JPH0449048B2 - - Google Patents

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JPH0449048B2
JPH0449048B2 JP3266987A JP3266987A JPH0449048B2 JP H0449048 B2 JPH0449048 B2 JP H0449048B2 JP 3266987 A JP3266987 A JP 3266987A JP 3266987 A JP3266987 A JP 3266987A JP H0449048 B2 JPH0449048 B2 JP H0449048B2
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JP
Japan
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signal
center
gravity
measured
light
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Expired
Application number
JP3266987A
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Japanese (ja)
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JPS63200011A (en
Inventor
Juji Yunaka
Yoshiharu Kuwabara
Osamu Nara
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Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
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Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP3266987A priority Critical patent/JPS63200011A/en
Publication of JPS63200011A publication Critical patent/JPS63200011A/en
Publication of JPH0449048B2 publication Critical patent/JPH0449048B2/ja
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【産業上の利用分野】 本発明は、光電式位置検出装置に係り、特に、
遠隔物体の厚さや変位等を三角測量方式により非
接触で測定する際に用いるのに好適な、測定対象
物に光ビームを照射する照明系と、測定対象物か
らの前記光ビームの反射光を集めて結像する対物
レンズと、結像された像の光量分布に対応した検
出信号を生成するための、一次元受光面を有する
光電センサと、該検出信号から前記一次元受光面
上の光量分布の重心位置に対応した重心信号を生
成する処理回路とを含み、該重心信号の変化から
測定対象物の位置又は変位を求める光電式位置検
出装置の改良に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a photoelectric position detection device, and in particular,
An illumination system suitable for non-contact measurement of thickness, displacement, etc. of a remote object using a triangulation method, which irradiates a light beam onto an object to be measured, and which emits light reflected from the light beam from the object to be measured. an objective lens that collects and forms an image; a photoelectric sensor having a one-dimensional light receiving surface for generating a detection signal corresponding to the light amount distribution of the formed image; and a light amount on the one-dimensional light receiving surface from the detection signal. The present invention relates to an improvement in a photoelectric position detection device that includes a processing circuit that generates a barycenter signal corresponding to the barycenter position of a distribution, and determines the position or displacement of a measurement object from a change in the barycenter signal.

【従来の技術】[Conventional technology]

産業界における生産の自動化、ロボツト導入等
に伴い、計測のインプロセス化、高速度化、高精
度化が急速に要請されており、赤熱した鉄板の圧
延工程における厚さのインプロセス測定のよう
に、遠隔物体の厚さや変位等を非接触で測定でき
る位置検出装置の必要性も大となつている。 このような非接触の位置検出装置の有力な例と
して、第7図に示す如く、測定対象物10にレー
ザビーム14等の光ビームを照射して、三角測量
方式で位置や変位を検出する光電式位置検出装置
が知られている。 第7図の位置検出装置は、測定対象物10にレ
ーザビーム14を照射する照明系12と、測定対
象物10からのレーザビームの反射光を集めて結
像面上に結像する対物レンズ16と、結像された
像の光量分布に対応した検出信号b,cを生成す
るための、一次元受光面を有する光電センサとし
ての半導体位置検出器(PSD)18と、前記検
出信号b,cから前記一次元受光面上の光量分布
の重心位置O′又はA′に対応した重心信号dを生
成する処理回路20とを含んで構成されている。 ここで測定対象物10をX方向に相対変位させ
ると、レーザビーム14の照射点は点Oから点A
に変化し、それに伴つて対物レンズ16による結
像位置の重心も点O′から点A′に移動して、重心
信号dが対応して変化する。 従つて、測定対象物10をX方向に相対変位さ
せながら重心信号dを記録することにより、測定
対象物10の形状測定が可能である。又、X方向
への相対変位がない場合でも、測定対象物10が
Z方向に変位する場合には、その変位量又はZ方
向の位置を、同様にして重心信号dから求めるこ
とができる。
With the automation of production and the introduction of robots in industry, there is a rapid demand for in-process measurement, higher speed, and higher accuracy. There is also a growing need for a position detection device that can measure the thickness, displacement, etc. of a remote object in a non-contact manner. As shown in FIG. 7, a promising example of such a non-contact position detection device is a photoelectronic device that detects the position or displacement by triangulation by irradiating the object 10 with a light beam such as a laser beam 14. type position detection devices are known. The position detection device shown in FIG. 7 includes an illumination system 12 that irradiates a laser beam 14 onto an object to be measured 10, and an objective lens 16 that collects reflected light of the laser beam from the object to be measured 10 and forms an image on an imaging plane. , a semiconductor position detector (PSD) 18 as a photoelectric sensor having a one-dimensional light receiving surface for generating detection signals b, c corresponding to the light intensity distribution of the formed image, and the detection signals b, c. and a processing circuit 20 for generating a center of gravity signal d corresponding to the center of gravity position O' or A' of the light intensity distribution on the one-dimensional light receiving surface. When the measurement object 10 is relatively displaced in the X direction, the irradiation point of the laser beam 14 changes from point O to point A.
The center of gravity of the imaging position by the objective lens 16 also moves from point O' to point A', and the center of gravity signal d changes accordingly. Therefore, by recording the center of gravity signal d while relatively displacing the measurement object 10 in the X direction, the shape of the measurement object 10 can be measured. Further, even when there is no relative displacement in the X direction, if the measurement object 10 is displaced in the Z direction, the amount of displacement or the position in the Z direction can be similarly determined from the center of gravity signal d.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、このような光電式位置検出装置
においては、測定対象物10の測定面の表面粗さ
等の表面性状によつて、重心信号dに一種のノイ
ズ信号が重畳されて、検出精度が悪化するという
問題点があつた。 即ち、第8図に示す如く、測定対象物10の測
定面10Sは、微視的には不規則な凹凸が形成さ
れており、結像面上の光量分布もそれに応じて不
規則な分布となつている。従つて、測定対象物1
0をX方向に移動させると、測定対象物10のZ
方向への変位が平均として無視できるような場合
でも、光量分布はm又はnの如く変化して、重心
信号dには一種のノイズ信号が混入するため、不
要な変位信号が出力され測定精度が悪化してしま
う。 これを解決するため、レーザビーム14の径φ
を大きくすることも考えられるがX方向の分解能
が低下したり、結像面上での像に歪みが生ずる等
の問題点がある。
However, in such a photoelectric position detection device, a type of noise signal is superimposed on the center of gravity signal d due to surface properties such as surface roughness of the measurement surface of the measurement object 10, which deteriorates detection accuracy. There was a problem. That is, as shown in FIG. 8, the measurement surface 10S of the measurement object 10 has microscopically irregular irregularities, and the light intensity distribution on the imaging surface is also irregular accordingly. It's summery. Therefore, measurement object 1
0 in the X direction, the Z of the measurement object 10
Even when the displacement in the direction can be ignored as an average, the light intensity distribution changes as m or n, and a kind of noise signal is mixed into the center of gravity signal d, so an unnecessary displacement signal is output and the measurement accuracy is reduced. It gets worse. To solve this problem, the diameter of the laser beam 14 is
Although it is conceivable to increase the value, there are problems such as a decrease in the resolution in the X direction and distortion of the image on the imaging plane.

【発明の目的】[Purpose of the invention]

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、測定対象物の測定面の表面粗さ等
による影響を受け難く、且つ、振動ミラーの加振
が容易な光電式位置検出装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and provides a photoelectric position detection device that is not easily affected by the surface roughness of the measurement surface of the object to be measured, and that allows easy vibration of the vibrating mirror. The purpose is to provide

【問題点を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明は、測定対象物に光ビームを照射する照
明系と、測定対象物からの前記光ビームの反射光
を集めて結像する対物レンズと、結像された像の
光量分布に対応した検出信号を生成するための、
一次元受光面を有する光電センサと、該検出信号
から前記一次元受光面上の光量分布の重心位置に
対応した重心信号を生成する処理回路とを含み、
該重心信号の変化から測定対象物の位置又は変位
を求める光電式位置検出装置において、前記照明
系に、前記光ビームの方向を変える振動ミラー
と、正弦波状の駆動信号により該信号ミラーを往
復回動する加振器とを備えて、前記光ビームを測
定対象物上で微少振動させるとともに、前記処理
回路に、前記加振器の往復回動に同期して振動ミ
ラーが中立領域にある時のみ前記重心信号を積分
する積分回路を設け、該積分回路の積分信号に基
づいて測定対象物の位置又は変位の信号を生成す
ることにより、前記目的を達成したものである。
The present invention provides an illumination system that irradiates a light beam onto an object to be measured, an objective lens that collects reflected light of the light beam from the object to form an image, and a detection system that corresponds to the light intensity distribution of the formed image. to generate a signal,
It includes a photoelectric sensor having a one-dimensional light-receiving surface, and a processing circuit that generates a center-of-gravity signal corresponding to the position of the center of gravity of the light amount distribution on the one-dimensional light-receiving surface from the detection signal,
In the photoelectric position detection device that determines the position or displacement of the object to be measured from a change in the center of gravity signal, the illumination system includes a vibrating mirror that changes the direction of the light beam, and a sinusoidal drive signal that rotates the signal mirror back and forth. a vibrating exciter that causes the light beam to slightly vibrate on the object to be measured; The above object is achieved by providing an integrating circuit that integrates the center of gravity signal and generating a signal indicating the position or displacement of the object to be measured based on the integrated signal of the integrating circuit.

【作用】[Effect]

本発明は、前記のような三角測量方式の光電式
位置検出装置において、照明系に、光ビームの方
向を変える振動ミラーと該振動ミラーを往復回動
する加振器を備え、前記光ビームを測定対象物上
で微少振動させるようにしているので、測定対象
物の測定面の粗さの影響を減少させることができ
る。又、処理回路に、前記加振器の往復回動に同
期して加振器が中立位置にある時のみ前記重心信
号を積分する積分回路を設け、該積分回路の積分
信号をもつて測定対象物の位置又は変位の信号と
しているので、振動ミラーの往復回動が不安定な
領域の重心信号が除かれ、高精度で位置又は変位
の検出が可能となる。更に、前記振動ミラーを、
正弦波状の駆動信号により往復回動するようにし
ているので、駆動信号を容易且つ安価に生成で
き、振動ミラーの加振が容易となる。
The present invention provides a triangulation-type photoelectric position detection device as described above, in which the illumination system includes a vibrating mirror that changes the direction of the light beam and an exciter that rotates the vibrating mirror back and forth. Since minute vibrations are made on the object to be measured, the influence of the roughness of the measurement surface of the object to be measured can be reduced. Further, the processing circuit is provided with an integrating circuit that integrates the center of gravity signal only when the exciter is in the neutral position in synchronization with the reciprocating rotation of the exciter, and the integrated signal of the integrating circuit is used to integrate the center of gravity signal. Since the signal indicates the position or displacement of the object, the center of gravity signal in the region where the reciprocating rotation of the vibrating mirror is unstable is removed, making it possible to detect the position or displacement with high accuracy. Furthermore, the vibrating mirror,
Since the mirror is rotated back and forth using a sinusoidal drive signal, the drive signal can be generated easily and inexpensively, and the vibrating mirror can be easily vibrated.

【実施例】【Example】

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、第1図に示す如く、測定対象物1
0に光ビームとしてのレーザビーム14を照射す
るための、レーザダイオード32、コリメータレ
ンズ34、振動ミラー36、加振器38及び照明
レンズ40からなる照明系30と、測定対象物1
0からの前記レーザビーム14の反射光を集めて
結像する、従来と同様の対物レンズ16と、結像
された像の光量分布に対応した検出信号b,cを
生成する、従来と同様の光電センサとしての
PSD18と、該検出信号b,cから前記光量分
布の重心位置に対応した重心信号dを生成する処
理回路42とを含んで構成されている。図におい
て、44はフレームである。 前記照明系30において、レーザダイオード3
2はコリメータレンズ34の焦点近傍に設けら
れ、振動ミラー36は、照明レンズ40の焦点近
傍に配設されている。従つて、加振器38によつ
て振動ミラー36がθ方向に振動(往復回動)す
ると、レーザビーム14は、測定対象物10の表
面に対して平行なx方向に微少振動する。 この場合、レーザビーム14は、照明レンズ4
0の振動ミラー36とは反対側の焦点近傍で集光
することになるが、照明レンズ40に入射するレ
ーザビーム14の径はそれほど大きくないため、
その焦点を含む前後の広い区間がZ方向の測定範
囲となる。 前記加振器38としては、例えば第2図に示す
如く、磁性体フレーム38Aと、永久磁石38B
と、コイル38Cと、鉄片を含む回動軸38Dと
を含んで構成され、該回動軸38Dに振動ミラー
36が固定された、ガルバノメータ方式の加振器
を用いることができる。このガルバノメータ方式
の加振器においては、コイル38Cに加振信号a
として正弦波状の交流電流を流すと、回動軸38
Dがθ方向に往復回動する。 又、前記加振器38として、第3図に示す如
く、コイル38Eと鉄製のU字型振動板38Fと
を含んで構成され、該U字型振動板38Fに振動
ミラー36が固定された、固有振動方式の加振器
を用いることもできる。この固有振動方式の加振
器においても、コイル38Eに加振信号aとして
正弦波状の交流電流を流すと、U字型振動板38
Fがその固有振動数で振動するので、振動ミラー
36がθ方向に往復回動する。 第2図及び第3図に示した加振器は、いずれも
公知の構成であるが、加振器38はこの他の構成
でもよく、要はθ方向に往復回動できるものであ
ればよい。 前記処理回路42は、第4図に詳細に示す如
く、前記PSD18から出力される検出信号b,
cを電圧に変換する電流電圧変換器42Aと、該
電流電圧変換器42Aの出力の差及び和をそれぞ
れ演算する減算器42B及び加算器42Cと、こ
れらの出力から光量分布の重心位置に対応する重
心信号dを生成する除算器42Dとを含んでい
る。該重心信号dは、係数kを用いて次式で表わ
され、光量が全体として小さくなつても正確な重
心位置に対応するようにされている。 d=k(b−c)/(b+c) ……(1) この重心信号dは、アナログスイツチ42Eが
オフの間に積分回路42Fで積分されて積分信号
eとなり、この積分信号eは、アナログスイツチ
42Gがオフとなると、サンプル/ホールド
(S/H)回路42Hに保持される。S/H回路
42Hに保持された信号は、アナログ/デジタル
(A/D)変換器42Iを介してマイクロプロセ
ツサ(CPU)42Jに取込まれ、平均化等の処
理が施された後、デジタル/アナログ(D/A)
変換器42Kを介して変位信号fとして外部に出
力される。 前記アナログスイツチ42E,42Gのオンオ
フの制御回路は、発振器42L、ウインドウコン
パレータ42M及び反転器42Nから構成されて
いる。前記発振器42Lからは加振器38に対す
る加振信号aのために正弦波状の交流信号が発生
され、その一部は、参照信号がVref+,Vref-
ウインドウコンパレータ42Mに入力される。こ
のウインドウコンパレータ42Mでは、加振信号
aが参照信号Vref+及びVref-の中間レベルにあ
るときは高レベルで、他の場合は低レベルである
信号hが出力される。 以下、実施例の作用を説明する。 第5図は、本実施例で得られる重心信号dを示
したものであり、まず第1図の状態では、重心信
号dがレーザビーム14の振動に対応して、第5
図の区間T1のように平均値d1で正弦波状に変化
するが、表面粗さ等の影響によるノイズが重なつ
ている。次いで測定対象物10がX方向に変位し
て段差を越えると、第5図に示した区間T2のよ
うに重心信号dがT1からΔd変化した平均値d2
正弦波状の振動を繰返す。従つて、平均値d1等を
求めればよいわけであるが、単純なローパスフイ
ルタを用いたのでは誤差が生じる恐れがある。 即ち、第6図Cに示した重心信号dの拡大図か
ら明らかなように、重心信号dは凸部(領域Q)
と凹部(領域R)では、ノイズ成分を除いた信号
が理想的な正弦波(破線)から外れていることが
実験により判明した。即ち、領域Q,Rは、第1
図の振動ミラー36が往復回動の中立点から最も
大きく変位している領域を含むことになり、加振
信号aは、第6図Aで示したように、これらの領
域Q,Rで最大又は最小となつている。 従つて、振動ミラー36が振動の折返し点近傍
では動作が不安定となるため、重心信号dも不安
定になるものと考えられる。 そこで本発明では、実施例のように参照信号
Vref+,Vref-を有するウインドウコンパレータ
42Mを用いている。このウインドウコンパレー
タ42Mの出力hは、第6図Bに示す如くとな
り、出力hが高レベルのときだけ重心信号dを積
分することによつて、重心信号dが正弦波で近似
できる中立領域にあるときの信号のみを抽出する
ようにしている。又、この部分は、正弦波が直線
でも近似できる領域であり、実質的には重心信号
dが直接近似できる部分のみを抽出して積分して
いると考えることもできる。 具体的には、積分するのは第6図Cの領域P1
P2であり、加振器38から見れば第6図Aに示
した如く、加振器38が中立領域Pにある範囲で
のみ重心信号dが積分されることになる。なお積
分信号eは、第6図Dのように、最大値がe2→e1
→e2……と変化するが、この値はS/H回路42
Hを介してCPU42Jに取込まれる。 CPU42Jの演算としては、最大値e2,e1の平
均を取る。予め記憶してある係数を乗ずる等が考
えられる。これらの値は、いずれにしても表面粗
さ等の影響が平均化され除去されており、第5図
の平均値d1又はz1に対応するもので、変位信号f
として外部に出力される。ここで、第6図Cの重
心信号dの理想的正弦波からの偏差は常に一定し
たものではなく、時に変化する場合があるため、
領域P1,P2を抽出して処理しない従来の装置で
は、平時は一定誤差で補正も可能であるが、時と
して大きな誤差が生じてしまう恐れがあつた。 本実施例においては、加振信号aが直ちに積分
のタイミングを定める信号hを生成していたの
で、信号hが比較的容易に得られる。なお、積分
のタイミングを定める信号を生成する方法はこれ
に限定されず、例えば加振器38の動きをフイー
ドバツクして得られた信号を加振信号aの代わり
にウインドウコンパレータ42Mに入力すること
によつて、より高精度なタイミングを得ることも
可能である。これは、特に加振器が固有振動方式
の場合に有効である。 又、本実施例においては、照明系30に照明レ
ンズ40が付加されていたので、レーザビーム1
4を測定対象物10上で平行に振動させることが
でき、高精度の測定を行うことができる。なお照
明レンズ40を省略することも可能である。この
場合には、レーザビームが扇型に振動されること
になるが、振動量が少なければ誤差は無視できる
程度になる。 なお、前記実施例のおいては、光電センサとし
てPSD18が用いられていたが、光電センナの
種類はこれに限定されず、2分割のフオトダイオ
ードなども使用可能である。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In this embodiment, as shown in FIG.
An illumination system 30 consisting of a laser diode 32, a collimator lens 34, a vibrating mirror 36, an exciter 38, and an illumination lens 40 for irradiating a laser beam 14 as a light beam onto the object 1 to be measured.
an objective lens 16 similar to the conventional one that collects the reflected light of the laser beam 14 from zero and forms an image; As a photoelectric sensor
It is configured to include a PSD 18 and a processing circuit 42 that generates a barycenter signal d corresponding to the barycenter position of the light amount distribution from the detection signals b and c. In the figure, 44 is a frame. In the illumination system 30, a laser diode 3
2 is provided near the focal point of the collimator lens 34, and the vibrating mirror 36 is provided near the focal point of the illumination lens 40. Therefore, when the vibrating mirror 36 is vibrated (reciprocated) in the θ direction by the vibrator 38, the laser beam 14 is slightly vibrated in the x direction parallel to the surface of the object 10 to be measured. In this case, the laser beam 14 is transmitted through the illumination lens 4
Although the laser beam 14 is focused near the focal point on the opposite side from the oscillating mirror 36 of 0, the diameter of the laser beam 14 that enters the illumination lens 40 is not so large.
A wide area before and after the focus becomes the measurement range in the Z direction. The vibrator 38 includes, for example, a magnetic frame 38A and a permanent magnet 38B, as shown in FIG.
A galvanometer-type vibrator can be used, which is configured to include a coil 38C and a rotating shaft 38D including an iron piece, and a vibrating mirror 36 is fixed to the rotating shaft 38D. In this galvanometer type exciter, an excitation signal a is applied to the coil 38C.
When a sinusoidal alternating current is applied as
D rotates back and forth in the θ direction. Further, as shown in FIG. 3, the vibrator 38 is configured to include a coil 38E and a U-shaped diaphragm 38F made of iron, and a oscillating mirror 36 is fixed to the U-shaped diaphragm 38F. A natural vibration type exciter can also be used. Even in this natural vibration type exciter, when a sinusoidal alternating current is passed through the coil 38E as the excitation signal a, the U-shaped diaphragm 38
Since F vibrates at its natural frequency, the vibrating mirror 36 rotates back and forth in the θ direction. The vibrators shown in FIGS. 2 and 3 both have known configurations, but the vibrator 38 may have other configurations, as long as it can reciprocate in the θ direction. . As shown in detail in FIG. 4, the processing circuit 42 receives the detection signals b,
A current-voltage converter 42A that converts c into a voltage, a subtracter 42B and an adder 42C that calculate the difference and sum of the outputs of the current-voltage converter 42A, respectively, and a subtracter 42B and an adder 42C that respectively calculate the difference and sum of the outputs of the current-voltage converter 42A, and from these outputs correspond to the center of gravity position of the light amount distribution. and a divider 42D that generates a center of gravity signal d. The center of gravity signal d is expressed by the following equation using a coefficient k, and is made to correspond to an accurate center of gravity position even if the amount of light decreases as a whole. d=k(b-c)/(b+c)...(1) This center of gravity signal d is integrated by the integrating circuit 42F while the analog switch 42E is off, and becomes an integral signal e. When switch 42G is turned off, the signal is held in sample/hold (S/H) circuit 42H. The signal held in the S/H circuit 42H is taken into a microprocessor (CPU) 42J via an analog/digital (A/D) converter 42I, and after being subjected to processing such as averaging, it is converted into a digital signal. /Analog (D/A)
It is outputted to the outside as a displacement signal f via the converter 42K. The on/off control circuit for the analog switches 42E and 42G includes an oscillator 42L, a window comparator 42M, and an inverter 42N. The oscillator 42L generates a sinusoidal alternating current signal for the excitation signal a to the vibrator 38, and part of it is input to the window comparator 42M whose reference signals are Vref + and Vref - . This window comparator 42M outputs a signal h which is at a high level when the excitation signal a is at an intermediate level between the reference signals Vref + and Vref - , and is at a low level in other cases. The effects of the embodiment will be explained below. FIG. 5 shows the center of gravity signal d obtained in this example. First, in the state shown in FIG.
As shown in section T 1 in the figure, it changes sinusoidally with an average value d 1 , but noise due to the influence of surface roughness etc. is superimposed. Next, when the measurement object 10 is displaced in the X direction and crosses a step, the center of gravity signal d repeats a sinusoidal vibration with an average value d 2 that is changed by Δd from T 1 as shown in section T 2 shown in FIG. . Therefore, it is sufficient to find the average value d 1 or the like, but using a simple low-pass filter may cause an error. That is, as is clear from the enlarged view of the center of gravity signal d shown in FIG.
Experiments have revealed that in the concave portion (region R), the signal excluding the noise component deviates from the ideal sine wave (dashed line). That is, regions Q and R are the first
This includes the region where the vibrating mirror 36 shown in the figure is displaced the most from the neutral point of reciprocating rotation, and the excitation signal a reaches its maximum value in these regions Q and R, as shown in FIG. 6A. Or the minimum. Therefore, since the operation of the vibrating mirror 36 becomes unstable near the turning point of vibration, it is considered that the center of gravity signal d also becomes unstable. Therefore, in the present invention, as in the embodiment, the reference signal
A window comparator 42M having Vref + and Vref - is used. The output h of this window comparator 42M is as shown in FIG. 6B, and by integrating the center of gravity signal d only when the output h is at a high level, the center of gravity signal d is in a neutral region that can be approximated by a sine wave. I am trying to extract only the signal at that time. Further, this portion is a region where the sine wave can be approximated by a straight line, and it can be considered that substantially only the portion where the center of gravity signal d can be directly approximated is extracted and integrated. Specifically, the area P 1 in FIG. 6C is integrated,
P2 , and as seen from the vibrator 38, the center of gravity signal d is integrated only within the range where the vibrator 38 is in the neutral region P, as shown in FIG. 6A. As shown in Fig. 6D, the maximum value of the integral signal e is e 2 →e 1
→e 2 ..., but this value is the S/H circuit 42
The data is taken into the CPU 42J via H. The CPU 42J calculates the average of the maximum values e 2 and e 1 . It is conceivable to multiply by a pre-stored coefficient. In any case, these values are averaged and removed by the influence of surface roughness, etc., and correspond to the average value d 1 or z 1 in Fig. 5, and the displacement signal f
It is output externally as . Here, since the deviation of the center of gravity signal d in Fig. 6C from the ideal sine wave is not always constant and may change from time to time,
With conventional devices that do not extract and process the regions P 1 and P 2 , it is possible to correct the error with a constant error during normal times, but there is a risk that a large error may occur at times. In this embodiment, since the excitation signal a immediately generates the signal h that determines the timing of integration, the signal h can be obtained relatively easily. Note that the method of generating the signal that determines the timing of integration is not limited to this, and for example, a signal obtained by feeding back the movement of the vibrator 38 may be input to the window comparator 42M instead of the excitation signal a. Therefore, it is also possible to obtain more accurate timing. This is particularly effective when the vibrator is of a natural vibration type. Further, in this embodiment, since the illumination lens 40 was added to the illumination system 30, the laser beam 1
4 can be vibrated in parallel on the object to be measured 10, making it possible to perform highly accurate measurements. Note that it is also possible to omit the illumination lens 40. In this case, the laser beam will be vibrated in a fan shape, but if the amount of vibration is small, the error will be negligible. In the above embodiment, the PSD 18 was used as the photoelectric sensor, but the type of photoelectric sensor is not limited to this, and a two-split photodiode or the like can also be used.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明した通り、本発明によれば、測定対象
物の測定面の表面粗さ等による影響を受け難く、
且つ、高精度の測定を行うことが可能となる。更
に、振動ミラーの加振が容易である等の優れた効
果を有する。
As explained above, according to the present invention, it is difficult to be affected by the surface roughness of the measurement surface of the object to be measured,
Moreover, it becomes possible to perform highly accurate measurements. Furthermore, it has excellent effects such as easy vibration of the vibrating mirror.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係る光電式位置検出装置の
実施例の全体構成を示す断面図、第2図は、前記
実施例で用いられている加振器の一例の構成を示
す断面図、第3図は、同じく加振器の他の例の構
成を示す正面図、第4図は、前記実施例で用いら
れている処理回路の構成を示すブロツク線図、第
5図は、前記実施例における重心信号dの変化状
態の例を示す線図、第6図は、前記実施例におけ
る各部信号波形の例を示す線図、第7図は、従来
の光電式位置検出装置の一例の構成を示す断面
図、第8図は、前記従来技術の表面粗さなどによ
る問題点を説明するための拡大断面図である。 10……測定対象物、14……レーザビーム、
16……対物レンズ、18……PSD(光電セン
サ)、b,c……検出信号、O′,A′……重心位
置、30……照明系、32……レーザダイオー
ド、36……振動ミラー、38……加振器、a…
…加振信号、40……照明レンズ、42……処理
回路、d……重心信号、42E,42G……アナ
ログスイツチ、42F……積分回路、e……積分
信号、f……変位信号、42L……発振器、42
M……ウインドウコンパレータ、42N……反転
器、P1,P2……積分領域、p……中立領域。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an embodiment of a photoelectric position detection device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of an example of the vibrator used in the embodiment. FIG. 3 is a front view showing the structure of another example of the vibrator, FIG. 4 is a block diagram showing the structure of the processing circuit used in the above embodiment, and FIG. 5 is a front view showing the structure of another example of the vibrator. FIG. 6 is a diagram showing an example of the change state of the center of gravity signal d in the example, FIG. 6 is a diagram showing an example of the signal waveform of each part in the example, and FIG. 7 is the configuration of an example of a conventional photoelectric position detection device. FIG. 8 is an enlarged sectional view for explaining problems caused by surface roughness of the prior art. 10...Measurement object, 14...Laser beam,
16... Objective lens, 18... PSD (photoelectric sensor), b, c... Detection signal, O', A'... Center of gravity position, 30... Illumination system, 32... Laser diode, 36... Vibrating mirror , 38... vibrator, a...
...Excitation signal, 40...Illumination lens, 42...Processing circuit, d...Centroid signal, 42E, 42G...Analog switch, 42F...Integrator circuit, e...Integral signal, f...Displacement signal, 42L ...oscillator, 42
M...window comparator, 42N...inverter, P1 , P2 ...integral region, p...neutral region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 測定対象物に光ビームを照射する照明系と、
測定対象物からの前記光ビームの反射光を集めて
結像する対物レンズと、結像された像の光量分布
に対応した検出信号を生成するための、一次元受
光面を有する光電センサと、該検出信号から前記
一次元受光面上の光量分布の重心位置に対応した
重心信号を生成する処理回路とを含み、該重心信
号の変化から測定対象物の位置又は変位を求める
光電式位置検出装置において、 前記照明系に、前記光ビームの方向を変える振
動ミラーと、正弦波状の駆動信号により該振動ミ
ラーを往復回動する加振器とを備えて、前記光ビ
ームを測定対象物上で微少振動させるとともに、 前記処理回路に、前記加振器の往復回動に同期
して振動ミラーが中立領域にある時のみ前記重心
信号を積分する積分回路を設け、 該積分回路の積分信号に基づいて測定対象物の
位置又は変位の信号を生成することを特徴とする
光電式位置検出装置。
[Claims] 1. An illumination system that irradiates a measurement target with a light beam;
an objective lens that collects reflected light of the light beam from the object to be measured and forms an image; a photoelectric sensor that has a one-dimensional light-receiving surface for generating a detection signal corresponding to the light intensity distribution of the formed image; and a processing circuit that generates a center of gravity signal corresponding to the center of gravity position of the light intensity distribution on the one-dimensional light receiving surface from the detection signal, and determines the position or displacement of the object to be measured from a change in the center of gravity signal. In the illumination system, the illumination system includes a vibrating mirror that changes the direction of the light beam, and an exciter that rotates the vibrating mirror back and forth in response to a sine wave drive signal, so that the light beam is minutely directed onto the object to be measured. At the same time as vibrating, the processing circuit is provided with an integrating circuit that integrates the center of gravity signal only when the vibrating mirror is in a neutral region in synchronization with the reciprocating rotation of the vibrator, and based on the integral signal of the integrating circuit. A photoelectric position detection device that generates a signal indicating the position or displacement of an object to be measured.
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