CN102062585A - 非接触式探头和测量机 - Google Patents

Abstract

本发明提供非接触式探头和测量机。测量机(1)具有以非接触的方式检测阶梯规的非接触式探头(2)。非接触式探头(2)包括射出光的发光元件(4)、接受自发光元件(4)射出的光的受光元件(5)和将到达受光元件(5)的光路遮挡起来的光学滤光片(6)。光学滤光片(6)具备透过频带和阻断频带，上述透过频带能够使自发光元件(4)射出的光透过，上述阻断频带用于阻断受光元件(5)具有灵敏度的光。

Description

非接触式探头和测量机

技术领域

本发明涉及非接触式探头和具有非接触式探头的测量机。

背景技术

以往，公知有非接触式探头和具有该非接触式探头的测量机，该非接触式探头包括用于射出光的发光元件和用于接受自发光元件射出的光的受光元件，并且该非接触式探头根据受光元件所接受到的光以非接触的方式检测对象物(例如参照文献1：日本特公平7-48044号公报)。

文献1所述的阶梯规(step gauge)的测量装置(测量机)具有检测部件(非接触式探头)，检测部件包括发光部(发光元件)和受光部(受光元件)。自发光部射出的光在被测量阶梯规(对象物)处被反射，反射光被受光部接受。然后，检测部件根据受光部所接受到的光来检测被测量阶梯规的位置。

图5是表示发光元件和受光元件的光谱特性的一例的图。另外，在图5中，以横轴表示波长，以纵轴表示强度和灵敏度。

在该种非接触式探头中，如图5所示，为了能够接受自发光元件射出的光，相对于发光元件的光谱强度特性S2(图5中的虚线)的光谱线宽而将受光元件的光谱灵敏度特性S1(图5中的实线)设计为足够宽。

图6是表示太阳光的光谱特性的图。另外，在图6中，以横轴表示波长，以纵轴表示强度。

这里，如图6所示，太阳光的光谱强度特性S3分布在宽范围内。

因而，在文献1所述的阶梯规的测量装置中，存在如下问题：由于受光部暴露于外部，因此太阳光等射入受光部而形成干扰，有时会误检测被测量阶梯规的位置。

针对该问题，可以考虑增强自发光元件射出的光的强度而提高相对于干扰因素的SN(Signal to Noise)比(信噪比)，从而防止发生误检测。

另外，也可以考虑增强受光元件的方向性来提高相对于干扰因素的SN比，从而防止发生误检测。

但是，在增强自发光元件射出的光的强度、增强受光元件的方向性方面，存在如下问题，即、有时需要改变非接触式探头以及测量机的构造或电气系统等的设计。并且，在增强自发光元件射出的光的强度时，存在发光元件的寿命变短的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供无需改变设计就能抑制太阳光等干扰因素的影响的非接触式探头和测量机。

本发明的非接触式探头包括用于射出光的发光元件和用于接受自上述发光元件射出的光的受光元件，该非接触式探头根据上述受光元件所接受到的光以非接触的方式检测对象物，其特征在于，该非接触式探头具有将到达上述受光元件的光路遮挡起来的光学滤光片，上述光学滤光片具备透过频带和阻断频带，上述透过频带能够使自上述发光元件射出的光透过，上述阻断频带用于阻断上述受光元件具有灵敏度的光。

采用上述结构，由于本发明的非接触式探头具有将到达受光元件的光路遮挡起来的光学滤光片，因此受光元件只能接受通过了光学滤光片的光。并且，光学滤光片具备透过频带和阻断频带，上述透过频带使自发光元件射出的光能够透过，上述阻断频带用于阻断受光元件具有感知灵敏度的光，因此能够抑制太阳光等射入受光元件。因而，本发明的非接触式探头无需改变设计就能抑制太阳光等干扰因素的影响。

在本发明中，优选上述光学滤光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射面和上述出射面与上述受光元件的光轴正交。

这里，自发光元件射出的光经由光学滤光片的入射面和出射面而射入受光元件。

采用本发明，在将光学滤光片配置在以使自发光元件射出的光能够沿受光元件的光轴射入受光元件的方式设计的非接触式探头中的情况下，由于光学滤光片的入射面和出射面与受光元件的光轴正交，因此无论光学滤光片的折射率是多少，射入光学滤光片的光均沿直线前进。因而，能够使自发光元件射出的光沿受光元件的光轴射入受光元件，因此本发明的非接触式探头无需改变设计就能抑制太阳光等干扰因素的影响。

在本发明中，优选上述光学滤光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射面和上述出射面相对于上述受光元件的光轴倾斜，在将上述受光元件的光轴与上述入射面的法线所成的角度设为i、将上述光学滤光片的折射率设为n、将自上述受光元件的光轴至上述受光元件能够接受光的范围的边界距离设为d的情况下，满足下述2个式子的关系地设计上述入射面与上述出射面的间隔t。

t＜d·cos(r)/sin(i-r)

r＝asin(sin(i)/n)

采用本发明，在将光学滤光片配置在以使自发光元件射出的光能够沿受光元件的光轴射入受光元件的方式设计的非接触式探头中的情况下，由于光学滤光片的入射面和出射面相对于受光元件的光轴倾斜，因此射入光学滤光片的光与光学滤光片的折射率以及由受光元件的光轴和入射面的法线构成的角度相应地进行折射，该角度即是自发光元件射出的光相对于入射面入射的入射角。

另外，采用本发明，满足上述2个式子的关系地设计光学滤光片的入射面与出射面的间隔t。因而，能够使自发光元件射出的光射入到受光元件能够接受光的范围内，因此本发明的非接触式探头无需改变设计就能抑制太阳光等干扰因素的影响。

本发明的测量机的特征在于，该测量机具有上述非接触式探头，该测量机用于对上述非接触式探头所检测到的对象物进行测量。

采用上述结构，由于本发明的测量机具有上述非接触式探头，因此能够起到与上述非接触式探头相同的作用效果。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的测量机的非接触式探头的剖视示意图。

图2是表示上述实施方式的发光元件、受光元件和光学滤光片的光谱特性。

图3是表示本发明的第二实施方式的测量机的非接触式探头的剖视示意图。

图4是上述实施方式中的受光元件的附近区域的放大图。

图5是表示发光元件和受光元件的光谱特性的一例的图。

图6是表示太阳光的光谱特性的图。

具体实施方式

第一实施方式

下面，根据附图说明本发明的第一实施方式。

图1是表示本发明的第一实施方式的测量机1的非接触式探头2的剖视示意图。

如图1所示，测量机1具有用于以非接触的方式检测作为对象物的阶梯规(未图示)的非接触式探头2，该测量机1对非接触式探头2所检测到的阶梯规的端面的位置进行测量。另外，除了非接触式探头2之外，测量机1与文献1所述的阶梯规的测量装置具有相同的结构。

非接触式探头2包括探头主体3、发光元件4、受光元件5和光学滤光片6，上述发光元件4安装在探头主体3的一端(图1中的下方侧)，上述受光元件5安装在探头主体3的另一端(图1中的上方侧)。

探头主体3形成为长方体的长度方向两端向同一侧弯曲的形状，在两端的内侧面31、32中朝向外侧面地形成有孔31A、32A，孔31A用于配置发光元件4，孔32A用于配置受光元件5。

发光元件4用于射出光，且发光元件4的光轴(图1中的单点划线)与内侧面31正交。

受光元件5用于接受自发光元件4射出的光，且受光元件5的光轴(图1中的单点划线)与内侧面32正交。

另外，发光元件4的光轴与受光元件5的光轴彼此相交。

另外，图1是以包括发光元件4的光轴和受光元件5的光轴在内的平面剖切非接触式探头2后得到的剖视示意图。

光学滤光片6为矩形板状，其以封闭孔32A的方式安装在探头主体3的内侧面32上。

在阶梯规的端面位于发光元件4的光轴与受光元件5的光轴的交点的情况下，自发光元件4射出的光在阶梯规的端面被反射，经由光学滤光片6射入受光元件5。于是，非接触式探头2根据受光元件5所接受到的光以非接触的方式检测阶梯规的端面。

即、光学滤光片6以将到达受光元件5的光路遮挡起来的方式安装在探头主体3的内侧面32上。另外，光学滤光片6具有互相平行的入射面6A和出射面6B，且入射面6A和出射面6B均与受光元件5的光轴正交。

图2是表示发光元件4、受光元件5和光学滤光片6的光谱特性的图。另外，在图2中，以横轴表示波长，以纵轴表示强度和灵敏度。

如图2所示，为了能够接受自发光元件4射出的光，相对于发光元件4的光谱强度特性S2(图2中的虚线)的光谱线宽而将受光元件5的光谱灵敏度特性S1(图2中的实线)设计为足够宽。

另外，光学滤光片6的光谱特性S4(图2中的单点划线)包括透过频带A1和阻断频带A2，上述透过频带A1能够使自发光元件4射出的光透过，上述阻断带A2用于阻断受光元件5具有感知灵敏度的光。

另外，在本实施方式中，通过在作为母材的玻璃的基板上形成层叠氧化硅和氧化钛后的涂层来构成光学滤光片6。这里，可以在基板的两面或单面上形成涂层，作为涂层的材料，除了可以采用上述氧化硅和氧化钛之外，还可以采用氧化铝、氧化钽和氧化铌等其他电介质材料。另外，作为母材，除了可以采用上述的玻璃之外，还可以采用石英、萤石等结晶材料、塑料和透明陶瓷等。

采用上述那样的本实施方式，能够获得下述效果。

(1)测量机1具有非接触式探头2，非接触式探头2具有将到达受光元件5的光路遮挡起来的光学滤光片6，因此，受光元件5只能接受透过了光学滤光片6的光。并且，光学滤光片6具备透过频带A1和阻断频带A2，上述透过频带A1能够使自发光元件4射出的光透过，上述阻断频带A2用于阻断受光元件5具有感知灵敏度的光，从而，能够抑制太阳光等射入受光元件5。因此，非接触式探头2无需改变设计就能抑制太阳光等干扰因素的影响。

(2)由于光学滤光片6的入射面6A和出射面6B与受光元件5的光轴正交，因此无论光学滤光片6的折射率是多少，射入光学滤光片6的光均沿直线前进。因此，能够使自发光元件4射出的光沿受光元件5的光轴射入受光元件5，从而非接触式探头2无需改变设计就能抑制太阳光等干扰因素的影响。

第二实施方式

下面根据附图说明本发明的第二实施方式。另外，在下述说明中，对于已经提及的部分，标注相同的附图标记而省略说明。

图3是表示本发明的第二实施方式的测量机1A的非接触式探头2A的剖视示意图。

本实施方式与上述第一实施方式的不同点如下所述。即、在上述第一实施方式中，光学滤光片6的入射面6A和出射面6B与受光元件5的光轴正交。相对于此，在本实施方式中，如图3所示，光学滤光片6的入射面6A和出射面6B相对于受光元件5的光轴倾斜。

测量机1A具有非接触式探头2A，非接触式探头2A包括探头主体7、发光元件4、受光元件5和光学滤光片6，上述发光元件4安装在探头主体7的一端(图3中的下方侧)，上述受光元件5安装在探头主体7的另一端(图3中的上方侧)。

探头主体7为长方体状，在其内侧面71中以相对于内侧面71倾斜的方式朝向外侧面地形成有孔71A、71B，孔71A用于配置发光元件4，孔71B用于配置受光元件5。

发光元件4的光轴(图3中的单点划线)和受光元件5的光轴(图3中的单点划线)均相对于内侧面71倾斜，并且彼此相交。

另外，图3是以包括发光元件4的光轴和受光元件5的光轴在内的平面剖切非接触式探头2A后得到的剖视示意图。

光学滤光片6为矩形板状，其以封闭孔71B的方式安装在探头主体7的内侧面71上。

即、光学滤光片6以将到达受光元件5的光路遮挡起来的方式安装在探头主体7的内侧面71上。另外，光学滤光片6具有互相平行的入射面6A和出射面6B，且入射面6A和出射面6B相对于受光元件5的光轴倾斜。

图4是受光元件5的附近区域的放大图。

在将受光元件5的光轴和入射面6A的法线所成的角度、即相对于入射面6A射入的光的入射角设为i、将光学滤光片6的折射率设为n、将自受光元件5的光轴至受光元件5能够接受光的范围的边界的距离设为d的情况下，根据斯内尔定律且满足下述2个式子的关系地设计光学滤光片6的入射面6A与出射面6B的间隔t。另外，在本实施方式中，受光元件5能够接受光的范围是圆筒状的受光元件5的半径所涵盖的范围。另外，下述2个式子中的r是相对于入射面6A射入的光的折射角。

t＜d·cos(r)/sin(i-r)

r＝asin(sin(i)/n)

这里，在本实施方式中，光学滤光片6的折射率n是由玻璃的基板的折射率和涂层的折射率构成的光学滤光片6的整体的折射率。另外，例如当采用的是通过将塑料薄膜粘贴在作为母材的玻璃的基板上而构成的光学滤光片时，与玻璃的基板的厚度相比，塑料薄膜的厚度非常薄，因此可以忽略塑料薄膜的折射率，将光学滤光片的折射率视作是玻璃基板的折射率。

在上述那样的本实施方式中，同样能够起到与上述第一实施方式的(1)相同的作用、效果，此外还能起到下述作用、效果。

(3)满足上述2个式子的关系地设计光学滤光片6的入射面6A与出射面6B的间隔t。因此，能够使自发光元件4射出的光射入到发光元件5能够接受光的范围内，从而，非接触式探头2A无需改变设计就能抑制太阳光等干扰因素的影响。

实施方式的变形

另外，本发明并不限定于上述各实施方式，还包括在能够实现本发明的目的的范围内进行的变形、改良等。

例如，在上述各实施方式中，非接触式探头2、2A具有1组发光元件4和受光元件5，但非接触式探头2、2A也可以具有多组发光元件和受光元件。

在上述各实施方式中，光学滤光片6的入射面6A和出射面6B互相平行，但光学滤光片的入射面和出射面也可以不是互相平行的。

在上述各实施方式中，非接触式探头2、2A用在对检测到的阶梯规的端面位置进行测量的测量机1、1A中，但非接触式探头2、2A可以用在任意的测量机中，也可以用在机床等工业用机械中。

Claims (4)

1.一种非接触式探头，该探头包括射出光的发光元件和接受自上述发光元件射出的光的受光元件，该非接触式探头根据上述受光元件所接受到的光以非接触的方式检测对象物，其特征在于，

该探头具有将到达上述受光元件的光路遮挡起来的光学滤光片；

上述光学滤光片具备透过频带和阻断频带，上述透过频带能够使自上述发光元件射出的光透过，上述阻断频带用于阻断上述受光元件具有灵敏度的光。

2.根据权利要求1所述的非接触式探头，其特征在于，

上述光学滤光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射面和上述出射面与上述受光元件的光轴正交。

3.根据权利要求1所述的非接触式探头，其特征在于，

上述光学滤光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射面和上述出射面相对于上述受光元件的光轴倾斜，

在将上述受光元件的光轴与上述入射面的法线所成的角度设为i、将上述光学滤光片的折射率设为n、将相对于入射面射入的光的折射角设为r、将自上述受光元件的光轴至上述受光元件能够接受光的范围的边界的距离设为d的情况下，满足下述2个式子的关系地设计上述入射面与上述出射面的间隔t，

t＜d·cos(r)/sin(i-r)

r＝asin(sin(i)/n)。

4.一种测量机，其特征在于，

该测量机具有权利要求1～3中任意一项所述的非接触式探头，

该测量机用于对上述非接触式探头所检测到的对象物进行测量。

Images