JP2667501B2 - Laser distance measuring device - Google Patents

Laser distance measuring device

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JP2667501B2
JP2667501B2 JP9209389A JP9209389A JP2667501B2 JP 2667501 B2 JP2667501 B2 JP 2667501B2 JP 9209389 A JP9209389 A JP 9209389A JP 9209389 A JP9209389 A JP 9209389A JP 2667501 B2 JP2667501 B2 JP 2667501B2
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flip
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龍夫 村本
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日本科学工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光を用いて物体の移動距離を検出する
距離測定装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring device that detects a moving distance of an object using a laser beam.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来搬送経路に沿って搬送される物体、例えば薄い鉄
板等を所定長毎に切断するために物体の移動距離を測定
する距離測定装置としては、鉄板に接触して回転するロ
ーラとローラに連結されたロータリーエンコーダを設
け、ロータリーエンコーダより得られる信号から鉄板の
移動距離を検出する装置が用いられている。
Conventionally, as a distance measuring device that measures the moving distance of an object conveyed along a conveying path, for example, a thin iron plate or the like to cut a thin iron plate at a predetermined length, the distance measuring device is connected to a roller that rotates in contact with the iron plate. There is used a device which is provided with a rotary encoder and detects the moving distance of the iron plate from a signal obtained from the rotary encoder.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながらこのような従来の距離測定装置によれ
ば、ローラが距離の測定対象に直接接触することとなる
ため、測定対象による制約が大きく、又エンコーダを用
いることにより測定精度をあまり高くすることができな
いという欠点があった。
However, according to such a conventional distance measuring device, since the roller comes into direct contact with the object to be measured, there is a large restriction due to the object to be measured, and the measurement accuracy cannot be made too high by using an encoder. There was a drawback.

本発明はこのような従来の距離測定装置の問題点に鑑
みてなされたものであって、高精度でしかも物体に接触
することなく物体の移動量及び速度を検出できるように
することを技術的課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the conventional distance measuring apparatus, and has been developed to provide a technique for detecting the moving amount and speed of an object with high accuracy and without contact with the object. Make it an issue.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明はレーザ光を用いて物体の移動距離を検出する
距離測定装置であって、レーザ光源と、レーザ光を第1,
第2のレーザビームに分離するビームスプリッタと、分
離された少なくとも一方のレーザビームの周波数をシフ
トさせるブラッグセルと、ブラッグセルを介して得られ
る第1,第2のレーザビームを一点で交差せしめる光学手
段と、第1,第2のレーザビームの交差領域を第1,第2の
レーザビームでなす面内でレーザビームでなす角の2等
分線と垂直方向に通過する物体からの散乱光を電気信号
に変換する光電変換器と、ブラッグセルに与えられる周
波数差の信号を出力する駆動周波数検出手段と、駆動周
波数検出手段より得られる基準入力信号及び光電変換器
より得られる光電変換信号の変化時点を夫々検出する第
1,第2の変化点検出回路、第1,第2の変化点検出回路の
出力がセット及びリセット入力として与えられるRSフリ
ップフロップ回路、第1,第2の変化点検出回路の信号の
一致を検出する一致検出回路、RSフリップフロップ回路
の相異なる出力、第1又は第2の変化点検出回路の出力
及び一致検出回路の出力が夫々与えられ、その一致時に
信号を出力する第1,第2の出力回路、を有する周波数差
検出回路と、を具備し、周波数差検出回路の第1,第2の
出力回路より得られる出力パルスに基づいて物体の移動
距離を測定することを特徴とするものである。
The present invention is a distance measuring device for detecting a moving distance of an object using laser light, wherein a laser light source and a laser light are
A beam splitter for separating the laser beam into a second laser beam, a Bragg cell for shifting the frequency of at least one of the separated laser beams, and optical means for intersecting the first and second laser beams obtained through the Bragg cell at one point. Scattered light from an object passing in the direction perpendicular to the bisector of the angle formed by the laser beams in the plane formed by the first and second laser beams in the intersection area of the first and second laser beams A driving frequency detecting means for outputting a signal of a frequency difference given to the Bragg cell, and a reference input signal obtained from the driving frequency detecting means and a change time point of the photoelectric conversion signal obtained from the photoelectric converter, respectively. No. to detect
1, an RS flip-flop circuit in which the outputs of the first and second transition point detection circuits, the outputs of the first and second transition point detection circuits are given as set and reset inputs, and the coincidence of the signals of the first and second transition point detection circuits. A match detection circuit for detection, a different output of the RS flip-flop circuit, an output of the first or second change point detection circuit, and an output of the match detection circuit are respectively provided, and first and second outputs of a signal at the time of the match. And a frequency difference detection circuit having an output circuit, wherein the moving distance of the object is measured based on output pulses obtained from the first and second output circuits of the frequency difference detection circuit. It is.

〔作用〕[Action]

このような特徴を有する本発明によれば、レーザ光源
より照射されたレーザ光はビームスプリッタによって分
離され、その少なくとも一方のレーザビームがブラッグ
セルによって周波数がシフトされる。そして第1,第2の
レーザビームが光学手段により一点に照射されるため、
その交差領域ではレーザビームの周波数差に相当する速
度で移動する干渉縞が生じる。従って干渉縞の領域内で
レーザビームと垂直に被測定物体を搬送することにより
散乱光が得られる。この散乱光を集光して光電変換する
ことにより干渉縞の移動速度及び物体の搬送速度に対応
した周波数の信号が得られる。一方レーザビームの周波
数差を駆動周波数検出手段によって検出して基準信号と
し、光電変換出力を物体の移動距離に対応した信号とし
て周波数差検出回路の第1,第2の変化点検出回路に与え
ている。こうすれば第1,第2の変化点検出回路の出力信
号によってRSフリップフロップ回路がセット又はリセッ
トされることとなる。従っていずれかの変化点検出回路
の出力の間の他方の変化点検出回路の出力が含まれる場
合には、他方の変化点検出回路の出力が第1又は第2の
出力回路を介して外部に出力される。このため入力信号
の周波数差に対応した周期を持つ信号がその大小に応じ
て第1又は第2の出力回路より出力されることとなる。
そしてこれらの出力回路より得られる出力パルスに基づ
いて物体の移動距離が測定される。
According to the present invention having such characteristics, the laser light emitted from the laser light source is split by the beam splitter, and the frequency of at least one of the laser beams is shifted by the Bragg cell. Then, since the first and second laser beams are irradiated to one point by the optical means,
In the intersection region, an interference fringe moving at a speed corresponding to the frequency difference of the laser beam is generated. Therefore, scattered light can be obtained by transporting the object to be measured perpendicularly to the laser beam within the region of the interference fringes. By condensing the scattered light and performing photoelectric conversion, a signal having a frequency corresponding to the moving speed of the interference fringes and the transport speed of the object is obtained. On the other hand, the frequency difference of the laser beam is detected by the driving frequency detecting means and used as a reference signal, and the photoelectric conversion output is given to the first and second change point detecting circuits of the frequency difference detecting circuit as a signal corresponding to the moving distance of the object. I have. In this way, the RS flip-flop circuit is set or reset by the output signals of the first and second change point detection circuits. Therefore, when the output of the other change point detection circuit between the outputs of any one of the change point detection circuits is included, the output of the other change point detection circuit is output to the outside via the first or second output circuit. Is output. Therefore, a signal having a cycle corresponding to the frequency difference of the input signal is output from the first or second output circuit according to the magnitude.
Then, the moving distance of the object is measured based on the output pulses obtained from these output circuits.

〔実施例の説明〕[Explanation of Example]

第1図は本発明を具体化した実施例により距離測定装
置の構成を示すブロック図である。本図においてレーザ
光源1は単色光を発光するレーザ光源であり、例えばヘ
リウムネオンレーザを用いる。レーザ光源1から照射さ
れたレーザ光はビームスプリッタ2に与えられ、第1,第
2のレーザビームに分離される。これらの第1,第2のレ
ーザビームの光軸上にはブラッグセル3,4及びハーフミ
ラー5,6が設けられている。ブラッグセル3及び4はブ
ラッグセルドライバ7によって夫々異なる周波数、例え
ば81M Hzと80M Hzの高周波で駆動され、入射レーザビー
ムの周波数を変化させるものである。ハーフミラー5,6
を通過した第1,第2のレーザビームは所定の光学手段、
本実施例ではプリズム8,9により所定の点に交差され
る。プリズム8,9に代えてレンズを用いてレーザビーム
を交差させてもよい。この位置には第3図に示すように
距離の測定対象物をY軸方向、即ち第4図において第1,
第2のレーザビームでなす面内で第1,第2のレーザビー
ムでなす角θを2等分するX軸方向に垂直のY軸方向に
移動させるものとする。又プリズム8,9の中間部には中
央に開口を有するアパチャ10及び集光レンズ11が設けら
れる。アパチャ10及び集光レンズ11は対象物から得られ
る散乱光を光ファィバ12に与える。光ファイバ12は散乱
光を周波数測定回路部13の光電変換器14に与えるもので
ある。光電変換器14はこの散乱光を電気信号に変換して
AGC回路15に与える。AGC回路15は受信した散乱光のレベ
ルの変化が少なくなるように自動制御し、その増幅出力
を波形整形回路16に与えるものである。一方ハーフミラ
ー5,6で反射されたレーザ光はいずれもフォトダイオー
ド等の光電変換器17に与えられる。光電変換器17はこれ
らの周波数差の電気信号を出力するものであって、その
出力は基準信号として周波数測定回路13の波形整形回路
18に与えられる。波形整形回路16,18は夫々AGC出力及び
光電変換出力を方形波に変換するものであって、その出
力は周波数差検出回路20に与えられる。ここでハーフミ
ラー5,6及び光電変換器17はブラッグセル3,4に与えられ
る周波数差の信号を出力する駆動周波数検出手段を構成
している。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a laser light source 1 is a laser light source that emits monochromatic light, and uses, for example, a helium neon laser. The laser light emitted from the laser light source 1 is given to the beam splitter 2 and separated into first and second laser beams. Bragg cells 3 and 4 and half mirrors 5 and 6 are provided on the optical axes of the first and second laser beams. The Bragg cells 3 and 4 are driven by the Bragg cell driver 7 at different frequencies, for example, 81 MHz and 80 MHz, respectively, to change the frequency of the incident laser beam. Half mirror 5,6
The first and second laser beams that have passed through are given optical means,
In the present embodiment, the prisms 8 and 9 intersect at a predetermined point. Laser beams may be crossed using lenses instead of the prisms 8 and 9. In this position, as shown in FIG. 3, the object to be measured is moved in the Y-axis direction, that is, as shown in FIGS.
In the plane formed by the second laser beam, the angle θ formed by the first and second laser beams is moved in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction, which divides the angle θ equally into two. An aperture 10 having an opening at the center and a condenser lens 11 are provided at an intermediate portion between the prisms 8 and 9. The aperture 10 and the condenser lens 11 provide the scattered light obtained from the object to the optical fiber 12. The optical fiber 12 supplies the scattered light to the photoelectric converter 14 of the frequency measurement circuit unit 13. The photoelectric converter 14 converts this scattered light into an electric signal and
It is given to the AGC circuit 15. The AGC circuit 15 automatically controls the change in the level of the received scattered light to be small, and supplies the amplified output to the waveform shaping circuit 16. On the other hand, the laser beams reflected by the half mirrors 5 and 6 are both provided to a photoelectric converter 17 such as a photodiode. The photoelectric converter 17 outputs an electric signal having a difference between these frequencies, and its output is used as a reference signal as a waveform shaping circuit of the frequency measuring circuit 13.
Given to 18. The waveform shaping circuits 16 and 18 convert the AGC output and the photoelectric conversion output into a square wave, respectively, and the outputs are supplied to the frequency difference detection circuit 20. Here, the half mirrors 5 and 6 and the photoelectric converter 17 constitute driving frequency detecting means for outputting a signal of a frequency difference given to the Bragg cells 3 and 4.

さて第2図は周波数差検出回路20の詳細なブロック図
を示すものであって、波形整形回路16,18の出力は夫々
入力端子20a,20bより一対の立上り検出回路21,22に与え
られる。立上り検出回路21,22は入力信号の変化時点を
検出する第1,第2の変化点検出回路であって、同一の構
成を有しているため立上り検出回路21について説明す
る。立上り検出回路21は入力端子にD型フリップフロッ
プ23が接続され、そのQ出力がD型フリップフロップ2
4,25のD入力端及びクロック入力端に夫々与えられる。
フリップフロップ23,24のクロック入力端にクロック信
号源26から入力信号より充分速いクロックを有するクロ
ック信号が与えられている。フリップフロップ24の出
力はフリップフロップ25のクリア入力端に与えられ、フ
リップフロップ25のQ出力がRSフリップフロップ回路30
に与えられる。立上り検出回路22のフリップフロップ27
〜29についても同様の構成を有している。フリップフロ
ップ29のQ出力端がRSフリップフロップ回路30及び一致
検出回路31のアンド回路32に与えられている。一致検出
回路31は立上り検出回路21,22の出力の一致を検出する
ものであって、アンド回路31の出力は一定の動作時間を
有する単安定マルチバイブレータ(以下MMという)33に
与えられる。RSフリップフロップ回路30の入力端には入
力信号を夫々遅延させるためのインバータ34a,34b及び3
5a,35bとアンド回路36,37が設けられ、アンド回路36,37
の出力が夫々フリップフロップ38,39に与えられる。MM3
3の出力はアンド回路36,37にゲート信号として与えら
れている。フリップフロップ38,39は入力信号を反転さ
せるためのものであって、夫々の出力はナンド回路40
a,40bと共に構成されるRSフリップフロップ41の及び
入力として与えられる。そしてそのナンド回路40bの
出力(出力)がフリップフロップ38のクリア入力とし
て、又インバータ42を介してフリップフロップ39のクリ
ア入力として与えられている。さてこのRSフリップフロ
ップ41のQ及び出力は第1,第2の出力回路43,44に与
えられる。出力回路43,44は夫々アンド回路43a,44aから
構成され、立上り検出回路21及び22の出力及び一致検出
回路31の出力が出力回路43,44に与えられる。出力回路4
3,44は出力端子20c,20dよりこれらの論理積信号を周波
数差検出回路20の一対の信号として出力するものであ
る。
FIG. 2 is a detailed block diagram of the frequency difference detection circuit 20, and the outputs of the waveform shaping circuits 16 and 18 are supplied to a pair of rising detection circuits 21 and 22 from input terminals 20a and 20b, respectively. The rise detection circuits 21 and 22 are first and second change point detection circuits for detecting a change time point of the input signal, and have the same configuration. Therefore, the rise detection circuit 21 will be described. The rising detection circuit 21 has an input terminal connected to a D-type flip-flop 23 and its Q output connected to a D-type flip-flop 2.
4,25 D input terminals and clock input terminals, respectively.
A clock signal having a clock that is sufficiently faster than the input signal is provided from a clock signal source 26 to clock input terminals of the flip-flops 23 and 24. The output of the flip-flop 24 is given to the clear input terminal of the flip-flop 25, and the Q output of the flip-flop 25 is connected to the RS flip-flop circuit 30.
Given to. Flip-flop 27 of rising detection circuit 22
The same applies to ~ 29. The Q output terminal of the flip-flop 29 is given to the RS flip-flop circuit 30 and the AND circuit 32 of the coincidence detection circuit 31. The coincidence detection circuit 31 detects the coincidence of the outputs of the rise detection circuits 21 and 22. The output of the AND circuit 31 is supplied to a monostable multivibrator (hereinafter, referred to as MM) 33 having a constant operation time. At the input end of the RS flip-flop circuit 30, inverters 34a, 34b and 3 for delaying the input signal respectively are provided.
5a, 35b and AND circuits 36, 37 are provided, and AND circuits 36, 37
Are supplied to flip-flops 38 and 39, respectively. MM3
The output of 3 is provided to AND circuits 36 and 37 as gate signals. Flip-flops 38 and 39 are for inverting the input signal, and their outputs are NAND circuits 40 and 39, respectively.
a, 40b and are provided as inputs of an RS flip-flop 41. The output (output) of the NAND circuit 40b is provided as a clear input of the flip-flop 38 and as a clear input of the flip-flop 39 via the inverter 42. The Q and output of the RS flip-flop 41 are supplied to first and second output circuits 43 and 44. The output circuits 43 and 44 are composed of AND circuits 43a and 44a, respectively. The outputs of the rise detection circuits 21 and 22 and the output of the coincidence detection circuit 31 are supplied to the output circuits 43 and 44. Output circuit 4
Reference numerals 3 and 44 output the logical product signals of these signals from the output terminals 20c and 20d as a pair of signals of the frequency difference detection circuit 20.

次に本実施例の動作について説明する。まずレーザ光
源1より照射されたレーザ光はビームスプリッタ2によ
って第1,第2のレーザビームに分離される。そしてこの
レーザビームはブラッグセル3,4により夫々周波数がシ
フトされることとなる。そしてハーフミラー5,6を介し
て光電変換器17に与えられ、ヘテロダイン検波により光
電変換器17には第3図(a)に示すようにブラッグセル
の駆動周波数の差の周波数Fref、本実施例では1M Hzの
周波数の基準信号Aが得られる。この信号が基準入力と
して波形整形回路18を介して基準信号としてA′として
周波数差検出回路20に与えられる。一対のレーザビーム
はプリズム8,9によって検知領域50に照射される。第4
図は検知領域50、即ち一対のレーザビームの交差領域を
示す拡大図であり、交差領域では図示のようにレーザビ
ームの照射方向に平行な干渉縞が形成され、一定速度で
移動する。この検知領域に光の照射方向と垂直なY方向
に物体51を移動させる。このとき第1,第2のレーザビー
ムが成す角度をθとし、その波長をλとすると、検知領
域では所定の幅を有する干渉縞が形成される。この干渉
縞の間隔dfは次式(1)で示される。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, the laser light emitted from the laser light source 1 is split by the beam splitter 2 into first and second laser beams. The frequency of this laser beam is shifted by the Bragg cells 3 and 4, respectively. Then, the signal is given to the photoelectric converter 17 via the half mirrors 5 and 6, and is subjected to heterodyne detection. As shown in FIG. A reference signal A having a frequency of 1 MHz is obtained. This signal is supplied to the frequency difference detection circuit 20 as A 'as a reference signal via the waveform shaping circuit 18 as a reference input. The pair of laser beams are applied to the detection area 50 by the prisms 8 and 9. 4th
The figure is an enlarged view showing the detection region 50, that is, the intersection region of a pair of laser beams. In the intersection region, as shown, an interference fringe is formed parallel to the irradiation direction of the laser beam and moves at a constant speed. The object 51 is moved to the detection area in the Y direction perpendicular to the light irradiation direction. At this time, assuming that the angle formed by the first and second laser beams is θ and the wavelength is λ, an interference fringe having a predetermined width is formed in the detection area. The interval df of the interference fringes is represented by the following equation (1).

例えばレーザ光源1のレーザ光の波長を633nm,交差角
θを3.5゜とすると、干渉縞の間隔dfは約10μmとな
る。そして検知領域50ではこの干渉縞がブラッグセル3,
4に与えられる駆動信号の周波数を夫々80M Hz,81M Hzと
すると、その周波数差である1M Hzに相当する速度でY
軸方向に移動する。即ち干渉縞は10m/sの速さで移動す
ることとなる。従って検知領域50に被検出物体51が静止
している場合は、物体51から得られる散乱光の光電変換
出力は1M Hzの周波数成分を有している。又物体51がY
軸の正方向に移動すれば、その移動速度に対応して1M H
zより低い周波数の散乱光が得られることとなる。又物
体51がY軸の負方向に移動すれば、その移動方向に対応
して1M Hzより高い周波数の散乱光が得られることとな
る。この散乱光の信号(移動信号)をB、その周波数を
Fsgとすると、光電変換器14には第3図(b)に示すよ
うな移動信号が得られる。この信号がAGC回路15及び波
形整形回路16を介して移動信号B′として周波数差検出
回路20に与えられる。
For example, if the wavelength of the laser beam from the laser light source 1 is 633 nm and the crossing angle θ is 3.5 °, the interval df between the interference fringes is about 10 μm. And in the detection area 50, this interference fringe is a Bragg cell 3,
Assuming that the frequencies of the drive signals given to 4 are 80 MHz and 81 MHz, respectively, Y is determined at a speed corresponding to the frequency difference of 1 MHz.
Move in the axial direction. That is, the interference fringes move at a speed of 10 m / s. Therefore, when the detected object 51 is stationary in the detection area 50, the photoelectric conversion output of the scattered light obtained from the object 51 has a frequency component of 1 MHz. Also, object 51 is Y
If you move in the positive direction of the axis, 1M H
Scattered light having a frequency lower than z will be obtained. If the object 51 moves in the negative direction of the Y axis, scattered light having a frequency higher than 1 MHz is obtained corresponding to the moving direction. The scattered light signal (moving signal) is B, and its frequency is
If Fsg is set, a movement signal as shown in FIG. 3 (b) is obtained in the photoelectric converter 14. This signal is supplied to the frequency difference detection circuit 20 as the movement signal B 'via the AGC circuit 15 and the waveform shaping circuit 16.

さて立上り検出回路21,22には夫々第5図(a),
(b)に示すようにわずかに異なった周波数Fref,Fsgの
信号A′,B′が与えられる。この場合には立上り検出回
路21,22より第5図(c),(d)に示すように夫々の
立上りの時点で1クロック分の信号が出力される。この
信号がRSフリップフロップ回路30のインバータ34,アン
ド回路36又はインバータ35,アンド回路37を介してRSフ
リップフロップ41にセット入力及びリセット入力として
与えられる。そして立上り検出回路21の立下り時点であ
る時刻t1にRSフリップフロップ41がセットされ、立上り
検出回路22の立下り時点t2でこのフリップフロップ41が
リセットされる信号が出力される。従ってRSフリップフ
ロップ41はこれによってセット及びリセットされ、その
Q及び出力端には第5図(e),(f)に示すような
信号が出力されることとなる。
Now, the rise detection circuits 21 and 22 are respectively shown in FIG.
As shown in (b), signals A 'and B' having slightly different frequencies Fref and Fsg are provided. In this case, as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d), signals for one clock are output from the rising edge detection circuits 21 and 22 at each rising edge. This signal is supplied as a set input and a reset input to the RS flip-flop 41 via the inverter 34, the AND circuit 36 or the inverter 35 and the AND circuit 37 of the RS flip-flop circuit 30. The RS flip-flop 41 at time t 1 is a falling time point of the rising edge detection circuit 21 is set, signal the flip-flop 41 at the falling time t 2 of the rising edge detection circuit 22 is reset is output. Accordingly, the RS flip-flop 41 is set and reset by this, and the signal as shown in FIGS. 5 (e) and 5 (f) is output to its Q and output terminal.

さて検知領域50を被測定物体がY軸の負方向に移動し
ており、移動信号Bの周波数Fsgが1M Hzより高く、第5
図に示すようにその周期が長い場合には、時刻t3に示す
ように、立上り検出回路22の出力でRSフリップフロップ
41がリセットされた後、立上り検出回路21の出力により
再びセットされる時刻t4までの間に立上り検出回路22よ
り第5図(d)に示すようなパルス信号pが出力される
ことがある。この場合にはフリップフロップ41の出力
により立上り検出回路22の出力が出力回路44に与えられ
る。従ってこの信号によって出力回路44を介して第5図
(b)に示すような出力パルスpが出力されることとな
る。このパルスは入力信号A,Bの周波数差に対応したタ
イミングを有している。即ち入力信号A,Bの周波数がFre
f>Fsgの場合には、出力回路43より1周期ずれる毎にパ
ルス、即ちFref−Fsgの周波数信号が得られ、2つの周
波数がFref<Fsgの場合には、出力回路44より1周期ず
れる毎に1パルス、即ちFsg−Frefの周波数信号が得ら
れることとなる。
Now, the measured object is moving in the negative direction of the Y axis in the detection area 50, and the frequency Fsg of the moving signal B is higher than 1 MHz, and the fifth
The, as shown at time t 3 when its period as shown in FIG. Long, RS flip-flop at the output of the rising detection circuit 22
After 41 has been reset, there is a pulse signal p shown in FIG. 5 (d) from the rising edge detection circuit 22 is output until time t 4 when the set again by the output of the rising detection circuit 21 . In this case, the output of the rise detection circuit 22 is given to the output circuit 44 by the output of the flip-flop 41. Therefore, an output pulse p as shown in FIG. 5 (b) is output through the output circuit 44 by this signal. This pulse has a timing corresponding to the frequency difference between the input signals A and B. That is, the frequencies of the input signals A and B are Fre
When f> Fsg, a pulse, that is, a frequency signal of Fref−Fsg, is obtained every time the output circuit 43 is shifted by one cycle, and when two frequencies are Fref <Fsg, each time the output circuit 43 is shifted by one cycle. , A frequency signal of Fsg-Fref is obtained.

次に立上り検出回路21,22からの出力信号が一致する
場合がある。このときには立上り検出回路21,22の出力
を直接RSフリップフロップ41に与えればその出力は不定
となり、いずれかの出力回路43,44より出力が現れる可
能性がある。このような出力を禁止するために一致検出
回路31が設けられている。第6図はその動作を示す図で
ある。立上り検出回路21,22より第6図(a),(b)
に示すような信号がRSフリップフロップ回路30に与えら
れた場合には、時刻t5には立上り検出回路21の立下りに
よってRSフリップフロップ31がセットされ、立上り検出
回路22の立下りによって時刻t6にRSフリップフロップ41
がリセットされるように動作する。さて時刻t7〜t8の間
に立上り検出回路21,22より同時に出力が与えられる
と、一致検出回路31のアンド回路32によってその一致が
検出されMM33が一定時間動作する。従って一致検出回路
31より第6図(d)に示すような信号が得られ、この信
号によってアンド回路36,37によるフリップフロップ38,
39への入力が禁止される。又一致検出回路31の出力によ
り出力回路43,44に禁止入力が与えられる。従ってこの
ときには出力回路44より出力が与えられない。そしてRS
フリップフロップ41はリセット状態を保つため、次に立
上り検出回路22より信号が与えられる時刻t9〜t10には
第6図(e)に示すようなパルスが出力されることとな
ってミスカウントが防止できることとなる。
Next, the output signals from the rise detection circuits 21 and 22 may coincide. At this time, if the outputs of the rise detection circuits 21 and 22 are directly supplied to the RS flip-flop 41, the output is undefined, and there is a possibility that the output appears from one of the output circuits 43 and 44. A coincidence detection circuit 31 is provided to inhibit such output. FIG. 6 is a diagram showing the operation. 6 (a) and 6 (b) from the rise detection circuits 21 and 22
When the signal shown in the given RS flip-flop circuit 30, at time t 5 is set RS flip-flop 31 by the falling of the rising edge detection circuit 21, the time by the falling of the rising edge detection circuit 22 t RS flip-flop 41 to 6
Works as if they were reset. Now the same time the output from the rising edge detection circuit 21, 22 between times t 7 ~t 8 is given, the AND circuit 32 that matches the is detected MM33 coincidence detection circuit 31 is operated a certain time. Therefore, the match detection circuit
A signal as shown in FIG. 6 (d) is obtained from 31. By this signal, the flip-flop 38,
Input to 39 is prohibited. Also, the output of the coincidence detection circuit 31 provides an inhibition input to the output circuits 43 and 44. Therefore, at this time, no output is given from the output circuit 44. And RS
Since the flip-flop 41 to maintain the reset state, then miss the time t 9 ~t 10 the signal from the rising edge detection circuit 22 is supplied become the pulse as shown in Figure No. 6 (e) is output count Can be prevented.

こうすれば周波数差検出回路20から得られる出力によ
って検知領域50を通過す物体51の移動状態を検知するこ
とができる。即ち第3図に示すようにいずれかの出力回
路43,44から得られる1つのパルスは夫々10μmの物体
の移動に対応しているため、その移動距離に相当するパ
ルス数を計数することによって移動距離が得られる。又
周波数差検出回路20の出力側にカウンタを設ければ夫々
のカウンタの計数値をNとすると、移動距離Lはdf×N
で示される。又この距離移動した時間をTとすると、そ
の距離Lの時間Tで除算することによって物体の移動速
度Vを得ることができる。
In this case, the movement state of the object 51 passing through the detection area 50 can be detected by the output obtained from the frequency difference detection circuit 20. That is, as shown in FIG. 3, since one pulse obtained from one of the output circuits 43 and 44 corresponds to the movement of an object of 10 μm each, the movement is performed by counting the number of pulses corresponding to the movement distance. The distance is obtained. If counters are provided on the output side of the frequency difference detection circuit 20, if the count value of each counter is N, the moving distance L is df × N
Indicated by Further, assuming that the time of moving the distance is T, the moving speed V of the object can be obtained by dividing the time of the distance L by the time T.

このような本発明によれば、物体の移動距離を非接触
で直接高精度に測定することができる。又その移動方向
及び移動速度も同時に識別することができる。
According to the present invention, the moving distance of the object can be directly measured with high accuracy without contact. Further, the moving direction and the moving speed can be identified at the same time.

尚本実施例ではハーフミラー5,6より得られるレーザ
ビームの周波数差を光電変換器17によってヘテロダイン
検波することによって基準周波数の信号を得るようにし
ているが、プラッグセルドライバ7から直接その周波数
差の信号を出力するようにしてもよい。
In this embodiment, the signal of the reference frequency is obtained by heterodyne detection of the frequency difference between the laser beams obtained from the half mirrors 5 and 6 by the photoelectric converter 17. A difference signal may be output.

次に本願の第2実施例によるレーザ距離測定装置につ
いて第7図を参照しつつ説明する、本実施例において第
1実施例と同一部分は同一符号を付しており、その詳細
は構成を省略する。本実施例においてもレーザ光源1の
レーザ光をビームスプリッタ2によって分離し、ブラッ
グセル3,4とブラッグセルドライバ7によってその周波
数を異ならせるようにしている。さてハーフミラー5の
光軸上にミラー61を設け第1のレーザビームを反射させ
てハーフミラー62に照射するようにしている。又ハーフ
ミラー62を通過した第2のレーザビームはそのまま測定
領域に照射され、第2のレーザビームの光軸上を移動す
る物体64からの反射光が集光レンズ63を介してハーフミ
ラー62に戻される。そして反射光の1部がハーフミラー
62によって反射される。従って第1のレーザビームと反
射光の周波数の差が光電変換器14によりヘテロダイン検
波されることとなる。又ハーフミラー5,6で反射された
レーザビームは光電変換器17に与えられ、ブラッグセル
ドライバ7の駆動周波数の差の周波数信号が基準信号と
して波形整形回路18に与えられる。光電変換器14,17の
出力に基づいて周波数差を検出する検出回路の構成及び
動作は前述した第1実施例と同様である。
Next, a laser distance measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the details are omitted. I do. Also in the present embodiment, the laser light of the laser light source 1 is split by the beam splitter 2, and the frequencies thereof are made different by the Bragg cells 3, 4 and the Bragg cell driver 7. Now, a mirror 61 is provided on the optical axis of the half mirror 5 so that the first laser beam is reflected and irradiated to the half mirror 62. The second laser beam that has passed through the half mirror 62 is irradiated onto the measurement area as it is, and the reflected light from the object 64 moving on the optical axis of the second laser beam is transmitted to the half mirror 62 via the condenser lens 63. Will be returned. And part of the reflected light is a half mirror
Reflected by 62. Therefore, the difference between the frequencies of the first laser beam and the reflected light is heterodyne-detected by the photoelectric converter 14. The laser beams reflected by the half mirrors 5 and 6 are supplied to a photoelectric converter 17, and a frequency signal of a difference between the driving frequencies of the Bragg cell driver 7 is supplied to a waveform shaping circuit 18 as a reference signal. The structure and operation of the detection circuit for detecting the frequency difference based on the outputs of the photoelectric converters 14 and 17 are the same as those in the first embodiment.

本実施例では第2のレーザビームの照射方向であるX
軸方向に移動する物体の移動距離を測定することができ
る。この場合には前述した(1)式においてθが約180
゜となるため干渉縞に相当する間隔dfはλ/2、即ち約0.
3μmとなり、移動距離の分解能を向上させることがで
きる。
In this embodiment, X is the irradiation direction of the second laser beam.
The moving distance of the object moving in the axial direction can be measured. In this case, in equation (1), θ is about 180.
Since ゜, the interval df corresponding to the interference fringes is λ / 2, that is, about 0.
3 μm, and the resolution of the moving distance can be improved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

このため本発明のレーザ距離測定装置によれば、物体
とは非接触でしかも高精度で物体の移動距離を測定する
ことができる。又本発明では、このレーザ距離測定装置
のレーザビームに照射方向とは垂直方向に移動する物体
の移動距離を測定することができるため、金属薄板等の
長尺の物体の移動距離を連続して測定することができ
る。そして物体の移動速度が大幅に変化する場合には、
光電変換器に得られる出力周波数もそれに対応し変化す
る。しかし周波数差検出回路は全てデジタル回路で構成
されているため、その構成を入力周波数に対応させて変
化することがなく、第1又は第2の出力端からの出力パ
ルスを計数することによって移動距離及び移動方向を同
時に測定することが可能となる。
Therefore, according to the laser distance measuring device of the present invention, it is possible to measure the moving distance of the object without contacting the object and with high accuracy. Further, in the present invention, since the moving distance of an object moving in the direction perpendicular to the irradiation direction with the laser beam of the laser distance measuring device can be measured, the moving distance of a long object such as a thin metal plate can be continuously measured. Can be measured. And when the moving speed of the object changes greatly,
The output frequency obtained by the photoelectric converter also changes correspondingly. However, since the frequency difference detection circuit is entirely composed of a digital circuit, its configuration does not change in accordance with the input frequency, and the distance traveled by counting output pulses from the first or second output terminal. And, it becomes possible to measure the moving direction at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例によるレーザ距離測定装置の
全体構成を示すブロック図、第2図は周波数差検出回路
の構成を示す回路図、第3図及び第5図はその動作を示
すタイムチャート、第4図は本実施例の検知領域を示す
拡大図、第6図は一致検出回路の動作を示すタイムチャ
ート、第7図は本願の第2実施例によるレーザ距離測定
装置を示すブロック図である。 1……レーザ光源、2……ビームスプリッタ、3,4……
ブラッグセル、5,6,62……ハーフミラー、7……ブラッ
グセルドライバ、8,9……プリズム、10……アパチャ、1
1……集光レンズ、14,17……光電変換器、16,18……波
形整形回路、20……周波数差検出回路、21,22……立上
り検出回路、30……RSフリップフロップ回路、31……一
致検出回路、33……単安定マルチバイブレータ(MM)、
41……RSフリップフロップ、43,44……出力回路、50…
…検知領域
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a laser distance measuring device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of a frequency difference detection circuit, and FIGS. 3 and 5 show the operation thereof. FIG. 4 is an enlarged view showing the detection area of the present embodiment, FIG. 6 is a time chart showing the operation of the coincidence detecting circuit, and FIG. 7 is a block diagram showing a laser distance measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 1 ... laser light source, 2 ... beam splitter, 3,4 ...
Bragg cell, 5, 6, 62… Half mirror, 7… Bragg cell driver, 8, 9… Prism, 10… Aperture, 1
1… Condenser lens, 14,17… Photoelectric converter, 16,18 …… Waveform shaping circuit, 20 …… Frequency difference detection circuit, 21,22… Rising detection circuit, 30 …… RS flip-flop circuit, 31: Match detection circuit, 33: Monostable multivibrator (MM),
41 …… RS flip-flop, 43,44 …… Output circuit, 50…
… Detection area

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光源と、 前記レーザ光を第1,第2のレーザビームに分離するビー
ムスプリッタと、 前記分離された少なくとも一方のレーザビームの周波数
をシフトさせるブラッグセルと、 前記ブラッグセルを介して得られる第1,第2のレーザビ
ームを一点で交差せしめる光学手段と、 前記第1,第2のレーザビームの交差領域を第1,第2のレ
ーザビームでなす面内でレーザビームでなす角の2等分
線と垂直方向に通過する物体からの散乱光を電気信号に
変換する光電変換器と、 前記ブラッグセルに与えられる周波数差の信号を出力す
る駆動周波数検出手段と、 前記駆動周波数検出手段より得られる基準入力信号及び
前記光電変換器より得られる光電変換信号の変化時点を
夫々検出する第1,第2の変化点検出回路、前記第1,第2
の変化点検出回路の出力がセット及びリセット入力とし
て与えられるRSフリップフロップ回路、前記第1,第2の
変化点検出回路の信号の一致を検出する一致検出回路、
前記RSフリップフロップ回路の相異なる出力、前記第1
又は第2の変化点検出回路の出力及び前記一致検出回路
の出力が夫々与えられ、その一致時に信号を出力する第
1,第2の出力回路、を有する周波数差検出回路と、を具
備し、 前記周波数差検出回路の第1,第2の出力回路より得られ
る出力パルスに基づいて前記物体の移動距離を測定する
ことを特徴とするレーザ距離測定装置。
A laser beam source; a beam splitter for separating the laser beam into first and second laser beams; a Bragg cell for shifting a frequency of at least one of the separated laser beams; An optical means for causing the obtained first and second laser beams to intersect at a single point; and an angle formed by the laser beam in a plane formed by the first and second laser beams in an intersection region of the first and second laser beams. A photoelectric converter that converts scattered light from an object passing in the direction perpendicular to the bisector of the optical signal into an electric signal, a driving frequency detecting unit that outputs a signal of a frequency difference given to the Bragg cell, and the driving frequency detecting unit A first and a second change point detection circuit for detecting a change time point of a reference input signal obtained from the photoelectric conversion signal and a change time point of the photoelectric conversion signal obtained by the photoelectric converter;
An RS flip-flop circuit in which the output of the change point detection circuit is provided as a set and reset input, a match detection circuit for detecting a match between the signals of the first and second change point detection circuits,
Different outputs of the RS flip-flop circuit;
Alternatively, the output of the second change point detection circuit and the output of the coincidence detection circuit are respectively provided, and a signal is output when the coincidence occurs.
A frequency difference detection circuit having a first output circuit and a second output circuit, wherein the moving distance of the object is measured based on output pulses obtained from the first and second output circuits of the frequency difference detection circuit. A laser distance measuring device characterized by the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102119984B1 (en) * 2018-12-19 2020-06-05 주식회사 포스코 Laser measuring method and laser measuring apparatus

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