JPH08166214A - レーザ測定方法及び装置 - Google Patents
レーザ測定方法及び装置Info
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- JPH08166214A JPH08166214A JP3198126A JP19812691A JPH08166214A JP H08166214 A JPH08166214 A JP H08166214A JP 3198126 A JP3198126 A JP 3198126A JP 19812691 A JP19812691 A JP 19812691A JP H08166214 A JPH08166214 A JP H08166214A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Landscapes
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物に非接触で、被測定物の形状および
面性状を、被測定物の表面の状態に依存することなく測
定できるレーザ測定方法及び装置を提供する。 【構成】 レーザ光源（１）、被測定物（２）、カメラ
（３）、光を散乱させる媒体（４）から構成された系に
おいて、レーザ光源（１）からのレーザビーム（５）を
光を散乱させる媒体（４）中を通過させ、この散乱光の
軌跡を検出することによって被測定物表面の位置や形状
を測定するものである。
面性状を、被測定物の表面の状態に依存することなく測
定できるレーザ測定方法及び装置を提供する。 【構成】 レーザ光源（１）、被測定物（２）、カメラ
（３）、光を散乱させる媒体（４）から構成された系に
おいて、レーザ光源（１）からのレーザビーム（５）を
光を散乱させる媒体（４）中を通過させ、この散乱光の
軌跡を検出することによって被測定物表面の位置や形状
を測定するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光の散乱光をカメラで
測定し被測定物の面の位置やその形状を測定する方法及
びその装置に関するものである。
測定し被測定物の面の位置やその形状を測定する方法及
びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来レーザビームにより物体の形状を測
定する方法には、レーザビームを被測定物に照射し、そ
の反射光をカメラにより測定することにより、被測定物
の形状を測定する共軸測定系による測定法がある。
定する方法には、レーザビームを被測定物に照射し、そ
の反射光をカメラにより測定することにより、被測定物
の形状を測定する共軸測定系による測定法がある。
【０００３】図１０は、従来の共軸測定系による測定法
を示している。図において、１はレーザ光源、２は被測
定物、３は反射光ビームの受光部（カメラ）、５はレー
ザビームである。レーザ光源１から射出されたレーザビ
ーム５は被測定物２に照射され、その反射光がカメラ３
に入射する。レーザ光源１とカメラ３の位置及び角度か
ら被測定物２の位置を計算によって求めることができ
る。
を示している。図において、１はレーザ光源、２は被測
定物、３は反射光ビームの受光部（カメラ）、５はレー
ザビームである。レーザ光源１から射出されたレーザビ
ーム５は被測定物２に照射され、その反射光がカメラ３
に入射する。レーザ光源１とカメラ３の位置及び角度か
ら被測定物２の位置を計算によって求めることができ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
共軸測定系における測定法は高精度ではあるが、波の進
行方向に受光部（カメラ）をセットしなければならず、
被測定物の形状や材質によって測定が制限されていた。
すなわち、被測定物がまったく反射しない物体である場
合、反射光がなくなるので被測定物の測定が不可能であ
った。
共軸測定系における測定法は高精度ではあるが、波の進
行方向に受光部（カメラ）をセットしなければならず、
被測定物の形状や材質によって測定が制限されていた。
すなわち、被測定物がまったく反射しない物体である場
合、反射光がなくなるので被測定物の測定が不可能であ
った。
【０００５】また、カメラは必ずレーザビームの反射方
向に設置しなければならないので、被測定物が複雑な形
状の場合はカメラを反射光の方向に置くことができない
場合も生じ、そのような場合も測定が不可能であった。
向に設置しなければならないので、被測定物が複雑な形
状の場合はカメラを反射光の方向に置くことができない
場合も生じ、そのような場合も測定が不可能であった。
【０００６】特に、従来、光を用いた測定法において、
被測定物の測定が制限される最大の原因は、物体界面の
情報のみによって測定がなされ、光の通路に関する情報
が完全に無視されていたことである。
被測定物の測定が制限される最大の原因は、物体界面の
情報のみによって測定がなされ、光の通路に関する情報
が完全に無視されていたことである。
【０００７】本発明は、レーザビームの散乱軌跡を測定
することにより、被測定物の表面の状態に依存しない
で、被測定物の形状および面性を測定できる。
することにより、被測定物の表面の状態に依存しない
で、被測定物の形状および面性を測定できる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明における測定は、
光を散乱させる媒体と、前記媒体を介して被測定物へレ
ーザビームを射出するレーザ光源と、散乱光を検出する
カメラとから構成される測定系において、前記散乱媒体
中にレーザビームを通過させ、このレーザビームの散乱
軌跡をカメラで検出することによって、被測定物の表面
上の一点の位置ベクトルを求めることによって被測定物
の形状を測定するレーザ測定方法及び装置である。
光を散乱させる媒体と、前記媒体を介して被測定物へレ
ーザビームを射出するレーザ光源と、散乱光を検出する
カメラとから構成される測定系において、前記散乱媒体
中にレーザビームを通過させ、このレーザビームの散乱
軌跡をカメラで検出することによって、被測定物の表面
上の一点の位置ベクトルを求めることによって被測定物
の形状を測定するレーザ測定方法及び装置である。
【０００９】
【作用】本発明においては、散乱媒質中にレーザビーム
を通過させ、このレーザビームの散乱軌跡をカメラで検
出することによって、被測定物の表面の位置や表面の形
状を測定するものである。
を通過させ、このレーザビームの散乱軌跡をカメラで検
出することによって、被測定物の表面の位置や表面の形
状を測定するものである。
【００１０】
【実施例】図１は、工作機械の主軸にレーザ光源を取り
付けて加工機のＮＣテーブル（図示せず）上に置かれた
被加工物の形状を測定する例を示している。図において
１はレーザ光源である。レーザ光源から光ファイバ又は
反射鏡を用いて被測定物を照射することもできる。被測
定物の形状が複雑な場合には非常に有効である。２は被
加工物、３はレーザビームの散乱光を観測するカメラで
ある。観測用のカメラとしてはCCDカメラなどの画像検
出器を用いることができる。
付けて加工機のＮＣテーブル（図示せず）上に置かれた
被加工物の形状を測定する例を示している。図において
１はレーザ光源である。レーザ光源から光ファイバ又は
反射鏡を用いて被測定物を照射することもできる。被測
定物の形状が複雑な場合には非常に有効である。２は被
加工物、３はレーザビームの散乱光を観測するカメラで
ある。観測用のカメラとしてはCCDカメラなどの画像検
出器を用いることができる。
【００１１】４はレーザ光を散乱させる微粒子（煙、飽
和水蒸気など）である。この微粒子としてコロイド液
体、高分子液体、着色液体、微粉末混入液体、微粉末混
入気体、着色気体、飽和水蒸気等が用いられる。また、
浮遊微粒子を含む液体の代わりに、レーザ光の波長によ
って決まる散乱光強度が最大になるような分子の大きさ
を持つ液体、例えば、アセトン等を用いることもでき
る。この微粒子が存在しない環境では噴射器６によって
微粒子が供給される。この散乱微粒子が自然に存在する
環境では外部から供給する必要はない。
和水蒸気など）である。この微粒子としてコロイド液
体、高分子液体、着色液体、微粉末混入液体、微粉末混
入気体、着色気体、飽和水蒸気等が用いられる。また、
浮遊微粒子を含む液体の代わりに、レーザ光の波長によ
って決まる散乱光強度が最大になるような分子の大きさ
を持つ液体、例えば、アセトン等を用いることもでき
る。この微粒子が存在しない環境では噴射器６によって
微粒子が供給される。この散乱微粒子が自然に存在する
環境では外部から供給する必要はない。
【００１２】５はレーザ光源１から射出されるレーザビ
ームである。レーザビーム５が散乱物質である液体、気
体中に入射する場合は、上記噴射器６は不要である。レ
ーザ光源１、カメラ３、噴射器６を小型にして加工機主
軸に一体化して装着してもよい。レーザビーム５は散乱
微粒子によってレイリィ（Rayleigh）散乱し、輝いて見
えるのでどの方向からも観測できる。このレーザビーム
５の軌跡から被測定物上のＢ点の位置を測定する。被加
工物上の点Ｂが決まれば、ＮＣテーブルを走査すること
により、被加工物の形状を測定できる。
ームである。レーザビーム５が散乱物質である液体、気
体中に入射する場合は、上記噴射器６は不要である。レ
ーザ光源１、カメラ３、噴射器６を小型にして加工機主
軸に一体化して装着してもよい。レーザビーム５は散乱
微粒子によってレイリィ（Rayleigh）散乱し、輝いて見
えるのでどの方向からも観測できる。このレーザビーム
５の軌跡から被測定物上のＢ点の位置を測定する。被加
工物上の点Ｂが決まれば、ＮＣテーブルを走査すること
により、被加工物の形状を測定できる。
【００１３】図２は、本発明による測定の原理を示して
いる。図において１はレーザ光源、２は被測定物、３は
カメラである。５はレーザビームである。噴射器６はこ
の図面では省略してある。図においてはレーザビームの
通路は散乱微粒子が充満しておりレーリ散乱が生じる状
況にある。レーザ光源１からレーザビーム５が射出され
ると、レーザビーム５は被測定物２上のＢ点に当たりＡ
ーＢ間の散乱軌跡が見える。
いる。図において１はレーザ光源、２は被測定物、３は
カメラである。５はレーザビームである。噴射器６はこ
の図面では省略してある。図においてはレーザビームの
通路は散乱微粒子が充満しておりレーリ散乱が生じる状
況にある。レーザ光源１からレーザビーム５が射出され
ると、レーザビーム５は被測定物２上のＢ点に当たりＡ
ーＢ間の散乱軌跡が見える。
【００１４】任意の原点Ｏから見た被測定物の界面上の
点Ｂの位置ベクトル《Ｒb》は（１）式のようになる。 《Ｒb》＝《ＲL》＋ｄ・《ｎL》＝《ＲC》＋ｃ・《ｎb》 ・・・（１） ただし、《ＲL》、《ＲC》はそれぞれ任意の原点Ｏから
見たレーザ光源１、カメラ３の位置ベクトル、《ｎL》
はレーザ射出方向、《ｎb》はカメラから見たＢ点方向
のそれぞれ単位ベクトルを表す。
点Ｂの位置ベクトル《Ｒb》は（１）式のようになる。 《Ｒb》＝《ＲL》＋ｄ・《ｎL》＝《ＲC》＋ｃ・《ｎb》 ・・・（１） ただし、《ＲL》、《ＲC》はそれぞれ任意の原点Ｏから
見たレーザ光源１、カメラ３の位置ベクトル、《ｎL》
はレーザ射出方向、《ｎb》はカメラから見たＢ点方向
のそれぞれ単位ベクトルを表す。
【００１５】（１）式を変形して（２）式が導かれる。 ｄ・《ｎL》−ｃ・《ｎb》＝《ＲC》−《ＲL》 ・・・（２） 原点Ｏ、レーザ光源１、被測定物２、カメラ３の位置デ
ータから《ｎL》、《ｎb》、《ＲC》、《ＲL》が求めら
れる。
ータから《ｎL》、《ｎb》、《ＲC》、《ＲL》が求めら
れる。
【００１６】上記の連立方程式よりｄとｃが得られる。
従って上記値をもとの（１）（２）式へ代入すると、Ｂ
点の位置ベクトル《Ｒb》が求められる。なお、（１）
式、（２）式は未知数の数（２つ）より方程式の数（３
つ）の方が多いから、任意の２つの方程式を選ぶか、一
般化逆行列を用いた最小誤差解を得るかする。
従って上記値をもとの（１）（２）式へ代入すると、Ｂ
点の位置ベクトル《Ｒb》が求められる。なお、（１）
式、（２）式は未知数の数（２つ）より方程式の数（３
つ）の方が多いから、任意の２つの方程式を選ぶか、一
般化逆行列を用いた最小誤差解を得るかする。
【００１７】図３は、レーザベクトル５の射出方向が既
知でない場合、レーザビーム５上の２点Ａ1、Ｂをカメ
ラ３によって測定することにより、レーザビーム５の射
出方向の単位ベクトル《ｎL》を求める方法を示す。図
において１はレーザ光源、３はカメラである。噴射器６
はこの図面では省略してある。以下の図面においても同
じように省略してある。図においてはレーザビームの通
路は散乱微粒子が充満しておりレーリ散乱が生じる状況
にある。
知でない場合、レーザビーム５上の２点Ａ1、Ｂをカメ
ラ３によって測定することにより、レーザビーム５の射
出方向の単位ベクトル《ｎL》を求める方法を示す。図
において１はレーザ光源、３はカメラである。噴射器６
はこの図面では省略してある。以下の図面においても同
じように省略してある。図においてはレーザビームの通
路は散乱微粒子が充満しておりレーリ散乱が生じる状況
にある。
【００１８】レーザ光源１からレーザビーム５が射出さ
れると、レーザビーム５は被測定物２上のＢ点に当たり
ＡＢ間の散乱軌跡が見える。カメラ３によってＣからＡ
1、Ｂまでの距離ｄ1、ｄ2を測定する。
れると、レーザビーム５は被測定物２上のＢ点に当たり
ＡＢ間の散乱軌跡が見える。カメラ３によってＣからＡ
1、Ｂまでの距離ｄ1、ｄ2を測定する。
【００１９】レーザビーム５上の点Ａ1、Ｂについて、
（３）式、（４）式が成り立つ。 Ａ1：《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ1・《ｎb1》 ・・・（３） Ｂ：α《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ2・《ｎb2》・・・（４） ただし、《ｎb1》、《ｎb2》はカメラＣから見たＡ1、
Ｂ方向の単位ベクトル、《ａ》＝Ａから見たＡ1のベク
トル、α《ａ》＝Ａから見たＢのベクトル、ｄ1＝ＣＡ1
の長さ、ｄ2＝ＣＢの長さである。Ａ1点をレーザ光源の
位置、Ｂ点を物体上の点の位置としてもよい。
（３）式、（４）式が成り立つ。 Ａ1：《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ1・《ｎb1》 ・・・（３） Ｂ：α《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ2・《ｎb2》・・・（４） ただし、《ｎb1》、《ｎb2》はカメラＣから見たＡ1、
Ｂ方向の単位ベクトル、《ａ》＝Ａから見たＡ1のベク
トル、α《ａ》＝Ａから見たＢのベクトル、ｄ1＝ＣＡ1
の長さ、ｄ2＝ＣＢの長さである。Ａ1点をレーザ光源の
位置、Ｂ点を物体上の点の位置としてもよい。
【００２０】（３）式、（４）式より（５）式が導かれ
る。 α（《ＲC》−《ＲL》）＋αｄ1・《ｎb1》−ｄ2・《ｎb2》 ＝《ＲC》−《ＲL》 ・・（５） これをα、αｄ1、ｄ2に関する連立方程式とみて解け
ば、ｄ1が求められる。従って、求められたｄ1を（３）
式を変形した（６）式に代入すると《ａ》が決まり、レ
ーザの射出方向の単位ベクトル《ｎL》は（７）式より
決まる。 《ａ》＝ 《ＲC》−《ＲL》＋ｄ1・《ｎb1》 ・・・ （６） 《ｎL》＝ 《ａ》／｜ａ｜ ・・・（７） レーザの射出方向の単位ベクトル《ｎL》が求まれば、
図２で求めたのと同様に原点Ｏから点Ｂ方向をみたベク
トル《Ｒｂ》が求められる。
る。 α（《ＲC》−《ＲL》）＋αｄ1・《ｎb1》−ｄ2・《ｎb2》 ＝《ＲC》−《ＲL》 ・・（５） これをα、αｄ1、ｄ2に関する連立方程式とみて解け
ば、ｄ1が求められる。従って、求められたｄ1を（３）
式を変形した（６）式に代入すると《ａ》が決まり、レ
ーザの射出方向の単位ベクトル《ｎL》は（７）式より
決まる。 《ａ》＝ 《ＲC》−《ＲL》＋ｄ1・《ｎb1》 ・・・ （６） 《ｎL》＝ 《ａ》／｜ａ｜ ・・・（７） レーザの射出方向の単位ベクトル《ｎL》が求まれば、
図２で求めたのと同様に原点Ｏから点Ｂ方向をみたベク
トル《Ｒｂ》が求められる。
【００２１】図４は、レーザ光源１の射出方向は既知で
あるが、位置が既知でないとき、レーザビーム５上の１
点を測定する原理を示す。図において３ａはカメラ１、
３ｂはカメラ２である。Ｂ点はレーザビーム５上の１点
で、被測定点である。Ｂ点は２台のカメラ３ａ、３ｂに
よって捉えられる。
あるが、位置が既知でないとき、レーザビーム５上の１
点を測定する原理を示す。図において３ａはカメラ１、
３ｂはカメラ２である。Ｂ点はレーザビーム５上の１点
で、被測定点である。Ｂ点は２台のカメラ３ａ、３ｂに
よって捉えられる。
【００２２】原点Ｏ、カメラ３ａの位置Ｃ1、カメラ３
ｂの位置Ｃ2の間で（８）式が成立する。 ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》＝ｄ2・《ｎb2》＋《Ｒc2》 ・・・（８） ここで、《Ｒc1》、《Ｒc2》はそれぞれの原点Ｏからの
カメラ３ａの位置Ｃ1、カメラ３ｂの位置Ｃ2間の位置ベ
クトル、《ｎb1》、《ｎb2》はそれぞれ２台のカメラか
ら見た点Ｂ方向の単位ベクトル、ｄ1＝ＢＣ1の長さ、ｄ
2＝ＢＣ2の長さである。
ｂの位置Ｃ2の間で（８）式が成立する。 ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》＝ｄ2・《ｎb2》＋《Ｒc2》 ・・・（８） ここで、《Ｒc1》、《Ｒc2》はそれぞれの原点Ｏからの
カメラ３ａの位置Ｃ1、カメラ３ｂの位置Ｃ2間の位置ベ
クトル、《ｎb1》、《ｎb2》はそれぞれ２台のカメラか
ら見た点Ｂ方向の単位ベクトル、ｄ1＝ＢＣ1の長さ、ｄ
2＝ＢＣ2の長さである。
【００２３】（８）式より（９）式が成り立つ。 ｄ1・《ｎb1》−ｄ2・《ｎb2》＝《Ｒc2》−《Ｒc1》 ・・・（９） （８）式、（９）式を、ｄ1、ｄ2に関する連立方程式と
して解けばｄ1が求まる。（１０）式からＯ点から見た
Ｂ点の位置ベクトル《Ｒb》が求められる。 《Ｒb》＝ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》 ・・・ （１０） このＢ点を、被測定物の面上にとれば被測定物の形状の
測定ができる。
して解けばｄ1が求まる。（１０）式からＯ点から見た
Ｂ点の位置ベクトル《Ｒb》が求められる。 《Ｒb》＝ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》 ・・・ （１０） このＢ点を、被測定物の面上にとれば被測定物の形状の
測定ができる。
【００２４】図５は、物体上の点Ｂで反射した反射光の
方向のベクトル《ｎr》と入射光の方向ベクトル《ｎL》
とから、物体表面の法線方向のベクトル《ｎn》が決め
られることを示している。図５に示すようにベクトル
《ｎr》とベクトル《ｎL》とから、ベクトル《ｎn》が
（１１）式のよう表される。 《ｎn》＝（《ｎr》−《ｎL》）／（｜《ｎr》−《ｎL》｜）・・・（１１ ）
方向のベクトル《ｎr》と入射光の方向ベクトル《ｎL》
とから、物体表面の法線方向のベクトル《ｎn》が決め
られることを示している。図５に示すようにベクトル
《ｎr》とベクトル《ｎL》とから、ベクトル《ｎn》が
（１１）式のよう表される。 《ｎn》＝（《ｎr》−《ｎL》）／（｜《ｎr》−《ｎL》｜）・・・（１１ ）
【００２５】一般の形状測定装置では、面の法線方向
は、多点の位置を測定しその結果から計算によって求め
ているため迅速に安定な結果を得ることが難しい。本方
式によれば物体表面の法線方向のベクトル《ｎn》が極
めて容易に求められる。ただし、一般の粗面体では反射
ビームは図５に示すようにある広がりを有するので、そ
の反射方向分布は図５に示すように一般にガウス型をな
す。従って、画像データに閾値を設けて最大光量の点Ｐ
を求めることによって、正反射方向《ｎr》が決められ
る。この光量の最大値を示す点の連なりを求めることに
よって測定精度の向上を図ることができる。
は、多点の位置を測定しその結果から計算によって求め
ているため迅速に安定な結果を得ることが難しい。本方
式によれば物体表面の法線方向のベクトル《ｎn》が極
めて容易に求められる。ただし、一般の粗面体では反射
ビームは図５に示すようにある広がりを有するので、そ
の反射方向分布は図５に示すように一般にガウス型をな
す。従って、画像データに閾値を設けて最大光量の点Ｐ
を求めることによって、正反射方向《ｎr》が決められ
る。この光量の最大値を示す点の連なりを求めることに
よって測定精度の向上を図ることができる。
【００２６】反射光ビームは正反射方向の回りにある広
がりを持って回折散乱する。図５に示した光量分布は面
が粗いほど広がって分布するため、この広がりを測定す
ることで面の粗さが同時に測定される。すなわち、この
広がりを検出することによって、表面の粗さ、キズ、鋭
い稜線の存在およびそれらの方向が検出できる。
がりを持って回折散乱する。図５に示した光量分布は面
が粗いほど広がって分布するため、この広がりを測定す
ることで面の粗さが同時に測定される。すなわち、この
広がりを検出することによって、表面の粗さ、キズ、鋭
い稜線の存在およびそれらの方向が検出できる。
【００２７】図６は、放電加工機の加工槽中の加工物の
形状測定を示す。図において、１はレーザ光源、２は被
加工物、５はレーザビーム、７は電極、８は加工槽、９
は油である。放電加工においてはの通常被加工物２は油
中または水中に没して加工される。従ってレーザビーム
５が液中で散乱する性質を利用して直接形状や面粗さを
測定することが可能となる。
形状測定を示す。図において、１はレーザ光源、２は被
加工物、５はレーザビーム、７は電極、８は加工槽、９
は油である。放電加工においてはの通常被加工物２は油
中または水中に没して加工される。従ってレーザビーム
５が液中で散乱する性質を利用して直接形状や面粗さを
測定することが可能となる。
【００２８】またミラーや光ファイバを移動又は回転等
によってスキャンすることによってレーザビーム５をガ
イドすれば、レーザビーム５を電極７の全ての面を照射
できるので、電極の形状や面粗度をも測定できる。ま
た、電極の形状をオンマシンで測定し、その結果によっ
て加工条件を切り替えるようにすることができる。な
お、加工槽中の測定の場合、液体の熱容量が大きいこと
から温度一定の測定が可能となる。
によってスキャンすることによってレーザビーム５をガ
イドすれば、レーザビーム５を電極７の全ての面を照射
できるので、電極の形状や面粗度をも測定できる。ま
た、電極の形状をオンマシンで測定し、その結果によっ
て加工条件を切り替えるようにすることができる。な
お、加工槽中の測定の場合、液体の熱容量が大きいこと
から温度一定の測定が可能となる。
【００２９】ただし、ここに示した液中での散乱光を観
測する場合、液体の屈折率を考慮しなければならない。
図７は被測定物を液面の外から測定する場合を図示した
ものである。図７で示すように、液面と被測定物表面と
の距離ＤはＤ＝ｎ・ｄである。ただし、ｎは液体屈折
率、ｄは見かけの距離である。
測する場合、液体の屈折率を考慮しなければならない。
図７は被測定物を液面の外から測定する場合を図示した
ものである。図７で示すように、液面と被測定物表面と
の距離ＤはＤ＝ｎ・ｄである。ただし、ｎは液体屈折
率、ｄは見かけの距離である。
【００３０】図８は、散乱現象を利用して、物体の表面
の位置、形状を測定する方法を示す。図において１はレ
ーザ光源、２は被測定物である。被測定物２の周囲をレ
ーザ光を散乱させる微粒子（煙、飽和水蒸気など）で満
たしておき、散乱現象により現れるレーザビーム５の光
路をこの光路の外に置かれた図示してないカメラによっ
て検出する。このとき、被測定物２の表面Ｂ点では、レ
ーザビーム５が反射するので、他の部分よりも明るくな
る。従って、最も明るい部分Ｂ点を測定することによっ
て被測定物の表面を測定することができる。
の位置、形状を測定する方法を示す。図において１はレ
ーザ光源、２は被測定物である。被測定物２の周囲をレ
ーザ光を散乱させる微粒子（煙、飽和水蒸気など）で満
たしておき、散乱現象により現れるレーザビーム５の光
路をこの光路の外に置かれた図示してないカメラによっ
て検出する。このとき、被測定物２の表面Ｂ点では、レ
ーザビーム５が反射するので、他の部分よりも明るくな
る。従って、最も明るい部分Ｂ点を測定することによっ
て被測定物の表面を測定することができる。
【００３１】図９は、被測定物の表面に光散乱物質であ
る油の膜をひき、滑らかな鏡面の形状を測定する方法を
示す。被測定物の表面に油の膜をひき、膜の端点からレ
ーザビームを入射すると、入射されたレーザビームは、
油面の表面で反射を繰り返しながら伝送される。このと
き外部に洩れるレーザビームを膜面の外に設置されたカ
メラで観測することにより、界面に沿った光の軌跡が空
間曲線として観測され、被測定物の形状を測定できる。
る油の膜をひき、滑らかな鏡面の形状を測定する方法を
示す。被測定物の表面に油の膜をひき、膜の端点からレ
ーザビームを入射すると、入射されたレーザビームは、
油面の表面で反射を繰り返しながら伝送される。このと
き外部に洩れるレーザビームを膜面の外に設置されたカ
メラで観測することにより、界面に沿った光の軌跡が空
間曲線として観測され、被測定物の形状を測定できる。
【００３２】本発明によるレーザ測定方法においては液
中及び気体中の不均一に分布する粒子による散乱光を検
出しているので、この粒子のゆらぎや流れによって散乱
光の強度にもゆらぎが生じる。したがって、検出された
散乱光の平均値を測定することにより測定精度を向上さ
せることができる。
中及び気体中の不均一に分布する粒子による散乱光を検
出しているので、この粒子のゆらぎや流れによって散乱
光の強度にもゆらぎが生じる。したがって、検出された
散乱光の平均値を測定することにより測定精度を向上さ
せることができる。
【００３３】気体又は液体中の浮遊粒子が固体表面に沿
って運動する場合は、これらの浮遊粒子の散乱運動をレ
ーザドップラーにより測定することにより、固体表面の
位置を精密に測定することができる。すなわち、浮遊粒
子を含む流体（液体、気体）に強制的に流れを生じさせ
て界面に沿う浮遊粒子の運動の方向を測定し、これによ
って界面の形状を定めることができる。
って運動する場合は、これらの浮遊粒子の散乱運動をレ
ーザドップラーにより測定することにより、固体表面の
位置を精密に測定することができる。すなわち、浮遊粒
子を含む流体（液体、気体）に強制的に流れを生じさせ
て界面に沿う浮遊粒子の運動の方向を測定し、これによ
って界面の形状を定めることができる。
【００３４】
【効果】本発明の光ビーム測定法によれば、光ビームの
散乱軌跡及び被測定物にビームが当たる点の光の散乱を
測定するので、光を反射しない被測定物でも測定するこ
とができる。また、被測定物の表面が粗面であるか鏡面
であるかにかかわらず、被測定物の表面の測定ができ
る。
散乱軌跡及び被測定物にビームが当たる点の光の散乱を
測定するので、光を反射しない被測定物でも測定するこ
とができる。また、被測定物の表面が粗面であるか鏡面
であるかにかかわらず、被測定物の表面の測定ができ
る。
【図１】工作機械の主軸にレーザ光源を取り付けて加工
機のＮＣテーブル上に置かれた被加工物を測定する説明
図である。
機のＮＣテーブル上に置かれた被加工物を測定する説明
図である。
【図２】本発明のレーザ測定方法及び装置の説明図であ
る。
る。
【図３】レーザビームの射出方向が既知でない場合、ビ
ーム上の２点をカメラによって測定することにより、レ
ーザビームの射出方向を求め、被測定物の形状を測定す
る説明図である。
ーム上の２点をカメラによって測定することにより、レ
ーザビームの射出方向を求め、被測定物の形状を測定す
る説明図である。
【図４】レーザ光源の位置が既知でないとき、レーザビ
ーム上の１点を測定し、被測定物の形状を測定する説明
図である。
ーム上の１点を測定し、被測定物の形状を測定する説明
図である。
【図５】物体上で反射した反射光の方向と入射光の方向
とから、物体表面の放線方向を求め、被測定物の形状を
測定する説明図である。
とから、物体表面の放線方向を求め、被測定物の形状を
測定する説明図である。
【図６】放電加工機の加工槽中の被加工物の形状を測定
する説明図である。
する説明図である。
【図７】液体中で被測定物の形状を測定をする場合、液
体の屈折率を考慮する場合の説明図である。
体の屈折率を考慮する場合の説明図である。
【図８】散乱現象を利用して、物体の表面の形状を測定
する方法の説明図である。
する方法の説明図である。
【図９】鏡面状の被測定物表面に油の膜をはり、この膜
の中にレーザ光を入射することにより、被測定物の形状
を測定する方法の説明図である。
の中にレーザ光を入射することにより、被測定物の形状
を測定する方法の説明図である。
【図１０】レーザビームを利用した従来の測定法の原理
図である。
図である。
１ レーザ光源 ２ 被測定物 ３ レーザビーム観測用のカメラ ４ 光を散乱させる媒体 ５ レーザビーム ６ レーザ光を散乱させる微粒子を噴射する噴射器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 昭弘 名古屋市東区矢田南五丁目１番14号 三菱 電機株式会社名古屋製作所内
Claims (10)
- 【請求項１】 光を散乱させる媒光を散乱させる媒体体
と、前記媒体を介して被測定物へレーザビームを射出す
るレーザ光源と、前記レーザビームの軸から離れた位置
に置かれたカメラとから構成され、 前記レーザビームの散乱光を検出することによって被測
定点の位置を測定することを特徴とするレーザ測定方
法。 - 【請求項２】 前記レーザビームの散乱光を検出するこ
とによって、任意の点と被測定物上の点の間の位置ベク
トルを決定することによって、被測定点の位置を測定す
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ測定方法。 - 【請求項３】 前記散乱媒体中にレーザビームを通過さ
せ、このレーザビームの散乱軌跡をカメラで検出するこ
とによって、被測定物の表面上の一点の位置ベクトル
《Ｒb》を次式から求めることを特徴とする請求項２記
載のレーザ測定方法。 《Ｒb》＝《ＲL》＋ｄ・《ｎL》＝《ＲC》＋ｃ・《ｎb》 ただし、《ＲL》、《ＲC》はそれぞれ任意の原点Ｏから
のレーザ光源、カメラの位置ベクトル、《ｎL》はレー
ザ射出方向の単位ベクトル、《ｎb》はカメラから見た
被測定物の表面上の一点の方向の単位ベクトルを表す。 - 【請求項４】 前記散乱媒体中にレーザビームを通過さ
せ、このレーザビームの散乱軌跡の２点Ａ1、Ｂをカメ
ラによって検出することによって、レーザの射出方向の
単位ベクトル《ｎL》を次式から求めることによって、
被測定物の表面上の位置ベクトル《Ｒｂ》を求めること
を特徴とする請求項２記載のレーザ測定方法。 Ａ1：《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ1・《ｎb1》 Ｂ：α《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ2・《ｎb2》 《ａ》＝《ＲC》−《ＲL》＋ｄ1・《ｎb1》 《ｎL》＝ 《ａ》／｜《ａ》｜ ただし、《ｎb1》、《ｎb2》はカメラから見たＡ1、Ｂ
方向の単位ベクトル、《ａ》はＡから見たＡ1の位置ベ
クトル、α《ａ》＝Ａから見たＢ点の位置ベクトル、ｄ
1、ｄ2はそれぞれカメラの位置からＡ1、Ｂまでの長さ
である。 - 【請求項５】 前記散乱媒体中にレーザビームを通過さ
せ、このレーザビームの散乱軌跡の１点Ｅを２つ以上の
カメラによって検出することによって、Ｂ点の位置ベク
トル《Ｒb》を次式から求めることを特徴とする請求項
２記載のレーザ測定方法。 ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》＝ｄ2・《ｎb2》＋《Ｒc2》 《Ｒb》＝ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》 ここで、《Ｒc1》、《Ｒc2》はそれぞれの原点Ｏからの
第１のカメラ、第２のカメラの位置ベクトル、
《ｎb1》、《ｎb2》はそれぞれ２台のカメラから見た点
Ｂ方向の単位ベクトル、ｄ1、ｄ2はそれぞれ被測定物の
表面上の一点Ｂから第１のカメラ、第２のカメラまでの
長さである。 - 【請求項６】 光を散乱させる媒体と、前記媒体を介し
て被測定物へレーザビームを射出するレーザ光源と、前
記レーザビームの軸から離れた位置に置かれたカメラと
から構成され、 前記レーザビームの散乱光を検出することによって被測
定点の位置を測定することを特徴とするレーザ測定装
置。 - 【請求項７】 前記レーザビームの散乱光を検出するこ
とによって、任意の点と被測定物上の点の間の位置ベク
トルを決定することによって、被測定点の位置を測定す
ることを特徴とする請求項６記載のレーザ測定装置。 - 【請求項８】 前記散乱媒体中にレーザビームを通過さ
せ、このレーザビームの散乱軌跡をカメラで検出するこ
とによって、被測定物の表面上の一点の位置ベクトル
《Ｒb》を次式から求めることを特徴とする請求項７記
載のレーザ測定装置。 《Ｒb》＝《ＲL》＋ｄ・《ｎL》＝《ＲC》＋ｃ・《ｎb》 ただし、《ＲL》、《ＲC》はそれぞれ任意の原点Ｏから
のレーザ光源、カメラの位置ベクトル、《ｎL》はレー
ザ射出方向の単位ベクトル、《ｎb》はカメラから見た
被測定物の表面上の一点の方向の単位ベクトルを表す。 - 【請求項９】 前記散乱媒体中にレーザビームを通過さ
せ、このレーザビームの散乱軌跡の２点Ａ1、Ｂをカメ
ラによって検出することによって、レーザの射出方向の
単位ベクトル《ｎL》を次式から求めることによって、
被測定物の表面上の位置ベクトル《Ｒｂ》を求めること
を特徴とする請求項７記載のレーザ測定装置。 Ａ1：《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ1・《ｎb1》 Ｂ：α《ａ》＋《ＲL》＝《ＲC》＋ｄ2・《ｎb2》 《ａ》＝《ＲC》−《ＲL》＋ｄ1・《ｎb1》 《ｎL》＝ 《ａ》／｜《ａ》｜ ただし、《ｎb1》、《ｎb2》はカメラから見たＡ1、Ｂ
方向の単位ベクトル、《ａ》はＡから見たＡ1のベクト
ル、α《ａ》＝Ａから見たＢ点のベクトル、ｄ1、ｄ2は
それぞれカメラからＡ1、Ｂまでの長さである。 - 【請求項１０】 前記散乱媒体中にレーザビームを通過
させ、このレーザビームの散乱軌跡の１点Ｅを少なくと
も２つのカメラによって検出することによって、Ｂ点の
位置ベクトル《Ｒb》を次式から求めることを特徴とす
る請求項７記載のレーザ測定装置。 ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》＝ｄ2・《ｎb2》＋《Ｒc2》 《Ｒb》＝ｄ1・《ｎb1》＋《Ｒc1》 ここで、《Ｒc1》、《Ｒc2》はそれぞれの原点Ｏからの
第１のカメラ、第２のカメラの位置ベクトル、
《ｎb1》、《ｎb2》はそれぞれ２台のカメラから見た点
Ｂ方向の単位ベクトル、ｄ1、ｄ2はそれぞれ被測定物の
表面上の一点Ｂから第１のカメラ、第２のカメラまでの
長さである。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3198126A JP2710879B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザ測定方法及び装置 |
| EP91121353A EP0534002B1 (en) | 1991-08-07 | 1991-12-12 | Method for determining the position and the configuration of an object under observation |
| DE69118185T DE69118185T2 (de) | 1991-08-07 | 1991-12-12 | Verfahren zur Erstellung der Lage und der Anordnung eines sich in Untersuchung befindendem Objektes |
| US07/872,305 US5383026A (en) | 1991-08-07 | 1992-04-23 | Method and apparatus for determining the position and the configuration of an object under observation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3198126A JP2710879B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザ測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08166214A true JPH08166214A (ja) | 1996-06-25 |
| JP2710879B2 JP2710879B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=16385886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3198126A Expired - Fee Related JP2710879B2 (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザ測定方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5383026A (ja) |
| EP (1) | EP0534002B1 (ja) |
| JP (1) | JP2710879B2 (ja) |
| DE (1) | DE69118185T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE102018202625A1 (de) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Fanuc Corporation | Messvorrichtung |
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- 1991-08-07 JP JP3198126A patent/JP2710879B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-12 DE DE69118185T patent/DE69118185T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-12 EP EP91121353A patent/EP0534002B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-04-23 US US07/872,305 patent/US5383026A/en not_active Expired - Fee Related
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| US10203201B2 (en) | 2017-03-15 | 2019-02-12 | Fanuc Corporation | Measurement device |
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|---|---|
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| JP2710879B2 (ja) | 1998-02-10 |
| EP0534002B1 (en) | 1996-03-20 |
| US5383026A (en) | 1995-01-17 |
| DE69118185D1 (de) | 1996-04-25 |
| EP0534002A1 (en) | 1993-03-31 |
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