JPH0674713A

JPH0674713A - 変位センサ

Info

Publication number: JPH0674713A
Application number: JP30209591A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Kawa; 泰孝川
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1994-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】測定対象に応じて応答速度を自動的に変える
ことのできる変位センサを提供することを目的とする。【構成】レーザ光源２からの光は、測定対象４におい
て反射してＰＳＤ６に受光される。ＰＳＤ６の出力８、
１０に基づいて、割算器３４、正規化回路３６により測
定対象４の変位Ｄが演算される。演算された変位Ｄは、
平均化回路３８において、積分されて時間的に平均され
最終出力が求められる。制御回路４０には、受光量の変
化率、変位の変化率、受光量が与えられている。制御回
路４０は、これらに基づいて、適切な応答速度（すなわ
ち、平均化回路の積分時定数）をファジイ推論する。得
られた応答速度信号は、平均化回路３８に与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は変位センサに関するも
のであり、特にその応答速度の自動制御に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図８に、三角測量の原理を用いた従来の
変位センサのブロック図を示す。レーザ光源２から出た
レーザ光は、測定対象４において反射する。反射光は、
位置検出素子（ＰＳＤ）６に受光される。ＰＳＤ６は、
受光位置に応じて、出力８、１０の比率を変えるもので
ある。すなわち、受光位置が中心よりＡ方向に偏ってい
れば、出力８の方が出力１０より大きくなり、受光位置
が中心よりＢ方向に偏っていれば、出力１０の方が出力
８より大きくなる。

【０００３】測定対象が５の位置に移動した場合には、
ＰＳＤ６における受光位置はＢ方向に移動する。すなわ
ち、測定対象４の変位Ｄに応じてＰＳＤ６上の受光位置
が変化する。

【０００４】ＰＳＤ６の出力８、１０は、演算回路１２
に与えられる。演算回路１２は、出力８、１０に基づい
て、測定対象４の変位を演算する。演算された変位は、
平均化回路１４に与えられ、平均されて最終出力とされ
る。

【０００５】外乱光の影響を除去するために、レーザ光
源２は所定周期で変調されており、受光素子６の受光信
号は、この光源２の変調周期に同期される。平均化回路
１４は、積分回路を有しており、演算回路１２の出力を
平滑にする。平均化回路１４の平均化の度合いが高けれ
ば、分解能が高まるが、応答速度が遅くなる。逆に、応
答速度が速くなるように平均化回路１４を設定すれば、
分解能が低くなる。

【０００６】したがって、分解能を重視するか、応答速
度を重視するかにより、平均化回路１４を予め設定して
使用しなければならなかった。例えば、動きの激しい測
定対象の変位を測定する場合には、若干分解能が落ちた
としても、応答速度を重視する必要がある。また、測定
対象が静止している場合や変位の小さな対象を測定する
場合には、若干応答速度が落ちたとしても、分解能を重
視する必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の変位センサには、次のような問題点があっ
た。

【０００８】速い応答速度が必要な場合と高い分解能が
必要な場合とを予め判断しておき、手動の切換スイッチ
等により、応答速度の設定を行わなければならなかっ
た。すなわち、初期設定が煩雑であった。また、応答速
度、分解能のいずれか一方しか重視できないため、両方
に対応させることができなかった。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、被測定物の表面の状態、変位の状況に応じ、自動的
に応答速度を可変にすることのできる変位センサを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る変位セン
サは、受光素子の出力に基づいて得られた受光量の変化
率および変位演算手段の出力に基づいて得られた変位の
変化率に基づいて平均化手段の応答速度を切り換えるよ
うにしたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】受光量の変化率および測定変位の変化率に基づ
いて、適切な応答速度を演算し、これに基づいて応答速
度を切り換えるようにしている。したがって、自動的に
適切な応答速度を得ることができる。

【００１２】

【実施例】図１に、この発明の一実施例による変位セン
サのブロック図を示す。レーザドライバ２０は、レーザ
発光素子２に所定周期で発振する電気信号を与える。レ
ーザ発光素子２は、レーザドライバ２０からの信号を受
けて、測定光であるレーザ光を照射する。このレーザ光
は、測定対象４おいて反射し、ＰＳＤ６において受光さ
れる。

【００１３】ＰＳＤ６は、受光位置に応じて、出力８、
１０の比率を変えるものである。すなわち、受光位置が
中心よりＡ方向に偏っていれば、出力８の方が出力１０
より大きくなり、受光位置が中心よりＢ方向に偏ってい
れば、出力１０の方が出力８より大きくなる。測定対象
が５の位置に移動した場合には、ＰＳＤ６における受光
位置はＢ方向に移動する。すなわち、測定対象４の変位
Ｄに応じてＰＳＤ６上の受光位置が変化する。

【００１４】ＰＳＤ６の出力８、１０は、それぞれ、増
幅器２２、２４において増幅された後、サンプルホール
ド回路２６、２８に与えられる。レーザドライバ２０の
変調周期１２に同期して、サンプルホールド回路２６、
２８によって保持された出力は、光学系部分で生じる非
直線性を補正するための直線性補正回路３２を経た後、
割算器３４に与えられる。

【００１５】割算器３４は、与えられた２つの入力の比
を演算することにより、ＰＳＤ６における受光位置、す
なわち測定対象４の変位Ｄを演算する。演算された結果
は、正規化回路３６によって正規化され、変位信号とし
て平均化回路３８に与えられる。

【００１６】平均化回路３８は、送られてきた変位信号
を積分することにより時間的な平均を出力するものであ
る。この平均化された出力が最終出力となる。なお、平
均化回路３８の積分の時定数は、制御回路４０からの応
答速度切換信号によって発振周期ごとに切り換えられ
る。制御回路４０は、与えられた入力に基づいて適切な
応答速度を判断して、応答速度切換信号を出力するもの
である。

【００１７】サンプルホールド回路２６、２８によって
保持されたＰＳＤ６の両出力は、受光量増幅器４２にお
いて加算される。すなわち、全受光量が演算される。こ
の全受光量は、Ａ／Ｄ変換器４８によりディジタル化さ
れて制御回路４０に与えられる。

【００１８】また、受光量増幅器４２の出力である全受
光量は、微分器４４にも与えられる。したがって、微分
器４４からは、全受光量の変化率が出力される。この変
化率は、Ａ／Ｄ変換器４６によってディジタル化され、
制御回路４０に与えられる。さらに、正規化回路３６の
出力である変位信号は、微分器５０に与えられる。した
がって、微分器５０からは、変位の変化率が出力され
る。この変位の変化率は、Ａ／Ｄ変換器５２によってデ
ィジタル化され、制御回路４０に与えられる。制御回路
４０は、上記の３つの入力に基づいて、適切な応答速度
を演算し、出力する。図２に、制御回路４０の一例を示
す。光量変化率データ、変位変化率データ、光量データ
が、ＲＯＭ６０のアドレス入力に与えられる。ＲＯＭ６
０には、各データの組合わせに対応して、適切な応答速
度切換信号が予め演算されて記憶されている。ＲＯＭ６
０から読み出されたデータは、デコーダ６２を介して応
答速度切換信号として出力される。デコーダ６２の出力
により、平均化回路３８の積分回路の時定数を決定する
抵抗が選択されて、応答速度が切り換えられる。

【００１９】ＲＯＭ６０に予め記憶しておくデータは、
処理に応じて任意に設定でき、一例としてファジイ推論
を用いることができる。

【００２０】例えば、次のようなルールを設定して、こ
れをファジー推論で演算する。

【００２１】測定対象の段差、エッジ等を検出した場
合には、測定対象の色が変化しない限り光量はあまり変
化せず、測定変位が急激に変化する。すなわち、光量変
化が小さい時の変位の変動は、測定対象の変位の変動を
正しく反映していると考えられるので、応答速度を速く
する。

【００２２】測定対象が静止している場合や表面に凹
凸の無い測定対象が移動している場合には、変位も光量
も変化しない。すなわち、変位変化率、光量変化率がと
もに小さい場合には、安定状態であるから、応答速度を
遅くする。

【００２３】そして、ファジイ推論を、全ての変位変
化、光量変化、光量の組合わせについて行い、推論によ
り得られた応答速度を求める。変位変化、光量変化、光
量の組合わせと、応答速度との関係をルックアップテー
ブルとしてＲＯＭ６０に記憶する。

【００２４】もちろん、ファジイ推論回路を設けてその
都度推論を行うようにしてもよい。今、図４(a)のよう
に対象物が変位した時、応答速度を重視した場合には、
図４(b)のような出力となる。また、分解能を重視した
場合には、図４(c)のような出力となる。これに対し、
本願のごとく、応答速度を可変にすれば、図４(d)のよ
うに、分解能を高くし、しかも必要な速さの応答速度を
得ることが可能となるものである。

【００２５】また、上記実施例では、変位変化、光量変
化、光量に基づいて推論を行ったが、変位変化、光量変
化に基づいて推論を行うようにしてもよい。

【００２６】さらに、ファジイ推論を用いずに、関係式
を適宜算出して応答速度を決定してもよい。

【００２７】また、ＰＳＤの出力をディジタル信号と
し、コンピュータを用いたソフトウエアにより処理する
ことも可能である。

【００２８】

【発明の効果】この発明に係る変位センサは、受光量の
変化率および測定変位の変化率に基づいて、適切な応答
速度を演算し、これに基づいて応答速度を切り換えるよ
うにしている。したがって、自動的に適切な応答速度を
得ることができる。

【００２９】すなわち、操作が容易であり、変位計の持
つ性能を最大限に引出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による変位センサのブロッ
ク図である。

【図２】制御回路４０の詳細を示すブロック図である。

【図３】従来の変位センサのブロック図である。

【図４】対象物の変位に対する出力特性図である。

【符号の説明】

２・・・レーザ光源４・・・測定対象６・・・ＰＳＤ３８・・・平均化回路４０・・・制御回路４４、５０・・・微分器４６、４８、５２・・・Ａ／Ｄ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象に向けて所定周波数で変調された
測定光を照射する光源、測定対象において反射した測定光を受光し、受光位置に
応じた出力を出す受光素子、受光素子の出力を測定光に同期して取り出す受光回路、受光回路の出力に基づいて測定対象の変位を演算する変
位演算手段、変位演算手段の出力を時間的に平均して、最終出力を出
す平均化手段、を備えた変位センサにおいて、受光素子の出力に基づいて得られた受光量の変化率およ
び変位演算手段の出力に基づいて得られた変位の変化率
に基づいて平均化手段の応答速度を切り換えるようにし
たこと、を特徴とする変位センサ。