JPS59184804A - 光学式距離センサ - Google Patents
光学式距離センサInfo
- Publication number
- JPS59184804A JPS59184804A JP6023583A JP6023583A JPS59184804A JP S59184804 A JPS59184804 A JP S59184804A JP 6023583 A JP6023583 A JP 6023583A JP 6023583 A JP6023583 A JP 6023583A JP S59184804 A JPS59184804 A JP S59184804A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- pinhole
- distance
- guiding
- target object
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
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】
この発明は、例えばロボットの手先などに装着し、比較
的近距離にある物体の表面までの距離を検知し、ロボッ
トを制御するマイクロコンビーータにデータを送る光学
式距離センサに関するものである。
的近距離にある物体の表面までの距離を検知し、ロボッ
トを制御するマイクロコンビーータにデータを送る光学
式距離センサに関するものである。
第1図は従来のこの種のセンサを示す説明図であり、図
において(11は光源、(2)は光源(1)の細いビー
ム光を導出するピンホール、(3)はピンホール(2)
から射出される光源(1)からの細いビーム光が物体の
表面で反射して返ってくる光を導入するピンホールで、
仮にピンホール(2) 、 (3)を含む平面をX−Y
平面とし、ピンホール(2)から導出される光ビームの
中心方向を2方向とする直角座標を仮定して説明する。
において(11は光源、(2)は光源(1)の細いビー
ム光を導出するピンホール、(3)はピンホール(2)
から射出される光源(1)からの細いビーム光が物体の
表面で反射して返ってくる光を導入するピンホールで、
仮にピンホール(2) 、 (3)を含む平面をX−Y
平面とし、ピンホール(2)から導出される光ビームの
中心方向を2方向とする直角座標を仮定して説明する。
(4)はピンホール(3)から導入される光源(1)か
らの光を受光して電気信号に変える受光素子列、(5)
は導入された光を受光しであるしきい値以上の電気信号
に変えた受光素子の番号から物体の表面までの距離を算
出する演算回路である。
らの光を受光して電気信号に変える受光素子列、(5)
は導入された光を受光しであるしきい値以上の電気信号
に変えた受光素子の番号から物体の表面までの距離を算
出する演算回路である。
次に動作について説明する。ピンホール(2) i 通
過した光源(1)からの細いビーム光は2方向に進行し
、対象物体の表面のP点に投光される。このP点で乱反
射された光の1部がピンホール(3) ヲ! 過して、
受光素子列(4)の中の1素子に達する。演算回路(5
)は、受光素子列(4)の各素子R工+ R2+ R3
+・・・Rn を順に読み出し、出力電気信号がある
しきい値以上の素子番号jを検知する。第1図に示すよ
うに、光源(1)及び受光素子列(4)と前面の遮蔽板
との間隔をD□、ピンホール(2)とピンホール(3)
との間隔をD2 とすると、受光素子列(4)が遮蔽
板に平行な直線(仮にY方向とする)上に並んでおり、
光源(1)からのビーム光が2方向になるように配置さ
れているので、センサから物体の表面のP点までの距離
dは d =DI X D2 /δ(j) 但し、δ(j)
=μx(j−1)μは受光素子間の間隔、 に従って、演算回路(5)において算出され、算出され
た距離情報が出力される。
過した光源(1)からの細いビーム光は2方向に進行し
、対象物体の表面のP点に投光される。このP点で乱反
射された光の1部がピンホール(3) ヲ! 過して、
受光素子列(4)の中の1素子に達する。演算回路(5
)は、受光素子列(4)の各素子R工+ R2+ R3
+・・・Rn を順に読み出し、出力電気信号がある
しきい値以上の素子番号jを検知する。第1図に示すよ
うに、光源(1)及び受光素子列(4)と前面の遮蔽板
との間隔をD□、ピンホール(2)とピンホール(3)
との間隔をD2 とすると、受光素子列(4)が遮蔽
板に平行な直線(仮にY方向とする)上に並んでおり、
光源(1)からのビーム光が2方向になるように配置さ
れているので、センサから物体の表面のP点までの距離
dは d =DI X D2 /δ(j) 但し、δ(j)
=μx(j−1)μは受光素子間の間隔、 に従って、演算回路(5)において算出され、算出され
た距離情報が出力される。
従来のこの種のセンサは以上のように構成されているの
で、得られる情報は距離情報のみであり、センサに対す
る物体の表面の傾き情報を得ることができないので、ロ
ボットの手先と物体の表面との傾きを一定にしたり、ロ
ボットの手先をその姿勢を保った捷ま、物体の表面にそ
って移動させるためには役立たないという欠点があった
。
で、得られる情報は距離情報のみであり、センサに対す
る物体の表面の傾き情報を得ることができないので、ロ
ボットの手先と物体の表面との傾きを一定にしたり、ロ
ボットの手先をその姿勢を保った捷ま、物体の表面にそ
って移動させるためには役立たないという欠点があった
。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、1つのセンサに3個以上の光源
を配置し、光源ごとに光源の前面の遮蔽板のピンホール
から物体の表面の上記ピンホールを通過する遮蔽板に垂
直なビーム光が当る点までの距離を算出できるように構
成し、センサから物体の表面1での2方向の距離を検知
できるとともに、センサと物体表面との傾きを検知でき
るセンサを提供することを目的としている。
ためになされたもので、1つのセンサに3個以上の光源
を配置し、光源ごとに光源の前面の遮蔽板のピンホール
から物体の表面の上記ピンホールを通過する遮蔽板に垂
直なビーム光が当る点までの距離を算出できるように構
成し、センサから物体の表面1での2方向の距離を検知
できるとともに、センサと物体表面との傾きを検知でき
るセンサを提供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第2図はこの発明の一実施例を示す説明図であり、(a
)は側面(X方向)から見たときの配列を示し、(b)
は正面(2方向)から見たときの構成を示す。
)は側面(X方向)から見たときの配列を示し、(b)
は正面(2方向)から見たときの構成を示す。
図において(la) 、 (lb) 、(lc) は
レーザ発振器、(2a) + (2b ) 、(2c
) はそれぞれレーザ発振器(la)。
レーザ発振器、(2a) + (2b ) 、(2c
) はそれぞれレーザ発振器(la)。
(lb) 、(lc)からのレーザビームを通すピンホ
ール、(3a) 、 (3b) 、(3c) はそれ
ぞれ物体の表面で反射して返ってくるレーザ発振器(l
a)、(lb)+(lc) からのレーザ光の一部を
通すピンホール、(4a)、(4b)。
ール、(3a) 、 (3b) 、(3c) はそれ
ぞれ物体の表面で反射して返ってくるレーザ発振器(l
a)、(lb)+(lc) からのレーザ光の一部を
通すピンホール、(4a)、(4b)。
(4c)はそれぞれピンホール、(3a)、(3b)、
(3c)から導入されるレーザ発振器(1へ)、(lb
)、(lc) からの光を受けるCODやMOSなど
のラインセンサ、(5a)。
(3c)から導入されるレーザ発振器(1へ)、(lb
)、(lc) からの光を受けるCODやMOSなど
のラインセンサ、(5a)。
(5b)、(5c)はそれぞれラインセンサ(4a)、
(4b)。
(4b)。
(4c)の出力によって物体の表面までの距離を算出す
る演算回路、(6)は演算回路(5a)、(5b)、(
5c)の距離情報によってこれらの値の平均値を算出す
るとともに物体の表面の傾きを算出する演算回路である
。
る演算回路、(6)は演算回路(5a)、(5b)、(
5c)の距離情報によってこれらの値の平均値を算出す
るとともに物体の表面の傾きを算出する演算回路である
。
次に動作について説明する。レーザ発振器(1a)から
発射されたレーザビームは、ピンホール(2a)を通っ
て物体の表面のP点に投光される。P点で反射して返っ
てきたレーザ光の1部はピンホール(3a)を通夛、ラ
インセンサ(4a)上の受光素子配列の1部に当る。こ
のとき、反射して返ってきたレーザ光の1部は他のピン
ホール(3b) 、 (3c)からもセンサ内に入るが
、角度がずれているために対応するラインセンサ(4b
) 、 (4c)に当ることはない。演算回路(4a)
は、カウンタ、 ラインセンサの走査回路、2値化回路
及び算術演算回路からなってbる。カウンタの値を1つ
づつイン、クリメントしながら、走査回路によりライン
センサの画素を1から順次走査していく。同時に、ライ
ンセンサ(4a)の出力値を、2値化回路によりあるし
きい値で2値化すれば、出力値の変化は第3図(i)に
示すようなものになる。
発射されたレーザビームは、ピンホール(2a)を通っ
て物体の表面のP点に投光される。P点で反射して返っ
てきたレーザ光の1部はピンホール(3a)を通夛、ラ
インセンサ(4a)上の受光素子配列の1部に当る。こ
のとき、反射して返ってきたレーザ光の1部は他のピン
ホール(3b) 、 (3c)からもセンサ内に入るが
、角度がずれているために対応するラインセンサ(4b
) 、 (4c)に当ることはない。演算回路(4a)
は、カウンタ、 ラインセンサの走査回路、2値化回路
及び算術演算回路からなってbる。カウンタの値を1つ
づつイン、クリメントしながら、走査回路によりライン
センサの画素を1から順次走査していく。同時に、ライ
ンセンサ(4a)の出力値を、2値化回路によりあるし
きい値で2値化すれば、出力値の変化は第3図(i)に
示すようなものになる。
第3図はラインセンサの出力を2値化したものを示す説
明図であシ、横軸はラインセンサの画素番号であり、電
位がH(High ) のところ(画素番号がj□の
ところ)がピンホール(3a)からの光が当る場所に対
応している。すなわち、j□は、ラインセンサの出力が
あるしきい値をこえたときのカウンタの値である。
明図であシ、横軸はラインセンサの画素番号であり、電
位がH(High ) のところ(画素番号がj□の
ところ)がピンホール(3a)からの光が当る場所に対
応している。すなわち、j□は、ラインセンサの出力が
あるしきい値をこえたときのカウンタの値である。
第1図のときと同様にレーザ発振器(1a)及びライン
センサ(4a)と前面の遮蔽板との間隔をD□、ピンホ
ール(2a)とピンホール(3a)との間隔をD2とす
ると、センサからP点までの距離t(j工)はt(j)
=D1XD2°/μX(j−1)但し、μはラインセン
サの画素間の間隔、となり、算術演算回路によって算出
される。
センサ(4a)と前面の遮蔽板との間隔をD□、ピンホ
ール(2a)とピンホール(3a)との間隔をD2とす
ると、センサからP点までの距離t(j工)はt(j)
=D1XD2°/μX(j−1)但し、μはラインセン
サの画素間の間隔、となり、算術演算回路によって算出
される。
他のレーザ発振器(’lb) 、 (le)からのレー
ザビームも同様の作用をして、対応する演算回路(sb
)。
ザビームも同様の作用をして、対応する演算回路(sb
)。
(5C)によって、各レーザ発振器(lb) 、 (l
c) に対応する距離t(j ) 、 t(j3)が
得られる。
c) に対応する距離t(j ) 、 t(j3)が
得られる。
演算回路(6)は、各演算回路(5a) 、 (5b)
’、 (5c)からの距離データA (j□)、t(
j2)、t(j3)にもとづいて、距離データの平均値
及び傾きを算出する簡単な算術演算回路からなる。平均
値はL=CLCj工) + t(jz) +t (j3
) :)/ 3 である。
’、 (5c)からの距離データA (j□)、t(
j2)、t(j3)にもとづいて、距離データの平均値
及び傾きを算出する簡単な算術演算回路からなる。平均
値はL=CLCj工) + t(jz) +t (j3
) :)/ 3 である。
傾きの表し方、及びその利用の仕方にはいろいろなもの
が考えられる。例えば、ロボットの手先にとのセンサを
装着して、手先が物体の面に垂直になるようにしたいだ
けならば、t(j□)、 t (、+2)。
が考えられる。例えば、ロボットの手先にとのセンサを
装着して、手先が物体の面に垂直になるようにしたいだ
けならば、t(j□)、 t (、+2)。
t (j3) のうちの最大値と最小値の差が許容誤
差ε上夛大きいときは、最大値の距離データに対応する
レーザ発振器の番号i (1=1or2or3)を出力
するだけで傾斜制御のための情報としては充分である。
差ε上夛大きいときは、最大値の距離データに対応する
レーザ発振器の番号i (1=1or2or3)を出力
するだけで傾斜制御のための情報としては充分である。
t (j、)、 t U2)、 t (j3) の3
種類を区別するだけであるから2ピツトの情報を出力す
るようにすればよい。そのときの最大距離を小さくする
ように手先の姿勢をコントロールする操作をくシ返すこ
とによって、手先を物体の面に垂直にすることができる
。
種類を区別するだけであるから2ピツトの情報を出力す
るようにすればよい。そのときの最大距離を小さくする
ように手先の姿勢をコントロールする操作をくシ返すこ
とによって、手先を物体の面に垂直にすることができる
。
傾き情報を、センサ座標系における物体表面の法線ベク
トルとして得たいならば、レーザ発振器(la)、(l
b)、(1’c)、ピンホール(2a) 、(2b)’
、(2’c)及びピンホール(3a)、(3b)、(3
C) が第2図に示す位“置に配置されているセンサ
において、座標軸合図に示すように定め、演算回路(6
)を次のようにベクトルの各成分x 、’ y 、 z
を計算する回路とすればよい。
トルとして得たいならば、レーザ発振器(la)、(l
b)、(1’c)、ピンホール(2a) 、(2b)’
、(2’c)及びピンホール(3a)、(3b)、(3
C) が第2図に示す位“置に配置されているセンサ
において、座標軸合図に示すように定め、演算回路(6
)を次のようにベクトルの各成分x 、’ y 、 z
を計算する回路とすればよい。
X= t (j3) + t (j2)−2XA(
コ□)y=、z丁X(t(j3)−t(j2))Z =
3 X D3 第4図はセンサ座標系における物体表面の法線ベクトル
の各成分の算出に関する説明図である。
コ□)y=、z丁X(t(j3)−t(j2))Z =
3 X D3 第4図はセンサ座標系における物体表面の法線ベクトル
の各成分の算出に関する説明図である。
上記各成分から、傾きを方向余弦による表現、あるいは
オイラー角による表現などで出力するようにすることも
容易である。
オイラー角による表現などで出力するようにすることも
容易である。
なか、上記実施例では、レーザ発振器とラインセンサの
対を3対としたが、3対以上であればよい。また、第2
図に示すラインセンサ(4a)、(4b)。
対を3対としたが、3対以上であればよい。また、第2
図に示すラインセンサ(4a)、(4b)。
(4c)の位置に順次発光する光源列を置き、 レーザ
発振器(la)、(lb)、(lc)の位置に受光素子
を置いて、光源を順次発光させて行き、受光素子が感光
したときの発光光源の番号jを使って、距離情報を求め
る構成にしても同様の効果を得るごとができる。
発振器(la)、(lb)、(lc)の位置に受光素子
を置いて、光源を順次発光させて行き、受光素子が感光
したときの発光光源の番号jを使って、距離情報を求め
る構成にしても同様の効果を得るごとができる。
以上のように、この発明によれば、簡単な構成で、物体
に対する距離情報と同時に、その物体の表面の傾きの情
報も得ることができるので、実用上の効果は非常に大で
ある。
に対する距離情報と同時に、その物体の表面の傾きの情
報も得ることができるので、実用上の効果は非常に大で
ある。
第1図は従来のこの種のセンサを示す説明図、第2図は
この発明の一実施例を示す説明図、第3図はラインセン
サの出力を2値化したものを示す説明図、第4図はセン
サ座標系における物体表面の法線ベクトルの各成分の算
出に関する説明図である。 図に赴いて(la)、(lb)、C1c)はレーザ発振
器、(2a) + (2b) + (2c’ ) +
(3a ) + (3b ) + (3C)はピンホー
ル、(4a)、(4b)、(4c)はラインセンサ、(
5a)、(5b)、(5e)(6)は演算回路である。 なお、各図中同一符号は同一部分を示すものとする。 代理人 大岩増埠− 第1図
この発明の一実施例を示す説明図、第3図はラインセン
サの出力を2値化したものを示す説明図、第4図はセン
サ座標系における物体表面の法線ベクトルの各成分の算
出に関する説明図である。 図に赴いて(la)、(lb)、C1c)はレーザ発振
器、(2a) + (2b) + (2c’ ) +
(3a ) + (3b ) + (3C)はピンホー
ル、(4a)、(4b)、(4c)はラインセンサ、(
5a)、(5b)、(5e)(6)は演算回路である。 なお、各図中同一符号は同一部分を示すものとする。 代理人 大岩増埠− 第1図
Claims (1)
- x−y−zの直角座標軸を仮定し、光導出用ピンホール
から2方向に導出された光ビームが対象物体の表面で乱
反射された光の一部を上記光導出用ピンホールと同一の
X−Y平面内において上記光導出用ピンホールと所定の
距離を隔てて設けられた光導入用ピンホールから導入し
、この光導入用ピンホールから導入される反射光のZ方
向に対する傾きを受光素子列によって測定して上記光導
出用ピンホールから上記対象物体の反射点寸での2方向
距離を算出する光学式距離センサにおいて、同一のX−
Y平面内のそれぞれ定められた相対位置に少くとも3個
の光導出用ピンホールを設ける手段と、この少くとも3
個の光導出用ピンホールの各ピンホールに対しそれぞれ
1個の光導入用ピンホールと1組の受光素子列を設け、
上記少くとも3個の各光導出用ピンホールから対象物体
の表面までの2方向の各距離を求める手段と、上記各光
導出用ピンホールから対象物体の表面までの各距離のデ
ータから平均距離及び(又は)上記対象物体の表面の傾
きを算出する手段とを備えたことを特徴とする光学式距
離センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6023583A JPS59184804A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | 光学式距離センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6023583A JPS59184804A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | 光学式距離センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59184804A true JPS59184804A (ja) | 1984-10-20 |
Family
ID=13136303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6023583A Pending JPS59184804A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | 光学式距離センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59184804A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62259011A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-11 | Toshiba Corp | 距離検出器 |
JPS6395306A (ja) * | 1986-10-11 | 1988-04-26 | Toyoda Mach Works Ltd | レ−ザを用いた姿勢センサ |
JPS63225108A (ja) * | 1987-03-16 | 1988-09-20 | Toyota Motor Corp | 距離・傾斜角測定器 |
JPS63255610A (ja) * | 1987-04-12 | 1988-10-21 | Hamamatsu Photonics Kk | 距離検出装置 |
JPS6457103A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-03 | Toyota Motor Corp | Measuring apparatus of distance and inclination angle |
JPH0743133A (ja) * | 1993-08-03 | 1995-02-10 | Nec Corp | 傾き検出装置 |
-
1983
- 1983-04-04 JP JP6023583A patent/JPS59184804A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62259011A (ja) * | 1986-05-02 | 1987-11-11 | Toshiba Corp | 距離検出器 |
JPS6395306A (ja) * | 1986-10-11 | 1988-04-26 | Toyoda Mach Works Ltd | レ−ザを用いた姿勢センサ |
JPS63225108A (ja) * | 1987-03-16 | 1988-09-20 | Toyota Motor Corp | 距離・傾斜角測定器 |
JPS63255610A (ja) * | 1987-04-12 | 1988-10-21 | Hamamatsu Photonics Kk | 距離検出装置 |
JPS6457103A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-03 | Toyota Motor Corp | Measuring apparatus of distance and inclination angle |
JPH0743133A (ja) * | 1993-08-03 | 1995-02-10 | Nec Corp | 傾き検出装置 |
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