JPS63238509A - レ−ザ−測長器 - 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］ 本発明はレーザー光を用いて披ＪＦＪ足動までの距離を
非接触で測定するレーザー測長器に関する。

［従来の技術］ 被測定物までの距離を非接触で測定するための従来のレ
ーザー測長器を第１２図に示す。レーザー光源５１から
のレーザー光は照明レンズ５２により被測定物５３上に
集光される。被測定物５３からの反射レーザー光は結像
レンズ５４により光検出素子５５」二に結像される。光
検出素子５５は光電変換素子が横方向に並んでおり、結
像位置がわかるようになっている。被測定物５３が実線
で示す位置にあるときはその反射レーザー光による像は
光検出素子５５の中心点０に結像する。被測定物５３が
実線で示す位置からずれると、像の位置も中心点Ｏから
ずれる。光検出素子５５上の像のずれの距離ｇを測定す
れば被測定物５３のずれの距離ｍ、すなわち結像レンズ
５４から被測定物５３までの距離ｎを計算することがで
きる。

［発明が解決しようとする問題点］ このような従来のレーザー測長器では、Ｍｊ定定式式レ
ンズを介した三角７ｉＩＩＩ量方式なので、計算式にレ
ンズの補正を考慮する必要があり複雑になる。

このことは測定精度の低下を招くという問題があった。

また反射レーザー光による像が光検出素子からはみださ
ないためには被測定物は一定の範囲内になければならな
いという制限があった。さらに従来のレーザー測長器で
は、測定距離ｎに比べてレーザー測長器内の距離Ω、０
が極めて小さいため、測定距離ｎが大きくなると精度が
特に悪くなるという問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、非接触で
精度よく距離を測定することができるレーザー測長器を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、被測定物の測定点にレーザー光の所定の測
定用パターンを投射するレーザー光源部と、測定用パタ
ーンに基づいた受光パターンを有する受光面により被測
定物の測定点からの反射レーザー光を受光する受光部と
、受光部の受光パターンと反射レーザー光のパターンが
重なり合うか否かを検出する検出部とを有し、被測定物
までの距離が一定であることを検出する定距離測定部と
、被測定物又は定距離測定部をこれらの相対的距離が変
化するように移動させる駆動部と、被測定物又は定距離
測定部の基準点に対する位置を検出する位置検出部とを
備え、定距離測定部により被測定物までの距離が一定で
あることが検出されたときに位置検出部により検出され
た位置に基づいて、被測定物の基準点に対する距離を測
定することを特徴とするレーザ測長器によって達成され
る。

［作　用］ 本発明は以上のように構成されているので、受光部の受
光パターンと反射レーザー光のパターンが重なり合うか
否かにより定距離であることが検出され、定距離測定部
により被測定物までの距離が一定であることが検出され
たときに位置検出部により披測定賜または定距離測定部
の基準点に対する位置を検出し、この検出した位置に基
づいて被測定物の基準点に対する距離を測定する。

［実施例コ 本発明の一実施例によるレーザー測長器を第１図と第２
図に示す。第１図に示されているように台２上にブロッ
ク４を介してベッド６が置かれている。このベッド６は
レーザー測長器を支持する基盤をなすものである。ベッ
ド６上にはサドル８がＸ軸方向に移動可能に取付けられ
ている。このサドル８には垂直にコラム１０が設けられ
ている。

このコラム１０にはＺ軸方向に移動可能にサドル１２が
取付けられている。そしてこのサドル１２にはＸ軸方向
に移動可能な測定バー１４が取付けられている。測定バ
ー１４の先端にはレーザー測長器の主要部である定距離
測定部２０が取付けられている。

一方、ベッド６に隣接した台２上にブロック４を介して
定盤１６が設置されている。この定盤１６上には回転テ
ーブル１７を介して被測定物１８がａ置されている６披
測定物１８は横方向には移動できないが、回転テーブル
１７により回転可能である。

定距離測定部２０の詳細を第２図に示す。レーザー光源
２１からは被測定物１８に向かった光軸に１上にレーザ
ー光りが発せられる。このレーザー光りは、レンズ２３
の焦点の位置に置かれたセルフコックレンズ２２により
拡散される。この拡散されたレーザー光はレンズ２３に
より平行光線になる。この平行光線はレンズ２５により
集束され、このレンズ２５のほぼ焦点距離Ａだけ離れた
所にある彼／１１ＩＪ定物１８に照射される。この照射
されるレーザー光を所定形状に絞り、輪郭を明確にする
ために、レンズ２３とレンズ２５の間には所定形状のパ
ターンが形成されたパターンプレート２４が設けられて
いる。被測定物１８上にはパターンプレート２４上のパ
ターンが結像される。

パターンプレート２４は第３図（ａ）に示すように、透
明なプレート２４ａの片面に蒸着等の方法により遮光膜
２４ｂが形成されている。遮光膜２４ｂは第３図（ｂ）
に示すように円形の像が結像されるような形状をしてい
る。なお、パターンプレート２４を設ける代わりにレン
ズ２５の右側、すなわち平行光線側の面に第３図（ｃ）
に示すように遮光膜２５ａを形成してもよい。また、レ
ンズ２３の左側、すなわち平行光線側の面に同様な遮光
膜を形成してもよい。このようにすることにより、被測
定物１８上に直径がほぼ０．１ｍｍ程度の輪郭が明確な
円形像が結ばれる。したがって入射レーザー光像は極め
て解像度の高いパターンとなる。

被測定物１８からの反射レーザー光は光軸に２上に置か
れた光学フィルタ２７に入射し光学系２８により粗受光
部２９または精密受光部３０に結像される。光軸に１と
に２とは、光軸合わせがしやすくするため角度θをなし
ている。また光学系２８と被測定物１８の測定点とはほ
ぼ焦点距離Ｂだけ離れている。粗受光部２９は被測定物
１８がレンズ２５から焦点距ＨＡだけ離れているか否か
をおおまかに検出するものであり、精密受光部３０は被
測定物１８がレンズ２５から焦点距離Ａだけ離れている
か否かを粗受光部２９より精密に検出するものである。

粗受光部２９および精密受光部３０からの信号は検出部
３１に入力され、ここで披υ１定物１８とレンズ２５と
の距離が一定の距離Ａであるかどうかが検出される。

粗受光部２９は、第４図に示すようにパラボラ形状をし
ており、中央に精密受光部３０にレーザー光を通すため
の穴２９ａが形成されている。レーザー光は感光面上の
太陽電池２９ｂにより検出される。この太陽電池２９ｂ
はたとえば５つの絶縁線２９Ｃにより６つのドーナッツ
状領域に分割されている。どの領域の太陽電池２９ｂに
レーザー光が入射したかにより、焦点距離Ａを基準とし
て被／Ｉｌｊ足動１８がレンズ２５からどのくらい離れ
ているか否かを検出することができる。すなわち中心の
穴２９ａにより近いドーナッツ状領域により検出される
と、それだけ被測定物１８とレンズ２５の距離が焦点距
離Ａにより近いことがわかる。

なお、本実施例では粗受光部２９がパラボラ形状であっ
たが、他の形状たとえば円板形状でもよい。

また、光検出素子としては太陽電池以外の素子、たとえ
ば二次元′配列のフォトダイオードでもよい。

精密受光部３０は精密な検出を行うので、高感度の太陽
電池、二次元配列のフォトダイオード、−次元配列のフ
ォトダイオード、単体のフォトダイオード等の光検出素
子を用いることが望ましい。

精密受光部３０の感光面は、第５図に示すようにパター
ンプレート２４のパターンと相似形状のパターンとなる
ように光遮蔽膜３０ａを形成する。

すなわち光遮蔽膜３０ａの中央部分に円形の光透過部３
０ｂを形成する。この光透過部３０ｂの大きさは、レー
ザー光の像の大きさより少し大きめであることが望まし
い。なお被測定物１８からの反射レーザー光の像は一般
的にはだ円形であるため、光透過部３０ｂはだ円形でも
よい。

定距離測定部２０は被測定物１８に対してＸ軸方向に移
動される。この移動は駆動装置３４によりボールネジ３
２を回転させることによりなされる。定距離測定部２０
の位置はたとえばマグネスケールにより構成された位置
検出部３３により検出される。駆動制御部３５は位置検
出部３３からの位置信号に基づき駆動装置３４を駆動制
御する。

なお、ボールネジ３２、位置検出部３３、駆動装置３４
は図示の都合上、定距離測定部２０に直接結合するもの
として描かれているが、実際には第１図の測定バー１４
に結合されている。

演算部３６は駆動制御部３５および検出部３１からの信
号により、レンズ２５が被測定物１８から所定距離Ａに
なったときの絶対的位置に基づいて、被測定物１８の各
測定点の位置を演算する。

次に本実施例の動作を説明する。先ず被測定物１８を回
転テーブル１７上に設置し、測定すべき面が定距離測定
部２０の方向に向くような位置で固定する。次にサドル
８をベッド６上で移動してｙ軸上の位置を調整し、サド
ル１２をコラム１０上で移動してＺ軸上の位置を調整す
る。調整後に測定を開始する。

先ずレーザー光源２１からのレーザー光を被測定物１８
に照射し、その反射レーザー光を粗受光部２９および精
密受光部３０で受光する。粗受光部２９からの検出信号
があれば、その検出信号に基づいてＸ軸方向に測定バー
１４を移動する。レーザー光像が粗受光部２９の外側の
ドーナッツ状領域に入射すると、より内側のドーナッツ
状領域に入射するような方向に測定バー１４を移動する
。

たとえば第６図に示すように、被測定物１８がＰ′の位
置にあるとレーザー光像がＳＡ”の位置で反射するため
、その反射レーザー光像は光学系２８により光軸に２か
ら少しずれた位置ＳＢ−に結像する。最終的にレーザー
光像が粗受光部２つの中心の穴２９ａに入り、粗受光部
２つにより検出されなくなるまで、この粗受光部２９に
よる測定を続ける。

次にレーザー光像が粗受光部２９の中心の穴２９ａに入
ると、精密受光部３０による検出を開始する。最終的に
被測定物１８がＰの位置になるとレーザー光像がＳＡの
位置で反射し、その反射レーザー光像は精密受光部３０
上の光軸に２との交点の位置ＳＢに結像する。このとき
反射レーザー光像が真に光軸に２上にあると、被測定物
１８の測定点が正確にレンズ２５の焦点位置にあること
になるので、彼１１１１１定物１８と定距離測定部２０
とが定距離にあることが検出できる。

精密受光部３０は反射レーザー光像が真に光軸に２−ヒ
にあるか否かを次のようにして検出する。

レーザー光像が精密受光部３０上に結像するようになっ
た段階で、測定バー１４すなわち定距離測定部２０をＸ
軸方向にわずかに移動させると、第７図に示すようにレ
ーザー光像の位置がＱｌからＱ　２．　Ｑ　３．　Ｑ　
４．　Ｑ　５へと変化する。ここでレーザー光像の位置
がＱ３にあること、すなわちレーザー光像が精密受光部
３０の光遮蔽膜３０ａの光透過部３０ｂの中央に位置し
ていることは、反射レーザー光質が真に光軸に２上にあ
ることを意味している。したがってレーザー光像の位置
がＱ３になることを検出すればよい。

第７図に示すように定距離測定部２０の位置が変化して
、レーザー光像の位置がＱｌからＱ２゜Ｑ３．Ｑ４．Ｑ
５へと変化すると、精密受光部３０の出力信号は増巾さ
れて第８図（ａ）に示すように変化する。すなわちＱｌ
で出力信号が立上がりＱ２で最大値に達する。Ｑ２から
Ｑ３．Ｑ４までは最大値である。Ｑ４を過ぎると出力信
号は立ち下がりＱ５を経て零になる。第８図（ａ）に示
す出力信号を微分すると、第８図（ｂ）のようになる。

したがってこの微分波形からＱ２．Ｑ４が極めて正確に
求めることかできる。測定バー１４を移動させで精密受
光部３０の出力信号を増巾して微分し、Ｑ２．Ｑ４を検
出したときの測定バー１４の位置を位置検出部３３によ
り検出する。演算部３６は、このようにして得られたＱ
２　Ｑ４の位置を算術平均し、Ｑ３の位置を求める。

このように本実施例によれば反射レーザー光像が正確に
光軸上にあるか否かを検出することにより距離を測定し
ているので極めて正確である。またパターンプレート等
のレーザー光を絞るパターンを蒸着により形成している
ので、レーザー光像の輪郭がシャープであり測定精度が
高い。

さらに測定距離Ａはレンズ２５の焦点距離であるため、
レンズ２５を選択することにより自由に設定できる。し
たがって従来のものに比べて測定精度を低くすることな
く１１定距離を長くすることができる。

パターンプレート２４上の光遮蔽膜２４ｂのパターン形
状は第３図に示した単一円形形状に限らず、第９図に示
すような二重リング形状でもよい。

すなわちこのパターンは透過部分が中心の円形部分２４
ｃと周辺のリング部分２４ｄとで構成されている。第９
図のパターンを用いる場合、粗受光部２９における検出
は円形部分２４ｃとリング部分２４ｄを用いておこない
、精密受光部３０における検出は円形部分２４ｃのみを
用いておこなう。

粗受光部２９による検出では円形部分２４ｃとリング部
分２４ｄを用いるので、光量を多くすることができ、正
確にかつ迅速に測定できる。しかも精密受光部３０によ
る検出では小さい円形部分２４ｃのみを用いるので、精
密な測定が可能である。

精密受光部３０の検出部分の大きさは第７図に示すよう
にレーザー光像の大きさより大きくする必要はなく、ｉ
ｌＯ図に示すように逆に精密受光部３０の検出部分の大
きさをレーザー光像の大きさより小さくしてもよい。こ
の場合も、第１０図から明らかなようにレーザー光像の
位置のずれに応じて出力信号が立上がってその後立ち下
がるので、第７図の場合と同様にして、レーザー光像が
正確に中心に来たときの位置を知ることができる。

上記実施例では定距離測定部２０が測定バー１４に直接
取付けられていたが、第１１図に示すように計１定バー
１４に垂直方向の回転テーブル４０を取付け、定距離測
定部２０をプレート４１を介してこの回転テーブル４０
に取付けてもよい。

また測定バー１４に水平方向の回転テーブル４２を取付
け、回転テーブル４０をプレート４３を介してこの回転
テーブル４２に取付けてもよい。このようにすれば被測
定物１８に対する定距離測定部２０の角度の、ｉ整がで
きるので゛、いかなる形状の１１１１定物でも測定する
ことができる。

本発明は」―記実施例に限らず種々の変形が可能である
。たとえば上記実施例では駆動装置により測定バーを駆
動したが、手動で駆動してもよい。

また」−２実施例では被測定物を固定し定距離測定部側
を移動させて測定したが、移動は相対的になされればよ
く、被測定物の方を動かしても、定圧Ａｉ［走部と被測
定物を両方動かしてもよい。また上記実施例では光軸に
１をＸ軸に平行にしたが、光軸に１はどのような向きに
してもよい。たとえば光軸に１と光軸に２とを入替えて
、斜め上方からレーザー光を照射するようにしてもよい
。また光軸に１と光軸に２の角度θは測定可能であれば
いかなる角度でもよい。

また本発明によるレーザー測長器は、ＮＣ中ぐり盤タイ
プの計測器として用いることができ、またレイアウトマ
シーンのタッチセンサの代わりにも用いることができる
。また本発明のレーザー測長器は非接触でＭｊ定するの
で、表面の硬度や温度等にかかわりなく広い範囲の被測
定物を測定することができる。

［発明の効果］ 以」−の通り本発明によれば被測定物までの距離をレー
ザー光を用いて非接触で精度よく測定することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレーザー測長器を示す
図、第２図は同レーザー測長器の主要部を示す図、第３
図は同レーザー測長器のパターンプレートのパターンを
示す図、第４図は同レーザー１ｌｌｌｌｌ長器の粗受光
部を示す図、第５図は同レーザー測長器の精密受光部を
示す図、第６図、第７図、第８図は同レーザー測長器の
動作を示す図、第９図は同レーザー測長器のパターンプ
レートのパターンの変形例を示す図、第１０図は同レー
ザー測長器の変形例の動作を示す図、第１１図は同レー
ザー測長器の測定バー先端部の構成を示す図、第１２図
は従来のレーザー測長器を示す図である。 ２・・・台、４・・・ブロック、６・・・ベッド、８・
・・サドル、１０・・・コラム、１２・・・サドル、１
４・・・測定バー、１６・・・定盤、１７・・・回転テ
ーブル、１８・・・被測定物、２０・・・定距離測定部
、２１・・・レーザー光源、２２・・・セルフコックレ
ンズ、２３・・・レンズ、２４・・・パターンプレート
、２５・・・レンズ、２７・・・光学フィルタ、２８・
・・光学系、２９・・・粗受光部、３０・・・精密受光
部、３１・・・検出部、３２・・・ボールネジ、３３・
・・位置検出部。３４・・・駆動装置、３５・・・駆動
制御部、３６・・・演算部。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図 （α） 第４図　　“。 第６図 （ａ）　　　　　　　　（ｂ） 第７図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物上の測定点にレーザー光の所定の測定用パ
   ターンを投射するレーザー光源部と、前記測定用パター
   ンに基づいた受光パターンを有する受光面により前記被
   測定物の測定点からの反射レーザー光を受光する受光部
   と、前記反射レーザー光のパターンが前記受光部の受光
   パターンに重なり合うか否かを検出する検出部とを有し
   、前記被測定物までの距離が一定であることを検出する
   定距離測定部と、 前記被測定物又は前記定距離測定部をこれらの相対的距
   離が変化するように移動させる駆動部と、前記被測定物
   又は前記定距離測定部の基準点に対する位置を検出する
   位置検出部とを備え、前記定距離測定部により前記被測
   定物までの距離が一定であることが検出されたときに前
   記位置検出部により検出された位置に基づいて、前記被
   測定物の前記基準点に対する距離を測定することを特徴
   とするレーザ測長器。 ２、特許請求の範囲第１項記載のレーザー測長器におい
   て、前記定距離測定部の検出部は、前記受光部の受光パ
   ターンと前記反射レーザー光のパターンとがほぼ重なり
   合うか否かを検出する粗検出部と、前記受光部の受光パ
   ターンと前記反射レーザー光のパターンとが精密に重な
   り合うか否かを検出する精密検出部とを有し、前記粗検
   出部で検出した後に前記精密検出部で検出することを特
   徴とするレーザー測長器。