KR20190038993A

KR20190038993A - 센서 헤드

Info

Publication number: KR20190038993A
Application number: KR1020180107729A
Authority: KR
Inventors: 마리코 마루카와; 다카히로 오쿠다; 고스케 스키야마
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2019-04-10
Also published as: JP2019066361A; JP6887617B2; KR102061785B1; EP3462126B1; EP3462126A1; US10274309B2; US20190101378A1; CN109596050A; TW201915436A; TWI669486B

Abstract

계측 정밀도를 담보하면서 소형화가 가능한 센서 헤드를 제공한다.
센서 헤드(100)의 케이스(1)는, 광축인 축(AX)을 중심축으로 하는 대략 원통 형상을 나타내고 단부가 개방된 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)와, 축(AX)을 중심축으로 하는 대략 원환 형상을 나타내는 접속 부재(6)를 가진다. 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)는, 각각의 내주면에 형성되어 있는 암나사부(2a, 3d)가 접속 부재(6)의 수나사부(6a)와 나사 결합함으로써 서로 접속되어 있다.

Description

센서 헤드{SENSOR HEAD}

본 발명은 센서 헤드에 관한 것이다.

계측 대상물에 접촉하지 않고 그 위치를 계측하는 장치로서, 공초점 광학계를 이용한 공초점 계측 장치가 보급되어 있다.

예를 들어 특허문헌 1에 기재된 공초점 계측 장치는, 광원과 계측 대상물의 사이에 회절 렌즈가 배치된 공초점 광학계를 이용하고 있다. 계측 대상물로 향하여 출사한 광은, 그 파장에 따른 거리에서 포커싱된다. 계측 장치는, 계측 대상물에서 반사된 광의 파장의 피크에 기초하여 계측 대상물의 위치를 계측할 수 있다.

이러한 계측 장치에서는, 「센서 헤드」 등으로 불리는 기기가 계측 대상물로 향하여 배치되고, 센서 헤드로부터 계측 대상물로 향하여 광을 출사시킨다. 센서 헤드는, 광로가 되는 공간이 내부에 형성된 케이스를 가지며, 이 공간에는 공초점 광학계를 구성하는 부품이 수용되어 있다. 이러한 부품은 다수에 달하기 때문에 센서 헤드의 조립 작업에는 큰 수고를 필요로 한다.

특허문헌 2에는, 복수의 케이스부로 이루어지는 케이스를 구비한 센서 헤드가 기재되어 있다. 복수의 케이스부는 서로 접속됨으로써 그 내부에 광로가 되는 공간을 형성한다. 이 케이스를 분해하면, 각 케이스부의 내부가 노출되어 부품의 배치를 용이하게 행할 수 있기 때문에 조립 작업의 수고를 경감하는 것이 가능해진다.

특허문헌 2에 기재된 센서 헤드에서는, 광축을 따른 방향으로 본 경우에(이하, 이 방향으로 본 경우를 「광축 방향에서 보아」라고 함), 렌즈가 대략 원형상을 나타내고 있는 것에 반해 각 케이스부는 대략 4각형상을 나타내고 있다. 케이스부의 네 모서리는, 나사 구멍을 형성하는 공간으로서 이용되고 있다. 또한, 각 케이스부는 그 두께 방향으로 관통하는 나사에 의해 서로 고정되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 2012-208102호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 2015-143652호 공보

특허문헌 2에 기재된 센서 헤드에서는, 광축 방향에서 보아 케이스부의 네 모서리가 렌즈보다 외방으로 크게 튀어나와 있기 때문에 센서 헤드가 대형화될 우려가 있다. 센서 헤드의 대형화를 억제하는 방법으로서 소형 렌즈를 이용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 렌즈의 소형화에 따라 그 유효 지름이 작아지면 계측 정밀도의 저하를 초래할 우려가 있다.

또한, 각 케이스부의 두께 방향으로 관통하는 나사에 의해 각 케이스부를 서로 고정하는 구성에서는, 나사 구멍 주변의 강성을 확보하기 위해 케이스부의 두께도 충분히 크게 해야만 한다. 이러한 케이스부의 두께 증가도 센서 헤드의 대형화를 초래할 우려가 있다.

그래서, 본 발명은 계측 정밀도를 담보하면서 소형화가 가능한 센서 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 태양에 관한 센서 헤드는, 계측 대상물의 위치를 계측하는 센서의 센서 헤드로서, 광원 측으로부터 입사하는 광을 광축을 따르도록 계측 대상물 측으로 출사시키고, 이 광에 대해 색수차를 발생시키는 회절 렌즈와, 회절 렌즈보다 계측 대상물 측에 배치되고, 회절 렌즈 측으로부터 입사하는 광을 모아 계측 대상물 측으로 출사시킴과 아울러, 계측 대상물 측으로부터 입사한 광을 광축을 따르도록 회절 렌즈 측으로 출사시키는 대물 렌즈와, 내부에 공간이 형성되고, 이 공간에 적어도 회절 렌즈 및 대물 렌즈를 수용하고 있는 케이스를 구비한다. 케이스는, 광축을 중심축으로 하는 대략 원통 형상을 나타내고 단부가 개방된 제1 케이스부 및 제2 케이스부와, 광축을 중심축으로 하는 대략 원환 형상을 나타내는 접속 부재를 가지고 있다. 제1 케이스부는, 그 내부에 회절 렌즈가 배치되어 있다. 제2 케이스부는, 그 내부에 대물 렌즈가 배치되어 있다. 접속 부재는, 그 외주면에 수나사부가 형성되어 있다. 제1 케이스부 및 제2 케이스부는, 각각의 내주면에 형성되어 있는 암나사부가 접속 부재의 수나사부와 나사 결합함으로써 서로 접속되어 있다.

이 태양에 의하면, 케이스는 제1 케이스부 및 제2 케이스부를 가지고 있다. 제1 케이스부 및 제2 케이스부는, 광축을 중심축으로 하는 대략 원통 형상을 나타내고, 각각의 내주면에는 암나사부가 형성되어 있다. 제1 케이스부 및 제2 케이스부는, 이 암나사부가 접속 부재의 수나사부와 나사 결합함으로써 접속 부재를 통해 서로 접속되어 있다. 대략 원통 형상의 제1 케이스부 및 제2 케이스부를 이와 같이 접속함으로써, 제1 케이스부나 제2 케이스부가 광축 방향에서 보아 대물 렌즈 등으로부터 외방으로 크게 튀어나오는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 계측 정밀도를 담보하면서 케이스를 소형화할 수 있다.

전술한 태양에 있어서, 접속 부재는, 회절 렌즈와 대물 렌즈의 사이에 배치되어 있어도 된다.

접속 부재를 통해 제1 케이스부와 제2 케이스부를 접속하면, 광축을 따른 방향에서의 케이스의 치수 불균일이 현저해질 우려가 있다. 이러한 불균일은 케이스 내부에서의 광의 적절한 진행을 저해하여 계측 정밀도를 저하시킬 우려가 있다.

이에 반해, 상기 구성에서는, 접속 부재는 회절 렌즈와 대물 렌즈의 사이에 배치되어 있다. 이 위치에서는, 광은 광축을 따르도록 진행된다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 광이 광축에 대해 경사지도록 진행되는 위치에 접속 부재를 배치한 경우에 비해 케이스의 치수에 발생한 불균일의 영향을 경감하여 계측 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

전술한 태양에 있어서, 케이스는, 접속 부재와 별도의 몸체로 접속 부재와 회절 렌즈의 사이에 배치되는 누름 부재를 가지며, 누름 부재는 광축을 중심축으로 하는 대략 원환 형상을 나타내고, 그 외주면에 수나사부가 형성되고, 이 수나사부가 제1 케이스부의 암나사부와 나사 결합함으로써 회절 렌즈를 광원 측에 압압하여 고정하고 있어도 된다.

제1 케이스부의 암나사는 접속 부재의 수나사와 나사 결합하고, 제2 케이스부의 암나사는 접속 부재의 수나사와 나사 결합한다. 이들 나사 결합에 의해 제1 케이스부와 제2 케이스부가 접촉하면, 접속 부재에 광축을 따른 방향의 외력이 작용하는 경우가 있다. 만약 접속 부재가 회절 렌즈를 압압하여 고정하는 기능을 함께 가지고 있는 경우, 이러한 외력이 작용함으로써 회절 렌즈의 고정이 불안정해질 우려가 있다.

이에 반해, 상기 구성에서는, 회절 렌즈를 광원 측에 압압하여 고정하는 누름 부재는, 접속 부재와 별도의 몸체로 접속 부재와 회절 렌즈의 사이에 배치되어 있다. 따라서, 광축을 따른 방향의 외력이 접속 부재에 작용한 경우에도 이러한 외력이 누름 부재에 미치는 일은 없다. 이 결과, 회절 렌즈를 안정적으로 고정하면서 접속 부재를 통해 제1 케이스부와 제2 케이스부를 접속할 수 있다.

전술한 태양에 있어서, 광축을 따른 방향에서, 누름 부재의 치수는 접속 부재의 치수보다 작아도 된다.

이 태양에 의하면, 누름 부재의 치수를 비교적 작게 함으로써 접속 부재의 치수를 비교적 크게 하여, 제1 케이스부와 제2 케이스부를 확실히 접속할 수 있다.

전술한 태양에 있어서, 제1 케이스부 및 제2 케이스부 중 적어도 한쪽은 그 외주면에 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부의 바닥면은 평면이어도 된다.

이 태양에 의하면, 작업자는 센서 헤드를 조립할 때에 공구를 오목부의 바닥면에 안정적으로 접촉시키고, 이 오목부가 형성된 케이스부에 토크를 전달할 수 있다. 이 결과, 대략 원통 형상을 나타내는 제1 케이스부 및 제2 케이스부를 케이스에 이용하면서도, 상술한 수나사와 암나사를 나사 결합시키기 위한 토크를 부가하여 센서 헤드의 조립을 용이하게 행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 계측 정밀도를 담보하면서 소형화가 가능한 센서 헤드를 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 센서 헤드를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 센서 헤드를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 센서 헤드를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2의 접속 부재 및 누름 부재를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 VI부를 나타내는 확대도이다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 설명한다. 또, 각 도면에서 동일한 부호를 부여한 것은 동일하거나 마찬가지의 구성을 가진다.

도 1은, 실시형태에 관한 센서 헤드(100)를 나타내는 사시도이다. 센서 헤드(100)는, 계측 대상물(200)의 위치를 계측하는 센서의 일부를 구성하며, 케이스(1)를 구비하고 있다. 케이스(1)는, 제1 케이스부(2)와 제2 케이스부(3)를 가진다.

제1 케이스부(2)는 대략 원통 형상을 나타내고, 그 내부에는 후술하는 회절 렌즈(5)(도 2 등 참조)가 배치되어 있다. 케이스(1)의 단부에는 파이버 케이스(8)가 접속되어 있다. 파이버 케이스(8)의 내부에는, 광원(도시생략)으로부터 출사한 백색광을 제1 케이스부(2)에 도입하는 광파이버가 배치되어 있다. 회절 렌즈(5)는, 광파이버로부터 출사한 광에 대해 광축을 따른 방향으로 색수차를 발생시킨다.

제2 케이스부(3)는 대략 원통 형상을 나타내고, 그 내부에는 후술하는 대물 렌즈군(7)이 배치되어 있다. 제2 케이스부(3)는, 대물 렌즈군(7)의 일부를 노출시키도록 대물 렌즈군(7)을 고정하고 있다.

센서 헤드(100)는, 대물 렌즈군(7)을 계측 대상물(200)로 향하도록 하여 이용된다. 회절 렌즈(5)를 투과하여 색수차가 발생한 광은, 대물 렌즈군(7)에서 굴절되어 모아지고 계측 대상물(200) 측으로 출사한다. 도 1은, 초점 거리가 비교적 긴 제1 파장의 광(210)과, 초점 거리가 비교적 짧은 제2 파장의 광(220)을 도시하고 있다. 제1 파장의 광(210)은 계측 대상물(200)의 표면에서 포커싱되지만, 제2 파장의 광(220)은 계측 대상물(200)의 앞쪽에서 포커싱된다.

계측 대상물(200)의 표면에서 반사된 광은 대물 렌즈군(7)에 입사한다. 이 광은 대물 렌즈군(7)에 의해 모아지고 회절 렌즈(5)를 투과하여 광파이버 측으로 진행된다. 제1 파장의 광(210)은 광파이버에서 포커싱되고, 그 대부분이 광파이버에 입사한다. 한편, 그 밖의 파장의 광은 광파이버에서는 포컷이되지 않고, 대부분이 광파이버에 입사하지 않는다.

광파이버에 입사한 광은, 광파이버에 접속된 분광기(도시생략)로 안내된다. 분광기는, 광의 파장의 피크를 검출하고, 이 피크에 기초하여 계측 대상물(200)의 위치를 계측한다.

이러한 센서 헤드(100)에 있어서, 제1 케이스부(2)의 내주면에는 암나사부(2a)가 형성되고, 제2 케이스부(3)의 내주면에는 암나사부(3d)가 형성되어 있다(도 6 참조). 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)는, 암나사부(2a, 3d)가 접속 부재(6)의 수나사부(6a)와 나사 결합함으로써 접속 부재(6)를 통해 서로 접속되어 있다. 대략 원통 형상의 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)를 이와 같이 접속함으로써, 제1 케이스부(2)나 제2 케이스부(3)가 광축 방향에서 보아 대물 렌즈군(7) 등으로부터 외방으로 크게 튀어나오는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 계측 정밀도를 담보하면서 케이스(1)를 소형화할 수 있다.

[구성예]

다음에, 도 2부터 도 6을 참조하면서 센서 헤드(100)의 구성의 일례에 대해 설명한다. 도 2는, 센서 헤드(100)를 나타내는 사시도이다. 도 2는, 센서 헤드(100)의 일부를 분해하여 나타낸다. 도 3은, 센서 헤드(100)를 나타내는 평면도이다. 도 4는, 도 3의 IV-IV 단면을 나타내는 단면도이다. 도 5는, 접속 부재(6) 및 누름 부재(23)를 나타내는 사시도이다. 도 6은, 도 4의 VI부를 나타내는 확대도이다.

<제1 케이스부>

제1 케이스부(2)는, 일단이 개방된 대략 원통 형상을 나타내고, 그 중심축이 축(AX)과 대략 일치하도록 배치되어 있다. 축(AX)은 가상 직선이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 케이스부(2)의 일단의 내주면에는 암나사부(2a)가 형성되어 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 케이스부(2)의 타단에는, 센서 헤드(100)의 고정에 이용되는 고정부(21, 22)가 형성되어 있다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고정부(21, 22)의 사이에는, 제1 케이스부(2)의 내외를 연통시키는 연통공(2b)이 형성되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 케이스부(2)는 그 내부에 렌즈 홀더(4) 및 회절 렌즈(5)를 수용하고 있다.

렌즈 홀더(4)는, 대략 원통 형상을 나타내는 부재이다. 렌즈 홀더(4)의 내경은 부위에 따라 다르다. 렌즈 홀더(4)의 내부에는, 제1 콜리메이트 렌즈(42a)와 제2 콜리메이트 렌즈(42b)가 배치되어 있다.

제1 콜리메이트 렌즈(42a)는, 렌즈 홀더(4)의 내부에 고정되어 있다. 제2 콜리메이트 렌즈(42b)는, 제1 콜리메이트 렌즈(42a)와 간격을 두고 배치되어 있다.

렌즈 홀더(4)는, 그 전체가 제1 케이스부(2)의 내부에 수용되어 제1 케이스부(2)에 대해 고정되어 있다. 이에 의해, 제1 콜리메이트 렌즈(42a) 및 제2 콜리메이트 렌즈(42b)는 모두 광축이 축(AX)과 대략 일치하도록 배치된다.

회절 렌즈(5)는, 렌즈 홀더(4)보다 계측 대상물(200) 측에서 그 광축이 축(AX)과 대략 일치하도록 배치되어 있다. 회절 렌즈(5)는, 입사한 광에 대해 축(AX)을 따른 방향(이하, 「축(AX) 방향」이라고 함)으로 색수차를 발생시킨다. 회절 렌즈(5)로서, 초점 거리가 광의 파장에 반비례하는 렌즈를 채용할 수 있다.

<제2 케이스부>

제2 케이스부(3)는, 대략 원통 형상을 나타낸다. 제2 케이스부(3)의 일단은 개방되고, 타단에는 개구(3b)가 형성되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 케이스부(3)의 일단의 내주면에는 암나사부(3d)가 형성되어 있다. 개구(3b)는, 제2 케이스부(3)의 중심축을 따라 본 경우에 대략 진원(眞圓) 형상을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 케이스부(3)의 외주면에는 복수의 오목부(3a)가 형성되어 있다. 오목부(3a)의 바닥면은 평면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 케이스부(3)는 그 내부에 대물 렌즈군(7)과 스페이서(31~33)와 누름 부재(34)를 수용하고 있다.

대물 렌즈군(7)은, 본 발명에 관한 「대물 렌즈」의 일례이다. 대물 렌즈군(7)은, 제1 대물 렌즈(71)와 제2 대물 렌즈(72)와 제3 대물 렌즈(73)와 제4 대물 렌즈(74)를 가지고 있다. 이 대물 렌즈군(7)의 각 렌즈는 모두 대략 원형상을 나타내고, 그 직경은 제2 케이스부(3)의 내경과 대략 동일하다.

또, 본 발명에 관한 「대물 렌즈」는, 대물 렌즈군(7)과 같이 복수의 렌즈로 구성되는 것이어도 되고 단일 렌즈이어도 된다.

스페이서(31~33)는, 대략 원환 형상을 나타낸다. 스페이서(31~33)의 외경은, 대물 렌즈군(7)의 각 렌즈의 외경과 대략 동일하다.

누름 부재(34)는 대략 원환 형상을 나타내고, 그 외주면에는 수나사부가 형성되어 있다. 이 수나사부의 피치는, 제2 케이스부(3)의 내주면의 암나사부(3d)의 피치와 대략 동일하다.

대물 렌즈군(7)의 각 렌즈는, 서로 간격을 두고 모두 광축이 축(AX)과 대략 일치하도록 직선 형상으로 배열되어 있다. 상세하게는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 대물 렌즈(71)는, 제2 케이스부(3)의 개구(3b)의 주연(周緣)(3c)과 접촉하고 개구(3b)로부터 노출되도록 배치되어 있다. 제2 대물 렌즈(72)는, 스페이서(31)를 사이에 두고 제1 대물 렌즈(71)와 대향하도록 배치되어 있다. 제3 대물 렌즈(73)는, 스페이서(32)를 사이에 두고 제2 대물 렌즈(72)와 대향하도록 배치되어 있다. 제4 대물 렌즈(74)는, 스페이서(33)를 사이에 두고 제3 대물 렌즈(73)와 대향함과 아울러, 스페이서(33)와 누름 부재(34)의 사이에 끼워져 제2 케이스부(3)의 내부에 고정되어 있다. 누름 부재(34)의 외주면의 수나사부는, 제2 케이스부(3)의 내주면의 암나사부(3d)와 나사 결합되어 있다. 대물 렌즈군(7)의 각 렌즈는, 투과하는 광에 파면 수차를 발생시키지 않도록 배열되어 있다.

<파이버 케이스>

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 파이버 케이스(8)는, 판 스프링(81)을 통해 제1 케이스부(2)에 대해 고정되어 있다. 판 스프링(81)은, 나사(27)에 의해 제1 케이스부(2)의 상부에 고정됨과 아울러, 나사(28)에 의해 제1 케이스부(2)의 단부에 고정되어 있다. 파이버 케이스(8)는, 광파이버(도시생략)를 내부에 수용하고 있다. 광파이버의 선단에는 페룰(82)이 접속되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 페룰(82)은 제1 케이스부(2)의 연통공(2b)에 삽입 통과되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 케이스부(2)의 상부에는, 나사(27)를 덮도록 상부 라벨(91)이 붙여진다. 또한, 제1 케이스부(2)의 하부에는 하부 라벨(92)이 붙여진다. 상부 라벨(91) 및 하부 라벨(92)에는, 제품명 등의 로고가 찍혀 있어도 된다.

<누름 부재, 접속 부재>

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 접속 부재(6)는 대략 원환 형상을 나타낸다. 접속 부재(6)의 외주면에는 수나사부(6a)가 형성되어 있다. 수나사부(6a)의 피치는, 제1 케이스부(2)의 암나사부(2a)의 피치 및 제2 케이스부(3)의 암나사부(3d)의 피치와 대략 동일하다. 접속 부재(6)의 단부에는 복수의 노치(6b)가 형성되어 있다.

누름 부재(23)는, 본 발명에 관한 「누름 부재」의 일례이다. 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 누름 부재(23)는 대략 원환 형상을 나타낸다. 누름 부재(23)의 외주면에는 수나사부(23a)가 형성되어 있다. 수나사부(23a)의 피치는, 접속 부재(6)의 수나사부(6a)의 피치와 대략 동일하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 누름 부재(23)의 단부에는 복수의 노치(23b)가 형성되어 있다. 누름 부재(23)의 외경은 접속 부재(6)의 외경과 대략 동일하고, 누름 부재(23)의 내경은 접속 부재(6)의 내경과 대략 동일하다. 또한, 중심축을 따른 방향에서의 누름 부재(23)의 치수(W23)는, 동일 방향에서의 접속 부재(6)의 치수(W6)보다 작다.

도 6에 도시된 바와 같이, 누름 부재(23)는, 그 수나사부(23a)가 제1 케이스부(2)의 암나사부(2a)와 나사 결합하도록 배치된다. 작업자는, 공구(도시생략)를 노치(23b)에 걸어맞춤시킴으로써, 공구로부터 누름 부재(23)에 토크를 전달하여 수나사부(23a)를 나사 결합시킬 수 있다. 이에 의해, 누름 부재(23)는, 회절 렌즈(5)보다 계측 대상물(200) 측에서 그 중심축이 축(AX)과 대략 일치하도록 제1 케이스부(2)의 내부에 배치된다.

누름 부재(23)가 제1 케이스부(2)의 내부에 배치되면, 회절 렌즈(5)는 누름 부재(23)에 의해 광원 측에 압압된다. 회절 렌즈(5)는, 누름 부재(23)와 제1 케이스부(2)의 단부(25) 사이에 끼워져 제1 케이스부(2)의 내부에서 고정된다.

수나사부(6a)에서 제1 케이스부(2)의 암나사부(2a)와 나사 결합한 접속 부재(6)는, 제1 케이스부(2)의 일단으로부터 외부로 나온다. 제2 케이스부(3)의 암나사부(3d)는, 이 접속 부재(6)의 수나사부(6a) 중에서 제1 케이스부(2)의 일단으로부터 외부로 나와 있는 부분과 나사 결합한다. 작업자는, 공구(도시생략)를 제2 케이스부(3)의 오목부(3a)의 바닥면에 접촉시키고 제2 케이스부(3)에 토크를 전달하여 수나사부(6a)를 암나사부(3d)에 나사 결합시킬 수 있다. 이에 의해, 제2 케이스부(3)는 접속 부재(6)를 통해 제1 케이스부(2)에 접속된다. 제2 케이스부(3)는, 그 중심축이 축(AX)과 대략 일치하도록 접속된다.

[동작예]

광원이 발한 백색광은, 광파이버에 의해 센서 헤드(100) 측으로 안내되어 페룰(82)에 이른다. 이 광은 확산되면서 페룰(82)로부터 케이스(1)의 내부로 진입한다.

케이스(1)의 내부로 진입한 광의 일부는, 렌즈 홀더(4)의 내부로 진입한다. 이 광은, 제2 콜리메이트 렌즈(42b)와 제1 콜리메이트 렌즈(42a)를 차례대로 투과한다. 제1 콜리메이트 렌즈(42a) 및 제2 콜리메이트 렌즈(42b)는, 광원 측으로부터 입사하는 광의 진행 방향을 바꾸어 계측 대상물(200) 측으로 출사시킨다. 구체적으로 도 6에 화살표(L11)로 나타내는 바와 같이, 제1 콜리메이트 렌즈(42a)로부터 출사하여 회절 렌즈(5)로 향하는 광은 확산되면서 진행된다.

회절 렌즈(5)는, 제1 콜리메이트 렌즈(42a) 측으로부터 입사하는 광에 색수차를 발생시키고, 화살표(L12)로 나타내는 바와 같이 축(AX)을 따르도록 출사시킨다. 이 광은, 대물 렌즈군(7)에서 굴절되어 모아지고 제2 케이스부(3)의 개구(3b)를 통과하여 계측 대상물(200)로 향하여 출사한다.

계측 대상물(200)의 표면에서 반사된 광은, 제2 케이스부(3)의 개구(3b)를 통과하여 대물 렌즈군(7)에 입사한다. 대물 렌즈군(7)은 입사한 광을 굴절시켜, 화살표(L21)로 나타내는 바와 같이 축(AX)을 따르도록 광원 측으로 출사시킨다. 회절 렌즈(5)는 계측 대상물(200) 측으로부터 입사하는 광을 투과시켜, 화살표(L22)로 나타내는 바와 같이 광원 측으로 출사시킨다. 제1 콜리메이트 렌즈(42a) 및 제2 콜리메이트 렌즈(42b)는, 계측 대상물(200) 측으로부터 입사하는 광을 모아 광원 측으로 출사시킨다.

센서 헤드(100)에서는, 대략 원통 형상의 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)를 이와 같이 접속함으로써, 축(AX) 방향으로 본 경우에 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)가 대물 렌즈군(7)으로부터 외방으로 크게 튀어나오는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 계측 정밀도를 담보하면서 케이스(1)를 소형화할 수 있다.

또한, 접속 부재(6)는, 회절 렌즈(5)와 대물 렌즈군(7)의 사이에 배치되어 있다. 이 위치에서는, 광은 광축이기도 한 축(AX)을 따르도록 진행된다. 따라서, 이 구성에 의하면, 광이 축(AX)에 대해 경사지도록 진행되는 위치에 접속 부재(6)를 배치한 경우에 비해 케이스(1)의 치수에 발생한 불균일의 영향을 경감하여 계측 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

제1 케이스부(2)의 암나사부(2a)는 접속 부재(6)의 수나사부(6a)와 나사 결합하고, 제2 케이스부(3)의 암나사부(3d)는 접속 부재(6)의 수나사부(6a)와 나사 결합한다. 이들 나사 결합에 의해 제1 케이스부(2)와 제2 케이스부(3)가 접촉하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 접속 부재(6)에 축(AX) 방향의 외력(F)이 작용하는 경우가 있다. 만약 접속 부재(6)가 회절 렌즈(5)를 압압하여 고정하는 기능을 함께 가지고 있는 경우, 이러한 외력(F)이 작용함으로써 회절 렌즈(5)의 고정이 불안정해질 우려가 있다.

이에 반해, 센서 헤드(100)에서는, 회절 렌즈(5)를 광원 측에 압압하여 고정하는 누름 부재(23)는, 접속 부재(6)와 별도의 몸체로 접속 부재(6)와 회절 렌즈(5)의 사이에 배치되어 있다. 따라서, 축(AX) 방향의 외력(F)이 접속 부재(6)에 작용한 경우에도 이 외력(F)이 누름 부재에 미치는 일은 없다. 이 결과, 회절 렌즈(5)를 안정적으로 고정하면서, 접속 부재(6)를 통해 제1 케이스부(2)와 제2 케이스부(3)를 접속할 수 있다.

또한, 축(AX) 방향에서, 누름 부재(23)의 치수(W23)는 접속 부재(6)의 치수(W6)보다 작다. 이 태양에 의하면, 누름 부재(23)의 치수(W23)를 비교적 작게 함으로써 접속 부재(6)의 치수(W6)를 비교적 크게 하고, 제1 케이스부(2)와 제2 케이스부(3)를 확실히 접속할 수 있다.

또한, 제2 케이스부(3)는 그 외주면에 오목부(3a)가 형성되어 있고, 이 오목부(3a)의 바닥면은 평면이다. 이 태양에 의하면, 센서 헤드(100)를 조립할 때에 공구를 오목부(3a)의 바닥면에 안정적으로 접촉시켜, 이 오목부(3a)가 형성된 제2 케이스부(3)에 토크를 전달할 수 있다. 이 결과, 대략 원통 형상을 나타내는 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)를 케이스(1)로 이용하면서도, 수나사부(6a)와 암나사부(3d)를 나사 결합시키기 위한 토크를 부가하여 센서 헤드(100)의 조립을 용이하게 행할 수 있다.

또, 센서 헤드(100)는, 본 발명에 관한 「오목부」가 제2 케이스부(3)에만 형성되어 있다. 그러나, 본 발명은 이 태양에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 관한 「오목부」는, 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3) 중 적어도 한쪽에 형성되어 있으면 된다.

이상 설명한 실시형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하여 해석하기 위한 것이 아니다. 실시형태가 구비하는 각 요소와 그 배치, 재료, 조건, 형상 및 크기 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니고 적절히 변경할 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서 나타낸 구성끼리를 부분적으로 치환하거나 조합하는 것이 가능하다.

[부기]

계측 대상물(200)의 위치를 계측하는 센서의 센서 헤드(100)로서,

광원 측으로부터 입사하는 광을 광축(AX)을 따르도록 계측 대상물(200) 측으로 출사시키고, 이 광에 대해 색수차를 발생시키는 회절 렌즈(5)와,

상기 회절 렌즈(5)보다 계측 대상물(200) 측에 배치되고, 상기 회절 렌즈(5) 측으로부터 입사하는 광을 모아 계측 대상물(200) 측으로 출사시킴과 아울러, 상기 계측 대상물(200) 측으로부터 입사한 광을 상기 광축(AX)을 따르도록 상기 회절 렌즈(5) 측으로 출사시키는 대물 렌즈(7)와,

내부에 공간이 형성되고, 이 공간에 적어도 상기 회절 렌즈(5) 및 상기 대물 렌즈(7)를 수용하고 있는 케이스(1)를 구비하며,

상기 케이스(1)는, 상기 광축(AX)을 중심축으로 하는 대략 원통 형상을 나타내고 단부가 개방된 제1 케이스부(2) 및 제2 케이스부(3)와, 상기 광축(AX)을 중심축으로 하는 대략 원환 형상을 나타내는 접속 부재(6)를 가지며,

상기 제1 케이스부(2)는 그 내부에 상기 회절 렌즈(5)가 배치되고,

상기 제2 케이스부(3)는 그 내부에 상기 대물 렌즈(7)가 배치되며,

상기 접속 부재(6)는 그 외주면에 수나사부(6a)가 형성되고,

상기 제1 케이스부(2) 및 상기 제2 케이스부(3)는, 각각의 내주면에 형성되어 있는 암나사부(2a, 3d)가 상기 접속 부재(6)의 수나사부(6a)와 나사 결합함으로써 서로 접속되어 있는 센서 헤드.

1…케이스, 2…제1 케이스부, 2a…암나사부, 23…누름 부재, 23a…수나사부, 3…제2 케이스부, 5…회절 렌즈, 6…접속 부재, 6a…수나사부, 7…대물 렌즈군(대물 렌즈), 100…센서 헤드, 200…계측 대상물, AX…축(광축)

Claims

계측 대상물의 위치를 계측하는 센서의 센서 헤드로서,
광원 측으로부터 입사하는 광을 광축을 따르도록 계측 대상물 측으로 출사시키고, 이 광에 대해 색수차를 발생시키는 회절 렌즈와,
상기 회절 렌즈보다 계측 대상물 측에 배치되고, 상기 회절 렌즈 측으로부터 입사하는 광을 모아 계측 대상물 측으로 출사시킴과 아울러, 상기 계측 대상물 측으로부터 입사한 광을 상기 광축을 따르도록 상기 회절 렌즈 측으로 출사시키는 대물 렌즈와,
내부에 공간이 형성되고, 이 공간에 적어도 상기 회절 렌즈 및 상기 대물 렌즈를 수용하고 있는 케이스를 구비하며,
상기 케이스는, 상기 광축을 중심축으로 하는 대략 원통 형상을 나타내고 단부가 개방된 제1 케이스부 및 제2 케이스부와, 상기 광축을 중심축으로 하는 대략 원환 형상을 나타내는 접속 부재를 가지며,
상기 제1 케이스부는 그 내부에 상기 회절 렌즈가 배치되고,
상기 제2 케이스부는 그 내부에 상기 대물 렌즈가 배치되며,
상기 접속 부재는 그 외주면에 수나사부가 형성되고,
상기 제1 케이스부 및 상기 제2 케이스부는, 각각의 내주면에 형성되어 있는 암나사부가 상기 접속 부재의 수나사부와 나사 결합함으로써 서로 접속되어 있는 센서 헤드.
청구항 1에 있어서,
상기 접속 부재는, 상기 회절 렌즈와 상기 대물 렌즈의 사이에 배치되어 있는 센서 헤드.
청구항 2에 있어서,
상기 케이스는, 상기 접속 부재와 별도의 몸체로 상기 접속 부재와 상기 회절 렌즈의 사이에 배치되는 누름 부재를 가지며,
상기 누름 부재는, 상기 광축을 중심축으로 하는 대략 원환 형상을 나타내고, 그 외주면에 수나사부가 형성되며, 이 수나사부가 상기 제1 케이스부의 암나사부와 나사 결합함으로써 상기 회절 렌즈를 광원 측에 압압하여 고정하고 있는 센서 헤드.
청구항 3에 있어서,
상기 광축을 따른 방향에서, 상기 누름 부재의 치수는 상기 접속 부재의 치수보다 작은 센서 헤드.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 케이스부 및 상기 제2 케이스부 중 적어도 한쪽은, 그 외주면에 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부의 바닥면은 평면인 센서 헤드.