JP2571485B2 - 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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- JP2571485B2 JP2571485B2 JP3313532A JP31353291A JP2571485B2 JP 2571485 B2 JP2571485 B2 JP 2571485B2 JP 3313532 A JP3313532 A JP 3313532A JP 31353291 A JP31353291 A JP 31353291A JP 2571485 B2 JP2571485 B2 JP 2571485B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、改良された光学式変位
測定方法およびこの方法を用いた光学式変位計に関す
る。
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。
【０００２】
【従来の技術】光学ヘッドから出力されたレーザービー
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。
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。
【０００３】図５は、このような光学式変位計を２台組
み込んで、対象物の段差などを測定するようにした変位
計の要部構成を示したもので、基本的な動作は、従来の
光学式変位計と同一である。
み込んで、対象物の段差などを測定するようにした変位
計の要部構成を示したもので、基本的な動作は、従来の
光学式変位計と同一である。
【０００４】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Ｒ
ｃ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（１）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。
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Ｒ
ｃ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（１）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。
【０００５】一方、位置検出素子ＰＳＤ両端の出力電流
値をＩ１，Ｉ２とすると、ΔＸは次式で示される。 ΔＸ＝（（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２））×（Ｌ／２）・・・・・（２） 従って、（２）式を（１）式に代入した演算を信号処理
部１０１ａで実行すれば、測定対象物の基準距離Ｒｃか
らの変位ａを算出することができる。尚、１０１ｂは、
投光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、外乱ノイズの影響を除去す
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）’
値をＩ１，Ｉ２とすると、ΔＸは次式で示される。 ΔＸ＝（（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２））×（Ｌ／２）・・・・・（２） 従って、（２）式を（１）式に代入した演算を信号処理
部１０１ａで実行すれば、測定対象物の基準距離Ｒｃか
らの変位ａを算出することができる。尚、１０１ｂは、
投光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、外乱ノイズの影響を除去す
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）’
【０００６】ところで、図５に示したような変位計１０
０によれば、２台の変位測定部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を各々求
め、求めた変位量ａ，ｂの差分（ａ−ｂ）を演算回路１
０２で演算処理することによって、図に示したような段
差Ｄを求めることが可能である。
０によれば、２台の変位測定部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を各々求
め、求めた変位量ａ，ｂの差分（ａ−ｂ）を演算回路１
０２で演算処理することによって、図に示したような段
差Ｄを求めることが可能である。
【０００７】ところが、このような変位計１００では、
信号処理部１０１ａ，１０１ａ’が各々固有の温度特
性、経時特性を有しており、個別に求めた変位量の差分
を演算して段差などを求めると誤差が増大して測定精度
の低下を招いていた。
信号処理部１０１ａ，１０１ａ’が各々固有の温度特
性、経時特性を有しており、個別に求めた変位量の差分
を演算して段差などを求めると誤差が増大して測定精度
の低下を招いていた。
【０００８】例えば、図６に示したように、基準位置か
らの変位量に対する信号処理部１０１ａ，１０１ａ’の
出力電圧特性Ｅが、図の太実線で示したように、定格温
度Ｔにおいて一致していても、温度が定格温度ＴからΔ
ｔだけ上昇したときには、信号処理部１０１ａの出力電
圧レベルがΔＥａだけオフセットドリフトし（図６の一
点鎖線参照）、信号処理部１０１ａ’の出力電圧レベル
が−ΔＥｂだけオフセットドリフトする特性（図６の破
線参照）を有すると、演算回路部１０２で算出される段
差Ｄは次式で示される値となる。 Ｄ＝Ｅａ’−Ｅｂ’＝（Ｅａ＋ΔＥａ）−（Ｅｂ＋（−ΔＥｂ）） ＝（Ｅａ−Ｅｂ）＋（ΔＥａ＋ΔＥｂ）・・・・・・・・・・（３） すなわち、（ΔＥａ＋ΔＥｂ）の誤差を生じるために誤
差が増大していた。
らの変位量に対する信号処理部１０１ａ，１０１ａ’の
出力電圧特性Ｅが、図の太実線で示したように、定格温
度Ｔにおいて一致していても、温度が定格温度ＴからΔ
ｔだけ上昇したときには、信号処理部１０１ａの出力電
圧レベルがΔＥａだけオフセットドリフトし（図６の一
点鎖線参照）、信号処理部１０１ａ’の出力電圧レベル
が−ΔＥｂだけオフセットドリフトする特性（図６の破
線参照）を有すると、演算回路部１０２で算出される段
差Ｄは次式で示される値となる。 Ｄ＝Ｅａ’−Ｅｂ’＝（Ｅａ＋ΔＥａ）−（Ｅｂ＋（−ΔＥｂ）） ＝（Ｅａ−Ｅｂ）＋（ΔＥａ＋ΔＥｂ）・・・・・・・・・・（３） すなわち、（ΔＥａ＋ΔＥｂ）の誤差を生じるために誤
差が増大していた。
【０００９】また、このようなオフセットドリフトとは
別に、図７に示したように、信号処理部１０１ａ，１０
１ａ’の基準位置からの変位量に対する出力電圧特性
が、温度の変化に応じて特定の点を中心として傾きが増
減する方向にドリフト（図７では、原点を中心にして傾
きを増減させている）するようなときには、温度が定格
温度ＴからΔｔだけ上昇すると、信号処理部１０１ａの
出力電圧レベルがΔＥａだけドリフトし（図７の一点鎖
線参照）、信号処理部１０１ａ’の出力電圧レベルが−
ΔＥｂだけドリフト（図７の破線参照）することにな
り、演算回路部１０２で算出される段差Ｄは、上記式
（３）と同様の値となって誤差が増大するため、測定精
度を向上させることができなかった。
別に、図７に示したように、信号処理部１０１ａ，１０
１ａ’の基準位置からの変位量に対する出力電圧特性
が、温度の変化に応じて特定の点を中心として傾きが増
減する方向にドリフト（図７では、原点を中心にして傾
きを増減させている）するようなときには、温度が定格
温度ＴからΔｔだけ上昇すると、信号処理部１０１ａの
出力電圧レベルがΔＥａだけドリフトし（図７の一点鎖
線参照）、信号処理部１０１ａ’の出力電圧レベルが−
ΔＥｂだけドリフト（図７の破線参照）することにな
り、演算回路部１０２で算出される段差Ｄは、上記式
（３）と同様の値となって誤差が増大するため、測定精
度を向上させることができなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みて提案されるもので、測定誤差をできる限り低減させ
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測定誤差を低
減させ精度の高い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。
みて提案されるもので、測定誤差をできる限り低減させ
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測定誤差を低
減させ精度の高い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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
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、光学ヘッドの各々より出力される位置検知信号
を、共通の信号処理回路に順次取り込んで、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。
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、光学ヘッドの各々より出力される位置検知信号
を、共通の信号処理回路に順次取り込んで、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。
【００１２】ここで、複数の光学ヘッドは常時発光しな
がら、変調信号のみを順次切り換えて供給させている。
このような本発明では、各光学ヘッドから無変調のレー
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。また、各々の光学ヘッドを対象
物に対して特定位置に置き、各光学ヘッドに対応して求
められた変位量を演算処理することによって、対象物の
段差、湾曲状態、あるいは、厚みなどの測定を行うこと
ができる。このような本発明には、種々の光を用いるこ
とが可能であるが、特に、レーザービームなどの集光性
の高い光束を用いて精度の高い計測を行うことができ
る。
がら、変調信号のみを順次切り換えて供給させている。
このような本発明では、各光学ヘッドから無変調のレー
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。また、各々の光学ヘッドを対象
物に対して特定位置に置き、各光学ヘッドに対応して求
められた変位量を演算処理することによって、対象物の
段差、湾曲状態、あるいは、厚みなどの測定を行うこと
ができる。このような本発明には、種々の光を用いるこ
とが可能であるが、特に、レーザービームなどの集光性
の高い光束を用いて精度の高い計測を行うことができ
る。
【００１３】請求項２に記載の本発明は、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、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
次切換出力するとともに、各光学ヘッドから出力される
位置検知信号を順次選択的に取り出す切換制御部と、上
記各光学ヘッドから出力される位置検知信号を演算処理
するための共通の信号処理回路と、上記切換制御部によ
って各光学ヘッドから順次取り出された位置検知信号を
上記信号処理回路で演算処理して、上記各光学ヘッドに
よって光ビームの照射された各点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。
ームを常時照射するようにした複数の光学ヘッドと、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
次切換出力するとともに、各光学ヘッドから出力される
位置検知信号を順次選択的に取り出す切換制御部と、上
記各光学ヘッドから出力される位置検知信号を演算処理
するための共通の信号処理回路と、上記切換制御部によ
って各光学ヘッドから順次取り出された位置検知信号を
上記信号処理回路で演算処理して、上記各光学ヘッドに
よって光ビームの照射された各点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。
【００１４】
【作用】請求項１に記載の本発明では、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、変調駆動さ
せたときに、対象物から反射される変調信号を受光した
ときに、各々の光学ヘッドより出力される位置検知信号
を、共通の信号処理回路に順次取り込んで、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、信号処理回路の基準位置からの変位量に対する出
力電圧特性が温度変化や経時変化によってオフセットド
リフトを生じても、各光学ヘッド毎に得られた変位量に
は同一値のオフセット誤差を含んでいるので、変位量の
差分から段差を算出すると、オフセットドリフトを完全
に相殺することができる。また、基準位置からの変位量
に対する出力電圧特性が温度変化や経時変化によって特
定の点を中心にして傾きが増減する方向にドリフトして
も、各光学ヘッド毎に得られた変位量の値が近づくに連
れて誤差が減少するので、微小な段差などを求める場合
の誤差が低減する。
複数の光学ヘッドを、常時発光させながら、変調駆動さ
せたときに、対象物から反射される変調信号を受光した
ときに、各々の光学ヘッドより出力される位置検知信号
を、共通の信号処理回路に順次取り込んで、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、信号処理回路の基準位置からの変位量に対する出
力電圧特性が温度変化や経時変化によってオフセットド
リフトを生じても、各光学ヘッド毎に得られた変位量に
は同一値のオフセット誤差を含んでいるので、変位量の
差分から段差を算出すると、オフセットドリフトを完全
に相殺することができる。また、基準位置からの変位量
に対する出力電圧特性が温度変化や経時変化によって特
定の点を中心にして傾きが増減する方向にドリフトして
も、各光学ヘッド毎に得られた変位量の値が近づくに連
れて誤差が減少するので、微小な段差などを求める場合
の誤差が低減する。
【００１５】請求項２に記載の本発明では、複数の光学
ヘッドを常時発光させながら、切換制御部によって変調
駆動させることによって、各光学ヘッドが対象物より反
射されて来る位置検知信号を順次取り込んで、演算処理
し各光学ヘッドで光ビームの照射された各点の基準位置
からの変位量を算出して、得られた各変位量に基づいて
測距を行う。
ヘッドを常時発光させながら、切換制御部によって変調
駆動させることによって、各光学ヘッドが対象物より反
射されて来る位置検知信号を順次取り込んで、演算処理
し各光学ヘッドで光ビームの照射された各点の基準位置
からの変位量を算出して、得られた各変位量に基づいて
測距を行う。
【００１６】
【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を説
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回路Ａを有した信号処理部、１
１は切換接点ＳＷａ，ＳＷｂを有し、光学ヘッドＨ１，
Ｈ１’から出力される位置検知信号を順次選択的に信号
処理部１０に送出する切換制御部、１２は光学ヘッドＨ
１，Ｈ１’のレーザー発光素子ＬＡから出力されるレー
ザー光に所定の変調を施すための変調信号を発振する発
振回路である。尚、信号処理部１０の詳細については後
述する。
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回路Ａを有した信号処理部、１
１は切換接点ＳＷａ，ＳＷｂを有し、光学ヘッドＨ１，
Ｈ１’から出力される位置検知信号を順次選択的に信号
処理部１０に送出する切換制御部、１２は光学ヘッドＨ
１，Ｈ１’のレーザー発光素子ＬＡから出力されるレー
ザー光に所定の変調を施すための変調信号を発振する発
振回路である。尚、信号処理部１０の詳細については後
述する。
【００１７】このような構成の本発明の光学式変位計１
の構成例図を参照して、本発明の光学式変位測定方法を
説明する。 光学ヘッドＨ１およびＨ１’は、各々、発振回路１２
の発振信号を受けて変調されたレーザービームを対象物
に対して継続して照射し、対象物からの反射光を位置検
出素子ＰＳＤで受けて基準位置からの変位量に対応した
位置検知信号Ｉ１，Ｉ２およびＩ１’，Ｉ２’を出力し
ている。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ１側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１から出力
された位置検知信号Ｉ１，Ｉ２が信号処理部１０に伝送
されて記憶される。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ２側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１’から出
力された位置検知信号Ｉ１’，Ｉ２’が信号処理部１０
に伝送されて記憶される。 信号処理部１０では、記憶した位置検知信号Ｉ１，Ｉ
２を上述した（１），（２）式に代入して変位量ａを算
出するとともに、位置検知信号Ｉ１’，Ｉ２’を
（１），（２）式に代入して変位量ｂを算出し、得られ
た変位量から段差ｄ＝（ａ−ｂ）を算出する。
の構成例図を参照して、本発明の光学式変位測定方法を
説明する。 光学ヘッドＨ１およびＨ１’は、各々、発振回路１２
の発振信号を受けて変調されたレーザービームを対象物
に対して継続して照射し、対象物からの反射光を位置検
出素子ＰＳＤで受けて基準位置からの変位量に対応した
位置検知信号Ｉ１，Ｉ２およびＩ１’，Ｉ２’を出力し
ている。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ１側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１から出力
された位置検知信号Ｉ１，Ｉ２が信号処理部１０に伝送
されて記憶される。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ２側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１’から出
力された位置検知信号Ｉ１’，Ｉ２’が信号処理部１０
に伝送されて記憶される。 信号処理部１０では、記憶した位置検知信号Ｉ１，Ｉ
２を上述した（１），（２）式に代入して変位量ａを算
出するとともに、位置検知信号Ｉ１’，Ｉ２’を
（１），（２）式に代入して変位量ｂを算出し、得られ
た変位量から段差ｄ＝（ａ−ｂ）を算出する。
【００１８】図２は、信号処理部１０における、基準位
置からの変位量に対する出力電圧特性がオフセットドリ
フトを生じた場合の一例を示したもので、定格温度Ｔか
らΔｔだけ温度上昇すると、基準位置からの変位量にか
かわりなく同一のオフセット誤差が生じている。すなわ
ち、ΔＥａ，ΔＥｂは常に同一となる。このため、段差
Ｄを求めると、 Ｄ＝Ｅａ’−Ｅｂ’＝（Ｅａ＋ΔＥａ）−（Ｅｂ＋ΔＥｂ） ＝（Ｅａ−Ｅｂ）＋（ΔＥａ−ΔＥｂ）＝Ｅａ−Ｅｂ・・・・（４） となり、オフセットドリフトを完全に除去することがで
きる。
置からの変位量に対する出力電圧特性がオフセットドリ
フトを生じた場合の一例を示したもので、定格温度Ｔか
らΔｔだけ温度上昇すると、基準位置からの変位量にか
かわりなく同一のオフセット誤差が生じている。すなわ
ち、ΔＥａ，ΔＥｂは常に同一となる。このため、段差
Ｄを求めると、 Ｄ＝Ｅａ’−Ｅｂ’＝（Ｅａ＋ΔＥａ）−（Ｅｂ＋ΔＥｂ） ＝（Ｅａ−Ｅｂ）＋（ΔＥａ−ΔＥｂ）＝Ｅａ−Ｅｂ・・・・（４） となり、オフセットドリフトを完全に除去することがで
きる。
【００１９】図３は、信号処理部１０における、基準位
置からの変位量に対する出力電圧特性が、特定の点を中
心にして傾きが増減するドリフトを生じた場合の一例を
示したもので（図では、原点を中心にして傾きを増減さ
せている）、定格温度ＴからΔＴだけ温度上昇すると、
各光学ヘッドに対応して得られた変位量ａ，ｂにはΔＥ
ａ、ΔＥｂの誤差が含まれるが、この誤差の差分（ΔＥ
ａ−ΔＥｂ）は、変位量の差（ａ−ｂ）の絶対値が減少
するに連れて減少するので、微小な段差を測定するよう
な場合には、一層誤差を低減させることが可能となる。
置からの変位量に対する出力電圧特性が、特定の点を中
心にして傾きが増減するドリフトを生じた場合の一例を
示したもので（図では、原点を中心にして傾きを増減さ
せている）、定格温度ＴからΔＴだけ温度上昇すると、
各光学ヘッドに対応して得られた変位量ａ，ｂにはΔＥ
ａ、ΔＥｂの誤差が含まれるが、この誤差の差分（ΔＥ
ａ−ΔＥｂ）は、変位量の差（ａ−ｂ）の絶対値が減少
するに連れて減少するので、微小な段差を測定するよう
な場合には、一層誤差を低減させることが可能となる。
【００２０】次に、図１に示した光学式変位計１におけ
る信号処理部１０の詳細な構成について説明すると、光
学ヘッドＨ１，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（Ｉ１’，Ｉ２’）
を増幅する増幅回路１０ｂ，１０ｂ’と、発振信号に同
期して検波を行い発振信号に応じた周波数の位置検知信
号を取り出す同期検波回路１０ｃ，１０ｃ’と、検波出
力された位置検知信号Ｉ１，Ｉ２を各々デジタルデータ
に変換するＡ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’と、デジタ
ルデータに変換された位置検知信号Ｉ１，Ｉ２あるいは
Ｉ１’，Ｉ２’を各々対応したメモリ部１０ｆ，１０ｇ
に記憶させるとともに、記憶されたデータから変位量
ａ，ｂや差分（ａ−ｂ）を算出するＣＰＵ１０ａと、算
出された差分（ａ−ｂ）を対応したアナログデータに変
換するＤ／Ａ変換回路１０ｅとを有しており、増幅回路
１０ｂ，１０ｂ’、同期検波回路１０ｃ，１０ｃ’、Ａ
／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’とＤ／Ａ変換回路１０ｅ
およびＣＰＵ１０ａで信号処理回路Ａを構成している。
る信号処理部１０の詳細な構成について説明すると、光
学ヘッドＨ１，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（Ｉ１’，Ｉ２’）
を増幅する増幅回路１０ｂ，１０ｂ’と、発振信号に同
期して検波を行い発振信号に応じた周波数の位置検知信
号を取り出す同期検波回路１０ｃ，１０ｃ’と、検波出
力された位置検知信号Ｉ１，Ｉ２を各々デジタルデータ
に変換するＡ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’と、デジタ
ルデータに変換された位置検知信号Ｉ１，Ｉ２あるいは
Ｉ１’，Ｉ２’を各々対応したメモリ部１０ｆ，１０ｇ
に記憶させるとともに、記憶されたデータから変位量
ａ，ｂや差分（ａ−ｂ）を算出するＣＰＵ１０ａと、算
出された差分（ａ−ｂ）を対応したアナログデータに変
換するＤ／Ａ変換回路１０ｅとを有しており、増幅回路
１０ｂ，１０ｂ’、同期検波回路１０ｃ，１０ｃ’、Ａ
／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’とＤ／Ａ変換回路１０ｅ
およびＣＰＵ１０ａで信号処理回路Ａを構成している。
【００２１】このような構成の本発明の光学式変位計１
の動作、特に、信号処理部１０の詳細な動作について、
図４の（ａ）〜（ｇ）に示したタイムチャートを参照し
て説明する。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ１側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１から出力
された位置検知信号Ｉ１ｏ，Ｉ２ｏが増幅回路１０ｂ，
１０ｂ’で増幅され、同期検波回路１０ｃ，１０ｃ’で
変調信号が復調されてＡ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’
に伝送される。（図４の（ａ）〜（ｃ）参照）。 Ａ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’では、復調されたア
ナログ変調信号を対応したデジタルデータＩ１ｏ，Ｉ２
ｏに変換してＣＰＵ１０ａを通じてメモリ部１０ｆに記
憶させる。（図４の（ｄ）参照）。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ２側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１’から出
力された位置検知信号Ｉ１ｏ’，Ｉ２ｏ’が増幅回路１
０ｂ，１０ｂ’で増幅され、同期検波回路１０ｃ，１０
ｃ’で変調信号が復調されてＡ／Ｄ変換回路１０ｄ，１
０ｄ’に伝送される。（図４の（ａ）〜（ｃ）参照）。 Ａ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’では、復調されたア
ナログ変調信号を対応したデジタルデータＩ１ｏ’，Ｉ
２ｏ’に変換してＣＰＵ１０ａを通じてメモリ部１０ｇ
に記憶させる。（図４の（ｅ）参照）。 信号処理部１０では、メモリ部１０ｆ，１０ｇ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、データＩ１ｏ’，Ｉ２ｏ’より変位量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４の（ｆ）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
４の（ｇ）参照）。
の動作、特に、信号処理部１０の詳細な動作について、
図４の（ａ）〜（ｇ）に示したタイムチャートを参照し
て説明する。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ１側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１から出力
された位置検知信号Ｉ１ｏ，Ｉ２ｏが増幅回路１０ｂ，
１０ｂ’で増幅され、同期検波回路１０ｃ，１０ｃ’で
変調信号が復調されてＡ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’
に伝送される。（図４の（ａ）〜（ｃ）参照）。 Ａ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’では、復調されたア
ナログ変調信号を対応したデジタルデータＩ１ｏ，Ｉ２
ｏに変換してＣＰＵ１０ａを通じてメモリ部１０ｆに記
憶させる。（図４の（ｄ）参照）。 切換制御部１１によって切換接点ＳＷａ，ＳＷｂが接
点Ｎ２側に切換接続されると、光学ヘッドＨ１’から出
力された位置検知信号Ｉ１ｏ’，Ｉ２ｏ’が増幅回路１
０ｂ，１０ｂ’で増幅され、同期検波回路１０ｃ，１０
ｃ’で変調信号が復調されてＡ／Ｄ変換回路１０ｄ，１
０ｄ’に伝送される。（図４の（ａ）〜（ｃ）参照）。 Ａ／Ｄ変換回路１０ｄ，１０ｄ’では、復調されたア
ナログ変調信号を対応したデジタルデータＩ１ｏ’，Ｉ
２ｏ’に変換してＣＰＵ１０ａを通じてメモリ部１０ｇ
に記憶させる。（図４の（ｅ）参照）。 信号処理部１０では、メモリ部１０ｆ，１０ｇ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、データＩ１ｏ’，Ｉ２ｏ’より変位量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４の（ｆ）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
４の（ｇ）参照）。
【００２２】このように、本発明の光学式変位計１によ
れば、各光学ヘッドＨ１，Ｈ１’について信号処理回路
Ａを共用しているので、算出された各変位量に含まれる
オフセット誤差が同一になり、また、特定の点を中心に
して傾きが増減する誤差については、変位量の差が減少
するに連れて低減させることができるので、誤差を抑え
た高精度の変位測定を行うことができる。
れば、各光学ヘッドＨ１，Ｈ１’について信号処理回路
Ａを共用しているので、算出された各変位量に含まれる
オフセット誤差が同一になり、また、特定の点を中心に
して傾きが増減する誤差については、変位量の差が減少
するに連れて低減させることができるので、誤差を抑え
た高精度の変位測定を行うことができる。
【００２３】尚、上記説明では光学ヘッドを２つ設けた
場合を例にあげて述べているが、３以上の光学ヘッドを
設けた構成とすることも可能である。
場合を例にあげて述べているが、３以上の光学ヘッドを
設けた構成とすることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１に記載の本発明の光学式変位測定方法によれば、複
数の光学ヘッドを常時発光させながら、１台づつ順次切
り換え変調駆動させ、対象物から反射される変調信号を
受光した時に、各々の光学ヘッドから出力される位置検
知信号を共通の信号処理回路に順次伝送して変位量を算
出しているので、算出された変位量に温度変化や経時変
化によるドリフト誤差が生じても、変位量の差に基づい
て測距を行うことによりオフセット誤差を完全に相殺す
ることができ、また、定格特性の傾きが増減するような
誤差に対しても、変位量の差が近づくに連れて誤差が低
減するので、特に、微小な段差などを求める場合にも誤
差を低減させることが可能となり、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
ことによって誤差を低減させた高精度の変位測定を行う
ことができる。
項１に記載の本発明の光学式変位測定方法によれば、複
数の光学ヘッドを常時発光させながら、１台づつ順次切
り換え変調駆動させ、対象物から反射される変調信号を
受光した時に、各々の光学ヘッドから出力される位置検
知信号を共通の信号処理回路に順次伝送して変位量を算
出しているので、算出された変位量に温度変化や経時変
化によるドリフト誤差が生じても、変位量の差に基づい
て測距を行うことによりオフセット誤差を完全に相殺す
ることができ、また、定格特性の傾きが増減するような
誤差に対しても、変位量の差が近づくに連れて誤差が低
減するので、特に、微小な段差などを求める場合にも誤
差を低減させることが可能となり、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
ことによって誤差を低減させた高精度の変位測定を行う
ことができる。
【図１】本発明の光学式変位計の構成例図である。
【図２】図１に示した変位計のオフセットドリフトの説
明図である。
明図である。
【図３】図１に示した変位計のドリフトの説明図であ
る。
る。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、図１に示した変位計の動作
を説明するタイムチャートである。
を説明するタイムチャートである。
【図５】従来の、段差を測定する変位計の構成例図であ
る。
る。
【図６】図５に示した変位計のオフセットドリフトの説
明図である。
明図である。
【図７】図５に示した変位計のドリフトの説明図であ
る。
る。
【符号の説明】 Ａ・・・信号処理回路 ａ，ｂ・・・変位量 １１・・・切換制御部 Ｈ１，Ｈ２・・・・光学ヘッド Ｉ１，Ｉ２，Ｉ１’，Ｉ２’・・・位置検知信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 義彦 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−222202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−259011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−190680（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−154410（ＪＰ，Ａ)
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る変調信号を受光した時に、各々の
光学ヘッドより出力される位置検知信号を、共通の信号
処理回路に順次取り込んで、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、 発振回路から出力される変調信号を、各光学ヘッド側に
順次切換出力するとともに、各光学ヘッドから出力され
る位置検知信号を順次選択的に取り出す切換制御部と、 上記各光学ヘッドから出力される位置検知信号を演算処
理するための共通の信号処理回路を有し、上記切換制御
部によって各光学ヘッドから順次取り出された位置検知
信号を上記共通の信号処理部で演算処理して、上記各光
学ヘッドによって光ビームの照射された各点の基準位置
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した光学式変位
計。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3313532A JP2571485B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 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 |
| US07/967,601 US5351126A (en) | 1991-10-31 | 1992-10-28 | Optical measurement system for determination of an object's profile or thickness |
| DE69208421T DE69208421T2 (de) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Optisches Messsystem zur Ermittlung des Profils eines Gegenstandes |
| EP92309944A EP0540343B1 (en) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Optical measurement system for determination of an object's profile |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3313532A JP2571485B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126569A JPH05126569A (ja) | 1993-05-21 |
| JP2571485B2 true JP2571485B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=18042453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3313532A Expired - Fee Related JP2571485B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2571485B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190680A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | Daikin Ind Ltd | 距離センサ |
| JPS62259011A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-11 | Toshiba Corp | 距離検出器 |
| 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 JP3313532A patent/JP2571485B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05126569A (ja) | 1993-05-21 |
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Legal Events
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