TW201534953A - 距離測定裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於光學方式的距離測定裝置的測定範圍的放大功能。 目的在提供一種不會使距離測定裝置的分解力降低，而可輕易進行測定範圍放大的距離測定裝置。 藉由本實施形態所得之距離測定裝置係具備有：對被測定物的表面照射雷射束，以攝影機檢測該雷射束的反射位置的檢測部；及接收在前述檢測部所檢測到的雷射束的位置檢測資訊，求出前述被測定物與預先設定的基準位置的距離的距離運算部的光學式三角測量法的距離測定裝置，其特徵為：前述檢測部係具備有：光束生成部，其係具備有：複數光束生成光學部、及光束亮燈控制部，該複數光束生成光學部係具備有：雷射光源、及將由雷射光源被照射的前述雷射束，在照射位置成形為預定的射束大小的準直器，該光束亮燈控制部係生成將複數前述雷射束作為脈衝光而以時間序列亮燈的脈衝訊號，且生成該脈衝光的識別訊號；前述攝影機部，其係設在與前述基準表面呈 正交的方向，對由前述被測定物作反射的前述複數雷射束的位置進行檢測，且生成前述位置檢測資訊；及光學設定部，其係將前述光束生成部與前述攝影機部固定在預先設定的位置，來設定複數前述雷射束的投光位置與前述雷射束的反射光的受光位置，前述光束生成部係在前述攝影機的視野空間內，按每個將預先設定的測定距離範圍進行分割之離前述基準表面的複數距離測定範圍的每個距離測定範圍，將前述複數雷射束以相對該基準表面為預先設定的入射角度進行投光，此外，將前述攝影機的視角端線與前述雷射束軌跡線交叉而成的切斷線的前述攝影機的鉛直方向的距離，設定為複數前述距離測定範圍，前述距離運算部係具備有：將複數前述距離測定範圍的每個距離測定範圍之離前述基準表面的距離與前述攝影機的位置檢測資訊產生對應之預先設定的複數校正表格，接收由前述攝影機部被傳送的前述位置檢測資訊、及前述識別訊號，參照與前述距離測定範圍相對應的前述校正表格，求出離前述基準表面的距離，可以1台攝影機測定不同的複數距離測定範圍來將距離測定範圍放大。

Description

距離測定裝置

本申請案係以日本專利申請2014-047817(申請日03/11/2014)為基礎，由該申請案享受優先的利益。本申請案係藉由參照該申請案，包含同申請案的所有內容。

本發明係關於光學方式的距離測定裝置的測定範圍的放大功能。

自以往以來有一種將以非接觸求出與被測定物的距離的三角測量法作為測定原理的光學方式的距離測定裝置。該距離測定裝置係例如圖1(b)所示，對被測定物3的基準表面，以其鉛直方向設置攝影機20，對被測定物3的基準表面S，以預定的投光角度θi照射雷射束Bi，將被測定物3的表面的鉛直方向的位置的變化形成為雷射束Bi反射光的受光位置的變化而以攝影機20進行檢測，求出被測定物3離基準表面位置Sr的距離。

一般而言，該情形下所使用的攝影機20係使用區域掃描型的CCD攝影機、或以雷射束的光軸與進行 受光的攝影機20的光軸位於同一平面上的方式進行設定的直線掃描型的CCD攝影機。

如上所示之藉由光學方式的三角測量法所致之距離測定裝置的分解力係成為將攝影機20的距離測定範圍D除以CCD攝影機20的攝像元件的位元數後的值，因此測定範圍與分解力係具有成為取捨(trade off)的關係。

因此，有一種欲對不同的距離測定範圍照射2個雷射束，識別各自的雷射束的檢測位置而放大測定範圍的技術(參照例如專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2011-196883號公報

專利文獻1所揭示之距離測定裝置係求出用以識別不同距離測定範圍的2個雷射束的檢測個數及其檢測位置範圍，由雷射束的檢測型樣的不同，參照與各自的距離測定範圍相對應的校正表格，求出距離的方式。

因此，若放大距離測定範圍時，會有識別雷射束的檢測個數與檢測位置範圍的識別處理較為複雜的問題。

本發明係為解決上述問題點而完成者，目的 在提供不會使距離測定裝置的分解力降低，可輕易進行測定範圍放大的距離測定裝置。

藉由本實施形態所得之距離測定裝置係具備有：對被測定物的表面照射雷射束，以攝影機檢測該雷射束的反射位置的檢測部；及接收在前述檢測部所檢測到的雷射束的位置檢測資訊，求出前述被測定物與預先設定的基準位置的距離的距離運算部的光學式三角測量法的距離測定裝置，其特徵為：前述檢測部係具備有：光束生成部，其係具備有：複數光束生成光學部、及光束亮燈控制部，該複數光束生成光學部係具備有：雷射光源、及將由雷射光源被照射的前述雷射束，在照射位置成形為預定的射束大小的準直器，該光束亮燈控制部係生成將複數前述雷射束作為脈衝光而以時間序列亮燈的脈衝訊號，且生成該脈衝光的識別訊號；前述攝影機部，其係設在與前述基準表面呈正交的方向，對由前述被測定物作反射的前述複數雷射束的位置進行檢測，且生成前述位置檢測資訊；及光學設定部，其係將前述光束生成部與前述攝影機部固定在預先設定的位置，來設定複數前述雷射束的投光位置與前述雷射束的反射光的受光位置，前述光束生成部係在前述攝影機的視野空間內，按每個將預先設定的測定距離範圍進行分割之離前述基準表面的複數距離測定範圍的每個距離測定範圍，將前述複數雷射束以相對該基準表面為預先設定的入射角度進行投光，此外，將前述攝影機的視角端線與前述雷射束軌跡線交叉而成的切斷線的前述攝影機 的鉛直方向的距離，設定為複數前述距離測定範圍，前述距離運算部係具備有：將複數前述距離測定範圍的每個距離測定範圍之離前述基準表面的距離與前述攝影機的位置檢測資訊產生對應之預先設定的複數校正表格，接收由前述攝影機部被傳送的前述位置檢測資訊、及前述識別訊號，參照與前述距離測定範圍相對應的前述校正表格，求出離前述基準表面的距離，可以1台攝影機測定不同的複數距離測定範圍來將距離測定範圍放大。

藉由上述構成的距離測定裝置，可提供一種不會使距離測定裝置的分解力降低，而可輕易進行測定範圍放大的距離測定裝置。

1‧‧‧檢測部

2‧‧‧距離運算部

2a‧‧‧校正表格

3‧‧‧被測定物

11‧‧‧攝影機部

11a‧‧‧CCD攝影機

11b‧‧‧位置檢測資訊處理部

12‧‧‧光束生成部

12m‧‧‧光束亮燈控制部

12p、12q、12r‧‧‧光束生成光學部

13‧‧‧光學設定部

20‧‧‧攝影機

100‧‧‧距離測定裝置

A、B‧‧‧視角端線

Bi‧‧‧雷射束

Bp、Bq、Br‧‧‧雷射束

D‧‧‧距離測定範圍

Dp、Dq、Dr‧‧‧距離測定範圍

Lp、Lq、Lr‧‧‧切斷線

P、Q、R‧‧‧點

Sap、Saq、Sar‧‧‧檢測訊號

Srp、Srq、Srr‧‧‧識別訊號

Stp、Stq、Str‧‧‧脈衝訊號

S‧‧‧基準表面

θf‧‧‧視角

θi‧‧‧入射角

圖1係實施形態之距離測定裝置的構成圖。

圖2係實施形態之詳細構成的說明圖。

圖3係說明實施形態之處理動作的時間圖。

參照圖1至圖3，說明本實施形態。圖1係用以將圖1(a)所示之本實施形態之構成與距離檢測部1的光學系的設定，與圖1(b)所示之習知之距離測定裝置的光學系相對比來進行說明的圖。

此外，圖2係說明檢測部1的詳細構成的區 塊構成圖，圖3係說明該距離測定裝置100的檢測訊號的處理動作的時間圖。

本實施形態之距離測定裝置100係以三角測量法作為測定原理的光學式的距離測定裝置，具備有：在被測定物3的表面，對基準表面S以入射角θi照射雷射束，由被測定物3的基準表面S的鉛直方向，以攝影機部11檢測該雷射束的反射位置的檢測部1；及接收在檢測部1所檢測到的雷射束的位置檢測資訊，求出被測定物3與預先設定的基準表面S的距離的距離運算部2。

檢測部1係具備有光束生成部12，該光束生成部12係具備有：複數光束生成光學部12p、12q、12r，其係具備有：未圖示的雷射光源、及將由該雷射光源被照射的雷射束，在距離測定範圍內，以預先設定的射束輸出，以成為小於等於預先設定的射束大小的方式進行成形的未圖示的準直器；及光束亮燈控制部12m，其係生成將在各自的光束生成光學部12p、12q、12r所生成的複數雷射束Bp、Bq、Br作為脈衝光而以時間序列亮燈的脈衝訊號Stp、Stq、Str，且生成各自的脈衝光的識別訊號Srp、Srq、Srr。

在此，光束生成光學部12p、12q、12r的符號p、q、r係對應各自的雷射束Bp、Bq、Br，之後，同樣地與該等雷射束Bp、Bq、Br產生對應，且為識別，標註相同的符號p、q、r加以記述。

此外，具備有：攝影機部11、及光學設定部 13，該攝影機部11係具備有：設在與基準表面S呈正交的方向，對由被測定物3作反射的複數雷射束Bp、Bq、Br進行攝像的CCD攝影機11a；及由CCD攝影機11a的檢測訊號Sap、Saq、Sar讀取雷射束的位置且生成位置檢測資訊的位置檢測資訊處理部11b，該光學設定部13係將光束生成部12與攝影機部11固定在預先設定的位置，來設定複數雷射束的投光位置與雷射束的反射光的受光位置的光學設定部13。

在本實施形態中，係說明3條雷射束Bp、Bq、Br的情形，但是該條數若為大於等於2條，則並未限定其條數。

CCD攝影機11a亦可為直線掃描型的CCD攝影機、區域掃描型的CCD攝影機的任一者，在此係說明直線掃描型的CCD攝影機的情形。

接著，說明光束生成部12的詳細構成及其光學系的設定方法。圖1(a)係圖示將圖1(b)所示之習知的距離測定範圍D放大成複數距離測定範圍Dp+Dq+Dr的光學系的設定例者。

在各自的距離測定範圍，係由光束生成光學部12p、12q、12r，以預定的入射角θi照射雷射束Bp、Bq、Br。

接著，在CCD攝影機11a的視角θf空間內，CCD攝影機11a的視角端線A、B與雷射束Bp、Bq、Br的軌跡線交叉而成的切斷線Lp、Lq、Lr的鉛直方向的距 離分別被設定為距離測定範圍Dp、Dq、Dr。

該距離測定範圍Dp、Dq、Dr亦可藉由調整雷射束生成光學部12p、12q、12r的水平方向的設置間隔，將距離測定範圍Dp與距離測定範圍Dq、而且將距離測定範圍Dq與距離測定範圍Dr，以分別重疊的方式進行設定。

此外，在光束生成光學部12p、12q、12r生成的雷射束的形狀係在各自的距離測定範圍Dp、Dq、Dr，以成為小於等於預定射束大小的形狀的方式予以準直，CCD攝影機11a的景深的設定係以在該等複數距離測定範圍，成為小於等於被預先設定的測定分解力的模糊圈的方式，選擇CCD攝影機的攝影機鏡頭的焦點距離、及F值(光圈)。

各自的位置檢測分解力係可形成為將各自的距離測定範圍除以CCD攝影機11a的距離測定方向的位元數N所得的值，亦即將各個形成為Dp/N、Dq/N、Dr/N。

接著，說明光束亮燈控制部12m的動作。圖3係圖示出光束亮燈控制部12m進行控制的雷射束的亮燈時序、及由以攝影機部11所檢測到的位置檢測資訊求出所對應的距離測定範圍的距離的距離運算部2的運算處理時序的時間。

在圖3中，Ts係表示成為CCD攝影機11a的光訊號蓄積時間的1線的掃描開始訊號Sts的掃描周期， 此外，Tp係表示與該掃描開始訊號Sts同步的距離運算部2的距離運算周期。

光束亮燈控制部12m係以與掃描開始訊號Sts同步的預定脈衝寬度tw，對所對應的光束生成光學部12p、12q、12r的各個，與掃描周期Ts同步地按每個運算周期以時間序列傳送生成預定的發光能量的脈衝訊號Stp、Stq、Str。

接著，CCD攝影機11a係接受施加脈衝訊號Stp、Stq、Str而被發出的雷射束的反射光，以施加該檢測訊號Sap、Saq、Sar的接下來的掃描周期的時序，依序送至位置檢測資訊處理部11b。

此外，將與脈衝訊號Stp、Stq、Str同步的校正表格2a的識別訊號Srp、Srq、Srr傳送至攝影機部11、及距離運算部2。

位置檢測資訊處理部11b係在接收對應3個脈衝訊號的Stp、Stq、Str的檢測訊號Sap、Saq、Sar後，在進行收訊後的各掃描周期Ts內，或從接收到第3個檢測訊號Sar之後，以接下來的掃描周期Ts之期間的時序，生成所檢測到的1個、或複數檢測訊號Sap、Saq、Sar的位置檢測資訊，且傳送至距離運算部2。

接著，距離運算部2係具備有：將複數距離測定範圍的每個距離測定範圍之離基準表面S的距離與CCD攝影機11a的位置檢測資訊產生對應之預先設定的複數校正表格2a(2ap、2aq、2ar)，接收由位置檢測資訊 處理部11b被傳送的位置檢測資訊、及識別訊號Srp、Srq、Srr，參照與各自的距離測定範圍Dp、Dq、Dr相對應的校正表格2a(2ap、2aq、2ar)，根據預先設定的運算式來求出離基準表面S的距離。

因此，例如即使為圖1(a)所示之在同一受光軸上被檢測到的P、Q、R的點的情形下，亦可識別雷射束Bp、Bq、Br的亮燈時間而測定各自的距離。

藉由如上所示所構成的距離測定裝置100，識別以時間序列作脈衝亮燈的雷射束的位置檢測資訊，以1台攝影機測定不同的複數距離測定範圍，可按每個雷射束的亮燈周期、或以雷射束的全亮燈周期+1周期的運算周期以內的圖3虛線所示的時序，進行距離測定。

此外，適當選擇光束生成光學部12p、12q、12r的幾何光學上的條件設定、及光束亮燈控制部12m的亮燈電路數，藉由作成複數預先對應的校正表格2a，可以簡單的構成選擇任意的距離測定範圍。

因此，可提供一種不會使距離測定裝置的分解力降低，而可輕易進行測定範圍放大且以1台攝影機測定不同的複數距離測定範圍來將距離測定範圍放大的距離測定裝置。

藉由以上敘述之實施形態之距離測定裝置，可提供一種不會使距離測定裝置的分解力降低，而可輕易進行測定範圍放大的距離測定裝置。

以上說明本發明之實施形態，但是該實施形 態係提示為例者，並非意圖限定發明範圍。該實施形態可以其他各種形態實施，可進行各種省略、置換、變更。此外，該等實施形態或其變形係與包含在發明範圍或要旨內同樣地，包含在申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。

1‧‧‧檢測部

2‧‧‧距離運算部

3‧‧‧被測定物

11‧‧‧攝影機部

12‧‧‧光束生成部

12p、12q、12r‧‧‧光束生成光學部

13‧‧‧光學設定部

20‧‧‧攝影機

100‧‧‧距離測定裝置

A、B‧‧‧視角端線

Bi‧‧‧雷射束

Bp、Bq、Br‧‧‧雷射束

D‧‧‧距離測定範圍

Dp、Dq、Dr‧‧‧距離測定範圍

Lp、Lq、Lr‧‧‧切斷線

P、Q、R‧‧‧點

S‧‧‧基準表面

θf‧‧‧視角

θi‧‧‧入射角

Claims (3)

1. 一種距離測定裝置，其係具備有：對被測定物的表面照射雷射束，以攝影機檢測該雷射束的反射位置的檢測部；及接收在前述檢測部所檢測到的雷射束的位置檢測資訊，求出前述被測定物與預先設定的基準位置的距離的距離運算部的光學式三角測量法的距離測定裝置，其特徵為：前述檢測部係具備有：光束生成部，其係具備有：複數光束生成光學部、及光束亮燈控制部，該複數光束生成光學部係具備有：雷射光源、及將由雷射光源被照射的前述雷射束，在照射位置成形為預定的射束大小的準直器，該光束亮燈控制部係生成將複數前述雷射束作為脈衝光而以時間序列亮燈的脈衝訊號，且生成該脈衝光的識別訊號；前述攝影機部，其係具備有：設在與前述基準表面呈正交的方向，對由前述被測定物作反射的前述複數雷射束的位置進行檢測的攝影機、及生成前述位置檢測資訊的位置檢測資訊生成部；及光學設定部，其係將前述光束生成部與前述攝影機部固定在預先設定的位置，來設定複數前述雷射束的投光位置與前述雷射束的反射光的受光位置，前述光束生成部係在前述攝影機的視野空間內，按每個將預先設定的測定距離範圍進行分割之離前述基準表面的複數距離測定範圍的每個距離測定範圍，將前述複數雷 射束以相對該基準表面為預先設定的入射角度進行投光，此外，將前述攝影機的視角端線與前述雷射束軌跡線交叉而成的切斷線的前述攝影機的鉛直方向的距離，設定為複數前述距離測定範圍，前述距離運算部係具備有：將複數前述距離測定範圍的每個距離測定範圍之離前述基準表面的距離與前述攝影機的位置檢測資訊產生對應之預先設定的複數校正表格，接收由前述攝影機部被傳送的前述位置檢測資訊、及前述識別訊號，參照與前述距離測定範圍相對應的前述校正表格，求出離前述基準表面的距離，可以1台攝影機測定不同的複數距離測定範圍來將距離測定範圍放大。
2. 如申請專利範圍第1項之距離測定裝置，其中，前述光束生成部係具備有：複數光束生成光學部、及光束亮燈控制部，該複數光束生成光學部係具備有：雷射光源、及將由該雷射光源被照射的前述雷射束，在前述距離測定範圍，以預先設定的射束輸出，以成為小於等於預先設定的射束大小的方式進行成形的準直器，該光束亮燈控制部係生成使各自的前述雷射光源以時間序列進行脈衝亮燈的脈衝訊號，且生成各自的脈衝光的識別訊號。
3. 如申請專利範圍第1項之距離測定裝置，其中，前述攝影機係形成為CCD直線掃描型的CCD攝影機，以前 述雷射束的光軸與前述攝影機的光軸形成為同一平面上的方式進行設定，並且前述CCD攝影機的景深的設定係以在複數前述距離測定範圍，成為小於等於被預先設定的測定分解力的模糊圈的方式，選擇前述CCD攝影機的攝影機鏡頭的焦點距離、及F值(光圈)。