JP2886663B2 - 光走査型変位センサ - Google Patents

光走査型変位センサ

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光走査型変位センサに関するものであり、例
えば溶接用倣いセンサなどに用いられる。
[従来の技術] この種の光走査型変位センサには従来、特開平1−24
5103号に示されたものがある。
この従来例は被検知物体の表面に光ビームを投光する
投光手段と、上記光ビームを被検知物体の表面で走査さ
せる偏向手段と、被検知物体による光ビームの反射光を
集光する受光用光学系と、受光用光学系の集光面に配設
され、被検知物体までの距離に応じて集光面内で移動す
る集光スポットの位置に対応した出力が得られる位置検
出手段と、位置検出手段の出力に基づいて被検知物体ま
での距離を演算する第1の演算手段と、光ビームの走査
位置を演算する第2の演算手段とを備え、偏向手段によ
る光ビームの走査に応じて第1の演算手段から得られる
距離データの差分を取り、差分が同符号であれば加算
し、その加算値の絶対値が最大のときに第2の演算手段
から得られる走査位置を段差点と判定するものである
が、一様の受光量が得られない被検知物体については誤
差が生じるという問題があった。
そこで受光量が左右されないように第9図に示す如く
光量フィードバック手段50を設けて、位置検出手段4Zの
受光量が一定値を越えないように投光手段1にフィード
バックをかけるようにしている。つまり位置検出手段4Z
から出力される位置信号I3,I4を演算処理する演算手段5
Zの検波回路43c,43dの出力を光量フィードバック手段50
では加算器51で加算し、この加算して得られた位置検出
手段4Zの受光量(I3+I4)が第10図に示す設定値L1を越
える部分については差動増幅器51と、積分器52とを通じ
て投光手段1の変調回路11にフィードバックして変調電
圧を抑え、演算手段5Zの減算回路45Z、加算回路46Zが飽
和しないようにして、第11図(a)に示すように段差点
N1,N2を求めている。特に加算回路46Zは大きな値になり
やすい。
しかしながら被検知物体2で正反射が起きれば受光量
(I3+I4)が増大して光量フィードバック手段50の能力
を越え、第11図(b)に示すように例えば加算回路46Z
が飽和(出力が上限値L3)する値にまで受光量が達する
ことなり、そのため距離を求める為に割算回路47Zで行
っている(I3−I4)/(I3+I4)の割算の分母が真の値
と異なって演算結果が正解でなくなってしまうという問
題がある。
[発明が解決しようとする課題] 上述のように上記第9図の従来例において光量フィー
ドバック手段50が正常に働いておればA/D変換回路48Zを
通じて得られる距離データZに影響は出ないが、正反射
光のような桁違いの光を受光した場合、光量フィードバ
ックは通常きかなくなる。例えば光量フィードバックの
能力では1/10〜100に抑えることができるが、正反射光
では拡散光の数百〜数千倍ある。
その場合I3+I4が真の値と異なるため、距離データZ
が異常なデータとなって出力され、光ビームの走査に応
じて演算手段5Zから得られる距離データの差分を取り、
差分が同符号であれば加算し、その加算値の絶対値が最
大のときに第2の演算手段5Xから得られる走査位置を段
差点とする段差検知を行った場合、第11図(a)に示す
ように本当の段差点N1,N2に対して正反射の影響を受け
てN1′,N2′という偽りの段差点を求めるという問題が
あった。
本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもので、その
目的とするところは偽りの段差点を出力しないようにす
ることができる光走査型変位センサを提供するにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は上述の目的を達成するために、被検知物体の
表面に光ビームを投光する投光手段と、上記光ビームを
被検知物体の表面で走査させる偏向手段と、被検知物体
による光ビームの反射光を集光する受光用光学系と、受
光用光学系の集光面に配設され、被検知物体までの距離
に応じて集光面内で移動する集光スポットの位置に対応
した出力が得られる位置検出手段と、位置検出手段の出
力に基づいて被検知物体までの距離を演算する第1の演
算手段と、光ビームの走査位置を演算する第2の演算手
段とを備え、偏向手段による光ビームの走査に応じて第
1の演算手段から得られる距離データの差分を取り、差
分が同符号であれば加算し、その加算値の絶対値が最大
のときに第2の演算手段から得られる走査位置を段差点
と判定する光走査型変位センサにおいて、上記位置検出
手段の受光量が一定値を越えないように投光手段にフィ
ードバックする光量フィードバック手段と、上記受光量
が光量フィードバック手段の能力を越えている値となる
と判定出力を発生する光量判定手段とを設け、該光量判
定手段の判定出力を発生したときの被検知物体までの距
離データを異常としてデータ処理を行うものである。
[作用] 而して本発明によれば、位置検出手段の受光量が増大
して光量フィードバック手段の能力を越えた場合には光
量判定手段がこれを検知判定して出力を発生させ、この
出力により出力発生時点の距離データが異常であること
が分かるため、異常に対応するデータ処理が行え、段差
検知の誤検知を防止でき、偽りの段差点の出力を無くせ
る。
[実施例] 以下本発明を実施例により説明する。
実施例1 第1図は実施例1の回路構成を、また第2図は機構上
の構成を示しており、この実施例回路では第9図回路の
構成に加えて演算手段5Zの加算回路46Zの出力(I3
I4)つまり受光量が、位置検出手段4Zの光量フィードバ
ック手段50の能力を越えている値となると判定出力を発
生する光量判定手段60を加えたもので、段差検知は特開
平1−245103号と同様に行うようになっている。
第4図回路において、投光手段1は投光タイミングを
設定するクロックパルスを発生する発振回路10と、発振
回路10からのクロックパルスに応じて変調信号を発生す
る変調回路11、変調回路11からの変調信号に応じて半導
体レーザ13のような投光用発光素子を駆動するレーザ駆
動回路12、及び凸レンズよりなる投光用光学系14から構
成され、半導体レーザ13から発せられる光を投光用光学
系14にて細かく絞って光ビームとして投光するようにな
っている。この光ビームは走査ミラー70とその駆動回路
71よりなる偏向手段7により、被検知物体2の上でX軸
方向に走査される。
光ビームの一部はビームスプリンタ6により位置検出
手段4Xに導かれ、X軸方向の走査位置が検知される。こ
の位置検出手段4Xはその受光面に光ビームが照射された
位置に対応して相反する位置信号I1,I2を出力する。こ
の位置信号I1,I2はX軸方向の演算手段5Xに入力され
て、走査位置信号Xに変換される。
またビームスプリッタ6を通過した光ビームは、被検
知物体2に照射され、被検知物体2の表面で拡散反射さ
れた反射光は受光用光学系3にて集光される。その集光
面に配された位置検出手段4Zは集光スポットの位置に対
応した相反する位置信号I3,I4を出力し、演算手段5Zに
て演算処理することにより、Z軸方向についての測距信
号(距離データ)Zを得ることができる。これら測距信
号Zと走査位置信号Xとにより、被検知物体2の表面に
おける走査線上の2次元形状を検出することができるも
のである。演算手段5Xは位置検出手段4Xから出力される
位置信号(相反する電流信号I1,I2)を夫々増幅して電
圧信号に変換するI/V変換回路41a,41bと、I/V変換回路4
1a,41bの出力から変調された高周波成分を取り出すハイ
パスフィルタ42a,42bと、ハイパスフィルタ42a,42bの出
力レベルを発振回路10の出力に基づいてチェックする
(クロックパルスに同期してレベルを判定)する検波回
路43a,43bと、検波回路43a,43bの出力から低周波成分を
取り出すローパスフィルタ44a,44bと、ローパスフィル
タ44a,44bの出力(位置信号I1,I2のレベルに対応するの
で、以下において、I1,I2と称する)の減算を行う減算
回路45Xと、ローパスフィルタ44a,44bの出力I1,I2の加
算を行う加算回路46Xと、減算回路45Xから出力される第
1の信号(I1−I2)と、加算回路46Xから出力される第
2の信号(I1+I2)との比率を演算する割算回路47X
と、演算回路47Xから得れるアナログ信号の出力をデジ
タル信号に変換するA/D変換回路48Xとから構成されてお
り、A/D変換回路48Xから走査位置信号(I1−I2)/(I1
+I2)が出力されるようになっている。
一方Z軸方向についての位置検出手段4Zから出力され
る位置信号I3,I4に対する演算手段5Zは光量フィードバ
ック手段50や光量判定手段60を除いた他の部分が演算手
段5Xと全く同様の構成であり、A/D変換回路48Zからは測
距信号(I3−I4)(I3+I4)が得られるようになってい
る、 尚これら第1の演算手段5Z、第2の演算手段5Xのデー
タを用いて段差検知を行う手法は特開平1−245103号と
同様な方式で行うためその処理についての説明は省略す
る。
ここで第3図(a)に示すように光量判定手段60の受
光量の判定レベルL2を光量フィードバック手段50の設定
値L1よりも大きくし、加算回路46Zの出力(I3+I4)の
限界値L3よりも小さく設定する。
而して正反射などによって位置検知手段4Zの受光量が
光量フィードバック手段50のフィードバックの能力を越
えて増加して、光量判定手段60の判定レベルL2を越える
と、第3図(b)に示すように光量判定手段60は判定出
力を発生し、その時点の距離データ(測距信号Z)が異
常であることを知らせる。
ここでこの判定出力があると、段差検知を行う前に第
4図に示すように判定出力イの立ち上がり点Aより前の
データ番号がI=A−Δnから立ち下がり点Bより後ろ
のI=B+Δnまでの距離データ(測距信号Z)をI=
A−Δn−1の値に置き換えるデータ処理を行えば、第
3図(c)で破線で示す不要な山形のデータが無くな
り、真の段差点N1,N2を求めることができる。ここでΔ
n余分にデータを置き換えるの光量フィードバック手段
50の設定値L1を越え、光量判定レベルL2より小さい箇所
も距離データが誤っているからである。尚第5図に示す
ようにI=A−ΔnからI=B+Δnまでの範囲ロを段
差検知のアルゴリズムより除去してデータ処理を行うこ
とでも同様な効果が得られる。
ただし実施例では本当に求めたい段差点がこのデータ
置換の範囲にあるときには段差点は検知できないが、誤
検知よりも検知しないほうが良いのは言うまでもない。
実施例2 本実施例は第6図に示すように減算回路45Z及び加算
回路46Zと、割算回路47Zとの間にサンプル・ホールド回
路71,72を設け、これらサンプル・ホールド回路71,72の
ホールドするタイミング信号として光量判定手段60の判
定出力を用いるようにしている。
尚光量フィードバック手段50の設定値L1、光量判定手
段60の判定レベルL2、加算回路46Zの限界値L3の関係は
第7図(a)に示すように上記実施例と同様に設定して
ある。
而して今光量判定手段60より第7図(b)に示すよう
に判定出力が発生すると、その判定出力によりI3−I4
減算値信号と、I3+I4の加算値信号をサンプル・ホール
ド回路71,72は夫々ホールドする。これにより、第7図
(c)において破線で示す山形のデータが段差検知にお
いて無くなり、真の段差点N1,N2を求めることができ
る。このようにハードウェアであるサンプル・ホールド
回路71,72によりデータ置換を行うため実施例1のよう
にデータ処理を行うソフトウェアに負担がかからない。
ただし、本当に求めたい点がこのデータ置換範囲にあ
るときには段差点を求めることができないのは上記実施
例と同様である。また第7図(c)においてホールドす
る始点と終点との付近に誤データが残るためできるだけ
判定レベルL2を光量フィードバック手段50の設定値L1
近付ける方が誤データが少なくなる、但し設定値L1と判
定レベルL2とが同じになると、良いデータまで加工して
しまうことになる。
尚第8図に示すように割算回路47ZとA/D変換回路48Z
との間にサンプル・ホールド回路73を挿入しても勿論よ
い。
[発明の効果] 本発明光走査型変位センサは、位置検出手段の受光量
が一定値を越えないように投光手段にフィードバックす
る光量フィードバック手段と、上記受光量が光量フィー
ドバック手段の能力を越えている値となると判定出力を
発生する光量判定手段とを設け、該光量判定手段の判定
出力を発生したときの被検知物体までの距離データを異
常としてデータ処理を行うものであるから、位置検出手
段の受光量が増大して光量フィードバック手段の能力を
越えた場合には光量判定手段がこれを検知判定して出力
を発生させ、この出力により出力発生時点の距離データ
が異常であることが分かるため、異常に対応するデータ
処理が行え、段差検知の誤検知を防止でき、誤った段差
点が出力されることを無くすという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1の回路構成図、第2図は同上
の機構の構成図、第3図〜第5図は同上の動作説明図、
第6図は本発明の実施例2の回路構成図、第7図は同上
の動作説明図、第8図は実施例2の変形した例の一部省
略した回路構成図、第9図は従来例の回路構成図、第10
図〜第11図は同上の動作説明図である。 1は投光手段、2は被検知物体、3は受光用光学系4X,4
Zは位置検出手段、5X,5Zは演算手段、50は光量フィード
バック手段、60は光量判定手段である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検知物体の表面に光ビームを投光する投
    光手段と、上記光ビームを被検知物体の表面で走査させ
    る偏向手段と、被検知物体による光ビームの反射光を集
    光する受光用光学系と、受光用光学系の集光面に配設さ
    れ、被検知物体までの距離に応じて集光面内で移動する
    集光スポットの位置に対応した出力が得られる位置検出
    手段と、位置検出手段の出力に基づいて被検知物体まで
    の距離を演算する第1の演算手段と、光ビームの走査位
    置を演算する第2の演算手段とを備え、偏向手段による
    光ビームの走査に応じて第1の演算手段から得られる距
    離データの差分を取り、差分が同符号であれば加算し、
    その加算値の絶対値が最大のときに第2の演算手段から
    得られる走査位置を段差点と判定する光走査型変位セン
    サにおいて、上記位置検出手段の受光量が一定値を越え
    ないように投光手段にフィードバックする光量フィード
    バック手段と、上記受光量が光量フィードバック手段の
    能力を越えている値となると判定出力を発生する光量判
    定手段とを設け、該光量判定手段の判定出力が発生した
    ときの被検知物体までの距離データを異常としてデータ
    処理を行うことを特徴とする光走査型変位センサ。
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