JPH0949706A - レーザ光を用いた被計測物の前後方向の移動量測定方法 - Google Patents

レーザ光を用いた被計測物の前後方向の移動量測定方法

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JPH0949706A
JPH0949706A JP22260595A JP22260595A JPH0949706A JP H0949706 A JPH0949706 A JP H0949706A JP 22260595 A JP22260595 A JP 22260595A JP 22260595 A JP22260595 A JP 22260595A JP H0949706 A JPH0949706 A JP H0949706A
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Abstract

(57)【要約】 [目的] レーザ発振器ならびに計測器の前方位置にあ
る被計測物の遠近方向への移動量を計測しようとするこ
とを目的としたものである。 [構成] 被計測物に照射するレーザ光の照射角と反射
光の反射角とが設定した視野角となるようにレーザ発振
器と計測器のCCDカメラの視野範囲となるように設置
するとともに、CCDカメラと被計測物との中間位置
で、かつ、CCDカメラの視野範囲内に遮光物を介装
し、ことによりレーCCDカメラが撮られるレーザ光被
照射域の反射映像範囲に描かれたスペックルパターン中
に前記の遮光物による空白域を形成し、計測器に対して
被計測物の遠近移動の移動状態をスペックルパターンの
映像範囲内における前記空白域の移動を標識的に検知
し、光学的に認識し、移動認識画素を演算処理して測定
数値を出力表示できるようにしてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光を用
い、計測器に対して前後動する被計測物の移動量を計測
する計測方法に関するものである。
【0002】
【技術的背景】この発明は、基本的に被計測物にレーザ
光を照射し、被照射域の映像範囲に描かれたスペックル
パターンを標識として撮らえ、これを光学的に検知し、
かつ、演算処理し、更にこれを測定値として出力表示す
るものである。
【0003】被計測物にレーザ光を照射し、被照射域の
映像範囲に描かれたスペックルパターンは、被照射面の
面粗度に倣って標示され、その映像範囲ごと異った特異
性を示す特性を利用し、被計測物と計測装置とのCCD
カメラの視野範囲に遮光物を設置し、該遮光物による影
作用を形成させ、スペックルパターン中に該影作用によ
る空白箇所を顕出し、この空白域の移動を被計測物の移
動量として計測値としようとするものである。
【0004】
【従来の技術】従来より非接触による計測方法にあっ
て、被計測物にレーザ光を照射することにより被照射域
の映像範囲に描かれたスペックルパターンを標識として
光学的に認識し、かつ、該認識画素を演算処理し、計測
数値を表示出力させてなる計測方法は、本特許願と同一
出願人がした特開平7−110216号、特願平5−2
77438号ならびに特願平6−147079号があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】レーザ光による被計測
物までの距離測定方法は、レーザ光を被計測物に照射
し、反射光を受光するまでの時間から距離を導き出して
いた。
【0006】ところが、この方式では至近距離(0〜数
メートル)である場合は光の伝搬速度が40万キロメー
トル/秒と早く、計測が不可能であった。また、オート
・フォーカス(レーザ光が描く円の大きさを、測定)方
法は光学系の複雑・煩雑化となり、精密機構が必要とな
る。
【0007】これらの課題を解決する方法として、映像
範囲内の遮光位置による影から被計測物までの距離を導
き出す方式を開発した。
【0008】この発明は、レーザ発振器ならびに計測器
の前方位置にある被計測物の遠近方向への移動量を計測
しようとする方法を目的としたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成させるための手段として、被計測物に照射するレ
ーザ光の照射角と反射光の反射角とが設定した視野角と
なるようにレーザ発振器と計測器のCCDカメラの視野
範囲となるように設置するとともに、CCDカメラと被
計測物との中間位置で、かつ、CCDカメラの視野範囲
内に遮光物を介装し、ことによりレーCCDカメラが撮
られるレーザ光被照射域の反射映像範囲に描かれたスペ
ックルパターン中に前記の遮光物による空白域を形成
し、計測器に対して被計測物の遠近移動の移動状態をス
ペックルパターンの映像範囲内における前記空白域の移
動を標識的に検知し、光学的に認識し、移動認識画素を
演算処理して測定数値を出力表示できるようにしてなる
ものである。
【0010】
【発明の実施の形態】この発明は、位相差方式として、
レーザ光とCCDカメラに既知の適宜な角度を付け、被
計測物からの反射光を一部分だけ遮る遮光体をCCDカ
メラの前方定位置に設置する。
【0011】この遮光体により映像範囲内に既知の角度
に対応した遮光部分が生ずる。この状態において、CC
Dカメラと被計測物までの距離を前後することにより映
像範囲内の遮光部分が移動する。この移動した位置を認
識することにより、被計測物までの距離を計測すること
ができる。
【0012】既知の角度を狭めることにより、被計測物
までの距離範囲を広げることができるが、精度の低下を
招く。逆に角度を広げることにより被計測物までの距離
範囲が狭められるが高精度計測が可能である。
【0013】この発明は、レーザ光発振器と計測器とが
互いに近傍位置に定置するものである。
【0014】すなわち、レーザ光の光軸と、計測器にお
けるCCDカメラの視野角をある角度に設定するもの
で、その反射面となる位置を仮想被計測物設置位置と
し、かつ、対向面が反射面となるようにする。
【0015】この反射面とCCDカメラとの中間位置
で、かつ、該CCDカメラの視野範囲内に遮光物を設置
するものである。
【0016】CCDカメラの視野範囲の光軸に対し、或
る設定した視野角度をもって前記視野範囲を斜状に交叉
させるレーザ光の光幅が、前記視野角度に対し交叉開始
点から交叉終了点、すなわち、交叉範囲内が被告計測物
の計測可能な範囲とするものである。
【0017】前記の計測可能な範囲中の被計測物にレー
ザ光を照射し、被照射域の映像範囲に描かれたスペック
ルパターンは、被照射面の面粗度に倣い反射光としてC
CDカメラが撮らえる。
【0018】これらはレーザ光を反射させる被計測物の
遠近方向の移動により、位置が固定されているレーザ光
照射角度と、固定位置に設置されているCCDカメラに
おける視野範囲とにより、描かれる反射光としてスペッ
クルパターンを認識する範囲内を移動する点にある。
【0019】そして、移動するスペックルパターンの中
で、標識として捕らえるのが前記遮光物によって影とし
て生じさせた空白域である。
【0020】この発明は、レーザ光発振器と計測器とを
被計測物を反射面としての入射角と反射角との関係から
互いに近傍に定置することが条件とする。
【0021】すなわち、レーザ光の光軸と計測器におけ
るCCDカメラの視野角を或る角度に設定するもので、
その反射面となる位置を仮想被計測物設置位置とし、か
つ、対向面が反射面となるようにする。
【0022】この反射面とCCDカメラとの中間位置
で、かつ、CCDカメラの視野範囲内に遮光物を設置す
るものである。
【0023】CCDカメラの視野範囲の光軸に対し、或
る設定した視野角度をもって、前記視野範囲を斜状に交
叉させるレーザ光が、前記視野角に対し交叉開始点か
ら、交叉終了点、すなわち、交叉範囲内が被計測物の計
測可能な範囲とするものである。
【0024】前記の計測可能な範囲中の被計測物にレー
ザ光を照射し、被照射域の映像範囲内に描かれたスペッ
クルパターンは、被照射面の面粗度に倣い反射光として
CCDカメラが撮らえるものであるが、その反射光の光
幅中には、該CCDカメラの前方位置に設置した遮光物
により、「影」が形成され、スペックルパターンを映像
として撮らえ、かつ、これを認識する部分に空白域が形
成される。
【0025】そこで、被計測物が前記計測範囲内におい
て移動すれば、スペックルパターンとして認識する部分
に描かれた空白域が計測開始の位置より被計測物の移動
量に準じて左右方向あるいは上下方向に移動する。
【0026】これら、前記の空白域の移動状態は、計測
装置に対してレーザ光発振器の設置位置またはレーザ光
照射方向の態様に準じたものとする。
【0027】これらは、レーザ光を反射させる被計測物
の移動により、位置が固定されているレーザ光照射角度
と固定位置に設置されているCCDカメラの視野範囲に
より、描かれるスペックルパターンが認識範囲内に移動
する点にある。
【0028】移動するスペックルパターンの中で標識と
して撮らえるのが前記の空白域である。
【0029】次ぎにこの発明を図とともに説明する前段
として、本発明の方式を達成するための被計測物ならび
に検証機として各部位について説明する。
【0030】1は被計測物。2はCCD(電荷結合素
子;Charge CoupledDevice)カメ
ラ5の映像範囲。3はレーザ発振器4が被計測物1にレ
ーザ光が照射されて粗面により描くスペックルパター
ン。4はレーザ発振器。5はCCDカメラ。6はCCD
カメラ5のアナログ信号をディジタル信号に変換するA
/D(Analg/Digital)変換器。7はスペ
ックルパターン3を標識として上下および横移動量を算
出する演算装置。8はスペックルパターン3を直接目視
するCRT(Cathode Ray Tube di
splay)である。
【0031】レーザ発振器4は、被計測物に安定したス
ペックルパターンを描くために高輝度・指向性・可視光
を使用し、レーザ素子、冷却回路、駆動回路およびレン
ズより構成する。
【0032】CCDカメラ5は、被計測物に描くスペッ
クルパターンを撮るために使用し、NTSC信号(アナ
ログデータ)に変換する機能を有し、移動距離の測定精
度はCCD画素の間隔により決定し、スペックルパター
ンの大きさにより、コンピュータが処理しやすい粗密に
拡大または縮小するためにズームレンズを使用すること
もある。
【0033】A/D変換器6は、アナログ信号をディジ
タル信号に変換する機能を有する。NTSC信号は、ア
ナログ信号である。従って、コンピュータの記憶素子に
スペックルパターンを格納するためにディジタル信号に
変換する必要がある。スペックルパターンは明暗による
班点模様であるために例えば、明点を“1”、暗点を
“0”とする2値化に変換する。
【0034】演算装置7は、被計測物の移動状態(スペ
ックルパターン)を連続的に記憶素子に格納し、任意の
明暗点の移動をCCD画素間隔(基準長)で演算し、数
値情報として表示出力する。
【0035】CRT8は、検証・実験・試験段階では、
スペックルパターンならびに移動距離をCRTモニタ画
面上に表示し、パターンおよび移動状態を視覚すること
を目的として使用する。ただし、実用機では、セブン・
セグメント表示器により移動距離を数値として表示出力
する。
【0036】被計測物1をアルミニューム板とした場合
において、該アルミニューム板にレーザ光を照射し、実
際に描いたスペックルパターンを写真撮影したものが図
3である。
【0037】被計測物1にレーザ光を照射し、スペック
ルパターン3をCCDカメラ5で撮影し、A/D変換器
6で明暗による中間色を除去し、明と暗の2つの信号に
変換して演算装置7に入力できるようにしてある。
【0038】9はレーザ光、10は遮光物、11は空白
域、12はCCDカメラの視野範囲、Lは計測可能範
囲、L’はCCDカメラ5から被計測物1までの距離、
θはレーザ光と視野範囲の光軸との視野角度を示すもの
である。
【0039】前記レーザ光9とCCDカメラ5の視野範
囲の光軸との視野角度θの関係について、該視野角度θ
が大の場合は、計測可能範囲Lが狭くなるが、CCDカ
メラ5から被計測物1までの距離L’の計測精度が向上
し、また、レーザ光9とCCDカメラ5の視野角度θが
小の場合は計測可能範囲Lが広くなるが、被計測物1ま
での距離L’の計測精度が低下する。
【0040】さらにまた、CCDカメラ5より被計測物
1までの距離L’が大の場合には視野角度θが小であっ
てもCCDカメラ5とレーザ発振器4との離間距離を大
に採る必要があり、したがって、至近距離の被計測物1
の移動量を計測する手段として最適であり、位相差方式
といえる測定方法である。
【0041】
【発明の効果】この発明は、被計測物の微細な移動量の
計測にレーザ光を用い、その移動方向が遠近方向となる
ような位置にレーザ発振器ならびに計測器を設置し、か
つ、反射光の光幅中に遮光物を設置することにより、そ
の影の移動量を計測する位相差方式として被計測物の至
近位置より正確な移動利用を計測することができる効果
があるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による実施例の構成図
【図2】 光路作用を説明する平面図
【図3】 演算装置が認識したCCD画素の範囲中に空
白域を表したスペックルパターン
【符号の説明】
1 被計測物 2 映像範囲 3 スペックルパターン 4 レーザ発振器 5 CCDカメラ 6 A/D変換器 7 演算装置 8 CRT 9 レーザ光 10 遮光物 11 空白域 12 CCDカメラの視野範囲 L 計測可能範囲 L’ CCDカメラから被計測物までの距離 θ 視野角度

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被計測物に照射するレーザ光の照射角と
    反射光の反射角とが設定した視野角となるようにレーザ
    発振器と計測器のCCDカメラの視野範囲となるように
    設置するとともに、CCDカメラと被計測物との中間位
    置で、かつ、CCDカメラの視野範囲内に遮光物を介装
    し、ことによりレーCCDカメラが撮られるレーザ光被
    照射域の反射映像範囲に描かれたスペックルパターン中
    に前記の遮光物による空白域を形成し、計測器に対して
    被計測物の遠近移動の移動状態をスペックルパターンの
    映像範囲内における前記空白域の移動を標識的に検知
    し、光学的に認識し、移動認識画素を演算処理して測定
    数値を出力表示できるようにしてなることを特徴とする
    レーザ光を用いた被計測物の前後方向の移動量測定方
    法。
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