JP6271278B2 - 位置計測装置および位置計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物の表面に照射したレーザ光の反射光や散乱光を受けて三角測量法にて位置を求める位置計測装置および位置計測方法に関する。

対象物の表面の位置を３次元座標で計測する位置計測装置においては、対象物の表面にプローブを接触させる接触式と、対象物の表面にレーザ光を照射して計測を行う非接触式とがある。

図１０は、三角測量法を用いた非接触式の位置計測装置を例示する模式図である。
図１０に表したように、この位置計測装置は、対象物ＯＢに向けてレーザ光Ｌ１を放出する発光部１０と、レーザ光Ｌ１の光軸とは非平行な光軸上に設けられた撮像部２０と、を備える。対象物ＯＢの位置を計測するには、発光部１０から対象物ＯＢに向けてレーザ光Ｌ１を放出し、このレーザ光Ｌ１の対象物ＯＢでの散乱光を撮像部２０で取り込む。位置計測装置では、発光部１０と撮像部２０との間に視差Ｄが設けられているため、撮像部２０で取り込んだ位置情報Δｘ、焦点距離ｆおよび視差Ｄに基づき三角測量法を用いて対象物ＯＢの変位Ｌを求めることができる。尚、図１０では単純化して図示したが、光学系はシャインプルーフ光学系を用いるのが好ましい。

このような非接触式の位置計測装置において、特許文献１には、フォトセンサによって検出された反射光の受光量により、光ビーム放射器からの光ビームの強度を補正して、ラインセンサによる受光量を一定にする構成が開示されている。すなわち、特許文献１に記載の位置計測装置では、測定精度を向上させるために受光量をフィードバックして光ビームの強度を調整し、ラインセンサで取り込む光の量を一定にするよう制御している。

特開２００２−１３９３１１号公報

三角測量法を用いた位置計測のように、レーザ光の光軸と、撮像部の光軸との間に所定の角度が設けられている場合、撮像部の光軸上に何らかの物体があると影になってしまい拡散光を十分に受けることができなくなる。このように、対象物からの拡散光が遮られてしまうことを「オクリュージョン」と呼ぶ。

図１１は、オクリュージョンが発生している状態を示す模式図である。図１１に表したように、発光部１０から第１光軸ａ１に沿って放出されたレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射され、その拡散光を撮像部２０で取り込む場合、撮像部２０の第２光軸ａ２上に例えば別な物体ＯＢ２があると影になってしまう。ここで、特許文献１に記載された位置計測装置では、このようなオクリュージョンが発生した場合、受光量の低下に応じてレーザ光Ｌ１の強度を高めるフィードバック制御が行われる。これにより、撮像部２０での受光量の低下を補うようにしている。

しかし、レーザ光Ｌ１の強度が高くなった状態でオクリュージョンが解消された場合、必要以上に強い拡散光が発生し、撮像部２０で取り込む拡散光の光量が多すぎてしまうことになる。撮像部２０での受光量が多すぎると計測結果に影響を及ぼし、位置検出の精度を低下させる原因となる。

また、図１２（ａ）および（ｂ）は、レーザ光が対象物に照射されていない状態から、対象物に照射される状態を示す模式図である。図１２（ａ）に表したように、レーザ光Ｌ１が対象物から外れて空間に向かった場合、対象物ＯＢからの拡散光は発生しない。このような場合、撮像部２０での拡散光の受光量が少ないとして、レーザ光Ｌ１の強度を高めるような制御が行われる。

しかしながら、図１２（ｂ）に表したように、計測ポイントが移動してレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射された場合、一時的に強度の高いレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射され、強い拡散光が発生することになる。特に、対象物ＯＢのエッジ部分においては拡散光が強く発生する。この非常に強い拡散光を受けることで撮像部２０での受光量がオーバフローしやすくなる。

本発明の目的は、受光量に応じてレーザ光の強度を調整する場合であっても、精度の高い位置計測を行うことができる位置計測装置および位置計測方法を提供することである。

本発明の位置計測装置は、発光部と、撮像部と、第１ビームスプリッタと、第１受光部と、第２受光部と、演算部と、制御部と、を備える。発光部は、対象物の位置を測定するため第１光軸に沿ってレーザ光を放出する。撮像部は、第１光軸とは非平行な第２光軸上に設けられる。第１ビームスプリッタは、第１光軸上に設けられる。第１受光部は、第１光軸に沿って発光部に向かい第１ビームスプリッタで反射した光を受けて光強度に応じた第１信号を出力する。第２受光部は、第２光軸に沿って撮像部に向かう光の強度に応じた第２信号を出力する。演算部は、第２光軸に沿って進行する光に基づき対象物の位置を演算する。制御部は、第１信号と第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、レーザ光の強度を第２信号に基づき制御し、第１信号と第２信号との差が前記閾値以上の場合には、レーザ光を予め設定された強度になるように制御する。

このような構成によれば、発光部から放出されたレーザ光のうち発光部側に戻る光の強度と、撮像部側に向かう光の強度との両方を検出し、これらの強度に応じてオクリュージョンが発生しているか否かを判別する。オクリュージョンが発生していると判断した場合、レーザ光の強度を高める制御を行わないようにする。これにより、オクリュージョンが解消した段階で、撮像部で取り込む光量が一時的に多くなり過ぎることを防止することができる。

本発明の位置計測装置において、制御部は、第１信号の強度が予め設定された値以下である場合には、レーザ光を予め設定された強度になるように制御してもよい。このような構成によれば、第１信号の強度によってレーザ光が対象物に照射されていない状態を判別することができる。

本発明の位置計測装置において、制御部は、第１信号と第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、第２信号に基づきレーザ光の強度をフィードバック制御し、第１信号と第２信号との差が前記閾値以上の場合には、レーザ光の強度をフィードバック制御の目標値以下の値に設定するようにしてもよい。

このような構成によれば、第１信号と第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合はレーザ光が対象物に照射されている状態であると判断して、レーザ光の強度をフィードバック制御する。一方、第１信号と第２信号との差が前記閾値以上の場合には、オクリュージョンが発生しているか、レーザ光が対象物に照射されていない状態のいずれかであると判断して、レーザ光の強度をフィードバック制御の目標値以下の値に設定する。これにより、その後にレーザ光が対象物に照射された際の不具合を解消することができる。

本発明の位置計測装置においては、第１光軸上に設けられた第２ビームスプリッタをさらに備え、第２受光部によって第２ビームスプリッタで反射した光を受けて第２信号を出力するようにしてもよい。このような構成によれば、第２光軸に沿って撮像部へ向かう光を第２ビームスプリッタで反射させて第２受光部で受けることで、撮像部側に向かう光の強度に応じた第２信号を的確に捉えることができるようになる。

本発明の位置計測装置は、発光部と、第１ビームスプリッタと、第１受光部と、撮像部と、演算部と、制御部と、を備える。発光部は、対象物の位置を測定するため第１光軸に沿ってレーザ光を放出する。第１ビームスプリッタは、第１光軸上に設けられる。第１受光部は、第１光軸に沿って発光部に向かい第１ビームスプリッタで反射した光を受けて光強度に応じた第１信号を出力する。第１受光部は、第１光軸に沿って発光部に向かい第１ビームスプリッタで反射した光を受けて光強度に応じた第１信号を出力する。撮像部は、第１光軸とは非平行な第２光軸に沿って進行する光を受けて光強度に応じた第２信号を出力する。演算部は、第２光軸に沿って進行する光に基づき対象物の位置を演算する。制御部は、第１信号と第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、レーザ光の強度を第２信号に基づき制御し、第１信号と第２信号との差が前記閾値以上の場合には、レーザ光を予め設定された強度になるように制御する。

このような構成によれば、発光部から放出されたレーザ光のうち発光部側に戻る光の強度と、撮像部で受けた光の強度との両方を検出し、これらの強度に応じてオクリュージョンが発生しているか否かを判別する。オクリュージョンが発生していると判断した場合、レーザ光の強度を高める制御を行わないようにする。これにより、オクリュージョンが解消した段階で、撮像部で取り込む光量が一時的に多くなり過ぎることを防止することができる。

本発明の位置計測方法は、発光部から第１光軸に沿ってレーザ光を放出する工程と、第１光軸に沿って発光部へ向かう光を受けて光強度に応じた第１信号を得る工程と、第１光軸とは非平行な第２光軸上に設けられた撮像部で光を受けて受光位置の情報を得るとともに、第２光軸に沿って撮像部へ向かう光を受けて光強度に応じた第２信号を得る工程と、撮像部で得た受光位置の情報を用いて対象物の位置を演算する工程と、第１信号と第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、レーザ光の強度を第２信号に基づき制御し、第１信号と第２信号との差が前記閾値以上の場合には、レーザ光を予め設定された強度になるように制御する工程と、を備える。

このような構成によれば、発光部から放出されたレーザ光のうち発光部側に戻る光の強度と、撮像部側に向かう光の強度との両方を検出し、これらの強度に応じてオクリュージョンが発生しているか否かを判別する。オクリュージョンが発生していると判断した場合、レーザ光の強度を高める制御を行わないようにする。これにより、オクリュージョンが解消した後段階で、撮像部で取り込む光量が一時的に多くなり過ぎることを防止することができる。

本発明の位置計測方法において、レーザ光の強度の制御は、第１信号の強度が予め設定された値以下になった場合には、レーザ光を予め設定された強度になるように制御してもよい。このような構成によれば、第１信号の強度によってレーザ光が対象物に照射されていない状態を判別することができる。

本発明の位置計測方法において、レーザ光の強度の制御は、第１信号と第２信号との差が予め設定された前記閾値よりも小さい場合には、第２信号に基づきレーザ光の強度をフィードバック制御し、第１信号と第２信号との差が前記閾値以上の場合には、レーザ光の強度をフィードバック制御の目標値以下の値に設定するようにしてもよい。

このような構成によれば、第１信号と第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合はレーザ光が対象物に照射されている状態であると判断して、レーザ光の強度をフィードバック制御する。一方、第１信号と第２信号との差が前記閾値以上の場合には、オクリュージョンが発生しているか、レーザ光が対象物に照射されていない状態のいずれかであると判断して、レーザ光の強度をフィードバック制御の目標値以下の値に設定する。これにより、その後にレーザ光が対象物に照射された際の不具合を解消することができる。

第１の実施形態に係る位置計測装置の構成を例示する図である。 オクリュージョンが発生している状態を例示する図である。 レーザ光が対象物に照射されていない状態を例示する図である。 第１の実施形態に係る位置計測装置を例示する構成図である。 第２の実施形態に係る位置計測装置の構成を例示する図である。 第２の実施形態に係る位置計測装置を例示する構成図である。 第３の実施形態に係る位置計測方法を例示するフローチャートである。 第３の実施形態に係る位置計測方法のサブルーチンを例示するフローチャートである。 アーム式位置計測装置を例示する模式的斜視図である。 三角測量法を用いた非接触式の位置計測装置を例示する模式図である。 オクリュージョンが発生している状態を示す模式図である。 レーザ光が対象物に照射されていない状態から、対象物に照射される状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る位置計測装置の構成を例示する図である。
図１に表したように、本実施形態に係る位置計測装置１００は、三角測量法によって対象物ＯＢの例えば３次元座標上の位置を計測する装置である。位置計測装置１００は、発光部１０、撮像部２０、演算部３０、第１ビームスプリッタ４１、第１受光部５１、第２受光部５２および制御部６０を備える。位置計測装置１００は、上記構成のほか、第２ビームスプリッタ４２を備えていてもよい。本実施形態では、第２ビームスプリッタ４２を備えている例について説明する。

発光部１０は、レーザ光Ｌ１を放出する光源を含む。発光部１０は、対象物ＯＢの位置を測定するため第１光軸ａ１に沿ってレーザ光Ｌ１を放出する。撮像部２０は、第１光軸ａ１とは非平行な第２光軸ａ２上に設けられる。撮像部２０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などのラインセンサやイメージセンサを含む。撮像部２０は、対象物ＯＢに照射されたレーザ光Ｌ１の主として拡散光Ｒ２を受けて光強度に応じた信号を出力する。

演算部３０は、第２光軸ａ２に沿って進行する光に基づき対象物ＯＢの位置を演算する。すなわち、演算部３０は、撮像部２０から出力された信号に基づき対象物ＯＢの位置を演算する。演算部３０は、撮像部２０から出力された電気信号に基づき、例えば光量の最も多いセンサの画素の位置を求める。そして、図８に表したような三角測量法によって対象物ＯＢの例えば３次元座標軸上の位置を演算する。

第１ビームスプリッタ４１は、第１光軸ａ１上に設けられる。第１ビームスプリッタ４１は、第１光軸ａ１上における発光部１０と対象物ＯＢとの間に配置される。第１ビームスプリッタ４１は、発光部１０から放出されたレーザ光Ｌ１を対象物ＯＢ側へ透過するとともに、対象物ＯＢで反射し第１光軸ａ１に沿って発光部１０へ戻る反射光Ｒ１を第１光軸ａ１と直交する方向へ反射させる。第１ビームスプリッタ４１は、例えばハーフミラーである。なお、第１ビームスプリッタ４１は、入射光を透過光と反射光とに分けるものであればハーフミラー以外であってもよい。

第１受光部５１は、第１光軸ａ１に沿って発光部１０に向かい第１ビームスプリッタ４１で反射した第１反射光４１ａを受けて光強度に応じた第１信号Ｓｉｇ１を出力する。第１受光部５１は、第１ビームスプリッタ４１で反射した第１反射光４１ａ、すなわちレーザ光Ｌ１の対象物ＯＢでの反射光Ｒ１のうち第１ビームスプリッタ４１で反射した第１反射光４１ａを受ける。したがって、第１受光部５１から出力される第１信号Ｓｉｇ１は、対象物ＯＢでのレーザ光Ｌ１の反射光Ｒ１の強度に応じた値になる。第１受光部５１は、例えばフォトダイオードを含む。

第２ビームスプリッタ４２は、第２光軸ａ２上に設けられる。第２ビームスプリッタ４２は、第２光軸ａ２上における撮像部２０と対象物ＯＢとの間に配置される。第２ビームスプリッタ４２は、レーザ光Ｌ１の対象物ＯＢの表面での拡散光Ｒ２の一部を撮像部２０側へ透過するとともに、拡散光Ｒ２の一部を第２光軸ａ２と直交する方向へ反射させる。第２ビームスプリッタ４２は、例えばハーフミラーである。なお、第２ビームスプリッタ４２、入射光を透過光と反射光とに分けるものであればハーフミラー以外であってもよい。

第２受光部５２は、第２光軸ａ２に沿って撮像部２０に向かう光の強度に応じて第２信号Ｓｉｇ２を出力する。本実施形態では、第２受光部５２は、第２光軸ａ２に沿って撮像部２０に向かい第２ビームスプリッタ４２で反射した第２反射光４２ａを受けて光強度に応じた第２信号Ｓｉｇ２を出力する。第２受光部５２は、第２ビームスプリッタ４２で反射した第２反射光４２ａ、すなわちレーザ光Ｌ１の対象物ＯＢの表面での拡散光Ｒ２のうち第１ビームスプリッタ４１で反射した第２反射光４２ａを受ける。したがって、第２受光部５２から出力される第２信号Ｓｉｇ２は、対象物ＯＢでのレーザ光Ｌ１の拡散光Ｒ２の強度に応じた値になる。第２受光部５２は、例えばフォトダイオードを含む。なお、第２ビームスプリッタ４２を備えていない構成では、第２受光部５２は撮像部２０で反射した光（拡散光Ｒ２の反射光）を捉えて第２信号Ｓｉｇ２を出力してもよい。

制御部６０は、発光部１０から放出されるレーザ光Ｌ１の強度を制御する部分である。制御部６０は、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、レーザ光Ｌ１の強度を第２信号Ｓｉｇ２に基づき制御する。一方、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２との差が前記閾値以上の場合には、レーザ光Ｌ１を予め設定された強度になるように制御する。

制御部６０は、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２との差によって、オクリュージョンの発生や、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態を判別する。そして、オクリュージョンが発生している場合や、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態であると判断した場合、レーザ光Ｌ１の強度を高める制御を行わないようにする。

具体的には、制御部６０は、オクリュージョンが発生している場合や、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態であると判断した場合、レーザ光Ｌ１の強度を通常の強度よりも低くなるように制御する。

また、制御部６０は、第１信号Ｓｉｇ１の強度が予め設定された値以下である場合には、レーザ光Ｌ１の強度を予め設定された強度になるように制御してもよい。すなわち、制御部６０は、第１信号Ｓｉｇ１の強度が予め設定された値以下の場合、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態であると判断する。これにより、制御部６０は、レーザ光Ｌ１の強度を高める制御を行わないようにする。

このような制御によって、オクリュージョンが解消した後や、レーザ光Ｌ１が空間から対象物ＯＢに照射される状態に移行した段階で、撮像部２０で取り込む光量が一時的に多くなり過ぎることを防止する。

ここで、対象物ＯＢの位置を計測する際の第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２の変化について説明する。
先ず、図１に表したような通常の計測の状態について説明する。発光部１０から放出されたレーザ光Ｌ１は、第１光軸ａ１に沿って対象物ＯＢに照射される。対象物ＯＢの表面からはレーザ光Ｌ１の反射光Ｒ１と拡散光Ｒ２とが発生する。反射光Ｒ１は、対象物ＯＢの表面で進行方向が変わる光のうち第１光軸ａ１に沿って戻る光である。また、拡散光Ｒ２は、対象物ＯＢの表面で進行方向が変わる光のうち第１光軸ａ１に沿わない光である。

拡散光Ｒ２の一部は第２光軸ａ２に沿って撮像部２０に到達する。撮像部２０は拡散光Ｒ２の受光量に応じた信号を演算部３０に出力する。演算部３０は、この信号に基づいて三角測量法により対象物ＯＢと位置計測装置１００との距離を演算する。

このような通常の計測の状態において、反射光Ｒ１の一部（第１反射光４１ａ）は第１ビームスプリッタ４１で反射して第１受光部５１に取り込まれる。第１受光部５１は、第１反射光４１ａの強度に応じた第１信号Ｓｉｇ１を出力する。一方、拡散光Ｒ２の一部（第２反射光４２ａ）は第２ビームスプリッタ４２で反射して第２受光部５２に取り込まれる。第２受光部５２は、第２反射光４２ａの強度に応じた第２信号Ｓｉｇ２を出力する。ここで、通常の計測の状態における第１信号Ｓｉｇ１から第２信号Ｓｉｇ２を差し引いた値を第１信号強度差ΔＳｉｇ１とする。

図２は、オクリュージョンが発生している状態を例示する図である。
オクリュージョンが発生している状態であっても、反射光Ｒ１の一部（第１反射光４１ａ）は第１ビームスプリッタ４１で反射して第１受光部５１に取り込まれる。そして、第１受光部５１は、通常の計測の状態と同程度の第１信号Ｓｉｇ１を出力する。一方、第２光軸ａ２上には物体ＯＢ２があるため、第２光軸ａ２に沿って撮像部２０へ向かう拡散光Ｒ２は物体ＯＢ２によって遮られてしまう。このため、第２ビームスプリッタ４２で反射して第２受光部５２に向かう第２反射光４２ａはほとんど発生しない。つまり、第２受光部５２から出力される第２信号Ｓｉｇ２の強度は非常に小さい。

オクリュージョンが発生している状態で、第１信号Ｓｉｇ１から第２信号Ｓｉｇ２を差し引いた値を第２信号強度差ΔＳｉｇ２とする。オクリュージョンが発生している状態では、第２信号Ｓｉｇ２が非常に小さいため、第２信号強度差ΔＳｉｇ２は、通常の計測状態における第１信号強度差ΔＳｉｇ１よりも大きくなる。

図３は、レーザ光が対象物に照射されていない状態を例示する図である。
発光部１０から第１光軸ａ１に沿って放出されたレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢの表面に照射されていない状態では、反射光Ｒ１および拡散光Ｒ２は発生しない。したがって、第１受光部５１から出力される第１信号Ｓｉｇ１の強度および第２受光部５２から出力される第２信号Ｓｉｇ２の強度は、ともに非常に小さくなる。

制御部６０は、このような状態の相違による第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２の変化によって、通常の計測状態（図１参照）か、オクリュージョンが発生している状態（図２参照）か、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態（図３参照）かを判別する。

制御部６０は、上記のように第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２によって通常の計測の状態であるか、オクリュージョンが発生している状態であるか、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態であるかを判別し、この判別結果に応じてレーザ光Ｌ１の強度を制御する。

すなわち、制御部６０は、通常の計測の状態であると判定した場合には第２信号Ｓｉｇ２に基づきレーザ光Ｌ１の強度が所定の値になるようにフィードバック制御を行う。これにより、対象物ＯＢからの拡散光Ｒ２の光量が安定し、精度の高い位置計測を行うことができる。

一方、オクリュージョンが発生している状態であるか、またはレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態であると判定した場合には、通常の計測の場合に比べてレーザ光Ｌ１の強度を低くするように制御する。これにより、オクリュージョンが解消した場合や、レーザ光Ｌ１が空間から対象物ＯＢに照射される状態になった段階で、拡散光Ｒ２の光量が一時的に多くなりすぎることを防止する。よって、撮像部２０では、信号のオーバフローが抑制され、精度の高い位置計測を行うことができる。

図４は、第１の実施形態に係る位置計測装置を例示する構成図である。
制御部６０は、レーザ光Ｌ１を放出する光源１０１に供給する電力（例えば、電流）を制御して、レーザ光Ｌ１の強度を調整する。制御部６０は、撮像部２０に供給する電力や、第１受光部５１および第２受光部５２に供給する電力を制御してもよい。

第１受光部５１は、例えば第１フォトダイオード５１１と、第１アンプ５１２とを含む。第２受光部５２は、例えば第２フォトダイオード５２１と、第２アンプ５２２とを含む。第１フォトダイオード５１１は、第１反射光４１ａを取り込み、第１反射光４１ａの強度に応じた電流を第１アンプ５１２に出力する。第１アンプ５１２は、第１フォトダイオード５１１から出力された電流に基づき電圧に変換された第１信号Ｓｉｇ１を出力する。第２アンプ５２２は、第２フォトダイオード５２１から出力された電流に基づき電圧に変換された第２信号Ｓｉｇ２を出力する。

制御部６０は、第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２を入力として、光源１０１に供給する電力を制御する。すなわち、制御部６０は、先に説明したように、第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２を用いて演算を行い、その演算結果に応じて通常の計測の状態であるか、オクリュージョンが発生している状態であるか、およびレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態であるか、のいずれかを判別する。

そして、制御部６０は、通常の計測の状態であると判定した場合には、レーザ光Ｌ１の強度が所定の値（第１強度）になるように光源１０１に供給する電力を第２信号Ｓｉｇ２に基づきフィードバック制御する。また、制御部６０は、オクリュージョンが発生している状態、またはレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されていない状態であると判定した場合には、レーザ光Ｌ１の強度を第１強度よりも低い第２強度になるように光源１０１に供給する電力を制御する。

このような制御によって、本実施形態に係る位置計測装置１００では、オクリュージョンが解消した後や、レーザ光Ｌ１が空間から対象物ＯＢに照射される状態になった場合でも、撮像部２０で取り込む光量が一時的に多くなり過ぎることを防止でき、精度の高い位置計測を行うことができるようになる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る位置計測装置の構成を例示する図である。
図６は、第２の実施形態に係る位置計測装置の構成図である。
第２の実施形態に係る位置計測装置１２０では、第１の実施形態に係る位置計測装置１００の第２ビームスプリッタ４２および第２受光部５２が設けられていない。他の構成は位置計測装置１００と同様である。

本実施形態に係る位置計測装置１２０においては、第２光軸ａ２に沿って進行する光（拡散光Ｒ２）を撮像部２０で受ける。撮像部２０は、受けた光の強度に応じた第２信号Ｓｉｇ２を出力する。制御部６０は、第１信号Ｓｉｇ１および撮像部２０から出力された第２信号Ｓｉｇ２に基づき、第１の実施形態に係る位置計測装置１００と同様な制御を行う。

第２の実施形態に係る位置計測装置１２０では、オクリュージョンが解消した後や、レーザ光Ｌ１が空間から対象物ＯＢに照射される状態になった場合でも、撮像部２０で取り込む光量が一時的に多くなり過ぎることを防止でき、精度の高い位置計測を行うことができるようになる。また、第２の実施形態に係る位置計測装置１２０では、第２ビームスプリッタ４２や第２受光部５２が設けられていないため、位置計測装置１００に比べて装置の簡素化を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る位置計測方法について説明する。
図７は、第３の実施形態に係る位置計測方法を例示するフローチャートである。
図８は、第３の実施形態に係る位置計測方法のサブルーチンを例示するフローチャートである。
図７に表したように、本実施形態に係る位置計測方法は、先ず、発光部１０からレーザ光Ｌ１を放出する（ステップＳ１０１）。レーザ光Ｌ１は、発光部１０から第１光軸ａ１に沿って放出され、対象物ＯＢの表面に照射される。

次に、第２信号Ｓｉｇ２の取得を行う（ステップＳ１０２）。すなわち、第２光軸ａ２に沿って撮像部２０へ向かう拡散光Ｒ２の強度に応じた第２信号Ｓｉｇ２を取得する。例えば、第２光軸ａ２に沿って撮像部２０へ向かう拡散光Ｒ２の一部を第２ビームスプリッタ４２で分離して、第２受光部５２で取り込む。そして、第２受光部５２から拡散光Ｒ２の光強度に応じた第２信号Ｓｉｇ２を出力する。

次に、第１光軸ａ１に沿って発光部１０へ向かう光（反射光Ｒ１）の強度に応じた第１信号Ｓｉｇ１を取得する（ステップＳ１０３）。すなわち、第１光軸ａ１に沿って発光部１０へ戻る反射光Ｒ１の一部を第１ビームスプリッタ４１で分離して、第１受光部５１で取り込む。そして、第１受光部５１から反射光Ｒ１の光強度に応じた第１信号Ｓｉｇ１を出力する。

次に、レーザ光の光量を制御する（ステップＳ１０４）。レーザ光の制御は、図８に表したサブルーチンに沿って行われる。サブルーチンについては後述する。

次に、撮像部２０により受光位置の情報を取得する（ステップＳ１０５）。撮像部２０は、第１光軸ａ１とは非平行な第２光軸ａ２上に設けられる。撮像部２０は、対象物ＯＢからのレーザ光Ｌ１の拡散光Ｒ２を受けて、画素ごとの受光量に応じた情報を演算部３０へ出力する。

次に、演算部３０は、撮像部２０から出力された受光位置の情報に基づき対象物ＯＢの例えば３次元座標上の位置を演算する（ステップＳ１０６）。演算部３０は、三角測量法を用いて対象物ＯＢの表面における計測ポイントの座標を演算する。

次に、計測終了か否かを判断する（ステップＳ１０７）。計測終了の場合には処理を終了し、計測終了でない場合にはステップＳ１０１へ戻り、以降の処理を繰り返す。

ここで、ステップＳ１０４のレーザ光の光量の制御方法を、図８のサブルーチンに沿って説明する。先ず、レーザ光Ｌ１を第１強度に調整する（ステップＳ２０１）。第１強度は、レーザ光Ｌ１を第２信号Ｓｉｇ２に基づきフィードバック制御する目標値以下となる強度である。

次に、第２信号Ｓｉｇ２と第３閾値Ｔｈ３との比較を行う（ステップＳ２０２）。第３閾値Ｔｈ３は、第２光軸ａ２に戻り光があるか否かを判定するための閾値である。第２信号Ｓｉｇ２が第３閾値Ｔｈ３よりも小さい場合には、第２光軸ａ２に戻り光が無いとしてステップＳ２０３へ進む。第２信号Ｓｉｇ２が第３閾値Ｔｈ３以上である場合には、第２光軸ａ２に戻り光があるとしてステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０３では、第１信号Ｓｉｇ１と第１閾値Ｔｈ１との比較を行う。第１閾値Ｔｈ１は、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢの表面に照射された際に生じる反射光Ｒ１の強度よりも低い値である。

ここで、第１信号Ｓｉｇ１が第１閾値Ｔｈ１よりも小さいと判断された場合には、レーザ光Ｌ１を第２強度に調整する（ステップＳ２０４）。すなわち、第１信号Ｓｉｇ１が第１閾値Ｔｈ１よりも小さい状態とは、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢの表面に照射されず、空間に向けて放出されている状態である。この場合には、レーザ光Ｌ１の強度を、通常の強度（レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射され反射光Ｒ１がある場合に設定される強度（例えば、第１強度））よりも低い第２強度に調整する。これにより、計測ポイントが移動してレーザ光Ｌ１が対象物ＯＢのエッジ部分に照射された場合でも、強い散乱光Ｒ２の発生が抑制される。

一方、ステップＳ２０２の判断で第２信号Ｓｉｇ３が第３閾値Ｔｈ３以上であると判断された場合、またはステップＳ２０３の判断で第１信号Ｓｉｇ１が第１閾値Ｔｈ１以上であと判断された場合には、ステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５では、第１信号Ｓｉｇ１から第２信号Ｓｉｇ２を差し引いた値と第２閾値Ｔｈ２とを比較する。第２閾値Ｔｈ２は、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢの表面に照射され、オクリュージョンが発生していない通常の状態で、第１信号Ｓｉｇ１から第２信号Ｓｉｇ２を差し引いた値よりも大きい値である。

第１信号Ｓｉｇ１から第２信号Ｓｉｇ２を差し引いた値が第２閾値Ｔｈ２よりも大きいと判断された場合には、レーザ光Ｌ１を第１強度に調整する（ステップＳ２０６）。つまり、第１信号Ｓｉｇ１から第２信号Ｓｉｇ２を差し引いた値が第２閾値Ｔｈ２よりも大きい状態とは、オクリュージョンが発生している状態である。この場合には、レーザ光Ｌ１の強度を、通常の強度（例えば、第１強度）に調整する。

一方、ステップＳ２０５の判断で、第１信号Ｓｉｇ１から第２信号Ｓｉｇ２を差し引いた値が第２閾値Ｔｈ２以下であると判断された場合には、レーザ光Ｌ１の強度をフィードバック制御する（ステップＳ２０７）。

このような本実施形態に係る位置計測方法によれば、第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２によって、レーザ光Ｌ１が対象物ＯＢに照射されず空間に放出されている状態や、オクリュージョンが発生している状態を的確に判別する。そして、これらのいずれかであると判断した場合には、レーザ光Ｌ１の強度を所定の値（例えば、通常の強度よりも高くならない強度）に設定する。これにより、レーザ光Ｌ１が空間から対象物ＯＢに照射される状態になった場合や、オクリュージョンが解消された場合でも、撮像部２０で取り込む光量が一時的に多くなり過ぎることを防止でき、精度の高い位置計測を行うことができるようになる。

なお、ステップＳ２０５の判断では、第１信号Ｓｉｇ１に第１係数ｋ１を乗算し、第２信号Ｓｉｇ２に第２係数ｋ２を乗算してもよい。すなわち、ステップＳ２０５では、第１信号Ｓｉｇ１×第１係数ｋ１から第２信号Ｓｉｇ２×第２係数ｋ２を差し引いた値と、第２閾値Ｔｈ２とを比較するようにしてもよい。第１係数ｋ１および第２係数ｋ２は、第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２の強度を相対的に同等にするための係数である。例えば、レンズなどの光学素子の受光面の大きさによってしてもよい。第１係数ｋ１および第２係数ｋ２は、予め測定の対象物ＯＢにレーザ光Ｌ１を照射して、得られる第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２の強度から決定してもよい。これにより、ステップＳ２０５において第２閾値Ｔｈ２による判定の精度が向上する。

また、本実施形態に係る位置計測方法のうち、レーザ光の光量の制御（ステップＳ１０４）のサブルーチン（図８、ステップＳ２０１〜Ｓ２０７）の少なくとも一部についてはソフトウェアによって実現してもよい。ソフトウェアによって実現する場合には、実現する処理をコンピュータで実行されるプログラムによって表したり、このプログラムをコンピュータ読取可能な媒体に記憶してもよい。また、このプログラムはネットワークを介して配信されてもよい。

（適用例）
次に、本発明の適用例について説明する。
図９は、アーム式位置計測装置を例示する模式的斜視図である。
図９に表したように、アーム式位置計測装置２００は多軸構造を有する位置計測装置である。アーム式位置計測装置２００は、第１アーム２１０と、第２アーム２２０と、レーザプローブ２３０と、ベース部２４０と、を備える。

ベース部２４０は、図示しない定盤などに固定される。第１アーム２１０の下端はベース部２４０に取り付けられる。第１アーム２１０は、ベース部２４０に対して例えば２軸を中心に回転可能に取り付けられる。

第１アーム２１０の先端には第２アーム２２０の後端が取り付けられる。第２アーム２２０は、第１アーム２１０に対して１軸を中心に回転可能に取り付けられる。第２アーム２２０の先端にはレーザプローブ２３０が取り付けられる。レーザプローブ２３０は、第２アーム２２０に対して例えば２軸を中心に回転可能に取り付けられる。

レーザプローブ２３０には、発光部１０および撮像部２０が組み込まれる。レーザプローブ２３０の第１窓Ｗ１からレーザ光Ｌ１が放出される。対象物ＯＢからの拡散光Ｒ２は、レーザプローブ２３０の第２窓Ｗ２から撮像部２０に取り込まれる。また、レーザプローブ２３０には、第１ビームスプリッタ４１、第１受光部５１、必要に応じて第２ビームスプリッタ４２および第２受光部５２も組み込まれている。

演算部３０や制御部６０は、アーム式位置計測装置２００の外部にケーブル等を介して接続される。演算部３０や制御部６０は、コンピュータによるソフトウェアによって実現されていてもよい。

アーム式位置計測装置２００の利用者は、対象物ＯＢの位置を計測したい位置にレーザプローブ２３０からレーザ光Ｌ１を照射し、図示しない計測ボタンを押下する。このタイミングで撮像部２０において拡散光Ｒ２を取り込み、演算部３０によって位置の演算を行う。演算結果は例えばコンピュータの画面に表示される。計測動作を行っている間、制御部６０は図７および図８に表した処理を繰り返す。これにより、利用者はレーザ光Ｌ１の照射位置や、オクリュージョンの発生を意識することなく、レーザ光Ｌ１の的確な強度制御が行われた状態で位置計測を実施することができるようになる。

以上説明したように、実施形態に係る位置計測装置および位置計測方法によれば、受光量に応じてレーザ光の強度を調整する場合であっても、精度の高い位置計測を行うことができる。

なお、上記に本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

１０…発光部、２０…撮像部、３０…演算部、４１…第１ビームスプリッタ、４１ａ…第１反射光、４２…第２ビームスプリッタ、４２ａ…第２反射光、５１…第１受光部、５２…第２受光部、６０…制御部、１００，１２０…位置計測装置

Claims (8)

1. 対象物の位置を測定するため第１光軸に沿ってレーザ光を放出する発光部と、
   前記第１光軸とは非平行な第２光軸上に設けられた撮像部と、
   前記第１光軸上に設けられた第１ビームスプリッタと、
   前記第１光軸に沿って前記発光部に向かい前記第１ビームスプリッタで反射した光を受けて光強度に応じた第１信号を出力する第１受光部と、
   前記第２光軸に沿って前記撮像部へ向かう光の強度に応じた第２信号を出力する第２受光部と、
   前記第２光軸に沿って進行する光に基づき前記対象物の位置を演算する演算部と、
   前記第１信号と前記第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、前記レーザ光の強度を前記第２信号に基づき制御し、前記第１信号と前記第２信号との差が前記閾値以上の場合には、前記レーザ光を予め設定された強度になるように制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする位置計測装置。
2. 前記制御部は、前記第１信号の大きさが予め設定された値以下である場合には、前記レーザ光を予め設定された強度になるように制御することを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１信号と前記第２信号との差が予め設定された前記閾値よりも小さい場合には、前記第２信号に基づき前記レーザ光の強度をフィードバック制御し、
   前記第１信号と前記第２信号との差が前記閾値以上の場合には、前記レーザ光の強度を前記フィードバック制御の目標値以下の値に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の位置計測装置。
4. 前記第２光軸上に設けられた第２ビームスプリッタをさらに備え、
   前記第２受光部は、前記第２ビームスプリッタで反射した光を受けて前記第２信号を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置計測装置。
5. 対象物の位置を測定するため第１光軸に沿ってレーザ光を放出する発光部と、
   前記第１光軸上に設けられた第１ビームスプリッタと、
   前記第１光軸に沿って前記発光部に向かい前記第１ビームスプリッタで反射した光を受けて光強度に応じた第１信号を出力する第１受光部と、
   前記第１光軸とは非平行な第２光軸に沿って進行する光を受けて光強度に応じた第２信号を出力する撮像部と、
   前記第２光軸に沿って進行する光に基づき前記対象物の位置を演算する演算部と、
   前記第１信号と前記第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、前記レーザ光の強度を前記第２信号に基づき制御し、前記第１信号と前記第２信号との差が前記閾値以上の場合には、前記レーザ光を予め設定された強度になるように制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする位置計測装置。
6. 発光部から第１光軸に沿ってレーザ光を放出する工程と、
   前記第１光軸に沿って前記発光部へ向かう光を受けて光強度に応じた第１信号を得る工程と、
   前記第１光軸とは非平行な第２光軸上に設けられた撮像部で光を受けて受光位置の情報を得るとともに、前記第２光軸に沿って前記撮像部へ向かう光を受けて光強度に応じた第２信号を得る工程と、
   前記撮像部で得た前記受光位置の情報を用いて対象物の位置を演算する工程と、
   前記第１信号と前記第２信号との差が予め設定された閾値よりも小さい場合には、前記レーザ光の強度を前記第２信号に基づき制御し、前記第１信号と前記第２信号との差が前記閾値以上の場合には、前記レーザ光を予め設定された強度になるように制御する工程と、
   を備えたことを特徴とする位置計測方法。
7. 前記レーザ光の強度の制御は、前記第１信号の大きさが予め設定された値以下になった場合には、前記レーザ光を予め設定された強度になるように制御することを含む請求項６記載の位置計測方法。
8. 前記レーザ光の強度の制御は、
   前記第１信号と前記第２信号との差が予め設定された前記閾値以下の場合には、前記第２信号に基づき前記レーザ光の強度をフィードバック制御し、
   前記第１信号と前記第２信号との差が前記閾値よりも大きい場合には、前記レーザ光の強度を前記フィードバック制御の目標値以下の値に設定することを含む請求項６または７に記載の位置計測方法。
   

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