JP2015215292A - Measurement device and measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測装置および計測方法に関するものである。 The present invention relates to a measuring device and a measuring method.
特許文献1には、別の場所にあるターゲットへと光の第1ビームを出射し、そのターゲットが第1ビームの一部を第2ビームとして遡行させるよう構成した次元計測装置が開示されている。この装置は、第1光源、ファイバカプラアセンブリ、並びに第1状態または第2状態を有する第1電気信号の供給を受けその信号が第1状態ならスイッチ側計測ポート、第2状態ならスイッチ側基準ポートから第2部分を出射する光ファイバスイッチを備える。この装置は、さらに、光学系、基準用再帰反射器、第1状態または第2状態を有する第1電気信号を発生させる一方第3部分を第1基準値に変換し、第1電気信号が第1状態なら第5部分を第1計測値に、第2状態なら第7部分を第2基準値に変換する第1電気回路、並びに第1計測値、第1基準値及び第2基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ次元計測装置からターゲットまでの第1距離を導出するプロセッサを備える。
しかし、特許文献1では、熱ドリフトによる計測結果の変動を補正することはできるが、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することはできないという問題がある。
However,
そこで本発明は、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができる技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique that can correct fluctuations in measurement results due to reflected light at a lens interface or the like and crosstalk of electrical signals.
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下の通りである。上記課題を解決すべく、本発明に係る計測装置は、レーザ光を射出する光源と、光を検出し電気信号に変換する光検出器と、被計測対象物を走査するように前記光源から出力される前記レーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して前記光検出器に受光されるように反射する走査部と、前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光が、所定期間前記走査部に入射されないように反射して、前記光検出器に受光されないようにする非入射部材と、を有する。 The present application includes a plurality of means for solving at least a part of the above-described problems. Examples of the means are as follows. In order to solve the above-described problems, a measurement apparatus according to the present invention includes a light source that emits laser light, a photodetector that detects light and converts it into an electrical signal, and an output from the light source so as to scan an object to be measured. The laser beam reflected and emitted, the reflected light of the laser beam that has scanned the object to be measured is incident and reflected so as to be received by the photodetector, and from the scanning unit A non-incident member that reflects the reflected light of the laser light emitted from the light source so as not to be incident on the scanning unit for a predetermined period and prevents the light from being received by the photodetector.
本発明によれば、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができる。 According to the present invention, it is possible to correct variations in measurement results due to crosstalk of reflected light or electrical signals at the lens interface or the like.
上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明に係る計測装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
高速道路、トンネル、または橋梁など、社会インフラが建造されてから50年以上が経過し、設備の補修やメンテナンスの重要性が高まっている。高速道路や鉄道では、トンネルの崩落や落下物による事故も懸念されており、自動モニタリング技術のニーズが高い。レーザを用いた形状計測装置が広く普及しており、今後も需要は高まると予想される。レーザ計測装置に用いられる手法として、タイムオブフライト、周波数挿引法、フェイズシフト法が、代表的なものとして挙げられるが、トンネルを走行しながら変位を測定するためには、高密度にデータを取得する必要があり、フェイズシフト法が適している。フェイズシフト法では、レーザを照射した対象からの反射光(散乱光)の位相により、計測装置から被計測対象物までの距離を算出する。
[First Embodiment]
Over 50 years have passed since the construction of social infrastructure such as highways, tunnels, and bridges, and the importance of repair and maintenance of facilities has increased. On highways and railways, there are concerns about accidents caused by tunnel collapse and falling objects, and there is a great need for automatic monitoring technology. Laser shape measuring devices are widely used, and demand is expected to increase in the future. Typical techniques used in laser measurement equipment include time-of-flight, frequency insertion, and phase shift methods. To measure displacement while traveling through a tunnel, data must be collected at high density. The phase shift method is suitable. In the phase shift method, the distance from the measuring device to the object to be measured is calculated based on the phase of the reflected light (scattered light) from the object irradiated with the laser.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る計測装置の適用例を説明する図である。図1には、計測装置10と、被計測対象物21と、車両22と、路面23とが示してある。計測装置10は、車両22に搭載されている。計測装置10は、図1に示すように、制御ユニット11と、レーザ走査ユニット12と、GPS(Global Positioning System)13と、慣性計測ユニット14と、走行距離センサ15とを有している。
FIG. 1 is a diagram for explaining an application example of the measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a measuring device 10, a
図1に示す被計測対象物21は、計測装置10によって計測される対象物である。被計測対象物21は、例えば、トンネルであり、計測装置10は、レーザ光を用いて、例えば、トンネルの壁面の形状(例えば、ひびや割れ)を計測する。
A
車両22は、例えば、自動車である。車両22は、図1において、路面23を+Z軸方向に走行しているとする。車両22に搭載された計測装置10は、レーザ走査ユニット12から、レーザ光L1を被計測対象物21に照射し、その反射光をレーザ走査ユニット12で受光して、被計測対象物21との距離を計測する。計測装置10は、被計測対象物21との距離を計測することによって、被計測対象物21の壁面の形状を計測する。
The
レーザ走査ユニット12は、以下で説明するように、回転ローラ(走査部)が搭載されており、レーザ光L1をXY平面内で回転走査する構成となっている。計測装置10は、車両22がZ軸方向に走行し、レーザ走査ユニット12がレーザ光L1をXY平面内で回転走査することによって、被計測対象物21の壁面形状を計測することができる。
As will be described below, the
制御ユニット11は、被計測対象物21の壁面までの距離と、GPS13および走行距離センサ15から求めた車両22(レーザ走査ユニット12)の座標データとを有する、被計測対象物21のプロファイルデータを生成する。制御ユニット11は、トンネル内など、GPS13の電波が届かないところでは、GPS13の電波が届いていたところで算出した座標データに、慣性計測ユニット14で測定された加速度から算出した車両22の変位を加え、GPS13の電波が届かないところでの座標データを算出する。例えば、制御ユニット11は、慣性計測ユニット14が測定した3軸方向の加速度を2回積分することによって、車両22の変位を算出できる。
The
GPS13は、トンネルを出れば再び電波を受信することができる。制御ユニット11は、トンネルから出る直前の慣性計測ユニット14に基づく座標データと、トンネルから出た直後のGPS13および走行距離センサ15に基づく座標データとを比較し、トンネル内部で算出したプロファイルデータの座標データを補正してもよい。なお、走行距離センサ15は、例えば、車両22の車輪の回転数を計測し、制御ユニット11は、車輪の回転数に基づいて、車両の走行距離を算出する。
The
図2は、トンネルの形状測定を説明する図である。図2において、図1と同じものには同じ符号が付してある。図2では、被計測対象物21は、トンネルであるとする。図2は、車両22の後方から見た様子を示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining tunnel shape measurement. In FIG. 2, the same components as those in FIG. In FIG. 2, it is assumed that the
レーザ走査ユニット12は、XY平面内において、レーザ光を回転走査する。図2の例の場合、レーザ光は、反時計回りに回転走査する。
The
図2のレーザ光L11は、照射角度が「θ=θ0(例えば、鉛直下向きを0度とする)」のときのレーザ光を示している。レーザ光L12は、照射角度が「θ=θ1」のときのレーザ光を示している。レーザ光L13は、照射角度が「θ=θ2」のときのレーザ光を示している。レーザ光L14は、照射角度が「θ=θ3」のときのレーザ光を示している。 The laser beam L11 in FIG. 2 indicates the laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 0 (for example, the vertical downward direction is 0 degree)”. The laser beam L12 indicates the laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 1 ”. The laser beam L13 indicates a laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 2 ”. The laser beam L14 indicates the laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 3 ”.
計測装置10は、例えば、図2のポイント21a〜21dに示すように、トンネル壁面にレーザ光L11〜L14を照射し、照射した各地点からの反射光を検出して、各地点との距離(レーザ走査ユニット12とトンネル壁面との距離)を算出する。
For example, as shown at
図3は、プロファイルデータの取得を説明する図である。図3において、図1および図2と同じものには同じ符号が付してある。 FIG. 3 is a diagram for explaining the acquisition of profile data. In FIG. 3, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
図1および図2で説明したように、車両22は、+Z軸方向に走行し、計測装置10は、レーザ光をXY平面内で回転走査する。そのため、計測装置10が得るプロファイルデータは、図3のプロファイルデータ31〜33に示すように螺旋状になる。計測装置10は、螺旋状に得た被計測対象物21のプロファイルデータ31〜33を、例えば、図示していないデータベースに保存し、過去のプロファイルデータと比較する。そして、計測装置10は、例えば、トンネルの内壁形状に異常があるか否か判定する。ユーザは、計測装置10によって、トンネルの内壁形状に異常があると判定された場合、例えば、人による直接検査を行う。
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the
図4は、計測装置のブロック構成例を示した図である。図4には、図1に示した計測装置10および被計測対象物21が示してある。計測装置10は、図1でも示したように、制御ユニット11と、レーザ走査ユニット12と、GPS13と、慣性計測ユニット14と、走行距離センサ15とを有している。
FIG. 4 is a diagram illustrating a block configuration example of the measurement apparatus. FIG. 4 shows the measuring device 10 and the
制御ユニット11は、発振器41と、低周波変調器42と、高周波変調器43と、光源44と、光アンプ45と、位相比較器46と、回転制御部47と、データ処理部48とを有している。
The
発振器41は、基準信号を低周波変調器42および高周波変調器43に出力する。発振器41から出力される基準信号は、例えば、10MHzの正弦波である。発振器41は、例えば、GPS13が受信した信号に基づいて、常時精度の高い基準信号を出力することができる。
The
低周波変調器42は、発振器41から出力される基準信号を変調し、基準信号より低い周波数の信号を出力する。例えば、低周波変調器42は、7.5MHzの正弦波の信号を出力する。
The
高周波変調器43は、発振器41から出力される基準信号を変調し、基準信号より高い周波数の信号を出力する。例えば、高周波変調器43は、125MHzの正弦波の信号を出力する。
The
低周波変調器42および高周波変調器43から出力される信号は重ね合わせられ、光源44に入力される。
Signals output from the
光源44は、例えば、レーザ光を射出するLD(Laser Diode)である。光源44は、低周波変調器42および高周波変調器43の重ね合わせられた信号に基づいて、出力するレーザ光を強度変調する。光源44から出力されるレーザ光の波長は、例えば、1550nmである。また、光源44から出力されるレーザ光の平均出力は、例えば、50mWである。光源44から出力されるレーザ光は、光ファイバを介して、光アンプ45に出力される。
The
光アンプ45は、光源44から出力されるレーザ光を増幅し、光ファイバを介して、レーザ走査ユニット12に出力する。光アンプ45のゲインは、例えば、最大で100倍であり、任意に調節することができる。
The
ここで、レーザ走査ユニット12について説明する。図4に示すように、レーザ走査ユニット12は、1/4波長板51,54と、1/2波長板52と、PBS(Polarizing Beam Splitter)53と、集光レンズ55と、光検出器56,57と、走査部58とを有している。
Here, the
1/4波長板51には、光アンプ45で増幅されたレーザ光が入力される。光アンプ45から出力されるレーザ光は、光ファイバを伝播する際、偏光状態が楕円になり、その長軸も回転する。そこで、1/4波長板51は、光アンプ45から出力されたレーザ光を概ね直線偏光にし、1/2波長板52に出力する。
Laser light amplified by the
1/2波長板52は、1/4波長板51から出力されるレーザ光を、所望の偏光方向の直線偏光に調整する。
The half-
PBS53は、1/2波長板52から出力されるレーザ光を1/4波長板54に出力するとともに、1/2波長板52から出力されるレーザ光の一部を光検出器56に出力する。また、以下でも説明するが、被計測対象物21に照射されたレーザ光の反射光は、走査部58、集光レンズ55、および1/4波長板54を経由して、PBS53に入力される。PBS53は、1/4波長板54から出力される反射光を、光検出器57へ出力する。
The
1/4波長板54は、PBS53から出力されるレーザ光を直線偏光から円偏光に変換し、集光レンズ55に出力する。これにより、被計測対象物21には、円偏光のレーザ光が照射される。
The quarter-
集光レンズ55は、1/4波長板54から出力されるレーザ光を集光し、走査部58に出力する。
The condensing
走査部58は、ミラー58aと、スピンドルモータ58bとを有している。走査部58のミラー58aは、スピンドルモータ58bの回転軸に接続されており、回転する。集光レンズ55から出力されるレーザ光は、ミラー58aの反射によって、被計測対象物21に射出される。また、集光レンズ55から出力されるレーザ光は、ミラー58aの回転によって、被計測対象物21を走査するように、被計測対象物21に射出される。図4の例の場合、ミラー58aは、+Z軸方向に進むレーザ光を、XY平面上において回転するように反射して、被計測対象物21に射出する。なお、走査部58は、以下で説明するが、遮蔽板を有している。
The
スピンドルモータ58bは、回転制御部47によって回転数などが制御される。スピンドルモータ58bの回転速度は、例えば、10000rpmである。
The rotation speed of the
ミラー58aから被計測対象物21に射出されたレーザ光は、被計測対象物21によって反射(散乱)し、その反射光(散乱光)は、ミラー58aから被計測対象物21に射出されたレーザ光の光路と同じ光路をたどる。すなわち、被計測対象物21に射出されたレーザ光の反射光は、ミラー58aに入射され、ミラー58aは、入射された反射光を、集光レンズ55に射出するように反射する。
The laser light emitted from the
集光レンズ55は、ミラー58aによって反射された反射光を1/4波長板54に出力する。1/4波長板54は、集光レンズ55から出力された反射光を、PBS53に出力する。レーザ光の反射光は、1/4波長板54を再び通過することによって、円偏光から再び直線偏光に変換される。また、レーザ光の反射光は、その偏光方向が、光源44からミラー58aに向かうレーザ光に対して90度傾いているため、大部分はPBS53で反射し、光検出器57に出力される。
The condensing
光源44から射出されたレーザ光の一部は、光アンプ45、1/4波長板51、1/2波長板52、およびPBS53を経由して、光検出器56に受光される。光検出器56は、受光したレーザ光を電気信号に変換し、位相比較器46に出力する。光検出器56は、例えば、PD(Photo Diode)である。
Part of the laser light emitted from the
被計測対象物21によって反射した反射光は、ミラー58a、集光レンズ55、1/4波長板54、およびPBS53を経由して、光検出器57に受光される。光検出器57は、受光した反射光を電気信号に変換し、位相比較器46に出力する。光検出器57は、例えば、PDである。
The reflected light reflected by the
すなわち、上記したミラー58aは、光源44から出力されるレーザ光を、被計測対象物21を走査するように反射して射出する。そして、ミラー58aは、被計測対象物21を走査したレーザ光の反射光を再び入射し、光検出器57に受光されるように集光レンズ55へ反射する。
That is, the above-described
光検出器56,57の受光面素子は、例えば、InGaAs(Indium Gallium Arsenide)であり、周波数帯域は、例えば、最大で150MHzである。光検出器56,57は、同じ仕様のものを用いることができる。以下では、光検出器56から出力される電気信号を参照信号と呼び、光検出器57から出力される電気信号を検出信号と呼ぶことがある。
The light receiving surface elements of the
光検出器56から出力される参照信号および光検出器57から出力される検出信号には、低周波変調器42による低周波の周波数成分と、高周波変調器43による高周波の周波数成分が含まれている。例えば、光検出器56から出力される参照信号および光検出器57から出力される検出信号には、7.5MHzと125MHzの周波数成分が含まれている。低周波および高周波の周波数成分を有する参照信号および検出信号は、制御ユニット11の位相比較器46に出力される。
The reference signal output from the
制御ユニット11の説明に戻る。位相比較器46には、光検出器56から出力される参照信号と、光検出器57から出力される検出信号とが入力される。位相比較器46は、入力された信号をフィルタリング処理によって、低周波と高周波の周波数成分(例えば、7.5MHzと125MHzの周波数成分)に分離し、それぞれの周波数の成分ごとに、検出信号と参照信号との位相差を算出する。位相比較器46は、算出した位相差(位相情報)をデータ処理部48に出力する。なお、低周波と高周波の2つの周波数成分の位相差を算出するのは、位相が2nπずれたときの位相差を算出できるようにするためである。例えば、正弦波は、位相が2nπずれると、位相がずれる前の波形と重なり、位相がずれたか否か識別できなくなるためである。
Returning to the description of the
回転制御部47は、データ処理部48から出力される回転制御データに基づいて、走査部58のスピンドルモータ58bを制御する。
The
データ処理部48には、発振器41の基準信号が入力される。データ処理部48は、基準信号に同期して、以下のデータ処理を行う。
A reference signal of the
データ処理部48は、GPS13、慣性計測ユニット14、および走行距離センサ15と接続されている。データ処理部48は、GPS13の電波の届くところでは、GPS13および走行距離センサ15によって車両22の座標データ(レーザを射出するレーザ走査ユニット12の座標データ、例えば、ミラー58aの座標データ)を算出する。また、データ処理部48は、トンネル内など、GPS13の電波が届かないところでは、GPS13の電波が届いていたところで算出した座標データに、慣性計測ユニット14で測定された加速度から算出した車両22の変位を加え、GPS13の電波が届かないところでの座標データを算出する。
The
また、データ処理部48には、位相比較器46から出力される検出信号と参照信号との位相差が入力される。データ処理部48は、検出信号と参照信号との位相差に基づいて、レーザ走査ユニット12と、被計測対象物21の各地点との距離を算出する。すなわち、データ処理部48は、被計測対象物21に反射する前のレーザ光の位相に対する、被計測対象物21で反射したレーザ光の位相のずれに基づいて、レーザ走査ユニット12と、被計測対象物21の各地点との距離を算出する。なお、データ処理部48は、以下で説明する、スピンドルモータ58bから出力されるエンコーダ情報によって、レーザ光が照射された被計測対象物21の各地点(例えば、図2に示したポイント21a〜21d)を検知することができる。
In addition, the
また、データ処理部48は、算出した被計測対象物21の壁面までの距離(形状)と、車両22の座標データとを有する被計測対象物21のプロファイルデータを生成する。データ処理部48は、生成したプロファイルデータを、図4に示していないデータベースに保存し、過去のプロファイルデータと比較する。そして、データ処理部48は、被計測対象物21の壁面形状に異常があるか否か判定する。例えば、データ処理部48は、生成したプロファイルデータに基づく被計測対象物21の形状が、過去のプロファイルデータに基づく被計測対象物21の形状と大きく異なっている場合、被計測対象物21の壁面形状に異常があると判定する。より具体的には、データ処理部48は、同じ座標データおよび被計測対象物21の同じ地点における、被計測対象物21までの距離が、所定の閾値以上異なっている場合、被計測対象物21の壁面形状に異常があると判定する。
Further, the
なお、レーザ走査ユニット12は、焦点可変機構を備えていてもよい。被計測対象物21の壁面との距離は、レーザ光の照射角度に応じて変わるため、照射角度に応じて焦点位置を調整することで、検出する反射光の強度を増加させることが可能になり、測定精度向上を図ることができる。焦点可変機構としては、例えば、レンズ位置をステージや圧電素子で調整する機構や、液体レンズ、超音波レンズを用いることができる。
Note that the
また、位相比較器46は、125MHzの周波数成分に対して、ビートダウンした後に位相比較を行っても構わない。例えば、位相比較器46は、120MHzの信号とミキシングすることで、5MHzの周波数にビートダウンできる。回路は、一般的に遮断周波数が高周波になるほど、コスト増となるため、低周波にビートダウンして処理することで、回路コストを抑制することができる。 Further, the phase comparator 46 may perform phase comparison after beat-down for the frequency component of 125 MHz. For example, the phase comparator 46 can beat down to a frequency of 5 MHz by mixing with a 120 MHz signal. Since the circuit generally increases in cost as the cutoff frequency becomes higher, the circuit cost can be suppressed by processing by beating down to a lower frequency.
また、上記では、7.5MHzと125MHzの周波数で強度変調を行う例を説明したが、これに限定されることはない。また、変調周波数は、被計測対象物21との距離に応じて変化させてもよい。これにより、測定精度を最適化することが可能になる。
Moreover, although the example which performed intensity modulation with the frequency of 7.5 MHz and 125 MHz was demonstrated above, it is not limited to this. Further, the modulation frequency may be changed according to the distance from the
また、データ処理部48は、例えば、CPU(Central Processing Unit)と、各種データ等の一時記憶に用いられるRAM(Random Access Memory)と、CPUが実行するプログラムを記憶したROM(Read Only Memory)と、等を備えていてもよい。データ処理部48は、例えば、CPUがROMに記憶されているプログラムに従って動作することにより、上記の機能を実現することができる。
The
図5は、走査部の詳細な例を示した図である。図5に示すように、走査部58は、遮蔽板61と、入射部材62と、非入射部材63とを有している。ミラー58aは、図5において、時計回りに回転する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed example of the scanning unit. As shown in FIG. 5, the
被計測対象物21へ照射されるレーザ光は、例えば、車両22の+Z軸方向への移動によって、+Z軸方向を走査するとともに、ミラー58aの回転によって、XY平面内を走査する。計測装置10は、例えば、図1に示した路面23との距離を計測する必要がないため、走査部58は、路面23にレーザ光が照射される角度範囲に、遮蔽板61を有している。
For example, the laser beam irradiated to the
遮蔽板61は、ミラー58aの下側(路面23側)に配置され、ミラー58aの下側を一部覆うように凹状形状を有している。例えば、遮蔽板61は、鉢形状を有している。
The shielding
光源44から射出されたレーザ光は、ミラー58aによって反射され、ミラー58aの回転角度によって、所定の照射角度で射出される。図5に示すレーザ光L21は、照射角度が「θ=θ0」のときのレーザ光を示している。レーザ光L22は、照射角度が「θ=θ1」のときのレーザ光を示している。レーザ光L23は、照射角度が「θ=θ2」のときのレーザ光を示している。レーザ光L24は、照射角度が「θ=θ3」のときのレーザ光を示している。レーザ光L25は、照射角度が「θ=θ4」のときのレーザ光を示している。レーザ光L26は、照射角度が「θ=θ5」のときのレーザ光を示している。
The laser light emitted from the
照射角度「θ=θ0〜θ3」のレーザ光L21〜L24は、被計測対象物21に照射される。一方、路面23を照射する照射角度「θ=θ4,θ5」のレーザ光L25,L26は、遮蔽板61によって、外部への射出が遮られる。すなわち、遮蔽板61は、ミラー58aが所定の回転角度の範囲にあるとき(レーザ光が遮蔽板61に射出される回転角度の範囲にあるとき)、光源44から射出されるレーザ光が、外部に射出されないようにする。
Laser light L21 to L24 having an irradiation angle “θ = θ 0 to θ 3 ” is applied to the
遮蔽板61は、凹状形状の内側に、入射部材62を有している。入射部材62は、入射されたレーザ光を反射する部材であり、例えば、ミラーである。
The shielding
入射部材62は、ミラー58aによって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向に正反射する角度で配置する。すなわち、入射部材62は、ミラー58aから射出されるレーザ光が、再びミラー58aに入射されるように配置する。図5の例の場合、入射部材62は、遮蔽板61の、照射角度「θ=θ4」の位置に、正反射する角度で配置されている。これにより、例えば、ミラー58aから射出されたレーザ光L25は、再びミラー58aに入射される。そして、入射部材62によって反射されたレーザ光は、光検出器57によって、検出信号として検出される。つまり、入射部材62は、ミラー58aから射出されるレーザ光の反射光を、所定期間(レーザ光が入射部材62に照射されている間)、ミラー58aに入射されるように反射し、光検出器57に受光されるようする。
The
ミラー58aと入射部材62との距離は一定であり、既知である。従って、データ処理部48は、レーザ光が入射部材62に照射されたときの、位相比較器46から出力される位相情報を、基準距離(既知の距離、すなわち、ミラー58aと入射部材62との距離)とすることができる。例えば、データ処理部48は、照射角度「θ=θ4」のレーザ光L25が出力されたときの、位相比較器46から出力される位相情報を、基準距離とすることができる。
The distance between the
これにより、例えば、熱の影響で、位相比較器46から出力される位相情報がドリフトしても、データ処理部48は、基準距離によって、熱ドリフトによって変動した位相情報を補正することができる(以下では、この機能を原点補正と呼ぶことがある)。例えば、データ処理部48は、基準距離のずれを検出することにより、熱ドリフトによって変動した位相情報を補正することができる。
Thereby, for example, even if the phase information output from the phase comparator 46 drifts due to the influence of heat, the
また、遮蔽板61は、凹状形状の内側に、非入射部材63を有している。非入射部材63は、入射されたレーザ光を減衰する部材であり、例えば、ND(Neutral Density)フィルタである。
The shielding
非入射部材63は、ミラー58aによって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置する。すなわち、非入射部材63は、ミラー58aから射出されるレーザ光が、ミラー58aに入射されないように反射するよう、遮蔽板61に配置する。図5の例の場合、非入射部材63は、遮蔽板61の、照射角度「θ=θ5」の位置に、レーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置されている。これにより、例えば、ミラー58aから射出されたレーザ光L26は、ミラー58aに入射されない。そして、レーザ光L26の反射光は、光検出器57によって、受光されない。つまり、非入射部材63は、ミラー58aから射出されるレーザ光の反射光を、所定期間(レーザ光が非入射部材63に照射されている間)、ミラー58aに入射されないように反射し、光検出器57に受光されないようにする。
The
非入射部材63にレーザ光が照射されている間、ミラー58aには、反射光が返ってこない。例えば、レーザ光の照射角度が「θ=θ5」のとき、ミラー58aには、反射光が返ってこない。従って、このとき、光検出器57では、本来、光(反射光)が検出されない。
While the
しかし、1/4波長板54または集光レンズ55のレンズ界面での裏面反射光によって、光が光検出器57によって検出されることがある。また、位相比較器46は、回路内の電気信号クロストークによって、位相情報を出力することがある。
However, the light may be detected by the
そこで、データ処理部48は、レーザ光が非入射部材63に照射されているときの、位相比較器46から出力される位相情報を用いて、裏面反射光やクロストークによる距離の変動を補正する(以下では、この機能をサイクリックエラー補正と呼ぶことがある)。例えば、データ処理部48は、レーザ光の照射角度が「θ=θ5」のときの位相情報をノイズ成分とし、被計測対象物21にレーザ光が照射されているときの位相情報から、ノイズ成分を除去する。
Therefore, the
なお、スピンドルモータ58bは、回転軸の角度情報を示すエンコーダ情報を回転制御部47に出力する。そして、回転制御部47は、スピンドルモータ58bから出力されたエンコーダ情報を、データ処理部48に出力する。これにより、データ処理部48は、ミラー58aの回転角度を検知することができる。すなわち、データ処理部48は、エンコーダ情報によって、レーザ光がいつ入射部材62に射出され、いつ非入射部材63に射出されたか検知することができる。つまり、データ処理部48は、入射部材62にレーザ光が射出されたときの位相情報と、非入射部材63にレーザ光が射出されたときの位相情報とを取得することができる。また、データ処理部48は、被計測対象物21のレーザ光が照射された地点を取得することができる。
The
また、上記では、原点補正用データを取得するために、入射部材62にレーザ光を照射する例で説明を行ったが、ミラー58aから射出されるレーザ光を、再びミラー58aに反射する位置が固定であれば、これに限定される必要はない。例えば、入射部材62に、表面の荒れた金属などを用いても構わない。一般に、被計測対象物21からの反射光は大きく減衰するため、照射するレーザ光のパワーを大きくする必要がある。そのような状態で近距離に設置された入射部材62にレーザを照射すると、レーザがほとんど減衰することなく反射して、これを検出する光検出器57が飽和してしまう。これを回避するため、反射率の小さい対象にレーザ光を照射しても構わない。また、入射部材62を設置しなくても、遮蔽板61の面自体をミラーまたは表面の荒れた金属で製造すれば、原点補正用のデータは取得可能である。
In the above description, the example in which the
また、上記では、非入射部材63として、NDフィルタを例に挙げたが、例えば、ディフューザのようなレーザ光を散乱または減衰させ、反射光が発生しない光学素子を用いても構わない。
In the above description, the ND filter is exemplified as the
図6は、計測装置の動作例を示したフローチャートである。図6のフローチャートは、例えば、計測装置10の電源を投入したときに実行される。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the measurement apparatus. The flowchart in FIG. 6 is executed, for example, when the measurement apparatus 10 is turned on.
まず、データ処理部48は、被計測対象物21の形状計測の前に、原点補正用データの初期値を取得する(ステップS1)。例えば、データ処理部48は、図5の照射角度「θ=θ4」に示すように、レーザ光L25が入射部材62に射出されるようミラー58aを回転し、位相比較器46から、原点補正用データの初期値を取得する。
First, the
次に、データ処理部48は、サイクリックエラー補正用データを取得する(ステップS2)。例えば、データ処理部48は、図5の照射角度「θ=θ5」に示すように、レーザ光L26が非入射部材63に射出されるようミラー58aを回転し、位相比較器46から、サイクリックエラー補正用データの初期値を取得する。
Next, the
次に、データ処理部48は、レーザ光の被計測対象物21への照射を開始し、被計測対象物21の形状計測を開始する(ステップS3)。例えば、データ処理部48は、光源44からレーザ光を射出し、ミラー58aが「10000rpm」の回転速度で回転するように、回転制御データを回転制御部47に出力する。
Next, the
次に、データ処理部48は、被計測対象物21の各地点の位相情報を、位相比較器46から取得する(ステップS4)。データ処理部48は、位相比較器46から取得した位相情報を、位相比較器46から取得した時刻と結び付けて取得する。なお、データ処理部48は、スピンドルモータ58bから出力されるエンコーダ情報によって、被計測対象物21のレーザ光を照射した地点を検知することができる。
Next, the
次に、データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ4」であるか否か判定する(ステップS5)。すなわち、データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光が、入射部材62に射出されているか否か判定する。データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ4」であると判定した場合(ステップS5にて「yes」の場合)、ステップS6の処理へ移行する。データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ4」でないと判定した場合(ステップS5にて「No」の場合)、ステップS7の処理へ移行する。
Next, the
ステップS5にて、データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ4」であると判定した場合(ステップS5にて「yes」の場合)、位相比較器46から出力される位相情報を、新たな原点補正用データとして書き換える(ステップS6)。データ処理部48は、原点補正用データを書き換えると、ステップS4の処理へ移行する。
In step S5, when the
ステップS5にて、データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ4」でないと判定した場合(ステップS5にて「No」の場合)、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ5」であるか否か判定する(ステップS7)。すなわち、データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光が、非入射部材63に射出されているか否か判定する。データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ5」であると判定した場合(ステップS7にて「yes」の場合)、ステップS8の処理へ移行する。データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ5」でないと判定した場合(ステップS7にて「No」の場合)、ステップS9の処理へ移行する。
In step S5, when the
ステップS7にて、データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ5」であると判定した場合(ステップS7にて「yes」の場合)、位相比較器46から出力される位相情報を、新たなサイクリックエラー補正用データとして書き換える(ステップS8)。データ処理部48は、サイクリックエラー補正用データを書き換えると、ステップS4の処理へ移行する。
When the
ステップS7にて、データ処理部48は、ミラー58aから射出されたレーザ光の照射角度が「θ=θ5」でないと判定した場合、ステップS4で取得した位相情報の原点補正およびサイクリックエラー補正を行う(ステップS9)。例えば、データ処理部48は、ステップS1およびステップS2で取得した原点補正用データおよびサイクリックエラー補正用データによって、位相情報の原点補正およびサイクリックエラー補正を行う。また、データ処理部48は、ステップS6およびステップS8で更新された原点補正用データおよびサイクリックエラー補正用データによって、位相情報の原点補正およびサイクリックエラー補正を行う。
In step S7, when the
次に、データ処理部48は、被計測対象物21の計測が終了したか否か判定する(ステップS10)。例えば、データ処理部48は、ユーザの被計測対象物21の計測終了の指示があるか否かによって、被計測対象物21の計測が終了したか否か判定する。データ処理部48は、被計測対象物21の計測が終了していないと判定した場合(ステップS10にて「No」の場合)、ステップS4の処理へ移行する。データ処理部48は、被計測対象物21の計測が終了していると判定した場合(ステップS10にて「Yes」の場合)、ステップS11の処理へ移行する。
Next, the
ステップS10にて、データ処理部48は、被計測対象物21の計測が終了していると判定した場合(ステップS10にて「Yes」の場合)、統合処理を行う(ステップS11)。例えば、データ処理部48は、図6のフローチャートには示していないが、GPS13、慣性計測ユニット14、および走行距離センサ15によって、車両22の各時刻における座標データを算出している。また、データ処理部48は、ステップS9にて補正した各時刻における位相情報に基づいて、被計測対象物21の各地点における距離を算出する。データ処理部48は、各時刻における車両22の座標データと、各時刻における被計測対象物21の各地点における距離とを統合し、被計測対象物21のプロファイルデータ(例えば、被計測対象物21の壁面の3次元データ)を生成する。
In step S10, when the
次に、データ処理部48は、ステップS10で生成したプロファイルデータを、データベースに保存し、過去のプロファイルデータと比較する(ステップS12)。
Next, the
次に、データ処理部48は、ステップS12の比較結果を、例えば、ケーブルで接続されたパーソナルコンピュータなどの端末装置に出力する(ステップS13)。
Next, the
このように、計測装置10の走査部58は、光源44から出力されるレーザ光を、被計測対象物21を走査するように反射して射出し、被計測対象物21を走査したレーザ光の反射光を入射して、光検出器57に受光されるように集光レンズ55に反射する。また、計測装置10の非入射部材63は、走査部58から射出される光源44のレーザ光の反射光を、所定期間(例えば、レーザ光が非入射部材63に射出されている間)、走査部58に入射されないように反射し、光検出器57に受光されないようにする。これにより、位相比較器46からは、レンズ界面などでの反射光や電気信号のクロストークによる位相情報(サイクリックエラー補正用データ)が出力され、データ処理部48は、その位相情報に基づいて、レンズ界面での反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができるようになる。
As described above, the
また、計測装置10の入射部材62は、既知の距離に配置され、走査部58から射出される光源44のレーザ光の反射光を、所定期間(例えば、レーザ光が入射部材62に射出されている間)、走査部58に入射されように反射し、光検出器57に受光されるようにする。これにより、計測装置10は、位相比較器46から出力される位相情報が熱ドリフトで変動しても、既知の距離(基準距離)に対するずれによって、補正することができるようになる。
In addition, the
なお、図6のフローチャートでは、原点補正とサイクリックエラー補正は、レーザ光の照射角度が規定の角度になったら、毎回書き換えると説明したが、これに限定されることはない。データ処理部48は、例えば10回転するたびに書き換えるようにしてもよい。これにより、データ処理時間が短縮され、消費電力を低減することができる。
In the flowchart of FIG. 6, the origin correction and the cyclic error correction are described as being rewritten every time the laser beam irradiation angle reaches a specified angle, but the present invention is not limited to this. The
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、走査部のミラーがポリゴンミラーの場合について説明する。以下では、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、第1の実施の形態と同じ部分については、第1の実施の形態の符号を用いて説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, a case where the mirror of the scanning unit is a polygon mirror will be described. Below, only a different part from 1st Embodiment is demonstrated, and the part same as 1st Embodiment is demonstrated using the code | symbol of 1st Embodiment.
図7は、本発明の第2の実施の形態に係る走査部の例を示した図である。図7に示すように、走査部70は、遮蔽板71と、ポリゴンミラー72と、入射部材73と、非入射部材74とを有している。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a scanning unit according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the scanning unit 70 includes a shielding
走査部70は、図5で説明した走査部58と同様に、路面23にレーザ光を射出する必要はない。従って、走査部70は、路面23にレーザ光を照射する角度範囲に、遮蔽板71を有している。
Similarly to the
ポリゴンミラー72の面数は、例えば、6面である。ポリゴンミラー72の面数が6面の場合、レーザ光のXY平面内での走査範囲は60度程度となる。よって、遮蔽板71は、例えば、60度程度の角度範囲の開口を設ける。
The number of faces of the
遮蔽板71は、ポリゴンミラー72の下側(路面23側)に設置され、ミラー58aの下側を一部覆うように凹状形状を有している。例えば、遮蔽板71は、鉢形状を有している。
The shielding
ポリゴンミラー72は、スピンドルモータ58bの回転軸に接続されている。ポリゴンミラー72の回転速度は、例えば、10000rpmである。ポリゴンミラー72は、図7において、反時計回りに回転する。
The
図7に示すレーザ光L31は、ポリゴンミラー72に入射される、光源44のレーザ光を示している。光源44から射出されたレーザ光L31は、ポリゴンミラー72によって反射され、ポリゴンミラー72の回転角度によって、所定の照射角度で射出される。
A laser beam L31 illustrated in FIG. 7 indicates the laser beam of the
図7に示すレーザ光L32は、照射角度が「θ=θ0」のときのレーザ光を示している。レーザ光L33は、照射角度が「θ=θ1」のときのレーザ光を示している。レーザ光L34は、照射角度が「θ=θ2」のときのレーザ光を示している。レーザ光L35は、照射角度が「θ=θ3」のときのレーザ光を示している。 A laser beam L32 illustrated in FIG. 7 indicates the laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 0 ”. The laser beam L33 indicates the laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 1 ”. The laser beam L34 indicates the laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 2 ”. The laser beam L35 indicates the laser beam when the irradiation angle is “θ = θ 3 ”.
照射角度「θ=θ0,θ1」のレーザ光L32,L33は、被計測対象物21に照射される。一方、路面23を照射する照射角度「θ=θ2,θ3」のレーザ光L34,L35は、遮蔽板71によって、射出が遮られる。すなわち、遮蔽板71は、ポリゴンミラー72が所定の回転角度の範囲にあるとき(レーザ光が遮蔽板71に射出される回転角度の範囲にあるとき)、光源44から射出されるレーザ光が、外部に射出されないようにする。
Laser light L32 and L33 with irradiation angles “θ = θ 0 , θ 1 ” are applied to the
遮蔽板71は、凹状形状の内側に、入射部材73を有している。入射部材73は、入射されたレーザ光を反射する部材であり、例えば、ミラーである。
The shielding
入射部材73は、ポリゴンミラー72によって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向に正反射する角度で配置する。すなわち、入射部材73は、ポリゴンミラー72から射出されるレーザ光が、再びポリゴンミラー72に入射されるように配置する。図7の例の場合、入射部材73は、遮蔽板71の、照射角度「θ=θ2」の位置に、正反射する角度で配置されている。これにより、ポリゴンミラー72から射出されたレーザ光L34は、再びポリゴンミラー72に入射される。そして、入射部材73によって反射されたレーザ光は、光検出器57によって、検出信号として検出される。つまり、入射部材73は、ポリゴンミラー72から射出されるレーザ光の反射光を、所定期間(レーザ光が入射部材73に照射されている間)、ポリゴンミラー72に入射されるように反射し、光検出器57に受光されるようする。
The incident member 73 arranges the laser beam reflected by the
また、遮蔽板71は、凹状形状の内側に、非入射部材74を有している。非入射部材74は、入射されたレーザ光を減衰する部材であり、例えば、NDフィルタである。
The shielding
非入射部材74は、ポリゴンミラー72によって反射されたレーザ光を、そのレーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置する。すなわち、非入射部材74は、ポリゴンミラー72から射出されるレーザ光が、ポリゴンミラー72に入射されないように反射するよう、遮蔽板71に配置する。図7の例の場合、非入射部材74は、遮蔽板71の、照射角度「θ=θ3」の位置に、レーザ光が進行してきた方向以外に反射する角度で配置されている。これにより、例えば、ポリゴンミラー72から射出されたレーザ光L35は、ポリゴンミラー72に入射されない。そして、レーザ光L35の反射光は、光検出器57によって、受光されない。つまり、非入射部材74は、ポリゴンミラー72から射出されるレーザ光の反射光を、所定期間(レーザ光が非入射部材74に照射されている間)、ポリゴンミラー72に入射されないように反射し、光検出器57に受光されないようにする。
The non-incident member 74 is disposed at an angle that reflects the laser beam reflected by the
ポリゴンミラー72を用いると、例えば、ある面に対して射出された光源44のレーザ光L31は、さらにポリゴンミラー72が反時計回りに回転すると、その右隣の面に対して射出されるようになる。すなわち、ポリゴンミラー72を用いることによって、レーザ光の走査範囲は限定されるが、レーザの走査密度を増加させることができる。
When the
このように、走査部70にポリゴンミラー72を用いることによっても、データ処理部48は、原点補正およびサイクリックエラー補正を行うことができる。
As described above, the
なお、上記では、ポリゴンミラー72の面数や回転速度は、上記例に限定されることはない。被計測対象物21の測定したい角度範囲や点群取得密度に応じて、面数、回転速度を自由に設定することができる。
In the above, the number of surfaces and the rotation speed of the
[第3の実施の形態]
次に、第3の実施の形態について説明する。第1の実施の形態および第2の実施の形態では、回転するミラーおよびポリゴンミラーによって、レーザ光を走査するとしたが、第3の実施の形態では、チョッパおよび二次元走査ミラーを用いて、レーザ光を走査する。以下では、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、第1の実施の形態と同じ部分については、第1の実施の形態の符号を用いて説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In the first embodiment and the second embodiment, the laser beam is scanned by the rotating mirror and the polygon mirror. However, in the third embodiment, a laser is obtained by using a chopper and a two-dimensional scanning mirror. Scan the light. Below, only a different part from 1st Embodiment is demonstrated, and the part same as 1st Embodiment is demonstrated using the code | symbol of 1st Embodiment.
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る計測装置のブロック構成例を示した図である。図8に示すように、レーザ走査ユニット12は、チョッパ81と、二次元走査部82とを有している。チョッパ81は、1/4波長板54と集光レンズ55との間に設けられている。
FIG. 8 is a diagram showing a block configuration example of a measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the
図9は、チョッパの詳細な例を示した図である。図8に示すように、チョッパ81は、円形状を有している。チョッパ81の直径は、例えば、50mmである。
FIG. 9 is a diagram showing a detailed example of the chopper. As shown in FIG. 8, the
チョッパ81は、入射部材81aと、非入射部材81bとを有している。入射部材81aは、例えば、ミラーであり、非入射部材81bは、例えば、NDフィルタである。
The
入射部材81aおよび非入射部材81bは、チョッパの中心を中心として、φ方向(図9において反時計回り)に回転する。入射部材81aおよび非入射部材81bの回転速度は、例えば、100rpmである。
The incident member 81a and the
入射部材81aおよび非入射部材81bは、例えば、中心角が10度の扇状の形状を有している。入射部材81aの法線は、1/4波長板54から射出されるレーザ光の進行方向と平行となっている。入射部材81aは、1/4波長板54から射出されるレーザ光を反射して、再び1/4波長板54に射出する。
The incident member 81a and the
非入射部材81bの法線は、1/4波長板54から射出されるレーザ光の進行方向に対し、例えば、10度程度傾いている。非入射部材81bは、1/4波長板54から射出されるレーザ光が、再び1/4波長板54に入射されないように反射する。
The normal line of the
図9に示すレーザ光L41は、1/4波長板54から集光レンズ55に射出されるレーザ光を示している。レーザ光L41は、レーザ光L41は、チョッパ81の円内を通り、例えば、「φ=45度」の部分を通過している。
A laser beam L41 shown in FIG. 9 indicates a laser beam emitted from the quarter-
入射部材81aが回転により、レーザ光L41が通過する部分に位置すると、レーザ光L41は、1/4波長板54へ反射される。例えば、入射部材81aが「φ=45度」の位置になると、レーザ光L41は、1/4波長板54へ反射される。すなわち、入射部材81aは、光源44から出力されたレーザ光を、1/4波長板54およびPBS53を介して光検出器57に受光されるように反射する。
When the incident member 81a is positioned at a portion through which the laser beam L41 passes due to the rotation, the laser beam L41 is reflected to the quarter-
非入射部材81bが回転により、レーザ光L41が通過する部分に位置すると、レーザ光L41は、1/4波長板54以外の方向(レーザ光が本来通過すべき光路以外の方向)へ反射される。例えば、非入射部材81bが「φ=45度」の位置になると、レーザ光L41は、1/4波長板54以外へ反射される。すなわち、非入射部材81bは、光源44から出力されたレーザ光を、1/4波長板54およびPBS53を介して光検出器57に受光されないようにする。
When the
データ処理部48は、例えば、入射部材81aの位置が「φ=45度」になると、レーザ光L41が入射部材81aに照射されるため、このタイミングで原点補正用データを取得する。また、データ処理部48は、例えば、非入射部材81bの位置が「φ=45度」(入射部材81aが「φ=255度」)になると、レーザ光L41が非入射部材81bに照射されるため、このタイミングでサイクリックエラー補正用データを取得する。なお、データ処理部48は、チョッパ81からエンコーダ情報を受信することにより、入射部材81aおよび非入射部材81bの角度情報を取得することができる。
For example, when the position of the incident member 81a reaches “φ = 45 degrees”, the
図8の説明に戻る。二次元走査部82は、二次元走査ミラー82aを有している。二次元走査ミラー82aは、被計測対象物21を二次元走査するようにレーザ光を射出する。例えば、二次元走査ミラー82aは、XY平面内およびYZ平面内においてレーザ光を走査するように射出する。二次元走査ミラー82aは、例えば、ガルバノミラーであり、走査速度は5kHzである。
Returning to the description of FIG. The two-
計測装置10は、二次元走査ミラー82aにより、被計測対象物21の所望の領域を、所望のシーケンスで計測することができる。第1の実施の形態および第2の実施の形態では、計測装置10は、車両22によって移動しながら被計測対象物21の形状を測定したが、二次元走査ミラー82aを用いると、移動しないで所定の領域を高密度に計測することができる。
The measuring apparatus 10 can measure a desired region of the
このように、光源44から出力されるレーザ光が、光検出器57に受光されるようにする入射部材81aと、光源44から出力されるレーザ光が、光検出器57に受光されないようにする非入射部材81bとを有するチョッパ81を、光源44と二次元走査部82との間に備えることによっても、レンズ界面での反射光や電気信号のクロストークによる計測結果の変動を補正することができる。
In this way, the incident member 81a that causes the
なお、上記では、入射部材81aと非入射部材81bとが配置されている角度関係が、180度ずれているが、これに限定されることはない。また、入射部材81aおよび非入射部材81bの数も限定されることはない。
In the above description, the angular relationship between the incident member 81a and the
また、二次元走査部82の代わりに、図5で説明した走査部58を用いてもよい。この場合、走査部58の入射部材62および非入射部材63は不要である。また、二次元走査部82の代わりに、図7で説明した走査部70を用いてもよい。この場合、走査部70の入射部材73および非入射部材74は不要である。
Further, instead of the two-
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態では、鉄道車両に計測装置を搭載する例について説明する。第1の実施の形態と同じ部分については、第1の実施の形態の符号を用いて説明する。
[Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, an example in which a measuring device is mounted on a railway vehicle will be described. About the same part as 1st Embodiment, it demonstrates using the code | symbol of 1st Embodiment.
図10は、本発明の第4の実施形態に係る計測装置の適用例を説明する図である。図10に示すように、レーザ走査ユニット12は、鉄道車両91の先端に搭載されている。レーザ走査ユニット12は、レーザ光をトンネル92の壁面に照射し、その反射光を入射する。図10では、計測装置10の制御ユニット11、GPS13、慣性計測ユニット14、および走行距離センサ15の図示を省略している。
FIG. 10 is a diagram for explaining an application example of the measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the
図示していない制御ユニット11は、レーザ走査ユニット12とトンネル92の壁面との距離を計測する。走行しながらレーザ光を走査するため、得られるプロファイルデータは、プロファイルデータ93a〜93cのように螺旋状になる。
The control unit 11 (not shown) measures the distance between the
このように、計測装置10を鉄道車両91に搭載し、鉄道のトンネル92の壁面の形状を計測することもできる。
In this way, the measuring device 10 can be mounted on the
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、計測装置10の構成は、計測装置10の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。構成要素の分類の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。計測装置10の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、1つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。 As described above, the present invention has been described using the embodiment. However, the configuration of the measurement device 10 is classified according to the main processing contents in order to facilitate understanding of the configuration of the measurement device 10. The present invention is not limited by the way of classification and names of the constituent elements. The configuration of the measuring device 10 can be classified into more components depending on the processing content. Moreover, it can also classify | categorize so that one component may perform more processes. Further, the processing of each component may be executed by one hardware or may be executed by a plurality of hardware.
また、上述したフローチャートの各処理単位は、計測装置10の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。計測装置10の処理は、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできる。また、1つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。 In addition, each processing unit in the flowchart described above is divided according to main processing contents in order to facilitate understanding of the processing of the measuring apparatus 10. The present invention is not limited by the way of dividing the processing unit or the name. The processing of the measuring device 10 can be divided into more processing units according to the processing content. Moreover, it can also divide | segment so that one process unit may contain many processes.
また、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。 Further, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be made to the above embodiment.
例えば、上記では、フェイズシフト法を利用した計測手法を例に説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、光コムレーザのモード間のビート信号を利用した距離計測手法を用いても構わない。これを用いた場合には、フェイズシフト法よりも高精度な距離計測が可能になる。 For example, in the above description, the measurement method using the phase shift method has been described as an example, but the measurement method is not limited thereto. For example, a distance measurement method using a beat signal between modes of the optical comb laser may be used. When this is used, it becomes possible to measure the distance with higher accuracy than the phase shift method.
また、上記では、2つの異なる周波数(例えば、7.5MHzと125MHz)の強度変調を利用して距離計測を行ったが、周波数の種類はこれに限定されることはない。さらに低周波の周波数変調を併用した場合には、より遠距離の対象物との距離を計測することが可能になる。また、さらに高周波の周波数変調を併用した場合には、より高精度な距離計測を行うことが可能になる。 In the above description, distance measurement is performed using intensity modulation of two different frequencies (for example, 7.5 MHz and 125 MHz), but the type of frequency is not limited to this. Further, when the low frequency modulation is used together, it is possible to measure the distance to the object at a longer distance. In addition, when a higher frequency modulation is used together, it becomes possible to perform distance measurement with higher accuracy.
また、上記では、低周波と高周波の強度変調信号を生成する2つの発振器を同期させる例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、2つの発振器を同期せずに強度変調信号を生成しても構わない。これにより、装置構成をより簡易にすることが可能になる。 In the above description, an example in which two oscillators that generate low-frequency and high-frequency intensity modulation signals are synchronized has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the intensity modulation signal may be generated without synchronizing the two oscillators. This makes it possible to simplify the apparatus configuration.
また、上記では、被計測対象物の壁面からの反射光を光検出器で直接受光する例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、反射光を一度光ファイバに導光し、光増幅を行った後に、光検出器で受光しても構わない。これにより、より微弱な光でも検出することが可能になり、変位測定精度向上や測定可能距離の拡大が可能になる。 In the above description, the example in which the reflected light from the wall surface of the measurement target is directly received by the photodetector has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the reflected light may be once guided to an optical fiber, and after light amplification, the light may be received by a photodetector. As a result, even weaker light can be detected, and displacement measurement accuracy can be improved and a measurable distance can be increased.
また、上記では、自動車や鉄道車両に計測装置を搭載する例で説明したが、これに限定されることはない。例えば、航空機に搭載して、形状計測を行っても構わない。 In the above description, the measurement device is mounted on an automobile or a railway vehicle. However, the present invention is not limited to this. For example, it may be mounted on an aircraft to perform shape measurement.
また、上記した変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、本発明は、計測装置10による計測方法として提供することもできる。 Further, it is apparent from the scope of the claims that embodiments to which the above changes or improvements are added can also be included in the technical scope of the present invention. The present invention can also be provided as a measuring method by the measuring device 10.
10:計測装置
11:制御ユニット
12:レーザ走査ユニット
13:GPS
14:慣性計測ユニット
15:走行距離センサ
21:被計測対象物
21a〜21d:ポイント
22:車両
23:路面
L11〜L14,L21〜L24,L31〜L34,L41:レーザ光
31〜33,93a〜93c:プロファイルデータ
41:発振器
42:低周波変調器
43:高周波変調器
44:光源
45:光アンプ
46:位相比較器
47:回転制御部
48:データ処理部
51,54:1/4波長板
52:1/2波長板
53:PBS
55:集光レンズ
56,57:光検出器
58:走査部
58a:ミラー
58b:スピンドルモータ
61,71:遮蔽板
62,73,81a:入射部材
63,74,81b:非入射部材
72:ポリゴンミラー
81:チョッパ
82:二次元走査部
91:鉄道車両
92:トンネル
10: Measuring device 11: Control unit 12: Laser scanning unit 13: GPS
14: Inertial measurement unit 15: Travel distance sensor 21: Object to be measured 21a to 21d: Point 22: Vehicle 23: Road surface L11 to L14, L21 to L24, L31 to L34, L41: Laser light 31 to 33, 93a to 93c : Profile data 41: Oscillator 42: Low frequency modulator 43: High frequency modulator 44: Light source 45: Optical amplifier 46: Phase comparator 47: Rotation control unit 48:
55:
Claims (12)
光を検出し電気信号に変換する光検出器と、
被計測対象物を走査するように前記光源から出力される前記レーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して前記光検出器に受光されるように反射する走査部と、
前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光が、所定期間前記走査部に入射されないように反射して、前記光検出器に受光されないようにする非入射部材と、
を有することを特徴とする計測装置。 A light source that emits laser light;
A photodetector that detects light and converts it into an electrical signal;
The laser light output from the light source is reflected and emitted so as to scan the measurement object, and the reflected light of the laser light scanned on the measurement object is incident and received by the photodetector. A scanning unit that reflects so that
A non-incident member that reflects the reflected light of the laser light emitted from the light source from the scanning unit so as not to be incident on the scanning unit for a predetermined period and is not received by the photodetector;
A measuring apparatus comprising:
前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光を、所定期間前記走査部に入射されるように反射して、前記光検出器に受光されるようする入射部材をさらに有することを特徴とする計測装置。 The measuring device according to claim 1,
An incident member configured to reflect the reflected light of the laser light emitted from the light source emitted from the scanning unit so as to be incident on the scanning unit for a predetermined period and to be received by the photodetector; A characteristic measuring device.
前記走査部は、
回転によって、前記被計測対象物を走査するように前記光源から出力される前記レーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して前記光検出器に受光されるように反射するミラーと、
前記ミラーが所定の回転角度の範囲にあるとき、前記光源から出力される前記レーザ光が外部に射出されないようにする遮蔽板と、
を有することを特徴とする計測装置。 The measuring device according to claim 1,
The scanning unit
The laser beam output from the light source is reflected and emitted so as to scan the object to be measured by rotation, and the reflected light of the laser beam that has scanned the object to be measured is incident to detect the light. A mirror that reflects so as to be received by the instrument,
A shielding plate for preventing the laser light output from the light source from being emitted to the outside when the mirror is within a predetermined rotation angle range;
A measuring apparatus comprising:
前記非入射部材は、前記ミラーから射出される前記光源の前記レーザ光が、前記ミラーに入射されないように反射するよう前記遮蔽板に配置されていることを特徴とする計測装置。 It is a measuring device of Claim 3, Comprising:
The non-incident member is arranged on the shielding plate so as to reflect the laser light of the light source emitted from the mirror so as not to be incident on the mirror.
前記遮蔽板は、前記ミラーの一部を覆うように凹状形状を有し、
前記非入射部材は、凹状形状の前記遮蔽板の内側に配置されることを特徴とする計測装置。 It is a measuring device of Claim 4, Comprising:
The shielding plate has a concave shape so as to cover a part of the mirror,
The non-incident member is disposed inside the shielding plate having a concave shape.
前記ミラーから射出される前記光源の前記レーザ光が、前記ミラーに入射されるように反射して、前記光検出器によって受光されるようにする、前記遮蔽板に配置された入射部材をさらに有することを特徴とする計測装置。 It is a measuring device of Claim 3, Comprising:
An incident member disposed on the shielding plate further reflects the laser light emitted from the light source emitted from the mirror so as to be incident on the mirror and received by the photodetector. A measuring device characterized by that.
前記遮蔽板は、前記ミラーの一部を覆うように凹状形状を有し、
前記入射部材は、凹状形状の前記遮蔽板の内側に配置されることを特徴とする計測装置。 It is a measuring device of Claim 6, Comprising:
The shielding plate has a concave shape so as to cover a part of the mirror,
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the incident member is disposed inside the shielding plate having a concave shape.
前記ミラーは、ポリゴンミラーであることを特徴とする計測装置。 It is a measuring device of Claim 3, Comprising:
The measuring device, wherein the mirror is a polygon mirror.
前記光源と前記走査部との間に設けられたチョッパをさらに有し、
前記非入射部材は、前記チョッパに設けられ、前記光源から出力される前記レーザ光が前記光検出器に受光されないようにすることを特徴とする計測装置。 The measuring device according to claim 1,
A chopper provided between the light source and the scanning unit;
The non-incident member is provided in the chopper, and prevents the laser light output from the light source from being received by the photodetector.
前記光源から出力される前記レーザ光が前記光検出器に受光されるように反射する、前記チョッパに設けられる入射部材をさらに有することを特徴とする計測装置。 It is a measuring device of Claim 9, Comprising:
The measuring apparatus further comprising an incident member provided on the chopper that reflects the laser light output from the light source so as to be received by the photodetector.
前記走査部は、前記レーザ光を二次元走査するガルバノミラーを有することを特徴とする計測装置。 It is a measuring device of Claim 9, Comprising:
The scanning device includes a galvanometer mirror that two-dimensionally scans the laser beam.
走査部によって、被計測対象物を走査するように光源から出力されるレーザ光を反射して射出し、前記被計測対象物を走査した前記レーザ光の反射光を入射して光検出器に受光されるように反射する走査ステップと、
非入射部材によって、前記走査部から射出される前記光源の前記レーザ光の反射光が、所定期間前記走査部に入射されないように反射して、前記光検出器に受光されないようにする非入射ステップと、
を有することを特徴とする計測方法。 A measuring method of a measuring device,
The scanning unit reflects and emits the laser beam output from the light source so as to scan the object to be measured, and the reflected light of the laser beam that has scanned the object to be measured is incident and received by the photodetector. A scanning step that reflects as
A non-incident step for reflecting the reflected light of the laser light emitted from the light source emitted from the scanning unit by a non-incident member so as not to be incident on the scanning unit for a predetermined period and not to be received by the photodetector. When,
A measurement method characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014099531A JP2015215292A (en) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | Measurement device and measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2014099531A Pending JP2015215292A (en) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | Measurement device and measurement method |
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