JPS61218903A - 変位測定装置 - Google Patents

変位測定装置

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JPS61218903A
JPS61218903A JP6044485A JP6044485A JPS61218903A JP S61218903 A JPS61218903 A JP S61218903A JP 6044485 A JP6044485 A JP 6044485A JP 6044485 A JP6044485 A JP 6044485A JP S61218903 A JPS61218903 A JP S61218903A
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JP
Japan
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pattern
photoelectric conversion
displacement
amount
conversion element
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Pending
Application number
JP6044485A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Sagara
誠 相良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
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Publication of JPS61218903A publication Critical patent/JPS61218903A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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

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】 [産業上の利用分野] 本発明は、相対移動する2つの物体の相対移動変位量を
測定する変位測定装置に係り1例えば工作機械や各種産
業機械の相対移動部材の変位量の検出に利用できる。
[背景技術とその問題点] 工作機械や各種産業機械等では、自動化にあたって1例
えば□ベッドとテーブルとの相対移動変位量を正確に検
知することが要求される。
従来、相対移動する2つの物体の相対移動変位量を検知
する方式としては、相対移動する2つの物体の対向面に
スケールとスライダとを対向配置し、スケール側に励磁
電流を印加する一方、スライダ側に誘起される信号から
財物体の相対移動変位量を検知するインダクトシン等の
方式、或いは一方の物体を他方の物体に対して移動させ
るモータ等の回転角をレゾルバ等によって求め、この回
転角から財物体の相対移動変位量を検知する方式1等が
知られている。
しかし、前者の方式は、相対移動する物体の対向面に特
別に加工されたスケール等を設けなければならない、し
かも、高精度測定を達成するには、スケール等の加工に
あたって、スケールのピッチ間隔をできるだけ小さく、
かつ厳格に仕上げなければならな゛いので、多大な時間
と労力を要し、高価となる欠点がある。
また、後者の方式は、電気的処理回路が複雑化する上、
いくらモータの回転角を正確に測定しても、モータ以後
の減速機構や送り機構に含まれるクリアランス等の誤差
によって、測定誤差が生じる欠点がある。
[発明の目的] ここに、本発明の目的は、このような従来の欠点を解法
すべくなされたもので、製造が容易かつ安価で、高精度
測定が達成できる変位測定装置を提供することにある。
[問題点を解決するための手段および作用]そのため1
本発明では、相対移動するいずれか一方の物体に、他方
の物体に対向して複数の光電変換素子を前記相対移動方
向に沿って等間隔に配置し、この光電変換素子列によっ
て他方の物体表面の光学的パターン情報を順次検知し、
この検知されたパターン情報をそれ以前に検知されたパ
ターン情報と比較して両者のずれ量を求め、このずれ量
を累計して財物体の相対移動変位量を求めるようにした
ものである。
具体的には、相対移動する2つの物体の相対移動変位量
を測定する装置であって、いずれか一方の物体と対向す
る他方の物体表面の状態を明暗の光学的情報として捉え
るための光源と、いずれか一方の物体に、他方の物体に
対向して複数の光電変換素子を前記相対移動方向に沿っ
て等間隔に配置した光電変換素子列と、この光電変換素
子列によって検出された他方の物体表面のパターン情報
を記憶する第1のパターン記憶部と、この第1のパター
ン記憶部のパターン情報より前に前記光電変換素子列に
よって検出されたパターン情報を基準パターンとして記
憶している第2のパターン記憶部と、パターン情報のず
れ′量を累計記憶する変位量記憶部と、前記第2のパタ
ーン記憶部に記憶された基準パターンに対して前記第1
のパターン記憶部のパターン情報のずれ量を判定し、そ
の判定結果に応じて、求められたずれ量を前記変位量記
憶部に累計記憶するとともに、前記第2の記憶部の基準
パターン゛を前記第1のパターン記憶部のパターン情報
−更新する判定手段と、を具備したことを特徴としてい
る。
[実施例] 第1図は本発明の変位測定装置を工作機械に応用した実
施例を示している。同図において、工作機械の相対移動
する2つの物体、ここではベッドlとこれに沿って図中
左右方向へ移動するテーブル2とのうち、ベッドl側の
摺動面には、相対移動方向において、一定の光源(自然
光をも含む、)に対し反射光の明度が均一とならないよ
うな処理が施されている0例えば、相対移動方向に沿っ
て反射光の明度が均一とならないような不規則な明暗模
様等のマークが施されている。
一方、テーブル2側には、第2図にも示す如く、光電変
換素子列11が前記へラド1に対して所定間隔離れた対
向位置でかつ相対移動方向に平行に配置されているとと
もに、相対移動方向に沿って平行配置され前記ベッドl
の摺動面を光照射する直管型の光源12およびベッドl
の表面からの反射光を前記光電変換素子列11上に所定
倍率で結像させるレンズ13がそれぞれ設けられている
。前記光電変換素子列11は、前記相対移動方向に沿っ
て等間隔に配置された8素子のCCD等からなる光電変
換素子11+〜llaによって構成されている。これに
より、ベッドlの表面の光学的明度パターンが光電変換
素子列11の8素子の光電変換素子11 I= 11 
aにより電気的に検知された後、パターン処理部21へ
送られる。
ここで、各光電変換素子11+〜llaの間隔をδ、ベ
ッドlの表面からレンズ13までの距離をL+、 レン
ズ13から光電変換素子列11までの距離をL2とする
と、光電変換素子11+〜118の間隔δに対し、(L
 I/ L 2 )δの分解能が得られる。
前記パターン処理部21へ送られたパターン情報は、第
3図に示す如く、アンプ22で増幅された後、A/D変
換器23でデジタル信号に変換される。A/D変換器2
3でデジタル信号に変換されたパタごン情報は、第1の
パターン記憶部としての検出パターンメモリ26へ記憶
される。検出パターンメモリ26に記憶されたパターン
情報は、判定手段としての演算回路2からの読取指令2
4が与えられる毎に演算回路27へ読込まれ、そこで第
2のパターン記憶部としての基準パターンメモリ28に
記憶されている基準パターンと比較され、その基準パタ
ーンに対するずれ量が判定される。基準パターンメモリ
28の基準パターンは、前記演算回路27の演算結果に
応じて、前記検出パターンメモリ26のパターン情報に
順次更新される。また、一連の処理が行なわれると、次
の演算のために読取指令24が演算回路27から検出パ
ターンメモリ26へ出され、その検出パターンメモリ2
6のパターン情報が演算回路27へ読込まれる。
いま、検出パターンメモリ26に記憶されているパター
ン情報、つまり今回のサンプリングで取込まれたパター
ン情報のベクトルをP(pt、p2・・・p6)、基準
パターンメモリ28に記憶されている基準パターン、つ
まり前回のサンプリングまでで更新された基準パターン
のベクトルをP′(PI’lP2’・・・pδ′)とす
ると、演算回路27では°、 Sや=Σ(P L −P L−I’ ) 2   ・・
・・・・・・・(2)レ−2 S−=Σ(pL−pL41’) 2   ・・・・・・
・・・(3)ム#2 を演算し、S、、S◆、S−の中で最も小さい値を求め
る。
ここで、■S0が最小値のときは、前記(L+/L2)
δ分ずれていないと判定し、■Sやが最小値のときは、
前記(L + / L 2 )δ分子方向にずれている
と判定し、■S−が最小値のときは、前記(L I/ 
L 2 )δ分一方向にずれていると判定し、その判定
結果に応じて基準パターンメモリ28の基準パターンの
更新処理および変位量メモリ29のカウント値を増減さ
せる。
即ち、 ■のときには、基準パターンメモリ28の基準パターン
および変位量メモリ29のカウント値を共に更新しない
■のときには、基準パターンメモリ28の基準パターン
ヲ検出パターンメモリ26のパターン情報に更新し、か
つ変位量メモリ29のカウント値を+1カウントアツプ
させる。
■のときには、基準パターンメモリ28の基準パターン
を検出パターンメモリ26のパターン情報に更新し、か
つ変位量メモリ29のカウント値を−lカウントダウン
させる。
従って、ベッドlに対してテーブル2が静止したままの
状態では、Soが最小値となるから、基準パターンメモ
リ28の基準パターンおよび変位量メモリ29のカウン
ト値は共に更新されない。
しかし、ベッド1に対してテーブル2が相対移動すると
、その相対移動方向によってS、またはS−が最小値と
なるから、基準パターンメモリ28の基準パターンは検
出パターンメモリ2Bのパターン情報に更新され、かつ
移動方向によって変位量メモリ29のカウント値が増減
される。
このようにして、ベッドlに対してテーブル2が相対移
動していくと、変位量メモリ29には。
ベッドlに対するテーブル2の変位量が累計記憶されて
いく、変位量メモリ29に記憶された値は、測定単位に
よる値に変換された後、表示装置に表示され、またはN
C装置等へ入力され、以後の制御用データとして利用さ
れる。
従って、本実施例によれば、ベッドlの表面の光学的パ
ターン情報を光電変換素子列11で電気信号に変換し、
この変換されたパターン情報を前□回のサンプリングま
でに更新記憶された基準パターンと比較して、基準パタ
ーンに対する検出されたパターン情報のずれ量を求める
ようにしたので、従来のインダクトシン等のように高精
度に加工したスケールを物体表面に設けなくてもよく、
またレゾルバ等のように処理回路が複雑化することがな
いので、全体の構成が簡易かつ容易である。  ・ 特に、物体表面゛の光学的パターン情報を検出するよう
にしたので、物体の測定面が相対移動方向において反射
光の明度が均一とならないような態様であればよく1例
えば不規則なマーク、更には傷等の処理でよく、極端に
は何も処理することなく加工面粗度のパターンをそのま
ま利用することもできる結果、相対移動部材に対する加
工がほとんど不要であ菖。
しかも、マークや光′源12等が経時的に変動しても、
パターンとしての検出であるため、急激な変動でない限
り測定に影響を受ることがない。
また、被測定物に対して非接触型であるので、測定面を
傷付けることがない、このことは、被測定物の材質が比
較的軟質な材料でも高精度に測定できる利点がある。
また、ベッドlの表面からの反射光を光電変換素子列l
l上に所定倍率で結像させるレンズ13を設けたので、
光電変換素子11+〜llsの間隔δに対し、ベッド1
表面からレンズ13までの距離L+/レンズ13から光
°電変換素子列11までの距離L2倍の測定分解能が得
られる。
なお、上記実施例では、直線的に移動する2つの物体の
相対移動量を検出するようにしたが1例えば回転体の回
転面に沿って光電変換素子列11を平行に対向配置すれ
ば1回転体の回転面の移動距離、つまり円周移動量を測
定することができる。従って、回転体が1回転する間の
円周移動距離、つまり回転体の円周を求め、これを円周
率πで割れば、回転体の直径を求めることができる。
また、n個の光電変換素子列11を予め用意し、これら
を相対移動方向へ素子間隔のn分の1づつずらして並列
配置すれば、分解能をn倍に向上させることができる。
また、検出されたパターン情報と比較される基準パター
ンについては、前回のサンプリング時までに更新記憶さ
れた1つの基準パターンだけでなく、それ以前に更新さ
れた複数個の基準パターンを記憶しておき、これら全て
について検出されたパターン情報と比較すれば、パター
ンの解析をより正確に行うことができ、また相対移動量
が速くて1回の演算で1素子分以上の移動をするような
場合でも測定可能である。
また、複数の光電変換素子をマトリックス状に配置すれ
ば、二次元方向の相対移動量をも測定することができる
更に、上記実施例では、工作機械のベッドlとテーブル
2との相対移動変位量を検出する例について述べたが、
本発明の変位測定装置では、2つの物体の距離が略一定
に保たれた状態で相対移動するもの全てに適用すること
ができる。
[発明の効果] 以上の通り、本発明によれば、2つの物体の相対移動量
を容易かつ安価で、高精度に検出できる変位測定装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例を示すもので、第1図は全体の説
明図、182図は第1図の■矢視方向から見た図、第3
図はパターン処理部を示すブロック図である。 1・・・ベッド、2・・・テーブル、11・・・光電変
換素子列、11+〜lla・・・光電変換素子、12・
・・光源、13・・・レンズ、23・・・A/D変換器
、26・・・第1のパターン記憶部としての検出パター
ンメモリ、27・・・判定手段としての演算回路、28
・・・第2のパターン記憶部としての基準パターンメモ
リ、29・・・変位量メモリ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)相対移動する2つの物体の相対移動変位量を測定
    する装置であって、 いずれか一方の物体と対向する他方の物体表面の状態を
    明暗の光学的情報として捉えるための光源と、 いずれか一方の物体に、他方の物体に対向して複数の光
    電変換素子を前記相対移動方向に沿って等間隔に配置し
    た光電変換素子列と、 この光電変換素子列によって検出された他方の物体表面
    のパターン情報を記憶する第1のパターン記憶部と、 この第1のパターン記憶部のパターン情報より前に前記
    光電変換素子列によって検出されたパターン情報を基準
    パターンとして記憶している第2のパターン記憶部と、 パターン情報のずれ量を累計記憶する変位量記憶部と、 前記第2のパターン記憶部に記憶された基準パターンに
    対して前記第1のパターン記憶部のパターン情報のずれ
    量を判定し、その判定結果に応じて、求められたずれ量
    を前記変位量記憶部に累計記憶するとともに、前記第2
    の記憶部の基準パターンを前記第1のパターン記憶部の
    パターン情報に更新する判定手段と、 を具備したことを特徴とする変位測定装置。
  2. (2)特許請求の範囲第1項において、前記光電変換素
    子列と他方の物体表面との間に、その物体表面からの反
    射光を光電変換素子列上に結像させるレンズを設けたこ
    とを特徴とする変位測定装置。
  3. (3)特許請求の範囲第1項または第2項において、前
    記光電変換素子をCCDとしたことを特徴とする変位測
    定装置。
  4. (4)特許請求の範囲第1項または第2項のいずれかに
    おいて、前記光電変換素子をMOSとしたことを特徴と
    する変位測定装置。
  5. (5)特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに
    おいて、前記光源として自然光を利用したことを特徴と
    する変位測定装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58113762A (ja) * 1981-12-28 1983-07-06 Fujitsu Ltd 速度測定装置
JPS5928667A (ja) * 1982-08-11 1984-02-15 Fuji Photo Film Co Ltd 動体検出方法

Patent Citations (2)

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