JPH09196646A - 表面性状測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】管路等に挿入して、その内表面の性状を自動的
に推定する表面性状測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】発光系Ａと、発光系Ａからの照射光Ｌ1 を
被測定物αの表面α1に照射し、その散乱反射光Ｌ2 を
受光検出して受光量信号Ｐｏとｘ位置信号Ｓ1とｙ位置
信号Ｓ2 を出力する受光検出系Ｂと、予め予想される複
数の被測定物αの表面α1 性状をパラメータ記憶する記
憶系Ｃと、受光量信号Ｐｏとｘ位置信号Ｓ1 とｙ位置信
号Ｓ2 とを信号変換する変換系Ｄと、受光量信号Ｐｏ'
とｘ位置信号Ｓ1'とｙ位置信号Ｓ2'とを記憶系Ｃに記憶
されたパラメータ情報とを比較照合演算して最も近いパ
ラメータ情報を選択する照合演算系Ｅと、を備えること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、各種管路の内面の
錆での腐食状態などを検査するために、管路内に挿入し
て管路内面の性状（材質や表面状態）を測定する方法及
びその実施に直接使用する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地下管路の内面の性状（表面の凹
凸状態、材質、錆、泥や砂の付着、水溜まり、貫孔等）
を検査する装置としてＣＣＤカメラなど使われている。
一方、カラーセンサや光沢センサを用いて、表面性状を
検出する方法もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面の
凹凸情報だけでは、地下管路の内表面の錆や土砂の付
着、表面材質を検査して腐食状態を診断することは不可
能であり、しかもＣＣＤカメラなどを使って、管路内面
の性状を判断をする場合は、人間が目視観察を行ってい
る。この判断を自動的にするには、ＣＣＤの画像処理が
考えられるが、処理が複雑で時間がかかり、コスト高を
招くという問題がある。

【０００４】一方、カラーセンサや光沢センサは自動判
別には適しているが、これらは被測定物までの距離を一
定にして、基準となる被測定面のデータと比較するもの
であり、距離や光量が変動すると正常に測定できなくな
る。また、表面の凹凸状態は測定できない。従って、測
定距離や光量が変動することを前提とした管路の内面検
査には適用できない。

【０００５】ここにおいて、本発明の解決すべき主要な
目的は次の通りである。即ち、本発明の第１の目的は、
管路等に挿入して、その内表面の性状を自動的に推定し
得る表面性状測定方法及び装置を提供せんとするもので
ある。

【０００６】本発明の第２の目的は、照射光を被測定物
表面に照射した散乱反射光の受光距離特性パラメータを
利用する表面測定方法及び装置を提供せんとするもので
ある。

【０００７】本発明の第３の目的は、受光量の多少に係
わらず一定光量を発する発光手段としての発光系を用い
る表面性状測定方法及び装置を提供せんとするものであ
る。

【０００８】本発明の第４の目的は、受光量に応じて発
光量を変化させる発光手段としての発光系を用いる表面
性状測定方法及び装置を提供せんとするものである。

【０００９】本発明の第５の目的は、照射位置を周方向
に亙って回転移動する表面性状測定方法及び装置を提供
せんとするものである。

【００１０】本発明の第６の目的は、受光距離特性パラ
メータとして被測定物までの距離に対する位置検出手段
たる位置検出素子上の受光量を測定した静特性を用いる
表面性状測定方法及び装置を提供せんとするものであ
る。

【００１１】本発明の第７の目的は、受光距離特性パラ
メータとして被測定物までの距離に対する発光手段たる
発光系から発する発光量に対する位置検出手段たる受光
検出系に入る受光量の比を表す散乱反射率を測定した静
特性を用いる表面性状測定方法及び装置を提供せんとす
るものである。

【００１２】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の各請求項の記載から自ずと明らか
となろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明の次に列挙する新規な特徴的構成手法及び手段を採用
することにより前記目的を達成する。即ち、本発明方法
の第１の特徴は、予め、予想される複数の被測定物の表
面性状を受光距離特性パラメータ群として用意して置
き、まず、発光手段からの照射光を被測定物の表面に照
射し、次いで、その散乱反射光を位置検出手段で受光検
出し、その後、その受光位置から、三角測量法によって
前記被測定物までの距離を測定し、引続き、当該測定値
により前記パラメータ群から最も近いパラメータを選定
し、その上で、前記被測定物の表面性状を推定してなる
表面性状測定方法にある。

【００１４】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における発光手段が、受光量の多少に係
わらず一定光量を発してなる表面性状測定方法にある。

【００１５】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における発光手段が、受光量に応じて発
光量を変化されてなる表面性状測定方法にある。

【００１６】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第１又は第２の特徴における受光距離特性パラメー
タが、被測定物までの距離Ｘに対する位置検出手段上の
受光量Ｐｏを測定した静特性を表してなる表面性状測定
方法にある。

【００１７】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第１又は第３の特徴における受光距離特性パラメー
タが、被測定物までの距離Ｘに対する散乱反射率βを測
定した静特性を表してなる表面性状測定方法にある。

【００１８】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第５の特徴における散乱反射率βが、発光手段から
発する発光量Ｐｉに対する位置検出手段に入る受光量Ｐ
ｏの比である表面性状測定方法にある。

【００１９】本発明方法の第７の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２又は第４の特徴における最も近いパラメ
ータの選定が、まず、測定時に位置検出手段により距離
Ｘと受光量Ｐｏを同時に測定し、次いで、その座標
（Ｘ，Ｐｏ）を求め、引続いて、静特性を表すパラメー
タ群中から当該座標に最照合するパラメータを選んでな
る表面性状測定方法にある。

【００２０】本発明方法の第８の特徴は、前記本発明方
法の第１、第３、第５又は第６の特徴における最も近い
パラメータの選定が、まず、測定時に、位置検出手段に
より距離Ｘと受光量Ｐｏを測定し、これと同時並行し
て、発光手段から発する発光量Ｐｉをも測定し、次い
で、当該発光量Ｐｉに対する受光量Ｐｏの比の散乱反射
率βを算出し、引続いて、その座標（Ｘ，β）を求め、
その上で、静特性を表すパラメータ群中から当該座標に
最照合するパラメータを選んでなる表面性状測定方法に
ある。

【００２１】本発明方法の第９の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７又は第
８の特徴における照射光と散乱反射光が、それぞれ途中
を回転走査手段を通して屈折し、当該回転走査手段を一
体同軸回転することにより被測定物の照射位置を周方向
に亙り回転移動してなる表面性状測定方法にある。

【００２２】本発明方法の第１０の特徴は、前記本発明
方法の第９の特徴における屈折が、反射屈折である表面
性状測定方法にある。

【００２３】本発明方法の第１１の特徴は、前記本発明
方法の第９又は第１０における被測定物が、内表面を有
する円筒物や管路等である表面性状測定方法にある。

【００２４】本発明装置の第１の特徴は、発光系と、当
該発光系からの光を被測定物の表面に照射し、その散乱
反射光を受光検出して受光量信号と次元位置信号を出力
する受光検出系と、予め予想される複数の被測定物の表
面性状をパラメータ記憶する記憶系と、前記受光量信号
及び前記次元位置信号と当該記憶系に記憶されたパラメ
ータ情報とを比較照合演算して最も近いパラメータ情報
を選択する照合演算系とを備えてなる表面性状測定装置
にある。

【００２５】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における受光検出系と照合演算系が、そ
の間に信号変換する変換系を介挿してなる表面性状測定
装置にある。

【００２６】本発明装置の第３の特徴は、光を発射する
とともにその発光量信号をモニタ出力する発光系と、当
該発光系からの光を被測定物の表面に照射し、その散乱
反射光を受光検出して受光量信号と次元位置信号を出力
する受光検出系と、予め予想される複数の被測定物表面
の性状をパラメータ記憶する記憶系と、前記発光量信号
と前記受光量信号と前記次元位置信号を当該記憶系に記
憶されたパラメータ情報と比較照合演算して最も近いパ
ラメータ情報を選択する照合演算系とを備えてなる表面
性状測定装置にある。

【００２７】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第３の特徴における発光系及び受光検出系が、照合
演算系との間に信号を変換する変換系を介挿してなる表
面性状測定装置にある。

【００２８】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における発光系が、受光量の多
少に係わらず一定光量を発光自在な光源を有してなる表
面性状測定装置にある。

【００２９】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２又は第５の特徴における発光系が、光源
と、これを発光駆動するドライブ回路との有機的組合構
成からなる表面性状測定装置にある。

【００３０】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第５の特徴における光源が、半導体レーザである表
面性状測定装置にある。

【００３１】本発明装置の第８の特徴は、前記本発明装
置の第３又は第４の特徴における発光系が、受光量に応
じて発光量を変化自在に構成してなる表面性状測定装置
にある。

【００３２】本発明装置の第９の特徴は、前記本発明装
置の第３、第４又は第８の特徴における発光系は、発光
量モニタ付光源と、発光量モニタに接続して発光量信号
を出力する発光量検出回路と、前記光源を発光駆動する
ドライブ回路と、受光検出系からの受光量信号を帰還入
力し受光量に応じて当該ドライブ回路を駆動する帰還回
路と、の有機的組合構成からなる表面性状測定装置にあ
る。

【００３３】本発明装置の第１０の特徴は、前記本発明
装置の第９の特徴における発光量モニタ付光源が、半導
体レーザである表面性状測定装置にある。

【００３４】本発明装置の第１１の特徴は、前記本発明
装置の第９又は第１０における発光量モニタが、半導体
レーザに一体内蔵されたフォトダイオードである表面性
状測定装置にある。

【００３５】本発明装置の第１２の特徴は、前記本発明
装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０又は第１１の特徴における受光検出系
が、被測定物表面からの散乱反射光を受光検出する位置
検出素子と、当該位置検出素子と接続し受光量信号と次
元位置信号とを出力する位置検出回路と、の有機的組合
構成からなる表面性状測定装置にある。

【００３６】本発明装置の第１３の特徴は、前記本発明
装置の第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第
９、第１０、第１１又は第１２の特徴における変換系
が、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器群からなる表面性状測定装置にある。

【００３７】本発明装置の第１４の特徴は、前記本発明
装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０、第１１、第１２又は第１３の特徴に
おける照合演算系が、マイクロプロセッサである表面性
状測定装置にある。

【００３８】本発明装置の第１５の特徴は、前記本発明
装置の第１２、第１３又は第１４の特徴における位置検
出素子が、一次元から三次元位置のいずれかを検出自在
である表面性状測定装置にある。

【００３９】本発明装置の第１６の特徴は、前記本発明
装置の第６、第７、第８、第９、第１０、第１１、第１
２、第１３、第１４又は第１５の特徴における光源が、
照射光軸が軸心を透過するようコリメータを前置してな
る表面性状測定装置にある。

【００４０】本発明装置の第１７の特徴は、前記本発明
装置の第１２、第１３、第１４、第１５又は第１６の特
徴における位置検出系が、反射光軸が中心を透過するよ
うレンズ系を前置してなる表面性状測定装置にある。

【００４１】本発明装置の第１８の特徴は、前記本発明
装置の第１７の特徴におけるコリメータとレンズ系が、
その間に、入射光用反射鏡と出射光用反射鏡を一体同軸
回転する回転走査部を介在し、測定時、被測定物の内表
面を周方向に亙り回転移動照射するよう、前記コリメー
タを透過した光源光を前記入射光用反射鏡で一旦反射し
て前記被測定物の内表面を照射し、その散乱反射光を前
記出射光用反射鏡で再反射して前記レンズ系に入射自在
に構成してなる表面性状測定装置にある。

【００４２】

【発明の実施する形態】発光系の光源からの光を被測定
物の表面に照射し、その散乱反射光を受光検出系の受光
素子で検出し、その受光量から被測定物の表面性状を推
定診断する本発明の表面性状測定方法及び装置のそれぞ
れ実施形態を以下に説明する。

【００４３】（方法形態例１）本方法形態例は、光源と
して、受光量の多少に係わらず一定光量を発する発光手
段としての光源を用い、該光源からの光を被測定物の表
面に照射し、その散乱反射光を位置検出手段としての位
置検出素子（ＰＳＤ）で検出し、その受光位置から、三
角測量法によって被測定物までの距離を測定するととも
に、予め予想される複数の被測定物の性状をパラメータ
として、被測定物までの距離Ｘに対する前記位置検出素
子上の受光量Ｐｏを測定した静特性を用意しておき、測
定時には、当該位置検出素子により、距離Ｘと受光量Ｐ
ｏを同時に測定して、座標（Ｘ，Ｐｏ）を求め、前記静
特性の中からこの座標に最も近いパラメータを選ぶこと
により、被測定物の表面性状を推定する。

【００４４】（方法形態例２）本方法形態例は、光源と
して、受光量に応じて発光量を変化させる発光手段とし
ての光源を用い、該光源からの光を被測定物の表面に照
射し、その散乱反射を位置検出手段としての位置検出素
子（ＰＳＤ）で検出し、その受光位置から、三角測量法
によって被想定物までの距離を測定するとともに、予め
予想される複数の被測定物の性状をパラメータとして、
被測定物までの距離Ｘに対する散乱反射率β（前記光源
から発する発光量Ｐｉに対する前記位置検出素子に入る
受光量Ｐｏの比）を測定した静特性を用意しておき、測
定時には、当該位置検出素子により距離Ｘと受光量Ｐｏ
をまた前記光源に内蔵された発光量モニタにより発光量
Ｐｉを測定して、座標（Ｘ，β）を求め、前記静特性の
中からこの座標に最も近いパラメータを選ぶことによ
り、被測定物の表面性状を推定する。

【００４５】（装置形態例１）本装置形態例は、受光量
の多少に係わらず一定光量を発する光源を有する発光系
と、当該光源から被測定物の表面に照射した光の散乱反
射光を検出する位置検出素子（ＰＳＤ）からなる受光素
子を有する受光検出系と、予め予想される複数の被測定
物の性状をパラメータとして被測定物までの距離Ｘに対
する前記位置検出素子（ＰＳＤ）上の受光量Ｐｏを測定
した静特性を記憶する記憶系Ｃと、前記位置検出素子
（ＰＳＤ）により検出した、距離Ｘと受光量Ｐｏの座標
（Ｘ，Ｐｏ）に最も近いパラメータを前記静特性から選
択する照合演算系、とを備える。

【００４６】（装置形態例２）本装置形態例は、受光量
に応じて発光量を変化させるための帰還回路を持つ光源
及び、該光源に内蔵され、該光源の発光量を検出する発
光量モニタを有する発光系と、該光源から被測定物の表
面に照射した光の散乱発射光を検出する位置検出素子
（ＰＳＤ）からなる受光素子を有する受光検出系と、予
め予想される複数の被測定物の性状をパラメータとし
て、被測定物までの距離Ｘに対する散乱反射率β（前記
光源から発する発光量Ｐｉに対する前記位置検出素子
（ＰＳＤ）に入る受光量Ｐｏの比）を測定した静特性を
記憶する記憶系と、前記位置検出素子（ＰＳＤ）により
検出した距離Ｘと受光量Ｐｏ、および前記発光量モニタ
により検出した発光量Ｐｉより、座標（Ｘ，β）を求
め、該静特性の中からこの座標に最も近いパラメータを
選択する照合演算系、とを備える。

【００４７】以上のように本発明の実施形態例では、光
源からの光を被測定物の表面に照射し、その散乱反射光
を受光素子で受けるようにし、当該光源として受光量の
多少に係わらず、一定光量を発する光源と、受光素子と
して位置検出素子（ＰＳＤ）とを用い、三角測量法によ
って被測定物までの距離を測定するとともに、予め予想
される複数の被測定物の性状をパラメータとして、被測
定物の距離Ｘに対する前記位置検出素子上の受光量Ｐｏ
を測定した静特性を用意しておき、測定時には、当該位
置検出素子により、距離Ｘと受光量Ｐｏを同時に測定し
て座標（Ｘ，Ｐｏ）を求め、前記静特性の中からこの座
標に最も近いパラメータを選ぶことにより、被測定物の
表面性状を推定するようにしたものである。

【００４８】また、光源として、受光量に応じて発光量
を変化される光源を用いる場合には、受光素子として位
置検出素子（ＰＳＤ）を用い、三角測量法によって被測
定物までの距離を測定するとともに、予め予想される複
数の被測定物の性状をパラメータとして、被測定物まで
の距離Ｘに対する散乱反射率β（前記光源から発する発
光量Ｐｉに対する位置検出素子（ＰＳＤ）に入る受光量
Ｐｏの比）を測定した静特性を用意しておき、測定時に
は、当該位置検出素子により距離Ｘと受光量Ｐｏを、ま
た前記光源に内蔵された発光量モニタにより発光量Ｐｉ
を測定して座標（Ｘ，β）を求め、前記静特性の中から
この座標に最も近いパラメータを選ぶことにより、被測
定物の表面性状を推定するようにしたものである。

【００４９】従って、本実施形態例は、被測定物までの
距離Ｘと位置検出素子（ＰＳＤ）の受光量、のみ又は光
源の発光量の発光量をも同時に測定し、被測定物の種類
によって予め測定して設定した静特性と比較して、被測
定物の表面性状を診断するようにしているから、距離に
よって受光量が変動しても、受光量の情報または散乱反
射率の情報から被測定物の性状を自動的に診断すること
ができる。また、距離の情報により、被測定物の表面の
凹凸状態も同時に測定できる。

【００５０】［実施例］以下、図面に従って本発明の実
施例を具体的詳細に説明する。 （装置実施例１）図１は、本装置実施例の基本的なシス
テム構成図、図２乃至図３は本装置実施例のそれぞれ使
用状態説明概念図である。

【００５１】本装置実施例は、発光系Ａと、当該発光系
Ａからの光Ｌ1 を被測定物αの表面α1 に照射し、その
散乱反射光Ｌ2 を受光検出して受光量信号Ｐｏとｘ位置
信号Ｓ1 とｙ位置信号Ｓ2 を出力する受光検出系Ｂと、
予め予想される複数の被測定物の表面性状をパラメータ
記憶する記憶系Ｃと、受光量信号Ｐｏとｘ位置信号Ｓ1
とｙ位置信号Ｓ2 とを信号変換する変換系Ｄと、当該変
換された受光量信号Ｐｏ、ｘ位置信号Ｓ1 、ｙ位置信号
Ｓ2 と記憶系Ｃに記憶されたパラメータ情報群とを比較
照合演算して最も近いパラメータ情報を選択する照合演
算系Ｅとからなる。

【００５２】発光系Ａは、受光量の多少に係わらず一定
光量を発光自在な光源としての半導体レーザ１と、これ
を発光駆動するドライブ回路２との有機的組合構成から
なる。受光検出系Ｂは被測定物α表面α1 からの散乱反
射光Ｌ2 を受光検知する受光素子としての位置検出素子
３と、位置検出素子３と接続し受光量信号Ｐｏとｘ位置
信号Ｓ1 、ｙ位置信号Ｓ2 とを出力する位置検出回路４
との有機的組合構成からなる。

【００５３】変換系Ｃは、アナログ信号をデジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器５群からなる。照合演算系Ｅ
は、マイクロプロセッサ６からなる。

【００５４】図２乃至図３に示すよう、半導体レーザ１
の前方には照射光Ｌ1 の光軸が軸心を透過するようコリ
メータ７を前置するとともに、位置検出素子３の前方に
は散乱反射光Ｌ2 の光軸が中心を透過するようレンズ系
８を前置する。図中、９は回転走査部、１０は入射光用
反射鏡、１１は出射光用反射鏡である。

【００５５】（方法実施例１）当該本装置実施例に適用
する本方法実施例の実行手順を説明する。図１は二次元
位置検出素子（以下、ＰＳＤ）３を用いた場合（光ビー
ムで走査する場合）である。まず、光源の発光量が一定
の半導体レーザ１をドライブ回路２によって一定の発光
量を出力する。

【００５６】コリメータ７を通って被測定面α1 で反射
して戻ってきた光Ｌ2 はレンズ系８を通って二次元位置
検出素子（二次元ＰＳＤ）３で検出され、ＰＳＤ検出回
路４でＰＳＤ３上での受光量に比例した信号（受光量信
号Ｐｏ）、及びＰＳＤ３上での光ビームＬ2 の結像点の
位置（Ｘ座標，Ｙ座標）に比例した信号（ｘ位置信号Ｓ
1 ，ｙ位置信号Ｓ2 ）を出力する。そして、これらの信
号は、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信号に返還されて、マ
イクロプロセッサ６に入力させる。

【００５７】マイクロプロセッサ６では、ｘ位置信号Ｓ
1'、ｙ位置信号Ｓ2'とから所定の演算を行って、図３に
示す回転走査部９の回転中心から被測定面α1 間での距
離Ｘを算出すると共に、予め、図４に示したような静特
性を記憶系Ｄに記憶しておき、距離Ｘと受光量信号Ｐｏ
の測定値（Ｘｎ，Ｐｏｎ）と比較して、これに最も近い
パラメータを選択し、表面性状情報と距離情報を同時並
行出力する。

【００５８】詳しくは、ＰＳＤ３により、被測定面α1
までの距離Ｘの情報と受光量Ｐｏが検出され、受光量Ｐ
ｏは被測定面α1 の性状の情報を含んでいるが、これは
被測定面α1 までの距離Ｘの関数となる。図４は被測定
面α1 までの距離Ｘに対するＰＳＤ３の受光量Ｐｏの関
係を被測定面α1 の性状をパラメータとして表したもの
の一例である。距離Ｘが長くなるほど受光量Ｐｏは低下
し、また、被測定面α1 の散乱特性の良いものほど受光
量Ｐｏは高くなる。

【００５９】従って、予め被測定物αとして想定される
複数の性状をパラメータとして、このような距離Ｘと受
光量Ｐｏとの相互関係（静特性）を測定して用意してお
き、実際に計測された座標（Ｘｎ，Ｐｏｎ）に最も近い
パラメータを選ぶことにより、被測定面の性状を推定す
ることができる。例えば、図４の場合は、距離Ｘｎと受
光量Ｐｏｎが計測されたとすると、パラメータ２が選択
され、表面性状はビニール管であると推定できる。

【００６０】図３は、被測定物αが管路の内面等のよう
に円筒面であるものを光ビームＬ1の回転走査によっ
て、全周方向にわたって測定する場合を説明すると、同
図において、光源としても半導体レーザ１から出た光Ｌ
1 はコリメータ７を通して平行光束となり、回転走査部
９の入射光用反射鏡１０で反射屈折されて被測定面α１
に照射される。ここで散乱した光Ｌ2 の一部が回転走査
部９の出射光用反射鏡１１で反射屈折され、レンズ系８
で集束されて二次元位置検出素子（二次元ＰＳＤ）３上
で結像する。

【００６１】そして、三角計量法の原理により、二次元
ＰＳＤ３上の結像点に依存する二次元位置信号（ｘ位置
信号Ｓ1 ，ｙ位置信号Ｓ2 ）から、被測定面α1 の性状
に関する情報が得られる。ここで、回転走査部９を回転
することにより、管路α内表面α1 の全周方向にわたっ
て照射位置を移動しながら連続的に測定することができ
る。

【００６２】他方、図２は、被測定面α1 を平面の１点
とした場合であって、半導体レーザ１等の光源から出た
光Ｌ1 はコリメータ７を通して平行光束となり、被測定
面α1 に当てられ、ここで四方八方に散乱してその散乱
反射光Ｌ2 の一部がレンズ系８を通して集束され、一次
元位置検出素子（一次元ＰＳＤ）３上で結像する。そし
て、いわゆる三角測量法の原理により、一次元ＰＳＤ３
上の結像点に依存したｘ位置信号Ｓ1 のみから、被測定
面α1 までの距離Ｘの情報が得られる。また一次元ＰＳ
Ｄ３上での受光量Ｐｏから被測定面α1 の性状に関する
情報が得られる。

【００６３】（装置実施例２）図５は本装置実施例の基
本的なシステム構成図である。なお、図１乃至図３に示
す前記装置実施例１中同系と同素子は同一符号を付して
説明の重複を避けた。

【００６４】本装置実施例は、光Ｌ1 を発射するととも
にその発光量信号Ｐｉをモニタ出力する発光系Ａ' と、
発光系Ａ' からの光Ｌ1 を被測定物αの表面α1 に照射
し、その散乱反射光Ｌ2 を受光検出して受光量信号Ｐｏ
とｘ位置信号Ｓ1 、ｙ位置信号Ｓ2 を出力する受光検出
系Ｂと、予め予想される複数の被測定物α表面α1 の性
状をパラメータ記憶する記憶系Ｃと、発光量信号Ｐｉと
受光量信号Ｐｏとｘ位置信号Ｓ1 とｙ位置信号Ｓ2 とを
信号変換する変換系Ｄと、それぞれ変換された発光量信
号Ｐｉ' と受光量信号Ｐｏ' とｘ位置信号Ｓ1'とｙ位置
信号Ｓ2'を記憶系Ｃに記憶された前記パラメータ情報群
と比較照合演算して最も近いパラメータ情報を選択する
照合演算系Ｅとからなる。

【００６５】発光系Ａ' は、受光量信号Ｐｏに応じて発
光量Ｐｉを変化自在かつ発光量モニタとしてのフォトダ
イオード１２を一体内蔵した半導体レーザ１' と、フォ
トダイオード１２に接続して発光量信号Ｐｉを出力する
発光量検出回路１３と、受光検出系Ｂの位置検出回路４
からの受光量信号Ｐｏを帰還入力し、受光量信号Ｐｏに
応じてドライブ回路２を駆動する帰還回路１４との有機
的組合構成からなる。

【００６６】（方法実施例２）当該本装置実施例に適用
する本方法実施例の実行手順を説明する。前記方法実施
例１の方法は、光源として一定光量を発する場合に適用
できるが、逆に、光源の発光量Ｐｉを可変にして、受光
量Ｐｏを一定に保つように制御される場合がある。この
場合は、静特性として図６に示すように、被測定面α1
までの距離Ｘに対する散乱反射率β（光源から発する発
光量Ｐｉに対するＰＳＤ３上での受光量Ｐｏの比、β＝
Ｐｏ／Ｐｉ）をとればよい。例えば、図６の場合、被測
定面α1 までの距離としてＸｎが、散乱反射率としてβ
ｎが検出されたとすると、静特性はパラメータ３が選択
され、被測定面α1 の性状は鋼管錆有と推定される。

【００６７】詳しくは、光源として用いる半導体レーザ
１' 内部に発光量モニタ用のフォトダイオード１２が内
蔵されている。この出力が発光量検出回路１３によっ
て、発光量信号Ｐｉとして取り出される。被測定面α1
で反射して戻ってきた光Ｌ2 は二次元位置検出素子（二
次元ＰＳＤ）３で検出され、ＰＳＤ検出回路４でＰＳＤ
３上での受光量に比例した信号（受光量信号Ｐｏ）、お
よびＰＳＤ３での光ビームＬ2 の結像点の位置（Ｘ座
標，Ｙ座標）に比例した信号（ｘ位置信号Ｓ1 ，ｙ位置
信号Ｓ2 ）を出力する。

【００６８】このうち、受光量信号Ｐｏは帰還回路１４
を通して、ドライブ回路２に帰還され、例えば、受光量
を一定に保つように半導体レーザ１' の発光量を制御す
る。発光量信号Ｐｉ、受光量信号Ｐｏ、ｘ位置信号Ｓ1
およびｙ位置信号Ｓ2 は、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信
号Ｐｉ' ，Ｐｏ' ，Ｓ1'，Ｓ2'に変換されてマイクロプ
ロセッサ６に入力される。

【００６９】マイクロプロセッサ６では、ｘ位置信号Ｓ
1 とｙ位置信号Ｓ2 とから所定の演算を行って、図３に
示す回転走査部９の回転中心から被測定面α1 までの距
離Ｘ、および発光量信号Ｐｉ' と受光量信号Ｐｏ' から
散乱反射率βを算出すると共に、予め、図６に示したよ
うな静特性を記憶しておき、距離Ｘと散乱反射率βの測
定値（Ｘｎ，βｎ）と比較して、これに近いパラメータ
を選択し、表面性状情報と距離情報を同時並行出力す
る。なお、図２に示す一次元ＰＳＤ３を用いて平面の一
点を測定する場合は、ｙ位置信号Ｓ2 の部分が不用なだ
けで、その他は同じである。

【００７０】

【発明の効果】以上、述べたように本発明によれば、被
測定物までの距離と光源の発光量および反射後の受光量
を同時に測定し、被測定物の種類によって予め測定して
設定した静特性と比較して被測定面の性状を診断するよ
うに構成しているから、距離によって受光量が変動して
も、受光量の情報、または散乱反射率の情報から、被測
定物の性状を自動的に診断することができる。また、距
離の情報により、被測定物の表面の凹凸状態も同時に測
定できるという利点がある。

【００７１】光源の種類として一定光源の場合と可変光
量の場合を説明したが、一定光量の場合は、受光量だけ
測定すれば良いので、処理が簡単だが反射率の変化に対
応できる範囲が制限される一方、可変光量の場合は、発
光量と受光量を測定する必要があるので、処理が多少複
雑になるが、反射率の変化には広く対応できる等優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の第１実施例を示すシステムブロ
ック構成図である。

【図２】同上の使用状態説明図である。

【図３】同上の他の使用状態説明である。

【図４】同上で用いる距離／受光量相関特性パラメータ
曲線グラフである。

【図５】本発明装置の第２実施例を示すシステムブロッ
ク構成図である。

【図６】同上で用いる距離／散乱反射率相関特性パラメ
ータ曲線グラフである。

【符号の説明】

Ａ，Ａ' …発光系 Ｂ…受光検出系 Ｃ…記憶系 Ｄ…変換系 Ｅ…照合演算系 α…被測定物 α1 …表面 Ｌ1 …照射光 Ｌ2 …散乱反射光 １，１' …半導体レーザ ２…ドライブ回路 ３…位置検出素子 ４…位置検出回路 ５…Ａ／Ｄ変換器 ６…マイクロプロセッサ ７…コリメータ ８…レンズ系 ９…回転走査部 １０…入射光用反射鏡 １１…出射光用反射鏡 １２…フォトダイオード １３…発光量検出回路 １４…帰還回路 Ｐｉ，Ｐｉ' …発光量信号 Ｐｏ，Ｐｏ' …受光量信号 Ｓ1 ，Ｓ1'…ｘ位置信号 Ｓ2 ，Ｓ2'…ｙ位置信号

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め、予想される複数の被測定物の表面性
   状を受光距離特性パラメータ群として用意して置き、 まず、発光手段からの照射光を被測定物の表面に照射
   し、 次いで、その散乱反射光を位置検出手段で受光検出し、 その後、その受光位置から、三角測量法によって前記被
   測定物までの距離を測定し、 引続き、当該測定値により前記パラメータ群から最も近
   いパラメータを選定し、 その上で、前記被測定物の表面性状を推定する、 ことを特徴とする表面性状測定方法。
2. 【請求項２】発光手段は、 受光量の多少に係わらず一定光量を発する、 ことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定方法。
3. 【請求項３】発光手段は、 受光量に応じて発光量を変化される、 ことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定方法。
4. 【請求項４】受光距離特性パラメータは、 被測定物までの距離Ｘに対する位置検出手段上の受光量
   Ｐｏを測定した静特性を表す、 ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面性状測定
   方法。
5. 【請求項５】受光距離特性パラメータは、 被測定物までの距離Ｘに対する散乱反射率βを測定した
   静特性を表す、 ことを特徴とする請求項１又は３に記載の表面性状測定
   方法。
6. 【請求項６】散乱反射率βは、 発光手段から発する発光量Ｐｉに対する位置検出手段に
   入る受光量Ｐｏの比である、 ことを特徴とする請求項５に記載の表面性状測定方法。
7. 【請求項７】最も近いパラメータの選定は、 まず、測定時に位置検出手段により距離Ｘと受光量Ｐｏ
   を同時に測定し、 次いで、その座標（Ｘ，Ｐｏ）を求め、 引続いて、静特性を表すパラメータ群中から当該座標に
   最照合するパラメータを選ぶ、 ことを特徴とする請求項１、２又は４に記載の表面性状
   測定方法。
8. 【請求項８】最も近いパラメータの選定は、 まず、測定時に、位置検出手段により距離Ｘと受光量Ｐ
   ｏを測定し、 これと同時並行して、発光手段から発する発光量Ｐｉを
   も測定し、 次いで、当該発光量Ｐｉに対する受光量Ｐｏの比の散乱
   反射率βを算出し、 引続いて、その座標（Ｘ，β）を求め、 その上で、静特性を表すパラメータ群中から当該座標に
   最照合するパラメータを選ぶ、 ことを特徴とする請求項１、３、５又は６に記載の表面
   性状測定方法。
9. 【請求項９】照射光と散乱反射光は、 それぞれ途中を回転走査手段を通して屈折し、 当該回転走査手段を一体同軸回転することにより被測定
   物の照射位置を周方向に亙り回転移動する、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又
   は８に記載の表面性状測定方法。
10. 【請求項１０】屈折は、 反射屈折である、 ことを特徴とする請求項９に記載の表面性状測定方法。
11. 【請求項１１】被測定物は、 内表面を有する円筒物や管路等である、 ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の表面性状測
    定方法。
12. 【請求項１２】発光系と、 当該発光系からの光を被測定物の表面に照射し、その散
    乱反射光を受光検出して受光量信号と次元位置信号を出
    力する受光検出系と、 予め予想される複数の被測定物の表面性状をパラメータ
    記憶する記憶系と、 前記受光量信号及び前記次元位置信号と当該記憶系に記
    憶されたパラメータ情報とを比較照合演算して最も近い
    パラメータ情報を選択する照合演算系とを備える、 ことを特徴とする表面性状測定装置。
13. 【請求項１３】受光検出系と照合演算系は、 その間に信号変換する変換系を介挿する、 ことを特徴とする請求項１２に記載の表面性状測定装
    置。
14. 【請求項１４】光を発射するとともにその発光量信号を
    モニタ出力する発光系と、 当該発光系からの光を被測定物の表面に照射し、その散
    乱反射光を受光検出して受光量信号と次元位置信号を出
    力する受光検出系と、 予め予想される複数の被測定物表面の性状をパラメータ
    記憶する記憶系と、 前記発光量信号と前記受光量信号と前記次元位置信号を
    当該記憶系に記憶されたパラメータ情報と比較照合演算
    して最も近いパラメータ情報を選択する照合演算系とを
    備える、 ことを特徴とする表面性状測定装置。
15. 【請求項１５】発光系及び受光検出系は、 照合演算系との間に信号を変換する変換系を介挿する、 ことを特徴とする請求項１４に記載の表面性状測定装
    置。
16. 【請求項１６】発光系は、 受光量の多少に係わらず一定光量を発光自在な光源を有
    する、 ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の表面性状
    測定装置。
17. 【請求項１７】発光系は、 光源と、 これを発光駆動するドライブ回路と、 の有機的組合構成からなる、 ことを特徴とする請求項１２、１３又は１６に記載の表
    面性状測定装置。
18. 【請求項１８】光源は、 半導体レーザである、 ことを特徴とする請求項１６に記載の表面性状測定装
    置。
19. 【請求項１９】発光系は、 受光量に応じて発光量を変化自在に構成する、 ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の表面性状
    測定装置。
20. 【請求項２０】発光系は、 発光量モニタ付光源と、 発光量モニタに接続して発光量信号を出力する発光量検
    出回路と、 前記光源を発光駆動するドライブ回路と、 受光検出系からの受光量信号を帰還入力し受光量に応じ
    て当該ドライブ回路を駆動する帰還回路と、 の有機的組合構成からなる、 ことを特徴とする請求項１４、１５又は１９に記載の表
    面性状測定装置。
21. 【請求項２１】発光量モニタ付光源は、 半導体レーザである、 ことを特徴とする請求項２０に記載の表面性状測定装
    置。
22. 【請求項２２】発光量モニタは、 半導体レーザに一体内蔵されたフォトダイオードであ
    る、 ことを特徴とする請求項２０又は２１に記載の表面性状
    測定装置。
23. 【請求項２３】受光検出系は、 被測定物表面からの散乱反射光を受光検出する位置検出
    素子と、 当該位置検出素子と接続し受光量信号と次元位置信号と
    を出力する位置検出回路と、 の有機的組合構成からなる、 ことを特徴とする請求項１２、１３、１４、１５、１
    ６、１７、１８、１９、２０、２１又は２２に記載の表
    面性状測定装置。
24. 【請求項２４】変換系は、 アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器群
    からなる、 ことを特徴とする請求項１３、１４、１５、１６、１
    ７、１８、１９、２０、２１、２２又は２３に記載の表
    面性状測定装置。
25. 【請求項２５】照合演算系は、 マイクロプロセッサである、 ことを特徴とする請求項１２、１３、１４、１５、１
    ６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３又は２
    ４に記載の表面性状測定装置。
26. 【請求項２６】位置検出素子は、 一次元から三次元位置のいずれかを検出自在である、 ことを特徴とする請求項２３、２４又は２５に記載の表
    面性状測定装置。
27. 【請求項２７】光源は、 照射光軸が軸心を透過するようコリメータを前置する、 ことを特徴とする請求項１７、１８、１９、２０、２
    １、２２、２３、２４、２５又は２６に記載の表面性状
    測定装置。
28. 【請求項２８】位置検出素子は、 反射光軸が中心を透過するようレンズ系を前置する、 ことを特徴とする請求項２３、２４、２５、２６又は２
    ７に記載の表面性状測定装置。
29. 【請求項２９】コリメータとレンズ系は、 その間に、入射光用反射鏡と出射光用反射鏡を一体同軸
    回転する回転走査部を介在し、 測定時、被測定物の内表面を周方向に亙り回転移動照射
    するよう、前記コリメータを透過した光源光を前記入射
    光用反射鏡で一旦反射して前記被測定物の内表面を照射
    し、その散乱反射光を前記出射光用反射鏡で再反射して
    前記レンズ系に入射自在に構成する、 ことを特徴とする請求項２８に記載の表面性状測定装
    置。