JP2001208512A - 測定装置 - Google Patents
測定装置Info
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- 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
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- 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 |