专利名称：具有计测区域的自动设定装置的位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位移传感器的计测对象区域的设定，特别是涉及在将玻璃等透明体作为计测对象物体时，将反射率不同的多个面作为对象的计测区域的设定方法。
背景技术：
在使用了三角测距法的非接触位移传感器(采用激光等作为光源)中，从投光元件向计测对象物体照射光，然后利用从该计测对象物体反射的光被聚光在受光元件的哪个位置的信息，来计测到计测对象物的距离。
但是，在使用这样的位移传感器将玻璃等透明体作为计测对象进行计测时，通常，会产生来自玻璃表面和来自玻璃背面的2个反射光。此外，在这样的玻璃板中，常常存在虽然在表面玻璃是裸露的但背面却附有金属覆膜等的玻璃等，在计测这样的覆膜的玻璃时，由于表面和背面的反射率不同，所以反射光量会产生差距。作为这样的玻璃板，例如有使用于电视机的阴极射线显像管的玻璃板、液晶显示面板的玻璃板等。这种情况下，为了与其中一侧的面对应而调整了投光元件的发光量或者受光元件的受光增益等受光灵敏度时，另一侧的面的受光状态不能保持在适当的状态(变为受光量过大或者过小的状态)，很难正确地取得表面和背面的位置。
此外，在实施玻璃计测时，存在来自表面或背面的经反射或者多重反射而入射的光。这样，为了稳定计测玻璃的表面位移或玻璃的厚度，需要分开各自的面来确认受光位置。作为其装置，通过将要计测的受光位置附近作为计测对象区域进行设定，从而能够对所设定的计测对象区域进行稳定的计测。
例如，如图11中(a)所示那样，在规定的激光发光量、以及受光灵敏度的设定中，若将玻璃板作为计测对象物体进行计测，则有如下这样的情况作为从受光元件得到的图像，玻璃表面和背面的反射光量有明显的差异，而不能稳定计测双方。此外，如图11中(b)所示那样，在规定的激光发光量以及受光灵敏度的设定中，由于玻璃的表面和背面的反射率的差异过大的原因，往往存在只能得到表面或背面的某一方的受光图像的情况。这时，若与受光量小的一方对应，以能进行稳定的计测的方式而提高激光发光量和受光元件的全部像素区域的受光灵敏度，则由于另一方的反射面已经饱和，所以会产生不能进行稳定的计测的问题。
于是，为了应对这样的情况，如图11中(c)所示那样，例如，将计测区域限定在由虚线包围的区域内，仅对该区域调整激光发光量和受光增益，由此没有给其他的反射面带来不良影响，并能够使要计测的面稳定受光。
而且，在拍摄元件的全部像素区域中，能够将离散的多个具有任意大小的区域作为计测对象区域而进行设定的位移传感器广为人知(例如参照专利文献1)。
专利文献1WO2001/057471。
但是，如图11中(b)所示那样，在从受光元件得到的图像上，在来自反射率小的面的受光量通过此时的受光灵敏度的设定状态而不能观测时，在未考虑到该面的存在的情况下，对应于受光量大的一方来设定灵敏度的可能性高。当然，虽然只要找出全部的反射面而相对于各个面设定上述的计测对象区域即可，但首先考虑到这样的工作是必须的这件事情本身是很困难的。此外，反射面之间的间隔宽，一方的反射面的像成在受光元件上的能够测定的位移计测范围之外的情况下，因为不存在于受光元件上，所以不管怎么寻找也不能找出该面，从而不能对应于该面而设定计测对象区域。在这样的情况下，存在如下的情况虽然是作为检测对象的玻璃和位移传感器的距离有问题，但仍认为是由于没能设定好灵敏度而反复进行错误的试行，从而设定花费工夫。这样，虽然反射率低的面的像不能看见但也可能存在，并且也有即使是在计测对象上有反射率低的面，由于像成在位移计测的范围外，从而无法显示在受光元件的图像上的情况，因此计测区域设定工作成为包含其必要性而考虑到位移传感器的范围、计测对象物体的反射面的间隔、位移传感器和反射面之间的设置间隔的很难的判断，很难说是现场人员能够简单地进行的工作。
而且，这样的工作被指出存在需要用户的介入从而降低工作效率的问题。
此外，存在这样的问题这样，用户通过被显示在监视器等上的受光波形识别计测对象区域的大体位置，其后在用手输入而进行计测区域的设定时，在上述的图11中(a)的情况下，能够把握在某种程度哪个位置上存在第二个反射面从而进行计测区域的设定，而在图11中(b)的情况下，由于不知道第二个反射面存在于何处，因此在进行计测区域的设定之前，为确认其位置而要求必须调整投光元件的激光发光量和受光元件的受光灵敏度这样繁杂的工作，会大幅降低工作效率。
发明内容
本发明是着眼于这些现有的问题而作成的，其目的在于提供一种位移传感器，即使在将玻璃等透明体这样的、具备具有不同的反射率的多个面的计测对象物体作为对象时，也能够自动地进行计测对象区域的设定，并能够进行稳定的计测。
本发明的其他目的在于提供一种位移传感器，即使在玻璃等透明体上进行了金属覆膜等处理从而在其表面和背面的反射率显著不同的情况下，也不加入用户的人工操作，而能够自动地进行计测对象区域的设定，从而能够大幅提高工作效率。
本发明的进一步的其他目的以及作用效果，通过参照说明书的以下记述，本领域的普通技术人员是能够容易地理解的。
本发明的位移传感器，包括投光元件，其用于对计测对象物体以规定角度照射光；受光元件，其用于接收来自被光照射的计测对象物体的反射光；计测对象区域的自动设定装置，其使投光元件的发光量从规定值起自动地按规定量或者规定比率逐步增加，直到由受光元件取得两面以上的计测对象物体的反射面为止，并自动设定与所取得的至少两个反射面分别对应的计测区域；位移计测装置，其基于与所设定的计测对象区域对应的受光元件的受光图像，进行作为目的位移的计测。
根据这样的结构，即使计测如玻璃板这样的、表面和背面的反射率不同的计测对象物体，也能够可靠地取得成为计测对象的面的反射面，从而能够自动地进行计测对象区域的设定。
根据本发明的实施方式，在上述计测对象区域的自动设定装置中，持续增加投光元件的发光量，直到受光元件取得三面以上的计测对象物体的反射面为止。
通过这样的结构，即使计测对象为隔着玻璃的工件时的玻璃和隔着玻璃的工件表面之间的间隙计测，也能够可靠地取得玻璃表面、玻璃背面、隔着玻璃的工件表面三个面，并进行正确的计测。
根据本发明的实施方式，上述计测对象区域的自动设定装置，基于受光图像中的受光量分布的极大值而取得反射面，以使与各反射面对应的计测对象区域和与其他的反射面对应的受光量分布的波形不重叠的方式来设定计测对象区域。
所谓以和与其他的反射面对应的受光量分布的波形不重叠的方式来设定计测对象区域，包含以下情况不包含由于其他的反射面而受光的受光量分布波形的整体的情况；不包含预定值以上的部分的情况；不包含相比于基于与该反射面对应的极大值的值而受光量大的部分的情况。由此，在每个计测对象区域，能够可靠地取得对应的反射面。
此外，在这里说的“计测对象”包含玻璃表面、玻璃背面、玻璃厚度、隔着玻璃的工件表面、以及玻璃和隔着玻璃的工件表面之间的间隙等。
根据本发明的实施方式，受光元件即可以是二维拍摄元件也可以是一维拍摄元件。通过这样的结构，本发明的计测对象区域的自动设定处理无论在使用了二维拍摄元件作为受光元件的情况下，还是在使用了一维拍摄元件的情况下都能够使用，从而能够提供具有通用性的计测区域的自动设定处理。
根据本发明的其他的实施方式，位移传感器包括投光元件，其用于对计测对象物体以规定角度照射光；受光元件，其用于接收来自被光照射的计测对象物体的反射光；计测对象区域的自动设定装置，其使受光元件的受光增益从规定值起自动地按规定量或者规定比率逐步增加，直到由受光元件取得两面以上的计测对象物体的反射面为止，并自动设定与所取得的至少两个反射面分别对应的计测区域；位移计测装置，其基于与所设定的计测对象区域对应的受光元件的受光图像，进行作为目的的位移的计测。
通过这样的结构，即使计测玻璃板这样的、表面和背面的反射率不同的计测对象物体，能够可靠地取得成为计测对象的面的反射面，能够自动地进行计测对象区域的设定。此外，通过调整受光元件侧的受光增益使受光灵敏度变化，能够进行这样的计测对象区域的自动设定处理。
根据本发明的实施方式，在上述计测对象区域的自动设定装置中，持续增加受光元件的受光增益，直到受光元件取得三面以上的计测对象物体的反射面为止。
通过这样的结构，在计测对象为隔着玻璃的工件时的玻璃和隔着玻璃的工件表面的间隙计测的情况下，也能够确实取得玻璃表面、玻璃背面、隔着玻璃的工件表面三个面，进行正确的计测。
根据本发明的实施方式，上述计测对象区域的自动设定装置，基于受光图像中的受光量分布的极大值而取得反射面，以使与各反射面对应的计测对象区域和与其他的反射面对应的受光量分布的波形不重叠的方式来设定计测对象区域。
所谓以和与其他的反射面对应的受光量分布的波形不重叠的方式来设定计测对象区域，包含下述情况不包含由于其他的反射面而受光的受光量分布波形的全体的情况；不包含预定值以上的部分的情况；不包含相比于基于与该反射面对应的极大值的值而受光量大的部分的情况。由此，在每个计测对象区域，能够可靠地取得对应的反射面。
并且，根据本发明的实施方式，受光元件即可以是二维拍摄元件也可以是一维拍摄元件。通过这样的结构，本发明的计测对象区域的自动设定处理无论在使用了二维拍摄元件作为受光元件的情况下，还是在使用了一维拍摄元件的情况下都能够使用，从而能够提供具有通用性的计测区域的自动设定处理。
进而，根据本发明的其他的实施方式，位移传感器包括投光元件，其用于对计测对象物体以规定角度照射光；受光元件，其用于接收来自被光照射的计测对象物体的反射光；计测对象区域的自动设定装置，其使投光元件的发光量、以及受光元件的受光增益双方同时从规定值起自动地按规定量或者规定比率逐步增加，直到由受光元件取得两面以上的计测对象物体的反射面为止，并自动设定与所取得的至少两个反射面分别对应的计测区域；位移计测装置，其基于与所设定的计测对象区域对应的受光元件的受光图像，进行作为目的的位移的计测。
通过这样的结构，即使计测玻璃板这样的、表面和背面的反射率不同的计测对象物体，也能够可靠地取得成为计测对象的面的反射面，并能够自动地进行计测对象区域的设定。此外，通过慢慢增加投光元件侧的发光量，同时慢慢增加受光元件侧的受光增益这样的调整而能够进行这样的计测对象区域的自动设定处理。
根据本发明的实施方式，在上述计测对象区域的自动设定装置中，持续增加投光元件的发光量、以及受光元件的受光增益，直到受光元件取得三面以上的计测对象物体的反射面为止。
通过这样的结构，即使例如计测对象为隔着玻璃的工件时的玻璃和隔着玻璃工件表面的间隙计测，也能够可靠地取得玻璃表面、玻璃背面、以及隔着玻璃工件表面的三个面，并能够实行正确的计测。
根据本发明的实施方式，上述计测对象区域的自动设定处理是基于由用户预先指定的计测对象而实行的。
根据这样的结构，即使是由于计测对象不同从而计测对象区域的设定处理不同的情况也是容易处理的，且将用户的介入限制在最小限度内从而不会给工作效率带来不良影响。
而且，根据本发明的实施方式，受光元件即可以是二维拍摄元件也可以是一维拍摄元件。通过这样的结构，本发明的计测对象区域的自动设定处理无论在使用了二维拍摄元件作为受光元件的情况下，还是在使用了一维拍摄元件的情况下都能够使用，从而能够提供具有通用性的计测对象区域的自动设定处理。
显然由以上说明可知，本发明的优点在于，根据本发明，即使将玻璃等透明体那样的、具备具有不同的反射率的多个面的计测对象物体作为对象，也能够自动地设定计测对象区域，并在实现稳定的计测同时，大幅提高计测时的工作效率。
图1是表示本发明的位移传感器的电性硬件结构的框图。
图2是表示信号处理部的动作的流程图。
图3是表示组合(グル一ピング)处理的详细过程的流程图。
图4是表示计测区域的设定的详细过程的流程图。
图5是表示计测对象为玻璃厚度时的计测区域的设定处理的流程图。
图6A至图6E是表示计测玻璃表面时的计测区域的设定的说明图。
图7A至图7E是表示计测玻璃背面时的计测区域的设定的说明图。
图8A至图8D是表示进行二个区域计测时的计测区域的设定的说明图。
图9是表示计测区域为玻璃间隙时的计测区域的设定处理的流程图。
图10是表示取得了三面反射面时的计测区域的设定的说明图。
图11是表示玻璃表面和背面的反射率不同时的说明图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的最佳一实施方式。此外，需要注意的是，本发明的宗旨只是由权利要求的范围来限定的，以下的实施方式只不过是表示本发明的一个例子。
图1表示本实施方式的位移传感器的电性硬件构成的框图。本实施方式的位移传感器是为了能够紧凑的收容在控制盘等中，或者容易的安装于狭小的计测环境中，而使传感器头部10和信号处理部20分开的所谓放大器分离型的位移传感器，并被连接到外部的作为控制机构的PC30而使用。
传感器头部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，运算处理部15、内部存储器16、通信控制部17。
投光元件11由例如LD(激光二极管)构成。投光控制部13生成投光元件11的驱动脉冲，通过投光元件11向计测对象物照射脉冲光。受光控制部14进行受光元件12的控制。此外，在这里说的受光元件12可以使用能够测定一维拍摄元件或二维拍摄元件等的受光量的强度分布的拍摄元件。此外，作为拍摄元件，例如有CCD、CMOS或光电二极管阵列等。
运算处理部15取得从受光元件12得到的受光量而计算出特征量。内部存储器16存储计测对象物的计测周期、传感器头部10的ID号码(识别号码)等传感器固有的信息。通信控制部17控制与信号处理部20的通信。
本实施方式的传感器头部10被做成上述的电路结构，在该例中被用于进行如下处理按照信号处理部20的指令进行投光处理，并将由受光处理产生的受光信号在适当的定时发送到信号处理部20。
信号处理部20具有通信控制部21、计测控制部22、外部信号检测部23、SW检测部24、显示部25、内部存储器26、通信控制器27、CPU28。
通信控制部21进行与传感器头部10的通信控制，并从传感器头部10取得受光数据等。计测控制部22根据从传感器头部10取得的数据，进行计测到计测对象物的距离等的计测处理。外部信号检测部23，检测外部触发器等的外部信号，将取得由计测控制器22产生的计测结果的定时输入到CPU28。
SW检测部24检测来自被设置在信号处理部20的未图示的开关或按钮的输入。显示部25具有显示计测值或设定条件的液晶显示部、表示动作状态等的显示灯LED等。内部存储器26存储计测值等计算结果。通信控制器27控制用于进行与外部的PC30等的通信的USB或RS-232C。
CPU28统一控制信号处理部20整体。CPU28根据从SW检测部24取得的开关状态而反映计测条件的设定，其结果通过显示部25显示。此外，CPU28具有计测值取得部的功能，将从计测控制部22取得的计测值、计测条件的设定等表示在显示部25。CPU28具有计测定时取得部的功能，检测用于生成时间信息的定时，计算出时间信息，并将计算出的时间信息添加到计测值中。CPU28具有将计测值存储到内部存储器26中、或者从内部存储器26取得计测值的功能，进而还具有将所取得的计测值转送到通信控制器的功能。
图2表示信息处理部20中的动作的流程图，图3表示组合处理的详细过程的流程图，图4表示计测区域设定装置的详细过程的流程图。
如图2所示，当接通电源而开始处理时，进行初始设定(n＝0)(步骤201)。然后，进行投光元件的激光发光量P(n)以及受光元件的受光增益G(n)的设定(步骤202)。在这里将激光发光量设定为0或最小发光量，将受光增益设定成0或最小增益，以使成为使受光量阶跃变化时小的一侧的最初的值。而且，基于由步骤202设定的激光发光量来进行从投光元件向计测对象物的投光，基于由受光元件设定的受光增益来取得受光图像(步骤203)。而且，基于所取得的受光图像，取得反射面数和位置(步骤204)。反射面是通过从受光图像得到的受光量分布之中选择规定的阈值以上的极大值的方法或以此为基准的方法来取得的。这时，反射面数不到1时(步骤205为“否”)，下一个激光发光量或者/以及受光增益以使受光图像的受光量按规定量或者规定比率增加的方式被设定成n＝n+1(步骤207)，并返回步骤202，再次进行受光图像的取得以及反射面数和位置的取得。返回步骤205，反射面数为1以上时(步骤205为“是”)，进行在后面详细说明的组合处理(步骤206)。当进行组合处理时，进行反射面数是否能够取得两面以上的确认(步骤208)。这时，后面再详细说明，但在计测对象物体为隔着玻璃的工件时或玻璃间隙时，自动地持续控制直到反射面数取得三个以上为止。反射面数为两个以下时(步骤208为“否”)，在步骤207再次设定激光反射量以及受光增益，反复上述步骤。在反射面数取得了两个以上时，进行后面详细说明的计测区域的自动设定处理(步骤209)。
通过图3表示图2中的组合处理的详细说明。在该组合处理中，首先确认反射面是否一个都没有取得(步骤301)。这时，在一个反射面都没有取得时(步骤301为“是”)，将取得的受光位置作为新的组登录。相对于此，取得反射面时(步骤301为“否”)，确认所取得的反射面是否是与已经登录的组是相同的组(步骤302)。在这里，满足以下条件时，判断为同一组。
|X(n)-x|≤T(k，l，b，p)x取得的受光位置X(n)已经登录的组的平均受光位置T(k，l，b，p)不能光学性分离受光波形的阈值，主要是由以下的参数引起的k交叉角l光束形状b放大率p受光元件像素数基于上述的条件，判断出与已经登录完成的组是相同的组时(步骤302为“是”)，将取得的图像作为已经登录完成的组进行登录(步骤303)。这时，在组的位置信息中反映此次取得的结果。此外，将使用相同的组的位置信息而平均化的结果作为组的位置信息。而且，在步骤302中，判断出与已经登录完成的组不是相同的组时(步骤302为“否”)，将取得的受光位置作为新的组登录。
在图4表示图2所示的计测区域的设定处理的详细过程。首先，将取得的各组的位置信息排序(步骤401)。而且，按位置信息近远的顺序，分配为玻璃表面、背面、隔着玻璃的工件表面(步骤402)。然后，按照要进行计测的对象进行计测区域的自动设定(步骤403)。在这里，所谓计测对象包含玻璃表面、玻璃背面、玻璃厚度、隔着玻璃的工件表面、玻璃和隔着玻璃的工件表面间的距离(玻璃间隙)等各种计测对象。
在这里，在设定计测对象区域时，根据计测对象需要不同的处理。在上述的计测对象中，例如，玻璃表面、玻璃背面、以及玻璃厚度是计测对象时，通过取得两个反射面(玻璃表面以及玻璃背面)而能够进行计测。但是，在计测对象为玻璃间隙(玻璃和隔着玻璃的工件表面间的距离)时，仅上述的两面不能进行计测，必须取得3个反射面(玻璃表面、玻璃背面、以及隔着玻璃的工件表面)。为此，根据计测对象，计测区域的设定手段不同。
以下，更详细的说明计测对象为玻璃厚度(取得两个反射面)时的计测区域的自动设定处理。
在图5中，表示计测对象为玻璃厚度时的计测区域的自动设定处理的流程图。首先，将激光发光量设定为最小(步骤501)，通过设定的激光发光量而取得受光数据(步骤502)。而且，进行是否取得了两个以上受光面的确认(步骤503)。在这里，取得的反射面没有达到两面时(步骤503为“否”)，提高激光发光量(步骤505)，返回步骤502再次取得受光数据。该激光发光量的调整处理持续到在受光元件取得两面以上的反射面为止，在反射面取得了两面以上后(步骤503为“是”)，将两个受光位置设为X1、X2，进行按照后述的状态的计测区域的自动设定(步骤504)。若进行了计测区域的设定，则在各计测区域中，提高激光投光功率(步骤506)。在这里，继续提高激光投光功率直到计测区域的受光量饱和为止(步骤507为“否”)。而且，若受光量饱和了后(步骤507为“是”)，设定各计测区域的控制范围(步骤508)。在该计测区域的控制范围的设定中，进行激光控制范围的上限值的设定。通过将取得了反射面时的激光发光量的约1.4倍作为上限值，从而能够实施最佳化的投光调整。
这样，通过直到能够取得必要的计测对象面数为止，自动地控制投光元件的激光发光量，从而能够容易地取得作为目的的计测对象面的受光图像而不需用户参与。此外，由于在慢慢调整激光发光量的过程中，还能够把握对象计测区域的最佳的激光发光量，在从后面的计测区域的设定到实际的计测的阶段中，由于已经把握了实行计测最佳的激光发光量，因此能够容易、且高效地进行区域的设定以及计测处理。
此外，在提高上述步骤205中的激光发光量时，以等倍(例如1.1倍)速度提高。这样，通过慢慢提高激光发光量，能够容易地区分例如干扰光或多重反射带来的干扰等和由实际的计测面带来的反射，从而能够防止由这样的干扰带来的计测精度的降低。
此外，在上述例子中，通过调整激光发光量而取得所需要的计测对象的反射面，但通过调整受光元件侧的受光灵敏度(受光增益)也能够得到同样的效果。此外，通过同时进行投光元件侧的激光发光量和受光元件侧的受光灵敏度的调整从而也可以进行调整。
以下，参照图6～图8详细说明不同的计测对象中的计测区域的自动设定的区域示教功能。图6A至图6E是表示计测玻璃表面时的计测区域的设定的说明图，图7A至图7E是表示计测玻璃背面时的计测区域的设定的说明图，而且，图8A至图8D是分别表示进行两个区域计测时的计测区域的设定的说明图。在这些图中，将从计测对象反射、接收的光作为线条发亮(ラインブライト)的波形来表示。此外，在这些图中，纵轴表示受光的光量，横轴表示受光位置。这时，在横轴上左侧表示离传感器头部10近的位置，在右侧表示越来越远的位置。此外，在图6A至图6E以及图7A至图7E中，左侧表示的是没有设定计测区域的状态的线条发亮的波形，右侧表示的是设定了计测区域的状态的线条发亮的波形。在该右侧的图像中由虚线包围的区域表示计测对象区域，表示受光量的三角形状的线条发亮的波形之中，涂敷的波形表示计测对象的反射面。此外，在图8A至图8D中，左端表示的是没有设定计测区域的状态的线条发亮的波形，中央表示的是计测对象区域1，右侧表示的是计测对象区域2。
图6A～图6E表示将玻璃表面作为计测对象时的计测区域的设定。为此，在表示右侧的计测对象区域的设定后的图中，将左侧的受光波形(玻璃表面)作为计测对象而设置。
图6A表示取得的两个反射面的光量差小的情况。这样，两个反射面的光量差小时，将其区域作为全领域，将计测对象区域设定在第一个受光位置(玻璃表面)。这样，在两个面中光量差小的情况下不需要分区域。
在图6B以及图6C中表示两个反射面中具有光量差的情况。图6B表示第一个受光位置(玻璃表面)的受光量大于第二个受光位置(玻璃背面)的受光量的情况，在图6C中表示玻璃背面的受光量大于玻璃表面的受光量的情况。这样，在受光量产生差的情况下，将第一个和第二个计测对象面的中心作为分界来设定区域。这时，由于计测对象是玻璃表面，所以将第一个和第二个的计测对象面的中心作为分界并包含第一个受光位置的区域作为计测对象区域。
而且，图6D以及图6E中表示两个面中的光量差非常大的情况，在图6D表示虽然取得了玻璃表面的受光波形，但由于玻璃背面的受光量与玻璃表面的受光量相比特别小，因此不能取得玻璃背面的受光波形的情况。对此，在图6E中表示虽然取得了玻璃背面的受光波形，但由于玻璃表面的受光量与玻璃背面的受光量相比特别小，所以不能取得玻璃表面的受光波形的情况。这时，在图6D中，由于取得了作为计测对象的玻璃表面的受光波形，所以将计测对象区域作为全领域而将计测对象面设定为第一个受光位置。对此，在图6E中，没有取得作为计测对象的玻璃表面的受光波形。这时，对激光发光量或受光增益进行调整直到取得玻璃表面的受光波形为止。而且，在取得了玻璃表面的受光波形后，将两个计测对象面的中心作为分界进行计测区域的设定。这时，由于玻璃表面是计测对象，所以设定为将计测对象面的中心作为分界并包含第一个受光位置(玻璃表面)的区域。
若如上述这样进行计测对象区域的设定，则基于这些计测对象区域中的受光图像，通过公知的方法，进行作为目的的位移的计测。这时，在各计测对象区域中，由于计测对象面与其反射率的大小无关，以对计测为最佳的方式分别调整投光元件的激光发光量，所以能够进行高精度的计测。此外，如图6D以及图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状况下，也能够自动的检测出计测对象面，并能够进行作为目的的计测。
图7A～图7E表示将玻璃背面作为计测对象时的计测区域的设定。为此，在表示右侧的计测对象区域的设定后的图中，将右侧的受光波形(玻璃背面)作为计测对象而设置。
图7A表示取得的两个反射面的光量差小的情况。这样，两个反射面的光量差小时，将计测区域作为全领域，将计测对象区域设定在第二个受光位置(玻璃背面)。这样，在两个面的光量差小的情况下，与将玻璃表面作为计测对象的情况同样，不需要分区域。
图7B以及图7C表示两个反射面中具有光量差的情况。图7B是表示第一个受光位置(玻璃表面)的受光量大于第二个受光位置(玻璃背面)的受光量的情况，在图7C中表示玻璃背面的受光量大于玻璃表面的受光量的情况。这样，在受光量产生差的情况下，将第一个和第二个计测对象面的中心作为分界来设定区域。这时，由于计测对象是玻璃背面，所以如图7B以及图7C所示，将第一个和第二个的计测对象面的中心作为分界并将包含第二个受光位置的区域作为计测对象区域。
而且，图7D以及图7E中表示两个面的光量差非常大的情况，在图7D表示虽然取得了玻璃表面的受光波形，但由于玻璃背面的受光量与玻璃表面的受光量相比特别小，所以没有取得玻璃背面的受光波形的情况。相对于此，在图7E中表示虽然取得了玻璃背面的受光波形，但由于玻璃表面的受光量与玻璃背面的受光量相比特别小，所以没有取得玻璃表面的受光波形的情况。这时，在图7D中，没有取得作为计测对象的玻璃背面的受光波形，这时，对激光受光量或受光增益进行调整直到取得玻璃背面(第二个受光位置)的受光波形为止。而且，在取得了玻璃背面的受光波形后，将两个计测对象面的中心作为分界进行区域的设定。这时，由于玻璃背面为计测对象，所以设定为将两个计测对象面的中心作为分界而包含第二个受光位置(玻璃背面)的区域。相对于此，在图7E中，由于取得了作为计测对象的玻璃背面的受光波形，所以将计测对象区域作为全领域而将计测对象面设定为第一个受光位置。
若上述这样进行计测对象区域的设定，则基于这些计测对象区域中的受光图像，通过公知的方法，进行作为目的的位移的计测。这时，在各计测对象区域中，由于计测对象面与其反射率大小无关，而以对计测为最佳的方式调整投光元件的激光发光量，所以能实行高精度的计测。此外，如图7D以及图7E所示，即使玻璃表面和背面的反射率之差非常大而没有取得一方的反射面的状况下，也能够自动地检测出计测对象面，并实行作为目的的计测。
在图8A～图8D中，表示进行活用了本发明的自动区域设置处理的两个区域计测时的区域设定。
在图8A表示取得的两个反射面的光量差小的情况。这时，分开为使计测区域为全领域而使计测对象为第一受光位置的区域1、和使计测区域为以第二个受光位置为中心而到反射面的中心的范围，而使计测对象为第二个受光位置的区域2而进行计测。
在图8B以及图8C表示两个反射面具有光量差的情况。图8B表示第一个受光位置(玻璃表面)的受光量大于第二个受光位置(玻璃背面)的受光量的情况，在图8C中表示玻璃背面的受光量大于玻璃表面的受光量的情况。这样，在受光量产生差距时，由受光量大的面的位置，改变区域的选择方法。即，如图8B所示，在第一个受光位置的受光量大时，分为使计测对象为第一受光位置而使计测对象区域为全领域的区域1、和使计测对象为第二受光位置而使计测对象区域为以第二个受光位置为中心而到反射面的中心为止的范围的区域2。相对于，如图8C所示，在第二个受光位置的受光量大时，分为使计测对象为第一个受光位置而使计测对象区域为以第一个受光位置为中心而到反射面的中心为止的范围的区域1、和使计测对象为第二受光位置而使计测对象区域为以第二个受光位置为中心而到反射面的中心为止的范围的区域2。
而且，图8D表示在第一个受光位置和第二个受光位置之间产生非常大的光量差的情况。在该例中表示第一个受光位置(玻璃表面)虽然取得了受光图像，但由于第二个受光位置的受光量与第一个受光位置的受光量相比特别小，而没有取得受光图像的情况。这时，将受光量小的作为区域2进行设定。即，如图8D所示，分开为使计测对象区域为全领域而使取得受光图像的一方(第一个受光位置)为计测对象的区域1、与使计测对象区域为以第二个受光位置为中心而到反射面的中心为止的范围的区域2来进行计测。
若如上述这样进行计测对象区域的设定，则基于这些的计测对象区域的受光图像，通过公知的方法，进行作为目的的位移的计测。当然，也能够包含各面的受光位置而将与其受光位置具有规定的位置关系的区域作为计测对象区域进行设定。这时，在各计测对象区域中，由于计测对象面与其反射率的大小无关，而以对计测为最佳的方式调整投光元件的激光发光量，所以能够实行高精度的计测。此外，如图8D所示，即使在玻璃表面和背面的反射率之差非常大而没有取得一方的反射面的状态下，也能够自动地检测出计测对象面，并实行作为目的的计测。
本发明的计测区域的自动设定处理即使在进行隔着玻璃的工件的计测这样的情况下也有效。以下，参照图9以及图10说明对于隔着玻璃的工件进行玻璃和隔着玻璃的工件表面的距离(玻璃间隙)的计测时的计测区域的自动设定处理。
图9是表示计测对象为玻璃间隙时的计测区域的自动设定处理的流程图。如该图所示，首先，进行将激光发光量设定为最小的初始化处理(步骤901)。然后，通过设定的激光发光量取得受光数据(步骤902)，进行是否取得了三个以上反射面的判定(步骤903)。在这里，如果没有取得三个以上的反射面(步骤903为“否”)，则提高激光发光量(步骤905)，反复取得受光数据。从而，如果取得了三个以上反射面(步骤903为“是”)，则将三个受光位置设为X1、X2、X3，进行与其状态对应的计测区域的设定(步骤904)。接下来，在设定的各计测区域中，提高激光发光功率(步骤906)，继续该工作直到计测区域中的受光量饱和为止(步骤907为“否”)。在各计测区域中，确认了受光量的饱和后(步骤907为“是”)，设定各计测区域的激光投光控制范围(步骤908)。
在这里，与上述的计测玻璃厚度时相同，在提高激光发光量时，以等倍(例如1.1倍)速度提高。这样，通过慢慢提高激光发光量，可以容易地区分例如干扰光或多重反射带来的干扰等与由实际的计测面带来的反射，从而能够防止通过这样的干扰而降低计测精度。
此外，在上述例子中，通过调整激光发光量而取得需要的计测对象面的反射面，但即使通过调整受光元件侧的受光灵敏度(受光增益)也能够得到同样的效果。此外，也可以通过同时进行投光元件侧的激光发光量与受光元件侧的受光灵敏度的调整而进行调整。
图10表示与成为计测对象的计测面对应的计测区域的自动设定的区域示教功能。图10中(a)是表示取得了三个反射面(玻璃表面、玻璃背面以及隔着玻璃的工件表面)时的计测区域设定前的状态。图10中(b)是表示将第一个受光位置(玻璃表面)作为计测对象时的计测区域的设定，图10中(c)是表示将第二个受光位置(玻璃背面)作为计测对象时的计测区域的设定，图10中(d)是表示将第三个受光位置(隔着玻璃的工件表面)作为计测对象时的计测区域的设定。如这些图中所示，包含成为对象的计测面而在其前后设定计测区域的分界。
更详细的说明，如图10中(b)所示，将第一个受光位置(玻璃表面)作为计测对象时，包含第一个受光位置而在其前后设定计测区域。同样，在图10的(c)中，也将包含成为计测对象的第二个受光位置(玻璃背面)的其前后的区域作为计测区域，在图10的(d)中，也将包含成为计测对象的第三个受光位置(隔着玻璃的工件表面)的其前后的区域作为计测区域。这样，在每个成为计测对象的计测面将包含该计测面的前后的区域作为计测区域进行设定，在各自的计测区域中使用适当的激光发光量实现稳定的计测。
此外，采用使用了本发明的自动区域设定处理的两个区域计测，通过图10中(e)～(g)表示计测玻璃间隙时的计测区域设定。图10的(e)与图10(a)同样，表示取得了三个反射面时的计测区域设定前的状态。这样，在两个区域计测中计测间隙时，以在区域1包括第二个受光位置(图10(f))、而且在区域2包括第三个受光位置(图10(g))的方式设定计测区域。
若如上述这样进行计测对象区域的设定，则基于这些的计测对象区域中的受光图像，通过公知的方法，进行作为目的的位移的计测。这时，在各计测对象区域中，由于计测对象面与其反射率的大小无关，而以对计测为最佳的方式调整投光元件的激光发光量，所以能够实行高精度的计测。此外，通过如图10中(e)～(g)所示的计测区域的设定，能够正确地计测第二个受光位置(玻璃背面)和第三个受光位置(隔着玻璃的工件表面)，从而能够进行稳定的间隙计测。
如图5～图10所示，若计测对象不同，则需要设定与该计测对象对应的计测区域。而且，通过用户预先选择该计测对象，从而能够自动地进行与该计测对象对应的上述计测区域的设定处理。作为这时的计测对象，例如有玻璃表面、玻璃背面、玻璃厚度、隔着玻璃的工件表面、玻璃间隙等。而且，通过用户预先选择要计测的对象，无须进行由用户参与的其他的作业以及详细的设定处理，就能够自动地进行以后的计测区域的设定处理，并能够实行对成为对象的部位的计测。
在这里，用户将要计测的对象选择为玻璃厚度时，通过自动设定计测区域(表面和背面)，在以后的设定中用户不用参与就自动实行两个区域计测的计测区域设定处理。进而，在用户将要计测的对象选择为玻璃间隙时，通过自动设定计测区域(背面以及隔着玻璃的工件表面)，在以后的设定中用户不用参与就自动实行两个区域计测的计测区域设定处理。
如上所述，将投光元件中的激光发光量从最小值开始按顺序以等倍(例如1.1倍)速度提高，如果是计测对象为玻璃厚度的计测，则激光发光量提高到能够取得两个反射面为止，而如果计测对象为玻璃间隙，则激光发光量提高到能够取得三个反射面为止。而且，相对于取得的反射面，自动设定区域1、区域2的计测对象面。这时，将受光量小的一侧作为区域2的计测对象。而且，在区域1和区域2的中间设定计测区域的开始位置、或者终了位置。进行了这些的设定之后，进行激光控制范围的上限值的设定。如上所述，该上限值是将取得了反射面时的激光发光量的约1.4倍设定为上限值。这样，通过进行计测对象区域的区域设定的示教，而能够自动设定计测区域，显著地提高计测处理的工作效率，并且由于对每个反射面进行区域设定，所以即使在计测具有反射率大不相同的多个面的玻璃板等时，也能够对每个计测对象面进行稳定的计测，也能够很好地保持计测精度。
此外，在上述的实施例中，是将所得的面数作为预先被确定的东西来记载的，但在输入了反射面的面数之后，直到得到输入的反射面的面数为止，反复进行使激光发光量以及/或者受光增益阶跃变化来检测出反射面的处理，并在取得了输入的面数之后对各自的面进行计测区域的设定也是可以的。
这样，适时调整投光元件的激光发光量，而取得作为计测对象的计测面的受光波形，自动进行基于该检测对象的计测区域的设定处理，由此，用户侧的处理成为仅指定计测对象，而以后的计测区域的设定处理、以及实际的计测处理都能够自动执行。这样，通过使非常繁琐的计测区域的设定处理自动化，会大幅提高计测的工作效率，且即使是对具有多个不同的反射率的玻璃等进行的计测，也能够进行稳定的计测。
权利要求
1.一种位移传感器，其特征在于，包括投光元件，其用于对计测对象物体以规定角度照射光；受光元件，其用于接收来自被光照射的计测对象物体的反射光；计测对象区域的自动设定装置，其使投光元件的发光量从规定值起自动地按规定量或者规定比率逐步增加，直到由受光元件取得两面以上的计测对象物体的反射面为止，并自动设定与所取得的至少两个反射面分别对应的计测区域；位移计测装置，其基于与所设定的计测对象区域对应的受光元件的受光图像，进行作为目的位移的计测。
2.如权利要求1所记载的位移传感器，其特征在于，在上述计测对象区域的自动设定装置中，持续增加投光元件的发光量，直到受光元件取得三面以上的计测对象物体的反射面为止。
3.如权利要求1所记载的位移传感器，其特征在于，上述计测对象区域的自动设定装置，基于受光图像中的受光量分布的极大值而取得反射面，以使与各反射面对应的计测对象区域和与其他的反射面对应的受光量分布的波形不重叠的方式来设定计测对象区域。
4.如权利要求1或2所记载的位移传感器，其特征在于，上述受光元件为二维拍摄元件。
5.如权利要求1或2所记载的位移传感器，其特征在于，上述受光元件为一维拍摄元件。
6.一种位移传感器，其特征在于，包括投光元件，其用于对计测对象物体以规定角度照射光；受光元件，其用于接收来自被光照射的计测对象物体的反射光；计测对象区域的自动设定装置，其使受光元件的受光增益从规定值起自动地按规定量或者规定比率逐步增加，直到由受光元件取得两面以上的计测对象物体的反射面为止，并自动设定与所取得的至少两个反射面分别对应的计测区域；位移计测装置，其基于与所设定的计测对象区域对应的受光元件的受光图像，进行作为目的的位移的计测。
7.如权利要求6所记载的位移传感器，其特征在于，在上述计测对象区域的自动设定装置中，持续增加受光元件的受光增益，直到受光元件取得三面以上的计测对象物体的反射面为止。
8.如权利要求6所记载的位移传感器，其特征在于，上述计测对象区域的自动设定装置，基于受光图像中的受光量分布的极大值而取得反射面，以使与各反射面对应的计测对象区域和与其他的反射面对应的受光量分布的波形不重叠的方式来设定计测对象区域。
9.如权利要求6或7所记载的位移传感器，其特征在于，上述受光元件为二维拍摄元件。
10.如权利要求6或7所记载的位移传感器，其特征在于，上述受光元件为一维拍摄元件。
11.一种位移传感器，其特征在于，包括投光元件，其用于对计测对象物体以规定角度照射光；受光元件，其用于接收来自被光照射的计测对象物体的反射光；计测对象区域的自动设定装置，其使投光元件的发光量、以及受光元件的受光增益双方同时从规定值起自动地按规定量或者规定比率逐步增加，直到由受光元件取得两面以上的计测对象物体的反射面为止，并自动设定与所取得的至少两个反射面分别对应的计测区域；位移计测装置，其基于与所设定的计测对象区域对应的受光元件的受光图像，进行作为目的的位移的计测。
全文摘要
本发明提供一种位移传感器，即使在将如玻璃等那样的具备具有不同的反射率的多个面的计测对象物体作为对象时，也能够自动地进行计测区域的设定，并进行稳定的计测。其具有投光元件，其用于对计测对象物体以规定角度照射光；受光元件，其用于接收来自被光照射的计测对象物体的反射光；计测对象区域的自动设定装置，其使投光元件的发光量从规定值起自动地按规定量逐步增加，直到由受光元件取得两面以上的计测对象物体的反射面为止，并自动设定与所取得的至少两个反射面分别对应的计测区域；位移计测装置，其用于基于受光元件的受光图像，进行作为目的的位移的计测。
文档编号G01B11/02GK1834581SQ20061006781
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月14日 优先权日2005年3月15日
发明者嶋田浩二 申请人:欧姆龙株式会社