JP2019095406A - Displacement meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定物に当接した測定子の変位を検出する変位計に関する。 The present invention relates to a displacement meter that detects displacement of a probe that is in contact with an object to be measured.
従来、高精度な変位計として、被測定物に測定子を触れさせずに測定を行う非接触型のレーザ変位計が一般によく知られている(特許文献1参照)。このレーザ変位計においては、レーザ光が照射される被測定物の面の色や反射率等の影響を変位の測定結果が受けやすいという問題があった。最近では、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けない工夫が検討されているが、処理が複雑になり高コストが避けられない状況であった。 Conventionally, as a high-precision displacement meter, a non-contact type laser displacement meter that performs measurement without touching a measuring element with an object to be measured is generally known (see Patent Document 1). In this laser displacement meter, there is a problem that the measurement result of the displacement is easily influenced by the color, the reflectance, and the like of the surface of the object to be measured to which the laser light is irradiated. Recently, devices that are not affected by the color or reflectance of the surface of the object to be measured have been studied, but processing has become complicated and high cost can not be avoided.
一方、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けない安価な変位計として、梃子式ダイヤルゲージが広く一般に用いられている(特許文献2参照)。この梃子式ダイヤルゲージでは、被測定物に測定子を接触させて測定を行う接触型であるため、変位の測定結果が被測定物の面の色や反射率等の影響を受けずに安定しており、歯車のような古典的な機械要素のみで構成されるため低コストで済むものであった。 On the other hand, a ladder-type dial gauge is widely and generally used as an inexpensive displacement gauge which is not affected by the color of the surface of the object to be measured, the reflectance or the like (see Patent Document 2). Since this ladder type dial gauge is a contact type in which the measuring element is brought into contact with the object to be measured for measurement, the measurement result of the displacement is stabilized without being affected by the color or reflectance of the surface of the object to be measured. Because it consists only of classical mechanical elements such as gears, it can be done at low cost.
しかしながら、特許文献2に記載のような従来の梃子式ダイヤルゲージでは、歯車のような古典的な機械要素のみの構成であるため、高精度化に限度があるし、変位の測定結果をデジタル出力できないため、昨今のIoT(Internet of Things)に組み込めず汎用性に欠けるという問題があった。 However, in the conventional ladder-type dial gauge as described in Patent Document 2, there is a limit to high precision because it is a configuration of only classical mechanical elements such as gears, and the displacement measurement results are digitally output. There is a problem that it can not be incorporated into the recent Internet of Things (IoT) and lacks versatility.
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems as described above, and is not affected by the color or reflectance of the surface of the object to be measured, and digital output of displacement measurement results with high accuracy and low cost. Aims to provide a displacement gauge that can be
上記課題を解決するために、本発明は、被測定物に当接しレバー式に揺動して変位可能な先端球を軸部材の先端に有してなる測定子と、前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を表示する表示部と、を有する変位計であって、前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて、前記光ビームが前記面で反射した反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a measuring element having a tip ball which is in contact with an object to be measured and which is displaceable in a lever-type manner at a tip of a shaft member and displacement of the tip ball. The displacement amount of the tip sphere according to the displacement of the surface measured by the displacement measuring unit for measuring the displacement of the surface of the surface member having the surface displaced in conjunction with the surface member, the displacement of the surface is displayed And a display unit, and the displacement measurement unit is a light source for irradiating a light beam to the surface, an objective lens provided between the light source and the surface to condense the light beam. And a light receiving unit for receiving the light reflected by the surface, the light beam emitted by the light source and transmitted through the objective lens, and the light amount received by the light receiving unit to reflect the light beam on the surface Displacement of the surface based on the diameter of the reflected light It has a displacement calculating unit that calculates, and characterized in that.
According to the present invention, it is possible to provide a displacement meter capable of digitally outputting the measurement result of displacement with high precision and at low cost without being affected by the color or reflectance of the surface of the object to be measured. .
また本発明は、変位計であって、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を出力する出力部を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、出力部によって先端球の変位量を出力することができ、外部装置において活用することができる場合がある。
The present invention is also a displacement meter, characterized in that it has an output unit for outputting the displacement amount of the tip ball according to the displacement of the surface measured by the displacement measurement unit.
According to the present invention, the displacement amount of the tip ball can be output by the output unit, and may be used in an external device.
また本発明は、変位計であって、前記受光部の前面に配設され、前記光ビームが前記面で反射した反射光を通過させるピンホールをさらに有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、ピンホールで反射光を絞り込むことで、焦点近傍の光のみを検出することが可能となり、受光した光に基づき被測定物の変位を高精度に測定可能な場合がある。
The present invention is further characterized in that the displacement meter further comprises a pinhole which is disposed in front of the light receiving section and allows the light beam to reflect the reflected light from the surface.
According to the present invention, it is possible to detect only the light in the vicinity of the focal point by narrowing the reflected light by the pinhole, and it may be possible to measure the displacement of the object based on the received light with high accuracy.
また本発明は、変位計であって、前記面は、前記対物レンズと該対物レンズの焦点との間の位置、または前記対物レンズの焦点よりも該対物レンズから離れた位置で変位する、ことを特徴とする。
本発明によれば、面の変位の範囲が、対物レンズと該対物レンズの焦点との間の位置、または対物レンズの焦点よりも該対物レンズから離れた位置のいずれかであることで、被測定物の変位にともなう反射光のビーム径の変化方向が一貫し、容易に受光した光に基づき被測定物の変位を測定可能な場合がある。
The present invention is also the displacement meter, wherein the surface is displaced at a position between the objective lens and the focal point of the objective lens, or at a position farther from the objective lens than the focal point of the objective lens. It is characterized by
According to the present invention, the range of displacement of the surface is either a position between the objective lens and the focal point of the objective lens or a position farther from the objective lens than the focal point of the objective lens. In some cases, the change direction of the beam diameter of the reflected light due to the displacement of the measurement object is consistent, and the displacement of the object to be measured may be easily measured based on the received light.
また本発明は、変位計であって、前記ピンホールは、第一のピンホールであり、前記受光部は、第一の受光部であり、前記変位測定部は、第二のピンホールと、前記第二のピンホールを通過した光を受光する第二の受光部と、をさらに有し、前記第二のピンホールは、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を所定面でさらに反射させた光を通過させ、前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第一の受光部との間の位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第二の受光部から離れた位置に配設されており、または、前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第一の受光部から離れた位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第二の受光部との間の位置に配設されており、前記変位算出部は、前記第一の受光部によって受光した光量および前記第二の受光部によって受光した光量に基づき前記面の変位を算出する、ことを特徴とする。
本発明によれば、第一の受光部によって受光した光量および前記第二の受光部によって受光した光量に基づき前記面の変位を算出することで、面の変位の範囲が、対物レンズと該対物レンズの焦点との間の位置であっても、また、対物レンズの焦点よりも該対物レンズから離れた位置であっても、受光した光に基づき被測定物の変位を測定可能な場合がある。
The present invention is the displacement meter, wherein the pinhole is a first pinhole, the light receiving portion is a first light receiving portion, and the displacement measuring portion is a second pinhole. And a second light receiving unit for receiving light passing through the second pinhole, the second pinhole receiving the light from the light source and passing through the objective lens. And the first pinhole is disposed at a position between the focal point of the objective lens and the first light receiving section, and the second pinhole The pinhole is disposed at a position farther from the second light receiving unit than the focal point of the objective lens, or the first pinhole is larger than the focal point of the objective lens. Disposed at a position away from the second pin hole and the second pin hole The displacement calculating unit is disposed at a position between the focal point of the objective lens and the second light receiving unit, and the displacement calculating unit receives the amount of light received by the first light receiving unit and the second light receiving unit. The displacement of the surface is calculated based on the amount of light.
According to the present invention, by calculating the displacement of the surface based on the amount of light received by the first light receiving portion and the amount of light received by the second light receiving portion, the range of displacement of the surface is the objective lens and the objective lens. Even at a position between the lens and the focal point of the lens, or even at a position farther from the objective lens than the focal point of the objective lens, it may be possible to measure the displacement of the object based on the received light. .
また本発明は、変位計であって、前記面は、平面であり、該面の所定位置での反射率と該面の別の位置での反射率とがほぼ等しい、ことを特徴とする。
本発明によれば、面部材として、その面が、該面の所定位置での反射率と該面の別の位置での反射率とがほぼ等しい、すなわち、反射率が均一である例えばミラー面である部材を用いることができ、簡単な構成で被測定物の変位を測定可能な場合がある。
また、本発明によれば、面の反射率が、所定位置と別の位置とでほぼ等しいことで、先端球の変位を正確に算出することができる場合がある。
The present invention is also the displacement meter, wherein the surface is a flat surface, and the reflectance at a predetermined position of the surface is substantially equal to the reflectance at another position of the surface.
According to the present invention, as a surface member, for example, a mirror surface in which the surface has a reflectance at a predetermined position on the surface and a reflectance at another position on the surface is substantially equal. In some cases, the displacement of the object to be measured can be measured with a simple configuration.
Further, according to the present invention, the displacement of the tip sphere may be able to be accurately calculated by the reflectance of the surface being approximately equal between the predetermined position and another position.
また本発明は、変位計であって、前記先端球は、梃子の力点に位置し、前記面部材は、前記梃子の作用点に位置し、前記梃子の力点から支点までの距離は、前記梃子の支点から作用点までの距離よりも長い、ことを特徴とする。
本発明によれば、先端球の変位を、梃子によって、光ビームを用いた変位測定部で測定可能な範囲にすることができ、先端球の変位を正確に算出することができる場合がある。
The present invention is the displacement meter, wherein the tip ball is located at the force point of the forceps, the surface member is located at the action point of the forceps, and the distance between the force point of the forceps and the fulcrum is the forceps It is characterized in that it is longer than the distance from the fulcrum to the point of action.
According to the present invention, the displacement of the tip sphere can be brought into a range that can be measured by a displacement measurement unit using a light beam by means of a forceps, and the displacement of the tip sphere may be able to be accurately calculated.
また本発明は、変位計であって、前記先端球は、原点位置に対する所定の方向であるプラス方向、および前記プラス方向と前記原点位置を挟んで逆の方向であるマイナス方向に揺動可能であり、前記先端球に外力がかからない場合に該先端球を前記原点位置に保持する付勢を行う付勢部を有し、前記変位算出部は、前記先端球の前記プラス方向の変位に連動した前記面の変位、および前記先端球の前記マイナス方向の変位を算出する、ことを特徴とする。
本発明によれば、付勢部により先端球が原点位置に保持されるので、その都度の先端球の変位を正確に算出することができる場合がある。
The present invention is the displacement gauge, wherein the tip ball can swing in a plus direction which is a predetermined direction with respect to the origin position, and in a minus direction which is the opposite direction across the plus position and the origin position. And has an urging unit that holds the tip ball at the home position when no external force is applied to the tip ball, and the displacement calculating unit is interlocked with the displacement of the tip ball in the positive direction. The displacement of the surface and the displacement of the tip ball in the negative direction are calculated.
According to the present invention, since the distal end ball is held at the origin position by the biasing unit, there are cases where it is possible to accurately calculate the displacement of the distal end ball in each case.
また本発明は、変位計であって、前記表示部は、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を、バーグラフで表示するバーグラフ表示部を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、バーグラフ表示部により先端球の変位量がバーグラフで表示されるので、操作者が見やすく使い勝手のよい変位計を提供できる場合がある。
The present invention is the displacement meter, wherein the display section has a bar graph display section for displaying the displacement amount of the tip sphere according to the displacement of the surface measured by the displacement measurement section in a bar graph. It is characterized by
According to the present invention, since the amount of displacement of the tip ball is displayed as a bar graph by the bar graph display unit, there are cases where it is possible to provide a user-friendly displacement meter that is easy for the operator to view.
また本発明は、変位計であって、操作者による入力を受け付ける入力部を有し、前記表示部は、前記入力部によって操作者による入力を受け付けたときの前記先端球の位置を、前記バーグラフの中央位置に対応付けて表示する、ことを特徴とする。
本発明によれば、操作者による操作を入力部で受け付けたときに、現在の先端球の位置をバーグラフの中央位置に対応付けて表示することで、先端球の現在の位置からの変位を測定したいときなどに有効で、操作者が見やすく使い勝手のよい変位計を提供できる場合がある。
Further, the present invention is a displacement gauge, comprising an input unit for receiving an input by the operator, and the display unit is configured to indicate the position of the tip ball when the input by the operator is received by the input unit. It is characterized in that it is displayed in association with the center position of the graph.
According to the present invention, when the operation by the operator is accepted by the input unit, the current position of the tip ball is displayed in association with the center position of the bar graph, thereby displacing the tip ball from the current position. It is effective when you want to measure, etc., and it may be possible to provide a user-friendly displacement meter that is easy for the operator to see.
また本発明は、変位計であって、被測定物に当接しレバー式に揺動して変位可能な先端球を軸部材の先端に有してなる測定子と、前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を出力する出力部と、を有する変位計であって、前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて前記反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することができる。
Further, the present invention is a displacement meter, wherein a measuring element having a tip ball at the tip of a shaft member that is in contact with an object to be measured and swings in a lever-type manner and is interlocked with the displacement of the tip ball. Outputting a displacement amount of the tip sphere according to the displacement of the surface measured by the displacement measuring unit for measuring the displacement of the surface of the surface member having a surface to be displaced, the displacement of the surface of the surface member A displacement meter having an output unit, wherein the displacement measurement unit is a light source for irradiating a light beam to the surface, and an objective lens provided between the light source and the surface for condensing the light beam A light receiving unit for receiving the light reflected by the surface, the light beam emitted by the light source and transmitted through the objective lens, and the surface based on the beam diameter of the reflected light using the light amount received by the light receiving unit; And a displacement calculation unit that calculates the displacement of And wherein the door.
According to the present invention, it is possible to provide a displacement meter capable of digitally outputting the measurement result of displacement with high precision and at low cost without being affected by the color or reflectance of the surface of the object to be measured. .
本発明によれば、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a displacement meter capable of digitally outputting the measurement result of displacement with high precision and at low cost without being affected by the color or reflectance of the surface of the object to be measured. .
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the description of the embodiments below.
以下、本発明に係る変位計について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the displacement gauge according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る変位計を示す斜視図である。変位計10は、図3を参照して後述する光学系50を含む構成を収容するケース11と、軸部材22の一端である先端に先端球21を有してなる測定子20と、を有して構成され、先端球21の変位を光学系50によって測定しデジタル出力を可能にしている。先端球21は、例えばルビー球で構成されてもよいし、鉄球で構成されてもよい。先端球21は、被測定物に機械的に接触し、被測定物の凹凸等によって先端球21は変位する。変位計10は先端球21の変位を測定することで被測定物の凹凸等を検出することができる。
FIG. 1 is a perspective view showing a displacement gauge according to a first embodiment of the present invention. The
ケース11は中空の筐体であり、その前側に、ケース11内の中空に通じる開口である開口部16を有する。測定子20はケース11の開口部16から外部に延びている。測定子20の軸部材22は、その他端(先端球21と逆の端)に軸支部23を有している。軸支部23には回転軸15が貫通しており、軸部材22は回転軸15を回転軸として回動可能に設けられている。開口部16は、軸部材22の回動方向において、軸部材22の回動可能範囲よりも大きく開口している。
The
測定子20は、不図示の弾性部材(例えば、線ばね)によって付勢されており、この付勢力によって、外力がかからない場合には測定子20の先端球21は原点位置に位置する。先端球21は、この原点位置から時計回りおよび反時計回りの両方向に回動可能である。ここでは、原点位置から時計回りの方向を、原点位置に対する所定の方向であるプラス方向とし、原点位置から反時計回りの方向を、プラス方向と原点位置を挟んで逆の方向であるマイナス方向とし、先端球21はプラス方向およびマイナス方向の両方向に揺動可能である。
The
ケース11の上面部12にはボタン13および表示部14が設けられている。図2は、図1に示したケース11の上面部12に設けられたボタン13および表示部14を拡大して示す図である。
A
ボタン13は、操作者が操作するスイッチであり、電源スイッチとして用いられるとともにゼロセットボタンとして用いられる。ボタン13は、例えば、長押し操作(一定時間以上押し続ける操作)があった場合には、変位計10の電源のオン/オフの指示入力用ボタンとして用いられ、通常操作(一定時間未満の押し操作)があった場合には、ゼロセットの指示入力用ボタンとして用いられる。ここで、ゼロセットとは、詳しくは後述するが、表示部14における表示位置をゼロ位置(後述のバーグラフ表示の中央位置)にセットする動作である。
The
表示部14は、ランプ14a〜14mの13個のランプを有してなり、これらのランプ14a〜14mによってバーグラフ表示を行う。ランプ14a〜14mのそれぞれは、例えばLEDによって構成される。変位計10による先端球21の変位の測定結果は、13個のランプ14a〜14mのうちのいずれか一つが点灯することで表示される。ランプ14aは青色で点灯するランプであり、ランプ14b、14c、14hおよび14iは緑色で点灯するランプであり、ランプ14d、14e、14f、14j、14kおよび14lは黄色で点灯するランプであり、ランプ14gおよび14mは赤色で点灯するランプである。
The
また、ランプ14aはバーグラフの中央位置に配置され、先端球21のプラス方向への変位に対応して、ランプ14aから離れる方向に順にランプ14b、14c、14d、14e、14f、14gが配置され、先端球21のマイナス方向への変位に対応して、ランプ14b側とは逆でランプ14aから離れる方向に順にランプ14h、14i、14j、14k、14l、14mが配置されている。
Further, the
操作者がボタン13の長押し操作をすると、変位計10の電源がオンされ、バーグラフの中央位置のランプ14aが点灯する。先端球21がプラス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ14aから、順にランプ14b、14c、14d、14e、14f、14gへと変化する。先端球21がマイナス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ14aから、順にランプ14h、14i、14j、14k、14l、14mへと変化する。
When the operator performs a long press operation on the
先端球21が原点位置からプラス方向またはマイナス方向に変位し、現在の先端球21の位置に対応したランプが点灯した状態(ここでは、ランプ14cが点灯しているとする)で、操作者がボタン13の通常操作を行うと、今まで点灯していたランプ14cが消灯し、バーグラフの中央位置のランプ14aが点灯し、現在の先端球21の位置がバーグラフの中央位置に対応付けられる。この動作をゼロセットという、この後は、先端球21が現在の位置からプラス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ14aから、順にランプ14b、14c、14d、14e、14f、14gへと変化し、先端球21が現在の位置からマイナス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ14aから、順にランプ14h、14i、14j、14k、14l、14mへと変化する。
In a state where the
図3は、図1に示した変位計10の測位に係る構成の概略を示す図である。変位計10の測定子20は、軸部材22の先端に先端球21を有してなる。軸部材22の後端には軸支部23が設けられている。また、軸部材24の先端には軸支部23が設けられ、軸部材24の後端には面部材25が設けられている。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of the configuration relating to the positioning of the
先端球21と軸部材22と軸支部23と軸部材24とは一体化しており、軸支部23が、図1に示した回転軸15を軸支することで、一体化した先端球21、軸部材22、軸支部23および軸部材24は、回転軸15を中心にして揺動可能である。先端球21と軸部材22と軸支部23と軸部材24とは、それぞれが別々の部品であってこれを固定したものであってもよいし、一体成型した一つの部品であってもよい。本実施例では、先端球21は梃子の力点に位置し、軸支部23が梃子の支点に位置し、面部材25は梃子の作用点に位置する。
The
光学系50で検出可能な変位は高々数百μm未満のため、本実施例では、梃子式のアーム(軸部材22、軸支部23および軸部材24)を用いて、先端球21の変位を機械的に縮小する。具体的には、先端球21の変位(実際の測定範囲、数mm程度)が、光学系50で検出可能な面部材25の変位(数百μm未満)に縮小できるような位置関係、例えば、先端球21から軸支部23までの距離を10としたとき、軸支部23から面部材25までの距離を1とし、梃子の力点から支点までの距離を、梃子の支点から作用点までの距離よりも長くしている。
Since displacement detectable by the
なお、図3では、軸部材22と軸部材24とが直線上に配置された場合の梃子について図示したが、本発明はこれに限られるものではない。軸部材22と軸部材24とが直線上に配置されない場合の梃子について、以下に、図4を参照して説明する。
Although FIG. 3 illustrates the forceps in the case where the
図4は、図3に示した軸部材22と軸部材24の関係を示す図であって、図3とは別の例を示す図である。図4(a)は、先端球21が原点位置にある場合を示す図であり、図4(b)は、先端球21が原点位置から下にδだけ変位した場合を示す図である。ここで、先端球21から軸支部23までの距離(軸部材22の長さ)をLとし、軸支部23から面部材25までの距離(軸部材24の長さ)をrとする。また、先端球21が原点位置にある場合の軸部材22と、先端球21が原点位置から下にδだけ変位した場合の軸部材22と、が成す角度をθとし、先端球21が原点位置から下にδだけ変位した場合の面部材25の変位をρとする。
FIG. 4 is a view showing the relationship between the
このとき、先端球21の変位δは数1であらわすことができる。
また、このとき、面部材25の変位ρは数3であらわすことができる。
図4に示した軸部材22と軸部材24の構造によれば、数4を参照してわかるように、梃子比は、L:rとなる。
According to the structures of the
図3の説明に戻り、軸部材24の後端には面部材25が固定されている。面部材25の一方の面(図3では上に向いている面であり、光学系50に対向する面)が向く側には光学系50が設けられている。先端球21が変位すると、その変位に連動して面部材25の面のうち光学系50に対向する面も変位する。以下、光学系50による面部材25の変位の検出について詳しく説明する。
Returning to the explanation of FIG. 3, the
光学系50は、光路順に、レーザ光を出射する発光素子30と、発光素子30から出射された出射光を反射し、面部材25で反射された戻り光を通過させるビームスプリッタ31と、ビームスプリッタ31で反射したレーザ光を面部材25の面のうち光学系50に対向する面に集光させる対物レンズ32と、面部材25で反射されビームスプリッタ31を通過した戻り光を絞るピンホール33と、ピンホール33を通過した戻り光を受光する受光素子34と、を有している。
The
面部材25の面のうち光学系50に対向する面は、平面であり、該面の所定位置での反射率と該面の別の位置での反射率とがほぼ等しく、例えばミラー面であり、反射率が高い面であることが望ましい。光学系50は、受光素子34で受光した、面部材25の面のうち光学系50に対向する面からの戻り光に基づいて、面部材25の変位を測定する。
A surface of the
光学系50は共焦点光学系を応用している。共焦点光学系は、対物レンズ32を通過したレーザ光が面部材25の面で焦点を結ぶとき、面部材25の面で反射し対物レンズ32を通過した戻り光がピンホール33の近傍で焦点を結ぶ光学系である。この共焦点光学系によれば、面部材25が変位すると受光素子34に達する戻り光のビーム径も変化する。本実施例では、この戻り光のビーム径に基づき面部材25の変位を測定する。具体的には、ピンホール33を設け、ピンホール33に達する戻り光のビーム径の大きさごとにピンホール33で遮断されずに通過する光量が定まることから、面部材25が変位すると受光素子34で受光する光量が変化することを用いて、面部材25の変位を測定する。
The
例えば、面部材25が対物レンズ32の焦点に位置するときに受光素子34で受光する光量が最も多く、面部材25が対物レンズ32の焦点から離れるにつれ、徐々に受光素子34で受光する光量が減少する。この面部材25が対物レンズ32の焦点から離れる方向は、面部材25が対物レンズ32に近づく方向であってもよいし、面部材25が対物レンズ32から離れる方向であってもよい。ただし、面部材25が、対物レンズ32に近づく方向に変位した場合と、対物レンズ32から離れる方向に変位した場合と、で対物レンズ32の焦点からの変位量が同じであれば、受光素子34で受光する光量は同じであり、対物レンズ32に近づいているのか、対物レンズ32から遠ざかっているのかが不明である。そこで本実施例では、規制部40を設け、面部材25の変位可能範囲をあらかじめ定めている。
For example, when the
図3に示した規制部40は、ケース11に固定された突起部であり、機械的なストッパである。対物レンズ32の焦点よりも対物レンズ32から離れた位置の面部材25が、対物レンズ32の焦点よりも対物レンズ32に近づこうとしたとき、規制部40が面部材25に当接することで、面部材25の変位可能範囲を規制する。なお、対物レンズ32の焦点よりも対物レンズ32に近い位置の面部材25が、対物レンズ32の焦点よりも対物レンズ32から遠ざかろうとしたとき、規制部40が面部材25に当接することで、面部材25の変位可能範囲を規制する構成としてもよい。この場合、面部材25が対物レンズ32を傷つけないように、面部材25が対物レンズ32に当接するのを防ぐ別の規制部(不図示)を設けるのがよい。
The restricting
図5は、面部材25の位置と受光素子34で受光する光量との関係を説明する図である。図5(a)は面部材25の位置が対物レンズ32の焦点から最も遠い場合を示す図であり、図5(b)は面部材25の位置が対物レンズ32の焦点から、図5(a)よりは近く、図5(c)よりは遠い場合を示す図であり、図5(c)は面部材25の位置が対物レンズ32の焦点に最も近い場合を示す図である。図5(a)、図5(b)および図5(c)において、最上段には、受光素子34で受光する光量に相当する受光素子34の出力電圧を示す。
FIG. 5 is a view for explaining the relationship between the position of the
図5(a)では、ピンホール33に達した戻り光のビーム径が最も大きく、このためピンホール33で遮断される光量が最も多く、受光素子34で受光する光量が最も少ない。図5(b)では、ピンホール33に達した戻り光のビーム径が図5(a)よりは小さく図5(c)よりは大きい、このため受光素子34で受光する光量は図5(a)よりは多く、図5(c)よりは少ない。図5(c)では、ピンホール33に達した戻り光のビーム径が最も小さく、このため戻り光の大半がピンホール33を通過し、受光素子34で受光する光量が最も多い。このように受光素子34で受光する光量と面部材25の位置との間には一定の関係があることから、変位計10によれば、受光素子34で受光する光量に基づいて面部材25の変位を測定することができる。
In FIG. 5A, the beam diameter of the return light reaching the
以上、説明した本実施例によれば、光学系50が、常に面部材25の変位を測定し、常に安定した測定結果が得られ、被測定物の凹凸等は、先端球21で機械的に接触して測定するため、被測定物の色や反射率の影響を受けることがない。
As described above, according to the embodiment described above, the
また、本実施例によれば、先端球21の変位(実際の測定範囲)は、軸支部23の位置による梃子比(例えば10:1)で面部材25の変位が小変位に変換されるため、検出範囲の狭い光学系50を用いた場合にも、その測定可能な変位量に収めることができる。
Further, according to the present embodiment, the displacement (the actual measurement range) of the
図6は、実施例1における電装に係る構成を示すブロック図である。変位計10は、その電装に係る構成として、変位計10を動作させるソフトウェアプログラムを実行するマイコン(MCU)60と、各構成を駆動する電源であるバッテリー61と、変位計10の動作に必要なソフトウェアプログラムや各種データを記憶する不揮発性メモリであるROM62と、変位計10の動作に必要な各種データを記憶するメモリであるRAM63と、マイコン60からのデジタルデータをアナログ変換してLD67に出力するD/A変換器64と、PD68からのアナログデータをデジタル変換してマイコン60に出力するA/D変換器65と、外部との入出力に係るインターフェースであるデジタルインターフェース66と、発光素子であるLD(レーザダイオード)67と、受光素子であるPD(フォトダイオード)68と、LED(発光ダイオード)69と、スイッチ(SW)70と、を有して構成される。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration according to the electrical component in the first embodiment. The
LD67は図3に示した発光素子30であり、PD68は受光素子34である。マイコン60は、小型で低価格、低消費電力なマイコンであり、発光素子30であるLD67を駆動したり(発光素子駆動処理)、受光素子34であるPD68による受光信号を検出したり(受光信号検出処理)、検出した受光信号を変位に換算する処理(変位換算処理)を実行してその結果を出力したりする。図3に示した光学系50、並びにマイコン60による発光素子駆動処理および受光信号検出処理が、面部材25の面の変位を測定する変位測定部に相当する。また、マイコン60による変位換算処理が、面部材25の面の変位を算出する変位算出部に相当する。
The
SW70は図2に示したボタン13である。LED69は図2に示した表示部14である。デジタルインターフェース66は、SW70の操作状況をマイコン60に伝えるためのインターフェースとなり、マイコン60からの表示指示(点灯指示)をLED69に伝えるためのインターフェースとなる。
The
また、デジタルインターフェース66は、不図示の外部装置とのインターフェースともなりうる。この外部装置としては、SW70と同様の変位計10に対する操作入力を行う入力装置であってもよい。また、この外部装置としては、LED69と同様の変位計10による測定結果(例えば、先端球21の変位や、変位計10のエラーなどの状態)を表示する表示装置であってもよいし、変位計10による測定結果を記憶する記憶装置であってもよい。この場合、デジタルインターフェース66は、変位計10による測定結果を出力する出力部に相当する。外部装置としてはパソコンなどを用いることができる。デジタルインターフェース66は、USB(ユニバーサル・シリアル・バス)などの有線のインターフェースを含むものであってもよいし、Wi−FiやBluetooth(登録商標)といった無線のインターフェースを含むものであってもよい。
The
バッテリー61は外部から充電可能な蓄電池である。バッテリー61の充電は、無線式であってもよいし、有線式であってもよい。例えばデジタルインターフェース66がUSBを含む場合、このUSBを用いてバッテリー61の充電を行うものであってもよい。
The
図7は、図6に示した電装に係る構成における変位測定に係る信号の流れを示す図である。PD68、すなわち受光素子34では受光量を電圧値に変換する。A/D変換器65では、PD68からのアナログの電圧値をデジタル変換する。マイコン60は、A/D変換器65から入力された電圧値に基づき上述の変位換算処理を実行して先端球21の変位を求め、その求めた結果を、デジタルインターフェース66を介して、表示部14に表示、または外部装置に出力する。
FIG. 7 is a diagram showing the flow of signals related to displacement measurement in the configuration according to the electrical component shown in FIG. The
なお、本実施例では、変位計10が、変位計10による測定結果である先端球21の変位を出力する出力部(デジタルインターフェース66)、および変位計10による測定結果である先端球21の変位を表示する表示部(表示部14、LED69)の両方を備える構成を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、変位計10が、出力部および表示部のうち出力部のみを備えるものであってもよいし、出力部および表示部のうち表示部のみを備えるものであってもよい。
In the present embodiment, the
図8は、実施例2における変位計の測位に係る構成の概略を示す図である。本実施例は、半導体レーザ131と、ビームスプリッタ133と、対物レンズ135とを備える。半導体レーザ131は光源として機能する。半導体レーザ131で発生された光ビームは、ビームスプリッタ133、対物レンズ135を介して面部材25の面Mに照射される。
FIG. 8 is a diagram showing an outline of a configuration related to the positioning of the displacement gauge in the second embodiment. The present embodiment includes a
面部材25の面Mで反射された反射光は、対物レンズ135に入射した後、ビームスプリッタ133に再び導かれる。なお、本実施例は、面部材25の面Mで反射され、さらにビームスプリッタ133で反射された反射光を2つの分割光に分けるビームスプリッタ137をさらに備えている。
The reflected light reflected by the surface M of the
このビームスプリッタ137を介して出射される一方の分割光の結像点Pの前には、ピンホール139を有する板141が配置されている。また、ビームスプリッタ137を介して出射される他方の分割光の結像点Qの後ろには、ピンホール143を有する板145が配置されている。
A
板141のピンホール139を通った分割光は、フォトダイオード147で受光されて光電変換され、電流電圧変換器151にて電圧に変換される。また、板145のピンホール143を通った分割光は、フォトダイオード149で受光されて光電変換され、電流電圧変換器153にて電圧に変換される。
The split light passing through the
これら電圧電流変換器151、153にて電圧に変換された信号は、オペアンプなどの差演算器155および和演算器157にそれぞれ入力される。差演算器155は、フォトダイオード147、149の出力の差(A−B)を演算する。和演算器157は、フォトダイオード147、149の出力の和(A+B)を演算する。
The signals converted into voltages by the voltage-
さらに、これら差演算器155および和演算器157には、除算器159が接続されている。この除算器159は、差演算器155の出力電圧を和演算器157の出力電圧で割って((A−B)/(A+B))、フォーカスエラー信号FEを出力する。フォーカスエラー信号FEは、図8に示すように面部材25の面Mが対物レンズ135の焦点位置Fと一致する場合は0となる。また、面部材25の面Mが対物レンズ135の焦点位置Fに対して近い場合には正の値をとり、面部材25の面Mが対物レンズ135の焦点位置Fから遠い場合には負の値をとる。
Further, a
図3に示した実施例1では、面部材25が対物レンズ32の焦点よりも対物レンズ32に近い場合と、面部材25が対物レンズ32の焦点よりも対物レンズ32から遠い場合と、で場合分けして、面部材25の変位を測定した。これに対して、本実施例では、面部材25が対物レンズ135の焦点位置Fよりも対物レンズ135に近い場合であっても、面部材25が対物レンズ135の焦点位置Fよりも対物レンズ135から遠い場合であっても、場合分けせずに面部材25の変位を測定することができる。このため、本実施例によれば、面部材25の変位の測定可能範囲が、実施例1と比べて広い。
In Example 1 shown in FIG. 3, the case where the
図8では、ビームスプリッタ137を介して出射される一方の分割光の結像点Pの前に、ピンホール139を有する板141が配置され、ビームスプリッタ137を介して出射される他方の分割光の結像点Qの後ろに、ピンホール143を有する板145が配置されているが、本発明は、ビームスプリッタ137を介して出射される一方の分割光の結像点Pの後ろに、ピンホール139を有する板141が配置され、ビームスプリッタ137を介して出射される他方の分割光の結像点Qの前に、ピンホール143を有する板145が配置される構成であってもよい。
In FIG. 8, a
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.
10…変位計、11…ケース、12…上面部、13…ボタン、14…表示部、15…回転軸、16…開口部、20…測定子、21…先端球、22…軸部材、23…軸支部、24…軸部材、25…面部材、30…発光素子、31…ビームスプリッタ、32…対物レンズ、33…ピンホール、34…受光素子、40…規制部、50…光学系。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、
前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、
前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を表示する表示部と、
を有する変位計であって、
前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて、前記光ビームが前記面で反射した反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、
ことを特徴とする変位計。 A measuring element having a tip ball at the tip end of the shaft member, the tip ball being in contact with the object to be measured and being able to displace in a lever-type manner and displace;
A surface member having a surface that is displaced in conjunction with the displacement of the tip ball;
A displacement measuring unit that measures displacement of the surface of the surface member;
A display unit for displaying a displacement amount of the tip ball according to the displacement of the surface measured by the displacement measurement unit;
A displacement gauge having
The displacement measurement unit includes a light source for irradiating a light beam to the surface, an objective lens provided between the light source and the surface for condensing the light beam, and light emitted by the light source and passed through the objective lens The light receiving portion receives the light reflected by the surface, and the light amount received by the light receiving portion is used to displace the surface based on the diameter of the light reflected by the surface. And a displacement calculation unit to calculate
Displacement gauge characterized by
ことを特徴とする請求項1に記載の変位計。 It has an output part which outputs the amount of displacement of the above-mentioned tip ball according to displacement of the above-mentioned field measured by the above-mentioned displacement measurement part,
The displacement gauge according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1または2に記載の変位計。 The light receiving unit further includes a pin hole disposed on the front surface of the light receiving unit to allow the light beam to pass reflected light reflected from the surface.
The displacement gauge according to claim 1 or 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の変位計。 The surface is displaced at a position between the objective lens and the focal point of the objective lens, or at a position farther from the objective lens than the focal point of the objective lens.
The displacement gauge according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
前記受光部は、第一の受光部であり、
前記変位測定部は、第二のピンホールと、前記第二のピンホールを通過した光を受光する第二の受光部と、をさらに有し、
前記第二のピンホールは、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を所定面でさらに反射させた光を通過させ、
前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第一の受光部との間の位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第二の受光部から離れた位置に配設されており、または、前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第一の受光部から離れた位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第二の受光部との間の位置に配設されており、
前記変位算出部は、前記第一の受光部によって受光した光量および前記第二の受光部によって受光した光量に基づき前記面の変位を算出する、
ことを特徴とする請求項3に記載の変位計。 The pinhole is a first pinhole,
The light receiving unit is a first light receiving unit,
The displacement measurement unit further includes a second pinhole and a second light receiving unit that receives light passing through the second pinhole.
The second pinhole allows the light beam emitted by the light source and transmitted through the objective lens to pass the light reflected by the surface and further reflected by the predetermined surface,
The first pinhole is disposed at a position between the focal point of the objective lens and the first light receiving unit, and the second pinhole is from the second light receiving unit rather than the focal point of the objective lens. The first pinhole is disposed at a distant position, or the first pinhole is disposed at a position farther from the first light receiving portion than the focal point of the objective lens, and the second pinhole is disposed at the objective. It is disposed at a position between the focal point of the lens and the second light receiving portion,
The displacement calculation unit calculates the displacement of the surface based on the amount of light received by the first light receiving unit and the amount of light received by the second light receiving unit.
The displacement gauge according to claim 3, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の変位計。 The surface is a plane, and the reflectance at a given position of the surface and the reflectance at another position of the surface are approximately equal.
The displacement gauge according to any one of claims 1 to 5, characterized in that.
前記面部材は、前記梃子の作用点に位置し、
前記梃子の力点から支点までの距離は、前記梃子の支点から作用点までの距離よりも長い、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の変位計。 The tip ball is located at the force point of the forceps,
The face member is located at an action point of the forceps,
The distance from the force point to the fulcrum of the forceps is longer than the distance from the fulcrum to the action point of the forceps,
The displacement gauge according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
前記先端球に外力がかからない場合に該先端球を前記原点位置に保持する付勢を行う付勢部を有し、
前記変位算出部は、前記先端球の前記プラス方向の変位に連動した前記面の変位、および前記先端球の前記マイナス方向の変位を算出する、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の変位計。 The tip ball can swing in a plus direction that is a predetermined direction with respect to the origin position, and in a minus direction that is the opposite direction across the origin position with the plus direction.
It has an urging unit that holds the tip ball at the home position when no force is applied to the tip ball, and
The displacement calculation unit calculates the displacement of the surface interlocked with the displacement of the tip ball in the positive direction, and the displacement of the tip ball in the negative direction.
The displacement gauge according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1〜8のうちのいずれか一項に記載の変位計。 The display unit has a bar graph display unit that displays the displacement amount of the tip sphere according to the displacement of the surface measured by the displacement measurement unit in a bar graph.
The displacement gauge according to any one of claims 1 to 8, characterized in that.
前記表示部は、前記入力部によって操作者による入力を受け付けたときの前記先端球の位置を、前記バーグラフの中央位置に対応付けて表示する、
ことを特徴とする請求項9に記載の変位計。 Has an input unit that accepts input by the operator,
The display unit displays the position of the tip ball when the input unit receives an input from the operator in association with the center position of the bar graph.
The displacement gauge according to claim 9, characterized in that.
前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、
前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、
前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を出力する出力部と、
を有する変位計であって、
前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて前記反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、
ことを特徴とする変位計。 A measuring element having a tip ball at the tip end of the shaft member, the tip ball being in contact with the object to be measured and being able to displace in a lever-type manner and displace;
A surface member having a surface that is displaced in conjunction with the displacement of the tip ball;
A displacement measuring unit that measures displacement of the surface of the surface member;
An output unit that outputs a displacement amount of the tip ball according to the displacement of the surface measured by the displacement measurement unit;
A displacement gauge having
The displacement measurement unit includes a light source for irradiating a light beam to the surface, an objective lens provided between the light source and the surface for condensing the light beam, and light emitted by the light source and passed through the objective lens The light receiving unit receives the light reflected from the surface by the light beam, and the displacement calculating unit calculates the displacement of the surface based on the beam diameter of the reflected light using the amount of light received by the light receiving unit. ,
Displacement gauge characterized by
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