JPH08193810A - 変位測定装置 - Google Patents

変位測定装置

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JPH08193810A
JPH08193810A JP2115695A JP2115695A JPH08193810A JP H08193810 A JPH08193810 A JP H08193810A JP 2115695 A JP2115695 A JP 2115695A JP 2115695 A JP2115695 A JP 2115695A JP H08193810 A JPH08193810 A JP H08193810A
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JP
Japan
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laser light
laser
focus
measurement
control mechanism
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JP2115695A
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English (en)
Inventor
Akinobu Ogasawara
昭宣 小笠原
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SERUTETSUKU SYST KK
Original Assignee
SERUTETSUKU SYST KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定誤差の変動が少なく、常に最良の測定条
件を維持することができ、高精度の測定を可能とする変
位測定装置を提供する。 【構成】 測定対象物13にレーザー光を照射するレー
ザー投光部10aと、測定対象物13から散乱されるレ
ーザー光の散乱位置を検出する位置検出部16とを備え
た変位測定装置10において、レーザー投光部10aと
測定対象物13との間に、レーザー光の焦点を測定対象
物13上に保持する焦点位置制御機構12を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物に照射され
るレーザー光の散乱位置を検知して、例えば測定対象物
までの距離、測定対象物の寸法変化、平坦度等を測定す
る変位測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザー光を利用した板材等の板厚、平
坦度の測定方法としては、図2に示すように、測定対象
物50にレーザー光を照射するレーザー光投光部51を
設け、測定対象物50に集光レンズ52を介してレーザ
ー光を照射して、その散乱光を結像レンズ53を介して
CCD(Charge Coupled Devic
e)又はPSD(Photo−Semiconduct
or Device)等のポジションセンサー54に導
き、その重心位置(PSDの場合)又は輝度の最高位置
(リニアーCCDの場合)を求めて、ポジッションセン
サー54の信号から変位座標処理を行い測定対象物50
までの位置、又は変位量を三角測量法の原理で測定する
ことが一般に行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法はレーザー光の強度分布の重心位置(PSDの場合)
又は輝度の最高位置(リニアーCCDの場合)を求めて
距離を測定する方式であるので、通常の鉄板のように測
定対象物50の反射係数が均等でない場合であっても、
レーザー光のビーム径が小さい場合には測定精度が高い
が、レーザー光のビーム径が大きくなると測定精度が低
下するという問題がある。即ち、測定対象物が均一乱反
射を行うのであれば、図3の破線aに示すようにポジシ
ョンセンサー54に結ばれる画像の受光強度は、反射散
乱光の正規分布画像となるが、鉄板のように不均一乱反
射を行う測定対象物の場合には、ポジションセンサー5
4に結ばれる画像は図3の一点鎖線bに示すように正規
分布画像とはならず、その受光強度の重心位置や、最高
輝度位置を測定する方法では測定精度が低下するという
問題があった。そこで、集光レンズ52を変えて測定対
象物50に焦点を合わせて図3の実線cに示すようにレ
ーザー光のビーム径を小さくしようとすると、レーザー
光の焦点(レーザー光のビーム径の最小部に対応する)
の位置を外れた範囲、例えば測定対象物50aの場合に
はビーム径が大きくなり、結果として散乱面でのレーザ
ー光のビーム径が大きくなって前述した理由によって測
定精度が悪くなるという問題が生じていた。また、図4
に破線dで示すように測定対象物の距離が変わっても測
定精度が変わらないようにビーム径を均一にしようとす
ると、全体的にレーザー光のビーム径が大きくなり、結
果として全体的に測定精度が下がるという問題が生じて
いた。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、測定誤差が少なく、常に最良の測定条件を維持する
ことができ、高精度の測定を可能とする変位測定装置を
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項1
記載の変位測定装置は、測定対象物にレーザー光を照射
するレーザー投光部と、該測定対象物から散乱されるレ
ーザー光の散乱位置を検出する位置検出部とを備えた変
位測定装置において、前記レーザー投光部と測定対象物
との間に、レーザー光の焦点を前記測定対象物上に保持
する焦点位置制御機構を設けるように構成されている。
請求項2記載の変位測定装置は、請求項1記載の変位測
定装置において、前記焦点位置制御機構は前記位置検出
部からの信号に基づいて制御されるように構成されてい
る。
【0005】以上において、レーザー投光部とは半導体
レーザー装置及び気体レーザー装置等からなって、一定
方向にレーザー光を発信する装置をいう。測定対象物と
は、レーザー光の方向に対して散乱可能な散乱面を持
ち、該散乱面の移動変位量を測定するための対象となる
ものであり、具体的には鉄板等である。位置検出部は、
受光レンズで結像される光点像の位置を検出するPS
D、リニアーCCD等の位置検出素子又はピーク位置検
出部により構成される。そして、焦点位置制御機構と
は、レーザー投光部から照射されるレーザー光を集光す
るレンズ等の光学系を駆動して測定対象物に照射される
レーザー光の焦点を合わせる機構をいう。
【0006】
【作用】請求項1及び2記載の変位測定装置において
は、レーザー投光部と測定対象物との間にレーザー光の
焦点を前記測定対象物上に保持する焦点位置制御装置を
設けているので、測定対象物上でのレーザー光のビーム
径が最小の値に保たれる。従って、測定対象物のレーザ
ー光の反射係数が場所によって異なっても、測定対象物
からの反射光も最小の大きさとなり、結果として位置検
出部に結像される反射光画像も最小となり、仮に測定対
象物の表面から反射するレーザー光に輝度のバラツキが
あっても、最小のビーム径内での測定誤差とすることが
できる。また、請求項2記載の変位測定装置において
は、前記焦点位置制御機構は前記位置検出部からの信号
に基づいて制御されているので、装置構成が単純であ
り、変位測定の動作毎に最適の測定が行える。
【0007】
【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明
を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供す
る。ここに、図1は本発明の一実施例に係る変位装置の
説明図、図3は反射レーザー光の輝度分布を説明するグ
ラフ、図4は反射レーザー光を説明するグラフである。
【0008】図1に示す変位測定装置10は、レーザー
光を発生するレーザー投光部10aと、前記レーザー光
を集める集光レンズ11と、集光レンズ11の後に配置
される焦点位置制御機構12と、測定対象物13からの
反射レーザー光を採り入れる受光レンズ14と、受光レ
ンズ14の結像位置に配置される位置検出素子15と、
位置検出素子15に接続されるピーク位置検出部16及
び変位変換部17と、プリンター等の出力装置18と、
前記焦点位置制御機構12の焦点位置制御部19とを有
している。以下、これらについて詳しく説明する。
【0009】前記レーザー投光部10aは周知のレーザ
ー発振器(例えば、半導体レーザー、He−Neガスレ
ーザー)からなり、集光レンズ11は周知の凸レンズか
らなって発信されたレーザー光を集めて測定対象物13
にレーザー光を照射するようにしている。なお、この集
光レンズ11は以下に説明する焦点位置制御機構12内
に含ませる場合は省略できる。前記焦点位置制御機構1
2は複数の光学レンズ系の組合わせからなり、光学系の
相対位置を変えることにより集光レンズ11を通過した
レーザー光の焦点位置を変動させている。前記焦点位置
制御部19は、変位変換部17からの信号(距離信号)
に基づいて、焦点位置制御機構12に制御信号を発して
いる。従って、この焦点位置制御部19からの信号(例
えば、Ym)に対応して、焦点位置制御機構12を通過
するレーザー光の焦点を対応する位置(即ち、Ym)に
合わせるようになっている。
【0010】前記受光レンズ14は周知の凸レンズから
なって、測定対象物13から散乱されるレーザー光を集
光し位置検出素子15上に結像させている。前記位置検
出素子15は周知のリニアーCCDからなって、散乱レ
ーザー光を受光することにより、各受光位置に相当する
位置の信号を出力するようになっている。ピーク位置検
出部16は位置検出素子15からの信号を処理して、位
置検出素子15上の散乱光のピーク位置を検出し、変位
変換部17は前記散乱光の位置に基づいて対応する測定
対象物13の変位量を計算し、出力装置18及び焦点位
置制御部19に変位量に対応した信号を送る周知の構成
となっている。
【0011】続いて、この変位測定装置10の使用方法
及び作用について説明する。図1に示すように、レーザ
ー投光部10aからレーザー光を発信し、集光レンズ1
1及び焦点位置制御機構12を介してA位置にある測定
対象物13にレーザー光を照射すると、a位置で散乱光
となって反射し、その一部は受光レンズ14を介して位
置検出素子15に入射する。最初のレーザー光を投光す
る場合には、焦点位置制御機構12は動作させていない
ので、反射レーザー光の直径は大きくなり、位置検出素
子15のa´位置に結像する像は大きくなるが、ピーク
位置検出部16で輝度の最大点(即ち、ピーク位置)を
測定し、変位変換部17で距離信号(C)に変換する。
この距離信号(C)を焦点位置制御部19に入力して、
焦点位置制御機構12を制御する信号を変換し、焦点位
置制御機構12のモータを駆動してレーザー光の焦点を
距離信号(C)に合わせる。これによって、図4の曲線
eに示すように測定対象物13に照射されるレーザー光
の焦点が略合うので、測定対象物13からの反射レーザ
ー光の直径が小さくなり、位置検出素子15のa´位置
に結像される像が小さくなる。従って、測定対象物13
の表面からの反射光の輝度分布にバラツキがあっても、
結像される反射光の像が小さいので、その範囲内の誤差
となって、測定精度が向上する。
【0012】次に、測定対象物13の位置が、例えば図
1のBに示すような破線位置に変わった場合には、移動
した測定対象物13aまでの位置(b点)を焦点が合わ
ないまま、位置検出素子15のb´点として測定して距
離を出力し、次に、この出力によって焦点位置制御機構
12を制御して焦点を再度合わせ、測定対象物13aの
位置に小径のレーザ光を照射し、位置検出素子15上に
小径の反射レーザー光を結像させ、結果として精度の良
い測定が行える。
【0013】前記実施例においては、本来の位置検出部
からの信号に基づいて、焦点位置制御機構を制御した
が、別に設けた測定対象物の位置検出機構、例えば超音
波、可視光線等の反射を利用した簡易な測長機構からの
信号に基づいて、散乱面の概略の位置を設定することに
より制御を行っても良い。また、前記実施例において
は、位置検出素子としてリニアーCCDを使用したが、
PSDあるいはその他の素子を使用する場合も本発明は
適用される。
【0014】
【発明の効果】請求項1及び2記載の変位測定装置にお
いては、レーザー投光部と測定対象物との間に、レーザ
ー光の焦点を前記測定対象物上に保持する焦点位置制御
機構を設けているので、測定対象物上でのレーザー光の
ビーム径が常に一定かつ最小の値に保たれ、必要な測定
範囲の全領域にわたる高精度の測定が可能となる。特
に、請求項2記載の変位測定装置においては、前記焦点
位置制御機構は前記位置検出部からの信号に基づいて制
御されているので、特別に位置検出の手段を必要とせず
装置構成が単純であり、変位測定の動作毎に変位量がフ
ィードバックされて最適条件での測定が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る変位測定装置の説明図
である。
【図2】従来例に係る変位測定装置の説明図である。
【図3】反射レーザー光の輝度分布を説明するグラフで
ある。
【図4】反射レーザー光を説明するグラフである。
【符号の説明】
10 変位測定装置 10a レーザー投光部 11 集光レンズ 12 焦点位置制御機構 13 測定対象物 13a 測定対象物 14 受光レンズ 15 位置検出素子 16 ピーク位置検出部 17 変位変換部 18 出力装置 19 焦点位置制御部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象物にレーザー光を照射するレー
    ザー投光部と、該測定対象物から散乱されるレーザー光
    の散乱位置を検出する位置検出部とを備えた変位測定装
    置において、 前記レーザー投光部と測定対象物との間に、レーザー光
    の焦点を前記測定対象物上に保持する焦点位置制御機構
    を設けたことを特徴とする変位測定装置。
  2. 【請求項2】 前記焦点位置制御機構は前記位置検出部
    からの信号に基づいて制御される請求項1記載の変位測
    定装置。
JP2115695A 1995-01-13 1995-01-13 変位測定装置 Pending JPH08193810A (ja)

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