JPH0318887Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【産業上の利用分野】 本考案は、光学式表面変位検出装置に係り、特
に、遠隔物体の厚さや変位等の非接触で測定する
ことができる光学式表面変位検出装置の改良に関
する。

【従来の技術】

産業界における生産の自動化、ロボツト導入等
に伴ない、計測のインプロセス化、高速度化、高
精度化が急速に要請されており、赤熱した鉄板の
圧延工程における厚さのインプロセス測定のよう
に、遠隔物体の厚さや変位等を非接触で測定でき
る表面変位検出装置の必要性も大となつている。 このような非接触式の表面変位検出装置として
は、被測定物体に投射した光の反射光や散乱光を
変位に関する信号とする光学的方式を利用したも
の、磁束変化、渦電流、容量変化等、電磁気的場
の効果を利用したもの、放射線の吸収度を利用し
たもの、超音波を利用したもの等が提案されるい
るが、被測定物体との設定距離を大きくとれると
いう点では、光学的方式を利用したもの（以下、
光学式表面変位検出装置と称する）が有利であ
る。 この光学式表面変位検出装置としては、例え
ば、第１図に示す如く、測定対象面１０に光束を
投射するための投射用光フアイバ１２と、該投射
用光フアイバ１２と隣接配置された受光用光フア
イバ１４とを備え、該受光用光フアイバ１４を介
して検出される受光量ｌの変化から、測定対象面
１０の上下方向変位量ｘを求めるようにした、い
わゆる反射光量のアナログ測定方式によるものが
提案されている。この方式においては、第２図に
示す如く、前記受光量ｌが、投光用光フアイバ１
２と受光用光フアイバ１４の有効受光共有面積Ｓ
の変化により、測定対象面１０の変位量ｘに応じ
て変化することを利用し、前記受光量ｌから変位
量ｘを求めるものである。この方式は、変位の分
解能に優れ、装置が小型化できるという特徴を有
するが、装置と測定対象面１０との設定距離ｚを
大きくとれないという問題点を有していた。 一方、装置と測定対象面間の設定距離を大きく
とれるものとしては、例えば第３図に示す如く、
光源２０と、該光源２０から測定対象面１０に照
射された光の、該測定対象面１０による反射光を
集光するためのレンズ２２と、該レンズ２２を通
過した光の結像位置を検出するための光学的位置
検出素子２４とを備え、投射光の測定対象面１０
での散乱光点を検出し、三角測量法に従つて測定
対象面１０の変位量ｘを演算するようにした、い
わゆる散乱光点のポイント計測方式によるものが
提案されている。この方式においては、第４図に
示す如く、変位点A₀，O₀，B₀の移動に伴ない、
レンズ２２による結像点が、位置検出素子２４上
で、A₁，O₁，B₁のように移動することを利用し、
ΔLA₁O₁又はΔLB₁O₁の未知量_{1 1}又は_{1 1}を
位置検出素子２４で求め、これから変位量ｘを求
めるものである。この方式は、前記反射光量のア
ナログ測定方式に比べて、測定対象面１０との設
定距離を大きくとれるという特徴を有するが、
ΔLO₀A₀とΔLO₁A₁、又は、ΔLB₀O₀とΔLO₁B₁が
それぞれ相似形でないため、変位量ｘの位置検出
素子２４上の像点移動量ｙとが線形関係になく、
例えば特表公57−500411に示されるような複雑な
補正が必要となるという問題点を有していた。 又、例えば第５図に示す如く、レーザビーム発
生器３０と、該レーザビーム発生器３０から発生
されたスポツト状のレーザビームを、等角速度で
回転走査するための回転ミラー３２と、該回転ミ
ラー３２によつて形成された回転走査ビーム３３
が、基準位置を走査したことを検出するための基
準光検出素子３４と、回転走査ビーム３３の測定
対象面１０による反射光のうち、測定対象面１０
と垂直な方向の反射光のみを通過させるスリツト
３６と、該スリツト３６を通過した反射光の有無
を検出するための反射光検出素子３８とを備え、
前記基準光検出素子３４と反射光検出素子３８の
出力信号の発生時間間隔、即ち、回転走査ビーム
３３の走査角度θから、測定対象面１０の上下方
向変位を求めるようにした、いわゆる、投射ビー
ム走査方式によるものも提案されている。

【考案が解決しようとする問題点】

この方式は、前記散乱光点のポイント計測方式
のような、三角形の非相似による誤差を生じるこ
とはないという特徴を有するが、回転走査ビーム
３３の走査角度θと変位量ｘの関係が光学的に非
線形となるため、複雑な補正が必要となるだけで
なく、回転ミラー３２と測定対象面１０間の距離
l₁，l₃等を計算する必要があるという問題点を有
していた。 本考案は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、回転走査ビームの走査角度の測定
対象面に変位量の関係を線形とすることができ、
従つて、精度の高い測定を簡単に行うことができ
る光学式表面変位検出装置を提供することを目的
とする。

【問題点を解決するための手段】

本考案は、光学式表面変位検出装置において、
光ビーム発生手段と、該光ビーム発生手段から発
生されたスポツト状の光ビームを、等角速度で回
転走査するための等角速度回転走査手段と、該等
角速度回転走査手段により扇状に回転走査される
光ビームを、互いに平行な走査ビームとするため
のコリメータレンズと、該コリメータレンズによ
つて形成した平行走査ビームが、基準位置を走査
されたことを検出するための基準光検出素子と、
前記コリメータレンズを介して測定対象面に照射
された平行走査ビームの、該測定対象面による反
射光のうち、平行走査ビーム照射方向とは異なる
設定方向の反射光のみを通過させるスリツトと、
該スリツトを通過した反射光の有無を検出するた
めの反射光検出素子と、前記基準光検出素子と反
射光検出素子の出力信号の発生時間間隔から、測
定対象面の設定方向変位を求める変位検出回路と
を備えることにより、前記目的を達成したもので
ある。

【作用】

本考案においては、等角速度回転走査手段と測
定対象面の間にコリメータレンズを設け、該コリ
メータレンズにより回転走査光ビームを平行走査
ビームに変換した後、測定対象面上に投射するよ
うにしたので、回転走査ビームの走査角度と測定
対象面の変位量の間に光学的に線形な関係が成立
し、複雑な補正を行う必要がなくなる。

【実施例】

以下図面を参照して、本考案の実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、第６図に示す如く、レーザビーム
発生器４０と、該レーザビーム発生器１４から発
生されたスポツト状のレーザビーム４１を、等角
速度で回転走査するための回転ミラー４２と、該
回転ミラー４２により扇状に回転走査されるレー
ザビームを、互いに平行な走査ビーム４６とする
ためのコリメータレンズ４４と、該コリメータレ
ンズ４４によつて形成された平行走査ビーム４６
が、基準位置を走査したことを検出するための、
例えばフオトダイオードからなる基準光検出素子
４８と、前記コリメータレンズ４４を介して測定
対象面１０に照射された平行走査ビーム４６の、
該測定対象面１０による反射光のうち、平行走査
ビーム照射方向とは異なる設定方向、例えば図の
上下方向の反射光のみを通過させる２重スリツト
５０と、該２重スリツト５０を通過した反射光の
有無を検出するための、例えばフオトダイオード
からなる反射光検出素子５２と、前記基準光検出
素子４８の反射光検出素子５２の出力信号の発生
時間間隔から、測定対象面１０の上下方向変位量
ｘを求める変位検出回路５４とから構成されてい
る。 以下、実施例の作用を説明する。 前記レーザビーム発生器４０から発生された、
断面がスポツト状のレーザビーム４１は、等角速
度で回転する回転ミラー４２に照射され、該回転
ミラー４２により、扇状に回転走査される。この
回転走査ビームは、更に、コリメータレンズ４４
によつて、互に平行な走査ビーム４６とされた
後、測定対象面１０に照射される。平行走査ビー
ム４６の測定対象面１０上の照射位置が、２重ス
リツト５０の入射方向、即ち測定方向と一致する
と、反射光検出素子５２から出力信号が発生す
る。一方、基準光検出素子４８は、平行走査ビー
ム４６の基準位置、例えば走査開始位置に設けら
れており、各走査の開始毎に出力信号を発生して
いる。従つて、前記変位検出回路５４は、基準光
検出素子４８と反射光検出素子５２の出力信号の
発生時間間隔、即ち、回転走査ビームの走査角度
θを求め、これから、測定対象面１０の上下方向
変位量ｘを求めて、出力する。 なお、前記基準光検出素子４８や反射光検出素
子５２で、平行走査ビーム４６や反射光が入射し
たことを検出するに際しては、例えば、各素子の
受光要素をビームや反射光が進む方向で２分割し
て形成し、各受光要素からの出力信号を各々微分
し、次いで一方の微分波形を反転し、両者を差演
算して得た信号と基準電圧とを比較するようにし
て、検出精度を高めることができる。 本実施例においては、回転走査ビームの走査角
度θと測定対象面１０の変位量ｘの関係が線形で
あり、しかも、回転走査ビームは等角速度で走査
されているので、測定対象面１０が図の上下方向
に変位すると、基準光検出素子４８と反射光検出
素子５２の出力信号の発生時間間隔がこれに直線
的に比例して変化する。従つて、測定対象面１０
に上下方向変位を、容易に、且つ正確に求めるこ
とができる。 本実施例においては、回転走査手段として回転
ミラー４２を用いているので、回転走査ビームを
容易に得ることができる。なお、回転走査手段
は、これに限定されない。

【考案の効果】

以上説明した通り、本考案によれば、回転走査
ビームの走査角度と測定対象面の変位量に関係を
線形とすることができ、従つて、測定対象面の変
位量を容易に且つ正確に求めることができるとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来の光学式変位検出装
置の一例の構成及び原理を説明するための線図、
第３図及び第４図は、同じく従来の光学式変位検
出装置の他の例の構成及び原理を説明するための
線図、第５図は、同じく従来の光学式変位検出装
置の更に他の例の構成及び原理を説明するための
線図、第６図は、本考案に係る光学式表面変位検
出装置の実施例の構成を示す線図である。 １０……測定対象面、４０……レーザビーム発
生器、４１……レーザビーム、４２……回転ミラ
ー、４４……コリメータレンズ、４６……平行走
査ビーム、４８……基準光検出素子、５０……２
重スリツト、５２……反射光検出素子、５４……
変位検出回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 光ビーム発生手段と、 該光ビーム発生手段から発生されたスポツト状
   の光ビームを、等角速度で回転走査するための等
   角速度回転走査手段と、 該等角速度回転走査手段により扇状に回転走査
   される光ビームを、互いに平行な走査ビームとす
   るためのコリメータレンズと、 該コリメータレンズによつて形成された平行走
   査ビームが、基準位置を走査したことを検出する
   ための基準光検出素子と、 前記コリメータレンズを介して測定対象面に照
   射された平行走査ビームの、該測定対象面による
   反射光のうち、平行走査ビーム照射方向とは異な
   る設定方向の反射光のみを通過させるスリツト
   と、 該スリツトを通過した反射光の有無を検出する
   ための反射光検出素子と、 前記基準光検出素子と反射光検出素子の出力信
   号の発生時間間隔から、測定対象面の設定方向変
   位を求める変位検出回路と、 を備えたことを特徴とする光学式表面変位検出装
   置。