JPH02115711A

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

Info

Publication number: JPH02115711A
Application number: JP26882988A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Fukutaka; 善己福高; Yoji Fujimoto; 洋二藤本; Yasunari Kuroda; 黒田　康徳
Original assignee: SANPA KOGYO KK; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: SANPA KOGYO KK; JFE Steel Corp
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1990-04-27
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2603317B2

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

【特許請求の範囲】

（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）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。