JP7070281B2

JP7070281B2 - Distance measurement method and distance measurement device

Info

Publication number: JP7070281B2
Application number: JP2018176613A
Authority: JP
Inventors: 伸一大島; 良仁伊勢居; 達朗本田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: JP2020046368A

Description

本発明は、距離測定方法及び距離測定装置に関する。 The present invention relates to a distance measuring method and a distance measuring device.

鉄鋼製品の製造現場は、工場内に粉塵が漂っていたり、被測定対象物が高温であったり、被測定対象物や雰囲気の温度変動が大きかったりする条件下で、高精度に被測定対象物までの距離を測定し、その寸法や形状を算出する必要がある。このような悪環境下で被測定対象物までの距離を測定して被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置として、例えば、特許文献１に示すように、ＦＳＦレーザ（周波数シフト帰還型レーザ：Frequency-Shifted Feedback Laser）光源を利用した距離測定装置が知られている。 At the manufacturing site of steel products, the object to be measured is highly accurate under the conditions that dust is floating in the factory, the object to be measured is high temperature, and the temperature fluctuation of the object to be measured and the atmosphere is large. It is necessary to measure the distance to and calculate its dimensions and shape. As a distance measuring device that measures the distance to the object to be measured in such an adverse environment and measures the distance to the object to be measured, for example, as shown in Patent Document 1, an FSF laser (frequency shift feedback type). Laser: Frequency-Shifted Feedback Laser) A distance measuring device using a light source is known.

一般的に、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、レーザ発振器から出射される周波数変調された光を、参照光と測定光とに分岐し、測定光を被測定対象物に照射して、被測定対象物の表面（測定面）で反射して戻ってきた反射光を光検出部に入射させる。一方、参照光は、距離測定装置内の所定の光路長を有する経路を介して光検出部に入射される。 Generally, in a distance measuring device using a laser beam whose frequency is modulated with respect to such a time, the frequency-modulated light emitted from the laser oscillator is branched into a reference light and a measurement light for measurement. The object to be measured is irradiated with light, and the reflected light reflected by the surface (measurement surface) of the object to be measured is incident on the light detection unit. On the other hand, the reference light is incident on the photodetector through a path having a predetermined optical path length in the distance measuring device.

光がレーザ発振器を出てから、被測定対象物の測定面での反射を経て、反射光として光検出部に至るまでの経路と、光がレーザ発振器を出てから参照光として光検出部に至るまでの経路とでは、光路長が通常異なる。よって、光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間も、反射光と参照光とでは異なっている。 The path from the light leaving the laser oscillator to the light detection unit as reflected light through the reflection on the measurement surface of the object to be measured, and the light detection unit as reference light after the light exits the laser oscillator. The optical path length is usually different from the path leading up to it. Therefore, the time required from the light leaving the laser oscillator to the photodetector is also different between the reflected light and the reference light.

レーザ発振器から出射される光の周波数は、操作者が事前に把握してある所定の規則（三角波、櫛状波、正弦波等）に基づき時間と共に常に変化しているので、光検出部に入射する反射光と参照光とでは周波数が異なることになる。従って、光検出部においては反射光と参照光との干渉により、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート（うなり）信号が検出される。 Since the frequency of the light emitted from the laser oscillator is constantly changing with time based on a predetermined rule (triangular wave, comb-shaped wave, sine wave, etc.) that the operator knows in advance, it is incident on the light detection unit. The frequency of the reflected light and the reference light will be different. Therefore, in the light detection unit, a beat signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light is detected due to the interference between the reflected light and the reference light.

ビート信号の周波数（ビート周波数）は、測定光がレーザ発振器を出てから反射光として光検出部に至るまでに要した時間と、参照光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間との差の時間における、レーザ発振器の発振周波数の変化量に等しい。従って、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、被測定対象物までの距離を測定できる。 The frequency of the beat signal (beat frequency) is the time required from the measurement light leaving the laser oscillator to the light detection unit as reflected light, and the time from the reference light exiting the laser oscillator to the light detection unit. It is equal to the amount of change in the oscillation frequency of the laser oscillator in the time difference from the required time. Therefore, in a distance measuring device using a laser beam whose frequency is modulated with respect to such time, the distance to the object to be measured can be measured by converting the beat frequency into the difference in the optical path length.

そして、被測定対象物までの距離が分かることで、測定面の位置情報や速度情報等から、被測定対象物の形状を知ることもできる。そのため、距離測定装置を形状測定装置としても用いることが可能である。 Then, by knowing the distance to the object to be measured, it is possible to know the shape of the object to be measured from the position information, the speed information, and the like of the measurement surface. Therefore, the distance measuring device can also be used as a shape measuring device.

ここで、例えば、鉄鋼製品の製造現場に距離測定装置を用いた例で説明すると、図５に示すように、図示しない搬送ローラにより、被測定対象物となる鋼板Ｐが所定の移動方向Ｘ（この場合、鋼板Ｐの測定面の面方向に沿った一方向）に搬送されている場合に、所定の速度（通板速度とも称する）Ｖで移動する鋼板Ｐの測定面に対し、距離測定装置の測定ヘッド５から測定光が垂直に照射される。鋼板Ｐの測定面で反射して戻ってきた反射光は測定ヘッド５で受光され、光検出部（図示せず）へと送られる。 Here, for example, to explain using an example of using a distance measuring device at a steel product manufacturing site, as shown in FIG. 5, a transfer roller (not shown) causes a steel plate P to be measured to move in a predetermined moving direction X ( In this case, a distance measuring device with respect to the measuring surface of the steel plate P that moves at a predetermined speed (also referred to as a plate passing speed) V when being conveyed in one direction along the surface direction of the measuring surface of the steel plate P. The measurement light is vertically emitted from the measurement head 5 of the above. The reflected light reflected by the measurement surface of the steel plate P and returned is received by the measurement head 5 and sent to the photodetector (not shown).

距離測定装置は、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート（うなり）信号を検出し、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、移動している鋼板Ｐの測定面までの距離をリアルタイムで測定している。 The distance measuring device detects a beat signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light, and converts the beat frequency into a difference in the optical path length to convert the measurement surface of the moving steel plate P into a measuring surface. The distance to is measured in real time.

特開２０１６－８０４０９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-80409

しかしながら、上述したような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置を用い、鋼板Ｐが移動方向Ｘに沿って移動する速度Ｖを５０ｍｐｍ、１００ｍｐｍ、１５０ｍｐｍに変えて、それぞれ鋼板Ｐの測定面までの距離を測定したところ、本来同じ値となるはずの鋼板Ｐまでの距離（所定位置からの板高さ）が、図６に示すように、速度Ｖによって異なった値として検出されることが確認された。 However, using a distance measuring device using a laser beam whose frequency is modulated with respect to the time as described above, the speeds V at which the steel plate P moves along the moving direction X are changed to 50 mpm, 100 mmp, and 150 mmp, respectively. When the distance to the measurement surface of the steel plate P was measured, the distance to the steel plate P (the height of the plate from the predetermined position), which should be the same value originally, was different depending on the speed V as shown in FIG. It was confirmed that it was detected.

ここで、図６の縦軸は、速度Ｖが０ｍｐｍのときの、距離測定装置の所定位置から鋼板Ｐの測定面までの距離を基準としており、例えば、速度Ｖを５０ｍｐｍとすると、板高さが基準から約１ｍｍシフトし、速度Ｖを１００ｍｐｍとすると、板高さが基準から約２ｍｍシフトし、速度Ｖを１５０ｍｐｍとすると、板高さが基準から約３ｍｍシフトした値となることを確認した。 Here, the vertical axis of FIG. 6 is based on the distance from the predetermined position of the distance measuring device to the measurement surface of the steel plate P when the speed V is 0 mpm. For example, when the speed V is 50 mmp, the plate height. Is shifted by about 1 mm from the standard, and when the speed V is 100 mpm, the plate height is shifted by about 2 mm from the standard, and when the speed V is 150 mmp, the plate height is shifted by about 3 mm from the standard. ..

そのため、鉄鋼製品の製造現場等では、種々の鋼板Ｐが搬送されており、更に、その際の速度Ｖが異なることもあることから、鋼板Ｐまでの距離の測定値が、その都度異なる値として検出されるとすると、鋼板Ｐの形状を高精度に測定することができない。 Therefore, various steel plates P are transported at the manufacturing site of steel products, and the speed V at that time may be different. Therefore, the measured value of the distance to the steel plate P is different each time. If it is detected, the shape of the steel plate P cannot be measured with high accuracy.

そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被測定対象物までの距離を、従来よりも高精度に測定できる距離測定方法及び距離測定装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a distance measuring method and a distance measuring device capable of measuring the distance to the object to be measured with higher accuracy than before. And.

本発明の距離測定方法は、被測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を、レーザ発振器で発振して出射するレーザ発振ステップと、相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を測定ヘッドから照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を前記測定ヘッドで受光する照射・受光ステップと、前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析ステップと、前記ビート周波数から前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出ステップと、前記距離算出ステップで算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理ステップと、を有し、前記演算処理ステップは、前記レーザ光の波長を取得する波長取得ステップと、前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得ステップと、前記速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得ステップで取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出ステップと、前記波長取得ステップで取得した前記波長と、前記速度取得ステップで求めた前記速度と、前記光軸角度算出ステップで求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出ステップと、を有し、前記距離算出ステップは、前記周波数解析ステップで取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、ものである。 The distance measuring method of the present invention is a distance measuring method for measuring a distance to an object to be measured, and is a laser oscillation step in which a laser beam whose frequency is modulated with respect to time is oscillated by a laser oscillator and emitted. An irradiation / light receiving step in which the relatively moving object to be measured is irradiated with the laser light emitted from the laser oscillator from the measurement head, and the reflected light reflected by the object to be measured is received by the measurement head. A frequency analysis step for acquiring a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and a reference light emitted from the laser oscillator, and a distance calculation step for calculating the distance from the beat frequency to the object to be measured. And an arithmetic processing step for calculating a frequency shift amount for correcting the distance calculated in the distance calculation step, the arithmetic processing step includes a wavelength acquisition step for acquiring the wavelength of the laser beam. A speed acquisition step for acquiring the speed of the object to be measured with respect to the measurement head and a measurement are performed by changing the speed, and the speed difference is acquired in the speed acquisition step and calculated as a calibration speed. A calibration data calculation step that calculates the difference in beat frequency as the calibration frequency shift amount,
Using the wavelength acquired in the wavelength acquisition step, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head form. The optical axis angle calculation step for calculating the optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser beam emitted from the measuring head on the surface, and the frequency acquired in the frequency acquisition step. The distance calculation step includes a frequency shift amount calculation step for calculating the frequency shift amount from the speed obtained in the speed acquisition step and the optical axis angle obtained in the optical axis angle calculation step. Is to measure the distance to the object to be measured by correcting the beat frequency acquired in the frequency analysis step by using the frequency shift amount.

本発明の距離測定装置は、被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振して出射するレーザ発振器と、相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を受光する測定ヘッドと、前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析部と、前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部で算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理部と、を有し、前記演算処理部は、前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を変えて測定を行い、その速度差を取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出部と、前記レーザ光の波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得部と、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出部と、前記レーザ光の波長と、速度差を取得した際の前記速度と、前記光軸角度算出部で求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出部と、を有し、前記距離算出部は、前記周波数解析部で取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、ものである。 The distance measuring device of the present invention is a distance measuring device that measures a distance to an object to be measured, and moves relatively with a laser oscillator that oscillates and emits a laser beam whose frequency is modulated with respect to time. The measurement head that irradiates the object to be measured with the laser light emitted from the laser oscillator to receive the reflected light reflected by the object to be measured, the reflected light received by the measurement head, and the laser oscillator. A frequency analysis unit that acquires a beat frequency based on the reference light emitted from, a distance calculation unit that calculates the distance from the beat frequency to the object to be measured, and a distance calculation unit that corrects the distance calculated by the distance calculation unit. It has an arithmetic processing unit for calculating the frequency shift amount for performing measurement, and the arithmetic processing unit performs measurement by changing the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, and obtains and calibrates the speed difference. The calibration data calculation unit, which calculates the difference in beat frequency as the calibration frequency shift amount, the wavelength of the laser beam, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount. On the surface formed by the speed acquisition unit that acquires the velocity of the object to be measured with respect to the measurement head, the moving direction of the object to be measured, and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head. When the optical axis angle calculation unit that calculates the optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head, the wavelength of the laser beam, and the speed difference are acquired. It has a frequency shift amount calculation unit that calculates the frequency shift amount from the speed and the optical axis angle obtained by the optical axis angle calculation unit, and the distance calculation unit is acquired by the frequency analysis unit. The beat frequency is corrected by using the frequency shift amount to measure the distance to the object to be measured.

本発明によれば、速度が異なる際に生じる、被測定対象物までの距離の測定値のずれを、被測定対象物の速度を基に補正できるので、被測定対象物までの距離を、従来よりも高精度に測定できる。 According to the present invention, the deviation of the measured value of the distance to the object to be measured, which occurs when the speed is different, can be corrected based on the speed of the object to be measured. It can be measured with higher accuracy.

測定光の光軸角度の説明に供する概略図である。It is a schematic diagram provided for the explanation of the optical axis angle of the measurement light. 本発明の距離測定装置の全体構成を示したブロック図である。It is a block diagram which showed the whole structure of the distance measuring apparatus of this invention. ＦＳＦレーザ光のチャープ周波数コム出力を模式的に表した概略図である。It is a schematic diagram schematically showing the chirp frequency comb output of the FSF laser beam. 周波数シフト量を基に、図６に示した板高さを補正した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having corrected the plate height shown in FIG. 6 based on the frequency shift amount. 搬送されている鋼板に対して測定光を照射する測定ヘッドを示した概略図である。It is a schematic diagram which showed the measuring head which irradiates the measured light with respect to the conveyed steel plate. 速度が異なることにより生じる板高さの変化量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of change of the plate height caused by the difference in speed.

以下図面について、本発明の一実施形態を詳述する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

＜速度が異なることにより生じる測定距離の変化についての考察＞
本発明者らは、周波数が時間に対して変調するＦＳＦ（Frequency-Shifted Feedback）レーザ光を発振するレーザ発振器を備えた距離測定装置（即ち、ＦＳＦレーザ距離計）を用い、光軸に対して垂直方向に移動する鋼板Ｐの測定面までの距離を測定した場合、速度によって測定距離（測定結果。見掛け上の距離）が変化してしまうことを確認した。そこで、本発明者らは、このような測定距離が変化する原因について鋭意検討を行った。 <Consideration of changes in measurement distance caused by different speeds>
The present inventors use a distance measuring device (that is, an FSF laser distance meter) equipped with a laser oscillator that oscillates an FSF (Frequency-Shifted Feedback) laser beam whose frequency is modulated with time, with respect to the optical axis. When the distance to the measurement surface of the steel plate P moving in the vertical direction was measured, it was confirmed that the measurement distance (measurement result, apparent distance) changes depending on the speed. Therefore, the present inventors have diligently investigated the cause of such a change in the measurement distance.

その結果、本発明者らは、ＦＳＦレーザ距離計を用いて、移動している鋼板Ｐの形状を測定する際に、測定距離がシフトしてしまうのは、ＦＳＦレーザ光（以下、単にレーザ光とも称する）がドップラーシフトによる影響を受けていると考えられることを見出した。より具体的には、測定距離がシフトする原因として、図１に示すように、鋼板Ｐの測定面に対して測定光の光軸ａ_ｘに、作業者の意図しない微小な傾きがあることで、ドップラーシフトの影響を受けていると推測した。 As a result, when measuring the shape of the moving steel plate P using the FSF laser rangefinder, the present inventors shift the measurement distance by the FSF laser beam (hereinafter, simply laser beam). Also called) was found to be considered to be affected by the Doppler shift. More specifically, as shown in FIG. 1, the cause of the shift in the measurement distance is that the optical _axis ax of the measurement light with respect to the measurement surface of the steel plate P has a minute inclination unintended by the operator. , I speculated that it was affected by the Doppler shift.

ここで、測定ヘッド５から照射されるレーザ光（測定光）の光軸ａ_ｘの傾き（以下、光軸角度θと称する）とは、鋼板Ｐが移動する方向（移動方向Ｘ）及び照射されるレーザ光の光軸がなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向Ｚと、照射されるレーザ光の光軸ａ_ｘと、がなす角度である。 Here, the inclination of the optical _axis ax of the laser beam (measurement light) emitted from the measurement head 5 (hereinafter referred to as the optical axis angle θ) is the direction in which the steel plate P moves (movement direction X) and the irradiation. It is an angle formed by the direction Z perpendicular to the moving direction _X and the optical axis ax of the irradiated laser light on the surface formed by the optical axis of the laser light.

測定光の光軸ａ_ｘに傾きがある場合、ドップラーシフトにより周波数ｆ_０がシフトされた反射光が鋼板Ｐから反射されてくる。そのため、ＦＳＦレーザ光を用いた距離測定装置では、参照光と反射光の周波数差に基づいて距離を算出することから、結果として、図６に示したように、測定距離が変化した可能性があると推測される。 When the optical _axis ax of the measurement light is inclined, the reflected light whose frequency f ₀ is shifted by the Doppler shift is reflected from the steel plate P. Therefore, in the distance measuring device using the FSF laser light, the distance is calculated based on the frequency difference between the reference light and the reflected light, and as a result, it is possible that the measured distance has changed as shown in FIG. It is presumed that there is.

そこで、被測定対象物（鋼板Ｐ）が静止状態にある場合に、測定距離がＺ方向に１ｍｍ変化（すなわち、反射光の光路が２ｍｍ変化）すると、これに応じて反射光の周波数が約０．０４４ＭＨｚシフトする特性を持つＦＳＦレーザ距離計を使用し、図１中に示した下記の式（１）を基に、光軸角度θ（ｒａｄ）について検討した。 Therefore, when the object to be measured (steel plate P) is in a stationary state and the measurement distance changes by 1 mm in the Z direction (that is, the optical path of the reflected light changes by 2 mm), the frequency of the reflected light changes accordingly. Using an FSF laser rangefinder having a characteristic of shifting by 0.44 MHz, the optical axis angle θ (rad) was examined based on the following equation (1) shown in FIG.

ｆ_Ｄ＝２Ｖ・ｓｉｎθ／λ … （１）
なお、ｆ_Ｄ（Ｈｚ）はＺ方向の単位距離当たりの周波数シフト量を示し、Ｖ（ｍ／ｓ）は被測定対象物の測定ヘッド５に対する相対速度を示し、λ（ｍ）はレーザ光の波長を示す。 f _D = 2V · sin θ / λ… (1)
Note that f _D (Hz) indicates the amount of frequency shift per unit distance in the Z direction, V (m / s) indicates the relative velocity of the object to be measured with respect to the measurement head 5, and λ (m) indicates the laser beam. Indicates the wavelength.

ここでは、周波数シフト量ｆ_Ｄを０．０４４ＭＨｚ（４．４×１０^４Ｈｚ）とし、鋼板Ｐが移動方向Ｘに移動する速度Ｖを５０ｍｐｍ（＝０．８３ｍ／ｓ）とし、レーザ発振器のＦＳＦレーザ光の波長λを１５５０ｎｍ（＝１．５５０×１０^－６ｍ）として、上記の式（１）を基に光軸角度θを算出したところ、光軸角度θは２．４度となった。すなわち、このことは、光軸ａ_ｘが２．４度傾くと、測定距離が約１ｍｍ（＝１．０×１０^－３ｍ）シフトすることを示す。 Here, the frequency shift amount f _D is 0.044 MHz ( ^4.4 × 104 Hz), the speed V at which the steel plate P moves in the moving direction X is 50 mpm (= 0.83 m / s), and the FSF of the laser oscillator is set. When the optical axis angle θ was calculated based on the above equation (1) with the wavelength λ of the laser beam set to 1550 nm (= 1.550 × ^10-6 m), the optical axis angle θ was 2.4 degrees. .. That is, this indicates that when the optical axis ax is tilted by 2.4 degrees, the measurement distance shifts by about 1 mm (= 1.0 _× 10 ^-3 m).

ここで、鉄鋼製品の製造現場では、ＦＳＦレーザ光を用いた距離測定装置を使用する際、通常、鋼板Ｐの測定面に対して照射される測定光の光軸角度θが、０度（すなわち、鋼板Ｐの移動方向Ｘに対して光軸ａ_ｘが垂直）になるように、作業員によって設置作業が行われている。しかしながら、上記の考察結果から、実際には、鉄鋼製品の製造現場においては、作業員が測定光の光軸角度θが０度になるよう調整したとしても、作業員が確認できない微小な傾きが残ってしまい、正確な設置作業を行わせることは難しいと推測される。 Here, at a steel product manufacturing site, when a distance measuring device using an FSF laser beam is used, the optical axis angle θ of the measurement light normally applied to the measurement surface of the steel sheet P is 0 degrees (that is, that is). The installation work is performed by the worker so that the optical axis ax is perpendicular to the moving direction _X of the steel plate P). However, from the above consideration results, in reality, at the manufacturing site of steel products, even if the worker adjusts the optical axis angle θ of the measured light to 0 degrees, there is a slight inclination that the worker cannot confirm. It is presumed that it will remain and it will be difficult to perform accurate installation work.

このため、上記の例では、取り付け精度として、測定光の光軸ａ_ｘが、２．４度程度傾いてしまっているものと考えられる。 Therefore, in the above example, it is considered that the optical _axis ax of the measurement light is tilted by about 2.4 degrees as the mounting accuracy.

そのため、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、作業者が意図しないままに、レーザ光がドップラーシフトによる影響を受けると考えられることから、鋼板Ｐまでの距離を高精度で測定するためには、測定光の光軸ａ_ｘの傾きも厳密に考慮して、測定距離を補正することが必要となる。 Therefore, in a distance measuring device using a laser beam whose frequency is modulated with respect to time, it is considered that the laser beam is affected by the Doppler shift unintentionally by the operator. In order to measure with high accuracy, it is necessary to correct the measurement distance by strictly considering the inclination of the optical _axis ax of the measurement light.

＜本発明の距離測定装置について＞
次に、上述したような考察結果を基に、ドップラーシフトによる影響を補正して、鋼板Ｐまでの距離を高精度で測定できる距離測定装置について以下説明する。図２は、本発明の距離測定装置１の全体構成を示す。距離測定装置１は、ＦＳＦレーザ光を発振するレーザ発振器２、分岐器３、サーキュレータ４、測定ヘッド５、結合器６、光検出部７、周波数解析部９、演算処理部１０、及び距離算出部２０を有する。 <About the distance measuring device of the present invention>
Next, a distance measuring device capable of measuring the distance to the steel plate P with high accuracy by correcting the influence of the Doppler shift based on the above-mentioned consideration results will be described below. FIG. 2 shows the overall configuration of the distance measuring device 1 of the present invention. The distance measuring device 1 includes a laser oscillator 2 that oscillates an FSF laser beam, a branching device 3, a circulator 4, a measuring head 5, a coupler 6, an optical detection unit 7, a frequency analysis unit 9, an arithmetic processing unit 10, and a distance calculation unit. Has 20.

レーザ発振器２は、ＦＳＦレーザ光を発振するレーザ発振器である。ここで、ＦＳＦレーザ光とは、光の周波数を変化させる素子（周波数シフト素子）を備えた共振器（図示せず）を用いて、周波数シフトを受けた光を帰還することにより発振するレーザ光を意味する。 The laser oscillator 2 is a laser oscillator that oscillates an FSF laser beam. Here, the FSF laser light is a laser light oscillated by feeding back the light subjected to the frequency shift by using a resonator (not shown) provided with an element (frequency shift element) for changing the frequency of the light. Means.

図３は、ＦＳＦレーザ光の出力を模式的に表した図である。図３に示すように、ＦＳＦレーザ光は、共振器内の光波が周回ごとに周波数シフトを受けながら、共振器の利得曲線（周波数－振幅曲線）に従って増幅され、減衰して、最終的には消滅する。ＦＳＦレーザ光の発振出力においては、このような瞬時周波数成分が複数、一定の周波数間隔で櫛状に存在している。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the output of the FSF laser beam. As shown in FIG. 3, the FSF laser beam is amplified and attenuated according to the gain curve (frequency-amplitude curve) of the resonator while the light wave in the resonator undergoes a frequency shift for each circuit, and finally. Disappear. In the oscillation output of the FSF laser beam, a plurality of such instantaneous frequency components are present in a comb shape at regular frequency intervals.

図３中、τ_ＲＴは共振器の周回時間を表し、ν_ＦＳは周回あたりの周波数シフト量を表す。１／τ_ＲＴは、共振器の縦モード周波数間隔（チャープ周波数コム間隔）を示し、ｒ_ｓは、ＦＳＦレーザ光の瞬時周波数の単位時間あたりの変化量、すなわち、周波数変調速度を示す。 In FIG. 3, τ _RT represents the orbital time of the resonator, and ν _FS represents the frequency shift amount per orbit. 1 / τ _RT indicates the longitudinal mode frequency interval (chap frequency com interval) of the resonator, and _rs indicates the amount of change in the instantaneous frequency of the FSF laser beam per unit time, that is, the frequency modulation rate.

レーザ発振器２から出力されたレーザ光（ＦＳＦレーザ光）は、光ファイバを介して分岐器３に入射される。分岐器３は、レーザ発振器２から入射されたレーザ光を、測定光と参照光とに分岐する。分岐器３において分岐された測定光は、第１の光ファイバ光路８ａを経由して測定ヘッド５に導かれる。第１の光ファイバ光路８ａは、測定光が分岐器３から出て測定ヘッド５に至るまでの間にサーキュレータ４を有している。サーキュレータ４は、分岐器３からの測定光を測定ヘッド５に出射し、測定ヘッド５から入射した反射光を結合器６に出射する。 The laser light (FSF laser light) output from the laser oscillator 2 is incident on the turnout 3 via the optical fiber. The turnout 3 branches the laser light incident from the laser oscillator 2 into the measurement light and the reference light. The measurement light branched in the turnout 3 is guided to the measurement head 5 via the first optical fiber optical path 8a. The first optical fiber optical path 8a has a circulator 4 before the measurement light exits the turnout 3 and reaches the measurement head 5. The circulator 4 emits the measurement light from the turnout 3 to the measurement head 5, and emits the reflected light incident from the measurement head 5 to the coupler 6.

測定ヘッド５には、第１の光ファイバ光路８ａの端部５ｂと、集光レンズ５ａとが内部に設けられている。測定ヘッド５は、レーザ発振器２から第１の光ファイバ光路８ａを介して伝送された測定光を、第１の光ファイバ光路８ａの端部５ｂから出射して集光レンズ５ａにより集光した後、鋼板Ｐの測定面に向けて照射する。鋼板Ｐは、図示しない搬送ローラにより移動方向Ｘ（鋼板Ｐの平坦な測定面の面方向に沿った一方向）に搬送されており、測定ヘッド５は、所定の速度Ｖで移動する鋼板Ｐの測定面に向けて測定光を照射する。 The measuring head 5 is provided with an end portion 5b of the first optical fiber optical path 8a and a condenser lens 5a inside. The measurement head 5 emits the measurement light transmitted from the laser oscillator 2 via the first optical fiber optical path 8a from the end portion 5b of the first optical fiber optical path 8a and collects the measurement light by the condenser lens 5a. , Irradiate toward the measurement surface of the steel plate P. The steel plate P is transported in the moving direction X (one direction along the surface direction of the flat measurement surface of the steel plate P) by a transport roller (not shown), and the measuring head 5 is a steel plate P moving at a predetermined speed V. The measurement light is irradiated toward the measurement surface.

測定光が鋼板Ｐの測定面で反射することで得られた反射光は、集光レンズ５ａで集光された後、第１の光ファイバ光路８ａの端部５ｂで受光され、第１の光ファイバ光路８ａを経由して結合器６に入射される。具体的には、測定ヘッド５で受光した反射光は、測定光が通った光ファイバと同一の光ファイバを通じてサーキュレータ４に導かれ、サーキュレータ４から光ファイバを通じて結合器６に導かれる。 The reflected light obtained by reflecting the measurement light on the measurement surface of the steel plate P is collected by the condenser lens 5a and then received by the end portion 5b of the first optical fiber optical path 8a, and the first light is received. It is incident on the coupler 6 via the fiber optical path 8a. Specifically, the reflected light received by the measurement head 5 is guided to the circulator 4 through the same optical fiber as the optical fiber through which the measurement light passes, and is guided from the circulator 4 to the coupler 6 through the optical fiber.

一方、分岐器３で分岐された参照光は、第２の光ファイバ光路８ｂを通じて光検出部７に導かれる。具体的には、分岐器３から出射した参照光は、所定の光路長の光ファイバを通じて結合器６に導かれる。結合器６は、参照光と反射光とを、光ファイバを通じて光検出部７に入射させる。 On the other hand, the reference light branched by the turnout 3 is guided to the photodetector 7 through the second optical fiber optical path 8b. Specifically, the reference light emitted from the turnout 3 is guided to the coupler 6 through an optical fiber having a predetermined optical path length. The coupler 6 causes the reference light and the reflected light to enter the photodetector 7 through the optical fiber.

光検出部７は、反射光及び参照光を受光し、電気信号に変換して、周波数解析部９に送出する。光検出部７に同時に入射する反射光と参照光とは、レーザ光がレーザ発振器２を出射してから光検出部７に入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、反射光と参照光との光干渉によりビート信号が発生する。 The photodetector 7 receives the reflected light and the reference light, converts them into electrical signals, and sends them to the frequency analysis unit 9. Since the reflected light and the reference light simultaneously incident on the light detection unit 7 have a frequency difference corresponding to the difference in the optical path length passed from the laser light emitted from the laser oscillator 2 to the time when the laser light is incident on the light detection unit 7. , A beat signal is generated by the optical interference between the reflected light and the reference light.

周波数解析部９は、光検出部７から送られてきた電気信号を解析することで、光検出部７で検出した一群の光において、反射光と参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数を、所定の検出周波数範囲内で検出する。なお、周波数解析部９としては、スペクトラムアナライザ等を用いることができる。 The frequency analysis unit 9 analyzes the electric signal sent from the light detection unit 7, and the beat signal generated by the optical interference between the reflected light and the reference light in the group of light detected by the light detection unit 7. Frequency is detected within a predetermined detection frequency range. A spectrum analyzer or the like can be used as the frequency analysis unit 9.

距離算出部２０は、周波数解析部９で検出されたビート信号の周波数（ビート周波数）を距離に変換する。この距離は、予め設定した基準位置（例えば、第１の光ファイバ光路８ａ上の測定光と参照光との光路差が生じない位置）から、鋼板Ｐの測定面までの距離に基づいて算出されるので、例えば、測定ヘッド５から、鋼板Ｐの測定面までの距離Ｄ１を求める場合には、基準位置から測定ヘッド５までの光ファイバの屈折率等を考慮した光学距離を、上記の算出した距離から差し引くことで求めることができる。 The distance calculation unit 20 converts the frequency (beat frequency) of the beat signal detected by the frequency analysis unit 9 into a distance. This distance is calculated based on the distance from the preset reference position (for example, the position where the optical path difference between the measurement light and the reference light on the first optical fiber optical path 8a does not occur) to the measurement surface of the steel plate P. Therefore, for example, when the distance D1 from the measurement head 5 to the measurement surface of the steel plate P is obtained, the optical distance from the reference position to the measurement head 5 in consideration of the refractive index of the optical fiber and the like is calculated as described above. It can be calculated by subtracting it from the distance.

かかる構成に加えて、本発明の距離測定装置１には演算処理部１０が設けられている。演算処理部１０は、鋼板Ｐの速度Ｖが異なることによりシフトする測定距離を、補正するために用いる周波数シフト量ｆ_Ｄを算出するものである。ここで、測定ヘッド５が固定されて鋼板Ｐが移動する本実施形態の場合、上記の式（１）から、反射光の周波数をシフトさせる周波数シフト量ｆ_Ｄを求めるためには、式（１）に示すように、鋼板Ｐの速度Ｖと、光軸角度θと、レーザ光の波長λとが必要となる。 In addition to this configuration, the distance measuring device 1 of the present invention is provided with a calculation processing unit 10. The arithmetic processing unit 10 calculates the frequency shift amount f _D used for correcting the measurement distance that shifts due to the difference in the speed V of the steel plate P. Here, in the case of the present embodiment in which the measurement head 5 is fixed and the steel plate P moves, the equation (1) is used to obtain the frequency shift amount f _D for shifting the frequency of the reflected light from the above equation (1). ), The velocity V of the steel plate P, the optical axis angle θ, and the wavelength λ of the laser beam are required.

レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。速度Ｖについては、鋼板Ｐを搬送する搬送ローラの設定速度を用いたり、あるいは、レーザドップラー速度計等で鋼板Ｐの実際の速度Ｖを測定したりすることで取得可能である。 The wavelength λ of the laser beam can be obtained by measuring in advance with a spectroscope or the like. The speed V can be obtained by using the set speed of the transport roller that conveys the steel plate P, or by measuring the actual speed V of the steel plate P with a laser Doppler speedometer or the like.

測定ヘッド５から照射される測定光の光軸角度θは、鋼板Ｐの移動方向Ｘと、鋼板Ｐの移動方向Ｘに垂直な方向Ｚと、測定光の光軸ａ_ｘとのなす角で決まるため、直接測定することが困難である。また、鋼板Ｐの測定面に対して照射する測定光の光軸角度θは、本来、０度になるように作業員によって設置されるものの、実際には、鉄鋼製品の製造現場において、光軸角度θを０度になるように、測定ヘッド５を正確に設置することは難しいと推測される。 The optical axis angle θ of the measurement light emitted from the measurement head 5 is determined by the angle formed by the moving direction _X of the steel plate P, the direction Z perpendicular to the moving direction X of the steel plate P, and the optical axis ax of the measuring light. Therefore, it is difficult to measure directly. Further, although the optical axis angle θ of the measurement light irradiating the measurement surface of the steel plate P is originally set by the worker so as to be 0 degrees, the optical axis is actually set at the steel product manufacturing site. It is presumed that it is difficult to accurately install the measuring head 5 so that the angle θ becomes 0 degrees.

そこで、例えば、予め、被測定対象物の試験サンプルとなる鋼板Ｐ（試験片）を移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させ、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した各反射光の周波数の差を、周波数シフト量ｆ_Ｄ１として算出する。また、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を、校正用の速度Ｖ_Ｄ１として算出する。 Therefore, for example, the steel plate P (test piece) to be the test sample of the object to be measured is moved in advance along the moving direction X at a plurality of speeds V ₁ and V ₂ , and when these speeds V ₁ and V ₂ are set. The difference in frequency of each detected reflected light is calculated as the frequency shift amount f _D1 . Further, the speed difference between the speeds V ₁ and V ₂ is calculated as the speed V _{D 1} for calibration.

これにより、測定光の光軸角度θは、レーザ光の波長λと、校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、校正用の速度Ｖ_Ｄ１での周波数シフト量ｆ_Ｄ１とを用い、上記の式（１）（すなわち、ｆ_Ｄ１＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ／λ）から算出することができる。ここで、周波数シフト量ｆ_Ｄ１は、光軸角度θを算出するために用いるものであり、以下これを校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１と称する。また、速度Ｖ_Ｄ１は、光軸角度θを算出するために用いるものであり、以下これを校正用速度Ｖ_Ｄ１と称する。 As a result, the optical axis angle θ of the measurement light uses the wavelength λ of the laser light, the speed V _D1 for calibration, and the frequency shift amount f _D1 at the speed V _D1 for calibration, and the above equation (1) is used. (That is, it can be calculated from f _D1 = 2V _D1 · Sin θ / λ). Here, the frequency shift amount f _D1 is used for calculating the optical axis angle θ, and hereinafter, this is referred to as a calibration frequency shift amount f _D1 . Further, the speed V _D1 is used for calculating the optical axis angle θ, and hereinafter, this is referred to as a calibration speed V _D1 .

ここで、校正用速度Ｖ_Ｄ１を算出する速度Ｖ_１，Ｖ_２としては、０ｍｐｍ及び５０ｍｐｍ（＝０．８３ｍ／ｓ）や、５０ｍｐｍ（＝０．８３ｍ／ｓ）及び１００ｍｐｍ（＝１．６７ｍ／ｓ）等、種々の速度を適用することができる。また、光軸角度θを算出する際に用いる複数の速度としては、速度Ｖ_１，Ｖ_２の２つとしたが、本発明はこれに限らず、２つ以上であれば種々の数の速度Ｖ_１，Ｖ_２，…を用いてもよい。 Here, the speeds V ₁ and V ₂ for calculating the calibration speed V _D 1 are 0 mpm and 50 mmp (= 0.83 m / s), 50 mmp (= 0.83 m / s) and 100 mmp (= 1.67 m / s). Various speeds such as s) can be applied. Further, the plurality of speeds used when calculating the optical axis angle θ are two speeds V ₁ and V ₂ , but the present invention is not limited to this, and if there are two or more speeds, various speeds V are used. ₁ , V2, ... _May be used.

以上のようにして光軸角度θを算出した後、実際に移動方向Ｘに沿って速度Ｖで移動している鋼板Ｐの形状を新たに測定し始める際には、当該鋼板Ｐの速度Ｖを取得すれば、以上の方法で予め算出した測定光の光軸角度θと、レーザ光の波長λとを用い、上記の式（１）から、測定距離を補正するために用いる周波数シフト量ｆ_Ｄを算出することができる。 After calculating the optical axis angle θ as described above, when starting to newly measure the shape of the steel plate P actually moving at the speed V along the moving direction X, the speed V of the steel plate P is set. Once acquired, the frequency shift amount f _D used to correct the measurement distance from the above equation (1) using the optical axis angle θ of the measurement light calculated in advance by the above method and the wavelength λ of the laser light. Can be calculated.

図２に示す演算処理部１０は、鋼板Ｐの速度Ｖと、光軸角度θと、レーザ光の波長λとを取得し、上記の式（１）から周波数シフト量ｆ_Ｄを算出するものである。この場合、演算処理部１０は、光軸角度取得部１１、速度取得部１２、波長取得部１３、及び周波数シフト量算出部１８を有している。このうち光軸角度取得部１１と速度取得部１２と波長取得部１３とで取得部を構成する。 The arithmetic processing unit 10 shown in FIG. 2 acquires the velocity V of the steel plate P, the optical axis angle θ, and the wavelength λ of the laser beam, and calculates the frequency shift amount f _D from the above equation (1). be. In this case, the arithmetic processing unit 10 has an optical axis angle acquisition unit 11, a speed acquisition unit 12, a wavelength acquisition unit 13, and a frequency shift amount calculation unit 18. Of these, the optical axis angle acquisition unit 11, the velocity acquisition unit 12, and the wavelength acquisition unit 13 constitute an acquisition unit.

この実施形態の場合、光軸角度取得部１１は、校正用データ算出部１５及び光軸角度算出部１６を有しており、測定光の光軸角度θを演算により算出する。校正用データ算出部１５は、例えば、鋼板Ｐを移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させたときに、それぞれ光検出部７で受光した各反射光と参照光との干渉によって生じるビート周波数を検出する。校正用データ算出部１５は、速度Ｖ_１，Ｖ_２のときに光検出部７で検出された、２つのビート周波数の周波数差を、校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１として算出する。 In the case of this embodiment, the optical axis angle acquisition unit 11 has a calibration data calculation unit 15 and an optical axis angle calculation unit 16, and calculates the optical axis angle θ of the measurement light by calculation. For example, when the steel plate P is moved at a plurality of speeds V ₁ and V ₂ along the moving direction X, the calibration data calculation unit 15 has the reflected light and the reference light received by the light detection unit 7, respectively. Detects the beat frequency caused by interference. The calibration data calculation unit 15 calculates the frequency difference between the two beat frequencies detected by the optical detection unit 7 at the speeds V ₁ and V ₂ as the calibration frequency shift amount f _D1 .

また、校正用データ算出部１５は、速度取得部１２から速度Ｖ_１，Ｖ_２に関するデータを取得し、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を校正用速度Ｖ_Ｄ１として算出する。なお、速度取得部１２は、例えば、鋼板Ｐを搬送する搬送ローラの設定速度を速度Ｖ（速度Ｖ_１，Ｖ_２）として取得したり、あるいは、レーザドップラー速度計等の計測手段により速度Ｖ（速度Ｖ_１，Ｖ_２）を実際に測定して取得するものである。 Further, the calibration data calculation unit 15 acquires data related to the speeds V ₁ and V ₂ from the speed acquisition unit 12, and calculates the speed difference between the speeds V ₁ and V ₂ as the calibration speed V _{D 1} . The speed acquisition unit 12 acquires, for example, the set speed of the transport roller that conveys the steel plate P as the speed V (speeds V ₁ , V ₂ ), or the speed V (speed V (speed V 1, V 2) by a measuring means such as a laser Doppler speedometer. _The velocities V1 and V2) _are actually measured and acquired.

光軸角度算出部１６は、校正用データ算出部１５で取得した校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１及び校正用速度Ｖ_Ｄ１に関するデータを受け取るとともに、波長取得部１３で取得した、レーザ光の波長λを受け取る。なお、波長取得部１３は、例えば、分光器等であり、レーザ発振器２で発振されるレーザ光の波長λを測定することで、波長λを取得するものである。 The optical axis angle calculation unit 16 receives data on the calibration frequency shift amount f _D1 and the calibration speed V _D1 acquired by the calibration data calculation unit 15, and also receives the wavelength λ of the laser beam acquired by the wavelength acquisition unit 13. receive. The wavelength acquisition unit 13 is, for example, a spectroscope or the like, and acquires the wavelength λ by measuring the wavelength λ of the laser light oscillated by the laser oscillator 2.

光軸角度算出部１６は、校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１、校正用速度Ｖ_Ｄ１、及びレーザ光の波長λを用いて、上記の式（１）から測定光の光軸角度θを算出し、求めた光軸角度θを記憶部（図示せず）に記憶する。 The optical axis angle calculation unit 16 calculates the optical axis angle θ of the measured light from the above equation (1) using the calibration frequency shift amount f _D1 , the calibration speed V _D1 , and the wavelength λ of the laser beam. The obtained optical axis angle θ is stored in a storage unit (not shown).

その後、実際に移動方向Ｘに沿って速度Ｖで移動している鋼板Ｐの形状を測定する際に、以上のようにして算出した光軸角度θ等を使用して周波数シフト量ｆ_Ｄを求め、鋼板Ｐまでの測定距離を補正する。以下、光軸角度θを算出した後に、鋼板Ｐまでの測定距離を補正する、補正処理について説明する。 After that, when measuring the shape of the steel plate P actually moving at a speed V along the moving direction X, the frequency shift amount f _D is obtained by using the optical axis angle θ and the like calculated as described above. , Correct the measurement distance to the steel plate P. Hereinafter, a correction process for correcting the measurement distance to the steel plate P after calculating the optical axis angle θ will be described.

この場合、周波数シフト量算出部１８は、移動方向Ｘに沿って移動している鋼板Ｐの速度Ｖを速度取得部１２から受け取り、また、鋼板Ｐに向けて照射するレーザ光の波長λを波長取得部１３から受け取る。さらに、周波数シフト量算出部１８は、演算により予め求めていた測定光の光軸角度θを光軸角度取得部１１から受け取る。 In this case, the frequency shift amount calculation unit 18 receives the speed V of the steel plate P moving along the moving direction X from the speed acquisition unit 12, and also has the wavelength λ of the laser beam emitted toward the steel plate P. Received from the acquisition unit 13. Further, the frequency shift amount calculation unit 18 receives the optical axis angle θ of the measurement light previously obtained by calculation from the optical axis angle acquisition unit 11.

周波数シフト量算出部１８は、これら速度Ｖ、波長λ及び光軸角度θを用い、上記の式（１）から周波数シフト量ｆ_Ｄを算出し、これを距離算出部２０に送出する。 The frequency shift amount calculation unit 18 calculates the frequency shift amount f _D from the above equation (1) using these speed V, wavelength λ, and optical axis angle θ, and sends this to the distance calculation unit 20.

距離算出部２０は、周波数解析部９から送られてきた、反射光と参照光との光干渉により発生したビート信号の周波数（ビート周波数）を、光路長の差に変換することで、予め設定した基準位置から、鋼板Ｐの測定面までの距離を算出する。この際、鋼板Ｐが移動している場合には、ビート周波数は周波数シフト量ｆ_Ｄの周波数シフトを受けている。そのため、距離算出部２０は、演算処理部１０で求めた周波数シフト量ｆ_Ｄの値を用いて、速度Ｖが異なることにより生じていた周波数シフトの影響を補正することで、補正測定距離（板高さ）を求めることができる。ここで、図４は、実施例として、演算処理部１０により速度毎に求めた周波数シフト量ｆ_Ｄを用いて、図６に示した測定距離（板高さ）をそれぞれ補正したときの結果を示す。 The distance calculation unit 20 sets in advance by converting the frequency (beat frequency) of the beat signal generated by the optical interference between the reflected light and the reference light sent from the frequency analysis unit 9 into the difference in the optical path length. The distance from the reference position to the measurement surface of the steel plate P is calculated. At this time, when the steel plate _P is moving, the beat frequency is subjected to the frequency shift of the frequency shift amount fD. Therefore, the distance calculation unit 20 uses the value of the frequency shift amount f _D obtained by the arithmetic processing unit 10 to correct the influence of the frequency shift caused by the difference in the speed V, thereby correcting the corrected measurement distance (plate). Height) can be calculated. Here, FIG. 4 shows the results when the measurement distance (plate height) shown in FIG. 6 is corrected by using the frequency shift amount _fD obtained for each speed by the arithmetic processing unit 10 as an embodiment. show.

この実施例では、測定光の光軸角度θが２．４度、レーザ光の波長λが１５５０ｎｍであり、速度Ｖが５０ｍｐｍ、１００ｍｐｍ、１５０ｍｐｍとしたときの周波数シフト量ｆ_Ｄをそれぞれ算出した。そして、各速度で検出している反射光の周波数を、対応する周波数シフト量ｆ_Ｄの値分だけシフトさせた。そして、参照光と、周波数をシフトさせた後の反射光との光干渉により発生したビート信号の周波数を、光路長の差に変換して測定距離を求めた。 In this embodiment, the frequency shift amount f _D was calculated when the optical axis angle θ of the measurement light was 2.4 degrees, the wavelength λ of the laser light was 1550 nm, and the velocities V were 50 mpm, 100 mmp, and 150 mmp, respectively. Then, the frequency of the reflected light detected at each speed was shifted by the value of the corresponding frequency shift amount _fD . Then, the frequency of the beat signal generated by the optical interference between the reference light and the reflected light after shifting the frequency was converted into the difference in the optical path length to obtain the measurement distance.

図４に示すように、速度Ｖが５０ｍｐｍ、１００ｍｐｍ、１５０ｍｐｍと異なるときでも、それぞれ算出した周波数シフト量ｆ_Ｄを基に反射光の周波数を補正することで、いずれの結果でも測定距離が０ｍｍ付近（鋼板Ｐの搬送パスライン付近）で概ね一致することが確認できた。距離測定装置１では、このようにして補正した測定距離（補正測定距離）の凹凸変化から、被測定対象物である鋼板Ｐの形状を測定できる。 As shown in FIG. 4, even when the speed V is different from 50 mpm, 100 mmp, and 150 mmp, the measured distance is around 0 mm in all the results by correcting the frequency of the reflected light based on the calculated frequency shift amount f _D. It was confirmed that they were almost the same (near the transport path line of the steel plate P). In the distance measuring device 1, the shape of the steel plate P, which is the object to be measured, can be measured from the unevenness change of the measured distance (corrected measurement distance) corrected in this way.

＜作用及び効果＞
以上の構成において、距離測定装置１では、鋼板Ｐを移動させて、測定ヘッド５から鋼板Ｐの測定面に測定光を照射し、反射光を測定ヘッド５で受光する（照射・受光ステップ）。また、距離測定装置１では、測定ヘッド５に対する鋼板Ｐの速度Ｖと、レーザ光の波長λと、を取得する（速度取得ステップ及び波長取得ステップ）。さらに、距離測定装置１では、鋼板Ｐの移動方向Ｘ、及び、測定ヘッド５から照射されるレーザ光の光軸ａ_ｘがなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向Ｚと、測定ヘッド５から照射されるレーザ光の光軸ａ_ｘとでなす光軸角度θを取得する（光軸角度取得ステップ）。そして、これら速度Ｖ、光軸角度θ及び波長λから周波数シフト量ｆ_Ｄを算出する（算出ステップ）。 <Action and effect>
In the above configuration, in the distance measuring device 1, the steel plate P is moved, the measurement surface of the steel plate P is irradiated with the measurement light, and the reflected light is received by the measurement head 5 (irradiation / light receiving step). Further, the distance measuring device 1 acquires the velocity V of the steel plate P with respect to the measuring head 5 and the wavelength λ of the laser beam (velocity acquisition step and wavelength acquisition step). Further, in the distance measuring device 1, the direction Z perpendicular to the moving direction X and the measuring head 5 on the plane formed by the moving direction X of the steel plate P and the optical _axis ax of the laser beam emitted from the measuring head 5. The optical _axis angle θ formed by the optical axis ax of the irradiated laser beam is acquired (optical axis angle acquisition step). Then, the frequency shift amount f _D is calculated from these speed V, the optical axis angle θ, and the wavelength λ (calculation step).

これにより、距離測定装置１では、基準位置から鋼板Ｐの測定面までの測定距離を、周波数シフト量ｆ_Ｄに基づいて補正することで、補正した測定距離を基に鋼板Ｐの形状を測定することができる（測定ステップ）。よって、距離測定装置１では、速度Ｖが異なる際に生じる、鋼板Ｐまでの距離のずれを補正できるので、鋼板Ｐの形状を、従来よりも高精度に測定できる。 As a result, the distance measuring device 1 measures the shape of the steel plate P based on the corrected measurement distance by correcting the measurement distance from the reference position to the measurement surface of the steel plate P based on the frequency shift amount f _D. Can be (measurement step). Therefore, since the distance measuring device 1 can correct the deviation of the distance to the steel plate P that occurs when the speed V is different, the shape of the steel plate P can be measured with higher accuracy than before.

また、距離測定装置１では、鋼板Ｐの速度Ｖ_１，Ｖ_２を変えて、各速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した反射光の周波数の差を、校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１として算出する（校正用データ算出ステップ）。さらに、距離測定装置１では、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差から、校正用速度Ｖ_Ｄ１を算出する（校正用速度算出ステップ）。 Further, in the distance measuring device 1, the speeds V ₁ and V ₂ of the steel plate P are changed, and the difference in the frequency of the reflected light detected at each speed V ₁ and V ₂ is used as the calibration frequency shift amount f _D1 . Calculate (calibration data calculation step). Further, in the distance measuring device 1, the calibration speed V _D1 is calculated from the speed difference between the speeds V ₁ and V ₂ (calibration speed calculation step).

これにより、校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１、校正用速度Ｖ_Ｄ１、及び波長λから、上記の式（１）を基に測定光の光軸角度θを算出することができる（光軸角度算出ステップ）。従って、距離測定装置１では、測定光の光軸角度θが直接測定することが困難な場合であっても、正確な光軸角度θを求めることができ、光軸角度θを用いて周波数シフト量ｆ_Ｄを算出できる。 Thereby, the optical axis angle θ of the measured light can be calculated from the calibration frequency shift amount f _D1 , the calibration speed V _D1 , and the wavelength λ based on the above equation (1) (optical axis angle calculation step). ). Therefore, in the distance measuring device 1, even when it is difficult to directly measure the optical axis angle θ of the measurement light, an accurate optical axis angle θ can be obtained, and the frequency shift is performed using the optical axis angle θ. The quantity f _D can be calculated.

＜他の実施形態＞
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、被測定対象物として板状の鋼板Ｐを適用したが、本発明はこれに限らず、直方体等の形状でなる鋼板や、円筒状・円柱状の鋼材等、種々の形状の被測定対象物を適用してもよい。また、鋼板以外のその他の材料でなる被測定対象物を適用してもよい。 <Other embodiments>
The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, the plate-shaped steel plate P is applied as the object to be measured, but the present invention is not limited to this, and the object to be measured has various shapes such as a steel plate having a rectangular parallelepiped shape and a cylindrical / cylindrical steel material. You may apply the thing. Further, an object to be measured made of a material other than a steel plate may be applied.

また、上述した実施形態においては、測定ヘッドを被測定対象物に対して相対的に移動させる状態として、測定ヘッド５を固定し、鋼板Ｐを移動させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、鋼板Ｐを固定し、測定ヘッド５を鋼板Ｐの測定面の面方向に沿って一方向に移動させるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the measuring head 5 is fixed and the steel plate P is moved in a state where the measuring head is moved relative to the object to be measured has been described. Is not limited to this, and the steel plate P may be fixed and the measurement head 5 may be moved in one direction along the surface direction of the measurement surface of the steel plate P.

また、上述した実施形態においては、周波数が時間に対して変調されたレーザ光として、ＦＳＦレーザ光を適用したが、本発明はこれに限らず、種々の周波数が時間に対して変調するレーザ光を適用することができ、例えば周波数変調（ＦＭＣＷ：Frequency Modulated Continuous Wave）方式等を適用してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the FSF laser light is applied as the laser light whose frequency is modulated with respect to time, but the present invention is not limited to this, and the laser light whose frequency is modulated with respect to time is not limited to this. Can be applied, for example, a frequency modulation (FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) method or the like may be applied.

また、上述した実施形態においては、周波数シフト量ｆ_Ｄを求め、測定されたビート周波数を、周波数シフト量ｆ_Ｄを基にシフトすることで、鋼板Ｐまでの距離のずれを補正する場合（即ち、周波数演算の段階でシフトを行う）を例として説明したが、鋼板Ｐの速度Ｖに応じて、距離がどれくらいシフトするかの値を測定しておき、見かけの測定距離から、シフトすべき距離だけ補正する（即ち、距離演算の段階でシフトを行う）ことも可能である。 Further, in the above-described embodiment, the frequency shift amount f _D is obtained, and the measured beat frequency is shifted based on the frequency shift amount f _D to correct the deviation of the distance to the steel plate P (that is,). , Performing a shift at the stage of frequency calculation) was explained as an example, but the value of how much the distance shifts according to the speed V of the steel plate P is measured, and the distance to be shifted from the apparent measured distance. It is also possible to correct only (that is, shift at the stage of distance calculation).

この場合、下記の順序で、距離を補正するための距離シフト量を算出する演算処理ステップが実行される。例えば、予め、レーザ光の波長λを取得し（波長取得ステップ）、測定ヘッド５に対する鋼板Ｐ（被測定対象物）の速度Ｖを取得する（速度取得ステップ）。また、サンプルとなる鋼板Ｐの速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得部１２で取得して校正用速度Ｖ_Ｄ１として算出する（校正用データ算出ステップ）。さらにこの際、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１として算出する（校正用データ算出ステップ）。次いで、前記波長取得部１３で取得した波長λと、前記校正用速度Ｖ_Ｄ１と、前記校正用周波数シフト量ｆ_Ｄ１とを用いて、鋼板Ｐの移動方向Ｘ及び前記測定ヘッド５から照射されるレーザ光の光軸ａ_ｘがなす面において、前記移動方向Ｘに垂直な方向Ｚと、前記測定ヘッド５から照射されるレーザ光の光軸ａ_ｘとがなす光軸角度θとを取得しておく（光軸角度取得ステップ）。 In this case, the arithmetic processing step for calculating the distance shift amount for correcting the distance is executed in the following order. For example, the wavelength λ of the laser beam is acquired in advance (wavelength acquisition step), and the velocity V of the steel plate P (object to be measured) with respect to the measurement head 5 is acquired (velocity acquisition step). Further, the measurement is performed by changing the speed of the steel plate P as a sample, and the speed difference is acquired by the speed acquisition unit 12 and calculated as the calibration speed V _D1 (calibration data calculation step). Further, at this time, the difference between the beat frequencies is calculated as the calibration frequency shift amount f _D1 (calibration data calculation step). Next, using the wavelength λ acquired by the wavelength acquisition unit 13, the calibration speed V _D1 , and the calibration frequency shift amount f _D1 , irradiation is performed from the moving direction X of the steel plate P and the measurement head 5. On the surface formed by the optical axis ax of the laser beam, the direction Z perpendicular to the moving direction _X and the optical _axis angle θ formed by the optical axis ax of the laser beam emitted from the measuring head 5 are acquired. Set (optical axis angle acquisition step).

そして、演算処理部１０は、距離シフト量算出部（図示せず）によって、波長取得ステップで取得した前記波長λと、前記速度取得ステップで求めた前記速度Ｖと、前記光軸角度取得ステップで求めた光軸角度θとから、鋼板Ｐの速度Ｖに応じて、測定結果として得られた見掛けの距離がどの程度シフトするかを規定する距離シフト量を算出する（距離シフト量算出ステップ）。 Then, the arithmetic processing unit 10 uses the distance shift amount calculation unit (not shown) to obtain the wavelength λ in the wavelength acquisition step, the speed V obtained in the speed acquisition step, and the optical axis angle acquisition step. From the obtained optical axis angle θ, a distance shift amount that defines how much the apparent distance obtained as a measurement result shifts according to the speed V of the steel plate P is calculated (distance shift amount calculation step).

その後、当該速度Ｖに対応した距離シフト量を距離算出部２０に送出する。かくして、距離算出部２０は、基準位置から被測定対象物までの測定距離を、補正量を用いて補正することで、被測定対象物までの距離を測定することができる（距離算出ステップにおける補正と距離の測定）。 After that, the distance shift amount corresponding to the speed V is sent to the distance calculation unit 20. Thus, the distance calculation unit 20 can measure the distance to the object to be measured by correcting the measurement distance from the reference position to the object to be measured by using the correction amount (correction in the distance calculation step). And distance measurement).

また、上述した実施形態においては、距離測定装置１内（特に、演算処理部１１内）に設けられた速度取得部１２で、鋼板Ｐが移動する速度（移動速度）Ｖを求めているが、鋼板Ｐの移動速度Ｖが測定できるのであれば、距離測定装置１とは別体の公知の測定装置を用いて、移動速度Ｖを測定し、その値だけを、距離測定装置１で使うようにすることも可能である。 Further, in the above-described embodiment, the speed acquisition unit 12 provided in the distance measuring device 1 (particularly in the arithmetic processing unit 11) obtains the speed (moving speed) V at which the steel plate P moves. If the moving speed V of the steel plate P can be measured, the moving speed V is measured using a known measuring device separate from the distance measuring device 1, and only that value is used in the distance measuring device 1. It is also possible to do.

また、距離測定装置１内（特に、演算処理部１１内）に設けられた波長取得部１３で、レーザ光の波長を求めているが、波長が測定できるのであれば、距離測定装置１とは別体の公知の測定装置を用いて、レーザ光の波長λを測定し、その値だけを、距離測定装置１で使うようにすることも可能である。 Further, the wavelength acquisition unit 13 provided in the distance measuring device 1 (particularly in the arithmetic processing unit 11) obtains the wavelength of the laser beam, but if the wavelength can be measured, what is the distance measuring device 1? It is also possible to measure the wavelength λ of the laser beam using another known measuring device and use only that value in the distance measuring device 1.

また、上述した実施形態においては、演算により光軸角度θを算出する光軸角度取得部１１を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、計測手段により光軸角度θを測定して実測値を取得する光軸角度取得部を適用してもよく、また、光軸角度θを予め単に記憶しているだけの光軸角度取得部であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the optical axis angle acquisition unit 11 for calculating the optical axis angle θ by calculation is applied has been described, but the present invention is not limited to this, and the optical axis angle θ is measured by a measuring means. The optical axis angle acquisition unit for acquiring the measured value may be applied, or the optical axis angle acquisition unit may simply store the optical axis angle θ in advance.

また、上述した実施形態においては、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート信号を検出し、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、鋼板Ｐまでの距離を測定するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、特開２０１６－８０４０９号公報に開示されているように、測定ヘッド５に反射源を設け、反射源で測定光を反射させて戻り光を生成し、反射光と参照光と戻り光とを利用して、鋼板Ｐまでの距離を測定してもよい。この場合、反射光を利用してビート信号を生成する際に、周波数シフト量ｆ_Ｄで周波数をシフトした反射光を用いることで、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。 Further, in the above-described embodiment, the distance to the steel plate P is measured by detecting a beat signal having a frequency equal to the frequency difference between the reflected light and the reference light and converting the beat frequency into the difference in the optical path length. However, the present invention is not limited to this. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-80409, a reflection source is provided in the measurement head 5, and the measurement light is reflected by the reflection source to generate return light, and the reflected light, the reference light, and the return light are used. May be used to measure the distance to the steel plate P. In this case, when the beat signal is generated by using the reflected light, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained by using the reflected light whose frequency is shifted by the frequency shift amount _fD .

１距離測定装置
２レーザ発振器
５測定ヘッド
９周波数解析部
１１光軸角度取得部（取得部）
１２速度取得部（取得部）
１３波長取得部（取得部）
１８周波数シフト量算出部
２０距離算出部 1 Distance measuring device 2 Laser oscillator 5 Measuring head 9 Frequency analysis unit 11 Optical axis angle acquisition unit (acquisition unit)
12 Speed acquisition unit (acquisition unit)
13 Wavelength acquisition unit (acquisition unit)
18 Frequency shift amount calculation unit 20 Distance calculation unit

Claims

被測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を、レーザ発振器で発振して出射するレーザ発振ステップと、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を測定ヘッドから照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を前記測定ヘッドで受光する照射・受光ステップと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析ステップと、
前記ビート周波数から前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
前記レーザ光の波長を取得する波長取得ステップと、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得ステップと、
前記速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得ステップで取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した前記波長と、前記速度取得ステップで求めた前記速度と、前記光軸角度算出ステップで求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出ステップと、
を有し、
前記距離算出ステップは、
前記周波数解析ステップで取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定方法。 It is a distance measurement method that measures the distance to the object to be measured.
A laser oscillation step in which a laser beam whose frequency is modulated with respect to time is oscillated by a laser oscillator and emitted.
An irradiation / light receiving step in which the relatively moving object to be measured is irradiated with the laser light emitted from the laser oscillator from the measurement head, and the reflected light reflected by the object to be measured is received by the measurement head. ,
A frequency analysis step for acquiring a beat frequency based on the reflected light received by the measuring head and the reference light emitted from the laser oscillator.
A distance calculation step for calculating the distance from the beat frequency to the object to be measured, and
An arithmetic processing step for calculating the frequency shift amount for correcting the distance calculated in the distance calculation step, and
Have,
The arithmetic processing step is
The wavelength acquisition step for acquiring the wavelength of the laser beam and
A speed acquisition step for acquiring the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, and
A calibration data calculation step in which measurement is performed at different speeds, the speed difference is acquired in the speed acquisition step and calculated as a calibration speed, and the difference in beat frequencies is calculated as a calibration frequency shift amount. When,
Using the wavelength acquired in the wavelength acquisition step, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head form. An optical axis angle calculation step for calculating the optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser beam emitted from the measuring head on the surface.
A frequency shift amount calculation step for calculating the frequency shift amount from the wavelength acquired in the wavelength acquisition step, the speed obtained in the speed acquisition step, and the optical axis angle obtained in the optical axis angle calculation step. When,
Have,
The distance calculation step is
A distance measuring method for measuring the distance to the object to be measured by correcting the beat frequency acquired in the frequency analysis step using the frequency shift amount.

被測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を、レーザ発振器で発振して出射するレーザ発振ステップと、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を測定ヘッドから照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を前記測定ヘッドで受光する照射・受光ステップと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析ステップと、
前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出される距離を補正するための距離シフト量を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
前記レーザ光の波長を取得する波長取得ステップと、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を取得する速度取得ステップと、
前記速度を変えて測定を行い、その速度差を前記速度取得ステップで取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出ステップと、
前記波長取得ステップで取得した前記波長と、前記速度取得ステップで求めた前記速度と、前記光軸角度算出ステップで求めた前記光軸角度とから、前記距離シフト量を算出する距離シフト量算出ステップと、
を有し、
前記距離算出ステップは、
前記周波数解析ステップで取得したビート周波数から算出した距離を、前記距離シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定方法。 It is a distance measurement method that measures the distance to the object to be measured.
A laser oscillation step in which a laser beam whose frequency is modulated with respect to time is oscillated by a laser oscillator and emitted.
An irradiation / light receiving step in which the relatively moving object to be measured is irradiated with the laser light emitted from the laser oscillator from the measurement head, and the reflected light reflected by the object to be measured is received by the measurement head. ,
A frequency analysis step for acquiring a beat frequency based on the reflected light received by the measuring head and the reference light emitted from the laser oscillator.
A distance calculation step for calculating the distance from the beat frequency to the object to be measured, and
An arithmetic processing step for calculating the distance shift amount for correcting the distance calculated in the distance calculation step, and
Have,
The arithmetic processing step is
The wavelength acquisition step for acquiring the wavelength of the laser beam and
A speed acquisition step for acquiring the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, and
A calibration data calculation step in which measurement is performed at different speeds, the speed difference is acquired in the speed acquisition step and calculated as a calibration speed, and the difference in beat frequencies is calculated as a calibration frequency shift amount. When,
Using the wavelength acquired in the wavelength acquisition step, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head form. An optical axis angle calculation step for calculating the optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser beam emitted from the measuring head on the surface.
A distance shift amount calculation step for calculating the distance shift amount from the wavelength acquired in the wavelength acquisition step, the speed obtained in the speed acquisition step, and the optical axis angle obtained in the optical axis angle calculation step. When,
Have,
The distance calculation step is
A distance measuring method for measuring the distance to the object to be measured by correcting the distance calculated from the beat frequency acquired in the frequency analysis step by using the distance shift amount.

被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振して出射するレーザ発振器と、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を受光する測定ヘッドと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析部と、
前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部で算出される距離を補正するための周波数シフト量を算出する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を変えて測定を行い、その速度差を取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出部と、
前記レーザ光の波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出部と、
前記レーザ光の波長と、速度差を取得した際の前記速度と、前記光軸角度算出部で求めた前記光軸角度とから、前記周波数シフト量を算出する周波数シフト量算出部と、
を有し、
前記距離算出部は、
前記周波数解析部で取得したビート周波数を、前記周波数シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定装置。 It is a distance measuring device that measures the distance to the object to be measured.
A laser oscillator that oscillates and emits a laser beam whose frequency is modulated with respect to time,
A measurement head that irradiates the relatively moving object to be measured with a laser beam emitted from the laser oscillator and receives the reflected light reflected by the object to be measured.
A frequency analysis unit that acquires a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and the reference light emitted from the laser oscillator.
A distance calculation unit that calculates the distance from the beat frequency to the object to be measured,
An arithmetic processing unit that calculates the frequency shift amount for correcting the distance calculated by the distance calculation unit, and
Have,
The arithmetic processing unit is
Calibration is performed by changing the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, acquiring the speed difference and calculating it as a calibration speed, and calculating the difference in beat frequency as a calibration frequency shift amount. Data calculation unit and
Using the wavelength of the laser beam, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, in the moving direction of the object to be measured and the surface formed by the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head. An optical axis angle calculation unit that calculates the optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser beam emitted from the measuring head.
A frequency shift amount calculation unit that calculates the frequency shift amount from the wavelength of the laser light, the speed when the speed difference is acquired, and the optical axis angle obtained by the optical axis angle calculation unit.
Have,
The distance calculation unit
A distance measuring device that measures the distance to the object to be measured by correcting the beat frequency acquired by the frequency analysis unit using the frequency shift amount.

被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振して出射するレーザ発振器と、
相対的に移動する前記被測定対象物に、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を照射して、前記被測定対象物で反射した反射光を受光する測定ヘッドと、
前記測定ヘッドで受光した反射光と前記レーザ発振器から出射した参照光とに基づくビート周波数を取得する周波数解析部と、
前記ビート周波数から、前記被測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部で算出される距離を補正するための距離シフト量を算出する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
前記測定ヘッドに対する前記被測定対象物の速度を変えて測定を行い、その速度差を取得して校正用速度として算出し、また、前記ビート周波数の差を校正用周波数シフト量として算出する、校正用データ算出部と、
前記レーザ光の波長と、前記校正用速度と、前記校正用周波数シフト量とを用いて、前記被測定対象物の移動方向及び前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸がなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記測定ヘッドから照射されるレーザ光の光軸とがなす光軸角度を算出する光軸角度算出部と、
前記レーザ光の波長と、前記速度差を取得した際の前記速度と、前記光軸角度算出部で求めた前記光軸角度とから、前記距離シフト量を算出する距離シフト量算出部と、
を有し、
前記距離算出部は、
前記周波数解析部で取得したビート周波数から算出した距離を、前記距離シフト量を用いて補正することで、前記被測定対象物までの距離を測定する、距離測定装置。 It is a distance measuring device that measures the distance to the object to be measured.
A laser oscillator that oscillates and emits a laser beam whose frequency is modulated with respect to time,
A measurement head that irradiates the relatively moving object to be measured with a laser beam emitted from the laser oscillator and receives the reflected light reflected by the object to be measured.
A frequency analysis unit that acquires a beat frequency based on the reflected light received by the measurement head and the reference light emitted from the laser oscillator.
A distance calculation unit that calculates the distance from the beat frequency to the object to be measured,
An arithmetic processing unit that calculates the distance shift amount for correcting the distance calculated by the distance calculation unit, and
Have,
The arithmetic processing unit is
Calibration is performed by changing the speed of the object to be measured with respect to the measurement head, acquiring the speed difference and calculating it as a calibration speed, and calculating the difference in beat frequency as a calibration frequency shift amount. Data calculation unit and
Using the wavelength of the laser beam, the calibration speed, and the calibration frequency shift amount, in the moving direction of the object to be measured and the surface formed by the optical axis of the laser beam emitted from the measurement head. An optical axis angle calculation unit that calculates the optical axis angle formed by the direction perpendicular to the moving direction and the optical axis of the laser beam emitted from the measuring head.
A distance shift amount calculation unit that calculates the distance shift amount from the wavelength of the laser beam, the speed when the speed difference is acquired, and the optical axis angle obtained by the optical axis angle calculation unit.
Have,
The distance calculation unit
A distance measuring device that measures the distance to the object to be measured by correcting the distance calculated from the beat frequency acquired by the frequency analysis unit using the distance shift amount.