JPS6215468A

JPS6215468A - スペツクル速度計

Info

Publication number: JPS6215468A
Application number: JP15493885A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kitajima; 博史北島; Tomiyoshi Yoshida; 吉田　富省; Koji Morishita; 森下　耕次; Nobuo Nakatsuka; 中塚　信雄; Mitsutaka Kato; 加藤　充孝
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1987-01-23

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】〈発明の技術分野〉この発明は、移動する測定対象ヘレーザ光等を照射し、
この測定対象のネ■表面で散乱した光を受光して、レー
ザ光等のランダム干渉パターン（以下、これを「スペッ
クル・パターン」という）を求め、このスペックル・パ
ターンに基づき、前記測定対象の移動速度や変位を測定
するスペックル速度計に関する。

〈発明の概略〉この発明は、他の種類の速度計等を必要とせずに容易に
速度較正を行うため、所定距離移動する間における零交
叉数を組数して、単位距離当たりの零交叉数を速度変換
のための係数として算出できるように構成している。

〈発明の背景〉通常スペックル・パターンは、測定対象の粗表面が移動
すると、全体の並進運動（Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）とボイリング運動（Ｂｏｉ
ｌｉｎｇ）とを伴って、変形ないしは移動をする。第５
図は、このスペックル・パターンを求めて、測定対象の
移動速度Ｖを測定するための光学系であり、図中、３１
はレーザ、３２はレンス系、３３は測定対象、３４は受
光器、３５は演算部をそれぞれ示している。

この光学系において、測定対象３３の移動速度を■を「
零交叉法」で耐測する場合、まず受光点での光変動の単
位時間当たりの零交叉数Ｎｏを計数した後、この零交叉
数Ｎ。より次式を用いて測定対象３３の移動速度Ｖを算
出する。

Ｎ、−β■ 上式中βは、上記光学系により決定される係数であって
、照射ビームが円形ガウスビームであることおよび、動
的スペックルの複素振幅分布が、その平均値が零の複数
ガウス変数であり且つその複素平面上で等方的な性質を
もつことを条件に、理論的にりえられる。

ところが実際には、つぎの理由から係数βは理論値とは
異なったものとなる。

（１）光源として半導体レーザを使用すると、その投射
ビームは楕円状となって円形ガウスビームとはならない
。

（２）測定対象によっては、散乱した反射光の振幅・位
相変動が照射領域に比べて十分に微視的且つ等方的であ
るとはいえないため、前記の条件を満たさないことがあ
り、これがために零交叉数は測定対象の表面の性質に依
存することになる。

（３）零交叉検出部においては、雑音による計数を避け
るためにヒステリシス特性を設ける必要があって、真の
零交叉数を計数できず、また物体表面の反射率変化等に
よる信号振幅変化によって、計数される零交叉数が異な
って（る。

以上の事情から、係数βは測定対象の表面の性質が変わ
る毎に実験的方法で求める必要がある。そこで従来は、
上記係数βを求めるのに、スペックル速度計によって単
位時間当たりの零交叉数Ｎ０を係数すると同時に、他の
種類の速度計を用いて測定対象の移動速度Ｖを測定した
後、これら値から係数βを算出している。ところがこの
方法によれば、速度の較正を行う毎に他の種類の速度計
を用意しなければならないという不便があり、また生産
現場等でこの種較正を行うことは困難であった。

〈発明の目的〉この発明は、上記問題を解消するためのものであって、
較正機能を具備した新規なスペックル速度計を提供する
ことを目的とする。

〈発明の構成および効果〉上記目的を達成するため、この発明では、移動する測定
対象ヘコヒーレントな光を照射して得たスペックル・パ
ターンに基づき、零交叉数を計数した後、この零交叉数
と速度変換のための係数とを用いて測定対象の移動速度
を算出するスペックル速度計において、前記測定対象が
所定距離だけ移動したことを検出する検出手段と、この
所定距離移動する間における零交叉数を計数する計数手
段と、単位距離当たりの零交叉数を前記速度変換のため
の係数として算出する演算手段とを具備させることにし
た。

この発明のスペックル速度計は、所定距離移動に対応す
る零交叉数が速度に依存しないことを利用したものであ
って、測定対象を任意の速度で所定距離移動させて零交
叉数を測定した後、単位距離当たりの零交叉数を速度変
換のための係数βとして算出して速度較正を行うもので
あるから、速度較正時に、他の種類の速度計を必要とせ
ず、生産現場等においても容易に速度較正を行うことが
できる等、発明目的を達成した顕著な効果を奏する。

〈実施例の説明〉第１図は、この発明にかかるスペックル速度計の一実施
例を示すもので、図示例のスペックル速度計は、投光部
１、受光部２、信号処理部３および、一定長移動検出部
４より構成されている。

投光部１は、移動する測定対象５に対しレーザ光等のコ
ヒーレントな光を投射するためのもので、図示例の場合
、半導体レーザ光源６、光源駆動回路７および、マイク
ロレンズ８より構成される。前記半導体レーザ光源６は
、その光軸が測定対象５の移動方向に対し垂直な方向と
なるように配置され、またマイクロ・レンズ８は半導体
レーザ光源６の前方に、その光軸が半導体レーザ光源６
と一致するように配置されている。

受光部２は、測定対象５の粗表面で散乱した反射光また
は透過光を受光して電気信号（スペックル・パターン）
に変換するためのもので、フォトダイオード９と、フォ
トダイオード９の電流出力信号を電圧信号に変換するバ
ッファアンプ１０とから構成されている。

信号処理部３は、受光部２からの信号入力を処理する部
分であって、零交叉検出計数部１１、ＣＰ　Ｕ　（Ｃｅ
ｎｔｒａｌ　　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　　１ｌｎｉｔ）
　　１２および、出力部１３より成る。前記零交叉検出
・計数部１１は、受光部２からの信号入力につき零交叉
を検出して零交叉数を計数するためのもので、第２図に
示す如く、前置増幅回路１４、直流成分除去回路１５、
シュミットトリガ回路１６、モノステーブル・マルチバ
イブレータ回路１７および、カウンタ１８を含んでいる
。またＣ　Ｐ　Ｕ１２は、零交叉検出・計数部１１や後
記の一定長移動検出部４の動作を制御すると共に、測定
対象５の移動速度■や速度変換のための係数βの算出演
算を実行して、その演算結果を出力部１３へ出力する。

この出力部１３は、速度等の演算結果を数字で表示する
表示部の他、速度等のデータを必要な形式の電気信号に
変換して出力するインターフェイス回路等を含むもので
ある。

つぎに一定長移動検出部４は、測定対象５が所定距離ｌ
だけ移動したことを検出するためのものであって、測定
対象５における特定点（物体形状の不連続点やマーキン
グ等で検知可能とした点）Ｐが１ｆｆｉ過するのを光学
的方法や機械的方法等で検出するための一対の通過検出
器１９゜２０を、所定距離ｌ隔てて配置したものである
。

これら通過検出器１９．２０としては、光の反射や透過
の有無を検出するもの、マイクロスインチ等を使用して
物体の有無や表面の凹凸の有無を検出するもの、超音波
の反射や透過の有無を検出するもの、物体の有無による
電界や磁界の変化を検出するもの等があり、上流位置側
の通過検出器１９は測定対象５の所定距離移動の開始に
対応する零交叉数計数開始タイミング信号りをまた下流
位置側の通過検出器２０は所定距離移動の終了に対応す
る零交叉数計数終了信号１２を、それぞれ信号処理部３
へ送出する。

なお上記は、２個の通過検出器１９．２０をもって一定
長移動検出部４を構成した実施例であるが、この発明の
一定長移動検出部４はこれに限らず、第３図に示す如く
、単一のｉｍ通過出器２１をもって測定対象５における
所定路ｆｄ４ｉｒ隔てた２個の特定点ｐ、、ｐ２が通過
するのを検出するものであってもよい。

しかして光源駆動回路７が半導体レーザ光源６を駆動す
ると、半導体レーデ光源６よりレーザ光が出射され、マ
イクロ・レンズ８により集光されて、測定対象５に照射
される。この照射光は、測定対象５の粗表面で散乱され
、この散乱光はフォトダイオード９に入射され、ここで
電気信号（スペクトル・パターン）に変換されると共に
、つぎのバッファアンプ１０により電圧信号に変換され
る。バッファアンプ１０からの出力信号Ａ（第４図Ａに
示す）は、零交叉検出・計数部１１の前置増幅回路１４
で増幅された後、直流成分除去回路１５で直流成分がカ
ントされる。この直流成分除去回路１５の出力信号は、
第４図Ｂに示す波形となり、零交叉点を持つ。この信号
Ｂは、シュミットトリガ回路１６に入力され、その信号
レベルが零付近に設定されたシュミットレベルＬを越え
るとき、論理ｒＨＩＧＨＪとなる信号（第４図Ｃ参照）
を出力する。この出力信号Ｃは、さらにモノステーブル
・マルチバイブレーク１７に人力され、出力部号Ｃの立
−トがりにより一定時間ｔだけｒＨＴＧｌｌＪとなるパ
ルス信号（第４図り参照）に変換される。このパルス信
号りは、零交叉に対応するパルス信号であり、カウンタ
１８に入力されて計数される。カウンタ１８は第４図Ｅ
に示す周期Ｔの信号Ｅによりリセットされ、期間Ｔ毎に
パルス信号Ｄ、すなわち零交叉数を計数することになる
。

今カウンタ１８で得た１秒当たりの零交叉数をＮｏとす
ると、この零交叉数Ｎ。は、ＣＰＵ１２に取り込まれ、
ＣＰＩＪ１２はその値にＩ／βを乗じて、測定対象５の
移動速度Ｖを算出し、その算出結果を出力部１３へ出力
する。

つぎに速度較正を行う場合には、一定長移動検出部４に
おける上流位置側の１ｆｆｌ過検出器１９が測定対象５
の特定点Ｐの通過を検出した時点より、下流位置側の通
過検出器２０が特定点Ｐの通過を検出した時点までに発
生した零交叉数Ｎノ、すなわち測定対象５が一定距離ｌ
たけ移動する間に発生する零交叉数ＮＬを計数して求め
る。そしてＣＰ　Ｕ　Ｉ　２において、得られた零交叉
数Ｎ４を距離ｌで割ってｍ（１７長当りの零交叉数を求
め、これを前記した速度変換のための係数βとして、内
部に記１．０すると共に、前記速度計測時にこれを読み
出して速度算出を実行するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図、第２図
は零交叉検出・計数部の回路ブロック回、第３図は一定
長移動検出部の他の実施例を示す図、第４図は第２図の
回路動作を説明するためのタイムチャート、第５図は従
来例の較正を示す図である。１・・・・投光部２・・・・受光部３・・・・信号処理部４・・・・一定長移動検出部１１・・・・零交叉検出・計数部１２・・・・・・ＣＰ　ＴＪ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）移動する測定対象へコヒーレントな光を照射して
得たスペックル・パターンに基づき、零交叉数を計数し
た後、この零交叉数と速度変換のための係数とを用いて
測定対象の移動速度を算出するスペックル速度計であっ
て、前記測定対象が所定距離だけ移動したことを検出する検
出手段と、この所定距離移動する間における零交叉数を
計数する計数手段と、単位距離当たりの零交叉数を前記
速度変換のための係数として算出する演算手段とを具備
して成るスペックル速度計。
（２）前記検出手段は、測定対象における単一の特定点
が通過するのを検出するための所定距離隔てて配置され
た一対の通過検出器をもって構成される特許請求の範囲
第１項記載のスペックル速度計。
（３）前記検出手段は、測定対象における２個の特定点
が通過するのを検出するための単一の通過検出器をもっ
て構成される特許請求の範囲第１項記載のスペックル速
度計。