材
を制御する。

このために前記サンプラ２６は信号の微分ピーク値の両
側の値を利用する。従って、演算器２８は、ピーク検知
器２４により検出されたピーク値の両側で得られた各掃
引時の信号値を用いて演算を行う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に依る測定方法を実施する装置を略示す
る側面図、第２図は第１図の平面図、第３図は物体のシ
ョルダー部が掃引平面付近にあるときの受光器の信号と
その微分信号を表わす図、第４図は前記物体の前記掃引
平面に対する相対位置に応じて受光器から出力される異
なった形状の信号とその微分信号を示す図、第５図は前
記ショルダー部の寸法に応じた、異なる形状の上記微分
信号を示す図、第６図は、受光器からの信号処理法の一
実施例を示すブロック図である。 ｌ・・・物体、　　　　　　４・・・ショルダー部、５
・・・光源、　　　　　−６，６’・・・平行光線、７
・・・鏡、　　　　　　　１１・・・受光器、１４・・
・電子装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、−光源装置と受光器との間で光線を掃引し、該光線
   の光軸により掃引される１つの平面を形成し、 −次いで、前記光軸の掃引により形成される平面に対し
   て垂直に物体を移動させ、 −更に、前記物体の移動により前記受光器から得られる
   信号を時間の関数として測定し、−前記信号の形状が特
   定の形状になったときに前記物体の移動を停止すること
   によって 前記光軸の掃引により形成される平面に対して物体を位
   置決めする方法において、 前記特定の信号形状は、前記物体のショルダー部が、掃
   引時の前記光線の所定の部分を遮断する位置にある場合
   に得られる信号形状であることを特徴とする物体の位置
   決め法。 ２、前記特定の信号形状は、前記受光器から得られる信
   号の時間微分値で規定されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の物体の位置決め方法。 ３、前記信号の時間微分値は２つのピーク値を有し、上
   記２つのピーク値の大きさの所定の比率が前記特定の信
   号形状を規定することを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の物体の位置決め方法。 ４、前記２つのピーク値の大きさの所定の比率は１であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の物体
   の位置決め方法。 ５、前記特定の信号形状は各掃引毎に得られる前記信号
   の最大値が最小になる掃引時の信号形状であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の物体の位置決め
   方法。 ６、前記信号の時間微分値は２つの最大値とその間に位
   置する極小値を有し、該極小値により前記特定の信号形
   状を規定することを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載の物体の位置決め方法。 ７、前記特定の信号形状は、前記光線が前記物体により
   全く遮断されていない場合に前記受光器から得られる最
   大レベル信号と、前記光線が前記物体により完全に遮断
   されている場合に前記受光器から得られる最小レベル信
   号との平均値と前記受光器からの信号のレベルが等しく
   なる信号形状であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の物体の位置決め方法。 ８、前記光線の掃引において、前記受光器から一の信号
   レベルの変化は、その微分値のピークにより検出され、
   前記受光器からの信号レベルの測定は、前記微分値がピ
   ークを示す時点の両側で行われることを特徴とする特許
   請求の範囲第７項に記載の物体の位置決め方法。 ９、前記光線の掃引は、光線を平行移動させて行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項までのい
   ずれか１項に記載の物体の位置決め方法。 １０、前記受光器から得られる信号は、前記光軸の掃引
   により形成される、前記物体の移動方向に垂直な平面上
   の、前記物体の寸法の測定に用いられることを特徴とす
   る特許請求の範囲第９項に記載の物体の位置決め方法。 １１、最初に物体上の第１のショルダー部を或る平面に
   対して位置決めし、次いで上記物体を上記平面に対して
   垂直に移動させて上記物体上の第２のショルダー部を上
   記平面に対して位置決めし、上記２つのショルダー部間
   の距離を、上記物体の移動距離を計測することによって
   得ることから成る物体の２つのショルダー部間の長さを
   測定する方法において、上記物体の位置決めを特許請求
   の範囲第１項から第８項までのいずれか１項の方法で行
   うことを特徴とする、物体の２つのショルダー部間の長
   さ測定方法。 １２、一平行光線（６）を発生させる光源（５）と、−
   光学系（８）の焦点位置に設置され、上記平行光線（６
   ）を偏向させ、平行掃引光線（６′）を発生させる偏向
   器（７）と、 −光学系（１３）の焦点位置（１２）に設置され、受光
   する光の強度に応じた信号を出力する受光器（１１）と
   、 −前記受光器から出力された信号を時間の関数として処
   理する電子装置（１４）と、 −前記物体（１）を受承すると共に、前記光線（６′）
   により掃引される平面に対して垂直に前記物体（１）を
   移動させる支持手段、 とを備えたことを特徴とする、特許請求の範囲第１項か
   ら第１１項までのいずれか１項の方法を用いる装置。 １３、前記光源（５）はレーザ光線発生器であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 １４、前記電子装置は、信号をデジタル変換する装置を
   備えることを特徴とする特許請求の範囲第１２項又は第
   １３項に記載の装置。 １５、前記物体（１）の前記支持手段の移動距離を計測
   する手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   ２項から第１４項までのいずれか１項に記載の装置。