JP2003232610A - 微小変位の測定方法 - Google Patents

微小変位の測定方法

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JP2003232610A
JP2003232610A JP2002029517A JP2002029517A JP2003232610A JP 2003232610 A JP2003232610 A JP 2003232610A JP 2002029517 A JP2002029517 A JP 2002029517A JP 2002029517 A JP2002029517 A JP 2002029517A JP 2003232610 A JP2003232610 A JP 2003232610A
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Akira Yamagata
明 山形
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Meiyu Giken Co Ltd
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Meiyu Giken Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】測定対象物に対して投光側で照射位置を制御す
るようにし、受光側では反射光の有無のみを判断して微
小変位量を精度高く測定するようにした微小変位の測定
方法を提供すること。 【解決手段】レーザダイオード1から放出されたレーザ
光を投光用集光レンズ2により目的の極小スポットサイ
ズに集光し、光学ミラーなどでなる照射位置制御手段3
を介して測定対象物Obに照射し、測定対象物に照射さ
れたレーザ光の正反射光成分および拡散反射光成分を受
光用集光レンズ5によりホトダイオード4の受光面に集
光し、受光手段側における正反射光成分および拡散反射
光成分の有無を判定し、照射位置制御手段によって測定
対象物に対するレーザスポットの照射位置を制御するこ
とにより測定対象物の位置を測定するようにした微小変
位の測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、投光手段と受光
手段とによって、測定対象物の変位量を測定する測定方
法に関するものであって、特に、測定対象物に対して投
光側で照射位置を制御するようにし、受光側では反射光
の有無のみを判断して、微小変位量を精度高く測定する
ようにした微小変位の測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光学系による微小金属片の整列状
態の測定は、CCDカメラによる画像処理装置、あるい
は、レーザ光による三角測量を応用したレーザ変位測定
器などによって行なわれている。しかしながら、上記す
るCCDカメラによる画像処理装置の場合は、透過光の
回析の問題、さらには、照度安定性の問題などが指摘さ
れており、レーザ変位測定器による場合は、測定対象物
の材質や、その表面状態による反射光の乱れなどが問題
となり正確な測定という点に関して困難を強いられてい
た。
【0003】上記する光学系による微小金属片の整列状
態の測定についての従来例を図2に示す。図2に示す従
来例は、レーザ光による三角測量法を応用したレーザ変
位測定器の具体的な構成例である。一方、 図3は、反
射光の乱れによる測定誤差に関する説明のための概略図
であり、図3Aは、理想的な拡散反射分布の状況下にお
ける受光スポットの重心位置の関係を示す説明図、図3
Bは、乱れた拡散反射分布の状況下(1)における受光
スポットの重心位置の関係を示す説明図、図3Cは、乱
れた拡散反射分布の状況下(2)における受光スポット
の重心位置の関係を示す説明図である。
【0004】先ず、図2に示す従来例になるレーザ光に
よる三角測量法を応用したレーザ変位測定器の測定原理
について説明する。このレーザ変位測定器M1は、投光
手段としてのレーザダイオード21並びに投光用集光レ
ンズ22と、受光手段としての光位置検出素子24並び
に受光用集光レンズ25とを内蔵する光電変換式センサ
ーである。このレーザ変位測定器M1による三角測量法
の原理は、レーザ照射光の中心線26に対するレンズ中
心の垂線27の長さLが固定であるから、光位置検出素
子24上の受光スポットの重心位置により入射角度が検
出され、測定対象物Obの距離lxが算出される。
【0005】上記する従来のレーザ変位測定器M1によ
る三角測量法は、受光位置並びに受光光量をあくまでも
受光側において判断する構成のものであるので、図3に
示すように、拡散反射光の乱れにより同じ位置の測定で
あっても受光スポットの重心位置が異なり測定誤差を生
じるという問題を有している。また、測定対象物Obに
レーザ照射光の一部が照射された場合や表面がの凹凸に
よっても同様な誤差が生じる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
レーザ光の極小スポットを微小金属片などの測定対象物
に照射して、その正反射光成分及び拡散反射光成分を局
所的に観測することで、受光光量を測定するのではな
く、正反射光成分および拡散反射光成分の有無を判定
し、測定対象物に対するレーザ光の極小スポットの照射
位置を制御することにより測定対象物の位置を高精度で
測定する微小変位の測定方法を提供しようとするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記する目
的を達成するにあたって、具体的には、レーザ光源体か
らのレーザ光の極小スポットを、照射位置制御手段を介
して測定対象物に照射し、その正反射光成分および拡散
反射光成分を局所的に観測することで、受光手段側にお
ける正反射光成分および拡散反射光成分の有無を判定
し、前記照射位置制御手段によって測定対象物に対する
レーザスポットの照射位置を制御することにより前記測
定対象物の位置を測定するようにした微小変位の測定方
法を構成するものである。
【0008】さらにまた、この発明は、レーザダイオー
ドから放出されたレーザ光を投光用集光レンズにより目
的の極小スポットサイズに集光し、光学ミラーなどでな
る照射位置制御手段を介して測定対象物に照射し、前記
測定対象物に照射されたレーザ光の正反射光成分および
拡散反射光成分を受光用集光レンズによりホトダイオー
ドの受光面に集光し、受光手段側における正反射光成分
および拡散反射光成分を判定し、前記照射位置制御手段
によって測定対象物に対するレーザスポットの照射位置
を制御することにより前記測定対象物の位置を測定する
ようにした微小変位の測定方法を構成するものである。
【0009】さらにまた、この発明は、前記測定対象物
に照射するレーザ光に対して高速変調をかけ、この高速
変調周期と同期をとって正反射光成分および拡散反射光
成分の受光を判定するようになした微小変位の測定方法
を構成するものである。
【0010】さらにまた、この発明は、前記測定対象物
に照射されるレーザ光の極小スポットの直径サイズdに
よって、測定精度dの変位量を測定するようにした微小
変位の測定方法を構成するものである。
【0011】さらにまた、この発明は、前記測定対象物
に対するレーザスポットのずれ(照射距離の変化)によ
るスポットサイズの変化が測定に影響を及ぼさないよう
に、ビームウェストサイズ及び長さを決定する集光角度
を調整するようにした微小変位の測定方法を構成するも
のである。
【0012】さらにまた、この発明は、前記受光手段
が、前記測定対象物のレーザ照射点付近の反射光のみを
集光するように焦点設定してなる微小変位の測定方法を
構成するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明になる微小変位の
測定方法について、図面に示す具体的な実施例にもとづ
いて詳細に説明する。図1は、この発明にかかる微小変
位の測定方法についての適用例を示すものであって、例
えば、 各種コネクタにおけるピン端子の反り測定に応
用した実施例装置の概略的構成図である。
【0014】図1に示すレーザ変位測定器Mは、投光手
段としてのレーザダイオード1並びに投光用集光レンズ
2と、受光手段としてのホトダイオード4並びに受光用
集光レンズ5とを含むものからなり、且つ、測定対象物
Obに対する投光側に設けた照射位置制御手段3を含む
ものからなっている。図1に示す実施例において、前記
照射位置制御手段3は、光学ミラーによって構成されて
おり、当該光学ミラーの角度をレーザ照射光の中心線6
に対して変位することによりレーザスポットを前記測定
対象物Obに対して変位させることができるようになっ
ている。
【0015】このレーザ変位測定器Mは、レーザダイオ
ード1より放出されたレーザ光を投光用集光レンズ2に
より目的の極小スポットサイズに集光する。この時、測
定対象物Obの左右方向のずれ(照射距離の変化)によ
るスポットサイズの変化が測定に影響を及ぼさないよう
に、ビームウェストサイズ及び長さを決定する集光角度
を調整するようになっている。投光用集光レンズ2によ
り目的の極小スポットサイズに集光されたレーザ光は、
光学ミラーなどでなる照射位置制御手段3を介して測定
対象物Obに照射される。この時、集光レーザ光は、前
記照射位置制御手段3により、測定対象物Obに対する
照射位置が制御される。
【0016】前記測定対象物Obに照射された集光レー
ザ光は、前記測定対象物Obにおいて反射し、前記受光
用集光レンズ5により照射された集光レーザ光の拡散反
射光の一部を前記ホトダイオード4の受光面に集光す
る。この時、前記測定対象物Obのレーザ照射点付近の
反射光のみを集光するように焦点を設定する。この発明
では、照射するレーザ光には、高速変調をかけ、この高
速変調周期と同期をとって正反射光成分および拡散反射
光成分の受光を判定する。
【0017】この発明では、例えば、1/100mmの
精度で変位量を測定する場合、直径1/100mmのレ
ーザ光のスポットを測定対象物Obに照射し、その正反
射光成分及び拡散反射光成分を検出した時、その位置に
測定対象物Obが有ると判断する。次に、現在照射して
いる位置から1/100mm離れた位置へ照射スポット
を移動し、その位置に正反射光成分及び拡散反射光成分
の有無を判断する。この操作を10回繰り返し、測定対
象物Ob有りの判断から測定対象物Ob無しの判断に変
わった時、 この測定対象物Obの端面が最初にレーザ
光のスポットを照射した位置から10/100mm(1
/10mm)離れた位置にあるものと判断することがで
きる。
【0018】さらに、5/1000mmの精度が必要な
場合には、直径5/1000mmのレーザ光のスポット
を測定対象物Obに照射し、5/1000mmずつ移動
していく。照射するレーザ光は、平行ビームが理想であ
るが、測定仕様によっては照射ポイント付近のみの擬似
平行ビームも使用可能である。
【0019】
【発明の効果】以上の構成になるこの発明の微小変位の
測定方法は、投光側で測定対象物Obに対する照射位置
を制御し、受光側では受光位置や受光光量を無視し反射
光の有無のみを判断するようにしたことにより、透過光
の回析による受光位置ずれのための測定誤差、照明光源
の光量変化による照度不安定のための測定誤差、屋内照
明や太陽光の変化 (外来光)による照度不安定のための
測定誤差、測定対象物の材質の違いによる反射光の変化
のための測定誤差、測定対象物の表面処理の違いによる
反射光の変化のための測定誤差、測定対象物の腐食の違
いによる反射光の変化のための測定誤差、測定対象物の
酸化の違いによる反射光の変化のための測定誤差、測定
対象物の凹凸の違いによる反射光の変化のための測定誤
差、測定対象物の付着物の違いによる反射光の変化のた
めの測定誤差、測定対象物に照射光の一部が照射された
ことによる反射光の変化のための測定誤差などの全てを
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明にかかる微小変位の測定方法
についての適用例を示すものであって、例えば、 各種
コネクタにおけるピン端子の反り測定に応用した実施例
装置の概略的構成図である。
【図2】図2は、光学系による微小金属片の整列状態の
測定についての従来例であって、レーザ光による三角測
量法を応用したレーザ変位測定器の具体的な構成例であ
る。
【図3】図3は、反射光の乱れによる測定誤差に関する
説明のための概略図であり、図3Aは、理想的な拡散反
射分布の状況下における受光スポットの重心位置の関係
を示す説明図、図3Bは、乱れた拡散反射分布の状況下
(1)における受光スポットの重心位置の関係を示す説
明図、図3Cは、乱れた拡散反射分布の状況下(2)に
おける受光スポットの重心位置の関係を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
M レーザ変位測定器 1 レーザダイオード 2 投光用集光レンズ 3 照射位置制御手段 4 ホトダイオード 5 受光用集光レンズ 6 レーザ照射光の中心線 Ob 測定対象物

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源体からのレーザ光の極小スポ
    ットを、照射位置制御手段を介して測定対象物に照射
    し、その正反射光成分および拡散反射光成分を局所的に
    観測することで、受光手段側における正反射光成分およ
    び拡散反射光成分の有無を判定し、前記照射位置制御手
    段によって測定対象物に対するレーザスポットの照射位
    置を制御することにより前記測定対象物の位置を測定す
    るようにしたことを特徴とする微小変位の測定方法。
  2. 【請求項2】 レーザダイオードから放出されたレーザ
    光を投光用集光レンズにより目的の極小スポットサイズ
    に集光し、光学ミラーなどでなる照射位置制御手段を介
    して測定対象物に照射し、前記測定対象物に照射された
    レーザ光の正反射光成分および拡散反射光成分を受光用
    集光レンズによりホトダイオードの受光面に集光し、受
    光手段側における正反射光成分および拡散反射光成分の
    有無を判定し、前記照射位置制御手段によって測定対象
    物に対するレーザスポットの照射位置を制御することに
    より前記測定対象物の位置を測定するようにしたことを
    特徴とする微小変位の測定方法。
  3. 【請求項3】 前記測定対象物に照射するレーザ光に対
    して高速変調をかけ、この高速変調周期と同期をとって
    正反射光成分および拡散反射光成分の受光を判定するよ
    うになしたことを特徴とする請求項1あるいは請求項2
    に記載の微小変位の測定方法。
  4. 【請求項4】 前記測定対象物に照射されるレーザ光の
    極小スポットの直径サイズdによって、測定精度dの変
    位量を測定するようにしたことを特徴とする請求項1〜
    請求項3のいずれかに記載の微小変位の測定方法。
  5. 【請求項5】 前記測定対象物に対するレーザスポット
    のずれ(照射距離の変化)によるスポットサイズの変化
    が測定に影響を及ぼさないように、ビームウェストサイ
    ズ及び長さを決定する集光角度を調整するようにしたこ
    とを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の
    微小変位の測定方法。
  6. 【請求項6】 前記受光手段が、前記測定対象物のレー
    ザ照射点付近の反射光のみを集光するように焦点設定し
    てなることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか
    に記載の微小変位の測定方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008516229A (ja) * 2004-10-06 2008-05-15 ルドルフテクノロジーズ インコーポレイテッド 光学計測システムを使用した誘電体薄膜の弾性係数の測定
JP2013057670A (ja) * 2005-03-30 2013-03-28 Nikon Corp 位置検出方法、及び位置検出装置
CN104296652A (zh) * 2014-02-27 2015-01-21 上海大学 一种基于离散式旋转三角法的光学测头
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