JPS61159104A - 回転中心検出装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、回転中心検出装置、特に、スペックル速度
センサを用いて非接触で回転中心を検出する回転中心検
出装置に関する。

（ロ）従来の技術 −ａに、回転物体の中心位置を精度良（検出したい場合
がしばしばある。しかも、回転に影響を与えないように
、非接触で検出することが望まれる。この要請に応える
光学式の非接触の回転中心センサ（回転中心検出装置）
として、レーザドツプラー速度計を応用したものがある
。このレーザドツプラー速度計は、光源にガスレーザを
、受光器として光電子増倍管を使用するものであった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記した従来装置のように、レーザドップラー速度計を
採用したものは、光源及び受光器にガスレーザ及び光電
子増倍管を使用するものであり、また、ドツプラー現象
を利用しているので、光学系も複雑となり、装置が大型
となり、各種の加工現場に運搬移動させ、使用すること
は非常に困難であった。また、対象物体とセンサ間の距
離変動により誤差を発生するという問題があった。

この発明は、上記に鑑み、非接触で高精度、しかも小型
で移動可能であり、どこででも使用可能な回転中心検出
装置を提供することを目的としている。

（ニ）問題点を解決するための手段及び作用この発明は
、上記問題点を解決するために、スペックル速度センサ
を使用し、走査機構で回転物体面を走査し、速度の最小
となる位置を求めるようにしている。すなわち、この発
明の回転中心検出装置は、レーザ光源と、このレーザ光
源より物体に照射された光を受ける光検出器と、この光
検出器よりの出力を受けて信号処理する信号処理部とを
含むスペックル速度センサ（１）と、前記スペックル速
度センサ（１）を走査する走査機構（２）と、前記走査
機構（２）を制御する走査制御手段（５）と、前記スペ
ックル速度センサ（１）の走査中に、スペックル速度セ
ンサ（１）から出力される速度データを記憶する記憶手
段（６）と、所定の走査区間における前記記憶された速
度データの最小値を抽出する速度最小値抽出手段（７）
と、抽出された速度最小値に対応する位置座標を出力す
る位置座標出力手段（８）とから構成されている。

この回転中心検出装置では、走査によりスペックル速度
センサが回転中心を外れていると、スペックル速度セン
サは比較的大なる速度値を出力するが、回転中心に至る
と、極小の速度値を出力する。この極小値に対応する座
標位置が出力されると、中心位置が検出されたことにな
る。

（ホ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示す回転中心検出装置
のブロック図である。この回転中心検出装置は、スペッ
クル速度センサ１と、スペックル速度センサｌを回転物
体４の回転面に平行な面で上下・左右に走査する走査機
構２と、この走査機構２の制御及びスペックル速度セン
サ１で検出される速度信号から回転中心位置を検出する
ための処理を行う制御部３とから構成されている。

スペックル速度センサ１は、半導体レーザ光源、半導体
受光器を含むものであるが、その具体例については後述
する。

制御部３は、例えばＣＰＵで構成され、機能的に、走査
機構３の走査を制御する走査制御手段５、走査中におけ
るスペックル速度センサ１から速度データを順次記憶す
る速度データ記憶手段６、この記憶された速度データ中
から最小の速度値を抽出する最小値抽出手段７及び抽出
された最小値に対応する位置座標を出力する位置座標出
力手段８を備えている。

スペックル速度センサ１の走査に着目すると、第２図に
示すように（走査機構は図示省略）、制御部３の制御に
より、スペックル速度センサ１が上下・左右、つまり矢
印Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの方向に移動されるようになっている
。

次に、上記実施例装置に使用されるスペックル速度セン
サ１の具体例について説明する。

第３図は零交叉法により信号処理を行うスペックル速度
センサの構成図である。このスペックル速度センサは、
レーザ光を発する半導体レーザ光源１１この半導体レー
ザ光源１１からのレーザ光をビーム整形して移動物体１
３に照射する光学系１２、移動物体１３からの光により
受光面にスペックルパターンが生じ、このスペックルパ
ターンを電気信号（スペックル信号）に変換する半導体
受光素子１４、この半導体受光素子１４からのスペック
ル信号を受けて信号処理し、速度を算出する信号処理部
１５とから構成されている。半導体受光素子１４として
は、フォトダイオード、ＰＩＮダイオード、アバランシ
ェダイオード等が使用される。

信号処理部１５は、零交叉法（スペックル信号の直流除
去後の単位時間当たりの零交叉数が速度■に比例するこ
とを利用）を採用しているので、その内部は、スペック
ル信号を所定のレベルまで増幅する広帯域増幅器１６、
増幅されたスペックルパターン信号より直流分をカット
する直流分除去回路１７、零交叉時にハイとローが反転
するパルス列を作成するシュミットトリガ回路１８、こ
のパルス列を所定のパルス幅に整形するワンショットマ
ルチ回路１９及びこのパルスをカウントするカウンタ２
０から構成されている。

次に、上記実施例回転中心検出装置の動作について説明
する。

制御部３は、走査制御手段５によりスペックル速度セン
サ１を回転物体の回転面に沿って上下左右に走査する。

走査の過程で、スペックル速度センサ１が検出する速度
値を、順次速度データ記憶手段６に読込み、記憶する。

そして物体速度が最小値（ゼロ）になるデータを最小値
抽出手段７で抽出する。最小値が抽出されると、その場
所が回転中心を意味するから、その座標は、走査機構２
に対する位置決めデータとして既知であるから、その位
置座標を回転中心を示すデータであるとして、位置座標
出力手段８より出力する。

なお、スペックル速度センサ１の走査は、第４図に示す
ように、まず回転中心が存在すると考えられる範囲を全
体的に走査する〔第４図（ａ）参照〕、その結果、Ｐ点
での速度が最小であったとする。そこで、今度はＰ点の
周囲をさらに細かく走査し〔第４図（ｂ）参照〕、その
中での最小速度となるＱ点を抽出する。このような過程
を速度が十分ゼロに近い点を見出すまで繰返せばよい。

また、他の走査経路として、第５図に示すように、先ず
線ａのように、水平方向に移動させる。

そしてＰ点で最小速度を得たとする。回転中心はＰ点を
通り線ａと垂直な直線上にあるから、次にｗＡｂ上を移
動させ、再度最小点Ｑを求めると、Ｑ点が回転中心であ
る。もっとも、速度は離散的な場所で測定するので、線
すの次は、次にＱ点を通り、線Ｃ上をというように、水
平と垂直の走査を数回繰返してゆ（と、高い精度でしか
も速く測定できる。

なお、上記実施例において、スペックル速度センサの信
号処理部は、零交叉法を採用する場合を例に上げたが、
この発明に使用されるスペックル速度センサは、他の信
号処理方法、例えば光強度信号の自己相関長が速度に比
例することを利用する自己相関法、光強度信号の周波数
帯域が速度に比例することを利用する周波数帯域法、空
間フィルタを前置した光検出器または受光部形状を格子
状にした光検出器から得られる信号の周波数が速度に比
例することを利用する空間フィルタ法、異なる２点で検
出した光強度信号の相互相関ピークの時間遅れが速度に
逆比例することを利用する相互相関法を採用した信号処
理部であってもよい。

また、上記実施例装置に使用のスペックル速度センサは
、半導体レーザの光源、光検出器を含む投光部、受光部
及び信号処理部が一体化されたものであるが、この発明
では、勿論これに限定されるものではなく、投光部、受
光部のみを走査し、信号処理部は制御部と一体化したも
のであってもよいし、あるいは投光部の光源、受光部の
光検出器までを制御部に一体化し、光を導く光ファイバ
のみを走査させるものであってもよい。

（へ）発明の効果 この発明の回転中心検出装置は、スペックル速度センサ
を用いているので、非接触で回転中心が検出でき、セン
サと物体間の距離変動をほとんど受けない光学系が実現
でき、光学系も簡単となるし、高精度の測定が可能とな
る。

また、スペックル速度センサを走査するように構成して
いるので、速度センサは１台あればよく、装置構成が簡
単となり、安価に製作できる。その上、走査動作のアル
ゴリズムを工夫することにより、短時間で回転中心を検
出できる。

また、光源と光検出器に半導体を用いたものでは装置が
小型化され、操作性が向上し、また、どのような測定現
場にも移動でき、利用分野が広がる。その上、耐環境性
が高く、装置が長寿命となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す回転中心検出装置
のブロック図、第２図は、同回転中心検出装置のスペッ
クル速度センサの走査方向を説明するための図、第３図
は、同回転中心検出装置に使用されるスペックル速度セ
ンサの１例を示すブロック図、第４図（ａ）、（ｂ）は
、前記実施例回転中心検出装置の走査経路の１例を示す
図、第５図は、同回転中心検出装置の他の走査経路を示
す図である。 １：スペックル速度センサ、 ２：走査機構、　　　４：回転物体、 ５：走査制御手段、　６：速度データ記憶手段、７：最
小値抽出手段、８：位置座標出力手段、１１：半導体レ
ーザ光源、 １２：半導体光検出器。 特許出願人　　　　　　　　立石電機株式会社代理人　
　　　　弁理士　　中　村　茂　信第１図 叢４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光源を含む投光部と、この投光部より物体
   に照射された光を受ける光検出器を含む受光部と、この
   受光部よりの出力を受けて信号処理する信号処理部とを
   備えるスペックル速度センサと、 前記スペックル速度センサの少なくとも前記投光部及び
   受光部もしくはその一部を走査する走査機構と、 前記走査機構を制御する走査制御手段と、 前記スペックル速度センサの走査中に、スペックル速度
   センサから出力される速度データを記憶する記憶手段と
   、 所定の走査区間における前記記憶された速度データの最
   小値を抽出する速度最小値抽出手段と、抽出された速度
   最小値に対応する位置座標を出力する位置座標出力手段
   とからなる回転中心検出装置。
2. （２）前記レーザ光源は半導体レーザ光源であり、前記
   光検出器は半導体受光素子である特許請求の範囲第１項
   記載の回転中心検出装置。