JPH11148808A - 形状認識装置 - Google Patents

形状認識装置

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JPH11148808A
JPH11148808A JP31523597A JP31523597A JPH11148808A JP H11148808 A JPH11148808 A JP H11148808A JP 31523597 A JP31523597 A JP 31523597A JP 31523597 A JP31523597 A JP 31523597A JP H11148808 A JPH11148808 A JP H11148808A
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正美 石井
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清英 関本
Norio Kamagami
則夫 鎌上
Yutaka Hisamitsu
豊 久光
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査ミラーの小型化を可能とし、投光するパ
ルスレーザー光の走査スピードを高め、対象物の形状認
識の高速化を可能とする。 【解決手段】 パルスレーザー光をＸ軸ミラー２３およ
びＹ軸ミラー２４を用いて二次元走査しつつ対象物１７
に向けて投光する投光部１９と、前記対象物１７からの
反射レーザー光を受光する受光部２０とをセンサヘッド
部１０に分離配置すると共に、受光部２０が、パルスレ
ーザー光の走査範囲と同じかそれより広い視野角を有す
る集光レンズ２１と、この集光レンズ２１の焦点領域に
設置された撮像素子２２とにより構成されるようにして
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の表面形状
を非接触で遠隔から認識できる形状認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、対象物の表面形状を遠隔で非接触
に認識する形状認識装置が知られており、たとえば、船
艙にバラ積みされた石炭や鉄鉱石などの対象物の表面位
置、すなわち対象物の積層高さの計測などに用いられて
いる。
【０００３】図２に示すように、このような従来の形状
認識装置１は、例えば、レーザー投光部２、部分透過ミ
ラー３、Ｘ軸ミラー４およびその駆動部５、Ｙ軸ミラー
６およびその駆動部７、保護窓部８、撮像素子９などか
らなるセンサヘッド部１０と、システム制御部１１、パ
ルスレーザー発振器１２、スキャナ制御回路１３、時間
間隔計測回路１４などからなる信号処理部１５とで構成
されている。
【０００４】そして、システム制御部１１からの指令に
基づいてパルスレーザー発振器１２からパルスレーザー
光が発信され、レーザー投光部２からパルスレーザー光
が投光され、パルスレーザー光は、部分透過ミラー３、
Ｘ軸ミラー４およびＹ軸ミラー６、保護窓部８を介し
て、船艙１６内にバラ積みされた対象物１７へ照射され
る。
【０００５】この時、システム制御部１１からの指令に
基づいてスキャナ制御回路１３によりＸ軸ミラー４の駆
動部５およびＹ軸ミラー６の駆動部７が制御され、Ｘ軸
ミラー４およびＹ軸ミラー６が回転または往復旋回され
て、レーザー投光部２からのパルスレーザー光が船艙１
６内にバラ積みされた対象物１７上で二次元走査され
る。
【０００６】そして、対象物１７から反射されたレーザ
ー光は、保護窓部８、Ｙ軸ミラー６、Ｘ軸ミラー４、お
よび、部分透過ミラー３を介して撮像素子９で受光さ
れ、撮像素子９からの受光信号が時間間隔計測回路１４
へ送られて、時間間隔計測回路１４が、パルスレーザー
光が投光されてから受光されるまでの時間を計測し、シ
ステム制御部１１がこの時間に基づき、対象物１７まで
の距離を求めると共に、これらの距離データを合成して
対象物の表面形状を認識する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の形状認識装置１においては、撮像素子９によって受
光される反射レーザー光がＹ軸ミラー６およびＸ軸ミラ
ー４を介して受光される構成となっていたため、計測速
度が遅くなってしまうという問題があった。
【０００８】すなわち、レーザー投光部２からのパルス
レーザー光は極めて細い線径であるが、対象物１７で反
射されて戻ってくる反射レーザー光量を高感度に検出す
るため、Ｘ軸ミラー４およびＹ軸ミラー６のミラー径を
たとえば５〜６ｃｍ程度にまで大きくせざるを得ないの
が実状であった。
【０００９】その結果、ミラーの大型化に伴なって駆動
部５、７に負担がかかり、ミラーの走査スピードが遅く
なるため、対象物１７の形状認識が素速く行えないとい
う問題があった。
【００１０】そこで、本発明は、上述の実状に鑑み、ミ
ラーの小型化を可能とし、ミラーの走査スピードを高め
て、高速で対象物の形状認識が可能となる形状認識装置
を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、パルスレーザ
ー光をＸ軸ミラーおよびＹ軸ミラーを用いて二次元走査
しつつ対象物に向けて投光する投光部と、前記対象物か
らの反射レーザー光を受光する受光部とをセンサヘッド
部に分離配置すると共に、受光部を、パルスレーザー光
の走査範囲と同じかそれより広い視野角を有する集光レ
ンズと、この集光レンズの焦点領域に設置された撮像素
子とで構成したことを特徴とする形状認識装置にかかる
ものである。
【００１２】この場合において、前記センサヘッド部
に、対象物のレーザー光軌跡を撮影可能な撮像装置を備
えるようにしても良い。
【００１３】上記構成によれば以下のような作動が得ら
れる。
【００１４】センサヘッド部を構成する投光部により、
パルスレーザー光をＸ軸ミラーおよびＹ軸ミラーを用い
て二次元走査しつつ対象物に向けて投光し、前記対象物
からの反射レーザー光を受光部で受光する。
【００１５】この際、受光部を、パルスレーザー光の走
査範囲と同じかそれより広い視野角を有する集光レンズ
と、この集光レンズの焦点領域に設置された撮像素子と
で構成したので、Ｘ軸ミラーおよびＹ軸ミラーを大型化
する必要がなくなり、その分、Ｘ軸ミラーおよびＹ軸ミ
ラーを大幅に小型化することが可能となる。
【００１６】この結果、Ｘ軸ミラーおよびＹ軸ミラーが
軽量となり、それぞれの駆動部の負担が大幅に軽減され
るので、パルスレーザー光の走査スピードを高速化する
ことが可能となり、対象物に対する形状計測速度を極め
て高速化することができ、よって、対象物が動く場合
や、センサヘッド部を動かすような場合でも、支障な
く、距離の測定を行わせることが可能となる。
【００１７】この場合において、前記センサヘッド部
に、撮像装置を備えて対象物のレーザー光軌跡を撮影さ
せるようにすることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。
【００１９】図１は、本発明の実施の形態の一例であ
り、形状認識装置の基本的な構成については、図２と同
様であるため、同一の部分については同一の符号を付す
ことにより説明を省略する。
【００２０】又、本実施の形態では、図２と同様、船艙
１６内にバラ積みされた鉄鉱石などの対象物１７の形状
を認識する場合について説明する。
【００２１】本発明は、センサヘッド部１０を、投光部
１９と受光部２０に分離したところにその特徴がある。
【００２２】より具体的に説明すると、投光部１９にお
けるパルスレーザー光を投光する保護窓部８の側部に、
対象物１７から反射されたレーザー光を受光する受光部
２０を取付ける。上記受光部２０は、船艙１６内に対す
るパルスレーザー光の走査範囲と同じかそれより広い視
野角を有する集光レンズ２１と、この集光レンズ２１の
焦点領域に配設された例えばフォトダイオードなどの撮
像素子２２とで構成されている。集光レンズ２１は、広
角レンズ、好ましくは、魚眼レンズを用いるのが良い。
【００２３】これに伴い、投光部１９に設けられるＸ軸
ミラー２３およびＹ軸ミラー２４を小型化する。
【００２４】更に、必要に応じて、センサヘッド部１０
に船艙１６内を撮影可能な撮像装置２５を設ける。上記
撮像装置２５は、船艙１６内を撮影可能な視野角を有す
る集光レンズ２６と、集光レンズ２６の焦点領域に配設
されたＣＣＤなどの撮像素子２７とで構成されている。
【００２５】これに伴って、信号処理部１５に、撮像素
子２７からのレーザー光軌跡の映像信号を画像処理する
画像処理回路２８を設け、画像処理回路２８で画像処理
した映像を表示可能なシステム制御／画像表示部２９を
設ける。
【００２６】次に、上記構成の形状認識装置１の動作に
ついて説明する。
【００２７】センサヘッド部１０の投光部１９からパル
スレーザー光が投光されると、パルスレーザー光は、船
艙１６内にバラ積みされた鉄鉱石などの対象物１７に当
たって反射される。その反射光が、受光部２０のパルス
レーザー光の走査範囲と同じかそれより広い視野角を有
する集光レンズ２１で集光され、撮像素子２２に受光さ
れることになる。これにより、時間間隔計測回路１４や
システム制御／画像表示部２９によって対象物１７まで
の距離を測定することが可能となる。
【００２８】したがって、本実施の形態によれば、対象
物によって反射されたレーザー光をＹ軸ミラー２４およ
びＸ軸ミラー２３を介して受光せずに、集光レンズ２１
を通して受光するようにしているので、反射レーザー光
を受けるためにＸ軸ミラー２３およびＹ軸ミラー２４を
大型化する必要がなくなり、その分、Ｘ軸ミラー２３お
よびＹ軸ミラー２４を大幅に小型化することが可能とな
る。ちなみに、従来はミラー径を５〜６ｃｍ程度にする
必要があったが、本実施の形態ではミラー径を７〜８ｍ
ｍ程度にまで小型化することが可能となった。
【００２９】この結果、Ｘ軸ミラー２３およびＹ軸ミラ
ー２４が軽量となり、それぞれの駆動部５、７の負担が
大幅に軽減されるので、パルスレーザー光の走査スピー
ドを数ｋＨｚ程度にまで高速化することが可能となり、
対象物１７に対する形状計測速度を極めて高速化するこ
とができ、よって、対象物１７が動く場合や、センサヘ
ッド部１０を動かすような場合でも、支障なく、距離の
測定を行わせることが可能となる。
【００３０】一方、センサヘッド部１０に取付けた撮像
装置２５では、対象物１７を走査するパルスレーザー光
の反射光は、船艙１６内を撮影可能な視野角を有する集
光レンズ２６を通して、ＣＣＤなどの撮像素子２７に規
則的な投光スポット列像として撮影され、撮像素子２７
からの映像信号は、画像処理回路２８で画像処理された
後、システム制御／画像表示部２９へ送られ、システム
制御／画像表示部２９で、時間間隔計測回路１４からの
往復時間のデータと合成されて対象物１７の表面の凹凸
の処理が行われ、対象物１７の表面形状が認識されると
共に対象物１７の表面形状が表示される。
【００３１】尚、上記実施例では、対象物１７として船
艙１６内にバラ積みされた鉄鉱石などの例を説明したが
これに限らないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状認識
装置によれば、センサヘッド部からの対象物に投光され
る線径が極めて小さいパルスレーザー光のみがＸ軸ミラ
ーおよびＹ軸ミラーを通ることになり、Ｘ軸ミラーおよ
びＹ軸ミラーの大幅な小型化を図ることが可能となり、
Ｘ軸ミラーおよびＹ軸ミラーを軽量とすることができる
ので、それぞれの駆動部の負担を軽減でき、パルスレー
ザー光の走査スピードを高速化することが可能となり、
対象物の形状計測速度の高速化を図ることができるとい
う優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例に係る形状認識装置
を示す構成図である。
【図２】従来の形状認識装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 形状認識装置 １０ センサヘッド部 １７ 対象物 １９ 投光部 ２０ 受光部 ２１ 集光レンズ ２２ 撮像素子 ２３ Ｘ軸ミラー ２４ Ｙ軸ミラー ２７ 撮像素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌上 則夫 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 久光 豊 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルスレーザー光をＸ軸ミラーおよびＹ
    軸ミラーを用いて二次元走査しつつ対象物に向けて投光
    する投光部と、前記対象物からの反射レーザー光を受光
    する受光部とをセンサヘッド部に分離配置すると共に、
    受光部を、パルスレーザー光の走査範囲と同じかそれよ
    り広い視野角を有する集光レンズと、この集光レンズの
    焦点領域に設置された撮像素子とで構成したことを特徴
    とする形状認識装置。
  2. 【請求項２】 前記センサヘッド部に、対象物のレーザ
    ー光軌跡を撮影可能な撮像装置を備えた請求項１記載の
    形状認識装置。
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