JPS61132818A - 表面位置検出装置 - Google Patents
表面位置検出装置Info
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- JPS61132818A JPS61132818A JP60262733A JP26273385A JPS61132818A JP S61132818 A JPS61132818 A JP S61132818A JP 60262733 A JP60262733 A JP 60262733A JP 26273385 A JP26273385 A JP 26273385A JP S61132818 A JPS61132818 A JP S61132818A
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- energy
- light
- reflected
- point
- signal
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- Pending
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-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
物体の表面に実際に接触することなく物体までの距離を
決定することがしばしば望まｎる。例えば、プロセス制
御の分野では、テープ尺、定規などの通常の接触による
測定具を用いないで機械部品、材料、板材あるいは不規
則形状物体の位置決めをすることが望まれる。
決定することがしばしば望まｎる。例えば、プロセス制
御の分野では、テープ尺、定規などの通常の接触による
測定具を用いないで機械部品、材料、板材あるいは不規
則形状物体の位置決めをすることが望まれる。
従来の技術においては、赤外線エネルギーまたは可視光
線などのエネルギービームを対象物体に投射し、その物
体からの反射エネルギーを受けて物体上の光が投射さま
た点までの距離を決定している。スエーデン特許第４２
４．２７１ 号、スエーデン出願公開第８０−０３−６
０６号１国際特許出願ＩＥＷ０８１−０２．６２８号、
欧州特許出願第０．０７１，６６７号訃よびドイツ出願
公開！３２，２２．４６２号は全てこの種の装置である
。
線などのエネルギービームを対象物体に投射し、その物
体からの反射エネルギーを受けて物体上の光が投射さま
た点までの距離を決定している。スエーデン特許第４２
４．２７１ 号、スエーデン出願公開第８０−０３−６
０６号１国際特許出願ＩＥＷ０８１−０２．６２８号、
欧州特許出願第０．０７１，６６７号訃よびドイツ出願
公開！３２，２２．４６２号は全てこの種の装置である
。
上述の従来技術による装置は１次の２種に大別できる。
第１は、エネルギービームを対象表面に垂直に投射し、
表面からの散乱によりある角度をもって反射される反射
光を検出している。第２の種類においては、エネルギー
ビームを所定の角度をもってその表面に投射し１表面に
対する垂直線の反対側に検出部を配置している。そして
、平衡をとるために、発光部または受光部のいず１かが
可動レンズまたは可動！ｉミラんでいるので、極めてよ
く反射する表面であっても検出部はエネルギー１−受け
ることができる。
表面からの散乱によりある角度をもって反射される反射
光を検出している。第２の種類においては、エネルギー
ビームを所定の角度をもってその表面に投射し１表面に
対する垂直線の反対側に検出部を配置している。そして
、平衡をとるために、発光部または受光部のいず１かが
可動レンズまたは可動！ｉミラんでいるので、極めてよ
く反射する表面であっても検出部はエネルギー１−受け
ることができる。
＠１の種類の装置の問題点は１強度の反射面すなわち鏡
面状の表面の場ｔは、鏡面状の表面からのエネルギーが
光源の方向に反射さ１てしまい検出部の方向への角変を
もって反射しないので、この装置は余り良く動作し次か
ったり全く動作しないことにある。
面状の表面の場ｔは、鏡面状の表面からのエネルギーが
光源の方向に反射さ１てしまい検出部の方向への角変を
もって反射しないので、この装置は余り良く動作し次か
ったり全く動作しないことにある。
第２の種類の装置の問題点は、可動素子が装置の複雑さ
と原価を大幅に増加させる。また、表面がその測定レン
ジ内においである位置ｔら他の位置へ移動するとき、鏡
面状の表面からの反射光は散乱面状の表面からの反射光
と異なる位置に曾焦する。したがって１表面状態に無関
係に有意な反射光を受光できる検出構造をつくることは
極めて困難である。
と原価を大幅に増加させる。また、表面がその測定レン
ジ内においである位置ｔら他の位置へ移動するとき、鏡
面状の表面からの反射光は散乱面状の表面からの反射光
と異なる位置に曾焦する。したがって１表面状態に無関
係に有意な反射光を受光できる検出構造をつくることは
極めて困難である。
本発明は、所定の角ｆ？もってエネルギービームを表面
に投射し１表面がその測定レンジの中央部にあるとき表
面上のある点にせ焦するｉｌｔ置を用意することにより
従来技術の問題点を解決するものである。表面で反射さ
また光は、表面に対する垂直線の反対側に等しい角度を
もって配置された光学系により受光さｎ、その光学系の
一部として第１のレンズの焦点位置に開口（ａｐｅｒｔ
ｕｒｅＪが用意さｎているので、そのレンズの光学軸に
平行に導かする反射エネルギーのみがその開口全通過す
る。
に投射し１表面がその測定レンジの中央部にあるとき表
面上のある点にせ焦するｉｌｔ置を用意することにより
従来技術の問題点を解決するものである。表面で反射さ
また光は、表面に対する垂直線の反対側に等しい角度を
もって配置された光学系により受光さｎ、その光学系の
一部として第１のレンズの焦点位置に開口（ａｐｅｒｔ
ｕｒｅＪが用意さｎているので、そのレンズの光学軸に
平行に導かする反射エネルギーのみがその開口全通過す
る。
光が散乱面状の表面から多方向に散乱さｎる場曾。
光学軸にほぼ平行な光の底弁の゛みが光学系を通り検出
部に；到達するので表面がｍ面状の場せと反射エネルギ
ーの位置は同じである。
部に；到達するので表面がｍ面状の場せと反射エネルギ
ーの位置は同じである。
検出部が受光した信号を処理する電子回路は、極めて強
い反射面から極めて強い散乱面までの広範囲の光度変化
を取扱えるように工夫さ１ている。
い反射面から極めて強い散乱面までの広範囲の光度変化
を取扱えるように工夫さ１ている。
Ｗｃ１図は、従来技術による表面位置検出装置の一実施
例である。第１図において１表面１０は２つの限界位置
ＬＯａ、Ｊｏｂの間で移動可能である。ＬＢＤ１２とし
て示されるエネルギー発信部が表面１０に垂直な径路工
４に沿ってエネルギービームを投射する。表面が鏡面状
であるならば。
例である。第１図において１表面１０は２つの限界位置
ＬＯａ、Ｊｏｂの間で移動可能である。ＬＢＤ１２とし
て示されるエネルギー発信部が表面１０に垂直な径路工
４に沿ってエネルギービームを投射する。表面が鏡面状
であるならば。
表面１０で反射されるエネルギーの全てが径路１４を通
る。しかし表面が散乱面状であるならば、エネルギーが
投射された点でエネルギーは表面がら散乱さｎる。この
場せに表面が図示さまた中央部ｆｆ１ｌｌｏにあると、
エネルギーの一部は径路１５を通って反射さｎる。表面
が位置１０ａにあるとエネルギーの一部は径路１５ａを
通って反射さｎ、表面が位置１’ Ｏｂにあるとエネル
ギーの一部は径路ｉｓｂ’２通って反射さｎる。こ１ら
３つの径路の全ておよびその周辺に沿った反射エネルギ
ーは。
る。しかし表面が散乱面状であるならば、エネルギーが
投射された点でエネルギーは表面がら散乱さｎる。この
場せに表面が図示さまた中央部ｆｆ１ｌｌｏにあると、
エネルギーの一部は径路１５を通って反射さｎる。表面
が位置１０ａにあるとエネルギーの一部は径路１５ａを
通って反射さｎ、表面が位置１’ Ｏｂにあるとエネル
ギーの一部は径路ｉｓｂ’２通って反射さｎる。こ１ら
３つの径路の全ておよびその周辺に沿った反射エネルギ
ーは。
レンズ１６を通９表面」Ｏの位置にエフ位＃２０゜２０
ａまたは２０ｂのいず１かを中心とした領域で検出部１
８に投射さｎる。検出部１８は１例えばユナイテッドデ
イテクタ テクノロジー社により製造、販売さｎている
ＬＳＣ！−３０Ｄ などの光位置検出器である。この検
出部は中央部２２および端部２３，２４からなり、そ１
らの端部にはそ１ぞれ導線２５．２６が接続さｎる。導
線２５上の信号は反射光の光点の中心から端部２３まで
の距離を表わし、一方導線２６上の信号は反射光の光点
の中心から端部２４１での距離を表わす。光点の中心が
検出素子２２の正しく中央にあｎば、導 ・線２５と導
線２６上の信号は等しい。しかし、光点の中心が位置２
０ａにあｎば、導線２６上の信号は導線２５上の信号よ
り大きい。光点の中心が位１ｔ２０ｂにあｎば、導線２
５上の信号は導線２６上の信号エフ大きい。導線２５．
２６上の信号を分析することにより検出部２２上におけ
る反射光の中心位置を決、定すること力（可能である。
ａまたは２０ｂのいず１かを中心とした領域で検出部１
８に投射さｎる。検出部１８は１例えばユナイテッドデ
イテクタ テクノロジー社により製造、販売さｎている
ＬＳＣ！−３０Ｄ などの光位置検出器である。この検
出部は中央部２２および端部２３，２４からなり、そ１
らの端部にはそ１ぞれ導線２５．２６が接続さｎる。導
線２５上の信号は反射光の光点の中心から端部２３まで
の距離を表わし、一方導線２６上の信号は反射光の光点
の中心から端部２４１での距離を表わす。光点の中心が
検出素子２２の正しく中央にあｎば、導 ・線２５と導
線２６上の信号は等しい。しかし、光点の中心が位置２
０ａにあｎば、導線２６上の信号は導線２５上の信号よ
り大きい。光点の中心が位１ｔ２０ｂにあｎば、導線２
５上の信号は導線２６上の信号エフ大きい。導線２５．
２６上の信号を分析することにより検出部２２上におけ
る反射光の中心位置を決、定すること力（可能である。
光点の位置は表面１０の位置に依存するので、その出力
は表面ｌＯまでの距離の表示を与えるように較正するこ
とができる。第１図の装＃は１表面が極めて鏡面状であ
るときに機能しないのみでなく、位置２０ｂは位ｆｔ
２０ ａよりも位置２０に近いので非線形である。こｎ
Ｈ，表面からの反゛射角が表面の位置によって変るから
である。
は表面ｌＯまでの距離の表示を与えるように較正するこ
とができる。第１図の装＃は１表面が極めて鏡面状であ
るときに機能しないのみでなく、位置２０ｂは位ｆｔ
２０ ａよりも位置２０に近いので非線形である。こｎ
Ｈ，表面からの反゛射角が表面の位置によって変るから
である。
他の従来技術においては１表面ｌＯが鏡面状であるとき
に無信号になる問題を克服するために、光源を表面１０
に対しある角度で位置させている。
に無信号になる問題を克服するために、光源を表面１０
に対しある角度で位置させている。
そのため鏡面であっても散乱面であって奄しンズエ６お
よび検出部２２ｔ−含む検出光学系が反射エネルギーを
受けることができ、通常可動レンズすなわち可動光学系
を利用している。可動部の利用は、ｉ倫および複雑さな
どの理由がら極めて望ましくない。しかし可動部なしに
は、装置の光学系の信頼性は低くなり、非線形の問題も
解決さｎない。この点については、以下の本発明の実施
例に関連して説明する。
よび検出部２２ｔ−含む検出光学系が反射エネルギーを
受けることができ、通常可動レンズすなわち可動光学系
を利用している。可動部の利用は、ｉ倫および複雑さな
どの理由がら極めて望ましくない。しかし可動部なしに
は、装置の光学系の信頼性は低くなり、非線形の問題も
解決さｎない。この点については、以下の本発明の実施
例に関連して説明する。
第２図は、本発明の表面位置検出装置の一実施例である
。第２図においてＬＥＤ３２などのエネルギー発信部は
レンズ３４ｔ−通してエネルギーを投射し、表面４０が
その中央位置すなわち正規の位置にあるとき表面４０上
に甘焦するよう［なっている。点線４０ａ、４０ｂは、
そ１ぞ１表面４０の位置の上限と下限を示す。表面が鏡
面状であろうと散乱面状であろうと１点３５から反射さ
ｎるエネルギーは、レンズ４６ｔ−通り検出部４８上の
、中心点５０にエネルギースポラトラ形成する。検出部
４８は、第１図の検出部１８のように中央部５２、端部
５３．５４ｆ：もち、端部にはそ１ぞ１導線５−５ 、
５６が接続さｎている。
。第２図においてＬＥＤ３２などのエネルギー発信部は
レンズ３４ｔ−通してエネルギーを投射し、表面４０が
その中央位置すなわち正規の位置にあるとき表面４０上
に甘焦するよう［なっている。点線４０ａ、４０ｂは、
そ１ぞ１表面４０の位置の上限と下限を示す。表面が鏡
面状であろうと散乱面状であろうと１点３５から反射さ
ｎるエネルギーは、レンズ４６ｔ−通り検出部４８上の
、中心点５０にエネルギースポラトラ形成する。検出部
４８は、第１図の検出部１８のように中央部５２、端部
５３．５４ｆ：もち、端部にはそ１ぞ１導線５−５ 、
５６が接続さｎている。
表面４０が点線４Ｑａで示さする位置にあるとき、２つ
の状態が生じる。第１の状態は、表面が散乱面で光が表
面４０ａから全ての方向に乱反射する場合であり、後述
するエネルギー阻止デバイスがなけｎばレンズ４６を通
過するエネルギーは検出部４８上の点６０の周りに集中
する。第２の □状態は１表面が極めて鏡面状であ
る場合であり、表面に投射されるエネルギーは点６４に
金魚し、更に進んでレンズ４６を通り検出部４８のやや
後方の点６６に金魚する。点６６に結像される筈の光は
、点６０ａｆ中心として検出部４８に投射される。
の状態が生じる。第１の状態は、表面が散乱面で光が表
面４０ａから全ての方向に乱反射する場合であり、後述
するエネルギー阻止デバイスがなけｎばレンズ４６を通
過するエネルギーは検出部４８上の点６０の周りに集中
する。第２の □状態は１表面が極めて鏡面状であ
る場合であり、表面に投射されるエネルギーは点６４に
金魚し、更に進んでレンズ４６を通り検出部４８のやや
後方の点６６に金魚する。点６６に結像される筈の光は
、点６０ａｆ中心として検出部４８に投射される。
同様に、表面４０が位置４０ｂにあるとき、表面が散乱
面状であると、後述するエネルギー阻止デバイスがなけ
ｎばエネルギー扛検出部４８上の点６７の周りに集中す
る。表面が鏡面状であると。
面状であると、後述するエネルギー阻止デバイスがなけ
ｎばエネルギー扛検出部４８上の点６７の周りに集中す
る。表面が鏡面状であると。
レンズ４６および検出部４８はエネルギーが点６８がら
発射さｎているように見て検出部４８よりやや近い側６
９に焦点を結ぶ。点６９に金魚した光は更に進んで検出
部に達し、点６７ａに集中した光点を生じる。
発射さｎているように見て検出部４８よりやや近い側６
９に焦点を結ぶ。点６９に金魚した光は更に進んで検出
部に達し、点６７ａに集中した光点を生じる。
換言すｎば、鏡面状の表面の場−８−は１１表面４０の
位置４０ｂから位置４０ａへの移動は点３５を通る垂線
７０から発光さｎているように見える反射を生じる。そ
ｎゆえ、検出光学系はエネルギーが垂線７０に沿ったこ
ｎらの点から発射さｎたかの如く見てエネルギ島−ヲ検
出部４８上ではなくその前方または後方に甘焦する。散
乱面状の表面の場合は、検出部４８上のエネルギーは、
点６０および点６１ｆ：中心とする微小領域となる。し
かし表面４０が鏡面状である場合は、エネルギーは検出
部４８上の点６０お工び点６）のやや右方の点６０ａお
工び点６７鳳の周りに集中する。したカニつて表面４０
が散乱面状である力）、鏡面状であるかによってその位
置について異なる回答が得らｎる。
位置４０ｂから位置４０ａへの移動は点３５を通る垂線
７０から発光さｎているように見える反射を生じる。そ
ｎゆえ、検出光学系はエネルギーが垂線７０に沿ったこ
ｎらの点から発射さｎたかの如く見てエネルギ島−ヲ検
出部４８上ではなくその前方または後方に甘焦する。散
乱面状の表面の場合は、検出部４８上のエネルギーは、
点６０および点６１ｆ：中心とする微小領域となる。し
かし表面４０が鏡面状である場合は、エネルギーは検出
部４８上の点６０お工び点６）のやや右方の点６０ａお
工び点６７鳳の周りに集中する。したカニつて表面４０
が散乱面状である力）、鏡面状であるかによってその位
置について異なる回答が得らｎる。
本発明は、レンズ４６の焦点位置に開口フ６ｔ−もつエ
ネルギー阻止デノ橿イス７５ｔ″挿入することによって
この問題を克服する。開口が微ｔＪ−径であると、レン
ズ４６の光学軸にほぼ平行に通るエネルギーのみがその
開ロアロｔ−通過すること力五できる。したがって点３
５から反射さｎる光線８０は。
ネルギー阻止デノ橿イス７５ｔ″挿入することによって
この問題を克服する。開口が微ｔＪ−径であると、レン
ズ４６の光学軸にほぼ平行に通るエネルギーのみがその
開ロアロｔ−通過すること力五できる。したがって点３
５から反射さｎる光線８０は。
レンズ４６および開口アロを通り点５０で検出部４８に
投射さｎる。しかも、こｎは表面力；鏡面状であろうと
散乱面状であろうと取立する。同様に、点６４を通る光
線８４は、レンズ夛６お工び開ロアロｔ−通り点ＲＯａ
で検出部４８に投射さする。
投射さｎる。しかも、こｎは表面力；鏡面状であろうと
散乱面状であろうと取立する。同様に、点６４を通る光
線８４は、レンズ夛６お工び開ロアロｔ−通り点ＲＯａ
で検出部４８に投射さする。
また点６８ｆｆｉ通る光線８６は、点６７ａで検出部４
８に投射さする。と１らの光線は散乱面状の表面からの
光線と同一である。散乱面状の表面から乱反射さする光
線は全方向に向かうが、光学軸に平行な光線丁なわち光
線８４，８６と平行な光線のみが光学系全通り検出部に
到達する。散乱光による光点の中心は線８４または線８
６の延長上に位置するので、検出部上のこｎらの領域の
偉は。
８に投射さする。と１らの光線は散乱面状の表面からの
光線と同一である。散乱面状の表面から乱反射さする光
線は全方向に向かうが、光学軸に平行な光線丁なわち光
線８４，８６と平行な光線のみが光学系全通り検出部に
到達する。散乱光による光点の中心は線８４または線８
６の延長上に位置するので、検出部上のこｎらの領域の
偉は。
鏡面状の表面および見掛は上の光源６４．ｆｉ８からつ
くらｎる像と同じ位置にある。したがって、表面が散乱
面状であると鏡面状であるとに拘らず全ての場せに、エ
ネルギーは検出部４８上の同一点に集中さ１表面４０の
位置の正確な指示が得らｎる。
くらｎる像と同じ位置にある。したがって、表面が散乱
面状であると鏡面状であるとに拘らず全ての場せに、エ
ネルギーは検出部４８上の同一点に集中さ１表面４０の
位置の正確な指示が得らｎる。
第３図は、第２図の装置の変形である。第３図の装置、
に、実用的な位置検出装置として利用するために、光学
系は屈折さｎ、より小型の構造を与える。第３図におい
て１表面１００は点Ｉｗｌｏｏａおよびｌ ＯＯｂで示
さｎる限界位置の間で垂直方向に移動可能である。発光
デバイス１０２などのエネルギー放射源が赤外線エネル
ギーなどのエネルギービームをハウジング１０５の開口
１０４Ｔｈ通して放射する。エネルギービームは、ハウ
ジング１０５内の鏡１０６により反射さｎ、凹レンズ１
１０、レンズ１１２，１１４′ｔ−通る。凹レンズ１１
０は、より正確に甘焦するために用いらｊ、。
に、実用的な位置検出装置として利用するために、光学
系は屈折さｎ、より小型の構造を与える。第３図におい
て１表面１００は点Ｉｗｌｏｏａおよびｌ ＯＯｂで示
さｎる限界位置の間で垂直方向に移動可能である。発光
デバイス１０２などのエネルギー放射源が赤外線エネル
ギーなどのエネルギービームをハウジング１０５の開口
１０４Ｔｈ通して放射する。エネルギービームは、ハウ
ジング１０５内の鏡１０６により反射さｎ、凹レンズ１
１０、レンズ１１２，１１４′ｔ−通る。凹レンズ１１
０は、より正確に甘焦するために用いらｊ、。
レンズ１１２，１１４ａ表面１００がその中央位［１１
１００にあるときに表面１００上の点１１８にエネルギ
ービームを金魚させるために用いらｎる。
１００にあるときに表面１００上の点１１８にエネルギ
ービームを金魚させるために用いらｎる。
表面が位置１００ａにあると、エネルギーは点１２０か
ら点１３０まで分布する。更に表面が極めて鏡面状であ
るならば、このエネルギーは点１１８ｔ−通る垂直軸１
３３上の点１３２に金魚する。表面が位ｅｔｏｏｂにあ
ると、エネルギーは点１３５から点１３７の間に分布す
る。受光系にとっては、エネルギーが垂直軸１３３上の
点１４０がら放射さｎているかの如く見える。したがっ
て表面が極めて強い反射面であるならば、表面が位置１
０９ａＶｃあるとエネルギーは光線１５０ｔ”通り、位
置１００ｂにあるとエネルギーは光線１５４を通る。表
面が散乱面状であるならば、表面が位＠ｉｏｏにあると
エネルギーは点ｌ１８から全方向に放射さ１．る。表面
が位置１００ａにあるとエネルギーは点１２０および点
１３０の間から全方向に放射さｎ１表面が位置１ｏｏｂ
にあるとエネルギーは点１３５および点１３７の間から
、全方向に放射さｎる。こｎらの光線の全ては、ハウジ
ング１６２内に設けられたレンズ１６０へ向かう成分を
もつ。しかし、光学系の軸１５２に平行な光線のみがハ
ウジング１６２の終端部にある開口１６４を通る。こｎ
らの光線は固定鏡１７０で反射ざ１、ハウジングエフ６
に設けられたレンズ１７４′ｔ−通り検出部１７８に投
射される。検出部１７８は第１図に用いらｎたものと同
種類のものでよい。開口Ｌ６４ｔ−設けたために、光学
系の軸に平行な光線のみが検出部１７８に到達する。表
面が極めて鏡面状であると、こ１らの光線は光線１５０
．１５２および１５４であり、光学系を通った後にそｎ
ぞｎ点１８０．１８２および１８４で検出部１７８に投
射さｎる。同様に、表面が散乱面状であると、受光系の
光学軸に平行な光線のみが開口１６４ｔ−通る。とｎら
は丁度開口１６４を通る大きさをもつ線１５０．１５２
および１５４を中心とする光束である。こｎらの光束は
そ１ぞれ点１８０．１８２および１８４？中心とする検
出部１７８上め位置に小光点を生じさせる。検出部１７
８は受光する光の中心を示す出力ｔ−発生するので、両
端部１９４，１９６からの導線１９０゜１９２上に生じ
る信号は処理さ１て表面１００が強い鏡面状であると散
乱面状であるとに拘らず、表面ＩＱＯの位置を示す。
ら点１３０まで分布する。更に表面が極めて鏡面状であ
るならば、このエネルギーは点１１８ｔ−通る垂直軸１
３３上の点１３２に金魚する。表面が位ｅｔｏｏｂにあ
ると、エネルギーは点１３５から点１３７の間に分布す
る。受光系にとっては、エネルギーが垂直軸１３３上の
点１４０がら放射さｎているかの如く見える。したがっ
て表面が極めて強い反射面であるならば、表面が位置１
０９ａＶｃあるとエネルギーは光線１５０ｔ”通り、位
置１００ｂにあるとエネルギーは光線１５４を通る。表
面が散乱面状であるならば、表面が位＠ｉｏｏにあると
エネルギーは点ｌ１８から全方向に放射さ１．る。表面
が位置１００ａにあるとエネルギーは点１２０および点
１３０の間から全方向に放射さｎ１表面が位置１ｏｏｂ
にあるとエネルギーは点１３５および点１３７の間から
、全方向に放射さｎる。こｎらの光線の全ては、ハウジ
ング１６２内に設けられたレンズ１６０へ向かう成分を
もつ。しかし、光学系の軸１５２に平行な光線のみがハ
ウジング１６２の終端部にある開口１６４を通る。こｎ
らの光線は固定鏡１７０で反射ざ１、ハウジングエフ６
に設けられたレンズ１７４′ｔ−通り検出部１７８に投
射される。検出部１７８は第１図に用いらｎたものと同
種類のものでよい。開口Ｌ６４ｔ−設けたために、光学
系の軸に平行な光線のみが検出部１７８に到達する。表
面が極めて鏡面状であると、こ１らの光線は光線１５０
．１５２および１５４であり、光学系を通った後にそｎ
ぞｎ点１８０．１８２および１８４で検出部１７８に投
射さｎる。同様に、表面が散乱面状であると、受光系の
光学軸に平行な光線のみが開口１６４ｔ−通る。とｎら
は丁度開口１６４を通る大きさをもつ線１５０．１５２
および１５４を中心とする光束である。こｎらの光束は
そ１ぞれ点１８０．１８２および１８４？中心とする検
出部１７８上め位置に小光点を生じさせる。検出部１７
８は受光する光の中心を示す出力ｔ−発生するので、両
端部１９４，１９６からの導線１９０゜１９２上に生じ
る信号は処理さ１て表面１００が強い鏡面状であると散
乱面状であるとに拘らず、表面ＩＱＯの位置を示す。
したがって従来技術における、散乱面状の表面と鏡面状
の表面とによって検出部の異なる点に光が投射さｎる問
題が本発明によって克服さする。
の表面とによって検出部の異なる点に光が投射さｎる問
題が本発明によって克服さする。
また点１８０と点１８２の間の距離は点１８２と点１８
４の間の距離にほぼ等しく、従来技術で直面した表面の
位置による非直線性の問題も克服される。
４の間の距離にほぼ等しく、従来技術で直面した表面の
位置による非直線性の問題も克服される。
第４図は、第３図の導線１９０，１９２からの信号を処
理するための電子装置のブロック図である。電子装置は
、第３図の軸１３３に沿った表面■００の垂直方向の位
置を示す信号を出力する。
理するための電子装置のブロック図である。電子装置は
、第３図の軸１３３に沿った表面■００の垂直方向の位
置を示す信号を出力する。
第４図において検出部（ＤＢＴ）２００は第１図〜第３
図に示される構造と同様の端部２０２，２−・＋４をも
つ。検出部２００は第１図に関連して述べた種類の検出
部でよい。褒宜上、検出部の中央は。
図に示される構造と同様の端部２０２，２−・＋４をも
つ。検出部２００は第１図に関連して述べた種類の検出
部でよい。褒宜上、検出部の中央は。
導線２０６で接地さ九ている。端部２０２に接続さｎた
導線２０８は、演算増幅器（ＯＰアンプノ２１０に接続
さｎ、記号″八”で示さｎる記号をそｎに入力する。同
様に、端部２０４に接続さまた導線２１２は、演算増幅
器（ＯＰ ７ンプノ２１４に接続さｎ、記号”８″で示
さｎる信号をそｆ’ＬＫ入力する。前述の如く、信号−
ｈ−ａ検出部２００上の光点の中心と端部２０２の間の
距離を表Ｖす大きさをもち、信号１Ｂ＃は検出部’２０
０上の光点の中心と端部２０４の間の距離を示す。光点
が検出部２００の中央にあるとき、信号＠＾”と信号″
″８”は等しくなｈ、光点が端部２０２によジ近けｎば
、信号“Ｎ″は信号″″Ｂ″より大きく、そして光点が
端部２０４により近け１ば、信号＠Ｂ”は信号−１より
大きくなる。演算増幅器２１０，２１４の出力は、そ１
ぞ１導線２２０．２２２で示さｎ、そｎぞｎ整流器（幻
２２４，２２６に接続されている。
導線２０８は、演算増幅器（ＯＰアンプノ２１０に接続
さｎ、記号″八”で示さｎる記号をそｎに入力する。同
様に、端部２０４に接続さまた導線２１２は、演算増幅
器（ＯＰ ７ンプノ２１４に接続さｎ、記号”８″で示
さｎる信号をそｆ’ＬＫ入力する。前述の如く、信号−
ｈ−ａ検出部２００上の光点の中心と端部２０２の間の
距離を表Ｖす大きさをもち、信号１Ｂ＃は検出部’２０
０上の光点の中心と端部２０４の間の距離を示す。光点
が検出部２００の中央にあるとき、信号＠＾”と信号″
″８”は等しくなｈ、光点が端部２０２によジ近けｎば
、信号“Ｎ″は信号″″Ｂ″より大きく、そして光点が
端部２０４により近け１ば、信号＠Ｂ”は信号−１より
大きくなる。演算増幅器２１０，２１４の出力は、そ１
ぞ１導線２２０．２２２で示さｎ、そｎぞｎ整流器（幻
２２４，２２６に接続されている。
整流器２２４．２２６の出力は、そｎぞｉ導線２２８．
２３０によりそｎぞ１サンプルアツトホ一ルド回路２３
２，２３４に接続さｎている。整流器は演算増幅器のＡ
Ｏ出方からＤＯパルスをっくり、サンプルアンドホール
ド回路はこｎらの信号を集め、正確な時間にＡ／Ｄ変換
器に入力する。
２３０によりそｎぞ１サンプルアツトホ一ルド回路２３
２，２３４に接続さｎている。整流器は演算増幅器のＡ
Ｏ出方からＤＯパルスをっくり、サンプルアンドホール
ド回路はこｎらの信号を集め、正確な時間にＡ／Ｄ変換
器に入力する。
サンプルアンドホールド回路２３２，２３４は。
導線２４０．２４２によりＡ／Ｄ変換器２４６に接続さ
ｎている。Ａ／Ｄ変換器２４６は、その信号？ディジタ
ル形式に変換し、導線２５０ 、２５２を経てマイクロ
コンピュータ２５４に入力する。
ｎている。Ａ／Ｄ変換器２４６は、その信号？ディジタ
ル形式に変換し、導線２５０ 、２５２を経てマイクロ
コンピュータ２５４に入力する。
２２４１回路２５６が導Ｍ２５８でマイクロコンピュー
タ（ｚｏｏＭ、ノ２５４へ、また導線２６２によりＬＥ
ｔＤ発光器２６０１Ｃ接続されている。ドラ４１回路２
５６が動作すると、ＬＢ０２６０からの光が遠方にある
表面に放射さｎ、検出部２００に反射さｎてその上に光
点を形成する。こ１により生じた信号−１および信号″
″８″は演算増幅器２１０．２１４および整流器２２４
，２２６ｒ通つてサンプルアンドホールド回路２３２．
２３４に入力され、その出力が同時に４／Ｄ変換器２４
６に入力さｎ、そのディジタル出力が°マイクロコンピ
ュータ２５４に入力さする。マイクロコンピュータ２５
４は、数式Ｋ（Ａ−８）／（Ａ＋ＢＪにしたがって信号
＠１および信号′″Ｂ＃について演ＫＬ、その結果ｔ−
に４図の出力導線２７０に出力する。数式Ｋ（ん−Ｂ〕
／（＆十Ｂ Ｊは、和信号Ａ十Ｂに対する信号１Ａ＃と
信号＠ａｌｌの差入−Ｂの比であるから光度の変化は、
出力に大きく影響しない。この数式の値は、検出部２０
０上の光点の位置にエフ変化する。したがって表面１０
０の位置にしたがってらの備で表わさ九た距離を示す値
に変換する。導線２７０上の出力は、適切な計器（図示
さｎていない〕により読取ら１表面１００のある固定位
置、例えば中央位置からの相対的な位置の指示を与える
。
タ（ｚｏｏＭ、ノ２５４へ、また導線２６２によりＬＥ
ｔＤ発光器２６０１Ｃ接続されている。ドラ４１回路２
５６が動作すると、ＬＢ０２６０からの光が遠方にある
表面に放射さｎ、検出部２００に反射さｎてその上に光
点を形成する。こ１により生じた信号−１および信号″
″８″は演算増幅器２１０．２１４および整流器２２４
，２２６ｒ通つてサンプルアンドホールド回路２３２．
２３４に入力され、その出力が同時に４／Ｄ変換器２４
６に入力さｎ、そのディジタル出力が°マイクロコンピ
ュータ２５４に入力さする。マイクロコンピュータ２５
４は、数式Ｋ（Ａ−８）／（Ａ＋ＢＪにしたがって信号
＠１および信号′″Ｂ＃について演ＫＬ、その結果ｔ−
に４図の出力導線２７０に出力する。数式Ｋ（ん−Ｂ〕
／（＆十Ｂ Ｊは、和信号Ａ十Ｂに対する信号１Ａ＃と
信号＠ａｌｌの差入−Ｂの比であるから光度の変化は、
出力に大きく影響しない。この数式の値は、検出部２０
０上の光点の位置にエフ変化する。したがって表面１０
０の位置にしたがってらの備で表わさ九た距離を示す値
に変換する。導線２７０上の出力は、適切な計器（図示
さｎていない〕により読取ら１表面１００のある固定位
置、例えば中央位置からの相対的な位置の指示を与える
。
以上により従来技術における問題点を克服した。
物体あるいは表面の位＃、を決定する装置が提供さする
ことは明らかである。本発明の装置は、散乱面状訃よび
鏡面状の表面のいずｎに対しても等しく、信頼性をもっ
て動作し１表面の位置に対し直線的な信号を出力する。
ことは明らかである。本発明の装置は、散乱面状訃よび
鏡面状の表面のいずｎに対しても等しく、信頼性をもっ
て動作し１表面の位置に対し直線的な信号を出力する。
当業者によｎば種々の変形が可能であり、実施例として
の特定の開示に限定さｎるべきではない。
の特定の開示に限定さｎるべきではない。
第１図は、従来技術による表面位置検出装置の一実施例
である。 第２図は、本発明の表面位置検出装置の一実施例である
。 Ｉｒ３図は、本発明の表面位置検出装置の他の実施例で
ある。 第４図は、本発明に関連して用いらｎる電子回路のブロ
ック図である。 １０．１０ａ、Ｊｏｂ、４０，４０ａ、４０ｂ：表面（
の位置）１２．３２，１０２，２６０ ：ＬＥＤ１
６、ａ４．４６．ｔｔｏ、ｔｔ２．ｔ＋４：レンズ１８
．４８，２００ ：検出部 ２２．５２ ：中央部２３．２４，５
３，５４，１９４，１９６ ：端 部７５
： エネルギー阻止デバイス７ｓ
、ｔ６４ ：開 口 ２１０．２１４ ：演算増幅器２２Ｌ１．．
２２６ ：整流器２３２．２３４
： サンプルアンドホールト°回路。
である。 第２図は、本発明の表面位置検出装置の一実施例である
。 Ｉｒ３図は、本発明の表面位置検出装置の他の実施例で
ある。 第４図は、本発明に関連して用いらｎる電子回路のブロ
ック図である。 １０．１０ａ、Ｊｏｂ、４０，４０ａ、４０ｂ：表面（
の位置）１２．３２，１０２，２６０ ：ＬＥＤ１
６、ａ４．４６．ｔｔｏ、ｔｔ２．ｔ＋４：レンズ１８
．４８，２００ ：検出部 ２２．５２ ：中央部２３．２４，５
３，５４，１９４，１９６ ：端 部７５
： エネルギー阻止デバイス７ｓ
、ｔ６４ ：開 口 ２１０．２１４ ：演算増幅器２２Ｌ１．．
２２６ ：整流器２３２．２３４
： サンプルアンドホールト°回路。
Claims (1)
- （１）被検出面に直交する基準線と第１の角度をなす径
路に沿つて該検出面にエネルギーを放射するエネルギー
放射手段と、上記基準線に対し、上記径路とは反対側で
上記第１の角度と等しい第２の角度をなす光学軸線を有
して設けられたエネルギー受信手段と、上記エネルギー
受信手段を通して、上記被検出面からの反射エネルギー
を受け、この反射エネルギーの当たる位置が上記基準線
に沿つて移動可能な上記被検出面の位置に対応して変わ
るエネルギー検出手段とを具備する表面位置検出装置に
おいて、 前記被検出面からの反射エネルギーのうち 前記光学軸線に平行な反射エネルギーのみを通過させる
べく上記光学軸線上の位置に開口を有するエネルギー阻
止手段を設けてなる表面位置検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US675665 | 1984-11-28 | ||
| US06/675,665 US4936676A (en) | 1984-11-28 | 1984-11-28 | Surface position sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61132818A true JPS61132818A (ja) | 1986-06-20 |
Family
ID=24711488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60262733A Pending JPS61132818A (ja) | 1984-11-28 | 1985-11-25 | 表面位置検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4936676A (ja) |
| EP (1) | EP0183240A3 (ja) |
| JP (1) | JPS61132818A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6266112A (ja) * | 1985-09-19 | 1987-03-25 | Tokyo Optical Co Ltd | 位置検出装置 |
| JPH01143912A (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-06 | Shinetsu Eng Kk | 光応用距離センサー |
| JPH03144307A (ja) * | 1989-10-31 | 1991-06-19 | Ono Sokki Co Ltd | 光学式変位計 |
Families Citing this family (33)
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|---|---|---|---|---|
| DE3615875A1 (de) * | 1986-05-10 | 1987-11-12 | Bosch Gmbh Robert | Handwerkzeugmaschine, vorzugsweise bohrmaschine |
| DE3627850A1 (de) * | 1986-08-16 | 1988-03-03 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Schaltungsanordnung fuer einen positionsempfindlichen strahlungsdetektor |
| US4786815A (en) * | 1987-02-12 | 1988-11-22 | K. J. Law Engineers, Inc. | Non-contact sensor with particular utility for measurement of road profile |
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| NL9002869A (nl) * | 1990-12-27 | 1992-07-16 | Philips Nv | Inrichting voor het optisch meten van de hoogte van een oppervlak. |
| US5162641A (en) * | 1991-02-19 | 1992-11-10 | Phoenix Laser Systems, Inc. | System and method for detecting, correcting and measuring depth movement of target tissue in a laser surgical system |
| EP0513444A1 (en) * | 1991-05-06 | 1992-11-19 | Technische Universiteit Delft, Faculteit Der Elektrotechniek | Position sensitive device with digital output |
| US5245177A (en) * | 1991-10-24 | 1993-09-14 | Schiller Norman H | Electro-optical system for detecting the presence of an object within a predetermined detection system |
| DE4206499C2 (de) * | 1992-03-02 | 1994-03-10 | Haeusler Gerd | Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsmessung |
| JP3175393B2 (ja) * | 1993-03-08 | 2001-06-11 | ソニー株式会社 | 距離測定方法および装置 |
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| US5864394A (en) * | 1994-06-20 | 1999-01-26 | Kla-Tencor Corporation | Surface inspection system |
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| US6148120A (en) * | 1997-10-30 | 2000-11-14 | Cognex Corporation | Warping of focal images to correct correspondence error |
| US7571511B2 (en) | 2002-01-03 | 2009-08-11 | Irobot Corporation | Autonomous floor-cleaning robot |
| US6883201B2 (en) | 2002-01-03 | 2005-04-26 | Irobot Corporation | Autonomous floor-cleaning robot |
| ATE536577T1 (de) | 2004-06-24 | 2011-12-15 | Irobot Corp | Fernbediente ablaufsteuerung und verfahren für eine autonome robotervorrichtung |
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| DE102008028121A1 (de) | 2008-06-13 | 2009-12-31 | Jos. Schneider Optische Werke Gmbh | Bestimmen des Zentrierfehlers einer Linse mittels einer Einrichtung zur optischen Antastung der Linsenoberfläche |
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| US8480246B2 (en) * | 2011-06-10 | 2013-07-09 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | System and method for reduction of optical noise |
| FI125408B (fi) * | 2012-09-17 | 2015-09-30 | Focalspec Oy | Menetelmä ja mittalaite pinnan etäisyyden, kohteen paksuuden ja optisten ominaisuuksien mittaamiseksi |
| EP2902812A1 (de) * | 2014-02-03 | 2015-08-05 | Leuze electronic GmbH + Co KG | Sensor zur Abstandsmessung |
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| SE424271B (sv) * | 1981-02-23 | 1982-07-12 | Selcom Ab | Anordning for kontinuerlig kontroll av ett langstreckt, valsat bands relativa lengdforendring |
| JPS57139607A (en) * | 1981-02-23 | 1982-08-28 | Hitachi Ltd | Position measuring equipment |
| EP0071667A1 (en) * | 1981-08-11 | 1983-02-16 | Karl-Erik Morander | Device for determining the real or the virtual distance of a source of light from a measuring plane |
| JPS58113706A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-06 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 水平位置検出装置 |
| DE3222462A1 (de) * | 1982-06-15 | 1983-12-15 | KE Morander AB, 44302 Lerum | Einrichtung zur bestimmung des realen oder des virtuellen abstandes einer lichtquelle von einer messebene |
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-
1984
- 1984-11-28 US US06/675,665 patent/US4936676A/en not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-11-25 JP JP60262733A patent/JPS61132818A/ja active Pending
- 1985-11-27 EP EP85115023A patent/EP0183240A3/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0183240A2 (en) | 1986-06-04 |
| US4936676A (en) | 1990-06-26 |
| EP0183240A3 (en) | 1989-07-05 |
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