JPH0511241B2 - - Google Patents

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JPH0511241B2
JPH0511241B2 JP59235475A JP23547584A JPH0511241B2 JP H0511241 B2 JPH0511241 B2 JP H0511241B2 JP 59235475 A JP59235475 A JP 59235475A JP 23547584 A JP23547584 A JP 23547584A JP H0511241 B2 JPH0511241 B2 JP H0511241B2
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JP
Japan
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light
displacement
measured
distance
sinθ
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JP59235475A
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JPS61112902A (ja
Inventor
Juji Fujihira
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Keyence Corp
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Keyence Corp
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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
    • G01D5/28Mechanical 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 with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication
    • G01D5/30Mechanical 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 with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication the beams of light being detected by photocells

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

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、測定対象物の変位および距離測定
を行うための非接触変位測定装置に係り、特に測
定対象物の変位と変位出力のリニアリテイ改善を
行わしめる非接触変位測定装置に関する。
(ロ) 従来技術 一般に測定対象物の変位および距離測定を行う
ものとして、例えば第4図のブロツク図に示す如
く非接触変位測定装置が知られている。ここで、
同図を参照して従来例を以下説明すると共に、そ
の問題点を指摘する。
まず、送光回路1から射出した光を送光レンズ
2を通して測定対象物3に当て、この測定対象物
3にて反射された光は受光レンズ4にて結像さ
れ、この結像光が受光素子5の任意の位置を照射
する。このとき素子5の中央からΔLだけ変位し
たところが照射された場合、次式が成り立つ(第
3図a参照)。
(L+ΔL)1=(L−ΔL)2 12ppは全光電流〕 … そして、受光素子5から12なる二つの光
電流を出力したものを電流−電圧変換回路6a,
6bにより、 V1=−Rf・1 V2=−Rf・2 … が得られる。
,式より V1=−Rf/2L・(L−ΔL)p V2=−Rf/2L・(L+ΔL)p … となる。
次いで減算回路6で求めた値を、加算回路7で
求めた値にて除算回路8でもつて除算すれば、 V1−V2/V1+V2=−ΔL/L∝〓ΔLとなる。
V1−V2/V1+V2を求めることにより反射光の照射点の 変位に比例した変位出力を得ることができる。
しかして、測定対象物3の変位Δxと受光素子
5上の照射点の変位ΔLとでは第3図bより次の
関係がある。
ΔL=Δx・Sy sinθ/Sx−Δx cosθ … 式より測定対象物3の変位Δxと受光素子5
上のΔLとは比例しなくなる。つまりリニアリテ
イ(直線性)がないということとなる。
従つて、上記構成の非接触変位測定装置によつ
て得られた変位出力を、別途設けた補正回路でも
つてリニアリテイの補正をしなければならないと
いう問題がある。
(ハ) 目的 この発明は、上記問題点を解決するためになさ
れたもので補正回路等を必要とせず、測定対象物
の変位と変位出力とのリニアリテイ改善を容易に
行わしめることのできる非接触変位測定装置を提
供することを目的としている。
(ニ) 構成 この発明にかかる非接触変位測定装置の特徴と
するところは、送光回路から測定対象物に対して
光を射出し、前記測定対象物にて反射された反射
光を受光レンズを介して受光素子に集光し、前記
受光素子からの光電流を12に基づいて前記
反射光が照射した位置を変位出力させることによ
り該測定対象物の変位および距離を測定する非接
触変位測定装置において、前記測定対象物の変位
および距離を 1−K21+K2或いは121+K2 [但し、 K≒Sy sinθ+L cosθ/Sy sinθ−L cosθ Sy:レンズから素子までの距離 L:素子の受光域の中央から端までの距離 θ:射出光に対する反射光の角度] に基づいて変位出力せしめたことにある。
(ホ) 実施例 第1図はこの発明に係る非接触変位測定装置の
一実施例を説明するブロツク図である。同図にお
いて、10は、半導体レーザ或いは発光ダイオー
ド等からなる発光素子を駆動する送光回路であ
る。11は、前記発光素子の光を集光し、測定対
象物20の表面上に光スポツトを結像させる送光
レンズである。
30は、測定対象物20からの反射光を受光素
子31の表面に結像させる受光レンズである。こ
の受光レンズ30にて結像された光スポツトの光
像の位置が受光素子31により光電流に変換され
る。なお、前記受光素子31は二つの光電流1
2を出力させるものである。
32および33は、前記受光素子31にて出力
された二つの光電流12を電圧信号にそれぞ
れ個別に変換する電流−電圧変換回路である。
34は、前記電流−電圧変換回路32からの出
力信号が入力したときに同一信号を出力するアン
プゲインである。35は、前記電流−電圧変換回
路33から与えられる出力信号のK倍の出力信号
を出力するアンプゲインである。但し、Kは1で
ない定数とする。
36はアンプゲイン34,35の出力の差を計
算する減算回路、37はアンプゲイン34,35
の出力の和を計算する加算回路である。
38は、前記減算回路36で減算された出力
を、前記加算回路37で加算された出力で除算し
て、前記受光素子31の表面の光像の変位量を出
力する除算回路である。
上記構成の非接触変位測定装置の動作理論を以
下説明する。
第1図に示すV1,V2は次式で表される。
V1=C・1 V2=C・K・2(Cは定数である) … ,式より、V1−V2/V1+V2を計算すると、 =(1−K)L−(1+K)ΔL/(1+K)L+(
K−1)ΔL… となる。
,式より、V1−V2/V1+V2とΔxの関係を求める と、 V1−V2/V1+V2=(1−K)L・Sx−{(1+K)Sy s
inθ−(K−1)L cosθ}Δx/(1+K)L・Sx+
{(K−1)Sy sinθ−(1+K)L cosθ}Δx である。
いまここで、 (K−1)Sy sinθ=(1+K)L cosθ 即ち、 K=Sy sinθ+L cosθ/Sy sinθ−L cosθ… となるようにKを選択すると、 V1−V2/V1+V2=−L cosθ/Sy sinθ−{Sy
sinθ/L Sx−L cos2θ/SxSy sinθ}Δx… となり、V1−V2/V1+V2はΔxに比例することがわかる
なお、式では確かに測定対象物20の変位
Δxと変位出力V1−V2/V1+V2はリニアーになるが、 −L cosθ/Sy sinθなる一定のシフト項が残る。
これ は受光素子30の中央に光を照射している時、変
位出力V1−V2/V1+V2はゼロとはならず、ある値を出す ことを意味する。そこで、これを無くするには、
例えば基準距離の変更、受光素子30の移動或い
は回路的にシフトするなどの方法にて解決される
が、この実施例では以下の方法をとる。
即ち、第2図において変位出力は次式のように
なる。
変位出力=V1−V2/K/V1+V2=−2ΔL/(1+
K)L+(K−1)ΔL… そして式を用いて、 =−2Sy sinθΔx/(1+K)Sx・L+
{(K−1)Sy sinθ−(1+K)L cosθ}Δx となす。従つて、 K=Sy sinθ+L cosθ/Sy sinθ−L cosθに選
択すれば、 変位出力=V1−V2/K/V1+V2=−(Sy sinθ−
L cosθ)/Sx・LΔx… となり、シフト項が完全になく、且つ、変位出力
とΔxは比例することになる。
なお、上記実施例で説明したKは理想的な場合
であり、現実的にはレンズ系の収差、受光素子3
0そのものの非直線性等によつて計算したKとは
やや異なることも有り得る。
また、アンプゲイン34,35のゲインは抵抗
等にて可変することができることは言うまでもな
い。
さらに、上記実施例では、電流−電圧変換回路
32,33の出力をアンプゲイン34,35を通
しているが、この発明はこれに限定されるもので
なく、該電流−電圧変換回路33のみでK倍させ
るものであつてもよいことは勿論である。
(ヘ) 効果 この発明によれば、上記詳説した如く、受光素
子から出力した光電流12のうち2をK倍
させて、前記1とK2との減算および加算を
し、次いで前記減算されたものを前記加算された
もので除算させるから、変位出力と測定対象物の
変位とを比例にすることができるため、従来のよ
うな補正回路を必要とせず、きわめて容易にリニ
アリテイの改善を図り得た。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る非接触変位測定装置の
一実施例を説明するブロツク図、第2図はこの発
明装置の動作を説明するためのブロツク図、第3
図aは受光素子の概略を示す説明図、第3図bは
測定対象物の変位を示す説明図、第4図は従来使
用されていた非接触変位測定装置の一例を示すブ
ロツク図である。 10……送光回路、20……測定対象物、31
……受光素子、32,33……電流−電圧変換回
路、34,35……アンプゲイン、36……減算
回路、37……加算回路、38……除算回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 送光回路から測定対象物に対して光を射出
    し、前記測定対象物にて反射された反射光を受光
    レンズを介して受光素子に集光し、前記受光素子
    からの光電流を12に基づいて前記反射光が
    照射した位置を変位出力させることにより該測定
    対象物の変位および距離を測定する非接触変位測
    定位置において、前記測定対象物の変位および距
    離を1−K21+K2 [但し、 K≒Sy sinθ+L cosθ/Sy sinθ−L cosθ Sy:レンズから素子までの距離 L:素子の受光域の中央から端までの距離 θ:射出光に対する反射光の角度] に基づいて変位出力せしめたことを特徴とする非
    接触変位測定装置。 2 送光回路から測定対象物に対して光を射出
    し、前記測定対象物にて反射された反射光を受光
    レンズを介して受光素子に集光し、前記受光素子
    からの光電流を12に基づいて前記反射光が
    照射した位置を変位出力させることにより該測定
    対象物の変位および距離を測定する非接触変位測
    定装置において、前記測定対象物の変位および距
    離を121+K2 [但し、 K≒Sy sinθ+L cosθ/Sy sinθ−L cosθ Sy:レンズから素子までの距離 L:素子の受光域の中央から端までの距離 θ:射出光に対する反射光の角度] に基づいて変位出力せしめたことを特徴とする非
    接触変位測定装置。
JP23547584A 1984-11-07 1984-11-07 非接触変位測定装置 Granted JPS61112902A (ja)

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JPS61112902A JPS61112902A (ja) 1986-05-30
JPH0511241B2 true JPH0511241B2 (ja) 1993-02-15

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2782629B2 (ja) * 1989-10-04 1998-08-06 オムロン株式会社 光学式変位計
DE69622103T2 (de) * 1995-08-28 2003-01-23 Matsushita Electric Works, Ltd. Optisches Abstandsmesssystem mit Triangulation

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JPS58151511A (ja) * 1982-03-05 1983-09-08 Ricoh Co Ltd 距離検出装置
JPS5990012A (ja) * 1982-11-15 1984-05-24 Canon Inc 距離測定装置
JPS6184580A (ja) * 1984-10-02 1986-04-30 Yukio Muto 変位量測定器

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