JPS5915806A - 受光器トラツキング方法 - Google Patents

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】 本発明は投光器および受光器よりなシ、その投光角と受
光角より三角測量方式で被測定物体の表面形状を、投光
角を順次変化させながら被測定物表面を走査し測定する
方法において、被測定物表面の該投光点を、狭視野の受
光器の視野内に把えるべく、受光器をトラッキングする
方法に関するものである。

従来、狭視野の受光器を測定点の移動に伴い、受光器を
正確にトラッキングする方法はほとんど実施されていな
かった。その理由は（１）受光器を正確にトラッキング
することは、技術的に困難な要２− 素が多く実現できなかった。（２）受光器の視野を。

狭視野でなく広視野にすれば、困難なトラッキングを行
う必要がない。等の理由である。

しかし広視野の受光器は、視野当勺の分解能が、例えば
全視野の１７１００であるとすれば、全視野の１／１０
０の分解能しか有しないことになるが、狭視野の受光器
の視野角が全視野の１／１０であるとし、かつ狭視野内
の視野の分解能が、上記と同じ１／１００であるとする
と、全視野の１／１０００の分解能を有することになる
。従って、受光器に高分解能を必要とする場合は、狭視
野の受光器を測定点の移動に伴い、受光器をトラッキン
グする方法の開発が強く要望されて来た。

本発明は、この狭視野の受光器をトラッキングする方法
を提供し、高分解能の受光器で実現する目的でなされた
ものである。

以下１本発明を図面に示す一実施例を参照して説明する
。

本実施例は、受光器トラッキング方法を、レーザを用い
て装入物表面の断面形状を検出する、い〜３− わゆるレーザ方式プロフィルメータを備えた溶鉱炉に適
用したものである。

第１図は上記レーザ方式プロフィルメータを備えた溶鉱
炉の概略構成図で、図中１は、内部に例えばコークスや
鉱石等からなる装入物２を充填した溶鉱炉本体を示して
いる。この溶鉱炉本体ｌの炉壁３上部は、上方に絞り込
まれて傾斜面となっており、この傾斜面には溶鉱炉内部
を介して１例えば相対向して投光窓４および受光窓５が
設けである。

この時、これらの投光窓４および受光窓５との距離は、
Ｌに定められる。上記投光窓４は、溶鉱炉本体１外部に
設けたレーザ装置６のレーザ光７を溶鉱炉内に投光する
だめのものである。一方、受光窓５は、受光レンズから
なっており、溶鉱炉本体１内の装入物２表面で乱反射さ
れた前記レーザ光７を集光して、光検出器に導いている
。

このようなレーザ方式プロフィルメータを備えた溶鉱炉
は、レーザ装置６のレー＝ザ光７を図示しないコリメー
タ等の光学系全弁したのち、反射鏡９で反射させて溶鉱
炉本体ｌ内部に照射し、装入４− 物２表面による上記レーザ光７の乱反射光７ａを。

受光窓５の受光レンズで集光して、受光器８で検出する
。そして、前記レーザ光７０投光角α、乱反射光７ａの
受光角βおよび前記投光窓４と受光窓５との距離りによ
シ、いわゆる三角測量法の演算を行い、これによシ装入
物２０表面各部の高さ。

言い換えれば装入物の表面断面形状（プロフィル）を得
る。

ところで、上記反射光７ａを受光器８で検出する場合、
従来方式では、受光器８の視野を測定に必要な全視野１
例えば第１図の例では直径全体としていた。従って、直
径全体は本実施例では６５００朋もあるので、受光器の
分解能が１／１００とすれば、水平位置の分解能は６５
雁であり、充分な分解能ではなかった。

一方、本発明の狭視野の受光器のトラッキング方法を実
施すると、受光器の狭視野を直径の１７１０とすると、
受光器の狭視野は６５０　ａｍとなる。受光器は上記と
同じ分解能１／１００とすれば。

水平位置の分解能は６．５朋であシ、高い分解能が５− 得られる。

更に受光器８を狭視野化することで得られる他の利点も
列挙してみる。

受光器８で得られた信号から有効な反射光を抽出する信
号処理過程で、広視野では判断しなければならない信号
量が多く、狭視野では少くなり。

信号処理上から狭視野が有利である。特に相関処理をす
る場合には、処理量が視野の２乗に比例して増大するの
で、狭視野化が極めて有利である。

また受光器８を広視野化すると、前述のレーザ光７０強
い散乱光を視野内に把えることが多く、その結果、受光
器８のダイナミックレンジを大きくする必要があったシ
、有効な乱反射光７ａの信号レベルが相対的に小さくな
シ、Ｓ／Ｎ　が劣化することが多い。従って受光器８は
狭視野化が望ましい。

また受光器８を広視野化した場合、装入物２の全体の面
を視野とする必要があシ、受光器８の光学系のピントを
視野の全体で合せることは実際上不可能である。受光器
８を狭視野化する場合には。

ピントをそれぞれの視野で最適値に合せることが−６〜 出来る。従って受光器８を狭視野化することは、受光器
５の光学系を最適化するうえで極めて有効な手段である
。

以上の説明のように、受光器８を狭視野化することは、
実用上有効な受光器を作るうえで不可欠の技術である。

以下順を追って本発明の狭視野の受光器のトラッキング
方法について説明する。

第１図のレーザ光７は、ミラー９によって任意の投光角
αで溶鉱炉本体１の内部に投光できるが、説明の便のた
め第２図のようにＡ点を回転中心とするミラー９によっ
て、炉内の装入物２０表面に投光されるものとする。又
、受光器８は狭視野で、第２図Ｂ点を同転中心として角
度トラッキングするものとする。

なおここでいう受光器８の回転トラッキングは、受光器
８がＢ点を中心に回転する場合もあるが、受光器８内部
に設けた受光ミラーで一度反射させる例では、受光ミラ
ーがＢ点を中心に角度トラッキングする場合もある。

７− 第２図の装入物２表面は、光スポットが受光されるまで
は未知であるので、まず一点を検知する必要がある。第
２図で、投光角を一定の角度αに固定し、未知の位置の
装入物２表面にレーザ光７を投光する。次に狭視野の受
光器を一定の角速度で、全視野（実施例では直径全体）
を走査する。

この時、狭視野の受光器８は受光角βで受光出来る。こ
の投光角α、受光角βおよびＡＢ間の距離（上記りに相
当）によって、三角測量法の演算で２８点がまず１点求
まる。

次に、第２図の装入物２表面のＰ２　＋　Ｐ３以Ｆを測
定するわけであるが、２１点を求めたのと同じ方法では
、１点測定するのに全視野を走査する必要があり長時間
を要するので、多数の点をＰｌと同じ方法で測定するこ
とは実用上不可能である。次に２２点は、２１点と垂直
方向位置は同じであると仮定し。

水平方向のみ一定の距離ｄ離れたＰ≦にあると仮定する
。

このＰ′２　　点にレーザ光７が当るように投光角αを
決め、受光器８は狭視野の中心にｖ２を測定でき一８＝ るように受光角β′を求め−レーザ光７を投光角αで投
光し、受光器８は受光角β′となるように角度トラッキ
ングする。

装入物２表面のレーザ光７の実際に当った点Ｐ２はＰ′
２　　と異なるので、受光器８は視野内の中心から離れ
た所に光スポットを検知する。この光スポットの中心か
らの離れ量により、真の受光角βを演算する。上記投光
角αと真の受光角βと、ＡＢ間の距離から上記同様に三
角測量法の演算で２２点が決まる。

次に２２点が求まると、同様の方法でＰ３以下が求まる
。従って、すべての測定すべき点が、この方法で求める
ことが出来る。

なお、ここで受光器の狭視野の大きさをＤとすると、上
記一定距離ｄは、ｄく−が一般的には適当な関係である
。装入物２表面の凹凸の程度で、ｄは適当に決める必要
がある。ｄが充分小さいと。

受光器のトラッキングを失敗し、受光器８の視野を光ス
ポットがはずれる事はないが、ｄが大きいと、装入物２
の表面の凹凸の程度によっては、受９− 光器のトラッキングに失敗し、受光器８の視野に光スポ
ットが入らないことがある。この時にはＰｌを求めたと
同じ方法を適用すれば、必ず装入物２表面が見つかり、
受光器のトラッキングの失敗から回復することが出来る
。

又、２１点からＰ′２を仮ボする時、第３図のように装
入物２の表面形状の概略形状が事前に判っている時には
、ｐｌ　　の垂直位置をＰ、と同じとするのでなく、Ｐ
、を通る概略形状からＰ′２点を予測することが出来る
。この結果、第２図と第３図を比較すると、Ｐ２とＰ′
２　の予測誤差が第３図の方が少く、受光器８のトラッ
キングを失敗することが、上記ｄを大きくしても、はと
んど皆無に近くなる。

以上のように１本発明の狭視野の受光器のトラッキング
方法を適用すると、狭視野の高分解能の受光器を使用す
ることが可能となシ、かつ万一トラッキングを失敗する
ことがあっても、確実に回復することが出来る。

特に第１図で述べたレーザ式プロフィルメータに適用し
た実施例では、受光器を従来実現不可能１０− であったレベルの高分解能で使用できたこと、信号処理
量が極めて少なくて済んだこと、極めて高いＳ／Ｎを実
現できたこと、光学系のピント調整が最適化できたこと
など多大の効果があった。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を説明するもので、第１図はレー
ザ方式プロフィルメータを備えた溶鉱炉の概略構成図、
第２図は受光器Ｉ・ラツキン・グ方法の説明図、第３図
は受光器トラッキング方法の他の例の説面図である。 コ、・・溶鉱炉本体　　　　２・・・装入物３　炉壁　
　　　　　　４・・投光窓 ５・・・受光窓　　　　　　６・・・レーザ装置７・・
・レーザ光　　　　　７ａ・・乱反射光８・・・受光器
　　　　　　９・・反射鏡Ａ・・レーザ光７の回転中心 Ｂ・・受光器８の回転中心 Ｐｌ、Ｐ２．Ｐ３・・・装入物２の表面の光スポットｐ
’、、　、　ｐ′、ｌ、　Ｐ′４　　装入物２の表面の
光スポットの予測位置 一１］、− 第７図 第２コ 白□ 第３訂 手続補正書（自発） 昭和５８年８月２９日 寺許庁長官　若杉和夫　殿 １事件の表示　昭和５７年特許願第１０１６４８号２発
明の名称　受光器トラッキング方法３補正をする者　事
件との関係　特許出願人件　所　　東京都千代田区大手
町２丁目６番３号名　称　　（６６５）　　新日本製鐵
株式全針１代　理　人 住　所　　東京都中央区日本橋３丁目３番３号５補正命
令の日付　昭和　　年　　月　　日（発送日）１、　明
細書、第８頁、１５５行目次にＰ２Ｊを１従って１）２
」と補正する。 ２　同、同頁、１９９行目投光角α」ヲ「投光角α２」
と補正する。 ３、同、第９頁、７行目［真の受光角βを−１を「真の
受光角β２を」と補正する。 ４　同、同頁、８〜９行目の「上記投光角αと真の受光
角βと、ＡＢ間の距離から」を「上記投光角α２と真の
受光角β２と、ＡＢ間の距離Ｔ、　ｈ・ら」と補正する
。 ５、　同、同頁、１７〜１９行の全行全以下のように補
正する。 「ｄは適当な値に決める必要がある。ＣＩが充分小さい
と、受光器８の視野仝光スポットがはきい」。 ６、　同、第１０頁、３行目の「装入物２」全１装入物
２の」と補正する。 ７、　同、同頁、９行目の「２２２点を予測する」を「
２２２点がＱ２′　の位置伺近にあること全予測する」
と補正する。 ８、同、同頁、１１行の全行を以下のように補正する。 「すると、Ｐ２との予測誤差が第２図のＰ２′よりも第
３図のＱ２′の方が少なく、」。 ９、第２図及び第３図音別紙のとおり補正する。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　投光器および受光器よりなり、その投光角と受光角
   より三角測量方式等で、被測定物体の表面形状を投光角
   を順次変化させながら、被測定物表面を走査し測定する
   方法において、投光角を定方向に固定し、未知位置の被
   測定物体の表面に光を投射し、受光器を一定の角速度で
   走査し、未知位置の被測定物体表面の光スポットを受光
   器で検知することで、未知位置の被測定物体表面の１点
   の位置を実測し、その既知位置の１点から、微少距離前
   れた点の垂直位置を上記既知位置と同一と推定し、投光
   角を微少角偏向させ、その推定点に向け、かつ受光器は
   受光器の視野の中央に、その推定点を把えるべく位置に
   微少角偏向させ、未知位置の光スポットを受光器の視野
   内に把え、その投光角および実際の受光角から、微少距
   １− 離落れた点の位置を検知し、この新たに検知した既知位
   置から、更に微少距離前れた未知の点の位置を次々に検
   知することを特徴とする受光器トラッキング方法。 ２　微少距離前れた点の位置を、既知の垂直位置と同一
   と推定するのでなく、既知の測定点を通る予め定めた概
   略形状から推定する特許請求の範囲第１項記載の受光器
   トラッキング方法。