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1. GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktelement verwendendes Kontakt-Abstandsmessgerät.
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2. BESCHREIBUNG STAND DER TECHNIK
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Ein Kontakt-Abstandsmessgerät weist ein Kontaktelement auf, welches in einer Richtung linear bewegbar ist, während es in Kontakt mit der Oberfläche eines Objekts gebracht wird (siehe beispielsweise
JP 2009-236 498 A ). Ein Kontakt-Abstandsmessgerät nach
JP 2009-236 498 A umfasst ein lichtemittierendes Element, einen Liniensensor und eine bewegliche Messskala. Die bewegliche Messskala ist mit einem Kontaktelement verbunden. Ein vorbestimmtes Muster ist in der sich bewegenden Messskala entlang einer Richtung angeordnet, in welcher das Kontaktelement bewegbar ist.
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Das von dem lichtemittierenden Element emittierte Licht wird durch das Hindurchtreten durch eine Kollimatorlinse in im Wesentlichen paralleles Licht umgewandelt, und das Licht tritt danach durch die bewegliche Messskala hindurch und trifft auf einen Liniensensor auf. Basierend auf einem von dem Liniensensor gelesenen Lichtempfangssignal wird der Abstand des Kontaktelements berechnet.
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In
JP 2009-236 498 A ist es möglich einen Abstand des Kontaktelements in Einheiten (Subpixeleinheiten) kleiner als ein Pixel des Liniensensors zu berechnen, durch die Verwendung von Interferenz des durch die bewegliche Messskala hindurchgetretenen Lichts. Allerdings muss ein optisches Element zur Kollimation von Licht wie beispielsweise die Kollimatorlinse zwischen dem Licht emittierenden Element und der beweglichen Messskala vorgesehen sein, und damit ist es schwierig, die Größe des Kontakt-Abstandsmessgeräts in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Kontaktelements zu verringern.
DE 10 2009 014 481 A1 betrifft einen Kontaktverschiebungsmesser vom optischen absoluten Typ zum Ablesen einer relativen Verschiebung einer eingebauten Skala zu einem Liniensensor.
DE 100 00 955 A1 betrifft einen optischen Verschiebungssensor und Encoder zum Erfassen des Verschiebungsbetrags eines Präzisionsmechanismus.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, es ein Kontakt-Abstandsmessgerät bereitzustellen, dessen Größe in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung eines Kontaktelements verringert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Gegenstand nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere bevorzugte Ausführungsformen.
- (1) Ein Kontakt-Abstandsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Gehäuse; ein in einer Richtung beweglich an dem Gehäuse angebrachtes Kontaktelement; eine Messskala, welche eine Vielzahl von in der einen Richtung angeordneten Licht transmittierenden Schlitzen aufweist und in der einen Richtung gemeinsam mit dem Kontaktelement beweglich konfiguriert ist; eine Licht-Projektionseinheit, welche die Messskala mit nicht parallelem Licht bestrahlt; eine Licht-Empfangseinheit, welche das durch die Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala hindurchgetretene nicht parallele Licht empfängt, und ein eine Lichtempfangsbetrags-Verteilung angebendes Lichtempfangssignal ausgibt; eine Erkennungseinheit, welche als eine Vielzahl von Peakpositionen eine Vielzahl von Positionen erkennt, bei denen ein Lichtempfangsbetrag an einem Maximum oder Minimum in der Lichtempfangsbetrags-Verteilung an der Lichtempfangseinheit ist; und eine Berechnungseinheit, welche einen Abstand berechnet zwischen einer Referenzposition und einer Position von zumindest einem zu zumindest einer durch die Erkennungseinheit aus der Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala erkannter Peakposition gehörendem Licht transmittierenden Schlitz, basierend auf der Vielzahl von von der Erkennungseinheit erkannten Peakposition und auf Korrekturinformation, welche einen Zusammenhang zeigt zwischen einem Abstand zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen in der Lichtempfangsbetrags-Verteilung auf der Licht-Empfangseinheit und einem Abstand zwischen einer Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala, welche entsprechend zu der Vielzahl von Peakpositionen gehören, wobei die Licht-Projektionseinheit und die Licht-Empfangseinheit derart in dem Gehäuse angeordnet sind, dass die Licht-Projektionseinheit, die Messskala und die Licht-Empfangseinheit in einer die eine Richtung kreuzenden Richtung angeordnet sind.
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In diesem Kontakt-Abstandsmessgerät bestrahlt eine Licht-Projektionseinheit eine Messskala mit nicht parallelem Licht. Das durch eine Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala hindurchgetretene nicht parallele Licht wird von einer Licht-Empfangseinheit empfangen, und ein eine Lichtempfangsbetrags-Verteilung anzeigendes Lichtempfangssignal wird ausgegeben. Basierend auf dem von der Licht-Empfangseinheit ausgegebenen Lichtempfangssignal wird eine Vielzahl von Positionen, bei denen ein Lichtempfangsbetrag an einem Maximum oder Minimum in der Lichtempfangsbetrags-Verteilung an der Licht-Empfangseinheit ist, als eine Vielzahl von Peakpositionen erkannt. Basierend auf einer Korrekturinformation und der erkannten Vielzahl von Peakpositionen wird ein Abstand zwischen einer Referenzposition und einer Position von zumindest einem zu zumindest einer erkannten Peakposition gehörigen von der Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala berechnet.
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Die Korrekturinformation zeigt eine Beziehung eines Abstands zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen in der Lichtempfangsbetrag-Verteilung an der Licht-Empfangseinheit und einem Abstand zwischen einer Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala, welche entsprechend zu der Vielzahl von Peakpositionen gehören.
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Daher kann, selbst wenn die Messskala mit nicht parallelem Licht bestrahlt wird, eine Position eines zu einer Peakposition gehörenden Licht transmittierenden Schlitzes berechnet werden. Demnach besteht nicht die Notwendigkeit ein optisches Element zur Kollimation von Licht beispielsweise die Kollimatorlinse zwischen der Licht-Projektionseinheit und der Messskala bereitzustellen. Damit ist es möglich die Größe des Kontakt-Abstandsmessgeräts in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung des Kontaktelements zu verringern.
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(2) Jeder der Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala kann eindeutig identifizierbar angeordnet sein durch die Verwendung eines Identifizierungselements, welches auf einem Abstand zwischen einer Vielzahl von den Licht transmittierenden Schlitz umfassenden Licht transmittierenden Schlitzen basiert und eine vorbestimmte positionsbezogene Beziehung aufweist, wobei das Kontakt-Abstandsmessgerät weiterhin mit einer ersten Speichereinheit versehen sein kann, welche eine Vielzahl von Identifizierungselementen mit Bezug zu der Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala speichert, und die Berechnungseinheit zumindest einen zu zumindest einer von der Erkennungseinheit erkannten Peakposition gehörenden Licht transmittierenden Schlitz identifiziert basierend auf der Vielzahl von von der Erkennungseinheit erkannten Peakpositionen und der Vielzahl von auf der ersten Speichereinheit gespeicherten Identifizierungselementen.
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In diesem Fall kann ein jeder der Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen basierend auf einer Vielzahl von Identifizierungselementen identifiziert werden. Damit kann, selbst wenn sich der Licht transmittierende Schlitz, welcher sich innerhalb eines Lichtbestrahlungsbereichs vor dem Bewegen der Messskala befindet, außerhalb des Lichtbestrahlungsbereichs nach dem Bewegen der Messskala befindet, der Abstand des Kontaktelements basierend auf einer Position eines Licht transmittierenden Schlitzes berechnet werden, welcher innerhalb des Lichtbestrahlungsbereichs vor dem Bewegen der Messskala ist, und einer Position des anderen Licht transmittierenden Schlitzes, welcher innerhalb des Lichtbestrahlungsbereichs nach dem Bewegen der Messskala ist. Somit ist es möglich einen Abstand des Kontaktelements mit einer längeren Größe als der Bestrahlungsbereich des Lichts von der Licht-Projektionseinheit bis zu der Messskala zu berechnen.
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(3) Jedes der Vielzahl von Identifizierungselementen kann ein Verhältnis von Abständen zwischen drei oder mehr Peakpositionen mit einer vorbestimmten positionsbezogenen Beziehung umfassen.
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Entsprechend dieser Konfiguration kann, selbst wenn die Parallelität zwischen der Licht-empfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit und der Messskala gering ist, eine Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen, welche entsprechend zu einer Vielzahl von Peakpositionen gehören, identifiziert werden. Damit ist es möglich die Genauigkeit beim Aufbau des Gehäuses, des Kontaktelements, der Licht-Projektionseinheit, der Licht-Empfangseinheit und der Messskala zu verringern. Dementsprechend werden die Kosten des Kontakt-Abstandsmessgeräts reduziert.
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(4) Jedes der Vielzahl von Identifizierungselementen kann einen Abstand zwischen sich benachbarten Peakpositionen umfassen. In diesem Fall kann eine Vielzahl von jeweilig einer Vielzahl von Peakpositionen zugehörigen Licht transmittierenden Schlitzen sofort identifiziert werden.
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(5) Die Berechnungseinheit kann einen Abstand zwischen zumindest zwei Peakpositionen aus der Vielzahl von von der Erkennungseinheit erkannten Peakpositionen berechnen, zumindest zwei zu den zumindest zwei Peakpositionen gehörende Licht transmittierende Schlitze identifizieren, basierend auf dem identifizierten zumindest einen Licht transmittierenden Schlitz, als die Korrekturinformation einen Wert berechnen, welcher eine Beziehung des berechneten Abstandes zwischen zumindest zwei Peakpositionen und einem Abstand zwischen den identifizierten zumindest zwei Licht transmittierenden Schlitzen berechnen, und einen Abstand berechnen zwischen einer Referenzposition und einem Abstand von zumindest einem zu zumindest einer von der Erkennungseinheit erkannten Peakposition gehörenden Licht transmittierenden Schlitz, basierend auf der berechneten Korrekturinformation.
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In diesem Fall wird die Korrekturinformation berechnet basierend auf einem Abstand zwischen zumindest zwei Peakpositionen aus der Vielzahl von Peakpositionen und einem Abstand zwischen zumindest zwei zu diesen Peakpositionen gehörenden Licht transmittierenden Schlitzen. Demnach kann, selbst wenn die Parallelität zwischen der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit und der Messskala gering ist und wenn die Parallelität zwischen der lichtempfangenden Oberfläche und der Messskala sich mit dem Bewegen des Kontaktelements verändert, eine Position eines Licht transmittierenden Schlitzes richtig berechnet werden. Somit ist es möglich die Genauigkeit beim Aufbau des Gehäuses, des Kontaktelements, der Licht-Projektionseinheit, der Licht-Empfangseinheit und der Messskala zu verringern. Folglich können die Kosten des Kontakt-Abstandsmessgerät reduziert werden.
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(6) Das Kontakt-Abstandsmessgerät kann weiterhin eine zweite Speichereinheit umfassen, welche vorab eine Korrekturinformation speichert, die eine Beziehung eines Abstands zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen in der Lichtempfangsbetrag-Verteilung an der Licht-Empfangseinheit und eines Abstands zwischen einer Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala anzeigt, welche entsprechend zu der Vielzahl von Peakpositionen gehören, wobei ein Abstand zwischen einer Referenzposition und einer Position von zumindest einem zu zumindest einer von der Erkennungseinheit erkannten Peakposition gehörenden Licht transmittierenden Schlitz basierend auf der auf der zweiten Speichereinheit gespeicherten Korrekturinformation berechnet werden kann.
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In diesem Fall ist es möglich, eine Position eines Licht transmittierenden Schlitzes mit hoher Geschwindigkeit basierend auf der vorab auf der zweiten Speichereinheit gespeicherten Korrekturinformation zu berechnen.
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(7) Das Kontakt-Abstandsmessgerät kann weiterhin eine zweite Speichereinheit umfassen, welche Korrekturinformation vorab speichert, die eine Beziehung eines Abstands zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen in der Lichtempfangsbetrag-Verteilung an der Licht-Empfangseinheit und eines Abstands zwischen einer Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen auf der Messskala anzeigt, welche entsprechend zu der Vielzahl von Peakpositionen gehören, wobei die Berechnungseinheit die Vielzahl von von der zweiten Erkennungseinheit erkannten Peakpositionen zu einer Vielzahl von zu einer Vielzahl von Licht transmittierenden Schlitzen gehörenden Positionen korrigieren kann, basierend auf der auf der zweiten Speichereinheit gespeicherten Korrekturinformation, und zumindest einen zu zumindest einer Peakposition gehörenden Licht transmittierenden Schlitz identifizieren kann, basierend auf der korrigierten Vielzahl von Positionen und der Vielzahl von auf der ersten Speichereinheit gespeicherten Identifizierungselementen.
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In diesem Fall ist es möglich eine Position eines Licht transmittierenden Schlitzes mit hoher Geschwindigkeit sofort zu berechnen, basierend auf der auf der zweiten Speichereinheit vorab gespeicherten Korrekturinformation. Weiterhin kann unter Verwendung eines Abstands zwischen der korrigierten Vielzahl von Peakpositionen zumindest ein zu zumindest einer Peakposition gehörender Licht transmittierender Schlitz mit hoher Genauigkeit identifiziert werden.
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(8) Die Erkennungseinheit kann eine Datenverarbeitung an der Lichtempfangsbetrag-Verteilung des von der Licht-Empfangseinheit ausgegebenen Lichtempfangssignals ausführen, und damit eine Vielzahl von Peakpositionen in kleineren Einheiten als ein Pixel der Licht-Empfangseinheit erkennen. In diesem Fall ist es möglich, einen Abstand des Kontaktelements mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
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(9) die Referenzposition kann eine Position einer optischen Achse der Licht-Projektionseinheit auf der Messskala sein. In diesem Fall kann die Referenzposition sofort eingestellt werden.
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(10) Das Gehäuse kann eine sich in einer Richtung ausdehnende Form aufweisen. In diesem Fall weist das Kontakt-Abstandsmessgerät im Ganzen eine lange und schmale Form auf. Demnach kann einen Abstand eines Messobjekts auf einem schmalen Raum gemessen werden. Weiterhin kann das Kontakt-Abstandsmessgerät einsatzbereit gehalten und getragen werden.
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Entsprechen der vorliegenden Erfindung ist es möglich die Größe des Kontakt-Abstandsmessgeräts in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Kontaktelements zu verringern.
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Figurenliste
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- 1 ist ein eine Konfiguration eines Kontakt-Abstandsmessgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigendes Blockdiagramm;
- 2A und 2B sind ein Gehäuse des Kontakt-Abstandsmessgeräts aus 1 zeigende Ansichten
- 3 ist eine eine Anordnung einer Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala zeigende schematische Ansicht;
- 4 zeigt eine Draufsicht eines Teils der Messskala aus 3;
- 5 zeigt eine Draufsicht eines anderen Teils der Messskala aus 3;
- 6 zeigt eine Draufsicht eines nochmals anderen Teils der Messskala aus 3;
- 7A ist ein eine durch Lichtempfangsdaten repräsentierte Lichtempfangsbetrag-Verteilung anzeigendes Diagramm, und
- 7B zeigt ein vergrößertes Diagramm davon;
- 8 ist eine eine Beziehung einer Licht-Projektionseinheit, der Messskala und einer Licht-Empfangseinheit zeigende schematische Ansicht;
- 9 ist eine eine Vielzahl von Peakpositionen in einer Lichtempfangsbetrag-Verteilung innerhalb eines Bereichs D der lichtempfangenden Oberfläche zeigende schematische Ansicht;
- 10 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Berechnungsverfahrens für eine Absolutposition eines Schlitzes;
- 11 ist ein eine Abstandsberechnungsverarbeitung zeigendes Flussdiagramm;
- 12 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Spezifizierungsverfahrens für Nummern von Schlitzen in einer zweiten Ausführungsform; und
- 13 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Spezifizierungsverfahrens für eine Nummer von Schlitzen in einer vierten Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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[1] Erste Ausführungsform
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(1) 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Kontakt-Abstandsmessgeräts einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 2A und 2B sind ein Gehäuse eines Kontakt-Abstandsmessgeräts 100 aus 1 zeigende Ansichten. 2A zeigt eine Konfiguration in dem Gehäuse, und 2B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils A der 2A. Im Folgenden wird mit Bezug zu der 1 und den 2A und 2B das Kontakt-Abstandsmessgerät 100 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt umfasst das Kontakt-Abstandsmessgerät 100 ein Gehäuse 10, ein Kontaktelement 20, eine Licht-Projektionseinheit 30, eine Licht-Empfangseinheit 40, eine Messskala 50, eine Steuereinheit 60 und eine Anzeigeeinheit 70. Die Licht-Projektionseinheit 30, die Licht-Empfangseinheit 40 und die Messskala 50 sind in dem Gehäuse 10 untergebracht. Weiterhin sind, wie in den 2A und 2B gezeigt, eine Welle 11, eine Feder 12 , ein Messskala-Halteelement 13 und ein optisches System-Halteelement 14 in dem Gehäuse 10 untergebracht.
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In diesem Beispiel weist das Gehäuse 10 im Wesentlichen die gleichen äußeren Ausmaße wie das Kontaktelement 20 auf. Demnach weist das Kontakt-Abstandsmessgerät 100 im Ganzen eine lange und schmale Form auf. Damit kann der Abstand eines Messobjekts durch einen schmalen Bereich gemessen werden. Weiterhin kann das Kontakt-Abstandsmessgerät 100 einsatzbereit gehalten und getragen werden.
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Das Kontaktelement 20 ist an einem Ende der Welle 11 in einer Richtung mit Bezug zu dem Gehäuse 10 bewegbar angebracht. Die Welle 11 umfasst ein Kugellager. Weiterhin ist das Messskala-Halteelement 13 an dem anderen Ende der Welle 11 über die Feder 12 angebracht. Die Messskala 50 ist aus einem länglichen Plattenelement geformt und wird von dem Messskala-Halteelement 13 gehalten. Die Messeskala 50 ist beispielsweise aus Glas geformt.
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Wie in 2 irgendwie gezeigt, weist das optische System-Halteelement 14 zwei Stützteile 14a, 14b auf, welche sich parallel zu dem Kontaktelement 20 erstrecken. Die Licht-Projektionseinheit 30 und ein elektrischer Schaltkreis 31 sind an der inneren Oberfläche des einen Stützteils 14a des optischen System-Halteelements 14 angebracht. Der elektrische Schaltkreis 31 versorgt die Licht-Projektionseinheit 30 mit elektrischer Energie. Andererseits ist die Licht-Empfangseinheit 40 an der inneren Oberfläche des anderen Stützteils 14b des optischen System-Haltelements 14 über ein Schaltkreis-Trägerelement 41 angebracht. Die Messskala 50 ist zwischen dem Stützteil 14a, 14b des optischen System-Halteelements 14 angeordnet.
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In diesem Zustand sind die Welle 11, die Feder 12, das Messskala-Halteelement 13 und das optische System-Halteelement 14 in dem Gehäuse untergebracht. Somit liegen in dem Gehäuse 10 die Licht-Projektionseinheit 30 und die Licht-Empfangseinheit 40 sich gegenüber, mit der Messskala 50 dazwischen. Die Messskala 50 ist derart angeordnet, dass diese im Wesentlich orthogonal zu einer optischen Achse der Licht-Projektionseinheit 30 ist. Die Messskala 50 weist eine Vielzahl von Schlitzen auf. Jedem Schlitz wurde eine spezifische Nummer zugewiesen. Die Anordnung der Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala 50 wird später beschrieben.
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Die Licht-Projektionseinheit 30 ist beispielsweise eine LED (Licht Emittierende Diode). Die Licht-Projektionseinheit 30 kann ein anderes Licht emittierendes Element wie beispielsweise eine LD (Laser Diode) sein. Die Licht-Projektionseinheit 30 ist nicht mit einem optischen Element zur Kollimation von Licht wie beispielsweise der Kollimatorlinse versehen. Somit tritt das von der Licht-Projektionseinheit 30 emittierte Licht durch einen Teil der Schlitze auf der Messskala 50, während es sich unter einem vorbestimmten Winkel aufweitet, um von der Licht-Lichtempfangseinheit 40 empfangen zu werden.
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Die Licht-Empfangseinheit 40 ist ein Liniensensor mit einer Vielzahl von in einer Richtung angeordneten lichtempfangenden Elementen. Die Vielzahl von lichtempfangenden Elementen bildet eine Vielzahl von Pixeln. In diesem Beispiel ist jedes der lichtempfangenden Elemente ein CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor -sich ergänzender Metalloxid-Halbleiter). Jedes lichtempfangende Element kann ein anderes Element wie beispielsweise ein CCD (Charge-Coupled Device - ladungsgekoppeltes Bauteil) sein. Die Licht-Empfangseinheit 40 hat die lichtempfangende Oberfläche gebildet aus einer Vielzahl von in einer Richtung angeordneten Pixeln. Die lichtempfangende Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 ist derart angeordnet, dass diese im Wesentlichen orthogonal zu der optischen Achse der Licht-Projektionseinheit 30 ist. Ein eine Lichtempfangsbetrag-Verteilung an der lichtempfangenden Oberfläche anzeigendes analoges elektrisches Signal (im Folgenden Lichtempfangssignal bezeichnet) wird von der Licht-Empfangseinheit 40 an die Steuereinheit 60 aus 1 durch das Schaltkreis-Trägermaterial 41 ausgegeben.
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In diesem Beispiel ist die Steuereinheit 60 aus 1 in einem das Gehäuse 10 und die Anzeigeeinheit 70 verbindendes Kabel vorgesehen. Dabei ist es möglich die Größe des Gehäuses 10 zu reduzieren. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Steuereinheit 60 einen CPU(zentrale Prozessoreinheit) 61, einen Speicher 62 und einen A/D (analog/digital) Wandler 63.
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Das von der Licht-Lichtempfangseinheit 40 ausgegebene Lichtempfangssignal wird zu einem digitalen Signal umgewandelt, während es in einem festen Abtastzyklus einer Abtastung unterzogen wird, durch den A/D Wandler 63. Das von dem A/D Wandler 63 ausgegebene digitale Signal wird sequenziell auf dem Speicher 62 als Lichtempfangsbetrag-Verteilung anzeigende Lichtempfangsdaten gespeichert. Weiterhin ist auf dem Speicher 62 ein im Weiteren beschriebenes Abstandsberechnungsprogramm für das Kontaktelement 20 gespeichert, und in einem Abstand Berechnungsverfahren für das Kontaktelement 20 zu verwendende Positionsberechnungsdaten sind darauf gespeichert.
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Die auf dem Speicher 62 gespeicherten Lichtempfangsdaten werden an den CPU 61 übergeben. Der CPU 61 führt das Abstandsberechnungsprogramm für das Kontaktelement 20 basierend auf den von dem Speichern 62 übergebenen Lichtempfangsdaten aus und speichert die Positionsberechnungsdaten auf dem Speicher 62. Dies führt zum Ausführen des Abstandsberechnungsverfahrens zum Berechnen des Abstands des Kontaktelements 20. Die Anzeigeeinheit 70 ist beispielsweise konfiguriert durch eine Segmentanzeige. Die Anzeigeeinheit 70 kann konfiguriert sein durch eine Matrixanzeige. Der CPU 61 zeigt auf der Anzeigeeinheit 70 den durch das Abstandsberechnungsverfahren berechneten Abstand des Kontaktelements 20 an.
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In diesem Beispiel ist ein Messkopf 100H durch ein Einstellen des Gehäuses 10, des Kontaktelements 20, der Licht-Projektionseinheit 30, der Licht-Empfangseinheit 40, der Messskala 50 und der Steuereinheit 60 konfiguriert. Eine Vielzahl von Messköpfen 100H kann mit einer Anzeigeeinheit 70 verbunden sein. Entsprechend dieser Konfiguration werden eine Vielzahl von Kontaktelementen 20 der Vielzahl von Messköpfen 100H entsprechend mit einer Vielzahl von Teilen des Messobjekts in Kontakt gebracht, um damit eine gleichzeitige Messung von Dicken der Vielzahl von Teilen des Messobjekts zu ermöglichen. Weiterhin ist es basierend auf Werten der Messung durch die Vielzahl von Messköpfen möglich den Maximalwert, den Minimalwert und einen Durchschnittswert der Dicken oder die Flachheit und Ähnliches des Messobjekts als einen Bewertungswert zu erhalten.
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Den gemessenen Wert und den Bewertungswert zeigende Daten werden auf dem Speicher 62 gespeichert. Weiterhin kann der CPU 61 die Daten nach außen durch eine Schnittstelle (nicht gezeigt) weitergeben. In diesem Beispiel kann der CPU 61 eine BCD (Binärdezimal Code) Ausgabe an eine externe programmierbare Steuereinheit weitergeben. Darüber hinaus kann der CPU 61 eine serielle Kommunikation entsprechend des RS-232C Standards mit einem externen Computer oder einer programmierbaren Steuereinheit ausführen.
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(2) Schlitze auf der Messskala
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3 ist eine schematische Ansicht, welche eine Anordnung der Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala 50 zeigt. 4 zeigt eine vergrößerte Draufsicht von einem Teil der Messskala 50 aus 3. 5 zeigt eine vergrößerte Draufsicht von einem anderen Teil der Messskala aus 3. 6 zeigt eine vergrößerte Draufsicht von einem nochmals anderen Teil der Messskala 50 aus 3. In den 3 bis 6 sind die Schlitze als Linien gezeigt.
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Wie in den 3 bis 6 gezeigt, sind in dieser Ausführungsform 40 Schlitze s1 bis s40 auf der Messskala 50 derart ausgebildet, dass sie in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die Schlitze s1 bis s40 sind entsprechend mit einer spezifischen Nummer Nr. 1 bis Nr. 40 versehen. Die Anzahl der Schlitze ist nicht auf die in dieser Ausführungsform beschränkt.
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Die Schlitze s1 bis s40 sind derart angeordnet, dass ein Abstand zwischen benachbarten Schlitzen sich jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl von Schlitzen verändert. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schlitze s1 bis s40 derart angeordnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Schlitzen sich alle fünf Schlitze verändert. Das heißt, wenn k=1, 2,..., 10, ist ein Abstand zwischen jedem der Schlitze s(4xk-3), s(4xk-2), s(4xk-1), S(4xk) und s(4xk+1) mk.
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Beispielsweise ist ein Abstand zwischen einem jeden der Schlitze s1, s2, s3, s4 und s5 gleich m1, und ein Abstand zwischen einem jeden der Schlitze s5, s6, s7, s8 und s9 gleich m2. Jeder der Abstände m1 bis m10 zwischen den benachbarten Schlitzen ist länger als eine Wellenlänge des von der Licht-Projektionseinheit 30 aus 1 emittierten Lichts. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der Abstände m1 bis m10 unterschiedlich. Es wird darauf hingewiesen, dass obwohl ein 41ter Schlitz s41 in diesem Beispiel nicht vorgesehen ist dieser vorgesehen sein kann.
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Ein Abstand zwischen den Schlitzen an beiden Enden aus den sequenziell angeordneten fünf Schlitzen ist wie folgt definiert. Wenn k=1, 2, ..., 9 ist, ist ein Abstand zwischen den Schlitzen s(4xk-3) und s(4xk+1) gleich M1k, und einen Abstand zwischen den Schlitzen s(4xk-2) und s(4xk+2) gleich M2k. Weiterhin ist ein Abstand zwischen den Schlitzen s(4xk-1) und s(4xk+3) gleich M3k, und ein Abstand zwischen den Schlitzen s(4xk) und s(4xk+4) gleich M4k.
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Beispielsweise ist ein Abstand zwischen den Schlitzen s1 und s5 gleich M11, und ein Abstand zwischen den Schlitzen s5 und s9 ist gleich M12. Weiterhin ist ein Abstand zwischen den Schlitzen s2 und s6 gleich M21, und ein Abstand zwischen den Schlitzen s6 und s10 ist gleich M22. In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der Abstände M11 bis M19, M21 bis M29m M31 bis M39 und M41 bis M49 unterschiedlich.
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Als nächstes ist ein Verhältnis von einem jeden von zwei benachbarten Abständen aus den obigen Abständen wie folgt definiert. Wen k=1, 2, ..., 8 ist, sind M1(k+1)/M1k, M2(k+1)/M2k, M3(k+1)/M3 und M4(k+1)/M4k entsprechend N1k, N2k, N3k und N4k.
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Beispielsweise ist M12/M11 gleich N11, und M13/M12 ist N12. Weiter ist M22/M21 gleich N21, und M23/M22 gleich N22. Ein jedes der Verhältnisse N11 bis N18, N21 bis N28, N31 bis N38 und N41 bis N48 ist vorab berechnet und als Positionsberechnungsdaten auf dem Speicher 62 aus 1 gespeichert.
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Ein jedes der Verhältnisse N11 bis N18, N21 bis N28, N31 bis N38 und N41 bis N48 ist unterschiedlich. Damit wird durch Angabe der obigen Verhältnisse eine Identifizierung der Schlitze ermöglicht, wobei das Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 das Abstandsberechnungsverfahren passiert. Es wird darauf hingewiesen, dass wenn jedes der Verhältnisse N11 bis N18, N21 bis N28, N31 bis N38 und N41 bis N48 unterschiedlich ist, die Abstände m1 bis m10 der Schlitze s1 bis s40 nicht alle unterschiedlich sein müssen.
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(3) Erkennen der Position von Lichtempfangsbetrag Peaks Das von der Licht-Projektionseinheit 30 emittierte Licht tritt durch einen Teil der Vielzahl von auf der Messskala 50 umfassten Schlitzen s1 bis s40 hindurch, und trifft dann auf die Licht-Empfangseinheit 40. Daher tritt in der durch die auf dem Speicher 62 gespeicherten Lichtempfangsdaten repräsentierten Lichtempfangsbetrag-Verteilung eine Vielzahl von Peaks (Spitzen) auf (im Folgenden als Lichtempfangsbetrag Peaks bezeichnet), welche entsprechend zu der Vielzahl von Schlitzen gehören, durch welche das Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 hindurchgetreten ist.
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7A ist ein eine durch die Lichtempfangsdaten repräsentierte Lichtempfangsbetrag-Verteilung zeigendes Diagramm, und 7B ist ein vergrößertes Diagramm eines Teils B aus 7A. In den 7A und 7B zeigt eine horizontale Achse eine Position eines Pixels (im Folgenden als Pixelposition bezeichnet) in der Licht-Lichtempfangseinheit 40 an, und eine vertikale Achse zeigt einen Lichtempfangsbetrag an.
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Durch Ausführen einer Datenverarbeitung an der Lichtempfangsbetrag-Verteilung aus 7A werden Positionen einer Vielzahl von Lichtempfangsbetrag-Peaks in Einheiten (Sub-Pixeleinheiten) kleiner als das Pixel der Licht-Empfangseinheit 40 erkannt. Im Folgenden wird die Position des Lichtempfangsbetrag-Peaks als Peakposition bezeichnet. 7B zeigt eine Verteilung von Lichtempfangsbeträgen an Pixelpositionen p1 bis p11.
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Hierbei ist, wenn die Datenverarbeitung nicht an der Lichtempfangsbetrag-Verteilung ausgeführt wird, die Pixelposition p7 eine Peakposition. Dann wird die Datenverarbeitung an der Lichtempfangsbetrag-Verteilung ausgeführt, um damit eine echte Peakposition pi in Sub-Pixeleinheiten zu berechnen.
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Um die echte Peakposition pi in Sub-Pixeleinheiten zu erkennen, ist es möglich, eine Datenverarbeitung mit Mitteln einer Auswahl von bekannten Verfahren zu verwenden. Beispielsweise kann ein Schwerpunkts-Verfahren an der Lichtempfangsbetrag-Verteilung ausgeführt werden, um damit die echte Peakposition pi zu erkennen. Alternativ kann eine Auswahl von Kurven wie beispielsweise einen Parabelkurve an die Lichtempfangsbetrag-Verteilung angepasst bzw. gefittet werden, um damit die echte Peakposition pi zu erkennen.
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8 ist eine schematische Ansicht, welche die Beziehung der Licht-Projektionseinheit 30, der Messskala 50 und der Licht-Lichtempfangseinheit 40 zeigt. Wie in 8 gezeigt, tritt das von der Licht-Projektionseinheit 30 emittierte Licht durch eine Vielzahl von Schlitzen innerhalb eines Bereichs C der Messskala 50 hindurch, während es sich unter einem vorbestimmten Winkel aufweitet, und trifft innerhalb eines Bereichs D der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 auf.
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Wie oben beschrieben wird eine Vielzahl von Peakpositionen in einer Lichtempfangsbetrag-Verteilung innerhalb des Bereichs D der lichtempfangenden Oberfläche in Sub-Pixeleinheiten durch die an den Lichtempfangsdaten angewendeten Datenverarbeitung erkannt. Die erkannte Vielzahl von Peakpositionen gehört entsprechend zu der Vielzahl von Schlitzen innerhalb des Bereichs C der Messskala 50.
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9 ist eine schematische Ansicht, welche die Vielzahl von Peakpositionen in der Lichtempfangsbetrag-Verteilung innerhalb des Bereichs D der lichtempfangenden Oberfläche zeigt. Eine horizontale Achse aus 9 zeigt die Pixelposition in der Licht-Empfangseinheit 40 an. In 9 wird eine Vielzahl von durch die Datenverarbeitung der Lichtempfangsdaten erkannten Peakpositionen durch schwarze Kreise angezeigt.
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(4) Beschreibung der Schlitze
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Es ist unklar, welcher Teil der gesamten Messskala 50 der Teile der Messskala 50 ist, durch den das Licht hindurch getreten ist (der in 8 durch einen Pfeil C angezeigte Bereich). Demnach sind die Schlitze unklar, durch welche das Licht hindurch getreten ist, und zu welchen Schlitzen die entsprechenden in 9 gezeigten Peakpositionen g1 bis g17 gehören, ist unklar. In dieser Ausführungsform werden die Schlitze durch das folgende Verfahren bestimmt.
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Wie in 9 gezeigt, wird ein Abstand zwischen Peakpositionen an beiden Enden aus einer vorbestimmten Anzahl von sequenziell angeordneten Peakpositionen berechnet. In dieser Ausführungsform wird ein Abstand L1 zwischen den Peakpositionen g1 und g5 an beiden Enden aus den sequenziellen angeordneten fünf Peakpositionen berechnet. Weiterhin wird ein Abstand L2 zwischen den Peakpositionen g5 und g9 an beiden Enden aus den sequenziell angeordneten fünf Peakpositionen berechnet. Darüber hinaus wird ein Abstand L3 zwischen den Peakpositionen g9 und g14 an beiden Enden aus den sequenziell angeordneten fünf Peakpositionen berechnet.
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Als nächstes wird ein Verhältnis R1 des Abstands L2 und des Abstands L1 berechnet. Weiterhin wird ein Verhältnis R2 des Abstands L3 und des Abstands L2 berechnet. Die berechneten Verhältnisse R1 und R2 werden mit den Verhältnissen N11 bis N18, N21 bis N28, N31 bis N38 und N41 bis N48 überprüft, welche vorab auf dem Speicher 62 aus 1 gespeichert wurden.
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Hierbei werden zwei Verhältnisse, welche den Verhältnissen R1 und R2 am nächsten sind, aus der Vielzahl von Verhältnissen N11 bis N18, N21 bis N28, N31 bis N38 und N41 bis N48 extrahiert. Demnach ist es möglich, Nummern der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zu bestimmen und entsprechend die Vielzahl der Peakpositionen g1 bis g17 mit der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zu verknüpfen.
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Als ein Beispiel korrespondieren, falls die Verhältnisse N25 und N26 den Verhältnissen R1 und R2 entsprechend am nächsten sind, die Abstände M25, M26 und M27 zwischen den Schlitzen (5) entsprechend den Abständen L1, L2 und L3 zwischen den Peakpositionen. Demnach gehören die Peakpositionen g1 bis g17 entsprechend zu den Schlitzen s18 bis s34. Weiterhin werden die Nummern der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, entsprechend als Nr. 18 bis Nr. 34 bestimmt.
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(5) Absolutposition des Kontaktelements
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Mit der obigen Methode wurden die Nummern der Vielzahl von entsprechend zu der Vielzahl von Peakpositionen gehörenden Schlitzen in der Lichtempfangsbetrag-Verteilung bestimmt. An dieser Stelle sind die Abstände zwischen der Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala 50 bekannt, aber eine Absolutposition eines jeden Schlitzes ist unbekannt. Eine Absolutposition eines beliebigen Schlitzes auf der Messskala 50 wird durch das folgende Verfahren berechnet.
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10 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Berechnungsverfahrens für eine Absolutposition eines Schlitzes. In dem Verfahren aus 10 wird eine Absolutposition eines beliebigen Schlitzes sq, durch welchen das Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 getreten ist, berechnet. Dabei ist die Absolutposition des Schlitzes sq ein Abstand Mx von einer optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30 zu dem Schlitz sq.
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Vorab werden Zwei Schlitze sp und sr ausgewählt, welche mit dem Schlitz sq dazwischen angeordnet sind. In dem Beispiel aus 10 befinden sich die Schlitze sp und sr auf beiden Seiten des Schlitzes sq, und ein Abstand zwischen den Schlitzen sp und sr ist Mq. Mit dem obigen Verfahren wurden die Nummern der Schlitze sp, sq und sr bestimmt und demnach ist der Abstand Mq ebenso bestimmt. Durch das durch die Schlitze sp bis sr hindurchgetretene Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 entstehen in der Lichtempfangsbetrag-Verteilung an entsprechend zu den Schlitzen sp bis sr gehörende Peakpositionen gp, gq und gr.
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Eine Position (im Folgenden als optische Achsposition bezeichnet) P0 der optischen Achse 30o an der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 ist bekannt. Basierend auf den Lichtempfangsdaten wird ein Abstand Lx von der optischen Achsposition P0 zu der Peakposition gq berechnet, und es wird ein Abstand Lq zwischen den Peakpositionen gp und gr berechnet. Im Anschluss wird ein Verhältnis (Lq/Mq) des Abstandes Lq zu dem Abstand Mq als ein Multiplikationsverhältnis R berechnet. Danach wird der Abstand Lx durch das Multiplikationsverhältnis R geteilt, um damit den Abstand Mx zu berechnen.
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Ein Abstand zwischen einem jeden Schlitz zur Spitze des Kontaktelements 20 ist bekannt. Demnach kann basierend auf der Absolutposition des Schlitzes sq die Absolutposition des Kontaktelements 20 berechnet werden. Entsprechend dem obigen Berechnungsverfahren für eine Absolutposition eines Schlitzes ist es möglich die Absolutposition des Kontaktelements 20 korrekt zu berechnen, selbst wenn die Messskala 50 mit Bezug zu der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Lichtempfangseinheit 40 mit dem Bewegen des Kontaktelements 20 verkippt.
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Wenn das Kontaktelement 20 aus 1 in Kontakt mit der Oberfläche des Messobjekts kommt, wird das Kontaktelement 20 verschoben. Die Absolutposition des Kontaktelements bevor das Kontaktelement 20 mit der Oberfläche des Messobjekts in Kontakt kommt, wird von der Absolutposition des Kontaktelements 20 zu dem Zeitpunkt abgezogen, wenn das Kontaktelement 20 mit der Oberfläche des Messobjekts in Kontakt kommt, um damit den Abstand des Kontaktelements 20 zu berechnen.
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Wie oben beschrieben wird der Abstand des Kontaktelements 20 basierend auf einer Veränderung in der Absolutposition eines jeden Schlitzes s1 bis s40 berechnet. Es ist also möglich, einen Abstand des Kontaktelements 20 basierend auf einer Position eines beliebigen Schlitzes, bevor das Kontaktelement 20 mit der Oberfläche des Messobjekts in Kontakt kommt, eine Position eines anderen beliebigen Schlitzes, nachdem das Kontaktelement 20 mit der Oberfläche des Messobjekts in Kontakt kommt, und einen Abstandes zwischen den Schlitzen zu berechnen.
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Demnach kann, selbst wenn einige Schlitze aus dem Bestrahlungsbereich des Lichts von der Licht-Projektionseinheit 30 verschoben werden, aufgrund des in Kontaktkommens mit der Oberfläche des Messobjekts des Kontaktelements 20, ein Abstand des Kontaktelements 20 durch ein Berechnen einer Absolutposition eines anderen Schlitzes berechnet werden. Demnach ist es möglich, einen Abstand des Kontaktelements 20 mit einer größeren Länge als dem Bestrahlungsbereich des Lichts von der Licht-Projektionseinheit 30 auf die Messskala zu berechnen.
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(6) Abstandsberechnungsverfahren
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11 ist ein das Abstandsberechnungsverfahren zeigendes Flussdiagramm. Mit Bezug zu 11 wird das Abstandsberechnungsverfahren für das Kontaktelement 20 durch den CPU 61 beschrieben.
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Der CPU 61 erhält die Lichtempfangsdaten von einem auf dem Speicher 62 aus 1 gespeicherten digitalen Signal (Schritt S1). Als nächstes erkennt der CPU 61 eine Vielzahl von Peakpositionen in einer Lichtempfangsbetrag-Verteilung basierend auf den Lichtempfangsbetrag (Schritt S2). Die Peakpositionen werden durch das Ausfüllen der Datenverarbeitung an der durch die Lichtempfangsdaten gezeigten Lichtempfangsbetrag-Verteilung erkannt, und es wird eine Position, bei der ein Lichtempfangsbetrag einen echten Peak erreicht, bestimmt.
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Im Anschluss bestimmt der CPU 61 die Nummern der Schlitze, durch welche das Licht hindurch getreten ist, basierend auf der Vielzahl von Peakpositionen (Schritt S3). In der vorliegenden Ausführungsform werden die Abstände L1 bis L3 aus 9 berechnet, und die Verhältnisse R1 und R2 werden ebenso berechnet. Die berechneten Verhältnisse R1 und R2 werden mit den Verhältnissen N11 bis N18, N21 bis N28, N31 bis N38 und N41 bis N48 überprüft, welche vorab auf dem Speicher 62 gespeichert wurden, um damit die Vielzahl von Peakpositionen mit der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zu verknüpfen. Weiterhin werden die Nummern der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, bestimmt.
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Danach bestimmt der CPU 61 einen Korrekturwert für den beliebigen Schlitz sq (Schritt S4). In der vorliegenden Ausführungsform ist der Korrekturwert das Multiplikationsverhältnis R. Der Korrekturwert wird in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30 zu dem Schlitz sq in 10 bestimmt. Durch das Bestimmen des Korrekturwerts wird der Abstandes Lq zwischen den zwei Peakpositionen gp und gr, welche mit der Peakposition gq dazwischen angeordnet sind, gemessen. Ein Verhältnis des Abstandes Lq zu dem Abstand Mq zwischen den beiden Schlitzen sp und sr, welche mit dem Schlitz sq dazwischen angeordnet sind, wird berechnet, um damit den Korrekturwert zu bestimmen.
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Als nächstes bestimmt der CPU 61 die Absolutposition des Schlitzes sq basierend auf der Peakposition gq und dem bestimmten Korrekturwert (Schritt S5). Durch das Bestimmen der Absolutposition des Schlitzes sq wird der Abstand Lx von der optischen Achsposition P0 zu der Peakposition gq berechnet. Durch das Teilen des Abstandes Lx durch das Multiplikationsverhältnis R wird der Abstand Mx von der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30 zu dem Schlitz sq berechnet, und die Absolutposition des Schlitzes sq wird bestimmt.
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Schließlich berechnet der CPU 61 den Abstand des Kontaktelements 20 (Schritt S6). In dieser Ausführungsform werden die Absolutpositionen einer Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 getreten ist, berechnet, und eine Vielzahl von Absolutpositionen des Kontaktelements 20, welche entsprechend zu den Absolutpositionen der Vielzahl von Schlitzen gehören, berechnet. Die Vielzahl von berechneten Absolutpositionen des Kontaktelements 20 werden gemittelt um damit die Absolutposition des Kontaktelements 20 zu berechnen. Eine Veränderung in der Absolutposition des Kontaktelements 20 wird berechnet, um damit den Abstand des Kontaktelements 20 zu berechnen.
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Somit ist es möglich, einen Abstand des Kontaktelements 20 mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Weiterhin kann, selbst wenn eine zu einem Schlitz auf der Messskala 50 gehörende Peakposition aufgrund eines Anhaftens von Staub oder ähnlichem auf dem Schlitz nicht erkannt wird, ein Fehler des berechneten Abstands des Kontaktelements 20 reduziert werden.
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Zusätzlich ist, da die Messskala 50 eine vorbestimmte Dicke aufweist, die Brechung des durch einen Schlitz in einer Position nahe der optischen Achse 30o getretenen Lichts kleiner als die Brechung des durch einen Schlitz in einer Position entfernt von der optischen Achse 30o getretenen Lichts. Damit ist die Genauigkeit der Berechnung einer Absolutposition des Schlitzes in der Position nahe der optischen Achse 30o höher als die Genauigkeit der Berechnung einer Absolutposition des Schlitzes in der Position entfernt von der optischen Achse 30o.
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Aus diesem Grund wird in der Berechnung der Absolutposition des Kontaktelements 20 eine Gewichtung der Absolutposition des Schlitzes in der Position nahe der optischen Achse 30o erhöht gegenüber einer Gewichtung der Absolutposition des Schlitzes in der Position entfernt von der optischen Achse 30o, und eine Vielzahl von Absolutpositionen des Kontaktelements 20 werden dann gemittelt. Somit ist es möglich die Absolutposition des Kontaktelements 20 noch genauer zu berechnen.
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(7) Effekt
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in der vorliegenden Ausführungsform bestrahlt die Licht-Projektionseinheit 30 die Messskala 50 mit nicht parallelem Licht, und das durch eine Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala 50 hindurchgetretene nicht parallele Licht wird von der Licht-Empfangseinheit 40 empfangen. In diesem Fall kann eine Absolutposition eines zu einer beliebigen Peakposition gehörenden Schlitzes unter Verwendung des Multiplikationsverhältnisses R berechnet werden, welches eine Beziehung eines Abstandes zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen in einer Lichtempfangsbetrag-Verteilung an der Licht-Empfangseinheit 40 und eines Abstandes zwischen einer Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala 50, welche entsprechend zu der Vielzahl von Peakpositionen gehören, angibt. Demnach muss kein optisches Element zur Kollimation von Licht wie beispielsweise die Kollimatorlinse zwischen der Licht-Projektionseinheit 30 und der Messskala 50 vorgesehen werden. Es ist damit möglich, die Größe des Kontakt-Abstandsmessgerätes 100 in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Kontaktelements 20 zu verringern.
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Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform ein jeder der Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala 50 durch Verwendung eines Identifizierungselements eindeutig identifizierbar angeordnet, welches auf einem Abstand zwischen einer Vielzahl von den Schlitz umfassenden Schlitzen basiert und eine vorbestimmte positionsbezogene Beziehung aufweist. Damit werden basierend auf einem Verhältnis der Abstände zwischen einer Vielzahl der eine vorbestimmte Beziehung aufweisenden Peakpositionen aus der erkannten Vielzahl von Peakpositionen die Positionen der zu der Vielzahl von Peakpositionen gehörenden Schlitze identifiziert. Damit kann jeder Schlitz auf der Messskala 50 korrekt identifiziert werden, selbst wenn die Parallelität zwischen der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 und der Messskala 50 gering ist oder wenn die Parallelität zwischen der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 und der Messskala 50 sich mit dem Bewegen des Kontaktelements 20 verändert.
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Darüber hinaus wird das Multiplikationsverhältnis R zum Berechnen einer Position eines beliebigen Schlitzes, nach dem jeder der Schlitze auf der Messskala identifiziert wurde, berechnet, und ein Abstand zwischen dem beliebigen Schlitz und der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30 wird basierend auf dem Multiplikationsverhältnis R berechnet. Demnach kann die Absolutposition des Kontaktelements 20 korrekt berechnet werden, selbst wenn die Parallelität zwischen der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 und der Messskala 50 gering ist oder wenn die Parallelität zwischen der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 und der Messskala 50 sich mit dem Bewegen des Kontaktelements 20 verändert.
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Somit ist es möglich die Genauigkeit beim Aufbau des Gehäuses 10, des Kontaktelements 20, der Licht-Projektionseinheit 30, der Licht-Empfangseinheit 40 und der Messskala 50 zu reduzieren. Folglich werden die Kosten des Kontakt-Abstandsmessgeräts reduziert.
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[2] Zweite Ausführungsform
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(1) Abstandsberechnungsverfahren
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Eine Beschreibung von Punkten, in denen sich ein Kontakt-Abstandsmessgerät 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform von dem Kontakt-Abstandsmessgerät 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird gegeben.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Multiplikationsverhältnis, welches auf den Abständen zwischen der Licht-Projektionseinheit 30, der Licht-Empfangseinheit 40 und der Messskala 50 basiert, vorab auf dem Speicher 62 aus 1 als Positionsberechnungsdaten gespeichert. Weiterhin werden die 39 Abstände m1 bis m10 zwischen den Schlitzen auf der Messskala 50 aus den 3 bis 6 auf dem Speicher 62 gespeichert, so dass diese zu der Anordnung von Schlitzen s1 bis s40 korrespondieren.
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Das vorab auf dem Speicher 62 gespeicherte Multiplikationsverhältnis ist beispielsweise ein Multiplikationsverhältnis eines Abstandes zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen zu einem Abstand zwischen Schlitzen in der Umgebung der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30. Dieses Multiplikationsverhältnis ist ein Verhältnis eines Abstandes zwischen der Licht-Projektionseinheit 30 und der Licht-Empfangseinheit 40 zu einem Abstand zwischen der Licht-Projektionseinheit 30 und der Messskala 50, und ist bekannt.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden in Schritt S3 aus 11 die Nummern der Schlitze, durch welche das Licht getreten ist, durch das folgende Verfahren anstelle des Verfahrens aus 10 bestimmt. 12 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Bestimmungsverfahrens von Nummern von Schlitzen in der zweiten Ausführungsform. In dem Beispiel aus 12 wird eine Vielzahl von entsprechend zu einer Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, gehörenden Peakpositionen g1 bis g17 durch schwarze Kreise angezeigt.
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Wie in 12 gezeigt, werden die Abstände a1 bis a16 zwischen den benachbarten Peakpositionen g1 bis g17 berechnet. Als nächstes wird ein Abstand von der optischen Achsposition P0 zu einem jeden der Peakpositionen g1 bis g17 durch das auf dem Speicher 62 gespeicherten Multiplikationsverhältnis geteilt, und damit entsprechend die Abstände a1 bis a16 zu Abständen b1 bis b16 zu korrigieren.
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Eine Anordnung von korrigierten Abständen b1 bis b16 wird mit einer Anordnung der Vielzahl von vorab auf dem Speicher 62 gespeicherten Abständen m1 bis m10 auf der Messskala 50 überprüft. Somit ist es möglich die Nummern der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zu bestimmen, und entsprechend die Vielzahl von Peakpositionen g1 des g17 mit der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zu verknüpfen.
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Wie oben beschrieben ist in diesem Beispiel das vorab auf dem Speicher 62 gespeicherte Multiplikationsverhältnis ein Multiplikationsverhältnis eines Abstandes zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen zu einem Abstand zwischen Schlitzen in der Umgebung der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30. Allerdings ist das eigentliche Multiplikationsverhältnis einer Position entfernt von der optischen Achse 30o etwas (beispielsweise in der Größenordnung von 2 %) größer als das Multiplikationsverhältnis in der Umgebung der optischen Achse 30o, da sich das von der Licht-Projektionseinheit 30 emittierte Licht unter einem vorbestimmten Winkel auf aufweitet.
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Aus diesem Grunde stimmt eine Anordnung von Abständen zwischen Peakpositionen in der Position nahe der optischen Achse 30o mit einer Anordnung der Abstände m1 bis m10 mit einer höheren Genauigkeit überein als eine Anordnung von Abständen zwischen Peakpositionen in der Position entfernt von der optischen Achse 30o. Daher kann eine Gewichtung der Anordnung von Abständen zwischen den Peakpositionen in der Umgebung der optischen Achse 30o erhöht werden, und dann kann die Anordnung der Abstände zwischen den Peakpositionen mit der Anordnung der Vielzahl von Abständen m1 bis m10 überprüft werden.
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Die Verarbeitung der Schritte S4 bis S6 in 11 in der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zu der Verarbeitung der Schlitte S4 bis S6 in der ersten Ausführungsform. In Schritt S4 wird ein Multiplikationsverhältnis eines Abstandes zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen zu einem Abstand zwischen Schlitzen als ein Korrekturwert für den beliebigen Schlitz sq berechnet.
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Das in Schritt S4 berechnete Multiplikationsverhältnis unterscheidet sich von dem vorab auf dem Speicher 62 gespeicherten Multiplikationsverhältnisses dadurch, dass es ein Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o ist. Durch die Verwendung des Multiplikationsverhältnisses in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o kann die Position des Schlitzes in Schritt S5 korrekt bestimmt werden.
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(2) Effekt
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In dieser Ausführungsform werden die Abstände zwischen der Vielzahl von Schlitzen auf der Messskala 50 auf dem Speicher 62 derart vorab gespeichert, so dass diese zu der Anordnung der Vielzahl von Schlitzen korrespondieren. Eine Vielzahl von Abständen zwischen den Peakpositionen wird mit den Abständen zwischen der Vielzahl von zuvor auf dem Speicher 62 gespeicherten Schlitzen überprüft, um damit die Position der zu der Vielzahl von Peakpositionen gehörenden Schlitzen zu identifizieren. In diesem Fall kann entsprechend eine zu einer Vielzahl von Peakpositionen gehörende Vielzahl von Schlitzen sofort identifiziert werden.
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[3] Dritte Ausführungsform
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(1) Abstandsberechnungsverfahren
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Eine Beschreibung von Punkten, in denen sich ein Kontakt-Abstandsmessgerät 100 entsprechend einer dritten Ausführungsform von dem Kontakt-Abstandsmessgerät 100 entsprechend der zweiten Ausführungsform unterscheidet, wird gegeben.
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Eine Richtung orthogonal zu der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30 wird als eine optische-achs orthogonal Richtung bezeichnet. Das Gehäuse 10, das Kontaktelement 20, die Licht-Projektionseinheit 30, die Licht-Empfangseinheit 40 und die Messskala 50 sind in dieser Ausführungsform mit relativ hoher Genauigkeit montiert. Insbesondere ist die Parallelität der lichtempfangenden Oberfläche der Licht-Empfangseinheit 40 mit Bezug zu der optischen-achs orthogonal Richtung höher, die Parallelität des Kontaktelements 20 und der Messskala 50 mit Bezug zu der optischen-achs orthogonal Richtung höher und das Kontaktelement 20 und die Messskala 50 bewegen sich in einem Zustand, bei dem die Parallelität mit Bezug zu der optischen-achs orthogonal Richtung beibehalten wird. Demnach ist ein Multiplikationsverhältnis zur Berechnung einer Position eines beliebigen Schlitzes eindeutig basierend auf der relativen positionsbezogenen Beziehung zwischen der Licht-Projektionseinheit 30, der Licht-Empfangseinheit 40, den Kontaktelement 20 und der Messskala 50 eingestellt.
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Das Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o kann basieren auf einem Spreizwinkel des von der Licht-Projektionseinheit 30 emittierten Lichts berechnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o bekannt. Insbesondere wird eine das Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o anzeigende Tabelle vorab auf dem Speicher 62 aus 1 als Position Berechnungsdaten gespeichert. Hierbei zeigt die Tabelle die Korrespondenz Beziehung der Abstände von der optischen Achse 30o und des Multiplikationsverhältnisses. Alternativ wird ein mathematischer Ausdruck zur Berechnung des Multiplikationsverhältnisses in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o vorab auf dem Speicher 62 als Positionsberechnungsdaten gespeichert.
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In Schritt Bis 4 der vorliegenden Ausführungsform willen basierend auf der auf dem Speicher 62 gespeicherten Tabelle oder Ausdruck das Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand zur optischen Achse 30o als ein Korrekturwert für einen Schlitz bestimmt. In dem nachfolgenden Schritt S5 wird die Position des Schlitzes sq basierend auf dem bestimmten Korrekturwert bestimmt. Durch Bestimmen der Position des Schlitzes sq wird der Abstand Lx von der optischen Achsposition P0 zu der Peakposition gq, wie in 10 gezeigt, berechnet. Durch Teilen des Abstandes Lx durch das Multiplikationsverhältnis an der Peakposition gq wird der Abstand Mx von der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30 zu dem Schlitz sq berechnet, und die Absolutposition des Schlitzes sq wird bestimmt.
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Danach wird das Verfahren des Schritts S6 durchgeführt. Das Verfahren des Schritts S6 in der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich zu dem Verfahren des Schritts 6 in der zweiten Ausführungsform.
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(2) Effekt
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In der vorliegenden Ausführungsform wird das Multiplikationsverhältnis des Abstandes zwischen der Vielzahl von Schlitzen zu dem Abstand zwischen der Vielzahl von Peakpositionen in Übereinstimmung mit dem Abstand zu der optischen Achse 30o vorab auf dem Speicher 62 gespeichert. Demnach kann eine Position eines Schlitzes sofort mit hoher Geschwindigkeit basierend auf dem Multiplikationsverhältnis, welches vorab auf dem Speicher 62 gespeichert ist, berechnet werden.
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[4] Vierte Ausführungsform
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(1) Abstandsberechnungsverfahren
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Eine Beschreibung der Punkte, in denen sich ein Kontakt-Abstandsmessgerät 100 gemäß einer vierten Ausführungsform von dem Kontakt-Abstandsmessgerät 100 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet, wird gegeben.
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Das Gehäuse sehen, dass Kontaktelement 20, die Licht-Projektionseinheit 30, die Licht-Empfangseinheit 70 und die Messskala 50 werden in der vorliegenden Ausführungsform mit relativ hoher Genauigkeit montiert. Demnach ist ein Multiplikationsverhältnis zur Berechnung einer Position eines beliebigen Schlitzes eindeutig basierend auf der relativen positionsbezogenen Beziehung zwischen der Licht-Projektionseinheit 30, der Licht-Empfangseinheit 40, den Kontaktelement 20 und der Messskala 50 eingestellt.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird das Abstandsberechnungsverfahren in der Reihenfolge S1, S2, S4, S3, S5 und S6 aus 11 ausgeführt. In Schritt S4 der vorliegenden Ausführungsform wird das Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o basierend auf der auf dem Speicher 62 gespeicherten Tabelle oder Ausdruck als ein Korrekturwert für einen Schlitz bestimmt. In dem nachfolgenden Schritt S3 werden die Nummern der Schlitze durch das folgende Verfahren anstelle des Verfahrens aus 12 bestimmt.
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13 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Bestimmungsverfahrens für Nummern von Schlitzen in der vierten Ausführungsform. In dem Beispiel aus 13 werden eine entsprechend zu einer Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zugehörige Vielzahl von Peakpositionen g1 bis g17 durch schwarze Kreise angezeigt.
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Wie in 13 gezeigt, werden Abstände a1 bis a16 zwischen den benachbarten Peakpositionen g1 bis g17 gemessen. Als nächstes wird ein Abstand von der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30 zu jeder der Peakpositionen g1 bis g17 durch das berechnete Multiplikationsverhältnis an jedem der Peakpositionen g1 bis g17 geteilt, um entsprechend die Abstände a1 bis a16 zu den Abständen c1 bis c16 zu korrigieren. Die Abstände c1 bis c16 korrespondieren zu den Abständen a1 bis a16 zwischen den Peakpositionen g1 bis g17 für den Fall, bei dem die Messskala 50 mit parallelem Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 bestrahlt wird.
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Eine Anordnung der korrigierten Abstände c1 bis c16 mit einer zuvor auf dem Speicher 62 gespeicherten Anordnung der Vielzahl von Abständen m1 bis m10 überprüft. Damit ist es möglich die Nummer der Vielzahl von Schlitzen, durch welche des Licht getreten ist, zu bestimmen, und entsprechen die Vielzahl von Peakpositionen g1 bis g17 mit der Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten, zu verknüpfen.
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Danach wird die Verarbeitung der Schritte S5 und S6 ausgeführt. Die Verarbeitung der Schritte S5 und S6 ist ähnlich zu der Verarbeitung der Schritte S5 und S6 in der dritten Ausführungsform.
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(2) Effekt
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In der vorliegenden Ausführungsform wird das Multiplikationsverhältnis des Abstandes zwischen der Vielzahl von Schlitzen zu dem Abstand zwischen der Vielzahl von Peakpositionen in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o vorab auf dem Speicher 62 gespeichert. Damit kann eine Position eines beliebigen Schlitzes basierend auf dem vorab auf dem Speicher 62 gespeicherten Multiplikationsverhältnisses sofort mit hoher Geschwindigkeit berechnet werden. Weiterhin kann durch die Verwendung eines Abstandes zwischen der korrigierten Vielzahl von Peakpositionen in dieser Ausführungsform ein zu einer beliebigen Peakposition gehörender Schlitz mit hoher Genauigkeit identifiziert werden.
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[5] Andere Ausführungsformen
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- (1) In den obigen Ausführungsformen weist die Messskala 50 eine Vielzahl von Schlitzen auf, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Die Messskala 50 kann eine andere Vielzahl von lichttransmittierenden Schlitzen anstelle der Vielzahl von Schlitzen aufweisen.
- (2) In der obigen Ausführungsform ist die Steuereinheit 60 in dem zwischen dem Gehäuse 10 und der Anzeigeeinheit 70 verbindenden Kabel vorgesehen, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wenn das Gehäuse 10 einen ausreichend großen Unterbringungsraum aufweist, kann die Steuereinheit 60 in dem Gehäuse 10 untergebracht werden. Alternativ kann die Steuereinheit 60 in einem Gehäuse, welches sich von dem Gehäuse 10 unterscheidet, untergebracht werden.
- (3) in der obigen Ausführungsform wird die als Referenz genommene Position des Schlitzes sq mit der Position der optischen Achse 30o auf den Messskala 50 als die Absolutposition berechnet, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die als Referenz genommen Position des Schlitzes sq mit einer (beliebigen Position) sein auf der Messskala kann als die Absolutposition berechnet werden.
- (4) in der obigen Ausführungsform ist der Lichtempfangsbetrag-Peak das Maximum des Lichtempfangsbetrags, welches in der Lichtempfangsbetrag-Verteilung durch das durch die Schlitze getretene Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 entsteht, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Lichtempfangsbetrag-Peak kann das Minimum eines Lichtempfangsbetrags sein, welches in einer Lichtempfangsbetrag-Verteilung durch das Licht von der Licht-Projektionseinheit 30 entsteht, welches durch andere Teile (lichtabschirmende Teile) als die Schlitze auf der Messskala 50 beschattet wird.
- (5) In der ersten Ausführungsform werden die zwei Verhältnisse R1 und R2 mit der zuvor gespeicherten Vielzahl von Verhältnissen überprüft, um damit eine Vielzahl von Peakpositionen entsprechend mit einer Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zu verknüpfen, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Ein Verhältnis R1 oder R2 kann mit der Vielzahl von zuvor gespeicherten Verhältnissen überprüft werden, um damit eine Vielzahl von Peakpositionen entsprechend mit einer Vielzahl von Schlitzen, durch welche das Licht getreten ist, zu verknüpfen.
- (6) In der ersten Ausführungsform wird das Verhältnis des Abstandes Lq zwischen den Peakpositionen gp und gr zu dem Abstand Mq zwischen den Schlitzen sp und sr berechnet, um damit den Korrekturwert zu bestimmen, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. In einer Weise ähnlich zu der dritten oder vierten Ausführungsform kann eine Tabelle vorab auf dem Speicher 62 gespeichert werden, welche das Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand zu der optischen Achse 30o oder dem mathematischen Ausdruck zum Berechnen des Multiplikationsverhältnisses in Übereinstimmung mit dem Abstand von der optischen Achse 30o anzeigt. In diesem Fall wird anstelle des Multiplikationsverhältnisses R basierend auf der auf dem Speicher 62 gespeicherten Tabelle oder dem Ausdruck das Multiplikationsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Abstand zu der optischen Achse 30o als ein Korrekturwert für einen Schlitz bestimmt.
- (7) In der zweiten Ausführungsform ist das auf dem Speicher 62 gespeicherte Multiplikationsverhältnis ein Multiplikationsverhältnis eines Abstandes zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen zu einem Abstand zwischen Schlitzen in der Umgebung der optischen Achse 30o der Licht-Projektionseinheit 30, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das vorab auf dem Speicher 62 gespeicherte Multiplikationsverhältnis kann ein Multiplikationsverhältnis eines Abstandes zwischen einer Vielzahl von Peakpositionen zu einem Abstand zwischen Schlitzen in einer beliebigen Position sein.
- [6] Korrespondenzbeziehung zwischen entsprechenden konstitutionellen Elementen der Ansprüche und entsprechenden Teilen der Ausführungsformen Im Folgenden werden Beispiele einer Entsprechung zwischen entsprechenden konstitutionellen Elementen der Ansprüche und entsprechenden Teile der Ausführungsformen beschrieben, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
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In den obigen Ausführungsformen ist das Gehäuse 10 ein Beispiel des Gehäuses, das Kontaktelement 20 ist ein Beispiel des Kontaktelements, die Schlitze s1 bis s40 sind Beispiele der Licht-Projektionseinheiten, die Messskala 50 ist ein Beispiel der Messskala und die Licht-Empfangseinheit 40 ist ein Beispiel der Licht-Empfangseinheit. Der CPU 61 ist ein Beispiel der Erkennungseinheit, der Berechnungseinheit und der Verarbeitungsvorrichtung, der Speicher 62 ist ein Beispiel der ersten und zweiten Speichereinheiten und das Kontakt-Abstandsmessgerät 100 ist ein Beispiel des Kontakt-Abstandsmessgeräts.
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Als die entsprechenden konstitutionellen Elemente der Ansprüche kann ebenso eine Auswahl von anderen Elementen, welche jeweils die Konfiguration oder Funktion wie in den Ansprüchen beschrieben aufweisen, verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung kann erfolgreich auf eine Auswahl von Kontakt-Abstandsmessgeräten angewendet werden.
