JPH05256616A - 非接触式すきま測定装置 - Google Patents

非接触式すきま測定装置

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JPH05256616A
JPH05256616A JP5354792A JP5354792A JPH05256616A JP H05256616 A JPH05256616 A JP H05256616A JP 5354792 A JP5354792 A JP 5354792A JP 5354792 A JP5354792 A JP 5354792A JP H05256616 A JPH05256616 A JP H05256616A
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JP
Japan
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clearance
gap
laser beam
receiving element
light receiving
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Pending
Application number
JP5354792A
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English (en)
Inventor
Yoichi Yamakawa
陽一 山川
Toshihiro Takahashi
俊博 高橋
Hiromitsu Ota
浩充 太田
Hirohide Suzuki
博英 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】非接触ですきまを測定する際に、測定対象物に
治具の取り付け、または、測定対象物の加工を行う必要
をなくすとともに、すきまを高精度に測定することを目
的とする。 【構成】レーザ光を測定対象物のすきまに向けて照射す
るレーザ光源1と、前記すきまを通過して回折したレー
ザ光を受光する受光素子2と、前記受光素子2で得られ
たレーザ光の回折パターンを前記すきまの中心からレー
ザ光の照射方向と直交する方向の距離xと、その距離x
における光の強さLevelで表される複数の測定デー
タ(LevK 、xK )で記憶する記憶手段3と、記憶さ
れた複数の測定データ(Lev、x)をS=ΣK 〔Le
K −A・sinc2 BxK 2 に代入し、Sが最小に
なるような係数A、Bを求め、求まった係数A、Bとt
=(B・π)/(λ・z)(t=すきま、λ=レーザ波
長、z=すきまから受光素子までの距離)から前記すき
まを算出する演算手段4とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、すきまを単色光源レー
ザなどの光を用いて非接触に測定する非接触式すきま測
定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、非接触ですきまを測定する方法と
しては、静電容量、うず電流等のセンサを使用して、図
6に示すように、測定対象物21aの一方にターゲット
22を取付け、他方にセンサ23aを取付けて、すきま
tを測定するか、または、図7に示すように、測定対象
物21bの一方にセンサ23bを埋め込んで、すきまt
を測定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6に示すような測定
方法では、測定対象物21aがターゲット22に比べ、
小さな物の場合、測定が困難となり、また、図7に示す
ような測定方法では、測定対象物21bを加工しなけれ
ばならない等の問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の非接触式すきま
測定装置は、上述した問題を解決するためになされたも
ので、図1のクレーム対応図に示すように、レーザ光を
測定対象物のすきまに向けて照射するレーザ光源1と、
前記すきまを通過して回折したレーザ光を受光する受光
素子2と、前記受光素子2で得られたレーザ光の回折パ
ターンを前記すきまの中心からレーザ光の照射方向と直
交する方向の距離xとその距離xにおける光強度Lev
elで表される複数の測定データ(LevK 、xK )で
記憶する記憶手段3と、記憶された複数の測定データ
(LevK 、xK )をS=ΣK 〔LevK −A・sin
2 BxK 2 に代入し、Sが最小になるような係数
A、Bを求め、求まった係数A、Bとt=(B・π)/
(λ・z)(t=すきま、λ=レーザ波長、z=すきま
から受光素子までの距離)から前記すきまを算出する演
算手段4とを備えたことを特徴とする。
【0005】
【作用】レーザ光源1からレーザ光が、測定対象物のす
きまに向けて照射されると、レーザ光が前記すきまを回
折しながら通過する。そして、前記すきまを通過したレ
ーザ光が出射する位置に対向して配置された受光素子2
にレーザ光が受光される。ここで、受光素子2によりレ
ーザ光の回折パターンが前記すきまの中心からレーザ光
の照射方向と直交する方向の距離xとその距離xにおけ
る光強度Levelで検出され、そして、検出された複
数の測定データ(LevK 、xK )を記憶手段3によっ
て記憶する。次いで、演算手段4によって、記憶された
複数の測定データ(LevK 、xK )を取り出して、S
=ΣK 〔Levk −A・sinc2BxK 2 に代入
し、Sが最小になるような係数A、Bを求め、求まった
係数A、Bとt=(B・π)/(λ・z)(t=すき
ま、λ=レーザ波長、z=すきまから受光素子までの距
離)から前記すきまを算出する。
【0006】以上のようにすきまを測定するので、従来
のように、測定の際測定対象物に治具の取り付け、また
は、測定対象物の加工を行う必要が全くなくなるととも
に、非接触で高精度にすきまを測定することができる。
【0007】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の実施例である非接触式すきま測定装置は、図2
に示すように測定対象物のすきま10に向けてレーザ光
を出射するレーザ光源11と、すきま10を通過したレ
ーザ光が出射する位置に対向して配置された受光素子1
2と、受光素子12によって検出されるレーザ光の回折
パターンをA/D変換するA/Dコンバータ13と、A
/Dコンバータ13によってA/D変換された測定デー
タをメモリ15に記憶させるとともに、メモリ15に記
憶されたすきま演算プログラムと測定データを取り出
し、演算を実行する機能を持つCPU(中央処理装置)
14とから構成され、受光素子12は、A/Dコンバー
タ13を介してCPU14と接続し、また、CPU14
はメモリ15と接続している。
【0008】ここで、受光素子12は、図3に示すよう
にレーザ光を受光することによって、その光強度を検出
する画素幅wP の画素12aがレーザ光の照射方向と直
交する水平方向に複数配列された構成であり、画素12
aの画素番号が左端から順番にK=0、1、2、・・・・と
つけられている。また、図3において、受光素子12の
上方に示すグラフは、受光素子12の各画素12aで検
出された光強度Levelを縦軸にとり、x方向の距離
を横軸にとり、距離xK を画素番号Kに対応づけて、縦
軸の中心を画素番号K=0として描いた光の回折パター
ンの波形を示している。
【0009】次に、上記のように構成された本発明の実
施例について作動を説明する。レーザ光源11からレー
ザ光が測定対象物のすきま10に向けて照射されると、
レーザ光がすきま10を回折しながら通過する。そし
て、すきま10を通過したレーザ光は、受光素子12に
よって受光される。次いで、受光素子12によりレーザ
光の回折パターンが検出され、A/Dコンバータ13に
よってA/D変換され、CPU14を介して図4に示す
ような測定データがメモリ15に記憶される。ここで、
距離xK は、画素番号Kと画素幅wP とから、xK =K
・wP で算出される。
【0010】次に、CPU14において、メモリ15か
ら測定データ及び演算プログラムが取り出され、すきま
を算出するための演算が実行される。ここで、回折光の
強度分布において、光強度Levelとすきま10の中
心からレーザ光の照射方向と直交する方向の距離xとの
関係には、
【0011】
【数1】
【0012】という理論式がある。なお、ここで、Aと
Bは係数を示す。この式に最小2乗法を用いると、
【0013】
【数2】
【0014】
【数3】
【0015】
【数4】
【0016】(K=0、1、2、3、・・・・)となり、式
、、で求めた係数Bを用いて、すきまtが
【0017】
【数5】
【0018】(t=すきま、λ=レーザ波長、Z=すき
まから受光素子までの距離)と表せることとから、上記
の式〜を用いることによって、すきまtを算出する
ことができる。この演算を行うために、まず、最大光強
度LevMAX を検出した画素12aの位置を検索し、そ
の位置まで、縦軸の中心をシフトさせるが、実際には、
最大光強度LevMAX を検出する画素12aの位置が、
真のすきまの中心であるという信頼性がないため、さら
に、その位置から左右に数画素、縦軸の中心をシフトさ
せて、演算を行う必要がある。
【0019】ここでは、最大光強度LevMAX =Lev
N を検出した画素番号K=Nの画素12aの左右に3画
素、縦軸の中心をシフトさせて演算を行うことにする。
次にすきまtを算出する過程を図5に示す演算プログラ
ムのフローチャートを用いて説明する。まず、ステップ
100において、測定データから最大光強度LevMAX
を検出した画素番号K=Nを検索する。
【0020】次に、ステップ101において、第2デー
タシフト番数が、iS =0に設定される。次に、ステッ
プ102において、第1データシフト番号が、i=N−
3+iSで算出される。次に、ステップ103におい
て、メモリ15から座標xにおける光強度Levelを
表した回折パターンの測定データ(LevK 、xK )を
複数個取り出し、この測定データ(LevK 、xK )の
K を−iだけシフトさせる。
【0021】次に、ステップ104で、シフトされた測
定データ(LevK 、xK-i )(K=i、i+1、i+
2、・・・・)が式に代入される。すなわち、iS =0の
時は、(LevN-3 、x0 )、(LevN-2 、x1 )、
・・・・が、式に代入される。次に、ステップ105にお
いて、式にニュートンラプソン法を適用して係数Aの
解が求められる。
【0022】次に、ステップ106において、式にス
テップ105で求まった係数Aを代入し、2変数2分法
を適用して係数Bが求められる。次に、ステップ107
において、求まった係数A、Bの解と測定データを用い
て、式よりSis(iS =0の時はS0 )が求められ
る。次に、ステップ108において、求まったSisが記
憶される。
【0023】次に、ステップ109において、第2デー
タシフト番号iS が1だけ加算される。次に、ステップ
110において、第2データシフト番号iS が所定のデ
ータシフト回数6より大きいか否かが判断される。iS
が6より小さい場合には、ステップ102へ戻り、ステ
ップ103でiS =1の時は、(LevN-2 、x0 )、
(LevN-1 、x1 )、・・・・が式に代入され、S1
演算される。以下同様に、S2 、S3 、S4 、S5 、S
6 が演算される。前記ステップ110で、iS が6より
大きい場合には、ステップ111に移行して、記憶され
たSiS(iS =0〜6)からSiSが最小となる係数Bを
決定する。
【0024】次に、ステップ112において、式にス
テップ111で決定した係数B及び既知の係数を代入す
ることにより、すきまtが求まる。以上のように、すき
まを測定するので、従来のように測定の際、測定対象物
に治具の取り付け、または、測定対象物の加工を行う必
要が全くなくなるとともに非接触で高精度にすきまを測
定することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の非接触式
すきま測定装置は、レーザ光を測定対象物のすきまに向
けて照射するレーザ光源と、前記すきまを通過して回折
したレーザ光を受光する受光素子と、前記受光素子で得
られたレーザ光の回折パターンを前記すきまの中心から
レーザ光の照射方向と直交する方向の距離xと、その距
離xにおける光強度Levelで表される複数の測定デ
ータ(LevK 、xK )で記憶する記憶手段と、記憶さ
れた複数の測定データ(LevK 、xK )をS=Σ
K 〔Levk −A・sinc2 Bxk 2 に代入し、S
が最小になるような係数A、Bを求め、求まった係数
A、Bとt=(B・π)/(λ・z)(t=すきま、λ
=レーザ波長、z=すきまから受光素子までの距離)か
ら前記すきまを算出する演算手段とを備えた構成なの
で、従来のように測定の際測定対象物に治具の取付け、
または、測定対象物の加工を行う必要が全くなくなると
ともに非接触で高精度にすきまを測定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非接触式すきま測定装置のクレーム対
応図である。
【図2】本発明の実施例の全体構成を示すブロック図で
ある。
【図3】受光素子の構成を示すとともに、受光素子の各
画素と光の回折パターンの波形との関係を表す図であ
る。
【図4】光の回折パターンの測定データ表である。
【図5】すきま演算プログラムのフローチャートであ
る。
【図6】従来のすきま測定方法を示す図である。
【図7】従来の埋め込み式すきま測定方法を示す図であ
る。
【符号の説明】
10 すきま 11 レーザ光源 12 受光素子 12a 画素 13 A/Dコンバータ 14 CPU(中央処理装置) 15 メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 博英 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を測定対象物のすきまに向けて
    照射するレーザ光源と、前記すきまを通過して回折した
    レーザ光を受光する受光素子と、前記受光素子で得られ
    たレーザ光の回折パターンを前記すきまの中心からレー
    ザ光の照射方向と直交する方向の距離xとその距離xに
    おける光強度Levelで表される複数の測定データ
    (LevK 、xK )で記憶する記憶手段と、記憶された
    複数の測定データ(LevK 、xK )をS=ΣK 〔Le
    K −A・sinc2 Bxk 2に代入し、Sが最小に
    なるような係数A、Bを求め、求まった係数A、Bとt
    =(B・π)/(λ・z)(t=すきま、λ=レーザ波
    長、z=すきまから受光素子までの距離)から前記すき
    まを算出する演算手段とを備えたことを特徴とする非接
    触式すきま測定装置。
JP5354792A 1992-03-12 1992-03-12 非接触式すきま測定装置 Pending JPH05256616A (ja)

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