位移传感器制造技术

可几乎不受反射强度不匀影响而进行高精度快速位移测量的位移传感器，具备：投光单元（１）、具有遮光掩模（９０１ａ）和受光元件（９０２ａ）的受光单元（９）、将投光单元（１）射出的光束聚焦于被测物体（８）的第１聚光元件（３、５、７）、将反射光束聚焦于受光单元的第２聚光元件（３、５、７）、在被测物体一侧使投光光轴和受光光轴同轴的第１光路控制元件（２）及使从投光单元到被测物体的光程及从被测物体到受光单元的光程连续变化的光程扫描机构（６）。遮光掩模配置于从第２聚光元件到受光元件的光路中，在反射光束被第２聚光元件聚焦的位置因光程扫描机构而变化时，使遮住反射光束部分的比例改变。受光元件接收通过遮光掩模的光束，根据因光程扫描机构而变化的受光元件的输出信号，取得到被测物体距离的信息。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
位移传感器
本技术涉及以非接触方式测定测量对象物体的位移的位移传感器。
技术介绍
在工厂自动化(FA)等
，使用于产品制造的制造装置的位置控制和产品相对于制造装置的位置控制，或产品的检查等往往使用位移传感器。这种位移传感器通常使用三角测量方式。这是对测量对象物体照射光线，利用位置检查元件等检查测量对象物体反射的光线的方法，是根据随测量对象物体的位移而变化的位置检测元件上的受光点的重心位置变化测定位移量的方法。采用这种三角测量方式的位移传感器，不能够把照射到测量对象物体上的光点尺寸保持于衍射极限那样的微小的光点尺寸。如图48所示，即使光源使用激光照射器1001等相干光，利用透镜1002聚光，如实践所示，达到衍射极限的光点尺寸的只是1006所示的一点，其他几乎所有位置上光点尺寸都较大。在测量对象物体1005上变宽的照射光的反射光即使用透镜1003聚焦于位置检测元件1004上，也如虚线所示，形成具有较大宽度的受光点。另一方面，只要不是完全的镜面，几乎所有的测量对象物体上都存在因表面上的微小凹凸或色彩的不均匀而引起的反射强度的不均匀。其结果是，在被测定对象物体上反射的光线的光点内也产生辉度不均匀，这形成位置检测元件上的受光光点的重心位置变化。也就是说即使测量对象物体的位移量为0，如果测量对象物体表面上的位置不同，则由于反射强度不均匀，在位置检测元件上的受光光点的重心位置也不同，其结果是，作为测量结果的位移测量值不同。这成了测量误差，妨碍了高精度测量。-->作为抑制这种测量误差的位移传感器，已知有日本的特开平7-113617号公报所述的技术。在该公报记载的技术，与三角测量方式不同，使透镜在位移测量方向上扫描，以使照射光束的聚光位置改变，根据在照射光束的聚光位置与被测量的对象物体上一致时，反射光的受光光点变为最小这一情况测定位移量。采用这种方法，不利用反射光的受光光点的受光位置，因此能够在几乎不受反射强度不均匀的影响的情况下进行位移测量。但是，用这样的位移传感器，由于采用把透镜安装于音叉上进行扫描的结构，故扫描频率的提高受到限制。这是因为，透镜为了确保受光量，还为了使由衍射极限决定的光点直径微小化，必须有一定的大小，不能小型化，因此固有振动频率低，使扫描频率提高是困难的。扫描频率低，则测量一点的位移量的时间长。在测量多个点的情况下以及在同一点对测定值进行平均处理，进行更高精度的处理的情况下，总测量时间与测量点数或平均处理次数成正比地变长。另一方面，这种位移传感器往往使用于物体形状的高精度测量，在这种情况下测量点数极大，而且为了进行高精度测量，往往进行平均处理。虽然也取决于应用，但通常如果要高精度测定测量对象物体的形状，则总测量时间往往达到数秒甚至数分钟，成了制约生产数量的工序。为了缩短总测量时间，如果只进行抽查，又要担心不合格产品漏检，而如果减少测定值的平均次数，则会降低测量精度。又，透镜与音叉成一体，固有振动频率是固定的，该固有振动频率实际上决定了扫描频率，因此不能够利用更换透镜的方法简单地改变检测距离和位移检测范围。因为更换透镜需要变更扫描频率，也就需要变更处理电路和音叉驱动用的线圈等。为了不改变扫描频率地变更检测距离和位移测量范围，必须使与音叉形成一体的透镜保持不变，并另行在光路中附加多个透镜，以此等效地改变透镜的光学特性，或者变更扫描的透镜，并重新设计整个光学系统，以使扫描频率相同。一旦增加多个透镜，则外形变大，成本增高。为了与相应于测量对象物体和装置形状的检测距离、位移测量范围对应，每次都重新设计、制作传感器，就需要开发研究费用，还是要增大成本。-->
技术实现思路
本技术是鉴于这样的存在问题而作出的。其目的在于，提供能够进行几乎不受反射强度不均匀的影响的高精度位移测量，而且测量所需时间短的位移传感器。本技术的另一目的是，提供采用透镜可以更换的结构，以此实现容易改变检测距离和位移测量范围的位移传感器，而且是能够对应于各种不同的应用的位移传感器。本技术又一目的是提供采用制造时容易有选择地采用不同种类的透镜，以此适应检测距离和位移测量范围较大的组合中选出的组合，容易以低廉的成本制造的所述位移传感器。为了便于理解，下面参照实施形态的两个例子的图1及图2的符号对本技术进行说明。在图1与图2中符号不同的情况下，在下面记述中的“/”符号的前面表示图1的符号，后面表示图2的符号。本技术的位移传感器具备：投光单元1、具有遮光掩模901a和受光元件902a的受光单元9、把投光单元1射出的光束聚焦于被测定对象物体8的第1聚光元件3、5、7/14、将测量对象物体8来的反射光束聚焦于受光单元9的第2聚光元件7、5、3/15、配置在从投光单元1到测量对象物体8的投光光路中，而且是在从测量对象物体8到受光单元9的受光光路中，使由第1聚光元件3、5、7/14与投光单元1规定的投光光轴和第2聚光元件7、5、3/15与受光单元9规定的受光光轴在测量对象物体8一侧同轴的第1光路控制元件、以及在投光光轴与受光光轴同轴的光路中，而且在投光光路及受光光路中的光束不平行的地方配置的，使从投光单元到测量对象物体的光程及从测量对象物体到受光部的光程连续变化的光程扫描机构6。遮光掩模901a配置于从第2聚光元件7、5、3/15到受光元件902a的光路中，在来自测量对象物体8的反射光束被第2聚光元件7、5、3/15聚焦的位置因光程扫描机构6的动作而变化时，使遮光掩模901a遮住该反射光束的一部分的比例改变。受光元件902a用于接收通过遮光掩模901a的光束。本技术的位移传感器采用上述结构，根据利用光程扫描构构6的动作改变的受光元件902a的输出信号，取得有关到-->测量对象物体8的距离的信息。本技术的位移传感器的工作原理如下所述。投光单元发射出的光束经过第1聚光元件，聚焦于测量对象物体上，其反射光束由第2聚光元件聚焦于受光单元的遮光掩模上。遮光掩模的形状可以是各式各样的，但是在采用设置例如针孔的掩模的情况下，在遮光掩模上的反射光束的光点尺寸发生变化的过程中，当光点尺寸变为最小、反射光束最多的部分通过针孔时，受光部的受光量达到最大。由于光程扫描机构的动作，照射于测量对象物体的光束的聚光位置发生变化。这里所谓光程意味着从投光单元到测量对象物体，以及从测量对象物体到受光单元的光程。例如假设光程扫描机构为中立状态时从投光部射出的光束聚焦的位置上有测量对象物体，则在光程扫描机构使光程缩短的状态下(图3)，这时照射光束处于尚未聚焦(假设测量对象物体不存在，则在比有该对象物体的位置要远的地方聚光)的状态。这里，在测量对象物体是镜面物体的情况下，从测量对象物体来的反射光束如图4所示，没有在遮光掩模上完全聚焦，遮光掩模上的光束的光点直径相对较大，因此受光单元的受光量变小。另一方面，在被测量物体是漫反射物体时，在测量对象物体上的光束产生漫反射(图5)，而且其反射光束不在遮光掩模上成像(在比遮光掩模更靠受光元件一侧成像)，因此依然是受光单元的受光量变小。反之，在光程扫描机构使光程变长的状态下，这时照射光束及从测量对象物体来的反射光束的聚光位置相对于光程扫描机构处于中立状态时的反射光束的聚光位置分别向与上述位置相反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位移传感器，其特征在于，具备：投光单元，具有遮光掩模和受光元件的受光单元，把投光单元射出的光束聚焦于测量对象物体的第１聚光元件，将来自所述测量对象物体的反射光束向受光单元聚焦的第２聚光元件，配置在 从所述投光单元至所述测量对象物体的投光光路中并且是配置在从所述测量对象物体至所述受光单元的受光光路中，使由所述第１聚光元件和所述投光单元规定的投光光轴与由所述第２聚光元件和所述受光单元规定的受光光轴在测量对象物体一侧同轴的第１光路控制元件，以及配置在所述投光光轴与所述受光光轴变为同轴的光路中并且是配置在所述投光光路及受光光路中的光束不平行的部位，使从投光单元到测量对象物体的光程及从测量对象物体到受光单元的光程连续变化的光程扫描机构，　所述遮光掩模配置于从所述第２聚 光元件到所述受光元件的光路中，当来自所述测量对象物体的反射光束由第２聚光元件聚焦的位置因所述光程扫描机构的动作而发生变化时，使被所述遮光掩模遮住的该反射光束一部分的比例发生变化，所述受光元件是接收通过遮光掩模后的光束的元件， 根据由于所述光程扫描机构的动作而变化的受光元件的输出信号，取得到测量对象物体的距离方面的信息。...

【技术特征摘要】
JP 2002-2-15 JP2002-385931.一种位移传感器，其特征在于，具备：投光单元，具有遮光掩模和受光元件的受光单元，把投光单元射出的光束聚焦于测量对象物体的第1聚光元件，将来自所述测量对象物体的反射光束向受光单元聚焦的第2聚光元件，配置在从所述投光单元至所述测量对象物体的投光光路中并且是配置在从所述测量对象物体至所述受光单元的受光光路中，使由所述第1聚光元件和所述投光单元规定的投光光轴与由所述第2聚光元件和所述受光单元规定的受光光轴在测量对象物体一侧同轴的第1光路控制元件，以及配置在所述投光光轴与所述受光光轴变为同轴的光路中并且是配置在所述投光光路及受光光路中的光束不平行的部位，使从投光单元到测量对象物体的光程及从测量对象物体到受光单元的光程连续变化的光程扫描机构，所述遮光掩模配置于从所述第2聚光元件到所述受光元件的光路中，当来自所述测量对象物体的反射光束由第2聚光元件聚焦的位置因所述光程扫描机构的动作而发生变化时，使被所述遮光掩模遮住的该反射光束一部分的比例发生变化，所述受光元件是接收通过遮光掩模后的光束的元件，根据由于所述光程扫描机构的动作而变化的受光元件的输出信号，取得到测量对象物体的距离方面的信息。2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，具备是所述第1聚光元件且是所述第2聚光元件的第6聚光元件，所述第1光路控制元件配置于所述第6聚光元件与所述投光单元以及所述受光单元之间。3.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其特征在于，所述光程扫描机构相对于光轴垂直配置，具有沿着所述做成同轴的光轴方向作位移的反射面，还具有将投光单元出射的光束导向所述反射面并将该反射面反射的光束引向测量对象物体，并且把来自测量对象物体的反射光束反方向引导到与将光束引向上述测量对象物体的光路相同的光路上的第2光路控制元件。4.根据权利要求3所述的位移传感器，其特征在于，所述第2光路控制元件配置于所述第1光路控制元件与上述反射面之间，所述第1聚光元件由第3聚光元件和第4聚光元件构成，所述第2聚光元件由所述第3聚光元件和第5聚光元件构成，所述第4聚光元件是在从所述投光单元到所述反射面的光路中集中或分散配置的一个或多个透镜，其中的至少一个透镜配置于从所述投光单元到所述第2光路控制元件的光路中，把所述投光单元射出的光束聚光于所述反射面附近，所述第3聚光元件是在所述反射面与所述测量对象物体之间集中或分散配置的一个或多个透镜，其中的至少一个透镜配置于所述第2光路控制元件与所述测量对象物体之间，把所述反射面反射的光束聚光于所述测量对象物体，同时把来自所述测量对象物体的反射光束聚光于所述反射面附近，所述第5聚光元件是在从所述反射面到所述受光部的光路中集中或分散配置的一个或多个透镜，其中的至少一个透镜配置于从所述第2光路控制元件到所述受光单元的光路中，将被所述测量对象物体反射后被所述反射面反射的光束聚光于所述受光单元。5.根据权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，具备是所述第4聚光元件且是所述第5聚光元件的第7聚光元件，所述第7聚光元件配置于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇野徹也，滝政宏章，菅孝博，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：实用新型
国别省市：JP[日本]