JPH06100459B2 - Distance measuring device - Google Patents

Distance measuring device

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JPH06100459B2
JPH06100459B2 JP59227227A JP22722784A JPH06100459B2 JP H06100459 B2 JPH06100459 B2 JP H06100459B2 JP 59227227 A JP59227227 A JP 59227227A JP 22722784 A JP22722784 A JP 22722784A JP H06100459 B2 JPH06100459 B2 JP H06100459B2
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JP
Japan
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light
signal
displacement
background light
measuring device
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JP59227227A
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隆 池田
久保  学
耕三郎 柴山
英彦 中尾
和夫 ▲高▼嶋
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は対象物の基準面からの変位を計測する距離計測
装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a distance measuring device for measuring displacement of an object from a reference plane.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、対象物の基準面からの変位は機械的に計測されて
いた。しかし機械的計測の場合、セッティング・計測等
に時間を要したり、対象物に直接接触するために対象物
を傷めるなどの問題があった。こで提案されたのが第4
図に示す距離計測装置である。第4図において、1は加
工用レーザ光、2は加工用レーザ光1を集束する加工用
レンズ、3は加工ヘッド、4は計測用レーザ光としての
ビームを放射する光源、5は光源4からの放射されるビ
ームを集束する投光レンズ、6は対象物W1表面上の放射
ビーム像を撮像する受光レンズ、7は放射ビーム像の結
像位置に応じ電気信号を発生する位置検出素子としての
PSD(Positio n Sensitive Detector)、8,9はPSD7から
出力される変位検出電流1a,1bを変位検出信号としての
変位検出電圧Va,Vbに変換するとともにプリアンプを兼
ねたI/V変換器、10はレーザ駆動電圧を入力しレーザ駆
動電流Idを出力するV/I変換器、10aはチョッパ、11,12
は変位検出電圧Va,Vbを増幅する増幅器、13,14は増幅器
8,9の出力を帯域濾波する帯域濾波器、15はアナログ信
号としての変位検出電圧Va,Vbをディジタル信号に変換
するA/D変換器、16はディジタル信号としてのレーザ駆
動信号をアナログ信号としてのレーザ駆動電圧Vdに変換
するD/A変換器、17は光源4の発光タイミングの設定、
対象物W1の変位ΔHの算出などを行なう演算プロセッ
サ、SIはVa,Vbの切換スイッチである。
Conventionally, the displacement of the object from the reference plane has been mechanically measured. However, in the case of mechanical measurement, there are problems that it takes time for setting and measurement, and that the object is damaged because it is in direct contact with the object. The 4th was proposed here
It is the distance measuring device shown in the figure. In FIG. 4, 1 is a processing laser beam, 2 is a processing lens that focuses the processing laser beam 1, 3 is a processing head, 4 is a light source that emits a beam as measurement laser light, and 5 is a light source 4 , A light projecting lens for converging the emitted beam, a light receiving lens 6 for picking up a radiation beam image on the surface of the object W1, and a position detecting element 7 for generating an electric signal according to the image forming position of the radiation beam image.
PSD (Positive Ion Sensitive Detector), 8 and 9 are I / V converters that also convert the displacement detection currents 1a and 1b output from PSD7 into displacement detection voltages Va and Vb as displacement detection signals and also serve as preamplifiers. Is a V / I converter that inputs a laser drive voltage and outputs a laser drive current Id, 10a is a chopper, 11, 12
Is an amplifier that amplifies the displacement detection voltage Va, Vb, 13 and 14 are amplifiers
A band-pass filter that band-pass filters the outputs of 8, 9 is an A / D converter that converts the displacement detection voltages Va and Vb as analog signals into digital signals, and 16 is a laser drive signal that is a digital signal as an analog signal. D / A converter for converting to the laser drive voltage Vd of, 17 is the setting of the light emission timing of the light source 4,
An arithmetic processor for calculating the displacement ΔH of the object W1 and the like, SI is a switch for switching between Va and Vb.

このように構成された装置の動作について説明する。ま
ず光学系の動作について第1図を用いて説明する。光源
4から放射されたビームは、投光レンズ5により適当な
大きさの光スポットとなり対象物W1の表面に照射され
る。受光レンズ6はこの光スポットを撮像し、PSD7の受
光面に光スポットの像を結像する。PSD7は光スポット像
の結像位置に応じた電気信号を発生する。すなわち、PS
D7の2つの電極に生じる電流Ia,Ibの値により光スポッ
ト像の結像位置Pは P=(Ia−Ib)/(Ia+Ib) として得られる。上の式は、PSD7の出力が光スポット像
の位置と強度とに比例して出力を発生するため、光スポ
ット像の強度変化に相当する(Ia+Ib)の項を導入して
光スポットの位置のみに比例する出力を得ている。
The operation of the apparatus thus configured will be described. First, the operation of the optical system will be described with reference to FIG. The beam emitted from the light source 4 is turned into a light spot of an appropriate size by the light projecting lens 5 and is applied to the surface of the object W1. The light receiving lens 6 images this light spot and forms an image of the light spot on the light receiving surface of the PSD 7. The PSD 7 generates an electric signal according to the image forming position of the light spot image. That is, PS
The image forming position P of the light spot image is obtained as P = (Ia-Ib) / (Ia + Ib) according to the values of the currents Ia and Ib generated in the two electrodes of D7. In the above equation, since the PSD7 output produces an output in proportion to the position and intensity of the light spot image, the term (Ia + Ib) corresponding to the change in intensity of the light spot image is introduced and only the position of the light spot is introduced. You get an output proportional to.

次に電気系の動作について第3図を用いて説明する。第
3図(a)は光源4の点滅を示し、第3図(b),
(c)は変位検出電圧Va,Vbの波形を示す。
Next, the operation of the electric system will be described with reference to FIG. FIG. 3 (a) shows the blinking of the light source 4, and FIG.
(C) shows the waveforms of the displacement detection voltages Va and Vb.

まず対象物W1の表面が基準面にあるときの動作について
説明する。受光レンズ6に入力された光はPSD7にスポッ
ト状の光となって照射される。対象物W1の表面が基準面
にあるとき、この光の重心位置がPSD7の中心P1になるよ
うに設定されていると、変位検出電流Ia,Ibは互いに等
しくなり、変位検出電圧Va,Vbもまた互いに等しくな
る。変位検出電圧Va,Vbは、増幅器11,12および帯域濾波
器13,14で処理された後、アナログスイッチS1により時
分割され、A/D変換器15でディジタル信号に変換されて
演算プロセッサ17に入力される。高速演算プロセッサ17
はディジタル信号化された変位検出電圧Va,Vbにより変
位ΔHを算出するが、この場合Va=Vbであるので、変位
ΔH=0となる。
First, the operation when the surface of the object W1 is on the reference plane will be described. The light input to the light receiving lens 6 is applied to the PSD 7 as spot light. When the surface of the object W1 is on the reference plane and the center of gravity of this light is set to be the center P1 of the PSD7, the displacement detection currents Ia, Ib become equal to each other, and the displacement detection voltages Va, Vb also It will also be equal to each other. The displacement detection voltages Va and Vb are processed by the amplifiers 11 and 12 and the bandpass filters 13 and 14, and then time-divided by the analog switch S1 and converted into a digital signal by the A / D converter 15 and then processed by the arithmetic processor 17. Is entered. High-speed processor 17
Calculates the displacement ΔH from the displacement detection voltages Va and Vb converted into digital signals. In this case, since Va = Vb, the displacement ΔH = 0.

次に対象物表面がΔHだけ下方に変位した場合の動作に
ついて説明する。この場合対象物W1表面で散乱された光
は受光レンズ6を通った後PSD7の中心P1からX離れた点
P2にスポット状になって入射される。この入射光により
変位検出電流Ia,Ibが出力されるが、変位検出電流Ia,Ib
は互いに違った値となる。ΔHとXは比例関係にあるの
で、Xを算出することによりΔHを算出し出力すること
ができる。この出力信号に応じて図示しない駆動手段を
動作させて加工ヘッド3を降下させΔHの変位を零にす
るようになっている。このようにして加工ヘッド3と対
象物W1の表面との間の距離は常に一定に保たれる。
Next, the operation when the surface of the object is displaced downward by ΔH will be described. In this case, the light scattered on the surface of the object W1 passes through the light receiving lens 6 and then is separated from the center P1 of the PSD7 by X.
It is incident on P2 in the form of a spot. Displacement detection currents Ia and Ib are output by this incident light.
Are different from each other. Since ΔH and X have a proportional relationship, ΔH can be calculated and output by calculating X. In accordance with this output signal, a driving means (not shown) is operated to lower the processing head 3 to make the displacement of ΔH zero. In this way, the distance between the processing head 3 and the surface of the object W1 is always kept constant.

〔発明が解決しようとする問題点〕 このような動作をする装置においては、PSD7への入射光
として光源4から発する計測用レーザ光のほか背景光が
あり、変位計測に誤差を生じさせるという問題がある。
またまたスパイク状の背景光により帯域濾波器13,14の
出力信号が減衰振動を起こして同様に誤差を生じるとい
う問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] In a device that operates in this way, there is background light in addition to the measurement laser light emitted from the light source 4 as incident light on the PSD 7, which causes an error in displacement measurement. There is.
Further, there is a problem that the output signals of the bandpass filters 13 and 14 are attenuated and oscillated due to the spike-shaped background light, and similarly an error is generated.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、変位計測に背景光による誤差を
少なくした距離計測装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a distance measuring device in which an error due to background light is reduced in displacement measurement.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このような目的を達成するために本発明は、距離計測装
置において、背景光が所定の第1レベル以上になったと
き変位検出信号の検出を停止し、背景光が減衰するに十
分な一定時間後にその停止動作を解除するようにしたも
のである。
In order to achieve such an object, the present invention, in the distance measuring device, stops the detection of the displacement detection signal when the background light becomes equal to or higher than a predetermined first level, and a fixed time sufficient for the background light to be attenuated. The stop operation is released later.

〔作用〕[Action]

本発明においては、背景光の影響を受けないタイミング
で変位検出信号の検出がなされる。
In the present invention, the displacement detection signal is detected at a timing that is not affected by the background light.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明に係わる距離計測装置をレーザ加工機に
適用した一実施例を示す。第1図において、18は背景光
のレベルが所定の第1レベルを越えたとき信号を出力す
るコンパレータ、19はコンパレータ18から出力される信
号により時間計測を開始し一定時間制御信号を出力する
タイマ、20,21は制御信号によってゲートを閉じるアナ
ログスイッチであり、コンパレータ18,タイマ19,アナロ
グスイッチ20,21は停止手段を構成する。第1図におい
て第3図と同一部分又は相当部分には同一符号が付して
ある。
FIG. 1 shows an embodiment in which a distance measuring device according to the present invention is applied to a laser processing machine. In FIG. 1, 18 is a comparator that outputs a signal when the background light level exceeds a predetermined first level, and 19 is a timer that starts time measurement by the signal output from the comparator 18 and outputs a constant time control signal. , 20, 21 are analog switches for closing the gates by a control signal, and the comparator 18, the timer 19, and the analog switches 20, 21 constitute stop means. In FIG. 1, the same or corresponding parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals.

このように構成された装置の動作について第1図および
第3図を用いて説明する。加工用レーザ光1の照射によ
って対象物W1の表面から放射される背景光がPSD7に入射
され、PSD7から、第3図(d)に示すような大きな振幅
から順次減衰していく背景光信号が出力されると、この
背景光信号はコンパレータ18に入力される。この背景光
信号は変位検出電圧Va,Vbを含んでいるが、変位検出電
圧Va,Vbを無視できるほど大きいので、第3図(d)に
は変位検出電圧Va,Vbは図示されていない。コンパレー
タ18は、背景光信号が第3(d)に示す第1レベルTH1
以上になったとき、タイマ駆動信号を出力する。このタ
イマ駆動信号の立ち上がりによりタイマ19は時間計測を
開始し、設定時間Tに達したらその計測を停止する。こ
の時間計測の開始から停止まの時間Tの間、タイマ19は
第3図(e)に示すゲート閉信号を出力し、アナログス
イッチ20,21をゲート閉の状態にする。この場合、設定
時間Tは背景光が十分に減衰する時間に設定されてい
る。このように背景光が発生したとき、アナログスイッ
チ20,21のゲートを閉とし変位検出信号の検出を停止す
ることにより、背景光による対象物W1の変位計測誤差を
防止できる。また、タイマ19がゲート閉信号を出力する
時間Tを可変とすることにより、種々の背景に対応でき
る。
The operation of the apparatus thus configured will be described with reference to FIGS. 1 and 3. Background light emitted from the surface of the object W1 by the irradiation of the processing laser beam 1 is incident on the PSD7, and a background light signal that is gradually attenuated from a large amplitude as shown in FIG. When output, this background light signal is input to the comparator 18. This background light signal includes the displacement detection voltages Va and Vb, but the displacement detection voltages Va and Vb are not shown in FIG. 3D because they are so large that they can be ignored. The comparator 18 outputs the first level TH1 when the background light signal indicates the third (d).
When the above is reached, the timer drive signal is output. The timer 19 starts time measurement by the rise of the timer drive signal, and stops the measurement when the set time T is reached. During the time T from the start to the stop of the time measurement, the timer 19 outputs the gate closing signal shown in FIG. 3 (e), and the analog switches 20 and 21 are closed. In this case, the set time T is set to a time when the background light is sufficiently attenuated. When the background light is generated in this way, the gates of the analog switches 20 and 21 are closed to stop the detection of the displacement detection signal, whereby the displacement measurement error of the object W1 due to the background light can be prevented. Further, by making the time T during which the timer 19 outputs the gate closing signal variable, various backgrounds can be dealt with.

次に他の実施例を第2図に示す。第2図において、22は
背景光信号が所定の第1レベル以上になったときから第
1レベルより低い所定の第2レベル以下になるまでの間
ゲート閉信号を出力するコンパレータである。第2図に
おいて第1図と同一部分又は相当部分には同一符号が付
してある。コンパレータ22は、背景光信号が第3図
(d)に示す第1レベルTH1以上になったときから第2
レベルTH2になるまでの時間Twの間ゲート閉信号を出力
する。このゲート閉信号によってアナログスイッチ20,2
1をゲート閉の状態にする。このように背景光が発生し
たとき、アナログスイッチ20,21のゲートを閉とし変位
検出信号の検出を停止することにより、背景光による対
象物の変位計測誤差を防止できる。
Next, another embodiment is shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 22 is a comparator that outputs a gate closing signal from when the background light signal becomes equal to or higher than a predetermined first level to when it becomes equal to or lower than a predetermined second level lower than the first level. In FIG. 2, the same or corresponding parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The comparator 22 outputs the second light from when the background light signal becomes equal to or higher than the first level TH1 shown in FIG. 3 (d).
The gate closing signal is output during the time Tw until the level becomes TH2. This gate closing signal causes the analog switch 20,2
Set 1 to the gate closed state. When the background light is generated in this way, the gates of the analog switches 20 and 21 are closed to stop the detection of the displacement detection signal, so that the displacement measurement error of the object due to the background light can be prevented.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、背景光が所定の第1レベ
ル以上になったとき変位検出信号の検出を停止し、背景
光が減衰するに十分な一定時間後にその停止動作を解除
するようにしたので、背景光の影響を受けないタイミン
グで変位検出信号の検出がなされるものとなり、背景光
により精度の低下した変位計測結果の出力を防止するこ
とができる効果がある。
As described above, according to the present invention, the detection of the displacement detection signal is stopped when the background light becomes equal to or higher than the predetermined first level, and the stop operation is canceled after a fixed time sufficient for the background light to be attenuated. Therefore, the displacement detection signal is detected at a timing that is not affected by the background light, and there is an effect that it is possible to prevent the output of the displacement measurement result whose accuracy is lowered by the background light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係わる距離計測装置をレーザ加工機に
適用した一実施例を示すブロック系統図、第2図は他の
実施例を示すブロック系統図、第3図はこれらの波形
図、第4図は従来の距離計測装置とレーザ加工機に適用
した場合示すブロック系統図である。 1……加工用レーザ光、2……加工用レンズ、3……加
工ヘッド、4……光源、5……投光レンズ、6……受光
レンズ、7……PSD、8,9……I/V変換器、10……V/I変換
器、10a……チョッパ、11,12……増幅器、13,14……帯
域漏波器、15……A/D変換器、16……D/A変換器、17……
演算プロセッサ、18……コンパレータ、19……タイマ、
20,21……アナログスイッチ、S1……アナログスイッチ
FIG. 1 is a block system diagram showing an embodiment in which a distance measuring device according to the present invention is applied to a laser processing machine, FIG. 2 is a block system diagram showing another embodiment, and FIG. 3 is a waveform diagram thereof. FIG. 4 is a block system diagram showing the case of application to a conventional distance measuring device and a laser processing machine. 1 ... Processing laser light, 2 ... Processing lens, 3 ... Processing head, 4 ... Light source, 5 ... Emitter lens, 6 ... Receiving lens, 7 ... PSD, 8, 9 ... I / V converter, 10 …… V / I converter, 10a …… Chopper, 11,12 …… Amplifier, 13,14 …… Band leaker, 15 …… A / D converter, 16 …… D / A converter, 17 ……
Arithmetic processor, 18 …… Comparator, 19 …… Timer,
20,21 …… Analog switch, S1 …… Analog switch

フロントページの続き (72)発明者 中尾 英彦 長崎県長崎市旭町8番23号 大洋ビル 菱 電エンジニアリング株式会社長崎事業所内 (72)発明者 ▲高▼嶋 和夫 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−137805(JP,A)Front page continuation (72) Inventor Hidehiko Nakao 8-23 Asahi-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Taiyo Building Ryoden Engineering Co., Ltd. Nagasaki Plant (72) Inventor ▲ Kazuo Takashima 8-1, Tsukaguchi-honmachi, Amagasaki-shi, Hyogo No. 1 Sanritsu Electric Co., Ltd., Applied Equipment Research Laboratory (56) References JP-A-59-137805 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】計測用レーザ光のスポットを対象物に照射
し、戻ってくる散乱光の重心位置を位置検出素子上に求
めることにより対象物の基準面からの変位を算出する距
離計測装置において、 背景光が所定の第1レベル以上になったとき変位検出信
号の検出を停止し、前記背景光が減衰するに十分な一定
時間後にその停止動作を解除する停止手段を 備えたことを特徴とする距離計測装置。
1. A distance measuring device for calculating a displacement of a target from a reference plane by irradiating the target with a spot of a measuring laser beam and determining a barycentric position of returning scattered light on a position detecting element. A stop means for stopping the detection of the displacement detection signal when the background light reaches a predetermined first level or higher, and for canceling the stop operation after a fixed time sufficient for the background light to be attenuated. Distance measuring device.
JP59227227A 1984-10-29 1984-10-29 Distance measuring device Expired - Lifetime JPH06100459B2 (en)

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JPS61105417A JPS61105417A (en) 1986-05-23
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JPS5537127B2 (en) * 1974-05-23 1980-09-26
JPS56142125U (en) * 1980-03-25 1981-10-27
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