JPS5918405A - 光学的変位測定装置 - Google Patents
光学的変位測定装置Info
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- JPS5918405A JPS5918405A JP12922882A JP12922882A JPS5918405A JP S5918405 A JPS5918405 A JP S5918405A JP 12922882 A JP12922882 A JP 12922882A JP 12922882 A JP12922882 A JP 12922882A JP S5918405 A JPS5918405 A JP S5918405A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光の移動を検出して可動体の相対変位を測定
する光学的変位測定装置に関するものである。
する光学的変位測定装置に関するものである。
最近、直線ストライブを有する基準スケールと、傾斜ス
トライブを有する検出スケールとを用い、この直線スト
ライブならびに傾斜ストライブを透過あるいは反射する
光の移動を検出することにより基準スケールに対する検
出スケールの相対変位を検出する光学的変位測定装置が
開発されつつある。
トライブを有する検出スケールとを用い、この直線スト
ライブならびに傾斜ストライブを透過あるいは反射する
光の移動を検出することにより基準スケールに対する検
出スケールの相対変位を検出する光学的変位測定装置が
開発されつつある。
しかしながら上記装置においては検出感度を上げるには
傾斜ストライブの傾斜角度を大きくすればよいが、この
傾斜角度を大きくするには構造工種々の制約があり、検
出感度の向上にもおのずから限界があった。
傾斜ストライブの傾斜角度を大きくすればよいが、この
傾斜角度を大きくするには構造工種々の制約があり、検
出感度の向上にもおのずから限界があった。
また上記従来装置は、基準スケールに対して検出スケー
ルが傾いて取付られると、その取付角度誤差がそのまま
測定誤差となって表れ、高精度な変位検出ができなかっ
た。
ルが傾いて取付られると、その取付角度誤差がそのまま
測定誤差となって表れ、高精度な変位検出ができなかっ
た。
本発明は従来のこのような問題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは検出スケールの
ストライプ形状に改良を加えることにより検出感度を向
上させるとともに基準スケールならびに検出スケールの
取付角度誤差が測定精度に影響を及ぼさないようにする
ことである。
たものであり、その目的とするところは検出スケールの
ストライプ形状に改良を加えることにより検出感度を向
上させるとともに基準スケールならびに検出スケールの
取付角度誤差が測定精度に影響を及ぼさないようにする
ことである。
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図において１０は測定方向Ｘと平行に移動可能に設
けられた可動体で、この可動体１０上には発光ダイオー
ドよりなる第１、第２光源１１ｒ、１１１２、集光レン
ズ１２ｒ、１２ρが周知の装置によって一体的に取り付
けられている。この集光レンズ１２ｒ、１２ｊ！は前記
第１、第２光源１１ｒ、１１７！からの光を集光し、測
定方向Ｘと平行に固定部に取り付けられた基準スケール
１３の表面を照射するようになっている。
けられた可動体で、この可動体１０上には発光ダイオー
ドよりなる第１、第２光源１１ｒ、１１１２、集光レン
ズ１２ｒ、１２ρが周知の装置によって一体的に取り付
けられている。この集光レンズ１２ｒ、１２ｊ！は前記
第１、第２光源１１ｒ、１１７！からの光を集光し、測
定方向Ｘと平行に固定部に取り付けられた基準スケール
１３の表面を照射するようになっている。
基準スケール１３の表面には第２図に示すように測定方
向Ｘと直角をなす直線ストライプ１４が長手方向に微小
間隔をおいて形成され、この直線ストライプ１４がある
部分では第１、第２光源１１ｒ、１１１からの光を反射
し、直線ストライプ１４のない部分では光を透過するよ
うになっている。
向Ｘと直角をなす直線ストライプ１４が長手方向に微小
間隔をおいて形成され、この直線ストライプ１４がある
部分では第１、第２光源１１ｒ、１１１からの光を反射
し、直線ストライプ１４のない部分では光を透過するよ
うになっている。
一方前記基準スケール１３の側方には測定方向と平行に
検出スケール１５が前記可動体１０上に取付られている
。この検出スケール１５には第２図に示すように互いに
逆方向に傾斜する第１．第２（ＩＪｉ斜ストライプ１６
ｒ、１６βが形成されている。この第１．第２傾斜スト
ライプ１６ｒ、１６ρはその延長線において互いに交差
し、その交点０より測定方向Ｘと直角をなす方向に次第
に開くようにＶ字形状に配置されている。前記基準スケ
ール１３にて反射される光はこの第１．第２傾斜ストラ
イプ１６ｒ、１６βによってそれぞれ制御されるように
なっている。
検出スケール１５が前記可動体１０上に取付られている
。この検出スケール１５には第２図に示すように互いに
逆方向に傾斜する第１．第２（ＩＪｉ斜ストライプ１６
ｒ、１６βが形成されている。この第１．第２傾斜スト
ライプ１６ｒ、１６ρはその延長線において互いに交差
し、その交点０より測定方向Ｘと直角をなす方向に次第
に開くようにＶ字形状に配置されている。前記基準スケ
ール１３にて反射される光はこの第１．第２傾斜ストラ
イプ１６ｒ、１６βによってそれぞれ制御されるように
なっている。
なお、これら基準スケール１３ならびに検出スケール１
５は、例えばガラス板より構成され、このガラス板の表
面に形成されたクローム等の真空蒸着膜をフォトエツチ
ング方法等によって除去して前記直線ストライプ１４な
らびに第１．第２ｆ頃斜ストライプ１６ｒ、１６Ｊを形
成したものである。
５は、例えばガラス板より構成され、このガラス板の表
面に形成されたクローム等の真空蒸着膜をフォトエツチ
ング方法等によって除去して前記直線ストライプ１４な
らびに第１．第２ｆ頃斜ストライプ１６ｒ、１６Ｊを形
成したものである。
また前記可動体１０上には前記基準スケール１３からの
反射光を集める集光レンズ１８ｒ、１８１と、第１．第
２イメージセンサ１９ｒ、１９Ｊが取付られている。こ
の第１．第２イメージセンサ１９ｒ、１９βは光電気変
換素子２０を測定方向Ｘと直角をなす方向に並べたもの
で、第１．第２傾斜ストライプ１６ｒ、１６／！に沿っ
て移動する反射光の移動を検出するようになっている。
反射光を集める集光レンズ１８ｒ、１８１と、第１．第
２イメージセンサ１９ｒ、１９Ｊが取付られている。こ
の第１．第２イメージセンサ１９ｒ、１９βは光電気変
換素子２０を測定方向Ｘと直角をなす方向に並べたもの
で、第１．第２傾斜ストライプ１６ｒ、１６／！に沿っ
て移動する反射光の移動を検出するようになっている。
第１、第２イメージセンサ１９ｒ、１９ｊ！にはその出
力の波形を整形する波形整形回路２１ｒ、２１１と、こ
の波形整形回路２１ｒ、２１ｊ２からの出力より前記反
射光のｙ方向への移動量を演算する演算処理装置２２が
接続されている。
力の波形を整形する波形整形回路２１ｒ、２１１と、こ
の波形整形回路２１ｒ、２１ｊ２からの出力より前記反
射光のｙ方向への移動量を演算する演算処理装置２２が
接続されている。
上記構成において、検出スケール１５の第１゜５−
第２傾斜ストライプ１６ｒ、１６ｊ！が基準スケール１
３の直線ストライプ１４に対して第４図実線に示す位置
に位置しているとき、前記基準スケール１３からの反射
光は通過範囲Ａ１において第１゜第２傾斜ストライプ１
６ｒ、１６βを介して通過され、その他の範囲でその反
射光は検出スケール１５にてさえぎられる。従って第１
．第２イメージセンサ１９ｒ、１９ｊ！はその範囲Ａ１
に対応する光電気変換素子２０のみに光が照射されるた
め、第４図（Ｉ ｒ １）および（Ｉ ！１１）の実線
に示すような波形の信号を出力する。
３の直線ストライプ１４に対して第４図実線に示す位置
に位置しているとき、前記基準スケール１３からの反射
光は通過範囲Ａ１において第１゜第２傾斜ストライプ１
６ｒ、１６βを介して通過され、その他の範囲でその反
射光は検出スケール１５にてさえぎられる。従って第１
．第２イメージセンサ１９ｒ、１９ｊ！はその範囲Ａ１
に対応する光電気変換素子２０のみに光が照射されるた
め、第４図（Ｉ ｒ １）および（Ｉ ！１１）の実線
に示すような波形の信号を出力する。
しかる状態において、例えば可動体１０を−Ｘ方向にΔ
Ｘだけ変位させると、第１．第２傾斜ストライプ１６ｒ
、１６Ａが−Ｘ方向に移動し、これに伴って第１傾斜ス
トライプ１６ｒ側では通過範囲Ａ１がＡ２まで＋ｙ方向
にｙｒだけ変化し、また第２傾斜ストライプ１６Ａ’側
では通過範囲ＡＩがＡ２まで−ｙ方向にｙｐだけ変位し
、その結果箱１．第２イメージセンサ１９ｒ、１９ｊ２
の出力はそれぞれ第４図（Ｉｒｌ）、 ＣＩβ１〕の
仮６一 芯線のごとく移動する。この第１．第２イメージセンサ
１９ｒ、１９βの出力波形は波形整形回路２１乙 ２１
ｆｆによって方形波に波形整形されて演算処理装置２２
に入力される。演算処理装置２２はこの出力を常時スキ
ャニングして前記方形波の移動量ｙｒ、ｙＩ！をそれぞ
れ計算し、さらにこの移動量ｙｒ、ｙβを加算処理する
。
Ｘだけ変位させると、第１．第２傾斜ストライプ１６ｒ
、１６Ａが−Ｘ方向に移動し、これに伴って第１傾斜ス
トライプ１６ｒ側では通過範囲Ａ１がＡ２まで＋ｙ方向
にｙｒだけ変化し、また第２傾斜ストライプ１６Ａ’側
では通過範囲ＡＩがＡ２まで−ｙ方向にｙｐだけ変位し
、その結果箱１．第２イメージセンサ１９ｒ、１９ｊ２
の出力はそれぞれ第４図（Ｉｒｌ）、 ＣＩβ１〕の
仮６一 芯線のごとく移動する。この第１．第２イメージセンサ
１９ｒ、１９βの出力波形は波形整形回路２１乙 ２１
ｆｆによって方形波に波形整形されて演算処理装置２２
に入力される。演算処理装置２２はこの出力を常時スキ
ャニングして前記方形波の移動量ｙｒ、ｙＩ！をそれぞ
れ計算し、さらにこの移動量ｙｒ、ｙβを加算処理する
。
この加算値ｙｒ＋ｙｊ！は可動体１０の移動量ΔＸに対
して大きく変化するため、極めて高感度な検出が可能と
なる。
して大きく変化するため、極めて高感度な検出が可能と
なる。
また上記測定に際し、検出スケール】５の取付が悪く、
第１．第２傾斜ストライプ１６ｒ、１９１の中心線りが
θだけ傾いて取付られた場合、その傾き誤差によって第
１傾斜ストライブ１．６ ｒ側では反射光の移動量すな
わち方形波の移動量が正規の移動量ｙｒよりΔｙｒだけ
少なく＋ｙ方向に移動し、また第２傾斜ストライプ１６
７！側では方形波が正規の移動量ｙ１よりΔｙ１だけ多
く−ｙ方向に移動するため、その移動量ｙｒ＋Δｙｒと
、移動量ｙＩｌ十Δｙｌを加算処理することによってΔ
ｙｒとΔｙ１とが相殺する傾向になり、より高精度な変
位検出が可能である。
第１．第２傾斜ストライプ１６ｒ、１９１の中心線りが
θだけ傾いて取付られた場合、その傾き誤差によって第
１傾斜ストライブ１．６ ｒ側では反射光の移動量すな
わち方形波の移動量が正規の移動量ｙｒよりΔｙｒだけ
少なく＋ｙ方向に移動し、また第２傾斜ストライプ１６
７！側では方形波が正規の移動量ｙ１よりΔｙ１だけ多
く−ｙ方向に移動するため、その移動量ｙｒ＋Δｙｒと
、移動量ｙＩｌ十Δｙｌを加算処理することによってΔ
ｙｒとΔｙ１とが相殺する傾向になり、より高精度な変
位検出が可能である。
なお、」１記実施例は、第１．第２光源１１ｒ。
１１１１を基準スケール１３の手前側に設置し、この基
準スケール１３からの反射光を利用したものであるが、
これに限定されるものではなく、第５図に示すように第
１．第２光源１１ｒ、ＩＩＡを基準スケール１３の背後
に設置し、この基準スケール１３からの透過光を利用し
てもよい。
準スケール１３からの反射光を利用したものであるが、
これに限定されるものではなく、第５図に示すように第
１．第２光源１１ｒ、ＩＩＡを基準スケール１３の背後
に設置し、この基準スケール１３からの透過光を利用し
てもよい。
また上記実施例では、便宜上イメージセンサ１９ｒ、１
９β−１−、に照射される１つの反射光の移動に注目し
て説明したが、実際上イメージセンサ１９ｒ、１９β上
には２つ以」二の反射光が同時に照射されるようになっ
ており、最初の反射光がイメージセンサ１９ｒ、１９Ａ
の検出範囲を外れると同時に次の反射光をスキャニング
することで大きな変位を連続して検出できるようになっ
ている。
９β−１−、に照射される１つの反射光の移動に注目し
て説明したが、実際上イメージセンサ１９ｒ、１９β上
には２つ以」二の反射光が同時に照射されるようになっ
ており、最初の反射光がイメージセンサ１９ｒ、１９Ａ
の検出範囲を外れると同時に次の反射光をスキャニング
することで大きな変位を連続して検出できるようになっ
ている。
前記したように本発明は、光を照射する第１゜第２光源
ならびに光を受光する第１．第２イメージセンサ間に互
いに逆方向に傾斜する第１．第２傾斜ストライブをＶ字
形状に配置してこの第１゜第２傾斜ストライブを透過す
る透過光が互いに逆方向に移動するようにした構成であ
るため、この逆方向の移動量を加算することにより、基
準スケールに対する可動体の相対移動量を極めて感度よ
く検出でき、また検出スケールの傾き誤差による影響も
少なく、高精度な変位検出ができる利点を有する。
ならびに光を受光する第１．第２イメージセンサ間に互
いに逆方向に傾斜する第１．第２傾斜ストライブをＶ字
形状に配置してこの第１゜第２傾斜ストライブを透過す
る透過光が互いに逆方向に移動するようにした構成であ
るため、この逆方向の移動量を加算することにより、基
準スケールに対する可動体の相対移動量を極めて感度よ
く検出でき、また検出スケールの傾き誤差による影響も
少なく、高精度な変位検出ができる利点を有する。
また前記基準スケール上に平行度を保ちながら多数の直
線ストライブを形成することは製作上むつかしく、これ
は基準スケールの巾が大きくなればなるほどより困難と
なる。しかるに本発明では第１．第２傾斜ストライブを
測定線と直角をなく方向に次第にひろくなるようＶ字形
に配置した構成であるため、基準スケールの中を比較的
小さくすることができ、その製作も容易となる利点を有
する。
線ストライブを形成することは製作上むつかしく、これ
は基準スケールの巾が大きくなればなるほどより困難と
なる。しかるに本発明では第１．第２傾斜ストライブを
測定線と直角をなく方向に次第にひろくなるようＶ字形
に配置した構成であるため、基準スケールの中を比較的
小さくすることができ、その製作も容易となる利点を有
する。
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明の
光学的変位測定装置を示す概略構成図、９− 第２図は基準スケールと検出スケールとの関係を説明す
る説明図、第３図は検出スケールとイメージセンサとの
関係を説明する説明図、第４図はイメージセンサの検出
信号の移動状態を説明する説明図、第５図は本発明の他
の実施例を示す概略構成図である。 １１ｒ・・・第１光源、ＩＩＪ・・・第２光源、１３・
・・基準スケール、１４・・・直線ストライブ、１５・
・・検出スケール、１６ｒ・・・第１傾斜ストライブ、
１６７！・・・第２１頃斜ストライブ、１９ｒ・・・第
１イメージセンサ、１９Ｉｌ・・・第２イメージセンサ
、２２・・・演算処理装置。 特許出願人 豊田工機株式会社 一１〇− 〇−−−−■ Ｘ ４図
光学的変位測定装置を示す概略構成図、９− 第２図は基準スケールと検出スケールとの関係を説明す
る説明図、第３図は検出スケールとイメージセンサとの
関係を説明する説明図、第４図はイメージセンサの検出
信号の移動状態を説明する説明図、第５図は本発明の他
の実施例を示す概略構成図である。 １１ｒ・・・第１光源、ＩＩＪ・・・第２光源、１３・
・・基準スケール、１４・・・直線ストライブ、１５・
・・検出スケール、１６ｒ・・・第１傾斜ストライブ、
１６７！・・・第２１頃斜ストライブ、１９ｒ・・・第
１イメージセンサ、１９Ｉｌ・・・第２イメージセンサ
、２２・・・演算処理装置。 特許出願人 豊田工機株式会社 一１〇− 〇−−−−■ Ｘ ４図
Claims (1)
- （１）測定方向に相対移動可能な基準スケールならびに
検出スケールを互いに平行に配置し、この基準スケール
には光を透過あるいは反射する直線ストライブを前記測
定方向に微小間隔をおいて形成し、前記検出スケールに
は互いに逆方向を傾斜する第１．第２（ＩＪｉ斜ストス
トライブ記測定方向と直角をなす方向に開く７字形状に
形成し、前記基準スケールならびに検出スケールの近傍
には前記直線ストライブに向かって光を照射する第１．
第２光源と、前記基準スケールに対する検出スケールの
相対移動に伴い前記直線ストライブならびに第１、第２
傾斜ストライブを透過あるいは反射する光の移動を検出
する第１．第２イメージセンサを第１．第２（ｌＪｉ斜
スリスリットれぞれに相対向さセかつ検出スケールとと
もに相対移動可能に設け、この第１．第２イメージセン
サにばこの各イメージセンサからの出力に基づいて前記
基準スケールに対する検出スケールの相対移動量を演算
する演算処理装置を接続したことを特徴とする光学的変
位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12922882A JPS5918405A (ja) | 1982-07-23 | 1982-07-23 | 光学的変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12922882A JPS5918405A (ja) | 1982-07-23 | 1982-07-23 | 光学的変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5918405A true JPS5918405A (ja) | 1984-01-30 |
Family
ID=15004322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12922882A Pending JPS5918405A (ja) | 1982-07-23 | 1982-07-23 | 光学的変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5918405A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0482553A2 (de) * | 1990-10-22 | 1992-04-29 | Karl SÀ¼ss KG Präzisionsgeräte für Wissenschaft und Industrie - GmbH & Co. | Messanordnung für x,y,gamma-Koordinatentische |
-
1982
- 1982-07-23 JP JP12922882A patent/JPS5918405A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0482553A2 (de) * | 1990-10-22 | 1992-04-29 | Karl SÀ¼ss KG Präzisionsgeräte für Wissenschaft und Industrie - GmbH & Co. | Messanordnung für x,y,gamma-Koordinatentische |
| EP0482553A3 (en) * | 1990-10-22 | 1992-06-17 | Karl Suess Kg Praezisionsgeraete Fuer Wissenschaft Und Industrie - Gmbh & Co. | Measuring device for x,y, gamma alignment tables |
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