JP2001208512A - Measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は測定装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device.
【0002】[0002]
【従来の技術】平面上(XY平面)を移動する物体の位
置を特定するにはX軸とY軸の座標位置で示すことが一
般的である。移動する物体が停止した位置を表示するに
は、停止した物体の位置を検出し、X軸とY軸の座標位
置と比較して座標を決定しなければならない。2. Description of the Related Art In general, in order to specify the position of an object moving on a plane (XY plane), the position is indicated by coordinate positions on an X axis and a Y axis. In order to display the position at which the moving object has stopped, the position of the stopped object must be detected and compared with the X-axis and Y-axis coordinate positions to determine the coordinates.
【0003】平面上の或る点にある物体の中心点をXY
座標の原点Oと設定し、物体が第1象現上を移動して停
止した位置(点Z)が検出でき、原点OからZまでの距
離Lと原点Oと点Zを結ぶ直線とX軸のなす角θが分か
れば、停止した物体の位置はX=Lcosθ、Y=Ls
inθで表示できる。第2から第4象現においても同様
に表示できる。Lが大きくなると一般に測定誤差が大き
くなるものであるが、時として原点Oはともかく物体を
移動して常にZ点に停止したいことがある。しかも精度
良く停止させたいのであるが、停止した位置がどの程度
ずれているのか正確に測れないことが多いものである。The center point of an object at a certain point on a plane is represented by XY
The origin O of the coordinates is set, and the position where the object moves on the first quadrant and stops (point Z) can be detected. The distance L from the origin O to Z, the straight line connecting the origin O and the point Z, and the X axis Is known, the position of the stopped object is X = Lcosθ, Y = Ls
can be displayed in inθ. The same can be displayed in the second to fourth quadrants. Generally, as L increases, the measurement error increases. However, sometimes it is desired to move the object regardless of the origin O and always stop at the Z point. In addition, although it is desired to stop accurately, it is often impossible to accurately measure how far the stopped position is shifted.
【0004】図1は従来技術による精密加工装置または
精密組立装置に使用されるXYテーブルの斜視図であ
る。ステッピングモータ1により回転する送り螺子2に
よりX軸方向に移動するテーブル3にステッピングモー
タ4により回転する送り螺子5によりY軸方向に移動す
るテーブル6を具備した基台7が搭載されている。2つ
のステッピングモータの回転量によりXY平面上をテー
ブル6が移動するものである。FIG. 1 is a perspective view of an XY table used in a precision processing device or precision assembly device according to the prior art. A base 7 having a table 6 which is moved in a Y-axis direction by a feed screw 5 rotated by a stepping motor 4 is mounted on a table 3 which is moved in an X-axis direction by a feed screw 2 rotated by a stepping motor 1. The table 6 moves on the XY plane according to the rotation amounts of the two stepping motors.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】テーブル6の停止位置
はステッピングパルス数により決定されるものである。
機械原点を検出してそこからX軸方向は〇〇〇パルス、
Y軸方向は×××パルスステッピングモータ1、4を回
転駆動することにより停止位置を決定するので、何らか
のトラブルにより回転数が少なかったり多かったりし
て、停止位置が所定位置からずれることがある。同じ移
動を繰り返し行なう作業では一度狂うと補正されるまで
同じ位置ずれが継続することになる不具合が発生する。
これは位置の測定をステッピングモータ1、4の回転量
をきめるパルス数で代替したことにより発生している。
この事は連続で行われる精密加工や精密組立てでは大変
危険なことである。The stop position of the table 6 is determined by the number of stepping pulses.
The machine origin is detected and the X axis direction is
In the Y-axis direction, the stop position is determined by rotating the xxx pulse stepping motors 1 and 4, and the stop position may deviate from a predetermined position due to a small or large number of rotations due to some trouble. In the work of repeatedly performing the same movement, there occurs a problem that the same positional deviation continues until the correction is made once the deviation is made.
This is caused by replacing the position measurement with the number of pulses that determines the rotation amount of the stepping motors 1 and 4.
This is very dangerous in continuous precision machining and precision assembly.
【0006】平面上をX−Y2方向へ移動する物体の停
止位置を検出するにはそれぞれの移動軸上に検出用セン
サを配置しなければならないため2個のセンサが必要と
なる。検出の方法は直接的であるため検出精度も±1μ
mである。本発明の目的は繰り返し作業を行なう装置が
正確に所定位置に停止しているか否かを精度良く、また
X−Y平面上を移動して停止する位置が正確であるか否
かを1個のセンサで精度良く(±0.1μm程度)測定
できる測定装置を得ることを目的としている。[0006] In order to detect the stop position of an object moving in the X-Y2 direction on a plane, two sensors are required because detection sensors must be arranged on each moving axis. Since the detection method is direct, the detection accuracy is ± 1μ
m. It is an object of the present invention to accurately determine whether or not a device that performs repetitive operations is accurately stopped at a predetermined position, and whether or not the position to stop by moving on the XY plane is one. It is an object of the present invention to obtain a measuring device that can accurately measure (about ± 0.1 μm) with a sensor.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】少なくとも、被測定物に
着ける凹面鏡と凹面鏡にレーザー光を照射するレーザー
光源とレーザー光を透過及び反射するハーフミラーと凹
面鏡で反射されて入射したレーザー光を撮像する撮像素
子を備え、撮像素子により撮像されたレーザー光の移動
量から被測定物の移動量を演算する測定装置とする。At least a concave mirror attached to an object to be measured, a laser light source for irradiating the concave mirror with laser light, a half mirror for transmitting and reflecting the laser light, and an image of the laser light reflected and incident on the concave mirror are imaged. A measurement device includes an imaging device and calculates a movement amount of a device under test from a movement amount of laser light captured by the imaging device.
【0008】レーザー光源とハーフミラー間に凸レンズ
を備えた測定装置とする。[0008] A measuring apparatus having a convex lens between a laser light source and a half mirror is provided.
【0009】撮像されたレーザー光のスポット画像をX
Y座標で認識し、スポット画像のX軸、Y軸での最大長
さの中間点を座標原点とし、移動後のスポット画像のX
軸、Y軸での最大長さの中間点を前記原点からの移動量
としてXY座標で表示する測定装置とする。The spot image of the imaged laser light is represented by X
Recognized by the Y coordinate, the midpoint of the maximum length on the X axis and Y axis of the spot image is set as the coordinate origin, and the X
It is assumed that the measuring device displays the intermediate point of the maximum length on the XY axis as the movement amount from the origin on the XY coordinates.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】図2は本発明の測定装置の測定原
理を説明するための模式図である。測定装置は少なくと
もレーザー発光器10、ハーフミラー11、凹面鏡1
2、撮像素子13を備えており、位置決め固定手段によ
り配置されている。凹面鏡12は被測定物(例えばテー
ブル6)に固定されるものである。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the measuring principle of the measuring apparatus according to the present invention. The measuring device includes at least a laser emitter 10, a half mirror 11, and a concave mirror 1.
2. It has an image sensor 13 and is arranged by positioning and fixing means. The concave mirror 12 is fixed to an object to be measured (for example, the table 6).
【0011】初期位置として、レーザー発光器10の真
下に凹面鏡12の中心が位置するようにする。レーザー
発光器10と凹面鏡の間にはハーフミラー11が配置さ
れている。レーザー発光器10から発射されたレーザー
光はハーフミラー11で一部反射され一部がハーフミラ
ー11を透過して凹面鏡12に投射される。レーザー光
は凹面鏡12で直角に反射され、投射された経路をその
まま戻りハーフミラー11で反射され、撮像素子13の
点に到達する。この点が撮像素子13上の原点Oとす
る。As an initial position, the center of the concave mirror 12 is located directly below the laser emitter 10. Half mirror 11 is arranged between laser emitter 10 and concave mirror. The laser light emitted from the laser emitter 10 is partially reflected by the half mirror 11 and partially transmitted through the half mirror 11 and projected on the concave mirror 12. The laser light is reflected at right angles by the concave mirror 12, returns along the projected path as it is, is reflected by the half mirror 11, and reaches a point of the image sensor 13. This point is the origin O on the image sensor 13.
【0012】凹面鏡12がΔZ移動する。凹面鏡12は
曲率Cを有しているので、レーザー光は当初の反射光と
θの角度をもって反射し、ハーフミラー11で反射され
撮像素子の点に到達する。ハーフミラー11と凹面鏡
12の距離をA、ハーフミラー11と撮像素子13の距
離をBとすると、撮像素子13上の点と点の距離X
は(A+B)sinθとなる。θ=2sin−1(ΔZ
/C)であるから、X=(A+B)sin(2sin−
1(ΔZ/C))となる。(但しA、B、C≫ΔZ)The concave mirror 12 moves by .DELTA.Z. Since the concave mirror 12 has a curvature C, the laser light is reflected at an angle of θ with respect to the initially reflected light, is reflected by the half mirror 11, and reaches a point of the image sensor. Assuming that the distance between the half mirror 11 and the concave mirror 12 is A and the distance between the half mirror 11 and the image sensor 13 is B, the distance X between points on the image sensor 13
Is (A + B) sin θ. θ = 2 sin-1 (ΔZ
/ C), X = (A + B) sin (2sin−
1 (ΔZ / C)). (However, A, B, C≫ΔZ)
【0013】A=100mm、B=50mm、C=10
mm、ΔZ=10μmとするとX=300μmとなり、
30倍の移動量として測定できる。A、B、CはΔZや
撮像素子13の大きさ等を考慮して適宜設定することが
できる。A = 100 mm, B = 50 mm, C = 10
mm, ΔZ = 10 μm, X = 300 μm,
It can be measured as a 30 times movement amount. A, B, and C can be appropriately set in consideration of ΔZ, the size of the imaging element 13, and the like.
【0014】前述の原理はレーザー光が十分小さなスポ
ットで変化しないことを前提としているが、実際にはレ
ーザー光も拡散するので、集束するための凸レンズを介
在させる必要がある。凸レンズの焦点距離は凸レンズと
凹面鏡の距離を考慮し、凹面鏡上でレーザー光が集束す
る焦点距離を選択し、レーザー発光器とハーフミラーの
間に配置するのが好ましい。凹面鏡で反射したレーザー
光は撮像素子上で或る大きさのスポットとして撮像され
る。Although the above-mentioned principle is based on the premise that the laser light does not change in a sufficiently small spot, the laser light is actually diffused, so that it is necessary to interpose a convex lens for focusing. It is preferable that the focal length of the convex lens is selected in consideration of the distance between the convex lens and the concave mirror, the focal length at which the laser light is focused on the concave mirror, and disposed between the laser emitter and the half mirror. The laser light reflected by the concave mirror is imaged as a spot of a certain size on the image sensor.
【0015】図3はレーザー光を撮像素子で撮像し、レ
ーザー光の移動量を測定する方法を説明するための模式
図である。説明のため撮像素子は電荷結合半導体素子
(以下CCDという)とし、500×500ピクセルと
する。まず、レーザー光の撮像される輪郭を決めるため
に、CCDで撮像した各ピクセルの明るさにより0、1
判定をする(仮にレーザー光を受光しているピクセルは
1、受光してないピクセルは0とする)。CCDのX軸
方向とY軸方向のライン上で1のピクセルが夫々一番多
いラインの1判定ピクセルの中間点を点の原点Oとす
る。次に移動した点のX軸方向のライン上で1のピク
セルが一番多いラインがY軸と交わる点をY1、Y軸方
向のライン上で1のピクセルが一番多いラインがX軸と
交わる点をX1とすると、点の中心点O’が求められ
る。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the moving amount of the laser light by imaging the laser light with the image pickup device. For the sake of explanation, the image pickup device is a charge-coupled semiconductor device (hereinafter referred to as CCD) and has 500 × 500 pixels. First, in order to determine the outline to be imaged by the laser beam, 0, 1 is determined by the brightness of each pixel imaged by the CCD.
A determination is made (assuming that a pixel receiving laser light is 1 and a pixel not receiving laser light is 0). An origin O of a point is defined as an intermediate point of one determination pixel of a line having the largest number of one pixel on each of lines in the X-axis direction and the Y-axis direction of the CCD. Next, the point at which the line having the largest number of 1 pixels on the line in the X-axis direction intersects with the Y axis is Y1. Assuming that the point is X1, a center point O 'of the point is obtained.
【0016】1ピクセルの分解能が明確になれば、本発
明の測定装置の分解能が決定される。[0013]の例
で、ΔZ=10μmでX=300μmのとき、CCD上
の移動量が300ピクセルであれば、測定分解能は10
/300=0.033μmとなる。分解能はA、B、C
及び撮像素子のピクセル数により適宜決定することがで
きる。If the resolution of one pixel is clear, the resolution of the measuring device of the present invention is determined. In the example of [0013], when ΔZ = 10 μm and X = 300 μm, if the movement amount on the CCD is 300 pixels, the measurement resolution is 10
/300=0.033 μm. Resolution is A, B, C
And the number of pixels of the image sensor.
【0017】[0017]
【発明の効果】請求項1に記載の発明によると、初期設
定の位置からのずれ量を拡大して測定することができ
る。本測定器を使用した装置は位置ずれ測定が容易にで
き、繰り返し移動作業の制御が精度良くできる。According to the first aspect of the present invention, the amount of deviation from the initial setting position can be measured while being enlarged. The apparatus using this measuring instrument can easily measure the displacement and control the repetitive moving operation with high accuracy.
【0018】請求項2に記載の発明によると、撮像素子
上への撮像スポットを明確にでき、測定装置の精度を上
げることができる。According to the second aspect of the present invention, the image spot on the image sensor can be clearly defined, and the accuracy of the measuring device can be improved.
【0019】請求項3に記載の発明によると、一つにセ
ンサでX−Y2方向の移動量を測定することができる。
また、レーザー光のスポット画像の中心をだして移動量
を測定するので、レーザー光のスポット歪みの影響を最
小限にすることができる。According to the third aspect of the present invention, the movement amount in the X-Y2 direction can be measured by one sensor.
Further, since the movement amount is measured with the center of the laser light spot image taken out, the influence of the laser light spot distortion can be minimized.
【図1】従来技術による精密加工装置または精密組立装
置に使用されるXYテーブルの斜視図FIG. 1 is a perspective view of an XY table used in a precision processing device or precision assembly device according to the related art.
【図2】本発明の測定装置の測定原理を説明するための
模式図FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the measurement principle of the measurement device of the present invention.
【図3】レーザー光を撮像素子で撮像し、レーザー光の
移動量を測定する方法を説明するための模式図FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method of measuring a moving amount of the laser light by imaging the laser light with an imaging device.
1 ステッピングモータ 2 送り螺子 3 テーブル 4 ステッピングモータ 5 送り螺子 6 テーブル 7 基台 10 レーザー発光器 11 ハーフミラー 12 凹面鏡 13 撮像素子 REFERENCE SIGNS LIST 1 stepping motor 2 feed screw 3 table 4 stepping motor 5 feed screw 6 table 7 base 10 laser light emitter 11 half mirror 12 concave mirror 13 image sensor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA03 AA19 BB15 CC00 FF43 GG04 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL19 LL46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA03 AA19 BB15 CC00 FF43 GG04 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL19 LL46
Claims (3)
凹面鏡にレーザー光を照射するレーザー光源とレーザー
光を透過及び反射するハーフミラーと凹面鏡で反射され
て入射したレーザー光を撮像する撮像素子を備え、撮像
素子により撮像されたレーザー光の移動量から被測定物
の移動量を演算することを特徴とする測定装置。At least a concave mirror attached to an object to be measured, a laser light source for irradiating the concave mirror with laser light, a half mirror for transmitting and reflecting the laser light, and an imaging device for imaging the laser light reflected and incident on the concave mirror are provided. A measuring device for calculating a moving amount of the object to be measured from a moving amount of the laser light imaged by the image sensor.
ズを備えたことを特徴とする請求項1記載の測定装置。2. The measuring apparatus according to claim 1, further comprising a convex lens between the laser light source and the half mirror.
XY座標で認識し、スポット画像のX軸、Y軸での最大
長さの中間点を座標原点とし、移動後のスポット画像の
X軸、Y軸での最大長さの中間点を前記原点からの移動
量としてXY座標で表示することを特徴とする請求項1
または2記載の測定装置。3. A spot image of a captured laser beam is recognized by XY coordinates, an intermediate point of the maximum length on the X axis and the Y axis of the spot image is set as a coordinate origin, and the X axis of the spot image after the movement is determined. 2. The method according to claim 1, wherein an intermediate point of the maximum length on the Y axis is displayed as XY coordinates as a movement amount from the origin.
Or the measuring device according to 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000019403A JP2001208512A (en) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | Measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000019403A JP2001208512A (en) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | Measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001208512A true JP2001208512A (en) | 2001-08-03 |
Family
ID=18546098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000019403A Pending JP2001208512A (en) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | Measuring apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001208512A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007030014A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Murata Mach Ltd | Device for detecting tool position of punch press |
-
2000
- 2000-01-28 JP JP2000019403A patent/JP2001208512A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007030014A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Murata Mach Ltd | Device for detecting tool position of punch press |
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Legal Events
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A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050131 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060912 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070130 |