JPS61160005A - 光学式位置−高さ分布検出装置 - Google Patents
光学式位置−高さ分布検出装置Info
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- JPS61160005A JPS61160005A JP121085A JP121085A JPS61160005A JP S61160005 A JPS61160005 A JP S61160005A JP 121085 A JP121085 A JP 121085A JP 121085 A JP121085 A JP 121085A JP S61160005 A JPS61160005 A JP S61160005A
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- spot
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- light spot
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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
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0608—Height gauges
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (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】
「産業ヒの利用分野」
この発明は、測定対象表面の位置−高さ分布を光学的に
検出する光学式位置−高さ分布検出袋Ｆに関するもので
、特に産業用ロボットの位置センサとして有用である。
検出する光学式位置−高さ分布検出袋Ｆに関するもので
、特に産業用ロボットの位置センサとして有用である。
「従来技術と問題点」
従来のこの種の装置としては、直線状の光ラインを測定
対象の表面に照射したときその表面の高さ変化に応じて
光ライン像が歪むのを利用したもの（いわゆる光切断法
）が鰻も一般的である。
対象の表面に照射したときその表面の高さ変化に応じて
光ライン像が歪むのを利用したもの（いわゆる光切断法
）が鰻も一般的である。
しかし、このような従来装置では、光ライン像の検出手
段としてＩＴＶ（工業用テレビ）やＣ０Ｄ（電荷結合素
子）を用いているので、ビデオ信号の処理回路が必要に
なる等の理由で装置が大型、複雑、高価となり、またデ
ータ処理時間が長くかかるという問題がある。
段としてＩＴＶ（工業用テレビ）やＣ０Ｄ（電荷結合素
子）を用いているので、ビデオ信号の処理回路が必要に
なる等の理由で装置が大型、複雑、高価となり、またデ
ータ処理時間が長くかかるという問題がある。
「発明の目的」
この発明の目的は、小型、簡単、安価に構成でき、かつ
データ処理時間を短くできる光学式位置−高さ分布検出
装置を提供することにある。
データ処理時間を短くできる光学式位置−高さ分布検出
装置を提供することにある。
「発明の構成」
この発明の光学式位置−高さ分布検出装置は、測定対象
を光スポットで走査するための光スポツト走査手段、測
定対象から反射された光スポットを検出面で受光して走
査方向と交差する交差方向についての光スポットの位Ｗ
’Ａ位を検出する半導体位置検出素子および光スポット
の走査位置と前記交差方向の位置変位とに基づいて測定
対象表面の位置−高さ分布を検出する分布検出手段を具
備して構成される。
を光スポットで走査するための光スポツト走査手段、測
定対象から反射された光スポットを検出面で受光して走
査方向と交差する交差方向についての光スポットの位Ｗ
’Ａ位を検出する半導体位置検出素子および光スポット
の走査位置と前記交差方向の位置変位とに基づいて測定
対象表面の位置−高さ分布を検出する分布検出手段を具
備して構成される。
ト記構成において光スポツト走査手段は、機械的または
電気的に光スポットを走査する手段で、従来公知の例え
ばオプチカル・スキャナを用いることができる。
電気的に光スポットを走査する手段で、従来公知の例え
ばオプチカル・スキャナを用いることができる。
Ｆ記構酸において半導体装置検出素子は、検出面が一体
に連続している非分割型の光スポットの位置検出用セン
サであり、ＰＳＤとして市販されているものを用いるこ
とができる。
に連続している非分割型の光スポットの位置検出用セン
サであり、ＰＳＤとして市販されているものを用いるこ
とができる。
ト記構成において分布検出手段は、比較回路等を用いて
ハードウェア的に構成してもよいし、マイクロコンビ二
一タ等を用いてソフトウェア的に構成してもよい。
ハードウェア的に構成してもよいし、マイクロコンビ二
一タ等を用いてソフトウェア的に構成してもよい。
Ｕ実施例」
以下、図に示す実施例に基づいて更にこの発明を詳説す
る。ここに第１図はこの発明の光学式（存置−高さ分布
検出装置の一実施例の構成説明図、第２図は光スポット
の反射の説明図、第３図は光スポットの走査と半導体装
置検出素子の出力信号を説明するための説明図で、（ａ
）は測定対象の表面の斜視図、（ｂ）は半導体位ぎ検出
素子の検出面の平面図、（Ｃ）は走査位置と時間の関係
を表すグラフ、（ｄ）は半導体装置検出素子の出力信号
の時間に対する変化を示すグラフである。なお、これに
よりこの発明が限定されるものではない。
る。ここに第１図はこの発明の光学式（存置−高さ分布
検出装置の一実施例の構成説明図、第２図は光スポット
の反射の説明図、第３図は光スポットの走査と半導体装
置検出素子の出力信号を説明するための説明図で、（ａ
）は測定対象の表面の斜視図、（ｂ）は半導体位ぎ検出
素子の検出面の平面図、（Ｃ）は走査位置と時間の関係
を表すグラフ、（ｄ）は半導体装置検出素子の出力信号
の時間に対する変化を示すグラフである。なお、これに
よりこの発明が限定されるものではない。
第１図に示す光学式位置−高さ分布検出袋ｆｆｌにおい
て半導体レーザ素子２を出射した光はオプチカル・スキ
ャナ４のミラー５で反射され、レンズ８を通して光スポ
ットＰとして測定対象Ｓの表面に照射される。
て半導体レーザ素子２を出射した光はオプチカル・スキ
ャナ４のミラー５で反射され、レンズ８を通して光スポ
ットＰとして測定対象Ｓの表面に照射される。
Ｉｊｌｌ定対象Ｓの表面で反射された光スポットＰの反
射光はレンズ８および干渉フィルタ９を介して半導体装
置検出素子１０の検出面１０１に入射される。
射光はレンズ８および干渉フィルタ９を介して半導体装
置検出素子１０の検出面１０１に入射される。
第１図に示すように、測定対象Ｓに入射する光と反射す
る光とがなす角はθであり、この入射光と反射光の作る
平面はＸ軸方向を向いている。
る光とがなす角はθであり、この入射光と反射光の作る
平面はＸ軸方向を向いている。
オプチカル・スキャナ４は、ドライブコイル６を発振装
置７で励磁することによりミラー５を揺動させる。この
揺動によりミラー５で反射される光線も揺動し、その結
果、測定対象Ｓの表面上の光スポットＰはＸ軸方向に走
査されることになる。
置７で励磁することによりミラー５を揺動させる。この
揺動によりミラー５で反射される光線も揺動し、その結
果、測定対象Ｓの表面上の光スポットＰはＸ軸方向に走
査されることになる。
半導体装置検出素子１０はシリコンフォトダイオードを
応用した光スポットの位置検出用センサであって、たと
えば浜松テレビ社製のＰＳＤである。これには、−次元
位置検出用と二次元位置検出用の２ｆｌｌがあるが、い
ずれであってもよい。
応用した光スポットの位置検出用センサであって、たと
えば浜松テレビ社製のＰＳＤである。これには、−次元
位置検出用と二次元位置検出用の２ｆｌｌがあるが、い
ずれであってもよい。
ここでは−次元位置検出用のものを用いており、検出面
１０ａに入射された光スポットＰ′の位置がＸ軸方向に
変位すると出力電圧ｖＸが変化する。
１０ａに入射された光スポットＰ′の位置がＸ軸方向に
変位すると出力電圧ｖＸが変化する。
すなわち、検出面１０．上の光スポットＰ′のＸ軸方向
の位置に応じた出力電圧ｖＸが出力されるものである。
の位置に応じた出力電圧ｖＸが出力されるものである。
比較回路１１は発娠装置７の出力電圧Ｅ、と半導体（０
，Ｎ検出素子ｌＯの出力電圧ｖｘとを人力されており、
これらを比較している。
，Ｎ検出素子ｌＯの出力電圧ｖｘとを人力されており、
これらを比較している。
さて、第２図は一つの測定対象表面Ｓｌで反射した光ス
ポットＰ、′の位置と前記測定対象表面Ｓ、よりａだけ
高い測定対象表面Ｓ２で反射した光スポットＰ２′の位
置の検出面ｉｏｎ上での位置差すを示した図である。こ
の位置差すは、Ｘ軸方向のずれであり、次の関係式があ
る。
ポットＰ、′の位置と前記測定対象表面Ｓ、よりａだけ
高い測定対象表面Ｓ２で反射した光スポットＰ２′の位
置の検出面ｉｏｎ上での位置差すを示した図である。こ
の位置差すは、Ｘ軸方向のずれであり、次の関係式があ
る。
ｂ−２ａｊａｎ（θ／２）
ここでθを一定とすれば、位置差すの値は高さａに比例
することがわかる。
することがわかる。
第１図に示すように測定対ｇ／ＬＳの表面にＸ軸方向に
延びる段差があるものとする。これは具体的には２枚の
鉄板を重ねたものを想定することができる。
延びる段差があるものとする。これは具体的には２枚の
鉄板を重ねたものを想定することができる。
オプチカル・スキャナ４で光スポットＰを走査するとそ
の軌跡は第３図（ａ）に示す破線のようになる。このよ
うに光スポットＰが走査されるとき、半導体装置検出素
子ＩＯの検出面１０ｍでの光スポットＰ′の軌跡はｌｌ
５ａ図（ｂ）に示す破線のようになる。測定対象Ｓの表
面がなめらかな平面であれば、検出面１０ａ上の光スポ
ットＰ′のＩＩＩＩＬ跡は１自ｍ伏になるが、ここでは
段差を持ったＩｊ＋１定対象Ｓ、、Ｓ２の表面で反射さ
れているから、段差を持ったカギ型の軌跡となっている
。この段差が位置差すである。
の軌跡は第３図（ａ）に示す破線のようになる。このよ
うに光スポットＰが走査されるとき、半導体装置検出素
子ＩＯの検出面１０ｍでの光スポットＰ′の軌跡はｌｌ
５ａ図（ｂ）に示す破線のようになる。測定対象Ｓの表
面がなめらかな平面であれば、検出面１０ａ上の光スポ
ットＰ′のＩＩＩＩＬ跡は１自ｍ伏になるが、ここでは
段差を持ったＩｊ＋１定対象Ｓ、、Ｓ２の表面で反射さ
れているから、段差を持ったカギ型の軌跡となっている
。この段差が位置差すである。
発揚装置７から比較回路１１へ出力される電圧Ｆ、ｙは
ミラー５の揺動を表し、すなわちそれは光スボ７）Ｐの
走査位置を表している。それはまた検出面ｌＯ□上の光
スポットＰ′の走査位置を表しており、第３図（Ｃ）に
示すように時間的に規則正しく振動する電圧信号である
。つまり、この出力電圧Ｅ、によって光スポットＰのＹ
軸方向の位置がわかることになる。
ミラー５の揺動を表し、すなわちそれは光スボ７）Ｐの
走査位置を表している。それはまた検出面ｌＯ□上の光
スポットＰ′の走査位置を表しており、第３図（Ｃ）に
示すように時間的に規則正しく振動する電圧信号である
。つまり、この出力電圧Ｅ、によって光スポットＰのＹ
軸方向の位置がわかることになる。
一方、第３図（ｄ）に示すように、半導体装置検出素子
１０の出力電圧■。は、光スポットＰが高い方の測定対
象Ｓ２の面にあるときははＶｘ２であり、光スボ−ｔ
トＰが低い方の測定対象Ｓ１の表面にあるときはＶｘｌ
になる。これらＶｘ２とＶｘｌの差ｖＩ、は前記段葺ｌ
ｂ表しており、測定対象Ｓ、、Ｓ２の表面高さに比例し
た電圧である。
１０の出力電圧■。は、光スポットＰが高い方の測定対
象Ｓ２の面にあるときははＶｘ２であり、光スボ−ｔ
トＰが低い方の測定対象Ｓ１の表面にあるときはＶｘｌ
になる。これらＶｘ２とＶｘｌの差ｖＩ、は前記段葺ｌ
ｂ表しており、測定対象Ｓ、、Ｓ２の表面高さに比例し
た電圧である。
比較回路１１は、発振装置７の出力電圧Ｖ、より光スボ
ッｌ−ＰのＹ軸方向の位置を検出し、半導体｛１γ置検
出素子１０の出力電圧ＶＸより測定対象表面の高さを検
出し、これらを比較することにより測定対象Ｓ１とＳ２
の段差がＹ軸方向のどこにあるかを検出している。
ッｌ−ＰのＹ軸方向の位置を検出し、半導体｛１γ置検
出素子１０の出力電圧ＶＸより測定対象表面の高さを検
出し、これらを比較することにより測定対象Ｓ１とＳ２
の段差がＹ軸方向のどこにあるかを検出している。
そこで発信装置７の出力電圧Ｅ、と半導体（ｆｆ、 Ｎ
検出素子１０の出力電圧ｖｘとを通切な値に選ぶと共に
Ｙ軸に沿って光スボッ）Ｐで走査しつつＸ軸に沿って移
動していけば、測定対象ｓ、、ｓ２の段差がＹ軸に関し
一定位置にあるなら、比較回路１１の出力電圧ＶＪは一
定値であるが、段差がＹ軸方向で変位するとそのずれに
応じた電圧だけ出力電圧ｖＪが変化することになる。
検出素子１０の出力電圧ｖｘとを通切な値に選ぶと共に
Ｙ軸に沿って光スボッ）Ｐで走査しつつＸ軸に沿って移
動していけば、測定対象ｓ、、ｓ２の段差がＹ軸に関し
一定位置にあるなら、比較回路１１の出力電圧ＶＪは一
定値であるが、段差がＹ軸方向で変位するとそのずれに
応じた電圧だけ出力電圧ｖＪが変化することになる。
この出力電圧Ｖ−を、たとえば工業用ロボットの制御に
用いれば、工業用ロボットの手首部を段差に沿って移動
させることができる。これは具体的には自動車ボディの
シーリング作業に好適に利用できるものである。
用いれば、工業用ロボットの手首部を段差に沿って移動
させることができる。これは具体的には自動車ボディの
シーリング作業に好適に利用できるものである。
他の実施例としては半導体装置検出素子に二次元位置検
出用のＰＳＤを用い、そのＹ軸に関する出力電圧Ｖ、を
前記発振装置７の出力電圧Ｅｙに変えて比較回路１１に
入力するものがあげられる。
出用のＰＳＤを用い、そのＹ軸に関する出力電圧Ｖ、を
前記発振装置７の出力電圧Ｅｙに変えて比較回路１１に
入力するものがあげられる。
この場合はＹ軸についての出力電圧Ｖｙは直接Ｙ軸方向
の位置を示しているから、時間要素を介在させることな
く直接に段差の位置検出を行いうろこととなる。
の位置を示しているから、時間要素を介在させることな
く直接に段差の位置検出を行いうろこととなる。
「発明の効果」
この発明によれば、測定対象を光スポットで走査するた
めの光スポツト走査手段、測定対象から反射された光ス
ポットを検出面で受光して走査方向と交差する交差方向
についての光スボ−／ トの位置変位を検出する半導体
装置検出素子、および光スポットの走査位置と前記交差
方向の位置変位とに基づいて測定対象表面の位置−高さ
分布を検出する分布検出手段を具備してなることを特徴
とする光学式位置−高さ分布検出装置が提供され、これ
によれば、ビデオ信号の処理回路が不要となるなど構成
が簡単となり、小型、安価となる。また処理を高速化で
きる。さらに、光源がスポットとなるから省電力になる
利点もある。
めの光スポツト走査手段、測定対象から反射された光ス
ポットを検出面で受光して走査方向と交差する交差方向
についての光スボ−／ トの位置変位を検出する半導体
装置検出素子、および光スポットの走査位置と前記交差
方向の位置変位とに基づいて測定対象表面の位置−高さ
分布を検出する分布検出手段を具備してなることを特徴
とする光学式位置−高さ分布検出装置が提供され、これ
によれば、ビデオ信号の処理回路が不要となるなど構成
が簡単となり、小型、安価となる。また処理を高速化で
きる。さらに、光源がスポットとなるから省電力になる
利点もある。
第１図はこの発明の光学式位置−高さ分布検出装置の一
実施例の構成説明図、第２図は光スポットの反射の説明
図、第３図は光スポットの走査と半導体装置検出素子の
出力信号を説明するための説明図で、（ａ）は測定対象
の表面の斜視図、（ｂ）は半導体装置検出素子の検出面
の平面図、（Ｃ）は走査位置と時間の関係を表すグラフ
、（ｄ）は半導体装置検出素子の出力信号の時間に対す
る変化を示すグラフである。 （符号の説明） １・・・光学式位置−高さ分布検出装置２・・・半導体
レーザ素子 ４・・・オプチカル・スキャナ ５・・・ミラー ７・・・発振装置ＩＯ
・・・半導体装置検出素子 １０１・・・検出面１１・
・・比較回路 Ｐ、 Ｐ’・・・光スポット ｓ、Ｓ、、Ｓ２・・・測定対象。 （ａ） 第３図 （Ｃ）
実施例の構成説明図、第２図は光スポットの反射の説明
図、第３図は光スポットの走査と半導体装置検出素子の
出力信号を説明するための説明図で、（ａ）は測定対象
の表面の斜視図、（ｂ）は半導体装置検出素子の検出面
の平面図、（Ｃ）は走査位置と時間の関係を表すグラフ
、（ｄ）は半導体装置検出素子の出力信号の時間に対す
る変化を示すグラフである。 （符号の説明） １・・・光学式位置−高さ分布検出装置２・・・半導体
レーザ素子 ４・・・オプチカル・スキャナ ５・・・ミラー ７・・・発振装置ＩＯ
・・・半導体装置検出素子 １０１・・・検出面１１・
・・比較回路 Ｐ、 Ｐ’・・・光スポット ｓ、Ｓ、、Ｓ２・・・測定対象。 （ａ） 第３図 （Ｃ）
Claims (1)
- １、測定対象を光スポットで走査するための光スポット
走査手段、測定対象から反射された光スポットを検出面
で受光して走査方向と交差する交差方向についての光ス
ポットの位置変位を検出する半導体位置検出素子、およ
び光スポットの走査位置と前記交差方向の位置変位とに
基づいて測定対象表面の位置−高さ分布を検出する分布
検出手段を具備してなることを特徴とする光学式位置−
高さ分布検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP121085A JPS61160005A (ja) | 1985-01-08 | 1985-01-08 | 光学式位置−高さ分布検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP121085A JPS61160005A (ja) | 1985-01-08 | 1985-01-08 | 光学式位置−高さ分布検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61160005A true JPS61160005A (ja) | 1986-07-19 |
Family
ID=11495101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP121085A Pending JPS61160005A (ja) | 1985-01-08 | 1985-01-08 | 光学式位置−高さ分布検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61160005A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642917A (ja) * | 1992-07-22 | 1994-02-18 | Railway Technical Res Inst | レール変位量測定装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59216006A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 輪郭線検出装置 |
-
1985
- 1985-01-08 JP JP121085A patent/JPS61160005A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59216006A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 輪郭線検出装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642917A (ja) * | 1992-07-22 | 1994-02-18 | Railway Technical Res Inst | レール変位量測定装置 |
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