JP2015175611A - Distance measuring equipment and distance measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置、およびこの距離測定装置を用いた距離測定システムに関する。また、本発明は、例えば、自動車や鉄道などの移動体に搭載し、レーザ光を回転させ、トンネルの壁面などの測定対象物までの距離を測定して状態を検査する場合に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a distance measuring device that measures a distance to a measurement object, and a distance measuring system using the distance measuring device. Further, the present invention is effective when applied to a moving body such as an automobile or a railway, in which the state is inspected by measuring the distance to a measurement object such as a tunnel wall surface by rotating a laser beam. Technology.
例えば、老朽化が進む道路やトンネルなどは、運行上の安全を確保するため、定期的な状態検査が必要である。特に、高速道路、新幹線などの高速輸送手段においては、防音壁、トンネル内の壁面および、標識や照明、換気用ファンなどが取り付けられており、劣化により、これらの落下による事故や２次災害の危険性がある。このため、現在でも、営業運転に影響を与えないように深夜の測定や交通を遮断しての点検が行われているが、台風や突風などの天候による影響や落下物の衝突などの突発的な事故による急激な変化に対応することも必要になる。 For example, aging roads and tunnels require periodic state inspections to ensure operational safety. In particular, in high-speed transportation means such as expressways and bullet trains, soundproof walls, tunnel walls, signs, lighting, ventilation fans, etc. are installed. There is a risk. For this reason, even today, measurements are taken at night and inspections are performed while traffic is blocked so as not to affect business operation. However, the impact of weather such as typhoons and gusts and sudden collisions such as falling objects It is also necessary to respond to sudden changes due to serious accidents.
このような状況において、検査頻度を高めるためには、営業運転に合わせて高速でスキャンする方法が要求される。現在においても、移動する車両にＣＣＤカメラを多数配置して、状態を撮影し、検査する方法が用いられている。また、レーザを使用したスキャナ方式の計測も用いられている。このようなレーザを使用したスキャナ方式の計測に関する技術としては、例えば、特開２００５−２２１３３６号公報（特許文献１）や、特表２０１３−５０２５７１号公報（特許文献２）に記載される技術などがある。 In such a situation, in order to increase the inspection frequency, a method of scanning at high speed according to the business operation is required. Even now, a method is used in which a large number of CCD cameras are arranged in a moving vehicle, and the state is photographed and inspected. In addition, scanner-type measurement using a laser is also used. As a technique related to measurement of a scanner method using such a laser, for example, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-221336 (Patent Document 1) or Japanese Translation of PCT International Publication No. 2013-502571 (Patent Document 2). There is.
特許文献１には、電磁波投波器から被投射体に向けてスキャニングした電磁波の反射波を、距離演算回路に接続した電磁波受波器で受信して、被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサが記載されている。
In
特許文献２には、レーザスキャナの環境を光学的に走査および測定する方法において、レーザスキャナが、発光器および受光器を持つ測定ヘッドと、この測定ヘッドに対して各軸の周りを回転可能な鏡および基部などを備えた技術が記載されている。 In Patent Document 2, in a method of optically scanning and measuring the environment of a laser scanner, the laser scanner can rotate around each axis with respect to a measuring head having a light emitter and a light receiver, and the measuring head. Techniques with mirrors and bases are described.
ところで、前述した従来技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかになった。 By the way, as a result of examination of the prior art described above by the present inventor, the following has been clarified.
例えば、前述したレーザを使用したスキャナ方式の計測技術では、スキャナ構造上の制約および測定精度を確保するため、回転数６０００ｒｐｍ以下で移動速度４０〜５０ｋｍ／ｈ程度の速度でスキャンする方法が用いられている。また、現状のスキャナ構造では、４０ｍｍ角のスキャナミラーの構造や高速回転による温度上昇での熱変形、路面段差などの振動による変形のため、回転数６０００ｒｐｍ以上の高速な計測ができなかった。また、現状のスキャナ方式の計測技術では、高速回転異常を監視する機能がなかった。 For example, in the above-described scanner-type measurement technology using a laser, a method of scanning at a rotational speed of 6000 rpm or less and a moving speed of about 40 to 50 km / h is used in order to ensure restrictions on the scanner structure and measurement accuracy. ing. Further, the current scanner structure cannot measure at a high speed of 6000 rpm or more due to the structure of a 40 mm square scanner mirror, thermal deformation due to temperature rise due to high speed rotation, and deformation due to vibration such as a road surface step. In addition, the current scanner-type measurement technology has no function for monitoring high-speed rotation abnormality.
また、前述した特許文献１には、レーザ光を一定の周波数で変調し、この変調した信号の位相と、被投射体から反射された光の位相との差から、レンジセンサと被投射体との距離を求める方法が記載されている。また、前述した特許文献２には、多数の測定点に対して、発光ビームおよび受光ビームの伝搬時間から、レーザスキャナと物体との間の距離を判定する方法が記載されている。
In
前述した特許文献１のような位相差方式や、前述した特許文献２のようなＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式による距離計測に使用するスキャナでは、高速回転するため、重心と回転中心軸からのずれによるバランス調整が必要である。また、スキャナでは、回転の遠心力による構造上の部分的な変形があると、この変形によるバランスずれにより振動が発生する。このようなバランスずれによる振動発生や、高速回転での風切抵抗による振動のため、例えば１００００ｒｐｍ以上の高速回転が困難であった。また、スキャナは、高速で数時間以上連続回転させているため、モータの発熱による温度上昇により、部品の伸びが生じ、バランスが変化して回転中に異常が発生することがあった。
The scanner used for distance measurement by the phase difference method as described above in
そこで、本発明は、前述のような課題に鑑みてなされたものである。本発明の代表的な目的は、例えば１００００ｒｐｍ以上などの比較的に高速な回転においても、スキャナの構造上のバランスずれを低減し、測定対象物までの距離を安定して測定する技術を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the problems as described above. A typical object of the present invention is to provide a technique for stably measuring a distance to an object to be measured by reducing a balance deviation on the structure of a scanner even at a relatively high speed rotation such as 10,000 rpm or more. There is.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
代表的な距離測定装置は、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置である。前記距離測定装置は、前記測定対象物に対して、レーザ光を回転させて照射するスキャナミラーを有する。前記スキャナミラーは、ミラーと、前記ミラーを上下から挟む上部部材および下部部材と、を有する。そして、前記上部部材は、４点以上の偶数箇所で前記スキャナミラーの回転軸に対して軸対称で、前記下部部材に固定されている。 A typical distance measuring device is a distance measuring device that measures the distance to a measurement object. The distance measuring device includes a scanner mirror that rotates and irradiates the measurement target with laser light. The scanner mirror includes a mirror and an upper member and a lower member that sandwich the mirror from above and below. The upper member is fixed to the lower member so as to be axially symmetric with respect to the rotation axis of the scanner mirror at an even number of four or more points.
より好ましくは、前記距離測定装置において、前記ミラーは、三角柱を組み合わせたプリズム型の合わせミラーで、三角柱の透明ガラスを２個合わせた面に反射面を持ち、前記スキャナミラーの回転軸に対して軸対称なキューブ形状のガラス材料からなる。また、前記ミラーを挟んだ前記上部部材および前記下部部材は、円柱形状で線膨張係数が前記ミラーと近い金属合金またはセラミックスの材料からなる。また、前記スキャナミラーを組立後の重心位置を前記下部部材の底面板側に近づける構造で、かつ、前記ミラーの重心に対して、前記スキャナミラーを組立後の重心の高さを同一か、又はやや低くする構造とする。 More preferably, in the distance measuring apparatus, the mirror is a prism-type alignment mirror in which triangular prisms are combined, and has a reflective surface on a surface where two transparent glasses of triangular prisms are combined, with respect to the rotation axis of the scanner mirror. It consists of an axisymmetric cube-shaped glass material. The upper member and the lower member sandwiching the mirror are made of a metal alloy or ceramic material having a cylindrical shape and a linear expansion coefficient close to that of the mirror. The center of gravity position after assembly of the scanner mirror is close to the bottom plate side of the lower member, and the height of the center of gravity after assembly of the scanner mirror is the same as the center of gravity of the mirror, or Use a slightly lower structure.
より好ましくは、前記距離測定装置において、前記上部部材は、回転の軸中心にレーザ光が通る直径の円形からなる開口部を有し、前記開口部の周囲の同心円状に一定荷重を加えて前記ミラーのキューブ形状の上面に遠心力による変形に耐える強度を持ち、かつばね性を持たせて固定されている。 More preferably, in the distance measuring device, the upper member has an opening having a circular shape with a diameter through which a laser beam passes at the center of rotation, and a constant load is applied to the concentric circle around the opening. The mirror has a cube-shaped upper surface that is strong enough to withstand deformation caused by centrifugal force and is fixed with springiness.
さらに、前記距離測定装置を用いた距離測定システムにも適用するものである。 Furthermore, the present invention is also applied to a distance measuring system using the distance measuring device.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、代表的な効果は、例えば１００００ｒｐｍ以上などの比較的に高速な回転においても、スキャナの構造上のバランスずれを低減し、測定対象物までの距離を安定して測定することができる。 That is, a typical effect is that, even at a relatively high-speed rotation such as 10,000 rpm or more, the balance deviation on the structure of the scanner can be reduced, and the distance to the measurement object can be stably measured.
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Also, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), particularly when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップなども含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素などの形状、位置関係などに言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently indispensable in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape and positional relationship of components and the like, the shape is substantially the same unless otherwise specified and the case where it is not clearly apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素、符号などを付して説明する。
[Outline of the embodiment]
First, an outline of the embodiment will be described. In the outline of the present embodiment, as an example, the description will be given with the corresponding components, reference numerals, etc. of the embodiment in parentheses.
本実施の形態において、主な目的は以下である。主な目的は、高速な回転スキャナミラーのヘッドを持ち、光源と光ファイバによる接続構造にすることでヘッドと信号処理系とを分離可能な構造とし、投光と受光を同軸で行う３次元スキャナにより測定対象物までの距離を測定して状態を監視する。かつ、回転軸と重心位置を一致させ、スキャナの構造上のバランスずれを低減するスキャナミラーの固定構造を提供する。かつ、異常発生を事前に検知して異常を判断し、シャッタによりレーザ出射を停止させるとともに電源を遮断して良好に回転停止させ、安全を図る技術を提供する。また、高速に回転可能なスキャナ装置、および高速な回転を維持し、異常を初期に検出する技術を提供する。 In the present embodiment, the main purposes are as follows. The main purpose is a three-dimensional scanner that has a high-speed rotating scanner mirror head and is structured so that the head and signal processing system can be separated by using a connection structure with a light source and an optical fiber. The state is monitored by measuring the distance to the object to be measured. In addition, a scanner mirror fixing structure is provided in which the rotational axis and the center of gravity position coincide with each other, and the balance deviation in the structure of the scanner is reduced. In addition, the present invention provides a technique for safety by detecting occurrence of abnormality in advance and judging abnormality, stopping laser emission by a shutter, shutting off a power source, and stopping rotation well. In addition, a scanner device capable of rotating at high speed and a technique for detecting abnormalities at an early stage while maintaining high-speed rotation are provided.
上記の目的を達成するために、主な特徴は以下である。第１の特徴は、スキャナミラーの構成に関する。例えば、１００００ｒｐｍ以上の高速回転のスキャナミラー（スキャナミラー１）は、回転軸と平行にレーザ光を照射し、ミラーで反射して約９０度曲げ、回転軸と規定の角度で、測定対象物に対して３６０度スキャンする構造である。スキャナミラーは、ミラー（プリズムミラー２０）と、このミラーを上下から挟む上部部材（ミラーホルダ１０）および下部部材（ミラーベース３０）とを有する。上部部材は、４点以上の偶数箇所で下部部材に固定し、スキャナミラーの回転軸に対して軸対称とする。これにより、ミラーなどの構成部品の回転中の変形による振動発生を抑え、また、遠心力によるミラーなどの構成部品の変形を抑えることによりレーザ光の開口部の変形を抑える。 In order to achieve the above object, the main features are as follows. The first feature relates to the configuration of the scanner mirror. For example, a scanner mirror (scanner mirror 1) rotating at a high speed of 10,000 rpm or more irradiates a laser beam in parallel with the rotation axis, reflects it by the mirror, bends about 90 degrees, and applies it to the measurement object at a specified angle with the rotation axis. On the other hand, the structure scans 360 degrees. The scanner mirror includes a mirror (prism mirror 20), and an upper member (mirror holder 10) and a lower member (mirror base 30) that sandwich the mirror from above and below. The upper member is fixed to the lower member at an even number of four or more points and is symmetric with respect to the rotation axis of the scanner mirror. Thereby, the occurrence of vibration due to deformation during rotation of the component parts such as the mirror is suppressed, and the deformation of the opening part of the laser beam is suppressed by suppressing the deformation of the component parts such as the mirror due to the centrifugal force.
第２の特徴は、スキャナミラーの各構成要素の形状や材料などに関する。ミラーは、軸対称とするため、三角柱を組み合わせたキューブ形状とするプリズム型の合わせミラーで、三角柱の透明ガラスを２個合わせた面に多層膜やアルミニウムなどの反射面を持つ。ミラーを挟んだ上部部材および下部部材は、軸対称とするため、円柱形状で線膨張係数がミラーとほぼ近い金属合金やセラミックスの材料で構成する。これにより、温度変化による伸縮をキャンセルする。また、スキャナミラーを組立後の重心位置を下部部材の底面板側に近づける構造で、かつ、ミラーの重心に対して、スキャナミラーを組立後の重心の高さを同一かやや低くする。これにより、一定の円周回転軌跡で安定した照射が可能な構造とする。 The second feature relates to the shape and material of each component of the scanner mirror. In order to make the mirror symmetrical, the mirror is a prism-type alignment mirror that is a cube-shaped combination of triangular prisms, and has a reflective surface such as a multilayer film or aluminum on the surface where two triangular prisms are combined. In order to make the upper member and the lower member sandwiching the mirror axially symmetric, the upper member and the lower member are made of a metal alloy or ceramic material having a cylindrical shape and a linear expansion coefficient substantially similar to that of the mirror. Thereby, the expansion and contraction due to the temperature change is canceled. Further, the position of the center of gravity after assembling the scanner mirror is close to the bottom plate side of the lower member, and the height of the center of gravity after assembling the scanner mirror is made the same or slightly lower than the center of gravity of the mirror. Thereby, it is set as the structure in which stable irradiation is possible with a fixed circumference rotation locus.
第３の特徴は、上部部材およびその開口部に関する。スキャナミラーは、レーザ光の照射方向を９０度曲げて照射するため、ミラーの上面から入射させ、また測定対象物からの散乱光・反射光を同一の光路を通すため、開口部（開口部１３）を大きくする必要がある。開口部が大きくなると、この開口部の周辺に荷重を加えて、遠心力による変形を抑える工夫が求められる。このため、この開口部の中心を回転中心に合わせると共に、下部部材の取り付け面に対してバランスよくミラーを押さえ付ける必要がある。そこで、ミラーを押さえる上部部材は、レーザ光が通る直径の円形からなる開口部の周辺に同心円状に一定荷重を加えて、ミラーに均等に力が働くようにばね性を持たせた構造とする。これにより、温度変化による伸縮を軸対称にすることでずれを防止し、高速回転域で軸中心に動バランスをとる構造とする。 The third feature relates to the upper member and its opening. Since the scanner mirror irradiates the laser beam with a 90-degree bending direction, it is incident from the upper surface of the mirror, and the scattered light / reflected light from the measurement object passes through the same optical path. ) Must be increased. When the opening becomes large, a device for applying a load to the periphery of the opening to suppress deformation due to centrifugal force is required. For this reason, it is necessary to align the center of the opening with the center of rotation and press the mirror in a balanced manner against the mounting surface of the lower member. Therefore, the upper member for holding the mirror has a structure in which a constant load is applied concentrically around the circular opening having a diameter through which the laser beam passes, and the mirror is given a spring property so that the force is evenly applied to the mirror. . This prevents the shift by making the expansion and contraction due to the temperature change axially symmetric, and has a structure that balances the movement in the center of the axis in the high-speed rotation range.
第４の特徴は、スキャナミラーの温度管理において、ベアリングの温度と潤滑機能の回復に関する。スキャナミラーは、設置姿勢を水平方向および垂直方向のどちらにも対応できる構造であり、高速回転するスキャナミラーを支えるベアリング（ベアリング５２）は高速に回転する。このため、ベアリングは、摩擦による発熱や、モータ（スピンドルモータ５０）の巻線からの発熱が伝わるために高温になる。そこで、スキャナミラーの表面から空気への熱伝達の他に、ベアリングに一定の間隔で適量ミスト状のグリスを塗布する管理部（モータ駆動制御部３８０）を有する。これにより、ベアリングの潤滑を回復させ、かつ熱を除去する。 The fourth feature relates to the recovery of the bearing temperature and the lubrication function in the temperature management of the scanner mirror. The scanner mirror has a structure that can accommodate both the horizontal and vertical installation postures, and the bearing (bearing 52) that supports the scanner mirror that rotates at high speed rotates at high speed. For this reason, the bearing becomes high temperature because heat generated by friction and heat generated from the winding of the motor (spindle motor 50) are transmitted. Therefore, in addition to the heat transfer from the surface of the scanner mirror to the air, there is a management unit (motor drive control unit 380) that applies an appropriate amount of mist-like grease to the bearing at regular intervals. This restores bearing lubrication and removes heat.
第５の特徴は、スキャナミラーとシャフトの表面積に関する。ミラーを固定するスキャナミラーの表面積を、スキャナミラーを回転させるシャフト（シャフト５３）より大きくする。これにより、伝達する熱を低減し、空気への伝達を増やしてスキャナミラーへの熱伝達を防止する。また、高速回転によるスキャナミラーの凹凸に起因する空気抵抗による風切音を低減するため、角型のミラーを円筒の上部部材および下部部材で覆う構造とする。 The fifth feature relates to the surface area of the scanner mirror and shaft. The surface area of the scanner mirror that fixes the mirror is made larger than the shaft (shaft 53) that rotates the scanner mirror. This reduces the heat to be transmitted and increases the transfer to the air to prevent heat transfer to the scanner mirror. In addition, in order to reduce wind noise caused by air resistance caused by the unevenness of the scanner mirror due to high-speed rotation, a rectangular mirror is covered with a cylindrical upper member and lower member.
第６の特徴は、スキャナミラーの回転異常検出に関する。スキャナミラーは、長時間高速回転するため、突然、回転異常を発生することがある。このため、スキャナミラーやモータは外筒に連結固定されており、振動は固定部を通してモータのカバーに伝達される。そこで、モータのカバーやスキャナミラーのカバーに歪ゲージ（歪ゲージ４１）や加速度センサ、変位センサなどの検出器を取り付けて振動状態を常時、監視部（モータ駆動制御部３８０）でモニタする。このモニタにより、異常振動が連続しているかを制御部で判定して、自動的に不具合発生と回転停止および外部へのレーザ放射をシャッタで防止する。 The sixth feature relates to detection of abnormal rotation of the scanner mirror. Since the scanner mirror rotates at a high speed for a long time, a rotation abnormality may occur suddenly. For this reason, the scanner mirror and the motor are connected and fixed to the outer cylinder, and the vibration is transmitted to the motor cover through the fixing portion. Therefore, a detector such as a strain gauge (strain gauge 41), an acceleration sensor, or a displacement sensor is attached to the cover of the motor or the scanner mirror, and the vibration state is constantly monitored by the monitoring unit (motor drive control unit 380). With this monitor, it is determined by the control unit whether abnormal vibration is continuing, and the occurrence of malfunction, rotation stop, and external laser emission are automatically prevented by the shutter.
第７の特徴は、スキャナミラーを利用した測定対象物を検査するシステムに関する。このシステムは、ミラーを上部部材および下部部材で挟む構造を有するスキャナミラーを、移動体（移動車６１）に搭載して所定速度で移動させながら、トンネル内の壁面や構造物などの状態を比較検査する。システムは、レーザ光を走行方向に対して直角方向に照射し、進行方向に対して回転させながら測定対象物に対する照射光と測定対象物からの反射光・散乱光とを各検出部（参照光検出部１６２、信号光検出部１６１）で検出し、位相差または時間差から距離を算出部（距離演算部２８０）で求める。これにより、トンネル内の壁面や構造物などの測定対象物の状態を検査する。
The seventh feature relates to a system for inspecting a measurement object using a scanner mirror. This system compares the state of the walls and structures in the tunnel while moving the scanner mirror with a structure that sandwiches the mirror between the upper member and lower member on the moving body (moving vehicle 61) at a predetermined speed. inspect. The system irradiates a laser beam in a direction perpendicular to the traveling direction, and rotates each of the detection units (reference light) with the irradiation light on the measurement object and the reflected / scattered light from the measurement object while rotating with respect to the traveling direction. Detection is performed by the
第８の特徴は、レーザ光の回転速度と移動体の移動速度に関する。このシステムでは、レーザ光による距離測定を利用し、この距離測定装置を移動体に設置し、レーザ光の回転速度の半分以下の速度で移動する。そこで、移動体に設けられたセンサ（加速度センサ２０２）で検出された移動体の移動速度を、エンコーダ（ロータリエンコーダ５１）で検出されたスキャナミラーの対象物の照射位置での平均速度を回転速度の半分以下に制御する制御部（モータ駆動制御部３８０）を有する。これにより、測定対象物のほぼ同一箇所を繰り返して検出し、欠陥の誤検出を低減する。 The eighth feature relates to the rotational speed of the laser light and the moving speed of the moving body. In this system, distance measurement using laser light is used, and this distance measurement device is installed on a moving body, and moves at a speed equal to or less than half the rotational speed of the laser light. Therefore, the moving speed of the moving body detected by the sensor (acceleration sensor 202) provided on the moving body is the average speed at the irradiation position of the object of the scanner mirror detected by the encoder (rotary encoder 51). And a control unit (motor drive control unit 380) that controls to less than half. Thereby, substantially the same location of the measurement object is repeatedly detected, and erroneous detection of defects is reduced.
第９の特徴は、３次元データにおける特徴点抽出に関する。このシステムでは、エンコーダからの信号に同期させて、レーザ光のスキャンにより距離を測定すると共に、グローバルポジショニングシステムや加速度計からの位置情報を同時に取得する。そして、算出部（プロファイル算出部３２０、補正演算部３３０、差分演算部３４０）において、距離データおよび角度データをもとに３次元データを作成する。そして、現在の３次元データと以前の３次元データとを比較して、変化した部分や変化の大きい部分を抽出し、位置を特定する。これにより、特徴点を抽出して照合することで、ひびなどの不連続部分を抽出する。
The ninth feature relates to feature point extraction from three-dimensional data. In this system, the distance is measured by scanning a laser beam in synchronization with the signal from the encoder, and the position information from the global positioning system and the accelerometer is simultaneously acquired. Then, the calculation unit (
第１０の特徴は、光学系におけるレーザ光の焦点調整機能に関する。測定対象物の表面状態は、金属などのように反射率が高かったり、汚れにより散乱強度が低かったりと多岐にわたる。光学系では、受光光量を増加させ、ＳＮＲを確保し、測定する対象の照射面積を小さくして分解能を上げるため、照射するレーザ光を１ｍｍ以下に絞り、パワー密度を上げて測定を高密度化する。そこで、偏光を利用した明視野受光系を活用し、レーザ光の経路上に設けられた波長板（１／２波長板１３３、１／４波長板１３４）、ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ１３２）および焦点可変レンズ（焦点可変レンズ１３８）を有する。そして、焦点可変レンズによって、レーザ光を測定対象物の表面に規定のサイズの円形または楕円形ビームになるように照射する。これにより、従来の１ｍｍ程度の平行光と比較し、より精度の高い状態検査を可能とする。
The tenth feature relates to the focus adjustment function of the laser beam in the optical system. The surface state of the object to be measured varies widely, such as high reflectivity such as metal, and low scattering intensity due to dirt. In the optical system, in order to increase the amount of received light, secure SNR, reduce the irradiation area of the object to be measured and increase the resolution, the irradiation laser beam is reduced to 1 mm or less, and the power density is increased to increase the measurement density. To do. Therefore, by utilizing a bright field light receiving system using polarized light, a wave plate (1/2
第１１の特徴は、欠陥写真による色情報の付加に関する。このシステムでは、欠陥座標位置をマッピングし、同一システム上で進行方向に対して後側にカメラ（ＣＣＤカメラ１４２）を設置して自動的に欠陥写真を撮像して取得する。そして、算出部（差分演算部３４０）で、現在の３次元データと以前の３次元データとを比較して変化点を抽出する際に、カメラで撮像された色情報を付加して変化点を抽出する。これにより、スキャナ結果と合わせて色情報を加えた表示や、比較表示を行うことも可能にする。 The eleventh feature relates to the addition of color information by defect photographs. In this system, defect coordinate positions are mapped, and a camera (CCD camera 142) is installed on the rear side in the traveling direction on the same system, and a defect photograph is automatically captured and acquired. Then, when the calculation unit (difference calculation unit 340) compares the current three-dimensional data with the previous three-dimensional data and extracts the change point, the change point is determined by adding the color information captured by the camera. Extract. Thus, it is possible to perform display with color information added to the scanner result and comparison display.
第１２の特徴は、ベアリングのばね剛性に関する。計測中の移動では、路面の段差などによる衝撃が加わる場合があり、ベアリングのばね剛性が必要となる。そこで、アンギュラベアリングや深溝ベアリングを使用し、ばね性の予圧を加える。これにより、回転するシャフトのばね剛性を高くした状態で、移動中に路面の段差からの影響を低減し、安定的に検査する。また、潤滑機能の管理部（モータ駆動制御部３８０）により摩擦抵抗を低減し、安定した検査を可能にする。また、スキャナミラーは１００００ｒｐｍ以上の高速回転を長時間連続して行っており、環境温度の変化や、回転による温度上昇の変化、移動する路面から受ける衝撃により、回転異常を起こすことを低減する。 The twelfth feature relates to the spring stiffness of the bearing. In movement during measurement, an impact due to a step on the road surface may be applied, and the spring rigidity of the bearing is required. Therefore, an angular bearing or a deep groove bearing is used to apply a spring preload. As a result, in the state where the spring rigidity of the rotating shaft is increased, the influence from the step on the road surface is reduced during the movement, and the inspection is stably performed. In addition, the lubrication function management unit (motor drive control unit 380) reduces frictional resistance and enables stable inspection. Further, the scanner mirror continuously rotates at a high speed of 10,000 rpm or more for a long time, thereby reducing the occurrence of abnormal rotation due to a change in environmental temperature, a change in temperature rise due to the rotation, and an impact received from a moving road surface.
第１３の特徴は、測定環境の変化に基づいた屈折率の補正に関する。距離測定は、気象条件や高度など多種の環境で行われる。この環境により、測定精度が影響を受ける。レーザ発振波長や位相、および屈折率は、測定環境の大気の圧力や温度に影響し、距離測定の誤差となる。そこで、測定環境の大気圧、温度および湿度を測定する測定部（環境条件測定部３９０）を有する。そして、算出部（距離演算部２８０）は、レーザ光の位相差または時間差により距離を求めるにあたり、照射間隔および波長幅から得られる屈折率に基づいて距離測定に対する補正を加える。これにより、移動中の環境による測定精度への影響を低減し、安定的に検査する。 The thirteenth feature relates to the correction of the refractive index based on the change in the measurement environment. Distance measurement is performed in various environments such as weather conditions and altitudes. This environment affects measurement accuracy. The laser oscillation wavelength, phase, and refractive index affect the atmospheric pressure and temperature of the measurement environment, resulting in distance measurement errors. Therefore, a measurement unit (environmental condition measurement unit 390) that measures the atmospheric pressure, temperature, and humidity of the measurement environment is provided. Then, the calculation unit (distance calculation unit 280) corrects the distance measurement based on the refractive index obtained from the irradiation interval and the wavelength width when obtaining the distance by the phase difference or time difference of the laser light. Thereby, the influence on the measurement accuracy by the environment during movement is reduced, and the inspection is stably performed.
第１４の特徴は、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）の向上に関する。位相差または時間差による距離測定では、スキャナミラーの回転角度情報を得るためにエンコーダを有し、このエンコーダの出力パルスに同期して、レーザ光を照射する。そこで、レーザ照射部（レーザコントローラ８０、光増幅器９０、励起レーザ９１）を有し、レーザ光をバースト状の短時間（数ｎｓの間隔）に強度を上昇させて照射する。これにより、測定対象物からのレーザ光の散乱光、反射光を受光することにより、ＳＮＲを向上させる。
The fourteenth feature relates to improvement of SNR (Signal Noise Ratio). In distance measurement by phase difference or time difference, an encoder is provided to obtain information on the rotation angle of the scanner mirror, and laser light is emitted in synchronization with the output pulse of the encoder. Therefore, it has a laser irradiation unit (
第１５の特徴は、複数の距離測定装置を有する場合に関する。距離測定装置が１台では、路面段差により衝撃が加わった場合や姿勢変化や交通状況により、測定できないことが発生する。これを防止するため、複数台の距離測定装置を、例えば千鳥配置のように移動体の前後左右の位置を変えて設置する。これにより、フォーカスずれによる測定誤差や散乱パワーの不足発生に対応できる。また、スキャン位置を変えることで測定点を増やし、検査もれのない状態検査を可能とする。 The fifteenth feature relates to the case having a plurality of distance measuring devices. With a single distance measuring device, it may not be possible to measure due to an impact caused by a road step, or due to posture changes or traffic conditions. In order to prevent this, a plurality of distance measuring devices are installed by changing the front / rear and left / right positions of the moving body as in a staggered arrangement, for example. As a result, it is possible to cope with the occurrence of measurement errors due to defocus and insufficient scattering power. In addition, by changing the scan position, the number of measurement points can be increased, and a state inspection without any omission can be performed.
反射散乱により強度が変化するため、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）を参照または検査用ディテクタを有してもよい。 Since the intensity changes due to reflection scattering, an AGC (auto gain control) may be referred to or a detector for inspection may be provided.
上記の特徴により得られる主な効果は、以下である。主な効果は、様々な環境で高速かつ高分解能に、トンネル内の壁面や構造物などの測定対象物の状態を、自動車や鉄道などの移動体から、環境条件の影響を低減して検査することができる。 The main effects obtained by the above features are as follows. The main effect is to inspect the condition of measurement objects such as walls and structures in tunnels at high speed and high resolution in various environments from moving objects such as automobiles and railways while reducing the influence of environmental conditions. be able to.
以下、上述した実施の形態の概要に基づいた実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment based on the outline of the above-described embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
［一実施の形態］
本実施の形態の距離測定装置および距離測定システムについて、図１〜図１８を用いて説明する。図１〜図６はスキャナミラーの構成などに関する図面、図７〜図１２は距離測定装置および距離測定システムの構成などに関する図面、図１３〜図１８はトンネル内の状態検査などに関する図面である。
[One Embodiment]
The distance measuring apparatus and distance measuring system of this Embodiment are demonstrated using FIGS. 1 to 6 are drawings relating to the configuration of the scanner mirror, FIGS. 7 to 12 are drawings relating to the configuration of the distance measuring device and the distance measuring system, and FIGS. 13 to 18 are drawings relating to the state inspection in the tunnel.
本実施の形態の距離測定装置および距離測定システムにおいては、トンネル内の状態検査を例に説明し、測定対象物として、トンネル内の壁面の状態、および、この壁面に取り付けられた標識、照明、換気用ファンなどの構造物の設置状態を検査する。以下においては、この測定対象物を、単にトンネル壁面と記載する場合がある。また、トンネル内の状態検査において、移動体として、自動車を例に説明する。 In the distance measuring device and the distance measuring system of the present embodiment, the state inspection in the tunnel will be described as an example, and as the measurement object, the state of the wall surface in the tunnel, and the sign attached to the wall surface, illumination, Check the installation status of structures such as ventilation fans. In the following, this measurement object may be simply referred to as a tunnel wall surface. In the state inspection in the tunnel, an automobile will be described as an example of the moving body.
＜スキャナミラーの構成および組立・調整＞
まず、図１〜図３を用いて、本実施の形態の距離測定装置および距離測定システムにおいて、スキャナミラーの構成および組立・調整について説明する。図１（ａ）（ｂ）は、スキャナミラーの構成の一例を示す図である。図２（ａ）（ｂ）は、スキャナミラーの組立の一例を示す図である。図３は、スキャナミラーにモータユニットを連結する場合の組立・調整の一例を説明するための図である。図１〜図２において、（ａ）と（ｂ）とはスキャナミラーの回転軸に対して９０度回転させた状態をそれぞれ示している。
<Configuration, assembly and adjustment of scanner mirror>
First, the configuration and assembly / adjustment of the scanner mirror in the distance measuring apparatus and distance measuring system of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating an example of a configuration of a scanner mirror. 2A and 2B are diagrams showing an example of assembly of the scanner mirror. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of assembly / adjustment when a motor unit is connected to the scanner mirror. 1 to 2, (a) and (b) respectively show states rotated 90 degrees with respect to the rotation axis of the scanner mirror.
本実施の形態におけるスキャナミラー１は、図１〜図２に示すように、ミラーホルダ１０、プリズムミラー２０、ミラーベース３０などを有する。このスキャナミラー１には、図３に示すように、スピンドルモータ５０、ロータリエンコーダ５１、ベアリング５２、シャフト５３、モータベース５４などを有するモータユニット５が連結される。このモータユニット５により、スキャナミラー１は高速な回転が可能な構造となる。
As shown in FIGS. 1 to 2, the
また、スキャナミラー１は、高速な回転における回転軸に対する質量バランスをとり、遠心力に対する変形を防止するために、プリズムミラー２０をミラーホルダ１０とミラーベース３０とで挟む構造となっている。そして、ミラーホルダ１０は、スキャナミラー１の回転軸に対して軸対称で、ミラーベース３０に固定されている。図１は、ミラーホルダ１０をミラーベース３０に固定する前の状態を示しており、図２は固定した後の状態を示している。
Further, the
プリズムミラー２０は、軸対称とするため、三角柱を組み合わせたプリズム型の合わせミラーで、三角柱の透明ガラスを２個合わせた面に多層膜やアルミニウムなどの反射面を持ち、キューブ形状（立方体）のガラス材料で形成されている。
The
プリズムミラー２０を挟んだミラーホルダ１０およびミラーベース３０は、軸対称とするため、円柱形状で、線膨張係数がプリズムミラー２０とほぼ近い金属合金やセラミックスなどの材料で形成されている。また、スキャナミラー１の組立後の重心位置はミラーベース３０の底面板側に近づける構造で、かつ、プリズムミラー２０の重心に対して、スキャナミラー１を組立後の重心の高さが同一かやや低くなる構造になっている。
The
ミラーホルダ１０は、略円形の上面板１１と、この上面板１１に結合して対向する一対の側面板１２との一体構造からなる上部部材である。ミラーホルダ１０の上面板１１は、一対の側面板１２の部分が直線状になっている。また、ミラーホルダ１０の上面板１１は、回転の軸中心にレーザ光が通る直径の円形からなる開口部１３を有し、この開口部１３の周囲の同心円状に一定荷重を加えてプリズムミラー２０のキューブ形状の上面に遠心力による変形に耐える強度を持ち、かつばね性を持たせて固定されている。ミラーホルダ１０の一対の側面板１２は、半円形状の切り欠き部１４を有する。一方の側面板１２は、この半円形状の切り欠き部１４が、レーザ光が通る開口部分となる。他方の側面板１２は、この半円形状の切り欠き部１４が、軸対称とするために開口されている。
The
ミラーベース３０は、円形の底面板３１と、この底面板３１に結合する円柱部材３２との一体構造からなる下部部材である。ミラーベース３０の円柱部材３２には、プリズムミラー２０が収納される収納部３３を有する。この収納部３３の対向する側面部分は、ミラーホルダ１０の側面板１２の切り欠き部１４に対応して開口部３４となっている。一方の開口部３４は、レーザ光が通る開口部分となる。他方の開口部３４は、軸対称とするために開口されている。
The
スキャナミラー１の組立時には、ミラーホルダ１０は、ねじ１８により、スキャナミラー１の回転軸に対して軸対称で、例えば４箇所でミラーベース３０に固定される。以下、この４箇所での固定をＸ型と称する。４箇所のＸ型とは、Ｘの字の４つの端部の箇所でねじ止めすることを意味する。このため、ミラーホルダ１０には、ねじ１８により隠れて見えないが、このねじ１８を螺合するための開口が形成されている。また、ミラーベース３０には、ねじ１８が螺合するねじ穴３５が形成されている。なお、ねじ１８による固定は、４箇所に限らず、４点以上の偶数箇所で、スキャナミラー１の回転軸に対して軸対称であればよい。
At the time of assembling the
このスキャナミラー１は、回転時の遠心力により下側のミラーベース３０が広がることを抑えるように、ミラーホルダ１０を４箇所のＸ型に軸対称でミラーベース３０に固定し、高速回転でのミラーベース３０の広がりを低減させている。また、上側のミラーホルダ１０にばね性を持たせることにより、遠心力による変形によりプリズムミラー２０の上面からくさび状に固定されるように、プリズムミラー２０を挟んでミラーホルダ１０をミラーベース３０に固定する構造を有している。また、高速回転時の空気抵抗による風切音を低減するため、キューブ形状のプリズムミラー２０を円柱形状のミラーホルダ１０およびミラーベース３０で覆う構造を有している。
In this
また、スキャナミラー１の組立時に、ミラーホルダ１０とミラーベース３０とに保護されているプリズムミラー２０は、回転軸と回転軸周りの質量バランス調整後に接着固定される。この場合に、軸対称とするために、プリズムミラー２０の底面や側面を多点で接着固定を行う。また、ミラーホルダ１０をミラーベース３０にねじ止めするねじ１８の緩みを防止するため、このねじ１８の頭部も一部接着固定する。
Also, when the
図３に基づいて、スキャナミラー１の回転軸と回転軸周りの質量バランスの調整方法を説明する。この質量バランスの調整時には、図３に示すように、スキャナミラー１を調整用のモータユニット５、製品となるモータユニット５に連結して行われる。ここでは、調整用のモータユニット５も、製品となるモータユニット５と同様である場合を説明する。
Based on FIG. 3, a method of adjusting the rotation axis of the
モータユニット５は、スピンドルモータ５０、ロータリエンコーダ５１、ベアリング５２、シャフト５３、モータベース５４などから構成される。モータユニット５において、モータベース５４には、スキャナミラー１がねじ３８により固定される。このモータベース５４には、ベアリング５２およびシャフト５３を介在してスピンドルモータ５０が取り付けられている。このスピンドルモータ５０には、ベアリング５２およびシャフト５３を介在してロータリエンコーダ５１が取り付けられている。
The
また、質量バランス調整のための計器として、スキャナミラー１の回転時の水平方向の変位を測定する複数の水平変位計５６、垂直方向の変位を測定する複数の垂直変位計５７を設置して調整を行う。水平変位計５６および垂直変位計５７は、例えばそれぞれ３個の場合では、回転軸に対する円周上の３箇所に１２０度の角度間隔で設置されている。３個の水平変位計５６は、スキャナミラー１のミラーベース３０の外周面に対して所定の間隔で設置されている。３個の垂直変位計５７は、モータユニット５のモータベース５４の下面に対して所定の間隔で設置されている。
Further, as a meter for adjusting the mass balance, a plurality of
まず、スキャナミラー１の調整時には、スキャナミラー１を調整用のモータユニット５に取り付け、スピンドルモータ５０を低速回転からスタートさせる。この時、ロータリエンコーダ５１からのエンコーダ信号による回転位置と、水平変位計５６および垂直変位計５７による振動状態をモニタする。そして、プリズムミラー２０の位置を調整したり、必要な場合には薄い板を付けることによりバランス調整を行う。同様にして、高速回転での回転調整を行う。この調整後に、前述したようにプリズムミラー２０のミラーベース３０への多点接着固定と、ミラーホルダ１０のミラーベース３０へのＸ型軸対称でのねじ締めとを行う。
First, when adjusting the
そして、調整済みのスキャナミラー１を製品となるモータユニット５に取り付け、製品のスピンドルモータ５０などを取り付けた状態で、全体の回転軸と回転軸周りの質量バランスの調整を同様に行う。この調整済みのスキャナミラー１を製品となるモータユニット５に取り付けた状態での調整時にも、低速回転からスタートさせる。この時、ロータリエンコーダ５１からのエンコーダ信号による回転位置と、水平変位計５６および垂直変位計５７による振動状態をモニタし、バランス調整を行う。同様にして、高速回転での回転調整を行い、スキャナミラー１にモータユニット５を連結した製品を完成させる。なお、実際の製品では、スキャナミラー１およびモータユニット５は、外筒で覆われた構造となる。
Then, the adjusted
水平変位計５６および垂直変位計５７は、例えば静電容量式センサを用い、ロータリエンコーダ５１による位置に対して水平方向と垂直方向の回転時の変位を測定する。水平変位計５６および垂直変位計５７は、加速度ピックアップで振動を求めてもよい。
The
プリズムミラー２０のミラーベース３０への多点接着固定では、例えば、紫外線硬化型の接着剤を用い、軸対称に多点での点付けを行う。多点での点付けは、温度上昇による歪集中を防止し、変形の低減を図るための対応である。
In the multi-point bonding and fixing of the
＜スキャナミラーの回転動作中の温度分布＞
次に、図４を用いて、スキャナミラーの回転動作中の温度分布について説明する。図４は、スキャナミラーの回転動作中の温度分布の一例を説明するための図である。図４では、スキャナミラーにモータユニットを連結した状態における回転動作中の温度分布を示しており、図中の数字は回転動作中の温度の値を示している。
<Temperature distribution during scanner mirror rotation>
Next, the temperature distribution during the rotating operation of the scanner mirror will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the temperature distribution during the rotation operation of the scanner mirror. FIG. 4 shows the temperature distribution during the rotation operation in a state where the motor unit is connected to the scanner mirror, and the numbers in the figure indicate the temperature values during the rotation operation.
スキャナミラー１の長時間の回転による温度分布では、プリズムミラー２０は約２２℃から約２７．６℃（２７．６０９℃）に上昇する。これは、プリズムミラー２０の表面積の増大に繋がる。また、モータユニット５におけるスピンドルモータ５０のロータは最大の約７８℃（７８．１６２℃）まで上昇し、ベアリング５２の負荷が増大することに繋がる。また、ベアリング５２の温度は約３３．８℃（３３．８３４℃）である。
In the temperature distribution due to the rotation of the
そこで、本実施の形態では、スピンドルモータ５０のロータからの発熱とベアリング５２の摩擦熱を伝達除去することにより、回転動作中の温度制御を実現する。詳細は図示していないが、ベアリング５２のグリス温度を制御するために、一定時間間隔でグリスを塗布する制御機能によりベアリング５２にグリスを塗布する。さらに、ベアリング５２に、古いグリスを排出可能なように流路を設置する。このように、塗布により増加した使用済みグリスを回収することも可能とすることで、冷却と潤滑性能の維持を図ることが可能である。このグリス温度の制御による冷却と潤滑性能の維持に関する制御機能は、例えば後述する図７に図示するモータ駆動制御部３８０の制御により実現される。
Therefore, in the present embodiment, the temperature control during the rotation operation is realized by removing heat generated from the rotor of the
さらに、熱伝達に関しては、空気への伝達を増やし、スキャナミラー１への熱伝達を防止するために、スキャナミラー１の表面積は、シャフト５３の表面積よりも大きくなっている。
Further, regarding the heat transfer, the surface area of the
また、グリスによる温度制御を行わない場合、すなわち使用後に定期的なメンテナンスを行う場合には、発熱量をスキャナミラー１およびモータユニット５を覆う外筒に伝搬し、効率的に空冷を行うようにする。
When temperature control by grease is not performed, that is, when regular maintenance is performed after use, the amount of heat generated is propagated to the outer cylinder covering the
＜スキャナミラーの回転異常検出＞
次に、図５〜図６を用いて、スキャナミラーの回転異常検出について説明する。図５は、スキャナミラーの回転異常検出の一例を説明するための図である。図６（ａ）（ｂ）は、正常回転の場合および異常回転の場合における時間（横軸）に対する動歪量の変位（縦軸）を示す図である。
<Scanner mirror rotation error detection>
Next, scanner mirror rotation abnormality detection will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram for explaining an example of rotation abnormality detection of the scanner mirror. 6A and 6B are diagrams showing displacement (vertical axis) of the dynamic strain amount with respect to time (horizontal axis) in normal rotation and abnormal rotation.
本実施の形態では、スキャナミラー１の回転状況をモニタし、回転異常を検出して安全を図るための機能を有している。この回転異常検出の機能として、例えば１ゲージ法の場合では、図５に示すように、歪ゲージ４１、ブリッジボックス４３、動歪計１００などが用いられる。
The present embodiment has a function for monitoring the rotation state of the
例えば、スピンドルモータ５０の表面に歪ゲージ４１を接着固定する。そして、この歪ゲージ４１のゲージ端子４２をブリッジボックス４３内のブリッジ回路の一辺に接続し、高速回転時の振動に伴う変位を動歪量として動歪計１００で測定する。この測定値を、制御部内のＡ／Ｄボード１０１に取り込む。このＡ／Ｄボード１０１は、例えば後述する図７に図示するモータ駆動制御部３８０に内蔵されている。
For example, the
このＡ／Ｄボード１０１に取り込んだ動歪量の測定結果は、例えば図６（ａ）（ｂ）のようになる。スキャナミラー１が正常な回転をしている場合は、図６（ａ）のように動歪量の変位はなく一定である。これに対して、プリズムミラー２０の固定がはずれ、回転軸の重量バランスがずれて異常な回転となった場合は、図６（ｂ）のように動歪量の変位が大きくなる。これにより、動歪量を測定することで、スキャナミラー１の回転異常を検出することができる。
The measurement result of the dynamic strain amount taken into the A /
そこで、本実施の形態では、高速回転中に動歪量を測定し、この動歪量の変位に異常が発生した初期段階では温度上昇による影響も考えられるので、図４を用いて前述したようなグリスによる制御が可能なシステムでは、自動的にグリスの塗布回数を増やす。これにより、スキャナミラー１は、破損まで至らない時点で動歪量を低減させることができる。また、スキャナミラー１の異常な振動状態が一定時間連続する場合は、モータ駆動制御部３８０で自動的に故障と判定し、回転を停止させ、ならびに、レーザシャッタによる照射を遮断することで安全を図る。
Therefore, in the present embodiment, the amount of dynamic strain is measured during high-speed rotation, and in the initial stage when an abnormality occurs in the displacement of the amount of dynamic strain, the effect of temperature rise is also considered. Therefore, as described above with reference to FIG. In a system that can be controlled by simple grease, the number of times of applying grease is automatically increased. As a result, the
また、万一、スキャナミラー１が回転異常により破損した場合でも、プリズムミラー２０はミラーベース３０とミラーホルダ１０の金属で覆われているので、プリズムミラー２０の飛散を最小限に抑えることが可能である。
Even if the
なお、スキャナミラー１の回転状況をモニタする場合には、歪ゲージ４１をスピンドルモータ５０の表面に取り付ける場合に限らず、スキャナミラー１およびモータユニット５を覆う外筒のスキャンヘッドの表面に歪ゲージを取り付けてもよい。
When the rotation state of the
＜距離測定装置および距離測定システム＞
次に、図７を用いて、本実施の形態の距離測定装置および距離測定システムの構成について説明する。図７は、距離測定装置および距離測定システムの構成の一例を示す図である。
<Distance measuring device and distance measuring system>
Next, the configuration of the distance measuring device and the distance measuring system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the distance measuring device and the distance measuring system.
距離測定システム３００は、移動車６１と、移動車６１に搭載される距離測定装置６０とを有する。移動車６１は、位置計測部２０１、加速度センサ２０２を有する。移動車６１は、地面７０上を、例えばＺ方向に走行する。図７は、測定対象物としてトンネル壁面１１０を有し、移動車６１および距離測定装置６０のＹ方向上側に図示している。なお、説明上の方向および座標系として、Ｘ，Ｙ，Ｚを示す。移動車６１の進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向に対して垂直な面を構成する方向をＸ方向およびＹ方向とする。Ｘ方向は地面７０に対して水平方向、Ｙ方向は地面７０に対して垂直方向とする。
The
移動車６１は、測定対象物であるトンネル壁面１１０に対してＺ方向で移動する。移動車６１は、例えば自動車の車体上面に距離測定装置６０を搭載する。位置計測部２０１は、移動車６１の位置または走行距離を計測する部分であり、例えばグローバルポジショニングシステム、慣性航法システムなどである。位置計測部２０１は、少なくとも、移動車６１のＺ方向の位置または走行距離を計測する。位置計測部２０１で計測した位置または走行距離の情報は、プロファイル算出部３２０に送られる。加速度センサ２０２は、移動車６１の加速度を、時間軸およびＸ，Ｙ，Ｚの３次元空間内の加速度αとして計測する。加速度センサ２０２で計測した加速度αの情報は、補正演算部３３０に送られる。なお、加速度を計測する計測器は、加速度センサ２０２の他に回転計などを用いることも可能である。
The moving
距離測定装置６０は、光源側変調レーザ８１、光増幅器９０、光ファイバ１２５，１２６、光学系１３０、プリズムミラー２０、スピンドルモータ５０、ロータリエンコーダ５１、焦点制御部３７０、焦点制御量記憶部３７１、モータ駆動制御部３８０を有する。プリズムミラー２０は、前述したようにスキャナミラー１に含まれる。スピンドルモータ５０およびロータリエンコーダ５１は、前述したようにモータユニット５に含まれる。
The
距離測定装置６０は、光源側変調レーザ８１を制御するために、基準周波数発生器８０１、低周波数逓倍器８０２、高周波数逓倍器８０３、レーザコントローラ８０を有する。距離測定装置６０は、光学系１３０からの信号を処理するために、位相比較器２７０、距離演算部２８０、プロファイル算出部３２０、補正演算部３３０、差分演算部３４０、出力部３５０、記憶部３６０、環境条件測定部３９０、制御部３１０を有する。
The
プリズムミラー２０は、光学系１３０と測定対象物であるトンネル壁面１１０との間の位置に配置されている。プリズムミラー２０は、光学系１３０から出射された光を入射し、ＹＺ平面における４５度のプリズムミラー２０の反射面において、Ｙ方向へ反射する。図７の状態では、プリズムミラー２０に入射された光は、Ｙ方向上側へ反射され、この反射された光は、トンネル壁面１１０に照射される。トンネル壁面１１０で反射および散乱された光は、再びプリズムミラー２０で反射され、Ｚ方向の光となり、光学系１３０に入射される。
The
スピンドルモータ５０は、プリズムミラー２０をＺ軸の周りに回転させる駆動を行う。この回転の角度をθとする。この回転は、３６０度の回転を一定の角速度で継続する。プリズムミラー２０の３６０度の回転により、トンネル壁面１１０への光は、ＸＹ平面内で３６０度回転される。プリズムミラー２０の回転により、トンネル壁面１１０に光が照射される点の軌跡は、ＸＹ平面内での軌跡となる。さらに、移動車６１のＺ方向への移動により、トンネル壁面１１０への照射光の点の軌跡は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元空間内の軌跡となる。
The
スピンドルモータ５０は、ロータリエンコーダ５１が設置されている。ロータリエンコーダ５１は、回転角度検出器であり、プリズムミラー２０の回転角度θを計測および検出し、その回転角度θの信号を出力する。この信号は、焦点制御部３７０およびプロファイル算出部３２０に入力される。
The
焦点制御部３７０は、ロータリエンコーダ５１からの信号の回転角度θの情報、および焦点制御量記憶部３７１の情報を用いて、光学系１３０内の後述する図９に図示する焦点可変レンズ１３８の焦点距離を制御する。焦点制御部３７０は、焦点制御量記憶部３７１から読み出す情報における、その時の回転角度θの状態に関係付けられた焦点制御量を用いて、焦点可変レンズ１３８の焦点距離を制御する。これにより、プリズムミラー２０の回転角度θの状態に応じて自動的に焦点可変レンズ１３８の焦点距離が制御され、トンネル壁面１１０に焦点が追随できる。
The
モータ駆動制御部３８０は、スピンドルモータ５０を含むモータユニットの制御を行う。例えば、スピンドルモータ５０のロータからの発熱とベアリング５２の摩擦熱を伝達除去するために、グリス温度の制御による冷却と潤滑性能の維持に関する制御機能を有している。また、スピンドルモータ５０の高速回転時の振動に伴う変位の測定値をＡ／Ｄボード１０１に取り込み、スキャナミラー１の回転異常を検出する機能を有している。また、測定対象物のほぼ同一箇所を繰り返して検出するために、移動体の移動速度をスキャナミラー１の回転速度、すなわち照射部の移動速度の半分以下に制御する機能を有している。この場合の移動体の移動速度は、加速度センサ２０２で検出される。スキャナミラー１の回転速度は、ロータリエンコーダ５１で検出される。
The motor
基準周波数発生器８０１、低周波数逓倍器８０２、高周波数逓倍器８０３、および、レーザコントローラ８０は、光源側変調レーザ８１を制御するために、強度変調の方式による周期信号を発生する部分である。基準周波数発生器８０１は、基準周波数を発生し、この信号は低周波数逓倍器８０２および高周波数逓倍器８０３に送られる。低周波数逓倍器８０２は、基準周波数を低周波数に変換した信号を出力する。高周波数逓倍器８０３は、基準周波数を高周波数に変換した信号を出力する。そして、レーザコントローラ８０において、低周波数の信号と高周波数の信号とが合成され、この信号が光源側変調レーザ８１に入力される。
The reference frequency generator 801, the
光源側変調レーザ８１は、レーザコントローラ８０からの周期信号を入力として、この信号に基づく強度変調された光を光ファイバ１２５へ出力する。光ファイバ１２５は、光源側変調レーザ８１からの出力光の信号を伝播し、光増幅器９０へ入力する。光源側変調レーザ８１は、例えばレーザダイオードによる直接変調方式を用いる。レーザダイオードは、変調信号を入力とし、変調光を出力する。なお、光源側変調レーザ８１は、レーザダイオードに限らず、他の手段および方式も適用可能である。
The light source
光増幅器９０は、光ファイバ１２５からの出力光をＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などで増幅し、この増幅した光を光ファイバ１２６へ出力する。光ファイバ１２６は、光増幅器９０からの出力光である増幅光の信号を伝播する。光ファイバ１２５および光ファイバ１２６は、コア、クラッド、および保護被膜などから構成される。
The
光増幅器９０による増幅光の信号は、光ファイバ１２６を介して、光学系１３０に入射される。光学系１３０は、光増幅器９０からの増幅光を、測定対象物であるトンネル壁面１１０に対して照射し、その反射光および散乱光が入射する。ここでは、反射光および散乱光を、単に反射光と記載する場合がある。光学系１３０は、詳細は図９などを用いて後述するが、コリメータレンズ１３１、偏光ビームスプリッタ１３２、焦点可変レンズ１３８、信号光検出レンズ１３５、参照光検出レンズ１３６、信号光検出部１６１、参照光検出部１６２などを含む。
A signal of the light amplified by the
コリメータレンズ１３１は、光ファイバ１２６からの光を、平行状態に調整された光であるコリメート光にする。偏光ビームスプリッタ１３２は、信号光と参照光とを分離する。焦点可変レンズ１３８は、光学系１３０の出力光をトンネル壁面１１０に焦点を合わせて集光する。
The
信号光検出レンズ１３５は、コリメート光が入射して信号光検出部１６１に集光する。この場合に、信号光検出レンズ１３５は、トンネル壁面１１０の各点を信号光検出部１６１の受光部に結像する。参照光検出レンズ１３６は、コリメート光が入射して参照光検出部１６２に集光する。この場合に、参照光検出レンズ１３６は、光ファイバ１２６の出射点を参照光検出部１６２の受光部に結像する。信号光検出部１６１は、トンネル壁面１１０からの反射光を、信号光として受光して検出する。参照光検出部１６２は、光増幅器９０からの光に基づく参照光を受光して検出する。
The signal
位相比較器２７０は、信号光検出部１６１から出力された信号光の信号と、参照光検出部１６２から出力された参照光の信号とを入力とする。位相比較器２７０では、信号光検出部１６１からの信号および参照光検出部１６２からの信号を周波数分離する。すなわち、これらの信号は、長距離化と高速度化のため、高周波の信号と低周波の信号とに分離される。そして、位相比較器２７０は、周波数分離後の信号光の信号の位相と、参照光の信号の位相とを比較し、この比較結果の信号を出力する。
The
距離演算部２８０は、位相比較器２７０からの位相比較結果の信号を入力とし、この信号に基づいて、トンネル壁面１１０までの距離を演算し、この演算結果の信号を出力する。この距離の演算の際に、環境条件測定部３９０により測定した大気圧、温度および湿度が変化した場合に、レーザ光の照射間隔および波長幅から得られる屈折率に基づいて、トンネル壁面１１０までの距離を補正する処理を行う。また、距離演算部２８０は、この補正した距離の演算結果を記憶部３６０に保存する。
The
プロファイル算出部３２０および補正演算部３３０は、ロータリエンコーダ５１からの回転角度θの情報、距離演算部２８０により演算されたトンネル壁面１１０までの距離の情報を用いる。さらに、プロファイル算出部３２０および補正演算部３３０は、移動車６１の位置計測部２０１と加速度センサ２０２による移動車６１の位置および移動距離の情報を用いる。そして、プロファイル算出部３２０および補正演算部３３０は、これらの情報を用いて、トンネル壁面１１０の３次元のプロファイルデータを作成する。
The
プロファイル算出部３２０は、トンネル壁面１１０までの距離の情報に基づいて、位置計測部２０１からの移動車６１の位置の情報を用いて、トンネル壁面１１０のＸＹ平面における距離の情報にＺ方向の位置の情報を反映した３次元プロファイルの情報を算出する。そして、プロファイル算出部３２０は、この３次元プロファイルの情報を補正演算部３３０へ出力する。この３次元プロファイルの情報は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元空間内でのトンネル壁面１１０の照射光の点の軌跡を示す３次元プロファイルデータとなる。
Based on the information on the distance to the
補正演算部３３０は、プロファイル算出部３２０で算出された３次元プロファイルの情報に基づいて、ロータリエンコーダ５１からの回転角度θの情報と、加速度センサ２０２による加速度αの情報とを用いて、３次元プロファイルの情報を補正する。これにより、移動車６１の走行時の振動によるノイズや誤差の影響を低減した３次元プロファイルデータを求めることができる。そして、補正演算部３３０は、この補正後の３次元プロファイルデータを差分演算部３４０へ出力する。また、補正演算部３３０は、この補正の３次元プロファイルデータを記憶部３６０に保存する。なお、この補正演算部３３０における補正の処理を、プロファイル算出部３２０でまとめて行うようにしてもよい。
Based on the information on the three-dimensional profile calculated by the
差分演算部３４０は、補正演算部３３０からの３次元プロファイルデータ（現在の３次元プロファイルデータ）と、記憶部３６０に記憶されている以前の３次元プロファイルデータなどを読み出し、差分演算による比較判定処理を行う。差分演算部３４０は、例えば、現在の計測時点の３次元プロファイルデータのうちのある位置での距離のデータと、以前の３次元プロファイルデータのうちの同じ位置での距離のデータとを比較し、変化点となる差分を算出する。この変化点を抽出する際には、カメラで撮像された色情報を付加して抽出することも可能である。
The
さらに、差分演算部３４０は、この算出した差分を所定の管理値と比較する。これにより、差分演算部３４０は、３次元空間内の同じ位置における測定データの変動を判定する。差分演算部３４０は、差分と管理値との比較の結果を含む信号を出力部３５０へ出力する。また、差分演算部３４０は、差分と管理値との比較の結果を記憶部３６０に保存する。
Further, the
出力部３５０は、差分演算部３４０からの差分比較結果を用いて、差分が管理値以上である場合、この情報またはアラームを外部およびユーザに対して出力する。管理値は、例えば、予め距離測定装置６０の差分演算部３４０などに設定されている。あるいは、制御部３１０に対するユーザの設定操作により、測定対象物などに応じて管理値が設定可能となっている。
The
記憶部３６０は、距離データ、３次元プロファイルデータや差分データなどの各データを記憶する。また、これらの各データは、異なる計測日時に対応した、時間軸上の計測日時ごとのデータである時系列データとして整理されて保存される。
The
環境条件測定部３９０は、トンネル壁面１１０までの距離を測定する際の測定環境の大気圧、温度および湿度を測定する。例えば、レーザ光の発振波長や位相、および屈折率は測定環境の大気の圧力や温度、湿度に影響を受け、距離計測の誤差となる。そのため、距離演算部２８０で距離を求める場合に、レーザ光の照射間隔および波長幅から得られる屈折率に基づいて、トンネル壁面１１０までの距離を補正する処理が行われる。なお、この補正処理は、補正演算部３３０で行うようにしてもよい。
The environmental
制御部３１０は、距離測定システム３００の全体を制御する部分であり、例えば公知のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力デバイス、出力デバイス、通信インタフェース、バス、および電源部などを含む構成を有する。また、制御部３１０は、ユーザの操作による設定入力などを受け付ける。例えば、制御部３１０は、ユーザの操作に基づき、記憶部３６０に保存されている各データを出力する機能を有する。
The
なお、距離測定装置６０の各部の構成は、上記構成に限らず、プロファイル算出部３２０と補正演算部３３０とを１つに統合した構成や、差分演算部３４０と出力部３５０とを１つに統合した構成なども可能である。
The configuration of each unit of the
以上の構成からなる距離測定装置６０および距離測定システム３００は、以下のような動作となる。基準周波数発生器８０１からの基準周波数を、それぞれ、低周波数逓倍器８０２により低周波数逓倍し、また、高周波数逓倍器８０３により高周波数逓倍し、この逓倍された２波長の合波・変調信号をレーザコントローラ８０に入力する。この信号を用いて、レーザコントローラ８０は光源側変調レーザ８１の出力を制御する。光源側変調レーザ８１から出力されたレーザ光は、光ファイバ１２５に入射し、光増幅器９０を用いて所定の強度のレーザ光に増幅する。さらに、増幅されたレーザ光は、光ファイバ１２６、光学系１３０を通して出射し、スキャナミラー１のプリズムミラー２０でトンネル壁面１１０に照射する。
The
プリズムミラー２０は、回転駆動させるスピンドルモータ５０で回転させ、同軸に付属のロータリエンコーダ５１の位置により、スキャン角度を特定する。ロータリエンコーダ５１は、１回転当たりの出力パルスに同期させ、結果を求める。スキャン速度はエンコーダ信号から得られ、この信号を焦点制御部３７０に同期させて、焦点距離を制御し、かつこのエンコーダ信号と焦点距離制御データを焦点制御量記憶部３７１に記録する。
The
光学系１３０は、参照信号およびトンネル壁面１１０からの反射・散乱信号が出力されるので、この信号を位相比較器２７０で２周波数に分離し、距離演算部２８０で距離を求める。この距離データに、位置計測部２０１および加速度センサ２０２を使用し、位置座標を特定し、この位置座標を加えて以前の測定データがあれば差分演算部３４０により比較し、出力部３５０に表示する。これと同時に、取得したデータを記憶部３６０に記録する。
The
また、距離演算部２８０で求める距離データは、環境条件測定部３９０の測定結果に基づいて補正し、プロファイル算出部３２０で３次元プロファイルデータを作成し、３次元プロファイルデータを補正演算部３３０で補正して、差分演算部３４０に出力する。
Further, the distance data obtained by the
なお、距離演算結果と位置座標データを１台のパーソナルコンピュータで処理し、記憶部に記録し、測定終了後、解析し、欠陥位置を特定し、再度詳細に検査することも可能である。また、トンネル壁面１１０や構造物の表面は、反射、散乱強度が多様であり、対応するためには強度調整を行う必要があり、この出力制御も焦点制御部３７０で行ってもよい。この場合、出力制御データも位置座標と共に記憶部３６０に記録することが望ましい。
The distance calculation result and the position coordinate data can be processed by one personal computer, recorded in the storage unit, analyzed after the measurement is completed, the defect position can be specified, and detailed inspection can be performed again. Further, the
＜光増幅器による光増幅の構成＞
次に、図８を用いて、光増幅器による光増幅の構成について説明する。図８は、光増幅器による光増幅の構成の一例を説明するための図である。
<Configuration of optical amplification by optical amplifier>
Next, the configuration of optical amplification by the optical amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a configuration of optical amplification by an optical amplifier.
光増幅器９０による光増幅の構成においては、測定対象物の表面の変化に対応してパワー密度を上げることを可能にするため、光源側変調レーザ８１を光増幅可能にする。このために、光源側変調レーザ８１からのレーザ光を、光ファイバに入射し、光増幅器９０のドープファイバ１２４内において励起レーザ９１で励起することにより光増幅させる。
In the configuration of optical amplification by the
本実施の形態では、周波数の設計として、低周波数逓倍器８０２で発生する低周波数の信号は１０ＭＨｚ、高周波数逓倍器８０３で発生する高周波数の信号は１２５ＭＨｚである。低周波数の信号と高周波数の信号とは、レーザコントローラ８０で合波・変調される。この合波・変調された信号は、光源側変調レーザ８１であるレーザダイオードに入力される。
In this embodiment, as a frequency design, a low frequency signal generated by the
レーザコントローラ８０の周期信号の周波数や、光源側変調レーザ８１であるレーザダイオードの出力光の波長などは、光増幅器９０の励起レーザ９１の出力光の波長、およびドープファイバ１２４による増幅の特性などに合わせて設計される。本実施の形態では、ドープファイバ１２４として、エルビウム（Ｅｒ）がドープされた光ファイバか、イッテルビウム（Ｙｂ）がドープされた光ファイバを用いる。
The frequency of the periodic signal of the
光源側変調レーザ８１は、波長１５００〜１６５０ｎｍの範囲において、例えば波長１５５０ｎｍ付近の場合は、Ｅｒドープファイバに波長９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍ付近の励起レーザ９１の光を励起光として使用する。また、光源側変調レーザ８１に、波長１０００〜１１００ｎｍの範囲において、例えば波長１０６０ｎｍ付近を使用する場合は、Ｙｂドープファイバに波長９８０ｎｍ付近の励起光を使用することで、光増幅が可能である。
When the light source
これにより、本実施の形態における光増幅器９０による光増幅の構成においては、増幅率１０倍から２０倍が得られ、増幅段数を複数以上にすることにより、所望の反射・散乱強度を得ることができる。また、レーザ光の反射・散乱光を受光してＳＮＲを向上させるために、ロータリエンコーダ５１の出力パルスに同期させて、レーザ光をバースト状の短時間（数ｎｓの間隔）に強度を上昇させて照射することもできる。
Thereby, in the configuration of optical amplification by the
＜焦点調整機能を持つ光学系の構成＞
次に、図９を用いて、焦点調整機能を持つ光学系の構成について説明する。図９は、焦点調整機能を持つ光学系の構成の一例を示す図である。
<Configuration of optical system with focus adjustment function>
Next, the configuration of an optical system having a focus adjustment function will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of an optical system having a focus adjustment function.
焦点調整機能を持つ光学系１３０の構成は、コリメータレンズ１３１、偏光ビームスプリッタ１３２、焦点可変レンズ１３８、信号光検出レンズ１３５、参照光検出レンズ１３６、信号光検出部１６１、参照光検出部１６２などを含む。この光学系１３０には、図９に示す距離測定のための基本的な構成に加えて、図１１などを用いて後述する１／４波長板１３４、１／２波長板１３３、ダイクロイックミラー１４０なども含まれる。
The configuration of the
光源側変調レーザ８１からのレーザ光は、光増幅器９０で増幅されて光学系１３０に導かれる。光学系１３０において、レーザ光はコリメータレンズ１３１で平行光にされ、偏光ビームスプリッタ１３２で参照光と照射光に特定の比率で分けられる。参照光は、参照光検出レンズ１３６を通り、参照光検出部１６２のフォトダイオードに集光される。そして、参照光検出部１６２で光電変換され、電気信号として取り出される。一方、照射光は、焦点可変レンズ１３８を使用して測定対象物であるトンネル壁面１１０の表面に規定のサイズの円形または楕円形ビームになるように集光させる。そして、表面からの反射光を、逆に同一経路で、偏光ビームスプリッタ１３２、信号光検出レンズ１３５を通り、効率的に信号光検出部１６１に導くことにより、高速で高感度の信号を得ることができる。
Laser light from the light source
また、本実施の形態では、測定対象物であるトンネル壁面１１０からの反射光を信号光検出部１６１のフォトダイオードに結像するだけでなく、トンネル壁面１１０への照射光についても、トンネル壁面１１０の位置の変化に応じて集光させることができる。すなわち、トンネル壁面１１０までの距離の変化に柔軟に対応できるようにするために、焦点可変レンズ１３８を用いている。焦点可変レンズ１３８は、焦点制御部３７０からの制御に基づき、焦点の距離を高速に可変できるレンズである。焦点可変レンズ１３８として、例えば液体レンズを用いることができる。
Further, in the present embodiment, not only the reflected light from the
例えば、距離測定装置６０自体の移動による、測定対象物のトンネル壁面１１０までの距離Ｄ１の変化に対応させて、検出受光量が多くなるように焦点可変レンズ１３８の焦点距離を可変させる。図９の例では、Ｘ方向におけるトンネル壁面１１０の位置の変動を、距離Ｄ２，Ｄ３で示している。なお、この距離Ｄ２，Ｄ３は、トンネル壁面１１０までの距離Ｄ１を基準とする。トンネル壁面１１１は、基準の距離Ｄ１の位置から、Ｘ方向の手前側に距離Ｄ２の分近い位置に移動した場合を示す。同様に、トンネル壁面１１２は、基準の距離Ｄ１の位置から、Ｘ方向の奥側に距離Ｄ３の分遠い位置に移動した場合を示す。例えば、トンネル壁面１１０は、トンネル内での距離測定装置６０の位置に応じて、トンネル壁面までの距離が変化する。
For example, the focal length of the
焦点制御部３７０は、焦点可変レンズ１３８、信号光検出部１６１、および、焦点制御量記憶部３７１に接続される。焦点制御部３７０は、焦点可変レンズ１３８に焦点可変の信号を印加することにより、焦点可変レンズ１３８の焦点距離が制御される。
The
焦点制御量記憶部３７１は、焦点制御のための制御量を記憶する。この制御量は、例えば、距離測定装置６０のセンサ面とトンネル壁面１１０との距離と、上記焦点制御のための制御量としての電圧または電流値との対応関係の情報を含む。
The focus control
なお、上記焦点制御量は、予め距離測定装置６０の焦点制御量記憶部３７１に設定されていてもよいし、焦点制御部３７０および焦点制御量記憶部３７１に対するユーザによる設定を可能としてもよい。
The focus control amount may be set in advance in the focus control
距離測定装置６０は、トンネル壁面１１０の位置が図９の例のように変動する場合、それに対応させて、焦点制御部３７０により焦点可変レンズ１３８の焦点距離を変更させる。この焦点可変レンズ１３８の焦点距離により、信号光検出部１６１にトンネル壁面１１０が集光されるようにする。こうして、焦点可変レンズ１３８の焦点距離を制御することにより、信号光検出部１６１において常に十分な反射光による信号光を受光することができる。
When the position of the
これにより、焦点可変レンズ１３８を含む構成により、測定の状況として、距離測定装置６０のセンサ面とトンネル壁面１１０との距離がある程度変化する場合にも、前述の反射光・散乱光などによるセンサ面の検出光量の変動を低減できる。よって、距離がある程度変化する場合にも、柔軟に対応でき、測定の精度を安定に保つことができる。
Accordingly, even when the distance between the sensor surface of the
本実施の形態の光学系１３０では、参照光検出部１６２と信号光検出部１６１は、温度変化による位相変化を極力キャンセルして影響を低減するため、軸対称に構成することが望ましい。また、波長１５５０ｎｍ付近の光源側変調レーザ８１を使用することにより、アイセーフにすると共に、トンネル壁面１１０の表面に照射するスポットを小さくすることにより、照射するエリアの検査に必要な光強度を確保することができる。
In the
＜信号光と参照光との位相比較＞
次に、図１０を用いて、信号光と参照光との位相比較について説明する。図１０は、信号光と参照光との位相比較の一例を説明するための図である。図１０では、時間（横軸）に対する信号光と参照光との信号強度（縦軸）の変化を示している。
<Phase comparison between signal light and reference light>
Next, phase comparison between the signal light and the reference light will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining an example of phase comparison between signal light and reference light. FIG. 10 shows changes in signal intensity (vertical axis) between signal light and reference light with respect to time (horizontal axis).
信号光と参照光との位相比較において、信号光は信号光検出部１６１に入射され、参照光は参照光検出部１６２に入射される。そして、信号光検出部１６１で検出された信号光と、参照光検出部１６２で検出された参照光とに基づいて、位相比較器２７０における信号光と参照光との位相比較により、測定対象物までの距離測定が可能となる。この位相差による距離測定方式を使用し、照射光の照射基点から測定対象物への到達点までの距離を測定することができる。
In the phase comparison between the signal light and the reference light, the signal light is incident on the
距離Ｄは、
Ｄ＝ｃ×（（Ｎ＋φ／２π）／２ｆ）
で求めることができる。なお、式において、φは位相差、ｆは変調周波数、ｃは光速度、Ｎは不定整数である。
The distance D is
D = c × ((N + φ / 2π) / 2f)
Can be obtained. In the equation, φ is the phase difference, f is the modulation frequency, c is the speed of light, and N is an indefinite integer.
図１０に示す位相差による距離測定では、位相比較器２７０において、信号光信号１７１と参照光信号１７２とにおける同じ時間での位相を比較し、この位相差を検出する。この際、位相比較器２７０は、低周波信号同士、および高周波信号同士で位相を比較する。図１０の位相比較例では、例えば時間ｔ１において、信号光信号（低周波）１７１の点１７１ａと、参照光信号（低周波）１７２の点１７２ａとの位相差を検出している。
In the distance measurement based on the phase difference shown in FIG. 10, the
距離測定には、図１０に示す位相差を利用した方式の他、時間差を利用したＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いることも可能である。また、図１０では低周波数の場合を示しているが、低周波数では２０ｍの測定範囲で０．３ｍｍの分解能を得ることが可能であり、高周波数では約１．２ｍの測定範囲で０．０２ｍｍの分解能を得ることが可能である。このため、低周波数と高周波数とによる２波長を使用することにより、長距離の測定範囲で、高分解能を得ることが可能となる。 In the distance measurement, a TOF (Time Of Flight) method using a time difference can be used in addition to the method using the phase difference shown in FIG. Further, FIG. 10 shows a case of a low frequency, but it is possible to obtain a resolution of 0.3 mm in a measurement range of 20 m at a low frequency, and 0.02 mm in a measurement range of about 1.2 m at a high frequency. Resolution can be obtained. For this reason, by using two wavelengths of a low frequency and a high frequency, it is possible to obtain a high resolution in a long distance measurement range.
＜距離測定装置の光学系＞
次に、図１１〜図１２を用いて、距離測定装置の光学系について説明する。図１１は、距離測定装置の光学系の構成の一例を示す図である。図１２は、ガイド用レーザおよびＣＣＤカメラを搭載した場合の構成の一例を示す図である。
<Optical system of distance measuring device>
Next, the optical system of the distance measuring device will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical system of the distance measuring device. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a configuration in which a guide laser and a CCD camera are mounted.
距離測定装置の光学系は、図１１に示すように、図９に示した基本的な構成に加えて、メカニカルシャッタ１２７、ダイクロイックミラー１４０、平凹レンズ１３７、平凸レンズ１３９、１／４波長（λ／４）板１３４、１／２波長（λ／２）板１３３を有する。さらに、図１２に示すように、ガイド用レーザまたはＣＣＤカメラ１４２、コリメータレンズ１４１を有する。
As shown in FIG. 11, the optical system of the distance measuring apparatus has a
メカニカルシャッタ１２７は、光ファイバ１２６の出射部とコリメータレンズ１３１との間に設置して、スキャナミラー１の回転異常時にメカニカルシャッタ１２７を閉じてレーザ光の出射を停止し、安全を図ることを可能にする。このメカニカルシャッタ１２７の開閉は、例えばモータ駆動制御部３８０で制御することができる。
The
また、ダイクロイックミラー１４０は、偏光ビームスプリッタ１３２と焦点可変レンズ１３８との間に設置する。そして、ガイド用レーザまたはＣＣＤカメラ１４２を設置して、スキャナミラー１の回転時の照射位置や欠陥位置付近の撮影を可能とすることもできる。
The
また、平凹レンズ１３７と平凸レンズ１３９は、焦点可変レンズ１３８の前後に設置することで、照射光の距離を長くする。これと共に、照射対象の面積を小さくして分解能を上げるため、照射するレーザ光を１ｍｍ以下に絞り、パワー密度を上げて測定の高密度化を可能とする。従来の１ｍｍ程度の平行光と比較し、より精度の高い表面形状測定を可能にする。本実施の形態に係るトンネル壁面の状態、この壁面に取り付けられた構造物の設置状態の検査では、検査時に測定対象物からの散乱光の反射強度を最高に調整することにより、フォーカス位置を調整することができる。
In addition, the plano-
また、この距離測定装置の光学系では、図１２に示すように、ガイド用レーザ（ガイド用レーザまたはＣＣＤカメラ１４２のガイド用レーザ）のレーザダイオードからの出射光であるレーザ光は、コリメータレンズ１４１で平行光にする。ガイド用レーザからのレーザ光は、例えば波長６００ｎｍ付近の可視光とする。さらに、この平行光をダイクロイックミラー１４０で反射させ、平凹レンズ１３７、焦点可変レンズ１３８、平凸レンズ１３９を通過させ、スキャナミラー１で測定対象物に照射する。波長１５５０ｎｍでは操作者は目視できないが、波長６００ｎｍ付近の可視光を使用することで、どこを測定しているかを確認できる。
Further, in the optical system of this distance measuring apparatus, as shown in FIG. 12, the laser light that is emitted from the laser diode of the guide laser (guide laser or the guide laser of the CCD camera 142) is
また、ガイド用レーザの部分を、ＣＣＤカメラ（ガイド用レーザまたはＣＣＤカメラ１４２のＣＣＤカメラ）とレンズの構成に変えることで、測定対象物を検出した欠陥位置付近をＣＣＤカメラで画像として撮影し、記録することも可能である。このＣＣＤカメラで撮影した画像の色情報は、欠陥抽出の際にスキャナ結果と合わせて表示することも可能である。
In addition, by changing the guide laser portion to a CCD camera (guide laser or
また、偏光ビームスプリッタ１３２の前後に、レーザ光を偏光する１／４波長板１３４および１／２波長板１３３を設置する。１／４波長板１３４および１／２波長板１３３により、測定対象物の表面で反射したレーザ光は、再びスキャナミラー１を通り、平行光に戻されて、偏光ビームスプリッタ１３２を通過して信号光検出部１６１に入射する。反射光・散乱光は、１／４波長板１３４を２回通過するので、検査光源側（検査用回折格子の方向）に戻らないようになり、効率的に信号光検出部１６１に集光することができる。
Further, a ¼
＜トンネル内の状態検査＞
次に、図１３を用いて、本実施の形態の距離測定装置および距離測定システムにおいて、トンネル内の状態検査について説明する。図１３は、トンネル内の状態検査の一例を説明するための図である。
<Inspection inside tunnel>
Next, referring to FIG. 13, the state inspection in the tunnel in the distance measuring device and the distance measuring system of the present embodiment will be described. FIG. 13 is a diagram for explaining an example of a state inspection in a tunnel.
ここでは、トンネル内の状態検査における測定対象物として、トンネル内の壁面の状態、および、この壁面に取り付けられた標識、照明、換気用ファンなどの構造物の設置状態を検査する場合を例に説明する。トンネル内の状態検査では、距離測定装置６０は移動車６１である自動車上に取り付けられて、トンネル内を移動するため、トンネル壁面１１０に照射光によるスキャニング軌跡を描き、トンネル内の壁面および構造物までの距離を位置座標と共に測定する。
Here, as an example of the measurement object in the state inspection in the tunnel, the case of inspecting the state of the wall surface in the tunnel and the installation state of structures such as signs, lighting, and ventilation fans attached to this wall surface is taken as an example. explain. In the state inspection in the tunnel, the
図１３では、Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元空間におけるトンネル壁面１１０の形状、およびトンネル壁面１１０への照射光のスキャニング軌跡１００１，１００２，１００３を示している。このトンネル壁面１１０のＸＹ断面の形状は、半円弧形状である。Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元空間における、ＸＹ平面でのスキャナミラー１の回転角度θの３６０度の回転、および移動車６１のＺ方向への移動による、トンネル壁面１１０への照射光の軌跡は、Ｚ方向への螺旋形状となる。例えば、移動車６１は、スキャナミラー１の回転速度の半分以下の速度で移動する。
FIG. 13 shows the shape of the
図１３の例では、スキャナミラー１の回転に基づく測定の際、まずトンネル右側壁の下端の点Ｑ０から光の照射が開始される。スキャニング軌跡１００１は、トンネルの半円弧形状の照射光の軌跡、およびこの軌跡に対応した３次元プロファイルを示す。このスキャニング軌跡１００１において、点Ｑ０から、トンネル上部の点Ｑ１を経て、図示しないトンネル左側壁の下端の点まで光が照射される。これにより、スキャニング軌跡１００１に対応した３次元プロファイルが３次元プロファイルデータとして得られる。この３次元プロファイルは、測定時点に対応した回転角度θの情報と、その測定時点の回転角度θに対応したトンネル壁面１１０までの距離の情報と、それに関係付けられた移動車６１のＺ方向の位置の情報とを有する。
In the example of FIG. 13, in the measurement based on the rotation of the
続いて、トンネル左側壁の下端の点から回転角度θの回転が継続し、図１３では省略しているが地面７０の部分についても光の照射および測定が行われる。そして、光の照射は、Ｚ方向に１単位分進んだ、トンネル右側壁の下端の点Ｑ３へ至る。続いて、トンネル右側壁の下端の点Ｑ３から、同様にスキャニング軌跡１００２で示す光の照射が行われ、対応する３次元プロファイルが得られる。以後同様に、スキャニング軌跡１００３のように、Ｚ方向へ繰り返して測定が行われる。
Subsequently, the rotation of the rotation angle θ continues from the lower end of the left side wall of the tunnel, and light irradiation and measurement are also performed on the portion of the
＜トンネル内の移動車および距離測定装置の配置関係＞
次に、図１４を用いて、トンネル内の移動車および距離測定装置の配置関係について説明する。図１４は、トンネル内の移動車および距離測定装置の配置関係の一例を説明するための図である。図１４では、トンネル壁面１１０のプロファイルを測定する際の、トンネル壁面１１０と移動車６１および距離測定装置６０との配置の関係や、スキャナミラーの回転角度θを示している。
<Relationship between moving vehicles and distance measuring devices in the tunnel>
Next, the arrangement relationship between the moving vehicle and the distance measuring device in the tunnel will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram for explaining an example of the arrangement relationship between the moving vehicle and the distance measuring device in the tunnel. FIG. 14 shows the positional relationship between the
図１４の例では、トンネル壁面１１０は、地面７０上におけるＸＹ断面において半円弧形状である。点Ｐ０は半円弧の中心点を示す。点Ｔ０は、図１３の点Ｑ０と対応するトンネル右側壁の下端を示し、点Ｔ１は、図１３の点Ｑ１と対応するトンネル上部を示し、点Ｔ２は、トンネル左側壁の下端を示す。
In the example of FIG. 14, the
図１４の例では、トンネル内部における移動車６１の位置として、点Ｐ０で示す道路の中央線から左側の車線内のＸａの位置に、移動車６１およびそれに搭載された距離測定装置６０が配置されている。移動車６１は、図示の奥方向であるＺ方向へ走行する。Ｃ１は、距離測定装置６０の光照射の起点であるスキャナミラーの位置を示す。位置Ｃ１は、地面７０上のＸＹ平面内の位置として、（Ｘａ，Ｙａ）で示される。
In the example of FIG. 14, as the position of the moving
位置Ｃ１におけるスキャナミラーの回転角度θは、例えばＸＹ平面においてＺ軸左回りに３６０度の回転を一定の角速度で繰り返す。回転角度θにおける回転の開始の角度および位置を、例えば位置Ｃ１に水平なＹ方向の位置Ｙａに対応した、１１０１で示す角度θ１、および角度θ１に対応したトンネル壁面１１０の点Ｔａとする。スキャナミラーは、角度θ１の点Ｔａから光の照射を開始し、Ｚ軸左回りに回転する。トンネル右側壁の面が照射される。例えば１１０２で示す角度θ２の位置では、トンネル右側壁の点Ｔｂに光が照射されている。さらに、スキャナミラーは、回転を続け、トンネル上部の点Ｔ１を経由し、トンネル左側壁の面が照射され、１１０３で示す角度θ３の位置に対応したトンネル左側壁の下端の点Ｔ２まで照射される。
The rotation angle θ of the scanner mirror at the position C1 repeats rotation of 360 degrees counterclockwise in the Z axis on the XY plane, for example, at a constant angular velocity. The rotation start angle and position at the rotation angle θ are, for example, an angle θ1 indicated by 1101 corresponding to the position Ya in the Y direction horizontal to the position C1, and a point Ta of the
続いて、スキャナミラーは、角度θ３からの回転により、地面７０上が照射され、１１００で示す角度θ０の位置に対応するトンネル右側壁の下端の点Ｔ０へ至る。続いて、スキャナミラーは、角度θ０からの回転により、トンネル右側壁が照射され、上記１１０１で示す角度θ１、および点Ｔａへ至る。以後同様に、回転角度θの３６０度の回転が継続される。
Subsequently, the rotation of the scanner mirror from the angle θ3 irradiates the
上記のように、回転角度θの３６０度の回転による光の照射の範囲は、角度θ０から角度θ３までの、地面７０上のトンネル壁面１１０が照射される範囲１１１０を含む。本実施の形態の距離測定システムは、地面７０上の範囲１１１０を、少なくとも、測定の対象とする。距離測定システムは、この範囲１１１０のトンネル壁面１１０との距離を測定した結果による距離データ、補正値データ、３次元プロファイルデータ、および差分データなどを活用する。
As described above, the light irradiation range by the rotation of the rotation angle θ of 360 degrees includes the
また、回転角度θの回転の範囲は、角度θ３から角度θ０までの、地面７０が照射される範囲１１１１を有する。距離測定システムは、この範囲１１１１を、測定およびデータ活用の対象としてもよい。この地面７０が照射される範囲１１１１を測定およびデータ活用の対象とした場合には、地面７０の状態や地面７０に落ちている落下物なども検査対象に含めることができる。
In addition, the rotation range of the rotation angle θ has a
＜測定データとトンネル表面データ＞
次に、図１５を用いて、測定データとトンネル表面データについて説明する。図１５は、測定データとトンネル表面データの一例を説明するための図である。
<Measurement data and tunnel surface data>
Next, measurement data and tunnel surface data will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram for explaining an example of measurement data and tunnel surface data.
図１４を用いて説明したようにして、距離測定装置６０を移動車６１に設置し、移動車６１の位置座標と共にレーザ光による距離測定による点群として得られた３次元の情報を求める。この求めた測定結果は、以前の測定結果と比較検査を行い、変化した点を抽出する。この変化した点を抽出する際には、現在の測定データと以前に測定したトンネル表面データを連続処理した点群データから、比較処理する位置座標の前後のデータをもとに特徴のマッチングを行う。この変化した点の位置座標から、トンネル内の状態検査における欠陥箇所を抽出・記録する。
As described with reference to FIG. 14, the
図１５では、図１４に対応した距離測定システムにより測定された以前のトンネル表面データ１２００と現在の測定データ１２０１を示している。以前のトンネル表面データ１２００は、トンネル壁面１１０に対応した実際のプロファイル、すなわちＸＹ平面での半円弧形状を示すプロファイルである。この以前のトンネル表面データ１２００としては、トンネル完成時のデータの他、時間的に現在より前に測定したデータを用いることができる。現在の測定データ１２０１は、図１４のトンネル壁面１１０を対象として距離測定装置６０により測定したプロファイルである。
FIG. 15 shows previous
測定データ１２０１は、距離演算部２８０で演算したデータであり、測定環境の変化によるレーザ光の屈折率に基づいて補正が加えられたデータである。この測定データ１２０１は、各測定時点および回転角度θに対応した、測定起点の位置Ｃ１と測定対象物との距離を示す点の集まりで示される。なお、図１５の測定データ１２０１は、Ｚ方向の情報は省略したＸＹ平面での２次元のプロファイルとして示している。また、この測定データ１２０１は、移動車６１の振動や位相比較器２７０の位相比較誤差などの影響によって、実際のトンネル表面データ１２００に対して誤差やノイズを含んだデータとなっている。
The
そこで、補正演算部３３０により測定データ１２０１を補正する際に、移動車６１の加速度αの情報を用いて、測定データ１２０１の個々の測定時点のデータを補正する処理を行う。１２１１は、測定データ１２０１における個々の測定時点および回転角度θにおける距離のデータの例として、点Ｔ０に対応したデータの例を示す。これらの各点のデータは、移動車６１の振動などに起因する図示する誤差ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを有する。なお、以下の説明では、点Ｔ０を、測定の起点の位置および時点として説明する。
Therefore, when the
前述した移動車６１の加速度センサ２０２により、測定データ１２０１の各測定時点のデータに対応した、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向の加速度を検出する。補正演算部３３０は、上記測定データ１２０１の各測定時点の加速度の情報を用いて、移動車６１の振動などに起因する誤差であるΔＸ，ΔＹ，ΔＺを算出する。なお、誤差ΔＸ，ΔＹ，ΔＺは、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向の加速度ごとに時間の積分を２回行うことなどにより求めることができる。
The
そして、補正演算部３３０は、上記の誤差ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを用いて、測定データ１２０１の各測定時点のデータを補正する。これにより、移動車６１の振動などの影響による誤差が取り除かれた測定データが得られる。また、移動車６１には、路面の段差などによる衝撃が加わる場合もあるため、ベアリング５２としてアンギュラベアリングや深溝ベアリングを使用し、ばね性の予圧を加える。これにより、シャフト５３のばね剛性を高くした状態で、移動中に路面の段差からの加速度の影響を低減している。
And the correction |
また、この補正演算部３３０による補正に加えて、プロファイル算出部３２０は、移動車６１の位置計測部２０１からの情報を用いて、３次元プロファイルデータを算出する。移動車６１の位置計測部２０１は、移動車６１のＺ方向の位置または走行距離の情報を含む信号を出力する。プロファイル算出部３２０は、このＺ方向の位置または走行距離の情報を用いて、上記測定データ１２０１を補正処理する。これにより、プロファイル算出部３２０により、Ｚ方向の情報を反映した３次元プロファイルデータが得られる。
In addition to the correction by the
＜３次元プロファイルデータおよびその変化点＞
次に、図１６を用いて、３次元プロファイルデータおよびその変化点について説明する。図１６は、３次元プロファイルデータおよびその変化点の一例を説明するための図である。
<Three-dimensional profile data and points of change>
Next, the three-dimensional profile data and its changing points will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram for explaining an example of the three-dimensional profile data and its change points.
図１６では、差分演算部３４０による差分演算の例として、現在の測定データ１２０１と以前に測定したトンネル表面データ１２００の３次元プロファイルデータを示している。３次元プロファイルデータ１３０３は、現在の測定データ１２０１の３次元プロファイル測定点を示す。３次元プロファイルデータ１３０４は、以前に測定したトンネル表面データ１２００の３次元プロファイル測定点を示す。
FIG. 16 shows three-dimensional profile data of the
差分演算部３４０による差分演算の際には、まず、３次元プロファイルデータのＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置のアライメントを行う必要がある。これは、測定日時ごとに、移動車６１の走行位置などの状況が異なるので、現在の３次元プロファイルデータ１３０３と以前の３次元プロファイルデータ１３０４の内容には位置の違いがあるためである。
In the difference calculation by the
差分演算部３４０は、比較判定の差分演算のために、まず測定日時ごとの３次元プロファイルデータの位置の違いを補正する。差分演算部３４０は、現在の３次元プロファイルデータ１３０３を差分演算する際、記憶部３６０に記憶されているデータにアクセスし、Ｚ方向の位置が対応する、以前の３次元プロファイルデータ１３０４を検索して読み出す。そして、差分演算部３４０は、対応する現在の３次元プロファイルデータ１３０３と以前の３次元プロファイルデータ１３０４とを比較する。この比較においては、３次元プロファイルデータである１３０３と１３０４との形状の一致度が最も高くなるように、Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元空間での位置をアライメントする。
The
図１６の例において、現在の３次元プロファイルデータ１３０３と以前の３次元プロファイルデータ１３０４との一致しない部分（斜線の領域）が、３次元プロファイルの変化点１３０５となる。なお、３次元プロファイルデータ１３０３，１３０４は、３次元のデータであるため、変化点１３０５は実際には３次元の領域である。
In the example of FIG. 16, a non-matching portion (shaded area) between the current three-
差分演算部３４０は、上記３次元プロファイルデータである１３０３と１３０４の差分である変化点１３０５を算出する。差分演算部３４０は、差分演算として、３次元の領域である変化点１３０５の体積を演算する。この３次元プロファイルの差分である変化点１３０５の体積をＶとする。なお、本実施の形態では、差分として体積を算出するが、これに限らず、２次元の面積や１次元の距離を算出する形態も同様に可能である。
The
差分演算部３４０は、上記差分演算により得た変化点１３０５の体積Ｖと、予め設定された管理値ｍとを比較する。管理値ｍは、この３次元プロファイルの差分である体積Ｖに関する比較判定用の閾値である。差分演算部３４０は、差分である体積Ｖと管理値ｍとの比較の結果を差分データとして出力部３５０に出力し、記憶部３６０に保存する。
The
出力部３５０は、上記差分データの内容として、変化点１３０５の体積Ｖが管理値ｍよりも大きい場合、所定のアラームを外部またはユーザに対して出力する。このアラームは、測定対象物における距離の変動が大きいことを示す。測定対象物がトンネル壁面１１０である場合、出力部３５０は、ひびなどの不連続部分を含めてトンネル崩落の予兆として危険性有りを示すアラームを出力する。
When the volume V of the changing
なお、上記管理値ｍは、測定対象物の特性などに応じて予め設定可能である。例えば、距離測定装置６０は、制御部３１０においてユーザの操作により管理値ｍを設定可能である。例えば、トンネル壁面１１０のＹ方向上側の面において、土砂の圧力などがかかることにより、図１６の例のように、変化点１３０５で示す変位が発生すると考えられる。そこで、この想定に基づき、上記管理値ｍが予め設定される。
The management value m can be set in advance according to the characteristics of the measurement object. For example, the
以上のようにして、距離測定システム３００は、差分演算部３４０および出力部３５０により、３次元プロファイルの差分である変化点１３０５に対応する体積Ｖが管理値ｍを超える場合に、検出およびアラーム出力が可能である。
As described above, the
＜２台の距離測定装置によるトンネル内の状態検査＞
次に、図１７〜図１８を用いて、２台の距離測定装置によるトンネル内の状態検査について説明する。図１７は、２台の距離測定装置によるトンネル内の状態検査の一例を説明するための図である。図１８は、トンネル内の移動車および距離測定装置の配置関係の一例を説明するための図である。
<Inspection of tunnel conditions using two distance measuring devices>
Next, the state inspection in the tunnel by two distance measuring devices will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a diagram for explaining an example of a state inspection in a tunnel by two distance measuring devices. FIG. 18 is a diagram for explaining an example of the arrangement relationship between the moving vehicle and the distance measuring device in the tunnel.
本実施の形態のような距離測定システムでは、トンネル壁面１１０の状態、このトンネル壁面１１０に取り付けられた構造物の設置状態を検査する場合において、路面振動や段差、対向車からの反射などにより、検査できない場合が発生するおそれがある。このため、移動車６１に複数の距離測定装置を搭載する。図１７〜図１８の例では、２台の距離測定装置６０１，６０２を移動車６１の上部に千鳥に配列することにより、路面段差による移動車６１の姿勢変化を２台の距離測定装置６０１，６０２で検査することにより防止する。２台の距離測定装置６０１，６０２から得られた情報を合わせることにより、位置座標から欠陥箇所の抜けを最小限にして抽出・記録する。
In the distance measurement system as in the present embodiment, when inspecting the state of the
図１７では、２台の距離測定装置６０１，６０２において、一方の距離測定装置６０１は、移動車６１の進行方向において前側で、進行方向に対して交差する方向において左側に配置され、スキャニング軌跡１００１ａでトンネル壁面１１０をスキャンする。他方の距離測定装置６０２は、移動車６１の進行方向において後側で、進行方向に対して交差する方向において右側に配置され、スキャニング軌跡１００１ｂでトンネル壁面１１０をスキャンする。
In FIG. 17, in the two
図１８では、トンネル内部において、点Ｐ０で示す道路の中央線から左側の車線内に移動車６１が位置する。この移動車６１に搭載された一方の距離測定装置６０１のスキャナミラーの位置Ｃ１は、地面７０上のＸＹ平面内の位置として、（Ｘａ１，Ｙａ）で示される。他方の距離測定装置６０２のスキャナミラーの位置Ｃ２は、地面７０上のＸＹ平面内の位置として、（Ｘａ２，Ｙａ）で示される。
In FIG. 18, the moving
位置Ｃ１におけるスキャナミラー、位置Ｃ２におけるスキャナミラーは、図１４を用いて前述したように、ＸＹ平面において３６０度の回転を一定の角速度で繰り返してトンネル壁面１１０を照射し、トンネル壁面１１０との距離を測定することができる。この場合に、位置Ｃ１におけるスキャナミラーの回転、位置Ｃ２におけるスキャナミラーの回転による各照射範囲は、地面７０上のトンネル壁面１１０が照射される範囲１１１０，１４１０、地面７０が照射される範囲１１１１，１４１１となる。
As described above with reference to FIG. 14, the scanner mirror at the position C1 and the scanner mirror at the position C2 irradiate the
これにより、トンネル内の路面振動や段差、対向車からの反射などの影響に対しても、２台の距離測定装置６０１，６０２から得られた情報を合わせることにより、欠陥箇所の抜けを最小限にして検査することができる。
As a result, it is possible to minimize the omission of defective parts by combining the information obtained from the two
＜実施の形態の効果＞
以上説明した本実施の形態の距離測定装置および距離測定システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
<Effect of Embodiment>
According to the distance measuring apparatus and distance measuring system of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
（１）スキャナミラー１は、プリズムミラー２０と、プリズムミラー２０を上下から挟むミラーホルダ１０およびミラーベース３０と、を有する。そして、ミラーホルダ１０は、４箇所のＸ型でスキャナミラー１の回転軸に対して軸対称で、ミラーベース３０に固定されている。これにより、スキャナミラー１の回転中の遠心力による変形を抑えることができるので、一定の円周回転軌跡で安定した高速回転が可能となる。
(1) The
（２）プリズムミラー２０は、三角柱の透明ガラスを２個合わせた面に反射面を持ち、スキャナミラー１の回転軸に対して軸対称なキューブ形状のガラス材料からなる。また、プリズムミラー２０を挟んだミラーホルダ１０およびミラーベース３０は、円柱形状で線膨張係数がプリズムミラー２０と近い金属合金またはセラミックスの材料からなる。これにより、温度変化による伸縮を軸中心に対称にキャンセルすることができるので、一定の円周回転軌跡で安定した高速回転が可能となる。また、スキャナミラー１を組立後の重心位置をミラーベース３０の底面板側に近づける構造で、かつ、プリズムミラー２０の重心に対して、スキャナミラー１を組立後の重心の高さを同一かやや低くする。これにより、より一層、一定の円周回転軌跡で安定した照射が可能となる。
(2) The
（３）ミラーホルダ１０は、回転の軸中心にレーザ光が通る直径の円形からなる開口部１３を有し、開口部１３の周囲の同心円状に一定荷重を加えてプリズムミラー２０のキューブ形状の上面にばね性を持たせて固定されている。これにより、温度変化により膨張または収縮した場合、高速回転域で軸中心に動バランスをとると共に、熱的な延びによる重心と回転中心の延びをキャンセルすることができる。
(3) The
（４）距離測定装置６０は、ベアリング５２に塗布するグリスの温度、塗布量および塗布時間間隔を管理して温度と潤滑機能を回復させるモータ駆動制御部３８０を有する。これにより、回転部の温度と潤滑機能を回復させることができるので、摩擦熱による熱変形を防止すると共に、高速回転域でもスキャナミラー１への伝熱を防止することができる。
(4) The
（５）スキャナミラー１の表面積は、スピンドルモータ５０による回転時にスキャナミラー１を回転させるシャフト５３の表面積よりも大きくする。これにより、スキャナミラー１の表面から空気への熱伝達を大きくし、ベアリング５２の取り付け面の寸法変化を小さくすることができる。
(5) The surface area of the
（６）距離測定装置６０は、スピンドルモータ５０から伝達される振動を検出する歪ゲージ４１および動歪計１００と、この検出結果に基づいてスピンドルモータ５０の振動状態を監視して回転の異常を検知するモータ駆動制御部３８０を有する。これにより、スピンドルモータ５０の高速回転における振動状態を監視して回転の異常を検知することができる。
(6) The
（７）距離測定システム３００は、参照光検出部１６２で検出した照射光と信号光検出部１６１で検出した反射光との位相差または時間差に基づいて、トンネル壁面１１０までの距離を算出する距離演算部２８０などを有する。これにより、移動車６１を所定速度で移動させながらスキャナミラー１からレーザ光を走行方向に対して交差する方向に照射して、トンネル壁面１１０の状態を検査することができる。
(7) The
（８）距離測定システム３００は、加速度センサ２０２で検出された移動車６１の移動速度をロータリエンコーダ５１で検出されたスキャナミラー１の回転速度、すなわち照射面での移動速度の半分以下に制御するモータ駆動制御部３８０を有する。これにより、トンネル壁面１１０の状態検査において、ほぼ同一箇所を繰り返し検出することによって欠陥の誤検出を低減することができる。
(8) The
（９）プロファイル算出部３２０、補正演算部３３０および差分演算部３４０は、距離データおよび角度データをもとに３次元データを作成し、この現在の３次元データと以前の３次元データとを比較して変化点を抽出する。これにより、位置的な特徴点を抽出して照合できるので、ひびなどの不連続部分の欠陥を検出することができる。
(9) The
（１０）光学系１３０は、１／２波長板１３３、１／４波長板１３４、偏光ビームスプリッタ１３２の他、偏光ビームスプリッタ１３２で分離された照射光をトンネル壁面１１０に焦点を合わせる焦点可変レンズ１３８を有する。これにより、レーザ光をトンネル壁面１１０の表面に、規定のサイズの円形または楕円形ビームになるように照射することができる。
(10) The
（１１）光学系１３０は、ダイクロイックミラー１４０で選択されたトンネル壁面１１０からの反射光を入力として、トンネル壁面１１０を撮像するＣＣＤカメラ１４２を有する。そして、差分演算部３４０は、現在の３次元データと以前の３次元データとを比較して変化点を抽出する際に、ＣＣＤカメラ１４２で撮像された色情報を付加して変化点を抽出する。これにより、欠陥写真を取得して色情報を３次元データに付加して変化点を抽出できるので、欠陥種類を弁別することができる。
(11) The
（１２）ベアリング５２は、アンギュラベアリングまたは深溝ベアリングであり、ばね性の予圧が加えられている。これにより、回転するシャフト５３のばね剛性を高くした状態で、移動中に路面の段差からの影響を低減し、安定的に検査することができる。
(12) The
（１３）距離測定システム３００は、測定環境の大気圧、温度および湿度を測定する環境条件測定部３９０を有する。そして、距離演算部２８０は、大気圧、温度および湿度の変化に基づいてレーザ光の屈折率を算出し、この算出した屈折率に基づいてトンネル壁面１１０までの距離を補正する。これにより、移動中の環境による測定精度への影響を低減し、安定的に検査することができる。
(13) The
（１４）距離測定システム３００は、ロータリエンコーダ５１の信号に同期させてレーザ光の波長およびパルス間隔を制御し、レーザ光をバースト状の短時間に強度を上昇させて照射するレーザコントローラ８０、光増幅器９０、励起レーザ９１を有する。これにより、トンネル壁面１１０からのレーザ光の散乱光、反射光を受光してＳＮＲを向上させることができる。
(14) The
（１５）２台の距離測定装置６０１，６０２は、移動車６１の走行方向または交差する方向に位置をずらして搭載されている。これにより、移動中の状態検査をもれなく可能にすると共に、焦点ずれの影響でトンネル壁面１１０の表面に倣いながら移動させることができない場合でも、他の１台で検査を可能とすることができる。
(15) The two
（１６）本実施の形態の距離測定装置および距離測定システムによれば、例えば１００００ｒｐｍ以上などの比較的に高速な回転においても、スキャナミラー１の構造上のバランスずれを低減し、測定対象物までの距離を安定して測定することができる。これにより、様々な環境で高速かつ高分解能に、測定対象物の状態を移動体から、環境条件の影響を低減して検査することができる。
(16) According to the distance measuring apparatus and the distance measuring system of the present embodiment, the structural balance of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of the embodiment.
例えば、本発明においては、以下のような適用も可能である。 For example, the following application is also possible in the present invention.
（１）前記実施の形態では、測定対象物として、トンネル内の壁面の状態、および、この壁面に取り付けられた構造物の設置状態を検査する場合を例に説明したが、例えば、道路や橋梁などの社会インフラを測定対象物とする場合にも適用可能である。この場合にも、道路や橋梁などの状態、道路や橋梁などに取り付けられた構造物の設置状態を検査することができる。特に、高速道路、新幹線などの高速輸送手段の社会インフラに好適である。 (1) In the above embodiment, the case where the state of the wall surface in the tunnel and the installation state of the structure attached to the wall surface are inspected as the measurement object has been described as an example. It can also be applied when using social infrastructure such as Also in this case, it is possible to inspect the state of roads and bridges and the installation state of structures attached to roads and bridges. In particular, it is suitable for social infrastructure of high-speed transportation means such as expressways and bullet trains.
（２）前記実施の形態では、移動体として、自動車を例に説明したが、新幹線などの鉄道、あるいはヘリコプタなどの航空機に適用することも可能である。この場合にも、鉄道や航空機などの高速移動体に距離測定装置を搭載し、レーザ光を１００００ｒｐｍ以上などの高速で回転させ、測定対象物までの距離を測定して状態を検査することができる。 (2) In the above-described embodiment, the automobile has been described as an example of the moving body. However, the present invention can also be applied to a railway such as a Shinkansen or an aircraft such as a helicopter. Also in this case, a distance measuring device can be mounted on a high-speed moving body such as a railway or an aircraft, and the state can be inspected by measuring the distance to the measurement object by rotating the laser beam at a high speed such as 10,000 rpm or more. .
（３）前記実施の形態では、ミラーは、キューブ形状である場合を例に説明したが、これに限らず、例えば円柱形状でもよい。この形状では、ガラス材料からなる円柱形状を４５度の角度で２分割し、この２分割して合わせた面が反射面となる。この場合にも、スキャナミラーの回転軸に対して軸対称なミラー構造となる。また、このミラーを挟んだミラーホルダおよびミラーベースは、金属合金またはセラミックスの材料からなる円柱形状で形成される。これにより、ミラーがキューブ形状である場合と同様の効果を得ることができる。 (3) In the above-described embodiment, the case where the mirror has a cube shape has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and may be, for example, a cylindrical shape. In this shape, a cylindrical shape made of a glass material is divided into two at an angle of 45 degrees, and the surface obtained by dividing the two into two becomes a reflection surface. Also in this case, the mirror structure is axisymmetric with respect to the rotation axis of the scanner mirror. Further, the mirror holder and the mirror base sandwiching the mirror are formed in a cylindrical shape made of a metal alloy or ceramic material. Thereby, the effect similar to the case where a mirror is cube shape can be acquired.
１…スキャナミラー、５…モータユニット、
１０…ミラーホルダ、１１…上面板、１２…側面板、１３…開口部、１４…切り欠き部、１８…ねじ、
２０…プリズムミラー、
３０…ミラーベース、３１…底面板、３２…円柱部材、３３…収納部、３４…開口部、３５…ねじ穴、３８…ねじ、
４１…歪ゲージ、４２…ゲージ端子、４３…ブリッジボックス、
５０…スピンドルモータ、５１…ロータリエンコーダ、５２…ベアリング、５３…シャフト、５４…モータベース、５６…水平変位計、５７…垂直変位計、
６０…距離測定装置、６１…移動車、７０…地面、
８０…レーザコントローラ、８１…光源側変調レーザ、９０…光増幅器、９１…励起レーザ、
１００…動歪計、１０１…Ａ／Ｄボード、
１１０，１１１，１１２…トンネル壁面、
１２４…ドープファイバ、１２５，１２６…光ファイバ、１２７…メカニカルシャッタ、１３０…光学系、１３１…コリメータレンズ、１３２…偏光ビームスプリッタ、１３３…１／２波長板、１３４…１／４波長板、１３５…信号光検出レンズ、１３６…参照光検出レンズ、１３７…平凹レンズ、１３８…焦点可変レンズ、１３９…平凸レンズ、１４０…ダイクロイックミラー、１４１…コリメータレンズ、１４２…ガイド用レーザまたはＣＣＤカメラ、１６１…信号光検出部、１６２…参照光検出部、１７１…信号光信号、１７２…参照光信号、
２０１…位置計測部、２０２…加速度センサ、
２７０…位相比較器、２８０…距離演算部、３００…距離測定システム、３１０…制御部、３２０…プロファイル算出部、３３０…補正演算部、３４０…差分演算部、３５０…出力部、３６０…記憶部、３７０…焦点制御部、３７１…焦点制御量記憶部、３８０…モータ駆動制御部、３９０…環境条件測定部、
６０１，６０２…距離測定装置、
８０１…基準周波数発生器、８０２…低周波数逓培器、８０３…高周波数逓倍器、
１００１〜１００３…スキャニング軌跡、１１００〜１１０３…角度、１１１０，１１１１…範囲、１２００…トンネル表面データ、１２０１…測定データ、１２１１…距離のデータ、１３０３…現在の３次元プロファイルデータ、１３０４…以前の３次元プロファイルデータ、１３０５…３次元プロファイルデータの変化点、１４１０，１４１１…範囲。
1 ... scanner mirror, 5 ... motor unit,
DESCRIPTION OF
20 ... Prism mirror,
30 ... Mirror base, 31 ... Bottom plate, 32 ... Cylindrical member, 33 ... Storage part, 34 ... Opening part, 35 ... Screw hole, 38 ... Screw,
41 ... Strain gauge, 42 ... Gauge terminal, 43 ... Bridge box,
DESCRIPTION OF
60 ... distance measuring device, 61 ... moving vehicle, 70 ... ground,
80 ... Laser controller, 81 ... Light source side modulation laser, 90 ... Optical amplifier, 91 ... Excitation laser,
100 ... Dynamic strain meter, 101 ... A / D board,
110, 111, 112 ... tunnel wall surface,
124 ... Doped fiber, 125, 126 ... Optical fiber, 127 ... Mechanical shutter, 130 ... Optical system, 131 ... Collimator lens, 132 ... Polarizing beam splitter, 133 ... 1/2 wavelength plate, 134 ... 1/4 wavelength plate, 135 Signal light detection lens, 136 Reference light detection lens, 137 Plano-concave lens, 138 Focus variable lens, 139 Plano-convex lens, 140 Dichroic mirror, 141 Collimator lens, 142 Laser for guide or CCD camera, 161 Signal
201 ... position measuring unit, 202 ... acceleration sensor,
270 ... Phase comparator, 280 ... Distance calculation unit, 300 ... Distance measurement system, 310 ... Control unit, 320 ... Profile calculation unit, 330 ... Correction calculation unit, 340 ... Difference calculation unit, 350 ... Output unit, 360 ... Storage unit 370: Focus control unit, 371: Focus control amount storage unit, 380 ... Motor drive control unit, 390 ... Environmental condition measurement unit,
601, 602 ... Distance measuring device,
801 ... reference frequency generator, 802 ... low frequency multiplier, 803 ... high frequency multiplier,
1001 to 1003 ... Scanning locus, 1100 to 1103 ... Angle, 1110, 1111 ... Range, 1200 ... Tunnel surface data, 1201 ... Measurement data, 1211 ... Distance data, 1303 ... Current 3D profile data, 1304 ... Previous 3 Dimension profile data, 1305... 3D profile data change point, 1410, 1411, range.
Claims (15)
前記測定対象物に対して、レーザ光を回転させて照射するスキャナミラーを有し、
前記スキャナミラーは、
ミラーと、
前記ミラーを上下から挟む上部部材および下部部材と、
を有し、
前記上部部材は、４点以上の偶数箇所で前記スキャナミラーの回転軸に対して軸対称で、前記下部部材に固定されている、距離測定装置。 A distance measuring device for measuring a distance to a measurement object,
A scanner mirror that rotates and irradiates the measurement object with laser light;
The scanner mirror is
Mirror,
An upper member and a lower member sandwiching the mirror from above and below,
Have
The distance measuring device, wherein the upper member is axisymmetric with respect to the rotation axis of the scanner mirror at an even number of four or more points and is fixed to the lower member.
前記ミラーは、三角柱を組み合わせたプリズム型の合わせミラーで、三角柱の透明ガラスを２個合わせた面に反射面を持ち、前記スキャナミラーの回転軸に対して軸対称なキューブ形状のガラス材料からなり、
前記ミラーを挟んだ前記上部部材および前記下部部材は、円柱形状で線膨張係数が前記ミラーと近い金属合金またはセラミックスの材料からなり、
前記スキャナミラーを組立後の重心位置を前記下部部材の底面板側に近づける構造で、かつ、前記ミラーの重心に対して、前記スキャナミラーを組立後の重心の高さを同一か、又はやや低くする、距離測定装置。 The distance measuring device according to claim 1,
The mirror is a prism-type mirror that is a combination of triangular prisms, and is made of a cube-shaped glass material that has a reflective surface on the surface where two transparent prismatic glasses are combined and is axisymmetric with respect to the rotation axis of the scanner mirror. ,
The upper member and the lower member sandwiching the mirror are made of a metal alloy or ceramic material having a cylindrical shape and a linear expansion coefficient close to that of the mirror,
The position of the center of gravity after assembling the scanner mirror is close to the bottom plate side of the lower member, and the height of the center of gravity after assembling the scanner mirror is the same or slightly lower than the center of gravity of the mirror. A distance measuring device.
前記上部部材は、回転の軸中心にレーザ光が通る直径の円形からなる開口部を有し、前記開口部の周囲の同心円状に一定荷重を加えて前記ミラーのキューブ形状の上面にばね性を持たせて固定されている、距離測定装置。 The distance measuring device according to claim 2,
The upper member has an opening made of a circle with a diameter passing through the center of the axis of rotation, and a constant load is applied concentrically around the opening to provide a spring property to the cube-shaped upper surface of the mirror. A distance measuring device that is held and fixed.
前記距離測定装置は、
前記スキャナミラーを回転させるモータと、
前記モータによる回転時に前記スキャナミラーを支持するベアリングと、
前記ベアリングに塗布するグリスの温度、塗布量および塗布時間間隔を管理して温度と潤滑機能を回復させる管理部と、
をさらに有する、距離測定装置。 In the distance measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The distance measuring device includes:
A motor for rotating the scanner mirror;
A bearing that supports the scanner mirror during rotation by the motor;
A management unit that manages the temperature, the application amount, and the application time interval of the grease applied to the bearing to recover the temperature and the lubricating function;
A distance measuring device further comprising:
前記スキャナミラーの表面積は、前記モータによる回転時に前記スキャナミラーを回転させるシャフトの表面積よりも大きい、距離測定装置。 The distance measuring device according to claim 4,
The distance measuring device, wherein a surface area of the scanner mirror is larger than a surface area of a shaft that rotates the scanner mirror when rotated by the motor.
前記距離測定装置は、
前記モータから伝達される振動を検出する検出器と、
前記検出器による検出結果に基づいて前記モータの振動状態を監視して回転の異常を検知する監視部と、
をさらに有する、距離測定装置。 The distance measuring device according to claim 4 or 5,
The distance measuring device includes:
A detector for detecting vibration transmitted from the motor;
A monitoring unit that detects a rotation abnormality by monitoring a vibration state of the motor based on a detection result by the detector;
A distance measuring device further comprising:
前記距離測定装置と、
前記距離測定装置を搭載する移動体と、
を有し、
前記距離測定システムは、
前記移動体を所定速度で移動させながら前記スキャナミラーから前記レーザ光を前記移動体の走行方向と交差する方向に照射して前記測定対象物の状態を検査する際に、
前記測定対象物に対して照射する照射光を検出する参照光検出部と、
前記測定対象物から反射した反射光を検出する信号光検出部と、
前記参照光検出部で検出した前記照射光と前記信号光検出部で検出した前記反射光との位相差または時間差に基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する算出部と、
を有する、距離測定システム。 A distance measuring system using the distance measuring device according to any one of claims 4 to 6,
The distance measuring device;
A moving body equipped with the distance measuring device;
Have
The distance measuring system includes:
When inspecting the state of the measurement object by irradiating the laser beam from the scanner mirror in a direction intersecting the traveling direction of the moving body while moving the moving body at a predetermined speed,
A reference light detector that detects irradiation light applied to the measurement object;
A signal light detection unit for detecting reflected light reflected from the measurement object;
A calculation unit that calculates a distance to the measurement object based on a phase difference or a time difference between the irradiation light detected by the reference light detection unit and the reflected light detected by the signal light detection unit;
A distance measuring system.
前記距離測定システムは、
前記移動体の移動速度を検出するセンサと、
前記スキャナミラーの回転速度を検出するエンコーダと、
前記センサで検出された前記移動体の移動速度を前記エンコーダで検出された前記スキャナミラーの回転速度の半分以下に制御する制御部と、
をさらに有する、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 7, wherein
The distance measuring system includes:
A sensor for detecting a moving speed of the moving body;
An encoder for detecting the rotational speed of the scanner mirror;
A control unit for controlling the moving speed of the moving body detected by the sensor to be equal to or less than half the rotational speed of the scanner mirror detected by the encoder;
A distance measuring system.
前記算出部は、前記位相差または時間差に基づいて算出した距離データおよび前記エンコーダからの角度データをもとに前記測定対象物の３次元データを作成し、この作成した現在の３次元データと以前に測定して作成した３次元データとを比較して変化点を抽出する、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 8, wherein
The calculation unit generates three-dimensional data of the measurement object based on distance data calculated based on the phase difference or time difference and angle data from the encoder, and the generated current three-dimensional data and previous data A distance measurement system that compares three-dimensional data created by measurement and extracts change points.
前記距離測定システムは、前記レーザ光を前記測定対象物に照射する光学系をさらに有し、
前記光学系は、
前記レーザ光の照射光および反射光を偏光する複数の波長板と、
前記複数の波長板で偏光されたレーザ光を分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分離された照射光を前記測定対象物に焦点を合わせる焦点可変レンズと、
を有する、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 7, wherein
The distance measurement system further includes an optical system that irradiates the measurement object with the laser light,
The optical system is
A plurality of wave plates for polarizing the irradiation light and reflected light of the laser light;
A beam splitter for separating the laser light polarized by the plurality of wave plates;
A variable focus lens for focusing the irradiation light separated by the beam splitter on the measurement object;
A distance measuring system.
前記光学系は、
前記ビームスプリッタと前記焦点可変レンズとの間の光路上に配置されるダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで選択された前記測定対象物からの反射光を入力として、前記測定対象物を撮像するカメラと、
をさらに有し、
前記算出部は、前記位相差または時間差に基づいて算出した距離データおよび前記スキャナミラーの回転速度を検出するエンコーダからの角度データをもとに前記測定対象物の３次元データを作成し、この作成した現在の３次元データと以前に測定して作成した３次元データとを比較して変化点を抽出する際に、前記カメラで撮像された色情報を付加して前記変化点を抽出する、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 10, wherein
The optical system is
A dichroic mirror disposed on an optical path between the beam splitter and the variable focus lens;
A camera that images the measurement object, using the reflected light from the measurement object selected by the dichroic mirror as an input;
Further comprising
The calculation unit generates three-dimensional data of the measurement object based on distance data calculated based on the phase difference or time difference and angle data from an encoder that detects a rotation speed of the scanner mirror. A distance for extracting the change point by adding color information captured by the camera when extracting the change point by comparing the current three-dimensional data with the three-dimensional data created by measurement before Measuring system.
前記ベアリングは、アンギュラベアリングまたは深溝ベアリングであり、前記ベアリングにばね性の予圧が加えられている、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 7, wherein
The distance measuring system, wherein the bearing is an angular bearing or a deep groove bearing, and a spring preload is applied to the bearing.
前記距離測定システムは、測定環境の大気圧、温度および湿度を測定する測定部をさらに有し、
前記算出部は、前記測定対象物までの距離を算出する際に、前記測定部で測定した大気圧、温度および湿度の変化に基づいて前記レーザ光の屈折率を算出し、この算出した屈折率に基づいて前記測定対象物までの距離を補正する、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 7, wherein
The distance measurement system further includes a measurement unit that measures atmospheric pressure, temperature, and humidity of the measurement environment,
The calculation unit calculates a refractive index of the laser beam based on changes in atmospheric pressure, temperature, and humidity measured by the measurement unit when calculating the distance to the measurement object, and calculates the calculated refractive index. A distance measurement system that corrects the distance to the measurement object based on
前記距離測定システムは、前記モータに連結されたエンコーダの信号に同期させて前記レーザ光の波長およびパルス間隔を制御し、前記レーザ光をバースト状の短時間に強度を上昇させて照射するレーザ照射部をさらに有する、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 7, wherein
The distance measurement system controls a wavelength and a pulse interval of the laser beam in synchronization with a signal of an encoder connected to the motor, and irradiates the laser beam with increasing intensity in a burst-like short time. The distance measuring system further comprising a section.
前記移動体に搭載する前記距離測定装置を複数有し、
前記複数の距離測定装置は、前記移動体の走行方向または交差する方向に位置をずらして搭載されている、距離測定システム。 The distance measuring system according to claim 7, wherein
A plurality of the distance measuring devices mounted on the movable body;
The plurality of distance measuring devices are mounted with a position shifted in a traveling direction or a crossing direction of the moving body.
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| JP2014049706A JP2015175611A (en) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Distance measuring equipment and distance measuring system |
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