JP5932371B2 - Shape measuring device - Google Patents
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Description
この発明は、対象物の形状を測定する形状測定装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring apparatus that measures the shape of an object.
対象物に光を当て、その反射を受光して、反射点までの距離を測定することにより、対象物の形状を測定する形状測定装置がある。形状測定装置は、レーザ光のようにビームの狭い光を放射し、光を放射する方向を変化させて、一次元あるいは二次元の範囲を走査することにより、反射点の位置を変え、対象物の形状を測定する。
光を走査させる方式には、例えば微小電気機械素子(MEMS)によって構成された微小ミラー(MEMSミラー)を用いる方式などがある。
There is a shape measuring device that measures the shape of an object by applying light to the object, receiving the reflection, and measuring the distance to the reflection point. The shape measuring device emits light with a narrow beam like laser light, changes the direction of light emission, scans a one-dimensional or two-dimensional range, changes the position of the reflection point, and Measure the shape.
As a method for scanning light, for example, there is a method using a micro mirror (MEMS mirror) constituted by a micro electromechanical element (MEMS).
上述のような形状測定装置では、光を放射した方向と、反射点までの距離とに基づいて、反射点の座標を算出する。このため、光を放射した方向を正確に知る必要がある。
例えば、MEMSミラーは、逆起電力を測定することによりミラーの向きを知る技術がある。しかし、湿度や温度などの条件によりMEMSミラーの共振周波数が変化することから、正しい向きを知るのは困難である。
In the shape measuring apparatus as described above, the coordinates of the reflection point are calculated based on the direction in which the light is emitted and the distance to the reflection point. For this reason, it is necessary to accurately know the direction in which light is emitted.
For example, a MEMS mirror has a technique for knowing the orientation of the mirror by measuring the back electromotive force. However, since the resonant frequency of the MEMS mirror changes depending on conditions such as humidity and temperature, it is difficult to know the correct orientation.
この発明は、例えば、光を放射した方向を正確に知ることにより、対象物の形状を正確に測定することを目的とする。 An object of the present invention is to accurately measure the shape of an object, for example, by accurately knowing the direction in which light is emitted.
この発明にかかる形状測定装置は、発光部と、走査部と、受光部と、第一基準部と、第二基準部と、基準算出部と、方向算出部とを有し、
上記発光部は、光を放射し、
上記走査部は、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させ、
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光し、
上記第一基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記走査部が走査させた光を反射し、
上記第二基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記第一基準部に隣接し、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部よりも小さく、
上記基準算出部は、上記受光部が受光した反射光の強度が所定の閾値をまたいで変化した時刻のうち少なくともいずれかの時刻を、上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した境界時刻であると判定し、
上記方向算出部は、上記基準算出部が判定した上記境界時刻に基づいて、上記走査部が走査させた光を反射した反射点の方向を算出することを特徴とする。
The shape measuring device according to the present invention includes a light emitting unit, a scanning unit, a light receiving unit, a first reference unit, a second reference unit, a reference calculation unit, and a direction calculation unit,
The light emitting unit emits light,
The scanning unit bends the traveling direction of light emitted from the light emitting unit, scans within a predetermined range,
The light receiving unit receives reflected light reflected by the light scanned by the scanning unit,
The first reference part is located within a range in which the scanning unit scans light, reflects the light scanned by the scanning unit,
The second reference unit is located within a range in which the scanning unit scans light, is adjacent to the first reference unit, and has a reflectance for reflecting the light scanned by the scanning unit toward the light receiving unit. Smaller than the first reference part,
The reference calculation unit determines at least one of the times when the intensity of the reflected light received by the light receiving unit has changed over a predetermined threshold, and the boundary between the first reference unit and the second reference unit is It is determined that it is the boundary time scanned in a certain direction,
The direction calculating unit calculates a direction of a reflection point reflecting the light scanned by the scanning unit based on the boundary time determined by the reference calculating unit.
この発明にかかる形状測定装置によれば、光を放射した方向を正確に知ることができるので、対象物の形状を正確に測定することができる。 According to the shape measuring apparatus according to the present invention, the direction in which light is emitted can be accurately known, so that the shape of the object can be accurately measured.
実施の形態1.
実施の形態1について、図1〜図6を用いて説明する。
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、この実施の形態における形状測定装置80の全体構成の一例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the overall configuration of the
形状測定装置80(レーザ画像計測装置、レーザ式車両検知器)は、レーザ光などの光を放射し、放射した光が反射して戻ってきた反射光を検出することにより、放射した光を反射した反射点までの距離を測定する。形状測定装置80は、光を放射する方向を変えることにより、反射点を移動させ、形状測定装置80が光を放射する方向に存在する物体(対象物)の二次元あるいは三次元形状を測定する。形状測定装置80が測定した物体の形状は、例えば、三次元画像処理装置などによって処理される。三次元画像処理装置は、例えば、反射点までの距離と走査方向とに基づいて、三次元画像を生成する。
形状測定装置80は、発光部10と、走査部20と、受光部30と、方向測定部61と、位相検波部62と、基準算出部63と、方向算出部64と、距離算出部65とを有する。
The shape measuring device 80 (laser image measuring device, laser type vehicle detector) emits light such as laser light, and reflects the emitted light by detecting the reflected light that is reflected and returned. Measure the distance to the reflected point. The
The
発光部10は、所定の方向へ向けて光を放射する。例えば、発光部10は、所定の周波数の正弦波信号によって連続波変調(CW変調)されたレーザ光を放射する。発光部10は、例えば、基準信号発生部と、レーザ光送信部とから構成される。基準信号発生部は、発振器と、分配器とから構成される。レーザ光送信部は、レーザ装置と、変調器とを有する。発振器は、基準となる正弦波の変調信号を発生する。分配器は、発振器が発生させた変調信号を2つに分岐する。分配器が分岐した変調信号の1つは変調器に入力され、もう1つは位相検波部62に入力される。レーザ装置は、所定の波長のレーザ光を発生する。変調器は、発振器が発生し分配器から入力した変調信号に基づいて、レーザ装置が発生したレーザ光に対して変調をかける。
The
走査部20(レーザ光走査部)は、発光部10が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させる。例えば、走査部20が光を走査させる範囲は、例えば、線状である。すなわち、走査部20は、発光部10が放射した光により、所定の一次元の範囲内を走査させる。走査部20は、例えば、レーザ走査光学系(レーザ光走査光学系)を有する。レーザ走査光学系は、ビーム形状を整形し、空間中にレーザ光を照射・走査する。レーザ走査光学系は、レーザ光を一次元走査する。例えば、走査部20は、MEMSミラーと、ミラー駆動回路とを有する。MEMSミラーは、微小電気機械素子によって構成された鏡である。MEMSミラーは、駆動信号により、角度を変えることができる。ミラー駆動回路は、MEMSミラーに駆動信号を加えて、MEMSミラーを所定の周波数で往復運動させる。MEMSミラーは、発光部10が放射した光を反射する。MEMSミラーがミラー駆動回路によって駆動され、MEMSミラーの角度が変化することにより、MEMSミラーが反射した光の進行方向が変化する。これにより、発光部10が放射した光は、所定の線状の範囲を往復して走査する。
The scanning unit 20 (laser beam scanning unit) bends the traveling direction of light emitted from the
受光部30(受信部、光受信部)は、走査部20が走査させた光が反射して戻ってきた反射光を受光する。例えば、受光部30は、受信光学系と、受光器とから構成される。受信光学系の受信視野は、走査部20が光を走査させた方向を含む。受信光学系は、対象物において反射したレーザ光を受信し、受光器上に集光する。受光器は、受信光を電気信号に変換する。受光部30は、例えば、受光した反射光の強度を表わす電気信号を出力する。
The light receiving unit 30 (receiving unit, light receiving unit) receives the reflected light that is returned after the light scanned by the
方向測定部61は、走査部20が光を走査させた方向を測定する。例えば、方向測定部61は、MEMSミラーに発生する逆起電力を測定することにより、MEMSミラーの角度を算出する。方向測定部61は、算出したMEMSミラーの角度に基づいて、走査部20が走査させた光の進行方向を算出する。ただし、方向測定部61による測定には、誤差が含まれる。したがって、方向測定部61が測定する方向は、凡その方向であって、正確な方向ではない。
The
位相検波部62は、受光部30が受光した反射光の強度に基づいて、発光部10が放射した光が変調されている変調信号の位相と、受光部30が受光した反射光が変調されている変調信号の位相との間の位相差を算出する。例えば、位相検波部62は、基準信号発生部が出力した変調信号と、受光部30が受信した受信信号とに基づいて、位相検波を行い、変調信号と受信信号との位相差に相当する電気信号を出力する。また、位相検波部62は、発光部10が放射する光が変調されていることによる影響を取り除き、本来の反射光の強度を算出する。
Based on the intensity of the reflected light received by the
基準算出部63は、走査部20が走査させた光を、後述する基準反射板50(基準部)が反射して、受光部30が受光した時刻を算出する。基準算出部63の詳細については、後述する。
The
方向算出部64(データ位置補正装置)は、基準算出部63が算出した時刻に基づいて、方向測定部61が測定した方向を補正し、走査部20が走査させた光を反射した反射点の正確な方向(走査部20が光を走査させた方向)を算出する。例えば、方向算出部64は、基準反射板50の強度値と位相値とに基づいて、実際のデータ位置(角度)に補正する。方向算出部64は、受信強度と位相差が理論上の走査角と実際の走査角に相当するようにデータ位置の補正を行なう。
The direction calculation unit 64 (data position correction device) corrects the direction measured by the
基準反射板50が設置されている位置は、あらかじめわかっている。したがって、基準算出部63が算出した時刻に走査部20が光を走査させた方向がわかる。これと、方向測定部61が測定した方向とを比較することにより、方向測定部61が測定した方向にどのような誤差が含まれるかが把握できる。方向算出部64は、把握した誤差を補正することにより、正確な方向を算出する。
The position where the
距離算出部65(距離演算装置)は、基準算出部63が算出した時刻に基づいて、位相検波部62が算出した位相差を、光の伝播経路の長さ(伝播距離)に換算する。例えば、距離算出部65は、位相検波部62が出力した位相信号に相当する電気信号に基づいて、距離値を算出する。
基準反射板50の設置位置は、あらかじめわかっている。したがって、基準反射板50に反射した光の伝播距離がわかる。これと、位相検波部62が測定した位相差とを比較することにより、位相差と伝播距離との関係を把握できる。距離算出部65は、把握した関係に基づいて、光の伝播距離を算出する。
The distance calculation unit 65 (distance calculation device) converts the phase difference calculated by the
The installation position of the
図2は、この実施の形態における形状測定装置80の構造の一例を示す正視図、A−A断面図及びB−B断面図である。
FIG. 2 is a front view, an AA cross-sectional view, and a BB cross-sectional view showing an example of the structure of the
形状測定装置80は、例えば、光放射部11と、MEMSミラー21と、遮光部40と、透光板45と、基準反射板50と、レンズ31と、受光素子32とを有する。
The
光放射部11は、発光部10(レーザ光送信部)の一例である。光放射部11は、矢印81で示した方向へ向けて光を放射する。
The
MEMSミラー21は、走査部20の一例である。MEMSミラー21は、矢印82で示した方向に回転する。MEMSミラー21は、光放射部11が放射した光を反射して、矢印83で示した方向を中心として、上下対称な範囲(矢印84で示した方向から矢印85で示した方向までの間)を走査させる。
The
遮光部40(筐体)は、光放射部11、MEMSミラー21、レンズ31、受光素子32などを内蔵するケースである。遮光部40は、例えば、略直方体箱状である。遮光部40は、例えば、仕切板41、出射窓42、入射窓43を有する。
仕切板41は、遮光部40の内部の空間を2つに仕切る。仕切板41が仕切った空間の一方は、光放射部11やMEMSミラー21などを内蔵し、もう一方は、レンズ31や受光素子32などを内蔵する。これにより、光放射部11が放射した光を、受光素子32が直接受光するのを防ぐ。
出射窓42は、略スリット状の開口である。走査部20が走査させた光は、出射窓42を介して遮光部40の外部に出射する。走査部20は、線状の範囲に光を走査させるので、出射窓42は、その範囲に合わせて設けられている。
入射窓43は、略円状の開口である。出射窓42から外部に出射した光が反射した反射光は、入射窓43を介して遮光部40のなかに入射する。入射窓43から入射する反射光の光量が多いほど、位相差の検出精度が高くなるので、入射窓43の面積は、広いほうが好ましい。
出射窓42と、入射窓43とは、繋がっている。
The light shielding unit 40 (housing) is a case in which the
The
The
The
The
透光板45は、出射窓42及び入射窓43の形状に合わせて、出射窓42及び入射窓43の内側に設けられている。透光板45は、略平板状であり、光放射部11が出射した波長の光を透過する。透光板45は、例えばガラス板である。透光板45は、出射窓42や入射窓43から、遮光部40の内部に埃などが侵入するのを防ぐ。
The
基準反射板50は、遮光部40の内側に設けられている。基準反射板50は、出射窓42と入射窓43との境目に当たる位置に設けられている。基準反射板50は、走査部20が走査させた光が当たる位置に設けられている。基準反射板50は、仕切板41と透光板45との間に挟まれることにより固定されている。基準反射板50は、走査部20が走査させた光を反射する。基準反射板50は、レーザ走査光学系から固定距離に設置されている。例えば、基準反射板50は、レーザ光を反射する。仕切板41には、基準反射板50の正面に当たる位置に切れ目が設けられている。これは、走査部20が走査させた光が基準反射板50に当たり、基準反射板50が反射した光を受光素子32が受光するのを妨げないようにするためである。
The
レンズ31(集光部)は、受光部30(受信光学系)の一例である。レンズ31は、入射窓43から入射した光や、基準反射板50が反射した光を、受光素子32に集光する。
The lens 31 (light condensing unit) is an example of the light receiving unit 30 (receiving optical system). The
受光素子32は、受光部30(受光器)の一例である。受光素子32は、例えば、フォトダイオードである。受光素子32は、レンズ31が集光した光を受光し、受光した光の強度を表わす電気信号を出力する。
The
基準反射板50の表面には、高反射部51と、低反射部52とが設けられている。
高反射部51(第一基準部)は、走査部20が光を走査させる範囲の端に位置する。高反射部51は、例えば、MEMSミラー21から見て矢印85で示される方向に位置する。高反射部51は、走査部20が走査させた光を受光部30の方向へ反射する。
低反射部52(第二基準部)は、高反射部51に隣接し、高反射部51よりも、走査部20が光を走査させる範囲の内側に位置する。低反射部52は、走査部20が走査させた光を受光部30の方向へ反射する反射率が、高反射部51よりも低い。
A
The high reflection part 51 (first reference part) is located at the end of the range in which the
The low reflection portion 52 (second reference portion) is adjacent to the
図3は、この実施の形態における基準反射板50の構造の一例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the
基準反射板50は、板53と、スポンジ54とによって構成される。板53は、例えば金属製あるいは樹脂製であり、表面が黒色に塗られている。板53の表面が黒色に塗られているのは、光の伝播距離が短い分、基準反射板50に当たって反射する反射光の強度が強くなるので、反射光の強度を抑えるためである。スポンジ54は、板53の表面に貼り付けられている。スポンジ54が貼り付けられている箇所が、上述した低反射部52に相当し、それ以外の箇所が、上述した高反射部51に相当する。スポンジ54に当たった光は、ほとんど反射されない。
The
図4は、この実施の形態における基準反射板50の構造の別の例を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing another example of the structure of the
基準反射板50は、断面が略クランク状であり、透光板45に対して平行な部分55,57と、透光板45に対して垂直な部分56とを有する。部分55が、上述した高反射部51に相当し、部分56,57が、上述した低反射部52に相当する。部分56,57の表面は、受光部30の方向から見えない。このため、部分56、57に当たった光は、受光部30の方向へは反射しない。
The
図5は、この実施の形態における形状測定装置80の動作の一例を示すタイミング図である。
FIG. 5 is a timing chart showing an example of the operation of the
横軸は、時刻を示す。縦軸は、電圧あるいは角度あるいは強度を示す。実線86は、MEMSミラー21の両端電圧を示す。実線87は、MEMSミラー21の角度を示し、光放射部11が放射した光をMEMSミラー21が反射した光が図2において矢印83で示した方向に進む角度を「0」とする。実線88は、位相検波部62が算出した反射光の強度を示す。なお、光の伝播距離による遅延は、この図の時間スケールに比べて非常に小さいので、考慮しなくてよい。
The horizontal axis indicates time. The vertical axis represents voltage, angle, or intensity. A
駆動期間91は、MEMSミラー21を駆動するため、MEMSミラー21の両端に駆動信号を印加する期間である。駆動期間91において、MEMSミラー21の両端電圧は、駆動信号の電圧値に等しくなる。
開放期間92は、MEMSミラー21両端に駆動信号を印加せず、開放する期間である。MEMSミラー21には、基準角度(0度)に戻ろうとする応力が加わるので、開放期間92において、MEMSミラー21は、基準角度を中心とする振り子運動をする。このとき、MEMSミラー21の両端には、MEMSミラー21の角速度に比例する逆起電力が発生する。
振り子運動の周波数(共振周波数)は、MEMSミラー21の回転モーメントや応力の大きさなどによって定まり、MEMSミラー21ごとに固有の値をとる。また、湿度や温度などの条件によっても、共振周波数が変わる場合がある。
ミラー駆動回路は、MEMSミラー21の両端電圧に基づいて、駆動信号を印加するタイミングを決定し、適切なタイミングで駆動信号を印加する。
The
The
The frequency of the pendulum motion (resonance frequency) is determined by the rotational moment of the
The mirror drive circuit determines the timing for applying the drive signal based on the voltage across the
MEMSミラー21の角度が、破線94で示した角度と破線95で示した角度との間にあるとき、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が、低反射部52に当たるものとする。また、MEMSミラー21の角度が、破線95で示した角度と破線96で示した角度との間にあるとき、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が、高反射部51に当たるものとする。
When the angle of the
固定期間97(強度固定領域)は、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が、高反射部51または低反射部52に当たる期間である。光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が高反射部51に当たる場合、位相検波部62が算出する反射光の強度は、比較的大きいほぼ一定の値になる。また、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が低反射部52に当たる場合、位相検波部62が算出する反射光の強度は、比較的小さいほぼ一定の値になる。いずれの場合も、位相検波部62が算出する反射光の強度は、あらかじめ予測できるので、その中間の値を、閾値99に設定する。
光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光は、線状の範囲を往復走査し、高反射部51は、その範囲の端に位置するから、固定期間97において、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光は、まず、低反射部52に当たり、その後、高反射部51に当たり、その後再び低反射部52に当たる。すなわち、固定期間97において、位相検波部62が算出する反射波の強度は、まず、閾値99より小さい値をとり、その後、閾値99より大きい値をとり、その後再び閾値99より小さい値をとるという一定のパターンになる。1つの固定期間97において、位相検波部62が算出する反射波の強度が閾値99をまたいで変化する時刻は、2つ存在する。
The fixed period 97 (intensity fixed region) is a period in which the light emitted from the
The light emitted from the
変動期間98(強度変動領域)は、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が、基準反射板50に当たらず、出射窓42から遮光部40の外部に出射される期間である。外部に出射された光は、対象物に当たって反射して戻ってくるかもしれないし、戻ってこないかもしれない。また、対象物の色や反射率などにより、反射光の強度も一定ではない。このため、変動期間98において、位相検波部62が算出する反射波の強度は、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が高反射部51に当たったときの強度よりも大きいかもしれないし、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が低反射部52に当たったときの強度よりも小さいかもしれず、まったく予測できない。すなわち、1つの変動期間98において、位相検波部62が算出する反射波の強度が閾値99をまたいで変化する時刻は、いくつあるかわからないし、存在しないかもしれない。
The variation period 98 (intensity variation region) is a period in which the light emitted from the
上述したように、MEMSミラー21の両端電圧は、MEMSミラー21の角速度に比例するから、MEMSミラー21が最大角に振れたとき(すなわち、MEMSミラー21の角速度が反転するとき)、MEMSミラー21の両端電圧は0になる。したがって、MEMSミラー21の両端電圧に基づいて、MEMSミラー21が一番下に振れた時刻93を推定することができる。ただし、MEMSミラー21の両端電圧の測定値には、誤差が含まれる可能性がある。例えば、バイアス誤差や遅延などの誤差が含まれる場合、推定した時刻93と、実際にMEMSミラー21が一番下に振れた時刻との間に差が生じる。
As described above, since the voltage across the
基準算出部63は、MEMSミラー21が一番下に振れた時刻93(すなわち、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が高反射部51に当たった時刻)を推定する。
基準算出部63は、推定した時刻93を基準としてその前後を探索し、位相検波部62が算出した反射波の強度が閾値99をまたいで変化した2つの時刻(境界時刻)を判定する。時刻93において、位相検波部62が算出した反射波の強度は閾値99より大きいので、基準算出部63は、時刻93より前の時刻であって、位相検波部62が算出した反射波の強度が閾値99より小さい時刻のうち、時刻93にもっとも近い時刻を判定して、第一の境界時刻とする。また、基準算出部63は、時刻93より後の時刻であって、位相検波部62が算出した反射波の強度が閾値99より小さい時刻のうち、時刻93にもっとも近い時刻を判定して、第二の境界時刻とする。
The
The
方向算出部64は、基準算出部63が判定した境界時刻に基づいて、方向測定部61が測定した方向を補正する。
例えば、方向算出部64は、基準算出部63が判定した2つの境界時刻のちょうど中間の時刻を、MEMSミラー21が一番下に振れた時刻であると判定する。あるいは、方向算出部64は、基準算出部63が判定した2つの境界時刻の間で、位相検波部62が算出した反射波の強度がもっとも大きい時刻を、MEMSミラー21が一番下に振れた時刻であると判定する。受光部30は、受光部30の正面方向から受光した光に対する受光感度がもっとも高く、受光する光の入射方向が受光部30の正面方向から離れるほど受光感度が落ちる傾向にあるので、固定期間97において、高反射部51上の反射点が受光部30の正面方向にもっとも近くなる時刻において、位相検波部62が算出した反射波の強度がもっとも大きくなるからである。
方向算出部64は、判定した時刻に、MEMSミラー21が一番下に振れたものとして、方向測定部61が測定した方向に含まれる誤差を検出する。例えば、方向算出部64は、方向測定部61が測定した方向に基づいてMEMSミラー21が一番下に振れたとみなされる時刻を算出し、算出した時刻と、判定した時刻との差を計算して、時刻誤差とする。方向算出部64は、ある時刻について、算出した時刻誤差をその時刻に加えた時刻について方向測定部61が測定した方向を、その時刻における走査方向とする。
The
For example, the
The
距離算出部65は、基準算出部63が判定した境界時刻に基づいて、位相検波部62が算出した位相差を、反射光の伝播距離に変換する。
例えば、距離算出部65は、基準算出部63が判定した2つの境界時刻の間で、位相検波部62が算出した反射波の強度がもっとも大きい時刻を判定する。距離算出部65は、判定した時刻について、位相検波部62が算出した位相差を基準位相差とする。光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が高反射部51に当たっている限りにおいて、高反射部51のどこに当たったとしても、光の伝播距離に大きな差はない。反射波の強度が大きいほど、位相差の算出誤差が小さくなるので、反射波の強度がもっとも大きい時刻について算出した位相差を基準位相差とする。
距離算出部65は、ある時刻について位相検波部62が算出した位相差と、基準位相差との差を算出する。距離算出部65は、光の速度と変調信号の周波数とに基づいて、算出した差を伝播距離の差に変換する。光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光が高反射部51に当たった場合における光の伝播距離は、あらかじめわかっているので、距離算出部65は、その伝播距離と、算出した伝播距離の差とを合計することにより、その時刻に受光部30が受光した反射光の伝播距離を算出する。
The
For example, the
The
図6は、この実施の形態における基準算出処理S70の処理の流れの一例を示すフロー図である。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of the process flow of the reference calculation process S70 in this embodiment.
基準算出処理S70において、基準算出部63は、境界時刻を判定する。基準算出処理S70は、一往復の走査が行われるたびに実行される。
基準算出処理S70は、例えば、時刻推定工程S71と、強度判定工程S72と、前方探索工程S73と、後方探索工程S74と、異常終了工程S75とを有する。
In the reference calculation process S70, the
The reference calculation process S70 includes, for example, a time estimation process S71, an intensity determination process S72, a forward search process S73, a backward search process S74, and an abnormal end process S75.
時刻推定工程S71において、方向測定部61は、例えばMEMSミラー21の逆起電力など、走査部20(レーザ走査光学系)からの信号に基づいて、各時刻における走査方向を測定する。
基準算出部63は、方向測定部61が測定した結果に基づいて、走査部20が走査させた光が高反射部51に当たった時刻を推定する。
In the time estimation step S71, the
The
強度判定工程S72において、基準算出部63は、時刻推定工程S71で推定した時刻について、位相検波部62が算出した反射波の強度が、閾値99より大きいか小さいかを判定する。
反射波の強度が閾値99より小さい場合、最大振れ幅が小さくなって走査した光が高反射部51に当たっていないなど何らかの異常が発生していると考えられる。基準算出部63は、異常終了工程S75へ処理を進める。
反射波の強度が閾値99より大きい場合、基準算出部63は、前方探索工程S73へ処理を進める。
In the intensity determination step S72, the
When the intensity of the reflected wave is smaller than the
If the intensity of the reflected wave is greater than the
前方探索工程S73において、基準算出部63は、時刻推定工程S71で推定した時刻から順に前の時刻に遡り、位相検波部62が算出した反射波の強度が、閾値99より小さくなる時刻を探す。
時刻推定工程S71で推定した時刻から、あらかじめ定めた時間遡っても、反射波の強度が閾値99より大きいままである場合、何らかの異常が発生していると考えられる。基準算出部63は、異常終了工程S75へ処理を進める。
反射波の強度が閾値99より小さくなる時刻が見つかった場合、基準算出部63は、その時刻を第一の境界時刻とし、後方探索工程S74へ処理を進める。
In the forward search step S73, the
If the intensity of the reflected wave remains greater than the
When the time when the intensity of the reflected wave is smaller than the
後方探索工程S74において、基準算出部63は、時刻推定工程S71で推定した時刻から順に後の時刻へ進み、位相検波部62が算出した反射波の強度が、閾値99より小さくなる時刻を探す。
前方探索工程S73で見つけた第一の境界時刻から、あらかじめ定めた時間進んでも、反射波の強度が閾値99より大きいままである場合、何らかの異常が発生していると考えられる。基準算出部63は、異常終了工程S75へ処理を進める。
反射波の強度が閾値99より小さくなる時刻が見つかった場合、基準算出部63は、その時刻を第二の境界時刻とし、基準算出処理S70を終了する。
In the backward search step S74, the
If the intensity of the reflected wave remains greater than the
When the time when the intensity of the reflected wave is smaller than the
異常終了工程S75において、基準算出部63は、境界時刻を判定せず、基準算出処理S70を終了する。
In the abnormal end step S75, the
基準算出処理S70が異常終了工程S75で終了した場合、方向算出部64は、前回の走査時に検出した誤差を使って、今回の走査における走査方向を補正する。1回の走査にかかる時間は非常に短いので、その間に誤差が大きく変化することは考えにくく、前回算出した誤差を使って補正しても、ほぼ正しく補正できるからである。あるいは、方向算出部64は、直前の複数回の走査時(ただし、異常と判定された回がある場合は、その回を除く。)に検出した誤差の平均を使って、今回の走査における走査方向を補正する構成であってもよい。あるいは、方向算出部64は、直前の複数回の走査時に検出した誤差の変動傾向から、今回の走査における誤差を推定し、推定した誤差を使って、今回の走査における走査方向を補正する構成であってもよい。
When the reference calculation process S70 ends in the abnormal end step S75, the
また、基準算出処理S70が異常終了工程S75で終了することが所定の回数以上続いた場合、発光部10は、光の放射を停止する構成であってもよい。例えば、発光部10が放射する光がレーザ光であり、走査部20がレーザ光を走査させる範囲が所定の範囲である場合に、クラス1あるいはクラス1M(日本工業規格C6802:2011における定義による)の安全性を有するとすると、走査部20がレーザ光を走査させる範囲が狭くなると、レーザ光の平均強度が大きくなるので、クラス2以上に安全性が低下する可能性がある。発光部10が光の放射を停止することにより、安全性の低下を防ぐことができる。
The
なお、境界時刻のずれの絶対値が所定の閾値より大きい場合に異常と判定するのではなく、前回の走査時に検出したずれからの変化量が所定の閾値より大きい場合に異常と判定する構成であってもよい。
また、境界時刻の探索を、方向測定部61が測定した結果に基づいて走査部20が走査させた光が高反射部51に当たったと推定される時刻から開始するのではなく、前回の走査時に検出したずれを使って補正した時刻から開始する構成であってもよい。
In addition, it is determined not to be abnormal when the absolute value of the deviation of the boundary time is larger than a predetermined threshold, but is determined to be abnormal when the amount of change from the deviation detected during the previous scan is larger than the predetermined threshold. There may be.
Further, the search for the boundary time is not started from the time when it is estimated that the light scanned by the
なお、位相検波部62は、アナログ処理により、時間方向に連続して、反射波の位相差や強度を算出する構成であってもよいし、デジタル処理により、所定の周期ごとに離散的に、反射波の位相差や強度を算出する構成であってもよい。
The
位相検波部62が離散的に反射波の位相差や強度を算出する構成である場合、位相検波部62が反射波の位相差や強度を算出する周期(サンプリング間隔)をsとすると、j番目のデータは、時刻t=j・sにおける反射波の位相差や強度を表わす。走査部20が光を一往復走査する間に位相検波部62が算出するデータの数を2Nとすると、N=T/2s(ただし、Tは、走査部20が光を一往復走査するのにかかる時間(走査周期)を表わす。)である。
走査部20による走査が正弦波で行われるとすると、次の式が成り立つ。
If the scanning by the
なお、あらかじめ計算したθ0cos(πi/N)(iは、0以上N未満の整数。)の値を固定値として、テーブルに記憶しておく構成であってもよい。 Incidentally, pre-calculated θ 0 cos (πi / N) (i is an integer. 0 to less than N) the value of a fixed value, it may be configured to store the table.
光放射部11が放射した光をMEMSミラー21が反射した光が高反射部51と低反射部52との境目に当たる走査方向と正面方向とがなす角度をθ1とすると、次の式を満たすjについて、j番目のデータは、MEMSミラー21が高反射部51に当たる時刻に対応するデータである。
数12を満たすjのうち最小のj(すなわち、MEMSミラー21が高反射部51に当たり始めた最初の時刻に対応するデータの番号)をjn −、最大のj(すなわち、MEMSミラー21が高反射部51に当たり終わる最後の時刻に対応するデータの番号)をjn +とする。
The smallest j (ie, the number of the data corresponding to the first time when the
例えば、データ区切り位置のずれが最大d(最大シフト点)あるとする。基準算出部63は、走査部20(レーザ走査光学系)からの信号(例えばMEMSミラー21の逆起電力など)によって方向測定部61が測定した結果に基づいて、j0を算出する。基準算出部63は、算出したj0に基づいて、jn −−d≦j≦jn ++dであるすべてのjについて、位相検波部62が算出した反射波の強度の移動平均を算出する。
Δj1とΔj2は、異なった値であってもよく、いずれか一方あるいは両方が0であってもよい。ただし、Δj1とΔj2とが等しいことが好ましい。
For example, it is assumed that there is a maximum deviation d (maximum shift point) in the data delimiter position. The
Δj 1 and Δj 2 may be different values, and either one or both may be zero. However, it is preferable that Δj 1 and Δj 2 are equal.
基準算出部63は、算出した移動平均ajに基づいて、次の式を満たすj−及びj+を求める。
方向算出部64は、基準算出部63が算出したj−とj+とに基づいて、走査部20が光を一番下に走査した時刻に対応するデータの番号jNを算出する。例えば、方向算出部64は、j−とj+とのちょうど中間の値(すなわち平均値)を算出して、jNとする(端数が出た場合は、切り上げもしくは切り捨てる)。
あるいは、方向算出部64は、j−≦j≦j+であるjのなかから、基準算出部63が算出した移動平均ajが最大であるjを選択して、jNとする構成であってもよい。
Alternatively, the
j0を基準にすると、走査部20が光を一番下に走査した時刻に対応するデータの番号は、j0+Nになるはずである。そこで、方向算出部64は、算出した番号jNと、j0+Nとの差jN−(j0+N)を算出して、シフト量SFT(時間軸方向の誤差)とする。
With j 0 as a reference, the data number corresponding to the time when the
方向算出部64は、基準算出部63が算出したj−とj+とに基づいて、走査部20が光を走査する走査範囲が正常であるか否かを判定する。方向測定部61が測定した走査部20の走査方向が、時間軸方向にずれているだけであれば、j+とj−との差は、jn +とjn −との差と等しくなる。これに対し、走査部20が光を走査する走査範囲が狭くなると、j+とj−との差は、jn +とjn −との差よりも小さくなる。そこで、方向算出部64は、j+とj−との差を算出し、jn +とjn −との差と比較する。
2つの差の間の差の絶対値が所定の閾値より小さい場合、方向算出部64は、振り角が正常であると判定する。2つの差の間の差の絶対値が閾値より大きい場合、方向算出部64は、振り角が異常であると判定する。
振り角が異常であると判定した場合、例えば、発光部10が発光を停止する。
The
When the absolute value of the difference between the two differences is smaller than the predetermined threshold, the
When it is determined that the swing angle is abnormal, for example, the
方向算出部64は、算出したシフト量SFTが正常範囲内であるか否かを判定する。例えば、方向算出部64は、あらかじめ設定しておいた正常シフト量と、算出したシフト量SFTとの差の絶対値を算出する。算出した絶対値が所定の閾値(振り角異常閾値)以下である場合、方向算出部64は、シフト量SFTが正常であると判定する。算出した絶対値が振り角異常閾値超である場合、方向算出部64は、シフト量SFTが異常であると判定する。
なお、方向算出部64は、過去に算出したシフト量SFTに基づいて、正常シフト量を算出する構成であってもよい。例えば、方向算出部64は、前回の走査時に算出したシフト量SFTを正常シフト量とする。なお、前回の走査時に算出したシフト量SFTが異常であると判定されたものである場合、方向算出部64は、更にその前の走査時に算出したシフト量SFTを正常シフト量とする構成であってもよい。
また、方向算出部64は、位相検波部62が算出した位相差を使って、算出したシフト量が正常範囲内であるか否かを判定する構成であってもよい。基準反射板50の位置は固定されているから、走査部20が走査させた光が高反射部51に当たったとき位相検波部62が算出する位相差は変化しないはずである。方向算出部64は、位相検波部62が算出したjN番目のデータにおける位相差と、正常位相差とを比較する。例えば、方向算出部64は、位相検波部62が算出したjN’番目のデータ(jN’は、前回の走査時に方向算出部64が算出したjN。)における位相差を正常位相差として用いる。あるいは、方向算出部64は、過去の複数回の走査時における位相差を平均することにより正常位相差を算出する構成であってもよい。
2つの位相差の間の差の絶対値が所定の閾値以下である場合、方向算出部64は、シフト量が正常であると判定する。
2つの位相差の間の差の絶対値が閾値超である場合、方向算出部64は、シフト量が異常であると判定する。
The
The
Further, the
When the absolute value of the difference between the two phase differences is equal to or smaller than the predetermined threshold, the
When the absolute value of the difference between the two phase differences exceeds the threshold value, the
なお、方向算出部64は、シフト量SFTと、位相差との両方を使って、シフト量が正常であるか否かを判定する構成であってもよい。例えば、シフト量SFTと正常シフト量との差の絶対値が振り角異常閾値超であり、かつ、位相差と正常位相差との差が閾値超である場合に、シフト量SFTが異常であると判定し、それ以下の場合は、シフト量SFTが正常であると判定する。また、方向算出部64は、いずれかの条件を満たせば異常と判定する構成であってもよい。
The
シフト量SFTが正常であると判定した場合、方向算出部64は、算出したシフト量SFTを使って、それぞれのjに対応する角度θjを算出する。数11と比較すると、データがシフト量SFTの分だけずれているので、方向算出部64は、例えば、次の式の右辺を計算することにより、角度θjを算出する。
また、シフト量SFTが異常であると判定した場合、振り角異常の場合と異なり、何らかの原因によってシフト量を正しく算出できなかっただけなので、発光部10の発光を停止する必要はない。方向算出部64は、前回の走査時に算出したシフト量jN’をjNの代わりに使って、角度θjを算出する。
Further, when it is determined that the shift amount SFT is abnormal, unlike the case of the swing angle abnormality, the shift amount cannot be correctly calculated for some reason, so it is not necessary to stop the light emission of the
この実施の形態における形状測定装置80(レーザ画像計測装置)は、レーザ光走査光学系より送信された送信ビームの走査角度を把握し、理論上の走査角に対して角度を補正する。
これにより、精度の良い測距ができる。
The shape measuring device 80 (laser image measuring device) in this embodiment grasps the scanning angle of the transmission beam transmitted from the laser beam scanning optical system and corrects the angle with respect to the theoretical scanning angle.
Thereby, accurate ranging can be performed.
距離校正及び角度校正に基準反射板50(反射板)を用いる。反射板は、反射率が高い部分(高反射部51)と反射率が低い部分(低反射部52)を有する。
これにより、反射板とレーザ画像計測対象とを区別し、反射板の位置を正確に把握することができる。
また、レーザ光走査光学系の異常を検知することができる。
A reference reflector 50 (reflector) is used for distance calibration and angle calibration. The reflecting plate has a portion with high reflectance (high reflection portion 51) and a portion with low reflectance (low reflection portion 52).
Thereby, a reflector and a laser image measurement object can be distinguished and the position of a reflector can be grasped correctly.
Further, it is possible to detect an abnormality in the laser beam scanning optical system.
実施の形態2.
実施の形態2について、図7を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
The second embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, about the part which is common in
この実施の形態における形状測定装置80の全体構成及び構造は、実施の形態1と同様である。
The overall configuration and structure of the
方向算出部64は、方向測定部61が測定した方向を補正するのではなく、基準算出部63が判定した境界時刻に基づいて、走査部20が光を走査した方向を算出する。
例えば、走査部20が光を走査する方向が、次の式によって近似できるものとする。
For example, it is assumed that the direction in which the
図7は、この実施の形態における形状測定装置80の動作の一例を示すタイミング図である。
FIG. 7 is a timing chart showing an example of the operation of the
光放射部11が放射した光をMEMSミラー21が反射した光が高反射部51と低反射部52との境目に当たる走査方向と正面方向とがなす角度をθ1とする。また、基準算出部63が、ある走査nについて判定した第一の境界時刻をtn,1、第二の境界時刻をtn,2とし、その次の走査n+1について判定した第一の境界時刻をtn+1,1、第二の境界時刻をtn+1,2とする。
The angle between the scanning direction in which the light reflected by the
方向算出部64は、例えば、次の式の右辺を計算することにより、走査周期Tとピーク角度θ0と時刻t0とを算出する。
方向算出部64は、算出した走査周期Tとピーク角度θ0と時刻t0とを数16の右辺に代入することにより、時刻t(ただし、tn,2<t<tn+1,1。)における角度θ(t)を算出する。
The
方向算出部64による走査方向の算出に、方向測定部61が測定した走査方向を使わないので、方向測定部61による測定結果は、走査部20が走査させた光が高反射部51の位置する方向へ向かう凡その時刻を求めるためだけに使われる。これにより、方向測定部61による測定の誤差が大きくても、走査方向を正確に算出することができる。
Since the scanning direction measured by the
なお、方向算出部64が算出したピーク角度θ0が所定の閾値より小さい場合、発光部10は、光の放射を停止する構成であってもよい。
When the peak angle θ 0 calculated by the
実施の形態3.
実施の形態3について、説明する。
なお、実施の形態1または実施の形態2と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment will be described.
Note that portions common to
この実施の形態における形状測定装置80の全体構成及び構造は、実施の形態1と同様である。
The overall configuration and structure of the
基準算出部63は、位相検波部62が算出した反射波の強度の移動平均を算出し、算出した移動平均が閾値99をまたいで変化する時刻を探索して、境界時刻とする。例えば、基準算出部63は、ある時刻tについて、時刻(t−Δt1)から時刻(t+Δt2)まで(ただし、Δt1及びΔt2はあらかじめ定めた0以上の定数。)の間の時刻について位相検波部62が算出した反射波の強度の平均値を算出する。
The
反射波の強度の移動平均に基づいて境界時刻を算出するので、雑音などの影響により境界時刻を誤って判定するのを防ぐことができる。 Since the boundary time is calculated based on the moving average of the intensity of the reflected wave, it is possible to prevent the boundary time from being erroneously determined due to the influence of noise or the like.
なお、Δt1とΔt2とが異なっていてもよいし、Δt1とΔt2とのうちいずれか一方が0であってもよい。ただし、Δt1とΔt2とは、等しいことが好ましい。 Note that Δt 1 and Δt 2 may be different, and one of Δt 1 and Δt 2 may be zero. However, Δt 1 and Δt 2 are preferably equal.
また、基準算出部63は、位相検波部62が算出した反射波の強度の移動平均を算出するのではなく、位相検波部62が算出した反射波の強度を表わすアナログ信号を低域通過フィルタ(LPF)回路に通すことにより、所定の閾値周波数を境にして、高周波成分を除去し、低周波成分だけを抽出する構成であってもよい。その場合、基準算出部63は、低域通過フィルタ回路を通過した信号に基づいて、境界時刻を探索する。
In addition, the
実施の形態4.
実施の形態4について、図8〜図9を用いて説明する。
なお、実施の形態1〜実施の形態3と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1- Embodiment 3, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
この実施の形態における形状測定装置80の全体構成は、実施の形態1と同様である。
The overall configuration of the
図8は、この実施の形態における形状測定装置80の構造の一例を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the
形状測定装置80は、実施の形態1で説明した構成に加えて、更に、鏡58を有する。
鏡58は、発光部10が放射した光を走査部20が一番上の方向(矢印84によって示される方向)へ走査させたとき、走査部20が走査させた光が当たる位置に配置されている。鏡58は、当たった光を鏡面反射する。鏡58は、発光部10が放射して走査部20が走査させた光が当たったとき、その光を基準反射板50が位置する方向へ反射する角度に設置されている。
The
The
走査部20が走査させた光の角度が浅い場合(すなわち、光の進行方向と矢印83で示した方向とがなす角度が小さい場合)、鏡58に当たって反射した光は、低反射部52の方へ向かう。走査部20が走査させた光の角度が深い場合(すなわち、光の進行方向と矢印83で示した方向とがなす角度が大きい場合)、鏡58に当たって反射した光は、高反射部51の方へ向かう。
When the angle of the light scanned by the
図9は、この実施の形態における形状測定装置80の動作の一例を示すタイミング図である。
FIG. 9 is a timing chart showing an example of the operation of the
走査部20が走査させた光が一番上に振れた位置に鏡58を設け、鏡58に反射した光が基準反射板50に当たり、基準反射板50に反射した光を受光部30が受光するので、走査部20が走査させた光が一番上に振れる時間帯にも、固定期間97が生じる。
A
基準算出部63は、走査部20が走査させた光が一番上に振れる時間帯に生じた固定期間97についても、反射波の強度が閾値99をまたいで変化する時刻tn,3(第三の境界時刻),tn,4(第四の境界時刻)を判定する。時刻tn,3,tn,4は、光放射部11が放射してMEMSミラー21が反射した光を、鏡58が反射し、高反射部51と低反射部52との境界に当たる時刻である。そのときの光の放射方向と正面方向とがなす角度をθ2とする。角度θ2は、角度θ1と同じ角度であってもよいし、角度θ1と異なる角度であってもよい。
The
走査部20が光を走査させる範囲は、上方向と下方向とで異なる場合がある。例えば、MEMSミラー21をまったく駆動していない自然状態において、MEMSミラー21が反射した光の進行方向(走査中心方向)が、正面方向からわずかにずれている可能性がある。
また、上から下へ走査するのにかかる時間と、下から上へ走査するのにかかる時間とが異なる可能性もある。
The range in which the
Also, the time taken to scan from top to bottom may be different from the time taken to scan from bottom to top.
そこで、この実施の形態では、時刻tにおける走査角度θ(t)を、次の式で近似できるものとする。
方向算出部64は、例えば、次の式の右辺を計算することにより、上り時間Tuと、下り時間Tdと、時刻t0と、ピーク角度θ0と、バイアス角度θ3とを算出する。
方向算出部64は、算出した上り時間Tuと、下り時間Tdと、時刻t0と、ピーク角度θ0と、バイアス角度θ3とを数19の右辺に代入することにより、時刻t(ただし、tn,2<t<tn,3またはtn,4<t<tn+1,1。)における角度θ(t)を算出する。
これにより、走査範囲の中心がずれている場合や、上り時間と下り時間とが異なる場合であっても、走査方向を正確に算出することができる。 Thereby, the scanning direction can be accurately calculated even when the center of the scanning range is deviated or when the upstream time and the downstream time are different.
なお、鏡58が配置された位置が、受光部30の受光視野内である場合、鏡58に代えて、第二の基準反射板を配置する構成であってもよい。
In addition, when the position where the
実施の形態5.
実施の形態5について、図10〜図11を用いて説明する。
なお、実施の形態1〜実施の形態4と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 5 FIG.
The fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1- Embodiment 4, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
この実施の形態では、基準反射板50における高反射部51と低反射部52との配置の変形例について説明する。
In this embodiment, a modified example of the arrangement of the
図10は、この実施の形態における基準反射板50の構成の一例を示す正面図である。
FIG. 10 is a front view showing an example of the configuration of the
基準反射板50は、実施の形態1と同様、走査範囲89の下端に配置されている。しかし、基準反射板50は、実施の形態1とは逆に、走査範囲89の一番端に低反射部52が配置され、それに隣接する内側に高反射部51が配置されている。
この場合、固定期間97における反射波の強度は、実施の形態1と逆の固定パターンとなる。すなわち、反射波の強度は、まず、閾値99より大きくなり、その後、閾値99より小さくなり、その後再び、閾値99より大きくなる。したがって、基準反射板50がこのような構成であっても、基準算出部63は、境界時刻を判定することができる。
The
In this case, the intensity of the reflected wave in the fixed
図11は、この実施の形態における基準反射板50の構成の別の例を示す正面図である。
FIG. 11 is a front view showing another example of the configuration of the
基準反射板50は、走査範囲89の一番端に高反射部51が配置され、それに隣接する内側に低反射部52が配置され、それに隣接する更に内側にもう一つ高反射部51が配置されている。
In the
このような配置とすることにより、1回の固定期間97に4つの境界時刻t1〜t4が含まれるようになる。1回の固定期間97に含まれる境界時刻の数が多ければ、方向算出部64は、その分、走査方向を正確に算出することができる。
また、走査範囲89が狭くなって一番外側の高反射部51にかからなくなった場合、固定期間97における固定パターンは、図10に示したパターンに変化する。これにより、走査範囲89のわずかな変化を検出することができる。
With this arrangement, four boundary times t 1 to t 4 are included in one fixed
Further, when the
また、走査範囲89が一番外側の高反射部51にかかっている場合でも、4つの境界時刻の比較により、走査範囲89のわずかな変化を検出することができる。
例えば、走査範囲89がわずかに狭くなった場合、t1からt2までの時間が長くなり、t2からt3までの時間が短くなり、t3からt4までの時間が長くなる。
方向算出部64は、例えば、t1からt2までの時間と、t2からt3までの時間と、t3からt4までの時間とを算出し、それぞれを正常値と比較する。方向算出部64は、それぞれの時間と正常値との差が閾値より大きくなった場合に、異常値であると判定する。3つの値のうち2つ以上の値が異常値になった場合に、方向算出部64は、振り角異常であると判定する。これにより、振り角異常の判定精度を高くすることができる。
Even when the
For example, when the
なお、高反射部51だけでなく、低反射部52も複数ある構成であってもよい。
また、高反射部51と低反射部52とが逆に配置された構成であってもよい。
In addition, not only the
Moreover, the structure by which the
以上、各実施の形態で説明した構成は、一例であり、他の構成であってもよい。例えば、異なる実施の形態で説明した構成を組み合わせた構成であってもよいし、本質的でない部分の構成を、他の構成で置き換えた構成であってもよい。 As described above, the configuration described in each embodiment is an example, and another configuration may be used. For example, the structure which combined the structure demonstrated in different embodiment may be sufficient, and the structure which replaced the structure of the non-essential part with the other structure may be sufficient.
例えば、発光部10は、レーザ装置が放射したレーザ光を変調器が強度変調するのではなく、レーザ装置が変調信号を入力し、直接変調光を放射する構成であってもよい。例えば、レーザ装置は、変調信号に同期した駆動電流をレーザダイオードに流して発光させる。
また、形状測定装置80は、CW変調方式ではなく、パルス変調方式により、反射点までの距離を測定する構成であってもよい。その場合、位相検波部62に代えて、時間差計測部(時間差計測回路)を設ける。時間差計測部は、発光部10がパルス状の光を放射してから受光部30がパルス状の反射光を受光するまでの時間(パルスの到達時間)を計測する。
また、走査部20が光を走査させる範囲は、面状であってもよい。すなわち、走査部20は、発光部10が放射した光により、所定の二次元の範囲内を走査させる構成であってもよい。その場合、基準反射板50を、例えば、走査範囲の下端及び右端(左端でも可。)に沿って延びるL字形状とする。これにより、走査部20が光を縦横いずれの方向に走査させた場合でも、走査部20が走査させた光が基準反射板50に当たるようにすることができる。
また、走査部20は、MEMSミラー21ではなく、例えばポリゴンミラーなどを使って光を走査させる構成であってもよい。
また、出射窓42と入射窓43とは、分離している構成であってもよい。
また、低反射部52は、高反射部51よりも内側ではなく、高反射部51よりも外側に位置する構成であってもよい。
また、基準反射板50は、走査部20が光を走査させる範囲の端ではなく、走査部20が光を走査させる範囲内の任意の位置にある構成であってもよい。しかし、走査範囲の端では、走査方向の変化がゆっくりなので、基準反射板50が走査範囲の端に位置する構成のほうが、補正の精度が高くなり、好ましい。
また、基準算出部63は、走査部20が走査させた光が高反射部51に当たった時刻を、MEMSミラー21の両端電圧に基づいて推定するのではなく、他の方式により推定する構成であってもよい。
For example, the
Further, the
The range in which the
Further, the
Further, the
Further, the
Further, the
In addition, the
以上説明した形状測定装置(80)は、発光部(10)と、走査部(20)と、受光部(30)と、第一基準部(高反射部51)と、第二基準部(低反射部52)と、基準算出部(63)と、方向算出部(64)とを有する。
上記発光部は、光を放射する。
上記走査部は、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させる。
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光する。
上記第一基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記走査部が走査させた光を反射する。
上記第二基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記第一基準部に隣接し、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部よりも小さい。
上記基準算出部は、上記受光部が受光した反射光の強度が所定の閾値をまたいで変化した時刻のうち少なくともいずれかの時刻を、上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した境界時刻であると判定する。
上記方向算出部は、上記基準算出部が判定した上記境界時刻に基づいて、上記走査部が走査させた光を反射した反射点の方向を算出する。
The shape measuring apparatus (80) described above includes a light emitting unit (10), a scanning unit (20), a light receiving unit (30), a first reference unit (high reflection unit 51), and a second reference unit (low). The reflection unit 52), the reference calculation unit (63), and the direction calculation unit (64).
The light emitting unit emits light.
The scanning unit bends the traveling direction of the light emitted from the light emitting unit and scans within a predetermined range.
The light receiving unit receives reflected light reflected by the light scanned by the scanning unit.
The first reference unit is located within a range in which the scanning unit scans light, and reflects the light scanned by the scanning unit.
The second reference unit is located within a range in which the scanning unit scans light, is adjacent to the first reference unit, and has a reflectance for reflecting the light scanned by the scanning unit toward the light receiving unit. It is smaller than the first reference part.
The reference calculation unit determines at least one of the times when the intensity of the reflected light received by the light receiving unit has changed over a predetermined threshold, and the boundary between the first reference unit and the second reference unit is It is determined that it is a boundary time scanned in a certain direction.
The direction calculation unit calculates a direction of a reflection point that reflects the light scanned by the scanning unit, based on the boundary time determined by the reference calculation unit.
これにより、反射点の方向を正確に算出することができるので、対象物の形状を正確に測定することができる。 Thereby, since the direction of a reflective point can be calculated correctly, the shape of a target object can be measured correctly.
以上説明した形状測定装置(80)は、発光部(10)と、走査部(20)と、受光部(30)と、遮光部(40)と、第一基準部(51)と、第二基準部(52)とを有する。
上記発光部は、光を放射する。
上記走査部は、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の一次元の範囲内を走査させる。
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光する。
上記遮光部は、上記発光部と上記走査部と上記受光部とを覆い、出射窓(42)と、入射窓(43)とを有する。
上記出射窓は、略スリット状の開口であり、上記走査部が走査させた光は、上記出射窓を介して上記遮光部の外部に出射する。
上記入射窓は、略円状の開口であり、上記出射窓の長手方向に隣接して設けられ、上記出射窓を介して出射した光が反射した反射光は、上記入射窓を介して上記遮光部のなかに入射する。
上記第一基準部は、上記遮光部の内側に設けられ、上記出射窓と上記入射窓との間に位置し、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記走査部が走査させた光を反射する。
上記第二基準部は、上記遮光部の内側に設けられ、上記出射窓と上記入射窓との間に位置し、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記第一基準部に隣接し、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部よりも小さい。
The shape measuring apparatus (80) described above includes a light emitting unit (10), a scanning unit (20), a light receiving unit (30), a light shielding unit (40), a first reference unit (51), and a second unit. And a reference portion (52).
The light emitting unit emits light.
The scanning unit bends the traveling direction of the light emitted from the light emitting unit and scans within a predetermined one-dimensional range.
The light receiving unit receives reflected light reflected by the light scanned by the scanning unit.
The light shielding portion covers the light emitting portion, the scanning portion, and the light receiving portion, and includes an exit window (42) and an entrance window (43).
The exit window is a substantially slit-shaped opening, and the light scanned by the scanning unit exits to the outside of the light shielding unit through the exit window.
The entrance window is a substantially circular opening, and is provided adjacent to the exit window in the longitudinal direction, and reflected light reflected by the light exiting through the exit window is blocked by the entrance window. Incident in the part.
The first reference part is provided inside the light shielding part, is located between the emission window and the incident window, is located within a range in which the scanning part scans light, and the scanning part scans. Reflects light.
The second reference part is provided inside the light-shielding part, is located between the exit window and the entrance window, is located within a range in which the scanning part scans light, and is disposed on the first reference part. The reflectance for reflecting the light that is adjacent and scanned by the scanning unit in the direction of the light receiving unit is smaller than that of the first reference unit.
これにより、反射光を集光できるので、反射点までの距離の算出精度を高くすることができる。 Thereby, since reflected light can be condensed, the calculation precision of the distance to a reflective point can be made high.
上記形状測定装置(80)は、更に、基準算出部(30)を有する。
上記基準算出部は、上記受光部(30)が受光した反射光の強度が所定の閾値をまたいで変化した時刻のうち少なくともいずれかの時刻を、上記第一基準部(51)と上記第二基準部(52)との境界がある方向を走査した境界時刻であると判定する。
The shape measuring device (80) further includes a reference calculation unit (30).
The reference calculation unit determines at least one of the times when the intensity of the reflected light received by the light receiving unit (30) has changed over a predetermined threshold as the first reference unit (51) and the second reference unit. It is determined that it is a boundary time when a direction in which there is a boundary with the reference portion (52) is scanned.
これにより、走査部が光を走査させた方向を正確に知ることができる。 Thereby, it is possible to accurately know the direction in which the scanning unit scans the light.
上記形状測定装置(80)は、更に、方向測定部(61)を有する。
上記方向測定部は、上記走査部(20)が光を走査させた凡その方向を測定する。
上記基準算出部(63)は、上記方向測定部が測定した方向に基づいて、上記走査部が走査させた光が上記第一基準部(51)のある方向を走査した時刻を算出し、算出した時刻の近傍を探索して、上記受光部(30)が受光した反射光の強度が上記閾値をまたいで変化する時刻を判定し、判定した時刻を上記境界時刻とする。
The shape measuring device (80) further includes a direction measuring unit (61).
The direction measuring unit measures an approximate direction in which the scanning unit (20) scans light.
The reference calculation unit (63) calculates and calculates the time when the light scanned by the scanning unit scans a direction in which the first reference unit (51) is located based on the direction measured by the direction measurement unit. The vicinity of the determined time is searched, the time when the intensity of the reflected light received by the light receiving unit (30) changes across the threshold value is determined, and the determined time is set as the boundary time.
これにより、反射光が対象物に当たり反射光の強度が閾値をまたいで変化した場合を除外することができ、境界時刻を正しく判定することができる。 Thereby, it is possible to exclude the case where the reflected light hits the object and the intensity of the reflected light changes across the threshold, and the boundary time can be correctly determined.
上記基準算出部(63)は、上記受光部(30)が受光した反射光の強度の移動平均と、上記受光部が受光した反射光の強度の低周波成分とのうちのいずれかに基づいて、上記境界時刻を判定する。 The reference calculation unit (63) is based on one of a moving average of the intensity of the reflected light received by the light receiving unit (30) and a low frequency component of the intensity of the reflected light received by the light receiving unit. The boundary time is determined.
これにより、ノイズなどの影響による誤判定を防ぐことができる。 As a result, erroneous determination due to the influence of noise or the like can be prevented.
上記走査部(20)は、上記発光部(10)が放射した光を、所定の一次元の範囲内を往復走査させる。
上記第一基準部(51)は、上記走査部が光を走査させる範囲の端に位置する。
上記第二基準部(52)は、上記第一基準部よりも、上記走査部が光を走査させる範囲の内側に位置する。
The scanning unit (20) reciprocally scans the light emitted by the light emitting unit (10) within a predetermined one-dimensional range.
The first reference portion (51) is located at the end of a range in which the scanning portion scans light.
The second reference portion (52) is located inside the range in which the scanning portion scans light, relative to the first reference portion.
これにより、境界時刻を正確に判定することができる。 Thereby, the boundary time can be accurately determined.
10 発光部、11 光放射部、20 走査部、21 MEMSミラー、30 受光部、31 レンズ、32 受光素子、40 遮光部、41 仕切板、42 出射窓、43 入射窓、45 透光板、50 基準反射板、51 高反射部、52 低反射部、53 板、54 スポンジ、55〜57 部分、58 鏡、61 方向測定部、62 位相検波部、63 基準算出部、64 方向算出部、65 距離算出部、80 形状測定装置、81〜85 矢印、86〜88 実線、89 走査範囲、91 駆動期間、92 開放期間、93 時刻、94〜96 破線、97 固定期間、98 変動期間、99 閾値、S70 基準算出処理、S71 時刻推定工程、S72 強度判定工程、S73 前方探索工程、S74 後方探索工程、S75 異常終了工程。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記発光部は、光を放射し、
上記走査部は、駆動信号によって基準角度を中心とする振り子運動をして角度が変わることにより、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させ、
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光し、
上記遮光部は、上記発光部と上記走査部と上記受光部とを覆い、上記走査部が走査させた光を上記遮光部の外部に出射する出射窓と、上記出射窓を介して出射した光が反射した反射光を上記遮光部のなかに入射する入射窓とが設けられ、
上記第一基準部は、上記所定の範囲内の端における上記出射窓と上記入射窓との間に位置し、上記走査部が走査させた光を反射し、
上記第二基準部は、上記出射窓と上記入射窓との間における上記第一基準部よりも上記所定の範囲の中心側である上記出射窓の方に上記第一基準部に隣接して設けられ、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部と異なり、
上記方向測定部は、上記走査部に発生する逆起電力を測定することにより、上記走査部が光を走査させた方向を測定し、
上記基準算出部は、上記方向測定部が測定した方向に基づいて、上記走査部が走査させた光が上記第一基準部のある方向を走査した時刻を算出し、算出した時刻の前に上記受光部が受光した反射光の強度が閾値をまたいで変化する時刻を上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した第一の境界時刻として特定し、算出した時刻の後に上記受光部が受光した反射光の強度が上記閾値をまたいで変化する時刻を上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した第二の境界時刻として特定し、
上記方向算出部は、上記基準算出部が特定した第一の境界時刻と第二の境界時刻との中間の時刻と、上記方向測定部が上記第一基準部のある方向を測定した時刻との差を時間誤差として、指定時刻に上記時間誤差を加えた時刻に上記方向測定部が測定した方向を、上記指定時刻において、上記走査部が走査させた光を反射した反射点の方向として算出する形状測定装置。 A light emitting unit, a scanning unit, a light receiving unit, a light shielding unit, a first reference unit, a second reference unit, a direction measuring unit, a reference calculating unit, and a direction calculating unit;
The light emitting unit emits light,
The scanning unit performs a pendulum motion centered on a reference angle according to a drive signal and changes the angle, thereby bending the traveling direction of the light emitted by the light emitting unit to scan within a predetermined range,
The light receiving unit receives reflected light reflected by the light scanned by the scanning unit,
The light shielding portion covers the light emitting portion, the scanning portion, and the light receiving portion, and an emission window that emits light scanned by the scanning portion to the outside of the light shielding portion, and light emitted through the emission window And an incident window through which the reflected light reflected by the light enters the light shielding part,
The first reference part is located between the exit window and the entrance window at an end within the predetermined range, and reflects the light scanned by the scanning part,
The second reference portion is provided adjacent to the first reference portion on the exit window that is closer to the center of the predetermined range than the first reference portion between the exit window and the entrance window. The reflectance for reflecting the light scanned by the scanning unit in the direction of the light receiving unit is different from the first reference unit,
The direction measuring unit measures a direction in which the scanning unit scans light by measuring a counter electromotive force generated in the scanning unit,
The reference calculating unit calculates a time when the light scanned by the scanning unit scans a certain direction of the first reference unit based on the direction measured by the direction measuring unit, and before the calculated time, The time when the intensity of the reflected light received by the light receiving unit changes across the threshold is specified as the first boundary time obtained by scanning the direction in which the boundary between the first reference unit and the second reference unit is located, and the calculated time After that, the time when the intensity of the reflected light received by the light receiving unit changes across the threshold is specified as the second boundary time when the direction in which the boundary between the first reference unit and the second reference unit is located is scanned. ,
The direction calculation unit includes an intermediate time between the first boundary time and the second boundary time specified by the reference calculation unit, and a time when the direction measurement unit measures the direction in which the first reference unit is located. Using the difference as a time error, the direction measured by the direction measuring unit at the time obtained by adding the time error to the specified time is calculated as the direction of the reflection point reflecting the light scanned by the scanning unit at the specified time. Shape measuring device.
上記入射窓は、略円状の開口である
請求項1に記載の形状測定装置。 The exit window is a substantially slit-shaped opening,
The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the incident window is a substantially circular opening.
請求項1又は2に記載の形状測定装置。 The reference calculation unit is configured to calculate the first boundary based on one of a moving average of the intensity of reflected light received by the light receiving unit and a low frequency component of the intensity of reflected light received by the light receiving unit. The shape measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the time and the second boundary time are specified.
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