JPS63169509A

JPS63169509A - 傾き計測装置

Info

Publication number: JPS63169509A
Application number: JP86387A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Shiyakushi; 徹夫杓子
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-01-06
Filing date: 1987-01-06
Publication date: 1988-07-13

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〕本発明は、傾き計測装置に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

レーザ加工技術は、極めて高い出力パワー密度を得るこ
とができ、非接触で局所的加工が可能であることから、
広く利用されてきている技術である。

このようなレーザ加工工程においては、レーザビームの
位置制御が重要なポイントとなっている。

なかでも、被加工物の加工面に対して、レーザビームを
垂直に照射するということが高精度化の面では極めて重
要であり、このため被加工物の加工面の而傾きを測定し
、レーザービームの照射方向を制御する必要がある。

ところで而傾きの測定方法としては、例えば第７図に示
す如く、半導体レーザ等の光照射手段１００からの光を
投光レンズ１０１を介して被測定面Ｆに照射し、散乱反
射光を受光レンズ１０２で集光し、半導体装置検出素子
（ＰＳＤ）１０３上にスポットを結会させるようにした
ものがある。この方法では、受光レンズ１０２を動がす
ことにより、３角測量で距離を計測すると共に、ＰＳＤ
の受光量の最大となる光点位置から、被測定面の法線方
向を検出することができる。

しかしながらこの方法は、センサあるいはセンサの装着
されている装置そのものを動かさねばならないため測定
速度が遅く、測定精度が駆動系の精度で決まる等の欠点
があった。

また、第８図に示す如く、物体の被検出面の法線に対し
てその両側から夫々所定の角度で該検出面に入射される
２つの入射光束を有する光学系２００を配設すると共に
、該検出面からの反射光を検出すべくこれら２つの入射
光束の中心軸を挟むように反射光路上の互いに対称な位
置に、複数個の光検出器（センサ）２０１を具え、これ
らの光検出器の出力から上記検出面の角度および距離を
算出する方法も提案されている（特公昭５５−２１２８
２号公報）。

しかしながらこの方法では、光学系が複雑である上、複
数個の光検出器の配置が難しく、十分な測定精度を得る
ことができない等の欠点があった。

また、これらいずれの方法でも測定可能な面傾きは、セ
ンサ平面と一致した方向のみであった。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、被測定面の
而傾きを高精度に作業性良く測定することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、測定用の光束を通過せしめる透過孔
を有する２次元の半導体装置検出素子と、該透過孔を介
して被測定面に照射せしめられる光束を形成する光源と
を具え、被測定面からの反射光を該半導体装置検出素子
で検出し、反射光の受光位置から被測定面の而傾きを尊
出するようにしている。　　　　　　　　　“〔作用〕すなわちこの方法では入射光束は半導体装置検出素子に
穿孔された通過孔を通って被測定面に当り、反射光が半
導体装置検出素子に入射せしめられる。

この半導体装置検出素子の入射光には、反射光のみなら
ず拡散光も加わるが、全受光量の重心位置に対応した検
出電流が位置出力電流としてとり出される。

従って、特にレンズ等の光学系を必要とすることなく１
つのセンサで自由平面の面傾きが容易に作業性良く測定
される。

なお、半導体装置検出素子に孔を穿孔したことにより、
電流分布が変化するが、あらかじめ補正値を算出してＲ
ＯＭテーブル等に入力しておき、この補正値に基づいて
補正すればよい。

ところで、透過孔への入射光束が半導体装置検出素子の
受光面に対して垂直であるとき、距離センサ等によって
、半導体装置検出素子と被測定面との距離を測定してお
く必要があるがこの距離を１とし、透過孔の位置を原点
としたときの補正後の半導体装置検出素子の光点位置の
位置座標をＶ　　、Ｖ　　とし、被測定面の法線ベクト
ル「１ｙの方向は、で表わされる。

ここでｘｙ平面は半導体装置検出素子面、Ｚ軸は入射方
向と一致するものとする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図は、本発明実施例の面傾き計測装置のセンサヘッ
ドを示す図であるが、このセンサヘッドはレーザ加工用
の加工ヘッドと着脱自在に配設され、加工ヘッドの使用
に先立ち、被加工面の面傾きを測定するものである。

このセンサヘッドＳは、支持体１内に、レーザ光源２と
、レーザ収束用光学系３と、中央にレーザ光通過用の透
過孔りを具えた２次元の半導体装置検出素子４と、該半
導体装置検出素子４と被加工面Ｆとの距離ｌを測定する
１次元の半導体装置検出素子５１を含む距離センサ５と
から構成されており、前記半導体装置検出素子４の出力
と、距離センサ５の出力とから、第２図に示す如く演算
処理装＠６を介して被加工面の面傾きに対する法線ベク
トルｎの方向が検出せしめられるようになっている。

このセンサヘッドＳは、第３図にその検出原理の説明図
を示すように、２次元の半導体装置検出素子４は、受光
面がレーザ光源２に対して直交するように配置せしめら
れており、その中央部には透過孔りが穿孔せしめられ、
更にその周辺の光源側を囮うように遮光体７が配設され
ている。そしてレーザ光源２からのレーザ光は透過孔を
介して被加工面Ｆ（被測定面）に入り、被加工面で反射
されて、前記２次元の半導体装置検出素子４の受光面を
照射する。

また、距離センサ５は該反射光を集束する集光レンズ５
２を含み、その光点位置のずれ量から前記２次元の半導
体装置検出素子と被測定面との距離ノを測定するもので
ある。

更にまた、演算処理装置６は、前記２次元の半導体装置
検出素子４の４つの電極から出力される光電流から光点
位＠づなわち反射光の受光位置の座標１　　、Ｉ　　を
算出する第１の演算回路ｙ６１ｘ　、６１ｙと、透過孔りの存在による歪補正を行
い、実際の受光位置座標Ｖ、Ｖ、をｑ出する第１の補正
回路６２と、前記距離センサ５としての１次元の半導体
装置検出素子の２つの電極から出力される光電流から光
点位置を算出する第２の演算回路６３と、この光点位置
座標に補正を加えると共に、前記距離ｌを算出する第２
の補正回路６４と、これら第１および第２の補正回路の
出力から被加工面の波線ベクトルｎの方向を算出する第
３の演算回路６５とから構成されている。

この２次元の半導体装置検出素子は第４図（ａ＞（ｂ）
および（Ｃ）に示す如く、（第４図（ｂ）および（Ｃ）
はそれぞれ第４図（ａ）のＡ−Ａ断面およびＢ−８断面
を示す）絶縁性の基板３００上に第１の抵抗層３０１、
光電変換層３０２、第２の抵抗層３０３が順次積層せし
められ、４辺にそれぞれ第１の抵抗層３０１に接続する
ように電極Ｅ１およびＥ２が、第２の抵抗層３０３に接
続するように電極Ｅ３およびＥ４が配設されてなり、光
入射位置で、光生成電荷を生起せしめ、これを光電流と
して第１〜第４の電極Ｅ１〜Ｅ４からとり出し、これら
の電流の大きさによって光入射位置を演算するようにし
たものである。

ところで、この２次元の半導体装置検出素子に入射する
光は、完全な反射光成分Ｐの他に散乱光成分Ｒを含んで
いるが、第５図に、反射光の光強度分布と半導体装置検
出素子面上の受光光示の分布との関係を示す如くであり
、出−力されるのは、この入射光の重心位置に対応する
光電流となる。

また、距離センサ５は、その測定原理を第６図に示す如
く、距離ｌであるときの一次元の半導体装置検出素子の
受光位置Ｘからのずれ吊ΔＸから距離のずれ吊Δノを算
出するようにしたものである。

このようにして算出されたＶ　　、Ｖ　　およびｌｙを前記（１）および（２）式に代入すれば容易に而傾き
を測定することができる。

またこの装置は１つのセンサで測定しているため、バラ
ンス調整も不要であり、小型でかつ測定が容易である。

更に、このようにして測定した後レーザ加工用の加工ヘ
ッドととり替えることにより、そのまま加工工程へと作
業を進めることができる。

なお、実施例では、２次元の半導体装置検出素子の抵抗
膜として透光性材料を用い、被加工面からの反射光を該
２次元の半導体装置検出素子を越えて上方に設けられた
距離センサで検出するようにしたが、２次元の半導体装
置検出素子の基板又は基板側の抵抗膜を遮光性材料で構
成してもよく、その場合は透過孔の近傍に遮光体を配設
する必要はない。しかしながら、この場合距離センサを
２次元の半導体装置検出素子の下方または側方に配設し
なければならなくなり、装置が大型化するという欠点も
ある。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように本発明によれば、２次元の半導
体装置検出素子に、測定用の光束を通過せしめる透過孔
を穿孔し、該透過光を介して、被測定面に測定用の光束
を照射し、被測定面からの反射光を該２次元の半導体装
置検出素子に入射せしめその光点位置から、被測定面の
面傾きを篩出するようにしているため、１つのセンサで
容易に、高精度かつ高速度で面傾きを計測することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例の面傾き計測装置のセンサヘッ
ドを示す図、第２図は、同面傾き計測装置の演等処理装
置のブロック図、第３図は、同装置における而傾きの検
出原理を示す図、第４図（ａ）（ｂ）および（Ｃ）は同
装置で用いられる半導体装置検出素子を示す図、第５図
は、被測定面からの反射光の光強度分布と半導体装置検
出素子の受光面上の受光光量の分布との関係を示す図、
第６図は、同装置における距離センサの測定原理を示す
図、第７図および第８図は、夫々従来の而傾きの測定方
法を示す図である。１００・・・光照射手段、１０′１・・・投光レンズ、
１０２・・・受光レンズ、１０３・・・半導体装置検出
素子、２００・・・光学系、２０１・・・光検出器、Ｓ
・・・センサヘッド、１・・・支持体、２・・・レーザ光源、３・・・レーザ
収束用光学系、４・・・２次元の半導体装置検出素子、
５・・・距離センサ、６・・・演算処理装置、７・・・
遮光体、５１・・・１次元の半導体装置検出素子、５２
・・・集光レンズ、６１ｘ　、６１ｙ・・・第１の演算回路、６２・・・第
１の補正回路、６３・・・第２の演算回路、６４・・・
第２の補正回路、６５・・・第３の演算回路。第１図第４図（ａ）第４図（ｂ）第４図（Ｃ）第５図第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】測定用の光束を通過せしめる透過孔を有する２次元の半
導体光位置検出素子と、該透過孔を介して被測定面に照射せしめられる測定用の
光束を形成する光源とを具え、被測定面からの反射光を前記半導体光位置検出素子で検
出し、この反射光の受光位置に基ずいて被測定面の面傾
きを算出するようにしたことを特徴とする傾き計測装置
。