JP2909565B2 - Laser displacement meter - Google Patents

Laser displacement meter

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JP2909565B2
JP2909565B2 JP24280691A JP24280691A JP2909565B2 JP 2909565 B2 JP2909565 B2 JP 2909565B2 JP 24280691 A JP24280691 A JP 24280691A JP 24280691 A JP24280691 A JP 24280691A JP 2909565 B2 JP2909565 B2 JP 2909565B2
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JP
Japan
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output
converter
gain
position detecting
displacement meter
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啓史 松田
裕司 高田
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はレ−ザ光を利用した変位
計に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement meter using laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2に、レ−ザ光を被検物体に照射し、
その反射光を位置検出素子で検出して被検物体までの距
離を測定するようにしたレ−ザ変位計のブロック図を示
す。このようなレーザ変位計では、タイミング回路10
0によって駆動部101を作動し、レーザダイオードL
Dを間欠的に駆動して強度の変調されたレーザ光を被検
物体OBに照射し、そのとき被検物体OBより反射され
て来るレ−ザ光を位置検出素子PSDによって受光した
後、この位置検出素子PSDから出力される位置信号I
1,I2を演算部106で演算することによって、被検
物体までの変位量を測定できる構成となっている。そし
て、このようなレーザ変位計では、位置検出素子PSD
上に表れる被検物体OBからの反射光の受光スポット位
置に応じた2つの電流値I1,I2が出力されるので、
この出力I1,I2をI−V変換部102a,102b
で電圧に変換し、それぞれ増幅部103a,103b、
サンプルホールド回路104a,104bを通じてAD
コンバ−タ105に入力してデジタル変換してから演算
部106では、次式を算出することによって、被検物体
までの変位量を求める構成となっている。すなわち、こ
のような変位センサでは、位置検出素子からの信号出力
I1,I2をADコンバ−タで変換した値をそれぞれ
[V1],[V2]とすると位置検出素子PSDの中心
からの変位(ズレ)Zの値は で表わすことができるので、演算部106では、このズ
レZを距離信号に変換して、被検物体までの変位量Lを
算出するようにしている。また、このような変位センサ
では、ADコンバ−タ105は、アナログ値をデジタル
値に変換して出力を得ているため、変位量の分解能は、
ADコンバ−タの分解能に応じて決まる。したがって、
いま、V1+V2=Vcとし、 ADコンバ−タ105
の出力信号のフルスケ−ル値をVADF,ADコンバータ
105の分解能をnビットとすると、変位量の分解能△
Lは、ADコンバ−タ105の出力が0〜VADFまで変
化したときの変位量をFRとすることによって の式で求まる。従って光量が減少し、V1+V2=Vcの
値が半分になると、分解能も半分になることになるの
で、これを防ぐために、増幅器の利得をともに2倍にす
ることが考えられるが、無条件に双方の増幅器の利得を
2倍にすると、測定範囲の限界に近いところでは、一方
の位置信号が他方の位置信号に比べて非常に大きくなる
ため、図3(a)の信号レベルは、図3(b)の波線で
示したように、大きい方の出力がほとんどADコンバ−
タのフルスケ−ル値に近くなり、少しの受光量の変化で
もADコンバータの出力は飽和することになり、測定が
できなくなるおそれがあった。
2. Description of the Related Art FIG.
FIG. 2 is a block diagram of a laser displacement meter configured to detect the reflected light with a position detecting element and measure a distance to a test object. In such a laser displacement meter, the timing circuit 10
0, the drive unit 101 is activated, and the laser diode L
D is intermittently driven to irradiate the object OB with a laser beam whose intensity is modulated. At that time, the laser beam reflected from the object OB is received by the position detecting element PSD, Position signal I output from position detection element PSD
The calculation unit 106 calculates the displacement amount to the test object by calculating 1, 1 and I2. In such a laser displacement meter, the position detecting element PSD
Since two current values I1 and I2 corresponding to the light receiving spot position of the reflected light from the test object OB appearing above are output,
These outputs I1 and I2 are converted to IV converters 102a and 102b.
, And converts the voltage into a voltage.
AD through sample and hold circuits 104a and 104b
After being input to the converter 105 and converted into a digital signal, the arithmetic unit 106 calculates the following equation to obtain the displacement amount to the object to be measured. In other words, in such a displacement sensor, if the values obtained by converting the signal outputs I1 and I2 from the position detecting element by the AD converter are [V1] and [V2], respectively, the displacement (deviation) from the center of the position detecting element PSD. ) The value of Z is The calculation unit 106 converts the displacement Z into a distance signal, and calculates the displacement L to the test object. Further, in such a displacement sensor, the AD converter 105 obtains an output by converting an analog value into a digital value.
It is determined according to the resolution of the AD converter. Therefore,
Now, assuming that V1 + V2 = Vc, the AD converter 105
If the full-scale value of the output signal is VADF and the resolution of the AD converter 105 is n bits, the resolution of the displacement amount
L is expressed by FR as the displacement when the output of the AD converter 105 changes from 0 to VADF. It is obtained by the formula. Therefore, when the amount of light decreases and the value of V1 + V2 = Vc is halved, the resolution is also halved. To prevent this, it is conceivable to double the gain of both amplifiers. When the gain of the amplifier is doubled, one position signal becomes much larger than the other position signal near the limit of the measurement range, so that the signal level of FIG. As shown by the dashed line in b), the output of the larger one is almost always the AD converter.
In this case, the output of the A / D converter becomes saturated even with a small change in the amount of received light, and the measurement may not be possible.

【0003】[0003]

【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、受光量が下がっても分解能を
低下させることなく、また少量の光量変化に対してもA
Dコンバータの出力を飽和させることなく機能するレ−
ザ変位計を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and does not lower the resolution even when the amount of received light decreases, and also provides A for small changes in the amount of light.
A laser that functions without saturating the output of the D converter
Provide the displacement meter.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案される本発明は、レーザ発光素子によって発光さ
れたレーザ光が、被検物体で反射され、その反射光を位
置検出素子で受け、この位置検出素子からの出力をAD
コンバ−タでデジタル変換した後、演算部で演算して被
検物体までの距離を求めるレ−ザ変位計の改良であっ
て、位置検出素子から出る2つの信号を、それぞれ独立
して利得制御する2つの増幅部と、演算部からの制御信
号によって、これらの増幅部の利得を制御する利得制御
回路とを設けてあり、演算部において、上記2つの増幅
部から出力された信号のデジタル変換された信号によっ
てADコンバ−タの出力信号の和がフルスケ−ル値の半
分以下になったと判断したときには、上記利得制御回路
に制御信号を送出して、上記ADコンバ−タの出力レベ
ルの小さい側の増幅部の利得を2倍にアップさせる構成
となっている。
According to the present invention proposed to achieve the above object, a laser beam emitted from a laser light emitting element is reflected by an object to be measured, and the reflected light is received by a position detecting element. , The output from this position detecting element
An improvement of a laser displacement meter which obtains a distance to an object to be measured by performing an arithmetic operation in an arithmetic unit after performing a digital conversion by a converter, wherein two signals output from a position detecting element are independently gain controlled. And a gain control circuit for controlling the gain of these amplifiers in accordance with a control signal from the arithmetic unit. The arithmetic unit converts the signals output from the two amplifiers into digital signals. When the sum of the output signals of the AD converters is determined to be less than half of the full scale value based on the output signal, a control signal is sent to the gain control circuit so that the output level of the AD converter is small. The configuration is such that the gain of the amplifying unit on the side is doubled.

【0005】[0005]

【作用】本発明によれば、上記構成にすることによっ
て、見かけ上の分解能を低下させることがない。また、
ADコンバータの出力和がフルスケールレベルの半分以
下になったときにのみ、ADコンバータの出力レベルの
小さい側の増幅部の利得を2倍にしているので、ADコ
ンバータの出力が飽和して測定不能となることはない。
According to the present invention, by adopting the above configuration, the apparent resolution is not reduced. Also,
Only when the output sum of the A / D converter becomes less than half of the full scale level, the gain of the amplifying part on the low side of the A / D converter is doubled. Will not be.

【0006】[0006]

【実施例】以下に、添付図を参照して本発明の一実施例
を説明する。基本的な構成は、図2に示した変位センサ
と同じであるため、図2と同一符号を付して説明を省略
する。図1より明かなように、位置検出素子PSDの2
つの増幅部103a,103bの各々に、演算部106
によって、利得制御される利得制御回路1,2が付加さ
れ、ADコンバータ3,4を個々に設けている点が異な
る。ここに、演算部106は、ADコンバータ3,4の
出力信号のレベル和がフルスケール値の半分以下になっ
たときには、2つのADコンバータ3,4のうち出力レ
ベルの小さい側の増幅部の利得が2倍になるように、2
つの利得制御回路1,2のうちの対応した利得制御回路
1または2の利得を2倍に設定する。このような本発明
の変位センサによれば、演算部106では、ADコンバ
ータ3,4の各々から出力された信号V1,V2に基づ
いて次式を算出して、変位量(ズレ)Zを求め、最後に
三角測距方法を用いて変位量Lを求めている。したがっ
て、このような変位センサによれば、例えば、増幅部の
利得がa,bとされ、そのときのADコンバータの出力
がV1a,V1bとなっているとき、V1a+V1b<
1/2VADF,V1a>V1bの条件を充せば、演算部
106では、出力の大きい方V1aの増幅部103aの
利得はそのまま保持して、出力の小さい方V1bの増幅
部103bの利得を2倍にするため、利得制御回路2に
制御信号を送出して増幅部103bの利得を2倍に制御
する。このとき増幅部103bに対応したADコンバー
タ4から出力される信号レベルをV1b’とすれば、演
算部106では、ずれ(変位)Zを、 によって算出し、この算出したZに基づいて被検物体ま
での変位量Lが換算され、測定されることになる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Since the basic configuration is the same as that of the displacement sensor shown in FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. As is clear from FIG. 1, the position detection element PSD 2
Each of the two amplifying units 103a and 103b has an arithmetic unit 106
The difference is that gain control circuits 1 and 2 for gain control are added, and AD converters 3 and 4 are individually provided. Here, when the sum of the levels of the output signals of the AD converters 3 and 4 becomes equal to or less than half of the full scale value, the arithmetic unit 106 determines the gain of the amplifying unit of the two AD converters 3 and 4 with the smaller output level. 2 so that
The gain of the corresponding gain control circuit 1 or 2 of the two gain control circuits 1 and 2 is set to double. According to such a displacement sensor of the present invention, the operation unit 106 calculates the following equation based on the signals V1 and V2 output from each of the AD converters 3 and 4, and obtains the displacement Z. Finally, the displacement L is obtained by using a triangulation method. Therefore, according to such a displacement sensor, for example, when the gain of the amplifying unit is a and b and the output of the AD converter at that time is V1a and V1b, V1a + V1b <
If the condition of 1/2 VADF, V1a> V1b is satisfied, the arithmetic unit 106 keeps the gain of the amplifier 103a of the larger output V1a as it is and doubles the gain of the amplifier 103b of the smaller output V1b. Therefore, a control signal is sent to the gain control circuit 2 to control the gain of the amplifying unit 103b to twice. At this time, if the signal level output from the AD converter 4 corresponding to the amplification unit 103b is V1b ', the calculation unit 106 calculates the shift (displacement) Z , And the displacement L to the test object is converted and measured based on the calculated Z.

【0007】[0007]

【発明の効果】本発明によれば、以上に説明したよう
に、位置検出素子の受光量が低下したときでも、分解能
を低下させることなく変位量を高い精度で測定すること
ができる。
According to the present invention, as described above, even when the amount of light received by the position detecting element decreases, the displacement can be measured with high accuracy without lowering the resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明変位センサの内部構成を示したブロック
図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a displacement sensor according to the present invention.

【図2】従来の変位センサの内部構成を示したブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a conventional displacement sensor.

【図3】(a)はV1,V2のADコンバータの出力関
係図であり、(b)は利得を増大させた場合のV1,V
2のADコンバータの出力関係図(波線はADコンバー
タの出力が飽和した状態を示している)。
FIG. 3A is a diagram showing the output relationship of V1 and V2 AD converters, and FIG. 3B is a diagram showing V1 and V2 when the gain is increased;
2 is an output relation diagram of the AD converter (a broken line indicates a state where the output of the AD converter is saturated).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

LD・・・レーザ発光素子 OB・・・被検物体 PSD・・・位置検出素子 I1,I2・・・位置信号 1,2・・・利得制御回路 3,4・・・ADコンバ−タ 106・・・演算部 LD: Laser light emitting element OB: Object to be detected PSD: Position detecting element I1, I2: Position signal 1, 2, Gain control circuit 3, 4, AD converter 106 ..Calculation units

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−158211(JP,A) 特開 平3−135714(JP,A) 特開 平2−247504(JP,A) 特開 平4−62403(JP,A) 特開 昭61−225606(JP,A) 特開 平5−52552(JP,A) 実開 昭64−15907(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-158211 (JP, A) JP-A-3-135714 (JP, A) JP-A-2-247504 (JP, A) JP-A-4-62403 (JP) JP-A-61-225606 (JP, A) JP-A-5-52552 (JP, A) JP-A-64-15907 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB G01C 3/00-3/32 G01B 11/00-11/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ発光素子によって発光されたレー
ザ光が、被検物体で反射され、その反射光を位置検出素
子で受け、この位置検出素子からの出力をADコンバ−
タでデジタル変換した後、演算部により演算して被検物
体までの変位距離を求めるレ−ザ変位計において、 上記位置検出素子から出る2つの信号を、それぞれ独立
して利得制御する2つの増幅部と、演算部からの制御信
号によって、これらの増幅部の利得を制御する利得制御
回路とを設け、演算部において、上記2つの増幅部から
出力された信号のデジタル変換された信号によってAD
コンバ−タの出力信号の和がフルスケ−ル値の半分以下
になったと判断したときには、上記利得制御回路に制御
信号を送出して、上記ADコンバ−タの出力レベルの小
さい側の増幅部の利得を2倍にアップさせる構成とした
レ−ザ変位計。
1. A laser light emitted by a laser light emitting element is reflected by an object to be measured, the reflected light is received by a position detecting element, and an output from the position detecting element is converted by an AD converter.
In a laser displacement meter which calculates a displacement distance to an object to be measured by performing an arithmetic operation by an arithmetic unit after digitally converting the two signals, two amplifiers for independently controlling gains of two signals output from the position detecting elements are provided. And a gain control circuit for controlling the gains of these amplifying units in accordance with a control signal from the arithmetic unit.
When it is determined that the sum of the output signals of the converter is less than half of the full scale value, a control signal is sent to the gain control circuit, and the output of the AD converter is set to the lower side of the amplifier. A laser displacement meter configured to double the gain.
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