JP2002090455A - 光波を用いた距離計 - Google Patents

光波を用いた距離計

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JP2002090455A
JP2002090455A JP2000280365A JP2000280365A JP2002090455A JP 2002090455 A JP2002090455 A JP 2002090455A JP 2000280365 A JP2000280365 A JP 2000280365A JP 2000280365 A JP2000280365 A JP 2000280365A JP 2002090455 A JP2002090455 A JP 2002090455A
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JP
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light
home position
distance
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striker
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Toshihiro Mori
利宏 森
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Hokuyo Automatic Co Ltd
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Hokuyo Automatic Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 直線走行路1を走行するスタッカークレーン
2の位置決め制御のため、反射板4まで往復する変調光
に生じる位相変動φから距離を測定する距離計12にお
いて、安価な水晶振動子を使用し、台風等による大きな
気圧変動があっても精度を高く保つことができるように
する。 【解決手段】 ホームポジションhに設けられたストラ
イカ14を、クレーン2に設けた光電センサ13が検出
したとき、制御回路により、計測した距離L 1を基準値
0に補正するための係数k(L0=k・L1)を求め、
以後の演算をL=k・C/2f×φ/360°によって
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スタッカークレーンの
ように位置決め制御を行いながら直線走行路を移動する
装置に取り付けられる光波を用いた距離計に関し、特に
温度変化及び気圧変動による計測誤差の補正に関する。
【0002】
【従来の技術】スタッカークレーンは、図3に示すよう
に、例えば、倉庫の棚に物品を出し入れするために直線
走行路1を往復移動する。このクレーン2は、物品の出
し入れの際の位置決めのため高い停止位置精度が必要で
ある。
【0003】この位置制御のためにレーザ距離計3がク
レーン2に搭載される。このレーザ距離計3の計測原理
を図4に示す。レーザー距離計3は周波数fで変調した
光を投光し、直線走行路1の一端に配置された反射板4
から帰って来る光を受光する。受光された光は距離Lに
応じた位相差φを持っている。そこで、投光した光と受
光した光の位相差を測定すれば、L=C/2f×φ/3
60° 但し、Cは光速(2.9968×108m)よ
り、距離Lが計算できる。
【0004】なお、レーザー距離計3の投受光部3a
は、例えば、図5に示すように変調光を発生する半導体
レーザ5、反射板4からの反射光を受光するアバランシ
ェフォトダイオード6、半導体レーザ5の照射する光を
ハーフミラー7を介して受光し投光信号として取り出す
ピンフォトダイオード8から構成されている。なお、ア
バランシェフォトダイオード6は光電変換機能に加え増
幅器としての機能を持たせるために使用されている。
【0005】上記変調光の周波数は200MHZとされ
るので、位相差φを直接検出することが困難である。そ
こで、図6に示すように、混合回路9でダウンコンバー
トしている。これは、受光信号に200.006MHZ
の信号を掛け合わせ、前記位相差φを持つ0.006M
HZ(6kHZ)の信号とするものである。混合回路6の
出力には400.006MHZの信号も含まれるため、
ローパスフィルタ10で、6kHZの信号のみを取り出
し、A/Dコンバータ11でデジタル量に変換した後
に、マイクロコンピュータに取り込んで演算処理するこ
とにより位相差φを計算し、これより距離Lを求めてい
る。
【0006】なお、実際の測定は、周波数を200MH
Z、5MHZ,4.545MHZに変化させて行われる。
これは、周波数が200MHZだけであると、LがC/
2fの倍数になったとき位相差φが0となり、749.
5mm以上では計測できなくなるのを回避するためであ
る。
【0007】周波数を5MHZとすると、位相差0とな
って計測不能となる距離Lは29979mmとなる。ま
た、周波数を4.545MHZとすると位相差0となっ
て計測不能となる距離Lは32982mmである。周波
数として200MHZ、5MHZ,4.545MHZを組
合わせて測定を行なうと、計測不能となる距離は、それ
らの最少公倍数となる。すなわち、200MHZで44
0回、5MHZで11回、4.545MHZで10回繰り
返した距離L=329.820mで、各位相差φは0と
なり、この距離に達するまでは測定が可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記スタッカークレー
ン2は、高い停止位置精度が求められるが、レーザー距
離計3による計測には、次のような誤差の発生原因があ
る。
【0009】温度変化によって、(1) 半導体レーザ
5の発光強度の変動、(2)アバランシェフォトダイオ
ード6の増幅率の変動、(3)ピンフォトダイオード8
の特性変動、(4)アンプ及びミキサの特性変動、
(5)水晶振動子の温度変化による基準周波数の変動が
ある。
【0010】また、気圧変動及び湿度変化により光路の
屈折率が変化し、(6)測定基準となる光速が変動す
る。
【0011】上記(1)〜(4)は内部回路の改良によ
り、比較的容易に、その対策をすることができる。しか
し、(5)の水晶振動子の温度特性の対策は、特性変化
が少ない高価な水晶振動子を使用する必要がありコスト
が高くなる問題がある。また、(6)は内部回路の改良
では対策ができない。
【0012】因みに、100mの測長をするとき、上記
(5)と(6)の対策をしないと誤差がどのようになる
か検討してみる。
【0013】安価な水晶振動子を用いた場合に、温度が
−10〜50℃まで変化すると、その温度係数が0.7
ppm/℃であることから、4.2ppm変動する。
【0014】また、台風等により気圧が980〜103
0mbまで変動すると、気圧による光速変動が0.3p
pm/Hpaであることから、1.5ppm変動する。な
お、厳密には湿度や気温等の気象条件も光速変動の要因
となるが、気圧の変動が最も大きい。最大変動は、これ
らの温度と気圧の変動によるものを合わせた5.7pp
mとなり、100mの測長時には往復距離200mに対
して、11.4mmの誤差となる。
【0015】倉庫の棚に物品を自動的に出し入れするス
タッカークレーンの位置決め精度は、±1mm以内とす
ることが求められるようになっている。(5)(6)の
対策をしないときの上記誤差は、要求精度を満たすこと
ができない。
【0016】そこで、本発明は、安価な水晶振動子を使
用し、台風等による大きな気圧変動があっても精度を高
く保つことができる距離計を低コストに提供することを
目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1にかか
る発明は、ホームポジションから延びる直線走行路を移
動する装置に取り付けられ、ホームポジションと対向す
る直線走行路の端部位置に設けた反射板に向かって変調
光を照射し、その反射光を受光して得た受光信号に、距
離によって生じる投光信号との位相差φを測定し、移動
する装置の現在位置Lを、L=C/2f×φ/360°
により求める光波を用いた距離計において、移動する装
置がホームポジションに戻ったことを検出するセンサ
と、ホームポジションに戻ったときに計測した距離L1
を基準値L0に補正するための係数k(L0=k・L1
を求め、以後の演算をL=k・C/2f×φ/360°
によって行う制御回路とを具備したことを特徴とする。
【0018】本発明の請求項2にかかる発明は、請求項
1に記載した光波を用いた距離計において、ホームポジ
ションに戻ったことを検出するセンサが、ホームポジシ
ョンに設けられたストライカと、移動する装置に設けら
れ前記ストライカを検出するた光電センサとによって構
成されていることを特徴とする。
【0019】
【実施形態】本発明のレーザー距離計を取り付けたスタ
ッカークレーンの外観構成を図1に示し、その計測精度
を高くするための補正を行う回路の構成を図2に示す。
【0020】図1のスタッカークレーン2は、例えば倉
庫の棚に沿って設けられた直線走行路1を、ホームポジ
ションhを起点として往復移動するものである。走行路
1のホームポジションhと反対側には、反射板4が取り
付けられ、スタッカークレーン2には、反射板4に向か
い合う位置にレーザ距離計12が取り付けられている。
ホームポジションhには、スタッカークレーンに設けた
光電センサ13によって検出されるストライカ14が取
り付けられている。
【0021】レーザー距離計12の距離演算は、図5及
び図6で説明した構成において、受光信号をダウンコン
バートした6kHZの信号と、ピンフォトダイオード8
で検出した投光信号との位相差φを計測することにより
行われる。この演算は、例えば1周期の166μsを4
5°周期毎に8点のアナログ値を取り込んで位相演算を
行い、その移動平均を計測値とする。
【0022】温度変化と気圧及び湿度の変化による測定
誤差をなくすための補正は、図2に示す制御回路15に
よって行われる。
【0023】温度変化に対して半導体レーザ5の発光強
度を一定に保つ制御は、半導体レーザ内のフォトトラン
ジスタ5aの受光量が一定になるように、制御回路15
が変調光のレベル調整をすることによって行う。
【0024】測定距離の変動及び反射板4の反射率の変
化に対して受光強度を一定に保つ制御は、レーザー光の
出力部にパルスモータ16によって動く可変減衰フィル
タ17を設け、制御回路15で受光強度が一定になるよ
うに投射光量を調整することにより行う。
【0025】アバランシェフォトダイオード6の増幅率
を一定に保つ制御は、調整時に基準発光LED18の光
を受けるアバランシェフォトダイオード6の受光出力が
所定の大きさになるように、制御回路15によってバイ
アス回路19を制御することによって行う。
【0026】また、アンプ及びミキサ等を構成する内部
素子と、ピンフォトダイオード8の温度変化に対する特
性変動に対する補正は、出荷前に、レーザー距離計のケ
ース内に設けた温度計20により特性変動を計測して、
温度に対するオフセット値として内部ROMに記憶させ
ておくことにより行う。実計測時は温度計20によって
得た計測温度に対応させてオフセット値を変化させるの
である。
【0027】さらに、制御回路15は、次のようなホー
ムポジション補正を行う。
【0028】この準備として、設置時に、光電センサ1
3がストライカ14を検出したホームポジションhにス
タッカークレーン2を停止させ、反射板4までの距離の
計測を行い、この値を基準値L0として記憶しておく。
【0029】以後の計測では、光電センサ13がストラ
イカ14を検出する毎に、計測値L 1が記憶した基準値
0と同一になるように、補正係数kを変化させ(L0
k・L1)、以後の演算をL=k・C/2f×φ/36
0°によって行う。
【0030】これによって、安価な水晶振動子を用い温
度変化による基準周波数の変動があり、気圧変動及び湿
度変化により光速が変動しても、その誤差を排除するこ
とができる。スターカークレーン2は、その搬送動作が
ホームポジションhと棚の指定位置との往復動作である
ので、補正が各搬送動作毎に行われることになり、高い
精度が保つことができる。
【0031】制御回路15は、キャリブレーション補正
をも行う。これは、内部の基準発光LED18を点灯し
アバランシェフォトダイオード6の出力が安定するよう
にバイアス電圧を調整すると共に、周波数を200MH
Z、5MHZ,4.545MHZに切替え、距離の絶対値
を測定するものである。
【0032】このキャリブレーション補正は、外部入力
によって実行されるが、パワーON時には自動的に行わ
れる。これは、パワーON時の温度の急上昇期間に、5
℃上昇する毎に増幅率が数十倍変動するアバランシェフ
ォトダイオード6が動作不能になるのを防止するための
もので、温度計20で計測された温度が5℃上昇する毎
に、測定値が使用されないようにレディー信号をOFF
にして行われる。
【0033】以上に説明した実施形態は変調光としてレ
ーザー光を用いたものであるが、変調光はLEDに発生
させた光を用いることもできる。
【0034】
【発明の効果】本発明の請求項1の発明は、移動する装
置がホームポジションに戻る毎に、計測距離L1を基準
値L0に補正するための係数k(L0=k・L1)を求め
直すホームポジション補正を行うので、安価な水晶振動
子を使用した場合の温度変化による基準周波数の変動
と、台風等による大きな気圧変化による光速の変動によ
る誤差を排除し、低コストに高精度な距離計を提供でき
る。
【0035】本発明の請求項2の発明は、移動する装置
がスタッカークレーンである場合に、ホームポジション
に戻ったことを検出するセンサとして、設置が容易な構
成を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光波を用いた距離計のスタッカークレ
ーンへの取付例を示す図。
【図2】本発明の一実施形態であるレーザ距離計の計測
精度補正を説明するブロック図。
【図3】従来のレーザー距離計のスタッカークレーンへ
の取付例を示す図。
【図4】レーザー距離計の測定原理を説明する図。
【図5】レーザー距離計の投受光部の構成図。
【図6】レーザー距離計の位相差計測を行う回路を示す
図。
【符号の説明】
1 直線走行路 2 スタッカークレーン(移動する装置) 4 反射板 12 レーザ距離計 13 光電センサ 14 ストライカ 15 制御回路 h ホームポジション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA02 AA06 BB15 BB29 DD03 EE01 EE03 FF13 GG04 HH04 HH13 JJ09 JJ18 LL12 MM13 MM23 QQ03 QQ17 QQ33 QQ42 2F112 AD10 BA06 CA04 CA12 DA19 DA25 DA28 EA03 FA03 FA07 FA25 FA32 5J084 AA05 AC02 AD02 BA04 BA36 BB24 CA26 CA61

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホームポジションから延びる直線走行路
    を移動する装置に取り付けられ、ホームポジションと対
    向する直線走行路の端部位置に設けた反射板に向かって
    変調光を照射し、その反射光を受光して得た受光信号
    に、距離によって生じる投光信号との位相差φを測定
    し、移動する装置の現在位置Lを、L=C/2f×φ/
    360°により求める距離計において、 移動する装置がホームポジションに戻ったことを検出す
    るセンサと、ホームポジションに戻ったときに計測した
    距離L1を基準値L0に補正するための係数k(L0=k
    ・L1)を求め、以後の演算をL=k・C/2f×φ/
    360°によって行う制御回路とを具備したことを特徴
    とする光波を用いた距離計。
  2. 【請求項2】 ホームポジションに戻ったことを検出す
    るセンサが、ホームポジションに設けられたストライカ
    と、移動する装置に設けられ前記ストライカを検出する
    光電センサとによって構成されていることを特徴とする
    請求項1に記載した光波を用いた距離計。
JP2000280365A 2000-09-14 2000-09-14 光波を用いた距離計 Withdrawn JP2002090455A (ja)

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