JP2020046368A - Distance measurement method and distance measurement device - Google Patents

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Abstract

To provide a distance measurement method and a distance measurement device, capable of measuring the distance to an object to be measured with higher accuracy than before.SOLUTION: In a distance measurement device 1, measurement distance from a reference position to the measurement surface of steel plate P is corrected on the basis of a frequency shift amount f, thereby capable of measuring the distance to the steel plate P based on the corrected measured distance. Accordingly, since the distance measurement device 1 can correct deviation of the distance to the steel plate P occurring when speed V is different, the distance to the steel plate P can be measured with higher accuracy than before.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、距離測定方法及び距離測定装置に関する。   The present invention relates to a distance measuring method and a distance measuring device.

鉄鋼製品の製造現場は、工場内に粉塵が漂っていたり、被測定対象物が高温であったり、被測定対象物や雰囲気の温度変動が大きかったりする条件下で、高精度に被測定対象物までの距離を測定し、その寸法や形状を算出する必要がある。このような悪環境下で被測定対象物までの距離を測定して被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置として、例えば、特許文献1に示すように、FSFレーザ(周波数シフト帰還型レーザ:Frequency-Shifted Feedback Laser)光源を利用した距離測定装置が知られている。   Steel products are manufactured at high accuracy under the conditions where dust is drifting in the factory, the temperature of the object to be measured is high, or the temperature of the object to be measured or the atmosphere fluctuates greatly. It is necessary to measure the distance to and calculate its size and shape. As a distance measuring device for measuring the distance to the object under measurement in such a bad environment and measuring the distance to the object to be measured, for example, as shown in Patent Document 1, an FSF laser (frequency shift feedback type) 2. Description of the Related Art A distance measuring device using a laser (Frequency-Shifted Feedback Laser) light source is known.

一般的に、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、レーザ発振器から出射される周波数変調された光を、参照光と測定光とに分岐し、測定光を被測定対象物に照射して、被測定対象物の表面(測定面)で反射して戻ってきた反射光を光検出部に入射させる。一方、参照光は、距離測定装置内の所定の光路長を有する経路を介して光検出部に入射される。   Generally, in a distance measuring apparatus using laser light whose frequency is modulated with respect to time, a frequency-modulated light emitted from a laser oscillator is branched into a reference light and a measuring light, and the measurement is performed. The object to be measured is irradiated with light, and the reflected light that is reflected on the surface (measurement surface) of the object to be measured and returned is incident on the light detection unit. On the other hand, the reference light is incident on the light detection unit via a path having a predetermined optical path length in the distance measuring device.

光がレーザ発振器を出てから、被測定対象物の測定面での反射を経て、反射光として光検出部に至るまでの経路と、光がレーザ発振器を出てから参照光として光検出部に至るまでの経路とでは、光路長が通常異なる。よって、光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間も、反射光と参照光とでは異なっている。   The path from the light exiting the laser oscillator to the light detection section as reflected light through the reflection of the object to be measured on the measurement surface, and the light detection section as the reference light after the light exits the laser oscillator. The optical path length is usually different from the path leading up to the path. Therefore, the time required for the light to leave the laser oscillator and reach the light detection unit also differs between the reflected light and the reference light.

レーザ発振器から出射される光の周波数は、操作者が事前に把握してある所定の規則(三角波、櫛状波、正弦波等)に基づき時間と共に常に変化しているので、光検出部に入射する反射光と参照光とでは周波数が異なることになる。従って、光検出部においては反射光と参照光との干渉により、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート(うなり)信号が検出される。   Since the frequency of the light emitted from the laser oscillator constantly changes with time based on a predetermined rule (a triangular wave, a comb wave, a sine wave, etc.) which is grasped in advance by the operator, the light enters the light detection unit. The reflected light and the reference light have different frequencies. Therefore, in the light detection unit, a beat signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light is detected due to the interference between the reflected light and the reference light.

ビート信号の周波数(ビート周波数)は、測定光がレーザ発振器を出てから反射光として光検出部に至るまでに要した時間と、参照光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間との差の時間における、レーザ発振器の発振周波数の変化量に等しい。従って、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、被測定対象物までの距離を測定できる。   The frequency of the beat signal (beat frequency) is defined as the time required for the measurement light to exit the laser oscillator and reach the light detection unit as reflected light, and the time required for the reference light to exit the laser oscillator and reach the light detection unit. It is equal to the amount of change in the oscillation frequency of the laser oscillator during the difference from the required time. Therefore, the distance measuring apparatus using the laser light whose frequency is modulated with respect to time can convert the beat frequency into a difference in optical path length, thereby measuring the distance to the object to be measured.

そして、被測定対象物までの距離が分かることで、測定面の位置情報や速度情報等から、被測定対象物の形状を知ることもできる。そのため、距離測定装置を形状測定装置としても用いることが可能である。   By knowing the distance to the object to be measured, the shape of the object to be measured can also be known from position information, speed information, and the like on the measurement surface. Therefore, the distance measuring device can be used as a shape measuring device.

ここで、例えば、鉄鋼製品の製造現場に距離測定装置を用いた例で説明すると、図5に示すように、図示しない搬送ローラにより、被測定対象物となる鋼板Pが所定の移動方向X(この場合、鋼板Pの測定面の面方向に沿った一方向)に搬送されている場合に、所定の速度(通板速度とも称する)Vで移動する鋼板Pの測定面に対し、距離測定装置の測定ヘッド5から測定光が垂直に照射される。鋼板Pの測定面で反射して戻ってきた反射光は測定ヘッド5で受光され、光検出部(図示せず)へと送られる。   Here, for example, an example in which a distance measuring device is used at a steel product manufacturing site will be described. As shown in FIG. 5, a steel sheet P to be measured is moved in a predetermined moving direction X ( In this case, when the sheet P is conveyed in one direction along the surface direction of the measuring surface of the steel sheet P, a distance measuring device is attached to the measuring surface of the steel sheet P moving at a predetermined speed (also referred to as a passing speed) V. Measurement light is emitted vertically from the measurement head 5. The reflected light reflected back from the measurement surface of the steel plate P is received by the measurement head 5 and sent to a light detection unit (not shown).

距離測定装置は、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート(うなり)信号を検出し、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、移動している鋼板Pの測定面までの距離をリアルタイムで測定している。   The distance measuring device detects a beat (beat) signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light, and converts the beat frequency into a difference in optical path length, thereby measuring the surface of the moving steel plate P. The distance to is measured in real time.

特開2016−80409号公報JP-A-2006-80409

しかしながら、上述したような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置を用い、鋼板Pが移動方向Xに沿って移動する速度Vを50mpm、100mpm、150mpmに変えて、それぞれ鋼板Pの測定面までの距離を測定したところ、本来同じ値となるはずの鋼板Pまでの距離(所定位置からの板高さ)が、図6に示すように、速度Vによって異なった値として検出されることが確認された。   However, the speed V at which the steel sheet P moves along the moving direction X is changed to 50 mpm, 100 mpm, and 150 mpm by using a distance measuring device using laser light whose frequency is modulated with respect to time as described above. When the distance to the measurement surface of the steel plate P was measured, the distance to the steel plate P (plate height from a predetermined position), which should be the same value, was different as a value depending on the speed V as shown in FIG. It was confirmed that it was detected.

ここで、図6の縦軸は、速度Vが0mpmのときの、距離測定装置の所定位置から鋼板Pの測定面までの距離を基準としており、例えば、速度Vを50mpmとすると、板高さが基準から約1mmシフトし、速度Vを100mpmとすると、板高さが基準から約2mmシフトし、速度Vを150mpmとすると、板高さが基準から約3mmシフトした値となることを確認した。   Here, the vertical axis in FIG. 6 is based on the distance from a predetermined position of the distance measuring device to the measurement surface of the steel plate P when the speed V is 0 mpm. For example, if the speed V is 50 mpm, the plate height is Was shifted by about 1 mm from the reference, and when the speed V was 100 mpm, the plate height was shifted by about 2 mm from the reference, and when the speed V was 150 mpm, the plate height was confirmed to be a value shifted by about 3 mm from the reference. .

そのため、鉄鋼製品の製造現場等では、種々の鋼板Pが搬送されており、更に、その際の速度Vが異なることもあることから、鋼板Pまでの距離の測定値が、その都度異なる値として検出されるとすると、鋼板Pの形状を高精度に測定することができない。   Therefore, in a steel product manufacturing site, various steel plates P are conveyed, and since the speed V at that time may be different, the measured value of the distance to the steel plate P is different each time. If detected, the shape of the steel sheet P cannot be measured with high accuracy.

そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被測定対象物までの距離を、従来よりも高精度に測定できる距離測定方法及び距離測定装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a distance measuring method and a distance measuring device capable of measuring a distance to an object to be measured with higher accuracy than before. And

本発明の距離測定方法は、被測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を、レーザ発振器で発振して出射するレーザ発振ステップと、相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を測定ヘッドから照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を前記測定ヘッドで受光する照射・受光ステップと、前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析ステップと、前記ビート周波数から前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理ステップと、を有し、前記演算処理ステップは、前記レーザ光の波長を取得する波長取得ステップと、前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得ステップと、前記速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得ステップで取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出ステップと、前記波長取得ステップで取得した前記波長と、前記速度取得ステップで求めた前記速度と、前記光軸角度算出ステップで求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出ステップと、を有し、前記距離算出ステップは、前記周波数解析ステップで取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、ものである。
The distance measuring method of the present invention is a distance measuring method for measuring a distance to an object to be measured, and a laser oscillation step of oscillating and emitting a laser light whose frequency is modulated with respect to time by a laser oscillator. Irradiating the object to be measured, which relatively moves, with laser light emitted from the laser oscillator from a measurement head, and receiving reflected light reflected by the object to be measured by the measurement head; A frequency analysis step of obtaining a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and the reference light emitted from the laser oscillator; and a distance calculation step of calculating a distance from the beat frequency to the object to be measured. And a calculation processing step of calculating a frequency shift amount for correcting the distance calculated in the distance calculation step. A wavelength obtaining step of obtaining the wavelength of the laser light, a speed obtaining step of obtaining the speed of the object to be measured with respect to the measuring head, and performing measurement while changing the speed, and determining the speed difference by the speed Calculating in the acquisition step as a calibration speed, and calculating the difference in beat frequency as a calibration frequency shift amount, a calibration data calculation step,
Using the wavelength acquired in the wavelength acquisition step, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head are formed. Surface, a direction perpendicular to the moving direction, an optical axis angle calculating step of calculating an optical axis angle formed by the optical axis of the laser light emitted from the measurement head, and the wavelength obtained in the wavelength obtaining step A speed shift amount calculating step of calculating the frequency shift amount from the speed obtained in the speed obtaining step and the optical axis angle obtained in the optical axis angle calculating step; and the distance calculating step Is for measuring the distance to the object to be measured by correcting the beat frequency acquired in the frequency analysis step using the frequency shift amount.

本発明の距離測定装置は、被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振して出射するレーザ発振器と、相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を受光する測定ヘッドと、前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析部と、前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部で算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理部と、を有し、前記演算処理部は、前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を変えて測定を行い、その速度差を取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出部と、前記レーザ光の波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得部と、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出部と、前記レーザ光の波長と、速度差を取得した際の前記速度と、前記光軸角度算出部で求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出部と、を有し、前記距離算出部は、前記周波数解析部で取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、ものである。   The distance measuring device of the present invention is a distance measuring device that measures a distance to an object to be measured, and moves relatively to a laser oscillator that oscillates and emits laser light whose frequency is modulated with respect to time. A measuring head for irradiating the object to be measured with laser light emitted from the laser oscillator to receive reflected light reflected by the object to be measured, a reflected light received by the measuring head, and the laser oscillator A frequency analysis unit that obtains a beat frequency based on the reference light emitted from the light source, a distance calculation unit that calculates a distance to the object to be measured from the beat frequency, and corrects a distance calculated by the distance calculation unit. And an arithmetic processing unit for calculating a frequency shift amount for performing the measurement, wherein the arithmetic processing unit performs measurement while changing the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, and obtains the speed difference. A calibration data calculation unit, and also calculates the difference between the beat frequencies as a calibration frequency shift amount, a calibration data calculation unit, the wavelength of the laser beam, the calibration speed, and the calibration frequency shift. Using a quantity, a speed acquisition unit that acquires the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, and in the plane formed by the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser light emitted from the measurement head. An optical axis angle calculation unit that calculates an optical axis angle between a direction perpendicular to the moving direction and an optical axis of the laser light emitted from the measurement head, and a wavelength of the laser light and a speed difference. The speed, and the optical axis angle obtained by the optical axis angle calculation unit, from the frequency shift amount calculation unit to calculate the frequency shift amount, the distance calculation unit, the frequency analysis unit Acquired by The over preparative frequency, said by correcting using the frequency shift amount, wherein for measuring a distance to the object to be measured, is intended.

本発明によれば、速度が異なる際に生じる、被測定対象物までの距離の測定値のずれを、被測定対象物の速度を基に補正できるので、被測定対象物までの距離を、従来よりも高精度に測定できる。   According to the present invention, the deviation of the measured value of the distance to the object to be measured, which occurs when the speed is different, can be corrected based on the speed of the object to be measured. It can measure with higher accuracy than that.

測定光の光軸角度の説明に供する概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an optical axis angle of measurement light. 本発明の距離測定装置の全体構成を示したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a distance measuring device according to the present invention. FSFレーザ光のチャープ周波数コム出力を模式的に表した概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a chirp frequency comb output of an FSF laser beam. 周波数シフト量を基に、図6に示した板高さを補正した結果を示すグラフである。7 is a graph showing the result of correcting the plate height shown in FIG. 6 based on the frequency shift amount. 搬送されている鋼板に対して測定光を照射する測定ヘッドを示した概略図である。It is the schematic which showed the measuring head which irradiates a measuring light with respect to the steel plate currently conveyed. 速度が異なることにより生じる板高さの変化量を示すグラフである。It is a graph which shows the variation | change_quantity of the board | plate height produced by the difference in speed.

以下図面について、本発明の一実施形態を詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<速度が異なることにより生じる測定距離の変化についての考察>
本発明者らは、周波数が時間に対して変調するFSF(Frequency-Shifted Feedback)レーザ光を発振するレーザ発振器を備えた距離測定装置(即ち、FSFレーザ距離計)を用い、光軸に対して垂直方向に移動する鋼板Pの測定面までの距離を測定した場合、速度によって測定距離(測定結果。見掛け上の距離)が変化してしまうことを確認した。そこで、本発明者らは、このような測定距離が変化する原因について鋭意検討を行った。
<Consideration of change in measurement distance caused by different speed>
The present inventors have used a distance measuring device including a laser oscillator that oscillates FSF (Frequency-Shifted Feedback) laser light whose frequency is modulated with respect to time (that is, an FSF laser distance meter), When the distance to the measurement surface of the steel plate P moving in the vertical direction was measured, it was confirmed that the measurement distance (measurement result; apparent distance) changed depending on the speed. Therefore, the present inventors have intensively studied the cause of such a change in the measurement distance.

その結果、本発明者らは、FSFレーザ距離計を用いて、移動している鋼板Pの形状を測定する際に、測定距離がシフトしてしまうのは、FSFレーザ光(以下、単にレーザ光とも称する)がドップラーシフトによる影響を受けていると考えられることを見出した。より具体的には、測定距離がシフトする原因として、図1に示すように、鋼板Pの測定面に対して測定光の光軸aに、作業者の意図しない微小な傾きがあることで、ドップラーシフトの影響を受けていると推測した。 As a result, when measuring the shape of the moving steel sheet P using the FSF laser range finder, the present inventors have found that the measurement distance is shifted by the FSF laser beam (hereinafter simply referred to as laser beam). (Also referred to as), is thought to be affected by the Doppler shift. More specifically, as the cause of the measurement distance is shifted, as shown in FIG. 1, the optical axis a x of the measurement light to the measurement surface of the steel plate P, that there is an unintended slight inclination of the operator , Speculated that it was affected by the Doppler shift.

ここで、測定ヘッド5から照射されるレーザ光(測定光)の光軸aの傾き(以下、光軸角度θと称する)とは、鋼板Pが移動する方向(移動方向X)及び照射されるレーザ光の光軸がなす面において、移動方向Xに垂直な方向Zと、照射されるレーザ光の光軸aと、がなす角度である。 Here, the inclination of the optical axis a x of the laser beam emitted from the measuring head 5 (measurement light) (hereinafter, referred to as the optical axis angle theta) is the direction in which the steel plate P is moved (the moving direction X) and irradiated in plane formed optical axis of that laser beam, and the direction Z perpendicular to the moving direction X, and the optical axis a x of the laser beam irradiated, the angle formed by.

測定光の光軸aに傾きがある場合、ドップラーシフトにより周波数fがシフトされた反射光が鋼板Pから反射されてくる。そのため、FSFレーザ光を用いた距離測定装置では、参照光と反射光の周波数差に基づいて距離を算出することから、結果として、図6に示したように、測定距離が変化した可能性があると推測される。 If the optical axis a x of the measuring light is inclination, the reflected light frequency f 0 is shifted by the Doppler shift reflected from the steel plate P. Therefore, in the distance measuring apparatus using the FSF laser light, the distance is calculated based on the frequency difference between the reference light and the reflected light. As a result, as shown in FIG. 6, the distance may have changed. It is speculated that there is.

そこで、被測定対象物(鋼板P)が静止状態にある場合に、測定距離がZ方向に1mm変化(すなわち、反射光の光路が2mm変化)すると、これに応じて反射光の周波数が約0.044MHzシフトする特性を持つFSFレーザ距離計を使用し、図1中に示した下記の式(1)を基に、光軸角度θ(rad)について検討した。   Therefore, when the object to be measured (steel plate P) is in a stationary state, if the measurement distance changes by 1 mm in the Z direction (that is, the optical path of the reflected light changes by 2 mm), the frequency of the reflected light changes to about 0 in response. The optical axis angle θ (rad) was examined based on the following equation (1) shown in FIG. 1 using an FSF laser distance meter having a characteristic of shifting by 0.044 MHz.

=2V・sinθ/λ … (1)
なお、f(Hz)はZ方向の単位距離当たりの周波数シフト量を示し、V(m/s)は被測定対象物の測定ヘッド5に対する相対速度を示し、λ(m)はレーザ光の波長を示す。
f D = 2V · sin θ / λ (1)
Note that f D (Hz) indicates a frequency shift amount per unit distance in the Z direction, V (m / s) indicates a relative speed of the object to be measured with respect to the measurement head 5, and λ (m) indicates a laser beam. Indicates the wavelength.

ここでは、周波数シフト量fを0.044MHz(4.4×10Hz)とし、鋼板Pが移動方向Xに移動する速度Vを50mpm(=0.83m/s)とし、レーザ発振器のFSFレーザ光の波長λを1550nm(=1.550×10−6m)として、上記の式(1)を基に光軸角度θを算出したところ、光軸角度θは2.4度となった。すなわち、このことは、光軸aが2.4度傾くと、測定距離が約1mm(=1.0×10−3m)シフトすることを示す。 Here, the frequency shift amount f D is set to 0.044 MHz (4.4 × 10 4 Hz), the speed V at which the steel sheet P moves in the moving direction X is set to 50 mpm (= 0.83 m / s), and the FSF of the laser oscillator is set. When the wavelength λ of the laser beam was 1550 nm (= 1.550 × 10 −6 m) and the optical axis angle θ was calculated based on the above equation (1), the optical axis angle θ was 2.4 degrees. . In other words, this is, when the optical axis a x is inclined 2.4 °, indicating that the measuring distance is about 1mm (= 1.0 × 10 -3 m ) shift.

ここで、鉄鋼製品の製造現場では、FSFレーザ光を用いた距離測定装置を使用する際、通常、鋼板Pの測定面に対して照射される測定光の光軸角度θが、0度(すなわち、鋼板Pの移動方向Xに対して光軸aが垂直)になるように、作業員によって設置作業が行われている。しかしながら、上記の考察結果から、実際には、鉄鋼製品の製造現場においては、作業員が測定光の光軸角度θが0度になるよう調整したとしても、作業員が確認できない微小な傾きが残ってしまい、正確な設置作業を行わせることは難しいと推測される。 Here, in a steel product manufacturing site, when using a distance measuring device using an FSF laser beam, the optical axis angle θ of the measuring light applied to the measuring surface of the steel sheet P is usually 0 degrees (ie, , such that the optical axis a x with respect to the moving direction X of the steel plate P is vertical), it has been made the installation work by the operator. However, from the results of the above considerations, in actuality, at a steel product manufacturing site, even if the worker adjusts the optical axis angle θ of the measurement light to 0 °, a slight inclination that the worker cannot confirm is small. It is presumed that it will be difficult to make accurate installation work.

このため、上記の例では、取り付け精度として、測定光の光軸aが、2.4度程度傾いてしまっているものと考えられる。 Therefore, in the above example, the mounting accuracy, the optical axis a x of the measuring light, it is considered that they've tilted about 2.4 degrees.

そのため、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、作業者が意図しないままに、レーザ光がドップラーシフトによる影響を受けると考えられることから、鋼板Pまでの距離を高精度で測定するためには、測定光の光軸aの傾きも厳密に考慮して、測定距離を補正することが必要となる。 Therefore, in a distance measuring device using laser light whose frequency is modulated with respect to time, the laser light is considered to be affected by the Doppler shift without any intention of the operator. to measure accurately the inclination of the optical axis a x of the measuring light be strictly considered, it is necessary to correct the measured distance.

<本発明の距離測定装置について>
次に、上述したような考察結果を基に、ドップラーシフトによる影響を補正して、鋼板Pまでの距離を高精度で測定できる距離測定装置について以下説明する。図2は、本発明の距離測定装置1の全体構成を示す。距離測定装置1は、FSFレーザ光を発振するレーザ発振器2、分岐器3、サーキュレータ4、測定ヘッド5、結合器6、光検出部7、周波数解析部9、演算処理部10、及び距離算出部20を有する。
<About the distance measuring device of the present invention>
Next, a distance measuring device capable of measuring the distance to the steel sheet P with high accuracy by correcting the influence of the Doppler shift based on the above-described consideration results will be described below. FIG. 2 shows the overall configuration of the distance measuring device 1 of the present invention. The distance measuring device 1 includes a laser oscillator 2 that oscillates FSF laser light, a branching device 3, a circulator 4, a measuring head 5, a coupler 6, a light detecting unit 7, a frequency analyzing unit 9, an arithmetic processing unit 10, and a distance calculating unit. 20.

レーザ発振器2は、FSFレーザ光を発振するレーザ発振器である。ここで、FSFレーザ光とは、光の周波数を変化させる素子(周波数シフト素子)を備えた共振器(図示せず)を用いて、周波数シフトを受けた光を帰還することにより発振するレーザ光を意味する。   The laser oscillator 2 is a laser oscillator that emits FSF laser light. Here, the FSF laser light is a laser light that oscillates by feeding back the frequency-shifted light using a resonator (not shown) including an element (frequency shift element) that changes the frequency of the light. Means

図3は、FSFレーザ光の出力を模式的に表した図である。図3に示すように、FSFレーザ光は、共振器内の光波が周回ごとに周波数シフトを受けながら、共振器の利得曲線(周波数−振幅曲線)に従って増幅され、減衰して、最終的には消滅する。FSFレーザ光の発振出力においては、このような瞬時周波数成分が複数、一定の周波数間隔で櫛状に存在している。   FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the output of the FSF laser light. As shown in FIG. 3, the FSF laser light is amplified and attenuated according to the gain curve (frequency-amplitude curve) of the resonator while the light wave in the resonator undergoes a frequency shift for each rotation, and is finally attenuated. Disappear. In the oscillation output of the FSF laser light, a plurality of such instantaneous frequency components are present in a comb shape at a constant frequency interval.

図3中、τRTは共振器の周回時間を表し、νFSは周回あたりの周波数シフト量を表す。1/τRTは、共振器の縦モード周波数間隔(チャープ周波数コム間隔)を示し、rは、FSFレーザ光の瞬時周波数の単位時間あたりの変化量、すなわち、周波数変調速度を示す。 In FIG. 3, τ RT represents the orbiting time of the resonator, and ν FS represents the amount of frequency shift per orbit. 1 / tau RT showed longitudinal mode frequency interval of the resonator (chirped frequency comb interval), r s is the amount of change per unit time of the instantaneous frequency of the FSF laser light, that is, the frequency modulation rate.

レーザ発振器2から出力されたレーザ光(FSFレーザ光)は、光ファイバを介して分岐器3に入射される。分岐器3は、レーザ発振器2から入射されたレーザ光を、測定光と参照光とに分岐する。分岐器3において分岐された測定光は、第1の光ファイバ光路8aを経由して測定ヘッド5に導かれる。第1の光ファイバ光路8aは、測定光が分岐器3から出て測定ヘッド5に至るまでの間にサーキュレータ4を有している。サーキュレータ4は、分岐器3からの測定光を測定ヘッド5に出射し、測定ヘッド5から入射した反射光を結合器6に出射する。   The laser light (FSF laser light) output from the laser oscillator 2 is incident on the splitter 3 via an optical fiber. The splitter 3 splits the laser light incident from the laser oscillator 2 into measurement light and reference light. The measuring light branched in the branching device 3 is guided to the measuring head 5 via the first optical fiber optical path 8a. The first optical fiber optical path 8a has a circulator 4 between the time when the measuring light exits the splitter 3 and reaches the measuring head 5. The circulator 4 emits the measurement light from the splitter 3 to the measurement head 5, and emits the reflected light incident from the measurement head 5 to the coupler 6.

測定ヘッド5には、第1の光ファイバ光路8aの端部5bと、集光レンズ5aとが内部に設けられている。測定ヘッド5は、レーザ発振器2から第1の光ファイバ光路8aを介して伝送された測定光を、第1の光ファイバ光路8aの端部5bから出射して集光レンズ5aにより集光した後、鋼板Pの測定面に向けて照射する。鋼板Pは、図示しない搬送ローラにより移動方向X(鋼板Pの平坦な測定面の面方向に沿った一方向)に搬送されており、測定ヘッド5は、所定の速度Vで移動する鋼板Pの測定面に向けて測定光を照射する。   The measuring head 5 has an end 5b of a first optical fiber optical path 8a and a condenser lens 5a inside. The measurement head 5 emits the measurement light transmitted from the laser oscillator 2 via the first optical fiber optical path 8a from the end 5b of the first optical fiber optical path 8a and collects the measurement light by the condenser lens 5a. Irradiates the measurement surface of the steel sheet P. The steel sheet P is conveyed by a conveying roller (not shown) in the movement direction X (one direction along the plane direction of the flat measurement surface of the steel sheet P), and the measuring head 5 moves the steel sheet P moving at a predetermined speed V. The measurement light is emitted toward the measurement surface.

測定光が鋼板Pの測定面で反射することで得られた反射光は、集光レンズ5aで集光された後、第1の光ファイバ光路8aの端部5bで受光され、第1の光ファイバ光路8aを経由して結合器6に入射される。具体的には、測定ヘッド5で受光した反射光は、測定光が通った光ファイバと同一の光ファイバを通じてサーキュレータ4に導かれ、サーキュレータ4から光ファイバを通じて結合器6に導かれる。   The reflected light obtained by reflecting the measurement light on the measurement surface of the steel plate P is condensed by the condenser lens 5a, and then received by the end 5b of the first optical fiber optical path 8a. The light enters the coupler 6 via the fiber optical path 8a. Specifically, the reflected light received by the measurement head 5 is guided to the circulator 4 through the same optical fiber as the optical fiber through which the measurement light has passed, and is guided from the circulator 4 to the coupler 6 through the optical fiber.

一方、分岐器3で分岐された参照光は、第2の光ファイバ光路8bを通じて光検出部7に導かれる。具体的には、分岐器3から出射した参照光は、所定の光路長の光ファイバを通じて結合器6に導かれる。結合器6は、参照光と反射光とを、光ファイバを通じて光検出部7に入射させる。   On the other hand, the reference light split by the splitter 3 is guided to the light detection unit 7 through the second optical fiber optical path 8b. Specifically, the reference light emitted from the splitter 3 is guided to the coupler 6 through an optical fiber having a predetermined optical path length. The coupler 6 causes the reference light and the reflected light to enter the light detection unit 7 through the optical fiber.

光検出部7は、反射光及び参照光を受光し、電気信号に変換して、周波数解析部9に送出する。光検出部7に同時に入射する反射光と参照光とは、レーザ光がレーザ発振器2を出射してから光検出部7に入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、反射光と参照光との光干渉によりビート信号が発生する。   The light detection unit 7 receives the reflected light and the reference light, converts the light into an electric signal, and sends the electric signal to the frequency analysis unit 9. Since the reflected light and the reference light that are simultaneously incident on the light detection unit 7 have a frequency difference corresponding to the difference in the optical path length that the laser light passes from when the laser light exits the laser oscillator 2 to when the laser light enters the light detection unit 7. A beat signal is generated due to optical interference between the reflected light and the reference light.

周波数解析部9は、光検出部7から送られてきた電気信号を解析することで、光検出部7で検出した一群の光において、反射光と参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数を、所定の検出周波数範囲内で検出する。なお、周波数解析部9としては、スペクトラムアナライザ等を用いることができる。   The frequency analysis unit 9 analyzes the electric signal sent from the light detection unit 7 to detect a beat signal generated by optical interference between the reflected light and the reference light in the group of lights detected by the light detection unit 7. Are detected within a predetermined detection frequency range. Note that a spectrum analyzer or the like can be used as the frequency analysis unit 9.

距離算出部20は、周波数解析部9で検出されたビート信号の周波数(ビート周波数)を距離に変換する。この距離は、予め設定した基準位置(例えば、第1の光ファイバ光路8a上の測定光と参照光との光路差が生じない位置)から、鋼板Pの測定面までの距離に基づいて算出されるので、例えば、測定ヘッド5から、鋼板Pの測定面までの距離D1を求める場合には、基準位置から測定ヘッド5までの光ファイバの屈折率等を考慮した光学距離を、上記の算出した距離から差し引くことで求めることができる。   The distance calculator 20 converts the frequency (beat frequency) of the beat signal detected by the frequency analyzer 9 into a distance. This distance is calculated based on the distance from a preset reference position (for example, a position where the optical path difference between the measurement light and the reference light on the first optical fiber optical path 8a does not occur) to the measurement surface of the steel plate P. Therefore, for example, when calculating the distance D1 from the measuring head 5 to the measuring surface of the steel plate P, the optical distance from the reference position to the measuring head 5 in consideration of the refractive index of the optical fiber and the like is calculated as described above. It can be obtained by subtracting from the distance.

かかる構成に加えて、本発明の距離測定装置1には演算処理部10が設けられている。演算処理部10は、鋼板Pの速度Vが異なることによりシフトする測定距離を、補正するために用いる周波数シフト量fを算出するものである。ここで、測定ヘッド5が固定されて鋼板Pが移動する本実施形態の場合、上記の式(1)から、反射光の周波数をシフトさせる周波数シフト量fを求めるためには、式(1)に示すように、鋼板Pの速度Vと、光軸角度θと、レーザ光の波長λとが必要となる。 In addition to such a configuration, the distance measuring device 1 of the present invention is provided with an arithmetic processing unit 10. Arithmetic processing unit 10 is for calculating the frequency shift amount f D used for the measurement distance to shift by the speed V of the steel sheet P is different, corrected. Here, in the present embodiment the measuring head 5 is fixed to the steel plate P is moved, from the above equation (1), in order to determine the frequency shift amount f D for shifting the frequency of the reflected light, the formula (1 ), The speed V of the steel sheet P, the optical axis angle θ, and the wavelength λ of the laser beam are required.

レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。速度Vについては、鋼板Pを搬送する搬送ローラの設定速度を用いたり、あるいは、レーザドップラー速度計等で鋼板Pの実際の速度Vを測定したりすることで取得可能である。   The wavelength λ of the laser light can be obtained by measuring in advance with a spectroscope or the like. The speed V can be obtained by using the set speed of the transport roller that transports the steel sheet P, or by measuring the actual speed V of the steel sheet P using a laser Doppler speedometer or the like.

測定ヘッド5から照射される測定光の光軸角度θは、鋼板Pの移動方向Xと、鋼板Pの移動方向Xに垂直な方向Zと、測定光の光軸aとのなす角で決まるため、直接測定することが困難である。また、鋼板Pの測定面に対して照射する測定光の光軸角度θは、本来、0度になるように作業員によって設置されるものの、実際には、鉄鋼製品の製造現場において、光軸角度θを0度になるように、測定ヘッド5を正確に設置することは難しいと推測される。 The optical axis angle θ of the measuring light emitted from the measuring head 5 is determined by the angle between the moving direction X of the steel sheet P, the direction Z perpendicular to the moving direction X of the steel sheet P, and the optical axis a x of the measuring light. Therefore, it is difficult to measure directly. Further, although the optical axis angle θ of the measurement light applied to the measurement surface of the steel sheet P is originally set by an operator to be 0 °, actually, the optical axis angle is set at the manufacturing site of the steel product. It is presumed that it is difficult to accurately set the measuring head 5 so that the angle θ becomes 0 degree.

そこで、例えば、予め、被測定対象物の試験サンプルとなる鋼板P(試験片)を移動方向Xに沿って複数の速度V,Vで移動させ、これら速度V,Vのときにそれぞれ検出した各反射光の周波数の差を、周波数シフト量fD1として算出する。また、速度V,Vの速度差を、校正用の速度VD1として算出する。 Therefore, for example, a steel plate P (test piece) serving as a test sample of the object to be measured is moved in advance in the moving direction X at a plurality of speeds V 1 and V 2 , and at these speeds V 1 and V 2 . the difference in the frequencies of the reflected light detected respectively, calculated as the frequency shift amount f D1. Further, a speed difference between the speeds V 1 and V 2 is calculated as a speed V D1 for calibration.

これにより、測定光の光軸角度θは、レーザ光の波長λと、校正用の速度VD1と、校正用の速度VD1での周波数シフト量fD1とを用い、上記の式(1)(すなわち、fD1=2VD1・Sinθ/λ)から算出することができる。ここで、周波数シフト量fD1は、光軸角度θを算出するために用いるものであり、以下これを校正用周波数シフト量fD1と称する。また、速度VD1は、光軸角度θを算出するために用いるものであり、以下これを校正用速度VD1と称する。 Thus, the optical axis angle θ of the measurement light is calculated by using the wavelength λ of the laser light, the speed V D1 for calibration, and the frequency shift amount f D1 at the speed V D1 for calibration, using the above equation (1). (That is, f D1 = 2V D1 · Sin θ / λ). Here, the frequency shift amount f D1 is used for calculating the optical axis angle θ, and is hereinafter referred to as a calibration frequency shift amount f D1 . The speed V D1 is used for calculating the optical axis angle θ, and is hereinafter referred to as a calibration speed V D1 .

ここで、校正用速度VD1を算出する速度V,Vとしては、0mpm及び50mpm(=0.83m/s)や、50mpm(=0.83m/s)及び100mpm(=1.67m/s)等、種々の速度を適用することができる。また、光軸角度θを算出する際に用いる複数の速度としては、速度V,Vの2つとしたが、本発明はこれに限らず、2つ以上であれば種々の数の速度V,V,…を用いてもよい。 Here, the speeds V 1 and V 2 for calculating the calibration speed V D1 are 0 mpm and 50 mpm (= 0.83 m / s), 50 mpm (= 0.83 m / s) and 100 mpm (= 1.67 m / s). Various speeds can be applied, such as s). In addition, the plurality of speeds used for calculating the optical axis angle θ are two speeds V 1 and V 2. However, the present invention is not limited to this, and various speeds V may be used if they are two or more. 1 , V 2 ,... May be used.

以上のようにして光軸角度θを算出した後、実際に移動方向Xに沿って速度Vで移動している鋼板Pの形状を新たに測定し始める際には、当該鋼板Pの速度Vを取得すれば、以上の方法で予め算出した測定光の光軸角度θと、レーザ光の波長λとを用い、上記の式(1)から、測定距離を補正するために用いる周波数シフト量fを算出することができる。 After calculating the optical axis angle θ as described above, when newly starting to measure the shape of the steel sheet P actually moving at the speed V along the moving direction X, the speed V of the steel sheet P is measured. If acquired, the frequency shift amount f D used to correct the measurement distance is obtained from the above equation (1) using the optical axis angle θ of the measurement light and the wavelength λ of the laser light calculated in advance by the above method. Can be calculated.

図2に示す演算処理部10は、鋼板Pの速度Vと、光軸角度θと、レーザ光の波長λとを取得し、上記の式(1)から周波数シフト量fを算出するものである。この場合、演算処理部10は、光軸角度取得部11、速度取得部12、波長取得部13、及び周波数シフト量算出部18を有している。このうち光軸角度取得部11と速度取得部12と波長取得部13とで取得部を構成する。 Arithmetic processing unit 10 shown in FIG. 2, and calculates the velocity V of the steel sheet P, a light axis angle theta, acquires the wavelength of the laser beam lambda, the frequency shift amount f D from the above equation (1) is there. In this case, the arithmetic processing unit 10 includes an optical axis angle acquisition unit 11, a speed acquisition unit 12, a wavelength acquisition unit 13, and a frequency shift amount calculation unit 18. The optical axis angle acquisition unit 11, the speed acquisition unit 12, and the wavelength acquisition unit 13 constitute an acquisition unit.

この実施形態の場合、光軸角度取得部11は、校正用データ算出部15及び光軸角度算出部16を有しており、測定光の光軸角度θを演算により算出する。校正用データ算出部15は、例えば、鋼板Pを移動方向Xに沿って複数の速度V,Vで移動させたときに、それぞれ光検出部7で受光した各反射光と参照光との干渉によって生じるビート周波数を検出する。校正用データ算出部15は、速度V,Vのときに光検出部7で検出された、2つのビート周波数の周波数差を、校正用周波数シフト量fD1として算出する。 In the case of this embodiment, the optical axis angle acquisition unit 11 has a calibration data calculation unit 15 and an optical axis angle calculation unit 16, and calculates the optical axis angle θ of the measurement light by calculation. For example, when the steel sheet P is moved along the moving direction X at a plurality of speeds V 1 and V 2 , the calibration data calculation unit 15 calculates each of the reflected light and the reference light received by the light detection unit 7. The beat frequency generated by the interference is detected. The calibration data calculation unit 15 calculates the frequency difference between the two beat frequencies detected by the light detection unit 7 at the speeds V 1 and V 2 as the calibration frequency shift amount f D1 .

また、校正用データ算出部15は、速度取得部12から速度V,Vに関するデータを取得し、これら速度V,Vの速度差を校正用速度VD1として算出する。なお、速度取得部12は、例えば、鋼板Pを搬送する搬送ローラの設定速度を速度V(速度V,V)として取得したり、あるいは、レーザドップラー速度計等の計測手段により速度V(速度V,V)を実際に測定して取得するものである。 Further, the calibration data calculation unit 15 acquires data on the speeds V 1 and V 2 from the speed acquisition unit 12 and calculates the difference between the speeds V 1 and V 2 as the calibration speed V D1 . The speed acquiring unit 12 acquires, for example, the set speed of the transport roller that transports the steel sheet P as the speed V (speeds V 1 , V 2 ), or obtains the speed V (by a laser Doppler speedometer or the like). The speeds V 1 and V 2 ) are actually measured and obtained.

光軸角度算出部16は、校正用データ算出部15で取得した校正用周波数シフト量fD1及び校正用速度VD1に関するデータを受け取るとともに、波長取得部13で取得した、レーザ光の波長λを受け取る。なお、波長取得部13は、例えば、分光器等であり、レーザ発振器2で発振されるレーザ光の波長λを測定することで、波長λを取得するものである。 The optical axis angle calculation unit 16 receives the data on the calibration frequency shift amount f D1 and the calibration speed V D1 acquired by the calibration data calculation unit 15, and calculates the wavelength λ of the laser light acquired by the wavelength acquisition unit 13. receive. Note that the wavelength acquisition unit 13 is, for example, a spectroscope or the like, and acquires the wavelength λ by measuring the wavelength λ of the laser light oscillated by the laser oscillator 2.

光軸角度算出部16は、校正用周波数シフト量fD1、校正用速度VD1、及びレーザ光の波長λを用いて、上記の式(1)から測定光の光軸角度θを算出し、求めた光軸角度θを記憶部(図示せず)に記憶する。 The optical axis angle calculation unit 16 calculates the optical axis angle θ of the measurement light from the above equation (1) using the calibration frequency shift amount f D1 , the calibration speed V D1 , and the wavelength λ of the laser beam, The obtained optical axis angle θ is stored in a storage unit (not shown).

その後、実際に移動方向Xに沿って速度Vで移動している鋼板Pの形状を測定する際に、以上のようにして算出した光軸角度θ等を使用して周波数シフト量fを求め、鋼板Pまでの測定距離を補正する。以下、光軸角度θを算出した後に、鋼板Pまでの測定距離を補正する、補正処理について説明する。 Then, when actually measuring the shape of the steel plate P moving at velocity V along the direction of movement X, determine the frequency shift amount f D uses the optical axis angle θ, which is calculated as described above , The measurement distance to the steel plate P is corrected. Hereinafter, a correction process for correcting the measurement distance to the steel plate P after calculating the optical axis angle θ will be described.

この場合、周波数シフト量算出部18は、移動方向Xに沿って移動している鋼板Pの速度Vを速度取得部12から受け取り、また、鋼板Pに向けて照射するレーザ光の波長λを波長取得部13から受け取る。さらに、周波数シフト量算出部18は、演算により予め求めていた測定光の光軸角度θを光軸角度取得部11から受け取る。   In this case, the frequency shift amount calculation unit 18 receives the speed V of the steel sheet P moving along the movement direction X from the speed acquisition unit 12, and calculates the wavelength λ of the laser light radiated toward the steel sheet P. Received from the acquisition unit 13. Further, the frequency shift amount calculation unit 18 receives the optical axis angle θ of the measurement light, which is obtained in advance by calculation, from the optical axis angle acquisition unit 11.

周波数シフト量算出部18は、これら速度V、波長λ及び光軸角度θを用い、上記の式(1)から周波数シフト量fを算出し、これを距離算出部20に送出する。 Frequency shift amount calculation unit 18 uses these velocity V, the wavelength λ and the optical axis angle theta, calculates the frequency shift amount f D from the above equation (1), and sends it to the distance calculating unit 20.

距離算出部20は、周波数解析部9から送られてきた、反射光と参照光との光干渉により発生したビート信号の周波数(ビート周波数)を、光路長の差に変換することで、予め設定した基準位置から、鋼板Pの測定面までの距離を算出する。この際、鋼板Pが移動している場合には、ビート周波数は周波数シフト量fの周波数シフトを受けている。そのため、距離算出部20は、演算処理部10で求めた周波数シフト量fの値を用いて、速度Vが異なることにより生じていた周波数シフトの影響を補正することで、補正測定距離(板高さ)を求めることができる。ここで、図4は、実施例として、演算処理部10により速度毎に求めた周波数シフト量fを用いて、図6に示した測定距離(板高さ)をそれぞれ補正したときの結果を示す。 The distance calculator 20 converts the frequency (beat frequency) of the beat signal, which is sent from the frequency analyzer 9 and is generated by the optical interference between the reflected light and the reference light, into a difference in optical path length, thereby setting the distance in advance. The distance from the reference position thus determined to the measurement surface of the steel sheet P is calculated. At this time, when the steel plate P is moving, the beat frequency is subjected to frequency shift of the frequency shift amount f D. Therefore, the distance calculation unit 20 uses the value of the frequency shift amount f D obtained by the operation processing unit 10, that the velocity V is corrected to the effect of frequency shift that occurs by different, correct the measured distance (leaf Height). Here, FIG. 4 shows, as an example, the results obtained when the measurement distances (plate heights) shown in FIG. 6 are corrected using the frequency shift amount f D obtained for each speed by the arithmetic processing unit 10. Show.

この実施例では、測定光の光軸角度θが2.4度、レーザ光の波長λが1550nmであり、速度Vが50mpm、100mpm、150mpmとしたときの周波数シフト量fをそれぞれ算出した。そして、各速度で検出している反射光の周波数を、対応する周波数シフト量fの値分だけシフトさせた。そして、参照光と、周波数をシフトさせた後の反射光との光干渉により発生したビート信号の周波数を、光路長の差に変換して測定距離を求めた。 In this embodiment, the optical axis angle θ is 2.4 degrees of the measuring light, the wavelength of the laser beam λ is 1550 nm, the speed V is 50Mpm, 100 mpm, the frequency shift amount f D of when the 150mpm was calculated. Then, the frequency of the reflected light is detected at each speed was only the value shifted in the corresponding frequency shift amount f D. Then, the frequency of the beat signal generated by optical interference between the reference light and the reflected light whose frequency was shifted was converted into a difference in optical path length to obtain a measurement distance.

図4に示すように、速度Vが50mpm、100mpm、150mpmと異なるときでも、それぞれ算出した周波数シフト量fを基に反射光の周波数を補正することで、いずれの結果でも測定距離が0mm付近(鋼板Pの搬送パスライン付近)で概ね一致することが確認できた。距離測定装置1では、このようにして補正した測定距離(補正測定距離)の凹凸変化から、被測定対象物である鋼板Pの形状を測定できる。 As shown in FIG. 4, the velocity V is 50Mpm, 100 mpm, even when different from the 150Mpm, by correcting the frequency of the reflected light based on the frequency shift amount f D calculated respectively, the measured distance is near 0mm any results (Near the conveyance path line of the steel sheet P), it was confirmed that they substantially coincided. The distance measuring device 1 can measure the shape of the steel plate P, which is the object to be measured, from the unevenness of the measured distance (corrected measured distance) corrected in this manner.

<作用及び効果>
以上の構成において、距離測定装置1では、鋼板Pを移動させて、測定ヘッド5から鋼板Pの測定面に測定光を照射し、反射光を測定ヘッド5で受光する(照射・受光ステップ)。また、距離測定装置1では、測定ヘッド5に対する鋼板Pの速度Vと、レーザ光の波長λと、を取得する(速度取得ステップ及び波長取得ステップ)。さらに、距離測定装置1では、鋼板Pの移動方向X、及び、測定ヘッド5から照射されるレーザ光の光軸aがなす面において、移動方向Xに垂直な方向Zと、測定ヘッド5から照射されるレーザ光の光軸aとでなす光軸角度θを取得する(光軸角度取得ステップ)。そして、これら速度V、光軸角度θ及び波長λから周波数シフト量fを算出する(算出ステップ)。
<Action and effect>
In the above configuration, in the distance measuring device 1, the steel plate P is moved, the measuring head 5 irradiates the measuring surface of the steel plate P with measuring light, and the reflected light is received by the measuring head 5 (irradiation / light receiving step). Further, the distance measuring device 1 acquires the speed V of the steel sheet P with respect to the measuring head 5 and the wavelength λ of the laser light (speed acquiring step and wavelength acquiring step). Furthermore, the distance measuring device 1, the moving direction X of the steel plate P, and, in the optical axis a x plane formed of the laser beam emitted from the measuring head 5, and the direction Z perpendicular to the moving direction X, the measuring head 5 for obtaining an optical axis angle θ which forms with the optical axis a x of the irradiated laser light (optical axis angle acquisition step). And these speed V, and calculates the frequency shift amount f D from the optical axis angle θ and the wavelength lambda (calculation step).

これにより、距離測定装置1では、基準位置から鋼板Pの測定面までの測定距離を、周波数シフト量fに基づいて補正することで、補正した測定距離を基に鋼板Pの形状を測定することができる(測定ステップ)。よって、距離測定装置1では、速度Vが異なる際に生じる、鋼板Pまでの距離のずれを補正できるので、鋼板Pの形状を、従来よりも高精度に測定できる。 Thus, in the distance measuring device 1, measuring the distance from the reference position to the measuring surface of the steel plate P, it is corrected based on the frequency shift amount f D, to measure the shape of the steel plate P based on the corrected measured distance (Measurement step). Therefore, the distance measuring device 1 can correct the deviation of the distance to the steel plate P, which occurs when the speed V is different, so that the shape of the steel plate P can be measured with higher accuracy than before.

また、距離測定装置1では、鋼板Pの速度V,Vを変えて、各速度V,Vのときにそれぞれ検出した反射光の周波数の差を、校正用周波数シフト量fD1として算出する(校正用データ算出ステップ)。さらに、距離測定装置1では、速度V,Vの速度差から、校正用速度VD1を算出する(校正用速度算出ステップ)。 In the distance measuring device 1, the speeds V 1 and V 2 of the steel sheet P are changed, and the difference between the frequencies of the reflected lights detected at the respective speeds V 1 and V 2 is used as a calibration frequency shift amount f D1. Calculation (calibration data calculation step). Further, the distance measuring device 1 calculates a calibration speed V D1 from the speed difference between the speeds V 1 and V 2 (calibration speed calculation step).

これにより、校正用周波数シフト量fD1、校正用速度VD1、及び波長λから、上記の式(1)を基に測定光の光軸角度θを算出することができる(光軸角度算出ステップ)。従って、距離測定装置1では、測定光の光軸角度θが直接測定することが困難な場合であっても、正確な光軸角度θを求めることができ、光軸角度θを用いて周波数シフト量fを算出できる。 Thereby, the optical axis angle θ of the measurement light can be calculated from the calibration frequency shift amount f D1 , the calibration speed V D1 , and the wavelength λ based on the above equation (1) (optical axis angle calculation step). ). Therefore, even when it is difficult to directly measure the optical axis angle θ of the measurement light, the distance measuring device 1 can obtain the accurate optical axis angle θ, and the frequency shift is performed using the optical axis angle θ. possible to calculate the amount f D.

<他の実施形態>
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、被測定対象物として板状の鋼板Pを適用したが、本発明はこれに限らず、直方体等の形状でなる鋼板や、円筒状・円柱状の鋼材等、種々の形状の被測定対象物を適用してもよい。また、鋼板以外のその他の材料でなる被測定対象物を適用してもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, although the plate-shaped steel plate P is applied as the object to be measured, the present invention is not limited to this, and the object to be measured having various shapes such as a steel plate having a rectangular parallelepiped shape or a steel material having a cylindrical or columnar shape is used. An object may be applied. Further, an object to be measured made of other materials than the steel plate may be applied.

また、上述した実施形態においては、測定ヘッドを被測定対象物に対して相対的に移動させる状態として、測定ヘッド5を固定し、鋼板Pを移動させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、鋼板Pを固定し、測定ヘッド5を鋼板Pの測定面の面方向に沿って一方向に移動させるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the measuring head 5 is fixed and the steel plate P is moved as a state in which the measuring head is relatively moved with respect to the object to be measured has been described. Not limited to this, the steel plate P may be fixed, and the measuring head 5 may be moved in one direction along the surface direction of the measurement surface of the steel plate P.

また、上述した実施形態においては、周波数が時間に対して変調されたレーザ光として、FSFレーザ光を適用したが、本発明はこれに限らず、種々の周波数が時間に対して変調するレーザ光を適用することができ、例えば周波数変調(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)方式等を適用してもよい。   Further, in the above-described embodiment, the FSF laser light is applied as the laser light whose frequency is modulated with respect to time. However, the present invention is not limited to this, and the laser light whose various frequencies are modulated with respect to time. For example, a frequency modulation (FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) method or the like may be applied.

また、上述した実施形態においては、周波数シフト量fを求め、測定されたビート周波数を、周波数シフト量fを基にシフトすることで、鋼板Pまでの距離のずれを補正する場合(即ち、周波数演算の段階でシフトを行う)を例として説明したが、鋼板Pの速度Vに応じて、距離がどれくらいシフトするかの値を測定しておき、見かけの測定距離から、シフトすべき距離だけ補正する(即ち、距離演算の段階でシフトを行う)ことも可能である。 Further, in the above-described embodiment, the frequency shift amount f D is obtained, and the measured beat frequency is shifted based on the frequency shift amount f D to correct the deviation of the distance to the steel sheet P (that is, , The frequency is shifted at the stage of the frequency calculation), but the value of how far the distance shifts is measured in accordance with the speed V of the steel sheet P, and the distance to be shifted is calculated from the apparent measured distance. (That is, shifting is performed at the stage of distance calculation).

この場合、下記の順序で、距離を補正するための距離シフト量を算出する演算処理ステップが実行される。例えば、予め、レーザ光の波長λを取得し(波長取得ステップ)、測定ヘッド5に対する鋼板P(被測定対象物)の速度Vを取得する(速度取得ステップ)。また、サンプルとなる鋼板Pの速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得部12で取得して校正用速度VD1として算出する(校正用データ算出ステップ)。さらにこの際、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量fD1として算出する(校正用データ算出ステップ)。次いで、前記波長取得部13で取得した波長λと、前記校正用速度VD1と、前記校正用周波数シフト量fD1とを用いて、鋼板Pの移動方向X及び前記測定ヘッド5から照射されるレーザ光の光軸aがなす面において、前記移動方向Xに垂直な方向Zと、前記測定ヘッド5から照射されるレーザ光の光軸aとがなす光軸角度θとを取得しておく(光軸角度取得ステップ)。 In this case, an arithmetic processing step of calculating a distance shift amount for correcting a distance is executed in the following order. For example, the wavelength λ of the laser beam is obtained in advance (wavelength obtaining step), and the speed V of the steel plate P (measurement target) with respect to the measuring head 5 is obtained (speed obtaining step). In addition, measurement is performed while changing the speed of the steel sheet P serving as a sample, and the speed difference is obtained by the speed obtaining unit 12 and calculated as the correction speed VD1 (calibration data calculation step). Moreover this time, calculates the difference between the beat frequency as the calibration frequency shift amount f D1 (correction data calculating step). Then, using the wavelength λ acquired by the wavelength acquisition unit 13, the calibration speed V D1, and the calibration frequency shift amount f D1 , irradiation is performed from the moving direction X of the steel sheet P and the measurement head 5. in plane formed optical axis a x is a laser beam, wherein the moving direction X perpendicular to direction Z, to obtain the optical axis angle θ formed by the optical axis a x of the laser beam emitted from the measuring head 5 (Optical axis angle acquisition step).

そして、演算処理部10は、距離シフト量算出部(図示せず)によって、波長取得ステップで取得した前記波長λと、前記速度取得ステップで求めた前記速度Vと、前記光軸角度取得ステップで求めた光軸角度θとから、鋼板Pの速度Vに応じて、測定結果として得られた見掛けの距離がどの程度シフトするかを規定する距離シフト量を算出する(距離シフト量算出ステップ)。   Then, the arithmetic processing unit 10 calculates the wavelength λ obtained in the wavelength obtaining step, the speed V obtained in the speed obtaining step, and the optical axis angle obtaining step by a distance shift amount calculating unit (not shown). From the obtained optical axis angle θ, a distance shift amount that defines how much the apparent distance obtained as a measurement result shifts is calculated according to the speed V of the steel sheet P (distance shift amount calculation step).

その後、当該速度Vに対応した距離シフト量を距離算出部20に送出する。かくして、距離算出部20は、基準位置から被測定対象物までの測定距離を、補正量を用いて補正することで、被測定対象物までの距離を測定することができる(距離算出ステップにおける補正と距離の測定)。   After that, the distance shift amount corresponding to the speed V is transmitted to the distance calculation unit 20. Thus, the distance calculation unit 20 can measure the distance to the measured object by correcting the measured distance from the reference position to the measured object using the correction amount (correction in the distance calculation step). And distance measurement).

また、上述した実施形態においては、距離測定装置1内(特に、演算処理部11内)に設けられた速度取得部12で、鋼板Pが移動する速度(移動速度)Vを求めているが、鋼板Pの移動速度Vが測定できるのであれば、距離測定装置1とは別体の公知の測定装置を用いて、移動速度Vを測定し、その値だけを、距離測定装置1で使うようにすることも可能である。   In the above-described embodiment, the speed (moving speed) V at which the steel sheet P moves is obtained by the speed acquiring unit 12 provided in the distance measuring device 1 (in particular, in the arithmetic processing unit 11). If the moving speed V of the steel plate P can be measured, the moving speed V is measured by using a known measuring device separate from the distance measuring device 1, and only the value is used by the distance measuring device 1. It is also possible.

また、距離測定装置1内(特に、演算処理部11内)に設けられた波長取得部13で、レーザ光の波長を求めているが、波長が測定できるのであれば、距離測定装置1とは別体の公知の測定装置を用いて、レーザ光の波長λを測定し、その値だけを、距離測定装置1で使うようにすることも可能である。   Further, the wavelength of the laser beam is obtained by the wavelength acquisition unit 13 provided in the distance measuring device 1 (particularly, in the arithmetic processing unit 11). It is also possible to measure the wavelength λ of the laser beam using a separate known measuring device and use only that value in the distance measuring device 1.

また、上述した実施形態においては、演算により光軸角度θを算出する光軸角度取得部11を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、計測手段により光軸角度θを測定して実測値を取得する光軸角度取得部を適用してもよく、また、光軸角度θを予め単に記憶しているだけの光軸角度取得部であってもよい。   In the above-described embodiment, the case where the optical axis angle acquisition unit 11 that calculates the optical axis angle θ by calculation has been described. However, the present invention is not limited to this, and the optical axis angle θ is measured by the measuring unit. An optical axis angle acquisition unit that acquires an actual measurement value may be applied, or an optical axis angle acquisition unit that simply stores the optical axis angle θ in advance may be used.

また、上述した実施形態においては、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート信号を検出し、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、鋼板Pまでの距離を測定するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、特開2016−80409号公報に開示されているように、測定ヘッド5に反射源を設け、反射源で測定光を反射させて戻り光を生成し、反射光と参照光と戻り光とを利用して、鋼板Pまでの距離を測定してもよい。この場合、反射光を利用してビート信号を生成する際に、周波数シフト量fで周波数をシフトした反射光を用いることで、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。 In the above-described embodiment, the distance to the steel plate P is measured by detecting a beat signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light, and converting the beat frequency into a difference in optical path length. However, the present invention is not limited to this. For example, as disclosed in JP-A-2006-80409, a reflection source is provided in the measurement head 5, reflection light is reflected by the reflection source to generate return light, and reflected light, reference light, and return light are generated. The distance to the steel plate P may be measured by using. In this case, when generating a beat signal by using the reflected light, by using a reflected light obtained by shifting the frequency by the frequency shift amount f D, it is possible to obtain the same effect as the above-described embodiment.

1 距離測定装置
2 レーザ発振器
5 測定ヘッド
9 周波数解析部
11 光軸角度取得部(取得部)
12 速度取得部(取得部)
13 波長取得部(取得部)
18 周波数シフト量算出部
20 距離算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Distance measuring device 2 Laser oscillator 5 Measuring head 9 Frequency analysis unit 11 Optical axis angle acquisition unit (acquisition unit)
12 Speed acquisition unit (acquisition unit)
13 Wavelength acquisition unit (acquisition unit)
18 Frequency shift amount calculation unit 20 Distance calculation unit

Claims (4)

被測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を、レーザ発振器で発振して出射するレーザ発振ステップと、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を測定ヘッドから照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を前記測定ヘッドで受光する照射・受光ステップと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析ステップと、
前記ビート周波数から前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
前記レーザ光の波長を取得する波長取得ステップと、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得ステップと、
前記速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得ステップで取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した前記波長と、前記速度取得ステップで求めた前記速度と、前記光軸角度算出ステップで求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出ステップと、
を有し、
前記距離算出ステップは、
前記周波数解析ステップで取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定方法。
A distance measuring method for measuring a distance to an object to be measured,
A laser oscillation step of oscillating and emitting laser light whose frequency is modulated with respect to time by a laser oscillator,
Irradiating a laser beam emitted from the laser oscillator to the object to be measured, which relatively moves, from a measurement head, and irradiating and receiving the reflected light reflected by the object to be measured by the measurement head. ,
A frequency analysis step of acquiring a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and the reference light emitted from the laser oscillator,
A distance calculation step of calculating a distance from the beat frequency to the object to be measured,
An arithmetic processing step of calculating a frequency shift amount for correcting the distance calculated in the distance calculation step;
Has,
The arithmetic processing step includes:
A wavelength obtaining step of obtaining a wavelength of the laser light,
Speed acquisition step of acquiring the speed of the measured object with respect to the measurement head,
Performing the measurement while changing the speed, obtaining the speed difference in the speed obtaining step, calculating the speed for calibration, and calculating the difference between the beat frequencies as the frequency shift amount for calibration, a calibration data calculating step. When,
Using the wavelength acquired in the wavelength acquisition step, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head are formed. Surface, a direction perpendicular to the moving direction, and an optical axis angle calculating step of calculating an optical axis angle formed by the optical axis of the laser light emitted from the measurement head,
The wavelength obtained in the wavelength obtaining step, the speed obtained in the speed obtaining step, and the optical axis angle obtained in the optical axis angle calculating step, a frequency shift amount calculating step of calculating the frequency shift amount When,
Has,
The distance calculating step includes:
A distance measuring method for measuring a distance to the object to be measured by correcting the beat frequency acquired in the frequency analysis step using the frequency shift amount.
被測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を、レーザ発振器で発振して出射するレーザ発振ステップと、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を測定ヘッドから照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を前記測定ヘッドで受光する照射・受光ステップと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析ステップと、
前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出される距離を補正するための距離シフト量を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
前記レーザ光の波長を取得する波長取得ステップと、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得ステップと、
前記速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得ステップで取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した前記波長と、前記速度取得ステップで求めた前記速度と、前記光軸角度算出ステップで求めた前記光軸角度とから、前記距離シフト量を算出する距離シフト量算出ステップと、
を有し、
前記距離算出ステップは、
前記周波数解析ステップで取得したビート周波数から算出した距離を、前記距離シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定方法。
A distance measuring method for measuring a distance to an object to be measured,
A laser oscillation step of oscillating and emitting laser light whose frequency is modulated with respect to time by a laser oscillator,
Irradiating a laser beam emitted from the laser oscillator to the object to be measured, which relatively moves, from a measurement head, and irradiating and receiving the reflected light reflected by the object to be measured by the measurement head. ,
A frequency analysis step of acquiring a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and the reference light emitted from the laser oscillator,
From the beat frequency, a distance calculation step of calculating a distance to the measured object,
An arithmetic processing step of calculating a distance shift amount for correcting the distance calculated in the distance calculation step;
Has,
The arithmetic processing step includes:
A wavelength obtaining step of obtaining a wavelength of the laser light,
Speed acquisition step of acquiring the speed of the measured object with respect to the measurement head,
Performing the measurement while changing the speed, obtaining the speed difference in the speed obtaining step, calculating the speed for calibration, and calculating the difference between the beat frequencies as the frequency shift amount for calibration, a calibration data calculating step. When,
Using the wavelength acquired in the wavelength acquiring step, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head are formed. Surface, a direction perpendicular to the moving direction, and an optical axis angle calculating step of calculating an optical axis angle formed by the optical axis of the laser light emitted from the measurement head,
A distance shift amount calculating step of calculating the distance shift amount from the wavelength obtained in the wavelength obtaining step, the speed obtained in the speed obtaining step, and the optical axis angle obtained in the optical axis angle calculating step; When,
Has,
The distance calculating step includes:
A distance measurement method for measuring a distance to the object to be measured by correcting a distance calculated from the beat frequency acquired in the frequency analysis step using the distance shift amount.
被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振して出射するレーザ発振器と、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を受光する測定ヘッドと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析部と、
前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部で算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を変えて測定を行い、その速度差を取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出部と、
前記レーザ光の波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出部と、
前記レーザ光の波長と、速度差を取得した際の前記速度と、前記光軸角度算出部で求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出部と、
を有し、
前記距離算出部は、
前記周波数解析部で取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定装置。
A distance measuring device that measures a distance to an object to be measured,
A laser oscillator that oscillates and emits laser light whose frequency is modulated with respect to time,
A measurement head that irradiates a laser light emitted from the laser oscillator to the object to be measured that relatively moves, and receives light reflected by the object to be measured,
A frequency analysis unit that acquires a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and the reference light emitted from the laser oscillator,
From the beat frequency, a distance calculation unit that calculates the distance to the measured object,
An arithmetic processing unit that calculates a frequency shift amount for correcting the distance calculated by the distance calculation unit,
Has,
The arithmetic processing unit,
The measurement is performed by changing the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, the speed difference is obtained and calculated as a calibration speed, and the beat frequency difference is calculated as a calibration frequency shift amount. Data calculation unit,
Using the wavelength of the laser light, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, on a plane formed by the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser light emitted from the measurement head, An optical axis angle calculation unit that calculates an optical axis angle between a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser light emitted from the measurement head,
The wavelength of the laser light, the speed at which the speed difference was obtained, and the optical axis angle determined by the optical axis angle calculation unit, a frequency shift amount calculation unit that calculates the frequency shift amount,
Has,
The distance calculation unit,
A distance measuring device for measuring a distance to the object to be measured by correcting a beat frequency acquired by the frequency analysis unit using the frequency shift amount.
被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振して出射するレーザ発振器と、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を受光する測定ヘッドと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析部と、
前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部で算出される距離を補正するための距離シフト量を算出する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を変えて測定を行い、その速度差を取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出部と、
前記レーザ光の波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出部と、
前記レーザ光の波長と、前記速度差を取得した際の前記速度と、前記光軸角度算出部で求めた前記光軸角度とから、前記距離シフト量を算出する距離シフト量算出部と、
を有し、
前記距離算出部は、
前記周波数解析部で取得したビート周波数から算出した距離を、前記距離シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定装置。
A distance measuring device that measures a distance to an object to be measured,
A laser oscillator that oscillates and emits laser light whose frequency is modulated with respect to time,
A measurement head that irradiates a laser light emitted from the laser oscillator to the object to be measured that relatively moves, and receives light reflected by the object to be measured,
A frequency analysis unit that acquires a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and the reference light emitted from the laser oscillator,
From the beat frequency, a distance calculation unit that calculates the distance to the measured object,
An arithmetic processing unit that calculates a distance shift amount for correcting the distance calculated by the distance calculation unit,
Has,
The arithmetic processing unit,
The measurement is performed while changing the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, the speed difference is obtained and calculated as a calibration speed, and the beat frequency difference is calculated as a calibration frequency shift amount. Data calculation unit,
Using the wavelength of the laser light, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, on a plane formed by the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser light emitted from the measurement head, An optical axis angle calculation unit that calculates an optical axis angle between a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser light emitted from the measurement head,
The wavelength of the laser light, the speed at which the speed difference was obtained, and the optical axis angle obtained by the optical axis angle calculation unit, a distance shift amount calculation unit that calculates the distance shift amount,
Has,
The distance calculation unit,
A distance measuring device that measures a distance to the object to be measured by correcting a distance calculated from a beat frequency acquired by the frequency analysis unit using the distance shift amount.
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