JPH02115711A - レーザ距離計及びレーザ距離計を用いた厚さ計の校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、レーザ距離計及びレーザ距離計を用いた厚さ
計の校正方法に係り、特に、レーザ光を用いて三角測量
により測定対象物までの距離又は測定対象物の厚さを測
定するレーザ距離計及び当該レーザ距離計を用いた厚さ
計を校正する方法に関する。

【従来の技術】

レーザ光を用いて三角測量の原理により測定対象物まで
の距離を正確に測定するレーザ距離計やこのレーザ距離
計を用いた厚さ計が、開発されるに至っている。このレ
ーザ距離計又は厚さ計は、非接触、且つ高応答に測定対
象物までの距離又は測定対象物の厚さを測定可能なため
、高速にライン上を測定対象物が流れる場所、例えば厚
板のパスラインで当該厚板までの距離や厚板の厚さを測
定するのに用いるのに好適である。 前記のようなレーザ距離計の原理を、第３図に基づき説
明する。第３図に示すように、該レーザ距離計８におい
ては、まず、レーザ発生器１０から測定対象物１２へ向
かってレーザ光１４を照射する。このとき、測定対象物
１２の測定面１２Ａにレーザ光１４の照射スポット（図
中符号Ｘで示す箇所に生じる）が生ずる。そして、この
照射スポットからの反射光を、該照射スポットをその視
野内に収めるようにした受光器１６で受光する。 この受光器１６においては、凸レンズからなる集光レン
ズ１８で前記反射光を集光し、電荷結合形撮像素子（Ｃ
ＯＤ）等からなる受光素子２０上に結像させる（結像位
置は図中符号×で示す箇所となる）。 前記受光器１６はレーザ発生器１０に対して、予め、所
定の位置に固定され、且つ、レーザ光１４の照射方向に
対して受光器１６の視野方向も定められているため、受
光素子２０上の前記反射光が結像する結像位置ぶと前記
測定面１２Ａ上の照射スポットまでの距ＭＬとの間には
、三角測量の原理から、第４図の如き、ｇ＝　ｆ（Ｌ）
で表わされる関係がある。従って、該結像位ＺＪ２．を
位置検出回路２２で検出すれば、前記関係ｆｆ１＝　ｆ
（Ｌ）を用いて前記距ＭＬを測定することができる１位
置検出回路２２で結像位置ｌを求める方法には、第８図
に示すように、反射光を受光した受光素子２０から出力
されるエネルギ強度のピーク値Ｐを検出する方法や、エ
ネルギ強度の重心位置Ｇを検出する方法等がある。なお
、受光素子２０の検出可能長さに応じてレーザ距離計の
測定可能距離が決まり、第３図のレーザ距離計８におい
ては、符号Ａで示す位置の前記反射光は受光素子２０上
の符号ａで示す位置に結像し、符号Ｂで示す位置の反射
光は受光素子２０上の符号すで示す位置に結像するため
、第４図に示されるようにＡ〜Ｂ間の距離りを測定でき
る。 又、前記レーザ距離計を用いた厚さ計の測定原理を第５
図に基づき説明する。この厚さ計は、第５図に示される
ように、測定対象物１２の厚さ方向を挾んで２台のレー
ザ距離計２２Ａ、２２Ｂを設け、該レーザ距離計２２Ａ
、２２Ｂからレーザ光１４Ａ、１４Ｂを測定面１２Ａ、
１２Ｂに照射し、各々の反射光２４Ａ、２４Ｂを受光す
る。これにより、前述のレーザ距離計８と同様にして、
一方のレーザ距離計２２Ａで測定面１２Ａまでの距離ぶ
２を測定し、他方のレーザ距離計２２Ｂで測定面１２Ｂ
までの距離１１を測定する。双方のレーザ距離計２２Ａ
、２２Ｂ間の距ｍＬｏは既知であるため、次式（１）か
ら測定対象物１２の厚さｔを知ることができる。 ｔｓＬｏ　　ｉ＋　−Ｊ２２　　ｔ：　　−（１）但し
、εは測定誤差である。 ところで、前記の如きレーザ距離計、あるいはレーザ距
離計を用いた厚さ計は、測定精度の確保のため測定に先
立ち適宜に校正を行い、正確な結像位置１に対する距離
りの関係ぶ＝　ｆ（Ｌ）を求めなければならないもので
ある。 従来、第３図に示した如きレーザ距離計８を校正する際
には、第６図に示されるように、まず、校正片２６を固
定して空間的に固定された測定面２６Ａまでの距離をマ
グネスケール２８で検出し、それと共に、校正片２６を
同一の状態としてレーザ距離計８により前記測定面２６
Ａまでの距離を測定する。これら検出距離及び測定距離
を比較して前記関係Ｊ＝　ｆ（Ｌ）の誤差を解消し、レ
ーザ距離計８の校正を行う、なお、第６図において、符
号３０は校正片２６を支持する取付台であり、３２はこ
の取付台３０をレーザ照射方向に沿う長手方向の所定位
置で支持・固定するためのリニアガイドである。又、校
正は、リニアソレノイド３２上の１又は２以上の位置で
取付台を固定して行う。 又、前記厚さ計の校正を行う際には、第５図中の認定対
象物１２の代わりに厚さが既知の校正片２６を用い、誤
差を校正する。この場合、校正片２６の厚さをｔｓとす
れば、校正すべき誤差εは、（１）式から次式（２）で
表わされる。 ε＝（Ｌｏ　　Ｊ＋　　Ｊ２）　　ｔｓ”（２＞一方、
測定対象物１２の測定面１２Ａのみならず、校正片２６
の測定面２６Ａは表面粗さや、反射率分布等を有したも
のであるため、受光素子２０で受光する個々の反射光の
エネルギ強度は、前記表面粗さや反射率分布等に起因し
て第４図に示す如きばらつきσのある分布となる。 前記測定面２６Ａの照射スポットからの反射光が、第７
図（Ａ）に示されるような、真円形で且つ同心円状の強
度が低下する理想的なスポット像が形成されているもの
であれば、受光素子２０から出力される受光エネルギ強
度の長さ方向の分布は、第８図に示されるような正規分
布に近いものとなり、前記ピーク値Ｐ、重心位置Ｇを容
易に求めることができる。しかしながら、受光素子２０
上のスポット像が、第７図＜Ｂ）に示されるように、不
規則に分布し歪んだものとなった場合、当該受光素子２
０から出力される受光エネルギ強度の分布は第９区に実
線で示されるような乱れたものとなる。このような場合
、ピーク値Ｐ、重心位置Ｇはレーザ光の投光ビームの強
度分布（第９図中破線でその相似形を示す）と異なるも
のとなり、重心位置で見れば、投光ビームの重心位置が
図のａｔの位置であるのに対して、反射光のエネルギ強
度の重心位置が図のＧｌｌの位置となり、誤差Δ℃が生
じてしまうこととなる。 又、前記厚さ計においても、前記レーザ距離計と同様に
照射スポットからのスポット像が第７図（Ｂ＞に示され
るように歪んだ場合には第９図の誤差Δ℃に起因して（
２）式中の誤差εを解消し得ないものとなっていた。 以上のように、校正片のレーザービームが照射される照
射スポットには、表面粗さや反射率分布等のばらつきが
存在するため、反射光の受光エネルギ強度の分布がばら
つき、受光エネルギ強度の分布の再現性が悪いことから
、結果として、校正の度にレーザ距離計８．２２Ａ、２
２Ｂの測定値が変動していた。従って、従来の校正方法
を用いて校正を行った場合、校正片の表面粗さや反射率
分布等に起因する精度以上の精度で校正を行えず、レー
ザ距離計のリニアリティ精度（表示の直線性）は測定範
囲の±０，０５％程度が限界になるという問題点があっ
た。又、同様の理由から、レーザ距離計を用いた厚さ計
においても、校正精度に限界があるという問題点があっ
た。

【発明が解決しようとする課題】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、校正片の表面粗さや反射率分布のばらつきを平滑
化して、照射するレーザ光の強度分布に近い受光エネル
ギ強度分布が安定して得られるようにし、測定値の再現
性を向上できるレーザ距離計及びレーザ距離計を用いた
厚さ計の校正方法を提供することを課題とする。

【課題を達成するための手段】

本発明は、レーザ光を用いて三角測量により測定対象物
までの距離を測定するレーザ距離計を校正する方法にお
いて、椋正片の測定面を所定の校正位！でレーザ光軸と
なす角度を変えることなく移動させ、移動される測定面
にレーザ光を照射して校正することにより、前記課題を
達成したものである。 又本発明は、レーザ光を用いて三角測量により距離を測
定するレーザ距離計を用いて測定対象物の厚さを測定す
る厚さ計を校正する方法において、校正片の測定面を所
定の校正位置でレーザ光軸となす角度を変えることなく
移動させ、移動される測定面にレーザ光を照射して校正
することにより、同じく前記課題を達成したものである
。

【発明の作用及び効果】

レーザ距離計及びレーザ距離計を用いた厚さ計を校正す
る際に、校正片の測定面を静止させて校正すると、校正
の精度は校正片の表面粗さや反射率分布のばらつきに応
じたものとなり、校正精度に限界があった。 そこで、発明者等は前記表面粗さや反射率分布のばらつ
きを減少させるべく種々検討を行った結果、所定の校正
位置で校正片の測定面をレーザ光軸となす角度を変える
ことなく移動させれば、前記表面粗さや反射率分布のば
らつきが平滑化されることを見出だした。即ち、測定面
の移動により前記ばらつきが空間的に平均化されて、照
射スポットの反射光が前出第７図（Ａ）に示した如き分
布のものとなり、受光エネルギ強度の分布が前出第８区
の如き正規分布となるものである０本発明は、このよう
な観点に基づき創案されたものである。 従って、本発明によれば、前記表面粗さや反射率のばら
つきが平滑化されるため、反射光の受光エネルギ強度分
布に、照射したレーザ光の強度分布に近い分布が安定し
て得られ、校正後に測定される距離又は厚さの再現性を
向上させることができる０発明者等がレーザ距離計のリ
ニアリティ精度について調査したところによれば、従来
法では測定範囲の±０．０５％が限界であったが、本発
明方法により±０．０１％に向上したものである。 なお、前記校正片の測定面の移動を回転によって行うよ
うにすれば、比較的狭い範囲で測定面を移動させること
が可能となるため、校正片の移動装置等の構成が大型化
せず、設置空間が小さくて済むためスペースの利用率が
高いものとなる。

【実施例】

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 まず第１実施例について説明する。 この第１実施例は、前出第４図に示したレーザ距離計８
を、第１図に示されるように、回転する円形状の校正片
３４を用いて校正するようにした校正装置である。 第１図に示されるように、この校正装置には、前記校正
片３４を回転させるための回転モータ３６と、該回転モ
ータ３６を取付部材３７でリニアガイド３２上の所定位
置に固定するための取付台３８とが備えられている。 前記校正片３４は前記リニアガイド３２により、レーザ
距離計８の距離測定方向の任意の位置に固定して設置可
能である。又、第１図に示されていないが、取付台３８
には前出第６図に示した取付台３０同様にマグネスケー
ルが設けられており、校正片３４の測定面３４Ａまでの
距離を正確に検出できるようになっている。 前記校正装置で前記レーザ距離計８の校正を行う際には
、まず、校正片３４を予め所定位置に設置する０次いで
、校正片３４をレーザ光軸となす角度を変えることなく
回転モータ３６で回転させながら、レーザ距離計８で校
正片３４の測定面３４Ａまでの距離を検出すると共に、
前記マグネスケールで該測定面３４Ａまでの距離を測定
する。 次いで、測定された双方の距離を比較して測定誤差を知
りレーザ距離計８の調整を行って校正する。 ここで、受光素子がリニアイメージセンサであり、測定
周期が２（ｎ秒）のレーザ距離計の校正を行うべく、校
正片として表面粗さＲａが約１（μｌ）の円形状の校正
片を用いて校正した場合について説明する。この場合、
校正片を回転モータにより３６００（ｒｐｎ）で回転さ
せ、回転半径Ｒ＝２５１１１１の位置にレーザ光を照射
した。この条件下においては、２（１秒）間に校正片の
測定面が１８．８ｍ１１移動していることになる。 このようにレーザ距離計で校正片までの距離測定を行っ
た結果、校正片の表面粗さや反射率分布等のマイクロオ
ーダの影響が一掃され、受光エネルギ強度分布が、照射
されるレーザ光のエネルギ分布とほぼ同様の、前出第８
図に示した如き正規分布型になった。そして、この距ｉ
ｉｆ測定の結果とマグネスケールによる距離検出結果に
基づき校正した。この校正により、第２図に示す結像位
置λと距ＭＬの関係ｆ＝　ｆ（Ｌ）の再現性が向上した
ため、このような校正を前記レーザ距離計の距離測定方
向の多数点で行った結果、リニアリティ精度が±０．０
１％になった。即ち、第６図に示した従来法では、リニ
アリティ精度は±０，０５％が限界であったのに比べ、
本発明により大きく精度が向上しているものと言える。 なお、前記測定面の移動速度は測定周期にもよるが、１
０００１ｎ／秒以上になれば校正精度が大きく向上する
。 次に、本発明の第２実施例を詳細に説明する。 この第２実施例は、前出第８図に示したレーザ距離計２
２Ａ、２２Ｂを用いた厚さ計を第２図に示されるような
回転する円形状の校正片４０を用いて校正するようにし
た校正装置である。 この校正装置においては、所定の校正位置で、校正片４
０を回転モータ３６で回転させて校正片４０の測定面を
移動させながら、該測定面４０Ａ、４０Ｂまでの距離を
測定し、前出（１）、（２）式により当該校正片４０の
厚さを測定して厚さ計を校正したものである。この場合
、この校正片４０が回転している以外は前出第５図に示
した厚さ計と同様の手順で校正を行うためその詳細な説
明は略す。 なお、発明者等の測定によれば、前記厚さ計を本発明方
法を採用して校正した結果、±２０ｉｉのパスライン変
動のある１０〜７０１１１の厚板を測定するに際し、±
３０ｃμＩ）の測定精度で測定できるようになった。 なお、前記第１実施例及び第２実施例においては、校正
片を回転させてその測定面を移動させることにより校正
を行っていたが、本発明はこのように校正片を回転させ
て校正することに限定されるものではない、要は、校正
片の測定面がレーザ光を照射する際移動していればよく
、直線移動等色の移動方法で測定面を移動させるように
してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が採用された第１実施例の校正装Ｗの
構成を示す、一部ブロック図を含む要部正面図、第２図
は本発明が採用された第２実施例の校正装置の構成を示
す、一部ブロック図を含む要部正面図、第３図は三角測
量の原理を用いたレーザ距離計の測定原理を示す、一部
ブロック図を含む要部断面図、第４図は距離計の測定原
理を説明するための距離と受光素子上の結像位置の関係
を示す線区、第５図はレーザ距離計を用いた厚さ計の構
成例を示す、一部断面図を含むブロック図、第６図は従
来のレーザ距離計の校正方法を説明するための、一部断
面図を含む要部正面図、第７図（Ａ）、（Ｂ）は、レー
ザ光による測定面上の理想的なスポット像及び歪んだス
ポット像の例を示す平面図、第８図は正常な反射光のエ
ネルギ強度分布を示す線図、第９図は不正常な反射光の
エネルギ強度分布を示す線図である。 ８・・・レーザ距離計、 １０・・・レーザ発生器、 １２・・・測定対象物、 １２Ａ、１２Ｂ・・・測定面、 １４．１４Ａ、１４Ｂ・・・レーザ光、１６・・・受光
器、 １８・・・集光レンズ、 ２０・・・受光素子、 ２２Ａ、２２Ｂ・・・レーザ距離計、 ２４Ａ、２４Ｂ・・・反射光、 ２８・・・マグネスケール、 ３２・・・リニアガイド、 ３４．４０・・・校正片、 ３４Ａ、４０Ａ、４０Ｂ・・・校正片の測定面、３６・
・・回転モータ、 ３８・・・取付台。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光を用いて三角測量により測定対象物まで
   の距離を測定するレーザ距離計を校正する方法において
   、 校正片の測定面を所定の校正位置でレーザ光軸となす角
   度を変えることなく移動させ、 移動される測定面にレーザ光を照射して校正するように
   したことを特徴とするレーザ距離計の校正方法。
2. （２）レーザ光を用いて三角測量により距離を測定する
   レーザ距離計を用いて測定対象物の厚さを測定する厚さ
   計を校正する方法において、 校正片の測定面を所定の校正位置でレーザ光軸となす角
   度を変えることなく移動させ、 移動される測定面にレーザ光を照射して校正するように
   したことを特徴とするレーザ距離計を用いた厚さ計の校
   正方法。