JP3724162B2 - レーザ走査装置及び形状測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ走査装置及び形状測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、形状計測を行うべき対象物へレーザ光を照射し且つ対象物で反射するレーザ光を受光して、レーザ光の出射から受光までに要した時間に基づきレーザ光出射位置に対するレーザ光反射位置の距離を求めることを、対象物の多数箇所に対して行い、対象物の微細な凹凸形状を計測することが実施されている。
【0003】
このような対象物の形状計測では、レーザ発振器から出射されるレーザ光を対象物に照射する手段にガルバノメータ等によって角度が調整されるミラーを用い、レーザ発振器からのレーザ光を任意の位置に固定したミラーで反射して対象物に照射し、レーザ光の出射から受光までに要した時間に基づいた距離計測を行い、その後、ミラー角度を順次変えてレーザ光を走査させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガルバノメータによるミラーの回動範囲が狭いため、レーザ光を広範囲にわたって高速で走査させることがむずかしい。
【0005】
また、ミラー角度を順次変えるのにあたり、ガルバノメータ等によるミラーの回動が停止するときの慣性に起因したミラーの振動が収まるまでの待機時間が必要であるため、走査時間が長い。
【0006】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、レーザ光の走査が効率よく行えるレーザ走査装置及び形状測定装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載したレーザ走査装置では、レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第1のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第2のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第1の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第2の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第1のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第2のサーボモータを作動させるモータコントローラとを備えている。
【0008】
また、本発明の請求項2に記載した形状測定装置では、レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第1のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第2のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第1の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第2の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第1のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第2のサーボモータを作動させるモータコントローラと、時間カウント信号を出力する時間カウンタと、レーザ発振器に対するトリガ信号を時間カウンタからの時間カウント信号に基づき出力するレーザトリガと、対象物で反射するレーザ光を受光した際に受光信号を出力する受光検出器と、受光検出器からの受光信号、第1の位置検出器からの回動位置検出信号、第2の位置検出器からの回動位置検出信号、及び時間カウンタからの時間カウント信号に基づき対象物の凹凸を計測するCPUとを備えている。
【0009】
本発明の請求項1に記載のレーザ走査装置及び本発明の請求項2に記載の形状測定装置のいずれにおいても、レーザ光を対象物へ照射する回動ミラーを、第1のサーボモータによってレーザ発振器からのレーザ光の光軸を中心に回動させるとともに、第2のサーボモータによってレーザ発振器からのレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心に回動させて、レーザ光を広範囲にわたって連続的に高速走査する。
【0010】
本発明の請求項2に記載の形状測定装置においては、第1の位置検出器及び第2の位置検出器からの回動位置検出信号に基づき、対象物のレーザ光反射位置を求め、レーザ光反射位置を検知し、且つ時間カウント信号を同時に検知することによりレーザ光反射位置までの距離計測を高速処理する。
【0011】
また、回動ミラーを回動させる第1のサーボモータ及び第2のサーボモータを、モータコントローラで制御し、CPUの負担を軽減する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0013】
図1は本発明のレーザ走査装置の実施の形態の一例を適用した形状測定装置を示すものである。
【0014】
レーザ走査装置は、レーザ発振器1から出射されるレーザ光Lが反射面に斜入射し且つレーザ光Lを対象物17へ照射し得る回動ミラー2と、レーザ光Lの光軸(X軸)を中心として回動ミラー2を回動させる第1のサーボモータ3と、レーザ光Lの光軸に直交する軸(Y軸)を中心として回動ミラー2を回動させる第2のサーボモータ4と、X軸を中心とした回動ミラー2の回動位置を検出する第1の位置検出器5と、Y軸を中心とした回動ミラー2の回動位置を検出する第2の位置検出器6と、外部から入力されるX軸を中心とした回動ミラー2の回動データ及びY軸を中心とした回動ミラー2の回動データに基づき各サーボモータ3,4を作動させるモータコントローラ7とを備えている。
【0015】
第1のサーボモータ3及び第2のサーボモータ4のそれぞれの回動軸9,10は、90°の範囲で回動し得るようになっている。
【0016】
第1のサーボモータ3の本体部分は、回動軸9がX軸に同軸に位置し且つレーザ発振器1に対して変位しないように該レーザ発振器1の前方に設けた固定架台(図示せず)に装着されている。
【0017】
第1のサーボモータ3の回動軸9の先端部分には、回動架台8が取り付けられている。
【0018】
第2のサーボモータ4の本体部分は、回動軸10がY軸に同軸に位置するように前記の回動架台8に装着されている。
【0019】
また、回動ミラー2は、反射面にレーザ発振器1から出射されるレーザ光Lが斜入射し得るように、第2のサーボモータ4の回動軸10の先端部分に取り付けられている。
【0020】
第1の位置検出器5及び第2の位置検出器6には、エンコーダが用いられている。
【0021】
第1の位置検出器5は、第1のサーボモータ3の回動軸9の回動位置を検出して、回動位置検出信号11を出力するようになっている。
【0022】
第2の位置検出器6は、第2のサーボモータ4の回動軸10の回動位置を検出して、回動位置検出信号12を出力するようになっている。
【0023】
モータコントローラ7は、外部から入力されるX軸を中心とした回動ミラー2の回動データ信号(波形信号)13及びY軸を中心とした回動ミラー2の回動データ信号(波形信号)14を保持し、回動データ信号13に基づき第1のサーボモータ3を作動させる指令信号15と回動データ信号14に基づき第2のサーボモータ4を作動させる指令信号16とを出力するように構成されている。
【0024】
このレーザ走査装置を用いて対象物17へのレーザ光Lの走査を行う際には、サーボモータ3,4の回動軸9,10が対象物17に略平行となるようにレーザ走査装置を位置させる。
【0025】
次いで、レーザ発振器1を作動させると、該レーザ発振器1から出斜されるレーザ光Lが回動ミラー2の反射面に斜入射し、該反射面から対象物17へ向ってレーザ光Lが照射されることになる。
【0026】
また、モータコントローラ7に回動データ信号13,14を入力すると、該回動データ信号13,14に応じた指令信号15,16がそれぞれのサーボモータ3,4に対して出力され、第1のサーボモータ3によって、回動架台8とともに第2のサーボモータ4及び回動ミラー2がX軸を中心に90°の範囲で回動し、第2のサーボモータ4によって、回動ミラー2がY軸を中心に90°の範囲で回動する。
【0027】
この回動ミラー2のY軸を中心とした回動及びX軸を中心とした回動により、対象物17におけるレーザ光反射位置が二点鎖線で示すように、X軸方向へ進行しつつY軸方向に往復動して、対象物17へのレーザ光Lの走査が連続的に行われることになる。
【0028】
このとき、第1の位置検出器5は、第1のサーボモータ3の回動軸9の回動位置を検出して回動位置検出信号11を出力し、第2の位置検出器6は、第2のサーボモータ4の回動軸10の回動位置を検出して回動位置検出信号12を出力する。
【0029】
よって、レーザ発振器1から出射されるレーザ光Lの光軸に対する対象物17の垂直距離を予め把握しておけば、当該垂直距離と、それぞれの位置検出器5,6からの回動位置検出信号11,12とに基づいて、対象物17のレーザ光反射位置を求めることができる。
【0030】
このように、上述したレーザ走査装置では、レーザ光Lを対象物17へ照射する回動ミラー2を、90°の範囲で回動可能な回動軸9を有する第1のサーボモータ3でレーザ発振器1からのレーザ光Lの光軸を中心として回動させるとともに、90°の範囲で回動可能な回動軸10を有する第2のサーボモータ4でレーザ発振器1からのレーザ光Lの光軸に直交する軸を中心として回動させるので、レーザ光Lを広範囲にわたって連続的に高速走査させることができ、よって、対象物17へのレーザ光Lの走査に要する時間の短縮が図られる。
【0031】
更に、形状測定装置は、上述したレーザ走査装置に加えて、時間カウンタ18と、レーザトリガ19と、固定ミラー20と、受光検出器21と、CPU(演算器)22と、モニタ23とを備えている。
【0032】
時間カウンタ18は、予め設定された微小時間ごとに時間カウント信号24を出力するようになっている。
【0033】
レーザトリガ19は、レーザ発振器1に対するトリガ信号25を、時間カウンタ18から時間カウント信号24に応じて出力するように構成されている。
【0034】
固定ミラー20は、レーザ発振器1と回動ミラー2との間において、レーザ発振器1から出射されるレーザ光Lの光路上に位置している。
【0035】
この固定ミラー20は、レーザ発振器1からのレーザ光Lを透過させ、対象物から回動ミラー2に入射してレーザ発振器1へ向うレーザ光Lを側方へ反射させるようになっている。
【0036】
受光検出器21は、受光部に固定ミラー20で反射される対象物17からのレーザ光Lが入射し得るように、レーザ発振器1からのレーザ光Lの光路の側方に配置されている。
【0037】
この受光検出器21は、受光部にレーザ光Lが入射した際に、受光信号26を出力するように構成されている。
【0038】
CPU22は、時間カウンタ18からの時間カウント信号24、受光検出器21からの受光信号26、及びそれぞれの位置検出器5,6からの回動位置検出信号11,12に基づき対象物17の凹凸を計測する形状計測機能を具備している。
【0039】
また、CPU22は、先に述べたモータコントローラ7に対して回動データ信号13,14を出力するようになっている。
【0040】
このCPU22では、時間カウンタ18からの時間カウント信号24と、受光検出器21からの受光信号26とに応じて、レーザ光Lがレーザ発振器1より出射され且つ対象物17で反射して受光検出器21に入射するまでに要した時間が計測され、当該時間に基づいて、回動ミラー2に対する対象物17のレーザ光反射位置の距離が求められる。
【0041】
これと同時に、予め把握したレーザ発振器1から出射されるレーザ光Lの光軸に対する対象物17の垂直距離と、位置検出器5,6からの回動位置検出信号11,12とに基づき、対象物17のレーザ光反射位置が求められる。
【0042】
更に、回動ミラー2に対する対象物17のレーザ光反射位置の距離と、対象物17のレーザ光反射位置とに基づき、対象物17の凹凸が計測される。
【0043】
モニタ23は、CPU22から出力される形状計測信号27により、対象物17の凹凸を画像表示するようになっている。
【0044】
このように、上述した形状測定装置では、第1の位置検出器5及び第2の位置検出器6からの回動位置検出信号に基づいて、対象物17のレーザ光反射位置を求めるので、レーザ光反射位置を常時検知することができ、また、回動ミラー2を回動させる第1のサーボモータ3及び第2のサーボモータ4を、モータコントローラ7で制御するのでCPU22の負担を軽減することができる。
【0045】
なお、本発明のレーザ走査装置及び形状測定装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【0046】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のレーザ走査装置及び形状測定装置によれば下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【0047】
(1)本発明の請求項1に記載したレーザ走査装置及び本発明の請求項2に記載した形状測定装置のいずれにおいても、レーザ光を対象物へ照射する回動ミラーを、第1のサーボモータでレーザ発振器からのレーザ光の光軸を中心として回動させるとともに、第2のサーボモータでレーザ発振器からのレーザ光の光軸に対して交差する方向に延びる軸を中心として回動させるので、レーザ光を広範囲にわたって連続的に高速走査することができる。
【0048】
(2)本発明の請求項2に記載した形状測定装置では、第1の位置検出器及び第2の位置検出器からの回動位置検出信号に基づいて、対象物のレーザ光反射位置を求めるので、レーザ光反射位置を常時検知することができる。
【0049】
(3)本発明の請求項2に記載した形状測定装置では、回動ミラーを回動させる第1のサーボモータ及び第2のサーボモータをモータコントローラで制御するので、CPUの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザ走査装置の実施の形態の一例を適用した形状測定装置を示す概念図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器
2 回動ミラー
3 第1のサーボモータ
4 第2のサーボモータ
5 第1の位置検出器
6 第2の位置検出器
7 モータコントローラ
11,12 回動位置検出信号
13,14 回動データ信号
17 対象物
18 時間カウンタ
19 レーザトリガ
21 受光検出器
22 CPU
24 時間カウント信号
25 トリガ信号
26 受光信号
Claims (2)
- レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第1のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第2のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第1の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第2の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第1のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第2のサーボモータを作動させるモータコントローラとを備えてなることを特徴とするレーザ走査装置。
- レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第1のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第2のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第1の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第2の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第1のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第2のサーボモータを作動させるモータコントローラと、時間カウント信号を出力する時間カウンタと、レーザ発振器に対するトリガ信号を時間カウンタからの時間カウント信号に基づき出力するレーザトリガと、対象物で反射するレーザ光を受光した際に受光信号を出力する受光検出器と、受光検出器からの受光信号、第1の位置検出器からの回動位置検出信号、第2の位置検出器からの回動位置検出信号、及び時間カウンタからの時間カウント信号に基づき対象物の凹凸を計測するCPUとを備えてなることを特徴とする形状測定装置。
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