JPWO2014203654A1 - Distance measuring device, shape measuring device, processing system, distance measuring method, shape measuring method and processing method - Google Patents
Distance measuring device, shape measuring device, processing system, distance measuring method, shape measuring method and processing method Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2014203654A1 JPWO2014203654A1 JP2015522659A JP2015522659A JPWO2014203654A1 JP WO2014203654 A1 JPWO2014203654 A1 JP WO2014203654A1 JP 2015522659 A JP2015522659 A JP 2015522659A JP 2015522659 A JP2015522659 A JP 2015522659A JP WO2014203654 A1 JPWO2014203654 A1 JP WO2014203654A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wavelength
- measurement
- distance
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 23
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 166
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 95
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 37
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 26
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 19
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003705 background correction Methods 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/491—Details of non-pulse systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
レーザを用いた距離測定装置(方法)における測定精度を向上する。多波長のレーザ光を照射する第1工程と、多波長のレーザ光を分割する第2工程と、前記分割された第一のビームを対象物に照射させて得た測定光を波長ごとに光電変換して測定信号として検出する第3工程と、前記分割された第一のビームとは異なる第二のビームを波長ごとに光電変換して参照信号として検出する第4工程と、前記測定信号と前記参照信号との相対位相を検出し、該検出した相対位相に基づき測定光路の距離を求める第5工程とを備える距離測定方法。Measurement accuracy in a distance measuring apparatus (method) using a laser is improved. A first step of irradiating a multi-wavelength laser beam, a second step of splitting the multi-wavelength laser beam, and measuring light obtained by irradiating the object with the divided first beam for each wavelength. A third step of converting and detecting as a measurement signal, a fourth step of photoelectrically converting a second beam different from the divided first beam for each wavelength and detecting it as a reference signal, and the measurement signal A distance measuring method comprising: a fifth step of detecting a relative phase with respect to the reference signal and obtaining a distance of the measurement optical path based on the detected relative phase.
Description
本発明は、距離測定装置、形状測定装置、加工システム、距離測定方法、形状測定方法および加工方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring device, a shape measuring device, a processing system, a distance measuring method, a shape measuring method, and a processing method.
本技術分野の背景技術として、特許文献1(特開2003−315027号公報)がある。この公報には、「熱間H形鋼は曲りや反りが大きいため、従来の近接型距離センサでは寸法・形状の制御が困難であった」という課題を解決する方法として「H形鋼70を4台の光波距離計40,41,42,43で計測する。そのためには、フレーム25を口の字フレームにして光波距離計40,41,42,43の設置性を高めるようにした」ことが開示されている(要約)。
As background art of this technical field, there is Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-315027). This publication describes "H-section steel 70 as a method for solving the problem that hot H-section steel has large bends and warpage, so that it has been difficult to control dimensions and shapes with a conventional proximity distance sensor." It is measured by four optical distance meters 40, 41, 42, and 43. For that purpose, the
特許文献1には、高温物体の形状測定には計測装置を対象物から離して設置する必要があるため、遠隔から形状を測定できる光波距離計をもちいることが記載されているが、光波距離計の距離測定装置と対象物の間の光の伝搬時間を測定する原理に起因する、光の伝搬速度温度依存による誤差は考慮されていない。すなわち、測定光路の空気が高温物体により熱せられて温度が上がり、また、湿度や圧力が変化することより、空気の屈折率が変化するために、測定光の測定装置から対象物までの往復時間が変化してしまい、これによって光波距離計によって測定される距離が誤差を持つことが従来技術では考慮されていない。
In
このような場合によく用いられる手段として、γ線を対象物に照射してγ線の吸収率から対象物の厚みを推定する方法がある。この方法は高温環境での測定が可能であるが、放射線を用いるために放射線防護対策必要であり、また、複雑な形状の測定には向いていないという課題がある。 As a means often used in such a case, there is a method of irradiating an object with γ rays and estimating the thickness of the object from the absorption rate of γ rays. Although this method can measure in a high temperature environment, radiation protection measures are necessary to use radiation, and there is a problem that it is not suitable for measuring complex shapes.
上記課題を解決するために、本願では、多波長のレーザ光を照射する変調光学系と、前記多波長のレーザ光を分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより分割された第一のビームを対象物に照射させて得た測定光を波長ごとに光電変換して測定信号として検出する第一の受光器と、前記ビームスプリッタにより分割された第一のビームとは異なる第二のビームを波長ごとに光電変換して参照信号として検出する第二の受光器と、前記第一の受光器にて検出した測定信号と前記第二の受光器にて検出した参照信号との相対位相を検出し、該検出した相対位相に基づき測定光路の距離を求める演算部と、を備える。 In order to solve the above problems, the present application is directed to a modulation optical system that irradiates multi-wavelength laser light, a beam splitter that divides the multi-wavelength laser light, and a first beam that is split by the beam splitter. A first light receiver that photoelectrically converts measurement light obtained by irradiating an object for each wavelength and detects it as a measurement signal; and a second beam different from the first beam divided by the beam splitter for each wavelength Detecting the relative phase of the second light receiving device that is photoelectrically converted and detected as a reference signal, the measurement signal detected by the first light receiving device and the reference signal detected by the second light receiving device, And a calculation unit for obtaining a distance of the measurement optical path based on the detected relative phase.
本発明によれば、空気の温度、気圧、湿度などによる影響を抑制し、高精度な測定を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the influence of air temperature, atmospheric pressure, humidity and the like, and to realize highly accurate measurement.
以下、実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
上記課題を解決するために、本願では複数波長の測定光を用いて、対象物までの距離を同時に測定し、両者の差異を用いて測定距離を補正することで、環境に影響されない高精度な距離計測・立体形状計測を実現することを特徴とする。光波距離計では測定光を一定の周波数で強度変調し、対象物で散乱反射された強度変調光がもどってくる時間によって、検出される強度変調の位相が変化するので、この位相を測定することによって距離がわかる。すなわち、大気の屈折率n、真空中の光速度c、強度変調の周波数f、受光した光の強度変調の位相φと距離Dの関係は、強度変調ひと波分の光の伝搬距離がc/(n・f)であるので、
D=(1/2)・(N+φ/(2π))・c/(n・f)
の関係がある。ここで、Nは整数である。Nを決めるために、複数の変調周波数fを用いて、まず、一周期あたりの距離c/(2n・f)が、測定したい距離範囲よりも大きくなるような小さな変調周波数fを用い、これによって大まかな距離をきめて、次第に変調周波数fを高めることで正確に距離Lを求める。In order to solve the above-mentioned problem, in the present application, by using a plurality of wavelengths of measurement light, the distance to the object is measured at the same time, and the difference between the two is used to correct the measurement distance. It is characterized by realizing distance measurement and solid shape measurement. The optical distance meter modulates the intensity of the measurement light at a fixed frequency, and the phase of the intensity modulation that is detected changes depending on the time when the intensity-modulated light scattered and reflected by the object returns. You can see the distance. That is, the relationship between the refractive index n of the atmosphere, the light velocity c in the vacuum, the frequency f of the intensity modulation, the phase φ of the intensity modulation of the received light and the distance D indicates that the propagation distance of light for one intensity modulated wave is c / Since (n · f),
D = (1/2) · (N + φ / (2π)) · c / (n · f)
There is a relationship. Here, N is an integer. In order to determine N, a plurality of modulation frequencies f are used. First, a small modulation frequency f such that the distance c / (2n · f) per cycle is larger than the distance range to be measured is used. The distance L is accurately obtained by determining a rough distance and gradually increasing the modulation frequency f.
ここで、大気の温度、圧力、湿度といった環境によって大気の屈折率は変化する。このとき、(N+φ/(2π))の値は、屈折率nに比例して変化する。このため、屈折率nが一定であると仮定して計算した見かけの距離Dは、屈折率に比例して変化する。光の波長によって屈折率の変化の度合いが異なるために、波長によって距離の測定値に差異が生じる。この差異によって環境によっておこる誤差を見積もることができる。この様子を図2に示す。 Here, the refractive index of the atmosphere changes depending on the environment such as the temperature, pressure, and humidity of the atmosphere. At this time, the value of (N + φ / (2π)) changes in proportion to the refractive index n. For this reason, the apparent distance D calculated on the assumption that the refractive index n is constant varies in proportion to the refractive index. Since the degree of change in refractive index varies depending on the wavelength of light, the distance measurement value varies depending on the wavelength. Due to this difference, an error caused by the environment can be estimated. This is shown in FIG.
図2は、本発明に係る距離測定装置における温度と距離の関係図である。 FIG. 2 is a relationship diagram of temperature and distance in the distance measuring apparatus according to the present invention.
温度が上がると一般に屈折率が下がるために、これに比例して見かけの測定距離が変化する。屈折率の環境による変化の波長依存性のため、波長λ1の時の測定距離D1と、波長λ2(<λ1)の時の測定距離D2は温度に対して、異なった変化をする。このとき、D2、D1の値と真の距離Dとの関係には、
D=D2−A(D2−D1)
の関係が近似的に成り立つため、これによって高温大気中での測定距離を補正することができる。ここで、D1とD2の差異はごくわずかであり、Aは100程度の大きい値を持つため、D1とD2のわずかな差異を高精度に検出することが必要である。このために、測定光と参照光、波長1と波長2の検出回路系を対称的に構成することで、共通の誤差の影響を低減する。
図1は、本発明に係る距離測定装置の構成図である。Since the refractive index generally decreases as the temperature increases, the apparent measurement distance changes in proportion to this. Due to the wavelength dependence of the change in refractive index due to the environment, the measurement distance D1 at the wavelength λ1 and the measurement distance D2 at the wavelength λ2 (<λ1) change differently with respect to the temperature. At this time, the relationship between the values of D2 and D1 and the true distance D is
D = D2-A (D2-D1)
Thus, the measurement distance in the high-temperature atmosphere can be corrected. Here, the difference between D1 and D2 is negligible, and A has a large value of about 100. Therefore, it is necessary to detect a slight difference between D1 and D2 with high accuracy. For this reason, the influence of the common error is reduced by symmetrically configuring the measurement light and the reference light, and the detection circuit systems of
FIG. 1 is a configuration diagram of a distance measuring apparatus according to the present invention.
発振器100の信号が変調光源101に加えられ、発振器の変調周波数で変調されたレーザ光を発生する。光源としてはレーザダイオードを用いて、このレーザダイオードの駆動電流に発振器100からの信号を重畳すればよい。あるいは、連続発振のレーザ光源を用いて、この後に変調器を接続した光源101を用いて、変調器の駆動信号として発振器100からの信号を入力してもよい。変調器としては、電気光学変調器EOM(Electro−Optical Modulator)、音響光学変調器AOM(Acoust−Optical Modulator)などを用いればよいが、特にEOMは数十GHzの高速変調が可能であり、変調周波数fを上げることによって距離測定精度を上げたい場合はEOMを使用するのが望ましい。
A signal from the
レーザ光はコリメータ102で平行光にされたのち、波長変換器103に導かれ、ここで非線形光学効果を用いて高調波を発生する。元の波長をλ1とすると、この整数分の1の波長λ2を持ったレーザ光が高調波である。高調波のほかに、他の波長の光との非線形媒質中での混合によって発生する、和周波や差周波のレーザ光を発生してもよい。波長λ1の光が変調しているので、発生した波長λ2の光も元の光と正確に同期して変調されており、これらの光が混ざったものが、波長変換器103から射出される。射出された光はビームスプリッタ104を通過し、光学フィルタ105を通った後、投影・検出レンズ106から射出されて測定光20として測定対象物12に照射される。12で散乱反射された光は、投影・検出レンズ106、光学フィルタ105を再度通って、ビームスプリッタ104で図の下方向に反射される。ここで、望ましい構成としては、波長変換器103から出射される光は直線偏光状態となる様に構成され、ビームスプリッタ104は偏光ビームスプリッタであり、波長変換器103から出射される光の偏光状態を調整することによって、ビームスプリッタ104を透過して測定光となる光と、上方に反射されて参照光となる光の強度費を調整することが可能となる。更に光学フィルタ105として1/4波長板を用いて、これを透過して測定対象物12に向かう光が円偏光となる様に調整することによって、測定対象物12から散乱反射される光も多くが円偏光成分となり、再度光学フィルタ105に置かれた1/4波長板を透過することによって、偏光方向が最初と90度回転した直線偏光として、偏光ビームスプリッタ104に戻る。すると、偏光ビームスプリッタ104で下方向に反射される。また、光学フィルタ105には1/4波長板の他に、測定光λ1、λ2以外の外乱光成分をカットする波長フィルタを含んでもよい。
The laser light is collimated by the
ビームスプリッタ104の下方向は測定光の受光部分であり、上方向は参照光の受光部分であり、対称に構成されているので、まず測定光の受光部分の構成と動作を説明する。測定光は波長分離ミラー110Mで波長λ1の光と波長λ2の光に分けられる。波長λ1の光は図で左方向に進み受光器111M1で受光され、電気信号に変換され、この電気信号から、フィルタ112M1で発振器100の変調周波数に相当する信号を抽出する。波長λ2の光は図で下方向に進み受光器111M2で受光され、電気信号に変換され、この電気信号から、フィルタ112M2で発振器100の変調周波数に相当する信号が抽出される。
The downward direction of the
次にビームスプリッタ104の上方向は参照光の受光部分の構成と動作を説明する。参照光はビームスプリッタ104で分けられた後、波長分離ミラー110Rで波長λ1の光と波長λ2の光に分けられる。波長λ1の光は図で左方向に進み受光器111R1で受光され、電気信号に変換され、この電気信号から、フィルタ112R1で発振器100の変調周波数に相当する信号を抽出する。波長λ2の光は図で上方向に進み受光器111R2で受光され、電気信号に変換され、この電気信号から、フィルタ112R2で発振器100の変調周波数に相当する信号が抽出される。
Next, the upward direction of the
これら抽出された4種類の信号から、波長λ1の測定光と参照光の間の位相差を位相計113−1によって、波長λ2の測定光と参照光の間の位相差を位相計113−2によってそれぞれ検出し、それらから、それぞれ波長λ1に対する距離D1、波長λ2に対する距離D2を検出する。これらの情報を距離演算回路114が受け、D=D2−A(D2−D1)によって、屈折率の影響を補正した正確な距離Dを求めることが可能となる。
From these four types of extracted signals, the phase difference between the measurement light of wavelength λ1 and the reference light is measured by the phase meter 113-1, and the phase difference between the measurement light of wavelength λ2 and the reference light is calculated by the phase meter 113-2. Respectively, and from these, the distance D1 with respect to the wavelength λ1 and the distance D2 with respect to the wavelength λ2 are detected. The
なお、すでに説明したように、長距離の測定の場合は、整数Nを一意に決定するため、複数の変調周波数を用いて上記検出を行うことが必要となる。すなわち、光源101の変調周波数fを切り替え、フィルタ112でこの変調周波数成分を抽出することを順次切り替えて、位相検出の周期性に伴う不定性を解消する。フィルタ112は切り替える変調周波数をすべて通すように構成してもよいし、周波数fの切り替えに合わせて等価帯域を切り替えるようにすれば、外乱に対してより強くなる。あるいは、発振器100から光源101にあたえる変調を、上記切り替える複数の周波数を重畳した信号として、フィルタ112M1,112M2,112R1,112R2と位相計113−1、113−3のセットを重畳した周波数のそれぞれに対して並列に用意することによって、周波数を切り替えることなく、より高速に距離を測定することを可能とする構成も考えられる。
As already described, in the case of long distance measurement, since the integer N is uniquely determined, it is necessary to perform the above detection using a plurality of modulation frequencies. In other words, the modulation frequency f of the
また、フィルタ112等のフィルタ特性のドリフトの影響等によって、フィルタされた信号の位相にはわずかな変動が生じる。この影響を抑えるために、λ1とλ2に対して対称的な光路を構成しているが、さらに、可動反射ミラー128が測定光路中に挿入される構成も考えられる。可動反射ミラー128を光路に挿入すると、ビームスプリッタ104にごく近いミラー128までの距離を測定することができ、この値は大気の外乱の影響を受けにくいので、この値によってフィルタ特性のドリフトの影響を定期校正して抑制することが可能となる。
In addition, slight fluctuations occur in the phase of the filtered signal due to the influence of drift in the filter characteristics of the filter 112 and the like. In order to suppress this influence, a symmetric optical path is configured with respect to λ1 and λ2, but a configuration in which the movable reflecting
以上に示した構成により、複数の波長において距離を精密に測って補正を行うことで、測定光20の光路の温度・気圧・湿度の影響を減じた距離計を実現することができる。
With the configuration described above, it is possible to realize a distance meter in which the influence of the temperature, atmospheric pressure, and humidity of the optical path of the
次に、図3を用いて位相検出方法の別の実施例について述べる。 Next, another embodiment of the phase detection method will be described with reference to FIG.
図3は、本発明による受光信号の周波数を変換するための回路の構成図の例である。 FIG. 3 is an example of a configuration diagram of a circuit for converting the frequency of the received light signal according to the present invention.
精度よく距離を計測するためには、高い周波数fで変調した光の位相を検出することが望ましい。しかし、高い周波数の信号を扱うのは難しいので、本実施例では、ビートダウンと呼ばれる方法を用いる実施形態について説明する。図1の距離測定装置のフィルタ112の部分を図3(a)に示すようにする。すなわち、変調周波数f1に対応した周波数抽出フィルタ112の後に、ミキサー118を挿入し、発振器100で発生した別の周波数f2と混合する、即ち、アナログ的な掛け算をする。すると、f1+f2とf1−f2の二つの周波数を含む信号が出力されるが、このうち、f1−f2の周波数に対応した周波数抽出フィルタ119を通すことによって、f1−f2にビートダウンされた信号となる。f1とf2として近い値を選ぶと、このビートダウンによって周波数を桁違いに低くできるので、位相計113を構成することが容易になる。
In order to measure the distance with high accuracy, it is desirable to detect the phase of light modulated at a high frequency f. However, since it is difficult to handle a high-frequency signal, an embodiment using a method called beat down will be described in this embodiment. The portion of the filter 112 of the distance measuring device in FIG. 1 is as shown in FIG. That is, the mixer 118 is inserted after the frequency extraction filter 112 corresponding to the modulation frequency f1, and is mixed with another frequency f2 generated by the
更に、別のビートダウン実施例として、図3(b)に示すように、発振器から発生した第二の周波数f2の信号を受光器111に印加する。受光器111としてアバランシェフォトダイオードを用いて、バイアス電圧に周波数f2の信号を印加すれば、印加電圧によって増倍ゲインが変化するので、掛け算器と等価な働きをする。したがって、この後に差周波数f1−f2を透過するフィルタ119を挿入することで、周波数f1−f2にビートダウンすることが可能となる。
Furthermore, as another beat-down embodiment, as shown in FIG. 3B, a signal having the second frequency f2 generated from the oscillator is applied to the
次に、距離検出器(距離測定装置)10の別の実施例について述べる。 Next, another embodiment of the distance detector (distance measuring device) 10 will be described.
図4は、距離測定装置に光コムレーザを用いた場合の構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram when an optical comb laser is used in the distance measuring device.
本実施例では、高周波で正確な変調をかけて高精度な位相検出を行うため、モードロックレーザあるいは光コムレーザと呼ばれるレーザ101’を用いる。モードロックレーザは繰り返し周波数f1のパルス発振レーザであり、レーザ共振器内で低次から高次までの共振モードが正確に同期しているために、周波数f1の1倍、2倍、3倍.の変調が高次まで正確に同期してかかっており、ジッターも非常に小さいという特徴がある。このような特徴があるため、この光コムレーザ101’を図1で示した光源101の代わりにもちいると距離測定の精度が向上する。この場合、発振器100からの変調信号f1は光コムレーザ101’の変調に用いるのではなく、光コムレーザ101’の繰り返し発振周波数がf1と等しくなるように光コムレーザの共振器長等を制御するための基準信号として用いる。光源以外の部分については図1と同様に構成してももちろん良いが、レーザダイオードの変調によっては得ることが困難な、数十GHzオーダの高周波を検出するために、図4に示したような構成にしてもよい。数十GHzオーダの光強度変調を検出する受光器は非常に高価であり、また、高周波は空間や回路基板を伝わって受光器のあとの回路に伝搬しやすくクロストークノイズとなるため、受光器で受光した変調光信号が微弱な場合はとくに誤差の原因となりやすい。このため、光学的に別の周波数に変換してから受光器で検出することで、クロストークを抑えた高精度な微弱光の位相検出が可能となる。
In the present embodiment, a laser 101 'called a mode-locked laser or an optical comb laser is used in order to perform accurate phase detection by accurately modulating at a high frequency. The mode-locked laser is a pulsed laser with a repetition frequency f1, and the resonance modes from the low order to the high order are accurately synchronized in the laser resonator, so that the frequency f1 is 1 time, 2 times, 3 times. The modulation is applied in synchronization with high order and the jitter is very small. Because of such characteristics, the accuracy of distance measurement is improved when this optical comb laser 101 'is used in place of the
以下、光源部以外で、図4が図1と異なるところを中心に説明を加える。ビームスプリッタ104の下方向は測定光の受光部分であり、上方向は参照光の受光部分であり、対称に構成されているので、まず測定光の受光部分の構成と動作を説明する。測定光はファイバーコリメータ115Mで光ファイバーに導入され、波長分離カプラ(WDM)116Mで波長λ1の光と波長λ2の光に分けられる。波長λ1の光はEOMなどの光変調器117M1を通る時に、発振器100からの周波数f2の変調を受けたのち、受光器111M1で受光され、電気信号に変換される。もともとの測定光の周波数f1での強度変調と光変調器117M1による強度変調f2のため、受光された信号にはf1−f2のビートダウンされた信号成分が含まれる。元の周波数f1での変調成分は高周波なので受光器111M1の帯域から外れてしまう場合でも、低周波に変換されたf1−f2が検出できればよいので、より低コストな受光器を用いることが可能であるという効果が、クロストーク抑制効果の他にある。この電気信号から、フィルタ112M1で周波数f1−f2に相当する信号を抽出する。
In the following, a description will be added with a focus on the difference between FIG. 4 and FIG. The downward direction of the
また、光変調器117M1に与える変調信号の周波数はf2ではなく、f2/2でもよい。変調強度を強くすると高調波での変調がかかるので、同様にf1−f2のビートダウン信号が得られる。この場合は、発振器の信号周波数を低くすることができるので回路の最高周波数を落とすことが可能となる。 Further, the frequency of the modulation signal applied to the optical modulator 117M1 may be f2 / 2 instead of f2. When the modulation intensity is increased, modulation with harmonics is applied, so that a beat-down signal of f1-f2 can be obtained similarly. In this case, since the signal frequency of the oscillator can be lowered, the maximum frequency of the circuit can be lowered.
波長λ2の光は波長分離カプラ116Mから光変調器117M2に導かれ、同様に周波数f2による強度変調をうけて、周波数f1−f2の信号を含む光信号に変換される。これは受光器111M2で受光されて電気信号に変換され、この電気信号からフィルタ112M2で周波数f1−f2の信号成分が抽出される。
The light of wavelength λ2 is guided from the
次にビームスプリッタ104の上方向に反射された参照光の受光部分の構成と動作を説明する。参照光はビームスプリッタ104で分けられた後、ファイバーコリメータ115Rにより光ファイバーに導かれる。この後の構成は検出光に対する図と対称であり、上記説明における光変調器、受光器、フィルタに対する記号のMをすべてRに置き換えればよい。
Next, the configuration and operation of the light receiving portion of the reference light reflected upward from the
上記で抽出された4種類の信号から波長λ1の測定光と参照光の間の位相差を位相計113−1、波長λ2の測定光と参照光の間の位相差を位相計113−2によって、それぞれ検出し、それらから、それぞれ波長λ1に対する距離D1、波長λ2に対する距離D2を検出する。これらの情報を距離演算回路114が受け、D=D2−A(D2−D1)によって、屈折率の影響を補正した正確な距離Dを求めることが可能となる。
The phase difference between the measurement light having the wavelength λ1 and the reference light from the four types of signals extracted above is obtained by the phase meter 113-1, and the phase difference between the measurement light having the wavelength λ2 and the reference light is obtained by the phase meter 113-2. , And detect the distance D1 with respect to the wavelength λ1 and the distance D2 with respect to the wavelength λ2, respectively. The
なお、本構成では光ファイバーの小面積のコアに測定光をファイバーコリメータ115Mによって導入するため、レンズ106には焦点調整機構が付いているのが望ましい。また、光学フィルタ105によって波長λ1、λ2以外の外乱光をカットするのが望ましい。また、可動ミラー128によって、定期的に可動ミラーの距離を測定することで、フィルター回路等のドリフトによる誤差を補正することが望ましい。
In this configuration, since the measurement light is introduced into the core of a small area of the optical fiber by the
次に別の実施例として、光を強度変調するのではなく光の周波数を変調する場合の構成を説明する。 Next, as another embodiment, a configuration in the case where the intensity of light is not modulated but the frequency of light is modulated will be described.
図5は、本発明に係る距離測定装置において、周波数掃引レーザを用いた場合の構成図である。 FIG. 5 is a configuration diagram when a frequency sweep laser is used in the distance measuring apparatus according to the present invention.
発振器100’は三角波状の変調信号を発生し、レーザダイオード101の駆動電流に重畳される。すると、LDが発振する波長λ1のレーザ光の電磁波としての周波数が直線的に変化するように制御できる。このレーザ光はファイバーカプラ129で分けられ、一方は別のファイバーカプラ133−1によって更に二つに分けられる。真横に向かった一方の光は別のファイバーカプラ134−1によって更に分けられた後、波長分離(WDM)カプラで別の波長λ2のレーザと混合されて、コリメータ102から射出される。
The
射出された光は、光学フィルタ105を通った後、投影・検出レンズ106から射出されて測定光20として測定対象物12に照射される。12で散乱反射された光は、投影・検出レンズ106、光学フィルタ105を再度通って、ファイバーコリメータ102で集光される。なお、レンズ106には実施例3と同様に焦点調整機構が付いているのが望ましい。
The emitted light passes through the
集光された波長λ1の光は波長分離カプラ110で下方向に導かれ、ファイバーカプラ134−1でミラー135−1に分岐してミラーに反射して戻ってきた光と再び合流して、一部が光検出器111M1で検出される。このとき、ミラー135−1で戻ってきた光と測定対象物12で戻ってきた光が干渉したビート信号が検出される。レーザダイオード101の変調によるレーザ光の周波数の変化率をk(Hz/s)とすると、ミラー135−1までの光学的距離と測定対象物12までの光学的距離の差Dに対して、光の伝搬時間が2D/cだけ異なるので、二つの光を干渉させたときのビートは
fb=2k・D/c
の周波数をもつ。したがって、この周波数を検出すれば、距離Dが算出できる。The collected light of wavelength λ1 is guided downward by the
With a frequency of Therefore, if this frequency is detected, the distance D can be calculated.
ファイバーカプラ133−1で下方向に分岐したレーザ光は別のファイバーカプラ136−1で二つに分けられ、長さがLだけ異なる光ファイバー137−1と138−1に導かれ、前記2本の光ファイバーを伝搬した光は別のファイバーカプラ139−1で合流して干渉を起こし、光検出器111R1で検出される。この時のビート周波数は
fr=k・nf・L/c
となる。ここで、nfは光ファイバーのコアの屈折率である。周波数変化率k以外は既知なので、ビート周波数frから周波数変化率がモニタでき、これをリファレンスとしてADコンバータ141−1で検出する。同時に検出器111M1で検出される検出光のビート信号も、ADコンバータ141−1で検出する。これらの2種類のビート信号を解析して周波数の比を解析すれば、距離Dが算出できる。この場合は周波数逓倍器140−1は使用しないので、周波数逓倍器140−1については後で説明する。最終的なDの算出式は
D=(1/2)nf・L・fb/fr
となり、検出光ビートと参照ビートの比から距離Dが算出できることとなる。The laser beam branched downward by the fiber coupler 133-1 is divided into two by another fiber coupler 136-1, led to optical fibers 137-1 and 138-1 having different lengths by L, and the two The light propagated through the optical fiber is combined by another fiber coupler 139-1 to cause interference, and is detected by the photodetector 111R1. The beat frequency at this time is fr = k · nf · L / c
It becomes. Here, nf is the refractive index of the core of the optical fiber. Since the frequency change rate other than k is known, the frequency change rate can be monitored from the beat frequency fr, and this is detected by the AD converter 141-1 as a reference. At the same time, the beat signal of the detection light detected by the detector 111M1 is also detected by the AD converter 141-1. If these two types of beat signals are analyzed to analyze the frequency ratio, the distance D can be calculated. In this case, since the frequency multiplier 140-1 is not used, the frequency multiplier 140-1 will be described later. The final formula for calculating D is D = (1/2) nf · L · fb / fr
Thus, the distance D can be calculated from the ratio between the detected light beat and the reference beat.
あるいは、別の方法として光検出器111R1から得られる参照用ビート信号をそのままADコンバータ141−1に入れるのではなく、周波数逓倍器140−1を通して4倍〜16倍程度に逓倍し、これをADコンバータ141−1のサンプリングトリガー信号として検出器111M1で検出される検出光のビート信号をAD変換すれば、検出ビートと参照ビートを比較することなく、検出ビートをフーリエ変換などを用いて周波数解析するだけで距離Dを測定することができる。 Alternatively, as another method, the reference beat signal obtained from the photodetector 111R1 is not directly input to the AD converter 141-1, but is multiplied by about 4 to 16 times through the frequency multiplier 140-1, and this is converted to AD. If the beat signal of the detection light detected by the detector 111M1 is AD-converted as the sampling trigger signal of the converter 141-1, the detected beat is frequency-analyzed using Fourier transform or the like without comparing the detected beat and the reference beat. The distance D can be measured only by this.
次に、もう一つの波長λ2に対応する光学系・回路系である、図5の上半分について説明する。ファイバーカプラ129で分けられたレーザ光の残りは例えば希土類ドープ光ファイバーや半導体光増幅器といった光増幅器130で増幅され、ファイバーコリメータ131から出射される。この増幅された光は波長変換器103に導かれ、ここで非線形光学効果を用いて高調波を発生する。元の波長をλ1とすると、この整数分の1の波長λ2を持ったレーザ光が高調波である。高調波のほかに、他の波長の光との非線形媒質中での混合によって発生する、和周波や差周波のレーザ光を発生してもよい。入力される波長λ1の光が変調しているので、発生した波長λ2の光も元の光と正確に同期して変調されており、ファイバーカプラ132によって再び光ファイバーに導かれる。この波長λ2の光は図5の下半分の説明で波長λ1の光に対して説明したのと同じ構成の光ファイバー光学系をもちいた、距離検出系に入力される。光学素子134−1,135−1,111M1,136−1,137−1,138−1,139−1,111R1と回路140−1、141−1の添え字をすべて1から2に読み替えれば、λ1に対する上記説明がλ2に対しても成り立つ。
Next, the upper half of FIG. 5, which is an optical system / circuit system corresponding to another wavelength λ2, will be described. The remainder of the laser light divided by the
ただし、光の周波数の変化率kは高調波を利用することによってλ1/λ2倍になっているのでビート周波数もλ1/λ2倍となることを注意しておく。ここで、別の構成として、参照ビートを発生する光学系に関しては、ビート周波数が正確にλ1/λ2倍になるので、必ずしもλ1とλ2用に分けて具備する必要はない。例えば、図の点線で囲ったλ1用参照ビート発生部142−1を具備する代わりに、λ2用参照ビート発生部142−2からの信号を経路145によって波長λ1用のADコンバータ141−1に入力してもよい。
However, it should be noted that since the rate of change k of the frequency of light has been multiplied by λ1 / λ2 by using harmonics, the beat frequency is also increased by λ1 / λ2. Here, as another configuration, regarding the optical system that generates the reference beat, since the beat frequency is accurately multiplied by λ1 / λ2, it is not always necessary to separately provide λ1 and λ2. For example, instead of having the reference beat generating unit for λ1 142-1 surrounded by the dotted line in the figure, the signal from the reference beat generating unit for λ2 142-2 is input to the AD converter 141-1 for the wavelength λ1 through the
以上の構成で波長λ1とλ2に対する対象物12の距離D1、D2を正確に測定することができるので、これらの結果を距離演算回路114’に入力して比較することによって光路の環境による誤差を補正した正確な距離Dを測定することが可能となる。
With the above configuration, the distances D1 and D2 of the
なお、本構成では光ファイバーの小面積のコアに測定光をファイバーコリメータ102によって導入するため、レンズ106には焦点調整機構が付いているのが望ましい。また、光学フィルタ105によって波長λ1、λ2以外の外乱光をカットするのが望ましい。また、可動ミラー128によって、定期的に可動ミラーの距離を測定することで、フィルター回路等のドリフトによる誤差を補正することが望ましい。
In this configuration, since the measurement light is introduced into the core of a small area of the optical fiber by the
次に、上記説明した距離測定装置10を備えた立体形状測定装置11の構成について説明する。
Next, the configuration of the three-dimensional
図6は、本発明に係る形状測定装置11の構成図の例である。
FIG. 6 is an example of a configuration diagram of the
距離測定装置10から出射した測定光20は形状測定装置11の可動ミラー150、151で反射してから測定対象物12に照射され、拡散反射した測定光20は可動ミラー151、150で反射してから距離測定装置10にもどる。可動ミラー150と151の角度を変えることにより、任意の方向にビームを偏向する偏向光学系を構成する。この偏向光学系によりビームの方向を走査しながら対象物12までの距離を測定することにより、対象物の立体形状を測定することが可能となる。別の実施例として、ミラーは151一枚だけを用いて、ミラー151が2軸方法に可動となるように構成し、一枚だけで立体形状を測定できるようにしてもよい。あるいは、ミラーは151一枚だけを用いて、ミラー151は1軸方法のみに可動となる構成で測定光20の走査方向に沿った断面形状を測定するようにしてもよい。
The
なお図6では、距離測定装置10として図1で説明した構成を用いて描かれているが、図3,図4,図5のいずれかを用いて構成してもよいことは言うまでもない。
In FIG. 6, the
次に図7を用いて本装置の校正方法について説明する。 Next, the calibration method of this apparatus will be described with reference to FIG.
図7は、本発明による距離測定装置10(形状測定装置11)により距離補正を校正するための構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram for calibrating the distance correction by the distance measuring device 10 (shape measuring device 11) according to the present invention.
距離測定装置10あるいは形状測定装置11と校正用の測定対象物12’の間の測定光20の光路を覆う、加熱と温度のモニタが可能な加熱管152を準備する。加熱管の温度を変化させながら、波長λ1とλ2による距離D1とD2を測定し、図2に示したデータを得る。このデータから式
D=D2−A(D2−D1)
による補正に必要な係数Aを得ることができる。A
The coefficient A necessary for correction by the above can be obtained.
次に図8を用いて、更に距離精度を向上する実施例について説明する。 Next, an embodiment for further improving the distance accuracy will be described with reference to FIG.
図8は、本発明による対象物表面温度測定機能を組み合わせて、更に距離測定の精度を高めた装置の構成の例である。 FIG. 8 is an example of the configuration of an apparatus that combines the object surface temperature measurement function according to the present invention to further improve the accuracy of distance measurement.
図2に示した関係は近似的関係であり、温度範囲が広くなると正確にはD=D2−A(D2−D1)の式とは一致しなくなる。このため、測定対象物12の表面の温度を測定する機能を付加して、この情報を用いて測定対象物付近の空気の温度勾配を推定し、補正を行うと高温時の形状測定精度が向上する。図8が図1に説明する実施例と異なる部分だけ説明する。測定対象物12から戻ってきた測定光はレンズ106を透過した後、波長分離ミラー153で検出光λ1とλ2の成分を透過し、それ以外の光を反射するように構成される。検出光λ1とλ2以外の成分は154で受光される。154は分光器であり、測定対象物12の表面温度を、輻射光のスペクトルからウイーンの輻射則やプランクの輻射則によって推定することができる。あるいはもっと簡便に、154を波長フィルター付き受光器で構成し、一定の赤外波長領域の光量を検出して、これから測定対象物12の表面温度を推定してもよい。このように、波長分離ミラー153と分光器/波長フィルター付き受光器154により、温度推定手段を具備させることができる。これによって推定した測定対象物12の表面温度から、測定対象物付近の空気の温度勾配を推定し、測定された距離に対して補正を行う。このための補正量は図7で説明した加熱管152によって得ることができる。
The relationship shown in FIG. 2 is an approximate relationship, and when the temperature range is widened, the equation D = D2-A (D2-D1) does not exactly match. For this reason, if a function for measuring the temperature of the surface of the
次に、本発明に係る形状測定装置11による測定結果を用いて、立体形状を評価する立体形状評価装置13をもち、立体形状の評価結果を用いて加工装置の加工条件を調整する加工システムについて、図9を用いて説明する。
Next, a processing system having a three-dimensional
図9に示される加工システムは、形状測定装置11−1、11−2、立体形状評価装置13、加工装置14を備えて構成される。
The machining system shown in FIG. 9 includes shape measuring devices 11-1 and 11-2, a three-dimensional
11−1と11−2が本発明に係る立体形状測定装置である。このように必要に応じて測定対象物12の周りに一つあるいは複数の立体形状測定装置を設置し、測定光20−1、20−2を走査して、測定対象物12の立体形状を取得する。これらの立体形状測定装置からの計測データを立体形状評価装置13で集めて計測対象物12全体の立体データとして、この立体データと設計値とのずれを高精度に評価する。この結果を鍛造装置、圧延装置などの加工装置14に渡して、加工装置の動作パラメータを変更して加工結果の測定対象物12の形状が所望の形状になる様に制御することが可能となる。
Reference numerals 11-1 and 11-2 denote solid shape measuring apparatuses according to the present invention. As described above, if necessary, one or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are installed around the
図10は、本発明に係る形状測定装置による距離補正を行うためのレーザの掃引の様子を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a state of laser sweep for performing distance correction by the shape measuring apparatus according to the present invention.
形状計測装置11から出た測定光20を走査して、測定対象物12の表面形状を測定する。このとき、空気の気圧・温度・湿度等による補正量のデータを正確に得るためには、測定をゆっくりと行って長時間平滑化し、それぞれの波長λ1とλ2による距離D1,D2を正確に測定する必要がある。これによる測定時間の増大を避けるために、図10(a)の21に示すように少数の位置での補正データを取得して、場所による補正量のマップを補間によって得て、形状計測装置11の距離演算部114によって各位置による測定結果に対して補正を行う。この構成により、測定時間の増大や測定ばらつきの増大を招かずに立体形状データを正確に得ることができるようになる。さらに、図10(b)に示すように、補正データ取得位置に反射光が強く安定な距離検出ができる補助ターゲット22を置いて、ここを測定することで、形状計測装置11の距離演算部114によって高温物体測定時の補正量の各位置での値を正確に得ることができるという効果を生じる。
The
以上の実施例では、実施例5にて示した図6で形状測定装置の構成図について説明したが、他の実施例にて示した距離測定装置についても図6と同様に、可動ミラーなどを備えて構成することで形状測定装置として構成される。 In the above embodiment, the configuration diagram of the shape measuring device is described with reference to FIG. 6 shown in the fifth embodiment. However, the distance measuring device shown in the other embodiments is also provided with a movable mirror or the like as in FIG. By being provided, it is configured as a shape measuring device.
すでに説明したように、距離の補正式の
D=D2−A(D2−D1)
におけるD1とD2の差異はごくわずかであり、Aは100程度の大きい値を持つため、D1とD2のわずかな差異を高精度に検出することが必要である。たとえば100マイクロメートルの精度を得るためにはD2−D1の値を1マイクロメートルの精度で測定する必要がある。このために更に精度を上げることができる実施例をこの後さらに示していく。As already explained, D = D2-A (D2-D1) of the distance correction formula
The difference between D1 and D2 is very small. Since A has a large value of about 100, it is necessary to detect a slight difference between D1 and D2 with high accuracy. For example, in order to obtain an accuracy of 100 micrometers, it is necessary to measure the value of D2-D1 with an accuracy of 1 micrometer. For this purpose, an embodiment that can further improve the accuracy will be described later.
図11に本発明のD2−D1を高精度に計測するための構成例を示す。フィルタ112等の回路の発熱や環境温度によるフィルタ特性のドリフト影響の違いや、参照光と検出光の距離測定装置10内の光路長の波長による違いによって、D2とD1の相対的な信号の位相に測定光20の光路の環境や測定対象物12の距離が全く変わらない場合でも、わずかな変動が生じる。この影響を抑えるために、図1で説明した構成では、可動反射ミラー128を測定光路中に挿入して、ビームスプリッタ104にごく近いミラー128までの距離を測定することができ、この値は大気の外乱の影響を受けにくいので、この値によってフィルタ特性のドリフトの影響を定期校正して抑制していた。さらにこれを高頻度で行い精度を高めるのが図11で説明する実施例の構成である。可動反射ミラー128の代わりに光チョッパー172を挿入する。これを制御器162で常時回転させてこれと同期してクロストーク補正器163、原点補正器164を動作させることで、常時補正を行うことで上記説明した検出ドリフトを高頻度で補正して、精度よくD2−D1を求めることができる。
FIG. 11 shows a configuration example for measuring D2-D1 of the present invention with high accuracy. The relative signal phase of D2 and D1 depends on the difference in the drift effect of the filter characteristics due to the heat generation of the circuit such as the filter 112 and the environmental temperature, and the difference in the optical path length in the
ここで使用する光チョッパーとしては例えば図12(a)に示すものを用いる。光チョッパー172の回転ディスク部には光を反射せずに吸収するレーザ吸収部170、光を反射して元に戻すレーザ反射部171が形成されており、これ以外の部分は光を透過する中空の窓あるいは透明ガラス部分となっている。
As the optical chopper used here, for example, the one shown in FIG. The rotating disk portion of the
あるいは図6で説明した形状測定装置の構成図のビーム走査ミラー150の近傍に図12(b)に示すように、レーザ吸収部170’とレーザ反射部171’を配置する。レーザ反射部171’はビーム走査ミラー150に光を戻す鏡となっており、レーザ反射部171’にビームが当たるように走査ミラー150の角度を制御した場合には、レーザ反射部171’で測定光が反射して検出装置に戻る。また、レーザ吸収部170’にビームが当たるようにビーム走査ミラー150の角度を制御した場合には光が戻らない。この実施例では光を吸収するNDフィルタで複数回反射することで、光を吸収する構成となっている。なお、レーザ吸収部170’とレーザ反射部171’は第二のビーム走査ミラー151の後に配置して151の角度によって測定光路を切り替えてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 12B, a
図12(c)を用いて計測のシーケンスを説明する。このように光チョッパー172やビーム走査ミラー150あるいは151の回転によって、測定対象物に測定光を当てて測定している通常測定期間と、レーザ反射部171を測定している基準距離測定期間、レーザ吸収部170にビームを吸収させてバックグラウンド信号を測定しているバックグラウンド測定期間を1ミリ秒から10秒の間の適当な間隔で高速に切り替える。この光チョッパー172やビーム走査ミラー150あるいは151の制御は制御器162で行い、光チョッパー172あるいは制御器162からのタイミング信号を用いて、クロストーク補正器163、原点補正器164の動作を切り替える。
A measurement sequence will be described with reference to FIG. As described above, the normal measurement period in which the measurement light is applied to the measurement object by the rotation of the
具体的には、クロストーク補正器163は、バックグラウンド測定期間は位相計からのデータD”(位相φと振幅A)を振幅ベクトル(Ax、Ay)として記憶して、バックグラウンドデータ(Axn、Ayn)とする。ここで、Ax=Acosφ、Ay=Asinφの関係がある。それ以外の期間は位相計からのデータを振幅ベクトルD”(Ax、Ay)として受け取り、D’(Ax−Axn、Ay−Ayn)をバックグラウンド補正後のデータとして出力する。なお、バックグラウンドデータの同定誤差を減らすために、複数のバックグラウンド測定期間のバックグラウンドデータをもちいて、各種の移動平均などのフィルタをかけたものをバックグラウンドデータ(Axn,Ayn)としてもよい。
Specifically, the
原点補正器(比較器)164ではクロストーク補正器163から受け取ったデータD’のうち基準距離測定期間のデータを記憶して(Axo,Ayo)として、通常測定期間のデータD’から差し引くことで距離測定装置10内のフィルタや光路の特性ドリフトによる影響を除去して正確な測定を実現する。ここでも基準距離の測定誤差を減らすために、複数の基準距離測定期間のデータをもちいて、各種の移動平均などのフィルタをかけたものを基準距離データ(Axo,Ayo)としてもよい。
The origin corrector (comparator) 164 stores the data of the reference distance measurement period among the data D ′ received from the
上記処理は波長λ1、λ2のそれぞれに対して行うため、位相計113、クロストーク補正器163、原点補正器164、およびそこから出力されるデータD”、D’、Dはそれぞれ1,2のサフィックスをつけて並べて図中では記載してある。また、図示していないが実施例1で説明したように複数の変調周波数fそれぞれに対して上記処理を行って、これによって一周期あたりの距離c/(2n・f)が、測定したい距離範囲よりも大きくなるような小さな変調周波数fを用い、これによって大まかな距離をきめて、次第に変調周波数fを高めることで正確に距離を求めることを実現する。最後に距離演算回路114でλ1、λ2の2波長に対する距離D1,D2からD=D2−A(D2−D1)によって大気の屈折率の温度変化を補正した正確な距離を求めることができる。
Since the above processing is performed for each of the
次にクロストークデータ、基準距離データを高頻度に得るための変形例を図13を用いて説明する。基本的構成は図4で説明した距離測定装置10と同様である。ただし、電気光学変調器(EOM)117R1、117R2の後にそれぞれ光ファイバーカプラ160−1,160−2を挿入して参照光の一部を別の光ファイバーに分岐する。分岐した光ファイバーは光スイッチ161−1、161−2で、測定光のEOM(それぞれ117M1と117M2)からの光ファイバーに結合する。光スイッチは測定光と参照光を制御器162からの信号によって切り替えて光電変換器(それぞれ111M1と111M2)に渡すことで、実施例9で説明した通常測定期間と基準距離測定期間を切り替える。さらに、光スイッチ161−1、161−2を3入力切り替えのものとして、3つめの入力を非接続にして、非接続入力を制御器162で選択することで、実施例9で説明したバックグラウンド測定期間を実現する。制御器162は実施例9と同様に測定期間の選択と同期してクロストーク補正器163、原点補正器164を制御することで、距離測定装置10内のフィルタや光路の特性ドリフトによる影響を除去して正確な測定を実現する。
Next, a modification for obtaining the crosstalk data and the reference distance data with high frequency will be described with reference to FIG. The basic configuration is the same as that of the
次に図14を用いて実施例10の変形例を説明する。ここでは、光ファイバーカプラ160を参照光用のファイバーコリメータ115Rの後に挿入して、参照光を一部分分岐して、測定光用のファイバーコリメータ115Mの後に挿入した光ファイバースイッチで、測定光と選択して、測定光用WDMカプラ(116M)に送る。選択は制御器162からの信号によって行うこと、ファイバーカプラ160は2入力あるいは望ましくは3入力で3番目の入力は非接続で使用することは実施例10と同様である。
Next, a modification of the tenth embodiment will be described with reference to FIG. Here, the
ほかの構成例を図15を用いて説明する。基本的構成は図5で説明した距離測定装置10と同様である。ただし、波長分離カプラ110とコリメータ102の間に後述する素子を挿入して波長分離カプラ110から図の左方に戻る光を切り替える。サーキュレータ166は波長分離カプラ110からの測定光を光ファイバーカプラ160に導く、光ファイバーカプラ160は光の一部を光スイッチ161に分岐する。分岐されなかった光は右方に進みサーキュレータ165を右方向に進み、コリメータ102に導かれる。ここから測定光20が測定対象物12に照射されて再びコリメータで光ファイバーに戻るのは、図5で説明したものと同じである。戻ってきた測定光20はサーキュレータ165で上方に導かれ、光スイッチ161に入力される。距離演算回路114’からの信号で光スイッチ161は照射前に光カプラ160で戻した光、測定光20として照射された光、さらに望ましくは入力が接続されていないポートからの光を選択して出力する。サーキュレータ166はこれを受け取って波長分離カプラ110に伝送する。この構成によって、光スイッチは実施例9で説明した通常測定期間と基準距離測定期間とバックグラウンド測定期間の切り替えを実現する。距離演算回路114’は実施例9と同様に測定期間の選択と同期して、バックグラウンド補正と基準距離データ補正を行うことで、距離測定装置10内のフィルタや光路の特性ドリフトによる影響を除去して正確な測定を実現する。
Another configuration example will be described with reference to FIG. The basic configuration is the same as that of the
更にほかの構成例を図16を用いて説明する。基本的構成は図6で説明した距離測定装置10と同様である。ただし、参照光の検出信号を光電変換器111R1,111R2の後で分岐して信号切替器181−1、181−2にそれぞれ導く。切替器181−1は制御器162からの指令で測定光受光器111M1と参照光受光器111R1からの信号を切り替えてフィルタ111M1に送る。これによって、切替器が参照光からの信号を選択している期間にフィルタ112M1と112R1間の特性の違いを測定することが可能となり、これを高頻度で行って、測定光からの信号の位相測定時に補正することで、高精度な位相測定が可能となる。波長λ2に関しても切替器181−2が同様に働く。
Still another configuration example will be described with reference to FIG. The basic configuration is the same as that of the
この場合、距離測定装置10内の光路の揺らぎに対しては補正ができないので、可動反射ミラー128は、切替器181−1、181−2に比べて低頻度で働いて、実施例1と同様に揺らぎを補正する。
In this case, since the correction of the fluctuation of the optical path in the
次に変調光源系の別の構成例について図17を用いて説明する。 Next, another configuration example of the modulated light source system will be described with reference to FIG.
図17(a)は図1に記載の変調光源系であり、変調光源101の後にコリメータ102でレーザを出射してから波長変換器103で複数の波長が混ざったものを生成する。この場合、波長変換器103として高調波発生器を用いる場合は波長が整数分の1となる必要があり、使用できる波長に制限があった。和周波/差周波発生器を用いれば波長選択の自由度は上がるが、2本のレーザの軸調整が複雑になる課題があった。このため、そのほかの構成をこの後説明する。
FIG. 17A shows the modulated light source system shown in FIG. 1. After the modulated
図17(b)では2つの波長の異なる変調光源101、101”を準備する。101、101”にはレーザダイオードを用いるとシンプルな光源とできる。λ1、λ2はなるべく波長の離れたものを用いると、屈折率の温度依存性の差が大きいので、補正に用いるパラメータAの値が小さくなり、測定精度を上げることが可能となる。たとえば、Siフォトダイオードを検出器として用いる場合は、検出器の感度の高い範囲内でなるべく波長の離れた400nm前後と800〜1100nm程度のものを用いるといい。光通信帯で使われるフォトダイオードが多くある、1550nm前後や1300nm前後の波長もλ1あるいはλ2の有力な選択肢となる。これらの波長から選択した変調光源101、101”は同一の発振器100からの信号で強度変調される。変調光源101、101”からの光はコリメータ102、102”からそれぞれ出射されて、波長分離ミラー(望ましくはダイクロイックミラー)153で一本のビームに結合される。
In FIG. 17B, two modulated
あるいは図17(c)に示すように、変調光源101、101”からの光は光ファイバーカプラ(望ましくはWDMカプラ)174で一本のファイバーに結合された後コリメータ102から出射される。
Alternatively, as shown in FIG. 17C, the light from the modulated
あるいは、図17(d)に示すように、光源101、101”を変調しないで用いてこれらの出力光を光ファイバーカプラ(望ましくはWDMカプラ)174で結合した後、変調器175で発振器100からの変調信号に従って変調する。変調器175としては、図1の実施例の説明で挙げたAOM、EOMでもよいが、変調特性に波長依存性が少ないEA変調器(Electric Abosorption変調器)を用いてもよい。さらに別の構成として、単一のレーザ光源101からの光をコリメータ102から出射させたのち、波長変換器103で複数波長の混合された光に変換し、これを変調器175で変調させてもよい。なお、コリメータ102の位置は波長変換器103などの素子が光ファイバー入出力タイプの場合には、コリメータ102と波長変換器103の順番が反対になることを注意しておく。また、図17(d)および(e)の変調器175についても、光ファイバー入出力タイプか否かによって、コリメータ102と変調器175の間の順番が反対にあることを注意しておく。
Alternatively, as shown in FIG. 17 (d), these
次に波長変換器(受光器)をλ1とλ2で共通にした場合の距離測定装置10の構成例について図18を用いて説明する。基本的構成は図1を用いて説明した実施例と同様であるが、参照光の光電変換器(受光器)111R1と111R2、フィルタ112R1と111R2、測定光の光電変換器(受光器)111M1と111M2、フィルタ112M1と111M2、が一つになり、それぞれ参照光の受光器111Rとフィルタ112R、測定光の受光器111Mとフィルタ112Mなっている。制御器162は波長選択フィルタ182を制御して、λ1、λ2を切り替える。多波長変調光源としては図17(a)に示した構成を図18中に含んでいるが、図17(b)〜(e)に示した構成で置き換えてもよいことはいうまでもない。制御器162は波長選択フィルタ182の切替えと同期して位相計113、クロストーク補正器163、原点補正器164、距離演算回路114を動作させて、波長λ1とλ2に対応した距離D1,D2をそれぞれ正確に測定して、大気の屈折率の変化の影響を補正した正確な距離を算出することが可能となる。
Next, a configuration example of the
最後に、本発明に係る形状測定装置による測定結果を用いて、立体形状を評価する立体形状評価装置をもち、立体形状の評価結果を用いて加工装置の加工条件を調整する加工システムについて、図19を用いて説明する。 Finally, a processing system having a three-dimensional shape evaluation device that evaluates a three-dimensional shape using the measurement result obtained by the shape measuring device according to the present invention, and adjusting the processing conditions of the processing device using the three-dimensional shape evaluation result. 19 will be used for explanation.
図19に示される加工システムは、形状測定装置11−1、11−2、立体形状評価装置13、加工装置14を備えて構成される。
The processing system shown in FIG. 19 includes shape measuring devices 11-1 and 11-2, a three-dimensional
11−1と11−2が本発明に係る立体形状測定装置である。このように必要に応じて測定対象物12の周りに一つあるいは複数の立体形状測定装置を設置し、測定光20−1、20−2を走査して、測定対象物12の立体形状を取得する。これらの立体形状測定装置からの計測データを立体形状評価13で集めて計測対象物12全体の立体データとして、この立体データと設計値とのずれを高精度に評価する。
Reference numerals 11-1 and 11-2 denote solid shape measuring apparatuses according to the present invention. As described above, if necessary, one or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are installed around the
この時、立体形状評価装置13は測定対象物送り装置190も制御して、送りと同期して立体形状測定装置11を動作させる。このような構成にして、測定光20の走査は測定対象物12の送りと略直交方向とすることで、立体形状測定装置13はシンプルな一軸レーザ走査による一次元断面形状測定機能を持たせて、測定対象物12の送りと合わせて測定対象物の3次元形状の測定を可能とできる。
At this time, the three-dimensional
また図9の実施例では加工装置14から出てきた測定対象物12を加工装置に戻す説明がなかったが、本実施例では立体形状評価装置13による測定後再び加工装置14に戻すことで、測定された測定対象物12の形状データを用いて、追加の圧延・鍛造量、すなわち、あと何mm追加で圧延・鍛造すれば所望の形状になるかの指示データを、立体形状評価装置13から加工装置14に渡して高精度な加工を行うことが可能となる。
Further, in the example of FIG. 9, there was no explanation for returning the
10 距離測定装置、11 形状測定装置、12 測定対象物、13 立体形状評価装置、14 加工装置、20 測定光、21 補正データ取得時の測定光の位置、22 補正データ取得のための補助ターゲット、100 発振器、101 変調光源、101’ 光コムレーザ、102 コリメータ、103 波長変換器、104 ビームスプリッタ、105 光学フィルタ、106 投影・検出レンズ、110 波長分離カプラ、110M 測定光用波長分離ミラー、110R 参照光用波長分離ミラー、111M1 λ1測定光用光電変換器、111M2 λ2測定光用光電変換器、111R1 λ1参照光用光電変換器、111R2 λ2参照光用光電変換器、112M1 λ1測定光用周波数フィルタ
112M2 λ2測定光用周波数フィルタ、112R1 λ1参照光用周波数フィルタ、112R2 λ2参照光用周波数フィルタ、113−1 λ1用位相計、113−2 λ2用位相計、114 距離演算回路、115M 測定光用ファイバーコリメータ、115R 参照光用ファイバーコリメータ、116M 測定光用波長分離カプラ(WDMカプラ)、116R 参照光用波長分離カプラ(WDMカプラ)、117M1 λ1測定光用電気光学変調器、117M2 λ2測定光用電気光学変調器、117R1 λ1参照光用電気光学変調器、117R2 λ2参照光用電気光学変調器、118 周波数ミキサー、119 ビート抽出用周波数フィルタ、120 補正演算回路、128 可動反射ミラー、129 ファイバーカプラ、130 光増幅器、131 コリメータ、132 コリメータ、133−1 λ1用ファイバーカプラ、133−2 λ2用ファイバーカプラ、134−1 λ1用ファイバーカプラ、134−2 λ2用ファイバーカプラ、135−1 λ1用参照ミラー、135−2 λ2用参照ミラー、136−1 λ1用ファイバーカプラ、136−2 λ2用ファイバーカプラ、137−1 λ1用ファイバー、137−2 λ2用ファイバー、138−1 λ1用参照光路ファイバー、138−2 λ2用参照光路ファイバー、139−1 λ1用ファイバーカプラ、139−2 λ2用ファイバーカプラ、140−1 λ1用周波数逓倍機、140−2 λ2用周波数逓倍機、141−1 λ1用ADコンバータ、141−2 λ2用ADコンバータ、150 ビーム走査ミラー、151 ビーム走査ミラー、152 加熱管、153 波長分離ミラー、154 受光器/分光器
159 ビーム高速切替器、160 光ファイバーカプラ、160−1 λ1用ファイバーカプラ、160−2 λ2用ファイバーカプラ、161 光(ファイバー)スィッチ、161−1 λ1用光(ファイバー)スィッチ、161−2 λ2用光(ファイバー)スィッチ、162 制御器、163 クロストーク補正器、164 原点補正器、165 サーキュレータ、166 サーキュレータ、170 レーザ吸収部、171 レーザ反射部、172 光チョッパー、174 光ファイバーカプラ(WDMカプラ)、175 変調器、181−1 λ1用信号切替器、181−2 λ2用信号切替器、182 波長選択フィルタ、190 送り装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Distance measuring device, 11 Shape measuring device, 12 Measurement object, 13 Three-dimensional shape evaluation device, 14 Processing device, 20 Measuring light, 21 Position of measuring light at the time of correction data acquisition, 22 Auxiliary target for acquisition of correction data, 100 oscillator, 101 modulation light source, 101 ′ optical comb laser, 102 collimator, 103 wavelength converter, 104 beam splitter, 105 optical filter, 106 projection / detection lens, 110 wavelength separation coupler, 110M wavelength separation mirror for measurement light, 110R reference light Wavelength separation mirror, 111M1 λ1 measuring light photoelectric converter, 111M2 λ2 measuring light photoelectric converter, 111R1 λ1 reference light photoelectric converter, 111R2 λ2 reference light photoelectric converter, 112M1 λ1 measuring light frequency filter 112M2 λ2 Frequency filter for measurement light, 112R1 λ1 reference light circumference Number filter, frequency filter for 112R2 λ2 reference light, phase meter for 113-1 λ1, phase meter for 113-2 λ2, 114 distance calculation circuit, fiber collimator for 115M measurement light, fiber collimator for 115R reference light, 116M for measurement light Wavelength separation coupler (WDM coupler), 116R Wavelength separation coupler for reference light (WDM coupler), 117M1 λ1 measurement light electro-optic modulator, 117M2 λ2 measurement light electro-optic modulator, 117R1 λ1 reference light electro-optic modulator, 117R2 Electro-optic modulator for λ2 reference light, 118 frequency mixer, 119 beat extraction frequency filter, 120 correction arithmetic circuit, 128 movable reflection mirror, 129 fiber coupler, 130 optical amplifier, 131 collimator, 132 collimator, 133-1 for λ1 Fiber coupler, 133 2 Fiber coupler for λ2, 134-1 Fiber coupler for λ1, 134-2 Fiber coupler for λ2, Reference mirror for 135-1 λ1, Reference mirror for 135-2 λ2, 136-1 Fiber coupler for λ1, 136-2 λ2 Fiber Coupler, 137-1 Fiber for λ1, 137-1 Fiber for λ2, 138-1 Reference Optical Fiber for λ1, 138-2 Reference Optical Fiber for λ2, 139-1 Fiber Coupler for λ1, 139-2 Fiber for λ2 Coupler, 140-1 λ1 frequency multiplier, 140-2 λ2 frequency multiplier, 141-1 λ1 AD converter, 141-2 λ2 AD converter, 150 beam scanning mirror, 151 beam scanning mirror, 152 heating tube, 153 Wavelength separation mirror, 154 Receiver / spectrometer 159 High-speed beam switching 160, optical fiber coupler, 160-1 fiber coupler for λ1, 160-2 fiber coupler for λ2, 161 light (fiber) switch, 161-1 light (fiber) switch for λ1, 161-2 light (fiber) switch for λ2 , 162 controller, 163 crosstalk corrector, 164 origin corrector, 165 circulator, 166 circulator, 170 laser absorber, 171 laser reflector, 172 optical chopper, 174 optical fiber coupler (WDM coupler), 175 modulator, 181- 1 λ1 signal switcher, 181-2 λ2 signal switcher, 182 wavelength selection filter, 190 feeder
Claims (18)
前記多波長のレーザ光を分割するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにより分割された第一のビームを対象物に照射させて得た測定光を波長ごとに光電変換して測定信号として検出する第一の受光器と、
前記ビームスプリッタにより分割された第一のビームとは異なる第二のビームを波長ごとに光電変換して参照信号として検出する第二の受光器と、
前記第一の受光器にて検出した測定信号と前記第二の受光器にて検出した参照信号との相対位相を検出し、該検出した相対位相に基づき測定光路の距離を求める演算部と、を備える距離測定装置。A modulation optical system for irradiating multi-wavelength laser light;
A beam splitter for dividing the multi-wavelength laser light;
A first light receiver for photoelectrically converting the measurement light obtained by irradiating an object with the first beam divided by the beam splitter and detecting it as a measurement signal for each wavelength;
A second light receiver that photoelectrically converts a second beam different from the first beam divided by the beam splitter for each wavelength and detects it as a reference signal;
A calculation unit that detects a relative phase between the measurement signal detected by the first light receiver and the reference signal detected by the second light receiver, and obtains the distance of the measurement optical path based on the detected relative phase; A distance measuring device comprising:
前記光学系は、
互いに異なる波長の複数のレーザ光を結合するかまたは単一波長のレーザ光を多波長のレーザ光に波長変換して、多波長のレーザ光を生成する多波長レーザ生成手段と、前記多波長レーザ生成手段に入力するレーザ光または前記第多波長レーザ生成手段が出力するレーザ光を同一発振器による信号で変調する変調光源または変調器と、を有する第1光学系、または、
波長が互いに異なる複数のモードロックレーザのレーザ光を結合するか、または1つのモードロックレーザのレーザ光を波長変換器を用いて波長変換して、多波長のレーザ光を生成する多波長レーザ生成手段を有する第2光学系を備えることを特徴とする距離測定装置。In claim 1,
The optical system is
Multi-wavelength laser generating means for combining a plurality of laser beams having different wavelengths or converting a single-wavelength laser beam into a multi-wavelength laser beam to generate a multi-wavelength laser beam, and the multi-wavelength laser A first optical system having a modulation light source or a modulator that modulates a laser beam input to the generation unit or a laser beam output from the multi-wavelength laser generation unit with a signal from the same oscillator, or
Multi-wavelength laser generation that combines laser light from multiple mode-locked lasers with different wavelengths or wavelength-converts laser light from one mode-locked laser using a wavelength converter to generate multi-wavelength laser light A distance measuring device comprising a second optical system having means.
前記第二の受光器では、該第二のビームを該対象物に照射させることなく光電変換して参照信号として検出することを特徴とする距離測定装置。In claim 1,
The distance measuring device, wherein the second light receiver performs photoelectric conversion without irradiating the object with the second beam and detects it as a reference signal.
前記演算部では、該測定信号と該参照信号との相対位相を検出し、該検出した相対位相を用いて波長ごとの距離を検出してから測定光路の距離を求めることを特徴とする距離測定装置。In claim 1,
The arithmetic unit detects a relative phase between the measurement signal and the reference signal, detects a distance for each wavelength using the detected relative phase, and obtains a distance of a measurement optical path. apparatus.
さらに、該対象物からの放射光を検出して対象物の温度を推定する温度推定手段を備えることを特徴とする距離測定装置。In claim 1,
The distance measuring device further comprises temperature estimating means for detecting radiation light from the object and estimating the temperature of the object.
光路切り替え器を備え、
前記測定光を対象物に照射した状態から切り替えて、測定光を対象物に照射せずに第一の受光器に直接戻す状態と、測定光を対象物に照射せずに吸収する状態の少なくとも1つの状態を作り出し、装置の校正を行うことを特徴とする距離測定装置。In claim 1,
With an optical path switch,
Switching from the state in which the measurement light is applied to the object, at least a state in which the measurement light is not directly applied to the object and returned directly to the first light receiver, and a state in which the measurement light is absorbed without being applied to the object A distance measuring device that creates a state and calibrates the device.
前記光路切り替え器はチョッパーあるいは可動ミラーあるいは光スィッチを備えることを特徴とする距離測定装置。In claim 6,
The optical path switch includes a chopper, a movable mirror, or an optical switch.
さらに、前記ビームスプリッタにより分割されたレーザ光の向きを変える偏向光学系を備える形状測定装置。A distance measuring device according to any one of claims 1 to 7,
Furthermore, a shape measuring apparatus comprising a deflection optical system that changes the direction of the laser beam divided by the beam splitter.
さらに、前記ビームスプリッタにより分割されたレーザ光の向きを変える偏向光学系を備えた形状測定装置と、
該形状測定装置による測定結果を評価する形状評価装置と、
前記形状評価装置による評価結果を用いて加工条件を決定する加工装置と、を備える加工システム。A distance measuring device according to any one of claims 1 to 7,
Furthermore, a shape measuring device provided with a deflection optical system that changes the direction of the laser beam divided by the beam splitter;
A shape evaluation device for evaluating the measurement result by the shape measurement device;
A machining apparatus that determines a machining condition using an evaluation result obtained by the shape evaluation apparatus.
多波長のレーザ光を分割する第2工程と、
前記分割された第一のビームを対象物に照射させて得た測定光を波長ごとに光電変換して測定信号として検出する第3工程と、
前記分割された第一のビームとは異なる第二のビームを波長ごとに光電変換して参照信号として検出する第4工程と、
前記測定信号と前記参照信号との相対位相を検出し、該検出した相対位相に基づき測定光路の距離を求める第5工程とを備える距離測定方法。A first step of irradiating multi-wavelength laser light;
A second step of dividing the multi-wavelength laser light;
A third step of photoelectrically converting the measurement light obtained by irradiating the object with the divided first beam for each wavelength and detecting it as a measurement signal;
A fourth step of photoelectrically converting a second beam different from the divided first beam for each wavelength and detecting it as a reference signal;
A distance measurement method comprising: a fifth step of detecting a relative phase between the measurement signal and the reference signal and obtaining a distance of a measurement optical path based on the detected relative phase.
前記第1の工程におけるレーザ光の照射は、
同一発振器による信号で変調された単一波長のレーザ光を多波長のレーザ光に波長変換する第1の方法、
変調されていない単一波長のレーザ光を多波長のレーザ光に波長変換した後に同一発振器による信号で変調する第2の方法、
同一発振器による信号で変調されている互いに異なる単一波長のレーザ光を結合する第3の方法、
互いに異なる単一波長の変調されていないレーザ光を結合した後に同一発振器による信号で変調する第4の方法、および
波長が互いに異なる複数のモードロックレーザのレーザ光を結合するか、または1つのモードロックレーザのレーザ光を波長変換器を用いて波長変換して、多波長のレーザ光を生成する第5の方法のいずれかの方法によりなすことを特徴とする距離測定方法。In claim 10,
The laser beam irradiation in the first step is
A first method for wavelength-converting a single-wavelength laser beam modulated by a signal from the same oscillator into a multi-wavelength laser beam;
A second method of performing wavelength conversion of unmodulated single-wavelength laser light into multi-wavelength laser light and then modulating it with a signal from the same oscillator;
A third method for combining laser beams of different single wavelengths modulated by signals from the same oscillator;
A fourth method of combining unmodulated laser beams of different single wavelengths and then modulating them with a signal from the same oscillator, and combining laser beams of a plurality of mode-locked lasers of different wavelengths, or one mode A distance measuring method comprising: performing wavelength conversion of a laser beam of a lock laser using a wavelength converter to generate a multi-wavelength laser beam.
前記第4工程は、該第二のビームを該対象物に照射させることなく光電変換して参照信号として検出することを特徴とする距離測定方法。In claim 10,
In the fourth step, the second beam is photoelectrically converted without irradiating the object and detected as a reference signal.
前記第5工程は、該測定信号と該参照信号との相対位相を検出し、該検出した相対位相を用いて波長ごとの距離を検出してから測定光路の距離を求めることを特徴とする距離測定方法。In claim 10,
In the fifth step, the relative phase between the measurement signal and the reference signal is detected, the distance for each wavelength is detected using the detected relative phase, and the distance of the measurement optical path is obtained. Measuring method.
さらに、該対象物からの放射光を検出して対象物の温度を推定する第6工程を備えることを特徴とする距離測定方法。In claim 10,
Furthermore, the distance measuring method characterized by including the 6th process of estimating the temperature of a target object by detecting the emitted light from this target object.
前記測定光を対象物に照射した状態から切り替えて、測定光を対象物に照射せずに第一の受光器に直接戻す状態と、測定光を対象物に照射せずに吸収する状態の少なくとも1つの状態を作り出し、装置の校正を行う第7工程を有することを特徴とする距離測定方法。In claim 10,
Switching from the state in which the measurement light is applied to the object, at least a state in which the measurement light is not directly applied to the object and returned directly to the first light receiver, and a state in which the measurement light is absorbed without being applied to the object A distance measuring method comprising a seventh step of creating one state and calibrating the apparatus.
前記光路切り替えはチョッパーあるいは可動ミラーあるいは光スィッチによりなすことを特徴とする距離測定方法。In claim 15,
The optical path switching is performed by a chopper, a movable mirror, or an optical switch.
さらに、前記ビームスプリッタにより分割されたレーザ光の向きを変えて形状測定を行う第8工程を有することを特徴とする形状測定方法。A distance measuring method according to any one of claims 11 to 16, comprising:
The shape measuring method further includes an eighth step of measuring the shape by changing the direction of the laser beam divided by the beam splitter.
さらに、前記ビームスプリッタにより分割されたレーザ光の向きを変えて形状測定を行う第8工程と、
該形状測定装置による測定結果を評価する第9工程と、
前記評価の結果を用いて加工条件を決定する第10工程とを有する加工方法。A distance measuring method according to any one of claims 11 to 16, comprising:
And an eighth step of measuring the shape by changing the direction of the laser beam divided by the beam splitter;
A ninth step of evaluating the measurement result by the shape measuring device;
A tenth step of determining a processing condition using a result of the evaluation.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013126261 | 2013-06-17 | ||
JP2013126261 | 2013-06-17 | ||
JP2014076630 | 2014-04-03 | ||
JP2014076630 | 2014-04-03 | ||
PCT/JP2014/062765 WO2014203654A1 (en) | 2013-06-17 | 2014-05-14 | Distance measurement device, shape measurement device, processing system, distance measurement method, shape measurement method, and processing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2014203654A1 true JPWO2014203654A1 (en) | 2017-02-23 |
Family
ID=52104396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015522659A Pending JPWO2014203654A1 (en) | 2013-06-17 | 2014-05-14 | Distance measuring device, shape measuring device, processing system, distance measuring method, shape measuring method and processing method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2014203654A1 (en) |
WO (1) | WO2014203654A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112262292A (en) * | 2018-06-19 | 2021-01-22 | 三菱电机株式会社 | Optical ranging device and machining device |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10000000B2 (en) * | 2015-03-10 | 2018-06-19 | Raytheon Company | Coherent LADAR using intra-pixel quadrature detection |
EP3563180A4 (en) | 2016-12-30 | 2020-08-19 | Innovusion Ireland Limited | Multiwavelength lidar design |
EP3647811B1 (en) * | 2017-06-27 | 2023-12-06 | Pioneer Corporation | Information processing device, control method, program and recording medium |
CN111542765B (en) | 2017-10-19 | 2024-08-02 | 图达通智能美国有限公司 | LIDAR with large dynamic range |
US12085673B2 (en) | 2018-02-23 | 2024-09-10 | Seyond, Inc. | Distributed LiDAR systems |
JP6765579B2 (en) * | 2018-05-24 | 2020-10-07 | 三菱電機株式会社 | Optical ranging device and processing device |
CA3116716A1 (en) * | 2018-10-19 | 2020-07-09 | Inkbit, LLC | High-speed metrology |
KR20210141512A (en) | 2019-03-20 | 2021-11-23 | 아날로그 포토닉스, 엘엘씨 | Multi-Static Coherent Lidar |
JP7291385B2 (en) * | 2019-06-26 | 2023-06-15 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Optical measuring device and measuring method |
JP6994128B1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-02-03 | 株式会社Xtia | Optical comb generator |
GB202105080D0 (en) * | 2021-04-09 | 2021-05-26 | Ams Sensors Singapore Pte Ltd | Proximity detection with auto calibration |
JP2022162490A (en) * | 2021-04-12 | 2022-10-24 | 広海 大谷 | Time difference between frequency wavelengths and same type wave length of active sensor and spatial difference interaction reflected wave analysis sensor |
JP7448962B2 (en) | 2021-06-17 | 2024-03-13 | 株式会社OptoComb | Optical comb generator for optical comb distance measurement |
JP7448964B2 (en) | 2021-07-28 | 2024-03-13 | 株式会社OptoComb | Optical comb distance measuring method and optical comb distance measuring device |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001013245A (en) * | 1999-07-02 | 2001-01-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Light wave range finder |
JP2002350542A (en) * | 2001-04-18 | 2002-12-04 | Leica Geosystems Ag | Apparatus for obtaining dispersion influence to measurement, usage method of the same, and geodetic apparatus |
JP2003278102A (en) * | 2002-03-20 | 2003-10-02 | Nagoya Railroad Co Ltd | Rail fluctuation measuring method, rail fluctuation and rail joint opening measuring method, and measuring instrument used therefor |
JP2004170350A (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-17 | Horiba Ltd | Observation device and observation method for cloud or the like |
JP2005221336A (en) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Nippon Densan Corp | Scanning-type range sensor |
JP2007212473A (en) * | 2007-04-04 | 2007-08-23 | Hitachi High-Technologies Corp | Pattern measuring method and instrument, and pattern process control method |
JP2010054429A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Mitsutoyo Corp | Laser tracker |
JP2010101808A (en) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Olympus Corp | Method and device for measuring radius of curvature |
JP2010271275A (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | Laser image measurement device |
JP2013007591A (en) * | 2011-06-23 | 2013-01-10 | Hitachi Ltd | Distance measuring method and device |
JP2013024756A (en) * | 2011-07-22 | 2013-02-04 | Mitsutoyo Corp | Abscissa calibration tool of laser interferometry measuring device and abscissa calibration method |
-
2014
- 2014-05-14 JP JP2015522659A patent/JPWO2014203654A1/en active Pending
- 2014-05-14 WO PCT/JP2014/062765 patent/WO2014203654A1/en active Application Filing
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001013245A (en) * | 1999-07-02 | 2001-01-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Light wave range finder |
JP2002350542A (en) * | 2001-04-18 | 2002-12-04 | Leica Geosystems Ag | Apparatus for obtaining dispersion influence to measurement, usage method of the same, and geodetic apparatus |
JP2003278102A (en) * | 2002-03-20 | 2003-10-02 | Nagoya Railroad Co Ltd | Rail fluctuation measuring method, rail fluctuation and rail joint opening measuring method, and measuring instrument used therefor |
JP2004170350A (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-17 | Horiba Ltd | Observation device and observation method for cloud or the like |
JP2005221336A (en) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Nippon Densan Corp | Scanning-type range sensor |
JP2007212473A (en) * | 2007-04-04 | 2007-08-23 | Hitachi High-Technologies Corp | Pattern measuring method and instrument, and pattern process control method |
JP2010054429A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Mitsutoyo Corp | Laser tracker |
JP2010101808A (en) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Olympus Corp | Method and device for measuring radius of curvature |
JP2010271275A (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | Laser image measurement device |
JP2013007591A (en) * | 2011-06-23 | 2013-01-10 | Hitachi Ltd | Distance measuring method and device |
JP2013024756A (en) * | 2011-07-22 | 2013-02-04 | Mitsutoyo Corp | Abscissa calibration tool of laser interferometry measuring device and abscissa calibration method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112262292A (en) * | 2018-06-19 | 2021-01-22 | 三菱电机株式会社 | Optical ranging device and machining device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014203654A1 (en) | 2014-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2014203654A1 (en) | Distance measurement device, shape measurement device, processing system, distance measurement method, shape measurement method, and processing method | |
CN102183234B (en) | Method and device for measuring frequency scanning absolute distance based on femtosecond optical frequency comb | |
US8363226B2 (en) | Optical interference measuring apparatus | |
JP6792933B2 (en) | Synthetic wave laser ranging sensor and method | |
JP2015094760A5 (en) | ||
WO2012176366A1 (en) | Distance measuring method and device | |
US9798004B2 (en) | Laser ranging sensors and methods that use a ladder of synthetic waves having increasing wavelengths to calculate a distance measurement | |
JP5421013B2 (en) | Positioning device and positioning method | |
US11747473B2 (en) | Apparatus and method for ascertaining a distance to an object | |
JP2013083581A (en) | Measuring device | |
JP6628030B2 (en) | Distance measuring device and method | |
JP6180961B2 (en) | Interferometer calibration method and interferometer using the calibration method | |
US7768699B2 (en) | Laser phase difference detecting device and laser phase control device | |
JP2013033014A (en) | Doppler vibration measurement device and doppler vibration measurement method | |
JP4998738B2 (en) | Dimension measuring apparatus and dimension measuring method | |
JP2012132711A (en) | Interpulse phase shift measurement device, offset frequency controller, interpulse phase shift measurement method, and offset frequency control method | |
JP6503618B2 (en) | Distance measuring device and method thereof | |
KR102598511B1 (en) | Ultrafast camera system and measurement method thereof | |
JPH09166414A (en) | Light measuring device | |
KR102680481B1 (en) | optical measuring device | |
JP7128516B2 (en) | How to measure interference signals in dual comb spectroscopy | |
JP2012184967A (en) | Wavelength scanning interferometer | |
US9857159B1 (en) | Velocity compensated frequency sweeping interferometer and method of using same | |
JP2012173218A (en) | Interferometer and measuring method | |
Yang et al. | Long-distance measurement applying two high-stability and synchronous wavelengths |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20170111 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20170113 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170228 |