专利名称：透射式尺寸测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及透射式尺寸测量装置，更具体地讲涉及光学型透射式尺寸测量装置， 当被测物体遮挡投影仪发出的光时，该装置通过光学接收器检测光的变化量，从而测量各 种被测物体的尺寸。
背景技术：
通常，光学型透射式尺寸测量装置已被用于检测例如物体的外径、位置、以及间 隔。光学型透射式尺寸测量装置包括投影仪，用来向被测区域投射平行光；光学接收器， 接收穿过被测区域的光；以及光学型透射式尺寸测量装置测量被测物体的阴影长度，阴影 通常由被测物体遮挡平行光形成，并且光学型透射式尺寸测量装置基于光接收器所接收到 的接收光量来测量被测物体的各种尺寸。光学型尺寸测量装置的工作原理大致分为两种方法一种是CXD方法，一种是扫 描方法。在CCD方法中，从发光元件发出的光被光投影透镜转换成平行光；并且平行光辐 射到尺寸测量范围。光学接收器通过一体的一维CCD图像传感器接收来自尺寸测量范围的 光。当被测物体遮挡平行光时，在光接收单元产生与光遮挡面积大小成比例的阴影；被测物 体的各种尺寸基于输出阴影的大小和位置来进行计算并且输出。此外，在扫描方法中，从发光元件发出的光被诸如多面镜之类的偏转元件偏转，偏 转光被准直透镜转换成平行光束，并且辐射到尺寸测量范围。在尺寸测量范围内扫描被测 物体的光被光学接收器内部的光接收透镜汇聚，并被转换成与光的明暗相对应的电信号。 基于该电信号来执行产生阴影的时间长短的算术运算；然后，计算并输出被测物体的各种 尺寸。在上述方法中的任一种方法中，尺寸测量范围由从投影仪发出并被光学接收器接收 的平行光的宽度定义。当用户在基座上安装投影仪和光学接收器时，需要用户使投影仪的光轴和光学接 收器的光轴在相对于基座的垂直方向和水平方向上正确地重合。通常，为了使得光轴重合， 在与投影仪和光学接收器相连的控制器的显示屏幕上或者在与该控制器相连的个人计算 机(PC)的显示屏幕上显示光轴的重合程度，并且用户一边观察显示屏幕一边调节光轴(例 如，日本未审查专利申请第2008-275462号)。通过上述在PC上或者在连接到投影仪和光学接收器的控制器上确认光轴重合程 度的方法，用户不能直观地了解具体产生了多大的光轴偏差或者在哪个方向上产生了光轴 偏差。而且，在控制器和PC安装在远离投影仪和光学接收器的位置的情况下，光轴调节工 作会很不方便，因此，不可避免地需要大量的工时。避免这种问题发生的一种方法是增加所投射的光量密度使得投影仪的光投影点 能够被人眼观察到。然而，在上述的CCD方法中，光源和光投射镜头之间的距离需要分开来 得到高度准确的平行光；因此，光量密度的增加有限。而且，甚至在扫描方法中，当光量密度 显著增大来增强可视性时，会引起诸如安全危险和光源寿命缩短等其他的问题。因此，将光 量密度增大到光投影点能被人眼看到是不切实际的。
此外，除了上述问题之外，即使使得投影仪和光学接收器的光轴准确地重合，根据 用户的使用环境，污物或类似的东西有时也会附着于光投影表面和光接收表面。当污物或 类似的东西附着于投影仪的光投影表面和光学接收器的光接收表面上时，即便被测物体不 存在的情况下也会产生接收光量的波动，因此，存在偶然的不正确测量而且用户很难理解 发生了什么的问题。即便污物的尺寸很�。庇捎谠静挥Φ贝嬖诘奈畚锼贾碌谋咴当� 检测到时，一个值会作为测量值输出，而该值远非实际被测物体的尺寸值。而且，即便用户 看到输出的测量值，用户也不能直观地确定该输出的测量值是否为实际被测物体的尺寸 值，污物是否附着于光投影表面或光接收表面上，使用环境是否有问题，等等。因此，投影仪 的光投影表面和光接收器的光接收表面必须定期清洁来获得恰当的尺寸测量值
发明内容
针对以上问题产生了本发明，本发明的一个目的是提供一种透射式尺寸测量装 置，其中用户能够直观、简单地调节投影仪和光学接收器的光轴。而且，本发明的另一个目 的是提供一种透射式尺寸测量装置，其中在投影仪的光投影表面上和光学接收器的光接收 表面上附着有污物时，能立即采取适当措施。根据本发明的透射式尺寸测量装置包括投射光的投影仪；以及光学接收器，其 可以被布置为与投影仪之间具有预定的间隔，其接收来自投影仪的光。该透射式尺寸测量 装置检测经过投影仪和光学接收器之间的尺寸测量范围的被测物体的边缘位置以及被测 物体的中心位置，从而，基于光学接收器所接收到的接收光量的变化来测量经过投影仪和 光学接收器之间的被测物体的尺寸。投影仪包括具有实质上成长方体形状(长方体，立方 体，其一部分发生变形或者被切割的形状等)的投影仪外壳，其中设有发光的发光元件和 将发光元件发出的光转换成平行光的光投影透镜；以及光投影狭缝，其具有在尺寸测量方 向具有预定宽度的形状，尺寸测量方向实质上为与发出平行光的投影仪外壳的底面(可以 为调节光轴时的参考面的表面，例如，安装到诸如基座之类的水平表面上时的安装表面以 及安装在诸如墙面之类的垂直表面上时的安装表面)水平的方向。光学接收器包括实质 上为长方体形状的光学接收器外壳，其中设有接收光的光接收元件；以及光接收狭缝，其具 有在尺寸测量方向上具有预定宽度的形状，尺寸测量方向实质上为与平行光入射到的光学 接收器外壳的底面水平的方向。透射式尺寸测量装置包括入射光位置显示单元，其沿着尺 寸测量方向布置在投影仪和光学接收器的至少一侧，并且入射光位置显示单元通过多个指 示灯(例如，其中以集成型或分离型提供有多个发光二极管(LED)的灯)显示入射光在光 接收器上的位置，每个指示灯显示每个区域的光接收状态，所述每个区域在光接收狭缝的 尺寸测量方向上划分预定的宽度。采用这样的配置，基于以虚拟方式表达光投影点的入射光位置显示单元的照明状 态，用户可以在确认在与底面水平的方向上的光轴重合程度的同时调节投影仪和光学接收 器的相对位置。而且，在测量时有污物或者类似的东西附着于投影仪的光投影表面和光学 接收器的光接收表面的情况下以及由于施加到投影仪和光学接收器的撞击产生光轴偏离 的情况下，可以基于入射光位置显示单元的照明状态确定故障的原因并且立即采取适当措 施。在更详细的方面，投影仪包括实质上成长方体形状的投影仪外壳，该外壳具有细长的光投影狭缝，该光投影狭缝处在一个以与要安装在基座上的基准表面成直立状态垂直 布置的侧表面上，该光投影狭缝在实质上与基准面水平的方向上具有预定的宽度；并且在 投影仪外壳内部，投影仪包括发出光的发光元件和光投影透镜，该光投影透镜将发光元件 发出的光转化成平行光并经由光投影狭缝向尺寸测量范围发射带状投影光束。对于发光元 件，可以使用各种类型的发光元件，比如激光二极管和LED。光学接收器包括实质上成长方 体形状的光学接收器外壳，该光学接收器外壳具有细长的光接收狭缝，该光接收狭缝处在 一个以与要安装在基座上的基准表面成直立状态垂直布置的侧表面上，其在实质上与基准 表面水平的方向上具有预定的宽度；以及在光学接收器外壳内部，光学接收器包括经由光 接收狭缝接收来自测量区域的光的光接收元件。光接收元件可以是光电二极管、CCD、CMOS 等类似的元件。在与投影仪和光学接收器的每个基准表面相对的上表面侧的至少任意一侧 上形成入射光位置显示单元，入射光位置显示单元包括多个指示灯，这些指示灯在光投影 狭缝或者光接收狭缝的轴向上排成一条直线，以响应于尺寸测量范围中的尺寸测量方向； 对入射光位置显示单元进行配置，使得与有投影光束入射的位置相对应的指示灯基于与其 中尺寸测量范围被多个指示灯划分的区域相对应的光接收元件的输出来而点亮或关闭。采用这样的配置，当投影仪和光学接收器的每个基准表面均安装到基座上时，基于以虚拟方式表达光投影点的入射光位置显示单元的照明状态，用户可以在确认在与基座 水平的方向上的光轴重合程度的同时调节投影仪和光学接收器的相对位置。此外，在测量 时有污物或者类似的东西附着于投影仪的光投影表面和光学接收器的光接收表面的情况 下以及在由于施加到投影仪和光学接收器的撞击产生光轴偏离的情况下，可以基于入射光 位置显示单元的照明状态确定问题的原因并且立即采取适当措施。进一步地，以虚拟方式 表达光投影点的入射光位置显示单元设置在与基准表面相对的上表面侧，该基准表面是当 安装在基座上时要安装到基座上的表面，因此，入射光位置显示单元总是位于对用户而言 可见性很好的位置，并且由于其并不面对基座，因此是显而易见的。此外，入射光位置显示单元可以设置在与光学接收器的基准表面相对的上表面 侧，以及入射光位置显示单元的尺寸测量方向上的宽度可以配置得实质上与尺寸测量范围 中的尺寸测量方向上的宽度相同。因此，入射光位置显示单元可以以虚拟方式表达入射到光接收狭缝上的光投影
点ο而且，还可以提供操作模式设置单元，其接受多个操作模式的设置，这些操作模式 基于被测物体的边缘位置来选择要作为测量值输出的测量区域，以及可以输出由操作模式 设置单元设置的与对应于操作模式的测量区域相对应的测量值。因此，用户想要测量的区域可以通过切换操作模式轻松设定。而且，响应于尺寸测量范围中的尺寸测量方向，可以进一步包括测量位置显示单 元，其包括多个指示灯，这些指示灯沿入射光位置显示单元布置，以及可以对测量位置显示 单元进行配置，使得与要作为测量值输出的测量区域相对应的指示灯响应于操作模式设置 单元所设置的操作模式而点亮。而且，入射光位置显示单元可以配置为响应于操作模式设置单元所设置的操作模 式而以与投影光束的入射状态中的指示灯的显示模式不同的显示模式来点亮与要作为测 量值输出的测量区域相对应的指示灯。
因此，用户能够直观地理解实际测量了哪个测量区域的尺寸，因此，可以立即确定 当前设定的操作模式是否适合用来测量用户想测量的区域。而且，可以视觉上理解测量结 果以及测量值显示。进一步地，指示灯的显示图案响应于操作模式的切换而改变，因此，可 以容易地选择用于测量用户期望测量的区域的操作模式。而且，可以将用于使入射光位置显示单元的每个指示灯点亮的光接收元件所接收 到的接收光量的阈值设置为高于用于检测作为测量值基准的边缘位置的接收光量的阈值。因此，在测量值变为异常状态之前，可以基于入射光位置显示单元的显示状态确 认光投影表面或者光接收表面的污染和使用环境的变化，因此能够防止测量值异常。
而且，还可以进一步包括光轴调节模式设置单元，其接受用于使投影仪和光学接 收器的光轴重合的光轴调节模式的设置，以及入射光位置显示单元可以配置成在光轴调节 模式被设置时切换至用于视觉上检查光接收元件所接收到的接收光量的峰值位置的显示 模式。因此，用户可以确认入射到光接收狭缝上的接收光量的分布的峰值位置，以及可 以通过调节投影仪和光学接收器的相对位置使得峰值位置位于尺寸测量范围的中心来进 一步精确调节光轴。而且，还可以包括光轴重合显示单元，其显示投影仪和光学接收器的尺寸测量范 围中的所有的光轴是否与投影仪和光学接收器中的至少一个重合。而且，在与投影仪的底面相对的上表面和形成有光投影狭缝的前表面的一个转角 部分、以及在与光学接收器的底面相对的上表面和形成有光接收狭缝的前表面的一个转角 部分中的至少一个转角部分处形成一个倾斜部分，以及倾斜部分可以形成有入射光位置显 示单元。因此，用户可以从投影仪和光学接收器的前侧在视觉上检查入射光位置显示单 元，因此进一步提高了光轴调节的可使用性。根据本发明的透射式尺寸测量装置，用户能够直观地和方便地调节投影仪和光学 接收器的光轴。而且，当污物附着于投影仪的光投影表面上和光学接收器的光接收表面上 时，可以立即采取适当措施。
图1是本发明实施例的系统配置图；图2是描述本实施例中投影仪1、光学接收器2和控制器3的内部配置的框图；图3是本实施例中光学接收器2的外观透视图；图4是本实施例中光学接收器2的另一个外观透视图；图5是示出本实施例中入射光位置显示单元35的照明图案的示例的示图；图6是示出当本实施例中产生光轴偏离时入射光位置显示单元35的照明图案的 示例的示图；图7是示出当本实施例中光轴完全重合时入射光位置显示单元35的照明图案的 示例的示图；图8是示出入射光位置显示单元35的第一变型实施例的示图；图9是示出入射光位置显示单元35的第二变型实施例的示图10是示出当光投影表面或者光接收表面附着有污物时入射光位置显示单元35 的照明图案的示例的示图；图11是描述每个操作模式的测量区域的示图； 图12是示出测量位置显示单元36的照明图案的示例的示图；图13是示出第二实施例中入射光位置显示单元35和测量位置显示单元36的照 明图案的示例的示图；图14是示出当投影仪1和光学接收器2之间的相对距离不同时接收光量的分布 的曲线图；图15是示出测量透明体的接收光量的分布和测量阈值Pl之间的关系的曲线图；图16是示出在有大量噪声因素的使用环境下接收光量的分布和测量阈值Pl之间 的关系的曲线图；图17A和图17B分别是示出测量透明体的过程中测量阈值P1改变时入射光位置 显示单元35和测量位置显示单元36的照明图案的变化的示图；图18是光学接收器2上设置的入射光位置显示单元35和测量位置显示单元36 的接收光量的分布的对比图；以及图19是显示单元42的变型实施例的示图。
具体实施例方式下文中将参考附图详细阐述本发明实施例的透射式尺寸测量装置。在下述的实施 例中，举例描述CCD方法的透射式尺寸测量装置，该装置使用激光二极管(下文称LD)作为 光投影单元，以及将一维电荷耦合器件成像传感器(下文称CCD)作为光接收元件。图1是示出本实施例的透射式尺寸测量装置的整体系统的系统配置示图。本实施 例的透射式尺寸测量装置包括投影仪1，其向被测区域投射光；光学接收器2，其接收穿过 被测区域的光；以及控制器3，其与投影仪1和光学接收器2相连，并且控制投影仪1和光 学接收器2。在投影仪1上形成光投影狭缝10 (光投射窗口)，用作发出光的部分；通过光 投影狭缝10辐射到被测区域的一部分光被通过投影仪1和光学接收器2之间的被测物体 W遮挡。光学接收器2通过光接收狭缝20 (光接收窗口)接收未被被测物体W遮挡的光。图2是说明投影仪1、光学接收器2和控制器3的内部配置的框图。投影仪1中 包含作为发光元件的激光二极管LD 11，从LD 11发出的激光被光投影透镜15转化成带状 平行光并被辐射到被测区域。用于驱动LD 11的激光驱动电路12与LD 11连接，并且激光 驱动电路12由微控制器单元(MCU) 13控制。光学接收器2包括从被测区域接收光的CCD 29 ；对CCD 29接收到的电信号进行滤波的滤波器电路30 ；将滤波后的电信号进行模拟/数 字转换的A/D转换器31 ；控制显示单元34和CXD 29并从经A/D转换的电信号中检测边缘 位置的现场可编程门阵列FPGA 32 ；以及存储用来检测边缘位置的阈值和C⑶像素数目或 类似信息的电可擦除可编程只读存储器EEPROM 33。控制器3经由投影仪1、光学接收器2、 以及控制器通信驱动器46进行通信，并包括执行各种运算的MCU 41 ；显示计算出来的尺 寸值或者类似信息的控制器显示单元42 ；外部接口(I/F)45 ；接受各种操作模式设置和阈 值的设置操作的软件(SW) 44 ；以及存储各种设置数据的EEPROM 43。外部I/F 45包括集电 极开路输出、模拟输出、外部输入线等等。本实施例描述了投影仪1和光学接收器2中的每一个均具有专有功能，然而，本实施例中既有投影仪的功能又有光学接收器的功能的装置 也可用作投影仪和光学接收器。控制器3的MCU 41经由外部输入线接受来自外部装置的各种信号的输入。MCU 41经由控制器通信驱动器46a和46b通过内部计时器周期性地传送光投影控制信号给投影 仪1，传送光接收控制信号给光学接收器2。接收光投影控制信号的投影仪1的MCU 13控 制激光器驱动电路12，激光器驱动电路12驱动LD 11并经由光投影透镜 15和光投影狭缝 10将平行光辐射到被测区域。另一方面，光学接收器2的FPGA 32响应于光接收控制信号 来驱动CCD 29。CCD 29具有一维排列的多个像素，经由光接收狭缝20接收来自被测区域 的光，并经由滤波器电路30和A/D转换器31将每个像素的接收光量传送给FPGA 32。FPGA 32根据所获得的每个像素的接收光量对多个像素所形成的被测区域的接收 光量进行分布，并且将所产生的接收光量分布与存储在EEPROM 33中的测量阈值Pl进行比 较，由此，检测出被物体遮挡了光的边缘位置。检测到的边缘位置和其附近的接收光量的信 息经由光学接收器通信驱动器38和控制器通信驱动器46传送到控制器3。如上所述，在本 实施例中，CCD 29的每个像素所接收到的接收光量的分布不直接传送给控制器3，而是，在 边缘位置被光学接收器2检测到后，只有边缘位置和其附近的接收光量的信息被传送到控 制器3，因此，可以降低通信负载并提升处理速度。作为光接收元件，通常采用CCD成像传感器。然而，作为光接收元件，能够使用互 补型金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器来代替CCD成像传感器。控制器3基于从光学接收器2接收到的边缘位置信息来执行各种运算。用户设定 的操作模式和定义公差范围的HI/L0的阈值被存储在EEPROM 43中。尽管操作模式会在后 面详述，已经准备好了用于选择用户希望测量的各种区域的多个模式，比如光遮挡宽度、入 射光宽度、外径、内径、边缘之间的指定宽度等。控制器3的MCU 41计算与根据接收到的边 缘位置信息设置的操作模式相对应的测量值，将其显示在控制显示单元42上，执行关于测 量值是否在公差范围内的0K/NG确定，并经由外部I/F 45将确定结果输出到外部。值得注 意的是，上述操作模式和HI/L0阈值的设定可以通过SW 44改变，MCU 41接受设置改变并 使EEPROM 43存储改变的内容。作为外部接口 I/F 45的外部输入，可以使用如下的其他输入峰值保持输入、最 低点保持输入、可共同地切换诸如测量阈值PI、HI/L0阈值、或者根据应用的操作模式之类 的各种设置的存储切换输入、以及控制测量时序的定时输入。FPGA 32向控制器3传送边缘位置信息，并且执行对设在光学接收器1中的显示单 元34的显示控制。除了测量阈值Pl之外，入射光显示阈值P2也存储在EEPROM 33中，以 及将所获得的接收光量的分布与入射光显示阈值P2进行比较。虽然下文将进行详细描述， 在此说明显示单元34以虚拟的方式表达一个光没有被物体遮光的情况下所入射到的像素 位置，即，光接收表面上的一个光投影点。图3是示出了具有显示单元34的光学接收器2的外观的透视图。光学接收器2 具有基本上为长方体形状的外壳，该外壳包括基准表面27 ；下侧外壳21，其覆盖两个侧表 面以及除了与基准表面27成直立状态垂直布置的光接收表面28之外的后表面；上侧外壳 23，其覆盖与基准表面27相对的上表面；以及前盖22，其具有光接收狭缝20并且由从投影 仪1接收光的光接收表面28构建。
用于安装至基座的安装孔25a和25b设在上侧外壳23上，并且将螺钉拧到每个安 装孔25a和25b中以将光学接收器2安装到基座上。在上侧外壳23和光接收表面28的转 角部分形成透明的倾斜表面24，并且在倾斜表面24的内侧上形成从外部可看到的显示单 元34。显示单元34设置在倾斜表面24的内侧上，因此，显示单元34暴露于上表面侧和光 接收表面侧，从而为用户提供了非�：玫目墒有浴６遥糜谙允居美幢硎竟庵岬鹘谕瓿傻� 光轴重合的LED 37设置在倾斜表面24附近。下侧外壳21在面向光接收表面28的后表面 侧设有电缆引出部分26。通过切割后表面的一部分来形成电缆引出部分26的一部分，因 此，即使当电缆弯曲或引出时，不需要在后表面侧上提供不必要的空间也能引出电缆。而且，显示单元34布置在与要安装在基座上的基准表面27相对的上表面侧，因 此，显示单元34没有安装在基座后面。通过安装投影仪1和光学接收器2的每个基准表面 27，基本上垂直于基座的方向上(S卩，垂直方向上)的光轴自动地重合。在基准表面27安装 到水平基座上之后，用户仅仅需要在与基座水平的表面内调节投影仪1和光学接收器2的 相对位置，因此，能够使得投影仪1和光学接收器2的光轴彼此之间完全重合。此时，显示 单元34布置在与基准表面27相对的上表面侧，因此，用户可以在确认显示单元34的同时 在水平表面内执行光轴的调节。当基准表面27上产生变形等情况时，即使基准表面27安 装到基座上，垂直光轴也不能正确地重合。因此，在本实 施例中，只有具有基准表面27的下 侧外壳21通过模铸方法来形成，使其具有高度的水平准确性，而上侧外壳23和前盖22由 便宜的树脂来形成。应当注意，下侧外壳21覆盖了侧表面和后表面二者，并且可以将两个 侧表面中的任意一个安装到基座上并且可以以垂直设置的状态安装光学接收器2。图4是示出光学接收器2的另一个外观的透视图，将与图3中所示的相同参考标 号赋予给对应的部件。CCD方法的透射式尺寸测量装置中的尺寸测量范围实际上由光学接 收器2中所包含的光接收元件的宽度方向上的长度来规定，并且采用可以发出宽度与此相 对应的平行光的投影仪1。因此，当需要确�？淼某叽绮饬糠段保褂萌缤�4所示的具有 宽的光接收狭缝20的光学接收器2。图5是示意性地示出显示单元34和用于显示光轴重合的LED 37的功能的示图。 显示单元34具有CCD 29的排列方向上的长度(即，与尺寸测量范围的尺寸测量方向上的 长度基本上相同的长度)，并且包括具有包含多个LED的排列的入射光位置显示单元35。入 射光位置显示单元35布置在光学接收器2的上表面上的尺寸测量范围的延长部分上，其根 据构成入射光位置显示单元35的每个LED的照明状态来以虚拟方式表达入射到CXD 29上 的光投影点。在本实施例中，入射光位置显示单元35的长度基本上与CCD 29的排列方向 上的长度相同，但是并非仅限于此，入射光位置显示单元35可以相对于CCD 29的排列方向 上的长度进行放大或缩小。而且，入射光位置显示单元35可以不布置在尺寸测量范围的延 长部分上，而是，为了以虚拟方式表达光投影点以及为了用户可以直观地使光轴保持重合， 优选地将入射光位置显示单元35布置在尺寸测量范围的延长部分上。在入射光位置显示 单元35中画出的垂直线表示对应的LED处于照明状态。构成入射光位置显示单元35的每个LED响应于CXD 29中对应于每个LED的位置 上的像素的接收光量来点亮或关闭。更具体地讲，例如，在LED数目为10而CXD 29的像素 数目为1000的情况下，如果像素数目被平均分配给每个LED，则一个LED对应于100个像 素。从LED的排列方向上的一端按顺序分配CXD的像素排列方向上的100个像素给每个LED，光学接收器2的FPGA 32确定100个像素的每一个接收光量是否超过了入射光显示阈 值P2，并且使得与超过P2的像素数目不小于预定数目的情况相对应的LED点亮。应当注 意，LED的照明情况不限于此，也可以基于像素的接收光量的总和或者平均值来使得对应的 LED点亮。而且，可以使对应于CXD 29中没有光入射到其上的像素位置的LED点亮，那么仅 仅使与CXD 29中光入射到其上的像素位置相对应的LED关闭。 图6是示出投影仪1和光学接收器2的光轴偏离情况下的入射光位置显示单元35 的照明状态的视图。如图6所示，对应于CCD 29中由于光轴偏离而导致的没有光入射到其 上的像素位置的LED是关闭的。因此，即使当用户看不到投影仪1的光投影点，也可以通过 确认入射光位置显示单元35的LED的照明图案来容易地确定应当向哪个方向调节投影仪 1和光学接收器2的相对位置以及调节多少角度，以使得光轴完全重合。图7是示出在投影仪1和光学接收器2的光轴重合的情况下的入射光位置显示单 元35的照明状态的示意图。当投影仪1和光学接收器2的光轴重合时，入射光位置显示单 元35的所有LED都点亮。另外，当光轴在理想状态下重合时，用于显示光轴重合的LED 37 点亮。通常，从投影仪1辐射出的平行光的光量密度不均勻，平行光越接近中心轴，光量密 度越大，并且当平行光远离中心轴时，光量密度逐渐减小。因此，即使入射光位置显示单元 35的所有LED都点亮并且光轴乍一看似乎也完全重合时，实际上平行光的中心轴稍微有些 偏离并且可能不能提供理想的光轴重合状态。因此，仅当其中的光接收量在CCD 29的每个 像素值中为最小的像素的光接收量不小于预定值时，将用于显示光轴重合的LED 37配置 为点亮。采用这种配置，用户能够在根本无需确认外部设备的情况下容易地将投影仪1和 光学接收器2调节为处于理想的相对位置。应当注意，用于显示光轴重合的LED 37的照明 条件不限于上述条件，而是可以通过CCD 29的所有像素的接收光量的总和或平均来使LED 37点亮，或者可以在入射光位置显示单元35的所有LED都点亮的情况下自动使LED 37点 壳。图8是示出入射光位置显示单元35的变型实施例的照明状态的视图。为了使用户 能够直观地识别投影仪1和光学接收器2的理想的光轴重合，需要识别CCD 29所接收到的 接收光量的分布的峰值位置。在该变型实施例中，在与处于入射光状态的像素相对应的且 点亮的LED中，改变与其中接收光量尤其大的像素相对应的LED的颜色。在该变型实施例 中的透视式尺寸测量装置包括用于执行光轴调节以实现理想的光轴重合状态的显示模式， 并且当被设定为该光轴调节模式时，取决于LED颜色的接收光量的峰值位置的近似位置被 显示。用户可以通过视觉上检查LED颜色来确认接收光量的峰值位置，因此，用户能够容易 地实现理想的光轴重合状态。在该变型实施例中，改变了与其中接收光量大的像素相对应 的LED颜色，然而，该变型实施例不限于此，而是，可以改变LED的发光量或者显示模式(闪 烁等)ο而且，该变型实施例中的入射光位置显示单元35的显示图案不仅用于光轴调节， 也用于正常测量。在投影仪1的照射光量减少以及由于使用环境改变而导致光学接收器 2接收的接收光量减少的情况下，确认入射光位置显示单元35的显示颜色和显示模式，因 此，可以在测量值中出现异常之前执行必要的处理。另外，在被测物体是透明体的情况下， 根据被测物体的透射率来改变LED的颜色和光量。因此，在根据被测物体的透射率来设置 用于检测边缘的测量阈值Pl的情况下，可以参照入射光位置显示单元35的照明图案来设置测量阈值Pi。图9是示出入射光位置显示单元35的另一变型实施例的照明状态的视图。在该 变型实施例中，只有与接收光量的分布的峰值位置相对应的LED被点亮，调节投影仪1和光 学接收器2的相对位置，使得被点亮的LED位于LED排列的中心，因此能够容易地实现理想 的光轴重合状态。顺便提及，在透射式尺寸测量装置中，当灰尘和/或污垢附着到光投影表面或光 接 收表面时，灰尘和/或污垢遮挡了一部分平行光，因此，原本不应当存在的边缘有时会被 检测到。在这种情况下，输出了一个与实际的被测物体的尺寸值相差甚远的测量值，因此， 用户不能够容易地确定测量值异常的原因。图10示意性地示出了在污物附着到光投影表 面或光接收表面的情况下的入射光位置显示单元35的显示图案的视图。如图10所示，在 污物附着到光投影表面或光接收表面的情况下，入射光位置显示单元35上与附着了污物 的像素位置相对应的LED被关闭。因此，根据本实施例，用户能够基于入射光位置显示单元 35的LED的照明图案识别出是否存在污物以及污物的位置，并且能够立即地进行维护。如上所述，在该实施例中，显示单元34设置在与要安装在光学接收器2的基座上 的基准表面27相对的上表面侧，并且显示单元34以虚拟方式表达被投影仪1辐射并且被 CCD 29接收的光投影点。因此，虽然人眼看不到光投影点，但是可以通过直观操作来调节投 影仪1和光学接收器2的光轴。而且，为了具有理想的光轴重合状态，提供了用于显示光轴 重合的LED 37，并且可以明确示出光轴调节的完成。而且，以虚拟方式表达光投影点，并且 能够看到附着到光投影表面或光接收表面的污物，因此用户能够容易地进行维护。而且，该实施例的透射式尺寸测量装置包括多个操作模式，这些操作模式用于设 置用户希望作为测量值输出的测量区域。图11是描述多个操作模式的示图。在这种情况 下，作为操作模式的示例，示范性地示出以下五种测量模式光遮挡宽度测量模式、入射光 宽度测量模式、外径测量模式、中心位置测量模式、以及边缘位置指定测量模式。光遮挡宽度测量模式计算从尺寸测量范围的一端到最后的边缘位置的距离。入射 光宽度测量模式计算从尺寸测量范围的一端到最初的边缘位置的距离。外径测量模式计算 从尺寸测量范围的一端起计算的最初的边缘位置和最后的边缘位置之间的距离。中心位置 测量模式计算从尺寸测量范围的一端到最初的边缘位置和下一个边缘位置之间的中心位 置的距离。该中心位置是通过计算所检测到的两个边缘位置的中点来确定的。边缘位置测 量模式是一种其中计算与用户所规定的边缘位置相关的距离的模式，例如，在存在两个或 多个遮光物体的情况下，边缘位置测量模式可以自由地设置从尺寸测量范围的一端算起有 多少个边缘位置要测量。图10示出了其中指定了尺寸测量范围的一端和第二边缘位置的 示例。可以通过操作控制器3中设有的SW44来设置和切换这些操作模式。图12是示出在光学接收器2上设置的显示单元34的另一个实施例的示意图。显 示单元34具有测量位置显示单元36，在测量位置显示单元36中显示与用户设置的操作模 式相对应的测量区域的多个LED排列成一条线。在图12示出的示例中，选择外径测量模式 作为操作模式，计算从尺寸测量范围的一端起计算的最初的边缘位置和第二边缘位置之间 的距离。如图12所示，测量位置显示单元36仅仅点亮与位于作为实际的被测物体的测量 区域中的像素位置相对应的LED。因此，用户可以直观地确定当前设置的操作模式是否是期 望的模式。而且，构成测量位置显示单元36的LED的照明图案响应于操作模式的切换而改变，因此，使得能够视觉上识别每个操作模式输出了测量区域的哪个测量值。在该实施例中，图2中所示的光学接收器2的FPGA 32由用户设置，并且读取存储 在控制器3的EEPROM 43中的操作模式，响应于检测到的边缘位置和所读取的操作模式来 确定要点亮的LED，以及控制测量位置显示单元36的显示。测量位置显示单元36被布置在 尺寸测量范围的延长部分上，其宽度基本上与上述的入射光位置显示单元35中的尺寸测 量范围的宽度相同，因此，可以直观地取一个测量值的近似值。而且，构成测量位置显示单 元36的多个LED的间距设置为一个整数，例如，Imm,因此，可以通过点亮的LED的数目来知 晓测量值的概略。图13是示出在光学接收器2中设置的显示单元34的另一个实施例的示意图。如 图13所示，该实施例的显示单元34具有入射光位置显示单元35和测量位置显示单元36， 这两个单元都包括多个LED并且被并行地布置在尺寸测量范围的延长部分上。 在构成入射光位置显示单元35的各个LED中，与CXD 29中入射有平行光并且没 有被被测物体遮光的像素位置相对应的LED是点亮的。另一方面，在构成测量位置显示单 元36的各个LED中，与对应于所设置的操作模式的测量区域(即，实际获得的测量值)相 对应的LED被点亮。在图13所示的示例中，光遮挡宽度测量模式被选为操作模式，从尺寸 测量范围的一端到第二边缘位置的距离被作为测量值输出。采用这种配置，能够同时确认 被被测物体遮光的区域和实际的测量区域。而且，可以通过使各自的发光色不同而避免用 户的混淆，例如，入射光位置显示单元35的发光色被设置为红色，而测量位置显示单元36 的发光色被设置为绿色。接下来，将详细描述用于检测边缘位置的测量阈值Pl的设置。通常，透射式尺寸 测量装置的测量阈值Pl被设置为一个高度位置，在该高度位置处的接收光量为非遮光状 态下的接收光量的25%。图14是一个曲线图，其中接收光量分布Wl表示投影仪1和光学 接收器2布置得相对靠近时的接收光量的分布，接收光量分布W2表示投影仪1和光学接收 器2布置得相对分离时的接收光量的分布。如图14所示，接收光量分布Wl和W2的交点基 本上与测量阈值Pl (25%)重合。这意味着能够检测到作为边缘位置的同一个像素位置，而 无需依靠安装投影仪1和光学接收器2的相对距离。因此，在测量阈值Pl被设置为上述的 25%时，总是能够测量到同一个边缘位置，而无需依靠投影仪1和光学接收器2之间的相对 距离，因此，测量阈值Pl通常被固定为接收光量是非遮光状态下的25%的高度位置。在该实施例中，测量阈值Pl的高度位置可以改变。因此，在测量阈值Pl改变的情 况下，很可能在轻微依靠投影仪1和光学接收器2之间的相对距离来检测的边缘位置处产 生偏离。然而，在测量阈值Pl根据用户的使用环境或被测物体的透明程度而设置在25%位 置的情况下，最初存在一种只有被测物体的边缘位置不能被检测到的情况。例如，在透射式尺寸测量装置中，有时测量具有高透明度的被测物体。在这种高度 透明的被测物体中，光遮挡区域的光在某种程度上入射到光学接收器2上，因此，不能适当 地检测出用于测量尺寸的边缘位置。图15是示出从CCD 29输出的接收光量的分布的示例 的曲线图。横轴表示CXD 29的像素排列位置，纵轴表示每个像素接收到的光量。而且，Rl 是非透明体的光遮挡区域，R2是透明体的光遮挡区域。如图15所示，以测量阈值Pl能够 检测到非透明体导致的光遮挡区域，然而，以测量阈值Pl不能够检测到透明体导致的光遮 挡区域R2。因此，测量阈值Pl改变为高于Pl的P1’，从而能够确保检测出透明体所导致的光遮挡区域来作为边缘位置。然而，如图16所示，如果测量阈值Pl被设置的太高，则在存在大量噪声因素的使 用环境中，会错误地检测噪声。图16是示出在以测量阈值ΡΓ而错误地检测出作为边缘位 置的一个像素位置的情况下的接收光量分布的示例的曲线图，其中在该像素位置上接收光 量由于噪声原因而被减少。在这种情况下，测量阈值ΡΓ需要进一步改变为不受噪声影响 的较低的值。在该实施例中，可以根据用户的使用环境(噪声因素)和被测物体的透明程度来 改变测量阈值P1，因此，如果适当地设置测量阈值P1，则测量阈值Pl不受噪声影响，并且可 以检测出具有各种透明程度的被测物体的边缘位置。改变测量阈值P1，在边缘位置很可能 会产生偏离，然而，根据用户对精度的要求(公差范围的宽度)，这种轻微的位置偏离不会 成为问题。而且，在投影仪1和光学接收器2之间的相对距离关系一旦固定之后，在很多情 况下，通常不进行改变。因此，即使测量值稍微偏离实际值，测量值本身不会波动。例如，在 基于来自确保了尺寸精度的被测物体的测量值的波动宽度而执行0K/NG确定的情况下，这 种边缘位置的偏离根本就不是问题。 图17A和图17B是分别示出了被测物体是透明体的情况下的入射光位置显示单元 35和测量位置显示单元36的照明图案的示意图。图17A示出了较少光被透明体遮挡并且 没有适当地检测出透明体的边缘位置的情况下的示例。在这种状态下，入射光位置显示单 元35完全点亮，而测量位置显示单元36完全关闭，并且用户可以确认通过当前的测量阈值 Pl的设置没有检测出被测透明体的边缘位置。图17B是示出操作控制器3中设置的SW 44 并且测量阈值Pl被改变为高于Pl的一个值的情况下的入射光位置显示单元35和测量位 置显示单元36的照明图案的示意图。可以发现，测量阈值Pl改变，相应地，对应于光遮挡 区域的测量位置显示单元36在测量光遮挡宽度的操作模式中点亮，并且能够检测到透明 体的边缘位置。应当注意，该实施例示出了一种情况的示例，在该情况中，使得入射光位置 显示单元35点亮的入射光显示阈值P2与测量阈值Pl相同，因此，入射光位置显示单元35 关闭了光遮挡区域部分。如上所述，在该实施例中，在需要改变测量阈值Pl的情况下，在确认入射光位置 显示单元35和测量位置显示单元36时可以改变测量阈值P1，因此，能够容易地适当设置测 量阈值Pl。用于点亮入射光位置显示单元35的入射光显示阈值P2可以与测量阈值Pl相同， 或者与测量阈值Pl不同。图18是设在光学接收器2上的入射光位置显示单元35和测量 位置显示单元36的接收光量的分布的比较图。在图18所示的示例中，示出了用于点亮入 射光位置显示单元35的入射光显示阈值P2被设置为不同于测量阈值Pl的情况的示例。 被被测物体遮挡的光遮挡区域的接收光量小于测量阈值Pl和入射光显示阈值P2。另一方 面，灰尘导致的光遮挡区域的接收光量小于入射光显示阈值P2，但是不小于测量阈值P1， 因此，与由于灰尘导致的光遮挡区域相对应的入射光位置显示单元35关闭，但是不会作为 测量边缘位置而检测出来。因此，灰尘导致的光遮挡区域根本不会在测量位置显示单元36 的照明图案和测量值上反映出来。如上所述，入射光显示阈值P2被设置为比测量阈值Pl 高的较高值，因此，在输出异常的测量值之前，能够知晓由于灰尘和污物导致的接收光量的 减少以及灰尘和污物的具体位置。因此，用户能在适当的时间进行维护。
在该实施例中，构成入射光位置显示单元35的多个LED和构成测量位置显示单元 36的多个LED布置成两条线，但是不是必须以这种方式进行布置，可以在尺寸检测方向上 布置成一条线的多个LED中可以包括入射光位置显示单元35和测量位置显示单元36的两 种功能。图19是示出显示单元42的变型实施例的视图。在图19所示的示例中，LED发出 两种颜色的光，例如，使得对应于入射光区域的LED发出红光，使得对应于操作模式的测量 区域的LED以不同于入射光区域的颜色的绿色点亮。在图19所示的示例中，选择了外径测 量模式，该外径测量模式测量在从尺寸测量范围的一端开始计算的最初的边缘位置和最后 的边缘位置之间进行测量。而且，提供了使得对应于入射光区域的LED点亮的第一显示图 案模式和使得对应于测量区域的LED点亮的第二显示图案模式，可以切换这些模式。在这 种情况下，例如，可以切换这些模式，以便在光轴调节中设置为第一显示模式而在正常测量 中设置为第二显示模式。而且，可以仅在设置操作模式过程中设置第二显示模式。所有的上述实施例都显示了其中显示单元42设置在光学接收器2中的示例，然 而，应当理解，显示单元42可以设在投影仪1中。在这种情况下，光学接收器2中的光接收 状态通过控制器3与投影仪进行通信，因此，投影仪1中可以进行相同的显示。而且，显示 单元42可以设置在投影仪1和光学接收器2 二者中。而且，本发明不限于CCD方法的操作 原理，还可以适用于上述的采用扫描方法的透射式尺寸测量设备。本发明不仅限于在此所 述的实施例，当需要时可以在不脱离本发明的思想或范围的情况下进行各种变型和改变。
权利要求
透射式尺寸测量装置，包括投射光的投影仪；以及光学接收器，光学接收器被布置为与投影仪之间具有预定的间隔，并且接收来自投影仪的光，该透射式尺寸测量装置基于光学接收器所接收到的接收光量的变化来测量通过投影仪和光学接收器之间的被测物体的尺寸，所述投影仪包括实质上成长方体形状的投影仪外壳，其中设有发出光的发光元件，和将发光元件发出的光转换成平行光的光投影透镜；以及光透影狭缝，其具有在尺寸测量方向上具有预定宽度的形状，所述尺寸测量方向是实质上与发出平行光的投影仪外壳的底面水平的方向，所述光学接收器包括实质上成长方体形状的光学接收器外壳，其中设有接收光的光接收元件；以及光接收狭缝，其具有在尺寸测量方向上具有预定宽度的形状，所述尺寸测量方向是实质上与平行光入射到其上的光学接收器外壳的底面水平的方向，所述透射式尺寸测量装置包括入射光位置显示单元，其沿着尺寸测量方向布置在投影仪和光学接收器的至少一侧，该入射光位置显示单元包括多个指示灯，每个指示灯显示每个区域的光接收状态，所述每个区域在光接收狭缝的尺寸测量方向上划分了预定的宽度；并且该入射光位置显示单元显示平行光入射到光学接收器上的位置。
2.根据权利要求1所述的透射式尺寸测量装置，其中光接收狭缝设置在一个以与光学接收器外壳的底面成直立状态实质上垂直布置的侧 表面上，入射光位置显示单元设置在与光学接收器外壳的底面相对的上表面侧，以使得入射光 位置显示单元的尺寸测量方向上的宽度与尺寸测量区域的宽度实质上相同，以及多个指示灯中的每一个基于每个区域的接收光量而点亮或者关闭。
3.根据权利要求1或2所述的透射式尺寸测量装置，进一步包括操作模式设置单元，其 接受多个操作模式的设置，所述多个操作模式基于由于被测物体导致的平行光的光遮挡位 置来选择要作为测量值输出的测量区域，其中，与操作模式设置单元所设置的操作模式相对应的测量值被输出。
4.根据权利要求3所述的透射式尺寸测量装置，进一步包括测量位置显示单元，该测 量位置显示单元包括多个沿着入射光位置显示单元布置的指示灯，其中对测量位置显示单元进行配置，以使得与要作为测量值输出的测量区域相对应的指示 灯响应于操作模式设置单元所设置的操作模式而点亮或者关闭。
5.根据权利要求3所述的透射式尺寸测量装置，其中对入射光位置显示单元进行配置，以使得与要作为测量值输出的测量区域相对应的指 示灯响应于操作模式设置单元所设置的操作模式来以与位于平行光的入射光位置的指示 灯的显示模式不同的显示模式点亮。
6.根据权利要求1所述的透射式尺寸测量装置，其中用于使入射光位置显示单元的每一个指示灯点亮的由光接收元件所接收到的接收光 量的阈值被设置为比用于检测作为尺寸测量的基准的边缘位置的接收光量的阈值高。
7.根据权利要求1所述的透射式尺寸测量装置，进一步包括光轴调节模式设置单元，其接受用于使投影仪和光接收器的光轴重合的光轴调节模式 的设置，其中当光轴调节模式被设置时，入射光位置显示单元被切换到用于显示光接收元件所接收 到的接收光量的峰值位置的显示模式。
8.根据权利要求1所述的透射式尺寸测量装置，进一步包括光轴重合显示单元，其显示投影仪和光学接收器的尺寸测量区域中的光轴是否与投影 仪和光接收器中的至少一个的光轴重合。
9.根据权利要求1所述的透射式尺寸测量装置，其中在与投影仪的底面相对的上表面和形成有光投影狭缝的前表面的一个转角部分，以及 在与光学接收器的底面相对的上表面和形成有光接收狭缝的前表面的一个转角部分中的 至少一个处形成一个倾斜部分，以及所述倾斜部分形成有入射光位置显示单元。
全文摘要
本发明提供了一种透射式尺寸测量装置，其中用户可以直观地、简单地调节投影仪和光学接收器的光轴，以及当投影仪的光投影表面和光学接收器的光接收表面上附着有污物时，用户可以立即采取合适的措施。光学接收器上设有入射光位置显示单元，它通过点亮与入射光位置对应的LED以虚拟方式表达光投影点，光投影点入射到光学接收器上，光学接收器被布置为与投射光的投影仪之间具有预定的间隔。入射光位置显示单元设在与底面相对的上表面侧，而光学接收器在底面上安装到基座上。
文档编号G01B9/00GK101871770SQ20101015690
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月23日 优先权日2009年4月24日
发明者山崎健太郎, 山根规义, 津守良一, 鸟井友成 申请人:株式会社其恩斯
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