JPS62197711A - 光結像式非接触位置測定装置 - Google Patents
光結像式非接触位置測定装置Info
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- JPS62197711A JPS62197711A JP61038162A JP3816286A JPS62197711A JP S62197711 A JPS62197711 A JP S62197711A JP 61038162 A JP61038162 A JP 61038162A JP 3816286 A JP3816286 A JP 3816286A JP S62197711 A JPS62197711 A JP S62197711A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
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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
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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〕
本発明は位首測定装言に間し、特に光学的に非接触で被
測定面の位置を測定する′Ａ買に関する。
測定面の位置を測定する′Ａ買に関する。
従来、この種の装置は、三角測量の原理を用い、被測定
面の位置の変化による角度の変化を光電変換素子を用い
て測定する装置と、被測定面の位置の定点からのすれ（
変位）によっで王する像点のずれを光電変換素子（こよ
って検出し、サーボ機構によってそのずれを補償するよ
うに装ｍ％移動し、その移動量を測定する補償法による
装置に大別される。
面の位置の変化による角度の変化を光電変換素子を用い
て測定する装置と、被測定面の位置の定点からのすれ（
変位）によっで王する像点のずれを光電変換素子（こよ
って検出し、サーボ機構によってそのずれを補償するよ
うに装ｍ％移動し、その移動量を測定する補償法による
装置に大別される。
第６図は三角測量の原理を用いた従来の変位測足装Ｍを
示す図である。
示す図である。
レーザ光源（不図示）からのレーザビームは被測定面Ｓ
上の点Ｐて反射（）て、度盛り円盤１１にとり付けられ
テレスコープ、スリットおよび光電変換素子によって構
成されている角度検出器１２に入射する。被測定面Ｓの
、レーザビーム方向の変位へ２による、角度検出器１２
の角度変化はΔ ｅ −Δｚ−ｓｉｎ φ／ Ｒ−・
−・・−（＋ ）である、ここで、φは点Ｐと度盛円盤
１１の中心を結ノ３＜直線とレーザビームのなす角度で
あつ、Ｒは点Ｐと度盛円盤１１の中心との間の距離であ
る。
上の点Ｐて反射（）て、度盛り円盤１１にとり付けられ
テレスコープ、スリットおよび光電変換素子によって構
成されている角度検出器１２に入射する。被測定面Ｓの
、レーザビーム方向の変位へ２による、角度検出器１２
の角度変化はΔ ｅ −Δｚ−ｓｉｎ φ／ Ｒ−・
−・・−（＋ ）である、ここで、φは点Ｐと度盛円盤
１１の中心を結ノ３＜直線とレーザビームのなす角度で
あつ、Ｒは点Ｐと度盛円盤１１の中心との間の距離であ
る。
舅７図は補償法による変位測定器の１例のナイフェツジ
型定点センサーの構成図である。
型定点センサーの構成図である。
定点センサー１４は、凸レンズ２と、やや発散したレー
ザ光線を凸レンズ２の光軸上に反射する微小ミラー３と
、微小ミラー３がら凸レンズ２に入射Ｌノた光線か屈折
して結像する点Ｐに置かれている被測定面Ｓて反射した
光が再び凸レンズ２に入射しで結像する点Ｑにおいて光
軸と垂直に交わるナイフェツジを有するナイフェツジ遮
へい板１５と、光軸とナイフェツジによって定義される
平面について面対称に配置された受光ダイオード１６Ａ
、１６Ｂによって構成され、定点センサ−１４全体は、
サーボ機構によって移動され、その移動量は計測される
。 被測定面Ｓが点Ｐにあるとき（結像点が点Ｑにある
とき）、受光ダイオード＋６Ａ、１６Ｂのダ動出力ＥＡ
Ｅｓが０になるように装置は予め調節されている。
ザ光線を凸レンズ２の光軸上に反射する微小ミラー３と
、微小ミラー３がら凸レンズ２に入射Ｌノた光線か屈折
して結像する点Ｐに置かれている被測定面Ｓて反射した
光が再び凸レンズ２に入射しで結像する点Ｑにおいて光
軸と垂直に交わるナイフェツジを有するナイフェツジ遮
へい板１５と、光軸とナイフェツジによって定義される
平面について面対称に配置された受光ダイオード１６Ａ
、１６Ｂによって構成され、定点センサ−１４全体は、
サーボ機構によって移動され、その移動量は計測される
。 被測定面Ｓが点Ｐにあるとき（結像点が点Ｑにある
とき）、受光ダイオード＋６Ａ、１６Ｂのダ動出力ＥＡ
Ｅｓが０になるように装置は予め調節されている。
被測定面Ｓが点Ｐカ１らずれて、結像点か点Ｑからずれ
ると、受光ダイオード＋６Ａまたは１６８に入射する光
の一部がナイフェツジ遮へい板１５によって遮へいされ
、差動出力ＥＡ−Ｅ、が０でなくなる。サーボ機構は、
この差動出力をＯにするように定点センサー１４ヲ移、
動ざぜ、その移動量を測定することにより被測定面
Ｓの変位を知ることかできる。
ると、受光ダイオード＋６Ａまたは１６８に入射する光
の一部がナイフェツジ遮へい板１５によって遮へいされ
、差動出力ＥＡ−Ｅ、が０でなくなる。サーボ機構は、
この差動出力をＯにするように定点センサー１４ヲ移、
動ざぜ、その移動量を測定することにより被測定面
Ｓの変位を知ることかできる。
上述した三角測量による変位測定装置では、式（））か
ら明らかなよう１こ、任意のへ２に対しで、小かＴＴ／
２に等しいときΔθは最大になるので、レーザビームに
対して直角に近い方向に角度検出器１２壱貫くことが望
ましいが、この場合には第８図に示されているようなシ
ャドウ効果（反射光か突出部によって遮られて検出器に
入射しない現象）が起こるおそれかあるという欠点があ
る。
ら明らかなよう１こ、任意のへ２に対しで、小かＴＴ／
２に等しいときΔθは最大になるので、レーザビームに
対して直角に近い方向に角度検出器１２壱貫くことが望
ましいが、この場合には第８図に示されているようなシ
ャドウ効果（反射光か突出部によって遮られて検出器に
入射しない現象）が起こるおそれかあるという欠点があ
る。
また、第７図のナイフェツジ型定、ウセンサーは光学系
の構成と信号の処理についで次のような欠点かある。
の構成と信号の処理についで次のような欠点かある。
（１）光学系の構成についで
第７図で示されるスリット型定点センサーを設計すると
き、スリット１５ヲ特定の位置に固定するためには、結
像点Ｑの位置が定まらなければならない。そのためには
、光の逆進の原理から明らかなように、光源がら微小ミ
ラー３に入射する光線は、微小ミラー３で反射された後
、点Ｑと微小ミラー３の各点を結ぶ直線（点線であられ
されている直線）の延長線によって、表わされる発数光
束しになるように、光源の光学系（不図示）が設計され
調節されていなければならない、すなわち、定点Ｑ（し
たがって定点Ｐ）の位置は光源の光学系に依存すること
になり、設計、組み立て、調節が複雑になり生産コスト
が高くなるばかりでなく、これを使用する側にとっても
使いにくいものになる。
き、スリット１５ヲ特定の位置に固定するためには、結
像点Ｑの位置が定まらなければならない。そのためには
、光の逆進の原理から明らかなように、光源がら微小ミ
ラー３に入射する光線は、微小ミラー３で反射された後
、点Ｑと微小ミラー３の各点を結ぶ直線（点線であられ
されている直線）の延長線によって、表わされる発数光
束しになるように、光源の光学系（不図示）が設計され
調節されていなければならない、すなわち、定点Ｑ（し
たがって定点Ｐ）の位置は光源の光学系に依存すること
になり、設計、組み立て、調節が複雑になり生産コスト
が高くなるばかりでなく、これを使用する側にとっても
使いにくいものになる。
この欠点を除くため、定、ＱＰが単一の光学定数のみに
依存するようにすることか考えられる０例えば、微小ミ
ラー３に光源から平行光線を入射ざぜれば、定点Ｐは凸
レンズ２の焦点になつ、他の光学定数に依存しない。（
）かし、その場合には結像点Ｑ（ｂたかってスリット１
５の位置）か無限遠方になるという新たな問題か王する
。
依存するようにすることか考えられる０例えば、微小ミ
ラー３に光源から平行光線を入射ざぜれば、定点Ｐは凸
レンズ２の焦点になつ、他の光学定数に依存しない。（
）かし、その場合には結像点Ｑ（ｂたかってスリット１
５の位置）か無限遠方になるという新たな問題か王する
。
ざらに、第７図のような光学系においては、幾何光学の
法則から明らかなように被測定面Ｓの位置変化と結像点
の位置変化との間にリニアな関係かないため、被測定面
Ｓの変位と光電変換出力との間に定量的な対応をつけ難
いばかり７：なく、被測定面への入射光線か平行光線で
ないため被測定面Ｓか定点Ｐがら離れるのにしたかって
、その受光面積が変化し、その結果像の大きさも変化ｊ
ノで精度の高い広範囲の変位測定か不可能になるという
欠点がある。
法則から明らかなように被測定面Ｓの位置変化と結像点
の位置変化との間にリニアな関係かないため、被測定面
Ｓの変位と光電変換出力との間に定量的な対応をつけ難
いばかり７：なく、被測定面への入射光線か平行光線で
ないため被測定面Ｓか定点Ｐがら離れるのにしたかって
、その受光面積が変化し、その結果像の大きさも変化ｊ
ノで精度の高い広範囲の変位測定か不可能になるという
欠点がある。
■信号処理についで
第７図のナイフエ・ンジ型定点センサー１４においでは
、受光ダイオード＋６Ａ、 １６８の差動出力がＯにな
る被測定面Ｓの位１が距離定点Ｐであるから、受光ダイ
オードに入射する光の絶対量を問題にする必要はない。
、受光ダイオード＋６Ａ、 １６８の差動出力がＯにな
る被測定面Ｓの位１が距離定点Ｐであるから、受光ダイ
オードに入射する光の絶対量を問題にする必要はない。
したがっで、この装置を定点センサーとしで使用する限
り、被測定面Ｓの反射率や光源の光度の変化によって生
ずる受光ダイオードの入射エネルギーの変化や、外部か
らの迷光等の外乱はあまり問題にならない、その意味で
はこの装置は、よい装置であるといえる。しかし、この
装置の１つの欠点はサーボ機構を用いなければならない
ことである。サーボ機構を用いず、第７図の装置だ１づ
で被測定面Ｓの変位を測定しようとすると、前述したよ
うに被測定面Ｓの変位と、像点の変位との関係が複雑に
なるばかりでなく、測定結果が受光ダイオード＋６Ａ、
１６８に入射する光量の差に依存するため、被測定面
Ｓの反射率の相異や外乱によって再現性のある測定結果
が得られない。
り、被測定面Ｓの反射率や光源の光度の変化によって生
ずる受光ダイオードの入射エネルギーの変化や、外部か
らの迷光等の外乱はあまり問題にならない、その意味で
はこの装置は、よい装置であるといえる。しかし、この
装置の１つの欠点はサーボ機構を用いなければならない
ことである。サーボ機構を用いず、第７図の装置だ１づ
で被測定面Ｓの変位を測定しようとすると、前述したよ
うに被測定面Ｓの変位と、像点の変位との関係が複雑に
なるばかりでなく、測定結果が受光ダイオード＋６Ａ、
１６８に入射する光量の差に依存するため、被測定面
Ｓの反射率の相異や外乱によって再現性のある測定結果
が得られない。
ざらに第７図の装置のいま１つの欠点は、被測定面Ｓが
光軸に対して垂直でない場合には、正しく機構しないこ
とである。第７図の装置のナイフェツジ逼へい板１５お
よび受光ダイオード＋６Ａ、＋６８は、レンズ２がらナ
イフェツジに入射する光の強度分布が光軸に対して軸対
称であることを前提にして配置されている。したがって
、被測定面Ｓが、光軸に対して傾いて反射光の強度分布
が光軸に対して軸対称でなくなると、この装置は、正確
に機能しなくなる。
光軸に対して垂直でない場合には、正しく機構しないこ
とである。第７図の装置のナイフェツジ逼へい板１５お
よび受光ダイオード＋６Ａ、＋６８は、レンズ２がらナ
イフェツジに入射する光の強度分布が光軸に対して軸対
称であることを前提にして配置されている。したがって
、被測定面Ｓが、光軸に対して傾いて反射光の強度分布
が光軸に対して軸対称でなくなると、この装置は、正確
に機能しなくなる。
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、被測定面が複
雑な３次元自由曲面で、反射率、組さ、曲率、反射面の
傾斜角が異っても精度よく、がっ、死角（シャドウ効果
）を生ずることなく、被測定面の変位を広範囲に非接触
で測定することができる光結像式非接触位置測定装置を
提供することである。
雑な３次元自由曲面で、反射率、組さ、曲率、反射面の
傾斜角が異っても精度よく、がっ、死角（シャドウ効果
）を生ずることなく、被測定面の変位を広範囲に非接触
で測定することができる光結像式非接触位置測定装置を
提供することである。
本発明の光結像式非接触位置測定装＝は、中心に、光軸
に平行な孔を有する第１の凸レンズと、第］の凸レンズ
の光軸と同一直線上に光軸を有する第２の凸レンズを含
むレンズ系と、平行光線を発生する平行光線発生手段と
、平行光線発生手段から出射された平行光線をレンズ系
の光軸上に反射し、第１のレンズの中心の孔を経て被測
定面に入射させる反射手段と、ＣＣＤラインセンサーを
備え、被測定面から反射する光線がレンズ系によって結
像する位置に対応する電気信号を発生する結像位置検出
手段と、結像位置検出手段の出力を入力として、被測定
面の位置を計算する演算手段を有する。
に平行な孔を有する第１の凸レンズと、第］の凸レンズ
の光軸と同一直線上に光軸を有する第２の凸レンズを含
むレンズ系と、平行光線を発生する平行光線発生手段と
、平行光線発生手段から出射された平行光線をレンズ系
の光軸上に反射し、第１のレンズの中心の孔を経て被測
定面に入射させる反射手段と、ＣＣＤラインセンサーを
備え、被測定面から反射する光線がレンズ系によって結
像する位置に対応する電気信号を発生する結像位置検出
手段と、結像位置検出手段の出力を入力として、被測定
面の位置を計算する演算手段を有する。
（作用〕
いま、第１、第２の凸レンズの焦点距Ｍをそれぞれｆ＋
、ｆｚとし、それらのレンズの光軸ヲーテタさせ、ｄだ
け距でて配置されているレンズ系において、菓１の凸レ
ンズからｆ＋＋２＋たけ離れた光軸上の一点に物体（被
測定面）ヲ百＜とき、その像が第２のレンズがらの距Ｍ
ｈ＋ｚｚの光軸上の一点に像かできるとすると、幾何光
学かられかるように（Ｌ’／ ２＋） （ｈ’／ ｚ
２）□ｄ −Ｃｆ１＋ ｈ）・・・・・・（２） である。ただし、幾何光学的結像粂件から−ｆ １＜
ｚ＋＜ ｆ ＋’ ／ ｆ２である０式（２）の２１と
２２の関係は複雑であるがｄ＝ｆｌ＋ｆ２ とおくと Ｚ２＝（ｈ／Ｌ）２２１”””（３） となり、ｚｌと２２は簡単な比例関係になる。
、ｆｚとし、それらのレンズの光軸ヲーテタさせ、ｄだ
け距でて配置されているレンズ系において、菓１の凸レ
ンズからｆ＋＋２＋たけ離れた光軸上の一点に物体（被
測定面）ヲ百＜とき、その像が第２のレンズがらの距Ｍ
ｈ＋ｚｚの光軸上の一点に像かできるとすると、幾何光
学かられかるように（Ｌ’／ ２＋） （ｈ’／ ｚ
２）□ｄ −Ｃｆ１＋ ｈ）・・・・・・（２） である。ただし、幾何光学的結像粂件から−ｆ １＜
ｚ＋＜ ｆ ＋’ ／ ｆ２である０式（２）の２１と
２２の関係は複雑であるがｄ＝ｆｌ＋ｆ２ とおくと Ｚ２＝（ｈ／Ｌ）２２１”””（３） となり、ｚｌと２２は簡単な比例関係になる。
式（３）は、このレンズ系（ｄ＝ｆＩ＋ｆ２）が用いら
れでいる光学系か次の特ｉ数をもつことを示唆する。
れでいる光学系か次の特ｉ数をもつことを示唆する。
■ 被ｊＪ１！Ｉ定面の位置７１と結像点の位置ｚ７と
１．（簡単な比例間係かある。しｌ、Ｔかっ（、結像、
つ、の１！′ｌ買２２を測定すれば被測ｙ面の弘１．を
宋め６ごとか℃きる。
１．（簡単な比例間係かある。しｌ、Ｔかっ（、結像、
つ、の１！′ｌ買２２を測定すれば被測ｙ面の弘１．を
宋め６ごとか℃きる。
■ 被測足面の位置２１２テ結像点の位〕ｚ２の間の比
例定数は、ｆ、とｆ２の比によって任意に変化させるこ
とかできる。
例定数は、ｆ、とｆ２の比によって任意に変化させるこ
とかできる。
（３）Ｚ＋がＯのとき２２℃ノ０になる、すなわち、被
測定面を第１のＩノンヌ゛の焦点Ｆ、＋こおくと、その
結像点は第２のレンズの焦点「２になる。したがっで、
焦点Ｆ、を被測定面の位置の基準（定点）にとると、焦
点Ｆ、か結像点の基準位置（こなる。このよう（こ位置
の基準か、装置の構成要素の配置に無関係に、単一な光
学定数のみに依存することは、測定器の構成や調整を非
常に簡単にする。
測定面を第１のＩノンヌ゛の焦点Ｆ、＋こおくと、その
結像点は第２のレンズの焦点「２になる。したがっで、
焦点Ｆ、を被測定面の位置の基準（定点）にとると、焦
点Ｆ、か結像点の基準位置（こなる。このよう（こ位置
の基準か、装置の構成要素の配置に無関係に、単一な光
学定数のみに依存することは、測定器の構成や調整を非
常に簡単にする。
ざらに、反射手段によって光軸に沿って第１の凸１ノン
ズの中心の孔から出射される平行光線が被測定面（こ照
射されるため、被測定面の遠近にかかわらす、被測定面
か照射される面積か一定になる。この（−とによっＣ広
範１町の位ご測定が可能（こなる。また、測定系の光軸
上に光か出射され、反射光が光軸上またはその近傍で観
測されるため、死角は存在しない。
ズの中心の孔から出射される平行光線が被測定面（こ照
射されるため、被測定面の遠近にかかわらす、被測定面
か照射される面積か一定になる。この（−とによっＣ広
範１町の位ご測定が可能（こなる。また、測定系の光軸
上に光か出射され、反射光が光軸上またはその近傍で観
測されるため、死角は存在しない。
被測定面からの反射光かレンズ系によって結像する位Ｍ
（こついての情報は、（、ＣＤラインセンサーの、光か
入射したＣＣＤ素子のアトＬ７スから得られる。Ｔなわ
ち、出力電圧が極大になるＣＣＤ素子番号が必要な情報
であるから、従来のアナログ充電変換出力を用いる装置
のように検出器への入射光の強さまたは光量の変化に測
定器が依存することはなく、したがって被測定面の反射
率や外部からのＶ５害信号に影響されない再現性のある
測定結果が得られる。また、ＣＯＤＣＤラインセンサー
よる結像位置検出は、従来技術のよ５（こ光の強度分布
がレンズの光軸に関し″Ｃ軸対祢Ｃあることを前提（こ
しでいない。したかっ−Ｃ，被測定面か光軸に対し／で
垂直でなく、その結果、光の強度分布が光軸に関して非
対称であっても測定結果は影響されない。
（こついての情報は、（、ＣＤラインセンサーの、光か
入射したＣＣＤ素子のアトＬ７スから得られる。Ｔなわ
ち、出力電圧が極大になるＣＣＤ素子番号が必要な情報
であるから、従来のアナログ充電変換出力を用いる装置
のように検出器への入射光の強さまたは光量の変化に測
定器が依存することはなく、したがって被測定面の反射
率や外部からのＶ５害信号に影響されない再現性のある
測定結果が得られる。また、ＣＯＤＣＤラインセンサー
よる結像位置検出は、従来技術のよ５（こ光の強度分布
がレンズの光軸に関し″Ｃ軸対祢Ｃあることを前提（こ
しでいない。したかっ−Ｃ，被測定面か光軸に対し／で
垂直でなく、その結果、光の強度分布が光軸に関して非
対称であっても測定結果は影響されない。
次に、本発明の実施例についで図面８参照しで説明する
。
。
第１図は本発明の光結像式非接触位置測定装置の第１の
実施例の構成図、菌２図は、第１図の結像点の位置検出
部１の詳細を示す拡大図、第３図は第２図のＣＯＤライ
ンセンサー７の出力信号を示す図である。
実施例の構成図、菌２図は、第１図の結像点の位置検出
部１の詳細を示す拡大図、第３図は第２図のＣＯＤライ
ンセンサー７の出力信号を示す図である。
焦点距＠ｆ、か１５０ｍｍの第１の凸レンズ２と焦点距
Ｍｆ２か５０ｍｍの第２の凸レンズ４が光軸ヲー敗させ
て２００ｍｍの距離を距でで円筒中に固定されている。
Ｍｆ２か５０ｍｍの第２の凸レンズ４が光軸ヲー敗させ
て２００ｍｍの距離を距でで円筒中に固定されている。
第１の凸レンズ２の中心には、光軸に平行に直径約３ｍ
ｍの孔か設けられている。出力２ｍＷのＨｅ−Ｎｅガス
レーザ８の出力光はミラー９によって第１の凸レンズ２
および第２の凸レンズ４によって構成されるレンズ系の
光軸（以下、単に光軸と記す）に向けで反射される。微
小ミラー３の中心は、第１、第２の凸しンズ２．４の中
間の光軸上に位置し、ミラー９から入射するレーザビー
ムを光軸に平行に反射する。
ｍの孔か設けられている。出力２ｍＷのＨｅ−Ｎｅガス
レーザ８の出力光はミラー９によって第１の凸レンズ２
および第２の凸レンズ４によって構成されるレンズ系の
光軸（以下、単に光軸と記す）に向けで反射される。微
小ミラー３の中心は、第１、第２の凸しンズ２．４の中
間の光軸上に位置し、ミラー９から入射するレーザビー
ムを光軸に平行に反射する。
結像点の位置検出部１は、ズリ・ント板５、焦点距Ｍ４
０ｍｍの第３の凸レンズ６およびＣＯＤラインセンサー
７ （２５９２分割）を備えでいる。第３の凸レンズ６
は、その先軸か第１、第２の凸レンズ２．４の光軸と一
敗するように設けられている。
０ｍｍの第３の凸レンズ６およびＣＯＤラインセンサー
７ （２５９２分割）を備えでいる。第３の凸レンズ６
は、その先軸か第１、第２の凸レンズ２．４の光軸と一
敗するように設けられている。
また、木芙施例では、菓２の凸レンズ４の焦点と第３の
凸レンズ６の焦点とは一敗するよう（こ配）されている
、スリ・ント板５は第３の凸レンズ６の直前に光軸に垂
直に設けられ、スリット板５と光軸との交点の両側に間
隔（ｊ （２０ｍｍ）で２個のとンホールかあけられて
いる。ＣＯＤラインセンサー７は、光軸に垂直で、ＣＣ
Ｄ素子の配列の方向かスリット板５のどンホールの配列
方向と平行になるように設置されている。演算手段（不
図示）は、ＣＯＤラインセンサー７の出力を入力として
被測定面Ｓの位】を計算する。
凸レンズ６の焦点とは一敗するよう（こ配）されている
、スリ・ント板５は第３の凸レンズ６の直前に光軸に垂
直に設けられ、スリット板５と光軸との交点の両側に間
隔（ｊ （２０ｍｍ）で２個のとンホールかあけられて
いる。ＣＯＤラインセンサー７は、光軸に垂直で、ＣＣ
Ｄ素子の配列の方向かスリット板５のどンホールの配列
方向と平行になるように設置されている。演算手段（不
図示）は、ＣＯＤラインセンサー７の出力を入力として
被測定面Ｓの位】を計算する。
微小ミラー３によって反射されたレーザビームは第１の
凸レンズ２の穴を経由して被測定面Ｓの光軸上の点Ｕで
反射し、反射した光線は第１、第２の凸レンズ２．４を
通って結像、慨Ｗで、′ｆ５像し、その光線の一部（よ
スリット板５のピンホールを通り、第３の凸レンズ６に
よって収束されてＣＣＤラインセンサー ７に入射する
。その入射し１とＣＯＤ素子間の距ＭをＸとすると、Ｃ
ＣＤラインセンサー７の電圧出力は第３図に示されてい
るように距離ｘＭれでど−クを２つもつから、ビークに
対応するＣＯＤ素子番号を求めてその差がらｘｔ求める
ことができる。本実施例においでは、Ｘと２２との関係
は ｘ”（ｆ３２＋ｆ３ｚ２−ｊａｚ２）ｄ ／ （Ｔ３（
ｆ３＋Ｚｚ） ）・・・・・・（４） である。ここで、１０はスリット板５とＣＣＤラインセ
ンサー７との間隔で、本実施例では８０ｍｍである。演
算手段により式（３）、式（４）から２．が得られる。
凸レンズ２の穴を経由して被測定面Ｓの光軸上の点Ｕで
反射し、反射した光線は第１、第２の凸レンズ２．４を
通って結像、慨Ｗで、′ｆ５像し、その光線の一部（よ
スリット板５のピンホールを通り、第３の凸レンズ６に
よって収束されてＣＣＤラインセンサー ７に入射する
。その入射し１とＣＯＤ素子間の距ＭをＸとすると、Ｃ
ＣＤラインセンサー７の電圧出力は第３図に示されてい
るように距離ｘＭれでど−クを２つもつから、ビークに
対応するＣＯＤ素子番号を求めてその差がらｘｔ求める
ことができる。本実施例においでは、Ｘと２２との関係
は ｘ”（ｆ３２＋ｆ３ｚ２−ｊａｚ２）ｄ ／ （Ｔ３（
ｆ３＋Ｚｚ） ）・・・・・・（４） である。ここで、１０はスリット板５とＣＣＤラインセ
ンサー７との間隔で、本実施例では８０ｍｍである。演
算手段により式（３）、式（４）から２．が得られる。
本実施例の測定範囲は６００ｍｍ （第１の凸レンズ２
の焦点Ｐ８：基準として一１５０ｍｍ −＋ ４５０ｍ
ｍ ） Ｔｆある。また、この装置ｌこよって分解でき
る変位は約２００μである。
の焦点Ｐ８：基準として一１５０ｍｍ −＋ ４５０ｍ
ｍ ） Ｔｆある。また、この装置ｌこよって分解でき
る変位は約２００μである。
第４図は、本発明の光結像式非接触位置測定装置の第２
の実施例で結像点の位置検出部の構成図、第５図は第４
図のＣＣＤラインセンサー７の出力信号を示す図である
。
の実施例で結像点の位置検出部の構成図、第５図は第４
図のＣＣＤラインセンサー７の出力信号を示す図である
。
本実施例において−（よＣＣＤラインセンサー７は第１
、第２の凸Ｌ・ンズ２．４の光軸上に＝がれる。被測定
面Ｓを第１の凸レンズ２の焦点に置いたとき、ＣＣＤラ
イセ〕ノサー７の出力電圧のピーク値に対応するＣＯＤ
素子番号を基準にとり被測定面Ｓの変位に応しで出力電
圧のビークがシフトした距Ｍ Ｚ ２を、ＣＯＤ素子番
号から求めることができる。そして式（３）ヲ用いｚ２
からｚ＋８求めることができる。
、第２の凸Ｌ・ンズ２．４の光軸上に＝がれる。被測定
面Ｓを第１の凸レンズ２の焦点に置いたとき、ＣＣＤラ
イセ〕ノサー７の出力電圧のピーク値に対応するＣＯＤ
素子番号を基準にとり被測定面Ｓの変位に応しで出力電
圧のビークがシフトした距Ｍ Ｚ ２を、ＣＯＤ素子番
号から求めることができる。そして式（３）ヲ用いｚ２
からｚ＋８求めることができる。
Ｃ発明の効果〕
以上説明したように本発明は、（１）対物レンズの焦点
を位置の基準とする被測定面の位置と、被測定面の基準
位置に対応する像点の位置を基準とする、結像点の位＝
とが比例するようにレンズ系を構成したことにより、測
定には特別な補正を必要とせず、かつレンズ系を構成す
るレンズの組合わせ（こよって測定範囲、分解能を変え
ることができ、（２）位置検出手段としてＣＣＤライン
センサーを用いたことにより、被測定面の反射率、粗さ
、曲率、傾きによる影響が低減され、（３）レンズ系の
光軸上１こ平行光線を出射し、反射光を光軸付近でひろ
うため、測定の死角か生ぜず、（４）非接触測定である
ので接触測定では支障のある弾性体、軟体、または高温
容器中の物体等の変位測定にも用いることかできる効果
がある。
を位置の基準とする被測定面の位置と、被測定面の基準
位置に対応する像点の位置を基準とする、結像点の位＝
とが比例するようにレンズ系を構成したことにより、測
定には特別な補正を必要とせず、かつレンズ系を構成す
るレンズの組合わせ（こよって測定範囲、分解能を変え
ることができ、（２）位置検出手段としてＣＣＤライン
センサーを用いたことにより、被測定面の反射率、粗さ
、曲率、傾きによる影響が低減され、（３）レンズ系の
光軸上１こ平行光線を出射し、反射光を光軸付近でひろ
うため、測定の死角か生ぜず、（４）非接触測定である
ので接触測定では支障のある弾性体、軟体、または高温
容器中の物体等の変位測定にも用いることかできる効果
がある。
第１図は本発明の光結像式非接触位置測定装置のＴ１の
実施例の構成図、第２図は第１図の結像点の位置検出部
１の詳細を示す拡大図、第３図は第２図のＣＣＤライン
センサー７の出力信号を示す図、第４図は本発明の光結
像式非接触位置測定装置の第２の実施例で、結像点の位
置検出部の構成図、第５図は第４図のＣＣＤラインセン
サー７の出力信号を示す図、第６図は三角測量の原理を
用いた従来の変位測定装置を示す図、第７図は補償法に
よる変位測定器の１例のナイフェツジ型定点センサーの
構成図、第８図はシャドウ効果を説明する図である。 ］・・・・・・結像点の位置検出部、 ２・・・・・・第１の凸レンズ、 ３・・・・・・微小ミラー、 ４・・・・・・第２の凸レンズ、 ５・・・・・・スリット板、 ６・・・・・・第３の凸レンズ、 ７・・・・・・ＣＣＤラインセンサー、８・・・・・・
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源、９・・・・・・ミラー。
実施例の構成図、第２図は第１図の結像点の位置検出部
１の詳細を示す拡大図、第３図は第２図のＣＣＤライン
センサー７の出力信号を示す図、第４図は本発明の光結
像式非接触位置測定装置の第２の実施例で、結像点の位
置検出部の構成図、第５図は第４図のＣＣＤラインセン
サー７の出力信号を示す図、第６図は三角測量の原理を
用いた従来の変位測定装置を示す図、第７図は補償法に
よる変位測定器の１例のナイフェツジ型定点センサーの
構成図、第８図はシャドウ効果を説明する図である。 ］・・・・・・結像点の位置検出部、 ２・・・・・・第１の凸レンズ、 ３・・・・・・微小ミラー、 ４・・・・・・第２の凸レンズ、 ５・・・・・・スリット板、 ６・・・・・・第３の凸レンズ、 ７・・・・・・ＣＣＤラインセンサー、８・・・・・・
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源、９・・・・・・ミラー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）中心に、光軸に平行な孔を有する第１の凸レンズと
、前記第１の凸レンズの光軸と同一直線上に光軸を有す
る第２の凸レンズを含むレンズ系と、 平行光線を発生する平行光線発生手段と、 前記平行光線発生手段から出射された平行光線を前記レ
ンズ系の光軸上に反射し、前記 第１のレンズの中心の孔を経て被測定面に入射させる反
射手段と、 ＣＣＤラインセンサーを備え、前記被測定面から反射す
る光線が前記レンズ系によって結像する位置に対応する
電気信号を発生する結像位置検出手段と、 前記結像位置検出手段の出力を入力として、被測定面の
位置を計算する演算手段を有する光結像式非接触位置測
定装置。 ２）前記結像位置検出手段が、前記レンズ系の光軸と同
一直線上に光軸を有する第３の凸レンズと、第３の凸レ
ンズの直前または直後に光軸に垂直に配置され、１列に
配列した複数のピンホールまたはスリットを有する遮へ
い板と、前記１列に配列した複数のピンホールまたはス
リットに平行に配置されたＣＣＤラインセンサーを有す
る特許請求の範囲第１項記載の光結像式非接触位置測定
装置。 ３）前記結像位置検出手段が、ＣＣＤ素子が前記レンズ
系の光軸上に配列されているＣＣＤラインセンサーを備
えている特許請求の範囲第１項記載の光結像式非接触位
置測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61038162A JPH0652170B2 (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 光結像式非接触位置測定装置 |
| US07/017,594 US4828390A (en) | 1986-02-25 | 1987-02-24 | Optical axis displacement sensor |
| EP87102646A EP0234562B1 (en) | 1986-02-25 | 1987-02-25 | Displacement sensor |
| DE87102646T DE3786468T2 (de) | 1986-02-25 | 1987-02-25 | Verschiebungsmessfühler. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61038162A JPH0652170B2 (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 光結像式非接触位置測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62197711A true JPS62197711A (ja) | 1987-09-01 |
| JPH0652170B2 JPH0652170B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=12517709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61038162A Expired - Lifetime JPH0652170B2 (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 光結像式非接触位置測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4828390A (ja) |
| EP (1) | EP0234562B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0652170B2 (ja) |
| DE (1) | DE3786468T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6325507A (ja) * | 1986-06-04 | 1988-02-03 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 光学式距離測定装置及び支持部材上の部品の位置を決定する装置 |
| JPH0210212A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-16 | Mitsutoyo Corp | 非接触表面形状測定装置 |
| KR101126369B1 (ko) | 2008-12-31 | 2012-03-23 | (주)와이티에스 | 다이렉트 방식의 레이저 빔 측정장치 |
| CN106225689A (zh) * | 2016-10-21 | 2016-12-14 | 河北稳控科技有限公司 | 基于测线的多维度位移测量装置 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0652171B2 (ja) * | 1987-02-10 | 1994-07-06 | 株式会社オカダ | 光学式非接触位置測定装置 |
| DE3832088A1 (de) * | 1988-09-21 | 1990-03-22 | Rodenstock Optik G | Optischer taster |
| EP0387521A3 (de) * | 1989-02-28 | 1991-02-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Optischer Abstandssensor |
| CA1316590C (en) * | 1989-04-17 | 1993-04-20 | Marc Rioux | Three-dimensional imaging device |
| DE3920133A1 (de) * | 1989-06-20 | 1991-01-03 | Siemens Ag | Optischer sensor zur untersuchung der lage und/oder der kontur eines objekts |
| TWI268339B (en) * | 2005-05-25 | 2006-12-11 | Ind Tech Res Inst | Displacement measuring device and method, an internal diameter measuring device by use of the variance of the wavelength to measure the displacement and the internal diameter |
| CN1979091A (zh) * | 2005-12-02 | 2007-06-13 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 光学测量系统 |
| CN102278974B (zh) * | 2010-06-09 | 2013-04-17 | 南京德朔实业有限公司 | 激光测距装置 |
| CN106152969A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-23 | 哈尔滨工业大学 | 收集镜片面型的简便检测装置及基于该装置的检测方法 |
| IT202000007837A1 (it) * | 2020-04-14 | 2021-10-14 | Tecnosens S P A | Dispositivo di misura dimensionale non a contatto con risoluzione micrometrica |
| CN112526697B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-07-22 | 业成科技（成都）有限公司 | 镜片对位方法 |
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| JPS59187211A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-24 | Hitachi Denshi Ltd | 光電式測距装置 |
Family Cites Families (8)
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| FR2235356B1 (ja) * | 1973-06-29 | 1976-04-30 | Sfim | |
| GB1554010A (en) * | 1977-01-05 | 1979-10-17 | Elliott Bros | Aircraft weapon systems |
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| JPS6049841B2 (ja) * | 1980-07-16 | 1985-11-05 | 室蘭工業大学長 | 光学式非接触型検出装置 |
| 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 |
| US4645347A (en) * | 1985-04-30 | 1987-02-24 | Canadian Patents And Development Limited-Societe Canadienne Des Brevets Et D'exploitation Limitee | Three dimensional imaging device |
-
1986
- 1986-02-25 JP JP61038162A patent/JPH0652170B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-02-24 US US07/017,594 patent/US4828390A/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-02-25 EP EP87102646A patent/EP0234562B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-02-25 DE DE87102646T patent/DE3786468T2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4828390A (en) | 1989-05-09 |
| DE3786468T2 (de) | 1994-02-17 |
| EP0234562A3 (en) | 1989-03-22 |
| EP0234562B1 (en) | 1993-07-14 |
| EP0234562A2 (en) | 1987-09-02 |
| DE3786468D1 (de) | 1993-08-19 |
| JPH0652170B2 (ja) | 1994-07-06 |
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