JPS6095307A - 位置測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えばレーザ加工装置において加工対象物の
加工面の位置を測定するために使用される位置測定装置
の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、この種の装置として、光源から発生した光を集束
レンズで集光して被測定対象物に照射し、その反射光を
上記照射光の光軸に対し任意の角度を隔てて配設した受
光系で受光検出することによ）上記被測定対象物の位置
を測定する、いわゆる三角測量法を応用した装置が知ら
れている。

ところで、この種の装置では、測定分解能を高めようと
すると、照射光の照射スポットをできるだけ小さくする
必要がある。しかし、この照射スポットを小さくすると
、スポット径を小さく保てる光軸方向の範囲が狭くなっ
て測定可能範囲が小範囲に限定されるといった不具合を
生じる。例えば、半導体レーザを用いてＱ、　ｌ　ｍＷ
の照射スポットを得ようとすると、この０．ＩＨのスポ
ットを保てる範囲はわずかに±１鰭程度を−なる。そこ
で、従来では、例えばＨｅ　−Ｎ　ｅレーザ等の拡がシ
角の小さな光を用いて測定を行なう試みがなされている
。Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザの場合、照射スポヅ）Ｑ、５ｍ
で±２００目の測定範囲を実現できる。しかしながら、
このＨｅ−Ｎｅレーザを用いたとしても、レーザ自体が
持つ性能以上の測定精度の向上および測定範囲の拡大は
当然不可能であり、しかもこのＨｅ　−Ｎ　ｅレーザを
用いると装置が大形化し、かつ高価になる欠点があり、
実用に適さなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、装置の大形化を招くことなく広範囲にわたっ
て高精度の測定を行なえるようにし、小形かつ安価で測
定性能が著しく高い位置測定装置を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、光源と集束レン
ズとの間にその光軸方向に移動可能な可動レンズを配設
するとともに、集束制御回路を設け、この集束制御回路
により、上記受光部に結像された反射像の結像位置と予
め設定ｌ〜である基準位置との差を検出し、この差に応
じて上記可動レンズの光軸位置を移動させるようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明の一実施例における位置測定装置の概
略構成図である。この装置は、被測定対象物１に測定用
の光を集光照射する投光系２と、上記被測定対象物１に
よる反射光を受光検出する受光系３と、集束制御回路４
とから構成されている。

投光系２は、例えば半環体レーザ装置からガる光源２１
を有し、この光源２１から発生された光２２をコリメー
トレンズ２３で平行光にしたのち、可動レンズ２４およ
び集束レンズ２６をそれぞれ介して被測定対象物１に照
射するものである。ここで上記可動レンズ２４は、移動
機構２５により光軸方向（矢印入方向）に移動可能とな
っている。

一方受光系３は、上記投光系２の光軸に対し解′牽角度
隔てて被測定対象物１における照射スポット形成位置の
斜め上方に配設されている。

そして、上記被測定対象物１０反射光３１を、結像レン
ズ３２を介して受光器３３で受光している。この受光器
３３は、反射像の受光スポットの光量分布を検出するも
ので、例えば受光面上の受光スポットの中心位置を座標
値として出力する光点位置検出器や固体撮像素子を用い
たラインセンサが使用される。

さて、集束制御回路４は、前記受光器３３の受光出力信
号からそのピーク位置、つまり受光スポットの中心位置
を検出するスポット位置検出回路４１と、マイクロプロ
セッサを主制御部として有する制御回路本体（ＣＰＵ）
　４．？と、このＣＰＵ４２から出力された制御信号に
応じて前記可動レンズ２４の移動機構２５を駆動する移
動制御回路４３とから構成されている。上記ＣＰＵ４？
は、上記スポット位置検出回路４１で検出された受光ス
ポットの中心位置情報と予め内部メモリに記憶しである
基準位置情報との差を請求め、この差に基づいて被測定
対象物１上の照射スポット径を最小にするための制御信
置を発生し、これにより可動レンズ２４を移動制御する
ものである。

次に、以上のように構成された装置の作用を説明する。

いま、可動レンズ２４が第１図に示す位置に設定され、
この状態で被測定対象物１上に形成される照射スポット
の径が最小となシ、その反射光が受光器３３の受光面上
の中心位置に結像されているものと仮定する。ＣＰＵ４
２の内部メモリには、このときの受光器３３のスポット
位置情報を基準位置情報ＢＳとして記憶しておく。

さて、この状態で、被測定対象物１が第２図に示す二点
鎖線１′　の位置に移動したとすると、このときの反射
光３１′は焦点がボケ、かつ受光器３３の受光中心から
偏移して受光されることになる。このとき、上記反射光
３１′の偏位１ｃは、前記被測定対象物１の移動量りに
対応する。

上記反射光３１′が受光されると、受光器３３からはそ
の受光ｍ置要素を含む受光信睦が出力され、この信号は
スポット位置検出回路４１に導かれる。第３図■はこの
受光信号の波形の一例を示すものである。この受光器−
が導入されるとスポット位置検出回路４１は、上記受光
（’Ｑ号■のビークを検出してその位置を受光スポット
の中心位置情報ＤＳとしてＣＰＵ４２に出力する。

そうするとＣＰＵ４２は、第４図に示す制御手順に従っ
て先ず上記受光スポットの位ｉｔ情ｉｎｓを入力すると
ともに、内部メモリから基準位置情報ＢＳを読出し、次
にこれらの位置情報ＤＳ。

ＢＳの差Ｃ８をめる。そして、この差Ｃ８に所定の定数
を乗算し２て移動制御回路を作成し、この移動制御信号
を移動制御回路４３に与える。

そうすると、移動制御回路４３によシ移動機構２５が駆
動され、この結果可動レンズ２４が上官選定すれば、可
動レンズ２４は被測定対象物１と１′との移動ｉＬに対
応する量だけ移動す、シ名′”ことになシ、この結果被
測定対象物１′上の照射スポットの径は最小となる。

このように本実施例によれば、たとえスポット径を小さ
く保てる範囲の狭いレーザを用いたとしても、受光スポ
ットの位置と基準位置との差に対応して可動レンズ２４
の光軸位置を可変するようにしたので、被測定対象物１
が如何々る位置にあろうともこの対象物１上に焦点を結
んで照射スポット径をｈり小にすることができる。

すなわち、結果的にスポット径を小さく保てる範囲を大
幅に拡げることができる。したがって、広範囲にわたっ
て高精度の位置測定を行なうことができる。しかも、半
導体レーザを用いることができるので、Ｈｅ　−Ｎ　ｅ
レーザを用いる場合に比べて装置を小形化することがで
き、かつ安価にて提供可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、コリメーｊレンズは可％Ｊ＋　ＬＪ’ンズと一
体化するようにしてもよい。また集束制御回路のＣＰＵ
　の代わシにＲＯＭ等を用いｔ・デコーダを設け、差Ｃ
Ｓに対応する移動制御情報を読出して移動制御回路４３
に供給するようにしてもよい。その他、受光器や光源、
集束制御回路の構成等についても、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、光源と集束レンズとの間
にその光軸方向に移動可能な可動レンズを配設するとと
もに、集束制御回路を設け。

この集束制御回路によシ、十配受光部に結像された反射
像の結像位置と予め設定しである基準位置との差を検出
し、この差に応じて可動レンズの光軸位置を可変するよ
うにしたものである。

したがって、本発明によれば、装置の大形化を招くこと
なく広範囲にわたって高精度の測定を行なうことができ
、小形かつ安価で測定性能が著しく旨い位置測定装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置測定装置の概略
構成図、＃！２図〜第４図は同装置の作用説明に用いる
ためのもので、第２図は照明光と反射光の軌跡を説明す
るための模式図、第３図は受光出力波形を示す図、？ｐ
、４図は制御手順を示すフローチャートである。 １．１′・・・被測定対象物 ２・・・投光系 ３・・・受光系 ４・・・集束側副回路 ２ノ・・・光源 ２４・・・可動レンズ ２５・・・移動機構 ３３・・・受光器 ４１・・・スポット位置検出回路 ４２　・・・　ＣＰ　Ｕ ４３・・・移動制開回路 出願人代理人　弁理士　鈴　圧式　彦 第１図 ４ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から発生された光を集束レンズにより集光して被測
   定対象に照射１２．その反射像を上記照射光の光軸に対
   し任意の角度を隔てて配設された受光系で受光検出する
   ことにより被測定対象物の位置を測定する位置測定装置
   において、前記光源と集束レンズとの間にその光軸方向
   に移動可能に配設された可動レンズと、前記受光系の受
   光部に結像される反射像のスポット径が最小となってい
   るときの上記反射像の結像位置を基準とし、前記受光部
   における反射像の結像位置を検出し７てこの検出位置と
   上記基準位置との差に対応する量だけ前記可動レンズの
   光軸位置を移動させる集束制御回路とを具備したことを
   特徴とする位置測定装置。