JPH05126565A - 光学式変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定点が複数箇所存在する場合であっても、
複数のコントローラを用いることなく適切に測定するこ
とができ、小型で安価に製作することができる光学式変
位測定装置の提供を目的とする。 【構成】 所定の光学ヘッドと、該光学ヘッドから出力
される位置検出信号に応じたデータを演算処理して測距
値を表示出力させるコントローラＣとを組み合わせて構
成された光学式変位測定装置において、上記コントロー
ラＣには、複数の光学ヘッドＨ１、Ｈ２から導出された
信号線２ａ、２ｂを接続させる入力端子７ａ、７ｂと、
光学ヘッドを選択するための光学ヘッド選択スイッチＳ
１、Ｓ２と、この選択スイッチＳ１、Ｓ２によって選択
された光学ヘッドから出力された位置検出信号に応じた
データを演算処理してその測距値を表示部１０に出力表
示させる信号処理回路９とを備えた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光等の光束を対
象物に照射したときに、対象物から反射してくる光信号
を位置検出素子で受光検知して、変位量を測定できるよ
うにした光学式変位測定装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光学式変位測定装置は、図７に
示したように、光学ヘッド１００とコントローラ２００
とを信号線３００を介して接続した構成とされ、光学ヘ
ッド１００には投光部１０１と受光部１０２とが設けら
れている。このような光学ヘッド１００の投光部１０１
には、投光レンズ１００ａ、レーザ投光素子１００ｂ、
投光素子駆動回路１００ｅが内蔵されており、受光部１
０２には、受光レンズ１００ｃ、受光素子となる位置検
出素子１００ｄ、位置検出素子１００ｄからの電流信号
の形で出力される位置検出信号を電圧変換させるＩ／Ｖ
変換回路１００ｆを内蔵した構成となっている。

【０００３】このような変位測定装置では、コントロー
ラ２００の発振器２０２から変調信号を出力させて投光
素子駆動回路１００ｅを動作させることにより、投光部
１０１からレーザ光等の光束を対象物ＯＢに向けて照射
し、対象物ＯＢからの反射光を受光部１０２を通じて位
置検出素子１００ｄで受光させる。そして、位置検出素
子１００ｄから出力される２つの電流値Ｉ１、Ｉ２に基
づき、光学ヘッド１００の所定の基準値からの変位量
を、三角測距の原理を用いて、コントローラ２００内に
設けた信号処理回路２０１で演算処理し、その測定値を
表示部２０３に出力表示するとともに、出力端子から外
部機器に出力できるようになっている。ところが、前記
従来の変位測定装置では、一つのコントローラ２００に
対して一つの光学ヘッド１００が接続されているにすぎ
なかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのため、上記従来の
ものでは、測定したい測定点が複数箇所ある場合には対
処できない。即ち、対象物ＯＢ表面の段差ｔａや、厚み
ｔｂを求めるためには、二つの光学ヘッドを必要とする
が、従来では、これらの測定を一台の変位測定装置で行
うことができず、甚だ不便であった。従来において、前
記対象物ＯＢの段差ｔａや厚みｔｂを測定するために
は、例えば図８に示すように、二台の変位測定装置の各
コントローラ２００、２００をインターフェイス２０４
を介して接続し、二つの光学ヘッド１００、１００を介
して各々測定される値の加算又は減算を一方のコントロ
ーラ側で行わせる必要がある。ところが、このように、
二台の変位測定装置の各コントローラ２００、２００ど
うしを接続して使用したのでは、これらの装置全体が大
型化し、その取扱いが不便となる他、これら装置全体が
非常に高価となる等の難点があった。

【０００５】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、測定点が複数箇所存在する場合であっても、複数の
コントローラを用いることなく適切に測定することがで
き、小型で安価に製作することができる光学式変位測定
装置を提供することを、その目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された請求項１に記載の本発明に係る光学式変位
測定装置は、対象物に対して光を照射するための投光部
と、対象物から反射された光を受光する受光部とを備え
た光学ヘッドと、この光学ヘッドに信号線を介して接続
され、光学ヘッドから出力される位置検出信号に応じた
データを演算処理して、測距値を表示出力させるコント
ローラとを組み合わせて構成された光学式変位測定装置
において、上記コントローラには、複数の光学ヘッドか
ら導出された信号線を接続させる入力端子と、光学ヘッ
ドを選択するための光学ヘッド選択スイッチと、この選
択スイッチによって選択された光学ヘッドから出力され
た位置検出信号に応じたデータを演算処理してその測距
値を表示部に出力表示させる信号処理回路とを備えた構
成である。

【０００７】また、請求項２に記載の本発明に係る光学
式変位測定装置は、上記請求項１に記載の構成におい
て、前記コントローラに設けられた入力端子には、二つ
の光学ヘッドから導出された信号線が接続され、かつ上
記コントローラには、二つの光学ヘッドより出力された
検出信号に応じたデータを演算処理して得た変位量を加
算、減算して得られる対象物の段差や厚みを、表示部に
測距値として表示させるための測定対象選択スイッチが
更に設けられた構成である。

【０００８】

【作用】上記構成を特徴とする請求項１記載の本発明に
係る光学式変位測定装置においては、一台のコントロー
ラに複数の光学ヘッドを接続でき、またこれら複数の光
学ヘッドのうち測定を希望する測定点に対向して設けら
れた光学ヘッドを光学ヘッド選択スイッチで選択すれ
ば、その測定点の変位量が表示部に表示される。即ち、
複数の光学ヘッドの投光部からは対象物に光を照射させ
てその反射光を受光部で受光することにより、複数の測
定点の位置検出信号の各々をコントローラの信号処理回
路側に出力させることができるが、このうち所望の測定
点に対応する光学ヘッドを光学ヘッド選択スイッチで任
意に選択することにより、選択された光学ヘッドで測定
される測定点の変位量がコントローラ内で演算処理され
た後、その値を測距値として表示部に表示させ得ること
となる。従って、コントローラを複数使用することな
く、一つのコントローラのみの使用によって、複数の光
学ヘッドを用いた複数箇所の変位測定が行える。

【０００９】また、請求項２記載の本発明に係る光学式
変位測定装置においては、コントローラに接続された二
つの光学ヘッドによって二箇所の測定点の変位測定を行
うことができるが、測定対象選択スイッチの操作により
対象物の段差測定又は厚み測定を選択すれば、二つの光
学ヘッドから各々出力された検出信号に応じた変位量の
データが加算又は減算された後、対象物の段差又は厚み
が測距値として表示部に表示される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は光学式変位測定装置のハード構成
を示すブロック図、図２は信号処理回路のハード構成を
示すブロック図、図３は装置全体の外観斜視図、図４は
コントローラの表示部周辺の構成を示す要部正面図、図
５はコントローラの背面図である。

【００１１】当該光学式変位測定装置は、一つのコント
ローラＣに対して、二つの光学ヘッドＨ１、Ｈ２が信号
線２ａ、２ｂを介して接続されて構成されている。この
うち、二つの光学ヘッドＨ１、Ｈ２の本質的な基本構成
は全く同様である。光学ヘッドＨ１、Ｈ２の各投光部３
ａは、投光レンズＬ１、レーザー投光素子ＬＡ、投光素
子駆動回路４から構成されており、投光素子駆動回路４
がコントローラＣの発振器５からの発振信号を受けるこ
とにより、レーザー投光素子ＬＡから対象物ＯＢに対し
て変調されたレーザービームを継続して出力照射可能で
ある。両光学ヘッドＨ１、Ｈ２はコントローラＣ内の一
つの発振器５を共用している。受光部３ｂは、対象物Ｏ
Ｂからの反射光を受光する受光レンズＬ２、受光素子と
なる位置検出素子ＰＳＤ、及び位置検出素子ＰＳＤから
の電流信号としての位置検出信号Ｉ１、Ｉ２（Ｉ１’、
Ｉ２’）を電圧変換させるＩ／Ｖ変換回路６とから構成
されている。位置検知信号Ｉ１、Ｉ２（Ｉ１’、Ｉ
２’）は、所定の基準位置からの測定点の変位量に対応
したものである。

【００１２】コントローラＣは、光学ヘッドＨ１、Ｈ２
から導出された信号線２ａ、２ｂを着脱自在に接続させ
る入力端子７ａ、７ｂを背面パネル側に具備するもの
で、コントローラＣの内部には、上述した発振器５の他
に、光学ヘッドＨ１、Ｈ２の各々から出力される位置検
出信号を順次切換えて受信するための切換回路８や、該
切換回路８を介して送信されてきた位置検出信号に応じ
たデータを演算処理することにより三角測距の原理に基
づいて対象物ＯＢの変位量を算出する信号処理回路９等
が組み込まれている。コントローラＣの前面操作パネル
には、図４に示すように、信号処理回路９で算出された
測距値を表示する液晶ディスプレイ等から構成された表
示部１０、二つの光学ヘッドＨ１、Ｈ２の使用選択を行
うための光学ヘッド選択スイッチＳ１、Ｓ２、対象物Ｏ
Ｂの段差測定又は厚み測定を選択するための測定対象選
択スイッチＳａ、Ｓｂが設けられている。これら各スイ
ッチＳ１、Ｓ２、Ｓａ、Ｓｂは、その操作キー内部に発
光ダイオード（ＬＥＤ）等を備えたもので、キー操作に
よりオン状態となった際には点灯するように構成されて
いる。同図中、１１ａ、１１ｂは、表示部１０に表示さ
れる測距値をインチ表示とするか、ｍｍ表示とするかの
単位選択スイッチである。以上の各スイッチ類や表示部
１０は、前記信号処理回路９に接続されている。

【００１３】ここに、上記切換回路８は、入力端子７
ａ、７ｂに接続された切換接点ＳＷａ、ＳＷｂとのスイ
ッチング動作を切換制御回路１２からの制御指令に基づ
いて行うもので、切換接点ＳＷａ、ＳＷｂを所定の時間
間隔で交互に切換接続することにより、両光学ヘッドＨ
１、Ｈ２の双方から出力される二つの位置検出信号を信
号処理回路９側に交互に入力させることが可能である。
尚、本実施例では、光学ヘッド選択スイッチＳ１、Ｓ２
によって、例えば一方側の光学ヘッドＨ１のみが選択さ
れた場合にも、上記同様に切換接点ＳＷａ、ＳＷｂの切
換えを行うものであるが、かかる場合例えば切換接点Ｓ
Ｗａ、ＳＷｂの切換動作を行わせることなく、選択され
た光学ヘッドＨ１に応じた切換接点ＳＷａ側との接続を
維持させるように構成することも可能である。

【００１４】信号処理回路９は、図２に示すように、前
記切換回路８からの電圧変換された位置検出信号を増幅
する増幅器９ｂ、発振器５からの発振信号に同期して位
置検出信号を検波し、発振信号成分のみを取り出す検波
回路９ｃ、検波回路９ｃより検波出力された位置検出信
号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９ｄ、及びデ
ジタル信号に変換された位置検出信号に応じたデータを
各々対応したメモリ部９ｅに記憶させると共に、記憶さ
れたデータから対象物ＯＢの測定点の変位量ａ、ｂを三
角測距の原理に基づいて算出するＣＰＵ９ａを具備して
いる。但し、ＣＰＵ９ａは、光学ヘッドＨ１、Ｈ２の両
方から出力される位置検出信号のデータ処理を並行して
行うもので、既述した光学ヘッド選択スイッチＳ１、Ｓ
２で何れか一方側の光学ヘッドが選択された場合には、
その選択された側の光学ヘッドで測定する測定点の所定
の基準点に対する変位量を表示部１０に測距値として出
力表示するものである。また、測定対象選択スイッチＳ
ａ、Ｓｂの何れかがオンとされた場合には、各光学ヘッ
ドＨ１、Ｈ２の測定点の変位量ａ、ｂの加算又は減算を
行って、その値を表示部１０に切換表示する。即ち、測
定対象選択スイッチＳａによって段差ｔａの測定が選択
された場合には、変位量の（ａ−ｂ）を計算してその段
差ｔａを求め、その値を表示部１０に表示する。また、
測定対象選択スイッチＳｂによって厚み測定が選択され
た場合には、変位量の（ａ＋ｂ）を計算する。かかる変
位量の（ａ＋ｂ）の値は、図６に示すように、対象物Ｏ
Ｂの厚みｔｂに相当するもので、当該厚みｔｂの値も表
示部１０に表示される。

【００１５】前記信号処理回路９には、ＣＰＵ９ａで処
理された測距値のデータをアナログ信号に変換するＤ／
Ａ変換器１３が別途接続され、コンピュータやその他の
外部機器へシリアル信号を出力するための出力端子１４
が設けられている。また、これ以外として、信号処理回
路９にはリモコン操作用の入出力端子台１５も制御入力
回路１６を介して接続されている。当該入出力端子台１
５は、光学ヘッドＨ１、Ｈ２からのレーザービーム照射
のオン・オフ制御を始めとして、信号処理回路９で求め
た測距値のデータホールドや、所望の測定点の位置の値
をゼロセットするためのゼロセット操作等を行うための
端子、或いは各種警告用の出力端子等を備えたものであ
る。また、図５において、入出力端子台１５の上段側１
５ａは光学ヘッドＨ１用、下段側１５ｂは光学ヘッドＨ
２用として構成されている。但し、かかる入出力端子台
１５や前記出力端子１４では、例えば光学ヘッド選択ス
イッチＳ１、Ｓ２の操作によって一方の光学ヘッド側の
みが選択された場合であっても、二つの光学ヘッドＨ
１、Ｈ２の双方で測定する各測距値のデータを外部に出
力することが可能である。

【００１６】上記構成の光学式変位測定装置において
は、二つの光学ヘッドＨ１、Ｈ２から出力される位置検
出信号を切換回路８を介して交互に信号処理回路９に入
力させることができ、各光学ヘッドＨ１、Ｈ２からレー
ザービームが照射された二箇所の測定の所望の変位量を
信号処理回路９で演算処理することができる。そして、
光学ヘッド選択スイッチＳ１、Ｓ２を操作して二つの光
学ヘッドＨ１、Ｈ２のうち何れか一方側を選択すれば、
当該選択された側の光学ヘッドで測定される測定点の変
位量が測距値として表示部１０に出力表示される。従っ
て、光学ヘッドＨ１、Ｈ２を各々別異の測定箇所に配置
しておけば、一台の光学式変位測定装置によって、二箇
所の測定点の測定が選択的に且つ簡易に行えることとな
る。また、測定対象選択スイッチＳａ、Ｓｂのうち、一
方のスイッチＳａ側をオンにすれば、両光学ヘッドＨ
１、Ｈ２を介して測定される各測定点の変位量ａ、ｂの
減算（ａ−ｂ）がなされ、その値が測距値として表示部
１０に自動表示される。従って、図１における対象物Ｏ
Ｂの段差ｔａが簡単に測定できる。他方、測定対象選択
スイッチＳｂをオンにすれば、二箇所の測定点の変位量
ａ、ｂの加算（ａ＋ｂ）を行って、その値が測距値とし
て測距値が表示部１０に自動表示される。従って、図６
における対象物ＯＢの厚みｔｂも簡単に測定できる。

【００１７】尚、このような段差や厚み測定を行なう場
合、両光学ヘッドＨ１、Ｈ２から出力される位置検出信
号を切換回路８で切換えて一つの信号処理回路９で処理
させることが望ましく採用され、このような構成では二
つの信号処理回路を用いて個別に処理する場合よりもそ
の測距値が正確となる。即ち、この種の信号処理回路
は、固有の温度特性、経時特性を有し、例えば定格温度
外の使用温度条件下では、その出力電圧レベルがオフセ
ットドリフトする特性がある。従って、二つの信号処理
回路を用いたのでは、そのオフセットドリフト量が相違
するために、そのドリフト誤差が測定値の誤差として含
まれることとなり、測定値の誤差が増大する。しかし、
上記実施例のように、一つの信号処理回路９で全ての演
算処理を行うのであれば、複数の信号処理回路を用いた
場合のドリフト誤差は発生せず、高精度の変位測定が可
能となる利点がある。但し、かかる構成は本発明の必須
要件ではない。また、上記説明では、二つの光学ヘッド
Ｈ１、Ｈ２を設けた場合を一例として説明したが、請求
項１記載の本発明では、三つ又はそれ以上の個数の光学
ヘッドを設けても構わない。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１及び２に記載の本発明に係る光学式変位測定装置に
よれば、測定点が複数箇所存在する場合であっても、従
来のように複数台の変位測定装置を用いて大型でコスト
の高いコントローラどうしを複数個接続して使用する必
要性がなく、一つのコントローラに接続した複数の光学
ヘッドを選択的に使用して各測定点の変位量測定が行え
るために、その測定作業に便宜が図れる他、装置全体に
無駄がなく、装置全体を小型に且つ安価にできるという
格別な効果が得られる。特に、請求項２に記載の本発明
に係る光学式変位測定装置によれば、二つの光学ヘッド
を用いて測定される変位量を加算、減算して得られる測
距値を表示部に表示させることができるから、対象物の
段差や厚みの測定が非常に容易となる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学式変位測定装置のハード構成
の一実施例を示すブロック図。

【図２】信号処理回路のハード構成の一例を示すブロッ
ク図。

【図３】本発明に係る光学式変位測定装置の一実施例を
示す外観斜視図。

【図４】コントローラの前面パネルに設けられる表示部
周辺の構成の一例を示す要部正面図。

【図５】コントローラの背面パネルの構成の一例を示す
コントローラの背面図。

【図６】対象物の厚み測定を行う場合の一例を示す要部
断面図。

【図７】従来の光学式変位測定装置の一例を示すブロッ
ク図。

【図８】従来の光学式変位測定装置を二台連結して使用
する状態を示す斜視図。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ 信号線 ３ａ 投光部 ３ｂ 受光部 ５ 発振器 ８ 切換回路 ９ 信号処理回路 １０ 表示部 Ｃ コントローラ Ｈ１，Ｈ２ 光学ヘッド ａ，ｂ 変位量（測距値） Ｓ１，Ｓ２ 光学ヘッド選択スイッチ Ｓａ，Ｓｂ 測定対象選択スイッチ ｔａ 段差（測距値） ｔｂ 厚み（測距値）

フロントページの続き (72)発明者 杉本 義彦 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に対して光を照射するための投光
   部と、対象物から反射された光を受光する受光部とを備
   えた光学ヘッドと、この光学ヘッドに信号線を介して接
   続され、光学ヘッドから出力される位置検出信号に応じ
   たデータを演算処理して、測距値を表示出力させるコン
   トローラとを組み合わせて構成された光学式変位測定装
   置において、 上記コントローラには、複数の光学ヘッドから導出され
   た信号線を接続させる入力端子と、光学ヘッドを選択す
   るための光学ヘッド選択スイッチと、この選択スイッチ
   によって選択された光学ヘッドから出力された位置検出
   信号に応じたデータを演算処理してその測距値を表示部
   に出力表示させる信号処理回路とを備えたことを特徴と
   する光学式変位測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記コントローラに
   設けられた入力端子には、二つの光学ヘッドから導出さ
   れた信号線が接続され、かつ上記コントローラには、二
   つの光学ヘッドより出力された検出信号に応じたデータ
   を演算処理して得た変位量を加算、減算して得られる対
   象物の段差や厚みを、表示部に測距値として表示させる
   ための測定対象選択スイッチが更に設けられた構成であ
   ることを特徴とする光学式変位測定装置。