JPH0331367B2 - - Google Patents

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JPH0331367B2
JPH0331367B2 JP58166320A JP16632083A JPH0331367B2 JP H0331367 B2 JPH0331367 B2 JP H0331367B2 JP 58166320 A JP58166320 A JP 58166320A JP 16632083 A JP16632083 A JP 16632083A JP H0331367 B2 JPH0331367 B2 JP H0331367B2
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JP
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scanning
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reflected light
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measurement target
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JP58166320A
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JPS6057202A (ja
Inventor
Junpei Okada
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Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
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Publication of JPS6057202A publication Critical patent/JPS6057202A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、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を非接触で測定する
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式方式を利用したも
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てい
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
して検出され受光量lの変化から、測定対象面1
0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12
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、変位の分離能
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
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、位
置検出素子24上における反射光の明部のエツジ
位置を正確に測定する必要があり、反射光故にエ
ツジ位置がぼやけているため、高精度の測定が困
難であ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、基準位置を走査され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1
0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3
8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。
【発明が解決しようとする課題】
この方式は、前記散乱光点のポイント計測方式
に比べて、投射ビームの反射位置は比較的正確に
検出できるが、投射ビームの走査角度θを、基準
位置からの経過時間で求めるようにしているた
め、回転ミラー32が完全に等速走査されていな
い通常の場合には、高精度の測定が困難であると
いう問題点を有していた。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、走査ビームの位置を容易に且つ確
実に検出することができ、従つて、回転走査手段
の等速性に問題がある場合でも、高精度の測定を
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。
【課題を達成するための手段】
本発明は、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回転走査するた
めの回転走査手段と、該回転走査手段により扇状
に回転走査される光ビームの走査位置を、その有
効走査範囲の略全域にわたつて略連続的に高精度
で直接検出するための走査位置検出手段と、前記
回転走査ビームの一部を測定対象面に照射するた
めのハーフミラート、該ハーフミラーを介して測
定対象面に照射された回転走査ビームの、該測定
対象面による反射光のうち、回転走査ビーム照射
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、該反射光
検出素子の出力信号が発生した時に前記走査位置
検出手段で検出されたビーム走査位置から、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。 又、本発明の実施態様は、前記走査位置検出手
段を、回転走査ビームを互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の位置を
検出するための位置検出素子とから構成して、走
査ビームの位置を高精度に測定できるようにした
ものである。
【作用】
本発明においては、回転走査ビームの走査位置
を検出するための走査位置検出手段を設け、反射
光検出素子が出力信号を発生した時に該走査位置
検出手段で検出されたビーム走査位置から、測定
対象面の測定方向変位を求めるようにしたので、
走査ビームの位置を容易に且つ正確に検出するこ
とができる。従つて、回転走査手段の等速性に問
題がある場合でも、ビーム走査位置と直接対応す
る測定対象面の変位を正確に求めることができ
る。
【実施例】
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に
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40から発
生されたスポツト状のレーザビーム41を回転走
査するための回転ミラー42と、該回転ミラー4
2により扇状に回転走査されるレーザビーム44
の走査位置を検出するための、回転走査ビーム4
4を互に平行な走査ビーム48とするためのコリ
メータレンズ46及び該コリメータレンズ46に
よつて形成された平行走査ビーム48の位置を検
出するための位置検出素子50から構成される走
査位置検出器45と、前記回転走査ビーム44の
一部を測定対象面10に照射するためのハーフミ
ラー52と、該ハーフミラー52を介して測定対
象面10に照射された回転走査ビーム44の、該
測定対象面10により反射光のうち、回転走査ビ
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縦スリツト5
4と、該2重スリツト54を通過した反射光を有
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56と、該反射光検出素子
56の出力信号が発生した時に前記走査位置検出
器45で検出されたビーム走査位置から、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58と、から構成されている。 前記位置検出素子50としては、結像光点がセ
ンサ上のどの位置にあるかに従い、流れる光電流
が抵抗比例分割され、位置に対応した信号電圧を
出力するものや、又は、10〜28μm間隔に512〜
1024個の光電素子が規則的に配列され、感光した
素子番号を求めることにより、位置を検出するイ
メージセンサを用いることができる。 前記変位検出回路58内には、前記回転走査ビ
ーム44の走査角度θと測定対象面10の変位量
xとの非線形性を補償するための曲線が予め記憶
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で発生されたレー
ザビーム41は、回転ミラー42で回転走査ビー
ム44とされる。この回転走査ビーム44の一部
は、ハーフミラー52によつて反射され、測定対
象面10に照射される。回転走査ビーム44の測
定対象面10上の小差位置が、2重スリツトの入
射方向、即ち測定方向と一致すると、反射光検出
素子56から出力信号が発生する。従つて、前記
変位検出回路58は、その時の前記位置検出素子
50で検出される走査位置を求め、これから測定
対象面10の上下方向変位量xを算出して、出力
する。 前記反射光検出素子56で反射光が入射したこ
とを検出するに際しては、例えば、素子の受光要
素を反射光が移動する方向で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、両者を差演算した信号
と基準電圧とを比較することによつて、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4
4を容易に得ることができる。尚、回転走査手段
は、これに限定されない。 又、本実施例においては、走査位置検出器45
を、コリメータレンズ46と位置検出素子50か
ら構成し、コリメータレンズ46によつて平行化
された走査ビーム48を位置検出素子50に入射
するようにしているので、走査位置の検出精度が
高い。尚、コリメータレンズ46を省略して、構
成を単純化することも可能である。 前記実施例においては、ハーフミラー52を透
過した光を走査位置検出器45に入射し、ハーフ
ミラー52によつて反射された光を測定対象面1
0に照射するようにしていたが、逆に、ハーフミ
ラー52を通過した光を測定対象面10に照射
し、ハーフミラー52によつて反射された光を走
査位置検出器45に入力するように構成すること
も可能である。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、測定対象
面上で反射光が発生した際のビーム走査位置を容
易に且つ確実に検出することができる。従つて、
回転走査手段の等速性か満足されない場合であつ
ても、高精度の測定を行うことができる。又、照
射光のビーム走査位置を検出するようにしている
ので、反射光のビーム走査位置を検出する場合に
比べて、ビーム走査位置を高精度に検出すること
ができる等の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、従来の光学式表面変位検
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表
面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表
面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、本発明に係る光学
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……回転走査ビーム、45……走査位置
検出器、46……コリメータレンズ、48……平
行走査ビーム、50……位置検出素子、52……
ハーフミラー、54……スリツト、56……反射
光検出素子、58……変位検出回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 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
    の光ビームを回転走査するための回転走査手段
    と、該回転走査手段により扇状に回転走査される
    光ビームの走査位置を、その有効走査範囲の略全
    域にわたつて略連続的に高精度で直接検出するた
    めの走査位置検出手段と、 前記回転走査ビームの一部を測定対象面に照射
    するためのハーフミラーと、 該ハーフミラーを介して測定対象面に照射され
    た回転走査ビームの、該測定対象面による反射光
    のうち、回転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、 該反射光検出素子の出力信号が発生した時に前
    記走査位置検出手段で検出されたビーム走査位置
    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。 2 前記走査位置検出手段が、回転走査ビームを
    互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
    平行走査ビームの位置を検出するための位置検出
    素子とから構成されている特許請求の範囲第1項
    記載の光学式表面変位検出装置。
JP16632083A 1983-09-09 1983-09-09 光学式表面変位検出装置 Granted JPS6057202A (ja)

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JP16632083A JPS6057202A (ja) 1983-09-09 1983-09-09 光学式表面変位検出装置

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JP16632083A JPS6057202A (ja) 1983-09-09 1983-09-09 光学式表面変位検出装置

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Publication Number Publication Date
JPS6057202A JPS6057202A (ja) 1985-04-03
JPH0331367B2 true JPH0331367B2 (ja) 1991-05-02

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ID=15829163

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JP16632083A Granted JPS6057202A (ja) 1983-09-09 1983-09-09 光学式表面変位検出装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100817801B1 (ko) * 2000-08-03 2008-03-31 소니 가부시끼 가이샤 고체 촬상 장치 및 카메라 시스템

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CN108981585A (zh) * 2017-06-01 2018-12-11 上海砺晟光电技术有限公司 可精确测量曲面目标位移的激光位移传感器

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JPS5267661A (en) * 1975-12-02 1977-06-04 Seiko Instr & Electronics Ltd Range finding method of photoelectric type
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JPS6057202A (ja) 1985-04-03

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