JPS62192610A - 非接触変位測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、寸法１測定、形状測定等に用いる非接触変
位測定装置に関する。

〈従来の技術〉 電荷転送素子（ＣＴＤ）等の固体撮像素子を利用した従
来の非接触変位測定装置は、第７図に示すように、発光
ダイオード（ＬＥＤ）等の光源１００より照射レンズ＋
０１を通し、１本の光線を被測定物体ｌＯ３に照射して
、被測定物体１０３上Ａ点に光点つまり反射点を形成す
る。この反射点からの反射光を集光レンズ１０５を通し
て、固体撮像素子１０６上に結像スポットＡ°を形成す
る。

この光路系において、Ａ点がＢ点に移動すると、結像ス
ポットはＡ°点からＢ°点に移動する。反射点のＡ点か
らＢ点への移動量をｄ１結像スボツトのへ°点からＢ°
点への移動ｍをＸとすると、ｄ＝ｋｘの関係がある。

ここでｋは光学系より定められる定数である。

従って、Ｘの値を測定すれば、被測定物体の変位ｄが非
接触にて測定できる。

第８図は結像スポットＡ°点とＢ°点を模式的に書いた
ものである。結像スポットの移動型ｘを求めるには、結
像スポットの結像代表点、つまり固体撮像素子１０６の
画素１０７の画素ナンバーをある方法にて定め、それら
の差Δｎを求め、素子ビソヂをＰとすれば、移動ｍＸは
Δｎ−Ｐとして求められ、被測定物体１０３の変位ｄが
求まる。

ここで、結像代表点を求める方法としては、スライスレ
ベルとビデオ信号を比較し、スライスレベルを超えたビ
デオ信号の始端または終端の画素のナンバーを結像代表
点とする方法、あるいはスライスレベルを超えたビデオ
信号の画素のナンバーの平均値を求め、これを結像代表
点とする方法がある。

前述の様に、従来法では、基本的には反射スポットのビ
デオ信号とスライスレベルを比較する事で結像代表点を
求めている。

この際、外乱光が被測定物体１０３上に当たり、そのビ
デオ信号がスライスレベルより大きくなると、反射光よ
り生じるビデオ信号との識別が困難になり、結像代表点
を求めるのに誤差を生じる事になる。これを防ぐため、
従来法ではスライスレベルをノイズレベルより充分大き
く設定し、ＳＺＮ比（信号対雑音比）を大きくなるよう
にしている。

この状態において、被測定物体１０３の表面性状の変化
等により、反射光量が減少し、スライスレベルよりビデ
オ信号が小さくなると、結像代表点を求める事ができな
くなる。

従って、従来法では、この場合、被測定物体１０３への
入射光量を増加させるか、クロック周波数の変更により
素子感度を増加させるか等の制御方法を採用し、ビデオ
信号を常にスライスレベルより大きくしている。

なお、この制御方法を採用していない従来の変位計では
、被測定物体の表面性状に合わせて、スライスレベルを
手動により初期設定する機能を具備しているのが一般的
である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、ビデオ信号を常にスライスレベル以上にする
ための制御方法を採用している従来の非接触変位測定装
置では、反射光量検知器を具備したモニタ回路と測定光
重調整回路又は固体撮像素子の感度調整回路が必要とな
る。

そこで、本発明の目的は、上記の回路を具備せずに、被
測定物体の表面性状が変化しても、結像代表点を自動的
に求め、変位測定値が被測定物体の表面性状の影響を受
けない様にする事である。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の非接触変位測定装置
は、第１図に例示するように、複数個のレベルの異なる
スライスレベルとビデオ信号とを比較して、各スライス
レベルでスライスレベルとビデオ信号との交点数を算出
する交点数算出手段７と、上記交点数算出手段７で得た
交点数に基づいて、交点数が２個であるスライスレベル
を選択して、この交点数が２個となるスライスレベルと
ビデオ信号との交点情報を出力する選択手段８と、上記
選択手段８からの交点情報に基づいて結像代表点を算出
する結像代表点算出手段９とを備えたことを特徴として
いる。

く作用〉 交点数算出手段７にて、複数のレベルの異なるスライス
レベルとビデオ信号との交点数が算出される。この交点
数はスライスレベルによって次のＡ種、Ｂ種、０種の３
種のうちのいずれか１種に区分される。

Ａ種ニスライスレベルがビデオ信号より大きいため、交
点がないもの。第２図にこの状態を示す。

８種ニスライスレベルとビデオ信号が交わり、これらの
交点が３点以上あるもの。第３図と第４図はこの状態を
示したしのである。

第３図はビデオ信号の上端部とスライ スレベルが同一レベルになった時に生じる状態であり、
これらの複数交点を表す２値化信号より結像代表点を決
めると、被測定物体の表面粗度等の影響が含まれたもの
になる。

第４図は、外来光等のノイズにより生 じたビデオ信号との交点１１０を含むため、これらの複
数交点より、結像代表点を決めると、誤差を含んだもの
になる。

０種ニスライスレベルとビデオ信号との交点数が２個の
ものである。第５図はこの状態を示したものであり、被
測定物体の反射点のビデオ信号のみが、スライスレベル
と交わった状態を示す。

選択手段８は交点数算出手段７で得た交点数に基づいて
、交点数が２個となるスライスレベルを選択して、この
スライスレベルとビデオ信号との交点情報を出力する。

すなわち、選択手段８は０種を選択して、被測定物体２
の反射点のビデオ信号のみがスライスレベルと交わった
ときの交点情報を出力する。これにより、外乱光等のノ
イズや被測定物体の表面粗度等の影響が除去され、反射
点の正確な位置を表す交点情報が得られる。

結像代表点算出手段９は、上記選択手段８からのたとえ
ばディジタル化された２つの交点情報より結像代表点を
演算する。この演算はたとえば２つの交点情報の平均値
を求める演算である。

去して、この結像代表点の移動面後の値より被測定物体
２の変位が算出される。

〈実施例〉 第１図に本発明の具体的構成を示す。

ｌは測定光を被測定物体２に入射させるための光源であ
る。３は被測定物体２上の反射点からの光を集光し、固
体撮像素子４上に結像するための集光レンズである。５
は固体撮像素子４を駆動するためのクロックドライバー
である。６は固体撮像素子４からの信号を受け、ビデオ
信号を作成するビデオ信号作成器である。７は複数の交
点算出回路７　ａ、　７　ｂ、　７　ｃ、　７　ｄを含
む交点数算出手段である。上記交点算出回路７　ａ、　
７　ｂ、　７　ｃ、　７　ｄは互いにレベルが異なるス
ライスレベルを使用し、各スラ　　　　　ゝイスレベル
とビデオ信号とを比較して、各スライスレベルとビデオ
信号との交点位置を表す交点情報および交点数を表す交
点数情報を選択手段８に出力する。上記選択手段８は交
点算出回路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄで得た交点数情報よ
り、交点数が２個である先に述べた０種のスライスレベ
ルを選択して、このスライスレベルとビデオ信号との交
点情報のみを結像代表点算出手段９に出力する。この交
点情報は第５図に示すように、交点が２点のみの情報で
第３図や第４図のものと異なり、被測定物体２の表面粗
度の影響や外乱光等のノイズを含まないものである。上
記交点情報は第５図に示すように、０種のスライスレベ
ルを超えたビデオ信号を２値化し、その両端の値、つま
り、対応する固体撮像素子４の結像スポットの両端の２
つの画素のナンバー（第８図参照）である。結像代表点
算出手段９は上記２つの交点情報を平均して、その平均
値を結像代表点とする。変位算出器ＩＯは結像代表点算
出手段９力１ら人力される被測定物体２の移動爪を算出
して、被測定物体２の変位を表す情報を出力する。

表面性状の異なる被測定物体として、白紙、黄銅、ステ
ンレス、木材の３種を使用し、それについて変位測定を
行った。

第６図の（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）
はそれぞれ、白紙、黄銅、ステンレス、木材のビデオ波
形例を示す。

この際、固体撮像素子４の感度、光源ｌの出力は一定と
したので、第６図のビデオ信号の差異は被測定対象物の
表面性状のみに起因するものである。

スライスレベルとして、次の第１表に示す４種のものを
用いた。同表にビデオ信号に応じてスライスレベルをＡ
、Ｂ、０種に区分した結果を合わせて示す。

−以下余白　− 第１表 測定結果を下記の第２表に示す。スライスレベルはＣ征
のものを選択し、それが２ｕＡ以上ある場合は、スライ
スレベルの電圧が一番高いものを選ぶ様にした。この第
２表より本発明では被測定物体の表面性状によらず、そ
の変位を正確に測定できることが分かる。

第２表 なお、交点数算出手段７と選択手段８と結像代表点算出
手段９とは、マイクロコンピュータのソフトウェアで構
成してもよく、あるいは比較器やカウンター等により構
成してもよい。

〈発明の効果〉 本発明によれば、最適なスライスレベルを選択して、交
点情報を得、て結像代表点を算出しているので、被測定
物体の表面性状が変わり、その反射光量が変化しても、
これらの結像代表点を求める事ができ、被測定物体の表
面性状の影響を受けないで変位測定ができ、また、外乱
光等のノイズの影響を除去できる。従って、本発明によ
れば測定開始前のスライスレベル初期設定等の手動操作
が不要となり、また表面性状が連続変化する被測定物体
の変位測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第り図は本発明の構成を示すブロック図、第２゜３．４
．５図はビデオ信号の波形とスライスレベルとの関係を
示す図、第６図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　
（ｄ）は実験例のビデオ信号とスライスレベルとの関係
を示す図、第す図は従来の変位測定装置を示す図、第８
図は固体撮像素子の結像スポットを示す図である。 ！・・・光源、２・・・被測定物体、３・・・集光レン
ズ、４・・・固体撮像素子、５・・・クロックドライバ
ー、６・・・ビデオ信号作成器、７・・・交点数算出手
段、８・・・選択手段、９・・・結像代表点算出手段、
１０・・・変位算出器。 特許出願人　川崎製鉄株式会社　外１名代　理　人　弁
理士　前出　葆　外２名第１図 ２：禎須鵡イ本 ４：「ａべ〉トＪ１楚ｋ（象景予 ５：クロックドライバー ７＝交点卓算出手段 ８二ｉ才に手段 ９：拮偉代覗点算出さ段 第２図 第３図 第４図 第７図 ＷｃＢ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光を被測定物体（２）上に照射して反
   射点を形成し、この反射点からの反射光を集光して固体
   撮像素子（４）の所定のピッチで配列された画素上に反
   射光スポットを形成し、クロックドライバー（５）で固
   体撮像素子（４）を駆動して得られるビデオ信号に基づ
   いて、結像代表点を算出して被測定物体（２）の変位を
   測定する非接触変位測定装置において、 複数個のレベルの異なるスライスレベルとビデオ信号と
   を比較して、各スライスレベルでスライスレベルとビデ
   オ信号との交点数を算出する交点数算出手段（７）と、 上記交点数算出手段（７）で得た交点数に基づいて、交
   点数が２個であるスライスレベルを選択して、この交点
   数が２個となるスライスレベルとビデオ信号との交点情
   報を出力する選択手段（８）と、上記選択手段（８）か
   らの交点情報に基づいて結像代表点を算出する結像代表
   点算出手段（９）とを備えたことを特徴とする非接触変
   位測定装置。