非接觸式探頭和測量機的製作方法
2023-05-21 07:20:41 1
專利名稱：非接觸式探頭和測量機的製作方法
技術領域：
本發明涉及非接觸式探頭和具有非接觸式探頭的測量機。
背景技術：
以往，公知有非接觸式探頭和具有該非接觸式探頭的測量機，該非接觸式探頭包 括用於射出光的發光元件和用於接受自發光元件射出的光的受光元件，並且該非接觸式探 頭根據受光元件所接受到的光以非接觸的方式檢測對象物(例如參照文獻1 日本特公平 7-48044號公報)。文獻1所述的階梯規(st印gauge)的測量裝置(測量機)具有檢測部件(非接 觸式探頭)，檢測部件包括發光部(發光元件)和受光部(受光元件)。自發光部射出的光 在被測量階梯規(對象物)處被反射，反射光被受光部接受。然後，檢測部件根據受光部所 接受到的光來檢測被測量階梯規的位置。圖5是表示發光元件和受光元件的光譜特性的一例的圖。另外，在圖5中，以橫軸 表示波長，以縱軸表示強度和靈敏度。在該種非接觸式探頭中，如圖5所示，為了能夠接受自發光元件射出的光，相對於 發光元件的光譜強度特性S2 (圖5中的虛線)的光譜線寬而將受光元件的光譜靈敏度特性 Sl (圖5中的實線)設計為足夠寬。圖6是表示太陽光的光譜特性的圖。另外，在圖6中，以橫軸表示波長，以縱軸表 示強度。這裡，如圖6所示，太陽光的光譜強度特性S3分布在寬範圍內。因而，在文獻1所述的階梯規的測量裝置中，存在如下問題由於受光部暴露於外 部，因此太陽光等射入受光部而形成幹擾，有時會誤檢測被測量階梯規的位置。針對該問題，可以考慮增強自發光元件射出的光的強度而提高相對於幹擾因素的 SN(Signal to Noise)比(信噪比)，從而防止發生誤檢測。另外，也可以考慮增強受光元件的方向性來提高相對於幹擾因素的SN比，從而防 止發生誤檢測。但是，在增強自發光元件射出的光的強度、增強受光元件的方向性方面，存在如下 問題，即、有時需要改變非接觸式探頭以及測量機的構造或電氣系統等的設計。並且，在增 強自發光元件射出的光的強度時，存在發光元件的壽命變短的問題。
發明內容
本發明的目的在於提供無需改變設計就能抑制太陽光等幹擾因素的影響的非接 觸式探頭和測量機。本發明的非接觸式探頭包括用於射出光的發光元件和用於接受自上述發光元件 射出的光的受光元件，該非接觸式探頭根據上述受光元件所接受到的光以非接觸的方式檢 測對象物，其特徵在於，該非接觸式探頭具有將到達上述受光元件的光路遮擋起來的光學濾光片，上述光學濾光片具備透過頻帶和阻斷頻帶，上述透過頻帶能夠使自上述發光元件 射出的光透過，上述阻斷頻帶用於阻斷上述受光元件具有靈敏度的光。採用上述結構，由於本發明的非接觸式探頭具有將到達受光元件的光路遮擋起來 的光學濾光片，因此受光元件只能接受通過了光學濾光片的光。並且，光學濾光片具備透過 頻帶和阻斷頻帶，上述透過頻帶使自發光元件射出的光能夠透過，上述阻斷頻帶用於阻斷 受光元件具有感知靈敏度的光，因此能夠抑制太陽光等射入受光元件。因而，本發明的非接 觸式探頭無需改變設計就能抑制太陽光等幹擾因素的影響。在本發明中，優選上述光學濾光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射 面和上述出射面與上述受光元件的光軸正交。這裡，自發光元件射出的光經由光學濾光片的入射面和出射面而射入受光元件。採用本發明，在將光學濾光片配置在以使自發光元件射出的光能夠沿受光元件的 光軸射入受光元件的方式設計的非接觸式探頭中的情況下，由於光學濾光片的入射面和出 射面與受光元件的光軸正交，因此無論光學濾光片的折射率是多少，射入光學濾光片的光 均沿直線前進。因而，能夠使自發光元件射出的光沿受光元件的光軸射入受光元件，因此本 發明的非接觸式探頭無需改變設計就能抑制太陽光等幹擾因素的影響。在本發明中，優選上述光學濾光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射 面和上述出射面相對於上述受光元件的光軸傾斜，在將上述受光元件的光軸與上述入射面 的法線所成的角度設為i、將上述光學濾光片的折射率設為η、將自上述受光元件的光軸至 上述受光元件能夠接受光的範圍的邊界距離設為d的情況下，滿足下述2個式子的關係地 設計上述入射面與上述出射面的間隔t。t < d · cos (r) /sin (i~r)r = asin(sin(i)/n)採用本發明，在將光學濾光片配置在以使自發光元件射出的光能夠沿受光元件的 光軸射入受光元件的方式設計的非接觸式探頭中的情況下，由於光學濾光片的入射面和出 射面相對於受光元件的光軸傾斜，因此射入光學濾光片的光與光學濾光片的折射率以及由 受光元件的光軸和入射面的法線構成的角度相應地進行折射，該角度即是自發光元件射出 的光相對於入射面入射的入射角。另外，採用本發明，滿足上述2個式子的關係地設計光學濾光片的入射面與出射 面的間隔t。因而，能夠使自發光元件射出的光射入到受光元件能夠接受光的範圍內，因此 本發明的非接觸式探頭無需改變設計就能抑制太陽光等幹擾因素的影響。本發明的測量機的特徵在於，該測量機具有上述非接觸式探頭，該測量機用於對 上述非接觸式探頭所檢測到的對象物進行測量。採用上述結構，由於本發明的測量機具有上述非接觸式探頭，因此能夠起到與上 述非接觸式探頭相同的作用效果。
圖1是表示本發明的第一實施方式的測量機的非接觸式探頭的剖視示意圖。圖2是表示上述實施方式的發光元件、受光元件和光學濾光片的光譜特性。圖3是表示本發明的第二實施方式的測量機的非接觸式探頭的剖視示意圖。
圖4是上述實施方式中的受光元件的附近區域的放大圖。圖5是表示發光元件和受光元件的光譜特性的一例的圖。圖6是表示太陽光的光譜特性的圖。
具體實施例方式第一實施方式下面，根據
本發明的第一實施方式。圖1是表示本發明的第一實施方式的測量機1的非接觸式探頭2的剖視示意圖。如圖1所示，測量機1具有用於以非接觸的方式檢測作為對象物的階梯規(未圖 示)的非接觸式探頭2，該測量機1對非接觸式探頭2所檢測到的階梯規的端面的位置進行 測量。另外，除了非接觸式探頭2之外，測量機1與文獻1所述的階梯規的測量裝置具有相 同的結構。非接觸式探頭2包括探頭主體3、發光元件4、受光元件5和光學濾光片6，上述發 光元件4安裝在探頭主體3的一端(圖1中的下方側)，上述受光元件5安裝在探頭主體3 的另一端(圖1中的上方側)。探頭主體3形成為長方體的長度方向兩端向同一側彎曲的形狀，在兩端的內側面 31,32中朝向外側面地形成有孔31A、32A，孔31A用於配置發光元件4，孔32A用於配置受光 元件5。發光元件4用於射出光，且發光元件4的光軸(圖1中的單點劃線)與內側面31 正交。受光元件5用於接受自發光元件4射出的光，且受光元件5的光軸(圖1中的單 點劃線)與內側面32正交。另外，發光元件4的光軸與受光元件5的光軸彼此相交。另外，圖1是以包括發光元件4的光軸和受光元件5的光軸在內的平面剖切非接 觸式探頭2後得到的剖視示意圖。光學濾光片6為矩形板狀，其以封閉孔32A的方式安裝在探頭主體3的內側面32上。在階梯規的端面位於發光元件4的光軸與受光元件5的光軸的交點的情況下，自 發光元件4射出的光在階梯規的端面被反射，經由光學濾光片6射入受光元件5。於是，非 接觸式探頭2根據受光元件5所接受到的光以非接觸的方式檢測階梯規的端面。S卩、光學濾光片6以將到達受光元件5的光路遮擋起來的方式安裝在探頭主體3 的內側面32上。另外，光學濾光片6具有互相平行的入射面6A和出射面6B，且入射面6A 和出射面6B均與受光元件5的光軸正交。圖2是表示發光元件4、受光元件5和光學濾光片6的光譜特性的圖。另外，在圖 2中，以橫軸表示波長，以縱軸表示強度和靈敏度。如圖2所示，為了能夠接受自發光元件4射出的光，相對於發光元件4的光譜強度 特性S2(圖2中的虛線)的光譜線寬而將受光元件5的光譜靈敏度特性Sl (圖2中的實 線)設計為足夠寬。另外，光學濾光片6的光譜特性S4(圖2中的單點劃線)包括透過頻帶Al和阻斷頻帶A2，上述透過頻帶Al能夠使自發光元件4射出的光透過，上述阻斷帶A2用於阻斷受光 元件5具有感知靈敏度的光。另外，在本實施方式中，通過在作為母材的玻璃的基板上形成層疊氧化矽和氧化 鈦後的塗層來構成光學濾光片6。這裡，可以在基板的兩面或單面上形成塗層，作為塗層的 材料，除了可以採用上述氧化矽和氧化鈦之外，還可以採用氧化鋁、氧化鉭和氧化鈮等其他 電介質材料。另外，作為母材，除了可以採用上述的玻璃之外，還可以採用石英、螢石等結晶 材料、塑料和透明陶瓷等。採用上述那樣的本實施方式，能夠獲得下述效果。(1)測量機1具有非接觸式探頭2，非接觸式探頭2具有將到達受光元件5的光路 遮擋起來的光學濾光片6，因此，受光元件5隻能接受透過了光學濾光片6的光。並且，光學 濾光片6具備透過頻帶Al和阻斷頻帶A2，上述透過頻帶Al能夠使自發光元件4射出的光 透過，上述阻斷頻帶A2用於阻斷受光元件5具有感知靈敏度的光，從而，能夠抑制太陽光等 射入受光元件5。因此，非接觸式探頭2無需改變設計就能抑制太陽光等幹擾因素的影響。(2)由於光學濾光片6的入射面6A和出射面6B與受光元件5的光軸正交，因此無 論光學濾光片6的折射率是多少，射入光學濾光片6的光均沿直線前進。因此，能夠使自發 光元件4射出的光沿受光元件5的光軸射入受光元件5，從而非接觸式探頭2無需改變設計 就能抑制太陽光等幹擾因素的影響。第二實施方式下面根據
本發明的第二實施方式。另外，在下述說明中，對於已經提及的 部分，標註相同的附圖標記而省略說明。圖3是表示本發明的第二實施方式的測量機IA的非接觸式探頭2A的剖視示意 圖。本實施方式與上述第一實施方式的不同點如下所述。即、在上述第一實施方式中， 光學濾光片6的入射面6A和出射面6B與受光元件5的光軸正交。相對於此，在本實施方 式中，如圖3所示，光學濾光片6的入射面6A和出射面6B相對於受光元件5的光軸傾斜。測量機IA具有非接觸式探頭2A，非接觸式探頭2A包括探頭主體7、發光元件4、受 光元件5和光學濾光片6，上述發光元件4安裝在探頭主體7的一端(圖3中的下方側)， 上述受光元件5安裝在探頭主體7的另一端(圖3中的上方側)。探頭主體7為長方體狀，在其內側面71中以相對於內側面71傾斜的方式朝向外 側面地形成有孔71A、71B，孔7IA用於配置發光元件4，孔71B用於配置受光元件5。發光元件4的光軸(圖3中的單點劃線)和受光元件5的光軸(圖3中的單點劃 線)均相對於內側面71傾斜，並且彼此相交。另外，圖3是以包括發光元件4的光軸和受光元件5的光軸在內的平面剖切非接 觸式探頭2A後得到的剖視示意圖。光學濾光片6為矩形板狀，其以封閉孔71B的方式安裝在探頭主體7的內側面71上。S卩、光學濾光片6以將到達受光元件5的光路遮擋起來的方式安裝在探頭主體7 的內側面71上。另外，光學濾光片6具有互相平行的入射面6A和出射面6B，且入射面6A 和出射面6B相對於受光元件5的光軸傾斜。
圖4是受光元件5的附近區域的放大圖。在將受光元件5的光軸和入射面6A的法線所成的角度、即相對於入射面6A射入 的光的入射角設為i、將光學濾光片6的折射率設為η、將自受光元件5的光軸至受光元件5 能夠接受光的範圍的邊界的距離設為d的情況下，根據斯內爾定律且滿足下述2個式子的 關係地設計光學濾光片6的入射面6A與出射面6B的間隔t。另外，在本實施方式中，受光 元件5能夠接受光的範圍是圓筒狀的受光元件5的半徑所涵蓋的範圍。另外，下述2個式 子中的r是相對於入射面6A射入的光的折射角。t < d · cos (r) /sin (i~r)r = asin(sin(i)/n)這裡，在本實施方式中，光學濾光片6的折射率η是由玻璃的基板的折射率和塗層 的折射率構成的光學濾光片6的整體的折射率。另外，例如當採用的是通過將塑料薄膜粘 貼在作為母材的玻璃的基板上而構成的光學濾光片時，與玻璃的基板的厚度相比，塑料薄 膜的厚度非常薄，因此可以忽略塑料薄膜的折射率，將光學濾光片的折射率視作是玻璃基 板的折射率。在上述那樣的本實施方式中，同樣能夠起到與上述第一實施方式的(1)相同的作 用、效果，此外還能起到下述作用、效果。(3)滿足上述2個式子的關係地設計光學濾光片6的入射面6Α與出射面6Β的間 隔t。因此，能夠使自發光元件4射出的光射入到發光元件5能夠接受光的範圍內，從而，非 接觸式探頭2A無需改變設計就能抑制太陽光等幹擾因素的影響。實施方式的變形另外，本發明並不限定於上述各實施方式，還包括在能夠實現本發明的目的的範 圍內進行的變形、改良等。例如，在上述各實施方式中，非接觸式探頭2、2A具有1組發光元件4和受光元件 5，但非接觸式探頭2、2A也可以具有多組發光元件和受光元件。在上述各實施方式中，光學濾光片6的入射面6A和出射面6B互相平行，但光學濾 光片的入射面和出射面也可以不是互相平行的。在上述各實施方式中，非接觸式探頭2、2A用在對檢測到的階梯規的端面位置進 行測量的測量機1、IA中，但非接觸式探頭2、2A可以用在任意的測量機中，也可以用在工具機 等工業用機械中。
權利要求
1.一種非接觸式探頭，該探頭包括射出光的發光元件和接受自上述發光元件射出的 光的受光元件，該非接觸式探頭根據上述受光元件所接受到的光以非接觸的方式檢測對象 物，其特徵在於，該探頭具有將到達上述受光元件的光路遮擋起來的光學濾光片； 上述光學濾光片具備透過頻帶和阻斷頻帶，上述透過頻帶能夠使自上述發光元件射出 的光透過，上述阻斷頻帶用於阻斷上述受光元件具有靈敏度的光。
2.根據權利要求1所述的非接觸式探頭，其特徵在於，上述光學濾光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射面和上述出射面與上述 受光元件的光軸正交。
3.根據權利要求1所述的非接觸式探頭，其特徵在於，上述光學濾光片具有互相平行的入射面和出射面，且上述入射面和上述出射面相對於 上述受光元件的光軸傾斜，在將上述受光元件的光軸與上述入射面的法線所成的角度設為i、將上述光學濾光片 的折射率設為η、將相對於入射面射入的光的折射角設為r、將自上述受光元件的光軸至上 述受光元件能夠接受光的範圍的邊界的距離設為d的情況下，滿足下述2個式子的關係地 設計上述入射面與上述出射面的間隔t， t < d · cos(r)/sin (i~r) r = asin (sin (i) /n) 0
4.一種測量機，其特徵在於，該測量機具有權利要求1 3中任意一項所述的非接觸式探頭， 該測量機用於對上述非接觸式探頭所檢測到的對象物進行測量。
全文摘要
本發明提供非接觸式探頭和測量機。測量機(1)具有以非接觸的方式檢測階梯規的非接觸式探頭(2)。非接觸式探頭(2)包括射出光的發光元件(4)、接受自發光元件(4)射出的光的受光元件(5)和將到達受光元件(5)的光路遮擋起來的光學濾光片(6)。光學濾光片(6)具備透過頻帶和阻斷頻帶，上述透過頻帶能夠使自發光元件(4)射出的光透過，上述阻斷頻帶用於阻斷受光元件(5)具有靈敏度的光。
文檔編號G01B11/02GK102062585SQ201010547849
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月15日 優先權日2009年11月16日
發明者松原弘宗 申請人:株式會社三豐