JP3787028B2

JP3787028B2 - 変位測定装置

Info

Publication number: JP3787028B2
Application number: JP02104698A
Authority: JP
Inventors: 憲司松丸; 敦郎田沼
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2018-02-02
Also published as: JPH11218431A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の変位量を測定する変位測定装置に係り、特に、測定時におけるセンサヘッドの位置合わせを容易に行える変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変位測定装置は、センサヘッドから測定用のレーザ光を被測定物に出射し、その反射光を検出素子で受光することにより、被測定物の変位量を非接触で測定する。
このような変位測定装置においては、被測定物の測定面が変位測定装置の測定範囲に入るように位置合わせする必要がある。また、被測定物の種類が異なる毎に位置合わせが必要である。この位置合わせは、センサヘッドあるいは被測定物を相対的に近づけたりあるいは離して行う。
【０００３】
図４は、従来の変位測定装置の表示器を示す正面図である。
下半部には操作部５０が設けられ、複数の操作スイッチ５１により、測定条件、数値入力、レンジ切替、チャンネル切替、処理機能の選択等の各種処理設定が行われる。
【０００４】
上半部には測定表示部５３が設けられ、被測定物の測定面の変位量の数値は左側の数値表示部５４に表示される。
また、中央部の位置表示部５５は横に複数個のＬＥＤが配置されてなり、被測定物の測定面がセンサヘッドの測定範囲の中央にあれば中央のＬＥＤが点灯し、また、被測定物の測定面がセンサヘッドの測定範囲に近づくにつれ右側のＬＥＤが点灯し、一方、被測定物の測定面がセンサヘッドの測定範囲より遠ざかるにつれ左側のＬＥＤが点灯するようになっている。
また、右側には同様に横に複数個のＬＥＤを配置してなる受光量表示部５６が設けられ、検出素子で受光した反射光の受光量の大きさに対応して小さい時には左側のＬＥＤが点灯し、大きくなるにつれ右側のＬＥＤまで点灯するようになっている。この受光量が極端に小さいとき、及び飽和したときにはそれぞれ被測定物の変位量を正確に検出することができないため、その旨が警告されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の変位測定装置で被測定物を測定する際の位置合わせ時には、受光量表示部５６を見て受光量が過不足ない範囲にあるかの確認と、位置表示部５５を見て測定面が変位測定装置の測定範囲の略中央に位置しているかの確認を、それぞれ行う必要がある。
しかしながら、一般的には被測定物の上部にセンサヘッドが配置され被測定部物を上下方向で位置合わせする場合が多いため、位置表示部５５のスケールが横に向いていると実際の位置関係と対応しておらず、位置調整のため被測定物あるいはセンサヘッドを上下方向に移動させると位置表示部５５のＬＥＤが横に移動するため、位置合わせを容易に行えない問題があった。
【０００６】
また、上記位置表示部５５及び受光量表示部５６は、いずれも横方向に複数個のＬＥＤを配設してなる構成であるため、互いの表示内容を区別しにくく混同するおそれがあった。
そして、被測定物Ｗの種類が異なる毎に、上記位置調整をし直さねばならないため、この位置調整作業を容易に行えることが望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、被測定物の測定前に必要なセンサヘッドと被測定物との位置合わせを容易に行える変位測定装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の変位測定装置は、請求項１記載のようにセンサヘッド（１）から被測定物（Ｗ）の測定面に測定光を照射し、検出素子で検出された反射光の変化に基づき、前記被測定物の変位量を測定する変位測定装置において、
前記センサヘッドの形状及び被測定物の位置、さらに該被測定物に対する測定光の照射状態を実際の配置位置に対応して表示する配置状態表記部（１１）を備え、
前記変位量に基づき前記配置状態表記部が示す前記被測定物の測定面の位置と前記センサヘッドとの表示間隔が近づきあるいは離れる方向に移動表示自在な表示部（１０）とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載のように、前記配置状態表記部（１１）は、
前記センサヘッドの形状、測定光の照射状態、及び前記被測定物（Ｗ）の測定面の位置が測定可能な範囲を示す前記被測定物の測定面の位置検出方向に沿って所定長さを有する測定範囲用枠体（１５）がそれぞれ前記表示部（１０）上に固定表示され、
前記測定範囲用枠体（１５）内にて前記変位量に基づき前記被測定物と前記センサヘッドとの距離に対応して前記被測定物の測定面の位置検出方向に表示位置が移動可能な測定位置指標（１４）とを有する構成としてもよい。
【００１０】
また、請求項３記載のように、前記測定範囲用枠体（１５）側部には、前記変位量が該測定範囲用枠体が示す測定可能範囲を越える場合に警報表示するアラーム表示体（１６ａ，１６ｂ）が設けられた構成としてもよい。
【００１１】
また、請求項４記載のように、前記配置状態表記部（１１）の側部には、前記位置検出素子で検出された反射光の受光量の度合いに対応する表示を段階的に示す光量インジケータ（１７）が配置された構成としてもよい。
【００１２】
また、本発明の変位測定装置は、請求項５記載のように、被測定物（Ｗ）に測定光を照射し、検出素子で検出された反射光の変化に基づき、前記被測定物の変位を検出するセンサヘッド（１）と、
前記センサヘッドの出力に基づき前記被測定物の測定面の変位を演算処理して求めるセンサ処理部（２）と、
前記被測定物の測定時にはセンサ処理部の処理内容を、また、前記被測定物測定前には該被測定物と前記センサヘッドとの間の距離を位置合わせするための操作案内画面（１０）を表示する表示部（３）とを有し、
前記表示部は、前記位置合わせ時に表示される操作案内表示画面として、前記センサヘッドの形状及び被測定物の位置、さらに該被測定物に対する測定光の照射状態を実際の配置位置に対応して配置状態表記部（１１）に表示し、
前記変位に基づき前記配置状態表記部が示す前記被測定物の測定面の位置と前記センサヘッドとの表示間隔が近づきあるいは離れる方向に移動表示自在なことを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、表示部１０には、センサヘッド１と被測定物Ｗの実際に配置状態に対応した配置状態表記部１１が表示され、被測定物Ｗの測定前における位置合わせ時にセンサヘッド１と被測定物Ｗの距離を可変すると配置状態表記部１１上でもセンサヘッドと被測定物の測定面の位置の表示間隔が対応して変化するため、この配置状態表記部１１を見ながらセンサヘッド１と被測定物Ｗとの間隔が最適な間隔となるようセンサヘッド１と被測定物Ｗの距離を可変することができるようになり、この位置合わせを容易に行え、迅速に測定動作に移行できるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の変位測定装置における表示画面を示す図、図２は、変位測定装置の全体構成を示すブロック図である。
図２に示すように、変位測定装置はセンサヘッド１、センサ処理部２、表示部３で大略構成されている。
センサヘッド１内部には、ＬＤ及びＬＤ駆動回路が設けられ被測定物Ｗに対しレーザ光等の測定光を照射するとともに、被測定物Ｗからの反射光は位置検出素子（ポジションセンサ）で検出され、センサヘッドと被測定物Ｗとの距離に応じてポジションセンサ上を移動する。このポジションセンサ上での光スポットの像の位置に応じて被測定物Ｗとの間の距離に応じた信号が増幅器を介してセンサ処理部２に出力される。
【００１５】
ここで、図２に示すようにこの変位測定装置と被測定物Ｗとの距離が作動距離（ＷＤ）にあるとき（測定範囲ＭＲの中心位置に被測定物Ｗが位置しているとき）において、細長いポジションセンサの略中央位置に反射光が収束位置し、図示の点線の如く、被測定物Ｗの測定面位置が変位測定装置に近接したとき、あるいは離れたときには、ポジションセンサ上で反射光は長さ方向で相対する方向に移動してポジションセンサからは対応する信号（変位信号）が出力される構成となっている。
【００１６】
センサ処理部２には、センサヘッド１から出力された信号を処理するアナログ信号処理回路、アナログ信号処理回路の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、デジタル化後の前記信号の変化に基づき、被測定物Ｗの変位量（例えば被測定物Ｗの表面凹凸量や高さ、また、被測定物Ｗが回転体である場合には反り、うねり等）を演算して求めるＣＰＵ及びメモリ、Ｉ／Ｆ等が設けられており、得られた変位量は表示部３に表示出力される。
【００１７】
ところで、被測定物Ｗの測定前に、センサヘッド１と被測定物Ｗとの距離が作動距離（ＷＤ）を中心とする測定範囲（ＭＲ）内に位置するように位置決めを行う必要がある。この位置決め時には、後述する位置決め操作を案内する表示画面を表示部３上に表示する。
このとき、表示部３は、前記位置合わせ時に図２に示すように表示画面１０が切替えて表示されるようになっている。
【００１８】
表示画面１０の左側には、センサヘッド１と被測定物Ｗの実際の配置関係を示す配置状態表記部１１が表示される。この配置状態表記部１１は、上部にセンサヘッド１を簡略化した形状表示体１２が表示され、このセンサヘッド１の形状表示体１２の下部には照射光１３ａ及び被測定物からの反射光１３ｂがそれぞれ仮想的に表示される。この形状表示体１２は、図示のようにセンサヘッド１の縁線だけを表示したり内部を塗りつぶすなど各種表示態様がある。
【００１９】
そして、センサヘッド１の形状表示体１２の下部位置には、被測定物Ｗの測定面位置を示す測定位置指標１４が水平な線状に点灯表示される。この測定位置指標１４は、予め設定された測定範囲用枠体１５内で上下動自在である。また測定範囲用枠体１５は、上下間の長さがセンサヘッド１の作動距離（ＷＤ）を中心として上下方向に所定範囲づつ設定された測定範囲（ＭＲ）に対応する長さに設定されている。
この測定範囲用枠体１５の上下にはそれぞれアラーム表示体１６ａ（＋ＦＳ），１６ｂ（−ＦＳ）が設けられる。センサヘッド１の出力が測定範囲から上下方向に外れたときにそれぞれ点灯表示され、測定範囲外であることを警告するようになっている。
【００２０】
この配置状態表記部１１の側部には、センサヘッド１で受光した反射光の光量を示す光量インジケータ１７が設けられている。この光量インジケータ１７は、上下方向に複数段の段階でレベルを点灯表示するものであり、受光レベルが高いほど上段まで点灯表示されるようになっている。尚、この光量インジケータ１７側部には受光レベルを示す数値（０、−６０ｄＢ）が表示され、また、最下段には光量不足の旨が表示（ＤＡＲＫ）されている。
【００２１】
表示画面１０の右上には、被測定物Ｗの測定面の変位量を数値表示する数値表示部１８が配置されている。尚、この数値は被測定物Ｗの測定面が測定範囲（ＭＲ）の中心より下方位置の場合には図示の如くマイナス（−）表示される。
尚、上記表示部３は液晶表示体で構成されており、このような液晶表示の場合には液晶体の電圧印加を制御して光の透過を可変して例えば白黒の反転表示により視認する構成となっている。
ところで、配置状態表記部１１におけるセンサヘッド１の外径線、光の経路１３ａ，１３ｂ、測定範囲用枠体１５、ＷＤ，ＭＲの表記（範囲線を含み）、光量インジケータ１７の外枠、ｄＢ表記、数値表示部１８の外枠など表示内容が不変な項目は、予め表示部３上のガラス面上に印刷表示する構成としてもよい。
【００２２】
次に、上記構成による被測定物Ｗの位置合わせ動作を図３のフローチャートを用いて説明する。以下の説明では、被測定物Ｗを基準面上に載置固定し、センサヘッド１側を上下に移動させて位置合わせする構成を例に説明する。
まず、センサヘッド１を被測定物Ｗから十分離した位置にする（ＳＰ１）。即ち、センサヘッド１の作動距離ＷＤ及び測定範囲ＭＲが被測定物Ｗにかからないよう、このセンサヘッド１を被測定物Ｗの位置より十分上方位置に位置させておく。
【００２３】
次に、センサヘッド１を下方に移動させて被測定物Ｗ方向に近づける（ＳＰ２）。これにより、センサヘッド１が被測定物Ｗを検出し始め、配置状態表記部１１内には測定範囲の下限位置（−ＦＳ）である旨のアラーム表示体１６ｂが表示される（ＳＰ３）。即ち、操作者に対しセンサヘッド１をより被測定物Ｗ側に近づけるよう促す表示がなされる。
【００２４】
この配置状態表記部１１の表示を見て操作者はセンサヘッド１を被測定物Ｗにさらに近づける（ＳＰ４）。対応して、センサヘッド１は被測定物Ｗを検知して光量インジケータ１７に所定量の受光レベルが表示されるようになる。同時に、センサヘッド１の測定範囲（ＭＲ）内に被測定物Ｗが位置することにより、アラーム表示体１６ｂが非表示状態となり、また、測定範囲用枠体１５内の最下段に測定位置指標１４が表示されるようになる（ＳＰ５）。
これにより、操作者は配置状態表記部１１を見ることにより被測定物Ｗが測定範囲内に入ったことを視認できるようになる。同時に測定範囲用枠体１５内の最下段に測定位置指標１４が表示された状態を見て被測定物Ｗはまだ適切な位置に位置していない旨を判断できる。
【００２５】
したがって、次に、操作者はさらにセンサヘッド１を下方に移動させる（ＳＰ６）。対応して配置状態表記部１１の測定範囲用枠体１５内の測定位置指標１４が下方から上方に移動する（ＳＰ７）。
操作者は、配置状態表記部１１を見ながらこの測定位置指標１４が測定範囲用枠体１５の中央位置付近に位置するまでセンサヘッド１を下降させ（ＳＰ８）、この位置でセンサヘッド１の上下高さを固定する。
これにより、被測定物Ｗに対しセンサヘッド１が作動距離（ＷＤ）程度離して位置させることができる。この位置合わせ時には、光量インジケータ１７の受光レベルが所定レベル以上あることを確認しておく。この受光レベルは、被測定物Ｗが測定範囲用枠体１５の範囲内に位置している状態で所定以上のレベルが得られるようになっている。
【００２６】
この後、測定範囲（ＭＲ）を中心として上下（±）方向に変動する変位量を測定することができるようになる。この測定時には、表示部３の上記表示画面１０は測定用の他の表示画面に切り替えられるようになっている。
【００２７】
尚、上記位置合わせ時において、被測定物Ｗの測定面に相当する測定位置指標１４は、少なくとも測定範囲用枠体１５の範囲内に位置していれば測定が可能となるものであるが、測定位置指標１４を測定範囲用枠体１５の中央位置付近に位置させることにより、上下（±）方向に対し同程度の変位量が検出できるようになる。このように測定位置指標１４を測定範囲用枠体１５の中央位置付近に位置させるよう被測定物Ｗを位置合わせすることが測定上最も適切である。
【００２８】
上記実施の形態における位置合わせ作業では、被測定物Ｗを固定しセンサヘッド１側を上方から近接させる構成について説明したが、逆にセンサヘッド１を固定し被測定物Ｗを下方から近接させても同様に位置合わせすることができる。
また、センサヘッド１に対し被測定物Ｗをできるだけ近接させた位置から測定範囲の中央に位置するよう離していく手順であっても同様に測定範囲用枠体１５内での測定位置指標１４の移動に基づき位置合わせを行える。
【００２９】
また、上記実施の形態では、センサヘッド１が下方に測定光を出射し反射光を受光する構成としセンサヘッド１と被測定物Ｗを上下位置に配置し、表示部３における配置状態表記部１１もこれに合わせてセンサヘッドの形状表示体１２と被測定物Ｗの測定位置指標１４を上下に配置した構成としたが、配置状態表記部１１の表示形態は、実際のセンサヘッド１及び被測定物Ｗの配置に合わせて切替表示する構成としてもよい。例えば、被測定物Ｗに対しセンサヘッド１が水平方向から測定光を出射する構成の場合には、同様に配置状態表記部１１のセンサヘッドの形状表示体１２と被測定物Ｗの測定位置指標１４が水平な横方向に配置されたものを選択する。
さらに、上記実施の形態では、被測定物の変位を三角測量法で得る構成としたが、これに限られるものではなく、例えば共焦点法で得る構成とし配置状態表記部１１を対応する表示形態としてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、表示部上には、実際のセンサヘッド及び被測定物の配置状態に対応した配置状態表記部が表示され、被測定物の測定前における位置合わせ時にはこの配置状態表記部に表示された測定位置指標を見ながら、センサヘッドと被測定物の表示間隔が適当となる位置まで被測定物とセンサヘッドとを相対的に近接あるいは離す操作を行えばよく、実際の移動方向と配置状態表記部での移動方向が一致する方向となるため、位置合わせ操作を容易に行うことができるようになる。
また、配置状態表記部にセンサヘッドの測定範囲を示す測定範囲用枠体を表示する構成とすれば、測定位置指標がこの測定範囲用枠体内に入った状態で測定可能となることが容易に判り位置合わせの基準を容易に得られるようになり、測定動作に迅速に移行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の変位測定装置の表示部の表示内容を示す図。
【図２】同変位測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図３】同変位測定装置の位置合わせ時の操作手順を示すフローチャート。
【図４】従来の変位測定装置の表示器を示す正面図。
【符号の説明】
１…センサヘッド、２…センサ処理部、３…表示部、１０…表示画面、１１…配置状態表記部、１２…形状表示体、１４…測定位置指標、１５…測定範囲用枠体、１６ａ，１６ｂ…アラーム表示体、１７…光量インジケータ、１８…数値表示部。

Claims

センサヘッド（１）から被測定物（Ｗ）の測定面に測定光を照射し、検出素子で検出された反射光の変化に基づき、前記被測定物の変位量を測定する変位測定装置において、
前記センサヘッドの形状及び被測定物の位置、さらに該被測定物に対する測定光の照射状態を実際の配置位置に対応して表示する配置状態表記部（１１）を備え、
前記変位量に基づき前記配置状態表記部が示す前記被測定物の測定面の位置と前記センサヘッドとの表示間隔が近づきあるいは離れる方向に移動表示自在な表示部（１０）を備えたことを特徴とする変位測定装置。
前記配置状態表記部（１１）は、
前記センサヘッドの形状、測定光の照射状態、及び前記被測定物（Ｗ）の測定面の位置が測定可能な範囲を示す前記被測定物の測定面の位置検出方向に沿って所定長さを有する測定範囲用枠体（１５）がそれぞれ前記表示部（１０）上に固定表示され、
前記測定範囲用枠体（１５）内にて前記変位量に基づき前記被測定物と前記センサヘッドとの距離に対応して前記被測定物の測定面の位置検出方向に表示位置が移動可能な測定位置指標（１４）とを有する構成とされた請求項１記載の変位測定装置。
前記測定範囲用枠体（１５）側部には、前記変位量が該測定範囲用枠体が示す測定可能範囲を越える場合に警報表示するアラーム表示体（１６ａ，１６ｂ）が設けられた請求項２記載の変位測定装置。
前記配置状態表記部（１１）の側部には、前記位置検出素子で検出された反射光の受光量の度合いに対応する表示を段階的に示す光量インジケータ（１７）が配置された請求項１記載の変位測定装置。
被測定物（Ｗ）に測定光を照射し、検出素子で検出された反射光の変化に基づき、前記被測定物の変位を検出するセンサヘッド（１）と、
前記センサヘッドの出力に基づき前記被測定物の測定面の変位を演算処理して求めるセンサ処理部（２）と、
前記被測定物の測定時にはセンサ処理部の処理内容を、また、前記被測定物測定前には該被測定物と前記センサヘッドとの間の距離を位置合わせするための操作案内画面（１０）を表示する表示部（３）とを有し、
前記表示部は、前記位置合わせ時に表示される操作案内表示画面として、前記センサヘッドの形状及び被測定物の位置、さらに該被測定物に対する測定光の照射状態を実際の配置位置に対応して配置状態表記部（１１）に表示し、
前記変位に基づき前記配置状態表記部が示す前記被測定物の測定面の位置と前記センサヘッドとの表示間隔が近づきあるいは離れる方向に移動表示自在なことを特徴とする変位測定装置。