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技術 レーザ光を用いた被計測物の前後方向の移動量測定方法

出願人 KISCO株式会社
発明者 日吉俊男
出願日 1995年8月8日 (25年3ヶ月経過) 出願番号 1995-222605
公開日 1997年2月18日 (23年9ヶ月経過) 公開番号 1997-049706
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置 イメージ入力 画像処理
主要キーワード 空白箇所 計測数値 アルミニューム板 本特許願 視野角度θ 空白域 実用機 レーザ光照射方向
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この項目の情報は公開日時点(1997年2月18日)のものです。
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図面 (4)

課題・解決手段

[目的]レーザ発振器ならびに計測器前方位置にある被計測物遠近方向への移動量を計測しようとすることを目的としたものである。

[構成]被計測物に照射するレーザ光照射角反射光反射角とが設定した視野角となるようにレーザ発振器と計測器のCCDカメラ視野範囲となるように設置するとともに、CCDカメラと被計測物との中間位置で、かつ、CCDカメラの視野範囲内遮光物介装し、ことによりレーCCDカメラが撮られるレーザ光被照射域反射映像範囲に描かれたスペックルパターン中に前記の遮光物による空白域を形成し、計測器に対して被計測物の遠近移動移動状態をスペックルパターンの映像範囲内における前記空白域の移動を標識的に検知し、光学的に認識し、移動認識画素演算処理して測定数値出力表示できるようにしてなるものである。

概要

背景

従来より非接触による計測方法にあって、被計測物レーザ光照射することにより被照射域映像範囲に描かれたスペックルパターンを標識として光学的に認識し、かつ、該認識画素演算処理し、計測数値表示出力させてなる計測方法は、本特許願と同一出願人がした特開平7−110216号、特願平5−277438号ならびに特願平6−147079号がある。

概要

[目的]レーザ発振器ならびに計測器前方位置にある被計測物の遠近方向への移動量を計測しようとすることを目的としたものである。

[構成]被計測物に照射するレーザ光の照射角反射光反射角とが設定した視野角となるようにレーザ発振器と計測器のCCDカメラ視野範囲となるように設置するとともに、CCDカメラと被計測物との中間位置で、かつ、CCDカメラの視野範囲内遮光物介装し、ことによりレーCCDカメラが撮られるレーザ光被照射域の反射映像範囲に描かれたスペックルパターン中に前記の遮光物による空白域を形成し、計測器に対して被計測物の遠近移動移動状態をスペックルパターンの映像範囲内における前記空白域の移動を標識的に検知し、光学的に認識し、移動認識画素を演算処理して測定数値出力表示できるようにしてなるものである。

目的

この発明は、レーザ発振器ならびに計測器の前方位置にある被計測物の遠近方向への移動量を計測しようとする方法を目的としたものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

被計測物照射するレーザ光照射角反射光反射角とが設定した視野角となるようにレーザ発振器計測器CCDカメラ視野範囲となるように設置するとともに、CCDカメラと被計測物との中間位置で、かつ、CCDカメラの視野範囲内遮光物介装し、ことによりレーCCDカメラが撮られるレーザ光被照射域反射映像範囲に描かれたスペックルパターン中に前記の遮光物による空白域を形成し、計測器に対して被計測物の遠近移動移動状態をスペックルパターンの映像範囲内における前記空白域の移動を標識的に検知し、光学的に認識し、移動認識画素演算処理して測定数値出力表示できるようにしてなることを特徴とするレーザ光を用いた被計測物の前後方向の移動量測定方法

技術分野

0001

この発明は、レーザ光を用い、計測器に対して前後動する被計測物の移動量を計測する計測方法に関するものである。

0002

この発明は、基本的に被計測物にレーザ光を照射し、被照射域映像範囲に描かれたスペックルパターンを標識として撮らえ、これを光学的に検知し、かつ、演算処理し、更にこれを測定値として出力表示するものである。

0003

被計測物にレーザ光を照射し、被照射域の映像範囲に描かれたスペックルパターンは、被照射面の面粗度に倣って標示され、その映像範囲ごと異った特異性を示す特性を利用し、被計測物と計測装置とのCCDカメラ視野範囲遮光物を設置し、該遮光物による影作用を形成させ、スペックルパターン中に該影作用による空白箇所顕出し、この空白域の移動を被計測物の移動量として計測値としようとするものである。

背景技術

0004

従来より非接触による計測方法にあって、被計測物にレーザ光を照射することにより被照射域の映像範囲に描かれたスペックルパターンを標識として光学的に認識し、かつ、該認識画素を演算処理し、計測数値表示出力させてなる計測方法は、本特許願と同一出願人がした特開平7−110216号、特願平5−277438号ならびに特願平6−147079号がある。

発明が解決しようとする課題

0005

レーザ光による被計測物までの距離測定方法は、レーザ光を被計測物に照射し、反射光受光するまでの時間から距離を導き出していた。

0006

ところが、この方式では至近距離(0〜数メートル)である場合は光の伝搬速度が40万キロメートル/秒と早く、計測が不可能であった。また、オートフォーカス(レーザ光が描く円の大きさを、測定)方法は光学系の複雑・煩雑化となり、精密機構が必要となる。

0007

これらの課題を解決する方法として、映像範囲内の遮光位置による影から被計測物までの距離を導き出す方式を開発した。

0008

この発明は、レーザ発振器ならびに計測器の前方位置にある被計測物の遠近方向への移動量を計測しようとする方法を目的としたものである。

課題を解決するための手段

0009

この発明は、上記の目的を達成させるための手段として、被計測物に照射するレーザ光の照射角と反射光の反射角とが設定した視野角となるようにレーザ発振器と計測器のCCDカメラの視野範囲となるように設置するとともに、CCDカメラと被計測物との中間位置で、かつ、CCDカメラの視野範囲内に遮光物を介装し、ことによりレーCCDカメラが撮られるレーザ光被照射域の反射映像範囲に描かれたスペックルパターン中に前記の遮光物による空白域を形成し、計測器に対して被計測物の遠近移動移動状態をスペックルパターンの映像範囲内における前記空白域の移動を標識的に検知し、光学的に認識し、移動認識画素を演算処理して測定数値を出力表示できるようにしてなるものである。

発明を実施するための最良の形態

0010

この発明は、位相差方式として、レーザ光とCCDカメラに既知の適宜な角度を付け、被計測物からの反射光を一部分だけ遮る遮光体をCCDカメラの前方定位置に設置する。

0011

この遮光体により映像範囲内に既知の角度に対応した遮光部分が生ずる。この状態において、CCDカメラと被計測物までの距離を前後することにより映像範囲内の遮光部分が移動する。この移動した位置を認識することにより、被計測物までの距離を計測することができる。

0012

既知の角度を狭めることにより、被計測物までの距離範囲を広げることができるが、精度の低下を招く。逆に角度を広げることにより被計測物までの距離範囲が狭められるが高精度計測が可能である。

0013

この発明は、レーザ光発振器と計測器とが互いに近傍位置に定置するものである。

0014

すなわち、レーザ光の光軸と、計測器におけるCCDカメラの視野角をある角度に設定するもので、その反射面となる位置を仮想被計測物設置位置とし、かつ、対向面が反射面となるようにする。

0015

この反射面とCCDカメラとの中間位置で、かつ、該CCDカメラの視野範囲内に遮光物を設置するものである。

0016

CCDカメラの視野範囲の光軸に対し、或る設定した視野角度をもって前記視野範囲を斜状に交叉させるレーザ光の光幅が、前記視野角度に対し交叉開始点から交叉終了点、すなわち、交叉範囲内が被告計測物の計測可能な範囲とするものである。

0017

前記の計測可能な範囲中の被計測物にレーザ光を照射し、被照射域の映像範囲に描かれたスペックルパターンは、被照射面の面粗度に倣い反射光としてCCDカメラが撮らえる。

0018

これらはレーザ光を反射させる被計測物の遠近方向の移動により、位置が固定されているレーザ光照射角度と、固定位置に設置されているCCDカメラにおける視野範囲とにより、描かれる反射光としてスペックルパターンを認識する範囲内を移動する点にある。

0019

そして、移動するスペックルパターンの中で、標識として捕らえるのが前記遮光物によって影として生じさせた空白域である。

0020

この発明は、レーザ光発振器と計測器とを被計測物を反射面としての入射角と反射角との関係から互いに近傍に定置することが条件とする。

0021

すなわち、レーザ光の光軸と計測器におけるCCDカメラの視野角を或る角度に設定するもので、その反射面となる位置を仮想被計測物設置位置とし、かつ、対向面が反射面となるようにする。

0022

この反射面とCCDカメラとの中間位置で、かつ、CCDカメラの視野範囲内に遮光物を設置するものである。

0023

CCDカメラの視野範囲の光軸に対し、或る設定した視野角度をもって、前記視野範囲を斜状に交叉させるレーザ光が、前記視野角に対し交叉開始点から、交叉終了点、すなわち、交叉範囲内が被計測物の計測可能な範囲とするものである。

0024

前記の計測可能な範囲中の被計測物にレーザ光を照射し、被照射域の映像範囲内に描かれたスペックルパターンは、被照射面の面粗度に倣い反射光としてCCDカメラが撮らえるものであるが、その反射光の光幅中には、該CCDカメラの前方位置に設置した遮光物により、「影」が形成され、スペックルパターンを映像として撮らえ、かつ、これを認識する部分に空白域が形成される。

0025

そこで、被計測物が前記計測範囲内において移動すれば、スペックルパターンとして認識する部分に描かれた空白域が計測開始の位置より被計測物の移動量に準じて左右方向あるいは上下方向に移動する。

0026

これら、前記の空白域の移動状態は、計測装置に対してレーザ光発振器の設置位置またはレーザ光照射方向の態様に準じたものとする。

0027

これらは、レーザ光を反射させる被計測物の移動により、位置が固定されているレーザ光照射角度と固定位置に設置されているCCDカメラの視野範囲により、描かれるスペックルパターンが認識範囲内に移動する点にある。

0028

移動するスペックルパターンの中で標識として撮らえるのが前記の空白域である。

0029

次ぎにこの発明を図とともに説明する前段として、本発明の方式を達成するための被計測物ならびに検証機として各部位について説明する。

0030

1は被計測物。2はCCD(電荷結合素子;Charge CoupledDevice)カメラ5の映像範囲。3はレーザ発振器4が被計測物1にレーザ光が照射されて粗面により描くスペックルパターン。4はレーザ発振器。5はCCDカメラ。6はCCDカメラ5のアナログ信号ディジタル信号に変換するA/D(Analg/Digital)変換器。7はスペックルパターン3を標識として上下および横移動量を算出する演算装置。8はスペックルパターン3を直接目視するCRT(Cathode Ray Tube display)である。

0031

レーザ発振器4は、被計測物に安定したスペックルパターンを描くために高輝度指向性可視光を使用し、レーザ素子冷却回路駆動回路およびレンズより構成する。

0032

CCDカメラ5は、被計測物に描くスペックルパターンを撮るために使用し、NTSC信号アナログデータ)に変換する機能を有し、移動距離測定精度CCD画素の間隔により決定し、スペックルパターンの大きさにより、コンピュータが処理しやすい粗密に拡大または縮小するためにズームレンズを使用することもある。

0033

A/D変換器6は、アナログ信号をディジタル信号に変換する機能を有する。NTSC信号は、アナログ信号である。従って、コンピュータの記憶素子にスペックルパターンを格納するためにディジタル信号に変換する必要がある。スペックルパターンは明暗による班点模様であるために例えば、明点を“1”、暗点を“0”とする2値化に変換する。

0034

演算装置7は、被計測物の移動状態(スペックルパターン)を連続的に記憶素子に格納し、任意の明暗点の移動をCCD画素間隔(基準長)で演算し、数値情報として表示出力する。

0035

CRT8は、検証・実験試験段階では、スペックルパターンならびに移動距離をCRTモニタ画面上に表示し、パターンおよび移動状態を視覚することを目的として使用する。ただし、実用機では、セブンセグメント表示器により移動距離を数値として表示出力する。

0036

被計測物1をアルミニューム板とした場合において、該アルミニューム板にレーザ光を照射し、実際に描いたスペックルパターンを写真撮影したものが図3である。

0037

被計測物1にレーザ光を照射し、スペックルパターン3をCCDカメラ5で撮影し、A/D変換器6で明暗による中間色を除去し、明と暗の2つの信号に変換して演算装置7に入力できるようにしてある。

0038

9はレーザ光、10は遮光物、11は空白域、12はCCDカメラの視野範囲、Lは計測可能範囲、L’はCCDカメラ5から被計測物1までの距離、θはレーザ光と視野範囲の光軸との視野角度を示すものである。

0039

前記レーザ光9とCCDカメラ5の視野範囲の光軸との視野角度θの関係について、該視野角度θが大の場合は、計測可能範囲Lが狭くなるが、CCDカメラ5から被計測物1までの距離L’の計測精度が向上し、また、レーザ光9とCCDカメラ5の視野角度θが小の場合は計測可能範囲Lが広くなるが、被計測物1までの距離L’の計測精度が低下する。

0040

さらにまた、CCDカメラ5より被計測物1までの距離L’が大の場合には視野角度θが小であってもCCDカメラ5とレーザ発振器4との離間距離を大に採る必要があり、したがって、至近距離の被計測物1の移動量を計測する手段として最適であり、位相差方式といえる測定方法である。

発明の効果

0041

この発明は、被計測物の微細な移動量の計測にレーザ光を用い、その移動方向が遠近方向となるような位置にレーザ発振器ならびに計測器を設置し、かつ、反射光の光幅中に遮光物を設置することにより、その影の移動量を計測する位相差方式として被計測物の至近位置より正確な移動利用を計測することができる効果があるものである。

図面の簡単な説明

0042

図1この発明による実施例の構成図
図2光路作用を説明する平面図
図3演算装置が認識したCCD画素の範囲中に空白域を表したスペックルパターン

--

0043

1被計測物
2映像範囲
3スペックルパターン
4レーザ発振器
5CCDカメラ
6 A/D変換器
7演算装置
8 CRT
9レーザ光
10遮光物
11空白域
12 CCDカメラの視野範囲
L計測可能範囲
L’ CCDカメラから被計測物までの距離
θ 視野角度

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