光学式传感器安装用适配器及其安装位置的调整方法与流程

本发明涉及一种用以将光学式传感器安装于设置部位的适配器(adapter)、及使用此适配器来对光学式传感器的安装位置进行调整的方法。

背景技术：

构成光学式传感器的光学系统具有温度特性。温度特性成为测量值随着时间而变动的原因。温度特性会对稳定的高精度的测量产生影响。因此，以往已提出了用以抵消温度特性的结构。

例如日本专利特开平07-058909号公报(专利文献1)公开了一种图像读取装置的成像装置。此成像装置包含高热膨胀部件或低热膨胀部件作为伸缩部件。能够根据伸缩部件的线膨胀系数来防止由图像读取装置的热膨胀引起的焦点偏移。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开平07-058909号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

现有技术的结构是利用光学式传感器内部的部件来抵消光学式传感器的温度特性。但是，光学式传感器的使用环境会根据使用者而有所不同。因此，光学式传感器的温度特性也有可能会根据使用环境而有所不同。即使能够减小传感器自身的温度特性，若传感头(sensorhead)的安装部位改变，则测量值有可能会根据周围温度而发生变化。较为理想的是能够根据使用环境来对光学式传感器的温度特性进行调整。

本发明的目的在于提供用以根据使用环境来对光学式传感器的温度特性进行调整的结构及用于所述调整的方法。

[解决问题的技术手段]

(1)根据本发明的某方式的光学式传感器安装用适配器是用以将光学式传感器安装于安装部位的适配器，其包括：传感器设置面，用以将光学式传感器设置于适配器；以及安装面，位于传感器设置面的相反侧，以将光学式传感器与适配器一起安装于安装部位。在传感器设置面中，形成有用以将光学式传感器固定于传感器设置面的固定孔。在适配器中，形成有贯穿传感器设置面与安装面的安装孔。安装孔相对于固定孔而形成在光学式传感器的光投射接收面侧，以及相对于固定孔而形成在光投射接收面的相反侧。

根据所述结构，能够根据使用环境来对光学式传感器的温度特性进行调整。能够根据光学式传感器的温度特性，从相对于固定孔而处于光学式传感器的光投射接收面侧的位置、及相对于固定孔而处于光投射接收面的相反侧的位置中，选择将适配器安装于安装部位时的适配器的安装位置。因此，能够以减小光学式传感器的温度特性的方式决定适配器的安装位置。

(2)安装孔优选为从光投射接收面侧连续地形成到光投射接收面的相反侧的孔。

根据所述结构，能够使适配器的安装位置从光学式传感器的光投射接收面侧到光投射接收面的相反侧连续地发生变化，因此，能够决定用以减小光学式传感器的温度特性的适当的安装位置。

(3)安装孔优选为以呈直线状地从光投射接收面侧排列到光投射接收面的相反侧的方式形成的多个孔。

根据所述结构，能够从光学式传感器的光投射接收面侧到光投射接收面的相反侧的多个位置中，选择适配器的安装位置，因此，能够容易地决定用以减小光学式传感器的温度特性的适当的安装位置。

(4)安装孔优选为分为相对于固定孔而位于光投射接收面侧的第一孔、与相对于固定孔而位于光投射接收面的所述相反侧的第二孔。

根据所述结构，能够使适配器的安装位置连续地变化到光学式传感器的光投射接收面侧、或光投射接收面的相反侧。因此，能够决定用以减小光学式传感器的温度特性的适当的安装位置。

(5)优选在第一孔与第二孔之间配置有所述固定孔。

根据所述结构，能够使适配器的安装位置在光学式传感器的光投射接收面侧与固定孔之间、或光投射接收面的相反侧与固定孔之间连续地发生变化。因此，能够决定用以减小光学式传感器的温度特性的适当的安装位置。

(6)根据本发明的其他方式的光学式传感器的安装位置的调整方法是用以使用所述(1)所记载的光学式传感器安装用适配器，对安装部位的光学式传感器的安装位置进行调整的调整方法。调整方法包括如下步骤：将连接光学式传感器与传感器设置面的第一固定部件插入至固定孔，由此，将光学式传感器固定于传感器设置面；以及将第二固定部件插入至安装孔，将适配器固定于安装部位。在光学式传感器的测定值具有负温度特性的情况下，当在安装位置与适配器接触的部件的线膨胀系数大于适配器的线膨胀系数时，将第二固定部件安装于比固定孔更靠光投射接收面侧的位置。当部件的线膨胀系数小于适配器的线膨胀系数时，将第二固定部件安装于比固定孔更靠光投射接收面的相反侧的位置。在光学式传感器的测定值具有正温度特性的情况下，当在安装位置与适配器接触的部件的线膨胀系数大于适配器的线膨胀系数时，将第二固定部件安装于比固定孔更靠光投射接收面的相反侧的位置，另一方面，当部件的线膨胀系数小于适配器的线膨胀系数时，将第二固定部件安装于比固定孔更靠光投射接收面侧的位置。

根据所述方法，能够决定用以减小光学式传感器的温度特性的适当的安装位置。

[发明的效果]

根据本发明，能够根据使用环境来对光学式传感器的温度特性进行调整。

附图说明

图1是用以对本发明的一实施方式的适配器的使用方式进行说明的模式图。

图2是表示光学式传感器的使用环境的其他例子的图。

图3(a)、图3(b)以及图3(c)是表示图2所示的传感头、适配器及夹具的详情的图。

图4是本发明实施方式的适配器的俯视图。

图5是用以对本发明实施方式的适配器对于光学式传感器的温度特性的抵消进行说明的模式图。

图6是表示与本发明实施方式的适配器的安装位置相关的条件的图。

图7是用以对本发明实施方式的适配器的减小光学式传感器的温度特性的效果进行说明的图。

图8是本发明的其他实施方式的适配器的立体图。

图9是图8所示的适配器的俯视图。

图10是本发明的又一实施方式的适配器的立体图。

图11是图10所示的适配器的俯视图。

图12是表示使用了本发明实施方式的适配器的传感头的安装位置的调整方法的流程图。

附图标记说明

1：适配器

1a：传感器设置面

1b、21：安装面

3、4：安装孔

3a、4a、24a：孔

5、25：导销

6、7：固定孔

10：光学式传感器

11：传感头

11a：光投射接收面

11b：背面

12：控制器

13：电缆

14：光学系统

15：光投射元件

16：光接收元件

17：透镜

20：臂部

22：夹具

22a：设置面

22b：底面

22c：相向面

23、24：长孔

31～34：螺钉

35、36：母螺纹

41、43：第一孔

42、44：第二孔

50：生产线

51：测量对象物

l1：距离

l2：距离

l3：距离

l4：距离

s1～s4：步骤

α1：线膨胀率

α2：线膨胀率

α4：线膨胀率

δh：温度特性

具体实施方式

参照附图来详细地对本发明的实施方式进行说明。再者，对图中的相同或相当的部分附上同一符号且省略其说明。

在本说明书中，“光学式传感器的使用”并不限定于现场(例如制造工场)的使用，也包含例如实验室内的使用。因此，光学式传感器的使用方式并无特别限定。另外，在以下所说明的实施方式中，“温度特性”是指每单位温度变化的传感器测量值的变化量(即，测量值相对于温度变化的斜率)。在本说明书中，温度特性有时也标记为δh。

图1是用以对本发明的一实施方式的适配器的使用方式进行说明的模式图。参照图1，光学式传感器10例如为位移传感器，例如对在工场的生产线50上流动的测量对象物51的表面形状进行测量。光学式传感器10向测量对象物51投射光，且接收来自测量对象物51的反射光。光学式传感器10基于此反射光的光接收量，对从传感头到测量对象物51为止的距离进行测量。由此，例如对测量对象物51的表面形状进行测量。

光学式传感器10包括传感头11、控制器12及电缆13。传感头11与控制器12由电缆13连接。传感头11通过未图示的螺钉而安装于适配器1。适配器1通过未图示的螺钉而安装于臂部20的安装面21。由此，传感头11与适配器1一起固定于臂部20。臂部20的安装面21对应于光学式传感器10的安装部位。经由适配器1将光学式传感器10安装于安装部位，由此，无论光学式传感器10的使用环境如何，均能够减小光学式传感器10的温度特性。

光学式传感器10例如是采用了同轴光学系统的传感器，且是白色共焦式传感器或干涉式传感器。同轴光学系统是指光投射轴与光接收轴为相同轴的光学系统。但是，光学式位移传感器并不限定于同轴光学系统的传感器，例如也可以是三角测距式位移传感器。

图2是表示光学式传感器10的使用环境的其他例子的图。参照图2，光学式传感器10的传感头11经由适配器1而安装于夹具22。

图3(a)、图3(b)以及图3(c)是表示图2所示的传感头11、适配器1及夹具22的详情的图。图3(a)是俯视图，图3(b)是侧视图，图3(c)是仰视图。

以下，参照图2、图3(a)、图3(b)以及图3(c)来详细地对适配器1进行说明。适配器1包括传感器设置面1a与安装面1b。传感器设置面1a是用以将光学式传感器(传感头11)设置于适配器1的面。安装面1b位于传感器设置面1a的相反侧。安装面1b是用以将传感头11与适配器1一起安装于安装部位的面。在图2、图3(a)、图3(b)以及图3(c)的例子中，安装部位是指夹具22的设置面22a。

传感头11通过贯穿传感头11的框体的螺钉31、32而固定于适配器1。螺钉31、32相当于连接传感头11与传感器设置面1a的第一固定部件。如下所述，在适配器1中形成有供螺钉31、32插入的固定孔6、7(参照图4)。

在适配器1中还形成有安装孔3、4。安装孔3、4是贯穿传感器设置面1a与安装面1b的贯穿孔。例如，如图3(a)所示，安装孔3、4各自相对于螺钉31、32而形成在传感头11的光投射接收面11a侧，及相对于螺钉31、32而形成在光投射接收面11a的相反侧(背面11b侧)。更具体来说，安装孔3、4是从传感头11的光投射接收面11a侧连续地形成到光投射接收面11a的相反侧的长孔。再者，从光投射接收面11a侧朝向光投射接收面11a的相反侧的方向相当于传感头11的光轴方向。安装孔3、4为长孔，由此，能够使适配器1的安装位置从传感头11的光投射接收面11a侧到光投射接收面11a的相反侧(背面11b侧)连续地发生变化。因此，能够决定用以减小光学式传感器10的温度特性的适当的安装位置。

在夹具22中形成长孔23、24。长孔23、24各自是贯穿夹具22的贯穿孔。螺钉33穿过适配器1的安装孔3及夹具22的长孔23。同样，螺钉34穿过适配器1的安装孔4及夹具22的长孔24。在夹具22的底面22b，螺钉33、34分别结合于母螺纹35、36。由此，适配器1固定于夹具22的设置面22a。

以减小传感头11的温度特性(优选使传感头11的温度特性最小)的方式来决定螺钉33、34的位置。如图2、图3(a)、图3(b)以及图3(c)所示，螺钉33、34的位置可以是相对于螺钉31、32而处于传感头11的背面11b侧的位置。相反地，螺钉33、34的位置也可以是相对于螺钉31、32而处于传感头11的光投射接收面11a侧的位置。如图3(a)及图3(c)所示，在传感头11的光轴方向上，长孔23、24比安装孔3、4更长。因此，能够在可使传感头11的温度特性最小的位置，通过螺钉33、34将适配器1固定于夹具22。

根据图2、图3(a)、图3(b)以及图3(c)所示的例子，在适配器1上设置用以对传感头11进行定位的导销(guidepin)5。同样地，在夹具上设置用以对适配器1进行定位的导销25。但是，导销5、25并非是用以对光学式传感器10的温度特性进行调整的必需的结构。

图4是本发明实施方式的适配器1的俯视图。参照图4，在传感器设置面1a中，形成有用以将传感头11(通过虚线表示于图4)固定于传感器设置面1a的固定孔6、7(螺钉孔)。安装孔3、4相对于固定孔6、7而形成在传感头11的光投射接收面11a侧，以及相对于固定孔6、7而形成在光投射接收面11a的相反侧(背面11b侧)。

适配器1的材质并无特别限定。根据使光学式传感器10的温度特性最小的观点，适配器1的材质也可以与传感头11的框体的材质(例如铝)、及在安装位置与适配器1接触的部件(夹具22)的材质(例如铝、sus、超殷钢等)不同。在一例中，适配器1的材质为树脂(例如聚碳酸酯)。但是，适配器1的材质也可以是金属。

图5是用以对本发明实施方式的适配器1对于光学式传感器10的温度特性的抵消进行说明的模式图。参照图5，传感头11包括用于投射光及接收光的光学系统14。光学系统14包括光投射元件15、光接收元件16及透镜17等光学元件。再者，在图5中模式性地记载了光学系统14的一部分的元件。因此，构成光学系统14的光学元件的详细配置并未表示于图5。

光学元件之间的距离主要根据温度而发生变化，由此，传感头11的测量值具有温度特性。

夹具22包括与传感头11的光投射接收面11a相向的相向面22c。从光投射接收面11a到相向面22c为止的距离等于从传感头11到测量对象物51(工件)为止的距离。以下，将相向面22c的位置称为“工件位置”。

在无适配器1，传感头11直接固定于夹具22的情况下，根据以下的式(1)来表示传感头11的温度特性δh。δ表示每1℃的温度的变化量。在式(1)中，将传感头11的安装位置作为基准位置。传感头11的安装位置为螺钉31的位置。

δh＝δl1+δl3-δl2…(1)

l1是从基准位置到光学系统14的主点为止的距离。l2是从基准位置到工件位置为止的距离。l3是从光学系统14的主点到工件位置为止的距离。正值表示靠近工件位置的方向上的长度，负值表示远离工件位置的方向上的长度。

δl1表示传感头11的框体从基准位置伸出的长度。若将传感头11的框体的线膨胀率表示为α1，则δl1＝l1×α1。

δl2表示夹具22从基准位置伸出的长度。若将夹具22的线膨胀率设为α2，则δl2＝l2×α2。

δl3是从光学系统的主点到工件位置为止的距离的变化量。例如能够通过光学模拟等众所周知的方法计算出δl3。

式(1)以如下方式变形。

δh＝l1×α1+δl3-l2×α2…(2)

在本发明的实施方式中，传感头11安装于适配器1，适配器1安装于夹具22。l4是从基准位置到适配器1安装于夹具22的位置为止的距离。适配器1安装于夹具22的位置是指螺钉33的位置。

若将适配器1的线膨胀率设为α4，则传感头11的温度特性以如下方式表示。

δh＝l1×α1+δl3-(l2×α2+l4×α2)…(3)

为了抵消温度特性，只要δh＝-l4×α4即可。因此，以下的式成立。

-l4×α4＝l1×α1+δl3-(l2×α2+l4×α2)…(4)

通过对式(4)进行变形，可获得以下的式(5)。

-l4(α4-α2)＝l1×α1+δl3-l2×α2…(5)

能够分别根据温度特性为负的情况及温度特性为正的情况，以如下方式决定适配器1的安装位置。

＜1.温度特性为负的情况(δh＜0的情况)＞

在δh＜0的情况下，l1×α1+δl3＜l2×α2。

在此情况下，l4＞0，且α4＞α2。或者，l4＜0，且α4＜α2。即，在适配器1的线膨胀率α4大于夹具的线膨胀率α2的情况下，只要在比螺钉31的位置更靠传感头11的光投射接收面11a侧的位置，将适配器1固定于夹具22即可。另一方面，在适配器1的线膨胀率α4小于夹具的线膨胀率α2的情况下，只要在比螺钉31的位置更靠传感头11的背面11b侧的位置，将适配器1固定于夹具22即可。

＜2.温度特性为正的情况(δh＞0的情况)＞

在δh＞0的情况下，l1×α1+δl3＞l2×α2。

在此情况下，l4＜0，且α4＞α2。或者，l4＞0，且α4＜α2。即，在适配器1的线膨胀率α4大于夹具的线膨胀率α2的情况下，只要在比螺钉31的位置更靠传感头11的背面11b侧的位置，将适配器1固定于夹具22即可。再者，图5中表示了l4＜0的情况。另一方面，在适配器1的线膨胀率α4小于夹具的线膨胀率α2的情况下，只要在比螺钉31的位置更靠传感头11的光投射接收面11a侧的位置，将适配器1固定于夹具22即可。

根据所述说明可理解在本实施方式中，不依赖于适配器1及与适配器1接触的部件(例如夹具22)的线膨胀率的值，能够抵消传感头11自身的温度特性、与由所述部件伸出的两方引起的温度特性。

光学式传感器10的温度特性主要由传感头11的温度特性引起。但是，光学式传感器10的温度特性也可以包含由控制器12侧引起的温度特性。在此情况下，也能够通过所述方法来抵消温度特性。

图6是表示与本发明实施方式的适配器1的安装位置相关的条件的图。参照图6，α2及α4的值已知，因此，能够容易地决定α2与α4的大小。通过对光学式传感器10的温度特性进行测定，能够决定δh为正值还是负值。基于δh的符号，且根据图6所示的条件，能够决定螺钉33及螺钉34的位置相对于螺钉31、32(固定孔6、7)处于光投射接收面11a侧及背面11b侧中的哪一侧。通过对所述已决定的一侧的螺钉33、34的位置进行调整，能够使光学式传感器10的温度特性成为最小。

图7是用以对本发明实施方式的适配器1的减小光学式传感器10的温度特性的效果进行说明的图。参照图7，将周围温度为25℃时的测量值作为基准，对使周围温度变化后的测量值的变化进行评估。在不使用适配器1而将传感头11安装于夹具22的情况下(在无适配器的情况下)，温度特性表现出负特性。即，在周围温度从25℃下降的情况下，测量值的变动量向正方向增大。另一方面，在周围温度从25℃上升的情况下，测量值的变动量向负方向增大。相对于此，在将传感头11经由适配器1而安装于夹具22的情况下(在有适配器的情况下)，能够在大的温度范围(0℃～50℃)内，使温度特性大致为0。对从0℃到50℃的温度范围内的测量值的变动量进行比较后，本发明实施方式的适配器1表现出了能够大致抵消温度特性。

在本发明的实施方式中，适配器1的安装孔3、4只要相对于固定孔6、7而形成在传感头11的光投射接收面11a侧，以及相对于固定孔6、7而形成在背面11b侧即可。因此，安装孔3、4的形状并不限定于如图2～图4所示的形状。

图8是本发明的其他实施方式的适配器1的立体图。图9是图8所示的适配器1的俯视图。参照图8及图9，安装孔3、4各自是呈一列(直线状)地从传感头11的光投射接收面11a侧排列到背面11b侧的多个孔。多个孔3a相当于图4所示的安装孔3，多个孔4a相当于图4所示的安装孔4。例如等间隔地形成多个孔3a、4a。能够从传感头11的光投射接收面11a侧到背面11b侧的多个位置中，选择适配器1的安装位置。因此，能够容易地决定用以减小光学式传感器10的温度特性的适当的安装位置。

对应于适配器1的多个孔3a、4a，在夹具22中形成多个孔24a。图8中仅表示了多个孔24a中的一部分。但是，夹具22中所形成的孔并不限定为多个孔。例如，如图3(a)、图3(b)以及图3(c)所示，也可以在夹具22中形成长孔23、24。

图10是本发明的又一实施方式的适配器1的立体图。图11是图10所示的适配器1的俯视图。参照图10及图11，安装孔3、4各自分为相对于固定孔而位于光投射接收面11a侧的第一孔、与相对于固定孔而位于光投射接收面11a的相反侧的第二孔。固定孔位于第一孔及第二孔之间。即，第一孔、固定孔及第二孔排列成一列。

具体来说，安装孔3分为第一孔41与第二孔42。第一孔41相对于固定孔6而位于传感头11的光投射接收面11a侧。第二孔42相对于固定孔6而位于传感头11的背面11b侧。第一孔41、固定孔6及第二孔42沿着传感头11的光轴方向，即从光投射接收面11a朝向背面11b的方向排列成一列。能够使适配器1的安装位置在传感头11的光投射接收面11a侧与固定孔(固定孔6或固定孔7)之间、及传感头11的背面11b侧与固定孔(固定孔6或固定孔7)之间连续地发生变化。因此，能够决定用以减小光学式传感器10的温度特性的适当的安装位置。

同样地，安装孔4分为第一孔43与第二孔44。第一孔43相对于固定孔7而位于传感头11的光投射接收面11a侧。第二孔44相对于固定孔7而位于传感头11的背面11b侧。第一孔43、固定孔7及第二孔44沿着传感头11的光轴方向排列成一列。

图12是表示使用了本发明实施方式的适配器1的传感头11的安装位置的调整方法的流程图。参照图12，首先在步骤s1中，将传感头11固定于适配器1的传感器设置面1a。如上所述，将螺钉31、32分别插入至固定孔6、7，由此，传感头11固定于适配器1的传感器设置面1a。

在步骤s2中，取得传感头11的温度特性(δh)。例如在将适配器1安装于夹具22的状态下，设为l4＝0，由此，能够求出δh。

在步骤s3中，基于δh的符号、线膨胀率α2、线膨胀率α4来决定长度l4的符号。即，决定长孔23、24各自的螺钉33、34的安装位置相对于固定孔6、7是处于传感头11的光投射接收面11a侧，还是处于背面11b侧。将图6所示的条件应用于所述决定。

在步骤s4中，对螺钉33、34的安装位置进行调整。例如也可以对光学式传感器10的温度特性进行测定，基于测定结果来对螺钉33、34的安装位置进行调整。在温度特性的值已达到目标值的情况下，安装位置的调整结束。

如上所述，根据本发明的实施方式，能够通过安装于传感头11的适配器1来抵消光学式传感器10的温度特性。由此，无论使用环境如何，均能够实现稳定的测量。例如即使在温度变化大的环境下，也能够进行高精度的测定。

应认为此次公开的实施方式均为例示，并不进行限制。本发明的范围由权利要求表示，而非由所述说明表示，并意图包含与权利要求均等的含义及范围内的全部变更。