JPS5912961B2 - レ−ザ位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ； 本発明はクレーンガータおよび水車ケーシングなど
の大形構造物の部品組付けおよび形状測定を行うレーザ
計測システムに使用されるレーザ位置検出装置に関する
ものである。

従来、レーザ光の入射位置を検出する装置とし１ ては
、例えば特開昭５４−５１５５１号公報に開示されてい
るように、レーザ光の入射位置検出回路は、一体に形成
した２つの光電変換素子と、光電変換素子の境界線との
差を演算する検出回路と、レーザの断面中心線と光電変
換素子の境界線との差が一致するように２つの光電変換
素子を移動させるサーボモータとからなり、光電変換素
子の位置からレーザ光の入射位置を測定していた。

このような方法では、光電変換素子を位置決めする機構
が必要であるので、構造が複雑化する。また、位置検出
器における検出回路では、回転するレーザ光の位置を検
出するために必要な時間応答が得られず、検出回路の出
力がレーザ光の断面中心線と光電変換素子との差に比例
しないという欠点がある。本発明は上記にかんがみ部品
の組付け位置および形状が許容誤差内にあることを簡単
に測定するレーザ位置検出装置を提供することを目的と
するもので、上、下光電変換素子、上、下ピーク検出回
路、減算回路、加算回路、割算回路、サンプルフ アン
ドホールド回路、比較回路、第１、第２タイマー回路、
アナログ−デジタル変換回路および表示回路からなるこ
とを特徴とするものである。

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。５
第１図において、１、２は入射したレーザ光を電気信号
に変換する一組の上、下光電変換素子で、この両素子１
、２は一体に形成されている。

３、４は上、下光電変換素子１，２にそれぞれ接続され
、上、下光電変換素子１，２より出力される電気信号の
最大値を一定時間保持する一組の上、下ピーク検出回路
、５，６は上、下ピーク検出回路３，４に接続された減
算回路および加算回路で、前者５は上、下ビーク検出回
路３，４の出力電圧の差を演算し、後者６は上、下ピー
ク検出回路３，４の出力電圧の和を演算する。

７は減算回路５および加算回路６に接続され、減算回路
５の差電圧を加算回路６の和電圧で割算する割算回路、
８は割算回路７に接続され、割算回路７の出力電圧を一
時保持するサンプルアンドホールド回路、９は加算回路
６に接続され、加算回路６の和電圧とあらかじめ設定さ
れた電圧Ｅを比較して指令信号を出力する比較回路であ
る。

１０はサンプルアンドホールド回路８と比較回路９に接
続する第１タイマー回路で、比較回路９からの指令信号
（出力）を入力し、同時にサンプルアンドホーヌド回路
８へサンプルを指令し、定時間後にそのサンプル指令を
解除してホールド状態に維持する。

１１はサンプルアンドホールド回路８に接続され、サン
プルアンドホールド回路８の出力信号をデジタル量に変
換するアナログ−デジタル変換回路、１２は比較回路９
に接続する第２タイマー回路で、比較回路９の指令信号
により動作を開始し、一定時間経過しても次の指令信号
がえられない場合には、表示回路１３へミスパルス指令
信号を出力する。

１３はアナログ−デジタル変換回路１１および第２タイ
マー回路１２に接続する表示回路で、アナログ−デジタ
ル変換回路１１の出力信号により点滅し、あるいは数字
表示を行うと共に、第２タイマー回路１２のミスパルス
指令信号によりミスパルスの表示あるいは全部の表示の
停止を行う。

次に上記のような構成からなる本実施例の作用について
説明する。

光電変換素子１，２が水平面を回転するレーザ光を受光
すると、そのレーザ光の入射光量に比例した電圧Ｅ，，
ｅ２を発生する。

この出力電圧Ｅ，，ｅ２は第２図ａに示すように、レー
ザビーム断面Ａの中心線Ｂから光電変換素子１，２の境
界線Ｃに対して偏差ｙだけずれた状態で受光され、光電
変換素子１，２の前面を一端側から他側へ移動した時に
は、第２図ｂに示すように出力電圧Ｅｌ，ｅ２の大きさ
が変化する。ピーク検出回路３，４では前記出力電圧Ｅ
ｌ，ｅ２の最大値に達した後に、時間と共に減衰した波
形を作る。

いま水平面を回転するレーザ光の回転数をＲ（Ｒｐｓ）
とすると、光電変換素子をレーザ光が通過する時間間隔
Ｔ（Ｓ）は次式（１）で表わされる。

またレーザビーム径Ｄ。（７！ＬｌＬ）、光電変換素子
の幅ｗ（Ｍｍ）、回転するレーザ光を出す光源から光電
変換素子までの距離ｌ（ｍ）とすると、光電変換素子を
レーザ光が通過する時間ｔ（Ｓ）は次式（２）で表わさ
れる。ビーク検出回路３，４の減衰波形はＴより十分に
小さく、かつｔより十分に大きい時定数τ（Ｓ）を有す
る。

例えばＲ＝５ｒｐｓ，ｄ０＝１０ｍｍ，ｗ＝１０ｍ７！
Ｌ，ｌ＝５０ｍとすると、Ｔ＝０．２Ｓ，ｔ＋１２μＳ
となるが、このときτ＝１ｍＳとなるようにする。この
ときのビーク検出回路３，４の出力は第３図Ａ，ｂに示
すようになる。たゾし第３図ｂは第３図ａの時間軸を縮
めて示したものである。ピーク検出回路３，４のピーク
電圧Ｅｌｒｒｌ，Ｅ２ｒｎは次式（３），（４）で表わ
される。

−υ −υたゾしＫ
１：レーザビーム断面Ａの照度、光電変換素子１，２の
特性により決定される定数 １（Ｚ）：正規積分 ノη ′υ 減算回路５で出力電圧の最大Ｅ，ｒｎとＥ２ｎｌの差を
求めると次式（５）がえられる。

次式（６）がえられる。

ついで割算回路７により減算回路５の差電圧を加算回路
６の和電圧で割ると次式（７）がえられる。

ＸｌｌｌＩν２ｍ−υこの（７）式においてレーザ光の
ビーム径Ｄ。

は一定であるので、割算回路７の出力はレーザビーム断
面Ａの中心線Ｂと光電変換素子１，２の位置偏差ｙのみ
に依存した値となる。また前記ｙが小さい範囲では、割
算回路７の出力は前記ｙにほゾ比例した値となる。加算
回路６の出力電圧があらかじめ設定した電圧Ｅを越える
と、比較回路９は第１タイマ回路１０へ指令信号を出力
する。

第１タイマ回路１０はその指令信号を入力すると同時に
、サンプルアンドホールド回路８へサンプル指令を出力
し、一定時間後にサンプル指令を解除してホールド状態
とする。前記サンプルアンドホールド回路８は第１タイ
マー回路１０からの指令信号により割算回路７の出力電
圧をサンプルしてホールドする。第４図はレーザービー
ム径Ｄ。＝１０詣とした場合の前記偏差ｙとサンプルア
ンドホールド回路８の出力電圧との関係を示したもので
ある。上記サンプルホールド回路８の出力信号はアナロ
グ−デジタル変換回路１１によりデジタル量に変換され
、このデジタル量は表示回路１３により表示される。

一方、表示回路１３が第２タイマー回路１２のミスパル
ス指令信号を入力すると、そ）のミスパルスの表示を行
い、あるいは全部の表示を停止する。

以上説明したように、本発明では、タイマー回路により
サンプルからホールドにいたる時間を設定し、サンプル
アンドホールド回路による割算回路の出力信号の記憶を
行つているため、高い精度で割算回路の出力をホールド
でき、レーザビーム断面中心と上、下光電変換素子の境
界線との偏差の小さい範囲では、サンプルアンドホール
ド回路の出力は前記偏差と比例関係にある。

したがつて前記出力をデジタル表示することにより例え
ば水平面内に同一高さとなるように取付けた部品が許容
誤差（±０．５ｍｍ）内にあるか否かの測定を、サーボ
モータなどにより光電変換素子を位置決めすることなく
簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ位置検出装置の一実施例を示す
プロツク図、第２図ａは光電変換素子にレーザビームを
受光する状態を説明する図、第２図ｂはレーザビームが
光電変換素子の前面を通過するときに光電変換素子から
えられる出力電圧を示す図、第３図Ａ，ｂはピーク検出
回路の出力波形の時間的変化を示す図、第４図はサンプ
ルアンドホールド回路の出力電圧の変化を示す図である
。 １，２・・・・・・上、下光電変換素子、３，４・・・
・・・ビーク検出回路、５・・・・・・減算回路、６・
・・・・・加算回路、７・・・・・・割算回路、８・・
・・・・サンプルアンドホールド回路、９・・・・・・
比較回路、１０・・・・・・第１タイマー回路、１１・
・・・・・アナログ−デジタル回路、１２・・・・・・
第２タイマ回路、１３・・・・・・表示回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入射したレーザ光を電気信号に変換する一組の光電
   変換素子と、その各電気信号の最大値をそれぞれ一定時
   間保持する一組のピーク検出回路と、この両検出回路の
   出力電圧の差と和をそれぞれ演算する減算回路および加
   算回路と、その差電圧を和電圧で割算する割算回路と、
   この割算回路の出力電圧を一時保持するサンプルアンド
   ホールド回路と、前記和電圧とあらかじめ設定した電圧
   を比較する比較回路と、この比較回路からの指令信号を
   入力し、入力と同時にサンプルアンドホールド回路へサ
   ンプルを指令し一定時間後にこのサンプル信号のホール
   ドを指令する第１タイマー回路と、前記比較回路からの
   紙令信号が出た後一定時間を越えるとミスパルス信号を
   出力する第２タイマー回路と、サンプルアンドホールド
   回路の出力をデジタル量に変換するアナログ−デジタル
   変換回路と、この回路および第２タイマー回路の各出力
   を表示する表示回路からなることを特徴とするレーザ位
   置変換装置。