JPS61155905A - 距離検出器 - Google Patents
距離検出器Info
- Publication number
- JPS61155905A JPS61155905A JP27868284A JP27868284A JPS61155905A JP S61155905 A JPS61155905 A JP S61155905A JP 27868284 A JP27868284 A JP 27868284A JP 27868284 A JP27868284 A JP 27868284A JP S61155905 A JPS61155905 A JP S61155905A
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- JP
- Japan
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- distance
- observation
- measured
- lens
- optical axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
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）
本発明は光学的に被測定書体面までの距離および被測定
書体面の傾きを検出する距離検出器、特にｏ、ｆットの
指などに組込むセンナあるいは表面追跡用グローブとし
て有用な距離検出器に関する。
書体面の傾きを検出する距離検出器、特にｏ、ｆットの
指などに組込むセンナあるいは表面追跡用グローブとし
て有用な距離検出器に関する。
（従来の技術）
３次元空間内で柔軟に作業を行える機械、即ちロアにッ
トは対象物の位置、姿勢、形状、変形等の計測を必要と
するが、この計測においては距離情報の取得が不可欠で
ある。この場合、対象物の運動を拘束するあるいは対象
物に変形を起すなどの影響を最少限として距離情報を取
得できることが肝要である。この丸め、非接触で離れた
場所から計測できる光学的距離検出法が考えられている
。
トは対象物の位置、姿勢、形状、変形等の計測を必要と
するが、この計測においては距離情報の取得が不可欠で
ある。この場合、対象物の運動を拘束するあるいは対象
物に変形を起すなどの影響を最少限として距離情報を取
得できることが肝要である。この丸め、非接触で離れた
場所から計測できる光学的距離検出法が考えられている
。
ロピット用のセンナあるいは形状計測用のグローブとし
ては、できるだけ小型、軽量かつ高安定であることを必
要とされる。光学的な距離検出には３角測量の原理が用
いられている。この３角測量の原理によると、距離情報
が幾何学的な条件によつて決定でき安定な距離計測が可
能となる。近年のマイクロエレクトロニクス、オグトエ
レクトロニクスの発展によシ、小型、軽量な距離検出器
も開発され始めているが、いずれも現実の要求を満足す
るほど十分に小型、軽量ではなかった。しかしながら、
最近本発明者が提案した特願昭ｊｇ−／６７０ｇ♂号明
細書く記載の距離検知装置はａ、ｆット用のセンサ等と
して現実の要求を満足するけど十分に小型、軽量かつ高
安定であり、高性能な距離検出器として期待されている
。前記特願昭明細書に記載される距離検出器は、被測定
力体表面の一点までの距離を測定するものである。
ては、できるだけ小型、軽量かつ高安定であることを必
要とされる。光学的な距離検出には３角測量の原理が用
いられている。この３角測量の原理によると、距離情報
が幾何学的な条件によつて決定でき安定な距離計測が可
能となる。近年のマイクロエレクトロニクス、オグトエ
レクトロニクスの発展によシ、小型、軽量な距離検出器
も開発され始めているが、いずれも現実の要求を満足す
るほど十分に小型、軽量ではなかった。しかしながら、
最近本発明者が提案した特願昭ｊｇ−／６７０ｇ♂号明
細書く記載の距離検知装置はａ、ｆット用のセンサ等と
して現実の要求を満足するけど十分に小型、軽量かつ高
安定であり、高性能な距離検出器として期待されている
。前記特願昭明細書に記載される距離検出器は、被測定
力体表面の一点までの距離を測定するものである。
（発明が解決しようとする問題点）
ロボットあるいは表面追跡においては、！ｊｌ？！ＩＩ
定妨体面の一定言体面距離だけではなく、被測定置体面
の状Ｂ（傾斜等）を検出することが必要とされる。前記
特願昭明細書に記載の距離検出器を複数個配列すれば傾
斜の検出も可能とはなるが、距離検出装置が大型かつ高
価になるという問題が生じる。
定妨体面の一定言体面距離だけではなく、被測定置体面
の状Ｂ（傾斜等）を検出することが必要とされる。前記
特願昭明細書に記載の距離検出器を複数個配列すれば傾
斜の検出も可能とはなるが、距離検出装置が大型かつ高
価になるという問題が生じる。
本発明の目的は、表面を追跡するような場合に必要とさ
れる傾斜等の検出も単体で可能であり、小型、軽量かつ
高安定な距離検出器を提供することにある。
れる傾斜等の検出も単体で可能であり、小型、軽量かつ
高安定な距離検出器を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
上記目的は、被測定対象１体面上に作られた光像を観測
面上に投影するｔａ測レンズ、前記被測定対象吻体面の
相異なる箇所に前記観測レンズの光軸に対して対称な面
に沿って光ビームを投射して前記光像を形成する光ビー
ム発生手段、および前記観測面上に配置されこのｖｌ測
面上に投影された前記光像の光軸からの距離を検出する
光検出器を備えて成る本発明の距離検出器によって達成
される。
面上に投影するｔａ測レンズ、前記被測定対象吻体面の
相異なる箇所に前記観測レンズの光軸に対して対称な面
に沿って光ビームを投射して前記光像を形成する光ビー
ム発生手段、および前記観測面上に配置されこのｖｌ測
面上に投影された前記光像の光軸からの距離を検出する
光検出器を備えて成る本発明の距離検出器によって達成
される。
（作 用）
本発明は基本的には３角測量の原理に基づし・ているが
、本発明の基本的な作用を第１図を用し・て説明する。
、本発明の基本的な作用を第１図を用し・て説明する。
光ビーム発生手段であるレーデダイオード１かに発生さ
れた光ビーム２はノ（イｆ ＋７ズム３によって、二本
の光ビーム２．２′ に分割される。これら光ビーム
２．２′は観測し／ズＬの位置する部分において観測レ
ンズＬの光軸４からＲｏの距離の点を通過し、各々観測
レンズＬの光軸４に対してαＯ角をなす方向へ投射され
、被測定物体５０面上に輝点Ｔ工、Ｔ２が生成される。
れた光ビーム２はノ（イｆ ＋７ズム３によって、二本
の光ビーム２．２′ に分割される。これら光ビーム
２．２′は観測し／ズＬの位置する部分において観測レ
ンズＬの光軸４からＲｏの距離の点を通過し、各々観測
レンズＬの光軸４に対してαＯ角をなす方向へ投射され
、被測定物体５０面上に輝点Ｔ工、Ｔ２が生成される。
これら輝点によって作られる光像は、観測レンズしによ
り観測面６上に投影され、輝点１．、＋２が生成される
。
り観測面６上に投影され、輝点１．、＋２が生成される
。
これら輝点１□、１２の光軸４からの距離（Ｘよ、Ｘ、
）が、観測面６上に配置された像位置検出用の光感素子
Ｐ工、Ｐ２により検出される。
）が、観測面６上に配置された像位置検出用の光感素子
Ｐ工、Ｐ２により検出される。
輝点下０．Ｔ２の位置は次式で与えられる。
また、検体表面の平均傾斜（Δ２／ΔＲ）は、次式で与
えられる。
えられる。
（実施例）
第１図によって説明された距離検出器は被測定対象物面
の２点のみの距離を検出する２次元的な距離検出器の実
施例であるが、３点以上の距離を検出する３次元的なも
のに拡張することができる。
の２点のみの距離を検出する２次元的な距離検出器の実
施例であるが、３点以上の距離を検出する３次元的なも
のに拡張することができる。
この場合第１図を、光軸４ｔ−含む平面に関する断面図
と考えることもできる。また、光軸に対称な面としても
傾々のものを考えることができる。代表的なものとして
は四角錐面、円筒面あるいは円錐面などがある。ａ目−
ソト等に用いられる場合等方向性の検出性能を有するこ
とが囁ましく、この場合対称な面を円筒面あるいは円錐
面にすることが好ましい。以下、光軸に対称な面が円筒
面あるいは円錐面である３次元的な不発明の距離検出器
について説明する。４２図は本発明の別の実施例の斜視
図である。レーデダイオード２１から絞出されたレーデ
光“２２は、円錐レンズ２３によって円錐面状の光ビー
ム２２′ に変形される。この光ビーム２２′ は被
測定物体５０面上に投射され光像が形成される。この光
像は観測レンズＬにより観測面６上へ投影され像１が形
成され、この像１０位置が観測面６上に配置された像位
置検出用光感素子Ｐ３によって検出されるように構成さ
れている。この像位置検出用光感素子Ｐ３は、各角度に
おいて観測面上における像１０半径方向位置ｒを検出す
るような構成とされる。角度方向θについては連続的に
検出できることが好ましいが、実際にはＣＯＤ等の１次
元の像位置検出光感素子を複数個第２図に示すように等
角度間隔で配置した構造とするのが実際的である。被測
定対象物体３上の光像を形成する輝点Ｔ３の位置＜２＜
θ）、Ｒ（す）は、この輝点Ｔ３に対応する観測面６上
の輝点１３の位置をｒ（θ）とすると次式で与えられる
。
と考えることもできる。また、光軸に対称な面としても
傾々のものを考えることができる。代表的なものとして
は四角錐面、円筒面あるいは円錐面などがある。ａ目−
ソト等に用いられる場合等方向性の検出性能を有するこ
とが囁ましく、この場合対称な面を円筒面あるいは円錐
面にすることが好ましい。以下、光軸に対称な面が円筒
面あるいは円錐面である３次元的な不発明の距離検出器
について説明する。４２図は本発明の別の実施例の斜視
図である。レーデダイオード２１から絞出されたレーデ
光“２２は、円錐レンズ２３によって円錐面状の光ビー
ム２２′ に変形される。この光ビーム２２′ は被
測定物体５０面上に投射され光像が形成される。この光
像は観測レンズＬにより観測面６上へ投影され像１が形
成され、この像１０位置が観測面６上に配置された像位
置検出用光感素子Ｐ３によって検出されるように構成さ
れている。この像位置検出用光感素子Ｐ３は、各角度に
おいて観測面上における像１０半径方向位置ｒを検出す
るような構成とされる。角度方向θについては連続的に
検出できることが好ましいが、実際にはＣＯＤ等の１次
元の像位置検出光感素子を複数個第２図に示すように等
角度間隔で配置した構造とするのが実際的である。被測
定対象物体３上の光像を形成する輝点Ｔ３の位置＜２＜
θ）、Ｒ（す）は、この輝点Ｔ３に対応する観測面６上
の輝点１３の位置をｒ（θ）とすると次式で与えられる
。
２（θ）の最大方向あるいは最小方向を検出することＫ
よシ、被測定対象１体面の最大傾斜方向の検出なども可
能となり、ロボット倣い制御などにはきわめて好都合で
ある。（４）式から得られる被測定対象切体面上の輝点
の位置は、通常レンズや光学系の歪、各素子の配置誤差
などにより、多少すれた値となる。このため、実際上は
、（４）式を用いるのではなく予めレンズや光学系の歪
などを含めた距離検出特性を、Ｗｉｔ！ｌしておき、各
半径位置に対する正確な距離を、表に格納しておくこと
によシ、より正確な距離検出が可能となる。この場合、
光学系および電気系を含んだ総合的な歪誤差のうちで再
現性のあるものは、総合的に蒲正されることになるも第
一図に示された実施例においては、円錐状ビーム２２′
がｄ ｔＲレン、ｅＬの環状スリット２４を通じて
投射されてしごるが、光ビームの投射方法に社、これ以
外にも様々な方法が可能である。例えば第３図に示すよ
うに、円錐し／ズ２３によって光ビーム２２が一旦一点
に収束されるクロスオーバ一点Ｃが観測レンズＬの集魚
位置Ｆに一致するように光学部品を配置すると、実線の
ように円筒面状（α＝Ｏ）の光ビームを投射することが
できるが、このクロスオーバ一点（Ｃ） を集魚位置Ｆ
よシ近くしたシ、遠ざけたりすることにより、光ビーム
２２′の形状を点線で示されるように末広がシの円錐面
（α〉０）あるいは一点鎖線で示されるように収束する
円錐面（α＜０＞に変えることができる。また、円錐レ
ンズの代りに、角錐レンズを使用することによシ光ビー
ム２２′を角柱面状あるいは角錐面状の形態にすること
もできる。
よシ、被測定対象１体面の最大傾斜方向の検出なども可
能となり、ロボット倣い制御などにはきわめて好都合で
ある。（４）式から得られる被測定対象切体面上の輝点
の位置は、通常レンズや光学系の歪、各素子の配置誤差
などにより、多少すれた値となる。このため、実際上は
、（４）式を用いるのではなく予めレンズや光学系の歪
などを含めた距離検出特性を、Ｗｉｔ！ｌしておき、各
半径位置に対する正確な距離を、表に格納しておくこと
によシ、より正確な距離検出が可能となる。この場合、
光学系および電気系を含んだ総合的な歪誤差のうちで再
現性のあるものは、総合的に蒲正されることになるも第
一図に示された実施例においては、円錐状ビーム２２′
がｄ ｔＲレン、ｅＬの環状スリット２４を通じて
投射されてしごるが、光ビームの投射方法に社、これ以
外にも様々な方法が可能である。例えば第３図に示すよ
うに、円錐し／ズ２３によって光ビーム２２が一旦一点
に収束されるクロスオーバ一点Ｃが観測レンズＬの集魚
位置Ｆに一致するように光学部品を配置すると、実線の
ように円筒面状（α＝Ｏ）の光ビームを投射することが
できるが、このクロスオーバ一点（Ｃ） を集魚位置Ｆ
よシ近くしたシ、遠ざけたりすることにより、光ビーム
２２′の形状を点線で示されるように末広がシの円錐面
（α〉０）あるいは一点鎖線で示されるように収束する
円錐面（α＜０＞に変えることができる。また、円錐レ
ンズの代りに、角錐レンズを使用することによシ光ビー
ム２２′を角柱面状あるいは角錐面状の形態にすること
もできる。
第５図は、観測レンズＬの周囲にリング状レンズ２５を
配置し、円錐レンズ２３で生成された円錐面状ビーム２
６をこのリング状し／ズ２５を通して所望の方向へ投射
するようにした場合である。
配置し、円錐レンズ２３で生成された円錐面状ビーム２
６をこのリング状し／ズ２５を通して所望の方向へ投射
するようにした場合である。
第２図から第≠図に示された実施例においては光ビーム
としては被測定対象１体面に環状の光像が形成されるも
のが使用されたが、第５図に示されるように複数個のレ
ーデダイオード２１．２１’を観測レン、ｅＬ周囲に配
置し、これによって細く絞られた線状の光ビーム２７を
ある特定角度方向に投射し、この投射された方向に対応
する観測面に像位置検出用光感素子Ｐ、を配置した構成
をとってもよい。
としては被測定対象１体面に環状の光像が形成されるも
のが使用されたが、第５図に示されるように複数個のレ
ーデダイオード２１．２１’を観測レン、ｅＬ周囲に配
置し、これによって細く絞られた線状の光ビーム２７を
ある特定角度方向に投射し、この投射された方向に対応
する観測面に像位置検出用光感素子Ｐ、を配置した構成
をとってもよい。
また、第６図に示されているように、光ビームの投射あ
るいは像の観測を牛透鏡２７を用し・て行ない、レーデ
ダイオード２１を観測面６と分離して配置することも可
能である。
るいは像の観測を牛透鏡２７を用し・て行ない、レーデ
ダイオード２１を観測面６と分離して配置することも可
能である。
なお、被測定対象物体面の相異なる箇所に光ビームが同
時に投射されるのではなく、第７図に示されるように、
７個のレーデダイオード２１と７個の光感素子Ｐ を光
軸４の回シに回転することによって全周をカバーするこ
とも可能である。本発明の特ｆｆｇＭ求の範囲にはこの
様な態様も含まれるものとする。
時に投射されるのではなく、第７図に示されるように、
７個のレーデダイオード２１と７個の光感素子Ｐ を光
軸４の回シに回転することによって全周をカバーするこ
とも可能である。本発明の特ｆｆｇＭ求の範囲にはこの
様な態様も含まれるものとする。
また、本発明においては光ビーム発生手段としてはレー
デダイオード以外の公知のものを使用することができる
。要は観測レンズの光軸に対して対称な面に沿った光ビ
ームを形成（同時的でなくてよい）することができるも
のであればよい。また、光検出器としてもＣＣＤやＰＳ
Ｄ（位置検出素子）等の光感素子以外の像の位置情報（
ピーク・位置や重心位置等）をとらえることができるも
のであればいかなるものをも使用できる。さらに、観測
レンズとしても図示されるような車検のものまたはｉＪ
！数枚のレンズが複合して構成されるものいずれのもの
を使用し得ることは言うまでもない。
デダイオード以外の公知のものを使用することができる
。要は観測レンズの光軸に対して対称な面に沿った光ビ
ームを形成（同時的でなくてよい）することができるも
のであればよい。また、光検出器としてもＣＣＤやＰＳ
Ｄ（位置検出素子）等の光感素子以外の像の位置情報（
ピーク・位置や重心位置等）をとらえることができるも
のであればいかなるものをも使用できる。さらに、観測
レンズとしても図示されるような車検のものまたはｉＪ
！数枚のレンズが複合して構成されるものいずれのもの
を使用し得ることは言うまでもない。
（発明の効果）
本発明の距離検出器は単体で被測定対象物までの距離と
被測定対象物体面の傾斜等の状態を検出でき、かつ小型
、軽量かつ高安定である。従って、０＆ツト用のセンサ
等として極めて有用である。
被測定対象物体面の傾斜等の状態を検出でき、かつ小型
、軽量かつ高安定である。従って、０＆ツト用のセンサ
等として極めて有用である。
第１図は本発明の実施例であり、２次元的な距離検出器
を示す平面図、 第２図は３次元的な本発明め実施例を示す斜視図、 第３図ないし第７図は本発明の別の実施例を示す平面図
である。 １．２１・・・レーザダイオード、 ２・・・光ビーム、 ３・・・パイプリズム、 ４・・・光 軸、 ５・・・被測定物体、 ６・・・観測面、 Ｐ・・・光感素子、 Ｌ・・・観測レンズ。 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 第３図 第４図 第７図 １ Ｇｉ ？ｆｆｉ″Ｅ ＊ （Ｒ＜ ） ６０．５．
２３昭和 年 月 日 特許庁長官 志 賀 学 ５ 適１、事件
の表示 昭和５９年特許願第２７８６８２号２、発
明の名称 距 離 検 出 器３、補正をする
者 事件との関係 出願人 名称 （６７９）理化学研究所 ４６代理人
を示す平面図、 第２図は３次元的な本発明め実施例を示す斜視図、 第３図ないし第７図は本発明の別の実施例を示す平面図
である。 １．２１・・・レーザダイオード、 ２・・・光ビーム、 ３・・・パイプリズム、 ４・・・光 軸、 ５・・・被測定物体、 ６・・・観測面、 Ｐ・・・光感素子、 Ｌ・・・観測レンズ。 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 第３図 第４図 第７図 １ Ｇｉ ？ｆｆｉ″Ｅ ＊ （Ｒ＜ ） ６０．５．
２３昭和 年 月 日 特許庁長官 志 賀 学 ５ 適１、事件
の表示 昭和５９年特許願第２７８６８２号２、発
明の名称 距 離 検 出 器３、補正をする
者 事件との関係 出願人 名称 （６７９）理化学研究所 ４６代理人
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 被測定対象物体面上に作られた光像を観測面上に投影す
る観測レンズ、 前記被測定対象物体面の相異なる箇所に、前記観測レン
ズの光軸に対して対称な面に沿って光ビームを投射して
、前記光像を形成する光ビーム発生手段、および 前記観測面上に配置され、この観測面上に投影された前
記光像の前記光軸からの距離を検出する光検出器をり備
えて成る距離検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27868284A JPS61155905A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 距離検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27868284A JPS61155905A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 距離検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61155905A true JPS61155905A (ja) | 1986-07-15 |
Family
ID=17600699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27868284A Pending JPS61155905A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 距離検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61155905A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62242810A (ja) * | 1986-04-15 | 1987-10-23 | Hamamatsu Photonics Kk | 傾斜センサ |
| JPS63255610A (ja) * | 1987-04-12 | 1988-10-21 | Hamamatsu Photonics Kk | 距離検出装置 |
| US4897536A (en) * | 1987-02-10 | 1990-01-30 | Okada Inc. | Optical axis displacement sensor with cylindrical lens means |
| JP2007278951A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Alpine Electronics Inc | 車体挙動測定装置 |
| JP2009092535A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Ono Sokki Co Ltd | 光学式変位計 |
| JP2013181758A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57189005A (en) * | 1981-05-18 | 1982-11-20 | Mitsubishi Electric Corp | Detector for angle of inclination of plane |
-
1984
- 1984-12-28 JP JP27868284A patent/JPS61155905A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57189005A (en) * | 1981-05-18 | 1982-11-20 | Mitsubishi Electric Corp | Detector for angle of inclination of plane |
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| JP2013181758A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
| US9619433B2 (en) | 2012-02-29 | 2017-04-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Normal-line detection method, normal-line detection device, and machine tool having normal-line detection function |
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