JP2771594B2 - 物体の変位測定方法及び装置 - Google Patents
物体の変位測定方法及び装置Info
- Publication number
- JP2771594B2 JP2771594B2 JP1120179A JP12017989A JP2771594B2 JP 2771594 B2 JP2771594 B2 JP 2771594B2 JP 1120179 A JP1120179 A JP 1120179A JP 12017989 A JP12017989 A JP 12017989A JP 2771594 B2 JP2771594 B2 JP 2771594B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement
- memory
- image signal
- speckle pattern
- laser beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光を照射した対象物体粗面からの拡
散光によって生じるスペックルパターンを利用して、移
動物体の変位量や所定の変位発生時点を測定する方法、
及びその装置に関するものである。
散光によって生じるスペックルパターンを利用して、移
動物体の変位量や所定の変位発生時点を測定する方法、
及びその装置に関するものである。
（従来の技術） 従来、スペックルパターンを応用して物体の微小な変
形量を測定する方法が提案されている（特公昭59−5296
3号、J.Phys.E:Sci.Instrum,19,1986）。
形量を測定する方法が提案されている（特公昭59−5296
3号、J.Phys.E:Sci.Instrum,19,1986）。
該測定方法は、測定物体の表面にレーザビームを照射
して、拡散反射光のイメージセンサを配置し、該センサ
出力に基づいて、物体変形前後の出力信号の相互相関関
数を算出するものであって、スペックルパターンの移動
量が、前記相互相関関数のピーク値の位置として得られ
る。
して、拡散反射光のイメージセンサを配置し、該センサ
出力に基づいて、物体変形前後の出力信号の相互相関関
数を算出するものであって、スペックルパターンの移動
量が、前記相互相関関数のピーク値の位置として得られ
る。
（解決しようとする課題） ところが、従来の方法に於いては、変形前後の２つの
スペックルパターンの相互相関にのみ基づいて測定が行
なわれるから、測定精度の保証される変形範囲が、両ス
ペックルパターンにある程度の相関性が維持される範囲
内に限定される。
スペックルパターンの相互相関にのみ基づいて測定が行
なわれるから、測定精度の保証される変形範囲が、両ス
ペックルパターンにある程度の相関性が維持される範囲
内に限定される。
従って、従来の変形測定方法を応用して、移動物体の
変位量を測定する場合、変位量がレーザビームの直径よ
りも大きくなると、移動前後の２つのスペックルパター
ンの間には全く相関がなくなり、測定が不可能となる。
又、変位量がビーム径よりも小さい場合に於いても、変
位量が大きくなるにつれて、測定精度が低下する問題が
生じる。
変位量を測定する場合、変位量がレーザビームの直径よ
りも大きくなると、移動前後の２つのスペックルパター
ンの間には全く相関がなくなり、測定が不可能となる。
又、変位量がビーム径よりも小さい場合に於いても、変
位量が大きくなるにつれて、測定精度が低下する問題が
生じる。
本発明の目的は、変位量の大小に拘わらず、精度の高
い測定が可能な移動物体の変位測定方法及び装置を提供
することである。
い測定が可能な移動物体の変位測定方法及び装置を提供
することである。
（課題を解決するための手段） 本発明に係る移動物体の変位測定方法は、実際の測定
前にレーザビームを移動物体に照射する走査ステップ
と、その後、実際の測定時にレーザビームを移動物体に
照射する実測ステップの２つのステップから構成され
る。
前にレーザビームを移動物体に照射する走査ステップ
と、その後、実際の測定時にレーザビームを移動物体に
照射する実測ステップの２つのステップから構成され
る。
走査ステップに於いては、移動物体（２）の表面にレ
ーザビームを照射して、該移動物体（２）に対向した観
測面にスペックルパターンを形成し、該スペックルパタ
ーンをイメージ信号に変換し、移動物体（２）の変位に
伴って変化するイメージ信号を、移動物体（２）の変位
量と対応づけて、メモリ（６）の複数の格納部に順次格
納する。
ーザビームを照射して、該移動物体（２）に対向した観
測面にスペックルパターンを形成し、該スペックルパタ
ーンをイメージ信号に変換し、移動物体（２）の変位に
伴って変化するイメージ信号を、移動物体（２）の変位
量と対応づけて、メモリ（６）の複数の格納部に順次格
納する。
実測ステップに於いては、観測面に現れるスペックル
パターンのイメージ信号と、メモリ（６）の各格納部に
格納されている複数のイメージ信号との相互相関関数を
順次算出し、最も大きな相関ピーク値が得られるイメー
ジ信号のメモリ（６）内の格納位置に基づいて、移動物
体（２）の変位を測定する。
パターンのイメージ信号と、メモリ（６）の各格納部に
格納されている複数のイメージ信号との相互相関関数を
順次算出し、最も大きな相関ピーク値が得られるイメー
ジ信号のメモリ（６）内の格納位置に基づいて、移動物
体（２）の変位を測定する。
又、本発明に係る物体の変位測定装置は、測定対象と
なる物体の表面に向けてレーザビームを照射するレーザ
発生源と、物体表面からの拡散反射光を受光し得る位置
に配置され該拡散反射光のスペックルパターンを検出す
るイメージセンサー（３）と、該イメージセンサー
（３）から得られるイメージ信号を、スペックルパター
ンの相関性が維持されるピッチで、物体のレーザビーム
照射位置と対応づけて格納する複数の格納部を有するメ
モリ（６）と、物体変位測定時に得られる実測イメージ
信号と前記メモリ（６）に格納されている複数の走査イ
メージ信号とを次々と照合して相互相関関数を表わす信
号を出力する相関器（７）と、イメージセンサー（３）
を選択的に相関器（７）又はメモリ（６）へ接続する切
換えスイッチ（５）と、相関器（７）の出力信号に演算
処理を施して物体の変位に応じた信号を出力する演算処
理回路（８）とから構成される。
なる物体の表面に向けてレーザビームを照射するレーザ
発生源と、物体表面からの拡散反射光を受光し得る位置
に配置され該拡散反射光のスペックルパターンを検出す
るイメージセンサー（３）と、該イメージセンサー
（３）から得られるイメージ信号を、スペックルパター
ンの相関性が維持されるピッチで、物体のレーザビーム
照射位置と対応づけて格納する複数の格納部を有するメ
モリ（６）と、物体変位測定時に得られる実測イメージ
信号と前記メモリ（６）に格納されている複数の走査イ
メージ信号とを次々と照合して相互相関関数を表わす信
号を出力する相関器（７）と、イメージセンサー（３）
を選択的に相関器（７）又はメモリ（６）へ接続する切
換えスイッチ（５）と、相関器（７）の出力信号に演算
処理を施して物体の変位に応じた信号を出力する演算処
理回路（８）とから構成される。
（作 用） 本発明に係る測定方法に於いて、変位測定時には、物
体（２）の移動につれて観測面に現れるスペックルパタ
ーンが変化し、変化中の一時点におけるスペックルパタ
ーンのイメージ信号と、メモリ（６）内に既に格納され
ている複数のスペックルパターンのイメージ信号との間
の相互相関関数が順次、算出される。
体（２）の移動につれて観測面に現れるスペックルパタ
ーンが変化し、変化中の一時点におけるスペックルパタ
ーンのイメージ信号と、メモリ（６）内に既に格納され
ている複数のスペックルパターンのイメージ信号との間
の相互相関関数が順次、算出される。
この際、相互相関関数の算出の対象となったイメージ
信号の格納位置に対応する物体の変位量と、測定時点に
おける物体の実際の変位量との間に大きさ差がある場合
は、相互相関関数のピーク値は小さく、前記差が小さい
場合には、相互相関関数のピーク値は大きくなる。
信号の格納位置に対応する物体の変位量と、測定時点に
おける物体の実際の変位量との間に大きさ差がある場合
は、相互相関関数のピーク値は小さく、前記差が小さい
場合には、相互相関関数のピーク値は大きくなる。
従って、最も大きな相関ピーク値が得られた場合のイ
メージ信号の格納位置に対応する物体変位量が、測定時
点における物体の実際の変位量を表わすことになる。
メージ信号の格納位置に対応する物体変位量が、測定時
点における物体の実際の変位量を表わすことになる。
又、本発明に係る測定装置を用いて上記測定方法を実
施する場合は、先ずスイッチ（５）をメモリ（６）側に
切り換えた状態で、対象物体の表面をレーザビームにて
走査すると、これに伴って変化するスペックルパターン
の走査イメージ信号が順次メモリ（６）に格納され、本
発明の測定方法における走査ステップが実行される。
施する場合は、先ずスイッチ（５）をメモリ（６）側に
切り換えた状態で、対象物体の表面をレーザビームにて
走査すると、これに伴って変化するスペックルパターン
の走査イメージ信号が順次メモリ（６）に格納され、本
発明の測定方法における走査ステップが実行される。
その後、変位測定時には、スイッチ（５）を相関器
（７）側に切換えた状態で、対象物体の表面にレーザビ
ームを照射すると、相関器（７）による相互相関関数の
算出、演算処理回路（８）による物体変位に応じた信号
の作成が行なわれ、本発明の測定方法における実測ステ
ップが実行される。
（７）側に切換えた状態で、対象物体の表面にレーザビ
ームを照射すると、相関器（７）による相互相関関数の
算出、演算処理回路（８）による物体変位に応じた信号
の作成が行なわれ、本発明の測定方法における実測ステ
ップが実行される。
（発明の効果） 本発明に係る移動物体の変位測定方法及び装置によれ
ば、物体の移動量がビームスポット径を超える場合に於
いても、前記走査ステップにおけるレーザビームの走査
範囲に応じて測定範囲を拡大することが出来、この場
合、メモリにイメージ信号として格納すべきスペックル
パターンの間隔を可及的に小さくすることにより、測定
精度を上げることが可能である。
ば、物体の移動量がビームスポット径を超える場合に於
いても、前記走査ステップにおけるレーザビームの走査
範囲に応じて測定範囲を拡大することが出来、この場
合、メモリにイメージ信号として格納すべきスペックル
パターンの間隔を可及的に小さくすることにより、測定
精度を上げることが可能である。
（実施例） 以下、図面に沿って本発明の実施例について説明す
る。
る。
尚、実施例は本発明を説明するためのものであって、
特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮
する様に解すべきではない。
特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮
する様に解すべきではない。
第１図は、本発明の測定方法を用いて移動物体（２）
の平行移動量を測定するための装置構成を示している。
の平行移動量を測定するための装置構成を示している。
移動物体（２）に対向して、レーザ駆動回路（11）に
よって駆動される半導体レーザ（１）が配備されてい
る。該半導体レーザ（１）から出射されたレーザ光はビ
ーム拡大レンズ（12）を経て、移動物体（２）の表面に
所定のビーム径（例えば1mm）のレーザビームとなって
照射される。
よって駆動される半導体レーザ（１）が配備されてい
る。該半導体レーザ（１）から出射されたレーザ光はビ
ーム拡大レンズ（12）を経て、移動物体（２）の表面に
所定のビーム径（例えば1mm）のレーザビームとなって
照射される。
又、移動物体（２）のレーザ照射面（21）に対向し
て、拡散反射光を受け得る位置に一次元イメージセンサ
（３）が配置される。該イメージセンサ（３）は、例え
ば1024個のCCD（電荷結合素子）を移動物体（２）の移
動方向Ｘに沿ってピッチ14μｍで一次元に配列したもの
であって、これによってスペックルパターンの観測面が
形成される。
て、拡散反射光を受け得る位置に一次元イメージセンサ
（３）が配置される。該イメージセンサ（３）は、例え
ば1024個のCCD（電荷結合素子）を移動物体（２）の移
動方向Ｘに沿ってピッチ14μｍで一次元に配列したもの
であって、これによってスペックルパターンの観測面が
形成される。
尚、一次元イメージセンサ（３）としては、フォトダ
イオードを配列したものも使用可能である。
イオードを配列したものも使用可能である。
一次元イメージセンサ（３）にて光電変換されたイメ
ージ信号は、測定回路（４）に装備した増幅器（41）を
経てA/D変換器（42）へ送られ、８ビットのデジタル信
号に変換される。
ージ信号は、測定回路（４）に装備した増幅器（41）を
経てA/D変換器（42）へ送られ、８ビットのデジタル信
号に変換される。
前記デジタル信号は、切換えスイッチ（５）の入力端
へ接続され、該スイッチの一方の出力端ａはメモリ
（６）のデータ入力ポートへ接続される。又、メモリ
（６）のデータ出力ポート及び前記切換えスイッチ
（５）の他方の出力端は、相関器（７）へ接続される。
へ接続され、該スイッチの一方の出力端ａはメモリ
（６）のデータ入力ポートへ接続される。又、メモリ
（６）のデータ出力ポート及び前記切換えスイッチ
（５）の他方の出力端は、相関器（７）へ接続される。
前記メモリ（６）は、A/D変換器（42）から送られて
くる移動物体（２）の一走査点におけるデジタル信号を
格納すべき1024バイトの格納部を、第１番地から第Ｎ番
地（Ｎ＝600）まで具えている。該メモリ（６）への信
号の書き込み及び信号の読出しは、アドレス切換え回路
（61）によって後述の如く制御される。
くる移動物体（２）の一走査点におけるデジタル信号を
格納すべき1024バイトの格納部を、第１番地から第Ｎ番
地（Ｎ＝600）まで具えている。該メモリ（６）への信
号の書き込み及び信号の読出しは、アドレス切換え回路
（61）によって後述の如く制御される。
又、前記相関器（７）は、メモリ（６）から読み出さ
れた一走査点のスペックルパターンを表わすデジタル信
号と、A/D変換器（42）から切換えスイッチ（５）を経
て送られてくる一測定点におけるスペックルパターンを
表わすデジタル信号との相互相関関数をリアルタイムで
計算するものである。
れた一走査点のスペックルパターンを表わすデジタル信
号と、A/D変換器（42）から切換えスイッチ（５）を経
て送られてくる一測定点におけるスペックルパターンを
表わすデジタル信号との相互相関関数をリアルタイムで
計算するものである。
前記A/D変換器（42）及びアドレス切換え回路（61）
の動作タイミングは制御回路（43）によって後述の如く
制御される。
の動作タイミングは制御回路（43）によって後述の如く
制御される。
相関器（７）から得られる相互相関関数の計算結果は
マイクロコンピュータ等からなる演算処理回路（８）へ
送られる。該演算処理回路（８）は、前記計算結果とア
ドレス切換え回路（61）から送られてくる後述のアドレ
スデータとに基づいて、移動物体（２）の移動量に応じ
た信号を出力するものである。
マイクロコンピュータ等からなる演算処理回路（８）へ
送られる。該演算処理回路（８）は、前記計算結果とア
ドレス切換え回路（61）から送られてくる後述のアドレ
スデータとに基づいて、移動物体（２）の移動量に応じ
た信号を出力するものである。
以下、上記変位測定装置を用いた測定方法と、前記各
回路の動作について説明する。
回路の動作について説明する。
走査ステップ 先ず、実際の変位測定の前に、移動物体（２）をその
全移動範囲に亘って一定速度で移動させつつ、移動物体
（２）に半導体レーザ（１）からのレーザビームを照射
して、レーザ照射面（21）からの拡散反射光によって形
成されるスペックルパターンをイメージ信号として、メ
モリ（６）に順次格納する走査ステップが実行される。
この際、切換えスイッチ（５）はａ側に切換えられる。
全移動範囲に亘って一定速度で移動させつつ、移動物体
（２）に半導体レーザ（１）からのレーザビームを照射
して、レーザ照射面（21）からの拡散反射光によって形
成されるスペックルパターンをイメージ信号として、メ
モリ（６）に順次格納する走査ステップが実行される。
この際、切換えスイッチ（５）はａ側に切換えられる。
この過程でA/D変換器（42）は、制御回路（43）の制
御により一定周期で増幅器（41）からのイメージ信号を
デジタル信号に変換し、該デジタル信号を切換えスイッ
チ（５）を経てメモリ（６）へ供給する。
御により一定周期で増幅器（41）からのイメージ信号を
デジタル信号に変換し、該デジタル信号を切換えスイッ
チ（５）を経てメモリ（６）へ供給する。
又、アドレス切換え回路（61）は、制御回路（43）の
制御により前記A/D変換器（42）の動作周期に同期し
て、メモリ（６）のデータ格納アドレスを第１番地から
第Ｎ番地まで順次切り換える。
制御により前記A/D変換器（42）の動作周期に同期し
て、メモリ（６）のデータ格納アドレスを第１番地から
第Ｎ番地まで順次切り換える。
この結果、切換えスイッチ（５）を経て一定周期でメ
モリ（６）へ供給されるデジタル信号は、第３図に示す
メモリ（６）内の第１番地から第Ｎ番地までの格納部
（M1、M2、…Mi、…Mn）へ順次格納されることになる。
モリ（６）へ供給されるデジタル信号は、第３図に示す
メモリ（６）内の第１番地から第Ｎ番地までの格納部
（M1、M2、…Mi、…Mn）へ順次格納されることになる。
この様にしてメモリ（６）内に格納された複数のデジ
タル信号（F1、F2、…Fi、…Fn）は、第３図の如くレー
ザ照射面（21）上に互いに重なって一定ピッチ（例えば
0.5mm）で形成されるＮ個の走査スポット領域（A1、
A2、…Ai、…An）の粗面状態に対応して、夫々固有のス
ペックルパターンを表わすことになる。
タル信号（F1、F2、…Fi、…Fn）は、第３図の如くレー
ザ照射面（21）上に互いに重なって一定ピッチ（例えば
0.5mm）で形成されるＮ個の走査スポット領域（A1、
A2、…Ai、…An）の粗面状態に対応して、夫々固有のス
ペックルパターンを表わすことになる。
尚、上述の走査ステップは、物体（２）を静止させた
状態で、光源及びイメージセンサからなる測定系を物体
移動方向に沿って移動させることによっても可能であ
る。
状態で、光源及びイメージセンサからなる測定系を物体
移動方向に沿って移動させることによっても可能であ
る。
又、第３図に示す走査スポット領域（A1、A2、…Ai、
…An）を、スポット径よりも小なる所定の間隔に設定す
る方法として、測定対象物体と測定系との相対速度が一
定の場合は、前述の如く一定周期でメモリへの書込み動
作を行なう方法が採用出来るが、例えば測定系を手動で
移動させる場合の如く、前記相対速度が一定しない場合
は、次の様な方法が採用可能である。この場合、第１図
の如くスイッチ（５）の切換えを制御する切換え制御回
路（51）を装備する。
…An）を、スポット径よりも小なる所定の間隔に設定す
る方法として、測定対象物体と測定系との相対速度が一
定の場合は、前述の如く一定周期でメモリへの書込み動
作を行なう方法が採用出来るが、例えば測定系を手動で
移動させる場合の如く、前記相対速度が一定しない場合
は、次の様な方法が採用可能である。この場合、第１図
の如くスイッチ（５）の切換えを制御する切換え制御回
路（51）を装備する。
先ず第１図の切換えスイッチ（５）をａ側に切り換
え、この状態で第１番目のスポット領域A1にレーザビー
ムを照射する。これによって該領域のスペックルパター
ンがメモリ（６）の第１番地に格納される。
え、この状態で第１番目のスポット領域A1にレーザビー
ムを照射する。これによって該領域のスペックルパター
ンがメモリ（６）の第１番地に格納される。
その後、切換え制御回路（51）によってスイッチ
（５）がｂ側に切り換えられ、この状態でレーザ照射位
置を徐々に移動させる。これによって、実測スペックル
パターンと前記メモリ内の第１番地の走査スペックルパ
ターンとの相関関係が繰り返し計算され、この結果得ら
れる相関ピーク値が所定値を下回る時点、即ち両スペッ
クルパターンの相関がとれ難くなる前の時点が検出され
る。又、このときの相関ピーク位置からレーザ照射位置
の変位量が計算される。
（５）がｂ側に切り換えられ、この状態でレーザ照射位
置を徐々に移動させる。これによって、実測スペックル
パターンと前記メモリ内の第１番地の走査スペックルパ
ターンとの相関関係が繰り返し計算され、この結果得ら
れる相関ピーク値が所定値を下回る時点、即ち両スペッ
クルパターンの相関がとれ難くなる前の時点が検出され
る。又、このときの相関ピーク位置からレーザ照射位置
の変位量が計算される。
これと同時に切換え制御回路（51）によってスイッチ
（５）がａ側に切り換えられ、A/D変換器（42）から得
られるイメージデータを、第３図の第２番目の走査スポ
ット領域A2のスペックルパターンとしてメモリ（６）の
第２番地に格納すると共に、前記レーザ照射位置の変位
量の計算結果を記憶する。
（５）がａ側に切り換えられ、A/D変換器（42）から得
られるイメージデータを、第３図の第２番目の走査スポ
ット領域A2のスペックルパターンとしてメモリ（６）の
第２番地に格納すると共に、前記レーザ照射位置の変位
量の計算結果を記憶する。
以後同様に、最新にメモリへ格納されたスペックルパ
ターンを基準として、相関ピーク値の低下により、次の
走査スポット領域となるべき位置が検知されると共に、
該走査スポット領域と直前の走査スポット領域との間隔
を記憶する動作が繰り返される。
ターンを基準として、相関ピーク値の低下により、次の
走査スポット領域となるべき位置が検知されると共に、
該走査スポット領域と直前の走査スポット領域との間隔
を記憶する動作が繰り返される。
この結果、第３図の各走査スポット領域（A1、A2、…
Ai、…An）のスペックルパターンがメモリ内に設定され
ると共に、各走査スポット領域の間隔が記憶されること
になる。
Ai、…An）のスペックルパターンがメモリ内に設定され
ると共に、各走査スポット領域の間隔が記憶されること
になる。
尚、上記走査ステップに於いて、相関性が維持され難
くなる直前の時点を検出し、単にその時点のスペックル
パターンを記憶する動作を繰り返すことによっても、略
一定ピッチで第３図の走査スポット領域（A1、A2、…A
i、…An）が設定されるから、走査スポット領域の変位
量の算出は必ずしも必要でない。即ち、走査ステップに
おける全走査長とメモリに格納されるスペックルパター
ンの数から、走査スポット領域の間隔（ピッチ）を近似
値として算出するのである。
くなる直前の時点を検出し、単にその時点のスペックル
パターンを記憶する動作を繰り返すことによっても、略
一定ピッチで第３図の走査スポット領域（A1、A2、…A
i、…An）が設定されるから、走査スポット領域の変位
量の算出は必ずしも必要でない。即ち、走査ステップに
おける全走査長とメモリに格納されるスペックルパター
ンの数から、走査スポット領域の間隔（ピッチ）を近似
値として算出するのである。
実測ステップ 次に移動物体（２）の移動量の実測ステップに移る。
この際、切換えスイッチ（５）は第１図の如くｂ側に切
り換えられ、相関器（７）及び演算処理回路（８）が更
に動作状態に設定される。
この際、切換えスイッチ（５）は第１図の如くｂ側に切
り換えられ、相関器（７）及び演算処理回路（８）が更
に動作状態に設定される。
例えば移動物体（２）がある変位量だけ移動し、第３
図の如く、レーザビームが照射面（21）上のスポット領
域Ai′を照射した時点で、該変位量を測定する場合、第
１図の一次元イメージセンサ（３）から増幅器（41）を
経てリアルタイムで得られるイメージ信号は、A/D変換
器（42）にてデジタル信号に変換された後、切換えスイ
ッチ（５）を経て相関器（７）へ送られる。
図の如く、レーザビームが照射面（21）上のスポット領
域Ai′を照射した時点で、該変位量を測定する場合、第
１図の一次元イメージセンサ（３）から増幅器（41）を
経てリアルタイムで得られるイメージ信号は、A/D変換
器（42）にてデジタル信号に変換された後、切換えスイ
ッチ（５）を経て相関器（７）へ送られる。
一方、アドレス切換え回路（61）の動作によって、メ
モリ（６）からは、第３図の如く第１番地の格納部M1か
ら第Ｎ番地の格納部Mnに格納されているデジタル信号
（F1、F2、…Fi、…Fn）が順次読み出され、相関器
（７）へ一定周期で送られる。
モリ（６）からは、第３図の如く第１番地の格納部M1か
ら第Ｎ番地の格納部Mnに格納されているデジタル信号
（F1、F2、…Fi、…Fn）が順次読み出され、相関器
（７）へ一定周期で送られる。
相関器（７）は、前記切換えスイッチ（５）を経て供
給されたデジタル信号Ｇと、前記メモリ（６）から送ら
れてくるデジタル信号との相互相関関数を順次計算し、
計算結果を次々と第１図の演算処理回路（８）へ送り出
す。
給されたデジタル信号Ｇと、前記メモリ（６）から送ら
れてくるデジタル信号との相互相関関数を順次計算し、
計算結果を次々と第１図の演算処理回路（８）へ送り出
す。
演算処理回路（８）は、相関器（７）から送られてき
たＮ個の相関関数の内、最大ピーク値が得られた相関関
数を選択し、該相関関数の計算の対象となったメモリ
（６）内のデジタル信号Fiの格納アドレスを、アドレス
切換え回路（61）からのアドレスデータによって検知す
る。
たＮ個の相関関数の内、最大ピーク値が得られた相関関
数を選択し、該相関関数の計算の対象となったメモリ
（６）内のデジタル信号Fiの格納アドレスを、アドレス
切換え回路（61）からのアドレスデータによって検知す
る。
ここで最大の相関ピーク値が得られた相関関数の計算
の基礎となったスペックルパターンは、実際にレーザビ
ームが照射されている測定スポット領域Ai′と重なり且
つ最も重複面積の大きい走査スポット領域Aiについての
スペックルパターンである。従って、前記デジタル信号
Fiの格納アドレスに対応する走査スポット領域の位置と
して、測定スポット領域Ai′の位置を前記走査スポット
ピッチ（0.5mm）から一定誤差範囲内で割り出すことが
出来る。
の基礎となったスペックルパターンは、実際にレーザビ
ームが照射されている測定スポット領域Ai′と重なり且
つ最も重複面積の大きい走査スポット領域Aiについての
スペックルパターンである。従って、前記デジタル信号
Fiの格納アドレスに対応する走査スポット領域の位置と
して、測定スポット領域Ai′の位置を前記走査スポット
ピッチ（0.5mm）から一定誤差範囲内で割り出すことが
出来る。
尚、前述の如く走査ステップにて、各走査スポット領
域の間隔が測定され記憶されている場合、或は該間隔の
近似値が判明している場合は、実測開始以後のスポット
領域間隔を読み出して積算することによって、測定スポ
ット領域Ai′の位置を算出することが可能である。
域の間隔が測定され記憶されている場合、或は該間隔の
近似値が判明している場合は、実測開始以後のスポット
領域間隔を読み出して積算することによって、測定スポ
ット領域Ai′の位置を算出することが可能である。
又、演算処理回路（８）は、最大の相関ピーク値が得
られた相互相関関数の分布から、第５図に示すピーク位
置δを求め、該ピーク位置δに基づいて、第４図に示す
走査スポット領域Aiと測定スポット領域Ai′との位置ず
れΔＸを算出する。
られた相互相関関数の分布から、第５図に示すピーク位
置δを求め、該ピーク位置δに基づいて、第４図に示す
走査スポット領域Aiと測定スポット領域Ai′との位置ず
れΔＸを算出する。
更に演算処理回路（８）は、前記走査スポット領域Ai
の位置として割り出された移動量の計算結果に対し、前
記位置ずれΔＸに基づく補正を施すことにより、測定ス
ポット領域Ai′の位置、即ち移動物体（２）の移動量を
正確に計算し、その結果を出力する。
の位置として割り出された移動量の計算結果に対し、前
記位置ずれΔＸに基づく補正を施すことにより、測定ス
ポット領域Ai′の位置、即ち移動物体（２）の移動量を
正確に計算し、その結果を出力する。
前記出力信号は、例えば表示器（図示省略）へ供給し
て、移動量をデジタル表示することが可能である。
て、移動量をデジタル表示することが可能である。
又、上記測定装置をロボットアーム等の自動位置決め
装置に応用する場合は、演算処理回路（８）によって第
５図に示す位置ずれδが零になった時点を検知して、該
検知信号を制御対象となるモータ駆動回路等へ供給すれ
ば、高精度の位置決めが可能となる。
装置に応用する場合は、演算処理回路（８）によって第
５図に示す位置ずれδが零になった時点を検知して、該
検知信号を制御対象となるモータ駆動回路等へ供給すれ
ば、高精度の位置決めが可能となる。
尚この場合、走査ステップにて、位置決めの目標とな
る各位置に夫々走査スポット領域を設定しておくことに
より、演算処理回路（８）は、最大の相関ピーク値が所
定値を上回った時点、例えば正規化された相関ピーク値
が略１となった時点で、該相関ピーク値算出の基礎とな
ったイメージ信号のメモリ（６）内の格納位置に応じた
出力信号を発生すれば可く、第５図に示すピーク位置の
ずれに基づく移動量の算出は省略出来る。
る各位置に夫々走査スポット領域を設定しておくことに
より、演算処理回路（８）は、最大の相関ピーク値が所
定値を上回った時点、例えば正規化された相関ピーク値
が略１となった時点で、該相関ピーク値算出の基礎とな
ったイメージ信号のメモリ（６）内の格納位置に応じた
出力信号を発生すれば可く、第５図に示すピーク位置の
ずれに基づく移動量の算出は省略出来る。
本発明に係る変位測定方法によれば、前記走査ステッ
プを１回実行すれば、その後は実測ステップのみを実行
することにより、移動物体（２）に対して特別なスケー
ル等を取り付けることなく、然も非接触にて、移動物体
（２）の変位をリアルタイムで測定出来る。この際、第
３図に示す走査スポット領域のピッチを可及的に小さく
することによって、測定精度を上げることが出来る。
プを１回実行すれば、その後は実測ステップのみを実行
することにより、移動物体（２）に対して特別なスケー
ル等を取り付けることなく、然も非接触にて、移動物体
（２）の変位をリアルタイムで測定出来る。この際、第
３図に示す走査スポット領域のピッチを可及的に小さく
することによって、測定精度を上げることが出来る。
尚、図面及び上記実施例の説明は、本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或は範囲を濃縮する様に解すべきではない。
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或は範囲を濃縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請
求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であ
ることは勿論である。
求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であ
ることは勿論である。
例えば、第１図の一次元イメージセンサ（３）を二次
元イメージセンサに置き換えれば、物体（２）の二次元
方向の変位量を測定することが可能である。
元イメージセンサに置き換えれば、物体（２）の二次元
方向の変位量を測定することが可能である。
又第２図に示す様に、ドラム状の回転物体（23）の外
周面（24）にレーザビームを照射すれば、該回転物体
（23）の回転角度を測定することが出来、これによって
ロータリーエンコーダを構成することも可能である。
周面（24）にレーザビームを照射すれば、該回転物体
（23）の回転角度を測定することが出来、これによって
ロータリーエンコーダを構成することも可能である。
第１図は本発明に係る変位測定装置の構成例を示す図、
第２図は変位測定装置の他の構成例を示す図、第３図は
実測ステップでの装置動作を説明する図、第４図はビー
ムスポットの位置ずれを示す図、第５図は相関器から得
られる相互相関関数を示すグラフである。 （１）……半導体レーザ、（３）……イメージセンサ （４）……測定回路、（６）……メモリ （７）……相関器、（８）……演算処理回路
第２図は変位測定装置の他の構成例を示す図、第３図は
実測ステップでの装置動作を説明する図、第４図はビー
ムスポットの位置ずれを示す図、第５図は相関器から得
られる相互相関関数を示すグラフである。 （１）……半導体レーザ、（３）……イメージセンサ （４）……測定回路、（６）……メモリ （７）……相関器、（８）……演算処理回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−320412（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−133003（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−79801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−212773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−196673（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−27203（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−52963（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01D 5/26 - 5/38 G01P 3/36
Claims (5)
- 【請求項１】測定の対象となる物体（２）の表面をレー
ザビームにて物体移動方向に走査し、該物体（２）のレ
ーザ照射面（21）に対向した観測面に現れるスペックル
パターンをイメージ信号に変換し、前記走査に伴って変
化するイメージ信号を、前記レーザ照射面（21）上のレ
ーザビームの照射位置と対応づけてメモリ（６）の複数
の格納部に順次格納した後、物体（２）の変位測定時
に、前記観測面に現れるスペックルパターンのイメージ
信号と、前記メモリ（６）の各格納部に格納されている
複数のイメージ信号との相互相関関数を算出し、最大の
相関ピーク値が得られるイメージ信号のメモリ（６）内
の格納位置に基づいて、物体（２）の変位を検知するこ
とを特徴とする物体の変位測定方法。 - 【請求項２】測定対象物体（２）の表面をレーザビーム
にて走査する過程で、観測面に現れる１時点のスペック
ルパターンをメモリ（６）に格納した後、該スペックル
パターンと、その後の走査に伴って変化するスペックル
パターンとの相互相関関数を繰り返し算出し、相関ピー
ク値が所定値を下回った時点で、レーザビームが照射し
ている位置のスペックルパターンをメモリ（６）内の次
の格納位置に格納する動作を繰り返して、メモリ（６）
内に順次スペックルパターンを記憶する特許請求の範囲
第１項に記載の変位測定方法。 - 【請求項３】移動物体（２）の変位測定時に、最大の相
関ピーク値が得られるイメージ信号のメモリ（６）内の
格納位置に基づいて、移動物体（２）の移動量を一定の
誤差範囲内で検知し、更に前記イメージ信号と観測面に
現れるスペックルパターンのイメージ信号との相互相関
関数のピーク位置を検知し、前記両検知に基づいて、移
動物体（２）の変位量を高精度で算出する特許請求の範
囲第１項に記載の変位測定方法。 - 【請求項４】移動物体（２）の変位測定時に、最大の相
関ピーク値が所定値を上回った時点で、該相関ピーク値
算出の基礎となったイメージ信号のメモリ（６）内の格
納位置に応じた出力信号を発生し、該出力信号は、物体
（２）の自動位置決めを行なう為の制御信号として利用
する特許請求の範囲第１項に記載の変位測定方法。 - 【請求項５】測定対象となる物体の表面に向けてレーザ
ビームを照射するレーザ発生源と、物体表面からの拡散
反射光を受光し得る位置に配置され該拡散反射光のスペ
ックルパターンを検出するイメージセンサー（３）と、
該イメージセンサー（３）から得られるイメージ信号
を、スペックルパターンの相関性が維持されるピッチ
で、物体のレーザビーム照射位置と対応づけて格納する
複数の格納部を有するメモリ（６）と、物体変位測定時
に得られる実測イメージ信号と前記メモリ（６）に格納
されている複数の走査イメージ信号とを次々と照合して
相互相関関数を表わす信号を出力する相関器（７）と、
イメージセンサー（３）を選択的に相関器（７）又はメ
モリ（６）へ接続する切換えスイッチ（５）と、相関器
（７）の出力信号に演算処理を施して物体の変位に応じ
た信号を出力する演算処理回路（８）とから構成される
物体の変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120179A JP2771594B2 (ja) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | 物体の変位測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120179A JP2771594B2 (ja) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | 物体の変位測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02297006A JPH02297006A (ja) | 1990-12-07 |
| JP2771594B2 true JP2771594B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=14779875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1120179A Expired - Fee Related JP2771594B2 (ja) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | 物体の変位測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2771594B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7763875B2 (en) | 2005-09-07 | 2010-07-27 | Romanov Nikolai L | System and method for sensing position utilizing an uncalibrated surface |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2681745B2 (ja) * | 1993-10-08 | 1997-11-26 | 岸本産業株式会社 | レーザ光を利用したスペックルパターンによる被計測物の上下および横移動量の測定方法。 |
| JPH0914914A (ja) * | 1994-06-06 | 1997-01-17 | Kishimoto Sangyo Kk | レーザスペックルパターンによる移動量の測定装置におけるレーザ光の照射方法ならびにその装置 |
| US6642506B1 (en) | 2000-06-01 | 2003-11-04 | Mitutoyo Corporation | Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities |
| US6873422B2 (en) | 2000-12-08 | 2005-03-29 | Mitutoyo Corporation | Systems and methods for high-accuracy displacement determination in a correlation based position transducer |
| CN101496032B (zh) * | 2006-02-27 | 2011-08-17 | 普莱姆传感有限公司 | 使用斑纹解相关的距离映射的方法及设备 |
| US8718319B2 (en) | 2007-06-15 | 2014-05-06 | Cognex Corporation | Method and system for optoelectronic detection and location of objects |
| US8237099B2 (en) | 2007-06-15 | 2012-08-07 | Cognex Corporation | Method and system for optoelectronic detection and location of objects |
| JP5536990B2 (ja) | 2008-05-27 | 2014-07-02 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置 |
| JP5558736B2 (ja) | 2008-05-27 | 2014-07-23 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置及びその制御方法 |
| JP5252995B2 (ja) * | 2008-05-27 | 2013-07-31 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置 |
| JP6320789B2 (ja) * | 2014-02-17 | 2018-05-09 | 株式会社ミツトヨ | 変位検出装置、変位検出システム、及び変位検出方法 |
| CN106123787B (zh) * | 2016-08-30 | 2019-05-28 | 宁波舜宇智能科技有限公司 | 激光位移传感器的控制***和方法 |
| US9962444B2 (en) | 2016-09-27 | 2018-05-08 | Shane Malek | Pharmacokinetically extended action topical hair growth formulation, and administration method |
| CN112595238B (zh) * | 2020-11-25 | 2022-09-27 | 四川云盾光电科技有限公司 | 一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5952963B2 (ja) * | 1979-08-09 | 1984-12-22 | 理化学研究所 | 変形の測定方法 |
| JPS5979801A (ja) * | 1982-10-29 | 1984-05-09 | Hitachi Ltd | 情報媒体の変位変動測定装置 |
-
1989
- 1989-05-11 JP JP1120179A patent/JP2771594B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7763875B2 (en) | 2005-09-07 | 2010-07-27 | Romanov Nikolai L | System and method for sensing position utilizing an uncalibrated surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02297006A (ja) | 1990-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2771594B2 (ja) | 物体の変位測定方法及び装置 | |
| JP3511450B2 (ja) | 光学式測定装置の位置校正方法 | |
| US5319442A (en) | Optical inspection probe | |
| EP1160538B1 (en) | Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities | |
| US5594242A (en) | Position detecting apparatus which uses a continuously moving light spot | |
| JP4215220B2 (ja) | 表面検査方法及び表面検査装置 | |
| WO1998053327A1 (en) | Method and device for contactless measuring of movement | |
| US5061860A (en) | Deformation measuring method and device using comb-type photosensitive element array | |
| JPH0123041B2 (ja) | ||
| JP2987540B2 (ja) | 三次元スキャナー | |
| JPH0612252B2 (ja) | 三次元形状の自動測定方法 | |
| JP3607821B2 (ja) | 面傾斜角度測定機 | |
| JPH0226164B2 (ja) | ||
| JP2626611B2 (ja) | 物体形状測定方法 | |
| JPH06258040A (ja) | レーザー変位計 | |
| JPH08327337A (ja) | ３次元形状測定装置 | |
| JP2524746B2 (ja) | 表面粗さ計測装置 | |
| JPS6133442B2 (ja) | ||
| JP3192461B2 (ja) | 光学的測定装置 | |
| JP3638639B2 (ja) | 位置検出装置 | |
| JPH0334563B2 (ja) | ||
| JP4031124B2 (ja) | 光学式孔形状測定方法および測定装置 | |
| JPH07198347A (ja) | プランジヤ測定装置 | |
| JP2866566B2 (ja) | 三次元形状入力装置 | |
| JP3287263B2 (ja) | 高さ計測装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |