JPH0557606U

JPH0557606U - 非接触式変位検出装置

Info

Publication number: JPH0557606U
Application number: JP11279191U
Authority: JP
Inventors: 山田　　晃
Original assignee: 株式会社日本アプライドテクノロジ
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】移動物体の変位を測定する装置に関し、被測定
物体の移動方向に対して、側方から非接触で変位測定を
行なうことができる、非接触式変位測定装置を提供する
ことを目的とする。【構成】移動物体１の移動方向における変位を検出する
変位検出器において、楔形反射板２を、移動物体１上に
その移動方向に平行に設け、光学的距離検出器４を設け
て、光源３からの入射光の楔形反射板２による反射光に
基づく光点の移動によって、楔形反射板２の反射面との
間の変位を測定し、この光学的距離検出器４における変
位の測定に基づいて、移動物体１の移動方向における変
位を検出する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、移動物体の変位を測定する装置に関し、特に被測定物体の移動方向に対して、側方から非接触で変位測定を行なうための、非接触式変位測定装置に関するものである。

【０００２】変位測定装置は、被測定物体の移動に伴う変位量を測定することによって、物体を構成する材料の、例えば強度や弾性等の物性を試験する等の目的に使用されるものであり、各種測定機，試験機等において広く用いられているものである。

【０００３】このような目的のためには、被測定物体の移動方向に対して、側方から非接触で正確な変位測定を行なうことができる、非接触式変位測定装置が求められている。

【０００４】

【従来の技術】

図５は、従来の変位測定装置の一例を示したものであって、光学的位置検出器を用いる場合を例示している。図５において、１１は移動物体であって、これに光源１２が取り付けられている。１３は光学的位置検出器であって、その検出部１４にＣＣＤイメージセンサや半導体位置検出素子（ＰＳＤ）を有し、その検出面上における入射光の位置の変化を検出する。

【０００５】図５の変位測定装置においては、光学的位置検出器１３を固定し、光源１２を取り付けた移動物体１１が、光学的位置検出器１３の検出方向に対して直角方向に移動するようにする。これによって、光学的位置検出器１３は、その検出部１４に設けられた、ＣＣＤイメージセンサ等の光学的位置検出素子上における、光源１２に基づく入射光の位置の変化を検出することによって、移動物体１１の変位を示す出力信号を発生する。

【０００６】図６は、従来の変位測定装置の他の例を示したものであって、光学的距離検出器を用いる場合を示している。図６において、１５は被測定物体である。１６は光学的距離検出器であって、被測定物体１５との間の距離ｄの変化を測定するものである。

【０００７】図６の変位測定装置においては、光学的距離検出器１６を固定し、被測定物体１５が、光学的距離検出器１６の検出方向と平行に移動するようにする。これによって、光学的距離検出器１６からの入射光に基づく、被測定物体１５からの反射光によって、その検出部に設けられた光学的位置検出素子１７の面上に生じた、光点の位置の変化を検出することによって、被測定物体１５の変位に応じて変化する出力信号を発生する。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

図５に示された変位測定装置においては、光源１２と光学的位置検出器１３のいずれを移動物体１１上に取り付けるにしても、移動物体１１には、光源１２の電源線または光学的位置検出器１３の信号線等を接続しなければならず、従って移動物体１１は常にこれらの接続線を引いて動くこととなり、接続線の摩擦や剛性等によって自由な移動を妨げられることになって、正確な測定を行なう上で不都合を来す場合が多い。

【０００９】また、移動物体側に反射板等を取り付けて反射式で検出する方法では、接続線は不要であるが、検出器上に正確に焦点を結ばせるためのレンズ等の光学系が必要となる。

【００１０】さらに、ＣＣＤイメージセンサでは、その全素子を走査するのに、数１０msec の時間を必要とするため、比較的高速で移動する物体の位置を時々刻々に精度よく測定するためには、不向きである。

【００１１】一方、図６に示されたような、検出器と対象物との間の距離を精度よく測定する光学的距離検出器は、多くの種類のものが既に実用化されているが、その構造上、被測定物体と検出器との間の距離を測定することはできるが、検出方向と直角方向の変位を検出することは不可能である。

【００１２】本考案は、このような従来技術の課題を解決しようとするものであって、図６に示されたような、検出器と対象物との間の距離を測定する光学的距離検出器を用いて、検出方向と直角方向に移動する移動物体の変位を非接触で測定することができる、非接触式変位測定装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案は、移動物体１の移動方向における変位を検出する変位検出器において、移動物体１上にその移動方向に平行に設けられた楔形反射板２と、光源からの入射光の楔形反射板２による反射光に基づく光点の移動によって、楔形反射板２の反射面との間の変位を測定する光学的距離検出器４とを設け、光学的距離検出器４における変位の測定に基づいて移動物体１の移動方向における変位を検出するものである。

【００１４】また本考案は、移動物体１の移動方向における変位を検出する変位検出器において、移動物体１の両側面にその移動方向に平行に設けられた楔形反射板２，７と、光源からの入射光の楔形反射板２，７による反射光に基づく光点の移動によって、楔形反射板２，７の反射面との間の変位を測定する、移動物体１の両側に設けられた光学的距離検出器４，８と、両光学的距離検出器４，８で求められた変位を加算して平均を求める加算器２６とを設け、この平均値によって移動物体１の移動方向における変位を検出するものである。

【００１５】この場合における、光学的距離検出器４，６は、測定面上の基準点から光点までの距離に応じて大きさが変化するアナログ信号を出力するものである。

【００１６】

【作用】図１は、本考案の原理的構成を示したものであって、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）は側面図を示している。本考案の非接触式変位検出装置においては、図１に示すように、変位を検出しようとする移動物体１の側面に、移動方向と角度θ をなす反射面５を有する楔形の反射板２を取り付ける。そして、この反射面５と垂直方向に、光学的距離検出器４を固定して設ける。

【００１７】光学的距離検出器４は、図５において説明したのと同様の構造を有し、移動物体１との間の距離の変化を測定するものであって、光源３からの光が楔形反射板２の反射面５に反射して生じた反射光に基づく、その検出部に設けられた光学的位置検出素子６上における光点の移動によって、楔形反射板２の反射面５との間の変位を測定することができるものである。

【００１８】光学的位置検出素子６は、半導体位置検出素子（ＰＳＤ）等からなり、その測定面上の基準点から光点までの距離に応じて大きさが変化する、アナログ信号を発生するものである。

【００１９】いま、光学的距離検出器４が楔形反射板２上のＡ点を検出しているときの、両者間の距離をｄ₀とし、移動物体１が移動方向にＤだけ移動して、楔形反射板２上のＢ点を検出したときの両者間の距離をｄとすると、次の関係が成り立つ。ｄ₀−ｄ＝Ｄ・ｓｉｎθ これから移動距離（変位）Ｄは、次のように求められる。Ｄ＝（ｄ₀−ｄ）／ｓｉｎθ …（１）

【００２０】上式のｄ₀は基準距離であって、ゼロ点に相当するものであり、例えば測定開始時に距離ｄ₀に相当する位置をゼロ点として、この点からの距離の変化ｄ₀− ｄを光学的距離検出器４によって求めれば、楔形反射板２の角度θが既知として、（１）式の関係から、移動物体１の移動方向の変位を求めることができる。

【００２１】図２は、本考案の非接触式変位検出装置のシステム構成例を示したものである。２１は図１に示されたものと同じ光学的距離検出器、２２は（１）式の演算を行なう演算器、２３は演算結果の変位Ｄを表示する表示器である。

【００２２】光学的距離検出器２１は、移動物体の移動に伴う、移動物体上に設けられた楔形反射板からの距離の変化を測定する。演算器２２は、求められた楔形反射板からの距離の変化に基づいて前述の（１）式の演算を行なって、移動物体の変位を求める。表示器２３は、求められた移動物体の変位を表示する。

【００２３】図１に示された非接触式変位測定装置は、移動物体との距離を側方から測定することによって、移動物体の変位を求めるようにしている。そのため、移動物体に微小な横振れがある場合には、測定結果に大きな誤差を生じる恐れがある。

【００２４】このような場合には、測定系を移動物体の両側に対称に配置して、測定値の平均をとることによって、このような横振れの影響を除去することができる。

【００２５】

【実施例】

図３は、本考案の一実施例を示したものであって、上述の横振れの影響を除去した場合の機械的構成を示している。また図４は、図３に示された実施例におけるシステム構成を示したものである。両図において、図１および図２におけると同じものを同じ番号で示し、７は第２の楔形反射板、８は第２の光学的距離検出器である。また、２４は図２に示されたものと同じ第２の光学的距離検出器、２５は（１）式の演算を行なう第２の演算器、２６は演算器２２，２５の出力を加算して平均を求める加算器である。

【００２６】第２の楔形反射板７および光学的距離検出器８は、楔形反射板２および光学的距離検出器４と同じ構造を有し、移動物体１に対して対称の位置に設けられている。

【００２７】いま、楔形反射板２および７の角度がθであるとし、光学的距離検出器４および８と、楔形反射板２および７とのゼロ点の距離をそれぞれｄ₀₁，ｄ₀₂、移動物体１の距離Ｄの移動後における光学的距離検出器４および８と、楔形反射板２および７との距離をそれぞれｄ₁，ｄ₂とすると、（１）式と同様にして、Ｄ＝（ｄ₀₁−ｄ₁）／ｓｉｎθ …（２）Ｄ＝（ｄ₀₂−ｄ₂）／ｓｉｎθ …（３）の関係が成り立つ。

【００２８】従って、移動物体１の変位を、（２）式で求められた移動距離と、（３）式で求められた移動距離との平均として求めることによって、移動物体１に微小な横振れがあっても、誤差を相殺して、正確な変位を求めることができる。

【００２９】光学的距離検出器２１および２４は、移動物体の移動に伴う、移動物体上に設けられた楔形反射板からの距離の変化をそれぞれ測定する。演算器２２，２５は、求められたそれぞれの距離の変化に基づいて前述の（２）式および（３）式の演算を行なって、移動物体の変位を求める。加算器２６は、両演算器２２，２５で求められた変位を加算して平均する演算を行なう。表示器２３は、求められた移動物体の変位を表示する。

【００３０】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、変位を検出しようとする移動物体に、簡単な楔形反射板を取り付けるだけで、反射光を利用して移動距離の測定を行なうことができるので、検出器がその信号線や光源の電源用接続線を引いて動く必要がない。従って接続線の摩擦や剛性等の影響がなく、正確な測定を行なうことが可能である。

【００３１】また本考案の非接触式変位検出装置では、楔形反射板と光学的距離測定装置とを移動物体の両側に対称に配置して、求められた移動距離の平均値を移動物体の変位とするようにしたので、移動物体の移動時、横振れがあっても、これに基づく誤差を相殺して、正確に変位を検出することができる。

【００３２】さらに本考案の非接触式変位検出装置では、距離の変化を検出するために、半導体位置検出素子等のような、位置の変化に応じて変化するアナログ信号を発生する素子を使用しているので、被測定物体の高速の移動に対しても、応答性がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の原理的構成を示す図である。

【図２】本考案の非接触式変位検出装置のシステム構成
例を示す図である。

【図３】本考案の一実施例を示す図である。

【図４】図３に示された実施例におけるシステム構成を
示す図である。

【図５】従来の変位測定装置の一例を示す図である。

【図６】従来の変位測定装置の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１移動物体２，７楔形反射板４，８光学的距離検出器２６加算器

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】移動物体（１）の移動方向における変位
を検出する変位検出器において、該移動物体（１）上に該移動方向に平行に設けられた楔
形反射板（２）と、光源からの入射光の前記楔形反射板（２）による反射光
に基づく光点の移動によって該楔形反射板（２）の反射
面との間の変位を測定する光学的距離検出器（４）とを
設け、該光学的距離検出器（４）における変位の測定に基づい
て前記移動物体（１）の移動方向における変位を検出す
ることを特徴とする非接触式変位検出装置。
【請求項２】移動物体（１）の移動方向における変位
を検出する変位検出器において、該移動物体（１）の両側面に該移動方向に平行に設けら
れた楔形反射板（２，７）と、光源からの入射光の前記楔形反射板（２，７）による反
射光に基づく光点の移動によって該楔形反射板（２，
７）の反射面との間の変位を測定する、前記移動物体
（１）の両側に設けられた光学的距離検出器（４，８）
と、該両光学的距離検出器（４，８）で求められた変位を加
算して平均を求める加算器（２６）とを設け、該平均値によって前記移動物体（１）の移動方向におけ
る変位を検出することを特徴とする非接触式変位検出装
置。
【請求項３】前記光学的距離検出器（４，８）が、測
定面上の基準点から光点までの距離に応じて大きさが変
化するアナログ信号を出力するものであることを特徴と
する請求項１または２に記載の非接触式変位検出装置。