DE102018113586A1

DE102018113586A1 - Optischer Sensor und Verfahren zur Erkennung von Anomalien für einen optischen Sensor

Info

Publication number: DE102018113586A1
Application number: DE102018113586.6A
Authority: DE
Inventors: Norihiro TOMAGO; Tomonori Kondo; Shinya Furukawa
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-04-04
Also published as: CN109579705A; JP2023009227A; US20190101646A1; US10514460B2; JP2019066259A; CN109579705B; JP2022031539A

Abstract

Ein optischer Sensor und ein Verfahren zur Erkennung von Anomalien sind bereitgestellt. Der optische Sensor umfasst eine Lichtquellenvorrichtung, die Licht erzeugt, das auf ein Objekt gestrahlt werden soll; einen Lichtempfangsteil, der ein reflektiertes Licht von dem Objekt empfängt; einen Abzweigteil, der eine erste optische Faser, die optisch mit der Lichtquellenvorrichtung gekoppelt ist, und eine zweite optische Faser, die optisch mit dem Lichtempfangsteil gekoppelt ist, um sich mit einem Ende einer dritten optischen Faser, die dem Objekt zugewandt ist, zu verbinden; und ein Verarbeitungsteil, das bestimmt, ob eine Verbindungsabweichung an einem Übergang zwischen der dritten optischen Faser und dem Verzweigungsteil auftritt, basierend darauf, ob ein Inkrement in einer empfangenen Lichtmenge, die von dem Lichtempfangsteil in Bezug auf eine Referenzdetektionsmenge, die in einem Zustand ohne Reflexion vom anderen Ende der dritten optischen Faser erfasst wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

Description

HINTERGRUND
Technischer Bereich
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor und ein Verfahren zur Erkennung von Anomalien für den optischen Sensor, insbesondere auf einen optischen Sensor und ein Verfahren zur Erkennung von Anomalien für den optischen Sensor zur Messung einer Entfernung zu einem Objekt oder einer Verschiebung des Objekts auf der Grundlage eines vom Objekt reflektierten Lichts.
Beschreibung des Stands der Technik
In den letzten Jahren sind optische Sensoren mit konfokalen optischen Systemen oder ähnlichem weit entwickelt worden. Ein konfokales Verdrängungsmessgerät, das im Patentdokument 1 (veröffentliche JP-Patentanmeldung No. 2017-116493 ) beschrieben ist, umfasst ein Verarbeitungsgerät, einen Messkopf, ein Lichtleiterteil, einen PC (Personal Computer), ein Hauptanzeigeteil und ein Bedienteil. Das Verarbeitungsgerät besteht aus einem Gehäuse, einem Lichtprojektor, einem Lichtzweigteil, einem Lichtempfangsteil, einem arithmetischen Verarbeitungsteil, einem Stromversorgungsteil und einem sekundären Anzeigeteil. Das Lichtleiterteil besteht aus einer Vielzahl von Lichtleitfasern, einem Faserkoppler und einem Faseranschluss. Das Lichtleiterteil verbindet das Auswertegerät und den Messkopf optisch.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei dem im Patentdokument 1 beschriebenen konfokalen Wegmessgerät gibt der Faserkoppler des Lichtleiterteils Licht vom Lichtprojektor über den Messkopf an das Messobjekt ab und gibt reflektiertes Licht vom Messobjekt über das Lichtzweigteil an das Lichtempfangsteil ab. Bei Anomalien im Faserkoppler ist es wahrscheinlich, dass sich das Licht des Lichtprojektors nicht auf das Messobjekt ausbreitet, was eine Messung unmöglich macht. Wird ein Sensor zur Detektion von Verbindungsabweichungen solcher Lichtleitfaser zur Verfügung gestellt, erhöhen sich die Kosten.
Die Erfindung bietet einen optischen Sensor und eine Verfahren zur Erkennung von Anomalien für den optischen Sensor, die in der Lage sind, eine Anomalie der Verbindungsstelle zu erkennen, ohne einen zusätzlichen Erkennungsmechanismus wie z.B. einen Sensor bereitzustellen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist ein optischer Sensor vorgesehen, der einen Abstand zu einem Objekt oder eine Verschiebung des Objekts auf der Grundlage eines vom Objekt reflektierten Lichts misst. Der optische Sensor beinhaltet: eine Lichtquellenvorrichtung zum Erzeugen von auf das Objekt zu strahlendem Licht; ein Lichtempfangsteil zum Empfangen des von dem Objekt reflektierten Lichts; ein Abzweigteil zum Verschmelzen einer ersten optischen Faser, die optisch mit der Lichtquellenvorrichtung gekoppelt ist, und einer zweiten optischen Faser, die optisch mit dem Lichtempfangsteil gekoppelt ist, um sich mit einem Ende einer dritten Lichtleitfaser zu verbinden, die dem Objekt zugewandt ist; und ein Verarbeitungsteil zum Bestimmen, ob eine Verbindungsabweichung an einem Übergang zwischen der dritten Lichtleitfaser und dem Verzweigungsteil auftritt, basierend darauf, ob ein Inkrement in einer empfangenen Lichtmenge, die von dem Lichtempfangsteil in Bezug auf eine Referenzdetektionsmenge erfasst wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wobei eine empfangene Lichtmenge, die von dem Lichtempfangsteil in einem Zustand ohne Reflexion von dem anderen Ende der dritten Lichtleitfasererfasst wird, als Referenzdetektionsmenge eingestellt wird.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der Lichtempfangsteil so konfiguriert, dass er eine Wellenlängencharakteristik der einfallenden Lichtintensität ausgibt, und der Verarbeitungsteil bestimmt, ob das Inkrement innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, basierend auf einer Differenzwellenlängencharakteristik, die einer Differenz zwischen einer Referenzwellenlängencharakteristik, die der Referenzdetektionsmenge entspricht, und der Wellenlängencharakteristik des Lichtempfangsteils entspricht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung, wenn alle Intensitäten bei einer Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigt werden, kleiner oder gleich einem vorbestimmten positiven ersten Schwellenwert sind und mindestens eine der Intensitäten größer als ein vorbestimmter positiver zweiter Schwellenwert ist, der kleiner als der positive erste Schwellenwert ist, bestimmt der Verarbeitungsteil, dass eine Anomalie an der Verbindung zwischen der dritten Lichtleitfaser und dem Abzweigteil auftritt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung, wenn alle Intensitäten bei der Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängen-Charakteristik angezeigt werden, kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert sind, bestimmt der Verarbeitungsteil, dass eine Anomalie bei der Erzeugung von Licht aus der Lichtquelle auftritt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung, wenn alle Intensitäten bei der Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigt werden, kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert sind und mindestens eine der Intensitäten größer als ein invertierter negativer Wert der Referenzdetektionsmenge ist, bestimmt der Verarbeitungsteil, dass sich die Lichtquellenvorrichtung verschlechtert hat, und wenn alle Intensitäten bei der Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigt werden, im Wesentlichen gleich dem invertierten negativen Wert der Referenzdetektionsmenge sind, bestimmt der Verarbeitungsteil, dass die Erzeugung von Licht von der Lichtquellenvorrichtung gestoppt wurde.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung berechnet der Verarbeitungsteil einen Flächenwert durch Integration der Intensitäten der durch die Differenzwellenlängencharakteristik angegebenen Wellenlängen, und wenn der berechnete Flächenwert kleiner oder gleich einem vorbestimmten positiven ersten Schwellenwert ist und größer als ein vorbestimmter positiver zweiter Schwellenwert ist, der kleiner als der positive erste Schwellenwert ist, bestimmt der Verarbeitungsteil, dass eine Anomalie an der Verbindungsstelle zwischen der dritten Lichtleitfaser und dem Abzweigteil auftritt.
Wenn der Flächenwert kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert ist, stellt der Verarbeitungsteil fest, dass bei der Erzeugung von Licht aus der Lichtquellenvorrichtung eine Anomalie auftritt.
Wenn der Flächenwert kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert und größer als Null ist, stellt der Verarbeitungsteil fest, dass sich die Lichtquellenvorrichtung verschlechtert hat, und wenn der Flächenwert im Wesentlichen Null ist, bestimmt der Verarbeitungsteil, dass die Erzeugung von Licht aus der Lichtquellenvorrichtung gestoppt wurde.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung, wenn keine Anomalie an der Verbindungsstelle zwischen der dritten Lichtleitfaser und dem Abzweigteil auftritt und keine Anomalie bei der Erzeugung von Licht aus dem Lichtquellenvorrichtung auftritt, gibt das Verarbeitungsteil ein Detektionssignal vom Lichtempfangsteil als gültiges Messsignal aus.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung stoppt der Verarbeitungsteil die Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung, wenn festgestellt wird, dass die Erzeugung von Licht aus der Lichtquellenvorrichtung gestoppt wurde.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Meldeteil enthalten, und wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität an der Verbindungsstelle zwischen der dritten Lichtleitfaser und dem Abzweigteil auftritt oder wenn festgestellt wird, dass sich die Lichtquelle verschlechtert hat, meldet der Verarbeitungsteil die Abnormalität durch den Meldeteil.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist für einen optischen Sensor eine Anomalieerkennung vorgesehen, die einen Abstand zu einem Objekt oder eine Verschiebung des Objekts auf der Grundlage eines vom Objekt reflektierten Lichts misst. Die Anomalie-Erkennungsmethode umfasst: Bestrahlen des Objekts mit Licht, das von einer Lichtquelle erzeugt wird, und Erfassen einer empfangenen Lichtmenge, die von einem Lichtempfangsteil als Referenzdetektionsmenge erfasst wird, wobei eine erste optische Faser, die optisch mit der Lichtquelle gekoppelt ist, und eine zweite optische Faser, die optisch mit dem Lichtempfangsteil gekoppelt ist, an einem Abzweigteil verschmolzen sind, um sich mit einem Ende einer dritten Lichtleitfaserzu verbinden, die dem Objekt zugewandt ist, wobei die Referenzdetektionsmenge eine empfangene Lichtmenge ist, die von dem Lichtempfangsteil in einem Zustand ohne Reflexion von dem anderen Ende der dritten Lichtleitfasererfasst wird; Bestrahlen des Objekts mit Licht, das von der Lichtquelle erzeugt wird, und Erfassen einer empfangenen Lichtmenge, die von dem Lichtempfangsteil als Erfassungsmenge für ein Auswertungsobjekt erfasst wird; und Bestimmen, ob eine Verbindungsabweichung an einem Übergang zwischen der dritten Lichtleitfaser und dem Verzweigungsteil auf der Grundlage, ob ein Inkrement in der Erfassungsmenge des Auswertungsobjekts in Bezug auf die Referenzerfassungsmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Nach der Erfindung kann eine Verbindungabweichung erkannt werden, ohne dass ein zusätzlicher Erkennungsmechanismus wie z.B. ein Sensor zur Verfügung steht.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines konfokalen Messgerätes 50 nach einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um einen Faserstecker 30 zum Zeitpunkt der Kalibrierung im konfokalen Messgerät 50 von 1.
3 ist ein Diagramm, das eine empfangene Lichtmenge an Rücklicht RL bei jeder Wellenlänge am Faseranschluss 30 zeigt.
4 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um den Faserstecker 30 zum Zeitpunkt der Messung im konfokalen Messgerät 50 von 1.
5 ist ein Diagramm, das die empfangene Lichtmenge in Bezug auf die Wellenlänge zum Zeitpunkt der Messung eines Messobjekts TS zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um den Faserstecker 30 zum Zeitpunkt des Faserabfalls im konfokalen Messgerät 50 von 1.
7 ist ein Diagramm, das die empfangene Lichtmenge in Bezug auf die Wellenlänge zeigt, wenn eine Lichtleitfaser52 aus dem Faseranschluss 30 herausfällt.
8 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um den Faserstecker 30 zum Zeitpunkt der Anomalie in der Lichtquellenvorrichtung 10 im konfokalen Messgerät 50 von 1.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die empfangene Lichtmenge in Bezug auf die Wellenlänge in einem Fall zeigt, in dem eine Anomalie bei der Lichtprojektion des Lichtquellenvorrichtunges 10 auftritt.
10 ist ein Korrekturdiagramm, das durch Subtraktion des Rücklichtes RL von einem Lichtempfangssignal RM zum Zeitpunkt der Messung des Messobjekts TS erstellt wird.
11 ist ein Korrekturdiagramm, das durch Subtraktion des Rücklichtes RL von einem Lichtempfangssignal RE in einem Fall, in dem die Lichtleitfaser 52 aus dem Faserstecker 30 herausfällt, erstellt wird.
12 ist ein Korrekturdiagramm, das durch Subtraktion des Rücklichts RL von einem Lichtempfangssignal RS in einem Fall erstellt wird, in dem eine Anomalie bei der Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 auftritt.
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Methode zur Erkennung von Anomalien in einem Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zum Zeitpunkt der Messung anhand von Abtastwerten zeigt.
14 ist ein Diagramm, das zeigt, wie mehrere repräsentative Punkte aus Differenzdaten abgetastet werden.
15 ist ein Flussdiagramm, das eine Methode zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zum Zeitpunkt der Messung anhand eines Flächenwertes des Lichtempfangssignals zeigt.
16 ist ein Diagramm, das zeigt, wie man eine Fläche berechnet, die von den Differenzdaten und der horizontalen Achse eingeschlossen ist.
17 ist ein Flussdiagramm, das eine Methode zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zur Nicht-Messzeit anhand von Abtastschwellenwerten zeigt.
18 ist ein Flussdiagramm, das eine Methode zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zur Nicht-Messzeit unter Verwendung eines Flächenwertes des Lichtempfangssignals zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines konfokalen Messgerätes 50 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das konfokale Messgerät 50 ist ein Beispiel für einen optischen Sensor.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das konfokale Messgerät 50 eine Lichtquellenvorrichtung 10, einen Faseranschluss 30, ein Lichtempfangsteil 45, ein Kopfteil 51, eine Lichtleitfaser 52, eine Zweiglichtleitfaser 56 und ein Verarbeitungsteil 59. Der Lichtempfangsteil 45 enthält ein Spektroskop 57 und ein Abbildungselement 58.
Das konfokale Messgerät 50 ist ein Messgerät, das mit dem Lichtquellenvorrichtung 10 ausgestattet ist und einen Abstand zu einem Messobjekt TS oder eine Verschiebung des Messobjekts TS mit Hilfe einer konfokalen Optik misst. Das konfokale Messgerät 50 misst z.B. eine Glasdicke, eine Glasplanheit, etc. Die Lichtquellenvorrichtung 10 ist z.B. eine weiße Lichtquelle.
Wie in 1 dargestellt, besteht das konfokale Messgerät 50 aus dem Kopfteil 51, der Lichtleitfaser 52, einem Controllerteil 53 und einem Monitor 54. Das Kopfteil 51 hat eine konfokale Optik. Die Lichtleitfaser 52 wird mit dem Kopfteil 51 verbunden. Der Reglerteil 53 ist über die Lichtleitfaser 52 optisch mit dem Kopfteil 51 verbunden. Der Monitor 54 zeigt einen Signalausgang vom Controller Teil 53 an. Die Lichtleitfaser 52 und das Controllerteil 53 werden über den Faserstecker 30 verbunden. Die Lichtleitfaser 52 kann an den Faserstecker 30 angeschlossen oder von diesem getrennt werden.
Das Kopfteil 51 hat eine diffraktive Linse 51a, eine Objektivlinse 51b und eine Kondensorlinse 51c in einem zylindrischen Gehäuseteil. Die Objektivlinse 51b ist auf der Seite des Messobjekts TS gegenüber der diffraktiven Linse 51a angeordnet. Die Kondensorlinse 51c ist zwischen der Lichtleitfaser 52 und der diffraktiven Linse 51a angeordnet.
Die diffraktive Linse 51a verursacht chromatische Aberration im Licht, das von der Lichtquelle 10 in Richtung der optischen Achse emittiert wird, wobei die Lichtquelle 10 Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen emittiert, die später beschrieben werden. Auf der Linsenoberfläche der diffraktiven Linse 51a werden z.B. feine Wellenformen wie eine kinoforme und eine binäre Form (Stufenform) periodisch gebildet. Die Form der diffraktiven Linse 51a ist jedoch nicht auf die obigen Konfigurationen beschränkt.
Die Objektivlinse 51b kondensiert das durch die diffraktive Linse 51a verursachte Licht mit chromatischer Aberration auf das Messobjekt TS.
Die Kondensorlinse 51c ist zwischen der Lichtleitfaser 52 und der diffraktiven Linse 51a so angeordnet, dass eine numerische Apertur (NA) der Lichtleitfaser52 mit einer numerischen Apertur der diffraktiven Linse 51a zusammenfällt. Da die numerische Apertur der Lichtleitfaser 52 mit der numerischen Apertur der diffraktiven Linse 51a zusammenfällt, kann das von der Lichtleitfaser 52 emittierte Licht effektiv in der diffraktiven Linse 51a genutzt werden. Das von der Lichtquellenvorrichtung 10 als Weißlichtquelle abgegebene Licht wird über die Lichtleitfaser 52 zum Kopfteil 51 geführt.
Die Lichtleitfaser 52 ist ein optischer Weg vom Kopfteil 51 zum Controllerteil 53 und fungiert gleichzeitig als Lochblende (Pinhole). Das heißt, unter dem von der Objektivlinse 51b kondensierten Licht wird das auf das Messobjekt fokussierte Licht TS auf eine Öffnung der Lichtleitfaser 52 fokussiert. Die Lichtleitfaser 52 fungiert daher als Lochblende, die Licht bei Wellenlängen, die nicht auf das Messobjekt TS fokussiert sind, abschirmt und das auf das Messobjekt TS fokussierte Licht passieren lässt.
Das konfokale Messgerät 50 kann auch ohne die Lichtleitfaser 52 als optischen Weg vom Kopfteil 51 zum Controllerteil 53 konfiguriert werden. Durch die Verwendung der Lichtleitfaser 52 als Lichtweg ist es jedoch möglich, das Kopfteil 51 gegenüber dem Controllerteil 53 flexibel zu verschieben. Auch in der Konfiguration, in der die Lichtleitfaser 52 nicht als optischer Weg vom Kopfteil 51 zum Controllerteil 53 verwendet wird, muss das konfokale Messgerät 50 eine Lochblende haben. In der Konfiguration mit der Lichtleitfaser 52 muss das konfokale Messgerät 50 jedoch keine Lochblende haben.
Im Controllerteil 53 sind die Lichtquelle 10 als Weißlichtquelle, die Zweiglichtleitfaser 56, das Spektroskop 57, das Abbildungselement 58 und das Verarbeitungsteil 59 enthalten. Die Konfiguration der Lichtquellenvorrichtung 10 wird später detailliert beschrieben.
Die Zweiglichtleitfaser 56 besteht aus einer Lichtleitfaser 55a auf der Seite, die mit der Lichtleitfaser 52 verbunden ist, die den Lichtweg vom Kopfteil 51 zum Controllerteil 53 bildet, und zwei Lichtleitfasern 15 und 55b auf der gegenüberliegenden Seite. Die Lichtleitfaser 15 bildet einen Teil der Lichtquelle 10, die später beschrieben wird. Die Lichtleitfaser 55b ist mit dem Spektroskop 57 verbunden und sendet das Licht von der Lichtleitfaser 55a zum Spektroskop 57.
Die Zweiglichtleitfaser 56 wird mit dem Faserstecker 30 zu einem Abzweigteil kombiniert. Neben der Kombination aus Zweiglichtleitfaser 56 und Faserstecker 30 kann z.B. auch ein Strahlteiler oder ein Halbspiegel als Abzweigteil verwendet werden.
Bei der obigen Konfiguration leitet die Zweiglichtleitfaser 56 das von der Lichtquellenvorrichtung 10 abgegebene Licht auf den Lichtleiter 52, und das Licht wird dann vom Kopfteil 51 auf das Messobjekt TS gestrahlt. Weiterhin leitet die Zweiglichtleitfaser 56 das an der Oberfläche des Messobjekts TS reflektierte Licht über die Lichtleitfaser 52 und das Kopfteil 51 zum Spektroskop 57.
Das Spektroskop 57 enthält einen Konkavspiegel 57a, ein Beugungsgitter 57b und eine Kondensorlinse 57c. Der Hohlspiegel 57a reflektiert das reflektierte Licht, das über das Kopfteil 51 zurückkehrt. Das vom Hohlspiegel 57a reflektierte Licht fällt auf das Beugungsgitter 57b. Die Kondensorlinse 57c kondensiert das vom Beugungsgitter 57b abgegebene Licht. Das Spektroskop 57 kann beliebig konfiguriert werden, z.B. vom Typ Czerny-Turner oder Littrow, wenn das über den Kopfteil 51 zurückkommende reflektierte Licht bei jeder Wellenlänge geteilt werden kann.
Das Abbildungselement 58 ist ein Linien-CMOS (komplementärer Metalloxid-Halbleiter) oder CCD (charge coupled device), das die Intensität des vom Spektroskop 57 emittierten Lichts misst. Im konfokalen Messgerät 50 bilden das Spektroskop 57 und das Abbildungselement 58 einen Messteil, der die Intensität des über den Kopfteil 51 bei jeder Wellenlänge zurückkehrenden reflektierten Lichts misst.
Der Messteil kann aus einem einzigen Abbildungselement wie einem CCD bestehen, wenn der Messteil die Intensität des über den Kopfteil 51 bei jeder Wellenlänge zurückkehrenden Lichts messen kann. Weiterhin kann das Bildelement 58 ein zweidimensionales CMOS oder ein zweidimensionaler CCD sein.
Der Verarbeitungsteil 59 steuert den Betrieb des Leuchtmittels 10, des Abbildungselements 58, etc. Obwohl nicht dargestellt, enthält der Verarbeitungsteil 59 eine Eingangsschnittstelle zur Eingabe von Signalen zur Einstellung der Funktionen der Lichtquellenvorrichtung 10, des Abbildungselementes 58 usw. und eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe von Signalen des Abbildungselementes 58. Beim Empfang eines Lichtempfangssignals vom Bildelement 58 misst das Verarbeitungsteil 59 den Abstand zum Messobjekt TS oder die Verschiebung des Messobjekts TS und erkennt anhand des Lichtempfangssignals Anomalien in einem Lichtprojektor.
Der Monitor 54 zeigt das vom Bildelement 58 ausgegebene Signal an. Beispielsweise zeigt der Monitor 54 eine spektrale Wellenform des vom Kopfteil 51 zum Abbildungselement 58 über die Lichtleitfaser 52 und das Spektroskop 57 zurückkehrenden Lichts und zeigt den Abstand zum Messobjekt TS oder die Verschiebung des Messobjekts TS an.
(Über die Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor)
Als nächstes wird eine Methode zur Erkennung von Anomalien in einem Lichtprojektor einschließlich der Lichtquellenvorrichtung 10 beschrieben.
2 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um den Faserstecker 30 zum Zeitpunkt der Kalibrierung im konfokalen Messgerät 50 von 1.
Bezogen auf 2 verbindet der Faserstecker 30 die Lichtleitfaser 52 außerhalb des Controllerteils 53 und die Lichtleitfaser 55a innerhalb des Controllerteils 53. Der Faserstecker 30 überträgt Licht, indem er die Lichtleitfaser 52 mit einem Brechungsindex n1 und die Lichtleitfaser55a mit einem Brechungsindex n2, der im wesentlichen gleich dem Brechungsindex n1 ist, in engen Kontakt miteinander bringt. An der Stirnseite, an der die Lichtleitfaser 52 und die Lichtleitfaser 55a in engem Kontakt stehen, wird jedoch ein leicht reflektierter Anteil des von der Lichtquellenvorrichtung 10 emittierten Lichts erzeugt.
2 zeigt die Kalibrierung zu dem Zeitpunkt, zu dem kein Messobjekt TS vorhanden ist und kein Licht über die Lichtleitfaser 52 zum Faseranschluss 30 zurückreflektiert wird. Das von der Lichtquellenvorrichtung 10 über die Lichtleitfaser 15 abgegebene Licht L1 wird meist als Licht L2 an die Lichtleitfaser 52 abgegeben, aber ein Teil des Lichts L1 wird vom Faserstecker 30 als Licht L3 reflektiert. In 2, da das vom Messobjekt TS reflektierte Licht Null ist, wird das Licht L3 direkt über die Abzweig-Zweiglichtleitfaser 56 zur Lichtausgabe an die Lichtleitfaser 55b. Das Licht L3 wird als Rücklicht RL des Leuchtmittels 10 bezeichnet.
3 ist ein Diagramm, das eine empfangene Lichtmenge des Rücklichts RL bei jeder Wellenlänge am Faseranschluss 30 zeigt. Bezogen auf 3 ist das Rücklicht RL eine Offset-Komponente, die unabhängig vom Vorhandensein des Messobjekts TS eintritt. Das Rücklicht RL kann die Linearität während der Messung beeinflussen. Die Offset-Komponente hat eine Maschinendifferenz in Abhängigkeit von der anzuschließenden Lichtleitfaser. Daher ist es notwendig, die Maschinendifferenz durch Kalibrieren des Kopfteils 51 zu korrigieren.
4 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um den Faserstecker 30 zum Zeitpunkt der Messung im konfokalen Messgerät 50 von 1.
Bezogen auf 4 wird bei der Messung des Messobjekts TS das von der Lichtquellenvorrichtung 10 über die Lichtleitfaser 15 abgegebene Licht L1 meist als Licht L2 an die Lichtleitfaser 52 abgegeben, während ein Teil des Lichts L1 von der Lichtleitfaser 30 als Licht L3 reflektiert wird. Das Licht L2 wird vom Messobjekt TS reflektiert und das reflektierte Licht L4 kehrt zum Faseranschluss 30 zurück. Die Summe aus Licht L3 und Licht L4 wird von der Lichtleitfaser 55b als Lichtempfangssignal RM ausgegeben.
5 ist ein Diagramm, das die empfangene Lichtmenge in Bezug auf die Wellenlänge zum Zeitpunkt der Messung des Messobjekts TS zeigt. Wie in 5 dargestellt, wird das Lichtempfangssignal RM über die Wellenlänge des auf das Messobjekt fokussierten Lichts verteilt. Wie oben beschrieben, enthält das Lichtempfangssignal RM den Anteil des Rücklichtes RL unabhängig vom Vorhandensein des Messobjekts TS.
6 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um den Faserstecker 30 zum Zeitpunkt des Faserausfalls im konfokalen Messgerät 50 von 1.
6 zeigt einen Fall, bei dem die Lichtleitfaser 52 aus dem Faseranschluss 30 herausfällt. In diesem Fall ist die Lichtleitfaser 55a, die den Brechungsindex n2 hat, mit der Luft, die einen Brechungsindex n0 hat, an der Stirnseite in Kontakt. Der Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex n2 und dem Brechungsindex n0 ist größer als der Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex n2 und dem Brechungsindex n1. Daher wird an der Stirnseite der Lichtleitfaser 55a eine größere reflektierte Komponente erzeugt, als wenn die Lichtleitfaser 52 und die Lichtleitfaser 55a in engem Kontakt zueinander stehen.
Bezogen auf 6 wird ein Teil des von der Lichtquellenvorrichtung 10 über die Lichtleitfaser 15 emittierten Lichts L1 als Licht L5 in die Luft abgegeben und der andere Teil als Licht L6 vom Faserstecker 30 reflektiert. In 6, da das Licht L5 nicht wieder in die Lichtleitfaser 55a eintritt, wird das Licht L6 direkt über die Zweiglichtleitfaser 56 als Lichtempfangssignal RE an die Lichtleitfaser 55b abgegeben. Das Lichtempfangssignal RE wird durch den Unterschied im Brechungsindex größer als das Rücklicht RL.
7 ist ein Diagramm, das die empfangene Lichtmenge in Bezug auf die Wellenlänge in einem Fall zeigt, in dem die Lichtleitfaser 52 aus dem Faseranschluss 30 herausfällt.
Wie in 7 dargestellt, hat das Lichtempfangssignal RE ein größeres Rücklicht im Vergleich zu einem Zustand, in dem die Lichtleitfaser 52 vorhanden ist, ohne auszufallen, da mit dem Ersetzen der Lichtleitfaser 52 durch Luft der Brechungsindexunterschied größer wird. Ähnlich wie das Rücklicht RL wird auch das Lichtempfangssignal RE vom Messobjekt TS nicht beeinflusst.
8 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration um den Faserstecker 30 zum Zeitpunkt der Anomalie in der Lichtquellenvorrichtung 10 im konfokalen Messgerät 50 von 1.
Wenn die Lichtquellenvorrichtung 10 abnormal ist, wird das von der Lichtquellenvorrichtung 10 über die Lichtleitfaser 15 abgegebene Licht reduziert. Das über den Faserstecker 30 transmittierte Licht und das reflektierte Licht liegen daher beide unter einem vorgegebenen Wert. Dadurch unterschreitet auch ein Lichtempfangssignal RS, welches zur Lichtleitfaser 55b über die Zweiglichtleitfaser 56 ausgegeben wird, den vorgegebenen Wert. 8 zeigt einen Fall, in dem die Lichtquellenvorrichtung 10 aufgrund einer Anomalie in der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt wird.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die empfangene Lichtmenge in Bezug auf die Wellenlänge in einem Fall zeigt, in dem eine Anomalie bei der Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 auftritt.
Wie in 9 dargestellt, wird das Lichtempfangssignal RS nahezu Null, wenn bei der Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 eine Anomalie auftritt und die Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt wird. Neben dem Fall, dass die Lichtquelleneinrichtung 10 gestoppt wird, umfasst die Anomalie der Lichtprojektion auch einen Fall, in dem ein lichtdurchlässiger fluoreszierender Körper oder ähnliches innerhalb der Lichtquelleneinrichtung 10 beschädigt wird und das Licht, das auf das Abbildungselement 58 trifft, Null wird, und einen Fall, in dem das Licht, das auf das Abbildungselement 58 trifft, unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, wenn sich die Lichtquelleneinrichtung 10 verschlechtert.
10 ist ein Korrekturdiagramm, das durch Subtraktion des Rücklichtes RL vom Lichtempfangssignal RM zum Zeitpunkt der Messung des Messobjekts TS erstellt wird.
Ein korrigiertes Signal RMd erhält man durch Subtraktion des Rücklichts RL zum Normalzeitpunkt, von dem der Einfluss der Belichtungszeit eliminiert wird, vom Lichtempfangssignal RM zum Zeitpunkt der Messung des Messobjekts TS. Wie in 10 dargestellt, hat das korrigierte Signal RMd einen Wert größer als die Schwellenwerte TH1 und TH2 um die Wellenlänge des auf das Messobjekt TS fokussierten Lichts.
11 ist ein Korrekturdiagramm, bei dem das Rücklicht RL vom Lichtempfangssignal RE abgezogen wird, wenn die Lichtleitfaser 52 aus dem Faserstecker 30 herausfällt.
Ein korrigiertes Signal REd erhält man durch Subtraktion des Rücklichts RL zum Normalzeitpunkt, von dem der Einfluss der Belichtungszeit eliminiert wird, vom Lichtempfangssignal RE, wenn die Lichtleitfaser 52 aus dem Faseranschluss 30 herausfällt. Wie in 11 dargestellt, wird das korrigierte Signal REd kleiner als der Schwellenwert TH1 und größer als der Schwellenwert TH2.
12 ist ein Korrekturdiagramm, das durch Subtraktion des Rücklichts RL vom Lichtempfangssignal RS in einem Fall erstellt wird, in dem eine Anomalie bei der Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 auftritt.
Ein korrigiertes Signal RSd erhält man durch Subtraktion des Rücklichts RL zum Normalzeitpunkt, von dem der Einfluss der Belichtungszeit eliminiert wird, vom Lichtempfangssignal RS, wenn bei der Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 eine Anomalie auftritt und die Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt wird. Da das Lichtempfangssignal RS Null ist, nimmt das korrigierte Signal RSd normalerweise einen negativen Wert an. Wenn das Lichtquellenvorrichtung 10 abnormal ist, hat das korrigierte Signal RSd einen kleineren Wert als die Schwellenwerte TH1 und TH2.
(Anomalie-Erkennung zum Zeitpunkt der Messung)
Als nächstes wird eine wesentliche Methode zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 anhand der empfangenen Lichtwellenformdaten beschrieben. Das Verfahren zur Detektion von Anomalien umfasst z.B. ein Detektionsverfahren auf Basis von Abtastwerten und ein Detektionsverfahren auf Basis eines Flächenwertes des Lichtempfangssignals.
13 ist ein Flussdiagramm, das eine Methode zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zum Zeitpunkt der Messung anhand der Abtastwerte zeigt.
Bezogen auf 13 werden zunächst in Schritt S10 die empfangenen Lichtwellenformdaten zum Zeitpunkt der Messung erfasst (siehe 5, 7 und 9 und die entsprechenden Beschreibungen). In Schritt S11 werden von den empfangenen Lichtwellenformdaten die Rückgabewerte zum Zeitpunkt der Kalibrierung des Kopfteils 51 abgezogen, um die Differenzdaten zu berechnen (siehe 10 bis 12 und die entsprechenden Beschreibungen). Im Schritt S12 werden aus den Differenzdaten mehrere repräsentative Punkte entnommen.
14 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die verschiedenen repräsentativen Punkte aus den Differenzdaten abgetastet werden. Wie in 14 dargestellt, werden die Entnahmestellen Rd1, Rd2, ...., Rd8 (nachfolgend auch als Entnahmestellen Rdk (k ist eine natürliche Zahl) bezeichnet) in Bezug auf die Differenzdaten Rd.
Bei Rückkehr zu 13 wird in Schritt S13 ermittelt, ob die Abtastwerte an den Abtastpunkten Rdk alle kleiner oder gleich einem vorgegebenen positiven Schwellwert TH1 sind. Wenn die Abtastwerte alle kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH1 sind, wird in Schritt S14 ermittelt, ob mindestens einer der Abtastwerte größer als ein positiver Schwellwert TH2 ist.
Ist mindestens einer der Abtastwerte größer als der positive Schwellwert TH2, wird in Schritt S15 festgestellt, dass die Lichtleitfaser 52 aus dem Faserstecker 30 herausfällt. Zu diesem Zeitpunkt, in Schritt S16, wird ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, um anzuzeigen, dass eine Anomalie des Faserabfalls vorliegt.
Wie in den 3 und 7 dargestellt zeigen sowohl das Rücklicht RL als auch das Lichtempfangssignal RE unabhängig vom Reflexionsgrad des Messobjekts TS im Wesentlichen konstante Werte. Daher hat das korrigierte Signal REd = RE-RL, bezogen auf 11, auch unabhängig vom Reflexionsgrad des Messobjekts TS einen im Wesentlichen konstanten Wert und der Variationsbereich ist extrem klein. Sind die Abtastwerte alle kleiner oder gleich dem vorgegebenen positiven Schwellwert TH1 und ist mindestens einer der Abtastwerte größer als der positive Schwellwert TH2, so wird unabhängig vom Vorhandensein des Messobjekts TS festgestellt, dass die Lichtleitfaser 52 aus dem Faserstecker 30 herausgefallen ist.
Wenn dagegen in Schritt S14 die Abtastwerte an den Abtastpunkten Rdk alle kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH2 sind, wird in Schritt S17 bestimmt, ob mindestens einer der Abtastwerte größer ist als ein invertierter negativer Wert, der durch Invertierung des Rücklichtes RL erhalten wird. Ist mindestens einer der Abtastwerte größer als der invertierte negative Wert des Rücklichtes RL, so wird in Schritt S18 festgestellt, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat. Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S19 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, der darauf hinweist, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat.
Wenn in Schritt S17 alle Abtastwerte an den Abtastpunkten Rdk im wesentlichen gleich dem invertierten negativen Wert sind, der durch Invertierung des Rücklichtes RL erhalten wird, wird in Schritt S20 festgestellt, dass die Erzeugung von Licht aus der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S21 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt und die Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt.
Ist mindestens einer der Abtastwerte größer als der positive Schwellwert TH1 in Schritt S13, wird in Schritt S22 ein Erkennungssignal als gültiges Messsignal ausgegeben. Das Messsignal wird über das Auswerteteil 59 nach außen ausgegeben.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zum Zeitpunkt der Messung anhand eines Flächenwertes des Lichtempfangssignals zeigt.
Bezogen auf 15 werden zunächst in Schritt S30 die empfangenen Lichtwellenformdaten zum Zeitpunkt der Messung erfasst (siehe 5, 7 und 9 und die entsprechenden Beschreibungen). In Schritt S31 werden von den empfangenen Lichtwellenformdaten die Rückgabewerte zum Zeitpunkt der Kalibrierung des Kopfteils 51 abgezogen, um die Differenzdaten zu berechnen (siehe 10 bis 12 und die entsprechenden Beschreibungen). Im Schritt S32 wird eine Fläche berechnet, die von den Differenzdaten und der horizontalen Achse umschlossen ist (siehe 16).
16 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die von den Differenzdaten und der horizontalen Achse eingeschlossene Fläche berechnet wird. Wie in 16 dargestellt, wird ein Bereich RdS, der von den Differenzdaten Rd und der horizontalen Achse im Diagramm eingeschlossen ist, berechnet, wobei die vertikale Achse die empfangene Lichtmenge und die horizontale Achse die Wellenlänge ist. Konkret wird der Bereich RdS durch Integration der Differenzdaten Rd erhalten.
Bei Rückkehr zu 15 wird in Schritt S33 ermittelt, ob der von den Differenzdaten Rd und der horizontalen Achse eingeschlossene Bereich RdS kleiner oder gleich einem vorgegebenen positiven Schwellwert TH1 ist. Ist der Flächenwert kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH1, wird in Schritt S34 ermittelt, ob der Flächenwert größer als ein positiver Schwellwert TH2 ist. Ist der Flächenwert größer als der positive Schwellwert TH2, wird in Schritt S35 ermittelt, dass die Lichtleitfaser 52 aus dem Faserstecker 30 herausfällt. Zu diesem Zeitpunkt, in Schritt S36, wird ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, um anzuzeigen, dass eine Anomalie des Faserabfalls vorliegt.
Wie in 13 dargestellt, hat das korrigierte Signal REd = RE-RL unabhängig vom Reflexionsgrad des Messobjekts TS einen im Wesentlichen konstanten Wert und der Variationsbereich ist extrem klein. Ist der Flächenwert kleiner oder gleich dem vorgegebenen positiven Schwellwert TH1 und größer als der positive Schwellwert TH2, so wird festgestellt, dass die Lichtleitfaser 52 unabhängig vom Vorhandensein des Messobjekts TS aus dem Faserstecker 30 herausgefallen ist.
Ist der Flächenwert dagegen kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH2 in Schritt S34, wird in Schritt S37 ermittelt, ob der Flächenwert größer als Null ist. Ist der Flächenwert größer als Null, wird in Schritt S38 festgestellt, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat. Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S39 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, der darauf hinweist, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat.
Ist der Flächenwert in Schritt S37 im Wesentlichen Null, wird in Schritt S40 festgestellt, dass die Lichterzeugung aus der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S41 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt und die Stromversorgung der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt.
Ist der von den Differenzdaten Rd und der horizontalen Achse eingeschlossene Bereich RdS größer als der positive Schwellwert TH1 in Schritt S33, wird in Schritt S42 ein Erkennungssignal als gültiges Messsignal ausgegeben. Das Messsignal wird über das Auswerteteil 59 nach außen ausgegeben.
(Anomalie-Erkennung zur Nicht-Messzeit)
Das obige ist das Verfahren zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor zum Zeitpunkt der Messung des Messobjekts TS. In diesem Fall werden in den Schritten S11 und S31 die Rücklichtwellenformdaten zum Zeitpunkt der Kalibrierung des Kopfteils 51 erfasst. Ein spezielles Verfahren zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor zum Zeitpunkt der Erfassung der Rücklichtwellenformdaten (zur Nicht-Messzeit) wird im Folgenden beschrieben.
17 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zur Nicht-Messzeit anhand von Abtastschwellenwerten zeigt.
Unter Bezugnahme auf 17 wird zunächst in Schritt S50 das Messobjekt TS entfernt und die empfangenen Lichtwellenformdaten erfasst (siehe 3, 7 oder 9 und die entsprechenden Beschreibungen). In Schritt S51 werden aus den empfangenen Lichtwellenformdaten mehrere repräsentative Punkte abgetastet.
In Schritt S52 wird ermittelt, ob alle Abtastwerte kleiner oder gleich einem vorgegebenen positiven Schwellwert TH1 sind. Sind alle Abtastwerte kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH1, wird in Schritt S53 ermittelt, ob mindestens einer der Abtastwerte größer als ein positiver Schwellwert TH2 ist. Ist mindestens einer der Abtastwerte größer als der positive Schwellwert TH2, so wird in Schritt S54 ein Detektionssignal als gültige Bezugsgröße der Rückfahrleuchte RL ausgegeben (siehe 3). Die Wellenformdaten des Rücklichtes RL werden im Verarbeitungsteil 59 aufgezeichnet und für die nächste Messung verwendet.
Sind dagegen alle Abtastwerte kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH2 in Schritt S53, wird in Schritt S55 bestimmt, ob mindestens einer der Abtastwerte größer ist als ein invertierter negativer Wert, der durch Invertierung des Rücklichtes RL erhalten wird. Ist mindestens einer der Abtastwerte größer als der invertierte negative Wert des Rücklichtes RL, wird in Schritt S56 festgestellt, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat. Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S57 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, der darauf hinweist, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat.
Wenn in Schritt S55 alle Abtastwerte an den Abtastpunkten Rdk im wesentlichen gleich dem invertierten negativen Wert sind, der durch Invertieren des Rücklichtes RL erhalten wird, wird in Schritt S58 festgestellt, daß die Erzeugung von Licht aus der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt ist (siehe 9). Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S59 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt und die Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt.
Ist mindestens einer der Abtastwerte größer als der positive Schwellwert TH1 in Schritt S52, so wird in Schritt S60 festgestellt, dass die Lichtleitfaser 52 aus dem Faserstecker 30 herausgefallen ist (siehe 7). Zu diesem Zeitpunkt, in Schritt S61, wird ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, um anzuzeigen, dass eine Anomalie des Faserherausfalls vorliegt.
18 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Erkennung von Anomalien im Lichtprojektor des konfokalen Messgerätes 50 zur Nicht-Messzeit unter Verwendung eines Flächenwertes des Lichtempfangssignals zeigt.
Bezogen auf 18 wird zunächst in Schritt S70 das Messobjekt TS entfernt und die empfangenen Lichtwellenformdaten erfasst (siehe 3, 7 oder 9 und die entsprechenden Beschreibungen). Im Schritt S71 wird eine Fläche berechnet, die von den empfangenen Lichtwellenformdaten und der horizontalen Achse umschlossen ist (siehe 16).
In Schritt S72 wird bestimmt, ob die von den empfangenen Lichtwellenformdaten und der horizontalen Achse eingeschlossene Fläche kleiner oder gleich einem vorgegebenen positiven Schwellwert TH1 ist. Ist der Flächenwert kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH1, wird in Schritt S73 ermittelt, ob der Flächenwert größer als ein positiver Schwellwert TH2 ist. Ist der Flächenwert größer als der positive Schwellwert TH2, so wird in Schritt S74 ein Erkennungssignal als gültiger Referenzerkennungswert der Rückleuchte RL ausgegeben (siehe 3). Die Wellenformdaten des Rücklichtes RL werden im Verarbeitungsteil 59 aufgezeichnet und für die nächste Messung verwendet.
Ist der Flächenwert dagegen kleiner oder gleich dem positiven Schwellwert TH2 in Schritt S73, wird in Schritt S75 ermittelt, ob der Flächenwert größer als Null ist. Ist der Flächenwert größer als Null, wird in Schritt S76 festgestellt, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat. Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S77 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, der darauf hinweist, dass sich die Lichtquellenvorrichtung 10 verschlechtert hat.
Ist der Flächenwert in Schritt S75 im Wesentlichen Null, wird in Schritt S78 festgestellt, dass die Lichterzeugung aus der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt ist (siehe 9). Zu diesem Zeitpunkt wird in Schritt S79 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt und die Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung 10 gestoppt.
Ist der von den empfangenen Lichtwellenformdaten eingeschlossene Bereich und die horizontale Achse größer als der positive Schwellwert TH1 in Schritt S72, wird in Schritt S80 festgestellt, dass die Lichtleitfaser 52 aus dem Faseranschluss 30 herausgefallen ist (siehe 7). Zu diesem Zeitpunkt wird z.B. in Schritt S81 ein Fehler auf dem Monitor 54 angezeigt, der auf eine Anomalie des Faserherausfalls hinweist.
Wie oben beschrieben, werden die auf dem Bildelement gesammelten Lichtdaten entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung überwacht, um eine Anomalie der Verzweigung zu erkennen. Zunächst werden die zum Zeitpunkt der Kalibrierung des Kopfteils erfassten Rücklichtdaten als Daten zum Normalzeitpunkt aufgezeichnet. Anschließend werden die empfangenen Lichtdaten zum Zeitpunkt der Messung erfasst und die Rücklichtdaten zum Normalzeitpunkt, von denen der Einfluss der Belichtungszeit eliminiert wird, von den empfangenen Lichtdaten abgezogen. In Bezug auf die Differenzdaten wird ein abnormaler Zustand anhand der Stichprobenwerte oder des Flächenwertes ermittelt.
Wenn festgestellt wird, dass die Erzeugung von Licht aus der Lichtquellenvorrichtung gestoppt wird, stoppt der Verarbeitungsteil die Lichtprojektion der Lichtquellenvorrichtung. Wenn außerdem festgestellt wird, dass an der Verbindungsstelle zwischen der Lichtleitfaser und dem Abzweigteil eine Anomalie vorliegt oder dass sich die Lichtquellenvorrichtung verschlechtert hat, teilt der Verarbeitungsteil die Anomalie durch einen Benachrichtigungsteil wie z. B. einen Monitor mit.
Wie oben beschrieben, ist es möglich, Verzweigungsabweichungen und Lichtquellenabweichungen zu erkennen, ohne dass ein zusätzlicher Erkennungsmechanismus, wie z.B. ein Sensor, zur Verfügung steht.
Bezugszeichenliste
10 Lichtquelle; 15, 52, 55a, 55b Lichtleitfaser; 30 Faseranschluss; 45 Lichtempfangsteil; 50 konfokales Messgerät; 51 Kopfteil; 51a diffraktive Linse; 51b Objektivlinse; 51c, 57c Kondensorlinse; 53 Controllerteil; 54 Monitor; 56 Zweiglichtleitfaser; 57 Spektroskop; 57a konkaver Spiegel; 57b diffraktives Gitter; 58 Bildelement; 59 Verarbeitungsteil; L1 bis L6 Licht; n0, n1, n2 Brechungsindex; RE, RM, RS Lichtempfangssignal; REd, RMd, RSd korrigiertes Signal; RL Rücklicht; Rd Differenzdaten; Rd1 bis Rd8 Abtastpunkt; RdS Bereich; S10 bis S22, S30 bis S42, S50 bis S61, S70 bis S81 Schritt; TH1, TH2 Schwellwert; TS Objekt unter Messung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017116493 [0002]

Claims

Optischer Sensor (50) zum Messen einer Entfernung zu einem Objekt (TS) oder einer Verschiebung des Objekts (TS) basierend auf einem reflektierten Licht von dem Objekt (TS), wobei der optische Sensor (50) umfasst: eine Lichtquellenvorrichtung (10), die Licht erzeugt, das auf das Objekt (TS) gestrahlt werden soll; einen Lichtempfangsteil (45), der das von dem Objekt (TS) reflektierte Licht empfängt; ein Abzweigteil (55a, 56), das eine erste optische Faser (15), die optisch mit der Lichtquelle (10) gekoppelt ist, und eine zweite optische Faser (55b), die optisch mit dem Lichtempfangsteil (45) gekoppelt ist, verschmilzt, um sich mit einem Ende einer dritten optischen Faser (52) zu verbinden, die dem Objekt (TS) zugewandt ist; und ein Verarbeitungsteil (59), das bestimmt, ob an einem Übergang (30) zwischen der dritten optischen Faser (52) und dem Verzweigungsteil (55a, 56) eine Anomalie auftritt, basierend darauf, ob ein Inkrement in einer empfangenen Lichtmenge, die von dem Lichtempfangsteil (45) in Bezug auf einen Bezugserfassungsbetrag erfasst wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wobei eine von dem Lichtempfangsteil (45) in einem Zustand ohne Reflexion von dem anderen Ende der dritten optischen Faser (52) erfasste empfangene Lichtmenge als Referenzdetektionsmenge eingestellt wird.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 1, wobei der Lichtempfangsteil (45) so konfiguriert ist, dass er eine Wellenlängencharakteristik der einfallenden Lichtintensität ausgibt, und der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, ob das Inkrement innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, basierend auf einer Differenzwellenlängencharakteristik, die einer Differenz zwischen einer Referenzwellenlängencharakteristik, die der Referenzdetektionsmenge entspricht, und der Wellenlängencharakteristik von dem Lichtempfangsteil entspricht.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 2, wobei, wenn alle Intensitäten bei einer Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigt werden, kleiner oder gleich einem vorbestimmten positiven ersten Schwellenwert (TH1) sind und mindestens eine der Intensitäten größer als ein vorbestimmter positiver zweiter Schwellenwert (TH2) ist, der kleiner als der positive erste Schwellenwert ist, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass eine Anomalie an der Verbindungsstelle (30) zwischen der dritten optischen Faser (52) und dem Abzweigteil (55a, 56) auftritt.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 3, wobei, wenn alle Intensitäten bei der Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigt werden, kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert sind, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass eine Anomalie bei der Erzeugung von Licht von der Lichtquellenvorrichtung (10) auftritt.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 4, wobei, wenn alle Intensitäten bei der Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigt werden, kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert sind und mindestens eine der Intensitäten größer als ein invertierter negativer Wert der Referenzdetektionsmenge ist, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass sich die Lichtquellenvorrichtung (10) verschlechtert hat, und wenn alle Intensitäten bei der Vielzahl von Wellenlängen, die durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigt werden, im Wesentlichen gleich dem invertierten negativen Wert der Referenzdetektionsmenge sind, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass die Erzeugung von Licht von der Lichtquellenvorrichtung (10) gestoppt wurde.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 2, wobei der Verarbeitungsteil (59) einen Flächenwert durch Integration der Intensitäten der durch die Differenzwellenlängencharakteristik angezeigten Wellenlängen berechnet, und wenn der berechnete Flächenwert kleiner oder gleich einem vorbestimmten positiven ersten Schwellenwert und größer als ein vorbestimmter positiver zweiter Schwellenwert kleiner als der positive erste Schwellenwert ist, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass an der Verbindungsstelle (30) zwischen der dritten optischen Faser (52) und dem Abzweigteil (55a, 56) Anomalien auftreten.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 6, wobei, wenn der Flächenwert kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert ist, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass eine Anomalie bei der Erzeugung von Licht aus der Lichtquellenvorrichtung (10) auftritt.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 7, wobei, wenn der Flächenwert kleiner oder gleich dem positiven zweiten Schwellenwert und größer als Null ist, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass sich die Lichtquellenvorrichtung (10) verschlechtert hat, und wenn der Flächenwert im Wesentlichen Null ist, der Verarbeitungsteil (59) bestimmt, dass die Erzeugung von Licht von der Lichtquellenvorrichtung (10) gestoppt wurde.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 4 oder 7, wobei, wenn an der Verbindungsstelle (30) zwischen der dritten optischen Faser (52) und dem Abzweigteil (55a, 56) keine Anomalie bei der Erzeugung von Licht von der Lichtquellenvorrichtung (10) auftritt, das Verarbeitungsteil (59) ein Detektionssignal von dem Lichtempfangsteil (45) als ein gültiges Messsignal ausgibt.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 5 oder 8, wobei der Verarbeitungsteil (59) die Lichtprojektion der Lichtquelle (10) stoppt, wenn festgestellt wird, dass die Erzeugung von Licht aus der Lichtquelle (10) gestoppt ist.
Optischer Sensor (50) nach Anspruch 5 oder 8, ferner umfassend einen Benachrichtigungsteil, wobei der Verarbeitungsteil (59) die Anomalie durch den Benachrichtigungsteil benachrichtigt, wenn festgestellt wird, dass eine Anomalie an der Verbindungsstelle (30) zwischen der dritten optischen Faser (52) und dem Abzweigteil (55a, 56) auftritt oder wenn festgestellt wird, dass die Lichtquellenvorrichtung (10) sich verschlechtert hat.
Verfahren zur Erkennung von Anomalien für einen optischen Sensor (50), der einen Abstand zu einem Objekt (TS) oder eine Verschiebung des Objekts (TS) basierend auf einem reflektierten Licht von dem Objekt (TS) misst, wobei das Verfahren zur Erkennung von Anomalien umfasst: Bestrahlen des Objekts (TS) mit von einer Lichtquellenvorrichtung (10) erzeugtem Licht und Erfassen einer von einem Lichtempfangsteil (45) erfassten Empfangslichtmenge als Referenzdetektionsmenge, wobei eine erste optische Faser (15), die optisch mit der Lichtquellenvorrichtung (10) gekoppelt ist, und eine zweite optische Faser (55b), die optisch mit dem Lichtempfangsteil (45) gekoppelt ist, an einem Abzweigteil (55a) verschmolzen sind, 56) zum Verbinden mit einem Ende einer dritten optischen Faser (52), die dem Objekt (TS) zugewandt ist, wobei die Referenzdetektionsmenge eine vom Lichtempfangsteil (45) in einem Zustand ohne Reflexion vom anderen Ende der dritten optischen Faser (52) detektierte empfangene Lichtmenge ist; Bestrahlen des Objekts (TS) mit von der Lichtquellenvorrichtung (10) erzeugtem Licht und Erfassen einer vom Lichtempfangsteil (45) empfangenen Lichtmenge als Erfassungsmenge des Auswertungsobjekts; und Bestimmen, ob eine Verbindungsabweichung an einem Übergang (30) zwischen der dritten optischen Faser (52) und dem Verzweigungsteil (55a, 56) vorliegt auf der Grundlage, ob ein Inkrement in der Erfassungsmenge des Auswertungsobjekts in Bezug auf die Referenzdetektionsmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.