JP7107234B2 - Velocity measuring method and velocity measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、速度測定方法及び速度測定装置に関する。 The present invention relates to a speed measuring method and a speed measuring device.
鉄鋼製品の製造現場においては、製品の品質管理、製造工程の自動化を目的として、高精度に被測定対象物までの距離を測定し、その寸法や形状を算出する必要がある。このような悪環境下で被測定対象物までの距離を測定して被測定対象物の形状を測定する距離測定装置として、例えば、特許文献1に示すように、FSFレーザ(周波数シフト帰還型レーザ:Frequency-Shifted Feedback Laser)光源を利用した距離測定装置が知られている。
In steel product manufacturing sites, it is necessary to measure the distance to an object to be measured with high precision and calculate its dimensions and shape for the purpose of quality control of products and automation of manufacturing processes. As a distance measuring device for measuring the distance to the object to be measured and measuring the shape of the object to be measured in such a bad environment, for example, as shown in
一般的に、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、レーザ発振器から出射される周波数変調された光を、参照光と測定光とに分岐し、測定光を被測定対象物に照射して、被測定対象物の表面(測定面)で反射して戻ってきた反射光を光検出部に入射させる。一方、参照光は所定の光路長を有する経路を介して光検出部に入射される。そのため、光がレーザ発振器を出てから、被測定対象物の測定面での反射を経て反射光として光検出部に至るまでの経路と、光がレーザ発振器を出てから参照光として光検出部に至るまでの経路とでは光路長が通常異なる。よって、光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間も、反射光と参照光とでは異なっている。 Generally, in a distance measuring device using a laser beam whose frequency is modulated with respect to time, the frequency-modulated light emitted from a laser oscillator is split into a reference beam and a measurement beam, and the measurement The object to be measured is irradiated with light, and the reflected light that has returned after being reflected by the surface (measurement surface) of the object to be measured is made incident on the photodetector. On the other hand, the reference light is incident on the photodetector through a path having a predetermined optical path length. Therefore, the path from the light exiting the laser oscillator to the light detection section as reflected light through the reflection on the measurement surface of the object to be measured, and the light detection section after the light exiting the laser oscillator as the reference light. The optical path length is usually different from the path leading to . Therefore, the time required for the light to reach the photodetector after leaving the laser oscillator is also different between the reflected light and the reference light.
レーザ発振器から出射される光の周波数は、操作者が事前に把握してある所定の規則(三角波、櫛状波、正弦波等)に基づき、時間と共に所定の周波数変調速度で常に変化しているので、光検出部に入射する反射光と参照光とでは周波数が異なることになる。従って、光検出部においては反射光と参照光との干渉により、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート(うなり)信号が検出される。 The frequency of the light emitted from the laser oscillator constantly changes with time at a predetermined frequency modulation speed based on a predetermined rule (triangular wave, comb wave, sine wave, etc.) grasped in advance by the operator. Therefore, the frequencies of the reflected light and the reference light that enter the photodetector are different. Therefore, in the photodetector, a beat signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light is detected due to interference between the reflected light and the reference light.
ビート信号の周波数(ビート周波数)は、測定光がレーザ発振器を出てから反射光として光検出部に至るまでに要した時間と、参照光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間との差の時間における、レーザ発振器の発振周波数の変化量に等しい。従って、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光(好ましくは周波数が直線的に変調されたレーザ光)を用いた距離測定装置では、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、被測定対象物までの距離を測定できる。 The frequency of the beat signal (beat frequency) is the time required for the measurement light to reach the photodetector as reflected light after leaving the laser oscillator, and the time required for the reference light to reach the photodetector after leaving the laser oscillator. It is equal to the amount of change in the oscillation frequency of the laser oscillator in the time difference from the required time. Therefore, in a distance measuring device using a laser beam whose frequency is modulated with respect to time (preferably, a laser beam whose frequency is linearly modulated), the beat frequency is converted into a difference in optical path length. , the distance to the object to be measured can be measured.
そして、被測定対象物までの距離が分かることで、測定面の位置情報や速度情報等から、被測定対象物の形状を知ることもできる。そのため、距離測定装置を形状測定装置としても用いることが可能である。 By knowing the distance to the object to be measured, it is also possible to know the shape of the object to be measured from the position information, speed information, etc. of the measurement surface. Therefore, the distance measuring device can also be used as a shape measuring device.
ここで、例えば、鉄鋼製品の製造現場に距離測定装置を用いた例で説明すると、搬送ローラにより、被測定対象物となる鋼板が所定の搬送方向(この場合、鋼板の測定面の面方向に沿った一方向)に搬送されている場合に、所定の速度(通板速度とも称する)で移動する鋼板の測定面に対し、距離測定装置の測定ヘッドから測定光が垂直に照射される。鋼板の測定面で反射して戻ってきた反射光は測定ヘッドで受光され、光検出部へと送られる。 Here, for example, an example of using a distance measuring device at a manufacturing site of steel products will be described. When the steel sheet is conveyed in one direction along the length of the steel sheet, the measuring surface of the steel sheet moving at a predetermined speed (also referred to as sheet threading speed) is irradiated perpendicularly with the measuring light from the measuring head of the distance measuring device. The reflected light that has returned after being reflected by the measuring surface of the steel plate is received by the measuring head and sent to the photodetector.
距離測定装置は、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート(うなり)信号を検出し、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、移動している鋼板の測定面までの距離をリアルタイムで測定している。 The distance measuring device detects a beat signal with a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light, and converts the beat frequency to the difference in optical path length to measure the moving steel plate. distance is measured in real time.
ここで、鉄鋼製品の製造現場では、種々の鋼板が搬送され、その際の速度が異なることもある。製造現場で速度を高精度に測定することは、厚みや長さの寸法品質を向上させることや、切断位置や溶接位置を高精度にトラッキングすることでラインを高速化し、製造効率を改善させることに有効である。そのためには、速度をオンラインで高精度に測定する必要があるが、例えば、レーザードップラー速度計を用いて鋼板の速度を測定しようとすると、測定しようとする鋼板表面位置に、レーザードップラー速度計の焦点位置(焦点深度)を合致させる必要がある。 Here, in a manufacturing site of steel products, various steel plates are conveyed, and the speed at that time may be different. High-precision speed measurement at the manufacturing site improves the dimensional quality of thickness and length, and high-precision tracking of cutting and welding positions speeds up lines and improves manufacturing efficiency. effective for For that purpose, it is necessary to measure the speed on-line with high accuracy. It is necessary to match the focal position (depth of focus).
しかしながら、鋼板は搬送に伴う振動や、自身の寸法・形状変化により表面位置が変動するため、焦点位置の調整は容易ではなく、結果として速度の測定が困難となる。また、鋼板表面に接触式の回転ローラを押し付けて、そのローラの回転数から速度を測定することも考えられるが、鋼板が平坦でない場合がある等の理由から、ローラが鋼板表面を追従しない恐れがあり、やはり速度の測定は困難である。 However, since the surface position of the steel plate fluctuates due to vibration accompanying transportation and changes in its own size and shape, it is not easy to adjust the focus position, and as a result, it becomes difficult to measure the speed. It is also conceivable to press a contact-type rotating roller against the steel plate surface and measure the speed from the number of rotations of the roller. However, it is difficult to measure the velocity.
そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被測定対象物の相対的な速度を測定できる速度測定方法及び速度測定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a speed measuring method and a speed measuring device capable of measuring the relative speed of an object to be measured.
本発明の速度測定方法は、被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定方法において、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光をレーザ発振部で発振するレーザ発振ステップと、前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、第1測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第1受光ステップと、第2測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第2受光ステップと、前記第1測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第1ビート周波数を検出し、前記第2測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第2ビート周波数を検出する周波数解析ステップと、基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第1ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第1ビート周波数との周波数差である第1周波数差を算出し、前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第2ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第2ビート周波数との周波数差である第2周波数差を算出する周波数差算出ステップと、速度算出ステップと、を有し、前記速度算出ステップは、前記レーザ光の波長と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第1測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第1測定ヘッドの光軸とがなす第1光軸角度と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第2測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第2測定ヘッドの光軸とがなす第2光軸角度と、前記第1周波数差と、前記第2周波数差と、に基づいて、前記第1測定ヘッド及び前記第2測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定するものである。 The speed measuring method of the present invention is a speed measuring method for measuring the relative speed of an object to be measured, in which a laser oscillation step of oscillating a laser beam modulated at a predetermined frequency modulation speed with respect to time by a laser oscillator. a branching step of dividing the laser beam into a reference beam and a measurement beam; Using a first light receiving step of receiving the reflected light and a second measuring head, the object to be measured is irradiated with part of the measurement light, and the reflected light reflected by the surface of the object to be measured is received. detecting a first beat frequency based on the reflected light received by the first measuring head and the reference light; and detecting a first beat frequency based on the reflected light received by the second measuring head and the reference light. a frequency analysis step of detecting two beat frequencies; the first beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at a reference position or moving at a reference speed; and the object to be measured calculates a first frequency difference, which is a frequency difference from the first beat frequency detected when the object is relatively moving at a speed other than the reference speed, and determines that the object to be measured is relatively stationary at the reference position Alternatively, the second beat frequency detected while moving at the reference speed and the second beat frequency detected while the object to be measured is relatively moving at a speed other than the reference speed a frequency difference calculating step of calculating a second frequency difference, which is a frequency difference between the two; In the plane formed by the direction and the optical axis of the first measuring head, a first optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the first measuring head, and the relative position of the object to be measured. a second optical axis angle formed by a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the second measuring head, and the first frequency; Based on the difference and the second frequency difference, the relative velocity of the object to be measured with respect to the first measuring head and the second measuring head is measured.
本発明の速度測定装置は、被測定対象物の相対的な速度を測定する距離速度測定装置において、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部と、前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第1測定ヘッドと、前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第2測定ヘッドと、前記第1測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第1ビート周波数を検出する第1周波数解析部と、前記第2測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第2ビート周波数を検出する第2周波数解析部と、基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第1ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第1ビート周波数との周波数差である第1周波数差を算出する第1周波数差算出部と、前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第2ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第2ビート周波数との周波数差である第2周波数差を算出する第2周波数差算出部と、速度算出部と、を有し、前記速度算出部は、前記レーザ光の波長と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第1測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第1測定ヘッドの光軸とがなす第1光軸角度と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第2測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第2測定ヘッドの光軸とがなす第2光軸角度と、前記第1周波数差と、前記第2周波数差と、に基づいて、前記第1測定ヘッド及び前記第2測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定するものである。 A speed measuring device according to the present invention is a distance speed measuring device for measuring a relative speed of an object to be measured, wherein a laser oscillation unit for oscillating laser light modulated at a predetermined frequency modulation speed with respect to time; a splitter for dividing a laser beam into a reference beam and a measurement beam; a head, a second measuring head that irradiates the object to be measured with part of the measurement light and receives the reflected light reflected by the surface of the object to be measured, and the reflected light received by the first measurement head and the reference light to detect a first beat frequency; and a second frequency analysis unit to detect a second beat frequency based on the reflected light received by the second measuring head and the reference light. and the first beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at a reference position or is moving at a reference speed, and the object to be measured is relatively at a speed other than the reference speed a first frequency difference calculator that calculates a first frequency difference that is a frequency difference from the first beat frequency that is detected while moving; , a frequency between the second beat frequency detected when the object is moving at the reference speed and the second beat frequency detected when the object to be measured is moving relatively at a speed other than the reference speed; A second frequency difference calculator for calculating a second frequency difference, which is a difference, and a speed calculator. In the plane formed by the direction and the optical axis of the first measuring head, a first optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the first measuring head, and the relative position of the object to be measured. a second optical axis angle formed by a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the second measuring head, and the first frequency; Based on the difference and the second frequency difference, the relative velocity of the object to be measured with respect to the first and second measuring heads is measured.
本発明の速度測定方法及び速度測定装置によれば、被測定対象物までの距離を測定する際に用いるレーザ光を利用して被測定対象物が移動する際の速度を容易に測定することができる。また、距離変化量算出ステップを有する速度測定方法や、距離変化量算出部を有する速度測定装置によれば、速度の測定と一連の操作の中で同時的に、被測定対象物までの距離(より直接的には、基準位置から被測定対象物までの距離の差分)を測定できる。 According to the speed measuring method and the speed measuring device of the present invention, it is possible to easily measure the speed when the object to be measured moves by using the laser beam used when measuring the distance to the object to be measured. can. Further, according to a speed measuring method having a distance change amount calculation step and a speed measuring device having a distance change amount calculation unit, the distance to the object to be measured ( More directly, the difference in distance from the reference position to the object to be measured can be measured.
本発明者らは、一般的なFSF(Frequency-Shifted Feedback)レーザを用いた距離測定装置を用いて、移動する鋼板Pの測定面Sまでの距離を測定したところ、速度Vによって、距離計から得られる測定距離が変化してしまうことを確認した。そこで、本発明者らは、このような測定距離が変化する原因について鋭意検討を行った。 The present inventors measured the distance to the measuring surface S of the moving steel plate P using a distance measuring device using a general FSF (Frequency-Shifted Feedback) laser. It was confirmed that the obtained measurement distance changed. Therefore, the present inventors have made intensive studies on the cause of such changes in the measurement distance.
その結果、本発明者らは、レーザ発振器を用いて、移動している鋼板Pまでの距離を測定する際に、測定距離が見掛け上シフトしてしまうのは、レーザ光がドップラーシフトによる影響を受けていると考えられることを見出した。より具体的には、測定距離がシフトする原因として、鋼板Pの測定面Sに対して、FSFレーザの光軸に傾きがあることで、ドップラーシフトの影響を受けていると推測した。 As a result, the present inventors found that the apparent shift in the measured distance when measuring the distance to the moving steel plate P using a laser oscillator is due to the Doppler shift of the laser beam. I found out what I thought was received. More specifically, as a cause of the shift in the measurement distance, it was presumed that the optical axis of the FSF laser was tilted with respect to the measurement surface S of the steel plate P, and that the Doppler shift affected the measurement distance.
こうした推測に基づき、見掛け上生じる測定値のシフトを排除し、高精度に鋼板Pの速度Vを測定する方法及びそのための装置について検討を行った。また、併せて、鋼板Pまでの距離を測定することについても検討を行った。 Based on these assumptions, a method and an apparatus for measuring the velocity V of the steel plate P with high accuracy were investigated by eliminating the apparent shift of the measured value. At the same time, the measurement of the distance to the steel plate P was also examined.
(1)<第一の実施形態>
以下図面について、本発明の第一の実施形態を詳述する。
(1-1)<本実施形態による測定ヘッドの構成>
図1は、本実施形態による速度測定装置に設けられる第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bを示す。これら第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bは同一構成を有するものである。本発明の速度測定装置は、既知の周波数変調速度で変調されたFSF(Frequency-Shifted Feedback)レーザ光を発振するレーザ発振器を備えており、FSFレーザ光(以下、単にレーザ光とも称する)を、それぞれ第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bから第1測定光及び第2測定光として、移動する鋼板Pの測定面(被測定対象物表面)Sに照射する。
(1) <First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
(1-1) <Configuration of measuring head according to the present embodiment>
FIG. 1 shows a
ここで、第1測定ヘッド5aから照射される第1測定光の光軸ax1の傾き(以下、第1光軸角度θ1と称する)とは、鋼板Pが移動する方向(移動方向X)と第1測定光の光軸ax1とがなす面において、移動方向Xに垂直な方向と、第1測定光の光軸ax1と、がなす角度である。また、第2測定ヘッド5bから照射される第2測定光の光軸ax2の傾き(以下、第2光軸角度θ2と称する)とは、鋼板Pが移動する方向(移動方向X)と第2測定光の光軸ax2とがなす面において、移動方向Xに垂直な方向と、第2測定光の光軸ax2と、がなす角度である。第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2とは異なっている。
Here, the inclination of the optical axis ax1 of the first measurement light emitted from the
(1-2)<第一の実施形態による速度測定装置について>
第一の実施形態における速度測定装置は、鋼板Pまでの距離を測定せずに、移動方向Xにおける鋼板Pの速度のみを測定する。図2に示すように、本実施形態の速度測定装置1は、FSFレーザ光を発振するレーザ発振器2、分岐器3a,3b,3c、サーキュレータ(方向性結合器)4a,4b、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b、結合器(光ファイバカプラ)6a,6b、第1光検出部7a、第2光検出部7b、及び演算処理装置11を有する。
(1-2) <About the speed measuring device according to the first embodiment>
The speed measuring device in the first embodiment measures only the speed of the steel plate P in the movement direction X without measuring the distance to the steel plate P. As shown in FIG. 2, the
レーザ発振器2は、FSFレーザ光を発振するレーザ発振器である。ここで、FSFレーザ光とは、光の周波数を変化させる素子(周波数シフト素子)を備えた共振器(図示せず)を用いて、周波数シフトを受けた光を帰還することにより発振するレーザ光を意味する。
The
図3は、FSFレーザ光の出力を模式的に表した図である。図3に示すように、FSFレーザ光は、共振器内の光波が周回ごとに周波数シフトを受けながら、共振器の利得曲線(周波数-振幅曲線)に従って増幅され、減衰して、最終的には消滅する。FSFレーザ光の発振出力においては、このような瞬時周波数成分が複数、一定の周波数間隔で櫛状に存在している。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the output of FSF laser light. As shown in FIG. 3, the FSF laser light is amplified and attenuated according to the gain curve (frequency-amplitude curve) of the resonator while the light wave in the resonator undergoes a frequency shift for each round, and finally Disappear. In the oscillation output of FSF laser light, a plurality of such instantaneous frequency components exist in a comb shape at regular frequency intervals.
図3中、τRTは共振器の周回時間を表し、νFSは周回あたりの周波数シフト量を表す。1/τRTは、共振器の縦モード周波数間隔(チャープ周波数コム間隔)を示し、rsは、FSFレーザ光の瞬時周波数の単位時間あたりの変化量、すなわち、周波数変調速度を示す。 In FIG. 3 , τRT represents the resonator round trip time, and ν FS represents the frequency shift amount per round trip. 1/ τRT indicates the longitudinal mode frequency interval (chirp frequency comb interval) of the resonator, and rs indicates the amount of change per unit time of the instantaneous frequency of the FSF laser light, that is, the frequency modulation speed.
図2に示すように、レーザ発振器2から出力されたレーザ光(FSFレーザ光)は、光ファイバを介して分岐器3aに入射される。分岐器3aは、レーザ発振器2から入射されたレーザ光を、測定光と参照光とに分岐する。また、分岐器3aにおいて分岐された測定光は、光ファイバを介して分岐器3bに入射される。この分岐器3bは、測定光を、第1測定光と第2測定光とに分岐する。なお、これら第1測定光及び第2測定光については、それぞれ単に測定光とも称する。
As shown in FIG. 2, laser light (FSF laser light) output from a
分岐器3bにおいて分岐された第1測定光は、第1の光ファイバ光路8aを経由して第1測定ヘッド5aに導かれる。第1の光ファイバ光路8aは、第1測定光が分岐器3bから出て第1測定ヘッド5aに至るまでの間にサーキュレータ4aを有している。サーキュレータ4aは、分岐器3bからの第1測定光を第1測定ヘッド5aに出射し、第1測定ヘッド5aから入射した第1反射光を結合器6aに出射する。
The first measurement light branched by the splitter 3b is guided to the
第1測定ヘッド5aには、第1の光ファイバ光路8aの端部9aと、集光レンズ9bとが内部に設けられている。第1測定ヘッド5aは、レーザ発振器2から第1の光ファイバ光路8aを介して伝送された第1測定光を、第1の光ファイバ光路8aの端部9aから出射して集光レンズ9bにより集光した後、鋼板Pの測定面Sに向けて照射する。第1測定ヘッド5aは、図示しない搬送ローラにより移動方向X(鋼板Pの平坦な測定面Sの面方向に沿った一方向)に所定の速度Vで移動している鋼板Pの測定面S、或いは、静止している鋼板Pの測定面Sに向けて第1測定光を照射する。
The
第1測定光が鋼板Pの測定面Sで反射することで得られた第1反射光は、集光レンズ9bで集光された後、第1の光ファイバ光路8aの端部9aで受光され、第1の光ファイバ光路8aを経由して結合器6aに入射される。具体的には、第1測定ヘッド5aで受光した第1反射光は、第1測定光が通った光ファイバと同一の光ファイバを通じてサーキュレータ4aに導かれ、サーキュレータ4aから光ファイバを通じて結合器6aに導かれる。
The first reflected light obtained by reflecting the first measurement light on the measurement surface S of the steel plate P is collected by the
一方、最初の分岐器3aで分岐された参照光は、光ファイバを介して分岐器3cに入射される。この分岐器3cは、参照光を、第1参照光と第2参照光とに分岐する。なお、これら第1参照光及び第2参照光については、それぞれ単に参照光とも称する。分岐器3cで分岐された第1参照光は、第3の光ファイバ光路8cを通じて第1光検出部7aに導かれる。具体的には、分岐器3cから出射した第1参照光は、所定の光路長の光ファイバを通じて結合器6aに導かれる。結合器6aは、第1参照光と第1反射光とを、光ファイバを通じてそれぞれ第1光検出部7aに入射させる。
On the other hand, the reference light branched by the
第1光検出部7aは、第1反射光及び第1参照光を受光する。第1光検出部7aに同時に入射する第1反射光と第1参照光とは、それぞれのレーザ光がレーザ発振器2を出射してから第1光検出部7aに入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、第1反射光と第1参照光との光干渉によりビート信号が発生する。第1光検出部7aは、このビート信号を検出し、これを演算処理装置11に送出する。
The
一方、上述した分岐器3bにおいて分岐された第2測定光は、第2の光ファイバ光路8bを経由して第2測定ヘッド5bに導かれる。第2の光ファイバ光路8bは、第2測定光が分岐器3bから出て第2測定ヘッド5bに至るまでの間にサーキュレータ4bを有している。サーキュレータ4bは、分岐器3bからの第2測定光を第2測定ヘッド5bに出射し、第2測定ヘッド5bから入射した第2反射光を結合器6bに出射する。
On the other hand, the second measurement light branched by the splitter 3b is guided to the
第2測定ヘッド5bは、第1測定ヘッド5aと同様の構成を有しており、レーザ発振器2から第2の光ファイバ光路8bを介して伝送された第2測定光を、第2の光ファイバ光路8bの端部9aから出射して集光レンズ9bにより集光した後、鋼板Pの測定面Sに向けて照射する。第2測定ヘッド5bも、移動方向Xに所定の速度Vで移動している鋼板Pの測定面S、或いは、静止している鋼板Pの測定面Sに向けて第2測定光を照射する。
The
第2測定光が鋼板Pの測定面Sで反射することで得られた第2反射光は、集光レンズ9bで集光された後、第2の光ファイバ光路8bの端部9aで受光され、第2の光ファイバ光路8bを経由して結合器6bに入射される。具体的には、第2測定ヘッド5bで受光した第2反射光は、第2測定光が通った光ファイバと同一の光ファイバを通じてサーキュレータ4bに導かれ、サーキュレータ4bから光ファイバを通じて結合器6bに導かれる。なお、上述した第1反射光及び第2反射光については、それぞれ単に反射光とも称する。
The second reflected light obtained by reflecting the second measurement light on the measurement surface S of the steel plate P is collected by the
一方、分岐器3cで分岐された第2参照光は、第4の光ファイバ光路8dを通じて第2光検出部7bに導かれる。具体的には、分岐器3cから出射した第2参照光は、所定の光路長の光ファイバを通じて結合器6bに導かれる。結合器6bは、第2参照光と第2反射光とを、光ファイバを通じてそれぞれ第2光検出部7bに入射させる。
On the other hand, the second reference light branched by the
第2光検出部7bは、第2反射光及び第2参照光を受光する。第2光検出部7bに同時に入射する第2反射光と第2参照光とは、それぞれのレーザ光がレーザ発振器2を出射してから第2光検出部7bに入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、第2反射光と第2参照光との光干渉によりビート信号が発生する。第2光検出部7bは、このビート信号を検出し、これを演算処理装置11に送出する。
The
演算処理装置11は、第1光検出部7aで検出した一群の光において、第1反射光と第1参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数(第1ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出する。なお、光ファイバの温度変化の影響を抑制するために、第1反射光と第1参照光とが光干渉することにより生じるビート周波数の代わりに、第1ビート周波数として、例えば、第1測定ヘッド5aから、鋼板Pの測定面Sまでの距離D1に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第1反射光と参照光が干渉することにより生じるビート周波数から、第1測定ヘッド5aからの反射光と参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。
The
また、演算処理装置11は、第2光検出部7bで検出した一群の光において、第2反射光と第2参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数(第2ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出する。この場合も、例えば、第2測定ヘッド5bから、鋼板Pの測定面Sまでの距離D2に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第2反射光と第2参照光が光干渉することにより生じるビート周波数から、第2測定ヘッド5bでの反射光と第2参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。
Further, the
第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bが鋼板Pの移動方向Xに対して垂直である場合や、鋼板Pが停止している場合においては、第1ビート周波数又は第2ビート周波数を、光路長に換算することで、鋼板Pまでの距離を求めることができる。
When the
これに加えて、第1測定ヘッド5aや第2測定ヘッド5bに傾きを持たせた場合には、演算処理装置11は、後述する速度測定方法に従って演算処理を行うことにより、第1ビート周波数及び第2ビート周波数を用いて、鋼板Pが移動している際の速度Vを測定することができる。
In addition to this, when the
(1-3)<本発明の速度測定方法について>
次に、本発明における速度測定方法について、図1及び図4を用いて説明する。この速度測定方法では、従来と同様に、レーザ光を用いて、移動している鋼板Pの速度Vについて測定できるものである。速度測定方法では、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bの2つを用い、第1測定ヘッド5aから鋼板Pの測定面Sに第1測定光を照射するとともに、第2測定ヘッド5bから鋼板Pの測定面Sに第2測定光を照射する。
(1-3) <Regarding the speed measurement method of the present invention>
Next, the speed measuring method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 4. FIG. In this speed measuring method, the speed V of the moving steel plate P can be measured using a laser beam as in the conventional method. In the velocity measurement method, two of the
この際、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bは、鋼板Pに対して異なる位置に配置されており、第1測定ヘッド5aから照射される第1測定光の光軸ax1の傾き(第1光軸角度θ1)と、第2測定ヘッド5bから照射される第2測定光の光軸ax2の傾き(第2光軸角度θ2)とがそれぞれ所定の角度に設定されている。なお、この第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2とは同じ角度でもよく、異なる角度であってもよい。
At this time, the first measuring head 5a and the
なお、この場合の角度は、鋼板Pの移動方向Xと、第1測定ヘッド5aの光軸ax1(第2測定ヘッド5bの光軸aX2)とがなす面において、移動方向Xに垂直な方向と、第1測定ヘッド5aの光軸ax1(第2測定ヘッド5bの光軸aX2)とがなす角度のことであり、ドップラー効果の及ぶ方向成分の角度である。
The angle in this case is perpendicular to the moving direction X on the plane formed by the moving direction X of the steel plate P and the optical axis a x1 of the
なお、図1及び図4では、話を簡単にするため、本実施形態に係る一例として、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bの光軸ax1,ax2が、ともに移動方向Xと鉛直方向Z(以下、単に、方向Zとも称する)とのなす面内にある場合を示しており、以下ではその例に基づいて説明を行う。
1 and 4, for the sake of simplicity, as an example according to the present embodiment, the optical axes a x1 and a x2 of the
ここで、図1は、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bから所定距離離れた所定位置で、移動方向Xに沿って速度Vで移動している鋼板Pを示す。一方、図1との対応部分に同一符号を付して示す図4は、鋼板Pの移動方向Xに垂直な方向Zに沿って鋼板Pを移動させ、所定位置とは異なる基準位置で静止させた鋼板Pを示す。
Here, FIG. 1 shows a steel plate P moving at a speed V along a moving direction X at a predetermined position at a predetermined distance from the
即ち、基準位置にある鋼板Pは静止しているため、ドップラー効果が生じず、速度測定装置1を用いて鋼板Pまでの距離を測定したとしても、上述した測定距離の見掛け上のシフトは生じず、真の距離を測定できる。
That is, since the steel plate P is stationary at the reference position, the Doppler effect does not occur, and even if the distance to the steel plate P is measured using the
ここで、鋼板Pの移動方向Xと、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bの光軸ax1,ax2とがなす面において、移動方向Xに垂直な方向Zにおいて、所定位置(図1)にある鋼板Pと、基準位置(図4)にある鋼板Pとの距離の差を、以下、距離変化量dと称する。なお、図4では、一例として、移動状態の鋼板Pに比べて、移動方向Xと垂直な方向Zに沿って、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bから遠ざかる方向に、距離変化量dだけ移動させた鋼板Pを示している。
Here, in the plane formed by the moving direction X of the steel plate P and the optical axes a x1 and a x2 of the
ここで、基準位置で静止状態にある鋼板P(図4)の測定面Sから反射してきた第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数(第1基準周波数)と、所定位置で移動状態にある鋼板P(図1)の測定面Sから反射してきた第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数との周波数の差(以下、第1周波数差と称する)を、△f1とすると、第1周波数差△f1は、距離変化量dとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式(1)で表すことができる。 Here, a first beat frequency (first reference frequency) obtained from the first reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P (FIG. 4) in a stationary state at the reference position and the first reference light, The difference in frequency (hereinafter referred to as the first frequency If the first frequency difference Δf 1 is affected by the distance variation d and the Doppler shift, the first frequency difference Δf 1 can be expressed by the following equation (1).
Δf1=k(d/cosθ1)-(2Vsinθ1)/λ …(1) Δf 1 =k(d/cos θ 1 )−(2V sin θ 1 )/λ (1)
θ1は、上述した第1光軸角度を示し、λはレーザの波長を示す。kは、例えば、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bに対して鋼板Pの距離を変化させると、どれだけレーザ光の周波数が変化するかの関係を示した定数である。
θ 1 indicates the above-mentioned first optical axis angle, and λ indicates the wavelength of the laser. For example, k is a constant that indicates how much the frequency of the laser light changes when the distance of the steel plate P with respect to the
上記の式(1)のうち、第一項は、第1測定ヘッド5aから鋼板Pまでの距離が変化することによる、レーザ光(第1反射光)の周波数変化量を示した項である。一方、上記の式(1)の第二項は、鋼板Pが移動方向Xに沿って移動することで生じるドップラーシフトの影響による、レーザ光(第1反射光)の周波数変化量を示した項である。
In the above formula (1), the first term indicates the amount of change in the frequency of the laser light (first reflected light) due to the change in the distance from the
また、基準位置で静止状態にある鋼板P(図4)の測定面Sから反射してきた第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数(第2基準周波数)と、所定位置で移動状態にある鋼板P(図1)の測定面Sから反射してきた第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数との周波数の差(以下、第2周波数差と称する)を、△f2とすると、第2周波数差△f2も、距離変化量dとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式(2)で表すことができる。 Further, a second beat frequency (second reference frequency) obtained from the second reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P (FIG. 4) in a stationary state at the reference position and the second reference light, and a predetermined The difference in frequency between the second reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P (FIG. 1) moving in position and the second beat frequency obtained from the second reference light (hereinafter referred to as the second frequency difference ) is denoted by Δf2, the second frequency difference Δf2 is also affected by the distance change amount d and the Doppler shift, so it can be expressed by the following equation ( 2 ).
Δf2=k(d/cosθ2)+(2Vsinθ2)/λ …(2) Δf 2 =k(d/cos θ 2 )+(2V sin θ 2 )/λ (2)
なお、第1測定ヘッド5aと第2測定ヘッド5bは同一構成のものを用いていることから、定数kについては、第1測定ヘッド5aのときと同じとなる。
Since the
このような上記の式(1)及び式(2)から、鋼板PがX方向に移動する際の速度Vを算出すると、下記の式(3)で表すことができる。 When the speed V when the steel plate P moves in the X direction is calculated from the above formulas (1) and (2), it can be expressed by the following formula (3).
V=(λ/2)・(-Δf1cosθ1+Δf2cosθ2)/(sinθ1cosθ1+sinθ2cosθ2) …(3) V=(λ/2)・(−Δf 1 cos θ 1 +Δf 2 cos θ 2 )/(sin θ 1 cos θ 1 +sin θ 2 cos θ 2 ) (3)
ここで、レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。上記の式(1)及び式(2)における定数kについても、例えば、距離変化量dを設けて、異なる位置でそれぞれ鋼板Pを静止させ、各位置での鋼板Pからの第1反射光(又は第2反射光)の周波数をそれぞれ測定し、このときの第1反射光(又は第2反射光)の周波数変化量と、距離変化量dと、から算出することができる。 Here, the wavelength λ of the laser light can be obtained by measuring in advance using a spectroscope or the like. For the constant k in the above formulas (1) and (2), for example, a distance change amount d is provided, the steel plate P is stopped at different positions, and the first reflected light from the steel plate P at each position ( or the frequency of the second reflected light) is measured and calculated from the frequency change amount of the first reflected light (or the second reflected light) at this time and the distance change amount d.
具体的には、基準位置で静止させた鋼板Pに対して、例えば第1測定ヘッド5aから第1測定光を照射し、得られた第1反射光の周波数を測定する。また、基準位置から距離変化量dだけずらした所定位置で静止させた鋼板Pに対して、例えば第1測定ヘッド5aから第1測定光を照射し、得られた第1反射光の周波数を測定する。これにより、鋼板Pが各位置にあるときの各第1反射光の周波数差△f11を算出することで、k=△f11/dの式を基に、定数kを算出することができる。このような、定数kについては、第二の実施形態において説明する距離変化量dを求める際に用いることができる。
Specifically, for example, the
なお、上述したように、第1測定ヘッド5aと第2測定ヘッド5bは、同じ構成からなるものを使用しているため、第1測定ヘッド5a又は第2測定ヘッド5bのいずれかを用いて、反射光の周波数差△f11を算出すればよい。
As described above, since the
また、実際に基準位置で静止させた鋼板Pや、距離変化量dだけずらした鋼板Pを用いた試験を行うことなく、k=2rS/cとした演算で、kを求めることも可能である。rsはレーザ光の瞬時周波数の単位時間あたりの変化量、すなわち、周波数変調速度、cは空気中の光の速度を示す。 In addition, it is possible to obtain k by calculating k = 2r S /c without actually performing a test using the steel plate P that is stationary at the reference position or the steel plate P that is shifted by the distance change amount d. be. rs is the amount of change per unit time of the instantaneous frequency of the laser beam, that is, the frequency modulation speed, and c is the speed of light in air.
上記の式(3)のうち、第1光軸角度θ1は、同じ位置で、鋼板PがX方向に移動する際の速度Vを変え、鋼板Pから反射した第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第1ビート周波数の変化量と、速度Vの差と、から、それぞれ算出することができる。また、第2光軸角度θ2についても、第1光軸角度θ1と同様に、同じ位置で、鋼板PがX方向に移動する際の速度Vを変え、鋼板Pから反射した第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第2ビート周波数の変化量と、速度Vの差と、から、それぞれ算出することができる。 In the above equation (3), the first optical axis angle θ 1 changes the velocity V when the steel plate P moves in the X direction at the same position, and the first reflected light reflected from the steel plate P and the first reference light The first beat frequency obtained from the light is measured at each speed, and each can be calculated from the amount of change in the first beat frequency at this time and the difference between the speeds V. FIG. For the second optical axis angle θ 2 , similarly to the first optical axis angle θ 1 , the velocity V when the steel plate P moves in the X direction is changed at the same position, and the second reflection reflected from the steel plate P The second beat frequency obtained from the light and the second reference light is measured at each speed, and each can be calculated from the amount of change in the second beat frequency at this time and the difference in speed V. .
具体的には、上記の式(1)の第二項を利用して第1光軸角度θ1を算出でき、上記の式(2)の第二項を利用して第2光軸角度θ2を算出できる。例えば、同じ位置で鋼板Pを移動方向Xに沿って複数の速度V1,V2で移動させ、これら速度V1,V2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数の差を、周波数差△f21として算出する。また、速度V1,V2の速度差を、校正用の速度VD1として算出する。 Specifically, the first optical axis angle θ1 can be calculated using the second term of the above equation ( 1 ), and the second optical axis angle θ1 can be calculated using the second term of the above equation (2). 2 can be calculated. For example, the steel plate P is moved at a plurality of velocities V 1 and V 2 along the movement direction X at the same position, and the difference between the first beat frequencies detected at these velocities V 1 and V 2 is called the frequency difference. Δf is calculated as 21 . Also, the speed difference between the speeds V 1 and V 2 is calculated as the speed V D1 for calibration.
これにより、第1測定光の第1光軸角度θ1は、レーザ光の波長λと、校正用の速度VD1と、周波数差△f21とを用い、上記の式(1)の第二項(すなわち、△f21=2VD1・Sinθ1/λ)から算出することができる。 As a result, the first optical axis angle θ1 of the first measurement light is obtained by using the wavelength λ of the laser light, the velocity VD1 for calibration, and the frequency difference Δf21 , and the second (ie, Δf 21 =2V D1 ·Sin θ 1 /λ).
同様にして、第2測定光の第2光軸角度θ2についても、レーザ光の波長λと、校正用の速度VD1と、周波数差△f22とを用い、上記の式(2)の第二項(すなわち、△f22=2VD1・Sinθ2/λ)から算出することができる。 Similarly, for the second optical axis angle θ2 of the second measurement light, the wavelength λ of the laser light, the velocity VD1 for calibration, and the frequency difference Δf22 are used to obtain the above equation ( 2). It can be calculated from the second term (ie, Δf 22 =2V D1 ·Sin θ 2 /λ).
以上より、上記の式(3)のうち、レーザ光の波長λと、第1光軸角度θ1と、第2光軸角度θ2と、については事前に取得することができる。よって、第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2を測定することで、上記の式(3)から、鋼板Pが移動する際の速度Vを算出することができる。 From the above, the wavelength λ of the laser light, the first optical axis angle θ1, and the second optical axis angle θ2 in the above equation (3) can be obtained in advance. Therefore, by measuring the first frequency difference Δf 1 and the second frequency difference Δf 2 , the speed V at which the steel plate P moves can be calculated from the above equation (3).
なお、速度測定装置1を構築した際に、正確に第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2が分かっている場合や、別途の測定器による正確な測定により第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2が分かっている場合には、その第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2とを用いて、直接上記式(3)から、速度Vを算出することができる。
When constructing the
本実施形態においては、第1周波数差△f1の算出として、基準位置で鋼板Pが第1測定ヘッド5aと相対的に静止しているときに検出した第1ビート周波数と、所定位置で鋼板Pが第1測定ヘッド5aと相対的に移動しているときに検出した第1ビート周波数とを用いて、その周波数差を第1周波数差△f1として算出したが、本発明はこれに限らない。例えば、基準位置で鋼板Pが第1測定ヘッド5aと相対的に基準速度で移動しているときに検出した第1ビート周波数と、所定位置で鋼板Pが基準速度以外で第1測定ヘッド5aと相対的に移動しているときに検出した第1ビート周波数とを用い、その周波数差を算出して第1周波数差△f1としてもよい。
In the present embodiment, the first frequency difference Δf1 is calculated by combining the first beat frequency detected when the steel plate P is stationary relative to the
また、同様に、第2周波数差△f2の算出についても、基準位置で鋼板Pが第2測定ヘッド5bと相対的に静止しているときに検出した第2ビート周波数を用いる必要はなく、例えば、基準位置で鋼板Pが第2測定ヘッド5bと相対的に基準速度で移動しているときに検出した第2ビート周波数と、所定位置で鋼板Pが基準速度以外で第2測定ヘッド5bと相対的に移動しているときに検出した第2ビート周波数とを用い、その周波数差を算出して第2周波数差△f2としてもよい。
Similarly, when calculating the second frequency difference Δf2, it is not necessary to use the second beat frequency detected when the steel plate P is stationary relative to the
なお、本実施形態では、第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2については、基準位置で鋼板Pが相対的に静止しているときに検出した第1ビート周波数及び第2ビート周波数を用いて算出する場合について、以下説明する。 In this embodiment, the first frequency difference Δf 1 and the second frequency difference Δf 2 are the first beat frequency and the second beat frequency detected when the steel plate P is relatively stationary at the reference position. A case of calculating using frequencies will be described below.
(1-4)<演算処理装置について>
次に、上述した速度測定方法を実行する演算処理装置11(図2)について以下説明する。この演算処理装置11は、上記の式(3)を基に、鋼板Pが移動する際の速度Vを、距離を求めることなく測定できるものである。図5は、演算処理装置11の回路構成を示したブロック図である。図5に示すように、演算処理装置11は、第1周波数解析部17a、第2周波数解析部17b、距離算出部18、算出部13、及び波長取得部16を備えている。なお、演算処理装置11では、第1周波数解析部17a及び第2周波数解析部17bにより周波数解析部を構成している。
(1-4) <Regarding the processing unit>
Next, the arithmetic processing unit 11 (FIG. 2) for executing the speed measuring method described above will be described below. This
第1周波数解析部17aは、第1反射光と第1参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第1光検出部7aから受け、当該ビート信号の周波数(第1ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部18、第1基準周波数取得部18a、第1周波数差算出部19a及び第1光軸角度取得部20aに送出する。
The first
また、第2周波数解析部17bは、第2反射光と第2参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第2光検出部7bから受け、当該ビート信号の周波数(第2ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部18、第2基準周波数取得部18b、第2周波数差算出部19b及び第2光軸角度取得部20bに送出する。
Further, the second
距離算出部18は、この第1ビート周波数又は第2ビート周波数を、光路長の差に変換することで、鋼板Pの測定面Sまでの距離を算出する。なお、距離算出部18で、第1ビート周波数又は第2ビート周波数から距離を測定する場合には、鋼板Pが移動していると、上述の通りドップラー効果により測定距離が見掛け上シフトしてしまうため、ある位置に静止した鋼板Pの測定面Sまでの距離を測定するものとし、その位置を基準位置としている。
The
算出部13は、第1基準周波数取得部18a、第2基準周波数取得部18b、第1周波数差算出部19a、第2周波数差算出部19b、第1光軸角度取得部20a、第2光軸角度取得部20b、及び速度算出部24を備えている。なお、算出部13では、第1基準周波数取得部18a及び第2基準周波数取得部18bにより基準周波数取得部を構成しており、第1周波数差算出部19a及び第2周波数差算出部19bにより周波数差算出部を構成している。また、第1光軸角度取得部20a及び第2光軸角度取得部20bにより光軸角度取得部を構成している。
The
第1基準周波数取得部18aは、上記の式(3)にて用いる第1周波数差△f1を求める際に使用する第1基準周波数を取得するものである。第1基準周波数取得部18aは、第1周波数解析部17aから受け取った、静止状態かつ基準位置における第1ビート周波数、即ち、第1基準周波数を記憶している。第1基準周波数取得部18aは、第1基準周波数を第1周波数差算出部19aに送出する。
The first reference
第1周波数差算出部19aは、上記の式(3)にて用いる第1周波数差△f1の他、必要に応じて第1光軸角度θ1を求める際に用いる第1周波数差を算出するものである。第1周波数差算出部19aは、第1周波数解析部17aを介して第1光検出部7aと接続されており、第1光検出部7aで検出された、移動状態にある鋼板Pに係る第1ビート周波数を示す信号を受ける。また、第1周波数差算出部19aは、第1基準周波数取得部18aと接続されており、第1基準周波数を示す信号を受ける。
The first
これにより、第1周波数差算出部19aは、移動状態の鋼板Pから検出した第1ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Pから検出した第1基準周波数との差を、第1周波数差△f1として算出する。第1周波数差算出部19aは、算出結果である第1周波数差△f1を示す情報を速度算出部24に送出する。
As a result, the first
第2基準周波数取得部18bは、上記の式(3)にて用いる第2周波数差△f2を求める際に使用する第2基準周波数を取得するものである。第2基準周波数取得部18bは、第2周波数解析部17bから受け取った静止状態かつ基準位置における第2ビート周波数、即ち、第2基準周波数を記憶している。第2基準周波数取得部18bは、第2基準周波数を第2周波数差算出部19bに送出する。
The second reference
第2周波数差算出部19bは、上記の式(3)にて用いる第2周波数差△f2の他、必要に応じて第2光軸角度θ2を求める際に用いる第2周波数差を算出するものである。第2周波数差算出部19bは、第2周波数解析部17bを介して第2光検出部7bと接続されており、第2光検出部7bで検出された、移動状態にある鋼板Pに係る第2ビート周波数を示す信号を受ける。また、第2周波数差算出部19bは、第2基準周波数取得部18bと接続されており、第2基準周波数を示す信号を受ける。
The second
これにより、第2周波数差算出部19bは、移動状態の鋼板Pから検出した第2ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Pから検出した第2基準周波数との差を、第2周波数差△f2として算出する。第2周波数差算出部19bは、算出結果である第2周波数差△f2を示す情報を速度算出部24に送出する。
As a result, the second
第1光軸角度取得部20aは、上記の式(3)にて用いる第1光軸角度θ1を取得するものである。第1光軸角度取得部20aは、演算処理により第1光軸角度θ1を算出してもよく、また、計測手段により第1光軸角度θ1を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第1光軸角度θ1を予め単に記憶しているものでもよい。第1光軸角度取得部20aは、第1光軸角度θ1を示す情報を速度算出部24に送出する。
The first optical axis
ここで、例えば、第1光軸角度θ1を実際の試験を行うことにより算出する場合は、同じ位置で鋼板Pを移動方向Xに沿って複数の速度V1,V2で移動させ、これら速度V1,V2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数を、第1周波数解析部17aから第1周波数差算出部19aへ送出する。第1周波数差算出部19aは、それらの第1ビート周波数の周波数の差を、周波数差△f21として算出し、これを第1光軸角度取得部20aに送出する。第1光軸角度取得部20aは、この周波数差△f21と、速度V1,V2の速度差を示す校正用の速度VD1と、波長λと、を取得し、上記の式(1)の第二項(すなわち、△f21=2VD1・Sinθ1/λ)から第1光軸角度θ1を算出する。
Here, for example, when calculating the first optical axis angle θ 1 by conducting an actual test, the steel plate P is moved at the same position along the movement direction X at a plurality of speeds V 1 and V 2 , and these The first beat frequencies detected at the velocities V 1 and V 2 are sent from the first
第2光軸角度取得部20bは、上記の式(3)にて用いる第2光軸角度θ2を取得するものである。第2光軸角度取得部20bは、演算処理により第2光軸角度θ2を算出してもよく、また、計測手段により第2光軸角度θ2を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第2光軸角度θ2を予め単に記憶しているものでもよい。第2光軸角度取得部20bは、第2光軸角度θ2を示した情報を速度算出部24に送出する。
The second optical axis
ここで、例えば、第2光軸角度θ2を実際の試験を行うことにより算出する場合は、第1光軸角度θ1の演算処理のときと同様に、同じ位置で鋼板Pを移動方向Xに沿って複数の速度V1,V2で移動させ、これら速度V1,V2のときにそれぞれ検出した各第2ビート周波数を第2周波数解析部17bから第2周波数差算出部19bへ送出する。第2周波数差算出部19bは、それらの第2ビート周波数の周波数の差を、周波数差△f22として算出し、これを第2光軸角度取得部20bする。第2光軸角度取得部20bは、この周波数差△f22と、速度V1,V2の速度差を示す校正用の速度VD1と、波長λと、を取得し、上記の式(2)の第二項(すなわち、△f22=2VD1・Sinθ2/λ)から第2光軸角度θ2を算出する。
Here, for example, when calculating the second optical axis angle θ2 by conducting an actual test, the steel plate P is moved in the moving direction X at a plurality of velocities V 1 and V 2 , and the second beat frequencies detected at these velocities V 1 and V 2 are sent from the second
波長取得部16は、例えば、分光器等であり、レーザ発振器2で発振されるレーザ光の波長λを測定することで、波長λを取得するものである。波長取得部16は、波長λを示す情報を速度算出部24に送出する。
The
また、速度算出部24は、取得した第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、及びレーザ光の波長λを用い、上記の式(3)に基づいて演算処理を行い、速度Vを算出する。このようにして、速度算出部24は、鋼板Pの速度Vを測定することができる。この際、上記式(3)から明らかなように、速度算出部24は、距離変化量dをはじめとした距離の値を用いることなく、速度Vを算出することが可能である。
Further, the
(1-5)<作用及び効果>
以上の構成において、本実施形態に係る速度測定装置1では、周波数が時間に対して変調するレーザ光を発振し(レーザ発振ステップ)、レーザ光を、参照光と測定光とに分ける(分岐ステップ)。第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bを用いて、測定光にあたるレーザ光を異なる位置から鋼板Pの測定面Sに照射し、その反射光を第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bをそれぞれ用いて受光する(第1受光ステップ、第2受光ステップ)。
(1-5) <Action and effect>
In the above configuration, the
速度測定装置1は、第1測定ヘッド5aで受光した第1反射光と第1参照光とを干渉させて得られるビート信号を用いた第1ビート周波数を測定し、検出する。また、速度測定装置1は、第2測定ヘッド5bで受光した第2反射光と第2参照光とを干渉させて得られるビート信号を用いた第2ビート周波数を測定し、検出する(周波数解析ステップ)。
The
そして、速度測定装置1では、鋼板Pが基準位置で静止しているときに検出された第1ビート周波数及び第2ビート周波数を、それぞれ第1基準周波数及び第2基準周波数として取得する。
Then, the
速度測定装置1では、鋼板Pが所定位置で移動しているときに検出された第1ビート周波数と、鋼板Pが基準位置で静止しているときの第1基準周波数との差である第1周波数差△f1を算出する。また、速度測定装置1では、鋼板Pが所定位置で移動しているときに検出された第2ビート周波数と、鋼板Pが基準位置で静止しているときの第2基準周波数との差である第2周波数差△f2を算出する(周波数差算出ステップ)。
In the
これにより、速度測定装置1では、レーザ光の波長λと、第1測定光の第1光軸角度θ1と、第2測定光の第2光軸角度θ2の各情報を取得することで、算出した第1周波数差△f1及び第1周波数差△f2を用いて、上記の式(3)から、鋼板Pの速度Vを算出することができる(速度算出ステップ)。
As a result, the
このように速度測定装置1では、速度測定の際に一般に必要となる距離の値を測定することなく、レーザ光を利用して鋼板Pの速度Vについて測定することができる。
As described above, the
また、速度測定装置1では、例えば、上述した周波数差算出ステップを第1測定ステップ及び第2検出ステップに先立って行い、鋼板Pが基準位置で静止しているときに検出される第1反射光及び第2反射光の各周波数の基準周波数情報を予め記憶しておくことが望ましい。これにより、速度測定装置1では、鋼板Pが所定位置で移動しているときの第1反射光及び第2反射光の各周波数を検出した際に、既に記憶している基準周波数情報(基準位置で鋼板Pを静止させたときの第1反射光及び第2反射光の各周波数の情報)を用い、即座に第1周波数差△f1及び第1周波数差△f2を算出できる。よって、鋼板Pを移動させている際にリアルタイムで速度Vを測定することができる。
Further, in the
(2)<第二の実施形態>
以下図面について、本発明の第二の実施形態を詳述する。以下の説明において、第一の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(2) <Second embodiment>
A second embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and overlapping descriptions will be omitted.
(2-1)<本実施形態による測定ヘッドの構成>
第二の実施形態でも、図1に示したような第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bを有している。これら第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bは、上述した第一の実施形態と同一構成を有するものであり、FSFレーザ光(レーザ光)を第1測定光及び第2測定光として、移動する鋼板Pの測定面(被測定対象物表面)Sに照射する。なお、これら第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bについては、上述した第一の実施形態と説明が重複するため、ここではその説明は省略する。
(2-1) <Configuration of measuring head according to the present embodiment>
The second embodiment also has a
(2-2)<第二の実施形態による速度測定装置について>
図2は、第二の実施形態における速度測定装置31の全体構成を示す。第二の実施形態における速度測定装置31は、移動方向Xにおける鋼板Pの速度に加えて、基準位置から鋼板Pまでの距離の差分(距離変化量d)についても、一連の処理の中で同時的に測定できる点で、上述した第一の実施形態とは異なっている。本実施形態における速度測定装置31は、上述した第一の実施形態とは演算処理装置32の構成が相違しており、他の点については第一の実施形態と同様に構成されている。よって、ここでは、第一の実施形態とは異なる演算処理装置32に着目して以下説明する。
(2-2) <About the speed measuring device according to the second embodiment>
FIG. 2 shows the overall configuration of a
この場合、第1光検出部7aは、第1反射光及び第1参照光を受光し、第1反射光と第1参照光との光干渉により発生したビート信号を検出し、これを演算処理装置32に送出する。
In this case, the
第2光検出部7bは、第2反射光及び第2参照光を受光し、第2反射光と第2参照光との光干渉により発生したビート信号を検出し、これを演算処理装置32に送出する。
The
演算処理装置32は、第1光検出部7aで検出した一群の光において、第1反射光と第1参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数(第1ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出する。なお、光ファイバの温度変化の影響を抑制するために、前記第1反射光と第1参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数の代わりに、第1ビート周波数として、例えば、第1測定ヘッド5aから、鋼板Pの測定面Sまでの距離D1に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第1反射光と第1参照光が干渉することにより生じるビート周波数から第1測定ヘッド5aでの反射光と第1参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。
The
また、演算処理装置32は、第2光検出部7bで検出した一群の光において、第2反射光と第2参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数(第2ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出する。この場合も、例えば、第2測定ヘッド5bから、鋼板Pの測定面Sまでの距離D2に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第2反射光と第2参照光が干渉することにより生じるビート周波数から第2測定ヘッド5bでの反射光と第2参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。
Further, the
第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bが鋼板Pの移動方向Xに対して垂直である場合や、鋼板Pが停止している場合においては、第1ビート周波数又は第2ビート周波数を、光路長に換算することで、鋼板Pまでの距離を求めることができる。
When the
これに加えて、第1測定ヘッド5aや第2測定ヘッド5bに傾きを持たせた場合には、演算処理装置32は、後述する距離速度測定方法に従って演算処理を行うことにより、第1ビート周波数及び第2ビート周波数を用いて、鋼板Pまでの距離と、鋼板Pが移動している際の速度Vを測定することができる。
In addition to this, when the
(2-3)<第二の実施形態における速度測定方法について>
次に、第二の実施形態における速度測定方法について、図1及び図4を用いて説明する。この第二の実施形態における速度測定方法では、第一の実施形態と同様に、レーザ光を用いて鋼板Pの速度Vを測定できる他、その際に移動している鋼板Pまでの距離についても同時に測定できるものである。速度測定方法では、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bの2つを用い、第1測定ヘッド5aから鋼板Pの測定面Sに第1測定光を照射するとともに、第2測定ヘッド5bから鋼板Pの測定面Sに第2測定光を照射する。
(2-3) <Regarding the speed measurement method in the second embodiment>
Next, a speed measuring method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 4. FIG. In the speed measuring method of the second embodiment, as in the first embodiment, the speed V of the steel plate P can be measured using a laser beam, and the distance to the steel plate P moving at that time can also be measured. They can be measured simultaneously. In the velocity measurement method, two of the
この際、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bは、鋼板Pに対して異なる位置に配置されており、第1測定ヘッド5aから照射される第1測定光の光軸ax1の傾き(第1光軸角度θ1)と、第2測定ヘッド5bから照射される第2測定光の光軸ax2の傾き(第2光軸角度θ2)とがそれぞれ所定の角度に設定されている。なお、この第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2とは同じ角度でもよく、異なる角度であってもよい。
At this time, the first measuring head 5a and the
なお、この場合の角度は、鋼板Pの移動方向Xと、第1測定ヘッド5aの光軸ax1(第2測定ヘッド5bの光軸aX2)とがなす面において、移動方向Xに垂直な方向と、第1測定ヘッド5aの光軸ax1(第2測定ヘッド5bの光軸aX2)とがなす角度のことであり、ドップラー効果の及ぶ方向成分の角度である。
The angle in this case is perpendicular to the moving direction X on the plane formed by the moving direction X of the steel plate P and the optical axis a x1 of the
なお、図1及び図4では、話を簡単にするため、本実施形態に係る一例として、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bの光軸ax1,ax2が、ともに移動方向Xと鉛直方向Z(単に、方向Zとも称する)とのなす面内にある場合を示しており、以下ではその例に基づいて説明を行う。
1 and 4, for the sake of simplicity, as an example according to the present embodiment, the optical axes a x1 and a x2 of the
ここで、図1は、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bから所定距離離れた所定位置で、移動方向Xに沿って速度Vで移動している鋼板Pを示す。一方、図1との対応部分に同一符号を付して示す図4は、図1に示す鋼板Pに加え、鋼板Pの移動方向Xに垂直な方向Zに沿って鋼板Pを移動させ、所定位置とは異なる基準位置で静止させた鋼板Pを点線で示す。
Here, FIG. 1 shows a steel plate P moving at a speed V along a moving direction X at a predetermined position at a predetermined distance from the
即ち、基準位置にある鋼板Pは静止しているため、ドップラー効果が生じず、速度測定装置31を用いて鋼板Pまでの距離を測定したとしても、上述した測定距離の見掛け上のシフトは生じず、真の距離を測定できる。
That is, since the steel plate P is stationary at the reference position, the Doppler effect does not occur, and even if the distance to the steel plate P is measured using the
ここで、鋼板Pの移動方向Xと、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bの光軸ax1,ax2とがなす面において、移動方向Xに垂直な方向Zにおいて、所定位置(図1)にある鋼板Pと、基準位置(図4)にある鋼板Pとの距離の差を、距離変化量dと称する。なお、図4では、一例として、移動状態の鋼板Pに比べて、移動方向Xと垂直な方向Zに沿って、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bから遠ざかる方向に、距離変化量dだけ移動させた鋼板Pを示している。
Here, in the plane formed by the moving direction X of the steel plate P and the optical axes a x1 and a x2 of the
ここで、基準位置で静止状態にある鋼板P(図4)の測定面Sから反射してきた第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数(第1基準周波数)と、所定位置で移動状態にある鋼板P(図1)の測定面Sから反射してきた第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数との周波数の差(第1周波数差)を、△f1とすると、第1周波数差△f1は、距離変化量dとドップラーシフトの影響を受けることから、上述した第一の実施形態と同様に、次の式(1)で表すことができる。 Here, a first beat frequency (first reference frequency) obtained from the first reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P (FIG. 4) in a stationary state at the reference position and the first reference light, A frequency difference (first frequency difference) between the first reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P (FIG. 1) moving at a predetermined position and the first beat frequency obtained from the first reference light. is Δf 1 , the first frequency difference Δf 1 is affected by the distance change amount d and the Doppler shift. be able to.
Δf1=k(d/cosθ1)-(2Vsinθ1)/λ …(1) Δf 1 =k(d/cos θ 1 )−(2V sin θ 1 )/λ (1)
θ1は、上述した第1光軸角度を示し、λはレーザの波長を示す。kは、例えば、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bに対して鋼板Pの距離を変化させると、どれだけレーザ光の周波数が変化するかの関係を示した定数である。
θ 1 indicates the above-mentioned first optical axis angle, and λ indicates the wavelength of the laser. For example, k is a constant that indicates how much the frequency of the laser light changes when the distance of the steel plate P with respect to the
上記の式(1)のうち、第一項は、第1測定ヘッド5aから鋼板Pまでの距離が変化することによる、レーザ光(第1反射光)の周波数変化量を示した項である。一方、上記の式(1)の第二項は、鋼板Pが移動方向Xに沿って移動することで生じるドップラーシフトの影響による、レーザ光(第1反射光)の周波数変化量を示した項である。
In the above formula (1), the first term indicates the amount of change in the frequency of the laser light (first reflected light) due to the change in the distance from the
また、基準位置で静止状態にある鋼板P(図4)の測定面Sから反射してきた第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数(第2基準周波数)と、所定位置で移動状態にある鋼板P(図1)の測定面Sから反射してきた第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数との周波数の差(第2周波数差)を、△f2とすると、第2周波数差△f2も、距離変化量dとドップラーシフトの影響を受けることから、上述した第一の実施形態と同様に、次の式(2)で表すことができる。 Further, a second beat frequency (second reference frequency) obtained from the second reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P (FIG. 4) in a stationary state at the reference position and the second reference light, and a predetermined The frequency difference (second frequency difference) between the second reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P (FIG. 1) moving at the position and the second beat frequency obtained from the second reference light is , Δf2, the second frequency difference Δf2 is also affected by the distance variation d and the Doppler shift. can be done.
Δf2=k(d/cosθ2)+(2Vsinθ2)/λ …(2) Δf 2 =k(d/cos θ 2 )+(2V sin θ 2 )/λ (2)
なお、第1測定ヘッド5aと第2測定ヘッド5bは同一構成のものを用いていることから、定数kについては、第1測定ヘッド5aのときと同じとなる。
Since the
このような上記の式(1)及び式(2)から、鋼板PがX方向に移動する際の速度Vと、鋼板Pの距離変化量dとを算出すると、下記の式(3)及び式(4)で表すことができる。 When the speed V when the steel plate P moves in the X direction and the distance change amount d of the steel plate P are calculated from the above formulas (1) and (2), the following formulas (3) and (4).
V=(λ/2)・(-Δf1cosθ1+Δf2cosθ2)/(sinθ1cosθ1+sinθ2cosθ2) …(3)
d=(cosθ1cosθ2)/k・(Δf1sinθ2+Δf2sinθ1)/(sinθ1cosθ1+sinθ2cosθ2) …(4)
V=(λ/2)・(−Δf 1 cos θ 1 +Δf 2 cos θ 2 )/(sin θ 1 cos θ 1 +sin θ 2 cos θ 2 ) (3)
d=(cos θ 1 cos θ 2 )/k·(Δf 1 sin θ 2 +Δf 2 sin θ 1 )/(sin θ 1 cos θ 1 +sin θ 2 cos θ 2 ) (4)
ここで、レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。また、定数kについても、例えば、距離変化量dを設けて、異なる位置でそれぞれ鋼板Pを静止させ、各位置での鋼板Pからの第1反射光(又は第2反射光)の周波数をそれぞれ測定し、このときの第1反射光(又は第2反射光)の周波数変化量と、距離変化量dと、から算出することができる。 Here, the wavelength λ of the laser light can be obtained by measuring in advance using a spectroscope or the like. Also, for the constant k, for example, the distance change amount d is provided, the steel plate P is stopped at different positions, and the frequency of the first reflected light (or the second reflected light) from the steel plate P at each position is changed to It can be calculated from the frequency change amount of the first reflected light (or the second reflected light) at this time and the distance change amount d.
具体的には、基準位置で静止させた鋼板Pに対して、例えば第1測定ヘッド5aから第1測定光を照射し、得られた第1反射光の周波数を測定する。また、基準位置から距離変化量dだけずらした所定位置で静止させた鋼板Pに対して、例えば第1測定ヘッド5aから第1測定光を照射し、得られた第1反射光の周波数を測定する。これにより、鋼板Pが各位置にあるときの各第1反射光の周波数差△f11を算出することで、k=△f11/dの式を基に、定数kを算出することができる。
Specifically, for example, the
なお、上述したように、第1測定ヘッド5aと第2測定ヘッド5bは、同じ構成からなるものを使用しているため、第1測定ヘッド5a又は第2測定ヘッド5bのいずれかを用いて、反射光の周波数差△f11を算出すればよい。
As described above, since the
また、実際に基準位置で静止させた鋼板Pや、距離変化量dだけずらした鋼板Pを用いた試験を行うことなく、k=2rs/cとした演算で、kを求めることも可能である。なお、rsはレーザ光の瞬時周波数の単位時間当たりの変化量、即ち、周波数変調速度を示し、cは空気中の光の速度を示す。 In addition, it is also possible to obtain k by calculating k = 2r s /c without performing a test using the steel plate P actually stopped at the reference position or the steel plate P shifted by the distance change amount d. be. Note that rs indicates the amount of change in the instantaneous frequency of the laser light per unit time, that is, the frequency modulation speed, and c indicates the speed of light in air.
上記の式(3)及び式(4)のうち、第1光軸角度θ1は、同じ位置で、鋼板PがX方向に移動する際の速度Vを変え、鋼板Pから反射した第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第1ビート周波数の変化量と、速度Vの差と、から、それぞれ算出することができる。また、第2光軸角度θ2についても、第1光軸角度θ1と同様に、同じ位置で、鋼板PがX方向に移動する際の速度Vを変え、鋼板Pから反射した第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第2ビート周波数変化量と、速度Vの差と、から、それぞれ算出することができる。 In the above equations (3) and (4), the first optical axis angle θ 1 changes the speed V when the steel plate P moves in the X direction at the same position, and the first reflection reflected from the steel plate P The first beat frequency obtained from the light and the first reference light is measured at each speed, and each can be calculated from the amount of change in the first beat frequency at this time and the difference in speed V. . For the second optical axis angle θ 2 , similarly to the first optical axis angle θ 1 , the velocity V when the steel plate P moves in the X direction is changed at the same position, and the second reflection reflected from the steel plate P The second beat frequency obtained from the light and the second reference light is measured at each speed, and the difference between the second beat frequency change and the speed V can be calculated.
具体的には、上記の式(1)の第二項を利用して第1光軸角度θ1を算出でき、上記の式(2)の第二項を利用して第2光軸角度θ2を算出できる。例えば、同じ位置で鋼板Pを移動方向Xに沿って複数の速度V1,V2で移動させ、これら速度V1,V2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数の差を、周波数差△f21として算出する。また、速度V1,V2の速度差を、校正用の速度VD1として算出する。 Specifically, the first optical axis angle θ1 can be calculated using the second term of the above equation ( 1 ), and the second optical axis angle θ1 can be calculated using the second term of the above equation (2). 2 can be calculated. For example, the steel plate P is moved at a plurality of velocities V 1 and V 2 along the movement direction X at the same position, and the difference between the first beat frequencies detected at these velocities V 1 and V 2 is called the frequency difference. Δf is calculated as 21 . Also, the speed difference between the speeds V 1 and V 2 is calculated as the speed V D1 for calibration.
これにより、第1測定光の第1光軸角度θ1は、レーザ光の波長λと、校正用の速度VD1と、周波数差△f21とを用い、上記の式(1)の第二項(すなわち、△f21=2VD1・Sinθ1/λ)から算出することができる。 As a result, the first optical axis angle θ1 of the first measurement light is obtained by using the wavelength λ of the laser light, the velocity VD1 for calibration, and the frequency difference Δf21 , and the second (ie, Δf 21 =2V D1 ·Sin θ 1 /λ).
同様にして、第2測定光の第2光軸角度θ2についても、レーザ光の波長λと、校正用の速度VD1と、周波数差△f22とを用い、上記の式(2)の第二項(すなわち、△f22=2VD1・Sinθ2/λ)から算出することができる。 Similarly, for the second optical axis angle θ2 of the second measurement light, the wavelength λ of the laser light, the velocity VD1 for calibration, and the frequency difference Δf22 are used to obtain the above equation ( 2). It can be calculated from the second term (ie, Δf 22 =2V D1 ·Sin θ 2 /λ).
以上より、上記の式(3)のうち、レーザ光の波長λと、第1光軸角度θ1と、第2光軸角度θ2と、については事前に取得することができる。よって、第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2を測定することで、上記の式(3)から、鋼板PがX方向に移動する際の速度Vを算出することができる。 From the above, the wavelength λ of the laser light, the first optical axis angle θ1, and the second optical axis angle θ2 in the above equation (3) can be obtained in advance. Therefore, by measuring the first frequency difference Δf 1 and the second frequency difference Δf 2 , the speed V when the steel plate P moves in the X direction can be calculated from the above equation (3).
同様に、上記の式(4)についても、第1光軸角度θ1と、第2光軸角度θ2と、定数k(例えば、周波数変調速度rsを利用して、k=2rs/cから演算で求めた定数k)と、については事前に取得することができるため、第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2を測定することで、上記の式(4)から、鋼板P間の距離変化量dを算出することができる。 Similarly, for the above equation ( 4 ), k =2r s / Since the constant k) calculated from c can be obtained in advance, by measuring the first frequency difference Δf 1 and the second frequency difference Δf 2 , from the above equation (4) , the amount of change in the distance d between the steel plates P can be calculated.
なお、速度測定装置31を構築した際に、正確に第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2が分かっている場合や、別途の測定器による正確な測定により第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2が分かっている場合には、その第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2とを用いて、直接上記式(3)及び式(4)から、速度Vと距離変化量dを算出することができる。
When constructing the
なお、第二の実施形態においても、上述した第一の実施形態と同様に、第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2の算出については、基準位置で鋼板Pが相対的に静止しているときに検出した第1ビート周波数及び第2ビート周波数を用いる必要はなく、例えば、基準位置で鋼板Pが基準速度で移動しているときに検出した第1ビート周波数及び第2ビート周波数を用い、それぞれ第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2を算出してもよい。なお、ここでは、第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2については、基準位置で鋼板Pが相対的に静止しているときに検出した第1ビート周波数及び第2ビート周波数を用いて算出する場合について、以下説明する。 Also in the second embodiment, as in the first embodiment described above, the calculation of the first frequency difference Δf 1 and the second frequency difference Δf 2 is performed when the steel plate P is relatively positioned at the reference position. It is not necessary to use the first beat frequency and the second beat frequency detected when the steel plate P is stationary. The frequencies may be used to calculate a first frequency difference Δf 1 and a second frequency difference Δf 2 respectively. Here, for the first frequency difference Δf1 and the second frequency difference Δf2, the first beat frequency and the second beat frequency detected when the steel plate P is relatively stationary at the reference position are used. A case of calculating using the following will be described.
(2-4)<演算処理装置について>
次に、上述した速度測定方法を実行する演算処理装置32(図2)について以下説明する。この演算処理装置32は、レーザ光を基に鋼板Pが移動する際の速度Vを測定できるとともに、上記の式(3)及び式(4)を基に、鋼板Pの基準位置からの距離変化量dとを、一連の処理の中で同時的に測定できるものである。図6は、演算処理装置32の回路構成を示したブロック図である。図6に示すように、演算処理装置32は、第1周波数解析部17a、第2周波数解析部17b、距離算出部18、算出部13、定数取得部14、及び波長取得部16を備えている。なお、演算処理装置32では、第1周波数解析部17a及び第2周波数解析部17bにより周波数解析部を構成している。
(2-4) <Regarding the processing unit>
Next, the processing unit 32 (FIG. 2) for executing the speed measurement method described above will be described below. This
第1周波数解析部17aは、第1反射光と第1参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第1光検出部7aから受け、当該ビート信号の周波数(第1ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部18、第1基準周波数取得部18a、第1周波数差算出部19a及び第1光軸角度取得部20aに送出する。
The first
また、第2周波数解析部17bは、第2反射光と第2参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第2光検出部7bから受け、当該ビート信号の周波数(第2ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部18、第2基準周波数取得部18b、第2周波数差算出部19b及び第2光軸角度取得部20bに送出する。
Further, the second
距離算出部18は、この第1ビート周波数又は第2ビート周波数を、光路長の差に変換することで、鋼板Pの測定面Sまでの距離を算出する。なお、距離算出部18で、第1ビート周波数又は第2ビート周波数から距離を測定する場合には、鋼板Pが移動していると、上述の通りドップラー効果により測定距離が見掛け上シフトしてしまうため、ある位置に静止した鋼板Pの測定面Sまでの距離を測定するものとし、その位置を基準位置としている。
The
算出部13は、第1基準周波数取得部18a、第2基準周波数取得部18b、第1周波数差算出部19a、第2周波数差算出部19b、第1光軸角度取得部20a、第2光軸角度取得部20b、及び距離速度算出部21を備えている。なお、算出部13では、第1基準周波数取得部18a及び第2基準周波数取得部18bにより基準周波数取得部を構成しており、第1周波数差算出部19a及び第2周波数差算出部19bにより周波数差算出部を構成している。また、第1光軸角度取得部20a及び第2光軸角度取得部20bにより光軸角度取得部を構成している。
The
第1基準周波数取得部18aは、上記の式(3)及び式(4)にて用いる第1周波数差△f1を求める際に使用する第1基準周波数を取得するものである。第1基準周波数取得部18aは、第1周波数解析部17aから受け取った、静止状態かつ基準位置における第1ビート周波数、即ち、第1基準周波数を記憶している。第1基準周波数取得部18aは、第1基準周波数を第1周波数差算出部19aに送出する。
The first reference
第1周波数差算出部19aは、上記の式(3)及び式(4)にて用いる第1周波数差△f1の他、必要に応じて第1光軸角度θ1及び定数kを求める際に用いる第1周波数差を算出するものである。第1周波数差算出部19aは、第1周波数解析部17aを介して第1光検出部7aと接続されており、第1光検出部7aで検出された、移動状態にある鋼板Pに係る第1ビート周波数を示す信号を受ける。また、第1周波数差算出部19aは、第1基準周波数取得部18aと接続されており、第1基準周波数を示す信号を受ける。
The first
これにより、第1周波数差算出部19aは、移動状態の鋼板Pから検出した第1ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Pから検出した第1基準周波数との差を、第1周波数差△f1として算出する。第1周波数差算出部19aは、算出結果である第1周波数差△f1を示す情報を距離速度算出部21に送出する。
As a result, the first
第2基準周波数取得部18bは、上記の式(3)及び式(4)にて用いる第2周波数差△f2を求める際に使用する第2基準周波数を取得するものである。第2基準周波数取得部18bは、第2周波数解析部17bから受け取った静止状態かつ基準位置における第2ビート周波数、即ち、第2基準周波数を記憶している。第2基準周波数取得部18bは、第2基準周波数を第2周波数差算出部19bに送出する。
The second reference
第2周波数差算出部19bは、上記の式(3)及び式(4)にて用いる第2周波数差△f2の他、必要に応じて第2光軸角度θ2及び定数kを求める際に用いる第2周波数差を算出するものである。第2周波数差算出部19bは、第2周波数解析部17bを介して第2光検出部7bと接続されており、第2光検出部7bで検出された、移動状態にある鋼板Pに係る第2ビート周波数を示す信号を受ける。また、第2周波数差算出部19bは、第2基準周波数取得部18bと接続されており、第2基準周波数を示す信号を受ける。
The second
これにより、第2周波数差算出部19bは、移動状態の鋼板Pから検出した第2ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Pから検出した第2基準周波数との差を、第2周波数差△f2として算出する。第2周波数差算出部19bは、算出結果である第2周波数差△f2を示す情報を距離速度算出部21に送出する。
As a result, the second
第1光軸角度取得部20aは、上記の式(3)及び式(4)にて用いる第1光軸角度θ1を取得するものである。第1光軸角度取得部20aは、演算処理により第1光軸角度θ1を算出してもよく、また、計測手段により第1光軸角度θ1を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第1光軸角度θ1を予め単に記憶しているものでもよい。第1光軸角度取得部20aは、第1光軸角度θ1を示す情報を距離速度算出部21に送出する。
The first optical axis
ここで、例えば、第1光軸角度θ1を実際の試験を行うことにより算出する場合は、同じ位置で鋼板Pを移動方向Xに沿って複数の速度V1,V2で移動させ、これら速度V1,V2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数を、第1周波数解析部17aから第1周波数差算出部19aへ送出する。第1周波数差算出部19aは、それらの第1ビート周波数の差を、周波数差△f21として算出し、これを第1光軸角度取得部20aに送出する。第1光軸角度取得部20aは、この周波数差△f21と、速度V1,V2の速度差を示す校正用の速度VD1と、波長λと、を取得し、上記の式(1)の第二項(すなわち、△f21=2VD1・Sinθ1/λ)から第1光軸角度θ1を算出する。
Here, for example, when calculating the first optical axis angle θ 1 by conducting an actual test, the steel plate P is moved at the same position along the movement direction X at a plurality of speeds V 1 and V 2 , and these The first beat frequencies detected at the velocities V 1 and V 2 are sent from the first
第2光軸角度取得部20bは、上記の式(3)及び式(4)にて用いる第2光軸角度θ2を取得するものである。第2光軸角度取得部20bは、演算処理により第2光軸角度θ2を算出してもよく、また、計測手段により第2光軸角度θ2を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第2光軸角度θ2を予め単に記憶しているものでもよい。第2光軸角度取得部20bは、第2光軸角度θ2を示した情報を距離速度算出部21に送出する。
The second optical axis
ここで、例えば、第2光軸角度θ2を実際の試験を行うことにより算出する場合は、第1光軸角度θ1の演算処理のときと同様に、同じ位置で鋼板Pを移動方向Xに沿って複数の速度V1,V2で移動させ、これら速度V1,V2のときにそれぞれ検出した各第2ビート周波数を、第2周波数解析部17bから第2周波数差算出部19bへ送出する。第2周波数差算出部19bは、それらの第2ビート周波数の周波数の差を、周波数差△f22として算出し、これを第2光軸角度取得部20bする。第2光軸角度取得部20bは、この周波数差△f22と、速度V1,V2の速度差を示す校正用の速度VD1と、波長λと、を取得し、上記の式(2)の第二項(すなわち、△f22=2VD1・Sinθ2/λ)から第2光軸角度θ2を算出する。
Here, for example, when calculating the second optical axis angle θ2 by conducting an actual test, the steel plate P is moved in the moving direction X at a plurality of velocities V 1 and V 2 , and the second beat frequencies detected at these velocities V 1 and V 2 are sent from the second
定数取得部14は、上記の式(4)にて用いる定数kを取得するものである。定数取得部14は、実際の試験を行うことにより定数kを算出してもよく、また、定数kを予め単に記憶しているだけであってもよい。定数取得部14は、定数kを示す情報を距離速度算出部21に送出する。
The
なお、定数kを実際の試験を行うことにより算出する場合は、例えば、鋼板Pの位置を距離変化量dで変え、各位置で検出した第1反射光の周波数差△f11を、第1周波数差算出部19aで算出する。定数取得部14は、この第1反射光の周波数差△f11と、位置を変えたときの鋼板Pの距離変化量dと、を取得して、k=△f11/dの式を基に、定数kを算出する。
When calculating the constant k by conducting an actual test, for example, the position of the steel plate P is changed by the distance change amount d, and the frequency difference Δf 11 of the first reflected light detected at each position is calculated as the first It is calculated by the
波長取得部16は、例えば、分光器等であり、レーザ発振器2で発振されるレーザ光の波長λを測定することで、波長λを取得するものである。波長取得部16は、波長λを示す情報を距離速度算出部21に送出する。
The
距離速度算出部21は、このようにして得られた、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、定数k、波長λを用いて、上記の式(3)及び式(4)を基に、鋼板Pが移動する際の速度Vと距離変化量dとを算出する。ここで、距離速度算出部21は、距離変化量dを測定する距離変化量算出部23と、鋼板Pの速度Vを測定する速度算出部24とを備えている。
The distance/
距離変化量算出部23は、取得した第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、及び定数kを用い、上記の式(4)に基づいて演算処理を行い、距離変化量dを算出する。このようにして、距離変化量算出部23は、鋼板Pの距離変化量dを測定することができる。
Using the acquired first frequency difference Δf 1 , second frequency difference Δf 2 , first optical axis angle θ 1 , second optical axis angle θ 2 , and constant k, the distance
なお、この距離変化量dは、基準位置に対する相対位置を示しているので、速度測定装置31からの距離を求める場合には、予め測定しておいた基準位置までの距離の値を用いることで、算出可能である。
Since this distance change amount d indicates a relative position with respect to the reference position, when obtaining the distance from the
また、速度算出部24は、取得した第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、及びレーザ光の波長λを用い、上記の式(3)に基づいて演算処理を行い、速度Vを算出する。このようにして、速度算出部24は、鋼板Pの速度Vを測定することができる。
Further, the
(2-5)<作用及び効果>
以上の構成において、本実施形態に係る速度測定装置31でも、上述した第一の実施形態と同様に、レーザ発振ステップ、分岐ステップ、第1受光ステップ、第2受光ステップ、周波数解析ステップ、周波数差算出ステップを実行し、レーザ光の波長λと、第1測定光の第1光軸角度θ1と、第2測定光の第2光軸角度θ2の各情報を取得することで、算出した第1周波数差△f1及び第1周波数差△f2を用いて、上記の式(3)から、鋼板Pの速度Vを算出することができる(速度算出ステップ)。
(2-5) <Action and effect>
In the above configuration, the
この速度測定装置31では、単に上記の式(1)の第二項だけから速度Vを算出するものではなく、第1測定光及び第2測定光の両方を用いて、鋼板Pの距離変化量dも考慮して上記の式(3)を求めていることから、基準位置からずれて距離変化量dが生じている鋼板Pについても、上記の式(3)を基に、鋼板Pの速度Vを正確に算出することができる。
This
また、速度測定装置31では、例えば、上述した周波数差算出ステップを第1受光ステップ及び第2受光ステップに先立って行っておき、鋼板Pが基準位置で静止しているときに検出される基準周波数を、第1基準周波数及び第2基準周波数として予め記憶しておくことが望ましい。これにより、速度測定装置31では、鋼板Pが所定位置で移動しているときの第1反射光及び第2反射光の各周波数を検出した際に、既に記憶している第1基準周波数及び第2基準周波数を用い、即座に第1周波数差△f1及び第1周波数差△f2を算出できる。よって、鋼板Pを移動させている際にリアルタイムで速度Vを測定することができる。
Further, in the
さらに、第二の実施形態の速度測定装置31では、鋼板Pまでの距離変化とレーザ光の周波数変化との関係を示した定数kを取得することで、第1周波数差△f1と、第2周波数差△f2と、第1光軸角度θ1と、第2光軸角度θ2と、定数kと、を基に、上記の式(4)から、鋼板Pの距離変化量dも算出することができる(距離変化量算出ステップ)。また、予め速度測定装置31から基準位置までの距離を測定しておくことで、距離変化量dのみならず、速度測定装置31から鋼板Pまでの距離を算出することもできる。より具体的には、距離速度算出部21は、距離算出部18で測定した、基準位置までの距離(基準距離)を受け取り、この基準距離に対して、距離変化量dを加算又は減算し、基準位置までの距離を距離変化量dで補正することで、速度測定装置31から鋼板Pまでの距離D1,D2を算出することができる。
Furthermore, in the
なお、距離変化量dを測定する際は、周波数変調速度rsを利用して、k=2rs/cから演算で求めた定数kを予め記憶しておき、用いてもよい。また、事前に鋼板Pを所定の距離変化量dで変えたときに各位置で検出される反射光の周波数差△f11と、位置を変えたときの鋼板Pの距離変化量dと、の関係を示した、k=△f11/dの式で求められる、定数kを予め記憶しておき、用いてもよい。 When measuring the distance change amount d, a constant k obtained by calculation from k=2r s /c using the frequency modulation speed r s may be stored in advance and used. Also, the frequency difference Δf 11 of the reflected light detected at each position when the steel plate P is changed in advance by a predetermined distance change amount d, and the distance change amount d of the steel plate P when the position is changed. A constant k obtained by the formula k=Δf 11 /d, which shows the relationship, may be stored in advance and used.
このように速度測定装置31では、鋼板Pまでの距離を測定する際に用いるレーザ光を利用して鋼板Pの速度Vについても同時に測定することができる。よって、第二の実施形態による速度測定装置31では、鋼板Pの速度Vの測定とともに、鋼板Pまでの距離も一連の処理で同時に測定することができる。
As described above, the
(3)<他の実施形態>
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、被測定対象物として板状の鋼板Pを適用したが、本発明はこれに限らず、直方体等の形状でなる鋼板や、円筒状・円柱状の鋼材等、種々の形状の被測定対象物を適用してもよい。また、鋼板以外のその他の材料でなる被測定対象物を適用してもよい。
(3) <Other embodiments>
The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, although a plate-shaped steel plate P is used as an object to be measured, the present invention is not limited to this, and objects to be measured of various shapes such as a steel plate having a shape such as a rectangular parallelepiped, a cylindrical steel material, and the like. You can apply things. Also, an object to be measured made of a material other than a steel plate may be applied.
また、上述した実施形態においては、1つのレーザ発振器2を用いて第1測定光及び第2測定光を生成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第1測定光を生成する第1のレーザ発振器と、これとは別体でなる、第2測定光を生成する第2のレーザ発振器とを設けても良い。
Further, in the above-described embodiment, the case where the first measurement light and the second measurement light are generated using one
また、上述した実施形態においては、被測定対象物が所定位置で第1測定光及び第2測定光の各出射位置に対して相対的に移動する状態とし、第1測定光及び第2測定光の各出射位置(すなわち、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5b)を固定した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、鋼板Pを所定位置で固定して、第1測定光及び第2測定光の各出射位置を移動方向Xに沿って移動させるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the object to be measured moves at a predetermined position relative to the emission positions of the first measurement light and the second measurement light. (ie, the
また、上述した実施形態においては、被測定対象物が基準位置で、第1測定光及び第2測定光の各出射位置に対して静止する状態とした場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、鋼板Pを所定速度Vで移動させながら、各出射位置も同じ方向に速度Vで移動させることで、相対的に静止した状態にするようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the object to be measured is at the reference position and is stationary with respect to the emission positions of the first measurement light and the second measurement light has been described. Not exclusively. For example, while moving the steel plate P at a predetermined speed V, each emission position may also be moved at a speed V in the same direction so that the steel plate P is relatively stationary.
また、上述した実施形態においては、周波数解析部として第1周波数解析部17a及び第2周波数解析部17bを適用し、基準周波数取得部として第1基準周波数取得部18a及び第2基準周波数取得部18bを適用し、周波数差算出部として第1周波数差算出部19a及び第2周波数差算出部19bを適用し、光軸角度取得部として第1光軸角度取得部20a及び第2光軸角度取得部20bを適用し、それぞれ2つずつ設けた例で説明を行ったが、それぞれ一体的に、一つの、周波数解析部、基準周波数取得部、周波数差算出部、光軸角度取得部を設けるようにして、処理を行うことも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the first
また、上述した実施形態においては、第1測定光及び第2測定光の出射位置を固定し、鋼板Pの移動方向Xと垂直な方向Zに沿って鋼板Pを距離変化量dだけ移動させた場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、鋼板Pの位置を固定して、移動方向Xと垂直な方向Zに沿って第1測定光及び第2測定光の出射位置を距離変化量dだけ移動させるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the emission positions of the first measurement light and the second measurement light are fixed, and the steel plate P is moved along the direction Z perpendicular to the moving direction X of the steel plate P by the distance change amount d. Although the case has been described, the present invention is not limited to this. For example, the position of the steel plate P may be fixed, and the emission positions of the first measurement light and the second measurement light may be moved along the direction Z perpendicular to the moving direction X by the distance change amount d.
なお、別体である第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bをそれぞれ設け、第1測定ヘッド5aから第1測定光を照射し、これとは別に設けた第2測定ヘッド5bから第2測定光を照射した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、1つの測定ヘッドを設け、第1光軸角度θ1に設定した測定ヘッドから第1測定光を鋼板Pに照射した後に、測定ヘッドの角度を変えて第2光軸角度θ2に設定した測定ヘッドから第2測定光を鋼板Pに照射してもよい。このように同じ測定ヘッドを用いて測定光の照射タイミングを変えて、第1測定光及び第2測定光を照射するようにしても、上述した実施形態と同様の処理を行える。よって、第1測定ヘッド5aと第2測定ヘッド5bを1つの測定ヘッドが兼用してもよい。
A
また、上述した実施形態においては、時間に対して所定の周波数変化量で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部として、FSFレーザを適用したが、本発明はこれに限らず、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振可能であれば、例えば、注入電流により周波数を変調可能な波長可変半導体レーザ等、種々のレーザ発振部を適用してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the FSF laser is used as the laser oscillation unit that oscillates laser light modulated by a predetermined amount of frequency change with respect to time, but the present invention is not limited to this. A variety of laser oscillators, such as a wavelength tunable semiconductor laser whose frequency can be modulated by an injection current, may be used as long as they can oscillate a laser beam whose frequency is modulated by an injection current.
また、上述した実施形態においては、反射光及び参照光(例えば、第1反射光及び第1参照光)の周波数差に等しい周波数を有するビート信号を検出し、このビート周波数を用いて、鋼板Pまでの距離及び鋼板Pが移動する速度を測定するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、特開2016-80409号公報に開示されているように、第1測定ヘッド及び第2測定ヘッドに反射源を設け、反射源で測定光を反射させて戻り光を生成し、反射光と参照光のビート信号の周波数と、戻り光と参照光のビート信号の周波数を測定し、両ビート周波数の差を上記ビート周波数の代わりに利用して、鋼板Pまでの距離及び鋼板Pが移動する速度を測定してもよい。 Further, in the above-described embodiment, a beat signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light (for example, the first reflected light and the first reference light) is detected, and using this beat frequency, the steel plate P Although the distance to and the speed at which the steel plate P moves are measured, the present invention is not limited to this. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-80409, a reflection source is provided in the first measurement head and the second measurement head, and the measurement light is reflected by the reflection source to generate return light, and the reflected light and The frequency of the beat signal of the reference light and the frequency of the beat signals of the return light and the reference light are measured, and the difference between the two beat frequencies is used instead of the beat frequency to move the distance to the steel plate P and the steel plate P. Velocity may be measured.
また、上述した第二の実施形態では、演算処理装置32は、距離を算出する要素として、距離算出部18と距離変化量算出部23を有しているが、両方が必要なわけではなく、距離算出部18を省略するようにすることも可能である。
Further, in the second embodiment described above, the
次に、上記の式(3)及び式(4)について、θ1=θ2=θとして、速度V及び距離変化量dについて検討した。上記の式(3)及び式(4)について、θ1=θ2=θとすると、下記の式(5)及び(6)のように表すことができる。 Next, the speed V and the amount of change in distance d were examined with θ 1 =θ 2 =θ in the above formulas (3) and (4). Assuming that θ 1 =θ 2 =θ in the above formulas (3) and (4), the following formulas (5) and (6) can be obtained.
V=(λ/4sinθ)・(-Δf1+Δf2) …(5)
d=(cosθ/2k)・(Δf1+Δf2) …(6)
V=(λ/4sinθ)・(−Δf 1 +Δf 2 ) …(5)
d=(cosθ/2k)・(Δf 1 +Δf 2 ) …(6)
この場合、速度V及び距離変化量dは、それぞれ周波数変化量の差及び和(平均)の定数倍で算出することができ、より単純な式で表すことができる。そのため、本発明の距離測定方法により速度V及び距離変化量dを算出する際は、θ1=θ2=θに設定すると評価し易いことが分かる。 In this case, the velocity V and the distance change amount d can be calculated by multiplying the difference and the sum (average) of the frequency change amounts by a constant, respectively, and can be expressed by a simpler formula. Therefore, when calculating the velocity V and the amount of change in distance d by the distance measuring method of the present invention, it can be seen that the evaluation is facilitated by setting θ 1 =θ 2 =θ.
実施例として用いたレーザ発振器は、FSFレーザ光の波長λが1550nmであり、周波数と距離の関係を示す定数kが約44MHz/mであった。θについては5度とした。また、ここでは、図5の第1周波数差算出部19a及び第2周波数差算出部19bには、検出範囲が40MHz以下、分解能が約1kHzの周波数検出器をそれぞれ設けた。
The laser oscillator used as an example had a wavelength λ of FSF laser light of 1550 nm, and a constant k indicating the relationship between frequency and distance was about 44 MHz/m. θ was set to 5 degrees. Further, here, the first
この場合、第1周波数差Δf1を3MHz、第2周波数差Δf2を2.5MHzとすると、上記の式(5)より速度Vは、-2.2m/sとなり、上記の式(6)より距離変化量dは62mmとなった。また、第1周波数差Δf1を-1.6MHz、第2周波数差Δf2を-1.5MHzにすると、速度Vは0.4m/sとなり、距離変化量dは-35mmとなった。以上より、鋼板Pの移動方向Xで、鋼板Pがどちらの向きに移動しているかについても判定可能であることが確認できた。 In this case, if the first frequency difference Δf 1 is 3 MHz and the second frequency difference Δf 2 is 2.5 MHz, the velocity V is -2.2 m/s from the above equation (5), and the above equation (6) Therefore, the distance change amount d was 62 mm. Also, when the first frequency difference Δf 1 was -1.6 MHz and the second frequency difference Δf 2 was -1.5 MHz, the velocity V was 0.4 m/s and the distance variation d was -35 mm. From the above, it has been confirmed that it is possible to determine in which direction the steel plate P is moving in the moving direction X of the steel plate P.
次に、図7に示すように、円柱状の被測定対象物P2を備え、被測定対象物P2の中心軸を回転軸として、被測定対象物P2を回転させる円盤回転装置を用意した。そして、本発明の効果を確認するために、この円盤回転装置と、本発明の速度測定装置31とを用いて、距離速度測定試験を実施した。なお、図7では、扇状の被測定対象物P2が示されているが、これは円柱状の被測定対象物P2のうち一部の断面部分だけを示したものである。
Next, as shown in FIG . 7, a disc rotating device having a cylindrical object P2 to be measured and rotating the object P2 to be measured around the central axis of the object P2 to be measured is prepared. did. Then, in order to confirm the effect of the present invention, a distance and speed measurement test was carried out using this disc rotating device and the
この場合、第1測定ヘッド25aと第2測定ヘッド25bを同じ基台(図示せず)に並べて固定し、被測定対象物P2の円周面に対して基台が垂直方向に移動できるようにした。これにより、基台を垂直方向に移動させることで、第1測定ヘッド25aと第2測定ヘッド25bを同時に垂直方向に移動させることができ、距離変化量dを調整可能とした。
In this case, the
第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bのそれぞれのレンズは、焦点距離が300mmのものを使用した。そのため、被測定対象物P2の円周面から約300mmの位置を、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bの基準位置とした。そして、被測定対象物P2の回転速度を変えながら、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを基準位置から垂直方向に移動させて、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを数か所の位置に順番に変えてゆき、速度Vと距離変化量dの測定を実施した。
A lens with a focal length of 300 mm was used for each of the
先ずは、測定前に実施した、定数k、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2の校正について説明する。定数kについては、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bの位置を垂直方向に順次変え、第1測定ヘッド25a又は第2測定ヘッド25bで検出した第1反射光又は第2反射光(反射光)の周波数の変化量を調べた。そして、第1測定ヘッド25a又は第2測定ヘッド25bの距離変化量dの変化量と、第1測定ヘッド25a又は第2測定ヘッド25bで検出した第1反射光又は第2反射光(反射光)の周波数の変化量とから、定数kを算出したところ、定数kは、43.14MHz/mと算出された。
First, calibration of constant k, first optical axis angle θ 1 , and second optical axis angle θ 2 performed before measurement will be described. Regarding the constant k, the positions of the
次に、第1光軸角度θ1及び第2光軸角度θ2を算出した。ここでは、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを基準位置に固定し、被測定対象物P2の回転速度を変えて、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bでそれぞれ検出した第1反射光及び第2反射光の周波数の変化を調べた。
Next, the first optical axis angle θ1 and the second optical axis angle θ2 were calculated. Here, the
第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを基準位置に固定したときの被測定対象物P2の回転速度の変化量(速度VD1)と、第1反射光の周波数変化量△f21とから、△f21=2VD1sinθ1/λの式を用いて第1光軸角度θ1を算出した。また、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを基準位置に固定したときの被測定対象物P2の回転速度の変化量(速度VD1)と、第2反射光の周波数変化量△f22とから、△f22=2VD1sinθ2/λの式を用いて第2光軸角度θ2を算出した。なお、レーザ光の波長λは、上記同様、1550nmである。
The amount of change in rotational speed (velocity V D1 ) of the object to be measured P2 when the
その結果、第1光軸角度θ1は7.71度と算出され、第2光軸角度θ2は6.69度と算出された。ここで、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを設置する際、被測定対象物P2の中心から延びる鉛直方向(水平方向に対して垂直な方向)と、第1測定光の光軸ax1とがなす第1光軸角度θ1は、約5度に設定したはずであり、被測定対象物P2の中心から延びる鉛直方向と、第2測定光の光軸ax2とがなす第2光軸角度θ2も、約5度に設定したはずだった。
As a result, the first optical axis angle θ1 was calculated to be 7.71 degrees, and the second optical axis angle θ2 was calculated to be 6.69 degrees. Here, when installing the
しかしながら、上記の算出結果から、第1光軸角度θ1は、5度に設定されておらず、実際には7.71度となっていると推測できる。また、第2光軸角度θ2についても、同様に、5度に設定されておらず、実際には6.69度となっていると推測できる。取り付け精度として、第1測定光の光軸ax1及び第2測定光の光軸ax2が、上記で求めたように7.71度程度、6.69度程度、傾いてしまっている可能性は十分考えられる。 However, from the above calculation results, it can be inferred that the first optical axis angle θ1 is not set to 5 degrees, but is actually set to 7.71 degrees. Similarly, it can be assumed that the second optical axis angle θ2 is not set to 5 degrees but is actually set to 6.69 degrees. As for the mounting accuracy, the optical axis ax1 of the first measurement light and the optical axis ax2 of the second measurement light may be tilted by about 7.71 degrees and about 6.69 degrees as obtained above. is quite conceivable.
次に、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを、被測定対象物P2から鉛直方向に沿って移動させた距離変化量の実測値と、上記の式(4)から算出した距離測定値(距離変化量d)と、について比較する検証試験を行った。
Next, the measured value of the distance change amount when the
この検証試験では、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを鉛直方向に移動し、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bに対する被測定対象物P2の回転位置を変え、それぞれの位置から第1周波数差△f1及び第2周波数差△f2を算出した。
In this verification test, the
具体的には、被測定対象物P2を基準位置で静止させて、第1反射光及び第2反射光の1S間(1000点)の周波数の平均値を算出した。また、被測定対象物P2を所定の速度Vで回転させつつ、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを鉛直方向に移動した。そして、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを数点の位置で固定し、各位置毎に、第1反射光及び第2反射光の1S間(1000点)の周波数の平均値をそれぞれ算出した。
Specifically, the object to be measured P2 was held stationary at the reference position, and the average value of the frequencies for 1S (1000 points) of the first reflected light and the second reflected light was calculated. In addition, the
そして、被測定対象物P2が基準位置で静止しているときと、回転している被測定対象物P2に対して第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bの位置を変えたときとの、第1反射光の周波数差(第1周波数差△f1)、第2反射光の周波数差(第2周波数差△f2)を、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bの位置毎にそれぞれ算出した。
When the object to be measured P2 is stationary at the reference position, and when the positions of the
そして、以上のようにして得た、定数k、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、位置毎に得た第1周波数差△f1、位置毎に得た第2周波数差△f2を用いて、上記の式(4)から距離変化量dをそれぞれ算出した。また、速度測定装置31とは別にレーザ距離計を用意し、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bの基準位置からの距離変化量を実測値として測定した。
Then, the constant k, the first optical axis angle θ 1 , the second optical axis angle θ 2 , the first frequency difference Δf 1 obtained for each position, and the second frequency obtained for each position are obtained as described above. Using the difference Δf 2 , the distance change amount d was calculated from the above equation (4). In addition, a laser rangefinder was prepared separately from the
図8Aはこれら結果をまとめたものである。図8Aの縦軸は、上記の式(4)から算出した距離測定値(距離変化量d)を示す。図8Aの縦軸は、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを基準位置に固定し、被測定対象物P2を静止(速度V=0m/s)させたときに、上記の式(4)から算出した距離測定値(距離変化量d)を基準としている。 Figure 8A summarizes these results. The vertical axis of FIG. 8A indicates the distance measurement value (distance change amount d) calculated from the above equation (4). The vertical axis of FIG . 8A represents the above equation ( The distance measurement value (distance change amount d) calculated from 4) is used as a reference.
図8Aの横軸は、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bの距離変化量をFSFレーザ距離計で測定した実測値を示している。図8Aは、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bが被測定対象物P2から遠ざかる方向を正としている。図8Aに示すように、縦軸と横軸の結果は概ね一致した。
The horizontal axis of FIG. 8A indicates the measured values of the distance variation of the
次に、詳細を確認するため、図8Aの縦軸の値から、図8Aの横軸の値を差し引いた結果(距離測定値誤差)を調べたところ、図8Bに示すような結果が得られた。図8Bから、距離測定値誤差の平均値は、-0.087mmとなり、ばらつきは、1σ=0.19mmとなった。このような結果から、FSFレーザ距離計の精度と比較すると、本発明の速度測定装置31から算出した距離変化量dの測定結果はやや低下するが、速度の違いによるばらつきは最大でも1σ=0.037mm程度となり、FSFレーザ距離計と同等の精度が得られることが確認できた。
Next, in order to confirm the details, the result (distance measurement value error) was examined by subtracting the value of the horizontal axis of FIG. 8A from the value of the vertical axis of FIG. 8A, and the result shown in FIG. 8B was obtained. rice field. From FIG. 8B, the average distance measurement error was −0.087 mm, and the variation was 1σ=0.19 mm. From these results, when compared with the accuracy of the FSF laser rangefinder, the measurement result of the distance change amount d calculated by the
次に、被測定対象物P2が回転する速度の実測値と、上記の式(3)から算出した速度Vと、について比較する検証試験を行った。ここでは、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを基準位置に固定して、基準位置で被測定対象物P2が回転する速度を変えた。そして、上述のようにして得た、レーザ光の波長λ、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、速度毎に得た第1周波数差△f1、速度毎に得た第2周波数差△f2を用いて、上記の式(3)から速度Vをそれぞれ算出した。
Next, a verification test was conducted to compare the measured value of the speed at which the object P2 to be measured rotates with the speed V calculated from the above equation ( 3 ). Here, the
また、各速度毎の被測定対象物P2の回転数と被測定対象物P2の径とからそれぞれ速度を算出し、これを実測値として得た。図9Aはこれら結果をまとめたものである。図9Aの横軸は、被測定対象物P2の回転速度の実測値であり、被測定対象物P2の回転数と被測定対象物P2の径とから算出した速度を示している。図9Aの横軸は、図7の時計回りの方向を正としている。一方、図9Aの縦軸は、上記の式(3)から算出した速度Vである。図9Aに示すように、縦軸と横軸の結果は概ね一致した。 Further, the speed was calculated from the number of revolutions of the object P2 to be measured and the diameter of the object P2 to be measured for each speed, and these were obtained as actual measurement values. Figure 9A summarizes these results. The horizontal axis of FIG . 9A is the actually measured value of the rotation speed of the object P2 to be measured, which indicates the speed calculated from the number of rotations of the object P2 to be measured and the diameter of the object P2 to be measured. The horizontal axis of FIG. 9A assumes the clockwise direction of FIG. 7 to be positive. On the other hand, the vertical axis of FIG. 9A is the velocity V calculated from the above equation (3). As shown in FIG. 9A, the results on the vertical axis and the horizontal axis were in general agreement.
次に、詳細を確認するため、図9Aの縦軸の値から、図9Aの横軸の値を差し引き、さらに横軸の値で除した結果を速度測定値誤差として調べたところ、図9Bに示すような結果が得られた。図9Bから速度測定値誤差は±0.5%の誤差内であった。このように、基準位置で単に被測定対象物P2の速度Vを変えるだけであっても、上記の式(3)より、速度Vを精度よく得られることが確認できた。 Next, in order to confirm the details, the value on the horizontal axis in FIG. 9A was subtracted from the value on the vertical axis in FIG. 9A, and the result was divided by the value on the horizontal axis. The results shown were obtained. From FIG. 9B, the velocity measurement error was within ±0.5% error. As described above, it was confirmed that the velocity V can be accurately obtained from the above equation ( 3 ) simply by changing the velocity V of the object P2 to be measured at the reference position.
次に、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bを基準位置から-50mm、-100mm、50mm、100mmだけ移動し、第1測定ヘッド25a及び第2測定ヘッド25bの位置を変えた。そして、各位置毎にそれぞれ被測定対象物P2の回転速度を変えて、各位置毎に、図9Bと同様に速度測定値誤差を調べたところ、図9C、図10A、図10B、図10Cに示すような結果が得られた。
Next, the
図9Cは、基準位置からの距離変化量を-50mmとしたときの結果を示し、図10Aは、基準位置からの距離変化量を-100mmとしたときの結果を示す。また、図10Bは、基準位置からの距離変化量を50mmとしたときの結果を示し、図10Cは、基準位置からの距離変化量を100mmとしたときの結果を示す。図9C、図10A、図10B、図10Cから、±100mmの距離変化量範囲では、多くの値が±0.5%の誤差内であった。よって、実測値と比較すると、広い範囲で高精度に速度Vの測定が可能であることが確認できた。 FIG. 9C shows the result when the amount of change in distance from the reference position is −50 mm, and FIG. 10A shows the result when the amount of change in distance from the reference position is −100 mm. FIG. 10B shows the results when the amount of change in distance from the reference position is 50 mm, and FIG. 10C shows the results when the amount of change in distance from the reference position is 100 mm. From FIGS. 9C, 10A, 10B, and 10C, many values were within the error of ±0.5% in the distance variation range of ±100 mm. Therefore, it has been confirmed that the velocity V can be measured with high accuracy over a wide range when compared with the measured values.
(4)<第三の実施形態>
(4-1)<第三の実施形態による速度測定装置について>
次に、第三の実施形態として、図11に示すように、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cを備えた速度測定装置51について以下説明する。第三の実施形態の速度測定装置51は、始めに、鋼板Pの測定面Sの面方向において、測定面Sに沿った、ある任意の一方向を基準方向と定め、この基準方向に延びる線を基準線として設定する。
(4) <Third Embodiment>
(4-1) <About the speed measuring device according to the third embodiment>
Next, as a third embodiment, as shown in FIG. 11, a
速度測定装置51は、基準線を設定した任意の基準方向を第1移動方向Xと規定し、測定面Sの面方向において、第1移動方向Xに垂直な方向を第2移動方向Yと規定する。速度測定装置51は、第1移動方向Xにおける、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cに対する鋼板Pの相対的な速度VXを測定するとともに、第2移動方向Yにおける、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cに対する鋼板Pの相対的な速度VYを測定する。
The
速度測定装置51は、速度Vの第1移動方向X成分である速度VXと、速度Vの第2移動方向Y成分である速度VYとをベクトル合成し、鋼板Pの速度V及び移動方向を示す、合成ベクトルを求める。第三の実施形態の速度測定装置51は、当該合成ベクトルの大きさから鋼板Pの速度Vを測定することができ、当該合成ベクトルの向きから鋼板Pの移動方向を測定することができる。なお、鋼板Pの速度Vの大きさは、速度VXの値と速度VYの値との2乗和平方根(すなわち、√{(VX)2+(VY)2})であり、鋼板Pの移動方向は、arctan(Vy/Vx)で規定される角度だけ、基準線からずれた方向である。
The
ここで、速度測定装置51は、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振器2を備えており、レーザ光を分岐器3によって参照光と測定光とに分け、さらに測定光の一部を、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cにそれぞれ伝送する。
Here, the
第三の実施形態の速度測定装置51に設けられた第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bは、上述した第一の実施形態と同様の構成を有し、第1移動方向X及び第2移動方向Yに所定の速度Vで移動している鋼板Pの測定面S、或いは、静止している鋼板Pの測定面Sに向けて第1測定光及び第2測定光を照射する。
The
また、第3測定ヘッド5cは、第1測定ヘッド5a及び第2測定ヘッド5bと同様の構成を有しており、レーザ発振器2からファイバ光路を介して伝送された、測定光の一部である第3測定光を、光ファイバ光路の端部から出射して集光レンズにより集光した後、鋼板Pの測定面Sに向けて照射する。第3測定ヘッド5cは、所定の移動方向に向けて所定の速度Vで移動している鋼板Pの測定面S、或いは、静止している鋼板Pの測定面Sに向けて第3測定光を照射する。
The
第3測定光が鋼板Pの測定面Sで反射することで得られた第3反射光は、第1反射光や第2反射光と同様に、結合器6に導かれるとともに、分岐器3でレーザ光から分岐された第3参照光も、当該結合器6に導かれる。結合器6は、第3参照光と第3反射光とを、光ファイバを通じてそれぞれ第3光検出部7cに入射させる。なお、結合器6は、第1参照光と第1反射光をそれぞれ第1光検出部7aに入射させるとともに、第2参照光と第2反射光をそれぞれ第2光検出部7bに入射させる。
The third reflected light obtained by reflecting the third measurement light from the measurement surface S of the steel plate P is guided to the coupler 6 and the
第3光検出部7cに同時に入射する第3反射光と第3参照光とは、それぞれのレーザ光がレーザ発振器2を出射してから第3光検出部7cに入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、第3反射光と第3参照光との光干渉によりビート信号が発生する。第3光検出部7cは、第1光検出部7a及び第2光検出部7bと同様に、このビート信号を検出し、これを後述する演算処理装置33に送出する。なお、第1光検出部7a及び第2光検出部7bは、上述した第一の実施形態と同様であり、説明が重複するため、ここではその説明は省略する。
The third reflected light and the third reference light that enter the
第三の実施形態では、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cに傾きを持たせており、演算処理装置33は、後述する速度測定方法に従って演算処理を行うことにより、第1ビート周波数、第2ビート周波数及び第3ビート周波数を用いて、鋼板Pが所定の移動方向に移動している際の速度Vを測定することができる。
In the third embodiment, the
(4―2)<第三の実施形態による速度測定方法について>
次に、第三の実施形態における速度測定方法について、図11及び図12を用いて説明する。この速度測定方法では、レーザ光を用いて、第1移動方向Xの速度VXを測定するとともに、測定面S(すなわち、XY平面)において、第1移動方向Xと垂直な第2移動方向Yの速度VYも測定し、これら速度VX及び速度VYを合成することで、鋼板Pの移動方向とその速度Vを測定できるものである。速度測定方法では、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cの3つを用い、第1測定ヘッド5aから鋼板Pの測定面Sに第1測定光を照射し、第2測定ヘッド5bから鋼板Pの測定面Sに第2測定光を照射し、第3測定ヘッド5cから鋼板Pの測定面Sに第3測定光を照射する。
(4-2) <Speed measurement method according to the third embodiment>
Next, a speed measuring method according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. In this velocity measurement method, a laser beam is used to measure a velocity VX in a first movement direction X, and a second movement direction Y perpendicular to the first movement direction X is measured on a measurement plane S (that is, an XY plane). The moving direction of the steel plate P and its speed V can be measured by also measuring the speed VY of and combining these speeds VX and VY . In the speed measurement method, three of a
第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cは、鋼板Pに対して異なる位置に配置されており、第1測定ヘッド5aから照射される第1測定光の光軸ax1の傾き(後述する第1光軸角度θ1)と、第2測定ヘッド5bから照射される第2測定光の光軸ax2の傾き(後述する第2光軸角度θ2)と、第3測定ヘッド5cから照射される第3測定光の光軸ax3の傾き(後述する第3光軸角度θ3)とがそれぞれ所定の角度に設定されている。なお、この第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2と第3光軸角度θ3は同じ角度でもよく、異なる角度であってもよい。
The
ここで、第三の実施形態において、第1測定ヘッド5aから照射される第1測定光の光軸ax1の傾き(第1光軸角度θ1)とは、第1移動方向X及び第2移動方向Yに垂直な測定面Sの面法線の方向Zと、第1測定光の光軸ax1と、がなす角度である。また、第三の実施形態において、第2測定ヘッド5bから照射される第2測定光の光軸ax2の傾き(第2光軸角度θ2)とは、第1移動方向X及び第2移動方向Yに垂直な測定面Sの面法線の方向Zと、第2測定光の光軸ax2と、がなす角度である。さらに、第3測定ヘッド5cから照射される第3測定光の光軸ax3の傾き(第3光軸角度θ3)とは、第1移動方向X及び第2移動方向Yに垂直な測定面Sの面法線の方向Zと、第3測定光の光軸ax3と、がなす角度である。
Here, in the third embodiment, the inclination (first optical axis angle θ 1 ) of the optical axis ax1 of the first measurement light emitted from the
図11では、鋼板Pの第1移動方向X及び第2移動方向Yに垂直な面法線に沿った方向Zにおいて、所定位置にある鋼板Pと、基準位置にある鋼板P1との距離の差を距離変化量dとしている。なお、図11では、基準位置にある鋼板P1の一例として、移動状態の鋼板Pに比べて、第1移動方向X及び第2移動方向Yと垂直な面法線に沿った方向Zに沿って、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cに近づく方向に、距離変化量dだけ移動させた鋼板P1を示している。
In FIG. 11, in the direction Z along the surface normal to the first moving direction X and the second moving direction Y of the steel plate P, the difference in distance between the steel plate P at the predetermined position and the steel plate P1 at the reference position is the distance change amount d. Note that in FIG. 11, as an example of the steel plate P1 at the reference position, the steel plate P in the moving state has a direction Z along a plane normal perpendicular to the first moving direction X and the second moving direction Y , the steel plate P1 moved by the distance change amount d in a direction approaching the
図12は、鋼板Pの上方から(即ち、方向Zに沿って)第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cを見て、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cの位置関係を示した概略図である。この場合、鋼板Pの第1移動方向Xと第2移動方向Yとを含む移動平面である測定面Sへの第1測定ヘッド5aの光軸ax1の射影ax1´と、鋼板Pの測定面Sの面方向で定めた基準方向(ここでは、第1移動方向X)に延びる基準線aΦとが、測定面S上でなす角度を第1射影角度Φ1とする。また、測定面Sへの第2測定ヘッド5bの光軸ax2の射影ax2´と、同じく基準線aΦとが、測定面S上でなす角度を第2射影角度Φ2とする。さらに、測定面Sへの第3測定ヘッド5cの光軸ax3の射影ax3´と、同じく基準線aΦとが、測定面S上でなす角度を第3射影角度Φ3とする。
FIG. 12 shows the
なお、本実施形態では、測定面Sの面方向に沿って延びる基準線aΦとして第1移動方向Xを適用し、射影ax1´と第1移動方向Xとが測定面S上でなす角度を第1射影角度Φ1とし、射影ax2´と第1移動方向Xとが測定面S上でなす角度を第2射影角度Φ2とし、射影ax3´と第1移動方向Xとが測定面S上でなす角度を第3射影角度Φ3としたが、本発明はこうした場合に限らない。例えば、測定面Sの面方向に沿って延びる基準線aΦとして、第2移動方向Yや、その他、測定面Sの面方向において任意の方向を基準方向とし、この基準方向に延びる基準線を適用して、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2及び第3射影角度Φ3を規定してもよい。また、図12に示すように、基準線aΦから反時計回りで規定した第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2及び第3射影角度Φ3である必要はなく、基準線aΦから時計回りで規定した第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2及び第3射影角度Φ3であってもよい。 In this embodiment, the first movement direction X is applied as the reference line aΦ extending along the surface direction of the measurement surface S, and the angle formed on the measurement surface S by the projection ax1 ′ and the first movement direction X is a first projection angle Φ 1 , the angle between the projection a x2 ' and the first movement direction X on the measurement plane S is a second projection angle Φ 2 , and the projection a x3 ' and the first movement direction X are measured Although the angle formed on the plane S is the third projection angle Φ3, the present invention is not limited to this case. For example, as the reference line a Φ extending along the surface direction of the measurement surface S, the second movement direction Y or any other direction in the surface direction of the measurement surface S is set as the reference direction, and the reference line extending in this reference direction is May be applied to define a first projection angle Φ 1 , a second projection angle Φ 2 and a third projection angle Φ 3 . In addition, as shown in FIG. 12, the first projection angle Φ 1 , the second projection angle Φ 2 and the third projection angle Φ 3 defined counterclockwise from the reference line a Φ do not have to be, and the reference line a Φ may be a first projection angle Φ 1 , a second projection angle Φ 2 and a third projection angle Φ 3 defined clockwise from .
この場合、基準位置で静止状態にある鋼板P1の測定面Sから反射してきた第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数(第1基準周波数)と、所定位置で移動状態にある鋼板Pの測定面Sから反射してきた第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数との周波数の差(第1周波数差)を、△f1とすると、第三の実施形態の第1周波数差△f1は、距離変化量dとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式(7)で表すことができる。 In this case, a first beat frequency (first reference frequency) obtained from the first reflected light and the first reference light reflected from the measurement surface S of the steel plate P1 which is stationary at the reference position, and Letting Δf1 be the frequency difference ( first frequency difference) between the first reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P in the state and the first beat frequency obtained from the first reference light, The first frequency difference Δf1 of the third embodiment is affected by the distance change amount d and the Doppler shift, and can be expressed by the following equation (7).
Δf1=k(d/cosθ1)+((2VX cosΦ1 sinθ1)/λ)+((2VY sinΦ1 sinθ1)/λ)) …(7) Δf 1 =k(d/cos θ 1 ) + ((2V X cos Φ 1 sin θ 1 )/λ) + ((2V Y sin Φ 1 sin θ 1 )/λ)) … (7)
θ1は、上述した第1光軸角度を示し、Φ1は、上述した第1射影角度を示し、λはレーザの波長を示す。kは、例えば、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cに対する鋼板Pの距離の変化と、レーザ光の周波数の変化との関係を示した定数である。
θ 1 indicates the above-described first optical axis angle, Φ 1 indicates the above-described first projection angle, and λ indicates the wavelength of the laser. For example, k is a constant that indicates the relationship between the change in the distance of the steel plate P from the
上記の式(7)のうち、第一項は、第1測定ヘッド5aから鋼板Pまでの距離が変化することによる、レーザ光(第1反射光)の周波数変化量を示した項である。一方、上記の式(7)の第二項は、鋼板Pが所定の移動方向に移動する際に、基準線を定めた第1移動方向Xでのドップラーシフトの影響による、レーザ光(第1反射光)の周波数変化量を示した項であり、第三項は、鋼板Pが所定の移動方向に移動する際に、測定面Sにおいて第1移動方向Xと垂直な第2移動方向Yでのドップラーシフトの影響による、レーザ光(第1反射光)の周波数変化量を示した項である。
In the above formula (7), the first term indicates the amount of change in frequency of the laser light (first reflected light) due to the change in the distance from the
また、基準位置で静止状態にある鋼板P1の測定面Sから反射してきた第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数(第2基準周波数)と、所定位置で移動状態にある鋼板Pの測定面Sから反射してきた第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数との周波数の差(第2周波数差)を、△f2とすると、第三の実施形態の第2周波数差△f2は、距離変化量dとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式(8)で表すことができる。 Further, the second beat frequency (second reference frequency) obtained from the second reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P1 which is stationary at the reference position and the second reference light, and the moving state at the predetermined position. Let Δf2 be the frequency difference ( second frequency difference) between the second reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P at the position and the second beat frequency obtained from the second reference light. The second frequency difference Δf2 of the third embodiment is affected by the distance change amount d and the Doppler shift, so it can be expressed by the following equation (8).
Δf2=k(d/cosθ2)+((2VX cosΦ2 sinθ2)/λ)+((2VY sinΦ2 sinθ2)/λ)) …(8) Δf 2 =k(d/cos θ 2 ) + ((2V X cos Φ 2 sin θ 2 )/λ) + ((2V Y sin Φ 2 sin θ 2 )/λ)) (8)
さらに、基準位置で静止状態にある鋼板P1の測定面Sから反射してきた第3反射光と第3参照光とから得られた第3ビート周波数(第3基準周波数)と、所定位置で移動状態にある鋼板Pの測定面Sから反射してきた第3反射光と第3参照光とから得られた第3ビート周波数との周波数の差(第3周波数差)を、△f3とすると、第三の実施形態の第3周波数差△f3は、距離変化量dとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式(9)で表すことができる。 Further, a third beat frequency (third reference frequency) obtained from the third reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P1 in a stationary state at the reference position and the third reference light, and a moving state at the predetermined position If the frequency difference (third frequency difference) between the third reflected light reflected from the measurement surface S of the steel plate P at the position and the third beat frequency obtained from the third reference light is Δf3, then the third The third frequency difference Δf 3 of the third embodiment is affected by the distance change amount d and the Doppler shift, so it can be expressed by the following equation (9).
Δf3=k(d/cosθ3)+((2VX cosΦ3 sinθ3)/λ)+((2VY sinΦ3 sinθ3)/λ)) …(9) Δf 3 =k(d/cos θ 3 ) + ((2V X cos Φ 3 sin θ 3 )/λ) + ((2V Y sin Φ 3 sin θ 3 )/λ)) … (9)
なお、第1測定ヘッド5aと第2測定ヘッド5bと第3測定ヘッド5cは同一構成のものを用いていることから、式(8)及び式(9)の定数kについては、第1測定ヘッド5aのときの式(7)と同じとなる。
Since the
また、第三の実施形態においても、上述した第一の実施形態と同様に、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2及び第3周波数差△f3の算出については、基準位置で鋼板Pが相対的に静止しているときに検出した第1ビート周波数、第2ビート周波数及び第3ビート周波数を用いる必要はない。例えば、基準位置で鋼板Pが基準速度で移動しているときに検出した第1ビート周波数、第2ビート周波数及び第3ビート周波数を用い、所定位置で鋼板Pが基準速度以外で移動しているときに検出した第1ビート周波数、第2ビート周波数及び第3ビート周波数との差から第1周波数差△f1、第2周波数差△f2及び第3周波数差△f3をそれぞれ算出してもよい。 Also in the third embodiment, similarly to the above-described first embodiment, the calculation of the first frequency difference Δf 1 , the second frequency difference Δf 2 and the third frequency difference Δf 3 is based on the reference It is not necessary to use the first beat frequency, the second beat frequency and the third beat frequency detected when the steel plate P is relatively stationary at the position. For example, using the first beat frequency, the second beat frequency, and the third beat frequency detected when the steel plate P is moving at the reference speed at the reference position, the steel plate P is moving at a predetermined position at a speed other than the reference speed. A first frequency difference Δf 1 , a second frequency difference Δf 2 and a third frequency difference Δf 3 are calculated from the differences between the first beat frequency, the second beat frequency and the third beat frequency detected at the time. good too.
このような上記の式(7)、式(8)及び式(9)から、鋼板Pが所定の移動方向に移動するときに第1移動方向Xに生じる速度VXを算出することができる、下記の式(10)を導くことができる。 From the above equations (7), (8), and (9), the velocity VX generated in the first moving direction X when the steel plate P moves in the predetermined moving direction can be calculated. Equation (10) below can be derived.
VX=(A1・(D2・C3-C2・D3)+C1・(A2・D3-D2・A3)+D1・(C2・A3-A2・C3))/(A1・(C2・B3-B2・C3)
+B1・(A2・C3-C2・A3)+C1・(B2・A3-A2・B3)) …(10)
VX = (A1・( D2・C3 - C2・D3 )+C1・( A2・D3 - D2・A3) + D1・( C2・A3 - A2・C 3 ))/ ( A1・( C2・B3 - B2・C3)
+B 1・(A 2・C 3 −C 2・A 3 )+C 1・(B 2・A 3 −A 2・B 3 )) …(10)
上記の式(10)内のAi、Bi、Ci及びDi(i=1,2,3)は下記の式で表される。
Ai=k/cosθi (i=1,2,3)
Bi=(2cosφi sinθi)/λ (i=1,2,3)
Ci=(2sinφi sinθi)/λ (i=1,2,3)
Di=-Δfi (i=1,2,3)
A i , B i , C i and D i (i=1, 2, 3) in the above formula (10) are represented by the following formulas.
Ai = k/ cosθi ( i =1,2,3)
B i =(2 cos φ i sin θ i )/λ (i=1,2,3)
Ci=( 2sinφi sinθi )/λ ( i =1,2,3)
D i =−Δf i (i=1,2,3)
ここで、レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。上記の式(10)における定数kについても、上述した第一の実施形態と同様に、例えば、距離変化量dを設けて、異なる位置でそれぞれ鋼板Pを静止させ、各位置での鋼板Pからの第1反射光(又は、第2反射光若しくは第3反射光)の周波数をそれぞれ測定し、このときの第1反射光(又は第2反射光若しくは第3反射光)の周波数変化量と距離変化量dとから、k=△f11/dの式を基に算出することができる。また、k=2rS/c(rSは周波数変調速度、cは空気中の光の速度)の式からkを求めることも可能である。 Here, the wavelength λ of the laser light can be obtained by measuring in advance using a spectroscope or the like. For the constant k in the above formula (10), similarly to the above-described first embodiment, for example, the distance change amount d is provided, the steel plate P is stopped at different positions, and the steel plate P at each position is The frequency of the first reflected light (or second reflected light or third reflected light) is measured, and the frequency change amount and distance of the first reflected light (or second reflected light or third reflected light) at this time It can be calculated based on the equation k=Δf 11 /d from the amount of change d. It is also possible to obtain k from the equation k=2r s /c (r s is the frequency modulation speed and c is the speed of light in air).
上記の式(10)のうち、第1光軸角度θ1と第1射影角度Φ1は、同じ位置で、鋼板Pが移動する速度Vを変え、鋼板Pから反射した第1反射光と第1参照光とから得られた第1ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第1ビート周波数の変化量と、鋼板Pの速度Vを変えたときの第1移動方向Xでの速度VXの差と、第2移動方向Yでの速度VYの差から、それぞれ算出することができる。 In the above equation (10), the first optical axis angle θ 1 and the first projection angle Φ 1 change the speed V at which the steel plate P moves at the same position, and the first reflected light reflected from the steel plate P and the first reflected light The first beat frequency obtained from the first reference beam was measured at each speed. It can be calculated from the difference in velocity VX and the difference in velocity VY in the second moving direction Y.
具体的には、上記の式(7)の第二項及び第三項を利用して第1光軸角度θ1と第1射影角度Φ1を算出できる。例えば、始めに、同じ位置で鋼板Pを、基準方向とした第1移動方向Xに沿って複数の速度VX1,VX2で移動させ、これら速度VX1,VX2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数の差を、周波数差△fX31として算出する。また、速度VX1,VX2の速度差を、校正用の速度VXD1として算出する。 Specifically, the first optical axis angle θ 1 and the first projection angle Φ 1 can be calculated using the second and third terms of Equation (7) above. For example, first, the steel plate P is moved at a plurality of velocities V X1 and V X2 along the first moving direction X as the reference direction at the same position, and each detected at each of these velocities V X1 and V X2 The difference between the first beat frequencies is calculated as the frequency difference Δf X31 . Also, the speed difference between the speeds V X1 and V X2 is calculated as the speed V XD1 for calibration.
これにより、レーザ光の波長λと、校正用の速度VXD1と、周波数差△fX31とを用い、上記の式(7)の第二項から下記の式(12)を導くことができる。 As a result, the following equation (12) can be derived from the second term of the above equation (7) using the wavelength λ of the laser light, the velocity V XD1 for calibration, and the frequency difference Δf X31 .
△fX31=2VXD1・cosΦ1・sinθ1/λ …(12) Δf X31 =2V XD1 · cosΦ1 ·sin θ1 / λ (12)
次に、同じ位置で鋼板Pを、測定面Sの面方向において第1移動方向Xと垂直な第2移動方向Yに沿って複数の速度VY1,VY2で移動させ、これら速度VY1,VY2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数の差を、周波数差△fY31として算出する。また、速度VY1,VY2の速度差を、校正用の速度VYD1として算出する。 Next, at the same position, the steel plate P is moved along the second moving direction Y perpendicular to the first moving direction X in the plane direction of the measurement surface S at a plurality of velocities V Y1 and V Y2 . A difference between the respective first beat frequencies detected at VY2 is calculated as a frequency difference ΔfY31 . Also, the speed difference between the speeds V Y1 and V Y2 is calculated as the speed V YD1 for calibration.
これにより、レーザ光の波長λと、校正用の速度VYD1と、周波数差△fY31とを用い、上記の式(7)の第三項から下記の式(13)を導くことができる。 As a result, the following equation (13) can be derived from the third term of the above equation (7) using the wavelength λ of the laser light, the velocity V YD1 for calibration, and the frequency difference Δf Y31 .
△fY31=2VYD1・sinΦ1・sinθ1/λ …(13) Δf Y31 =2V YD1 · sinΦ1 ·sin θ1 / λ (13)
よって、上記の式(12)及び式(13)から、第1光軸角度θ1と第1射影角度Φ1をそれぞれ算出することができる。 Therefore, the first optical axis angle θ 1 and the first projection angle Φ 1 can be calculated from the above equations (12) and (13).
第2光軸角度θ2及び第2射影角度Φ2についても、第1光軸角度θ1及び第1射影角度Φ1と同様に、同じ位置で移動する鋼板Pの第1移動方向Xでの速度VXと、第2移動方向Yでの速度VYとを変え、鋼板Pから反射した第2反射光と第2参照光とから得られた第2ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第2ビート周波数の変化量と、速度VXの差と、速度VYの差と、から、それぞれ算出することができる。 Regarding the second optical axis angle θ2 and the second projection angle Φ2, similarly to the first optical axis angle θ1 and the first projection angle Φ1, the steel plate P moving at the same position in the first moving direction X The speed VX and the speed VY in the second movement direction Y were changed, and the second beat frequency obtained from the second reflected light reflected from the steel plate P and the second reference light was measured at each speed. , can be calculated from the amount of change in the second beat frequency at this time, the difference in velocity VX , and the difference in velocity VY .
具体的には、上記の式(8)の第二項及び第三項を利用して第2光軸角度θ2及び第2射影角度Φ2を算出できる。すなわち、同じ位置で鋼板Pを第1移動方向Xに沿って複数の速度VX1,VX2で移動させ、これら速度VX1,VX2のときにそれぞれ検出した各第2ビート周波数の差を、周波数差△fX41として算出する。 Specifically, the second optical axis angle θ2 and the second projection angle Φ2 can be calculated using the second and third terms of Equation (8) above. That is, the steel plate P is moved at the same position along the first movement direction X at a plurality of velocities VX1 and VX2 , and the difference between the second beat frequencies detected at these velocities VX1 and VX2 is The frequency difference Δf is calculated as X41 .
そして、速度VX1,VX2の速度差である校正用の速度VXD1と、レーザ光の波長λと、周波数差△fX41とを用い、上記の式(8)の第二項から下記の式(14)を導くことができる。 Then, using the velocity VXD1 for calibration, which is the velocity difference between the velocities VX1 and VX2, the wavelength λ of the laser light, and the frequency difference ΔfX41 , from the second term of the above equation (8), the following Equation (14) can be derived.
△fX41=2VXD1・cosΦ2・sinθ2/λ …(14) Δf X41 = 2V XD1 · cosΦ2 ·sin θ2/λ (14)
同様にして、同じ位置で鋼板Pを第2移動方向Yに沿って複数の速度VY1,VY2で移動させ、これら速度VY1,VY2のときにそれぞれ検出した各第2ビート周波数の差を、周波数差△fY41として算出し、速度VY1,VY2の速度差である校正用の速度VYD1と、レーザ光の波長λと、周波数差△fY41とを用い、上記の式(8)の第三項から下記の式(15)を導くことができる。 Similarly, the steel plate P is moved at the same position along the second movement direction Y at a plurality of velocities VY1 and VY2 , and the difference between the second beat frequencies detected at these velocities VY1 and VY2 is is calculated as the frequency difference Δf Y41 , and the above equation ( The following equation (15) can be derived from the third term of 8).
△fY41=2VYD1・sinΦ2・sinθ2/λ …(15) Δf Y41 =2V YD1 ·sin Φ 2 ·sin θ 2 /λ (15)
よって、上記の式(14)及び式(15)から、第2光軸角度θ2と第2射影角度Φ2をそれぞれ算出することができる。 Therefore, the second optical axis angle θ2 and the second projection angle Φ2 can be calculated from the above equations (14) and (15).
さらに、第3光軸角度θ3及び第3射影角度Φ3についても、第1光軸角度θ1及び第1射影角度Φ1と同様に、同じ位置で移動する鋼板Pの第1移動方向Xでの速度VXと、第2移動方向Yでの速度VYとを変え、鋼板Pから反射した第3反射光と第3参照光とから得られた第3ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第3ビート周波数の変化量と、速度VXの差と、速度VYの差とから、それぞれ算出することができる。 Furthermore, for the third optical axis angle θ3 and the third projection angle Φ3 , similarly to the first optical axis angle θ1 and the first projection angle Φ1, the steel plate P moving at the same position is moved in the first moving direction X and the speed VY in the second moving direction Y are changed, and the third beat frequency obtained from the third reflected light reflected from the steel plate P and the third reference light is calculated at each speed as It can be calculated from the amount of change in the third beat frequency at this time, the difference in velocity VX , and the difference in velocity VY .
具体的には、上記の式(9)の第二項及び第三項を利用して第3光軸角度θ3及び第3射影角度Φ3を算出できる。すなわち、同じ位置で鋼板Pを第1移動方向Xに沿って複数の速度VX1,VX2で移動させ、これら速度VX1,VX2のときにそれぞれ検出した各第3ビート周波数の差を、周波数差△fX51として算出する。 Specifically, the third optical axis angle θ3 and the third projection angle Φ3 can be calculated using the second and third terms of the above equation (9). That is, the steel plate P is moved at the same position along the first moving direction X at a plurality of velocities VX1 and VX2 , and the difference between the respective third beat frequencies detected at these velocities VX1 and VX2 is The frequency difference Δf is calculated as X51 .
そして、速度VX1,VX2の速度差である校正用の速度VXD1と、レーザ光の波長λと、周波数差△fX51とを用い、上記の式(9)の第二項から下記の式(16)を導くことができる。 Then, using the velocity V XD1 for calibration, which is the velocity difference between the velocities V X1 and V X2 , the wavelength λ of the laser light, and the frequency difference Δf X51 , the following is obtained from the second term of the above equation (9): Equation (16) can be derived.
△fX51=2VXD1・cosΦ3・sinθ3/λ …(16) Δf X51 =2V XD1 · cosΦ3 ·sin θ3/λ ( 16)
同様にして、同じ位置で鋼板Pを第2移動方向Yに沿って複数の速度VY1,VY2で移動させ、これら速度VY1,VY2のときにそれぞれ検出した各第3ビート周波数の差を、周波数差△fY51として算出し、速度VY1,VY2の速度差である校正用の速度VYD1と、レーザ光の波長λと、周波数差△fY51とを用い、上記の式(9)の第三項から下記の式(17)を導くことができる。 Similarly, the steel plate P is moved at the same position along the second movement direction Y at a plurality of velocities VY1 and VY2 , and the difference between the respective third beat frequencies detected at these velocities VY1 and VY2 is is calculated as the frequency difference Δf Y51 , and the above equation ( The following equation (17) can be derived from the third term of 9).
△fY51=2VYD1・sinΦ3・sinθ3/λ …(17) Δf Y51 =2V YD1 ·sin Φ 3 ·sin θ 3 /λ (17)
よって、上記の式(16)及び式(17)から、第3光軸角度θ3と第3射影角度Φ3をそれぞれ算出することができる。 Therefore, the third optical axis angle θ3 and the third projection angle Φ3 can be calculated from the above equations (16) and (17).
以上より、上記の式(10)のうち、レーザ光の波長λと、定数kと、第1光軸角度θ1と、第2光軸角度θ2と、第3光軸角度θ3と、第1射影角度Φ1と、第2射影角度Φ2と、第3射影角度Φ3とについては事前に取得することができる。よって、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2及び第3周波数差△f3を測定することで、上記の式(10)から、移動する鋼板Pの第1移動方向Xにおける速度VXを算出することができる。 From the above, in the above formula (10), the wavelength λ of the laser light, the constant k, the first optical axis angle θ 1 , the second optical axis angle θ 2 , the third optical axis angle θ 3 , The first projection angle Φ1, the second projection angle Φ2, and the third projection angle Φ3 can be obtained in advance. Therefore, by measuring the first frequency difference Δf 1 , the second frequency difference Δf 2 and the third frequency difference Δf 3 , from the above equation (10), the moving steel plate P in the first moving direction X Velocity VX can be calculated.
なお、速度測定装置51を構築した際に、正確に第1光軸角度θ1と第2光軸角度θ2と第3光軸角度θ3と第1射影角度Φ1と第2射影角度Φ2と第3射影角度Φ3とが分かっている場合や、別途の測定器による正確な測定によりこれらが分かっている場合には、その値を用いて、直接、上記式(10)から、速度VXを算出することができる。
When constructing the
さらに、これに加えて、上記の式(7)、式(8)及び式(9)から、鋼板Pが所定の移動方向に移動するときに第2移動方向Yに生じる速度VYを算出することができる、下記の式(18)を導くことができる。 Furthermore, in addition to this, the velocity VY generated in the second moving direction Y when the steel plate P moves in the predetermined moving direction is calculated from the above equations (7), (8) and (9). , the following equation (18) can be derived.
VY=-(A1・(D2・B3-B2・D3) +B1・(A2・D3-D2・A3)+D1・(B2・A3-A2・B3))/(A1・(C2・B3-B2・C3)
+B1・(A2・C3-C2・A3)+C1・(B2・A3-A2・B3)) …(18)
V Y = -(A1・( D2・B3 -B2・D3 ) + B1・( A2・D3 -D2・A3) + D1・( B2・A3 -A2・B3)) / ( A1・( C2・B3 - B2・C3)
+B 1・(A 2・C 3 −C 2・A 3 )+C 1・(B 2・A 3 −A 2・B 3 )) …(18)
上記の式(18)内のAi、Bi、Ci及びDi(i=1,2,3)は、上記の式(10)で用いるAi、Bi、Ci及びDi(i=1,2,3)と同じである。 A i , B i , C i and D i (i=1, 2, 3) in the above formula (18) are A i , B i , C i and D i ( i=1,2,3).
上記の式(18)のうち、レーザ光の波長λと、定数kと、第1光軸角度θ1と、第2光軸角度θ2と、第3光軸角度θ3と、第1射影角度Φ1と、第2射影角度Φ2と、第3射影角度Φ3とについては事前に取得することができる。よって、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2及び第3周波数差△f3を測定することで、上記の式(18)から、鋼板Pの第2移動方向Yにおける速度VYを算出することができる。 In the above equation (18), the wavelength λ of the laser light, the constant k, the first optical axis angle θ1, the second optical axis angle θ2, the third optical axis angle θ3, and the first projection The angle Φ1, the second projection angle Φ2, and the third projection angle Φ3 can be obtained in advance. Therefore, by measuring the first frequency difference Δf 1 , the second frequency difference Δf 2 and the third frequency difference Δf 3 , the velocity V Y can be calculated.
(4-3)<演算処理装置について>
次に、上述した第三の実施形態による速度測定方法を実行する演算処理装置33について以下説明する。図13に示すように、演算処理装置33は、距離を求めることなく、上記の式(10)を基に求めた、鋼板Pの第1移動方向Xでの速度VXと、上記の式(18)を基に求めた、鋼板Pの第2移動方向Yでの速度VYと、から鋼板Pの移動方向とその速度Vとをそれぞれ測定できるものである。図13は、演算処理装置33の回路構成を示したブロック図であり、図5の演算処理装置11と同一構成については同一符号を付して示す。
(4-3) <Regarding the processing unit>
Next, the
図13に示すように、演算処理装置33は、周波数解析部17、距離算出部18、算出部34、定数取得部14及び波長取得部16を備えている。ここでは、上述した第一の実施形態と異なる点について主に説明し、第一の実施形態と重複する部分については、その説明は省略する。
As shown in FIG. 13 , the
第三の実施形態では第3測定ヘッド5cを設けたことから、それに伴い、周波数解析部17には、第1周波数解析部17a及び第2周波数解析部17bに加えて、第3周波数解析部17cが設けられている。第3周波数解析部17cは、第3反射光と第3参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第3光検出部7c(図11)から受け、当該ビート信号の周波数(第3ビート周波数)を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を、距離算出部18と、基準周波数取得部35と、周波数差算出部19と、角度取得部36とに送出する。
Since the
算出部34は、基準周波数取得部35、周波数差算出部19、角度取得部36及び速度算出部38を備えている。
The
基準周波数取得部35に設けられた第3基準周波数取得部18cは、上記の式(10)及び式(18)にて用いる第3周波数差△f3を求める際に使用する第3基準周波数を取得するものである。第3基準周波数取得部18cは、第3周波数解析部17cから受け取った、静止状態かつ基準位置における第3ビート周波数、即ち、第3基準周波数を記憶している。第3基準周波数取得部18cは、第3基準周波数を第3周波数差算出部19cに送出する。
The third reference
第3周波数差算出部19cは、上記の式(10)及び式(18)にて用いる第3周波数差△f3の他、必要に応じて第3光軸角度θ3及び第3射影角度Φ3を求める際に用いる第3周波数差を算出するものである。第3周波数差算出部19cは、第3周波数解析部17cを介して第3光検出部7c(図11)と接続されており、第3光検出部7cで検出された、移動状態にある鋼板Pに係る第3ビート周波数を示す信号を受ける。また、第3周波数差算出部19cは、第3基準周波数取得部18cと接続されており、第3基準周波数を示す信号を受ける。
In addition to the third frequency difference Δf3 used in the above equations (10) and (18), the third
これにより、第3周波数差算出部19cは、移動状態の鋼板Pから検出した第3ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Pから検出した第3基準周波数との差を、第3周波数差△f3として算出する。第3周波数差算出部19cは、算出結果である第3周波数差△f3を示す情報を速度算出部38に送出する。
As a result, the third
角度取得部36は、光軸角度取得部20と射影角度取得部37とを有している。光軸角度取得部20の第3光軸角度取得部20cは、上記の式(10)及び式(18)にて用いる第3光軸角度θ3を取得するものである。第3光軸角度取得部20cは、演算処理により第3光軸角度θ3を算出してもよく、また、計測手段により第3光軸角度θ3を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第3光軸角度θ3を予め単に記憶しているものでもよい。第3光軸角度取得部20cは、第3光軸角度θ3を示す情報を速度算出部38に送出する。
The
射影角度取得部37は、第1射影角度取得部37a、第2射影角度取得部37b及び第3射影角度取得部37cを備えている。第1射影角度取得部37aは、上記の式(10)及び式(18)にて用いる第1射影角度Φ1を取得するものであり、第2射影角度取得部37bは、上記の式(10)及び式(18)にて用いる第2射影角度Φ2を取得するものであり、第3射影角度取得部37cは、上記の式(10)及び式(18)にて用いる第3射影角度Φ3を取得するものである。
The projection angle acquisition unit 37 includes a first projection
第1射影角度取得部37a、第2射影角度取得部37b及び第3射影角度取得部37cは、演算処理により第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2及び第3射影角度Φ3をそれぞれ算出してもよく、また、計測手段により第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2及び第3射影角度Φ3を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2及び第3射影角度Φ3を予め単に記憶しているものでもよい。第1射影角度取得部37a、第2射影角度取得部37b及び第3射影角度取得部37cは、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2及び第3射影角度Φ3を示す情報を速度算出部38に送出する。
The first projection
ここで、例えば、第1光軸角度θ1及び第1射影角度Φ1を実際の試験を行うことにより算出する場合は、同じ位置で鋼板Pを第1移動方向Xに沿って複数の速度VX1,VX2で移動させ、これら速度VX1,VX2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数を、第1周波数解析部17aから第1周波数差算出部19aへ送出する。また、同じ位置で鋼板Pを第2移動方向Yに沿って複数の速度VY1,VY2で移動させ、これら速度VY1,VY2のときにそれぞれ検出した各第1ビート周波数を、第1周波数解析部17aから第1周波数差算出部19aへ送出する。
Here, for example, when the first optical axis angle θ 1 and the first projection angle Φ 1 are calculated by conducting an actual test, the steel plate P is moved at the same position along the first moving direction X at a plurality of speeds V The first beat frequencies detected at the velocities V X1 and V X2 are sent from the first
例えば、第1周波数差算出部19aは、第1移動方向Xでの速度VX1,VX2における第1ビート周波数の周波数の差を、周波数差△fX31として算出し、これを第1光軸角度取得部20a及び第1射影角度取得部37aに送出する。第1光軸角度取得部20aは、この周波数差△fX31と、速度VX1,VX2の速度差を示す校正用の速度VXD1と、波長λと、を取得し、上記の式(7)の第二項(すなわち、△fX31=2VXD1・cosΦ1・sinθ1/λ)を導く。
For example, the first
また、第1周波数差算出部19aは、第2移動方向Yでの速度VY1,VY2における第1ビート周波数の周波数の差を、周波数差△fY31として算出し、これを第1光軸角度取得部20a及び第1射影角度取得部37aに送出する。第1光軸角度取得部20aは、この周波数差△fY31と、速度VY1,VY2の速度差を示す校正用の速度VYD1と、波長λと、を取得し、上記の式(7)の第三項(すなわち、△fY31=2VYD1・sinΦ1・sinθ1/λ)を導く。
Also, the first
これにより、第1光軸角度取得部20aは、式(7)の第二項(△fX31=2VXD1・cosΦ1・sinθ1/λ)と、上記の式(7)の第三項(△fY31=2VYD1・sinΦ1・sinθ1/λ)とから、第1光軸角度θ1を算出する。具体的には上記の2式からΦ1を消去し、√{(△fX31/VXD1)2+(△fY31/VYD1)2}=2・sinθ1/λから、第1光軸角度θ1を算出する。第1射影角度Φ1が既知であれば、上記の2式のいずれか、又は、両方を用いて算出する。
As a result, the first optical axis
また、第1射影角度取得部37aでも、同様に、上記の式(7)の第二項(△fX31=2VXD1・cosΦ1・sinθ1/λ)と、上記の式(7)の第三項(△fY31=2VYD1・sinΦ1・sinθ1/λ)とから、第1射影角度Φ1を算出する。具体的には上記の2式からθ1を消去し、(△fY31/△fX31)=(VYD1/VXD1)・tanφ1から、第1射影角度φ1を算出する。第1光軸角度θ1が既知であれば、上記の2式のいずれか、又は、両方を用いて算出する。
Similarly, in the first projection
第2光軸角度θ2及び第2射影角度Φ2についても実際の試験を行うことにより算出する場合は、上記と同様に、第2周波数差算出部19bで算出した速度VX1,VX2における第2ビート周波数の周波数差△fX41と、速度VX1,VX2の速度差を示す校正用の速度VXD1と、波長λと、を取得し、第2光軸角度取得部20bによって、上記の式(8)の第二項(すなわち、△fX41=2VXD1・cosΦ2・sinθ2/λ)を導く。また、第2周波数差算出部19bで算出した速度VY1,VY2における第2ビート周波数の周波数差△fY41と、速度VY1,VY2の速度差を示す校正用の速度VYD1と、波長λと、を取得し、第2光軸角度取得部20bによって、上記の式(8)の第三項(すなわち、△fY41=2VYD1・sinΦ2・sinθ2/λ)を導く。
When the second optical axis angle θ 2 and the second projection angle Φ 2 are also calculated by performing an actual test , in the same manner as described above, The frequency difference Δf X41 of the second beat frequency, the velocity V XD1 for calibration indicating the velocity difference between the velocities V X1 and V X2 , and the wavelength λ are acquired, and the second optical axis
これにより、第2光軸角度取得部20bは、式(8)の第二項(△fX41=2VXD1・cosΦ2・sinθ2/λ)と、上記の式(8)の第三項(△fY41=2VYD1・sinΦ2・sinθ2/λ)とから、第2光軸角度θ2を算出する。
As a result, the second optical axis
また、第2射影角度取得部37bは、このようにして得られた、上記の式(8)の第二項(△fX41=2VXD1・cosΦ2・sinθ2/λ)と、上記の式(8)の第三項(△fY41=2VYD1・sinΦ2・sinθ2/λ)とから、第2射影角度Φ2を算出する。
In addition, the second projection
さらに、第3光軸角度θ3及び第3射影角度Φ3についても実際の試験を行うことにより算出する場合は、上記と同様に、第3周波数差算出部19cで算出した速度VX1,VX2における第3ビート周波数の周波数差△fX51と、速度VX1,VX2の速度差を示す校正用の速度VXD1と、波長λと、を取得し、第3光軸角度取得部20cによって、上記の式(9)の第二項(すなわち、△fX51=2VXD1・cosΦ3・sinθ3/λ)を導く。また、第3周波数差算出部19cで算出した速度VY1,VY2における第3ビート周波数の周波数差△fY51と、速度VY1,VY2の速度差を示す校正用の速度VYD1と、波長λと、を取得し、第3光軸角度取得部20cによって、上記の式(9)の第三項(すなわち、△fY51=2VYD1・sinΦ3・sinθ3/λ)を導く。
Furthermore, when the third optical axis angle θ 3 and the third projection angle Φ 3 are also calculated by performing an actual test, the velocities V X1 and V The frequency difference Δf X51 of the third beat frequency at X2 , the velocity V XD1 for calibration indicating the velocity difference between the velocities V X1 and V X2 , and the wavelength λ are acquired, and the third optical axis
これにより、第3光軸角度取得部20cは、式(9)の第二項(△fX51=2VXD1・cosΦ3・sinθ3/λ)と、上記の式(9)の第三項(△fY51=2VYD1・sinΦ3・sinθ3/λ)とから、第3光軸角度θ3を算出する。
As a result, the third optical axis
また、第3射影角度取得部37cは、このようにして得られた、上記の式(9)の第二項(△fX51=2VXD1・cosΦ3・sinθ3/λ)と、上記の式(9)の第三項(△fY51=2VYD1・sinΦ3・sinθ3/λ)とから、第3射影角度Φ3を算出する。
Further, the third projection
定数取得部14は、上記の式(10)及び式(18)にて用いる定数kを取得するものである。定数取得部14は、上述した第二の実施形態と同様に、実際の試験を行うことにより定数kを算出してもよく、また、定数kを予め単に記憶しているだけであってもよい。定数取得部14は、定数kを示す情報を速度算出部38に送出する。
The
ここで、速度算出部38は、第1速度算出部38aと第2速度算出部38bと合成速度算出部38cとを備えている。第1速度算出部38aは、取得した第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第3周波数差△f3、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、第3光軸角度θ3、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2、第3射影角度Φ3、定数k及びレーザ光の波長λを用い、上記の式(10)に基づいて演算処理を行い、第1移動方向Xにおける速度VXを算出する。
Here, the
また、第2速度算出部38bは、取得した第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第3周波数差△f3、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、第3光軸角度θ3、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2、第3射影角度Φ3、定数k及びレーザ光の波長λを用い、上記の式(18)に基づいて演算処理を行い、第2移動方向Yにおける速度VYを算出する。
The
合成速度算出部38cは、第1速度算出部38aで算出した速度VXと、第2速度算出部38bで算出した速度VYと、から合成ベクトルを求める。すなわち、合成速度算出部38cは、第1移動方向Xの速度VXと第2移動方向Yの速度VYとの2乗和平方根(√{(VX)2+(VY)2})を算出し、鋼板Pの速度Vを求め、更に、arctan(Vy/Vx)を算出し、基準方向(ここでは移動方向X)からarctan(Vy/Vx)だけずれた方向を、鋼板Pの移動方向として求める。
The
このように、第三の実施形態に係る速度測定装置51では、速度測定の際に一般に必要となる距離の値を測定することなく、レーザ光を利用して鋼板Pの移動方向と、この移動方向における速度Vとを測定することができる。
As described above, the
(5)<第四の実施形態>
次に本発明の第四の実施形態を詳述する。以下の説明において、第三の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(5) <Fourth embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will now be described in detail. In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as in the third embodiment, and duplicate descriptions will be omitted.
(5-1)<第四の実施形態による速度測定装置について>
第四の実施形態においては、図11に示すように、上述した第三の実施形態と同様に、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cが用いられる。第四の実施形態による速度測定装置52は、第1測定ヘッド5a、第2測定ヘッド5b及び第3測定ヘッド5cに対する鋼板Pの相対的な移動方向とその速度VXとを測定することに加えて、さらに、基準位置から鋼板Pまでの距離の差分(距離変化量d)についても、一連の処理の中で同時的に測定できる点で、上述した第三の実施形態とは異なっている。
(5-1) <About the speed measuring device according to the fourth embodiment>
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 11, a
第四の実施形態における速度測定装置は、上述した第三の実施形態とは演算処理装置41の構成が相違しており、その他の点については第三の実施形態と同様に構成されている。よって、ここでは、主に、第三の実施形態とは異なる演算処理装置41に着目して以下説明する。
A speed measuring device according to the fourth embodiment differs from that of the above-described third embodiment in the configuration of an
(5―2)<第四の実施形態による速度測定方法について>
ここで、上述した第三の実施形態にて説明した式(7)、式(8)及び式(9)から、鋼板Pの距離変化量dを算出すると、下記の式(19)で表すことができる。
(5-2) <Regarding the speed measurement method according to the fourth embodiment>
Here, when the distance change amount d of the steel plate P is calculated from the equations (7), (8), and (9) described in the third embodiment, it is expressed by the following equation (19). can be done.
d=-(B1・(D2・C3-C2・D3)+C1・(B2・D3-D2・B3)+D1・(C2・B3-B2・C3))/(A1・(C2・B3-B2・C3)
+B1・(A2・C3-C2・A3)+C1・(B2・A3-A2・B3)) …(19)
d=-( B1・(D2・C3 - C2・D3 ) + C1・( B2・D3 - D2・B3 ) + D1・( C2・B3 - B2・C 3 ))/ ( A1・( C2・B3 - B2・C3)
+B 1・(A 2・C 3 −C 2・A 3 )+C 1・(B 2・A 3 −A 2・B 3 )) …(19)
上記の式(19)内のAi、Bi、Ci及びDi(i=1,2,3)は、上述した第三の実施形態における式(10)で用いるAi、Bi、Ci及びDi(i=1,2,3)と同じである。 A i , B i , C i and D i (i=1, 2, 3) in the above formula (19) are A i , B i , Same as C i and D i (i=1,2,3).
上記の式(19)のうち、レーザ光の波長λと、定数kと、第1光軸角度θ1と、第2光軸角度θ2と、第3光軸角度θ3と、第1射影角度Φ1と、第2射影角度Φ2と、第3射影角度Φ3とについては、第三の実施形態で説明したように、事前に取得することができる。よって、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2及び第3周波数差△f3を測定することで、上記の式(19)から、距離変化量dを算出することができる。 In the above equation (19), the wavelength λ of the laser light, the constant k, the first optical axis angle θ1, the second optical axis angle θ2, the third optical axis angle θ3, and the first projection The angle Φ1, the second projection angle Φ2, and the third projection angle Φ3 can be obtained in advance as described in the third embodiment. Therefore, by measuring the first frequency difference Δf 1 , the second frequency difference Δf 2 and the third frequency difference Δf 3 , the distance change amount d can be calculated from the above equation (19).
(5-3)<演算処理装置について>
次に、図14を用いて、第四の実施形態による演算処理装置41について以下説明する。この演算処理装置41は、上記の式(10)及び式(18)を基に、鋼板Pが所定の移動方向に移動する際の第1移動方向X及び第2移動方向Yでの速度VX,VYをそれぞれ測定し、これらベクトル成分である速度VX,VYから鋼板Pの移動方向と速度Vを測定できる。これに加えて、演算処理装置41は、上記の式(19)を基に、鋼板Pの基準位置からの距離変化量dについても、鋼板Pの移動方向と速度Vを測定する一連の処理の中で同時的に測定できるものである。図14は、この演算処理装置41の回路構成を示したブロック図である。
(5-3) <Regarding the processing unit>
Next, the
図14に示すように、演算処理装置41は、算出部42に距離速度算出部43が設けられている点が、第三の実施形態と相違している。なお、その他の構成については、第三の実施形態と同様であるため、ここでは、距離速度算出部43に着目して以下説明し、第三の実施形態と同じ構成については説明を省略する。この場合、距離速度算出部43は、第1速度算出部38aと、第2速度算出部38bと、合成速度算出部38cと、距離変化量算出部43aとを備えている。
As shown in FIG. 14, an
第1速度算出部38aは、上述した第三の実施形態と同様に、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第3周波数差△f3、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、第3光軸角度θ3、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2、第3射影角度Φ3、定数k及びレーザ光の波長λを用い、上記の式(10)に基づいて演算処理を行い、第1移動方向Xにおける速度VXを算出する。
The
第2速度算出部38bは、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第3周波数差△f3、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、第3光軸角度θ3、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2、第3射影角度Φ3、定数k及びレーザ光の波長λを用い、上記の式(18)に基づいて演算処理を行い、第2移動方向Yにおける速度VYを算出する。
The
合成速度算出部38cは、第1速度算出部38aで算出した速度VXと、第2速度算出部38bで算出した速度VYと、から合成ベクトルを求める。すなわち、合成速度算出部38cは、第1移動方向Xの速度VXと第2移動方向Yの速度VYとの2乗和平方根(√{(VX)2+(VY)2})を算出し、鋼板Pの速度Vを求め、更に、arctan(Vy/Vx)を算出し、基準方向(ここでは移動方向X)からarctan(Vy/Vx)だけずれた方向を、鋼板Pの移動方向として求める。
The
これに加えて、距離変化量算出部43aは、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2、第3周波数差△f3、第1光軸角度θ1、第2光軸角度θ2、第3光軸角度θ3、第1射影角度Φ1、第2射影角度Φ2、第3射影角度Φ3、定数k及びレーザ光の波長λを用い、上記の式(19)に基づいて演算処理を行い、距離変化量dを算出する。このように、第四の実施形態による速度測定装置では、合成速度算出部38cによって、鋼板Pの移動方向と速度Vをそれぞれ測定できる他、距離変化量算出部43aによって、鋼板Pの基準位置からの距離変化量dも、一連の処理の中で同時的に測定することができる。
In addition, the distance
なお、この距離変化量dは、基準位置に対する相対位置を示しているので、速度測定装置52からの距離を求める場合には、予め測定しておいた基準位置までの距離の値を用いることで、算出可能である。
Since this distance change amount d indicates a relative position with respect to the reference position, when obtaining the distance from the
なお、第四の実施形態においても、上述した第一の実施形態と同様に、第1周波数差△f1、第2周波数差△f2及び第3周波数差△f3等の周波数差の算出する際、基準位置で鋼板Pが相対的に静止しているときに検出した第1ビート周波数、第2ビート周波数及び第3ビート周波数を用いる必要はない。例えば、基準位置で鋼板Pが基準速度で移動しているときに検出した第1ビート周波数、第2ビート周波数及び第3ビート周波数を用い、所定位置で鋼板Pが基準速度以外で移動しているときに検出した第1ビート周波数、第2ビート周波数及び第3ビート周波数との差から周波数差をそれぞれ算出してもよい。 Note that, in the fourth embodiment, similarly to the above-described first embodiment, frequency differences such as the first frequency difference Δf 1 , the second frequency difference Δf 2 and the third frequency difference Δf 3 are calculated. When doing so, it is not necessary to use the first beat frequency, the second beat frequency and the third beat frequency detected when the steel plate P is relatively stationary at the reference position. For example, using the first beat frequency, the second beat frequency, and the third beat frequency detected when the steel plate P is moving at the reference speed at the reference position, the steel plate P is moving at a predetermined position at a speed other than the reference speed. A frequency difference may be calculated from the difference between the first beat frequency, the second beat frequency, and the third beat frequency detected at that time.
(6)<他の実施形態>
なお、上述した第三の実施形態及び第四の実施形態においては、1つのレーザ発振器2を用いて第1測定光、第2測定光及び第3測定光を生成してもよく、第1測定光を生成する第1のレーザ発振器と、これとは別体でなる、第2測定光を生成する第2のレーザ発振器とを設け、さらに、これらとは別体でなる、第3測定光を生成する第3のレーザ発振器を設けても良い。
(6) <Other embodiments>
In the third and fourth embodiments described above, one
また、上述した第三の実施形態及び第四の実施形態においては、第1移動方向Xの速度VXと、第2移動方向Yの速度VYを合成して合成ベクトルの向きを求めて、この合成ベクトルの向きから、鋼板Pが移動する移動方向を測定し、さらに、速度VX,VYの2乗和平方根を求め、この2乗和平方根の解を、移動方向における鋼板Pの速度Vとして、鋼板Pの移動方向及び速度Vを測定する速度測定装置51,52について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、速度VX,VYを基に、鋼板Pの移動方向又は速度Vのいずれか一方のみを測定してもよい。また、鋼板Pの移動方向と、移動方向における速度Vとを最終的に算出することなく、単に、第1移動方向Xの速度VXと、第2移動方向Yの速度VYとを測定するだけの速度測定装置であってもよい。
Further, in the third embodiment and the fourth embodiment described above, the velocity VX in the first moving direction X and the velocity VY in the second moving direction Y are combined to determine the direction of the combined vector, From the direction of this combined vector, the moving direction in which the steel plate P moves is measured, the square root of the sum of squares of the velocities V X and V Y is obtained, and the solution of the square root of the sum of squares is the speed of the steel plate P in the moving direction. As V, the
1,31,51,52 速度測定装置
2 レーザ発振器
5a,25a 第1測定ヘッド
5b,25b 第2測定ヘッド
5c 第3測定ヘッド
7a 第1光検出部
7b 第2光検出部
7c 第3光検出部
11,32,33,41 演算処理装置
18 距離算出部
17a 第1周波数解析部(周波数解析部)
17b 第2周波数解析部(周波数解析部)
17c 第3周波数解析部(周波数解析部)
19a 第1周波数差算出部(周波数差算出部)
19b 第2周波数差算出部(周波数差算出部)
19c 第3周波数差算出部(周波数差算出部)
21,43 距離速度算出部
23,43a 距離変化量算出部
24 速度算出部
38a 第1速度算出部(速度算出部)
38b 第2速度算出部(速度算出部)
P 鋼板(被測定対象物)
S 測定面(被測定対象物表面)
17b second frequency analysis unit (frequency analysis unit)
17c Third frequency analysis unit (frequency analysis unit)
19a first frequency difference calculator (frequency difference calculator)
19b Second frequency difference calculator (frequency difference calculator)
19c Third frequency difference calculator (frequency difference calculator)
21, 43
38b second velocity calculator (velocity calculator)
P steel plate (object to be measured)
S measurement surface (surface of object to be measured)
Claims (12)
時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光をレーザ発振部で発振するレーザ発振ステップと、
前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、
第1測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第1受光ステップと、
第2測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第2受光ステップと、
前記第1測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第1ビート周波数を検出し、前記第2測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第2ビート周波数を検出する周波数解析ステップと、
基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第1ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第1ビート周波数との周波数差である第1周波数差を算出し、
前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第2ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第2ビート周波数との周波数差である第2周波数差を算出する周波数差算出ステップと、
速度算出ステップと、
を有し、
前記速度算出ステップは、
前記レーザ光の波長と、
前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第1測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第1測定ヘッドの光軸とがなす第1光軸角度と、
前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第2測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第2測定ヘッドの光軸とがなす第2光軸角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
に基づいて、前記第1測定ヘッド及び前記第2測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定方法。 In a velocity measurement method for measuring the relative velocity of an object to be measured,
a laser oscillation step in which a laser oscillation unit oscillates laser light modulated at a predetermined frequency modulation speed with respect to time;
a branching step of dividing the laser light into a reference light and a measurement light;
a first light receiving step of using a first measuring head to irradiate a part of the measurement light onto the object to be measured and receive the reflected light reflected by the surface of the object to be measured;
a second light receiving step of using a second measurement head to irradiate a part of the measurement light onto the object to be measured and receive the light reflected by the surface of the object to be measured;
A frequency for detecting a first beat frequency based on the reflected light received by the first measuring head and the reference light, and a frequency for detecting a second beat frequency based on the reflected light received by the second measuring head and the reference light an analysis step;
The first beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at a reference position or is moving at a reference speed, and the object to be measured is relatively moving at a speed other than the reference speed. calculating a first frequency difference that is a frequency difference from the first beat frequency detected when the
The second beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at the reference position or is moving at the reference speed, and the object to be measured is relatively at a speed other than the reference speed. a frequency difference calculating step of calculating a second frequency difference, which is a frequency difference from the second beat frequency detected while moving;
a speed calculation step;
has
The speed calculation step includes:
the wavelength of the laser light;
A first optical axis formed by a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the first measuring head on a plane formed by the relative moving direction of the object to be measured and the optical axis of the first measuring head angle and
A second optical axis formed by a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the second measuring head on a plane formed by the relative moving direction of the object to be measured and the optical axis of the second measuring head angle and
the first frequency difference;
the second frequency difference;
A velocity measuring method for measuring the relative velocity of the object to be measured with respect to the first measuring head and the second measuring head based on:
前記距離変化量算出ステップは、
前記レーザ光の波長と、
前記周波数変調速度と、
前記第1光軸角度と、
前記第2光軸角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項1に記載の速度測定方法。 having a distance change amount calculation step,
The distance change amount calculation step includes:
the wavelength of the laser light;
the frequency modulation rate;
the first optical axis angle;
the second optical axis angle;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
2. The speed measuring method according to claim 1, wherein the distance from said reference position to said object to be measured is measured based on.
前記距離変化量算出ステップは、
前記レーザ光の波長と、
前記被測定対象物を所定の距離変化量で変えたときに各位置で検出される前記反射光の周波数差△f11と、位置を変えたときの前記被測定対象物の前記距離変化量dと、の関係を示した、k=△f11/dの式で求められる、定数kと、
前記第1光軸角度と、
前記第2光軸角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項1に記載の速度測定方法。 having a distance change amount calculation step,
The distance change amount calculation step includes:
the wavelength of the laser light;
A frequency difference Δf11 of the reflected light detected at each position when the object to be measured is changed by a predetermined distance change amount, and the distance change amount d of the object to be measured when the position is changed. and a constant k obtained by the formula k=Δf 11 /d showing the relationship between
the first optical axis angle;
the second optical axis angle;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
2. The speed measuring method according to claim 1, wherein the distance from said reference position to said object to be measured is measured based on.
時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光をレーザ発振部で発振するレーザ発振ステップと、
前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、
第1測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第1受光ステップと、
第2測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第2受光ステップと、
第3測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第3受光ステップと、
前記第1測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第1ビート周波数を検出し、前記第2測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第2ビート周波数を検出し、前記第3測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第3ビート周波数を検出する周波数解析ステップと、
基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第1ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第1ビート周波数との周波数差である第1周波数差を算出し、
前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第2ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第2ビート周波数との周波数差である第2周波数差を算出し、
前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第3ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第3ビート周波数との周波数差である第3周波数差を算出する周波数差算出ステップと、
速度算出ステップと、
を有し、
前記速度算出ステップでは、
前記レーザ光の波長と、
前記被測定対象物表面の面法線と、前記第1測定ヘッドの光軸とがなす第1光軸角度と、
前記面法線と前記第2測定ヘッドの光軸とがなす第2光軸角度と、
前記面法線と前記第3測定ヘッドの光軸とがなす第3光軸角度と、
前記被測定対象物表面への前記第1測定ヘッドの光軸の射影と、前記被測定対象物表面に沿った面方向に延びる基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第1射影角度と、
前記被測定対象物表面への前記第2測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第2射影角度と、
前記被測定対象物表面への前記第3測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第3射影角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
前記第3周波数差と、
前記第1測定ヘッド、前記第2測定ヘッド及び前記第3測定ヘッドに対する前記被測定対象物の距離の変化と前記レーザ光の周波数の変化との関係を示した定数kと、
に基づいて、前記面方向に沿った第1移動方向と、前記面方向で前記第1移動方向と垂直な第2移動方向とにおける、前記第1測定ヘッド、前記第2測定ヘッド及び前記第3測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する、速度測定方法。 In a velocity measurement method for measuring the relative velocity of an object to be measured,
a laser oscillation step in which a laser oscillation unit oscillates laser light modulated at a predetermined frequency modulation speed with respect to time;
a branching step of dividing the laser light into a reference light and a measurement light;
a first light receiving step of using a first measuring head to irradiate a part of the measurement light onto the object to be measured and receive the reflected light reflected by the surface of the object to be measured;
a second light receiving step of using a second measurement head to irradiate a part of the measurement light onto the object to be measured and receive the light reflected by the surface of the object to be measured;
a third light receiving step of using a third measuring head to irradiate a part of the measurement light onto the object to be measured and receive the light reflected by the surface of the object to be measured;
detecting a first beat frequency based on the reflected light received by the first measuring head and the reference light, detecting a second beat frequency based on the reflected light received by the second measuring head and the reference light, a frequency analysis step of detecting a third beat frequency based on the reflected light received by the third measuring head and the reference light;
The first beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at a reference position or is moving at a reference speed, and the object to be measured is relatively moving at a speed other than the reference speed. calculating a first frequency difference that is a frequency difference from the first beat frequency detected when the
The second beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at the reference position or is moving at the reference speed, and the object to be measured is relatively at a speed other than the reference speed. calculating a second frequency difference that is a frequency difference from the second beat frequency detected while moving;
The third beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at the reference position or is moving at the reference speed, and the object to be measured is relatively at a speed other than the reference speed. a frequency difference calculating step of calculating a third frequency difference, which is a frequency difference from the third beat frequency detected while moving;
a speed calculation step;
has
In the speed calculation step,
the wavelength of the laser light;
a first optical axis angle formed by the surface normal of the surface of the object to be measured and the optical axis of the first measurement head;
a second optical axis angle formed by the surface normal and the optical axis of the second measuring head;
a third optical axis angle formed by the surface normal and the optical axis of the third measuring head;
A first projection formed on the surface of the object to be measured by a projection of the optical axis of the first measuring head onto the surface of the object to be measured and a reference line extending in a plane direction along the surface of the object to be measured. angle and
a second projection angle formed on the surface of the object to be measured by the projection of the optical axis of the second measuring head onto the surface of the object to be measured and the reference line;
a third projection angle formed on the surface of the object to be measured by the projection of the optical axis of the third measuring head onto the surface of the object to be measured and the reference line;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
the third frequency difference;
a constant k indicating a relationship between a change in the distance of the object to be measured from the first measurement head, the second measurement head, and the third measurement head and a change in the frequency of the laser light;
based on the first measuring head, the second measuring head, and the third A speed measuring method for measuring the relative speed of the object to be measured with respect to the measuring head.
前記距離変化量算出ステップは、
前記レーザ光の波長と、
前記第1光軸角度と、
前記第2光軸角度と、
前記第3光軸角度と、
前記第1射影角度と、
前記第2射影角度と、
前記第3射影角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
前記第3周波数差と、
前記定数kと、
に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項4に記載の速度測定方法。 having a distance change amount calculation step,
The distance change amount calculation step includes:
the wavelength of the laser light;
the first optical axis angle;
the second optical axis angle;
the third optical axis angle;
the first projection angle;
the second projection angle;
the third projection angle;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
the third frequency difference;
the constant k;
5. The speed measuring method according to claim 4, wherein the distance from said reference position to said object to be measured is measured based on the above.
時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部と、
前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、
前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第1測定ヘッドと、
前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第2測定ヘッドと、
前記第1測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第1ビート周波数を検出し、前記第2測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第2ビート周波数を検出する周波数解析部と、
基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第1ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第1ビート周波数との周波数差である第1周波数差を算出し、前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第2ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第2ビート周波数との周波数差である第2周波数差を算出する周波数差算出部と、
速度算出部と、
を有し、
前記速度算出部は、
前記レーザ光の波長と、
前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第1測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第1測定ヘッドの光軸とがなす第1光軸角度と、
前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第2測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第2測定ヘッドの光軸とがなす第2光軸角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
に基づいて、前記第1測定ヘッド及び前記第2測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定装置。 In a speed measuring device that measures the relative speed of an object to be measured,
a laser oscillator that oscillates laser light modulated at a predetermined frequency modulation rate with respect to time;
a branching device that divides the laser beam into a reference beam and a measurement beam;
a first measuring head that irradiates the object to be measured with part of the measurement light and receives the reflected light reflected by the surface of the object to be measured;
a second measuring head that irradiates the object to be measured with part of the measurement light and receives the reflected light reflected by the surface of the object to be measured;
A frequency for detecting a first beat frequency based on the reflected light received by the first measuring head and the reference light, and a frequency for detecting a second beat frequency based on the reflected light received by the second measuring head and the reference light an analysis unit;
The first beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at a reference position or is moving at a reference speed, and the object to be measured is relatively moving at a speed other than the reference speed. A first frequency difference is calculated, which is a frequency difference from the first beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at the reference position, or is moving at the reference speed. and the second beat frequency detected when the object to be measured is relatively moving at a speed other than the reference speed. a frequency difference calculator for
a speed calculator;
has
The speed calculation unit
the wavelength of the laser light;
A first optical axis formed by a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the first measuring head on a plane formed by the relative moving direction of the object to be measured and the optical axis of the first measuring head angle and
A second optical axis formed by a direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the second measuring head on a plane formed by the relative moving direction of the object to be measured and the optical axis of the second measuring head angle and
the first frequency difference;
the second frequency difference;
A speed measuring device for measuring the relative speed of the object to be measured with respect to the first measuring head and the second measuring head based on:
前記距離変化量算出部は、
前記レーザ光の波長と、
前記周波数変調速度と、
前記第1光軸角度と、
前記第2光軸角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項8に記載の速度測定装置。 having a distance change amount calculation unit,
The distance change amount calculation unit
the wavelength of the laser light;
the frequency modulation rate;
the first optical axis angle;
the second optical axis angle;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
9. The speed measuring device according to claim 8, wherein the distance from the reference position to the object to be measured is measured based on.
前記距離変化量算出部は、
前記レーザ光の波長と、
前記被測定対象物を所定の距離変化量で変えたときに各位置で検出される前記反射光の周波数差△f11と、位置を変えたときの前記被測定対象物の前記距離変化量dと、の関係を示した、k=△f11/dの式で求められる、定数kと、
前記第1光軸角度と、
前記第2光軸角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項8に記載の速度測定装置。 having a distance change amount calculation unit,
The distance change amount calculation unit
the wavelength of the laser light;
A frequency difference Δf11 of the reflected light detected at each position when the object to be measured is changed by a predetermined distance change amount, and the distance change amount d of the object to be measured when the position is changed. and a constant k obtained by the formula k=Δf 11 /d showing the relationship between
the first optical axis angle;
the second optical axis angle;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
9. The speed measuring device according to claim 8, wherein the distance from the reference position to the object to be measured is measured based on.
時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部と、
前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、
前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第1測定ヘッドと、
前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第2測定ヘッドと、
前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第3測定ヘッドと、
前記第1測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第1ビート周波数を検出し、前記第2測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第2ビート周波数を検出し、前記第3測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第3ビート周波数を検出する周波数解析部と、
基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第1ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第1ビート周波数との周波数差である第1周波数差を算出し、
前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第2ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第2ビート周波数との周波数差である第2周波数差を算出し、
前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第3ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第3ビート周波数との周波数差である第3周波数差を算出する周波数差算出部と、
速度算出ステップと、
を有し、
前記速度算出部は、
前記レーザ光の波長と、
前記被測定対象物表面の面法線と、前記第1測定ヘッドの光軸とがなす第1光軸角度と、
前記面法線と前記第2測定ヘッドの光軸とがなす第2光軸角度と、
前記面法線と前記第3測定ヘッドの光軸とがなす第3光軸角度と、
前記被測定対象物表面への前記第1測定ヘッドの光軸の射影と、前記被測定対象物表面に沿った面方向に延びる基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第1射影角度と、
前記被測定対象物表面への前記第2測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第2射影角度と、
前記被測定対象物表面への前記第3測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第3射影角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
前記第3周波数差と、
前記第1測定ヘッド、前記第2測定ヘッド及び前記第3測定ヘッドに対する前記被測定対象物の距離の変化と前記レーザ光の周波数の変化との関係を示した定数kと、
に基づいて、前記面方向に沿った第1移動方向と、前記面方向で前記第1移動方向と垂直な第2移動方向とにおける、前記第1測定ヘッド、前記第2測定ヘッド及び前記第3測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する、速度測定装置。 In a speed measuring device that measures the relative speed of an object to be measured,
a laser oscillator that oscillates laser light modulated at a predetermined frequency modulation rate with respect to time;
a branching device that divides the laser beam into a reference beam and a measurement beam;
a first measuring head that irradiates the object to be measured with part of the measurement light and receives the reflected light reflected by the surface of the object to be measured;
a second measuring head that irradiates the object to be measured with part of the measurement light and receives the reflected light reflected by the surface of the object to be measured;
a third measuring head that irradiates the object to be measured with part of the measurement light and receives the reflected light reflected by the surface of the object to be measured;
detecting a first beat frequency based on the reflected light received by the first measuring head and the reference light, detecting a second beat frequency based on the reflected light received by the second measuring head and the reference light, a frequency analysis unit that detects a third beat frequency based on the reflected light received by the third measurement head and the reference light;
The first beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at a reference position or is moving at a reference speed, and the object to be measured is relatively moving at a speed other than the reference speed. calculating a first frequency difference that is a frequency difference from the first beat frequency detected when the
The second beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at the reference position or is moving at the reference speed, and the object to be measured is relatively at a speed other than the reference speed. calculating a second frequency difference that is a frequency difference from the second beat frequency detected while moving;
The third beat frequency detected when the object to be measured is relatively stationary at the reference position or is moving at the reference speed, and the object to be measured is relatively at a speed other than the reference speed. a frequency difference calculator that calculates a third frequency difference that is a frequency difference from the third beat frequency detected while moving;
a speed calculation step;
has
The speed calculation unit
the wavelength of the laser light;
a first optical axis angle formed by the surface normal of the surface of the object to be measured and the optical axis of the first measurement head;
a second optical axis angle formed by the surface normal and the optical axis of the second measuring head;
a third optical axis angle formed by the surface normal and the optical axis of the third measuring head;
A first projection formed on the surface of the object to be measured by a projection of the optical axis of the first measuring head onto the surface of the object to be measured and a reference line extending in a plane direction along the surface of the object to be measured. angle and
a second projection angle formed on the surface of the object to be measured by the projection of the optical axis of the second measuring head onto the surface of the object to be measured and the reference line;
a third projection angle formed on the surface of the object to be measured by the projection of the optical axis of the third measuring head onto the surface of the object to be measured and the reference line;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
the third frequency difference;
a constant k indicating a relationship between a change in the distance of the object to be measured from the first measurement head, the second measurement head, and the third measurement head and a change in the frequency of the laser light;
based on the first measuring head, the second measuring head, and the third A speed measuring device for measuring the relative speed of the object to be measured with respect to the measuring head.
前記距離変化量算出部は、
前記レーザ光の波長と、
前記第1光軸角度と、
前記第2光軸角度と、
前記第3光軸角度と、
前記第1射影角度と、
前記第2射影角度と、
前記第3射影角度と、
前記第1周波数差と、
前記第2周波数差と、
前記第3周波数差と、
前記定数kと、
に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項11に記載の速度測定装置。 having a distance change amount calculation unit,
The distance change amount calculation unit
the wavelength of the laser light;
the first optical axis angle;
the second optical axis angle;
the third optical axis angle;
the first projection angle;
the second projection angle;
the third projection angle;
the first frequency difference;
the second frequency difference;
the third frequency difference;
the constant k;
12. The speed measuring device according to claim 11, wherein the distance from the reference position to the object to be measured is measured based on.
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