JPH02176517A - Optical system position measuring device - Google Patents
Optical system position measuring deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
この発明は、半透明で透過性のある物体の位置や厚さを
非接触で測定する際に用いて好適の光学式位置測定装置
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] This invention relates to an optical position measuring device suitable for non-contact measurement of the position and thickness of a translucent and transparent object. It is.
[従来の技術]
第3図は例えば特公昭56−10561号公報に示され
た光学式位置測定装置のブロック図であり、図において
、1は被測定物、2は検出部、3は信号処理部である。[Prior Art] Fig. 3 is a block diagram of an optical position measuring device disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 56-10561, in which 1 is an object to be measured, 2 is a detection section, and 3 is a signal processing section. Department.
検出部2は、レンズ4a。The detection unit 2 includes a lens 4a.
4bと、被測定物1へ光ビームを照射するLED等の光
源5と、光電変換体からなるP S D (Posi−
tionSensitive Detector)と呼
ばれる光位置検出素子6とから構成されている。また、
信号処理部3は、光源5をパルス駆動する光源駆動回路
7と、光位置検出素子6両端からの出力電流Il+ 1
2をそれぞれ増幅する増幅器8a、8bと、後述する演
算処理を施すための減算器9.加算器10.サンプルホ
ールド回路11a、llbおよび除算器12とから構成
されている。4b, a light source 5 such as an LED that irradiates a light beam onto the object to be measured 1, and a photoelectric converter.
It is composed of an optical position detection element 6 called an optical position detection element 6. Also,
The signal processing unit 3 includes a light source drive circuit 7 that pulse-drives the light source 5 and an output current Il+1 from both ends of the optical position detection element 6.
amplifiers 8a and 8b for respectively amplifying .2, and a subtracter 9. for performing arithmetic processing to be described later. Adder 10. It is composed of sample and hold circuits 11a, llb, and a divider 12.
次に動作について説明する。光源5は、駆動回路7から
のパルスによってパルス駆動され、適当な時間間隔ごと
に点灯/消灯を繰り返して光を発生する。光源5から出
射された光ビームは、レンズ4aにて集束され、被測定
物1の表面上にこの表面に対して垂直に投射される。こ
のとき、被測定物1の表面が理想的な鏡面以外の一般の
物体表面であれば、投射された光は散乱を起し、種々の
角度から、反射散乱光による明るい光のスポット、即ち
光点を観測することができる。Next, the operation will be explained. The light source 5 is driven by pulses from the drive circuit 7, and repeatedly turns on and off at appropriate time intervals to generate light. The light beam emitted from the light source 5 is focused by the lens 4a and projected onto the surface of the object to be measured 1 perpendicularly to the surface. At this time, if the surface of the object to be measured 1 is a general object surface other than an ideal mirror surface, the projected light will be scattered, and from various angles, a bright spot of light due to reflected and scattered light, that is, a light Points can be observed.
検出部3においては、レンズ4aを通して出射される照
射ビームと所定の角度θをなす光軸上に。In the detection unit 3, the light beam is placed on the optical axis forming a predetermined angle θ with the irradiation beam emitted through the lens 4a.
もう1つのレンズ4bが設置されており、前述した光点
の像が、レンズ4bにより光位置検出素子6の受光面上
に結像される。そして、光位置検出素子6は、受光する
と光電変換を行ない、光点の結像位置に応じてその両端
から2つの電流i工。Another lens 4b is installed, and the image of the above-mentioned light spot is formed on the light receiving surface of the optical position detection element 6 by the lens 4b. When the optical position detection element 6 receives light, it performs photoelectric conversion and generates two currents from both ends depending on the imaging position of the light spot.
12を出力する。これらの電流x1t 12をそれぞれ
増幅器8a、8bで増幅した後、減算器9および加算器
9によって、それぞれ(xt 12)および(i工+
iz)に比例した信号を取り出し、それぞれサンプルホ
ールド回路11a、llbに入力する。Outputs 12. After these currents x1t 12 are amplified by amplifiers 8a and 8b, they are converted to (xt 12) and (i +
iz) are taken out and input to sample and hold circuits 11a and llb, respectively.
サンプルホールド回路11a、llbは、光源駆動回路
7からの駆動パルスに同期して入力信号をサンプリング
し、パルス波形の受光信号は直流信号に変換されて出力
される。そして、除算器12によって、(il−i、)
/(iよ+12)が)寅算・出力され、光位置検出素子
6の受光面上に結像されたスポット光の光量重心位置に
比例した信号が得られ、この信号に基づき、光学式三角
測量法により被測定物1の位置が演算・測定される。The sample and hold circuits 11a and llb sample the input signal in synchronization with the drive pulse from the light source drive circuit 7, and the pulse waveform light reception signal is converted into a DC signal and output. Then, by the divider 12, (il-i,)
/(i + 12)) is calculated and output, and a signal proportional to the light intensity gravity center position of the spot light imaged on the light receiving surface of the optical position detection element 6 is obtained. Based on this signal, the optical triangular The position of the object to be measured 1 is calculated and measured using the surveying method.
[発明が解決しようとする課題]
従来の光学式位置測定装置は以上のように構成されてい
るので、以下のような課題があった。[Problems to be Solved by the Invention] Since the conventional optical position measuring device is configured as described above, it has the following problems.
被測定物1が半透明で透光性のものである場合には、第
4図に示すように、被測定物1の表面からの反射光成分
13aの他に、第4図では例として2本の反射光線13
b、13cを示したように、被測定物1の内部に浸透し
た光からの反射光も同様に光位置検出素子6に入射され
ることになる。When the object to be measured 1 is translucent and translucent, as shown in FIG. 4, in addition to the reflected light component 13a from the surface of the object to be measured 1, as shown in FIG. book reflected rays 13
As shown in FIGS. b and 13c, the reflected light from the light that has penetrated into the inside of the object to be measured 1 is also incident on the optical position detection element 6.
このような被測定物1からの反射光全体の重心位置は、
表面位置よりも被測定物1内部に入り込んだ位置に移動
してしまい、測定位置に誤差が含まれることになる。The center of gravity of the entire reflected light from the object to be measured 1 is:
It moves to a position deeper inside the object to be measured 1 than the surface position, and an error is included in the measurement position.
つまり、光位置検出素子6は、前述のように受光した光
全体の重心位置を電気信号に変換するものであるため、
この場合の出力信号は、被測定物1の表面位置(測定す
べき位置)よりも被測定物1内部に入り込んだ位置に対
応したものとなる。従って、半透明で透光性の被測定物
の位置を測定した場合には、真の位置に対して遠方にあ
るかのごとき測定結果が得られる。In other words, since the optical position detection element 6 converts the center of gravity position of the entire received light into an electrical signal as described above,
In this case, the output signal corresponds to the position inside the object to be measured 1 rather than the surface position of the object to be measured (the position to be measured). Therefore, when measuring the position of a translucent and light-transmitting object to be measured, a measurement result that appears as if the object is far away from its true position can be obtained.
また、このような位置測定装置を2台使用し、被測定物
10両側から位置を測定して得られた値を加算すること
によって、被測定物1の厚さを測定する装置もあるが、
このような装置により半透明で透光性の被測定物の厚さ
を測定すると、前述と同様の理由により、両側からの位
置がいずれも遠方にあるかのごとき値になるため、測定
される厚さは実寸よりも薄い値になってしまう。There is also a device that measures the thickness of the object to be measured 1 by using two such position measuring devices and adding the values obtained by measuring the position from both sides of the object to be measured.
When measuring the thickness of a translucent and translucent object with such a device, for the same reason as mentioned above, the values from both sides will be as if they were far away. The thickness will be thinner than the actual size.
このようにして生じる測定誤差は、被測定物1内部での
光の透過率や反射率によって左右されるので、種類や性
質の異なる被測定物の位置を測定する場合、測定結果に
一定のオフセットとして加算処理するだけでは、真の表
面位置や厚さを測定できない。The measurement error that occurs in this way is affected by the transmittance and reflectance of light inside the object to be measured 1, so when measuring the position of objects of different types and properties, there will be a certain offset in the measurement result. It is not possible to measure the true surface position or thickness simply by adding the values as follows.
この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、半透明で透光性をもつ被測定物の位置や厚さを
正確に測定できるようにした光学式位置測定装置を得る
ことを目的とする。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and provides an optical position measuring device that can accurately measure the position and thickness of a translucent and translucent object. With the goal.
[課題を解決するための手段]
この発明に係る光学式位置測定装置は、被測定物が透光
性のものである場合に、光ビームに対する前記被測定物
の表面での反射率と、前記被測定物内部での反射率およ
び透過率と、前記被測定物の厚さとに基づいて、光量重
心位置を補正する補正演算部をそなえたものである。[Means for Solving the Problems] When the object to be measured is translucent, the optical position measuring device according to the present invention is capable of determining the reflectance of the surface of the object to the light beam and the The device is equipped with a correction calculating section that corrects the light quantity gravity center position based on the reflectance and transmittance inside the object to be measured and the thickness of the object to be measured.
[作 用]
この発明における光学式位置測定装置では、被測定物が
透光性のものである場合、光検出素子上における散乱光
の光量重心位置が、被測定物の表面での反射率、被測定
物内部での反射率および透過率、被測定物の厚さに基づ
いて補正演算部により補正され、透光性材質の影響を受
けてない真の光量重心位置が測定される。[Function] In the optical position measuring device according to the present invention, when the object to be measured is translucent, the center of gravity of the amount of scattered light on the photodetecting element is determined by the reflectance on the surface of the object to be measured, The correction is performed by the correction calculation unit based on the reflectance and transmittance inside the object to be measured and the thickness of the object to be measured, and the true center of gravity position of the light quantity that is not affected by the translucent material is measured.
[発明の実施例]
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例による光学式位置測定装置を示
すブロック図であり、図中、既述の符号と同一の符号は
同一部分を示しているので、その説明は省略する。[Embodiment of the Invention] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1st
The figure is a block diagram showing an optical position measuring device according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those already described indicate the same parts, and the explanation thereof will be omitted.
第1図において、LAは半透明で透過性のある被測定物
であり、ここで、この被測定物IAの表面での反射係数
(反射率)at被測定物IA内部で反射する量に関する
係数(反射率)b、被測定物IA内部での単位長さあた
りの減衰定数(透過率)itおよび被測定物IAの厚さ
X、は既知のものであるとする。そして、14はこれら
の係数等a / b 。In FIG. 1, LA is a translucent and transparent object to be measured, and here, the reflection coefficient (reflectance) on the surface of the object IA is the coefficient related to the amount of reflection inside the object IA. It is assumed that (reflectance) b, attenuation constant (transmittance) it per unit length inside the object to be measured IA, and thickness X of the object to be measured IA are known. And 14 are these coefficients a/b etc.
εおよびxoを入力するためのキーボード等の数値入力
装置、15は演算装置であり、この演算装置15は、信
号処理部3からの光量重心位置に比例した信号から実際
の光量重心位置(見掛けの重心位置)を算出するととも
に、数値入力装置14から入力された諸値に基づいて後
述する演算式により見掛けの光量重心位置を補正する補
正演算部としての機能をもつものであって、CPUなど
を用いて構成されている。また、16は入力された諸値
a/b、aおよびxoを記憶するための記憶装置である
。Numerical input device such as a keyboard for inputting ε and xo, 15 is a calculation device, which calculates the actual light amount gravity position (apparent It has a function as a correction calculation unit that calculates the gravity center position) and also corrects the apparent light intensity gravity center position based on various values input from the numerical input device 14 using an arithmetic formula described later. It is configured using Further, 16 is a storage device for storing input values a/b, a, and xo.
次に、第2図により演算装置15にて行なわれる補正演
算処理について説明する。第2図において、10は光源
5からの光ビームの照射光量、11は被測定物IAの表
面により反射されてレンズ4bに到達する散乱光の光量
である。また、dixは被測定物IAの表面から深さX
の箇所の微小厚さ量dxなる層から反射されて最終的に
レンズ4bに到達する反射光の光量である。このとき、
11=a−10・・・(1)
= b−1o、 e−’(”tJg)” −(
2)という関係式が成立する。Next, the correction calculation process performed by the calculation device 15 will be explained with reference to FIG. In FIG. 2, 10 is the amount of irradiation of the light beam from the light source 5, and 11 is the amount of scattered light that is reflected by the surface of the object to be measured IA and reaches the lens 4b. In addition, dix is the depth X from the surface of the object to be measured IA
This is the amount of reflected light that is reflected from the layer with the minute thickness dx at the location and finally reaches the lens 4b. At this time,
11=a-10...(1) = b-1o, e-'("tJg)" -(
The relational expression 2) holds true.
そして、被測定物IAの深さx o (即ち被測定物I
Aの厚さ)までの範囲からの反射光全体の光量重心位置
を深さで表わしxgとすると、となり、(3)式に(1
)、(2)式を代入すれば、が得られる。このxgを見
掛は上の測定値が減算することによって被測定物IAの
表面の真の位置が求められる。この(4)式に基づ<x
g演算および得られたxgによる補正演算が演算装置1
5において行なわれる。Then, the depth x o of the object to be measured IA (i.e., the object to be measured I
If the center position of the light intensity of the entire reflected light from the range up to the thickness of
), and by substituting equation (2), we obtain. The true position of the surface of the object to be measured IA is obtained by subtracting the above measured value from the apparent value of xg. Based on this formula (4), <x
The g calculation and the correction calculation using the obtained xg are performed by the calculation device 1.
This will be done in 5.
このように、本実施例の装置によれば、被測定物IA内
部での反射光の影響を補正するので、位置を測定しよう
とする被測定物IAが透光性のものであっても、その表
面位置を正確に測定することができるのである。In this way, according to the apparatus of this embodiment, the influence of reflected light inside the object to be measured IA is corrected, so even if the object to be measured IA whose position is to be measured is translucent, The surface position can be measured accurately.
なお、上記実施例では、被測定物IAの厚さxoを既知
のものとしその表面位置を測定する場合について説明し
ているが、第1図と同様構成の装置を2台用いることに
より、次のようにして被測定物IAの厚さX。を測定す
ることもできる。In the above embodiment, the thickness xo of the object to be measured IA is known and the surface position is measured. However, by using two devices having the same configuration as in FIG. The thickness X of the object to be measured IA is determined as follows. can also be measured.
つまり、被測定物IAの両側から2台の装置を使ってx
gによる補正を行なわない表面位置測定(見掛けの位置
測定)を行なって、被測定物IAの両面位置を測定し被
測定物IAの見掛けの厚さX。′を測定し、この厚さX
。′を、(4)式におけるX。とじて用い(4)式によ
るxg値を求め、補正前の厚さ(見掛けの厚さ)x0′
に2台分のxg値つまり2xgを加算することにより、
正しい厚さ測定値を得ることができる。In other words, x
Surface position measurement (apparent position measurement) without correction by g is performed to measure the positions of both sides of the object IA, and the apparent thickness X of the object IA. ′, and this thickness
. ', X in equation (4). Find the xg value using formula (4), and calculate the thickness (apparent thickness) before correction x0'
By adding the xg value for two cars, that is, 2xg, to
Accurate thickness measurements can be obtained.
また、上記実施例では、透過係数や反射係数(a/b、
ε)をキーボード等の数値入力装置14から入力するよ
うにしているが、同一材質で厚さの異なるの被測定物を
少なくとも2つ以上用意し、xg補正前の測定値と、マ
イクロメータなどによる厚さ測定結果との差からそれぞ
れのサンプルに対するxgO値を実測値として求め、(
4)式に代入しa/ b 、εを未知数として連立方程
式を解き、a / b 、εの値を演算装置15にて演
算させ、記憶装置16に保存するように構成してもよい
。この場合、透過係数や反射係数(a/b、1)を予め
調べる必要がなくなる。In addition, in the above embodiment, the transmission coefficient and reflection coefficient (a/b,
ε) is entered from a numerical input device 14 such as a keyboard, but at least two objects to be measured of the same material and different thickness are prepared, and the measured value before xg correction and the measured value by a micrometer etc. are input. The xgO value for each sample is determined as an actual value from the difference with the thickness measurement result, and (
4) It may be configured such that the simultaneous equations are solved by substituting a/b and ε into the equations, and the values of a/b and ε are calculated by the arithmetic unit 15 and stored in the storage device 16. In this case, there is no need to check the transmission coefficient and reflection coefficient (a/b, 1) in advance.
[発明の効果コ
以上のように、この発明によれば、被測定物が透光性の
ものである場合、光検出素子上における散乱光の光量重
心位置を、被測定物の表面での反射率、被測定物内部で
の反射率および透過率、被測定物の厚さに基づいて補正
演算部により補正し、被測定物内部での反射光の影響を
補正するように構成したので、透光性をもつ被測定物の
位置や厚さを正確に測定できる効果がある。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, when the object to be measured is translucent, the center of gravity of the amount of scattered light on the photodetecting element is determined by the reflection on the surface of the object. The correction calculation unit performs correction based on the reflectance and transmittance inside the object to be measured, the thickness of the object to be measured, and the influence of reflected light inside the object to be measured is corrected. This has the effect of accurately measuring the position and thickness of a photosensitive object.
第1図はこの発明の一実施例による光学式位置測定装置
を示すブロック図、第2図は上記実施例装置の動作を説
明するための図、第3図は従来の光学式位置測定装置を
示すブロック図、第4図は上記従来装置の動作を説明す
るための図である。
図において、IA・・・−被測定物、3・−信号処理部
、5・・−光源、6−・・光位置検出素子、15−・・
演算装置(補正演算部)。
なお、図中、同一の符号は同一、又は相当部分を示して
いる。Fig. 1 is a block diagram showing an optical position measuring device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram for explaining the operation of the above embodiment device, and Fig. 3 is a diagram showing a conventional optical position measuring device. The block diagram shown in FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the above-mentioned conventional device. In the figure, IA...-object to be measured, 3--signal processing section, 5--light source, 6--optical position detection element, 15--
Arithmetic device (correction arithmetic unit). In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
前記被測定物からの散乱光を所定角度で受光する光位置
検出素子とをそなえ、前記光位置検出素子の受光面上で
結像した前記散乱光の光量重心位置に基づき前記被測定
物の位置を三角測量法により測定する光学式位置測定装
置において、前記被測定物が透光性のものである場合に
、前記光ビームに対する前記被測定物の表面での反射率
と、前記被測定物内部での反射率および透過率と、前記
被測定物の厚さとに基づいて、前記光量重心位置を補正
する補正演算部がそなえられたことを特徴とする光学式
位置測定装置。A light source that irradiates a light beam onto an object to be measured, and an optical position detection element that receives scattered light of the light beam from the object to be measured at a predetermined angle, and forms an image on the light receiving surface of the optical position detection element. In an optical position measuring device that measures the position of the object to be measured by triangulation based on the light amount and gravity center position of the scattered light, when the object to be measured is translucent, A correction calculation unit is provided for correcting the light amount gravity center position based on the reflectance on the surface of the object to be measured, the reflectance and transmittance inside the object to be measured, and the thickness of the object to be measured. An optical position measuring device characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33224588A JPH02176517A (en) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | Optical system position measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33224588A JPH02176517A (en) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | Optical system position measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02176517A true JPH02176517A (en) | 1990-07-09 |
Family
ID=18252795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33224588A Pending JPH02176517A (en) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | Optical system position measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02176517A (en) |
-
1988
- 1988-12-28 JP JP33224588A patent/JPH02176517A/en active Pending
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