JP2567767B2 - 光学式変位測定方法およびこの方法を用いた光学式変位計 - Google Patents
光学式変位測定方法およびこの方法を用いた光学式変位計Info
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Description
測定方法およびこの方法を用いた光学式変位計に関す
る。
ムなどの鋭い光束を対象物に照射し、対象物からの反射
光を位置検出素子で受光して、基準位置からの変位量を
求めるようにした光学式変位計が開発され使用されるよ
うになってきた。
み込んで、対象物の段差などを測定するようにした変位
計100の要部構成例を示したもので、基本的な動作
は、従来の光学式変位計と同一である。すなわち、光学
ヘッドH1において、投光レンズL1から放射され、基
準距離Rcよりもaだけ離れた点で反射したレーザービ
ームが受光レンズL2を通じて位置検出素子PSDで受
光される点と、基準距離Rcの点で反射して位置検出素
子PSDで受光される点との変位をΔXとすると、ΔX
は次式で示される。 ΔX=A×a/(B+a)・・・・(1) 但し、A=f×tanθ B=Rc/(cosθ)2 fは、受光レンズL2と位置検出素子PSDとの距離 θは、受光レンズL2の投光レンズL1に対する傾きで
ある。一方、位置検出素子PSD両端の出力電流値をI
1,I2とすると、ΔXは次式で示される。 ΔX=((I1−I2)/(I1+I2))×(L/2)・・・・・(2)
算処理を信号処理部101aで実行すれば、測定対象物
の基準距離Rcからの変位量aを算出することができ
る。尚、101bは、レーザービームに変調を施すため
の発振回路であり、位置検出素子PSDから受信出力さ
れる変調信号を復調処理することによって、外部からの
妨害光の影響を除去するようになっている。また、上記
(1),(2)式より導かれる次式、 (I1−I2)/(I1+I2)=(2A×a/(L×(B+a))) において、右辺の変位量aに対する左辺の測距信号値
(I1−I2)/(I1+I2)が非線形の関係にある
ので、実際の変位測定に際しては、下記(2)’式に示
したように、補正定数kを含ませた補正式による演算処
理を施すことによって、三角測距に基づく非直線性を補
償した信号を取り出せるようにされている。 △X=((I1−I2)/(I1+kI2))×(L/2)・・・・(2)’
0によれば、変位測定部101および101’によっ
て、基準距離Rcからの変位量aおよびbを個別に求
め、求めた変位量a,bの差分(a−b)を演算回路部
102で算出して、対象物の段差Dなどを求めることも
可能である。
光学ヘッドH1,H1’を近接させて変位測定を行う
と、光学ヘッドH1から出力されたレーザービームが対
象物で反射して光学ヘッドH1’側の位置検出素子PS
Dに誤って入射したり(図3の破線参照)、逆に、光学
ヘッドH1’側から出力されたレーザービームが対象物
で反射して光学ヘッドH1側の位置検出素子PSDに誤
って入射するため(図3の破線参照)、位置検出素子P
SDから出力される位置検知信号が対象物の変位量に対
応した値からずれてしまい正確な測定ができなかった。
図4に示したように、変位計100の光学ヘッドH1お
よびH1’を、基準位置(図では、対象物の中央にとっ
ている)を一致させるようにして対象物を挟むように対
向配置させ、各々の変位測定部101,101’で測定
した変位量a,bを演算回路102で加算処理して厚み
(a+b)を求めるような測定が行なわれるが、対象物
が薄くてレーザービームが透過したり、対象物が透過性
を有する場合には、光学ヘッドH1から出力されたレー
ザービームが他方の光学ヘッドH1’の位置検出素子P
SDに誤って入射してしまうため、変位量に対応した位
置検知信号を得ることができず、正確な測定を阻害する
要因となっていた。
みて提案されるもので、光学ヘッドを近接させて測定を
行う場合でも、互いの光ビームの干渉を防止して測定誤
差を低減させ、精度の高い変位測定を行うことのできる
光学式変位測定方法を提供することを目的としている。
また、同時に提案される本発明は、この測定方法を用い
て光学ヘッド相互間の干渉を防止し、高精度の変位測定
を行えるようにした光学式変位計を提供することを目的
としている。
に提案される請求項1に記載の本発明の光学式変位測定
方法は、対象物に対して複数の光学ヘッドを常時発光さ
せながら、1台づつ順次切り換えて変調駆動させ、対象
物から反射されて来る変調信号を光学ヘッドで受光した
時に、これらの光学ヘッドより出力される位置検知信号
を順次信号処理回路に入力させ、演算処理することによ
って、各々の光学ヘッド毎に基準位置に対する変位量を
算出し、このようにして得られた各変位量に基づいて測
距を行うようにされている。
は、対象物に光ビームを常時照射するようにした複数の
光学ヘッドと、上記光学ヘッドから出力させる光ビーム
を変調するための変調信号を生成出力する発振回路と、
上記発振回路から出力される変調信号を各光学ヘッド側
に順次切換出力する切換制御部と、上記各光学ヘッドが
対象物から反射して来る変調信号を受光し、復調して位
置検知信号を求め、求めた位置検知信号を演算処理して
上記各光学ヘッド毎に対象物の基準位置からの変位量を
算出し、得られた各変位量に基づいて測距を行う信号処
理部とを備えた構成とされている。
無変調のレーザービームを常時出力させながら、切換制
御部によって変調信号のみを各光学ヘッド側に順次切り
換えて供給する構成としているので、レーザービームの
発光駆動から立ち上げてオン、オフさせる場合の動作遅
れや不安定要素が除かれるので、光学ヘッドの切り換え
を安定させ、高速測定が可能となる。
して複数の光学ヘッドを、常時発光させながら、1台づ
つ順次切り換えて変調駆動させ、対象物から反射されて
来る変調信号を光学ヘッドで受光した時に、各々の光学
ヘッドより出力される変調された位置検知信号を信号処
理回路で復調し演算処理することによって、各々の光学
ヘッド毎に基準位置に対する変位量を算出し、得られた
各変位量に基づいて測距を行うようにされている。この
ため、異なる光学ヘッドが同時に変調駆動されることが
ないので、光学ヘッド同士を近接配置して変位量を測定
中に、他の光学ヘッドから光ビームが入射しても、変調
がかかっていないので測定誤差を生じることがない。
象物に光ビームを常時照射するようにした複数の光学ヘ
ッドと、光学ヘッドから出力される光ビームを変調する
ための変調信号を生成出力する発振回路と、発振回路か
ら出力される変調信号を切換制御部によって、各光学ヘ
ッド側に順次切換出力し、信号処理部では、各光学ヘッ
ドが受光した変調信号を復調して位置検知信号を求め、
求めた位置検知信号を演算処理して上記各光学ヘッド毎
に対象物の基準位置からの変位量を算出して、各変位量
に基づいて測距を行う。
明する。図1は、本発明の光学式変位計1の基本構成例
を示したもので、図において、10,10’は光学ヘッ
ドH1,H1’から出力される位置検知信号I1,I2
あるいはI1’,I2’(位置検出素子PSDから出力
される光電流に応じた電圧信号)を受けて基準位置から
の変位量を演算出力する信号処理部、11はレーザー発
光素子LAから出力されるレーザービームに所定の変調
を施すための変調信号を発振する発振回路、12は切換
接点SWを有し、発振回路11から出力される変調信号
を光学ヘッドH1あるいはH1’側に切り換えて送出す
るとともに、切換制御信号を信号処理部10,10’側
に伝送する切換制御部である。尚、信号処理部10,1
0’の詳細については後述する。
の構成例図を参照して、請求項1に記載した本発明の光
学式変位測定方法を説明する。 切換制御部12によって切換接点SWを接点N1側に
接続すると、発振回路11で生成された変調信号が光学
ヘッドH1側に送出され、レーザー発光素子LAから出
力されるレーザービームに変調が施されるとともに、切
換制御部12から信号処理部10,10’側に切換制御
信号が伝送される。この状態では、光学ヘッドH1’は
無変調のレーザービームを出力しており、また、信号処
理部10’の復調動作は切換制御信号によって停止され
る。 信号処理部10では、光学ヘッドH1側から出力され
る変調された位置検知信号を受けて位置検知信号を復調
し、復調された位置検知信号I1,I2に上述した
(1),(2)式で示される演算処理を施して変位量a
を算出し記憶する。 次に、切換制御部12によって切換接点SWを接点N
2側に接続すると、発振回路11で生成された変調信号
が光学ヘッドH1’側に送出され、レーザー発光素子L
Aから出力されるレーザービームに変調が施されるとと
もに、切換制御部12から信号処理部10,10’側に
切換制御信号が伝送される。この状態では、光学ヘッド
H1は無変調のレーザービームを出力しており、また、
信号処理部10の復調動作は切換制御信号によって停止
される。 信号処理部10’では、光学ヘッドH1’側から出力
される変調された位置検知信号を受けて位置検知信号を
復調し、復調された位置検知信号I1’,I2’に上述
した(1),(2)式で示される演算処理を施して変位
量bを算出し記憶する。 信号処理部10では、信号処理部10’側で算出され
た変位量bを読み込み、変位量aとの差分(a−b)を
算出する。
ヘッドを常時発光させながら、時分割方式で順次変調駆
動させているので、同時に複数の光学ヘッドから変調さ
れたレーザービームが出力されることがなく、このた
め、他の光学ヘッドから変調光ビームが入射干渉して変
位量の測定誤差が生じることがなくなる。
処理部10,10’の詳細な構成について説明すると、
信号処理部10は、光学ヘッドH1から出力される位置
検知信号(光電流に応じた電圧信号)I1,I2を発振
回路11の変調信号に同期して検波復調する同期検波回
路10bと、復調された位置検知信号のうち変調信号周
波数Fの周波数のみを通過させて外乱雑音を除去するフ
ィルタ回路10cと、復調された位置検知信号I1,I
2をデジタルデータに変換するA/D変換回路10d
と、デジタルデータに変換された位置検知信号I1,I
2をメモリ部10fに記憶させるとともに、記憶された
データから変位量aや変位量の差分を算出するCPU1
0aと、算出された差分に対応したアナログデータを変
換出力するD/A変換回路10eとを有した構成となっ
ており、他方の信号処理部10’は、信号処理部10の
構成からD/A変換回路10eを省略した構成とされて
いる。
の動作を、信号処理部10の詳細な動作を中心にして、
図2の(a)〜(i)に示したタイムチャートを参照し
ながら説明する。 切換制御部12によって切換接点SWが接点N1側に
接続されると、発振回路11で生成された変調信号が光
学ヘッドH1に加えられて変調されたレーザービームが
対象物に照射され、同時に、切換制御部12から信号処
理部10,10’のCPU10aに光学ヘッドH1を変
調駆動中である旨の切換制御信号が伝送される。 光学ヘッドH1から出力された変調された位置検知信
号I1o,I2oが信号処理部10に伝送されると、同
期検波回路10bでは、発振回路11から出力された変
調周波数と同期させた検波によって位置検知信号を復調
し、復調した位置検知信号に含まれる雑音成分をフィル
タ回路10cで除去してからA/D変換回路10dに伝
送する。(図2の(a),(b),(d)参照)。 A/D変換回路10dでは、復調されたアナログの位
置検知信号を対応したデジタルデータI1o,I2oに
変換してCPU10aを通じてメモリ部10fに記憶さ
せる。(図2の(d),(f)参照)。 次に、切換制御部12によって切換接点SWが接点N
2側に接続されると、発振回路11で生成された変調信
号が光学ヘッドH1’に加えられて変調されたレーザー
ビームが対象物に照射され、同時に、切換制御部12か
ら信号処理部10,10’のCPU10aに光学ヘッド
H1’を駆動中である旨の切換制御信号が伝送される。 光学ヘッドH1’から出力された変調された位置検知
信号I1o’,I2o’が信号処理部10’に伝送され
ると、同期検波回路10bでは、同期検波によって位置
検知信号を復調し、復調した位置検知信号に含まれる雑
音成分をフィルタ回路10cで除去してからA/D変換
回路10dに伝送する。(図2の(a),(c),
(e)参照)。 A/D変換回路10dでは、復調されたアナログの位
置検知信号を対応したデジタルデータI1o,I2oに
変換してCPU10aを通じてメモリ部10fに記憶さ
せる。(図2の(e),(g)参照)。 信号処理部10では、メモリ部10fに記憶したデー
タI1o,I2oより変位量aを算出するとともに、信
号処理部10’のメモリ部10fに記憶されたデータI
1o’,I2o’を読み込んで変位量bを算出し、更に
変位量の差分D0=(a−b)を演算してD/A変換回
路10eに出力する。(図2の(h)参照)。 D/A変換回路10eでは、変位量D0=(a−b)
に対応したアナログデータを外部回路に出力する。(図
2の(i)参照)。
れば、各光学ヘッドH1,H1’を常時発光させなが
ら、変調のみを時分割方式によって交互に駆動している
ので、光学ヘッド同士を近接配置させて測定を行う場合
であっても、他の光学ヘッドから出力された変調光ビー
ムが入射して測定誤差を生じるような不都合を未然に防
止することができる。
る図を例にあげて述べているが、光学ヘッドを対象物の
両側に対向させて配置させて対象物の厚み測定を行った
り、あるいは、多数の光学ヘッドを近接配置させて対象
物の湾曲状態の測定などを行うことも可能であり、この
ような測定時にも、光学ヘッド相互間の干渉を防止した
高精度の測定を行うことができる。
定方法によれば、複数の光学ヘッドを常時発光させなが
ら、1台づつ順次変調駆動させ、各光学ヘッドから出力
される位置検知信号を順次復調するようにされているの
で、異なる光学ヘッドが同時に変調駆動されることがな
い。このため、光学ヘッド同士を近接配置させて変位測
定を行っても、他の光学ヘッドから出力された変調光ビ
ームが入射して測定誤差を生じることがなく、高精度の
変位測定を行うことができる。請求項2に記載の本発明
の光学式変位計によれば、請求項1に記載した本発明方
法を用いることによって、光学ヘッド相互間の干渉を防
止させ誤差の発生を低減させた高精度の変位測定を行う
ことができる。
成例図である。
を説明するタイムチャートである。
干渉の説明図である。
干渉の説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】対象物に対して複数の光学ヘッドを常時発
光させながら、1台づつ順次切り換えて変調駆動させ、
対象物から反射されて来る変調信号を光学ヘッドで受光
した時に、各々の光学ヘッドより出力される位置検知信
号を順次信号処理回路に入力させて演算処理することに
よって、各々の光学ヘッド毎に基準位置に対する変位量
を算出し、 このようにして得られた各変位量に基づいて測距を行う
ようにしたことを特徴とする光学式変位測定方法。 - 【請求項2】対象物に光ビームを常時照射するようにし
た複数の光学ヘッドと、 上記光学ヘッドから出力される光ビームを変調するため
の変調信号を生成出力する発振回路と、 上記発振回路から出力される変調信号を、各光学ヘッド
側に順次切換出力する切換制御部と、 上記各光学ヘッドが受光した変調信号を復調して位置検
知信号を求め、求めた位置検知信号を演算処理して上記
各光学ヘッド毎に対象物の基準位置からの変位量を算出
し、得られた各変位量に基づいて測距を行う信号処理部
とを備えたことを特徴とする光学式変位計。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
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EP92309944A EP0540343B1 (en) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Optical measurement system for determination of an object's profile |
DE69208421T DE69208421T2 (de) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Optisches Messsystem zur Ermittlung des Profils eines Gegenstandes |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05126570A JPH05126570A (ja) | 1993-05-21 |
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Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59190680A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | Daikin Ind Ltd | 距離センサ |
JPS63222202A (ja) * | 1987-03-12 | 1988-09-16 | Toyota Motor Corp | 距離・傾斜角測定装置 |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3313533A patent/JP2567767B2/ja not_active Expired - Fee Related
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