具有計測區域的自動設定裝置的位移傳感器的製作方法
2023-04-26 06:25:01
專利名稱：具有計測區域的自動設定裝置的位移傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種位移傳感器的計測對象區域的設定，特別是涉及在將玻璃等透明體作為計測對象物體時，將反射率不同的多個面作為對象的計測區域的設定方法。
背景技術：
在使用了三角測距法的非接觸位移傳感器(採用雷射等作為光源)中，從投光元件向計測對象物體照射光，然後利用從該計測對象物體反射的光被聚光在受光元件的哪個位置的信息，來計測到計測對象物的距離。
但是，在使用這樣的位移傳感器將玻璃等透明體作為計測對象進行計測時，通常，會產生來自玻璃表面和來自玻璃背面的2個反射光。此外，在這樣的玻璃板中，常常存在雖然在表面玻璃是裸露的但背面卻附有金屬覆膜等的玻璃等，在計測這樣的覆膜的玻璃時，由於表面和背面的反射率不同，所以反射光量會產生差距。作為這樣的玻璃板，例如有使用於電視機的陰極射線顯像管的玻璃板、液晶顯示面板的玻璃板等。這種情況下，為了與其中一側的面對應而調整了投光元件的發光量或者受光元件的受光增益等受光靈敏度時，另一側的面的受光狀態不能保持在適當的狀態(變為受光量過大或者過小的狀態)，很難正確地取得表面和背面的位置。
此外，在實施玻璃計測時，存在來自表面或背面的經反射或者多重反射而入射的光。這樣，為了穩定計測玻璃的表面位移或玻璃的厚度，需要分開各自的面來確認受光位置。作為其裝置，通過將要計測的受光位置附近作為計測對象區域進行設定，從而能夠對所設定的計測對象區域進行穩定的計測。
例如，如圖11中(a)所示那樣，在規定的雷射發光量、以及受光靈敏度的設定中，若將玻璃板作為計測對象物體進行計測，則有如下這樣的情況作為從受光元件得到的圖像，玻璃表面和背面的反射光量有明顯的差異，而不能穩定計測雙方。此外，如圖11中(b)所示那樣，在規定的雷射發光量以及受光靈敏度的設定中，由於玻璃的表面和背面的反射率的差異過大的原因，往往存在只能得到表面或背面的某一方的受光圖像的情況。這時，若與受光量小的一方對應，以能進行穩定的計測的方式而提高雷射發光量和受光元件的全部像素區域的受光靈敏度，則由於另一方的反射面已經飽和，所以會產生不能進行穩定的計測的問題。
於是，為了應對這樣的情況，如圖11中(c)所示那樣，例如，將計測區域限定在由虛線包圍的區域內，僅對該區域調整雷射發光量和受光增益，由此沒有給其他的反射面帶來不良影響，並能夠使要計測的面穩定受光。
而且，在拍攝元件的全部像素區域中，能夠將離散的多個具有任意大小的區域作為計測對象區域而進行設定的位移傳感器廣為人知(例如參照專利文獻1)。
專利文獻1WO2001/057471。
但是，如圖11中(b)所示那樣，在從受光元件得到的圖像上，在來自反射率小的面的受光量通過此時的受光靈敏度的設定狀態而不能觀測時，在未考慮到該面的存在的情況下，對應於受光量大的一方來設定靈敏度的可能性高。當然，雖然只要找出全部的反射面而相對於各個面設定上述的計測對象區域即可，但首先考慮到這樣的工作是必須的這件事情本身是很困難的。此外，反射面之間的間隔寬，一方的反射面的像成在受光元件上的能夠測定的位移計測範圍之外的情況下，因為不存在於受光元件上，所以不管怎麼尋找也不能找出該面，從而不能對應於該面而設定計測對象區域。在這樣的情況下，存在如下的情況雖然是作為檢測對象的玻璃和位移傳感器的距離有問題，但仍認為是由於沒能設定好靈敏度而反覆進行錯誤的試行，從而設定花費工夫。這樣，雖然反射率低的面的像不能看見但也可能存在，並且也有即使是在計測對象上有反射率低的面，由於像成在位移計測的範圍外，從而無法顯示在受光元件的圖像上的情況，因此計測區域設定工作成為包含其必要性而考慮到位移傳感器的範圍、計測對象物體的反射面的間隔、位移傳感器和反射面之間的設置間隔的很難的判斷，很難說是現場人員能夠簡單地進行的工作。
而且，這樣的工作被指出存在需要用戶的介入從而降低工作效率的問題。
此外，存在這樣的問題這樣，用戶通過被顯示在監視器等上的受光波形識別計測對象區域的大體位置，其後在用手輸入而進行計測區域的設定時，在上述的圖11中(a)的情況下，能夠把握在某種程度哪個位置上存在第二個反射面從而進行計測區域的設定，而在圖11中(b)的情況下，由於不知道第二個反射面存在於何處，因此在進行計測區域的設定之前，為確認其位置而要求必須調整投光元件的雷射發光量和受光元件的受光靈敏度這樣繁雜的工作，會大幅降低工作效率。
發明內容
本發明是著眼於這些現有的問題而作成的，其目的在於提供一種位移傳感器，即使在將玻璃等透明體這樣的、具備具有不同的反射率的多個面的計測對象物體作為對象時，也能夠自動地進行計測對象區域的設定，並能夠進行穩定的計測。
本發明的其他目的在於提供一種位移傳感器，即使在玻璃等透明體上進行了金屬覆膜等處理從而在其表面和背面的反射率顯著不同的情況下，也不加入用戶的人工操作，而能夠自動地進行計測對象區域的設定，從而能夠大幅提高工作效率。
本發明的進一步的其他目的以及作用效果，通過參照說明書的以下記述，本領域的普通技術人員是能夠容易地理解的。
本發明的位移傳感器，包括投光元件，其用於對計測對象物體以規定角度照射光；受光元件，其用於接收來自被光照射的計測對象物體的反射光；計測對象區域的自動設定裝置，其使投光元件的發光量從規定值起自動地按規定量或者規定比率逐步增加，直到由受光元件取得兩面以上的計測對象物體的反射面為止，並自動設定與所取得的至少兩個反射面分別對應的計測區域；位移計測裝置，其基於與所設定的計測對象區域對應的受光元件的受光圖像，進行作為目的位移的計測。
根據這樣的結構，即使計測如玻璃板這樣的、表面和背面的反射率不同的計測對象物體，也能夠可靠地取得成為計測對象的面的反射面，從而能夠自動地進行計測對象區域的設定。
根據本發明的實施方式，在上述計測對象區域的自動設定裝置中，持續增加投光元件的發光量，直到受光元件取得三面以上的計測對象物體的反射面為止。
通過這樣的結構，即使計測對象為隔著玻璃的工件時的玻璃和隔著玻璃的工件表面之間的間隙計測，也能夠可靠地取得玻璃表面、玻璃背面、隔著玻璃的工件表面三個面，並進行正確的計測。
根據本發明的實施方式，上述計測對象區域的自動設定裝置，基於受光圖像中的受光量分布的極大值而取得反射面，以使與各反射面對應的計測對象區域和與其他的反射面對應的受光量分布的波形不重疊的方式來設定計測對象區域。
所謂以和與其他的反射面對應的受光量分布的波形不重疊的方式來設定計測對象區域，包含以下情況不包含由於其他的反射面而受光的受光量分布波形的整體的情況；不包含預定值以上的部分的情況；不包含相比於基於與該反射面對應的極大值的值而受光量大的部分的情況。由此，在每個計測對象區域，能夠可靠地取得對應的反射面。
此外，在這裡說的「計測對象」包含玻璃表面、玻璃背面、玻璃厚度、隔著玻璃的工件表面、以及玻璃和隔著玻璃的工件表面之間的間隙等。
根據本發明的實施方式，受光元件即可以是二維拍攝元件也可以是一維拍攝元件。通過這樣的結構，本發明的計測對象區域的自動設定處理無論在使用了二維拍攝元件作為受光元件的情況下，還是在使用了一維拍攝元件的情況下都能夠使用，從而能夠提供具有通用性的計測區域的自動設定處理。
根據本發明的其他的實施方式，位移傳感器包括投光元件，其用於對計測對象物體以規定角度照射光；受光元件，其用於接收來自被光照射的計測對象物體的反射光；計測對象區域的自動設定裝置，其使受光元件的受光增益從規定值起自動地按規定量或者規定比率逐步增加，直到由受光元件取得兩面以上的計測對象物體的反射面為止，並自動設定與所取得的至少兩個反射面分別對應的計測區域；位移計測裝置，其基於與所設定的計測對象區域對應的受光元件的受光圖像，進行作為目的的位移的計測。
通過這樣的結構，即使計測玻璃板這樣的、表面和背面的反射率不同的計測對象物體，能夠可靠地取得成為計測對象的面的反射面，能夠自動地進行計測對象區域的設定。此外，通過調整受光元件側的受光增益使受光靈敏度變化，能夠進行這樣的計測對象區域的自動設定處理。
根據本發明的實施方式，在上述計測對象區域的自動設定裝置中，持續增加受光元件的受光增益，直到受光元件取得三面以上的計測對象物體的反射面為止。
通過這樣的結構，在計測對象為隔著玻璃的工件時的玻璃和隔著玻璃的工件表面的間隙計測的情況下，也能夠確實取得玻璃表面、玻璃背面、隔著玻璃的工件表面三個面，進行正確的計測。
根據本發明的實施方式，上述計測對象區域的自動設定裝置，基於受光圖像中的受光量分布的極大值而取得反射面，以使與各反射面對應的計測對象區域和與其他的反射面對應的受光量分布的波形不重疊的方式來設定計測對象區域。
所謂以和與其他的反射面對應的受光量分布的波形不重疊的方式來設定計測對象區域，包含下述情況不包含由於其他的反射面而受光的受光量分布波形的全體的情況；不包含預定值以上的部分的情況；不包含相比於基於與該反射面對應的極大值的值而受光量大的部分的情況。由此，在每個計測對象區域，能夠可靠地取得對應的反射面。
並且，根據本發明的實施方式，受光元件即可以是二維拍攝元件也可以是一維拍攝元件。通過這樣的結構，本發明的計測對象區域的自動設定處理無論在使用了二維拍攝元件作為受光元件的情況下，還是在使用了一維拍攝元件的情況下都能夠使用，從而能夠提供具有通用性的計測區域的自動設定處理。
進而，根據本發明的其他的實施方式，位移傳感器包括投光元件，其用於對計測對象物體以規定角度照射光；受光元件，其用於接收來自被光照射的計測對象物體的反射光；計測對象區域的自動設定裝置，其使投光元件的發光量、以及受光元件的受光增益雙方同時從規定值起自動地按規定量或者規定比率逐步增加，直到由受光元件取得兩面以上的計測對象物體的反射面為止，並自動設定與所取得的至少兩個反射面分別對應的計測區域；位移計測裝置，其基於與所設定的計測對象區域對應的受光元件的受光圖像，進行作為目的的位移的計測。
通過這樣的結構，即使計測玻璃板這樣的、表面和背面的反射率不同的計測對象物體，也能夠可靠地取得成為計測對象的面的反射面，並能夠自動地進行計測對象區域的設定。此外，通過慢慢增加投光元件側的發光量，同時慢慢增加受光元件側的受光增益這樣的調整而能夠進行這樣的計測對象區域的自動設定處理。
根據本發明的實施方式，在上述計測對象區域的自動設定裝置中，持續增加投光元件的發光量、以及受光元件的受光增益，直到受光元件取得三面以上的計測對象物體的反射面為止。
通過這樣的結構，即使例如計測對象為隔著玻璃的工件時的玻璃和隔著玻璃工件表面的間隙計測，也能夠可靠地取得玻璃表面、玻璃背面、以及隔著玻璃工件表面的三個面，並能夠實行正確的計測。
根據本發明的實施方式，上述計測對象區域的自動設定處理是基於由用戶預先指定的計測對象而實行的。
根據這樣的結構，即使是由於計測對象不同從而計測對象區域的設定處理不同的情況也是容易處理的，且將用戶的介入限制在最小限度內從而不會給工作效率帶來不良影響。
而且，根據本發明的實施方式，受光元件即可以是二維拍攝元件也可以是一維拍攝元件。通過這樣的結構，本發明的計測對象區域的自動設定處理無論在使用了二維拍攝元件作為受光元件的情況下，還是在使用了一維拍攝元件的情況下都能夠使用，從而能夠提供具有通用性的計測對象區域的自動設定處理。
顯然由以上說明可知，本發明的優點在於，根據本發明，即使將玻璃等透明體那樣的、具備具有不同的反射率的多個面的計測對象物體作為對象，也能夠自動地設定計測對象區域，並在實現穩定的計測同時，大幅提高計測時的工作效率。
圖1是表示本發明的位移傳感器的電性硬體結構的框圖。
圖2是表示信號處理部的動作的流程圖。
圖3是表示組合(グル一ピング)處理的詳細過程的流程圖。
圖4是表示計測區域的設定的詳細過程的流程圖。
圖5是表示計測對象為玻璃厚度時的計測區域的設定處理的流程圖。
圖6A至圖6E是表示計測玻璃表面時的計測區域的設定的說明圖。
圖7A至圖7E是表示計測玻璃背面時的計測區域的設定的說明圖。
圖8A至圖8D是表示進行二個區域計測時的計測區域的設定的說明圖。
圖9是表示計測區域為玻璃間隙時的計測區域的設定處理的流程圖。
圖10是表示取得了三面反射面時的計測區域的設定的說明圖。
圖11是表示玻璃表面和背面的反射率不同時的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發明的最佳一實施方式。此外，需要注意的是，本發明的宗旨只是由權利要求的範圍來限定的，以下的實施方式只不過是表示本發明的一個例子。
圖1表示本實施方式的位移傳感器的電性硬體構成的框圖。本實施方式的位移傳感器是為了能夠緊湊的收容在控制盤等中，或者容易的安裝於狹小的計測環境中，而使傳感器頭部10和信號處理部20分開的所謂放大器分離型的位移傳感器，並被連接到外部的作為控制機構的PC30而使用。
傳感器頭部10具有投光元件11、受光元件12、投光控制部13、受光控制部14，運算處理部15、內部存儲器16、通信控制部17。
投光元件11由例如LD(雷射二極體)構成。投光控制部13生成投光元件11的驅動脈衝，通過投光元件11向計測對象物照射脈衝光。受光控制部14進行受光元件12的控制。此外，在這裡說的受光元件12可以使用能夠測定一維拍攝元件或二維拍攝元件等的受光量的強度分布的拍攝元件。此外，作為拍攝元件，例如有CCD、CMOS或光電二極體陣列等。
運算處理部15取得從受光元件12得到的受光量而計算出特徵量。內部存儲器16存儲計測對象物的計測周期、傳感器頭部10的ID號碼(識別號碼)等傳感器固有的信息。通信控制部17控制與信號處理部20的通信。
本實施方式的傳感器頭部10被做成上述的電路結構，在該例中被用於進行如下處理按照信號處理部20的指令進行投光處理，並將由受光處理產生的受光信號在適當的定時發送到信號處理部20。
信號處理部20具有通信控制部21、計測控制部22、外部信號檢測部23、SW檢測部24、顯示部25、內部存儲器26、通信控制器27、CPU28。
通信控制部21進行與傳感器頭部10的通信控制，並從傳感器頭部10取得受光數據等。計測控制部22根據從傳感器頭部10取得的數據，進行計測到計測對象物的距離等的計測處理。外部信號檢測部23，檢測外部觸發器等的外部信號，將取得由計測控制器22產生的計測結果的定時輸入到CPU28。
SW檢測部24檢測來自被設置在信號處理部20的未圖示的開關或按鈕的輸入。顯示部25具有顯示計測值或設定條件的液晶顯示部、表示動作狀態等的顯示燈LED等。內部存儲器26存儲計測值等計算結果。通信控制器27控制用於進行與外部的PC30等的通信的USB或RS-232C。
CPU28統一控制信號處理部20整體。CPU28根據從SW檢測部24取得的開關狀態而反映計測條件的設定，其結果通過顯示部25顯示。此外，CPU28具有計測值取得部的功能，將從計測控制部22取得的計測值、計測條件的設定等表示在顯示部25。CPU28具有計測定時取得部的功能，檢測用於生成時間信息的定時，計算出時間信息，並將計算出的時間信息添加到計測值中。CPU28具有將計測值存儲到內部存儲器26中、或者從內部存儲器26取得計測值的功能，進而還具有將所取得的計測值轉送到通信控制器的功能。
圖2表示信息處理部20中的動作的流程圖，圖3表示組合處理的詳細過程的流程圖，圖4表示計測區域設定裝置的詳細過程的流程圖。
如圖2所示，當接通電源而開始處理時，進行初始設定(n＝0)(步驟201)。然後，進行投光元件的雷射發光量P(n)以及受光元件的受光增益G(n)的設定(步驟202)。在這裡將雷射發光量設定為0或最小發光量，將受光增益設定成0或最小增益，以使成為使受光量階躍變化時小的一側的最初的值。而且，基於由步驟202設定的雷射發光量來進行從投光元件向計測對象物的投光，基於由受光元件設定的受光增益來取得受光圖像(步驟203)。而且，基於所取得的受光圖像，取得反射面數和位置(步驟204)。反射面是通過從受光圖像得到的受光量分布之中選擇規定的閾值以上的極大值的方法或以此為基準的方法來取得的。這時，反射面數不到1時(步驟205為「否」)，下一個雷射發光量或者/以及受光增益以使受光圖像的受光量按規定量或者規定比率增加的方式被設定成n＝n+1(步驟207)，並返回步驟202，再次進行受光圖像的取得以及反射面數和位置的取得。返回步驟205，反射面數為1以上時(步驟205為「是」)，進行在後面詳細說明的組合處理(步驟206)。當進行組合處理時，進行反射面數是否能夠取得兩面以上的確認(步驟208)。這時，後面再詳細說明，但在計測對象物體為隔著玻璃的工件時或玻璃間隙時，自動地持續控制直到反射面數取得三個以上為止。反射面數為兩個以下時(步驟208為「否」)，在步驟207再次設定雷射反射量以及受光增益，反覆上述步驟。在反射面數取得了兩個以上時，進行後面詳細說明的計測區域的自動設定處理(步驟209)。
通過圖3表示圖2中的組合處理的詳細說明。在該組合處理中，首先確認反射面是否一個都沒有取得(步驟301)。這時，在一個反射面都沒有取得時(步驟301為「是」)，將取得的受光位置作為新的組登錄。相對於此，取得反射面時(步驟301為「否」)，確認所取得的反射面是否是與已經登錄的組是相同的組(步驟302)。在這裡，滿足以下條件時，判斷為同一組。
|X(n)-x|≤T(k，l，b，p)x取得的受光位置X(n)已經登錄的組的平均受光位置T(k，l，b，p)不能光學性分離受光波形的閾值，主要是由以下的參數引起的k交叉角l光束形狀b放大率p受光元件像素數基於上述的條件，判斷出與已經登錄完成的組是相同的組時(步驟302為「是」)，將取得的圖像作為已經登錄完成的組進行登錄(步驟303)。這時，在組的位置信息中反映此次取得的結果。此外，將使用相同的組的位置信息而平均化的結果作為組的位置信息。而且，在步驟302中，判斷出與已經登錄完成的組不是相同的組時(步驟302為「否」)，將取得的受光位置作為新的組登錄。
在圖4表示圖2所示的計測區域的設定處理的詳細過程。首先，將取得的各組的位置信息排序(步驟401)。而且，按位置信息近遠的順序，分配為玻璃表面、背面、隔著玻璃的工件表面(步驟402)。然後，按照要進行計測的對象進行計測區域的自動設定(步驟403)。在這裡，所謂計測對象包含玻璃表面、玻璃背面、玻璃厚度、隔著玻璃的工件表面、玻璃和隔著玻璃的工件表面間的距離(玻璃間隙)等各種計測對象。
在這裡，在設定計測對象區域時，根據計測對象需要不同的處理。在上述的計測對象中，例如，玻璃表面、玻璃背面、以及玻璃厚度是計測對象時，通過取得兩個反射面(玻璃表面以及玻璃背面)而能夠進行計測。但是，在計測對象為玻璃間隙(玻璃和隔著玻璃的工件表面間的距離)時，僅上述的兩面不能進行計測，必須取得3個反射面(玻璃表面、玻璃背面、以及隔著玻璃的工件表面)。為此，根據計測對象，計測區域的設定手段不同。
以下，更詳細的說明計測對象為玻璃厚度(取得兩個反射面)時的計測區域的自動設定處理。
在圖5中，表示計測對象為玻璃厚度時的計測區域的自動設定處理的流程圖。首先，將雷射發光量設定為最小(步驟501)，通過設定的雷射發光量而取得受光數據(步驟502)。而且，進行是否取得了兩個以上受光面的確認(步驟503)。在這裡，取得的反射面沒有達到兩面時(步驟503為「否」)，提高雷射發光量(步驟505)，返回步驟502再次取得受光數據。該雷射發光量的調整處理持續到在受光元件取得兩面以上的反射面為止，在反射面取得了兩面以上後(步驟503為「是」)，將兩個受光位置設為X1、X2，進行按照後述的狀態的計測區域的自動設定(步驟504)。若進行了計測區域的設定，則在各計測區域中，提高雷射投光功率(步驟506)。在這裡，繼續提高雷射投光功率直到計測區域的受光量飽和為止(步驟507為「否」)。而且，若受光量飽和了後(步驟507為「是」)，設定各計測區域的控制範圍(步驟508)。在該計測區域的控制範圍的設定中，進行雷射控制範圍的上限值的設定。通過將取得了反射面時的雷射發光量的約1.4倍作為上限值，從而能夠實施最佳化的投光調整。
這樣，通過直到能夠取得必要的計測對象面數為止，自動地控制投光元件的雷射發光量，從而能夠容易地取得作為目的的計測對象面的受光圖像而不需用戶參與。此外，由於在慢慢調整雷射發光量的過程中，還能夠把握對象計測區域的最佳的雷射發光量，在從後面的計測區域的設定到實際的計測的階段中，由於已經把握了實行計測最佳的雷射發光量，因此能夠容易、且高效地進行區域的設定以及計測處理。
此外，在提高上述步驟205中的雷射發光量時，以等倍(例如1.1倍)速度提高。這樣，通過慢慢提高雷射發光量，能夠容易地區分例如幹擾光或多重反射帶來的幹擾等和由實際的計測面帶來的反射，從而能夠防止由這樣的幹擾帶來的計測精度的降低。
此外，在上述例子中，通過調整雷射發光量而取得所需要的計測對象的反射面，但通過調整受光元件側的受光靈敏度(受光增益)也能夠得到同樣的效果。此外，通過同時進行投光元件側的雷射發光量和受光元件側的受光靈敏度的調整從而也可以進行調整。
以下，參照圖6～圖8詳細說明不同的計測對象中的計測區域的自動設定的區域示教功能。圖6A至圖6E是表示計測玻璃表面時的計測區域的設定的說明圖，圖7A至圖7E是表示計測玻璃背面時的計測區域的設定的說明圖，而且，圖8A至圖8D是分別表示進行兩個區域計測時的計測區域的設定的說明圖。在這些圖中，將從計測對象反射、接收的光作為線條發亮(ラインブライト)的波形來表示。此外，在這些圖中，縱軸表示受光的光量，橫軸表示受光位置。這時，在橫軸上左側表示離傳感器頭部10近的位置，在右側表示越來越遠的位置。此外，在圖6A至圖6E以及圖7A至圖7E中，左側表示的是沒有設定計測區域的狀態的線條發亮的波形，右側表示的是設定了計測區域的狀態的線條發亮的波形。在該右側的圖像中由虛線包圍的區域表示計測對象區域，表示受光量的三角形狀的線條發亮的波形之中，塗敷的波形表示計測對象的反射面。此外，在圖8A至圖8D中，左端表示的是沒有設定計測區域的狀態的線條發亮的波形，中央表示的是計測對象區域1，右側表示的是計測對象區域2。
圖6A～圖6E表示將玻璃表面作為計測對象時的計測區域的設定。為此，在表示右側的計測對象區域的設定後的圖中，將左側的受光波形(玻璃表面)作為計測對象而設置。
圖6A表示取得的兩個反射面的光量差小的情況。這樣，兩個反射面的光量差小時，將其區域作為全領域，將計測對象區域設定在第一個受光位置(玻璃表面)。這樣，在兩個面中光量差小的情況下不需要分區域。
在圖6B以及圖6C中表示兩個反射面中具有光量差的情況。圖6B表示第一個受光位置(玻璃表面)的受光量大於第二個受光位置(玻璃背面)的受光量的情況，在圖6C中表示玻璃背面的受光量大於玻璃表面的受光量的情況。這樣，在受光量產生差的情況下，將第一個和第二個計測對象面的中心作為分界來設定區域。這時，由於計測對象是玻璃表面，所以將第一個和第二個的計測對象面的中心作為分界並包含第一個受光位置的區域作為計測對象區域。
而且，圖6D以及圖6E中表示兩個面中的光量差非常大的情況，在圖6D表示雖然取得了玻璃表面的受光波形，但由於玻璃背面的受光量與玻璃表面的受光量相比特別小，因此不能取得玻璃背面的受光波形的情況。對此，在圖6E中表示雖然取得了玻璃背面的受光波形，但由於玻璃表面的受光量與玻璃背面的受光量相比特別小，所以不能取得玻璃表面的受光波形的情況。這時，在圖6D中，由於取得了作為計測對象的玻璃表面的受光波形，所以將計測對象區域作為全領域而將計測對象面設定為第一個受光位置。對此，在圖6E中，沒有取得作為計測對象的玻璃表面的受光波形。這時，對雷射發光量或受光增益進行調整直到取得玻璃表面的受光波形為止。而且，在取得了玻璃表面的受光波形後，將兩個計測對象面的中心作為分界進行計測區域的設定。這時，由於玻璃表面是計測對象，所以設定為將計測對象面的中心作為分界並包含第一個受光位置(玻璃表面)的區域。
若如上述這樣進行計測對象區域的設定，則基於這些計測對象區域中的受光圖像，通過公知的方法，進行作為目的的位移的計測。這時，在各計測對象區域中，由於計測對象面與其反射率的大小無關，以對計測為最佳的方式分別調整投光元件的雷射發光量，所以能夠進行高精度的計測。此外，如圖6D以及圖6E所示，玻璃表面和背面的反射率之差非常大，即使在不能取得一方的反射面的狀況下，也能夠自動的檢測出計測對象面，並能夠進行作為目的的計測。
圖7A～圖7E表示將玻璃背面作為計測對象時的計測區域的設定。為此，在表示右側的計測對象區域的設定後的圖中，將右側的受光波形(玻璃背面)作為計測對象而設置。
圖7A表示取得的兩個反射面的光量差小的情況。這樣，兩個反射面的光量差小時，將計測區域作為全領域，將計測對象區域設定在第二個受光位置(玻璃背面)。這樣，在兩個面的光量差小的情況下，與將玻璃表面作為計測對象的情況同樣，不需要分區域。
圖7B以及圖7C表示兩個反射面中具有光量差的情況。圖7B是表示第一個受光位置(玻璃表面)的受光量大於第二個受光位置(玻璃背面)的受光量的情況，在圖7C中表示玻璃背面的受光量大於玻璃表面的受光量的情況。這樣，在受光量產生差的情況下，將第一個和第二個計測對象面的中心作為分界來設定區域。這時，由於計測對象是玻璃背面，所以如圖7B以及圖7C所示，將第一個和第二個的計測對象面的中心作為分界並將包含第二個受光位置的區域作為計測對象區域。
而且，圖7D以及圖7E中表示兩個面的光量差非常大的情況，在圖7D表示雖然取得了玻璃表面的受光波形，但由於玻璃背面的受光量與玻璃表面的受光量相比特別小，所以沒有取得玻璃背面的受光波形的情況。相對於此，在圖7E中表示雖然取得了玻璃背面的受光波形，但由於玻璃表面的受光量與玻璃背面的受光量相比特別小，所以沒有取得玻璃表面的受光波形的情況。這時，在圖7D中，沒有取得作為計測對象的玻璃背面的受光波形，這時，對雷射受光量或受光增益進行調整直到取得玻璃背面(第二個受光位置)的受光波形為止。而且，在取得了玻璃背面的受光波形後，將兩個計測對象面的中心作為分界進行區域的設定。這時，由於玻璃背面為計測對象，所以設定為將兩個計測對象面的中心作為分界而包含第二個受光位置(玻璃背面)的區域。相對於此，在圖7E中，由於取得了作為計測對象的玻璃背面的受光波形，所以將計測對象區域作為全領域而將計測對象面設定為第一個受光位置。
若上述這樣進行計測對象區域的設定，則基於這些計測對象區域中的受光圖像，通過公知的方法，進行作為目的的位移的計測。這時，在各計測對象區域中，由於計測對象面與其反射率大小無關，而以對計測為最佳的方式調整投光元件的雷射發光量，所以能實行高精度的計測。此外，如圖7D以及圖7E所示，即使玻璃表面和背面的反射率之差非常大而沒有取得一方的反射面的狀況下，也能夠自動地檢測出計測對象面，並實行作為目的的計測。
在圖8A～圖8D中，表示進行活用了本發明的自動區域設置處理的兩個區域計測時的區域設定。
在圖8A表示取得的兩個反射面的光量差小的情況。這時，分開為使計測區域為全領域而使計測對象為第一受光位置的區域1、和使計測區域為以第二個受光位置為中心而到反射面的中心的範圍，而使計測對象為第二個受光位置的區域2而進行計測。
在圖8B以及圖8C表示兩個反射面具有光量差的情況。圖8B表示第一個受光位置(玻璃表面)的受光量大於第二個受光位置(玻璃背面)的受光量的情況，在圖8C中表示玻璃背面的受光量大於玻璃表面的受光量的情況。這樣，在受光量產生差距時，由受光量大的面的位置，改變區域的選擇方法。即，如圖8B所示，在第一個受光位置的受光量大時，分為使計測對象為第一受光位置而使計測對象區域為全領域的區域1、和使計測對象為第二受光位置而使計測對象區域為以第二個受光位置為中心而到反射面的中心為止的範圍的區域2。相對於，如圖8C所示，在第二個受光位置的受光量大時，分為使計測對象為第一個受光位置而使計測對象區域為以第一個受光位置為中心而到反射面的中心為止的範圍的區域1、和使計測對象為第二受光位置而使計測對象區域為以第二個受光位置為中心而到反射面的中心為止的範圍的區域2。
而且，圖8D表示在第一個受光位置和第二個受光位置之間產生非常大的光量差的情況。在該例中表示第一個受光位置(玻璃表面)雖然取得了受光圖像，但由於第二個受光位置的受光量與第一個受光位置的受光量相比特別小，而沒有取得受光圖像的情況。這時，將受光量小的作為區域2進行設定。即，如圖8D所示，分開為使計測對象區域為全領域而使取得受光圖像的一方(第一個受光位置)為計測對象的區域1、與使計測對象區域為以第二個受光位置為中心而到反射面的中心為止的範圍的區域2來進行計測。
若如上述這樣進行計測對象區域的設定，則基於這些的計測對象區域的受光圖像，通過公知的方法，進行作為目的的位移的計測。當然，也能夠包含各面的受光位置而將與其受光位置具有規定的位置關係的區域作為計測對象區域進行設定。這時，在各計測對象區域中，由於計測對象面與其反射率的大小無關，而以對計測為最佳的方式調整投光元件的雷射發光量，所以能夠實行高精度的計測。此外，如圖8D所示，即使在玻璃表面和背面的反射率之差非常大而沒有取得一方的反射面的狀態下，也能夠自動地檢測出計測對象面，並實行作為目的的計測。
本發明的計測區域的自動設定處理即使在進行隔著玻璃的工件的計測這樣的情況下也有效。以下，參照圖9以及圖10說明對於隔著玻璃的工件進行玻璃和隔著玻璃的工件表面的距離(玻璃間隙)的計測時的計測區域的自動設定處理。
圖9是表示計測對象為玻璃間隙時的計測區域的自動設定處理的流程圖。如該圖所示，首先，進行將雷射發光量設定為最小的初始化處理(步驟901)。然後，通過設定的雷射發光量取得受光數據(步驟902)，進行是否取得了三個以上反射面的判定(步驟903)。在這裡，如果沒有取得三個以上的反射面(步驟903為「否」)，則提高雷射發光量(步驟905)，反覆取得受光數據。從而，如果取得了三個以上反射面(步驟903為「是」)，則將三個受光位置設為X1、X2、X3，進行與其狀態對應的計測區域的設定(步驟904)。接下來，在設定的各計測區域中，提高雷射發光功率(步驟906)，繼續該工作直到計測區域中的受光量飽和為止(步驟907為「否」)。在各計測區域中，確認了受光量的飽和後(步驟907為「是」)，設定各計測區域的雷射投光控制範圍(步驟908)。
在這裡，與上述的計測玻璃厚度時相同，在提高雷射發光量時，以等倍(例如1.1倍)速度提高。這樣，通過慢慢提高雷射發光量，可以容易地區分例如幹擾光或多重反射帶來的幹擾等與由實際的計測面帶來的反射，從而能夠防止通過這樣的幹擾而降低計測精度。
此外，在上述例子中，通過調整雷射發光量而取得需要的計測對象面的反射面，但即使通過調整受光元件側的受光靈敏度(受光增益)也能夠得到同樣的效果。此外，也可以通過同時進行投光元件側的雷射發光量與受光元件側的受光靈敏度的調整而進行調整。
圖10表示與成為計測對象的計測面對應的計測區域的自動設定的區域示教功能。圖10中(a)是表示取得了三個反射面(玻璃表面、玻璃背面以及隔著玻璃的工件表面)時的計測區域設定前的狀態。圖10中(b)是表示將第一個受光位置(玻璃表面)作為計測對象時的計測區域的設定，圖10中(c)是表示將第二個受光位置(玻璃背面)作為計測對象時的計測區域的設定，圖10中(d)是表示將第三個受光位置(隔著玻璃的工件表面)作為計測對象時的計測區域的設定。如這些圖中所示，包含成為對象的計測面而在其前後設定計測區域的分界。
更詳細的說明，如圖10中(b)所示，將第一個受光位置(玻璃表面)作為計測對象時，包含第一個受光位置而在其前後設定計測區域。同樣，在圖10的(c)中，也將包含成為計測對象的第二個受光位置(玻璃背面)的其前後的區域作為計測區域，在圖10的(d)中，也將包含成為計測對象的第三個受光位置(隔著玻璃的工件表面)的其前後的區域作為計測區域。這樣，在每個成為計測對象的計測面將包含該計測面的前後的區域作為計測區域進行設定，在各自的計測區域中使用適當的雷射發光量實現穩定的計測。
此外，採用使用了本發明的自動區域設定處理的兩個區域計測，通過圖10中(e)～(g)表示計測玻璃間隙時的計測區域設定。圖10的(e)與圖10(a)同樣，表示取得了三個反射面時的計測區域設定前的狀態。這樣，在兩個區域計測中計測間隙時，以在區域1包括第二個受光位置(圖10(f))、而且在區域2包括第三個受光位置(圖10(g))的方式設定計測區域。
若如上述這樣進行計測對象區域的設定，則基於這些的計測對象區域中的受光圖像，通過公知的方法，進行作為目的的位移的計測。這時，在各計測對象區域中，由於計測對象面與其反射率的大小無關，而以對計測為最佳的方式調整投光元件的雷射發光量，所以能夠實行高精度的計測。此外，通過如圖10中(e)～(g)所示的計測區域的設定，能夠正確地計測第二個受光位置(玻璃背面)和第三個受光位置(隔著玻璃的工件表面)，從而能夠進行穩定的間隙計測。
如圖5～圖10所示，若計測對象不同，則需要設定與該計測對象對應的計測區域。而且，通過用戶預先選擇該計測對象，從而能夠自動地進行與該計測對象對應的上述計測區域的設定處理。作為這時的計測對象，例如有玻璃表面、玻璃背面、玻璃厚度、隔著玻璃的工件表面、玻璃間隙等。而且，通過用戶預先選擇要計測的對象，無須進行由用戶參與的其他的作業以及詳細的設定處理，就能夠自動地進行以後的計測區域的設定處理，並能夠實行對成為對象的部位的計測。
在這裡，用戶將要計測的對象選擇為玻璃厚度時，通過自動設定計測區域(表面和背面)，在以後的設定中用戶不用參與就自動實行兩個區域計測的計測區域設定處理。進而，在用戶將要計測的對象選擇為玻璃間隙時，通過自動設定計測區域(背面以及隔著玻璃的工件表面)，在以後的設定中用戶不用參與就自動實行兩個區域計測的計測區域設定處理。
如上所述，將投光元件中的雷射發光量從最小值開始按順序以等倍(例如1.1倍)速度提高，如果是計測對象為玻璃厚度的計測，則雷射發光量提高到能夠取得兩個反射面為止，而如果計測對象為玻璃間隙，則雷射發光量提高到能夠取得三個反射面為止。而且，相對於取得的反射面，自動設定區域1、區域2的計測對象面。這時，將受光量小的一側作為區域2的計測對象。而且，在區域1和區域2的中間設定計測區域的開始位置、或者終了位置。進行了這些的設定之後，進行雷射控制範圍的上限值的設定。如上所述，該上限值是將取得了反射面時的雷射發光量的約1.4倍設定為上限值。這樣，通過進行計測對象區域的區域設定的示教，而能夠自動設定計測區域，顯著地提高計測處理的工作效率，並且由於對每個反射面進行區域設定，所以即使在計測具有反射率大不相同的多個面的玻璃板等時，也能夠對每個計測對象面進行穩定的計測，也能夠很好地保持計測精度。
此外，在上述的實施例中，是將所得的面數作為預先被確定的東西來記載的，但在輸入了反射面的面數之後，直到得到輸入的反射面的面數為止，反覆進行使雷射發光量以及/或者受光增益階躍變化來檢測出反射面的處理，並在取得了輸入的面數之後對各自的面進行計測區域的設定也是可以的。
這樣，適時調整投光元件的雷射發光量，而取得作為計測對象的計測面的受光波形，自動進行基於該檢測對象的計測區域的設定處理，由此，用戶側的處理成為僅指定計測對象，而以後的計測區域的設定處理、以及實際的計測處理都能夠自動執行。這樣，通過使非常繁瑣的計測區域的設定處理自動化，會大幅提高計測的工作效率，且即使是對具有多個不同的反射率的玻璃等進行的計測，也能夠進行穩定的計測。
權利要求
1.一種位移傳感器，其特徵在於，包括投光元件，其用於對計測對象物體以規定角度照射光；受光元件，其用於接收來自被光照射的計測對象物體的反射光；計測對象區域的自動設定裝置，其使投光元件的發光量從規定值起自動地按規定量或者規定比率逐步增加，直到由受光元件取得兩面以上的計測對象物體的反射面為止，並自動設定與所取得的至少兩個反射面分別對應的計測區域；位移計測裝置，其基於與所設定的計測對象區域對應的受光元件的受光圖像，進行作為目的位移的計測。
2.如權利要求1所記載的位移傳感器，其特徵在於，在上述計測對象區域的自動設定裝置中，持續增加投光元件的發光量，直到受光元件取得三面以上的計測對象物體的反射面為止。
3.如權利要求1所記載的位移傳感器，其特徵在於，上述計測對象區域的自動設定裝置，基於受光圖像中的受光量分布的極大值而取得反射面，以使與各反射面對應的計測對象區域和與其他的反射面對應的受光量分布的波形不重疊的方式來設定計測對象區域。
4.如權利要求1或2所記載的位移傳感器，其特徵在於，上述受光元件為二維拍攝元件。
5.如權利要求1或2所記載的位移傳感器，其特徵在於，上述受光元件為一維拍攝元件。
6.一種位移傳感器，其特徵在於，包括投光元件，其用於對計測對象物體以規定角度照射光；受光元件，其用於接收來自被光照射的計測對象物體的反射光；計測對象區域的自動設定裝置，其使受光元件的受光增益從規定值起自動地按規定量或者規定比率逐步增加，直到由受光元件取得兩面以上的計測對象物體的反射面為止，並自動設定與所取得的至少兩個反射面分別對應的計測區域；位移計測裝置，其基於與所設定的計測對象區域對應的受光元件的受光圖像，進行作為目的的位移的計測。
7.如權利要求6所記載的位移傳感器，其特徵在於，在上述計測對象區域的自動設定裝置中，持續增加受光元件的受光增益，直到受光元件取得三面以上的計測對象物體的反射面為止。
8.如權利要求6所記載的位移傳感器，其特徵在於，上述計測對象區域的自動設定裝置，基於受光圖像中的受光量分布的極大值而取得反射面，以使與各反射面對應的計測對象區域和與其他的反射面對應的受光量分布的波形不重疊的方式來設定計測對象區域。
9.如權利要求6或7所記載的位移傳感器，其特徵在於，上述受光元件為二維拍攝元件。
10.如權利要求6或7所記載的位移傳感器，其特徵在於，上述受光元件為一維拍攝元件。
11.一種位移傳感器，其特徵在於，包括投光元件，其用於對計測對象物體以規定角度照射光；受光元件，其用於接收來自被光照射的計測對象物體的反射光；計測對象區域的自動設定裝置，其使投光元件的發光量、以及受光元件的受光增益雙方同時從規定值起自動地按規定量或者規定比率逐步增加，直到由受光元件取得兩面以上的計測對象物體的反射面為止，並自動設定與所取得的至少兩個反射面分別對應的計測區域；位移計測裝置，其基於與所設定的計測對象區域對應的受光元件的受光圖像，進行作為目的的位移的計測。
全文摘要
本發明提供一種位移傳感器，即使在將如玻璃等那樣的具備具有不同的反射率的多個面的計測對象物體作為對象時，也能夠自動地進行計測區域的設定，並進行穩定的計測。其具有投光元件，其用於對計測對象物體以規定角度照射光；受光元件，其用於接收來自被光照射的計測對象物體的反射光；計測對象區域的自動設定裝置，其使投光元件的發光量從規定值起自動地按規定量逐步增加，直到由受光元件取得兩面以上的計測對象物體的反射面為止，並自動設定與所取得的至少兩個反射面分別對應的計測區域；位移計測裝置，其用於基於受光元件的受光圖像，進行作為目的的位移的計測。
文檔編號G01B11/02GK1834581SQ20061006781
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月14日 優先權日2005年3月15日
發明者嶋田浩二 申請人:歐姆龍株式會社