CN108571926B - 光学测量装置以及光学测量装置用适配器 - Google Patents

光学测量装置以及光学测量装置用适配器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学测量装置以及光学测量装置用适配器，用于在传感器头与控制器分离的光学测量装置中，方便地管理校准数据。光学测量装置包括：控制器，包含投光部、受光部及控制部；头部，包含光学系统与缆线；以及适配器，可电性或光学连接于头部的缆线及控制器地构成，且可装卸于缆线及控制器地构成。适配器包含ROM，所述ROM存储有用于对头部的测量值进行修正的校准数据。

Description

光学测量装置以及光学测量装置用适配器
技术领域
本发明涉及一种光学测量装置以及光学测量装置用适配器(adapter)。
背景技术
已知有一种光学测量装置，其传感器头(sensorhead)与控制器(controller)分离，通过光纤(fiber)来连接传感器头与控制器。例如日本专利特开2012-208102号公报揭示了一种共焦测量装置，其利用共焦光学系统来非接触地对测量对象物的位移进行测量。所述测量装置具有头部、控制器部、及构成头部与控制器部之间的光路的光纤。
为了实现传感器的准确测量，有时必须对传感器头的测量值进行校准(calibration)。然而，由于日本专利特开2012-208102号公报所揭示的头部不具有电子零件，因此无法保持校准结果。另一方面，在与传感器头独立地管理存储校准数据的存储器(memory)时，管理变得繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学测量装置以及光学测量装置用适配器，用于在传感器头与控制器分离的光学测量装置中方便地管理校准数据。
本发明的一方面的光学测量装置包括：控制器，包含产生照射光投至测量对象的投光部、接收来自测量对象的反射光的受光部、及基于受光部的受光量来算出测量值的控制部；传感器头，包含光学系统与缆线，所述光学系统用于将照射光投射至测量对象，且接收来自测量对象的反射光，所述缆线用于将来自控制器的投光部的照射光传递至光学系统，并且将反射光从光学系统传递至控制器的受光部；以及适配器，可电性或光学连接于传感器头的缆线及控制器地构成，且可装卸于缆线及控制器地构成。适配器包含存储器，所述存储器存储有用于对传感器头的测量值进行修正的校准数据。
根据所述结构，能够在传感器头与控制器分离的光学测量装置中方便地管理校准数据。适配器是用于连接传感器头与控制器者。通过将存储校准数据的存储器(例如只读存储器(Read Only Memory，ROM))内置在适配器中，从而能够与传感器头一对一链接地管理校准数据。
优选的是，缆线是可是被构成为连接于延长缆线的第1端。光学测量装置还包括追加适配器，所述追加适配器构成为，与适配器一同连接于延长缆线的第2端与控制器之间。追加适配器包含存储器，所述存储器存储有表示延长缆线的长度的数据。
根据所述结构，在连接延长缆线时，也能够与传感器头一对一链接地管理校准数据。进而，能够在控制器侧识别缆线长度。
优选的是，缆线包含光纤。适配器包含摄像部，所述摄像部拍摄连接于适配器的光纤的端面，并将端面的图像信息输出至控制器的控制部。
根据所述结构，通过观察光纤的端面，例如控制器能够识别光纤端面的污损。
优选的是，传感器头包含发出具有不用于测量的波长的光的发光部。光学测量装置还包括可装卸于传感器头的附件(attachment)。附件包含无线发送部，所述无线发送部将用于驱动发光部的电力通过无线而供给至发光部。发光部将表示传感器头的识别信息的光信号通过缆线及适配器而发送至控制器。控制器的受光部对光信号进行光电转换，并将表示识别信息的电信号输出至控制部。
根据所述结构，控制器能够判断头部与校准数据是否正确对应。
优选的是，适配器包含无线发送部，所述无线发送部将存储在存储器中的校准数据通过无线信号而发送至控制器。控制器包含数据接收部，所述数据接收部通过接收无线信号来接收校准数据，并将校准数据输出至控制部。
根据所述结构，能够简化用于适配器与控制器的连接的结构。
优选的是，缆线包含用于连接于适配器的连接器。保持传感器头的固有信息的集成电路(Integrated Circuit，IC)芯片被安装于连接器中。
根据所述结构，控制器能够获取传感器头的识别信息，因此控制器能够判断头部与校准数据是否正确对应。
本发明的一方面的光学测量装置用适配器是可电性或光学连接于传感器头的缆线及控制器地构成，且可装卸于缆线及控制器地构成的适配器。控制器包含产生照射光投至测量对象的投光部、接收来自测量对象的反射光的受光部、及基于受光部的受光量来算出测量值的控制部。传感器头包含光学系统，所述光学系统用于将照射光投射至测量对象，且接收来自测量对象的反射光。缆线构成为，将来自控制器的投光部的照射光传递至光学系统，并且将反射光从光学系统传递至控制器的受光部。适配器包含存储器，所述存储器存储有用于对传感器头的测量值进行修正的校准数据。
根据所述结构，能够在传感器头与控制器分离的光学测量装置中方便地管理校准数据。
优选的是，缆线是可连接于延长缆线的第1端地构成。适配器是与追加适配器一同连接于延长缆线的第2端与控制器之间。追加适配器包含存储器，所述存储器存储有表示延长缆线的长度的数据。
根据所述结构，在连接延长缆线时，也能够与传感器头一对一链接地管理校准数据。进而，能够在控制器侧识别缆线长度。
优选的是，缆线包含光纤。适配器包含摄像部，所述摄像部拍摄连接于适配器的光纤的端面，并将端面的图像信息输出至控制器的控制部。
根据所述结构，通过观察光纤的端面，例如控制器能够识别光纤端面的污损。
优选的是，适配器还包含无线发送部，所述无线发送部将存储在存储器中的校准数据通过无线信号而发送至控制器。
根据所述结构，能够简化用于适配器与控制器的连接的结构。
根据本发明，能够在传感器头与控制器分离的光学测量装置中方便地管理校准数据。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的光学测量装置的一例的示意图。
图2是用于说明图1所示的光学测量装置的结构的框图。
图3是用于说明光纤连接器、内置有ROM的适配器及控制器之间的连接的示意图。
图4是表示校准数据管理的另一例的示意图。
图5是表示校准数据管理的又一例的示意图。
图6是表示在本发明的实施方式中，使用经延长的光纤的结构的图。
图7是表示在本发明的实施方式中，使用多根经延长的光纤的结构的图。
图8是对使用用于链接头部与ROM的另一结构来将多根光纤穿过配管时的问题进行说明的示意图。
图9是表示控制器的控制部用于识别延长缆线长度的结构的一例的图。
图10是用于说明本发明的实施方式的适配器的追加结构的图。
图11是包含图10所示的适配器的光学测量装置的框图。
图12是用于说明本发明的实施方式的光学测量装置的追加结构的图。
图13是图12所示的光学测量装置的框图。
图14是用于说明本发明的实施方式的适配器的另一结构的图。
图15是包含图14所示的适配器的光学测量装置的框图。
图16是表示用于对照头部与适配器的对应关系的结构的示意图。
图17是包含图16所示的适配器的光学测量装置的框图。
[符号的说明]
1：衍射透镜
2：接物透镜
3、23c：聚光透镜
4：LED部
10：头部
11：缆线
11A、22a、22b、22c：光纤
12、15、17、34A：光纤连接器
13、13A：适配器
14：延长缆线
16：缆线本体
18：缆线延长用连接器
19：配管
20：控制器
21：投光部
22：分支光纤
23：分光控制部
23a：凹面镜
23b：衍射光栅
24：受光部
25：控制部
26：显示部(显示/键入部)
27：输出I/F部
28：接收单元
31、31A、31B、31C：ROM
32、41、42、43、44：连接器
33：框体
35：摄像部
37、53：无线发送部
51：附件
52：电池
61：IC芯片
100：光学测量装置
200：测量对象物
具体实施方式
对于本发明的实施方式，参照附图来详细说明。另外，对于附图中的相同或相当的部分，标注相同的符号并不再重复其说明。
图1是表示本发明的实施方式的光学测量装置的一例的示意图。图1所示的光学测量装置100利用共焦光学系统来对测量对象物200的位移进行测量。光学测量装置100具备头部(传感器头)10、包含光纤的缆线11、光纤连接器12(连接器)、适配器13及控制器20。本发明的实施方式中，头部10从控制器20分离，因此能够使头部10相对于控制器20而自由移动。
头部10具备衍射透镜(diffractive lens)1、接物透镜(objective lens)2与聚光透镜(condensing lens)3。衍射透镜1是使从出射多个波长的光的光源出射的光沿着光轴方向产生色差的光学元件。接物透镜2较衍射透镜1配置于测量对象物200侧。接物透镜2是使通过衍射透镜1产生了色差的光聚光至测量对象物200的光学元件。
缆线11光学连接于头部10与控制器20之间。光纤连接器12是用于将缆线11光学连接至适配器13的连接器。缆线11、光纤连接器12及适配器13形成头部10与控制器20之间的光路。
控制器20具备投光部21、分支光纤22、分光控制部23、受光部24、控制部25与显示部26。投光部21包含白色光源作为用于测量的光源。在一例中，白色光源为白色发光二极管(Light Emitting Diode，LED)。投光部21也可具有与白色LED不同的白色光源。
分支光纤22在与缆线11的连接侧具有光纤22a，在其相反侧具有光纤22b、22c。光纤22b光学连接于白色LED 21，光纤22c光学连接于分光控制部23。因此，分支光纤22可将从白色LED 21出射的光导向缆线11，并且可将经由缆线11而从头部10返回的光导向分光控制部23。
分光控制部23具有凹面镜(concave mirror)23a、衍射光栅(diffractiongrating)23b及聚光透镜23c。凹面镜23a反射从头部10返回的光。被凹面镜23a反射的光入射至衍射光栅23b。聚光透镜23c对从衍射光栅23b出射的光进行聚光。
受光部24接收从分光控制部23出射的光，并测定此光的强度。受光部24包含线阵(line)互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)或者线阵电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)等摄像元件。摄像元件将表示入射至摄像元件的光的强度的信号(电信号)输出至控制部25。
分光控制部23及受光部24构成对应于每个波长来对从头部10返回的光的强度进行测定的测定部。测定部也可包含CCD等单体的摄像元件。摄像元件也可为二维CMOS或者二维CCD。
控制部25是统一控制光学测量装置100的电路。例如控制部25包含具备中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的电路。
从头部10投射的光的焦点位置对应于每个波长而不同。被测量对象物200的表面反射的波长中，仅有合焦至测量对象物200的波长的光再次入射至头部10中的成为共焦的光纤的端面。因此，从头部10返回的光的波长是与测量对象物200的位置相关的信息。
缆线11将来自控制器20的投光部的照射光传递至头部10的光学系统。另一方面，缆线11将来自测量对象物200的反射光从头部10的光学系统传递至控制器20的受光部。从头部10返回的光经由缆线11、光纤连接器12、适配器13及分光控制部23而入射至受光部24。
分光控制部23根据入射至分光控制部23的光的波长，来使受光部24的摄像元件中的受光位置发生变化。控制部25将摄像元件的受光位置的信息转换为测量对象物200的位置信息。
控制部25使用校准数据，对测量对象物200的位置信息即来自受光部24的数据进行修正。控制部25将经修正的数据送往显示部26。显示部26将经修正的数据作为光学测量装置100的测量值予以显示。
图2是用于说明图1所示的光学测量装置的结构的框图。如图2所示，控制器20可包含输出接口(Interface，I/F)部27，所述输出接口部用于将控制部25的处理结果输出至控制器20的外部。同样地，控制器20可包含键入部，所述键入部供用户对控制部25输入信息。图2中，显示部26与键入部汇总表示为“显示/键入部26”。
光纤连接器12是缆线11的一部分。光纤连接器12相对于适配器13可装卸。适配器13可装卸于控制器20。即，适配器13是可电性或光学连接于头部10的缆线11及控制器20地构成，并且可装卸于缆线11及控制器20。
适配器13内置有ROM 31。ROM 31存储用于头部10的测量值修正的校准数据。例如在光学测量装置100的出货前的检查工序中，向ROM 31中写入校准数据。存储在ROM 31中的校准数据是与头部10一对一地对应。
例如，校准数据是与头部10的测量值相乘的系数。控制部25从ROM 31中读出校准数据，以对来自受光部24的数据(原始测量值)进行修正。由此，可实现高精度的测定。
控制部25也可验证校准数据是否已存储在ROM 31中。当在ROM 31中未存储有校准数据时，控制部25也可在显示部26上显示错误(error)。
图3是用于说明光纤连接器12、内置有ROM的适配器13及控制器20之间的连接的示意图。如图3所示，适配器13具有连接器32，连接器32将适配器13光学及电性连接于控制器20。通过将光纤连接器12光学连接于适配器13，从而缆线11经由适配器13而光学连接于控制器20。
本发明的实施方式中，适配器13是将头部10的缆线11电性或光学连接于控制器20所需的。内置于适配器13的ROM 31存储链接至所述头部10的校准数据。因此，能够方便地管理用于修正头部10的测量值的校准数据。进而，能够使用于适配器13与控制器20的连接的结构更为简单。以下通过与其他例的比较来详细说明这些特征。
图4是表示校准数据管理的另一例的示意图。如图4所示，ROM 31A与光纤连接器12可独立地连接于控制器20。控制器20具有：连接器41，用于将ROM 31A连接至控制器20；以及连接器42，用于将光纤连接器12连接至控制器20。根据此结构，光纤连接器12连接于控制器20，另一方面，存在用户遗失ROM 31A的可能性、或者用户忘记将ROM 31A连接至控制器20的可能性。
如图4所示，例如通过母线(strap)等部件将ROM 31A连接至缆线11，以使头部与ROM始终相关联。另一方面，根据本发明的实施方式，为了将头部10连接于控制器20，需要内置有ROM 31的适配器13。因此，可解决此种问题。
图5是表示校准数据管理的又一例的示意图。如图5所示，ROM 31B与光纤连接器34A被收容在同一框体33中。由此，认为可解决图4所示的结构中的问题。但是，安装于控制器20的连接器43的尺寸容易变得比图4所示的连接器41或者连接器42大。与此相对，根据本发明的实施方式，光纤连接器12与适配器13串联连接于控制器20。因此，能够解决控制器20侧的连接器的尺寸变大的问题。
根据光学测量装置100的设置环境，头部10与控制器20之间的距离有可能变长。此种情况下，必须延长光纤长度。
图6是表示在本发明的实施方式中，使用经延长的光纤的结构的图。如图6所示，本发明的实施方式中，能够使用延长缆线14来延长光纤长度。延长缆线14包含缆线本体16、及分别设在缆线本体16的其中一端及另一端的光纤连接器15、17。光纤连接器15、17各自可装卸于适配器13地构成，并且可连接于缆线延长用连接器18地构成。如图6所示，例如，光纤连接器12及延长缆线14的光纤连接器17通过缆线延长用连接器18而连接，延长缆线14的光纤连接器15连接于适配器13。
为了进行准确的测量，优选的是，控制器20的控制部25(参照图1及图2)掌握经延长的光纤的长度。因此，在使用延长缆线14的情况下，首先，在从控制器20拆除适配器13的状态下，将缆线11与延长缆线14通过缆线延长用连接器18予以连接，并且将延长缆线14的光纤连接器15连接于适配器13。接下来，将适配器13连接于控制器20。
图7是表示在本发明的实施方式中，使用多根经延长的光纤的结构的图。如图7所示，缆线11(及光纤连接器12)、缆线延长用连接器18及延长缆线14具有可穿过配管19的尺寸。
图8是对使用用于链接头部与ROM的另一结构来将多根光纤穿过配管时的问题进行说明的示意图。如图8所示，例如使用ROM 31B与光纤连接器34A被收容在同一框体33内的连接器(参照图5)。但是，连接器的尺寸有可能变大到无法穿过配管19的程度。进而，图8中所示的连接器无法连接延长缆线。
在另一例中，例如，ROM 31A与光纤连接器12可独立地连接于控制器20地构成(参照图4)。但是，在将ROM 31A利用母线等连接于缆线11的状态下，难以使光纤连接器12及ROM31A这两者穿过配管19。
考虑暂时将ROM 31A从缆线11拆除，使缆线11穿过配管19。在使缆线11穿过配管19后，可将ROM 31A利用母线等连接于缆线11。然而，因从缆线11拆除ROM 31A，存在遗失ROM31A的可能性、或者用户忘记将ROM 31A连接于控制器20的可能性。
如图7所示，根据本发明的实施方式，多个头部10能够分别与对应的适配器13的ROM 31链接。进而，在为了延长从头部10伸出的光纤而将延长缆线14经由缆线延长用连接器18连接至缆线11的情况下，经延长的缆线11也能够穿过配管。因此，不仅能够延长控制器20与头部10之间的距离，而且能够保护缆线。
在使光纤延长的情况下，例如也可从长度不同的多种延长缆线中选择适当长度的延长缆线。根据延长缆线的长度，控制器20的控制部25使曝光时间的上限值发生变化。因此控制部25必须掌握光纤的长度。
为了使控制部25获取延长缆线的长度信息，也可由用户向控制器20输入延长缆线的长度。但是，用户的作业将变得繁琐。因此，优选的是，控制部25能够自动识别延长缆线的长度。
图9是表示控制器20的控制部25用于识别延长缆线长度的结构的一例的图。如图9所示，延长缆线14的光纤连接器15连接于追加适配器13A。适配器13A内置有ROM 31C。ROM31C存储与延长缆线14的长度相关的信息。例如在延长缆线14的出货之前，将延长缆线14的长度信息写入至ROM 31C中。在延长缆线14的出货时，将延长缆线14与适配器13A捆包在一起，由此，方便在使用延长缆线14时同时使用适配器13A。
进而，本发明的实施方式以适配器13具有存储校准数据的ROM 31为前提，可进行各种变形。以下对本发明的其他实施方式进行说明。
图10是用于说明本发明的实施方式的适配器13的追加结构的图。图11是包含图10所示的适配器13的光学测量装置100的框图。参照图10及图11，适配器13除了ROM 31及连接器32以外，还包含摄像部35。摄像部35对露出至光纤连接器12的缆线11的光纤11A(参照图10)的端面进行拍摄。另外，当缆线11与延长缆线14的缆线本体16连接时，摄像部35可观察缆线本体16的光纤的端面。
连接器32(参照图10)构成为，将由适配器13所产生的电信号传递至控制器20。在摄像部35中生成的图像信息通过连接器32被送往控制器20的控制部25。
根据图10及图11所示的结构，通过观察光纤的端面，能够识别光纤端面的污损。控制部25在光纤端面产生了污损的情况下，也可在显示部26上进行表示错误的显示。
图12是用于说明本发明的实施方式的光学测量装置100的追加结构的图。图13是图12所示的光学测量装置100的框图。参照图12及图13，光学测量装置100还具备可装卸于头部10的附件51。附件51包含电池52与无线发送部53。
头部10包含LED部(发光部)4。LED部4包含LED与驱动电路(均未图示)。
当将附件51安装于头部10时，无线发送部53由电池52予以驱动。无线发送部53将用于驱动LED部4的电力通过无线供给至LED部4。LED部4接收来自无线发送部53的电波而产生光。LED部4的发光波长是不用于光学测量装置100的测量的波长。
LED部4产生表示头部10的序列号的光信号。序列号相当于头部10的识别信息。光信号通过缆线11及适配器13被送往控制器20。
受光部24对光信号进行光电转换，生成表示序列号(识别信息)的电信号。控制部25从受光部24接收电信号，以获取头部10的序列号。因此，能够在控制部25中识别头部10。
图14是用于说明本发明的实施方式的适配器13的另一结构的图。图15是包含图14所示的适配器13的光学测量装置100的框图。参照图14及图15，适配器13包含连接器44来取代连接器32。适配器13还包含无线发送部37。控制器20还包含接收单元28(数据接收部)。
无线发送部37从ROM 31读出校准数据，并且将所述校准数据通过无线信号而发送至控制器20。接收单元28接收来自无线发送部37的无线信号。接收单元28连接于控制部25而接收无线信号，由此来接收校准数据。接收单元28将所接收的校准数据输出至控制部25。
根据此实施方式，连接器44具有从连接器32中省略了用于ROM 31与控制器20之间的电连接结构的结构。因此，能够使适配器13小型化，并且能够简化用于适配器13与控制器20的连接的结构。
在将多个头部10分别连接于多个控制器20的情况下，有可能引起头部10与适配器13未正确关联的情况。即，存储在某适配器13的ROM 31中的校准数据并非用于连接于此适配器13的头部10的数据。此种情况下，光学测量装置虽能执行测量，但其测量值中包含误差。因此，优选的是确认头部10与适配器13已正确关联。
图16是表示用于对照头部10与适配器13的对应关系的结构的示意图。图17是包含图16所示的适配器13的光学测量装置100的框图。如图16及图17所示，IC芯片61被安装于光纤连接器12。IC芯片61保持头部10的固有信息。ROM 31保持应连接于适配器13的头部10的固有信息。所谓“固有信息”，例如是指头部10的序列号。
例如在光纤连接器12连接于适配器13的状态下，从IC芯片61读出序列号。进而，从ROM 31读出序列号。这些序列号被送往控制器20。控制器20的控制部25对照两个序列号。若两个序列号不同，则控制部25在显示部(显示/键入部26)上显示对照错误。由此，用户能够确认是否为正确的头部10连接于适配器13。
用于从IC芯片61向控制器20的控制部25发送序列号的方法并无特别限定。例如，也可经由适配器13的连接器32(参照图16)来从IC芯片61向控制部25传达序列号。或者，也可利用图14所示的无线发送部37来从IC芯片61向控制部25传达序列号。
应认为，此次揭示的实施方式在所有方面仅为例示，并非限制者。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种光学测量装置，其特征在于包括：
控制器，包含产生照射光投至测量对象的投光部、接收来自所述测量对象的反射光的受光部、及基于所述受光部的受光量来算出测量值的控制部；
传感器头，包含光学系统与缆线以及发出具有不用于测量的波长的光的发光部，所述光学系统用于将所述照射光投射至所述测量对象，且接收来自所述测量对象的所述反射光，所述缆线用于将来自所述控制器的所述投光部的所述照射光传递至所述光学系统，并且将所述反射光从所述光学系统传递至所述控制器的所述受光部；
可装卸于所述传感器头的附件，所述附件包含无线发送部，所述无线发送部将用于驱动所述发光部的电力通过无线而供给至所述传感器头的所述发光部；以及
适配器，可电性或光学连接于所述传感器头的所述缆线及所述控制器地构成，且可装卸于所述缆线及所述控制器地构成，
所述适配器包含存储器，所述存储器存储有用于对所述传感器头的测量值进行修正的校准数据，
所述传感器头的所述发光部将表示所述传感器头的识别信息的光信号通过所述缆线及所述适配器而发送至所述控制器，
所述控制器的所述受光部对所述光信号进行光电转换，并将表示所述识别信息的电信号输出至所述控制部。
2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，
所述缆线是可连接于延长缆线的第1端地构成，
所述光学测量装置还包括追加适配器，所述追加适配器构成为，与所述适配器一同连接于所述延长缆线的第2端与所述控制器之间，
所述追加适配器包含存储器，所述追加适配器的所述存储器存储有表示所述延长缆线的长度的数据。
3.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，
所述缆线包含光纤，
所述适配器包含摄像部，所述摄像部拍摄连接于所述适配器的所述光纤的端面，并将所述端面的图像信息输出至所述控制器的所述控制部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学测量装置，其特征在于，
所述适配器包含无线发送部，所述适配器的所述无线发送部将存储在所述适配器的所述存储器中的所述校准数据通过无线信号而发送至所述控制器，
所述控制器包含数据接收部，所述数据接收部通过接收所述无线信号来接收所述校准数据，并将所述校准数据输出至所述控制部。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学测量装置，其特征在于，
所述缆线包含用于连接于所述适配器的连接器，
保持所述传感器头的固有信息的集成电路芯片被安装于所述连接器中。
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