CN116113803A - 距离计测装置、距离计测方法以及工作装置 - Google Patents

距离计测装置、距离计测方法以及工作装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116113803A
CN116113803A CN202080104884.9A CN202080104884A CN116113803A CN 116113803 A CN116113803 A CN 116113803A CN 202080104884 A CN202080104884 A CN 202080104884A CN 116113803 A CN116113803 A CN 116113803A
Authority
CN
China
Prior art keywords
distance
light
frequency
distance measuring
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080104884.9A
Other languages
English (en)
Inventor
大畠伸夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN116113803A publication Critical patent/CN116113803A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2452—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces
    • B23Q17/2471—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces of workpieces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • G01B9/02004—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using frequency scans
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4917—Receivers superposing optical signals in a photodetector, e.g. optical heterodyne detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

距离计测装置(100)具备：信号取得部(110)，其从光传感器装置(20)取得基于干涉光的电信号，该光传感器装置将频率周期性地变化的扫描光分支为参照光和向计测对象物体照射的照射光，将照射光照射到计测对象物体，使参照光与由计测对象物体反射的照射光即反射光发生干涉而生成干涉光，基于生成的干涉光生成电信号；频率计算部(120)，其根据由信号取得部(110)取得的基于干涉光的电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率；距离计测部(130)，其基于由频率计算部(120)计算出的峰值频率，计测从预先决定的基准点到计测对象物体的距离；以及距离输出部(140)，其输出表示距离计测部(130)计测出的距离的距离信息。

Description

距离计测装置、距离计测方法以及工作装置
技术领域
本公开涉及距离计测装置、距离计测方法以及工作装置。
背景技术
存在一种使用扫频光来计测从预先决定的基准点到计测对象物体的距离的技术。
例如，在专利文献1中公开了以下的技术：在具备向被加工物的加工面供给切削油而对加工面进行加工的加工部的工作装置中，将从扫频光源输出的光分支为向被加工物照射的照射光和参照光，将照射光照射到被加工物，并且检测由被加工物反射的照射光即反射光与参照光的干涉光的峰值频率，基于峰值频率，计测从工作装置到加工面的距离，其中，该扫频光源输出频率周期性地变化的光。
在专利文献1所记载的现有的技术(以下简称为“现有技术”。)中，在折射率已知的切削油存在于计测对象物体的反射面的情况下，基于来自被加工物的加工面的反射光与参照光的干涉光即第1干涉光、以及来自切削油的反射光与参照光的干涉光即第2干涉光，取得第1干涉光的峰值频率和第2干涉光的峰值频率，由此计测从工作装置到加工面的距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6576594号公报
发明内容
发明要解决的问题
在现有技术中存在以下的问题点：由存在于计测对象物体的反射面的切削油等物质反射的反射光会发生散射，由此，有时无法充分得到该反射光的强度，从而无法准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体的距离。在计测对象物体的反射面相对于照射光的光轴方向不一致的情况下也可能产生反射光的散射，因此，在该情况下，有时也无法准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体的距离。
本公开用于解决上述的问题点，其目的在于，提供一种距离计测装置，即便在由于被计测对象物体反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体的距离。
用于解决问题的手段
本公开的距离计测装置具备：信号取得部，其从光传感器装置取得基于干涉光的电信号，其中，该光传感器装置将频率周期性地变化的扫描光分支为参照光和向计测对象物体照射的照射光，将照射光照射到计测对象物体，使参照光与由计测对象物体反射的照射光即反射光发生干涉而生成干涉光，基于生成的干涉光而生成电信号；频率计算部，其根据信号取得部取得的基于干涉光的电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率；距离计测部，其基于频率计算部计算出的峰值频率，计测从预先决定的基准点到计测对象物体的距离；以及距离输出部，其输出表示距离计测部计测出的距离的距离信息。
发明的效果
根据本公开，即便在由于由计测对象物体反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体的距离。
附图说明
图1是示出应用了实施方式1的距离计测装置的工作装置的主要部分的结构的一例的框图。
图2是示出实施方式1的工作装置具备的光传感器装置的主要部分的结构的一例的框图。
图3是示出实施方式1的工作装置具备的加工装置的主要部分的结构的一例的框图。
图4是示出实施方式1的距离计测装置的主要部分的结构的一例的框图。
图5A是使用通常的傅里叶变换而估计的某个电信号的功率谱的一例。图5B是使用将式(1)的λ设为阈值的LASSO回归而针对与图5A相同的电信号估计的功率谱的一例。图5C是针对与图5A相同的电信号、应用式(1)并使用将λ设为比阈值小的值中的适当值的LASSO回归而估计的功率谱的一例。
图6是示出在物体的加工面上存在切削油的情况下的反射光的一例的说明图。
图7是示出物体的加工面与照射光的光轴方向不一样的情况下的反射光的一例的说明图。
图8A是根据基于由图7所示的物体的加工面反射的反射光而产生的电信号、使用通常的傅里叶变换而估计的功率谱的一例。图8B是应用式(1)并使用将λ设为比阈值小的值中的适当值的LASSO回归而针对与图8A相同的电信号估计的功率谱的一例。
图9A和图9B是示出实施方式1的距离计测装置的硬件结构的一例的框图。
图10是示出实施方式1的距离计测装置的处理的一例的流程图。
图11是示出实施方式2的距离计测装置的主要部分的结构的一例的框图。
图12是示出实施方式2的频率计算部求出的向量βH的一例的说明图。
图13是示出实施方式2的距离计测装置的处理的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式详细进行说明。
实施方式1.
参照图1至图10，对实施方式1的距离计测装置100进行说明。
参照图1，对应用了实施方式1的距离计测装置100的工作装置1的主要部分的结构进行说明。
图1是示出应用了实施方式1的距离计测装置100的工作装置1的主要部分的结构的一例的框图。
工作装置1具备光传感器装置20、加工装置40、以及距离计测装置100。
参照图2，对实施方式1的工作装置1具备的光传感器装置20的主要部分的结构进行说明。
图2是示出实施方式1的工作装置1具备的光传感器装置20的主要部分的结构的一例的框图。
光传感器装置20具备扫描光输出部21、分支部22，照射光学系统23、干涉部24、光电转换部25、以及A/D转换部26。
扫描光输出部21输出频率周期性地变化的光，即扫描光。扫描光输出部21输出的扫描光的频率的变化的比例和周期是被预先决定的。具体而言，例如，扫描光输出部21由均未图示的激光光源、衍射光栅、以及扫描控制部构成。生成并输出频率周期性地变化的扫描光的方法是众所周知的技术，因此省略说明。
分支部22将扫描光输出部21输出的扫描光分支为参照光和照射光。照射光是用于向计测对象物体4(以下简称为“物体4”。)照射的光。分支部22由光纤耦合器或分束器等构成。
照射光学系统23是用于将由分支部22分支后的照射光引导到物体4的光学系统。此外，照射光学系统23将由物体4反射的照射光即反射波(以下称为“反射光”。)引导到干涉部24。照射光学系统23由1个以上的透射型透镜或反射型透镜等构成。
干涉部24使反射光与参照光发生干涉而生成干涉光。干涉部24由半反射镜等构成。
光电转换部25接受由干涉部24生成的干涉光，将该干涉光转换成模拟电信号。光电转换部25由光电二极管等构成。
A/D转换部26将光电转换部25输出的模拟电信号转换成数字电信号。A/D转换部26由A/D转换器等构成。
光传感器装置20输出由A/D转换部26进行了转换的转换后的数字电信号。
距离计测装置100接受由光传感器装置20输出的作为数字电信号的电信号，计测从预先决定的基准点到物体4的距离，将计测出的距离作为距离信息而输出。
之后对距离计测装置100详细进行叙述。
参照图3，对实施方式1的工作装置1具备的加工装置40的主要部分的结构进行说明。
图3是示出实施方式1的工作装置1具备的加工装置40的主要部分的结构的一例的框图。
加工装置40具备工作台41、头主体部42、工作台驱动部43、头驱动部44、切削油供给部45、以及形状计算部46。
工作台41在头主体部42侧保持物体4。
头主体部42在工作台41侧保持用于进行物体4的切削等的加工工具47。
此外，头主体部42保持光传感器部48，该光传感器部48将由光传感器装置20照射的照射光照射到物体4，并接受由物体4反射的照射光即反射光。具体而言，例如，在头主体部42中收纳有光传感器装置20具备的照射光学系统23。
切削油供给部45向物体4的加工面供给切削油。例如，切削油供给部45由头主体部42保持。
工作台驱动部43使工作台41在与照射光的光轴平行或垂直的方向上移动。工作台驱动部43由电动马达等构成。
头驱动部44使头主体部42在与照射光的光轴平行或垂直的方向上移动。头驱动部44由电动马达等构成。例如，切削油供给部45、加工工具47以及光传感器部48与头主体部42联动地移动。
形状计算部46取得距离计测装置100输出的距离信息，基于所取得的距离信息来计算物体4的形状。
具体而言，形状计算部46对工作台驱动部43或头驱动部44进行控制，变更物体4的加工面上的照射光的照射位置，由此，从距离计测装置100取得每个照射位置的距离信息，计算物体4的形状。
此外，形状计算部46基于计算出的物体4的形状和预先准备的加工信息，对工作台驱动部43或头驱动部44进行控制，使加工工具47抵接于物体4的加工面，由此，进行用于将物体4的加工面加工为加工信息所示的形状的控制。
形状计算部46在使加工工具47对物体4的加工面进行切削时，控制切削油供给部45，使切削油供给部45向物体4的加工面供给切削油。
参照图4，对实施方式1的距离计测装置100的主要部分的结构进行说明。
图4是示出实施方式1的距离计测装置100的主要部分的结构的一例的框图。
距离计测装置100具备信号取得部110、频率计算部120、距离计测部130、以及距离输出部140。
信号取得部110从光传感器装置20取得由光传感器装置20输出的基于干涉光的电信号。具体而言，例如，信号取得部110所取得的电信号是数字电信号。
距离计测装置100也可以具备光传感器装置20所具备的A/D转换部26。在距离计测装置100具备A/D转换部26的情况下，光传感器装置20输出模拟电信号作为基于干涉光的电信号，信号取得部110取得由光传感器装置20输出的基于干涉光的电信号作为模拟电信号。距离计测装置100通过距离计测装置100具备的A/D转换部26，将信号取得部110取得的模拟电信号转换成数字电信号。
频率计算部120根据信号取得部110取得的基于干涉光的电信号，使用LASSO(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator：最小绝对收缩和选择算子)回归来计算该电信号的峰值频率。
之后对频率计算部120详细进行叙述。
距离计测部130基于频率计算部120计算出的峰值频率，计测从预先决定的基准点到物体4的距离。预先决定的基准点是指，加工装置40具备的头主体部42的与工作台41对置的面、或者头主体部42所保持的加工工具47的工作台41侧的端部等。
使用了基于扫描光的峰值频率的距离的计算方法是众所周知的技术，因此省略说明。
距离输出部140输出表示距离计测部130计测出的距离的距离信息。
对频率计算部120详细进行说明。
如上所述，频率计算部120根据信号取得部110取得的基于干涉光的电信号，基于该电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率。
LASSO回归是在以下所示的文献1中提出的基于稀疏建模的功率谱的估计方法。
文献1：”Robert Tibshirani”，”Journal of the Royal Statistical Society：Series B(Statistical Methodology)”，1996，Volume 58，Issue 1.
LASSO回归由下式(1)表示。
Figure BDA0004113844650000061
这里，y是时间序列数据，例如，是将数字电信号置换为时间序列数据而得到的。在将F设为进行傅里叶变换的行列式的情况下，向量β由下式(2)表示。
β＝Fy···式(2)
即，向量β表示作为时间序列数据的y的功率谱。
Figure BDA0004113844650000062
是y-Fβ的二次范数的平均值，具体而言，是由y-Fβ表示的元素的均方值。
另外，||β||1是向量β的一次范数，是向量β的各元素的绝对值之和。
此外，λ是阈值。
在式(1)所示的LASSO回归、即在文献1中提出的基于稀疏建模的功率谱的估计方法中，使用作为阈值的λ，来估计将强度最大的频率以外的频率成分设为0的功率谱即向量βlasso。
具体而言，在式(1)中，λ||β||1作为处罚项发挥作用，在文献1中提出的基于稀疏建模的峰值频率的估计方法中，通过回归地求出
Figure BDA0004113844650000071
的值成为最小的β，来估计将强度最大的频率以外的频率成分设为0的功率谱即向量βlasso。
这里，应用式(1)，在将λ设定为比在文献1中提出的阈值小的值中的适当的λ的值时，惩罚项的值较小，因此，能够估计不仅针对强度最大的频率示出0以外的值、针对强度第二大的频率也示出0以外的值的功率谱。此外，同样，通过将λ设定为更小的值中的适当的λ的值，能够估计针对强度第三大的频率也示出0以外的值的功率谱。
频率计算部120使用LASSO回归，来调整LASSO回归的惩罚项的阈值，使得计算基于干涉光的电信号的预先决定的数量的峰值频率。
例如，频率计算部120在使用LASSO回归而计算出的多个频率成分中，从强度大的频率开始依次计算预先决定的数量的峰值频率。
参照图5，对使用LASSO回归而估计的电信号的功率谱进行说明。
图5A是使用通常的傅里叶变换而估计的某个电信号的功率谱的一例。
图5B是使用将式(1)的λ设为阈值的LASSO回归而针对与图5A相同的电信号估计的功率谱的一例。
图5C是应用式(1)并使用将λ设为比阈值小的值中的适当值的LASSO回归而针对与图5A相同的电信号估计的功率谱的一例。
如图5A所示，在使用通常的傅里叶变换而估计了功率谱的情况下，在各种频率中具有频率成分，因此，难以得到强度第二大的频率。
此外，如图5B所示，在使用将式(1)的λ设为阈值的LASSO回归而估计了功率谱的情况下，具有强度最大的频率成分的信号S1以外的频率成分成为0，因此，无法得到强度第二大的频率。
另一方面，如图5C所示，在应用式(1)并使用将λ设为比阈值小的值中的适当值的LASSO回归而估计了功率谱的情况下，不仅能够确定具有强度最大的频率成分的信号S1，还能够确定具有强度第二大的频率成分的信号S2。
频率计算部120通过将λ调整为比阈值小的值中的适当值，估计图5C所示的功率谱，计算所估计出的功率谱的频率成分中的强度大的2个信号S1和信号S2的频率作为峰值频率。
距离计测部130基于由频率计算部120计算出的2个峰值频率，计测从预先决定的基准点到物体4的距离。
参照图6，对在物体4的加工面上存在切削油的情况下的反射光进行说明。
图6是示出在物体4的加工面上存在切削油的情况下的反射光的一例的说明图。
如图6所示，朝向物体4照射的照射光的一部分由切削油的油面反射。照射光的剩余部分透射切削油而由物体4的加工面反射。由切削油的油面反射的照射光即第1反射光发生散射，因此，仅第1反射光中的一部分朝向图2所示的照射光学系统23。因此，距离计测装置100取得的电信号中的由第1反射光引起的电信号的强度小于由物体4的加工面反射的照射光即第2反射光所引起的电信号的强度。因此，距离计测装置100取得的电信号所包含的由第1反射光引起的电信号有时与白噪声混淆。
即，在物体4的加工面上存在切削油的情况下，针对距离计测装置100取得的电信号，使用通常的傅里叶变换而估计的功率谱有时成为图5A所示的状态。
由于在物体4的加工面上存在切削油的情况下，有时成为图5A所示的功率谱，因此，距离计测部130无法计测从预先决定的基准点到存在于物体4的加工面的切削油的油面的距离。切削油具有与空气或真空不同的折射率，因此结果是，距离计测部130无法准确地计测从预先决定的基准点到物体4的加工面的距离。
但是，针对同样的电信号，通过应用式(1)并使用将λ调整为比阈值小的值中的适当值的LASSO回归来估计功率谱，从而估计出的功率谱成为图5C所示的状态，能够将由切削油的油面反射的反射光的频率成分确定为信号S2。
因此，距离计测部130能够计测从预先决定的基准点到存在于物体4的加工面的切削油的油面的距离，结果是，距离计测部130能够准确地计测从预先决定的基准点到物体4的加工面的距离。
通过如以上那样构成，距离计测装置100即便在由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
参照图7和图8，对物体4的加工面相对于照射光的光轴方向不一致的情况下的反射光进行说明。
图7是示出物体4的加工面相对于照射光的光轴方向不一致的情况下的反射光的一例的说明图。
如图7所示，朝向物体4照射的照射光在作为物体4的加工面的面A、B、C上分别反射。面A或面B相对于照射光的光轴方向一致，因此，由面A或面B反射的反射光朝向图2所示的照射光学系统23。另一方面，面C相对于照射光的光轴方向不一致，因此，由面C反射的反射光发生散射，仅该反射光的一部分朝向图2所示的照射光学系统23。
图8A是使用通常的傅里叶变换，针对基于由图7所示的物体4的加工面反射的反射光的电信号而估计的功率谱的一例。
图8B是应用式(1)并使用将λ设为比阈值小的值中的适当值的LASSO回归，针对与图8A相同的电信号而估计的功率谱的一例。
针对基于由图7所示的物体4的加工面反射的反射光而产生的电信号，由面C反射的反射光所引起的电信号的强度小于由面A或面B反射的反射光所引起的电信号的强度。因此，如图8A所示，信号S3有时与白噪声或者由物体4的加工面中的面C以外的面反射的反射光所引起的频率成分等混淆，其中，该信号S3对应于距离计测装置100取得的电信号中包含的由面C反射的反射光所引起的电信号。
另一方面，如图8B所示，在应用式(1)并使用将λ调整为比阈值小的值中的适当值的LASSO回归而估计了功率谱的情况下，不仅能够确定与由面A反射的反射光对应的信号S1、以及与由面B反射的反射光对应的信号S2，还能够确定具有强度第三大的频率成分的与由面C反射的反射光对应的信号S3。
因此，距离计测部130能够计测从预先决定的基准点到作为物体4的加工面的面A、B、C的距离，结果是，距离计测部130能够准确地计测从预先决定的基准点到物体4的加工面的距离。
通过如以上那样构成，距离计测装置100即便在物体4的加工面相对于照射光的光轴方向不一致等、由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
参照图9A和图9B，对实施方式1的距离计测装置100的主要部分的硬件结构进行说明。
图9A和图9B是示出实施方式1的距离计测装置100的硬件结构的一例的框图。
如图9A所示，距离计测装置100由计算机构成，该计算机具有处理器901和存储器902。在存储器902中存储有用于使该计算机作为信号取得部110、频率计算部120、距离计测部130以及距离输出部140发挥功能的程序。通过处理器901读出并执行存储器902所存储的程序，实现信号取得部110、频率计算部120、距离计测部130、以及距离输出部140的功能。
此外，如图9B所示，距离计测装置100也可以由处理电路903构成。在该情况下，信号取得部110、频率计算部120、距离计测部130以及距离输出部140的功能也可以由处理电路903实现。
此外，距离计测装置100也可以由处理器901、存储器902以及处理电路903构成(未图示)。在该情况下，也可以是，信号取得部110、频率计算部120、距离计测部130以及距离输出部140的功能中的一部分功能由处理器901和存储器902实现，剩余的功能由处理电路903实现。
处理器901例如使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)、微处理器、微控制器或者DSP(DigitalSignal Processor：数字信号处理器)。
例如使用半导体存储器或磁盘作为存储器902。更具体而言，使用RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable ROM：可擦可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory：电可擦可编程只读存储器)、SSD(Solid State Drive：固态硬盘)或HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等作为存储器902。
处理电路903例如使用ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑设备)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、SoC(System-on-a-Chip：单芯片系统)或系统LSI(Large-Scale Integration：大规模集成)。
参照图10，对实施方式1的距离计测装置100的动作进行说明。
图10是示出实施方式1的距离计测装置100的处理的一例的流程图。
距离计测装置100例如重复执行该流程图的处理。
首先，在步骤ST1001中，信号取得部110从光传感器装置20取得基于干涉光的电信号。
接着，在步骤ST1002中，频率计算部120使用LASSO回归，计算基于干涉光的电信号的峰值频率。
接着，在步骤ST1003中，距离计测部130计测从预先决定的基准点到物体4的距离。
接着，在步骤ST1004中，距离输出部140输出距离信息。
在步骤ST1004之后，距离计测装置100结束该流程图的处理。距离计测装置100在结束该流程图的处理之后，返回到步骤ST1001，重复执行该流程图的处理。
如以上那样，实施方式1的距离计测装置100具备：信号取得部110，其从光传感器装置20取得基于干涉光的电信号，该光传感器装置20将频率周期性地变化的扫描光分支为参照光和向计测对象物体4照射的照射光，将照射光照射到计测对象物体4，使参照光与由计测对象物体4反射的照射光即反射光发生干涉而生成干涉光，基于生成的干涉光生成电信号；频率计算部120，其根据信号取得部110取得的基于干涉光的电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率；距离计测部130，其基于频率计算部120计算出的峰值频率，计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离；以及距离输出部140，其输出表示距离计测部130计测出的距离的距离信息。
通过像这样构成，距离计测装置100即便在由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
此外，如以上那样，实施方式1的距离计测装置100在上述结构中构成为，频率计算部120调整LASSO回归的惩罚项的阈值，以使用LASSO回归来计算基于干涉光的电信号的预先决定的数量的峰值频率。
通过像这样构成，距离计测装置100即便在由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够计算基于该反射光的电信号的峰值频率。结果是，距离计测装置100能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
此外，如以上那样，实施方式1的距离计测装置100在上述结构中构成为，频率计算部120使用LASSO回归来计算基于干涉光的电信号的预先决定的数量的峰值频率，并且在使用LASSO回归而计算出的多个频率成分中，从强度大的频率开始依次计算预先决定的数量的峰值频率。
通过像这样构成，距离计测装置100即便在由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够计算基于该反射光的电信号的峰值频率。结果是，距离计测装置100能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
此外，如以上那样，实施方式1的距离计测装置100在上述结构的中构成为，频率计算部120使用LASSO回归来计算基于干涉光的电信号的预先决定的数量的峰值频率，距离计测部130基于频率计算部120计算出的预先决定的数量的峰值频率，计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
通过像这样构成，距离计测装置100即便在由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够计算基于该反射光的电信号的峰值频率。结果是，距离计测装置100能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
此外，如以上那样，实施方式1的工作装置1在上述结构中构成为，具备距离计测装置100、以及基于距离计测装置100输出的距离信息来计算计测对象物体4的形状的形状计算部46。
通过像这样构成，作为工作装置1中，即便在由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，距离计测装置100也输出表示从预先决定的基准点到计测对象物体4的准确距离的距离信息，因此能够准确地计算计测对象物体4的形状。
实施方式2.
参照图11至图13，对实施方式2的距离计测装置100a进行说明。
参照图11，对实施方式2的距离计测装置100a的主要部分的结构进行说明。
图11是示出实施方式2的距离计测装置100a的主要部分的结构的一例的框图。
距离计测装置100a具备信号取得部110、频率计算部120a、距离计测部130、以及距离输出部140。
距离计测装置100a是将实施方式1的距离计测装置100具备的频率计算部120变更为频率计算部120a而得到的。
在距离计测装置100a的结构中，针对与实施方式1的距离计测装置100同样的结构省略说明。即，在图11中，针对与图4所示的框同样的框标注相同的标号，并省略说明。
另外，距离计测装置100a与实施方式1的距离计测装置100同样地例如应用于工作装置1。
实施方式1的距离计测装置100具备的频率计算部120根据信号取得部110取得的基于干涉光的电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率。
与此相对，频率计算部120a计算基于干涉光的电信号的预先决定的数量的峰值频率，并且基于使用LASSO回归而计算出的多个频率成分、以及使用傅里叶变换而计算出的多个频率成分，计算预先决定的数量的所述峰值频率。
具体而言，例如，频率计算部120a按照每个频率，计算使用LASSO回归计算出的各频率成分与对应于使用LASSO回归计算出的各频率成分的使用傅里叶变换计算出的各频率成分之积，求出向量βH。例如，频率计算部120a在图5A所示的功率谱的各频率成分和图5C所示的功率谱的各频率成分中，对相同频率的振幅值进行相乘从而求出向量βH。
频率计算部120a所求出的向量βH的各元素对应于基于干涉光的电信号的频率成分。
频率计算部120a在求出的向量βH的多个元素中，按照元素的值从大到小的顺序选择预先决定的数量的元素，并计算为峰值频率。
图12是示出实施方式2的频率计算部120a求出的向量βH的一例的说明图。
图12的横轴与图5A或图5C所示的功率谱的频率是同样的。
图5C所示的功率谱的信号S2的振幅的值与其他频率的振幅的值接近，与此相对，图12所示的向量βH中的与信号S2的频率对应的元素的值不同于其他频率的元素的值，变得更加明确。
即，频率计算部120a能够基于信噪比比图5C所示的功率谱大的向量βH来计算峰值频率。
结果是，距离计测装置100a与实施方式1的距离计测装置100相比，能够更加准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
距离计测装置100a的主要部分的硬件结构与在实施方式1中参照图9A和图9B而说明的硬件结构是同样的，因此，省略图示和说明。即，信号取得部110、频率计算部120a、距离计测部130以及距离输出部140各自的功能可以由处理器901和存储器902实现，或者也可以由处理电路903实现。
参照图13，对实施方式2的距离计测装置100a的动作进行说明。
图13是示出实施方式2的距离计测装置100a的处理的一例的流程图。
距离计测装置100a例如重复执行该流程图的处理。
首先，在步骤ST1301中，信号取得部110从光传感器装置20取得基于干涉光的电信号。
接着，在步骤ST1302中，频率计算部120a基于使用LASSO回归计算出的多个频率成分、以及使用傅里叶变换计算出的多个频率成分，求出向量βH。
接着，在步骤ST1303中，频率计算部120a基于向量βH，计算基于干涉光的电信号的峰值频率。
接着，在步骤ST1304中，距离计测部130计测从预先决定的基准点到物体4的距离。
接着，在步骤ST1305中，距离输出部140输出距离信息。
在步骤ST1304之后，距离计测装置100a结束该流程图的处理。距离计测装置100a在结束该流程图的处理之后，返回到步骤ST1301，重复执行该流程图的处理。
如以上那样，实施方式2的距离计测装置100a具备：信号取得部110，其从光传感器装置20取得基于干涉光的电信号，该光传感器装置20将频率周期性地变化的扫描光分支为参照光和向计测对象物体4照射的照射光，将照射光照射到计测对象物体4，使参照光与由计测对象物体4反射的照射光即反射光发生干涉而生成干涉光，基于生成的干涉光而生成电信号；频率计算部120a，其根据信号取得部110取得的基于干涉光的电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率；距离计测部130，其基于频率计算部120a计算出的峰值频率，计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离；以及距离输出部140，其输出表示距离计测部130计测出的距离的距离信息，频率计算部120a计算预先决定的数量的基于干涉光的电信号的峰值频率，并且基于使用LASSO回归计算出的多个频率成分、以及使用傅里叶变换计算出的多个频率成分，计算预先决定的数量的峰值频率。
通过像这样构成，距离计测装置100a即便在由于由计测对象物体4反射的反射光发生散射而无法充分地得到反射光的强度的情况下，也能够准确地计测从预先决定的基准点到计测对象物体4的距离。
另外，本公开在该公开的范围内，能够进行各实施方式的自由组合或各实施方式的任意的结构要素的变形、或者在各实施方式中能够省略任意的结构要素。
产业利用性
本公开的距离计测装置能够应用于工作装置。
附图标记说明
1工作装置，4物体，20光传感器装置，21扫描光输出部，22分支部，23照射光学系统，24干涉部，25光电转换部，26A/D转换部，40加工装置，41工作台，42头主体部，43工作台驱动部，44头驱动部，45切削油供给部，46形状计算部，47加工工具，48光传感器部，100、100a距离计测装置，110信号取得部，120，120a频率计算部，130距离计测部，140距离输出部，901处理器，902存储器，903处理电路。

Claims (7)

1.一种距离计测装置，其特征在于，所述距离计测装置具备：
信号取得部，其从光传感器装置取得基于干涉光的电信号，其中，所述光传感器装置将频率周期性地变化的扫描光分支为参照光和向计测对象物体照射的照射光，将所述照射光照射到所述计测对象物体，使所述参照光与由所述计测对象物体反射的所述照射光即反射光发生干涉而生成所述干涉光，基于生成的所述干涉光而生成所述电信号；
频率计算部，其根据所述信号取得部取得的基于所述干涉光的所述电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率；
距离计测部，其基于所述频率计算部计算出的所述峰值频率，计测从预先决定的基准点到所述计测对象物体的距离；以及
距离输出部，其输出表示距离计测部计测出的距离的距离信息。
2.根据权利要求1所述的距离计测装置，其特征在于，
所述频率计算部调整所述LASSO回归的惩罚项的阈值，以使用所述LASSO回归来计算基于所述干涉光的所述电信号的预先决定的数量的所述峰值频率。
3.根据权利要求1所述的距离计测装置，其特征在于，
所述频率计算部使用所述LASSO回归计算基于所述干涉光的所述电信号的预先决定的数量的所述峰值频率，并且在使用所述LASSO回归计算出的多个频率成分中，从强度大的频率开始依次计算所述预先决定的数量的所述峰值频率。
4.根据权利要求1所述的距离计测装置，其特征在于，
所述频率计算部使用所述LASSO回归计算基于所述干涉光的所述电信号的预先决定的数量的所述峰值频率，
所述距离计测部基于所述频率计算部计算出的所述预先决定的数量的所述峰值频率，计测从预先决定的基准点到所述计测对象物体的距离。
5.根据权利要求1所述的距离计测装置，其特征在于，
所述频率计算部计算基于所述干涉光的所述电信号的预先决定的数量的所述峰值频率，并且基于使用所述LASSO回归计算出的多个频率成分、以及使用傅里叶变换计算出的多个频率成分，计算所述预先决定的数量的所述峰值频率。
6.一种工作装置，其特征在于，
所述工作装置具备：
权利要求1所述的距离计测装置；以及
形状计算部，其基于由所述距离计测装置输出的所述距离信息，计算所述计测对象物体的形状。
7.一种距离计测方法，其特征在于，所述距离计测方法具备：
信号取得步骤，信号取得部从光传感器装置取得基于干涉光的电信号，其中，所述光传感器装置将频率周期性地变化的扫描光分支为参照光和向计测对象物体照射的照射光，将所述照射光照射到所述计测对象物体，使所述参照光与由所述计测对象物体反射的所述照射光即反射光发生干涉而生成所述干涉光，基于生成的所述干涉光而生成所述电信号；
频率计算步骤，频率计算部根据通过所述信号取得步骤取得的基于所述干涉光的所述电信号，使用LASSO回归来计算该电信号的峰值频率；
距离计测步骤，距离计测部基于通过所述频率计算步骤计算出的所述峰值频率，计测从预先决定的基准点到所述计测对象物体的距离；以及
距离输出步骤，距离输出部输出表示通过所述距离计测步骤计测出的距离的距离信息。
CN202080104884.9A 2020-07-22 2020-07-22 距离计测装置、距离计测方法以及工作装置 Pending CN116113803A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/028411 WO2022018848A1 (ja) 2020-07-22 2020-07-22 距離計測装置、距離計測方法、及び工作装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116113803A true CN116113803A (zh) 2023-05-12

Family

ID=79729124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080104884.9A Pending CN116113803A (zh) 2020-07-22 2020-07-22 距离计测装置、距离计测方法以及工作装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230076436A1 (zh)
JP (1) JP7146146B2 (zh)
KR (1) KR102535920B1 (zh)
CN (1) CN116113803A (zh)
TW (1) TW202204852A (zh)
WO (1) WO2022018848A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024105835A1 (ja) 2022-11-17 2024-05-23 三菱電機株式会社 光測定装置、取得方法、取得プログラム、及び記録媒体

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104048944A (zh) * 2014-03-14 2014-09-17 中国科学院力学研究所 差分干涉测量成像系统及方法
DE102014005181A1 (de) * 2014-04-03 2015-10-08 Astrium Gmbh Positions- und Lagebestimmung von Objekten
CN105675146B (zh) * 2016-02-04 2018-07-17 北京理工大学 基于压缩感知的双波长三维温度场成像设备、系统及方法
US9964396B1 (en) * 2016-11-04 2018-05-08 Com Dev Ltd. Integrated fourier transform optical spectrometer
JP2020030065A (ja) * 2018-08-21 2020-02-27 株式会社島津製作所 クロマトグラフ装置
JP6576594B1 (ja) 2018-10-05 2019-09-18 三菱電機株式会社 工作装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022018848A1 (zh) 2022-01-27
KR20230013156A (ko) 2023-01-26
TW202204852A (zh) 2022-02-01
US20230076436A1 (en) 2023-03-09
KR102535920B1 (ko) 2023-05-26
JP7146146B2 (ja) 2022-10-03
WO2022018848A1 (ja) 2022-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5575600B2 (ja) 温度測定方法、記憶媒体、プログラム
EP2998693B1 (en) Surface-geometry measurement method and device used therein
CA2511960A1 (en) Detection apparatus, optical path length measuring apparatus, device for measurement, method for evaluating optical member, and method for detecting change in temperature
US20230076436A1 (en) Distance measurement device, distance measurement method, and machine tool
JP2006250826A (ja) 計測素子、加工装置および計測方法、屈折率の計測素子
CN108871245B (zh) 测量装置
KR20100124039A (ko) 레이저 가공장치
EP2416112B1 (en) Shape measuring apparatus
CN115138982A (zh) 一种晶圆激光隐形切割协同检测方法及系统
CN116100458A (zh) 研磨装置及研磨方法
Leach et al. Advances in calibration methods for micro-and nanoscale surfaces
KR102522882B1 (ko) 연마 장치 및 연마 방법
JP2022187772A (ja) 表面粗さ測定方法、表面粗さ測定装置、及びプログラム
JP5454769B2 (ja) 分光立体形状測定装置及び分光立体形状測定方法
WO2024105835A1 (ja) 光測定装置、取得方法、取得プログラム、及び記録媒体
KR20210077738A (ko) 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법
JP2010014536A (ja) 加工装置に搭載される被測定物の計測方法および計測装置
CN114514409B (zh) 光距离测定装置以及加工装置
Abou-Zeid et al. Interferometer with a wavelength-tuned diode laser for surface profilometry
WO2024105834A1 (ja) 光測定装置、取得方法、取得プログラム、及び記録媒体
CN107843192B (zh) 基于Kalman滤波的非接触测量装置及其测量方法
JP7206576B2 (ja) 測定方法及び装置
TW202132808A (zh) 距離測量裝置、距離測量方法、距離測量學習裝置以及距離測量學習方法
JP5376284B2 (ja) 干渉測定方法および干渉計
US11506536B2 (en) Measuring apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination