JPS61105417A - Distance measuring instrument - Google Patents

Distance measuring instrument

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JPS61105417A
JPS61105417A JP59227227A JP22722784A JPS61105417A JP S61105417 A JPS61105417 A JP S61105417A JP 59227227 A JP59227227 A JP 59227227A JP 22722784 A JP22722784 A JP 22722784A JP S61105417 A JPS61105417 A JP S61105417A
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displacement
background light
light
distance measuring
signal
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Takashi Ikeda
隆 池田
Manabu Kubo
学 久保
Kozaburo Shibayama
耕三郎 柴山
Hidehiko Nakao
英彦 中尾
▲高▼嶋 和夫
Kazuo Takashima
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Abstract

PURPOSE:To detect the displacement with high precision by providing a means stopping the detection of a displacement detecting signal when background light becomes more than a specified level in distance measuring instrument measuring the displacement from a datum plane of an object. CONSTITUTION:An object W1 is emitted and worked by laser light 1 for working. Further, a laser emitting source for measurement is provided on a working head 3 and its laser irradiates the working point of the object surface W1 to detect the displacement of height of the datum plane. A reflected beam from that point is made incident on a position detecting element 7 and displacement detection electric currents Ia, Ib are obtained and then, converted into displacement detection voltages Va, Vb with I/V converters 8, 9. At this time, the background light voltage is detected with a comparator 18 and the displacement detecting signal is stopped when the background light voltage is attained to more than the specified level. Accordingly, since the influence of the background light is eliminated from the displacement detecting signal, the displacement of the datum plane of the object can be detected with high precision.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は対象物の基準面からの変位を計測する距離計測
装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a distance measuring device that measures the displacement of an object from a reference plane.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、対象物の基準面からの変位は機械的に計測されて
いた。しかし機械的計測の場合、セツティング・計測等
に時間を要したり、対象物に直接接触するために対象物
を傷めるなどの問題があった。そこで提案されたのが第
4図に示す距離計測装置である。第4図において、1は
加工用レーザ光、2は加工用レーザ光1を集束する加工
用レンズ、3は加工ヘッド、4は計測用レーザ光として
のビームを放射する光源、5は光源4から放射されるビ
ームを集束する投光レンズ、6は対象物W1表面上の放
射ビーム像を撮像する受光レンズ、7は放射ビーム像の
結像位置に応じた電気信号を発生する位置検出素子とし
てのP S D (Positi。
Conventionally, the displacement of an object from a reference plane has been measured mechanically. However, in the case of mechanical measurement, there are problems such as time required for setting and measurement, and direct contact with the object, which may damage the object. Therefore, a distance measuring device shown in FIG. 4 was proposed. In FIG. 4, 1 is a processing laser beam, 2 is a processing lens that focuses the processing laser beam 1, 3 is a processing head, 4 is a light source that emits a beam as a measurement laser beam, and 5 is from the light source 4. A light projecting lens that focuses the emitted beam, 6 a light receiving lens that captures a radiation beam image on the surface of the object W1, and 7 a position detection element that generates an electric signal according to the imaging position of the radiation beam image. P S D (Positi.

n  5ensitive  Detector)、8
9.9はPSD7から出力される変位検出電流Ta、I
bを変位検出信号としての変位検出電圧Va、Vbに変
換するとともにプリアンプを兼ねたI/V変換器、l0
はレーザ駆動電圧を入力しレーザ駆動電流1dを出力す
るV/I変換器、11.12は変位検出電圧Va、Vb
を増幅する増幅器、13.14は増幅器8.9の出力を
帯域濾波する帯域濾波器、15はアナログ信号としての
変位検出電圧Va。
n 5ensistive Detector), 8
9.9 is the displacement detection current Ta, I output from PSD7
I/V converter that converts b into displacement detection voltages Va and Vb as displacement detection signals and also serves as a preamplifier, l0
11.12 is a V/I converter that inputs a laser drive voltage and outputs a laser drive current 1d, and 11.12 is a displacement detection voltage Va, Vb.
13.14 is a bandpass filter that performs bandpass filtering on the output of the amplifier 8.9. 15 is a displacement detection voltage Va as an analog signal.

vbをディジタル信号に変換するA/D変換器、16は
ディジタル信号としてのレーザ駆動信号をアナログ信号
としてのレーザ駆動電圧Vdに変換するD/A変換器、
17は光源4の発光タイミングの設定、対象物W1表面
の変位ΔHの算出などを行なう高速演算プロセッサ、S
lは並列信号としての変位検出電圧Va、Vbを直列信
号に変換する並列・直列変換スイッチである。
an A/D converter that converts Vb into a digital signal; 16 is a D/A converter that converts a laser drive signal as a digital signal into a laser drive voltage Vd as an analog signal;
Reference numeral 17 denotes a high-speed calculation processor, S, which performs setting of the light emission timing of the light source 4, calculation of the displacement ΔH of the surface of the object W1, etc.
1 is a parallel/serial conversion switch that converts the displacement detection voltages Va, Vb as parallel signals into serial signals.

このように構成された装置の動作について説明する。ま
ず光学系の動作について第1図を用いて説明する。光源
4から放射されたビームは、投光レンズ5により適当な
大きさの光スポットとなり対象物W1の表面に照射され
る。受光レンズ6はこの光スポットを撮像し、PSD7
の受光面に光スポットの像を結像する。PSD7は光ス
ポツト像の結像位置に応じた電気信号を発生する。すな
わち、PSD7の2つの電極に生じる電流[a。
The operation of the device configured in this way will be explained. First, the operation of the optical system will be explained using FIG. 1. The beam emitted from the light source 4 becomes a light spot of an appropriate size by the projection lens 5 and is irradiated onto the surface of the object W1. The light receiving lens 6 images this light spot, and the PSD 7
An image of a light spot is formed on the light receiving surface. The PSD 7 generates an electric signal depending on the imaging position of the optical spot image. That is, the current [a] generated in the two electrodes of the PSD 7.

rbO値により光スポツト像の結像位置PはP= (I
a−Ib)/ (la+Ib)として得られる。上の式
は、PSD7の出力が光スポツト像の位置と強度とに比
例して出力を発生するため、光スポツト像の強度変化に
相当する(I a + I b)の項を導入して光スポ
ットの位置のみに比例する出力を得ている。
Based on the rbO value, the imaging position P of the optical spot image is P= (I
a−Ib)/(la+Ib). In the above equation, since the output of the PSD 7 is proportional to the position and intensity of the light spot image, the term (I a + I b), which corresponds to the change in the intensity of the light spot image, is introduced to calculate the light The output is proportional only to the spot position.

次に電気系の動作について第3図を用いて説明する。第
3図(alは光源4の点滅を示し、第3図(b)、((
旧ま変位検出電流1a、lbおよび変位検出電圧Va、
Vbの波形を示す。
Next, the operation of the electrical system will be explained using FIG. Figure 3 (al indicates blinking of the light source 4, Figure 3 (b), ((
Previous displacement detection currents 1a, lb and displacement detection voltages Va,
The waveform of Vb is shown.

まず対象物Wlの表面が基準面にあるときの動作につい
て説明する。受光レンズ6に入力された光はPSD7に
スポット状の光となって照射される。対象物W1の表面
が基準面にあるとき、この光の重心位置がPSD7の中
心P1になるように設定されていると、変位検出電流1
a、Tbは互いに等しくなり、変位検出電圧Va、Vb
もまた互いに等しくなる。変位検出電圧はVa、Vbは
、増幅器11.12および帯域濾波器13.14で処理
された後、並列・直列変換スイッチS1により直列信号
に変換され、A/D変換器15でディジタル信号に変換
されて高速演算プロセ・ノサ17に入力される。高速演
算プロセッサ17はディジタル信号化された変位検出電
圧Va、Vbにより変位ΔHを算出するが、この場合V
a=Vbであるので、変位ΔH=0となる。
First, the operation when the surface of the object Wl is on the reference plane will be explained. The light input to the light receiving lens 6 is irradiated onto the PSD 7 in the form of a spot of light. When the surface of the object W1 is on the reference plane, if the center of gravity of this light is set to be the center P1 of the PSD 7, the displacement detection current 1
a and Tb are equal to each other, and displacement detection voltages Va and Vb
are also equal to each other. The displacement detection voltages Va and Vb are processed by an amplifier 11.12 and a bandpass filter 13.14, and then converted into a serial signal by a parallel/serial conversion switch S1, and converted into a digital signal by an A/D converter 15. The data is then input to the high-speed arithmetic processor 17. The high-speed arithmetic processor 17 calculates the displacement ΔH using the displacement detection voltages Va and Vb converted into digital signals, but in this case, V
Since a=Vb, the displacement ΔH=0.

次に対象物表面がΔHだけ下方に変位した場合の動作に
ついて説明する。この場合対象物W1表面で散乱された
光は受光レンズ6を通った後PSD7の中心P1からX
離れた点P2にスポット状になって入射される。この入
射光により変位検出電流Ia、Ibが出力されるが、変
位検出電流■a、Ibは互いに違った値となる。ΔHと
Xは比例関係にあるので、Xを算出することによりΔH
を算出し出力することができる。この出力信号に応じて
図示しない駆動手段を動作させて加工ヘッド3を降下さ
せΔHの変位を零にするようになっている。このように
して加工ヘッド3と対象物W1の表面との間の距離は常
に一定に保たれる。
Next, the operation when the object surface is displaced downward by ΔH will be described. In this case, the light scattered on the surface of the object W1 passes through the light receiving lens 6 and then moves from the center P1 of the PSD 7 to the
The light is incident on a distant point P2 in the form of a spot. Displacement detection currents Ia and Ib are outputted by this incident light, but the displacement detection currents a and Ib have different values. Since ΔH and X are in a proportional relationship, by calculating X, ΔH
can be calculated and output. In response to this output signal, a drive means (not shown) is operated to lower the machining head 3 and make the displacement ΔH zero. In this way, the distance between the processing head 3 and the surface of the object W1 is always kept constant.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このような動作をする装置においては、PSD7への入
射光として光源4から発する計測用レーザ光のばか背景
光があり、変位計測に誤差を生じさせるという問題があ
る。また背景光がスパイク状に大きいと帯域濾波器13
.14が大振幅の減衰振動を起こして帯域濾波器として
作用しなくなり同様に誤差を生じるという問題がある。
In a device that operates in this manner, there is a problem in that background light from the measurement laser beam emitted from the light source 4 is incident on the PSD 7, causing an error in displacement measurement. Also, if the background light is large in the form of a spike, the bandpass filter 13
.. 14 causes a large-amplitude damped vibration, which causes it to no longer function as a bandpass filter, which also causes errors.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、変位計測に背景光による誤差を
生じない距離計測装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a distance measuring device that does not cause errors due to background light in displacement measurement.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このような目的を達成するために本発明は、距離計測装
置において、背景光が所定レベルになったとき変位検出
信号の検出を停とする停止手段を設けるようにしたもの
である。
In order to achieve such an object, the present invention provides a distance measuring device that is provided with a stop means that stops the detection of the displacement detection signal when the background light reaches a predetermined level.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、背景光の影響を受けないタイミング
で変位検出信号の検出がなされる。
In the present invention, the displacement detection signal is detected at a timing that is not affected by background light.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に本発明に係わる距離計測装置をレーザ加工機に
適用した一実施例を示す。第1図において、18は背景
光のレベルが所定の第1レベルを越えたとき信号を出力
するコンパレータ、19はコンパレータ18から出力さ
れる信号により時間計測を開始し一定時間制御信号を出
力するタイマ、20.21は制御信号によってゲートを
閉じるアナログスイッチであり、コンパレータ18.タ
イマ19.アナログスイッチ20は停止手段を構成する
。第1図において第3図と同一部分又は相当部分には同
一符号が付しである。
FIG. 1 shows an embodiment in which a distance measuring device according to the present invention is applied to a laser processing machine. In FIG. 1, 18 is a comparator that outputs a signal when the level of background light exceeds a predetermined first level, and 19 is a timer that starts time measurement based on the signal output from the comparator 18 and outputs a control signal for a certain period of time. , 20.21 are analog switches whose gates are closed by a control signal, and comparators 18. Timer 19. The analog switch 20 constitutes a stopping means. In FIG. 1, the same or equivalent parts as in FIG. 3 are given the same reference numerals.

このように構成された装置の動作について第1図および
第3図を用いて説明する。加工用レーザ光1の照射によ
って対象物W1の表面から放射される背景光がPSD7
に入射されると、PSD7からは第3図(d)に示すよ
うな大きな振幅から順次減衰していく背景光信号が出力
され、この背景光信号はコンパレータ18に人力される
。この背景光信呵は変位検出電圧Va、Vbを含んでい
るが、変位検出電圧Va、Vbを無視できるほど大きい
ので、第3図(d)には変位検出電圧Va、Vbは図 
′示されていない。コンパレータ18は、背景光信号が
第3(d)に示す第1レベルT111以上になったとき
、タイマ駆動信号を出力する。このタイマ駆動信号の立
ち上がりによりタイマ19は時間計測を開始し、設定時
間Tに達したらその計測を停止上する。この時間計測の
開始から停止までの時間Tの間、タイマ19は第3図(
elに示すゲート閉信号を出力し、アナログスイッチ2
0をゲート閉の状態にする。この場合、設定時間Tは背
景光が上置に減衰する時間に設定されている。このよう
に背景光が発生したとき、アナログスイッチ20のゲー
トを閉とし変位検出信号の検出を停止1−することによ
り、背景光による対象物W1の変位計測誤差を防止でき
る。また、タイマ19がゲート閉信号を出力する時間T
を可変とすることにより、種々の背景光に対応できる。
The operation of the apparatus configured in this way will be explained using FIG. 1 and FIG. 3. The background light emitted from the surface of the object W1 by the irradiation of the processing laser beam 1 is PSD7.
3(d), the PSD 7 outputs a background light signal that gradually attenuates from a large amplitude as shown in FIG. 3(d), and this background light signal is input to the comparator 18. This background optical signal includes displacement detection voltages Va and Vb, but since the displacement detection voltages Va and Vb are so large that they can be ignored, the displacement detection voltages Va and Vb are shown in FIG. 3(d).
'Not shown. The comparator 18 outputs a timer drive signal when the background light signal reaches a first level T111 or higher shown in 3(d). The timer 19 starts measuring time when the timer drive signal rises, and stops the measurement when the set time T is reached. During the time T from the start to the stop of this time measurement, the timer 19 operates as shown in Fig. 3 (
Outputs the gate close signal shown in el and closes the analog switch 2.
0 to the gate closed state. In this case, the set time T is set to the time during which the background light attenuates upward. When background light is generated in this way, by closing the gate of the analog switch 20 and stopping the detection of the displacement detection signal, it is possible to prevent errors in measuring the displacement of the object W1 due to the background light. Also, the time T during which the timer 19 outputs the gate close signal
By making it variable, it is possible to deal with various background lights.

次に他の実施例を第2図に示す。第2図において、22
は背景光信号が所定の第2レベル以下になったときから
第1レベルより低い所定の第2レベル以下になるまでの
間ゲート閉信号を出力するコンパレータである。第2図
において第1図と同一部分又は相当部分には同一符号が
付しである。
Next, another embodiment is shown in FIG. In Figure 2, 22
is a comparator that outputs a gate close signal from when the background light signal becomes below a predetermined second level until it becomes below a predetermined second level lower than the first level. In FIG. 2, the same or equivalent parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

コンパレータ22は、背景光信号が第3図(d)に示す
第2レベルTH1以上になったときから第2レベルTH
2になるまでの時間Twの間ゲート閉信号を出力する。
The comparator 22 outputs a second level TH from when the background light signal reaches the second level TH1 shown in FIG. 3(d).
The gate close signal is output for the time Tw until the value becomes 2.

このゲート閉信号によってアナログスイッチ20をゲー
ト閉の状態にする。このように背景光が発生したとき、
アナログスイッチのゲートを閉とし変位検出信号の検出
を停止することにより、背景光による対象物の変位計測
誤差を防止できる。
This gate close signal causes the analog switch 20 to close the gate. When background light occurs like this,
By closing the gate of the analog switch and stopping detection of the displacement detection signal, it is possible to prevent errors in measuring the displacement of the object due to background light.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、背景光が所定レベルにな
ったとき所定時間変位検出信号の検出を停止する停止手
段により背景光を遮断するようにしたので、変位計測精
度を高めることができる効果がある。
As explained above, in the present invention, the background light is blocked by the stopping means that stops the detection of the displacement detection signal for a predetermined time when the background light reaches a predetermined level, so that the displacement measurement accuracy can be improved. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係わる距離計測装置をレーザ加工機に
適用した一実施例を示すブロック系統図、第2図は他の
実施例を示すプロ・ツク系統図、第3図はこれらの波形
図、第4図は従来の距離計測装置をレーザ加工機に適用
した場合示すブロック系統図である。 1・・・・加工用レーザ光、2・・・・加工用レンズ、
3・・・・加工ヘッド、4・・・・光源、5・・・・投
光レンズ、6・・・・受光レンズ、?−・・・PSD、
8.9・・・・I/V変換器、lO・・・・V/I変換
器、11.12・・・・増幅器、13,14.  ・・
・帯域漏波器、15・・・・A/D変換器、16・・・
・D/A変換器、17・・・・高速演算プロセッサ、1
8・・・・コンパレータ、19・・・・タイマ、20.
21・・・・アナログスイッチ、Sl・・・・並列・直
列変換スイッチ。
Fig. 1 is a block system diagram showing one embodiment in which the distance measuring device according to the present invention is applied to a laser processing machine, Fig. 2 is a program system diagram showing another embodiment, and Fig. 3 is a diagram of these waveforms. 4 are block system diagrams showing a case where a conventional distance measuring device is applied to a laser processing machine. 1... Laser light for processing, 2... Lens for processing,
3... Processing head, 4... Light source, 5... Emitter lens, 6... Light receiving lens, ? -...PSD,
8.9... I/V converter, lO... V/I converter, 11.12... amplifier, 13,14.・・・
・Band leaker, 15... A/D converter, 16...
・D/A converter, 17...high-speed calculation processor, 1
8... Comparator, 19... Timer, 20.
21...Analog switch, SL...Parallel/serial conversion switch.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)計測用レーザ光のスポットを対象物に照射し、戻
ってくる散乱光の重心位置を位置検出素子上に求めるこ
とにより対象物の基準面からの変位を算出する距離計測
装置において、背景光が所定の第1レベル以上になった
とき変位検出信号の検出を停止する停止手段を備えたこ
とを特徴とする距離計測装置。
(1) Background of a distance measuring device that calculates the displacement of an object from a reference plane by irradiating the object with a spot of measurement laser light and determining the center of gravity of the returning scattered light on a position detection element. A distance measuring device characterized by comprising a stop means for stopping detection of a displacement detection signal when light reaches a predetermined first level or higher.
(2)停止手段は、背景光が第1レベル以上になったと
きから一定時間後に停止動作を解除することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の距離計測装置。
(2) The distance measuring device according to claim 1, wherein the stopping means releases the stopping operation after a certain period of time from when the background light becomes equal to or higher than the first level.
(3)停止手段は、背景光が第2レベル以下になったと
き停止動作を解除することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の距離計測装置。
(3) The distance measuring device according to claim 1, wherein the stopping means releases the stopping operation when the background light becomes equal to or less than a second level.
JP59227227A 1984-10-29 1984-10-29 Distance measuring device Expired - Lifetime JPH06100459B2 (en)

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JPS63174014U (en) * 1986-12-15 1988-11-11

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