JPH03154814A - 出力補正機能付き変位測定装置 - 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〕 本発明は、物体の変位量をレーザー等の光を使用して非
接触で測定する装置に係わり、特に被測定物の表面状態
による出力の直線性の変化、零点位置のずれを補正する
機能を有する変位測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、光スポットの位置検出に２つの出力端をもつフ、
オドダブオードからなる位ｒＩｔｍ出素子（ＰＳＤ）が
使用されている。この位置検出素子は光スポットの位置
により２つの出力端の出力電流の比が変化するので、こ
れを利用して光スポツト位置を求めるものである。この
ような位置検出素子を利゛用し、所定位置から被測定物
に対して光を照射したとき、物体の変位に応じてその反
射光を受光する位置が変化し、どの位置で受光したかに
より物体の変位を測定する反射型変位計が使用されてい
る。このような反射型変位計に使用されている位置検出
素子は、２つの出力電流の比により位置を測定するので
、本来入射光量に影響されないものであるが、実際には
色・光沢・粗さ等の被測定物の表面状態によって反射光
量が変化するとどうしても２つの出力電流の比が変化し
、出力の直線性、零点位置が変化してしまう、そのため
、反射光の光量レベルにより、検出器の位置検出素子か
らの出力を増幅する増幅器のゲインを手動あるいは自動
で適正値に切り換えて出力の直線性、零点位置を安定化
させている。

〔発、−が解決すべき課題〕

ところで、増幅器のゲインを切り換えて補正しても、反
射光量が非常に多い場合や、逆に反射光量がＵｐ常に少
ない場合の限界付近では、直線性、零点位置に関して、
良好な測定状態の場合と同等の精度が得られない場合が
有り、特に測定対象が耐火煉瓦等のように表面状態がそ
の品質ごとで多種に渡る場合には困難で、そのため従来
の反射型変位計は耐火煉瓦等には使用できなかった。

本発明は上記課題を解決するためのもので、測定物の表
面状態が変化しても正確に補正し、かつ簡便に測定する
ことができる出力補正機能付き変位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〕

本発明の出力補正機能付き変位測定装置は、物体に光を
照射し、その反射光を検出する検知部と、検知信号を補
正するコントロール部とからなり、コントロール部は、
測定モードとキャリブレーションモードとを切り換える
モード切り換え手段、補正用基準データを記憶する記憶
手段、補正用基準データを選択して読み出す選択手段を
備え、キャリブレーションモードにおいてあらかじめ各
実変位及び各実変位に対する検知信号の値を補正用基準
データとして記憶させておき、測定モードに切り換えて
得られた計測値を補正用基準データで補正することを特
徴とする。

Ｃ作用〕 本発明は、キャリプレーシランモードにおいて、あらか
じめ調整用の器具を使用して零点位置、零点位置からの
（＋）方向、（−）方向の実変位量と各実変位量に対す
る増幅演算部からの出力をＥＥＰＲＯＭに補正用の基準
データとして記憶しておき、測定モードに切換えて実際
に計測した際、計測値上補正用基準データとを比較演算
して言（測値を補正し、求めた値を表示するとともに外
部へ出力することにより測定物の表面状態が変化しても
正確に補正し、かつ簡便に測定することができる。

〔実施例〕

以下、実施例を説明する。

第１図は本発明の変位測定装置の概略構成を示すブロッ
ク図である１図中、ｌは検出器、２は増幅演算部、３は
補正演算部、４はＡ／Ｄ変換器、５はＲＯＭ、６はＲＡ
Ｍ、７はＥＥＰＲＯＭ、８は外部出力用インタフェース
、９は外部出力コネクタ、ｌＯはＣＰＵ、１１は補正デ
ータ選択スイッチ、１２はモード切り換えスイッチ、１
３はスイッチ、１４はスイッチインクフェース、１５は
表示器、１６ば表示器インタフェース、１７は測定面、
１８は投光中心線、１９は投・受光面、２０はコントロ
ール部である。

本測定装置は、検出器１とコントロール部２０とから構
成され、コントロール部２０は増幅演算部２、補正演算
部３からなっている。検出器ｌ、及び増幅演算部２は市
販されている汎用のアナログ出力型の光学式非接触変位
計を使用し、これにアナログ出力を補正する補正演算部
３を組み込んで構成し、補正処理後表示し、外部へ出力
するようになっている。

検出器１、増幅演算部２は、補正演算部３の入力部分を
変更することにより、アナログ出力タイプあるいは、デ
ジタル出力タイプが使用可能である。

補正演算部３は、増幅演算部２からのアナログ出力をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４、ＣＰＵの処理プ
ログラムを記憶するＲＯＭ５、補正処理中のデータを一
時的に保存するＲＡＭ６、補正に用いる基準データを保
存するＥＥＰＲＯＭ７、補正された測定値を、外部出力
するためのインタフェース８、及びそのコネクター９を
有し、さらに各要素をコントロールするＣＰＵｌ０１補
正用の基準データを測定対象物の１１類に応じて選択す
るスイッチ１１、測定モードとキャリブレーションモー
ドの切り換えスイッチ１２、キャリブレーションモード
用スイッチ１３、各スイッチとＣＰＵｌ０とのインタフ
ェース１４、補正後の測定値を表示する表示器１５、表
示器１５とｃｐｕｌｏとのインタフェース１６を備えて
いる。

このような構成において、先ず測定を行う前に、調整用
器具（図示せず）を使用して実変位量と各実変位量での
増幅演算部２からの出力を補正用の基準データとして作
成する。

増幅演算部２及び補正演算部３を収納するコントロール
部２０の前面パネルのモード切り換えスイッチ１２のキ
ャリブレーション側のボタンを押し、次に補正データ選
択スイッチ１１により測定対象の種類を選択する。その
後キャリブレーションモード用スイッチ１３を押すと、
表示器１５に０が表示され、この状態で被測定物の測定
面１７に対して検知器ｌの投光中心線１８が垂直になる
様に調整用器具に変位計をセットする。

次に測定面１７と投・受光面１９間の距離が変位計の基
準距離付近になる様調整用器具で合わせる。零点位置を
合わせたい場合には、測定面１７と、投・受光面１９間
の距離を必要な精度で基準距離に合わせ、その位置を真
の基準距離、すなわち零点位置とする。

再度キャリブレーションモード用スイッチ１３を押すと
、補正用基準データ保存用のＥＥＰＲＯＭ７内の零点位
置のデータ格納領域に、その時の増幅演算部２からの出
力のＡ／Ｄ変換値が記憶され、予め、ＲＯＭ５に記憶さ
れている次の基準データ作成位置が表示される。

このようにキャリブレーションモード時は、次の補正用
基準データを作成する位置を指示する方式を採用してお
り、表示器５に真の基準距離からの位置が指示され、操
作の簡便性が図られるようになっている。

次の補正用基準データ作成位置が表示されると、測定面
１７と検出器ｌの投光受光面１９の距離を真の基準距離
から表示値だけ変位させた真の変位量位置に調整用器具
を合わせ、キャリブレーションモード用スイッチ１３を
押すと、ＥＥＰＲＯＭ７内の所定のデータ格納領域にそ
の時の増幅演算部２からの出力のＡ／Ｄ変換値が記憶さ
れ、表示器１５にその次の補正用基準データ作成位置が
表示される。

以下同様な操作を繰り返し、真の基準距離からの真の変
位量と、その時の増幅演算部２からの出力のＡ／Ｄ変換
値が測定対象の種類に応じて補正用基準データとして作
成され記憶される。基準データ作成位置の数及び間隔は
、使用する検出器ｌ及び増幅演算部２の仕様及び要求精
度に応じて、補正演算部３に設定する。

こうして補正用の基準データの作成が完了すると測定可
能となる。なお、補正用基準データはＥＥｒ’ＲＯＭに
記憶させるようにしているので、必要に応じて適宜書き
変えることが可能である。

次に測定時の補正方法について説明する。

コントロール部２０の前面パネルのモード切り換えスイ
ッチ１２の測定側のボタンを押し、基準データ選択スイ
・ノチ１１の中から被測定面に対応するものを選び出す
、実際の測定で検出器１からの検出信号が増幅演算部２
を介して補正演算部３に入力され、Ａ／Ｄ変換器４を通
してＣＰＵｌ０に取り込まれる。ＣＰＵｌ０では得られ
た値に基づいて基準データを検索し、測定値より大きい
値及び小さい値のうち測定値に最も近い２値を捜す。

すなわち、測定により得られた値をａｓ、補正用基準デ
ータで、測定値以上で最も近い値をａｌ、測定値以下で
最も近い値をａ’＝　、ａ’ｌに対応する真の基準距離
からの距離をＡ＋　、ａｍに対応する真の基準Ｉ！離か
らの距離をＡ、とすると、測定値の補正演算部３で補正
された値Ａ・は、下記の式により導かれる。

結果は表示器１５及び外部出力インタフェース８に出力
される。なお、上記補正方法では、キャリブレーション
モードで得た基準データの２組の値と、測定値の比によ
り直線的に補正を行ったが、曲線補正等各種補正方法を
用いることも可能である。

一例として、光源：波長７Ｂｏｎ−のレーザダイオード
、基準距離におけるスポット径？　０．４Ｘ　１゜４■
、基準路１１１　：　４０ｍｍ、測定範囲：１ｓ準距離
ｆｌ。

鵬、分解能？　１２ｂｉｔ　、応答性：２０ｍ５ｅｃの
Ａ／Ｄ変ｍ器、ＣＰ　Ｕ　：　Ｚ８０Ａ、　／　−１＝
　ＩＪ　−：　ＲＯ？１３２ｊ［Ｂ。

Ｒ１８ＫＢ、　ＥＥＲＲＯＭｏ、５ＫＢで本発明の変位
径を構成したところ、分解能４１０μｍ、９二７リツイ
誤差：±２０μｍ、応答性：　５０ｍ５ｅｃ　、出カニ
±５Ｖ／±１０−が得られた。

次に本発明による変位計の測定特性を、同等仕様の従来
の反射型光学式非接触変位計と比較して説明する。

第２図は白色の定形耐火物の焼成後のものを測定した場
合の本発明と従来例の各変位に対する誤差を示す図であ
る。

白色系の測定対象物は反射型光学式変位計において、−
４的に測定対象物として適しているとされているもので
、第２図より本発明においては一〇、０２〜０．０１ｍ
、従来例では−０，０２〜０．０５−の誤差で、はぼ同
等の直線性を示している。

第３図はこげ茶色の定形耐火物の焼成後のものを測定し
た場合の本発明と従来例の各変位に対する誤差を示す図
である。

一般的に黒色系の測定対象物は、反射型光学式変位計に
おいて測定面からの反射光量が少なく、測定誤差が大き
いとされているもので、第３図より本発明により−０，
０１〜０．０１ｍ、従来例では−０，１９〜０．１−の
誤差が出ており、従来機では、第２図の場合と比較して
かなり直線性が変化していることがわかる０本発明では
、白色の定形耐火物の焼成後のものを測定した場合と同
等の直線性を示している。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、キャリブレーションモー
ドで測定対象の種類に応じて補正用の基準データを作成
し、測定モードにおいて得られた測定値を基準データで
補正するようにしたので、表面状態が種々異なる測定対
象物を補正用基準データの選択ボタンの切り換えにより
本発明の変位針により１台で精度良く測定できる。また
、本発明は検知部及び増幅演算部に、市販の簡単な構造
及び機能のものが使用できるため、安価に構成すること
かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の変位測定装置の概略構成を示すブロッ
ク図、第２図は白色の定形耐火物の焼成品の本発明と従
来との比較測定結果を示す図、第３図はこげ茶色の定形
耐火物の焼成品の本発明と従来例との比較結果を示す図
である。 ｌ・・・検出器、２・・・増幅演算部、３・・・補正演
算部、７・・・ＥＥＰＲＯＭ、１０−・・ＣＰＵ、１１
・・・補正データ選択スイッチ、１２・・・モード切り
換えスイッチ、１５・・・表示器、１９・・・投・受光
面、２０・・・コントロール部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体に光を照射し、その反射光を検出する検知部
   と、検知信号を補正するコントロール部とからなり、コ
   ントロール部は、測定モードとキャリブレーションモー
   ドとを切り換えるモード切り換え手段、補正用基準デー
   タを記憶する記憶手段、補正用基準データを選択して読
   み出す選択手段を備え、キャリブレーションモードにお
   いてあらかじめ各実変位及び各実変位に対する検知信号
   の値を補正用基準データとして記憶させておき、測定モ
   ードに切り換えて得られた計測値を補正用基準データで
   補正することを特徴とする出力補正機能付き変位測定装
   置。
2. （２）記憶手段はＥＥＰＲＯＭからなることを特徴とす
   る請求項１記載の出力補正機能付き変位測定装置。
3. （３）基準データによる補正は、測定モードで得られた
   計測値に最も近く、計測値よりも大きい基準値と小さい
   基準値、及びこれらの値に対応する実変位とにより補正
   することを特徴とする請求項１記載の出力補正機能付き
   変位測定装置。
4. （４）キャブレーションモード時は、次に補正用基準デ
   ータを作成する位置を表示することを特徴とする請求項
   １記載の出力補正機能付き変位測定装置。
5. （５）補正用基準データは測定物体の種類毎に作成して
   記憶させておく請求項１記載の出力補正機能付き変位測
   定装置。