JPH0569168B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、対象物体までの距離を測定する非
接触式の距離測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、従来の非接触式の距離測定装置を示
すものであり、図において、１は光源、２は光源
１より放射される光束を集束し対象物体３に投射
する投光レンズである。

上記光源１、投光レンズ２、対象物体３は軸線
Ａ上に位置し、光源１から放射された光は投光レ
ンズ２によつて対象物体３上に照射され、光束の
光スポツト４を形成する。５は光スポツト４の像
を結像する受光レンズ、６は受光レンズ５によつ
て結像される光スポツト４の像の位置Ｐに対応し
た電気出力を発生する受光素子で、上記光スポツ
ト４、受光レンズ５、受光素子６は軸線Ｂ上に位
置し、この場合この軸線Ｂは前記軸線Ａとθの角
度をなす。

そして、受光素子６と出力する２つの電気信号
i_A，i_Bは、それぞれ加算器７、減算器８に入力さ
れ、加算器７において両信号の和（i_A＋i_B）が求
められ、減算器８において両信号の差（i_A−i_B）
が求められる。９は加算器７の出力で減算器８の
出力を除する除算器、１０は除算器９の位置出力
Ｐを距離出力ｌに変換する変換器である。

上記において、光源１、投光レンズ２、受光レ
ンズ５、受光素子６によつて検出ヘツド１１が構
成される。また、加算器７、減算器８、除算器
９、変換器１０によつて演算回路１２が構成され
る。

次に動作について説明する。光源１より放射さ
れる光束は、投光レンズ２によつて適当な大きさ
の光スポツト４で対象物体３に照射される。この
光スポツト４を受光レンズ５が撮像し、受光素子
６の受光面の上に光スポツト４の像を結像する。
斯かる受光素子６は、光位置検出器と称されるも
のであり、受光面上の光スポツト像の結像位置Ｐ
に応じた２つの電気信号i_A，i_Bを発生するという
動作特性を有するものである。

従つて、受光素子６の両端の２つの電極に生じ
る電流i_A，i_Bの値によつて、光スポツト像の結像
位置Ｐは、 Ｐ＝i_A−i_B／i_A＋i_B ……(1) として求めることができる。ところで、受光素子
６の出力は光スポツト像の結像位置Ｐとその強度
とに対応した出力信号を生じる。そのため、上記
(1)式においては、光スポツト像の強度変化に比例
して変化する信号である（i_A＋i_B）の項を分母に
導入し、光スポツト像の結像位置のみに比例する
信号を得るようにしている。

前記加算器７と減算器８と除算器９は、受光素
子６の出力信号i_A，i_Bに基づいて上記(1)式に示さ
れる演算を実施することにより、除算器９の出力
には光スポツト像の結像位置に対応する出力値Ｐ
が得られる。

一方、対象物体３までの距離をｌとし、投光レ
ンズ２と受光レンズ５の設置間隔をＬとすると、
ｌは、 ｌ＝Ｌ／tanθ ……(2) として求めることができる。ここで、θは受光レ
ンズ５の焦点距離、受光素子６と受光レンズ５の
設置間隔、光スポツト像の結像位置に係る出力Ｐ
によつて求まるものである。これらの中で位置出
力Ｐ以外は固定値として定めることができるの
で、結局、対象物体３までの距離ｌは、 ｌ＝Ｋ・Ｐ ……(3) として得られる。この場合、Ｋは上記各固定値に
よつて決まる定数であり、事前の計算又は実験等
により設定される。変換器１０は上記(3)式を実施
し、位置出力Ｐを入力して距離出力ｌを出力する
ものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の非接触式の距離測定装置は、以上のよう
に構成されているので、検出ヘツドを穴に挿入し
て穴径を測定したり、検出ヘツドを対象物体に対
向させて水平移動させて該対象物体の表面の凹凸
を測定するような場合、検出ヘツドの進行方向に
は計測機能を有していないため、検出ヘツドは穴
底や表面段差による壁面に衝突して破損事故を起
す問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、計測時に衝突事故を生ずるこ
とのない距離測定装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る距離測定装置は、垂直方向と水
平方向の直交２方向に光束を出す投光部を設け、
直交２方向の距離を同時に測定できるようにした
ものである。

〔作用〕

この発明における投光部は、直交２方向に光束
を出すことにより同時に２方向の距離が測定さ
れ、その１方向の距離測定を利用して検出ヘツド
と対象物体の衝突を防止する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。１３は検出ヘツドケース（以下、ケースと略
記する）で、側面と底面とに投光窓１３ａ，１３
ｂを有する。１４は投光レンズ、１５は投光レン
ズ１４からの光束を投光窓１３ａと１３ｂの２方
向に分割して、対象物体３に光スポツト像１６
ａ，１６ｂを照射するハーフミラーで、上記投光
レンズ１４とで投光部を構成する。

１７ａ，１７ｂは光スポツト像１６ａ，１６ｂ
を受光素子１８ａ，１８ｂの受光面に結像する受
光レンズで、上記受光素子とで受光部を構成して
いる。１９ａ，１９ｂは受光素子１８ａ，１８ｂ
からの電気信号i_A-a・i_B-a，i_A-b・i_B-bに基づいて
距離出力l_a，l_bを演算出力する演算回路で、たと
えば前記第３図における演算回路１２と同じ構成
である。２０は上記距離出力l_a，l_bのいずれか一
方を選択入力し、その入力が予め定めた基準値と
等しくなるなど所定の関係範囲になつたか否かを
判定する判定回路である。

なお、上記において、光源１、投光レンズ１
４、ハーフミラー１５、受光レンズ１７ａ，１７
ｂ、受光素子１８ａ，１８ｂは、それぞれ所定の
位置関係で上記ケース１３内に配設固定されてい
る。

つぎに動作について説明する。第１図は対象物
体３に形成された穴３ａの直径を測定する場合を
例示するもので、まず、演算回路１９ｂからの出
力を入力するように判定回路２０を不図示の選択
手段で選択するとともに該判定回路２０に該入力
と比較すべき基準値を不図示の設定手段で設定す
る。

ついで、光源１を点灯させ、この光源からの光
束２１をハーフミラー１５で２分割して、投光窓
１３ａ，１３ｂから光束２１ａ，２１ｂを出射さ
せながら、検出ヘツドのケース１３を不図示の駆
動装置によつて穴底に向つて矢示方向に移動さ
せ、穴３ａの側面および底面に光スポツト像１６
ａ，１６ｂを照射させる。

一方、受光レンス１７ａ，１７ｂは上記光スポ
ツト像を撮像し、受光素子１８ａ，１８ｂの受光
面の上に結像する。このため、受光素子１８ａ，
１８ｂは光スポツト像の結像位置に対応した電気
信号i_A-a・i_B-a，i_A-b・i_B-bを出力する。

演算回路１９ａ，１９ｂはそれぞれ入力された
上記電気信号i_A-a・i_B-a，i_A-b・i_B-bに基づいて距
離を演算し距離信号l_a，l_bを出力する。このとき、
判定回路２０は予め演算回路１９ｂの出力を入力
するように選択されているので、ケース１３の移
動、つまり、ケース底面と穴底面との距離変化に
従つて逐次変化する演算回路１９ｂの出力が、判
定回路２０に予め設定された基準値と所定の関係
範囲になつたとき該判定回路から出力が生じ、こ
の出力で不図示の駆動装置を不作動にして、ケー
ス１３を停止させる。

この停止状態において、すでに受光レンズ１７
ａ，受光素子１８ａ、演算回路１９ａの系で測定
されている距離Laを該演算回路１９ａ内のメモ
リに一旦記憶させた後、光軸Ａを中心にケース１
３を不図示の回転駆動装置で180度回転させて距
離Lbを測定する。ついで、測定された距離La＋
Lbの加算を演算回路１９ａ、または、別に設け
た不図示の加算器で行なつて、穴１３ａの直径を
求めるものである。

第２図は対象物体３の平面状態を測定する場合
を例示するもので、まず、演算回路１９ａからの
出力を入力するように判定回路２０を選択すると
ともに該判定回路２０に基準値を設定する。つい
で、光源１を点灯させ、ケース１３から水平光束
２１ａ、垂直光束２１ｂを出射させ、上記水平光
束２１ａをケースの移動方向に向けて該ケースを
不図示の駆動装置によつて水平移動させる。

この水平移動により、受光レンズ１７ｂ、受光
素子１８ｂ、演算回路１９ｂの系で、ケース底面
から穴底面までの距離が測定されるので、たとえ
ば、演算回路１９ｂに接続された不図示の表示装
置で測定距離を見ることにより、この測定距離の
変動で対象物体３の表面状態、つまり凹凸状態を
知ることができる。

この測定時、ケース１３の移動方向に段差によ
る壁面２４があると、ケース１３が壁面２４に近
ずくに従つて、受光レンズ１７ａ，受光素子１８
ｂ、演算回路１９ａの系で測定された距離が変化
し、この演算回路１９ａの出力が判定回路２０に
予め設定された基準値と所定の関係範囲になつた
とき、判定回路２０に出力が生じ該出力で水平駆
動装置を不作動にしてケースを停止させるもので
ある。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、水平方向と
垂直方向の直交２方向に光束を出し同時に２方向
の距離を測定できるように構成したので、検出ヘ
ツドを移動させながら測定するような場合、１方
向の距離測定を利用して検出ヘツドと対象物体と
の衝突事故を確実に防止することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す距離測定装
置の構成図、第２図はこの距離測定装置の測定例
を示す説明図、第３図は従来の距離測定装置の構
成図である。 １は光源、１３は検出ヘツドケース、１４，１
５は投光部（投光レンズ、ハーフミラー）、１７
ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは受光部（受光レン
ズ、受光素子）、１９ａ，１９ｂは演算回路、２
０は判定回路。なお、図中、同一部材は同一又は
相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 垂直方向と水平方向に測定光束を出して対象
   物体に光スポツト像を照射する投光部と該スポツ
   ト像を第１、第２の受光素子の受光面にそれぞれ
   別個独立に結像する第１、第２の受光部とからな
   り対象物体と相対的に移動可能になつている検出
   ヘツドと、上記第１、第２の受光素子から出力さ
   れた電気信号を演算して距離信号を出力する第
   １、第２の演算回路と、前記対象物体と前記検出
   ヘツドの相対的な移動方向に対応して前記第１、
   第２の演算回路からの距離信号を選択的に入力し
   予め設定された基準値と比較し両者が所定の関係
   範囲になつたことを判定すると前記対象物体と前
   記検出ヘツドの相対的移動を停止させる判定回路
   とを備えた距離測定装置。 ２ 投光レンズを通つた光源からの光束を垂直方
   向と平行方向との直交２方向に分割するハーフミ
   ラーで投光部を構成し、上記ハーフミラーによつ
   て対象物体に照射された光スポツト像を結像する
   第１、第２の受光レンズと該光スポツト像の結像
   位置に対応した電気信号を出力する第１、第２の
   位置検出器とで受光部を構成したことを特徴とす
   る前記特許請求の範囲第１項記載の距離測定装
   置。