JPH0454411A - 光学式位置測定装置 - 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、物体の位置、変位、厚さを非接触で測定す
る際に用いて好適の光学式位置測定装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 第４図は例えば特公昭５６−１０５６１号公報あるいは
特公昭５９−７６２号公報に示された従来の光学式位置
測定装置の構成を示すブロック図であり、図において、
１は被測定物、２は検出ヘッド部、３はコントローラ部
（演算部）である。検出ヘッド部２は、投光レンズ４ａ
および受光レンズ（受光系）４ｂと、被測定物１へ光ビ
ームを照射するＬＥＤ等の光源５と、光電変換体からな
るＰＳ　Ｄ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ
　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と呼ばれる光位置検出素子６と、
光位置検出素子６両端からの出力電流ｉ工ｔ　ｘｚをそ
れぞれ増幅して各電流ｘｘ、ｘｚに比例した電圧Ｖ　１
ｐ　Ｖ　２として出力する増幅器７ａ、７ｂとから構成
されている。また、コントローラ部３は、光源５をパル
ス駆動する光源駆動回路８と、後述する演算処理を施す
ためのサンプルホールド回路９ａ、９ｂ、減算器１０゜
加算器１１および除算器１２とから構成されている。

次に動作について説明する。光源５は、駆動回路８から
のパルスによってパルス駆動され、適当な時間間隔ごと
に点灯／消灯を繰り返して光を発生する。光源５から出
射された光ビームは、投光レンズ４ａにて集束され、被
測定物１の表面上にこの表面に対して垂直に投射される
。このとき、被測定物１の表面が理想的な鏡面以外の一
般の物体表面であれば、投射された光は散乱を起し、種
種の角度から、反射散乱光による明るい光のスポット、
即ち光点を観測することができる。

検出ヘッド部２においては、投光レンズ４ａを通して出
射される照射ビームと所定の角度θをなす光軸上に、受
光レンズ４ｂが設置されており、前述した光点の像が、
受光レンズ４ｂにより光位置検出素子６の受光面上に結
像される。そして、光位置検出素子６は、受光すると光
電変換を行ない、光点の結像位置に応じてその両端から
２つの電流ｘ１＋　１２を出力する。これらの電流１ｘ
ｔ１２をそれぞれ増幅器７ａ、７ｂで増幅して各電流ｌ
ｉｔ　１２に比例した電圧Ｖ工、■、に変換した後、コ
ントローラ部３のサンプルホールド回路９ａ。

９ｂにそれぞれ入力する。

サンプルホールド回路９ａ、９ｂは、光源駆動回路８か
らの駆動パルスに同期して入力信号をサンプリングし、
パルス波形の受光信号は直流信号に変換されて出力され
る。そして、減算器１０および加算器１１によって、そ
れぞれ（ｖ、−ｖ２）および（Ｖ工＋ｖｚ）を取り出し
、除算器１２によって、（ｖ、−ｖ２）／（ｖ□＋ｖ２
）が演算・出力され、光位置検出素子６の受光面上に結
像されたスポット光の光量重心位置に比例した信号ｄが
得られ、この信号ｄに基づき、光学式三角測量法により
被測定物１の位置が演算・測定される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の光学式位置測定装置では、受光レンズ４ｂが１つ
しかないため、被測定物１までの距離を測定しながら検
出ヘッド部２を移動させ、被測定物１の断面（２次元形
状）や凹凸（３次元形状）を測定する場合、被測定物１
表面の傾斜が急な部分では、表面での乱反射光が、被測
定物１自体の凸部に遮られて受光レンズ４ｂに全く到達
しないか、または、光ビームスポットの一部分からの乱
反射光しか到達しない場合が生じる。このような場合に
は、測定不能に陥ったり、多大な測定誤差が生じたりす
る。

被測定物１の全域にわたって正しく測定するためには、
被測定物１表面の傾斜に合わせて受光レンズ４ｂの位置
を移動させるために、検出ヘッド部２を回転させる処置
が必要であり、そのための複雑な移動機構が必要となり
、また測定に要する時間も長くなるなどの問題があった
。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、傾斜の急な曲面でも検出ヘッドの向きを固定し
たままで、短時間で且つ高い精度での測定を可能にした
光学式位置測定装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る光学式位置測定装置は、複数組の受光系
および光位置検出素子を、被測定物上に形成されたビー
ムスポット位置を通り光ビームの光軸と所定角度をなす
複数の異なる光軸上に、それぞれ設置するとともに、各
光位置検出素子からの出力を演算部に切り換えて入力す
る第１の切換手段と、演算部からの演算結果を前記第１
の切換手段に同期して複数の出力に分岐する第２の切換
手段とをそなえたものである。

［作　　　用コ この発明における光学式位置測定装置では、互いに異な
る受光位置に設けた複数組の受光系および光位置検出素
子にて得られた信号が、第１の切換手段により切り換え
られて演算部に入力され、その演算結果が、第２の切換
手段により各光位置検出素子に対応した複数個の出力と
して分岐されて出力される。そして、得られた出力に基
づいて、被測定物の位置が三角測量法により求められる
。

このように受光系および光位置検出素子を複数組設ける
ことで、これらの組のいずれかが、必ず最適な受光位置
での測定結果を出力することになり、従来のように検出
ヘッド部等を回転させる必要がなくなる。

［発明の実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、１は被測定物、２は検出ヘッド部、３
はコントローラ部（演算部）であり、本実施例における
検出ヘッド部２は、投光レンズ４ａおよび２組の受光レ
ンズ（受光系）４Ａ、４Ｂと、被測定物１へ光ビームを
照射する光源５と、２組の光位置検出素子（Ｐ　Ｓ　Ｄ
）６と、各光位置検出素子６Ａ、６Ｂ両端からの８力電
流ｌｉｔ　ｉ２をそれぞれ増幅して各電流ｉ、、ｉ２に
比例した電圧ｖ１゜ｖ２として出力する増幅器７ａ、７
ｂと、後述するごとく各光位置検出素子６Ａ、６Ｂから
の出力ｖ１．ｖ２をコントローラ部３に切り換えてそれ
ぞれ入力する時分割切換器（第１の切換手段）１４ａ。

１４ｂとから構成されている。

ここで、２組の受光レンズ４Ａ、４Ｂおよび光位置検出
素子６Ａ、６Ｂは、第１図に示すように、被測定物１上
に形成されたビームスポット位置を通り光ビームの光軸
と所定角度θをなす互１．Ｓ４こ異なる光軸上に、それ
ぞれ設置されている。

また１本実施例にけるコントローラ部３は、従来と同様
の光源駆動回路８．サンプルホールド回路９　ａ　ｅ　
９　ｂ　Ｈ減算器１０．加算器１１および除算器１２の
ほか、時分割パルスを発生する時分割パルス発生器１３
と、除算器１２からの演算結果を時分割切換器１４ａ、
１４ｂに同期して２つの出力ｄＡｙｄＢに分岐して出力
する時分割切換器（第２の切換手段）１５とを有して構
成されている。

そして、各時分割切換器１４ａ、１４ｂ、１５は、時分
割パルス発生器１３からのパルス信号によって切換能動
されるようになっている。

次に、本実施例の装置の動作について説明する。

時分割切換器１４ａ、１４ｂは、いずれも時分割パルス
発生器１３からのパルス信号を切換命令信号として受け
、光位置検出素子６Ａからの出力と光位置検出素子６Ｂ
からの出力とを時間的に交互に切り換えて（時分割して
）、コントローラ部３へ出力する。コントローラ部３で
は、入力された信号に基づき、従来と全く同様にして各
光位置検出素子６Ａ、６Ｂの受光面上に結像されたスポ
ット光の光量重心位置に比例した信号ｄＡ、ｄＢが交互
に得られる。

その演算結果ｄＡ、ｄＢは、それぞれ、やはり時分割パ
ルス発生器１３からのパルス信号を命令信号として受け
る時分割切換器１５によって、各光検出素子６Ａ、６Ｂ
に対応する出力ポートから切換出力される。なお、本実
施例では、時分割切換器１５の出力を直接出力ポートに
出力しているが、この間にホールド回路を介設し、上位
プロセッサ（図示せず）が切換タイミングに無関係にい
つでも取り込めるようにしてもよい。

出力ポートに出力された演算結果ｄＡｙｄＢは、上位プ
ロセッサ等に入力され、この各信号ｄＡｙｄＢに基づき
、光学式三角測量法により被測定物１の位置が演算・測
定される。

本実施例の装置の具体的な応用例１例えば、第２．３図
に示すように、被測定物１として円筒の断面形状を測定
する場合について説明する。第２図に示すように、円筒
の左側を測定する場合には、左側の受光レンズ４Ｂに適
正な反射光が入射するので、左側の光位置検出素子６Ｂ
に対応した位置算出信号出力ａａを上位プロセッサで選
択使用する一方、第３図に示すように、円筒の右側を測
定する場合には、右側の受光レンズ４Ａに適正な反射光
が入射するので、左側の光位置検出素子６Ａに対応した
位置算出信号出力ｄＡを上位プロセッサで選択使用し、
最後にこれらのデータを重ね合わせせれば、左右両側に
わたる断面形状を正しく測定できる。

このように、本実施例の装置によれば、２組の受光レン
ズ４Ａ、４Ｂおよび光位置検出素子６Ａ。

６Ｂからの信号を時分割で処理し、それぞれに対応する
演算結果の出力を行なうので、被測定物１面上の傾斜に
合わせて、２組の出力ｄＡｐｄＢのうちのいずれかから
最適な受光位置からの測定データを選択することができ
、従来のように検出ヘッド部を回転させる必要がなく、
そのための回転機構が不要になるほか、短時間で高精度
の測定が可能になる。

また、２組の光位置検出素子６Ａ、６Ｂからの信号を時
分割切換器１４ａ、１４ｂを用いて、順にコントローラ
部３へ送って信号処理するため、検出ヘッド部２とコン
トローラ部３との間の接続信号と、信号処理回路とが１
系統で済むという利点もある。

さらに、２組の光位置検出素子６Ａ、６Ｂによる位置測
定値”ＡｙｄＢをすべて出力しているので、上位プロセ
ッサでこれら複数の出力の平均値をとり、被測定面の影
響による測定値のばらつきを低減することも可能になり
、対応性に優れている。

なお、上記実施例では、受光レンズおよび光位置検出素
子を２組そなえた場合について説明したが１本発明は、
これに限定されるものではなく、３組以上そなえること
により、さらに最適な受光位置からの信号を選択・利用
できるようになるのはもちろんのことである。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、互いに異なる受光位
置に設けた複数組の受光系および光位置検出素子にて得
られた信号を、第１の切換手段により切り換えて演算部
に入力し、その演算結果を、第２の切換手段により各光
位置検出素子に対応した複数個の出力として分岐して出
力するように構成したので、傾斜の急な曲面でも検出ヘ
ッドの向きを固定したままで、短時間で高精度の測定を
行なえる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による光学式位置測定装置
の構成を示すブロック図、第２，３図は本実施例の装置
の動作を説明するための図、第４図は従来の光学式位置
測定装置の構成を示すブロック図である。 図において、１−被測定物、３−コントローラ部（Ｐ′
Ｒ算部）、４Ａ、４Ｂ−受光レンズ（受光系）、５−光
源、６Ａ、６Ｂ−光位置検出素子、１４ａ。 １４　ｂ−−一時分割切換器（第１の切換手段）、１５
−時分割切換器（第２の切換手段）。 なお、図中、同一の符号は同一、又は相当部分を示して
いる。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物へ光ビームを照射する光源と、前記光ビームの
   前記被測定物からの散乱光を所定角度で受光する受光系
   と、該受光系により前記散乱光の像を結像される光位置
   検出素子と、前記散乱光の前記光位置検出素子上での結
   像位置を該光位置検出素子からの出力に基づいて演算す
   る演算部とをそなえ、前記演算部の演算結果に基づき前
   記被測定物の位置を三角測量法により測定する光学式位
   置測定装置において、前記の受光系および光位置検出素
   子が、前記被測定物上に形成されたビームスポット位置
   を通り前記光ビームの光軸と所定角度をなす複数の異な
   る光軸上に、複数組設置されるとともに、各光位置検出
   素子からの出力を前記演算部に切り換えて入力する第１
   の切換手段と、前記演算部からの演算結果を前記第１の
   切換手段に同期して複数の出力に分岐する第２の切換手
   段とがそなえられたことを特徴とする光学式位置測定装
   置。