JP2008275505A - Positional dimension measuring device - Google Patents
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Description
この発明は、位置寸法測定装置に関し、より特定的には、光学式の位置寸法測定装置に関する。 The present invention relates to a position dimension measuring apparatus, and more particularly to an optical position dimension measuring apparatus.
投光器からの出射光を物体が遮光する際の光量変化を受光器によって検出することによって、測定対象物体の位置・寸法を測定する光学式の測定装置が用いられている。このような光学式測定装置の測定精度を向上するために、特開平9−203613号公報(特許文献1)には、投光部からのレーザ光を偏光ビームスプリッタで受けて、偏光ビームスプリッタを透過する光を第1CCDで受光するとともに、偏光ビームスプリッタで反射された光を第2CCDで受光して、第1CCDの出力および第2CCDの出力の差動をとる差動器の出力に基づいて信号処理を行なう構成が開示されている。この構成により、屋外等の外乱光の強い場所でも、受光器への外乱光による誤動作を防止して正確に測定対象物体の寸法を測定できるようになる。
このような光学式測定装置の投光器の光源としては、一般的に半導体レーザが用いられる。半導体レーザを光源として使用する場合には、レーザ光を発生するレーザチップおよびモニタ用受光素子(代表的にはフォトダイオード)を同一パッケージ内に内蔵して、モニタ用受光素子の受光量に応じたAPC(Automatic Power Control)機能を持たせる構成が一般的である。これにより、モニタ用受光素子の受光量に基づいてレーザチップへの供給電力(電流)をフィードバック制御することによって、温度変動等の外乱が生じても一定の光出力を得ることができる。 A semiconductor laser is generally used as the light source of the projector of such an optical measuring device. When a semiconductor laser is used as a light source, a laser chip that generates laser light and a light receiving element for monitoring (typically a photodiode) are built in the same package, and the amount of light received by the light receiving element for monitoring is determined. A configuration having an APC (Automatic Power Control) function is common. Thus, by performing feedback control of the power (current) supplied to the laser chip based on the amount of light received by the monitor light receiving element, a constant light output can be obtained even when disturbance such as temperature fluctuation occurs.
しかしながら、APC機能を適用した光学式測定装置では、投光器へ入射された外乱光がモニタ受光素子で検知されることによって、光出力を低下させる方向のフィードバック制御が誤って実行されることにより、投光器からの出射光の強度が低下して測定に支障をきたす可能性がある。 However, in the optical measurement apparatus to which the APC function is applied, the disturbance light incident on the projector is detected by the monitor light receiving element, and the feedback control in the direction of reducing the light output is erroneously executed. There is a possibility that the intensity of the emitted light from the light source will be lowered and hinder measurement.
たとえば、測定対象物体が光を透過する物質により構成される場合には、測定対象物体による遮光量が小さいため、測定対象物体の存在部と非存在部との間での受光部での受光量の差が比較的小さくなる。このため、必然的に、測定対象物体のエッジ検出のための受光量のしきい値と、測定対象物体の非存在部での受光量との差が小さくなる。したがって、このような測定対象物体の測定時には、上述した投光器への外乱光の影響による出射光強度の低下によって、測定精度が低下するおそれがある。 For example, when the measurement target object is made of a material that transmits light, the amount of light shielded by the measurement target object is small. Therefore, the amount of light received by the light receiving unit between the existing part and the non-existing part of the measurement target object The difference is relatively small. For this reason, the difference between the threshold value of the light reception amount for detecting the edge of the measurement target object and the light reception amount at the non-existing portion of the measurement target object is inevitably small. Therefore, at the time of measuring such an object to be measured, there is a possibility that the measurement accuracy may be lowered due to a decrease in the emitted light intensity due to the influence of the disturbance light on the projector described above.
また、測定対象物体が光を反射する物質により構成される場合には、投光器からの出射光が測定対象物体によって反射された反射光が、投光器へ外乱光として入射されることにより、上述したAPC機能による投光器からの出射光の強度低下が発生し易くなる。 In addition, when the measurement target object is made of a material that reflects light, the reflected light reflected by the measurement target object is incident on the projector as disturbance light, and thus the APC described above. The intensity of the emitted light from the projector due to the function is likely to decrease.
特に、エッジ部を除いて金属膜が表面に形成された液晶材料用ガラス基板に代表される、光を透過および反射する性質の両方を有する測定対象物体の測定の際には、受光器への外乱光のみならず、投光器への外乱光の影響によっても、そのエッジ検出精度が低下して位置および/または寸法の測定精度が低下することが懸念される。 In particular, when measuring an object to be measured that has both the property of transmitting and reflecting light, such as a glass substrate for liquid crystal material having a metal film formed on the surface except for the edge portion, the light receiving device There is a concern that not only the disturbance light but also the influence of the disturbance light on the projector causes the edge detection accuracy to be lowered and the position and / or dimension measurement accuracy to be reduced.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、測定対象物体が光を透過および/または反射する物質により構成される場合であっても、測定対象物体のエッジを正確に検出することが可能な光学式の位置寸法測定装置を提供することである。 The present invention has been made in order to solve such problems, and the object of the present invention is to provide a measurement target object that is made of a material that transmits and / or reflects light. An object of the present invention is to provide an optical position dimension measuring apparatus capable of accurately detecting the edge of a measurement object.
この発明による位置寸法測定装置は、測定対象物体の存在領域の両側に配置される投光器および受光器を備える。投光器は、供給電力に応じて光出力を制御可能な光源素子と、光源素子の光出力を測定するための受光モニタ素子と、受光モニタ素子が測定した光出力に応じて光源への供給電力を制御する電力制御部と、筐体とを含む。筐体は、少なくとも光源素子および受光モニタを格納し、かつ、光源素子からの光を測定対象物体へ出射するための開口部を有するように構成される。受光器は、測定対象物体の存在領域を挟んで開口部と対向するように配置された受光検知素子を含む。そして、投光器は、測定対象物体からの光が前記受光モニタ素子へ至る経路上であって、かつ、前記光源素子から出射された光が前記受光モニタ素子へ至る経路上を除いた位置に配置された光量減衰フィルタをさらに含む。好ましくは、光量減衰フィルタは、上記位置のうちの、光源素子から出射された光が測定対象物体へ至る経路上に配置される。 A position dimension measuring apparatus according to the present invention includes a projector and a light receiver disposed on both sides of a region where a measurement target object exists. The projector includes a light source element capable of controlling the light output according to the supplied power, a light receiving monitor element for measuring the light output of the light source element, and a power supplied to the light source according to the light output measured by the light receiving monitor element. A power control unit to be controlled and a housing are included. The housing is configured to store at least the light source element and the light receiving monitor and to have an opening for emitting light from the light source element to the measurement target object. The light receiver includes a light receiving detection element disposed so as to face the opening with the region where the measurement target object exists interposed therebetween. The light projector is disposed at a position on a path where light from the measurement target object reaches the light receiving monitor element, and excluding a path where the light emitted from the light source element reaches the light receiving monitor element. And a light attenuation filter. Preferably, the light quantity attenuation filter is arranged on a path of the position where the light emitted from the light source element reaches the measurement target object.
上記位置寸法測定装置によれば、測定対象物体からの反射光は、投光器の受光モニタ素子へ直接入射されることなく、光源素子から出射された後に光量減衰フィルタにより2回減衰された上で受光モニタ素子へ入射される。したがって、APCのために受光モニタ素子で検知される光源素子の光出力に対する、上記反射光の強度の割合が低下されるので、反射光に代表される投光器への外乱光の影響によって、投光器からの光出力が低下することを防止できる。この結果、測定対象物体が光を透過および/または反射する物質(代表的にはガラス)により構成される場合にも、測定対象物体のエッジを適切に検出することが可能となる。 According to the position dimension measuring apparatus, the reflected light from the object to be measured is received directly after being emitted from the light source element and attenuated twice by the light amount attenuation filter without being directly incident on the light receiving monitor element of the projector. Incident to the monitor element. Therefore, since the ratio of the intensity of the reflected light to the light output of the light source element detected by the light receiving monitor element for APC is reduced, the light from the projector is affected by the influence of disturbance light on the projector represented by the reflected light. Can be prevented from decreasing. As a result, even when the measurement target object is made of a material that transmits and / or reflects light (typically glass), the edge of the measurement target object can be appropriately detected.
好ましくは、投光器は、光源素子および開口部の間に配置され、光源素子からの光を平行光へ変換するためのコリメートレンズをさらに含む。そして、光量減衰フィルタは、コリメートレンズおよび開口部の間に配置される。 Preferably, the projector further includes a collimating lens disposed between the light source element and the opening, and for converting light from the light source element into parallel light. The light amount attenuation filter is disposed between the collimating lens and the opening.
このような構成とすることにより、光量減衰フィルタによって光源素子からの投射光が屈折することを防止できるので、光量減衰フィルタの配置によって、投光器からの出射光の平行性が低下することによる検出精度の悪化を回避できる。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent the light emitted from the light source element from being refracted by the light amount attenuating filter. Therefore, the detection accuracy due to the parallelism of the emitted light from the projector being lowered by the arrangement of the light amount attenuating filter Can be avoided.
さらに好ましくは、光量減衰フィルタは、上記開口部をカバーするように設けられる。
このような構成とすることにより、投光器の開口部の保護レンズを兼用して、部品点数を増加させることなく光量減衰フィルタを設けることができる。
More preferably, the light amount attenuation filter is provided so as to cover the opening.
By adopting such a configuration, it is possible to provide a light quantity attenuation filter without increasing the number of parts by using the protective lens for the opening of the projector.
また好ましくは、位置寸法測定装置は、受光検知素子による検出結果に基づく信号処理を行なって、その処理結果を出力するための制御装置をさらに備える。そして、制御装置は、受光器と接続される一方で、投光器とは非接続とされる。特にこのような構成では、電力制御部は、光量減衰フィルタによる減衰率および受光検知素子で必要とされる受光量を考慮して予め設定された目標光出力と、受光モニタ素子が測定した光出力との偏差に従って供給電力を制御する。 Preferably, the position dimension measuring device further includes a control device for performing signal processing based on a detection result by the light receiving detection element and outputting the processing result. The control device is connected to the light receiver, but is not connected to the projector. In particular, in such a configuration, the power control unit determines the target light output set in advance in consideration of the attenuation rate by the light amount attenuation filter and the amount of received light required by the light receiving detection element, and the light output measured by the light receiving monitor element. The supplied power is controlled in accordance with the deviation.
このような構成とすることにより、受光器での受光出力を電力制御部にフィードバックする必要なく実用上外乱光の影響を受けにくい計測が可能となるので、投光器および受光器の接続を不要として配置自由度を向上することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to perform measurement that is practically insensitive to disturbance light without the need to feed back the light reception output from the light receiver to the power control unit, so the connection between the projector and the light receiver is unnecessary. The degree of freedom can be improved.
あるいは好ましくは、投光器は、単一素子として設けられた光源素子が相反する第1および第2の方向に光を出射するように構成された半導体レーザを含む。そして、投光器は、第1の方向へ出射された光を開口部へ向けて導き、かつ、第2の方向へ出射された光が前記受光モニタ素子により受光されるように構成される。 Alternatively, preferably, the projector includes a semiconductor laser configured to emit light in first and second directions in which light source elements provided as a single element are opposite to each other. The projector is configured such that the light emitted in the first direction is guided toward the opening, and the light emitted in the second direction is received by the light receiving monitor element.
このような構成とすることにより、測定対象物体からの反射光が光量減衰フィルタを通過して受光モニタ素子へ入射されるのに対して、光源素子から出射された光については、より確実に受光モニタ素子で直接検知することができる。したがって、反射光に代表される投光器への外乱光がAPCに与える影響により、投光器からの光出力が低下することをより確実に防止できる。 With this configuration, the reflected light from the object to be measured passes through the light amount attenuation filter and enters the light receiving monitor element, whereas the light emitted from the light source element is received more reliably. It can be detected directly by the monitor element. Therefore, it is possible to more surely prevent the light output from the projector from being lowered due to the influence of disturbance light on the projector represented by reflected light on the APC.
さらに好ましくは、投光器は、光源素子および受光モニタ素子が一体的に内蔵された半導体レーザを含む。 More preferably, the projector includes a semiconductor laser in which a light source element and a light receiving monitor element are integrated.
このような構成とすることにより、光源素子および受光モニタ素子が一体に内蔵された一般的な構成の半導体レーザを適用しても、測定対象物体からの反射光を受光モニタ素子へ入力しないようにするためのハーフミラー等の新たな部品や、半導体レーザ外への新たな受光モニタ素子といった新たな素子の配置を伴うことなく、反射光に代表される投光器への外乱光の影響によって投光器からの光出力が低下することを防止できる。 By adopting such a configuration, even if a semiconductor laser having a general configuration in which the light source element and the light receiving monitor element are integrated is applied, the reflected light from the object to be measured is not input to the light receiving monitor element. New components such as a half mirror and a new light receiving monitor element outside the semiconductor laser, without the need to place a new element such as a reflected light from the projector due to the influence of disturbance light on the projector represented by reflected light. It is possible to prevent the light output from decreasing.
本発明による位置寸法測定装置によれば、測定対象物体が光を透過および/または反射する物質により構成される場合であっても、測定対象物体のエッジを正確に検出することができる。 According to the position dimension measuring apparatus of the present invention, the edge of the measurement target object can be accurately detected even when the measurement target object is made of a material that transmits and / or reflects light.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付しその詳細な説明は原則的に繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will not be repeated in principle.
図1は、本発明の実施の形態による位置寸法測定装置の全体構成および配置例を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration and an arrangement example of a position dimension measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、測定対象物体300の位置および/または寸法を測定するための位置寸法測定装置10は、搬送されてきた測定対象物体300が存在することとなる領域の両側に配置される、投光器100および受光器200を備える。
Referring to FIG. 1, a position /
投光器100は、電源ケーブル105を介して図示しない電源に接続されている。また受光器200は、ケーブル205により図示しないコントローラと接続されている。
The
図2に示すように、投光器100の筐体120には、出射光を測定対象物体300へ向けて投射するための開口部110が設けられる。開口部110には、後程詳細に説明する光量減衰フィルタ170が設けられる。
As shown in FIG. 2, the
再び図1を参照して、投光器100からの出射光は、受光器200に設けられた開口部210へ入射される。後ほど詳細に説明するように、受光器200の開口部210には受光検知素子が配列されている。位置寸法測定装置10は、投光器100からの投射光が測定対象物体300によって遮光される際の光量の変化を受光検知素子によって検知することにより、測定対象物体300の存在を検出できる。すなわち、開口部210に、複数の受光検知素子を適宜規則的に配列することによって、測定対象物体300の位置および/または寸法を測定することが可能となる。
Referring again to FIG. 1, the emitted light from the
図3には、本発明の実施の形態による位置寸法測定装置10の構成を示すブロック図が示される。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the position
図3を参照して、投光器100は、筐体120内に格納された、半導体レーザ130と、APC回路150と、コリメートレンズ160と、開口部110に設けられた光量減衰フィルタ170とを含む。投光器100は、電源ケーブル105によって電源400と接続されて、動作電力を供給される。
Referring to FIG. 3,
受光器200は、筐体220内に格納された、受光検知素子250および処理回路260を含む。受光検知素子250は、測定対象物体300の存在領域を挟んで投光器側の開口部110と対向するように設けられた筐体220の開口部210に対応して配置される。受光検知素子としては、代表的にはCCDイメージセンサが適用される。CCDイメージセンサは、一次元あるいは二次元に配列して配置され、各CCDイメージセンサは、受光量に応じた電気信号(代表的には電圧)を出力する。
The
処理回路260は、各CCDイメージセンサからの出力信号を処理して、ケーブル205によって接続されたコントローラ450へ対して信号処理結果を送出する。
The
たとえば、コントローラ450は、図4に示されるように構成され、受光器200の位置微調整や測定条件設定に関する指示を入力するための操作部452と、処理回路260によって処理されたCCDイメージセンサからの出力結果に対応する情報を示す表示部454が示される。たとえば、表示部454には、測定対象物体300のエッジ位置を示す情報が数値化されて表示される。
For example, the
受光器200は、コントローラ450を介して電源410と接続される。また、コントローラ450をコンピュータ端末490と接続して、処理回路260による信号処理結果に基づく測定結果を、端末画面に表示させる構成としてもよい。
The
再び図3を参照して、半導体レーザ130は、レーザチップ135およびモニタ用フォトダイオード140を含む。レーザチップ135は本発明での「光源素子」に対応し、フォトダイオード140は本発明での「受光モニタ素子」に対応する。
Referring to FIG. 3 again, the
図5にも示されるように、半導体レーザ130としては、レーザチップ135と、フォトダイオード140とが一体的に内蔵された一般的な構成を適用することができる。レーザチップ135から出力されたレーザ光は、相反する2方向に出射される。すなわち、レーザ光は、ガラスウインドウ137を通して半導体レーザ130の外部に出射されるとともに、その反対方向にも出射されてフォトダイオード140へも入射される。すなわち、フォトダイオード140は、レーザチップ135から出力されるレーザ光の光出力を検出するために配置されている。図3にも示されるように、ガラスウインドウ137から出射された光は、投光器100内で開口部110へ導かれて、開口部110から出射される。
As shown in FIG. 5, a general configuration in which a
なお、図5に示すような一般的な構造の半導体レーザ130では、外部からガラスウインドウ137に入射された外乱光についても、フォトダイオード140によって検知される。すなわち、フォトダイオード140は、外乱光の影響が大きいと、レーザチップ135からのレーザ光の光出力を実際よりも過大に検出する可能性がある。
In the
再び図3を参照して、APC回路150は、フォトダイオード140によって検出された光出力に基づいて、レーザチップ135への供給電力(代表的には、供給電流)を制御する。APC回路150は、本発明での「電力制御部」に対応する。たとえば、APC回路150は図6のように構成される。
Referring again to FIG. 3, the
図6を参照して、APC回路150は、コントローラ152と、駆動トランジスタ155とを含む。駆動トランジスタ155は、コントローラ152からの駆動出力に応じて、レーザチップ135への供給電流を制御する。レーザチップ135からの光出力は、供給された電流(順電流)に応じて可変であり、代表的には図7に示される特性を有する。
Referring to FIG. 6,
図7を参照して、レーザチップ135が出射するレーザ光は、順電流Iの増加に応じて、光出力が大きくなる特性を示す。ここで、順電流Iがしきい値電流(発振開始電流)Ith以下である領域20では、比較的に弱い自然発光のまま電流増加に応じて光出力が増加する一方で、順電流Iがしきい値電流Ithを超えた領域30では、レーザ発振の開始により、電流に対する光出力の増加が大きくなる。
Referring to FIG. 7, the laser light emitted from
再び図6を参照して、コントローラ152は、基準電圧Vrefに対するフォトダイオード140の出力電圧Vdetの偏差に応じて、駆動トランジスタ155の駆動出力を生成する。基準電圧Vrefは、レーザチップ135がレーザ光の光出力目標値を発光したときのフォトダイオード140の出力電圧に対応させて設定される。
Referring to FIG. 6 again, the
すなわち、コントローラ152は、フォトダイオード140により検出された光出力が光出力目標値より低い場合には、レーザチップ135への供給する電流を増加させるように駆動トランジスタ155の駆動信号を変化させる。一方、フォトダイオード140により検出された光出力が光出力目標値より高い場合には、レーザチップ135への供給電流を減少させるように、駆動トランジスタ155の駆動信号は変化される。この結果、APC回路150によって、レーザチップ135からのレーザ光の光出力を、光出力目標値に合致した一定値に維持するフィードバック制御が実現される。たとえば、このようなフィードバック制御により、温度変動に対してレーザ光を一定に維持することが可能となる。
That is, when the light output detected by the
再び図3を参照して、APC回路150は、さらに、レーザ光を出射中であることを示す発光ダイオード(LED)122および、半導体レーザ130の劣化を示すLED124の点灯を制御する。たとえば、APC回路150は、フォトダイオード140によって検知される光出力が所定値以上となったときに、LED122を点灯させる。一方、APC回路150は、所定量以上の電流をレーザチップ135に供給しても、フォトダイオード140によって検知される光出力が劣化判定用の基準値に達しないときに、LED124を点灯させる。
Referring to FIG. 3 again,
半導体レーザ130から出力されたレーザ光500は、コリメートレンズ160によって平行光に変換されて、開口部110から出射される。開口部110には、開口部110を覆うように設けられた光量減衰フィルタ170が設けられる。光量減衰フィルタ170には、代表的には吸収型のND(Neutral Density)フィルタを用いることができるが、開口部110から投光器100の内部に入力される光を減衰させるものであれば、原理上あらゆる種類のフィルタを適用できる。
投光器100から出射されたレーザ光500は、測定対象物体300の存在領域では、測定対象物体300によって遮光されて受光器200に入力される。一方、測定対象物体300の非存在領域では、投光器100からの投射光は、測定対象物体300によって遮光されることなくそのまま受光器200へ入射される。上述のように、受光器200へ入射されたレーザ光500は、受光検知素子250(CCDイメージセンサ)により、受光量が検知される。
The
測定対象物体300が、光を透過する性質を有さない、あるいは透過性の低い物質で構成されている場合には、測定対象物体300の存在領域および非存在領域にそれぞれ対応するCCDイメージセンサ250の出力が大きく異なることとなる。したがって、この場合には、測定対象物体300のエッジ検出は比較的容易である。
In the case where the
これに対して、測定対象物体300が光を透過する物質で構成される場合には、図8に示されるように、そのエッジ部の検知が相対的に困難となる。
On the other hand, when the
図8を参照して、横軸は位置座標を示し、縦軸は各位置におけるCCDイメージセンサの出力、すなわち受光量を示している。 Referring to FIG. 8, the horizontal axis indicates position coordinates, and the vertical axis indicates the output of the CCD image sensor at each position, that is, the amount of received light.
測定対象物体300が光を透過する物質である場合には、測定対象物体300の非存在領域および存在領域の両方において、CCDイメージセンサによって検知される受光量にそれほど差が生じなくなる。
When the
一方、測定対象物体300のエッジ305では、投光器からの出射光500が屈折により散乱することによって、対応位置に配置されたCCDイメージセンサでの受光量が、周囲と比較して相対的に低下する。したがって、エッジ部における受光量の低下レベルに合わせてしきい値Vthを設定し、各CCDセンサの出力(受光量)とこのしきい値Vthとを比較することにより、測定対象物体300のエッジ検出が行なわれる。このエッジ検出結果、具体的には、配列されたCCDイメージセンサのうちのいずれのCCDイメージセンサによってエッジが検出されたかに基づいて、測定対象物体300の位置および/または寸法が検出される。
On the other hand, at the
しきい値Vthのレベルは、測定対象物体300の材質、エッジ形状等によっても変化するが、周囲の非エッジ部位での受光量を100%とすると、Vth=70〜75%程度に設定するケースも存在する。また、一般的に、CCDイメージセンサでの受光量分布には雑音誤差(ホワイトノイズ)が5〜10%存在する。このため、測定対象物体300がガラス等の光を透過する性質の物体で構成されることによってしきい値レベルが比較的高くなる測定条件では、エッジ検出の困難性が増加する。
The level of the threshold Vth varies depending on the material, edge shape, and the like of the
また、測定対象物体300が光を反射する物質で構成される場合には、投光器100から出射されたレーザ光500が測定対象物体300によって反射されて、反射されたレーザ光(以下、単に反射光)510が、投光器100へ向かうこととなる。特に、液晶材料用のガラス基板では、非エッジ部には金属膜310が被膜されているため、反射光510のレベルが高くなる。
When the
再び図3を参照して、測定対象物体300からの反射光510は、開口部110から投光器100の内部へ向けて入射されると、コリメートレンズ160を通って、半導体レーザ130へ向けて入射される。さらに、反射光510は、図5に示した半導体レーザ130のガラスウインドウ137から入力されて、フォトダイオード140へ到達する。このような現象が発生すると、フォトダイオード140が検知する受光量が、レーザチップ135からのレーザ光の光出力よりも上昇してしまうため、APC回路150によるフィードバック制御によって、レーザチップ135からのレーザ光出力が光出力目標値よりも低下する可能性がある。
Referring again to FIG. 3, when the reflected light 510 from the
このようなレーザ光出力の低下が発生すると、図8に示した受光量分布において、各CCDイメージセンサでの受光量が全体的に低下することとなるため、非エッジ部位における受光量がしきい値Vthレベルと重なってしまい、エッジ検出が正常に実行できなくなる可能性がある。一例として、図8におけるVth=75%であり、雑音レベルが5%であるケースを考えると、投光器100からの光出力が20%変動することにより、エッジ検出に異常が生じることとなる。
When such a decrease in laser light output occurs, the amount of light received by each CCD image sensor generally decreases in the amount of received light distribution shown in FIG. It may overlap with the value Vth level, and edge detection may not be performed normally. As an example, considering the case where Vth = 75% in FIG. 8 and the noise level is 5%, the light output from the
すなわち、測定対象物体300が光を透過する場合には、エッジ検出が相対的に困難となることから、投光器100に対する外乱光がAPC回路150でのフィードバック制御に与える悪影響に起因してエッジ検出精度誤差が発生する可能性がある。特に、測定対象物体300が光を反射する場合には、投光器100への外乱光のレベルが大きくなるので、この問題点がさらに発生しやすくなる。
That is, when the
そこで、本実施の形態による光学式位置寸法測定装置では、開口部110に光量減衰フィルタ170を設けて、投光器100の外部から入射される外乱光を減衰させる構成を採用する。
Therefore, the optical position dimension measuring apparatus according to the present embodiment employs a configuration in which the light
これにより、反射光510は、レーザチップ135から出力された後フォトダイオード140へ到達するまでに、投光器100から出射される際、および、測定対象物体300により反射されて投光器100へ入力される際の合計2回、光量減衰フィルタ170を通過することとなる。したがって、光量減衰フィルタ170による減衰率を1/αとすると、フォトダイオード140において、反射光510の強度は、レーザチップ135から直接到達するレーザ光と比較して1/α2倍となる。
Thereby, when the reflected
したがって、投光器100に入射される外乱光、特に測定対象物体300による反射光510が、APC回路150のフィードバック制御に与える影響を抑制して、レーザチップ135からのレーザ光、すなわち、投光器100からの出射光の光出力の低下によって、測定精度が悪化することを防止できる。これにより、測定対象物体が光を透過および/または反射する物質(代表的にはガラス)により構成される場合にも、測定対象物体のエッジを適切に検出することが可能となる。
Therefore, disturbance light incident on the
なお、光量減衰フィルタ170については、原理上、測定対象物体300からの光がフォトダイオード140へ至る経路上であって、かつ、レーザチップ135から出射された光がフォトダイオード140へ至る経路上を除いた位置のいずれかに配置されればよい。より具体的には、レーザチップ135から出射された光が測定対象物体300へ至る経路上であって、かつ、測定対象物体300からの光(反射光)がフォトダイオード140へ至る経路上となる位置のいずれかに配置されればよい。
In principle, the light
ただし、光量減衰フィルタ170を、コリメートレンズ160よりも開口部110側に、すなわち半導体レーザ130およびコリメートレンズ160の間を避けて配置することにより、光量減衰フィルタ170の通過時にレーザ光の屈折が生じて、投光器100からの出射光の平行性が低下することを防止できる。
However, by arranging the
また、通常、開口部110には投光器100の内部素子を保護するための保護カバーが設けられるため、当該保護カバーに代えて、開口部110を覆うように光量減衰フィルタ170を配置してもよい。このようにすると、保護カバーの機能を兼用させて、部品点数を増加させることなく光量減衰フィルタ170を設けることができる。このときに、光量減衰フィルタ170は、開口部110に嵌め込むように配置してもよく、または、筐体120の内側あるいは外側から取り付けてもよい。
In addition, since the
なお、光量減衰フィルタ170の配置に伴って、半導体レーザ130から出力されたレーザ光も、(1/α)倍に減衰された上で投光器100から出射される。このため、投光器100側では、測定対象物体300の測定に必要な光量を確保するために、図5に示したAPC回路によるフィードバック制御における基準電圧Vrefを、光量減衰フィルタ170を非配置時と比較してα倍の光量に対応した電圧に変更すればよい。
Note that the laser light output from the
このようにすれば、受光器200側での受光結果に基づいたフィードバック系を構成することなく、投光器100からの出射光の光出力レベルを適切に設定できる。すなわち、図3に示したように、投光器100および受光器200を電気的に接続することなく、位置寸法測定装置10を構成することができる。測定対象物体300の搬送装置を挟んで投光器100および受光器200を配置する用途、特に測定対象物体が大型である用途において、投光器100および受光器200の間の電気的接続を不要とすることは、配置自由度確保の面からニーズが高い。
In this way, the light output level of the emitted light from the
また、図9に比較例として示すように、光量減衰フィルタ170を非配置とした投光器では、開口部110には通常の保護用レンズ170♯(光量減衰効果なし)が配置される。このため、比較例の投光器においては、本実施の形態と同様に外乱光の悪影響を抑制するためには、ハーフミラー190を配置することによって、半導体レーザ130からのレーザ光500は透過する一方で、外部からの反射光510については半導体レーザ130(フォトダイオード140)へ入射されないように、反射する構成とすることも可能である(第1の比較例)。
Further, as shown in FIG. 9 as a comparative example, in the projector in which the light
あるいは、ハーフミラー190の配置に代えて、半導体レーザ130の外部に、モニタ用のフォトダイオード140♯を別個設けるとともに、反射光510がフォトダイオード140♯に入射されないようにする構造を設ける構成とすることも可能である(第2の比較例)。この場合には、APC回路150は、フォトダイオード140♯の受光量に基づいてフィードバック制御を実行することとなる。
Alternatively, instead of the arrangement of the
言い換えれば、本実施の形態による光学式の位置寸法測定装置によれば、レーザチップ135およびフォトダイオード140が内蔵された一般的な半導体レーザ(図5)を適用しても、図9に示された、ハーフミラー190やモニタ用フォトダイオード140♯等の新たな素子・部品を配置することなく、上述した効果を発揮することが可能である。
In other words, according to the optical position dimension measuring apparatus according to the present embodiment, even if a general semiconductor laser (FIG. 5) incorporating the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 位置寸法測定装置、100 投光器、105 電源ケーブル、110 開口部、120 筐体、130 半導体レーザ、135 レーザチップ、137 ガラスウインドウ、140,140♯ モニタ用フォトダイオード、150 APC回路、152 コントローラ、155 駆動トランジスタ、160 コリメートレンズ、170 光量減衰フィルタ、170♯ 保護用レンズ、190 ハーフミラー、200 受光器、205 ケーブル、210 開口部、220 筐体、250 受光検知素子(CCDイメージセンサ)、260 処理回路、300 測定対象物体、305 エッジ、310 金属膜、400,410 電源、450 コントローラ、452 操作部、454 表示部、490 コンピュータ端末、500 レーザ光(出射光)、510 反射光、I 順電流(レーザチップ供給電流)、Vdet 検出電圧(フォトダイオード)、Vref 基準電圧(光出力目標)、Vth しきい値(エッジ検出)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記投光器は、
供給電力に応じて光出力を制御可能な光源素子と、
前記光源素子の光出力を測定するための受光モニタ素子と、
前記受光モニタ素子が測定した光出力に応じて前記光源への供給電力を制御する電力制御部と、
少なくとも前記光源素子および前記受光モニタを格納し、かつ、前記光源素子からの光を前記測定対象物体へ出射するための開口部を有する筐体とを含み、
前記受光器は、
前記測定対象物体の存在領域を挟んで前記開口部と対向するように配置された受光検知素子を含み、
前記投光器は、
前記測定対象物体からの光が前記受光モニタ素子へ至る経路上であって、かつ、前記光源素子から出射された光が前記受光モニタ素子へ至る経路上を除いた位置に配置された光量減衰フィルタをさらに含む、位置寸法測定装置。 Provided with a projector and a receiver arranged on both sides of the area where the object to be measured exists,
The projector is
A light source element capable of controlling the light output according to the supplied power;
A light receiving monitor element for measuring the light output of the light source element;
A power control unit for controlling the power supplied to the light source according to the light output measured by the light receiving monitor element;
Including at least the light source element and the light receiving monitor, and a housing having an opening for emitting light from the light source element to the measurement target object,
The receiver is
Including a light receiving detection element disposed to face the opening across the region where the measurement target object exists,
The projector is
A light amount attenuating filter disposed on a position where light from the measurement object is on a path to the light receiving monitor element and light emitted from the light source element is excluded on the path to the light receiving monitor element A position dimension measuring device further comprising:
前記光源素子および前記開口部の間に配置され、前記光源素子からの光を平行光へ変換するためのコリメートレンズをさらに含み、
前記光量減衰フィルタは、前記コリメートレンズおよび前記開口部の間に配置される、請求項1記載の位置寸法測定装置。 The projector is
A collimating lens disposed between the light source element and the opening for converting light from the light source element into parallel light;
The position dimension measuring device according to claim 1, wherein the light amount attenuation filter is disposed between the collimating lens and the opening.
前記制御装置は、前記受光器と接続される一方で、前記投光器とは非接続とされる、請求項1記載の位置寸法測定装置。 Further comprising a control device for performing signal processing based on the detection result by the light receiving detection element and outputting the processing result,
The position measurement device according to claim 1, wherein the control device is connected to the light receiver, but is not connected to the projector.
前記投光器は、前記第1の方向へ出射された光を前記開口部へ向けて導き、かつ、前記第2の方向へ出射された光が前記受光モニタ素子により受光されるように構成される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の位置寸法測定装置。 The projector includes a semiconductor laser configured to emit light in the first and second directions in which the light source element provided as a single element is opposed to each other,
The projector is configured to guide the light emitted in the first direction toward the opening, and to receive the light emitted in the second direction by the light receiving monitor element. The position dimension measuring apparatus of any one of Claims 1-6.
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