JP2001208512A - 測定装置 - Google Patents
測定装置Info
- Publication number
- JP2001208512A JP2001208512A JP2000019403A JP2000019403A JP2001208512A JP 2001208512 A JP2001208512 A JP 2001208512A JP 2000019403 A JP2000019403 A JP 2000019403A JP 2000019403 A JP2000019403 A JP 2000019403A JP 2001208512 A JP2001208512 A JP 2001208512A
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- Japan
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- laser light
- concave mirror
- axis
- laser beam
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 繰り返し作業を行なう装置が正確に所定位
置に停止しているか否かを精度良く、またX−Y平面上
を移動して停止する位置が正確であるか否かを1個のセ
ンサで精度良く(±0.1μm程度)測定できる測定装
置を得る。 【解決手段】少なくとも、被測定物に着ける凹面鏡と凹
面鏡にレーザー光を照射するレーザー光源とレーザー光
を透過及び反射するハーフミラーと凹面鏡で反射されて
入射したレーザー光を撮像する撮像素子を備え、撮像素
子により撮像されたレーザー光の移動量から被測定物の
移動量を演算する測定装置とする。
置に停止しているか否かを精度良く、またX−Y平面上
を移動して停止する位置が正確であるか否かを1個のセ
ンサで精度良く(±0.1μm程度)測定できる測定装
置を得る。 【解決手段】少なくとも、被測定物に着ける凹面鏡と凹
面鏡にレーザー光を照射するレーザー光源とレーザー光
を透過及び反射するハーフミラーと凹面鏡で反射されて
入射したレーザー光を撮像する撮像素子を備え、撮像素
子により撮像されたレーザー光の移動量から被測定物の
移動量を演算する測定装置とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は測定装置に関するも
のである。
のである。
【0002】
【従来の技術】平面上(XY平面)を移動する物体の位
置を特定するにはX軸とY軸の座標位置で示すことが一
般的である。移動する物体が停止した位置を表示するに
は、停止した物体の位置を検出し、X軸とY軸の座標位
置と比較して座標を決定しなければならない。
置を特定するにはX軸とY軸の座標位置で示すことが一
般的である。移動する物体が停止した位置を表示するに
は、停止した物体の位置を検出し、X軸とY軸の座標位
置と比較して座標を決定しなければならない。
【0003】平面上の或る点にある物体の中心点をXY
座標の原点Oと設定し、物体が第1象現上を移動して停
止した位置(点Z)が検出でき、原点OからZまでの距
離Lと原点Oと点Zを結ぶ直線とX軸のなす角θが分か
れば、停止した物体の位置はX=Lcosθ、Y=Ls
inθで表示できる。第2から第4象現においても同様
に表示できる。Lが大きくなると一般に測定誤差が大き
くなるものであるが、時として原点Oはともかく物体を
移動して常にZ点に停止したいことがある。しかも精度
良く停止させたいのであるが、停止した位置がどの程度
ずれているのか正確に測れないことが多いものである。
座標の原点Oと設定し、物体が第1象現上を移動して停
止した位置(点Z)が検出でき、原点OからZまでの距
離Lと原点Oと点Zを結ぶ直線とX軸のなす角θが分か
れば、停止した物体の位置はX=Lcosθ、Y=Ls
inθで表示できる。第2から第4象現においても同様
に表示できる。Lが大きくなると一般に測定誤差が大き
くなるものであるが、時として原点Oはともかく物体を
移動して常にZ点に停止したいことがある。しかも精度
良く停止させたいのであるが、停止した位置がどの程度
ずれているのか正確に測れないことが多いものである。
【0004】図1は従来技術による精密加工装置または
精密組立装置に使用されるXYテーブルの斜視図であ
る。ステッピングモータ1により回転する送り螺子2に
よりX軸方向に移動するテーブル3にステッピングモー
タ4により回転する送り螺子5によりY軸方向に移動す
るテーブル6を具備した基台7が搭載されている。2つ
のステッピングモータの回転量によりXY平面上をテー
ブル6が移動するものである。
精密組立装置に使用されるXYテーブルの斜視図であ
る。ステッピングモータ1により回転する送り螺子2に
よりX軸方向に移動するテーブル3にステッピングモー
タ4により回転する送り螺子5によりY軸方向に移動す
るテーブル6を具備した基台7が搭載されている。2つ
のステッピングモータの回転量によりXY平面上をテー
ブル6が移動するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】テーブル6の停止位置
はステッピングパルス数により決定されるものである。
機械原点を検出してそこからX軸方向は〇〇〇パルス、
Y軸方向は×××パルスステッピングモータ1、4を回
転駆動することにより停止位置を決定するので、何らか
のトラブルにより回転数が少なかったり多かったりし
て、停止位置が所定位置からずれることがある。同じ移
動を繰り返し行なう作業では一度狂うと補正されるまで
同じ位置ずれが継続することになる不具合が発生する。
これは位置の測定をステッピングモータ1、4の回転量
をきめるパルス数で代替したことにより発生している。
この事は連続で行われる精密加工や精密組立てでは大変
危険なことである。
はステッピングパルス数により決定されるものである。
機械原点を検出してそこからX軸方向は〇〇〇パルス、
Y軸方向は×××パルスステッピングモータ1、4を回
転駆動することにより停止位置を決定するので、何らか
のトラブルにより回転数が少なかったり多かったりし
て、停止位置が所定位置からずれることがある。同じ移
動を繰り返し行なう作業では一度狂うと補正されるまで
同じ位置ずれが継続することになる不具合が発生する。
これは位置の測定をステッピングモータ1、4の回転量
をきめるパルス数で代替したことにより発生している。
この事は連続で行われる精密加工や精密組立てでは大変
危険なことである。
【0006】平面上をX−Y2方向へ移動する物体の停
止位置を検出するにはそれぞれの移動軸上に検出用セン
サを配置しなければならないため2個のセンサが必要と
なる。検出の方法は直接的であるため検出精度も±1μ
mである。本発明の目的は繰り返し作業を行なう装置が
正確に所定位置に停止しているか否かを精度良く、また
X−Y平面上を移動して停止する位置が正確であるか否
かを1個のセンサで精度良く(±0.1μm程度)測定
できる測定装置を得ることを目的としている。
止位置を検出するにはそれぞれの移動軸上に検出用セン
サを配置しなければならないため2個のセンサが必要と
なる。検出の方法は直接的であるため検出精度も±1μ
mである。本発明の目的は繰り返し作業を行なう装置が
正確に所定位置に停止しているか否かを精度良く、また
X−Y平面上を移動して停止する位置が正確であるか否
かを1個のセンサで精度良く(±0.1μm程度)測定
できる測定装置を得ることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】少なくとも、被測定物に
着ける凹面鏡と凹面鏡にレーザー光を照射するレーザー
光源とレーザー光を透過及び反射するハーフミラーと凹
面鏡で反射されて入射したレーザー光を撮像する撮像素
子を備え、撮像素子により撮像されたレーザー光の移動
量から被測定物の移動量を演算する測定装置とする。
着ける凹面鏡と凹面鏡にレーザー光を照射するレーザー
光源とレーザー光を透過及び反射するハーフミラーと凹
面鏡で反射されて入射したレーザー光を撮像する撮像素
子を備え、撮像素子により撮像されたレーザー光の移動
量から被測定物の移動量を演算する測定装置とする。
【0008】レーザー光源とハーフミラー間に凸レンズ
を備えた測定装置とする。
を備えた測定装置とする。
【0009】撮像されたレーザー光のスポット画像をX
Y座標で認識し、スポット画像のX軸、Y軸での最大長
さの中間点を座標原点とし、移動後のスポット画像のX
軸、Y軸での最大長さの中間点を前記原点からの移動量
としてXY座標で表示する測定装置とする。
Y座標で認識し、スポット画像のX軸、Y軸での最大長
さの中間点を座標原点とし、移動後のスポット画像のX
軸、Y軸での最大長さの中間点を前記原点からの移動量
としてXY座標で表示する測定装置とする。
【0010】
【発明の実施の形態】図2は本発明の測定装置の測定原
理を説明するための模式図である。測定装置は少なくと
もレーザー発光器10、ハーフミラー11、凹面鏡1
2、撮像素子13を備えており、位置決め固定手段によ
り配置されている。凹面鏡12は被測定物(例えばテー
ブル6)に固定されるものである。
理を説明するための模式図である。測定装置は少なくと
もレーザー発光器10、ハーフミラー11、凹面鏡1
2、撮像素子13を備えており、位置決め固定手段によ
り配置されている。凹面鏡12は被測定物(例えばテー
ブル6)に固定されるものである。
【0011】初期位置として、レーザー発光器10の真
下に凹面鏡12の中心が位置するようにする。レーザー
発光器10と凹面鏡の間にはハーフミラー11が配置さ
れている。レーザー発光器10から発射されたレーザー
光はハーフミラー11で一部反射され一部がハーフミラ
ー11を透過して凹面鏡12に投射される。レーザー光
は凹面鏡12で直角に反射され、投射された経路をその
まま戻りハーフミラー11で反射され、撮像素子13の
点に到達する。この点が撮像素子13上の原点Oとす
る。
下に凹面鏡12の中心が位置するようにする。レーザー
発光器10と凹面鏡の間にはハーフミラー11が配置さ
れている。レーザー発光器10から発射されたレーザー
光はハーフミラー11で一部反射され一部がハーフミラ
ー11を透過して凹面鏡12に投射される。レーザー光
は凹面鏡12で直角に反射され、投射された経路をその
まま戻りハーフミラー11で反射され、撮像素子13の
点に到達する。この点が撮像素子13上の原点Oとす
る。
【0012】凹面鏡12がΔZ移動する。凹面鏡12は
曲率Cを有しているので、レーザー光は当初の反射光と
θの角度をもって反射し、ハーフミラー11で反射され
撮像素子の点に到達する。ハーフミラー11と凹面鏡
12の距離をA、ハーフミラー11と撮像素子13の距
離をBとすると、撮像素子13上の点と点の距離X
は(A+B)sinθとなる。θ=2sin−1(ΔZ
/C)であるから、X=(A+B)sin(2sin−
1(ΔZ/C))となる。(但しA、B、C≫ΔZ)
曲率Cを有しているので、レーザー光は当初の反射光と
θの角度をもって反射し、ハーフミラー11で反射され
撮像素子の点に到達する。ハーフミラー11と凹面鏡
12の距離をA、ハーフミラー11と撮像素子13の距
離をBとすると、撮像素子13上の点と点の距離X
は(A+B)sinθとなる。θ=2sin−1(ΔZ
/C)であるから、X=(A+B)sin(2sin−
1(ΔZ/C))となる。(但しA、B、C≫ΔZ)
【0013】A=100mm、B=50mm、C=10
mm、ΔZ=10μmとするとX=300μmとなり、
30倍の移動量として測定できる。A、B、CはΔZや
撮像素子13の大きさ等を考慮して適宜設定することが
できる。
mm、ΔZ=10μmとするとX=300μmとなり、
30倍の移動量として測定できる。A、B、CはΔZや
撮像素子13の大きさ等を考慮して適宜設定することが
できる。
【0014】前述の原理はレーザー光が十分小さなスポ
ットで変化しないことを前提としているが、実際にはレ
ーザー光も拡散するので、集束するための凸レンズを介
在させる必要がある。凸レンズの焦点距離は凸レンズと
凹面鏡の距離を考慮し、凹面鏡上でレーザー光が集束す
る焦点距離を選択し、レーザー発光器とハーフミラーの
間に配置するのが好ましい。凹面鏡で反射したレーザー
光は撮像素子上で或る大きさのスポットとして撮像され
る。
ットで変化しないことを前提としているが、実際にはレ
ーザー光も拡散するので、集束するための凸レンズを介
在させる必要がある。凸レンズの焦点距離は凸レンズと
凹面鏡の距離を考慮し、凹面鏡上でレーザー光が集束す
る焦点距離を選択し、レーザー発光器とハーフミラーの
間に配置するのが好ましい。凹面鏡で反射したレーザー
光は撮像素子上で或る大きさのスポットとして撮像され
る。
【0015】図3はレーザー光を撮像素子で撮像し、レ
ーザー光の移動量を測定する方法を説明するための模式
図である。説明のため撮像素子は電荷結合半導体素子
(以下CCDという)とし、500×500ピクセルと
する。まず、レーザー光の撮像される輪郭を決めるため
に、CCDで撮像した各ピクセルの明るさにより0、1
判定をする(仮にレーザー光を受光しているピクセルは
1、受光してないピクセルは0とする)。CCDのX軸
方向とY軸方向のライン上で1のピクセルが夫々一番多
いラインの1判定ピクセルの中間点を点の原点Oとす
る。次に移動した点のX軸方向のライン上で1のピク
セルが一番多いラインがY軸と交わる点をY1、Y軸方
向のライン上で1のピクセルが一番多いラインがX軸と
交わる点をX1とすると、点の中心点O’が求められ
る。
ーザー光の移動量を測定する方法を説明するための模式
図である。説明のため撮像素子は電荷結合半導体素子
(以下CCDという)とし、500×500ピクセルと
する。まず、レーザー光の撮像される輪郭を決めるため
に、CCDで撮像した各ピクセルの明るさにより0、1
判定をする(仮にレーザー光を受光しているピクセルは
1、受光してないピクセルは0とする)。CCDのX軸
方向とY軸方向のライン上で1のピクセルが夫々一番多
いラインの1判定ピクセルの中間点を点の原点Oとす
る。次に移動した点のX軸方向のライン上で1のピク
セルが一番多いラインがY軸と交わる点をY1、Y軸方
向のライン上で1のピクセルが一番多いラインがX軸と
交わる点をX1とすると、点の中心点O’が求められ
る。
【0016】1ピクセルの分解能が明確になれば、本発
明の測定装置の分解能が決定される。[0013]の例
で、ΔZ=10μmでX=300μmのとき、CCD上
の移動量が300ピクセルであれば、測定分解能は10
/300=0.033μmとなる。分解能はA、B、C
及び撮像素子のピクセル数により適宜決定することがで
きる。
明の測定装置の分解能が決定される。[0013]の例
で、ΔZ=10μmでX=300μmのとき、CCD上
の移動量が300ピクセルであれば、測定分解能は10
/300=0.033μmとなる。分解能はA、B、C
及び撮像素子のピクセル数により適宜決定することがで
きる。
【0017】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によると、初期設
定の位置からのずれ量を拡大して測定することができ
る。本測定器を使用した装置は位置ずれ測定が容易にで
き、繰り返し移動作業の制御が精度良くできる。
定の位置からのずれ量を拡大して測定することができ
る。本測定器を使用した装置は位置ずれ測定が容易にで
き、繰り返し移動作業の制御が精度良くできる。
【0018】請求項2に記載の発明によると、撮像素子
上への撮像スポットを明確にでき、測定装置の精度を上
げることができる。
上への撮像スポットを明確にでき、測定装置の精度を上
げることができる。
【0019】請求項3に記載の発明によると、一つにセ
ンサでX−Y2方向の移動量を測定することができる。
また、レーザー光のスポット画像の中心をだして移動量
を測定するので、レーザー光のスポット歪みの影響を最
小限にすることができる。
ンサでX−Y2方向の移動量を測定することができる。
また、レーザー光のスポット画像の中心をだして移動量
を測定するので、レーザー光のスポット歪みの影響を最
小限にすることができる。
【図1】従来技術による精密加工装置または精密組立装
置に使用されるXYテーブルの斜視図
置に使用されるXYテーブルの斜視図
【図2】本発明の測定装置の測定原理を説明するための
模式図
模式図
【図3】レーザー光を撮像素子で撮像し、レーザー光の
移動量を測定する方法を説明するための模式図
移動量を測定する方法を説明するための模式図
1 ステッピングモータ 2 送り螺子 3 テーブル 4 ステッピングモータ 5 送り螺子 6 テーブル 7 基台 10 レーザー発光器 11 ハーフミラー 12 凹面鏡 13 撮像素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA03 AA19 BB15 CC00 FF43 GG04 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL19 LL46
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも、被測定物に着ける凹面鏡と
凹面鏡にレーザー光を照射するレーザー光源とレーザー
光を透過及び反射するハーフミラーと凹面鏡で反射され
て入射したレーザー光を撮像する撮像素子を備え、撮像
素子により撮像されたレーザー光の移動量から被測定物
の移動量を演算することを特徴とする測定装置。 - 【請求項2】 レーザー光源とハーフミラー間に凸レン
ズを備えたことを特徴とする請求項1記載の測定装置。 - 【請求項3】 撮像されたレーザー光のスポット画像を
XY座標で認識し、スポット画像のX軸、Y軸での最大
長さの中間点を座標原点とし、移動後のスポット画像の
X軸、Y軸での最大長さの中間点を前記原点からの移動
量としてXY座標で表示することを特徴とする請求項1
または2記載の測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000019403A JP2001208512A (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000019403A JP2001208512A (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001208512A true JP2001208512A (ja) | 2001-08-03 |
Family
ID=18546098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000019403A Pending JP2001208512A (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001208512A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007030014A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Murata Mach Ltd | パンチプレスの工具位置検知装置 |
-
2000
- 2000-01-28 JP JP2000019403A patent/JP2001208512A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007030014A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Murata Mach Ltd | パンチプレスの工具位置検知装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050131 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060912 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070130 |