JPS627962B2 - - Google Patents

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JPS627962B2
JPS627962B2 JP54040047A JP4004779A JPS627962B2 JP S627962 B2 JPS627962 B2 JP S627962B2 JP 54040047 A JP54040047 A JP 54040047A JP 4004779 A JP4004779 A JP 4004779A JP S627962 B2 JPS627962 B2 JP S627962B2
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JP
Japan
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light
light emitting
emitting diode
output value
received
Prior art date
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Application number
JP54040047A
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Japanese (ja)
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JPS55131708A (en
Inventor
Katsue Kotari
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Kurashiki Spinning Co Ltd
Original Assignee
Kurashiki Spinning Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kurashiki Spinning Co Ltd filed Critical Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority to JP4004779A priority Critical patent/JPS55131708A/en
Publication of JPS55131708A publication Critical patent/JPS55131708A/en
Publication of JPS627962B2 publication Critical patent/JPS627962B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体の位置、特に直線的に長い物体
の先端位置や直線上を移動する物体の先端位置を
光電子的手法で自動的に検出する物体の位置測定
方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an object position measurement method that automatically detects the position of an object, particularly the tip position of a linearly long object or the tip position of an object moving on a straight line, using a photoelectronic method. .

従来、この種の測定方法として以下の2つが一
般に採用されている。
Conventionally, the following two methods have been generally employed as this type of measurement method.

(1) 物体を照明し、その反射光又は透過光を複数
個の光電変換素子で受光し、これを掃引して光
学像を取り出す方法(例えばイメージセンサ
ー)。
(1) A method of illuminating an object, receiving the reflected light or transmitted light with a plurality of photoelectric conversion elements, and extracting an optical image by sweeping the light (for example, an image sensor).

(2) 光源にレザー光を使用し、これを回転ミラー
又は振動ミラーによつてフライングスポツトと
して物体を照明掃引し、その投射光を複数個の
光電変換素子で受光して光学像を取り出す方
法。
(2) A method that uses laser light as a light source, uses a rotating mirror or vibrating mirror to sweep illumination of an object as a flying spot, and receives the projected light with multiple photoelectric conversion elements to extract an optical image.

ところが上記(1)の方法では、物体が直線的に長
いものである場合、一般に、物体からの反射光又
は透過光を光学レンズを通して縮小し、その縮小
像を複数個の光電変換素子で受光するようになつ
ているので、物体と光電変換素子の離隔寸法を比
較的長くとる必要があつて装置が大型化する不具
合がある上照明の一様性を得るためには技術的困
難性を伴い、さらには、各光電変換素子毎に出力
をとり出すようになつているためアナログマルチ
プレクサーを必要とする等の問題がある。
However, in the method (1) above, when the object is linearly long, the reflected light or transmitted light from the object is generally reduced through an optical lens, and the reduced image is received by multiple photoelectric conversion elements. Therefore, it is necessary to make the distance between the object and the photoelectric conversion element relatively long, which increases the size of the device, and it is also technically difficult to obtain uniform illumination. Since the output is taken out for each photoelectric conversion element, there are problems such as requiring an analog multiplexer.

また上記(2)の方法も、回転ミラーや振動ミラー
およびこれらの駆動手段を必要とするので、装置
が大型化する不具合がある上、長尺物体を対象と
する場合は、受光側にも工夫が必要で製作技術上
の問題が多い。
In addition, method (2) above also requires a rotating mirror, a vibrating mirror, and a means for driving them, which increases the size of the device.In addition, when dealing with long objects, the light receiving side also needs to be devised. is required, and there are many problems in production technology.

本発明は、従来技術の上記事情に鑑みてなした
もので、従来、長尺物体を測定するために必要と
された光学レンズや回転ミラー、振動ミラー、ア
ナログマルチプレクサー等の付属機器を伴わず、
したがつて安価でその上小型でしかも高い精度が
得られる新規な物体の位置測定方法を提供しよう
とするものであり、特に、例えばU字管やピトー
管などの液柱計の液面位置を測定する場合に好適
な物体の位置測定方法を提供しようとするもので
ある。
The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances of the prior art, and does not require accessory equipment such as optical lenses, rotating mirrors, vibrating mirrors, analog multiplexers, etc. that were conventionally required to measure long objects. ,
Therefore, the objective is to provide a new method for measuring the position of an object that is inexpensive, compact, and highly accurate, and is particularly useful for measuring the liquid level position of a liquid column meter such as a U-shaped tube or pitot tube. It is an object of the present invention to provide a method for measuring the position of an object that is suitable for measuring the position of an object.

本発明に係る物体の測定方法は、多数個の発光
ダイオードを一直線上に等間隔に配列してなる発
光ダイオードアレイと、多数個の光電変換素子を
一直線上に等間隔に配列してなり、かつ、発光ダ
イオードアレイに対して所定間隔隔てて平行に対
置されるとともに、各発光ダイオードの投射光を
当該発光ダイオードに対応する光電変換素子およ
びその近傍の光電変換素子で受光して、それらの
光電変換素子の合計受光量を出力するようにした
光電変換素子アレイと、上記両アレイ間に形成さ
れる被測定物体挿入空間を外部に対して遮光する
遮光手段とを備えた位置測定装置を用いて実施す
るものである。そして、先ず、予備作業として、
発光ダイオードを1箇づつ点灯させて、被測定物
体の中間部に光が投射された場合の第1受光出力
値と、被測定物体がない状態で投射された場合の
第2受光出力値と、被測定物体の先端に対応する
位置の発光ダイオードが発光した場合の第3受光
出力値と、被測定物体の先端から何れかの方向に
発光ダイオード間離隔寸法だけ寄つた基準位置に
対応する発光ダイオードが発光した場合の第4受
光出力値とを夫々基準値として予め算出する。次
いで、実際の測定時に、発光ダイオードを一定時
間間隔で定められたサンプリングタイム毎に、等
時間巾で一箇づつ一方から他方へ順次点灯させ
て、第1および第2の受光出力値を基準として各
発光ダイオードの発光に対応する第5受光出力値
が第1又は第2の受光出力値であるか否かを判別
し、この判別結果により、第5受光出力値が第1
又は第2の受光出力値でないと判別された場合
に、第5受光出力値が第3および第4の受光出力
値の中間値であるか否かを判別し、この判別結果
により、第5受光出力値が第3および第4の受光
出力値の中間値であると判別された場合に、第5
受光出力値に対応する発光ダイオードの位置と、
第3〜5受光出力値と、上記発光ダイオード間離
隔寸法とを基準として被測定物体の先端位置を算
出する。尚、上述の被測定物体の「中間部」と
は、「先端又は先端付近」に対する用語であつ
て、点灯される各発光ダイオードの発光角度(発
光ダイオードアレイの配列方向において)の全範
囲の光を受ける部分を意味する。
A method for measuring an object according to the present invention includes a light emitting diode array formed by arranging a large number of light emitting diodes at equal intervals on a straight line, a large number of photoelectric conversion elements arranged at equal intervals on a straight line, and , are arranged parallel to the light emitting diode array at a predetermined interval, and receive the projected light of each light emitting diode by a photoelectric conversion element corresponding to the light emitting diode and a photoelectric conversion element in the vicinity thereof, and perform photoelectric conversion thereof. This is carried out using a position measuring device equipped with a photoelectric conversion element array that outputs the total amount of light received by the elements, and a light shielding means that shields the measured object insertion space formed between both arrays from light from the outside. It is something to do. First, as a preliminary work,
A first received light output value when the light emitting diodes are turned on one by one and light is projected onto the middle part of the object to be measured, and a second received light output value when the light is projected without the object to be measured; The third light reception output value when the light emitting diode at the position corresponding to the tip of the object to be measured emits light, and the light emitting diode corresponding to the reference position that is closer to the distance between the light emitting diodes in either direction from the tip of the object to be measured. The fourth light reception output value when the light is emitted is calculated in advance as a reference value. Next, during actual measurement, the light emitting diodes are sequentially turned on from one side to the other over an equal time period at sampling times determined at fixed time intervals, and the first and second received light output values are used as a reference. It is determined whether the fifth received light output value corresponding to the light emission of each light emitting diode is the first or second received light output value, and based on this determination result, the fifth received light output value is the first received light output value.
Or, if it is determined that it is not the second received light output value, it is determined whether the fifth received light output value is an intermediate value between the third and fourth received light output values, and based on this determination result, the fifth received light output value is When it is determined that the output value is an intermediate value between the third and fourth received light output values, the fifth
The position of the light emitting diode corresponding to the received light output value,
The tip position of the object to be measured is calculated based on the third to fifth received light output values and the distance between the light emitting diodes. The above-mentioned "middle part" of the object to be measured is a term for "the tip or the vicinity of the tip," and refers to the entire range of light emission angles (in the arrangement direction of the light emitting diode array) of each light emitting diode that is lit. It means the part that receives.

この方法では、各発光ダイオードの位置自体に
いわば物指の目盛としての役割を与えており、従
つて、この方法を実施するための装置では、両ア
レイ間に、従来用いられていた光学レンズや回転
ミラーや振動ミラーを介在させる必要がなく、そ
の間には被測定物体を位置させるに必要な最小ス
ペースを設ければよく、したがつて極めて小型に
かつ安価に製作することができるという利点があ
る。またこの装置は、市販の比較的安価な粗い密
度の発光ダイオードアレイを用いた場合であつて
も、マイクロコンピユータを利用することによ
り、隣接発光ダイオード間に位置する物体の先端
位置を、順次点灯する各発光ダイオードの位置並
びに該時の各合計受光量および予め設定した基準
値を基に演算することによつて非常に精度のよい
結果を得ることができる。
In this method, the position of each light emitting diode itself serves as a scale, so to speak. Therefore, in the device for implementing this method, the conventionally used optical lens or There is no need to interpose a rotating mirror or a vibrating mirror, and it is only necessary to provide the minimum space necessary to position the object to be measured between them, which has the advantage of being extremely compact and inexpensive to manufacture. . Furthermore, even when using a relatively inexpensive commercially available light emitting diode array with a coarse density, this device uses a microcomputer to sequentially light up the tips of objects located between adjacent light emitting diodes. Very accurate results can be obtained by calculating based on the position of each light emitting diode, the total amount of light received at that time, and a preset reference value.

本発明は、被測定物体の形状測定、あるいは、
それが直線的に移動する場合には、その移動速度
の測定に応用できるものである。
The present invention is applicable to shape measurement of an object to be measured, or
If it moves in a straight line, it can be applied to measure its moving speed.

以下に本発明を図示の実施例について具体的に
説明する。
The present invention will be specifically described below with reference to the illustrated embodiments.

第1図および第2図は、この測定方法に使用す
る装置の中央縦断面図および側面図を示し、第3
図はその電気回路図を示している。第1,2図に
示すように、この装置では、長尺かつ断面コの字
状のチヤンネル型遮光板1,2を所定間隔隔てて
平行に対置させ、その間に被測定物体を位置させ
る空間3を形成している。そして一方の遮光板1
の上面1aに、発光ダイオードl1〜l8を等間隔P
で一列に配列してなる発光ダイオードアレイユニ
ツト4−,4−………4−を長手方向一直
線上に密に配列している。尚、隣接する発光ダイ
オードアレイユニツト間の発光ダイオードl1とl8
の間隔もPとしている。また、他方の遮光板2の
下面2aには、光電変換素子、例えばホトトラン
ジスタ又はホトダイオードm1〜m8を等間隔Pで
一列に配列してなる光電変換素子アレイユニツト
5−,5−………5−を長手方向一直線上
に密に配列し、各光電変換素子m1〜m8を各発光
ダイオードl1〜l8に一対一対応で対応させてい
る。説明の都合上、上記各発光ダイオードに図中
左から右に向かつて順次通し番号L1,L2,L3
……Li−,Li,Li+…………L64の符号を付
することにする。
Figures 1 and 2 show a central longitudinal sectional view and a side view of the device used in this measurement method;
The figure shows its electrical circuit diagram. As shown in FIGS. 1 and 2, in this device, long channel-type light shielding plates 1 and 2 having a U-shaped cross section are placed in parallel with each other at a predetermined interval, and a space 3 in which an object to be measured is placed between them. is formed. And one light shielding plate 1
Light emitting diodes l 1 to l 8 are arranged at equal intervals P on the upper surface 1a of
The light emitting diode array units 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4-, 4- 4-, 4-, 4-, 4--, 4-, 4--, 4-, the light-emitting diode array units 4-, 4-, 4-, 4- are densely arranged in a straight line in the longitudinal direction. Note that the light emitting diodes l1 and l8 between adjacent light emitting diode array units
The interval between is also set to P. Further, on the lower surface 2a of the other light shielding plate 2, there are photoelectric conversion element array units 5-, 5-, . ...5- are arranged densely on a straight line in the longitudinal direction, and each photoelectric conversion element m 1 to m 8 is made to correspond to each light emitting diode l 1 to l 8 in a one-to-one correspondence. For convenience of explanation, each of the above light emitting diodes is sequentially numbered L 1 , L 2 , L 3 , etc. from left to right in the figure.
……Li− 1 , Li, Li+ 1 ……L 64 will be given.

第3図について電気回路を説明すれば、6はマ
イクロコンピユータ、7,8,9,10,11は
夫々、マイクロコンピユータ6の中央処理装置、
記憶装置、コントロールパネル、バスライン、発
光ダイオード掃引用出力レジスターである。この
発光ダイオード掃引用出力レジスター11は、マ
イクロコンピユータ6の中央処理装置7からのデ
ジタル信号を受けて、発光ダイオードアレイユニ
ツト4−〜4−の何れか一つを順次選択する
信号をドライバー12に与える一方、各発光ダイ
オードアレイユニツト4−〜4−内での発光
する発光ダイオードl1〜l8の桁を順次選択する信
号をドライバー13に与えるものである。第1,
2図について先に説明した各発光ダイオードアレ
イユニツト4−〜4−の発光ダイオードl1
l8のアノードa,a………は上記ドライバー13
の各出力端子13−,13−………13−
に接続される一方、そのカソードb,b………は
共通に接続される。そしてこの共通点は夫々上記
ドライバー12の発光ダイオードアレイユニツト
を選択する出力端子12−〜12−に接続さ
れる。
To explain the electric circuit with reference to FIG. 3, 6 is a microcomputer, 7, 8, 9, 10, and 11 are the central processing unit of the microcomputer 6, respectively.
These are a storage device, a control panel, a bus line, and an output register for sweeping the light emitting diode. This light emitting diode sweep output register 11 receives a digital signal from the central processing unit 7 of the microcomputer 6 and provides a signal to the driver 12 to sequentially select any one of the light emitting diode array units 4- to 4-. On the other hand, a signal is given to the driver 13 to sequentially select the digits of light emitting diodes l1 to l8 in each light emitting diode array unit 4- to 4-. 1st,
The light emitting diodes l 1 to 4 of each of the light emitting diode array units 4- to 4- described above with respect to FIG.
l 8 anodes a, a...... are the above driver 13
Each output terminal 13-, 13-......13-
while its cathodes b, b, . . . are connected in common. These common points are connected to output terminals 12- to 12- for selecting the light emitting diode array units of the driver 12, respectively.

一方、各光電変換素子ユニツト5−〜5−
の各光電変換素子m1〜m8のコレクターは一括し
て電源Vccに接続される一方、エミツターも一括
して電流電圧変換器14に接続され、また、該電
流電圧変換器14の出力端子はA/D変換器15
に接続されている。A/D変換器15の出力端子
はマイクロコンピユータ6に接続されている。
On the other hand, each photoelectric conversion element unit 5- to 5-
The collectors of each of the photoelectric conversion elements m 1 to m 8 are collectively connected to the power supply Vcc, while the emitters are also collectively connected to the current-voltage converter 14, and the output terminal of the current-voltage converter 14 is A/D converter 15
It is connected to the. The output terminal of the A/D converter 15 is connected to the microcomputer 6.

上記構成における操作要領は次の如くである。
すなわち、マイクロコンピユータの中央処理装置
7からは、予め記憶装置8に記憶されたプログラ
ムに従つて、第1,3図中左から右へ発光ダイオ
ードL1,L2………Li………L64を一定時間のサン
プリングタイムごとに順次掃引点灯させていく信
号が出力される。各発光ダイオードL1,L2……
…Li………L64より投射された光は、対応する1
つの光電変換素子並びにその近傍の光電変換素子
により受光され、各発光ダイオードL1,L2……
…Li………L64の発光の都度受光量に対応した全
加算電流が出力されて、電流電圧変換器14によ
り逐次電圧に変換され、該電圧がA/D変換器1
5でデジタル信号に変換され、該デジタル信号が
マイクロコンピユータ6で処理される。
The operation procedure for the above configuration is as follows.
That is, from the central processing unit 7 of the microcomputer, light emitting diodes L 1 , L 2 ......Li......L are sent from left to right in FIGS. A signal is output that sequentially sweeps 64 on at every fixed sampling time. Each light emitting diode L 1 , L 2 ...
...Li......The light projected from L 64 is the corresponding 1
The light is received by one photoelectric conversion element and the nearby photoelectric conversion elements, and each light emitting diode L 1 , L 2 ...
Every time L 64 emits light, a total summation current corresponding to the amount of received light is output, which is sequentially converted into a voltage by the current-voltage converter 14, and the voltage is sent to the A/D converter 1.
5, the digital signal is converted into a digital signal, and the digital signal is processed by a microcomputer 6.

今、第4図に示すように、透明ガラス管16を
第1図に示した測定装置の遮光空間3内に位置せ
しめ、該透明ガラス管16内に封入された水17
(被測定物体)の先端位置、詳しくは、水17の
椀状先端部における中央底位置Bを測定する場合
の実施例について説明する。
Now, as shown in FIG. 4, the transparent glass tube 16 is positioned in the light-shielding space 3 of the measuring device shown in FIG.
An example will be described in which the position of the tip of an object to be measured, specifically, the center bottom position B of the bowl-shaped tip of water 17 is measured.

本発明者等は、第4図に示した装置を用いて以
下の実験を行なつた。
The present inventors conducted the following experiment using the apparatus shown in FIG.

実施例 任意の1つの発光ダイオードLiを点灯して透明
ガラス管内の水面位置をゆつくり連続的に移動さ
せ、光電変換素子アレイより連続的に受光出力を
取り出し、各受光出力値をプロツトした。その結
果、第5図に示すとおりであつた。
Example An arbitrary light emitting diode Li was turned on, the water surface position in the transparent glass tube was slowly and continuously moved, and the light reception output was continuously taken out from the photoelectric conversion element array, and each light reception output value was plotted. The results were as shown in FIG.

第5図は、(1)受光出力IAで一定する空気部
S3、(2)受光出力IWで一定する水部(被測定物体
の中間部)S1、(3)受光出力がV字型となり最小受
光出力がIMINである水面付近(被測定物体の先
端付近)S2の三つの領域があることを示してい
る。
Figure 5 shows (1) an air region that is constant at the received light output I A ;
S 3 , (2) Water area where the received light output is constant I W (middle part of the object to be measured) S 1 , (3) Near the water surface where the received light output is V-shaped and the minimum received light output is I MIN (the object to be measured) It shows that there are three regions of S2 (near the tip of ).

これらの三つの領域ができるのは、次の原因に
よるものである。すなわち、(1)空気部S3に光を投
射した場合は、光がガラス面で屈折、反射、散乱
して受光出力が低く、(2)水部S1に光を投射した場
合は、水とガラスの屈折率が略等しいことから、
水部が円筒レンズのようになり、光が集光され、
ガラス管のみあるいはガラス管がない場合よりも
出力が大きくなり、(3)水面付近S2に光を投射した
場合は、水面の椀状先端部で全反射が起き、発光
ダイオードLiが水面の底部B(被測定物体の先
端)に位置するときに受光出力は最小IMINとな
り、この位置から離れていくと、発光ダイオード
の発光角度特性、光電変換素子の受光角度特性か
ら略直線的傾斜をもつて水部S1の受光出力IW
空気部S3の受光出力IAに達する。そして、水面
付近のV字型を呈する部分の横軸寸法は発光ダイ
オードアレイにおける発光ダイオードの離隔寸法
Pの1.5倍以上になり、特に水部S1側の直線の傾
斜部は1×P以上で変化量も大きい。水面の底部
Bの位置を水面位置として検出することは、再現
性、精度から非常に好都合である。
The formation of these three areas is due to the following causes. In other words, (1) when light is projected onto the air section S3 , the light is refracted, reflected, and scattered by the glass surface, resulting in a low light receiving output; (2) when light is projected onto the water section S1 , the light is Since the refractive index of glass is almost equal to
The water part becomes like a cylindrical lens, and light is focused,
The output is larger than when there is only a glass tube or no glass tube. (3) When light is projected near the water surface S 2 , total reflection occurs at the bowl-shaped tip of the water surface, and the light emitting diode Li is reflected at the bottom of the water surface. When located at point B (the tip of the object to be measured), the received light output becomes the minimum I MIN , and as it moves away from this position, it has a nearly linear slope due to the light emission angle characteristics of the light emitting diode and the light reception angle characteristics of the photoelectric conversion element. The light receiving output I W of the water section S 1 ,
The light receiving output I A of the air section S 3 is reached. The horizontal axis dimension of the V-shaped part near the water surface is more than 1.5 times the separation dimension P of the light emitting diodes in the light emitting diode array, and especially the straight slope part on the water part S1 side is more than 1×P. The amount of change is also large. Detecting the position of the bottom B of the water surface as the water surface position is very convenient in terms of reproducibility and accuracy.

本発明者等は上記実験結果に基づき、透明ガラ
ス管内の水面位置を本発明装置を用いて以下の方
法で正確に測定することに成功した。
Based on the above experimental results, the present inventors succeeded in accurately measuring the water surface position in a transparent glass tube using the apparatus of the present invention by the following method.

上記実施例で示したように、光電変換素子アレ
イの受光出力値IWとIAとIMINを予め求める
外、水面付近の部分S2における最小受光出力値I
MINから第5図中左方向へ発光ダイオードの離隔
寸法Pだけ隔つた箇所BPにおける受光出力値IP
を予め求めておく。
As shown in the above embodiment, in addition to obtaining the light receiving output values I W , I A , and I MIN of the photoelectric conversion element array in advance, the minimum light receiving output value I in the portion S 2 near the water surface
The received light output value I P at a point B P separated from MIN by the distance P of the light emitting diode toward the left in Fig. 5
Find in advance.

今、実際に水面位置を測定する場合について説
明すると、先ず初めに、水面状態を知るために、
サンプリングタイムごとに、発光ダイオードアレ
イの初端の発光ダイオードL1からL2,L3………
Li………L64と順番に一定時間づつ点灯してゆ
き、その都度、光電変換素子アレイ5の受光出力
値をデジタル化した信号をマイクロコンピユータ
6の記憶装置8で読み取るとともに、各受光出力
値Iiについて、それが水部の領域S1に属するか
(=IW)、水面付近の領域S2に属するか(IW>Ii
>IMIN)を判別し、さらに水面付近の領域S2
入つたときは、最小受光出力値IMINと受光出力
値IPの間り入つたか(IP>Ii>IMIN)を判別
する。受光出力値Iiこの区間に入れば、受光出力
値Iiに対応する発光ダイオードLiと水面との離隔
寸法は次式(1)より算出することができるの
で、 =Ii−IMIN/I−IMIN・P……
………(1) 水面位置Bは次式(2)で求めることができる。
Now, to explain the case of actually measuring the water surface position, first of all, in order to know the water surface condition,
At each sampling time, the light emitting diodes at the beginning of the light emitting diode array L 1 to L 2 , L 3 ......
Li......L 64 are turned on in order for a certain period of time, and each time, a signal obtained by digitizing the light reception output value of the photoelectric conversion element array 5 is read by the storage device 8 of the microcomputer 6, and each light reception output value is Regarding Ii, whether it belongs to the water region S 1 (=I W ) or the region S 2 near the water surface (I W > Ii
> I MIN ), and when it enters the area S 2 near the water surface, it determines whether it is between the minimum received light output value I MIN and the received light output value I P ( IP > Ii > I MIN ). do. When the received light output value Ii enters this section, the distance between the light emitting diode Li corresponding to the received light output value Ii and the water surface can be calculated from the following formula (1), so = Ii - I MIN /I P - I MIN・P...
......(1) The water surface position B can be determined using the following equation (2).

B=i・P+Ii−IMIN/I−IMIN・P
………(2) 上記演算は、予め、プログラムとして(2)式をマ
イクロコンピユータ6の記憶装置8に記憶させて
おくことによつて、中央処理装置7で行う。
B=i・P+Ii−I MIN /I P −I MIN・P
(2) The above calculation is performed by the central processing unit 7 by storing equation (2) as a program in the storage device 8 of the microcomputer 6 in advance.

したがつて、この装置によれば、発光ダイオー
ドアレイの最小目盛、すなわち発光ダイオード間
の離隔寸法Pの数倍以上の読み取り精度で液面の
位置を検出できる。例えば市販の安価な1/10イン
チピツチの発光ダイオードアレイを用いても±1/
100インチすなわち±0.25mmまでの検出が可能で
ある。
Therefore, according to this device, the position of the liquid level can be detected with a reading accuracy that is several times higher than the minimum scale of the light emitting diode array, that is, the distance P between the light emitting diodes. For example, even if you use a commercially available inexpensive 1/10 inch pitch light emitting diode array, the
Detection of up to 100 inches or ±0.25 mm is possible.

尚、水面位置が移動し、その移動速度を知りた
い場合は、サンプリングタイム間隔の水面位置変
化量をサンプリングタイムの間隔時間で割る演算
を行なつて求めることができる。
If the water surface position moves and you want to know the speed of movement, you can find it by dividing the amount of change in the water surface position in the sampling time interval by the sampling time interval.

次に、第6図に示すように光を全く透さない長
尺物体20を第1図に示した測定装置の遮光空間
3内に位置せしめ、長尺物体20の先端位置を測
定する実施例について説明する。
Next, as shown in FIG. 6, a long object 20 that does not transmit any light is placed in the light-shielding space 3 of the measuring device shown in FIG. 1, and the tip position of the long object 20 is measured. I will explain about it.

本発明者等は、第6図に示した装置を用いて以
下の実験を行つたところ、前記した、水封入透明
ガラス管の場合とは異なる結果を得た。
The present inventors conducted the following experiment using the apparatus shown in FIG. 6, and obtained results different from those obtained in the case of the water-filled transparent glass tube described above.

実験例 任意の1つの発光ダイオードLiを点灯して長尺
物体20をゆつくり連続的に移動させ、光電変換
素子アレイ5より連続的に受光出力を取り出し、
各受光出力値をプロツトした。その結果は第7図
に示すとおりであつた。
Experimental example: Turn on any one light emitting diode Li, move the elongated object 20 slowly and continuously, and continuously extract the light reception output from the photoelectric conversion element array 5.
Each received light output value was plotted. The results were as shown in FIG.

第7図は、(1)受光出力IAで一定する空気部
S3、(2)受光出力ILで一定する物体部S1、(3)受光
出力がILからIAに直線状に順次変化する物体先
端部付近S2、の三つの領域があることを示してい
る。そして領域S2における横軸寸法は発光ダイオ
ードアレイ4における発光ダイオードの離隔寸法
Pの2倍以上になり、また、物体の先端Bが発光
ダイオードLiの真下に来たときの光電変換素子ア
レイ5の受光出力値Ibは(IA+IL)/2にな
り、さらに、第7図中B点より発光ダイオードの
離隔寸法Pだけ隔つた箇所BPにおける受光出力
値IPとなる。
Figure 7 shows (1) an air region that is constant at the received light output I A ;
There are three regions: S 3 , (2) object part S 1 where the received light output is constant at I L , and (3) near the object tip S 2 where the received light output changes linearly from I L to I A. It shows. The horizontal axis dimension in the region S2 is more than twice the separation dimension P of the light emitting diodes in the light emitting diode array 4, and the distance between the photoelectric conversion element array 5 when the tip B of the object is directly below the light emitting diodes Li. The light receiving output value Ib becomes (I A +I L )/2, and further becomes the light receiving output value I P at a point BP separated from point B in FIG. 7 by the distance P of the light emitting diode.

今、実際に物体の先端位置を測定する場合につ
いて説明すると、先ず始めに、サンプリングタイ
ムごとに、発光ダイオードアレイの初端の発光ダ
イオードL1からL2,L3………Li………L64と順番
に一定時間づつ点灯してゆき、その都度、光電変
換素子アレイの受光出力値をデジタル化した信号
をマイクロコンピユータ6の記憶装置8で読み取
るとともに、各受光出力値Iiについて、それが物
体部の領域S1に属するか(=IL)、物体先端部付
近の領域S2に属するか(IL<Ii<IA)を判別
し、さらに、領域S2の領域に入つたときは、受光
出力値IPとIbの間に入つたか(IP<Ii<Ib)を
判別する。受光出力値Iiがこの区間に入れば、寸
法は次式(3)より算出することができるので、 =Ii−Ib/I−Ib・P……………
(3) 物体の先端位置Bは次式で求めることができ
る。
Now, to explain the case of actually measuring the tip position of an object, first, at each sampling time, the light emitting diodes at the first end of the light emitting diode array are measured from L 1 to L 2 , L 3 ......Li......L 64 for a certain period of time, and each time, the memory device 8 of the microcomputer 6 reads the digital signal of the received light output value of the photoelectric conversion element array, and for each received light output value Ii, it is determined whether it is an object or not. It is determined whether the object belongs to the area S 1 near the tip of the object (=I L ) or to the area S 2 near the tip of the object (I L < Ii < I A ), and furthermore, when it enters the area S 2 , , it is determined whether the received light output value falls between I P and Ib (I P <Ii<Ib). If the received light output value Ii falls within this range, the dimensions can be calculated from the following formula (3), =Ii-Ib/I P -Ib・P......
(3) The tip position B of the object can be found using the following formula.

B=i・p+Ii+Ib/I−Ib・P………
(4) 尤も、上記実施例では、発光ダイオードの点灯
順番をL1からL64の方向に設定したが、その逆方
向としても被測定物体の先端位置の測定は可能で
ある。この場合は、各受光出力値L1は、先ず、
物体の領域S3に属するか領域S2に属するかの判別
がなされることは言うまでもない。
B=i・p+Ii+Ib/I P −Ib・P……
(4) Although in the above embodiment, the lighting order of the light emitting diodes is set in the direction from L 1 to L 64 , the tip position of the object to be measured can also be measured in the opposite direction. In this case, each received light output value L 1 is first
It goes without saying that it is determined whether the object belongs to region S3 or region S2 .

以上説明したように、本発明によれば、従来の
測定方法に必要とされた光学レンズ、回転ミラー
あるいは振動ミラーの如き器具を必要とせず、実
施するための装置は、基本的には、市販の比較的
ピツチの粗い発光ダイオードアレイユニツトや光
電変換素子アレイユニツトを夫々複数個直線状に
配列してなる構造であるから、構造が非常に簡単
で、その製作も非常に安価である。また、発光ダ
イオードアレイの各発光ダイオードの位置を被測
定物体の先端位置を示す目盛として用いるもので
あるから、その粗位置は、発光ダイオードとその
点灯時における光電変換素子アレイの受光出力と
の対応関係で、発光ダイオード位置を基準として
簡単に検出することができる上、光電変換素子ア
レイにおける受光は、発光ダイオードの発光角度
特性と光電変換素子の受光角度特性により1つの
発光ダイオードの点灯につき対応する位置の光電
変換素子およびその近傍の光電変換素子でなされ
るので、たとえ、被測定物体の先端位置が隣接す
る発光ダイオード間になつた場合であつても、予
め求めた基準値を用いて演算することにより非常
に精度よくその位置を求めることができる。
As explained above, according to the present invention, there is no need for instruments such as optical lenses, rotating mirrors, or vibrating mirrors required in conventional measuring methods, and the apparatus for carrying out the measurement is basically commercially available. Since the structure is formed by linearly arranging a plurality of light emitting diode array units and photoelectric conversion element array units each having a relatively coarse pitch, the structure is very simple and the manufacturing cost is also very low. In addition, since the position of each light emitting diode in the light emitting diode array is used as a scale to indicate the tip position of the object to be measured, its rough position corresponds to the light reception output of the photoelectric conversion element array when the light emitting diode is lit. Therefore, it can be easily detected based on the light emitting diode position, and the light received by the photoelectric conversion element array corresponds to the lighting of one light emitting diode depending on the light emission angle characteristics of the light emitting diode and the light reception angle characteristics of the photoelectric conversion element. Calculation is performed using the photoelectric conversion element at the position and the photoelectric conversion elements in its vicinity, so even if the tip position of the object to be measured is between adjacent light emitting diodes, the calculation is performed using a predetermined reference value. This allows the position to be determined with great precision.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の実施例を示すもので、第1図は
位置測定装置の中央縦断面図、第2図は第1図の
側面図、第3図は位置測定装置の電気回路図、第
4図は透明ガラス管内の水の水面位置を測定する
場合の第1図に対応する中央縦断面図、第5図は
第4図における水封入透明ガラス管と各発光ダイ
オードに対する光電変換素子アレイの受光出力を
対比的に示すグラフ、第6図は不透光物体の先端
位置を測定する場合の第1図に対応する中央縦断
面図、第7図は第6図における物体と各発光ダイ
オードに対する光電変換素子アレイの受光出力を
対比的に示すグラフである。 1,2……遮光板、3……空間、4……発光ダ
イオードアレイ(4−,4−………4−…
…発光ダイオードアレイユニツト、l1〜l8……各
発光ダイオード)、5……光電変換素子アレイ
(5−,5−………5−……光電変換素子
アレイユニツト、m1〜m8……各光電変換素子)、
6……マイクロコンピユータ、7……中央処理装
置、8……記憶装置、9……コントロールパネ
ル、10……バスライン、11……出力レジスタ
ー、12,13……ドライバー、14……電流電
圧変換器、15……A/D変換器、16……透明
ガラス管、17……水、20……長尺物体。
The drawings show an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a central vertical sectional view of the position measuring device, FIG. 2 is a side view of FIG. 1, FIG. 3 is an electric circuit diagram of the position measuring device, and FIG. The figure is a central vertical sectional view corresponding to Figure 1 when measuring the water surface position in a transparent glass tube, and Figure 5 is the light reception of the water-filled transparent glass tube and the photoelectric conversion element array for each light emitting diode in Figure 4. A graph showing the output in contrast. Figure 6 is a central vertical cross-sectional view corresponding to Figure 1 when measuring the tip position of an opaque object. Figure 7 is a graph showing the photovoltaic output for the object and each light emitting diode in Figure 6. It is a graph which shows the light reception output of a conversion element array comparatively. 1, 2... Light shielding plate, 3... Space, 4... Light emitting diode array (4-, 4-......4-...
...Light emitting diode array unit, l1 to l8 ...Each light emitting diode), 5...Photoelectric conversion element array (5-, 5-...5-...Photoelectric conversion element array unit, m1 to m8 ... ...Each photoelectric conversion element),
6...Microcomputer, 7...Central processing unit, 8...Storage device, 9...Control panel, 10...Bus line, 11...Output register, 12, 13...Driver, 14...Current voltage conversion container, 15...A/D converter, 16...transparent glass tube, 17...water, 20...long object.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 多数個の発光ダイオードを一直線上に等間隔
に配列してなる発光ダイオードアレイと、多数個
の光電変換素子を一直線上に等間隔に配列してな
り、かつ、発光ダイオードアレイに対して所定間
隔隔てて平行に対置されるとともに、各発光ダイ
オードの投射光を当該発光ダイオードに対応する
光電変換素子およびその近傍の光電変換素子で受
光して、それらの光電変換素子の合計受光量を出
力するようにした光電変換素子アレイと、上記両
アレイ間に形成される被測定物体挿入空間を外部
に対して遮光する遮光手段とを備えた位置測定装
置を用いて物体の位置を測定する方法であつて、
予備作業として、発光ダイオードを一箇づつ点灯
させて、被測定物体の中間部に光が投射された場
合の第1受光出力値と、被測定物体がない状態で
投射された場合の第2受光出力値と、被測定物体
の先端に対応する位置の発光ダイオードが発光し
た場合の第3受光出力値と、被測定物体の先端か
ら何れかの方向に発光ダイオード間離隔寸法だけ
寄つた基準位置に対応する発光ダイオードが発光
した場合の第4受光出力値とを夫々基準値として
予め算出しておき、測定時に、発光ダイオードを
一定時間間隔で定められたサンプリングタイム毎
に、等時間巾で一箇づつ一方から他方へ順次点灯
させて、第1および第2の受光出力値を基準とし
て各発光ダイオードの発光に対応する第5受光出
力値が第1又は第2の受光出力値であるか否かを
判別し、この判別結果により、第5受光出力値が
第1又は第2の受光出力値でないと判別された場
合に、第5受光出力値が第3および第4の受光出
力値の中間値であるか否かを判別し、この判別結
果により、第5受光出力値が第3および第4の受
光出力値の中間値であると判別された場合に、第
5受光出力値に対応する発光ダイオードの位置
と、第3〜5受光出力値と、上記発光ダイオード
間離隔寸法とを基準として被測定物体の先端位置
を算出することを特徴とする物体の位置測定方
法。
1. A light emitting diode array consisting of a large number of light emitting diodes arranged at equal intervals on a straight line, and a large number of photoelectric conversion elements arranged at equal intervals on a straight line, and at a predetermined interval with respect to the light emitting diode array. The light emitting diodes are arranged in parallel with each other, and the light emitted from each light emitting diode is received by a photoelectric conversion element corresponding to the light emitting diode and a photoelectric conversion element in the vicinity thereof, and the total amount of light received by those photoelectric conversion elements is output. A method for measuring the position of an object using a position measuring device comprising a photoelectric conversion element array having a photoelectric conversion element array and a light shielding means for shielding a space for inserting the object to be measured formed between the two arrays from light from the outside. ,
As a preliminary work, we turned on the light emitting diodes one by one and measured the first light reception output value when the light was projected onto the middle part of the object to be measured, and the second light reception value when the light was projected without the object to be measured. The output value, the third light reception output value when the light emitting diode at the position corresponding to the tip of the object to be measured emits light, and the reference position that is closer to the distance between the light emitting diodes in either direction from the tip of the object to be measured. The fourth light reception output value when the corresponding light emitting diode emits light is calculated in advance as a reference value, and during measurement, the light emitting diode is measured once at an equal time interval at each sampling time determined at a certain time interval. Turn on the light from one side to the other one after another, and check whether the fifth light reception output value corresponding to the light emission of each light emitting diode is the first or second light reception output value based on the first and second light reception output values. and if it is determined that the fifth received light output value is not the first or second received light output value based on this determination result, the fifth received light output value is the intermediate value of the third and fourth received light output values. If it is determined from this determination result that the fifth received light output value is an intermediate value between the third and fourth received light output values, the light emission corresponding to the fifth received light output value is determined. A method for measuring the position of an object, characterized in that the position of the tip of the object to be measured is calculated based on the position of the diode, the third to fifth received light output values, and the distance between the light emitting diodes.
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