JP4339290B2 - 変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物に光を照射し、反射してくる光を受けて三角測量を行う光センサーを有し、その光センサーで、光の反射点における対象物の表面の変位を測定する変位測定装置に関する。あるツール（機器）を用いた精密な作業を対象物に行う場合に、そのツールとそのツールが作用する対象物上の作用点との位置関係、或いは作用点の形状を測定しながら行うことがある。特に、本発明は、光センサーを前記ツールの一部又は全部を内挿できる構造にすることにより、簡単な構成で測定とツールによる作業を行えるようにした技術に係る。

従来、ツールによる作業と測定とをほぼ同時に行う技術として、特許文献１及び特許文献２のものがある。

特許文献１の技術は、ペースト塗布機であって、対象物とペーストを塗布するためのノズルとの距離関係を光センサーで測定しながら、適切な距離を保ちつつノズルによりペーストを塗布する技術であった。しかしながら、ノズルと光センサーの構造からして、ノズルが塗布する対象物上の位置（以下、「作用点」と言う。）と、光センサーが測定する対象物上の位置（以下、「測定点」という。）とは、大きく異なっていた。そのため、対象物上の作用点と測定点の間に、凸凹や傾斜があると、測定が正確にできなかった。

特許文献２の技術は、上記特許文献１の欠点を無くそうとするものであった。特許文献２の技術は、同じペースト塗布機であるが、光センサーの下にノズルを配置し、光センサーのサイドに配置したペースト収容部からノズルへ、Ｌ字型の導管によりペーストを移送させる構造を採用している。したがって、対象物上における、ノズルの作用点と光センサーの測定点とを近接させることができる。

特開平２−５２７４２号公報 特許２７０３７００号公報

しかしながら、特許文献２の塗布剤であるペーストをＬ型に配管する構造であることから、ペーストの流れが悪くなることが考えられる（流れが悪くなることで、適切な流れになるという考え方もある。）。また、配管構造が長く、かつ複雑になればなるほど、流量の調整が複雑になる問題がある。

さらに、塗布機に限らず、作用点にドリルにより溝をきりその溝の深さを制御したいという場合、或いは、細かいパターンの高さを測定すると共に小型カメラで視認したいという場合、等は、そのまま特許文献２の技術を利用できない。

本発明の目的は、精密作業する機器（上記例の塗布機）の作用部材（上記例のノズル）による作用方向（上記例の、ノズルが塗布する塗布剤の流れ方向）の直線上に作用点があり、かつ光センサーの測定点があるように構成できる技術を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、対象物へ光を出射する投光部（１）と前記対象物の測定点からの反射光を受光する受光部（２）とを備え、三角測量を行う変位測定装置において、前記投光部を収容する第１の収容ケース（３）と、前記受光部を収容する第２の収容ケース（４）と、一方を前記第１の収容ケースに他方を前記第２の収容ケースに固着され、前記第１の収容ケースと前記第２の収容ケースとを前記投光部から出射された光を受けた前記測定点から正反射する反射光を前記受光部が受光できる位置に固定する結合部材（５）とを備え、前記第１の収容ケース、前記第２の収容ケース及び前記結合部材は、前記第１の収容ケース及び前記第２の収容ケースを間にして前記対象物と反対方向から前記測定点を臨める空間（６）を形成しており、さらに、前記空間は、前記対象物の反対側から前記対象物の前記測定点に対して直接又は間接に作用する機器の少なくとも一部（９）が進入可能にされ、前記結合部材は、前記対象物側とその反対側にだけあり、その中間における前記第１の収容ケースと前記第２の収容ケースの間には間隙が設けられており、前記間隙から前記機器の少なくとも一部を所定位置で位置決めするための係止手段が出し入れ可能にされている構成とした。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記対象物の反対側から、前記第１の収容ケース、前記第２の収容ケース及び前記結合部材を臨む断面形状は、前記空間を中にして略コの字又は略Ｕの字の形状を成して、一面が開放されている構成とした。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記作用する機器は、塗布剤を塗布する機器であり、前記機器の少なくとも一部は前記塗布剤を収容し前記対象物へ前記塗布剤を注入する注入部材（９）である構成とした。

本発明の構成によれば、第１の収容ケース、第２の収容ケース及び結合部材で囲われた空間は、対象物上の光の反射点、つまり測定点を上から臨める構成なので、その空間に、対象物に作用する機器の少なくとも一部（以下、作用部材と言う。特許文献２の例では、ペースト収容部材とノズルに相当する。）を測定点に作用するように挿入することにより、作用部材による作用方向の直線上に作用点があり、かつ光センサーによる測定点があるように構成できるので、ツールが塗布機であれば、塗布剤の流れをコントロールしやすいし、構造も簡単である。また、ドリルによる溝加工時の溝深さ制御、或いは小型カメラによる測定個所の撮影、等にも、利用できる。

本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は、本発明に係る変位測定装置の光センサー１００の実施形態の構造を示す図である。図１（Ａ）はその上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線（Ａ点）における断面を正面から見た断面図である。図２は、本発明に係る変位測定装置の光センサーを塗布機に適用したときの構造を示す図である。図３は、変位測定装置の全体の機能ブロックを示す図である。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示される光センサー１００において、筒型の第１の収容ケース３には、対象物の測定点へ投光ビームを所定角度で照射する投光部１が収容されている。同様に筒型の第２の収容ケース４には、対象物の測定点から正反射されてくる反射ビームを所定角度で受光するする受光部２が収容されている。これら第１の収容ケース３と第２の収容ケース４は、それぞれ、結合部材５の端部に固着されている。一体成形されていても良い。この結合部材５によって、第１の収容ケース３と第２の収容ケース４の距離を一定に保ち、強いては、上記正反射で光ビームを授受できる関係に、かつそれぞれに内装された投光部１と受光部２の光学的位置、距離を一定に関係づけている。つまり、三角測量の位置関係を確立させている。正反射とは、測定点（反射点）における対象物に法線を引いたとき、その法線に対する投光ビームの角度と、法線に対する反射ビームの角度が同じ場合を言う。第１の収容ケース３及び第２の収容ケース４は、外部からの光の漏洩がないように密閉されているが、第１の収容ケース３の一部（底部）には、第２の収容ケース４の方向に所定角度で投光される投光ビームを通すための開口が、第２の収容ケース４の一部（底部）には、対象物の測定点から正反射されてくる反射ビームを通す開口が、設けられている。

図１（Ｂ）は光センサー１００を正面から見た図（断面図）で、それを上からみた上面図が図１（Ａ）である。その上面から見た光センサー１００は、結合部材５が第１の収容ケース３及び第２の収容ケース４のそれぞれの同じ方向の端を結ぶように結合されており、全体として、空間６を抱くように、かつ一面に開口７を有するコの字状に構成されている。その空間６には、下の対象物上の測定点（後記する作用点でもある。）が臨めるようにするためのものである。実際には、後記する注入部材９が挿入可能にされ、かつ測定点において注入部材９による注入の作用が、直線上にかつ直接的に行えるようにするための空間である。特に、第１の収容ケース３、結合部材５、及び第２の収容ケース４が成す内周側の形状（つまり、空間の外周）は、作りやすいのがコの字状であるがそれに限定するものではなく、Ｕ字状又はＣ字状であっても良いし、空間６に挿入されるツールの形状に合わせた形状であっても良い。要は、第１の収容ケース３と第２の収容ケース４との間の距離が固定され、かつその間に測定点を臨む空間６があれば良い。また、開口７のない筒型でも良いが、開口７があった方が、作用点（測定点）が視認しやすい、光センサー１００に図２に示すような注入部材９を取り付ける際の作業がしやすい等の効果がある。

また、結合部材５は、対象物側とその反対側にだけあり、その中間における第１の収容ケース３と前記第２の収容ケース４の間には間隙５ａが設けられており、前記間隙５aから機器の少なくとも一部（例：後記する注入部材９）を所定位置で位置決めするための係止手段が出し入れ可能にされている構成とした。これは、後記する図２の場合は、係止部８が第１の収容ケース３と前記第２の収容ケース４に固着して設けられているが、図１の場合は、この係止部の代わりになる係止手段（不図示）が、上記の間隙５ａから出し入れできるようにしたものである。これは、例えば、注入部材９を交換するとき、光センサー１００は、そのままにし、係止手段ごと注入部材９を外して交換できるようにするためである。

次に光センサー１００の動作・構成の概要を図１により説明する。
光源１Ａは、例えば、レーザダイオードであり、光源駆動部１Ｅから電源を供給されて光ビームを出射する。コリメータレンズ１は、光源１Ａからの光ビームを平行光にしてミラー１Ｃへ送って反射させ、集光レンズ１Ｄへ送る。集光レンズ１Ｄは、空間６の方向に、かつ対象物の測定点へ投光ビームを照射させる。ミラー１Ｃは、第１の収容ケース３内の狭い空間で必要な光路長を確保するためのものである。

測定点から正反射された反射ビームは、結像レンズ２Ａにより絞られてミラー２Ｂを介して、受光素子であり位置変位センサであるＰＳＤ２Ｃへ送られる。ミラー２Ｂは、第２の収容ケース４内の狭い空間で倍率を稼ぐのに必要な光路長を確保するためのものである。ＰＳＤ２は、測定点の高さが変われば正反射の角度も変わるので、その正反射の角度に対応して、例えば、図２に示すポイントＰ１、Ｐ２又はＰ３のように異なった位置で、受光することにより、測定点の高さ方向の変位に応じた信号を出力する。変位測定の原理的なものは、詳細の動作説明は省くが、同一出願人が出願している特開平３−２６４８０４号公報や特開平３−２９１５１２号公報のものがある。受光回路２Ｄは、ＰＳＤ２Ｃの出力を増幅し、デジタルの変位データに変換している。

図２は、図１の実施形態を塗布機へ適用した例である。図２の光センサー１０１の空間６の上部から塗布機の一部である注入部材９を挿入し、係止部８で取り付け部材１０で固定している。係止部８は、第１の収容ケース及び第２の収容ケースから空間６側へ飛び出している段部の形状であるが、それでも、上部からは測定点が（作用点）が臨めるようにされている。そして、注入部材９の先端のノズル９ａが作用点近くへ配置される。注入剤（塗布剤）は、塗布機から蓋部９ｂを介して注入部材へ導入される。

光センサー１０１又はノズル９ａと測定点間の距離は、光センサー１０１からの変位データを基に、図３に示す演算処理部２００で演算して求められる。

演算処理部２００は、予め光センサー１０１の基準面と対象物上のある基準点との距離を実測した値を記憶し、かつその基準点おいて光センサー１０１が出力する変位データを記憶し、距離の値として実測値を表示部３００を介して表示させる（校正終了）。
次に、次式により光センサー１０１の基準面と測定点との距離Ｌ１を求めて表示部３００へ表示させる。
Ｌ１＝実測値±（基準点における変位データ−測定点における変位データ）
ノズル９ａの先端と測定点との距離Ｌ２は、ノズル９ａが基準面より飛び出している長さを距離Ｌ１から引くことにより、求められる。

上記説明した実施形態によれば、光センサー１０１を用いて求めたノズル９ａと作用点との距離を基に、適正な距離に設定、或いは維持することができる。しかも作用点と測定点は一致する構成であるから正確な高さに設定できる。また、注入部材９は作用点方向に直線的であるから、塗布剤の粘度にもよるが図２における塗布剤の流れは直線的であり、流量調整も容易である。

本実施形態の使い方として、図２のように対象物に作用するツール（機器）を塗布機で、その一部である作用部材を注入部材で説明したが、注入部材９の代わりに、ドリルを挿入して穴をあけたり、あるいは溝を切ったりする構成にし、光センサー１００で測定した距離をドリルと穴位置（溝位置）との距離を一定に保つのに利用し、あるいは、その穴や溝の深さを制御するのに用いることもできる。

同様に図２における注入部材９の代わりに対象物に描かれたパターン形状を撮影する小型カメラを挿入し、その小型カメラでパターンを観察しながら測定個所の位置を決め、光センサー１００で、そのパターンの高さを測定するのに用いても良い。

本発明に係る範囲測定装置の光センサーの実施形態の構造を示す図である。図１（Ａ）はその上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線（Ａ点）からみた断面図である。 本発明に係る範囲測定装置の光センサーを塗布機に適用したときの構造を示す図である。 図３は、変位測定装置の全体の機能ブロックを示す図である。

符号の説明

１ 投光部、 ２ 受光部、 ３ 第１の収容ケース、 ４ 第２の収容ケース、
５ 結合部材、 ６ 空間、 ７ 開口、 ８ 係止部、 ９ 注入部材、１００ 光センサー、２００ 演算処理部、３００ 表示部

Claims (3)

1. 対象物へ光を出射する投光部（１）と前記対象物の測定点からの反射光を受光する受光部（２）とを備え、三角測量を行う変位測定装置において、
   前記投光部を収容する第１の収容ケース（３）と、前記受光部を収容する第２の収容ケース（４）と、一方を前記第１の収容ケースに他方を前記第２の収容ケースに固着され、前記第１の収容ケースと前記第２の収容ケースとを前記投光部から出射された光を受けた前記測定点から正反射する反射光を前記受光部が受光できる位置に固定する結合部材（５）とを備え、前記第１の収容ケース、前記第２の収容ケース及び前記結合部材は、前記第１の収容ケース及び前記第２の収容ケースを間にして前記対象物と反対方向から前記測定点を臨める空間（６）を形成しており、さらに、前記空間は、前記対象物の反対側から前記対象物の前記測定点に対して直接又は間接に作用する機器の少なくとも一部（９）が進入可能にされ、前記結合部材は、前記対象物側とその反対側にだけあり、その中間における前記第１の収容ケースと前記第２の収容ケースの間には間隙が設けられており、前記間隙から前記機器の少なくとも一部を所定位置で位置決めするための係止手段が出し入れ可能にされていることを特徴とする変位測定装置。
2. 前記対象物の反対側から、前記第１の収容ケース、前記第２の収容ケース及び前記結合部材を臨む断面形状は、前記空間を中にして略コの字又は略Ｕの字の形状を成して、一面が開放されていることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
3. 前記作用する機器は、塗布剤を塗布する機器であり、前記機器の少なくとも一部は前記塗布剤を収容し前記対象物へ前記塗布剤を注入する注入部材（９）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位測定装置。

Images