JPH0786408B2 - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
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- JPH0786408B2 JPH0786408B2 JP60144248A JP14424885A JPH0786408B2 JP H0786408 B2 JPH0786408 B2 JP H0786408B2 JP 60144248 A JP60144248 A JP 60144248A JP 14424885 A JP14424885 A JP 14424885A JP H0786408 B2 JPH0786408 B2 JP H0786408B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、二次元方向へ相対移動する２つの物体の相対
移動変位量を測定する変位測定装置に係り、例えば工作
機械や各種産業機械の相対移動部材の変位量の検出用に
利用できる。
移動変位量を測定する変位測定装置に係り、例えば工作
機械や各種産業機械の相対移動部材の変位量の検出用に
利用できる。
［背景技術とその問題点］ 従来、二次元方向へ移動可能な物体の現在位置を求める
には、その二次元方向の各軸を例えばX,Y軸としたと
き、物体をＸ軸方向へ移動させる機構およびＹ軸方向へ
移動させる機構にそれぞれ別個に変位測定装置を設け、
この両変位測定装置によって得られる各軸方向の位置デ
ータから移動物体の現在位置を求める方式が取られてい
る。
には、その二次元方向の各軸を例えばX,Y軸としたと
き、物体をＸ軸方向へ移動させる機構およびＹ軸方向へ
移動させる機構にそれぞれ別個に変位測定装置を設け、
この両変位測定装置によって得られる各軸方向の位置デ
ータから移動物体の現在位置を求める方式が取られてい
る。
そのため、物体の二次元方向への変位を測定するには、
その各移動軸毎に変位測定装置を設けなければならない
ので、装置が大型化し、かつ高価にならざるを得ない。
その各移動軸毎に変位測定装置を設けなければならない
ので、装置が大型化し、かつ高価にならざるを得ない。
一方、一次元方向へ相対移動する２つの物体の相対移動
変位量を検知する方式としては、相対移動する２つの物
体の対向面にスケールとスライダとを対向配置し、スケ
ール側に励磁電流を印加する一方、スライダ側に誘起さ
れる信号から両物体の相対移動変位量を検知するインダ
クトシン等の方式、或いは一方の物体を他方の物体に対
して移動させるモータ等の回転角をレゾルバ等によって
求め、この回転角から両物体の相対移動変位量を検知す
る方式、等が知られている。
変位量を検知する方式としては、相対移動する２つの物
体の対向面にスケールとスライダとを対向配置し、スケ
ール側に励磁電流を印加する一方、スライダ側に誘起さ
れる信号から両物体の相対移動変位量を検知するインダ
クトシン等の方式、或いは一方の物体を他方の物体に対
して移動させるモータ等の回転角をレゾルバ等によって
求め、この回転角から両物体の相対移動変位量を検知す
る方式、等が知られている。
しかし、前者の方式は、相対移動する物体の対向面に特
別に加工されたスケール等を設けなければならない。し
かも、高精度測定を達成するには、スケール等の加工に
あたって、スケールのピッチ間隔をできるだけ小さく、
かつ厳格に仕上げなければならないので、多大な時間と
労力を要し、高価となる欠点がある。また、後者の方式
は、電気的処理回路が複雑化する上、いくらモータの回
転角を正確に測定しても、モータ以後の減速機構や送り
機構に含まれるクリアランス等の誤差によって、測定誤
差が生じる欠点がある。
別に加工されたスケール等を設けなければならない。し
かも、高精度測定を達成するには、スケール等の加工に
あたって、スケールのピッチ間隔をできるだけ小さく、
かつ厳格に仕上げなければならないので、多大な時間と
労力を要し、高価となる欠点がある。また、後者の方式
は、電気的処理回路が複雑化する上、いくらモータの回
転角を正確に測定しても、モータ以後の減速機構や送り
機構に含まれるクリアランス等の誤差によって、測定誤
差が生じる欠点がある。
［発明の目的］ ここに、本発明の目的は、このような従来の欠点を解決
すべくなされたもので、製造が容易かつ安価で、二次元
方向の変位量を高精度に測定できる変位測定装置を提供
することにある。
すべくなされたもので、製造が容易かつ安価で、二次元
方向の変位量を高精度に測定できる変位測定装置を提供
することにある。
［問題点を解決するための手段および作用］ そのため、本発明では、二次元方向へ相対移動するいず
れか他方の物体に、二次元と平行な一方の物体表面に対
向して複数の光電変換素子を前記二次元方向へ等間隔に
かつマトリックス状に配置し、この光電変換素子群によ
って一方の物体表面の光学的パターン情報を順次検知
し、この検知されたパターンマトリックス情報をそれ以
前に検知されたパターンマトリックス情報と比較して両
者の各軸方向におけるずれ量を求め、このずれ量を各軸
毎に累計して両物体の二次元方向の相対移動変位量を求
めるようにしたものである。
れか他方の物体に、二次元と平行な一方の物体表面に対
向して複数の光電変換素子を前記二次元方向へ等間隔に
かつマトリックス状に配置し、この光電変換素子群によ
って一方の物体表面の光学的パターン情報を順次検知
し、この検知されたパターンマトリックス情報をそれ以
前に検知されたパターンマトリックス情報と比較して両
者の各軸方向におけるずれ量を求め、このずれ量を各軸
毎に累計して両物体の二次元方向の相対移動変位量を求
めるようにしたものである。
具体的には、いずれか一方の物体表面が反射光の明度が
均一とならない態様を有し、かつ、二次元方向へ相対移
動する２つの物体の相対移動変位量を測定する装置であ
って、前記一方の物体表面の状態を明暗の光学的情報と
して捉えるための光源と、他方の物体に、前記一方の物
体表面に対向して複数の光電変換素子が前記二次元方向
の互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ等間隔にかつマト
リックス状に配置され前記一方の物体表面の光学的明度
パターンを電気的に検出する光電変換素子群と、この光
電変換素子群によって検出された一方の物体表面の光学
的明度パターンマトリックス情報を記憶する第１のパタ
ーン記憶部と、この第１のパターン記憶部のパターンマ
トリックス情報より前に前記光電変換素子群によって検
出されたパターンマトリックス情報を基準パターンマト
リックスとして記憶している第２のパターン記憶部と、
前記二次元方向の各軸毎にパターンマトリックス情報の
ずれ量を累計記憶する変位量記憶部と、前記第２のパタ
ーン記憶部に記憶された基準パターンマトリックスに対
して前記第１のパターン記憶部のパターンマトリックス
情報の各軸方向のずれ量を判定し、その判定結果に応じ
て、求められたずれ量を前記変位量記憶部に累計記憶す
るとともに、前記第２の記憶部の基準パターンマトリッ
クスを前記第１のパターン記憶部のパターンマトリック
ス情報に更新する判定手段と、を具備し、この判定手段
は、第１のパターン記憶部に記憶されたパターンマトリ
ックス情報の各軸方向における各データと、これと対応
する前記基準パターンマトリックスの各軸方向における
各データとの差の二乗値または絶対値を累計した第１の
値を算出する第１の演算手段と、第１のパターン記憶部
に記憶されたパターンマトリックス情報の各軸方向にお
ける各データと、これと対応する前記基準パターンマト
リックスのデータを基準としてその基準パターンマトリ
ックスを各軸マイナス方向へ１素子分ずらした各データ
との差の二乗値または絶縁値を累計した第２の値を算出
する第２の演算手段と、第１のパターン記憶部に記憶さ
れたパターンマトリックス情報の各軸方向における各デ
ータと、これと対応する前記基準パターンマトリックス
のデータを基準としてその基準パターンマトリックスを
各軸プラス方向へ１素子分ずらした各データとの差の二
乗値または絶縁値を累計した第３の値を算出する第３の
演算手段と、これらの演算手段によって求められた第
１、第２および第３の値のうち最も小さい値を求め、第
２の値が最も小さいとき前記変位量記憶部のずれ量に前
記光電変換素子間隔に基づく値を加算するとともに、第
３の値が最も小さいとき前記変位量記憶部のずれ量から
前記光電変換素子間隔に基づく値を減算する第４の演算
手段とを含む、ことを特徴としている。
均一とならない態様を有し、かつ、二次元方向へ相対移
動する２つの物体の相対移動変位量を測定する装置であ
って、前記一方の物体表面の状態を明暗の光学的情報と
して捉えるための光源と、他方の物体に、前記一方の物
体表面に対向して複数の光電変換素子が前記二次元方向
の互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ等間隔にかつマト
リックス状に配置され前記一方の物体表面の光学的明度
パターンを電気的に検出する光電変換素子群と、この光
電変換素子群によって検出された一方の物体表面の光学
的明度パターンマトリックス情報を記憶する第１のパタ
ーン記憶部と、この第１のパターン記憶部のパターンマ
トリックス情報より前に前記光電変換素子群によって検
出されたパターンマトリックス情報を基準パターンマト
リックスとして記憶している第２のパターン記憶部と、
前記二次元方向の各軸毎にパターンマトリックス情報の
ずれ量を累計記憶する変位量記憶部と、前記第２のパタ
ーン記憶部に記憶された基準パターンマトリックスに対
して前記第１のパターン記憶部のパターンマトリックス
情報の各軸方向のずれ量を判定し、その判定結果に応じ
て、求められたずれ量を前記変位量記憶部に累計記憶す
るとともに、前記第２の記憶部の基準パターンマトリッ
クスを前記第１のパターン記憶部のパターンマトリック
ス情報に更新する判定手段と、を具備し、この判定手段
は、第１のパターン記憶部に記憶されたパターンマトリ
ックス情報の各軸方向における各データと、これと対応
する前記基準パターンマトリックスの各軸方向における
各データとの差の二乗値または絶対値を累計した第１の
値を算出する第１の演算手段と、第１のパターン記憶部
に記憶されたパターンマトリックス情報の各軸方向にお
ける各データと、これと対応する前記基準パターンマト
リックスのデータを基準としてその基準パターンマトリ
ックスを各軸マイナス方向へ１素子分ずらした各データ
との差の二乗値または絶縁値を累計した第２の値を算出
する第２の演算手段と、第１のパターン記憶部に記憶さ
れたパターンマトリックス情報の各軸方向における各デ
ータと、これと対応する前記基準パターンマトリックス
のデータを基準としてその基準パターンマトリックスを
各軸プラス方向へ１素子分ずらした各データとの差の二
乗値または絶縁値を累計した第３の値を算出する第３の
演算手段と、これらの演算手段によって求められた第
１、第２および第３の値のうち最も小さい値を求め、第
２の値が最も小さいとき前記変位量記憶部のずれ量に前
記光電変換素子間隔に基づく値を加算するとともに、第
３の値が最も小さいとき前記変位量記憶部のずれ量から
前記光電変換素子間隔に基づく値を減算する第４の演算
手段とを含む、ことを特徴としている。
［実施例］ 第１図は本発明の変位測定装置を工作機械等のＸ−Ｙテ
ーブルに応用した実施例を示している。同図において、
ベッド１の上面にはガイドレール２を介してＸテーブル
３がＸ軸方向へ移動可能に、Ｘテーブル３の上面にはガ
イドレール４を介してＹテーブル５がＹ軸方向へ移動可
能に、それぞれ設けられている。両テーブル3,5は、例
えば送りねじ軸機構等により各軸方向へ移動される。Ｙ
テーブル５の各面のうち、前記両軸方向に対して平行な
面つまり上面5Aには、一定の光源（自然光をも含む。）
に対し反射光の明度が均一とならないような処理が施さ
れている。例えば、各軸方向に沿って反射光の明度が均
一とならないような不規則な明暗模様等のマークが施さ
れている。
ーブルに応用した実施例を示している。同図において、
ベッド１の上面にはガイドレール２を介してＸテーブル
３がＸ軸方向へ移動可能に、Ｘテーブル３の上面にはガ
イドレール４を介してＹテーブル５がＹ軸方向へ移動可
能に、それぞれ設けられている。両テーブル3,5は、例
えば送りねじ軸機構等により各軸方向へ移動される。Ｙ
テーブル５の各面のうち、前記両軸方向に対して平行な
面つまり上面5Aには、一定の光源（自然光をも含む。）
に対し反射光の明度が均一とならないような処理が施さ
れている。例えば、各軸方向に沿って反射光の明度が均
一とならないような不規則な明暗模様等のマークが施さ
れている。
本実施例の変位測定装置は、前記Ｙテーブル５のX,Y軸
方向の移動量を測定するもので、例えば前記ベッド１に
図示しないブラケットを介して固定されかつ受光面が前
記Ｙテーブル５の上面5Aに対向された検出ヘッド11と、
この検出ヘッド11によって検出されたＹテーブル５の上
面5Aの光学的明度パターンからＹテーブル５のX,Y軸方
向への変位量を求めるパターン処理部21とから構成され
ている。
方向の移動量を測定するもので、例えば前記ベッド１に
図示しないブラケットを介して固定されかつ受光面が前
記Ｙテーブル５の上面5Aに対向された検出ヘッド11と、
この検出ヘッド11によって検出されたＹテーブル５の上
面5Aの光学的明度パターンからＹテーブル５のX,Y軸方
向への変位量を求めるパターン処理部21とから構成され
ている。
前記検出ヘッド11には、第２図に示す如く、光電変換素
子群12がＹテーブル５の上面5Aと平行に配置されている
とともに、Ｙテーブル５の上面5Aの状態を明暗の光学的
情報として捉えるために光照射する光源13と上面5Aから
の反射光を光電変換素子群12上に所定倍率で結像させる
レンズ14とがそれぞれ設けられている。ここで、第３図
に示す如く、光電変換素子群12の素子間隔をδ、Ｙテー
ブル５の上面5Aからレンズ14までの距離をL1、レンズ14
から光電変換素子群12までの距離をL2とすると、光電変
換素子群12の素子間隔δに対し、（L1/L2）δの分解能
が得られる。
子群12がＹテーブル５の上面5Aと平行に配置されている
とともに、Ｙテーブル５の上面5Aの状態を明暗の光学的
情報として捉えるために光照射する光源13と上面5Aから
の反射光を光電変換素子群12上に所定倍率で結像させる
レンズ14とがそれぞれ設けられている。ここで、第３図
に示す如く、光電変換素子群12の素子間隔をδ、Ｙテー
ブル５の上面5Aからレンズ14までの距離をL1、レンズ14
から光電変換素子群12までの距離をL2とすると、光電変
換素子群12の素子間隔δに対し、（L1/L2）δの分解能
が得られる。
前記光電変換素子群12は、第４図に示す如く、複数個の
光電変換素子がＸ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個等間隔
に配置されたマトリックス状に構成されている。これに
より、Ｙテーブル５の上面5Aの光学的明度パターンが光
電変換素子群12の各光電変換素子により電気的に検知さ
れた後、パターン処理部21へ送られる。
光電変換素子がＸ軸方向にｎ個、Ｙ軸方向にｍ個等間隔
に配置されたマトリックス状に構成されている。これに
より、Ｙテーブル５の上面5Aの光学的明度パターンが光
電変換素子群12の各光電変換素子により電気的に検知さ
れた後、パターン処理部21へ送られる。
パターン処理部21へ送られたパターンマトリックス情報
は、第５図に示す如く、アンプ22で増幅された後、A/D
変換器23でデジタル信号に変換される。A/D変換器23で
デジタル信号に変換されたパターンマトリックス情報
は、第１のパターン記憶部としての検出パターンメモリ
24へ記憶される。検出パターンメモリ24に記憶されたパ
ターンマトリックス情報は、判定手段としての演算回路
25からの読取指令RCが与えられる毎に演算回路25へ読込
まれ、そこで第２のパターン記憶部としての基準パター
ンメモリ26に記憶されている基準パターンマトリックス
と比較され、その基準パターンマトリックスに対するX,
Y軸方向のずれ量が判定される。基準パターンメモリ26
の基準パターンマトリックスは、前記演算回路25の演算
結果に応じて、前記検出パターンメモリ24のパターンマ
トリックス情報に順次更新される。また、一連の処理が
行なわれると、次の演算のために読取指令RCが演算回路
25から検出パターンメモリ24へ出され、その検出パター
ンメモリ24のパターンマトリックス情報が演算回路25へ
読込まれる。
は、第５図に示す如く、アンプ22で増幅された後、A/D
変換器23でデジタル信号に変換される。A/D変換器23で
デジタル信号に変換されたパターンマトリックス情報
は、第１のパターン記憶部としての検出パターンメモリ
24へ記憶される。検出パターンメモリ24に記憶されたパ
ターンマトリックス情報は、判定手段としての演算回路
25からの読取指令RCが与えられる毎に演算回路25へ読込
まれ、そこで第２のパターン記憶部としての基準パター
ンメモリ26に記憶されている基準パターンマトリックス
と比較され、その基準パターンマトリックスに対するX,
Y軸方向のずれ量が判定される。基準パターンメモリ26
の基準パターンマトリックスは、前記演算回路25の演算
結果に応じて、前記検出パターンメモリ24のパターンマ
トリックス情報に順次更新される。また、一連の処理が
行なわれると、次の演算のために読取指令RCが演算回路
25から検出パターンメモリ24へ出され、その検出パター
ンメモリ24のパターンマトリックス情報が演算回路25へ
読込まれる。
いま、検出パターンメモリ24に記憶されているパターン
マトリックス情報、つまり今回のサンプリングで読込ま
れたパターンマトリックスを 基準パターンメモリ26に記憶されている基準パターンマ
トリックス、つまり前回のサンプリングまでに更新され
た基準パターンマトリックスを とすると、演算回路25では、 を演算し、各式の中で最も小さい値、つまりMin［Sy0,S
x+,Sx-］、Min［Sy0,Sy+,Sy-］を求める。
マトリックス情報、つまり今回のサンプリングで読込ま
れたパターンマトリックスを 基準パターンメモリ26に記憶されている基準パターンマ
トリックス、つまり前回のサンプリングまでに更新され
た基準パターンマトリックスを とすると、演算回路25では、 を演算し、各式の中で最も小さい値、つまりMin［Sy0,S
x+,Sx-］、Min［Sy0,Sy+,Sy-］を求める。
ここで、SX0またはSy0が最小値のときは、ＸまたはＹ
軸方向において前記（L1/L2）δ分ずれていないと判定
し、Sx+またはSy+が最小値のときは、ＸまたはＹ軸方
向において前記（L1/L2）δ分＋方向にずれていると判
定し、Sx-またはSy-が最小値のときは、ＸまたはＹ軸
方向において前記（L1/L2）δ分−方向にずれていると
判定し、その判定結果に応じて基準パターンメモリ26の
基準パターンマトリックスの更新処理および変位量メモ
リ27のX,Y軸方向のカウント値dx,dyを増減させる。即
ち、 のときには、基準パターンメモリ26の基準パターンマ
トリックスおよび変位量メモリ27のカウント値dx,dyを
共に更新しない。
軸方向において前記（L1/L2）δ分ずれていないと判定
し、Sx+またはSy+が最小値のときは、ＸまたはＹ軸方
向において前記（L1/L2）δ分＋方向にずれていると判
定し、Sx-またはSy-が最小値のときは、ＸまたはＹ軸
方向において前記（L1/L2）δ分−方向にずれていると
判定し、その判定結果に応じて基準パターンメモリ26の
基準パターンマトリックスの更新処理および変位量メモ
リ27のX,Y軸方向のカウント値dx,dyを増減させる。即
ち、 のときには、基準パターンメモリ26の基準パターンマ
トリックスおよび変位量メモリ27のカウント値dx,dyを
共に更新しない。
のときには、基準パターンメモリ26の基準パターンマ
トリックスを検出パターンメモリ24のパターンマトリッ
クスに更新し、かつ変位量メモリ27のカウント値dxまた
はdyを＋１カウントアップさせる。
トリックスを検出パターンメモリ24のパターンマトリッ
クスに更新し、かつ変位量メモリ27のカウント値dxまた
はdyを＋１カウントアップさせる。
のときには、基準パターンメモリ26の基準パターンマ
トリックスを検出パターンメモリ24のパターンマトリッ
クスに更新し、かつ変位量メモリ27のカウント値dzまた
はdyを−１カウントダウンさせる。
トリックスを検出パターンメモリ24のパターンマトリッ
クスに更新し、かつ変位量メモリ27のカウント値dzまた
はdyを−１カウントダウンさせる。
従って、ベッド１に対してＹテーブル５が静止したまま
の状態では、Sx0,Sy0が最小値となるから、基準パター
ンメモリ26の基準パターンマトリックスおよび変位量メ
モリ27のカウント値dz,dyは共に更新されない。しか
し、ベッド１に対してＹテーブル５が相対移動すると、
その相対移動方向によってSx+,Sy+またはSx-,Sy-が最小
値となるから、基準パターンメモリ26の基準パターンマ
トリックスは検出パターンメモリ24のパターンマトリッ
クスに更新され、かつ移動方向によって変位量メモリ27
のカウント値dz,dyが増減される。
の状態では、Sx0,Sy0が最小値となるから、基準パター
ンメモリ26の基準パターンマトリックスおよび変位量メ
モリ27のカウント値dz,dyは共に更新されない。しか
し、ベッド１に対してＹテーブル５が相対移動すると、
その相対移動方向によってSx+,Sy+またはSx-,Sy-が最小
値となるから、基準パターンメモリ26の基準パターンマ
トリックスは検出パターンメモリ24のパターンマトリッ
クスに更新され、かつ移動方向によって変位量メモリ27
のカウント値dz,dyが増減される。
このようにして、ベッド１に対してＹテーブル５が相対
移動していくと、変位量メモリ27には、ベッド１に対す
るＹテーブル５のX,Y軸方向の変位量が累計記憶されて
いく。変位量メモリ27に記憶された値は、測定単位によ
る値に変換された後、表示器28に表示され、またはNC装
置等へ入力され、以後の制御用データとして利用され
る。
移動していくと、変位量メモリ27には、ベッド１に対す
るＹテーブル５のX,Y軸方向の変位量が累計記憶されて
いく。変位量メモリ27に記憶された値は、測定単位によ
る値に変換された後、表示器28に表示され、またはNC装
置等へ入力され、以後の制御用データとして利用され
る。
従って、本実施例によれば、X,Y軸方向へ移動されるＹ
テーブル５の上面5Aの光学的パターン情報を光電変換素
子群12で電気信号に変換し、この変換されたパターンマ
トリックスを前回のサンプリングまでに更新記憶された
基準パターンマトリックスと比較して、基準パターンマ
トリックスに対する検出されたパターンマトリックスの
X,Y軸方向におけるずれ量を求めるようにしたので、１
つの検出ヘッド11によって二次元方向の移動量を測定で
き、その結果装置の小型化、低廉化を図ることができ
る。
テーブル５の上面5Aの光学的パターン情報を光電変換素
子群12で電気信号に変換し、この変換されたパターンマ
トリックスを前回のサンプリングまでに更新記憶された
基準パターンマトリックスと比較して、基準パターンマ
トリックスに対する検出されたパターンマトリックスの
X,Y軸方向におけるずれ量を求めるようにしたので、１
つの検出ヘッド11によって二次元方向の移動量を測定で
き、その結果装置の小型化、低廉化を図ることができ
る。
また、従来のインダクトシン等のように高精度に加工し
たスケールを物体表面に設けなくてもよく、更にレゾル
バ等のように処理回路が複雑化することがないので、全
体の構成が簡易かつ容易である。特に、物体表面の光学
的パターン情報を検出するようにしたので、物体の測定
面が相対移動方向において反射光の明度が均一とならな
いような態様であればよく、例えば不規則なマーク、更
には傷等の処理でよく、極端には何も処理することなく
加工面粗度のパターンをそのまま利用することもできる
結果、相対移動部材に対する加工がほとんど不要であ
る。従って、位置検出機能がない既存のテーブル等で
も、そのテーブル面に検出ヘッド11を対向設置すれば、
容易に自動化できる利点がある。
たスケールを物体表面に設けなくてもよく、更にレゾル
バ等のように処理回路が複雑化することがないので、全
体の構成が簡易かつ容易である。特に、物体表面の光学
的パターン情報を検出するようにしたので、物体の測定
面が相対移動方向において反射光の明度が均一とならな
いような態様であればよく、例えば不規則なマーク、更
には傷等の処理でよく、極端には何も処理することなく
加工面粗度のパターンをそのまま利用することもできる
結果、相対移動部材に対する加工がほとんど不要であ
る。従って、位置検出機能がない既存のテーブル等で
も、そのテーブル面に検出ヘッド11を対向設置すれば、
容易に自動化できる利点がある。
しかも、マークや光源14等が経時的に変動しても、パタ
ーンとしての検出であるため、急激な変動でない限り測
定に影響を受ることがない。
ーンとしての検出であるため、急激な変動でない限り測
定に影響を受ることがない。
また、被測定物に対して非接触型であるので、測定面を
傷付けることがない。このことは、被測定物の材質が比
較的軟質な材料でも高精度に測定できる利点がある。
傷付けることがない。このことは、被測定物の材質が比
較的軟質な材料でも高精度に測定できる利点がある。
また、Ｙテーブル５の表面からの反射光を光電変換素子
群12上に所定倍率で結像させるレンズ14を設けたので、
光電変換素子の間隔δに対し、Ｙテーブル５の表面から
レンズ14までの距離L1/レンズ14から光電変換素子群12
までの距離L2倍の測定分解能が得られる。
群12上に所定倍率で結像させるレンズ14を設けたので、
光電変換素子の間隔δに対し、Ｙテーブル５の表面から
レンズ14までの距離L1/レンズ14から光電変換素子群12
までの距離L2倍の測定分解能が得られる。
なお、実施に当って、演算回路25における演算アルゴリ
ズムとしては、上記例のほか、次のようなアルゴリズム
でもよい。即ち、 を演算し、これらの解のうちで最も小さい値を求める。
ズムとしては、上記例のほか、次のようなアルゴリズム
でもよい。即ち、 を演算し、これらの解のうちで最も小さい値を求める。
この場合の処理では、 S00→dx,dyそのまま、 Sx+0→dx＋1,dyそのまま、 Sx-0→dx−1,dyそのまま、 S0y+→dy＋1,dxそのまま、 S0y-→dy−1,dxそのまま、 Sx+y+→dx＋1,dy＋１ Sx+y-→dx＋1,dy−１ Sx-y+→dx−1,dy＋１ Sx-y-→dx−1,dy−１ となる。
また、これらのアルゴリズム例において、サンプリング
で取込まれたパターンマトリックス と基準パターンマトリックス との差を二乗したが、その差の絶縁値を取るようにして
もよい。
で取込まれたパターンマトリックス と基準パターンマトリックス との差を二乗したが、その差の絶縁値を取るようにして
もよい。
また、検出されたパターン情報と比較される基準パター
ンについては、前回のサンプリング時までに更新記憶さ
れた１つの基準パターンだけでなく、それ以前に更新さ
れた複数個の基準パターンを記憶しておき、これら全て
について検出されたパターン情報と比較すれば、パター
ンの解析をより正確に行うことができ、また相対移動量
が速くて１回の演算で１素子分以上の移動をするような
場合でも測定可能である。
ンについては、前回のサンプリング時までに更新記憶さ
れた１つの基準パターンだけでなく、それ以前に更新さ
れた複数個の基準パターンを記憶しておき、これら全て
について検出されたパターン情報と比較すれば、パター
ンの解析をより正確に行うことができ、また相対移動量
が速くて１回の演算で１素子分以上の移動をするような
場合でも測定可能である。
また、上記実施例では、固定側部材つまりベッド１側に
検出ヘッド11を取付けたが、検出ヘッド11を可動側のＹ
テーブル５側に取付け、その受光面を固定側部材の基準
面に対向させても同様な効果が得られる。ただ、上述し
た実施例のようにすれば、検出ヘッド11を取付けるため
の加工が軽減できる。
検出ヘッド11を取付けたが、検出ヘッド11を可動側のＹ
テーブル５側に取付け、その受光面を固定側部材の基準
面に対向させても同様な効果が得られる。ただ、上述し
た実施例のようにすれば、検出ヘッド11を取付けるため
の加工が軽減できる。
更に、本発明の変位測定装置は、上記実施例で述べたＹ
−Ｙテーブルに限らず、二次元方向へ移動する物体の全
ての変位測定装置として広く応用できる。
−Ｙテーブルに限らず、二次元方向へ移動する物体の全
ての変位測定装置として広く応用できる。
［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、２つの物体の二次元方向
の相対移動量を容易かつ安価に、しかも高精度に検出で
きる変位測定装置を提供することができる。
の相対移動量を容易かつ安価に、しかも高精度に検出で
きる変位測定装置を提供することができる。
図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は全体の説
明図、第２図は検出ヘッドの要部を示す断面図、第３図
は光電変換素子群とレンズとの関係を示す斜視図、第４
図は光電変換素子群の平面図、第５図はパターン処理部
を示すブロック図である。 １……ベッド、３……Ｘテーブル、５……Ｙテーブル、
12……光電変換素子群、1211,1212……光電変換素子、1
3……光源、14……レンズ、23……A/D変換器、24……第
１のパターン記憶部としての検出パターンメモリ、25…
…判定手段としての演算回路、26……第２のパターン記
憶部としての基準パターンメモリ、27……変位量メモ
リ。
明図、第２図は検出ヘッドの要部を示す断面図、第３図
は光電変換素子群とレンズとの関係を示す斜視図、第４
図は光電変換素子群の平面図、第５図はパターン処理部
を示すブロック図である。 １……ベッド、３……Ｘテーブル、５……Ｙテーブル、
12……光電変換素子群、1211,1212……光電変換素子、1
3……光源、14……レンズ、23……A/D変換器、24……第
１のパターン記憶部としての検出パターンメモリ、25…
…判定手段としての演算回路、26……第２のパターン記
憶部としての基準パターンメモリ、27……変位量メモ
リ。
Claims (3)
- 【請求項１】いずれか一方の物体表面が反射光の明度が
均一とならない態様を有し、かつ、二次元方向へ相対移
動する２つの物体の相対移動変位量を測定する装置であ
って、 前記一方の物体表面の状態を明暗の光学的情報として捉
えるための光源と、 他方の物体に、前記一方の物体表面に対向して複数の光
電変換素子が前記二次元方向の互いに直交するＸおよび
Ｙ軸方向へ等間隔にかつマトリックス状に配置され前記
一方の物体表面の光学的明度パターンを電気的に検出す
る光電変換素子群と、 この光電変換素子群によって検出された一方の物体表面
の光学的明度パターンマトリックス情報を記憶する第１
のパターン記憶部と、 この第１のパターン記憶部のパターンマトリックス情報
より前に前記光電変換素子群によって検出されたパター
ンマトリックス情報を基準パターンマトリックスとして
記憶している第２のパターン記憶部と、 前記二次元方向の各軸毎にパターンマトリックス情報の
ずれ量を累計記憶する変位量記憶部と、 前記第１のパターン記憶部に読取指令を周期的に出力し
てその第１のパターン記憶部に記憶されたパターンマト
リックス情報を読み込むとともに、前記第２のパターン
記憶部に記憶された基準パターンマトリックスに対して
前記読み込んだパターンマトリックス情報の各軸方向の
ずれ量を判定し、その判定結果に応じて、求められたず
れ量を前記変位量記憶部に累計記憶するとともに、前記
第２のパターン記憶部の基準パターンマトリックスを前
記第１のパターン記憶部のパターン情報に更新する判定
手段と、を具備し、 この判定手段は、第１のパターン記憶部に記憶されたパ
ターンマトリックス情報の各軸方向における各データ
と、これと対応する前記基準パターンマトリックスの各
軸方向における各データとの差の二乗値または絶対値を
累計した第１の値を算出する第１の演算手段と、 第１のパターン記憶部に記憶されたパターンマトリック
ス情報の各軸方向における各データと、これと対応する
前記基準パターンマトリックスのデータを基準としてそ
の基準パターンマトリックスを各軸マイナス方向へ１素
子分ずらした各データとの差の二乗値または絶対値を累
計した第２の値を算出する第２の演算手段と、 第１のパターン記憶部に記憶されたパターンマトリック
ス情報の各軸方向における各データと、これと対応する
前記基準パターンマトリックスのデータを基準としてそ
の基準パターンマトリックスを各軸プラス方向へ１素子
分ずらした各データとの差の二乗値または絶対値を累計
した第３の値を算出する第３の演算手段と、 これらの演算手段によって求められた第１、第２および
第３の値のうち最も小さい値を求め、第２の値が最も小
さいとき前記変位量記憶部のずれ量に前記光電変換素子
間隔に基づく値を加算するとともに、第３の値が最も小
さいとき前記変位量記憶部のずれ量から前記光電変換素
子間隔に基づく値を減算する第４の演算手段とを含む、 ことを特徴とする変位測定装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記光電
変換素子群と一方の物体表面との間に、その物体表面か
らの反射光を光電変換素子群上に結像させるレンズを設
けたことを特徴とする変位測定装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、前記光電変換素子をCCDとしたことを特徴とする変
位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144248A JPH0786408B2 (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144248A JPH0786408B2 (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625108A JPS625108A (ja) | 1987-01-12 |
| JPH0786408B2 true JPH0786408B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=15357682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60144248A Expired - Lifetime JPH0786408B2 (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786408B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58113762A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-06 | Fujitsu Ltd | 速度測定装置 |
| JPS59180365A (ja) * | 1983-03-31 | 1984-10-13 | Toshiba Corp | フオトセンサ |
-
1985
- 1985-07-01 JP JP60144248A patent/JPH0786408B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS625108A (ja) | 1987-01-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |