(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第１のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第２のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第１の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第２の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第１のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第２のサーボモータを作動させるモータコントローラとを備えてなることを特徴とするレーザ走査装置。
【請求項２】
レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第１のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第２のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第１の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第２の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第１のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第２のサーボモータを作動させるモータコントローラと、時間カウント信号を出力する時間カウンタと、レーザ発振器に対するトリガ信号を時間カウンタからの時間カウント信号に基づき出力するレーザトリガと、対象物で反射するレーザ光を受光した際に受光信号を出力する受光検出器と、受光検出器からの受光信号、第１の位置検出器からの回動位置検出信号、第２の位置検出器からの回動位置検出信号、及び時間カウンタからの時間カウント信号に基づき対象物の凹凸を計測するＣＰＵとを備えてなることを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ走査装置及び形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、形状計測を行うべき対象物へレーザ光を照射し且つ対象物で反射するレーザ光を受光して、レーザ光の出射から受光までに要した時間に基づきレーザ光出射位置に対するレーザ光反射位置の距離を求めることを、対象物の多数箇所に対して行い、対象物の微細な凹凸形状を計測することが実施されている。
【０００３】
このような対象物の形状計測では、レーザ発振器から出射されるレーザ光を対象物に照射する手段にガルバノメータ等によって角度が調整されるミラーを用い、レーザ発振器からのレーザ光を任意の位置に固定したミラーで反射して対象物に照射し、レーザ光の出射から受光までに要した時間に基づいた距離計測を行い、その後、ミラー角度を順次変えてレーザ光を走査させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガルバノメータによるミラーの回動範囲が狭いため、レーザ光を広範囲にわたって高速で走査させることがむずかしい。
【０００５】
また、ミラー角度を順次変えるのにあたり、ガルバノメータ等によるミラーの回動が停止するときの慣性に起因したミラーの振動が収まるまでの待機時間が必要であるため、走査時間が長い。
【０００６】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、レーザ光の走査が効率よく行えるレーザ走査装置及び形状測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載したレーザ走査装置では、レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第１のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第２のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第１の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第２の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第１のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第２のサーボモータを作動させるモータコントローラとを備えている。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載した形状測定装置では、レーザ発振器から出射されるレーザ光が反射面に斜入射し且つレーザ光を対象物へ照射し得る回動ミラーと、レーザ光の光軸を中心として回動ミラーを回動させる第１のサーボモータと、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心として回動ミラーを回動させる第２のサーボモータと、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第１の位置検出器と、レーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動位置を検出する第２の位置検出器と、レーザ光の光軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第１のサーボモータを作動させ且つレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心とした回動ミラーの回動データ波形信号に基づき第２のサーボモータを作動させるモータコントローラと、時間カウント信号を出力する時間カウンタと、レーザ発振器に対するトリガ信号を時間カウンタからの時間カウント信号に基づき出力するレーザトリガと、対象物で反射するレーザ光を受光した際に受光信号を出力する受光検出器と、受光検出器からの受光信号、第１の位置検出器からの回動位置検出信号、第２の位置検出器からの回動位置検出信号、及び時間カウンタからの時間カウント信号に基づき対象物の凹凸を計測するＣＰＵとを備えている。
【０００９】
本発明の請求項１に記載のレーザ走査装置及び本発明の請求項２に記載の形状測定装置のいずれにおいても、レーザ光を対象物へ照射する回動ミラーを、第１のサーボモータによってレーザ発振器からのレーザ光の光軸を中心に回動させるとともに、第２のサーボモータによってレーザ発振器からのレーザ光の光軸に交差する方向へ延びる軸を中心に回動させて、レーザ光を広範囲にわたって連続的に高速走査する。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の形状測定装置においては、第１の位置検出器及び第２の位置検出器からの回動位置検出信号に基づき、対象物のレーザ光反射位置を求め、レーザ光反射位置を検知し、且つ時間カウント信号を同時に検知することによりレーザ光反射位置までの距離計測を高速処理する。
【００１１】
また、回動ミラーを回動させる第１のサーボモータ及び第２のサーボモータを、モータコントローラで制御し、ＣＰＵの負担を軽減する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明のレーザ走査装置の実施の形態の一例を適用した形状測定装置を示すものである。
【００１４】
レーザ走査装置は、レーザ発振器１から出射されるレーザ光Ｌが反射面に斜入射し且つレーザ光Ｌを対象物１７へ照射し得る回動ミラー２と、レーザ光Ｌの光軸（Ｘ軸）を中心として回動ミラー２を回動させる第１のサーボモータ３と、レーザ光Ｌの光軸に直交する軸（Ｙ軸）を中心として回動ミラー２を回動させる第２のサーボモータ４と、Ｘ軸を中心とした回動ミラー２の回動位置を検出する第１の位置検出器５と、Ｙ軸を中心とした回動ミラー２の回動位置を検出する第２の位置検出器６と、外部から入力されるＸ軸を中心とした回動ミラー２の回動データ及びＹ軸を中心とした回動ミラー２の回動データに基づき各サーボモータ３，４を作動させるモータコントローラ７とを備えている。
【００１５】
第１のサーボモータ３及び第２のサーボモータ４のそれぞれの回動軸９，１０は、９０°の範囲で回動し得るようになっている。
【００１６】
第１のサーボモータ３の本体部分は、回動軸９がＸ軸に同軸に位置し且つレーザ発振器１に対して変位しないように該レーザ発振器１の前方に設けた固定架台（図示せず）に装着されている。
【００１７】
第１のサーボモータ３の回動軸９の先端部分には、回動架台８が取り付けられている。
【００１８】
第２のサーボモータ４の本体部分は、回動軸１０がＹ軸に同軸に位置するように前記の回動架台８に装着されている。
【００１９】
また、回動ミラー２は、反射面にレーザ発振器１から出射されるレーザ光Ｌが斜入射し得るように、第２のサーボモータ４の回動軸１０の先端部分に取り付けられている。
【００２０】
第１の位置検出器５及び第２の位置検出器６には、エンコーダが用いられている。
【００２１】
第１の位置検出器５は、第１のサーボモータ３の回動軸９の回動位置を検出して、回動位置検出信号１１を出力するようになっている。
【００２２】
第２の位置検出器６は、第２のサーボモータ４の回動軸１０の回動位置を検出して、回動位置検出信号１２を出力するようになっている。
【００２３】
モータコントローラ７は、外部から入力されるＸ軸を中心とした回動ミラー２の回動データ信号（波形信号）１３及びＹ軸を中心とした回動ミラー２の回動データ信号（波形信号）１４を保持し、回動データ信号１３に基づき第１のサーボモータ３を作動させる指令信号１５と回動データ信号１４に基づき第２のサーボモータ４を作動させる指令信号１６とを出力するように構成されている。
【００２４】
このレーザ走査装置を用いて対象物１７へのレーザ光Ｌの走査を行う際には、サーボモータ３，４の回動軸９，１０が対象物１７に略平行となるようにレーザ走査装置を位置させる。
【００２５】
次いで、レーザ発振器１を作動させると、該レーザ発振器１から出斜されるレーザ光Ｌが回動ミラー２の反射面に斜入射し、該反射面から対象物１７へ向ってレーザ光Ｌが照射されることになる。
【００２６】
また、モータコントローラ７に回動データ信号１３，１４を入力すると、該回動データ信号１３，１４に応じた指令信号１５，１６がそれぞれのサーボモータ３，４に対して出力され、第１のサーボモータ３によって、回動架台８とともに第２のサーボモータ４及び回動ミラー２がＸ軸を中心に９０°の範囲で回動し、第２のサーボモータ４によって、回動ミラー２がＹ軸を中心に９０°の範囲で回動する。
【００２７】
この回動ミラー２のＹ軸を中心とした回動及びＸ軸を中心とした回動により、対象物１７におけるレーザ光反射位置が二点鎖線で示すように、Ｘ軸方向へ進行しつつＹ軸方向に往復動して、対象物１７へのレーザ光Ｌの走査が連続的に行われることになる。
【００２８】
このとき、第１の位置検出器５は、第１のサーボモータ３の回動軸９の回動位置を検出して回動位置検出信号１１を出力し、第２の位置検出器６は、第２のサーボモータ４の回動軸１０の回動位置を検出して回動位置検出信号１２を出力する。
【００２９】
よって、レーザ発振器１から出射されるレーザ光Ｌの光軸に対する対象物１７の垂直距離を予め把握しておけば、当該垂直距離と、それぞれの位置検出器５，６からの回動位置検出信号１１，１２とに基づいて、対象物１７のレーザ光反射位置を求めることができる。
【００３０】
このように、上述したレーザ走査装置では、レーザ光Ｌを対象物１７へ照射する回動ミラー２を、９０°の範囲で回動可能な回動軸９を有する第１のサーボモータ３でレーザ発振器１からのレーザ光Ｌの光軸を中心として回動させるとともに、９０°の範囲で回動可能な回動軸１０を有する第２のサーボモータ４でレーザ発振器１からのレーザ光Ｌの光軸に直交する軸を中心として回動させるので、レーザ光Ｌを広範囲にわたって連続的に高速走査させることができ、よって、対象物１７へのレーザ光Ｌの走査に要する時間の短縮が図られる。
【００３１】
更に、形状測定装置は、上述したレーザ走査装置に加えて、時間カウンタ１８と、レーザトリガ１９と、固定ミラー２０と、受光検出器２１と、ＣＰＵ（演算器）２２と、モニタ２３とを備えている。
【００３２】
時間カウンタ１８は、予め設定された微小時間ごとに時間カウント信号２４を出力するようになっている。
【００３３】
レーザトリガ１９は、レーザ発振器１に対するトリガ信号２５を、時間カウンタ１８から時間カウント信号２４に応じて出力するように構成されている。
【００３４】
固定ミラー２０は、レーザ発振器１と回動ミラー２との間において、レーザ発振器１から出射されるレーザ光Ｌの光路上に位置している。
【００３５】
この固定ミラー２０は、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌを透過させ、対象物から回動ミラー２に入射してレーザ発振器１へ向うレーザ光Ｌを側方へ反射させるようになっている。
【００３６】
受光検出器２１は、受光部に固定ミラー２０で反射される対象物１７からのレーザ光Ｌが入射し得るように、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌの光路の側方に配置されている。
【００３７】
この受光検出器２１は、受光部にレーザ光Ｌが入射した際に、受光信号２６を出力するように構成されている。
【００３８】
ＣＰＵ２２は、時間カウンタ１８からの時間カウント信号２４、受光検出器２１からの受光信号２６、及びそれぞれの位置検出器５，６からの回動位置検出信号１１，１２に基づき対象物１７の凹凸を計測する形状計測機能を具備している。
【００３９】
また、ＣＰＵ２２は、先に述べたモータコントローラ７に対して回動データ信号１３，１４を出力するようになっている。
【００４０】
このＣＰＵ２２では、時間カウンタ１８からの時間カウント信号２４と、受光検出器２１からの受光信号２６とに応じて、レーザ光Ｌがレーザ発振器１より出射され且つ対象物１７で反射して受光検出器２１に入射するまでに要した時間が計測され、当該時間に基づいて、回動ミラー２に対する対象物１７のレーザ光反射位置の距離が求められる。
【００４１】
これと同時に、予め把握したレーザ発振器１から出射されるレーザ光Ｌの光軸に対する対象物１７の垂直距離と、位置検出器５，６からの回動位置検出信号１１，１２とに基づき、対象物１７のレーザ光反射位置が求められる。
【００４２】
更に、回動ミラー２に対する対象物１７のレーザ光反射位置の距離と、対象物１７のレーザ光反射位置とに基づき、対象物１７の凹凸が計測される。
【００４３】
モニタ２３は、ＣＰＵ２２から出力される形状計測信号２７により、対象物１７の凹凸を画像表示するようになっている。
【００４４】
このように、上述した形状測定装置では、第１の位置検出器５及び第２の位置検出器６からの回動位置検出信号に基づいて、対象物１７のレーザ光反射位置を求めるので、レーザ光反射位置を常時検知することができ、また、回動ミラー２を回動させる第１のサーボモータ３及び第２のサーボモータ４を、モータコントローラ７で制御するのでＣＰＵ２２の負担を軽減することができる。
【００４５】
なお、本発明のレーザ走査装置及び形状測定装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のレーザ走査装置及び形状測定装置によれば下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００４７】
（１）本発明の請求項１に記載したレーザ走査装置及び本発明の請求項２に記載した形状測定装置のいずれにおいても、レーザ光を対象物へ照射する回動ミラーを、第１のサーボモータでレーザ発振器からのレーザ光の光軸を中心として回動させるとともに、第２のサーボモータでレーザ発振器からのレーザ光の光軸に対して交差する方向に延びる軸を中心として回動させるので、レーザ光を広範囲にわたって連続的に高速走査することができる。
【００４８】
（２）本発明の請求項２に記載した形状測定装置では、第１の位置検出器及び第２の位置検出器からの回動位置検出信号に基づいて、対象物のレーザ光反射位置を求めるので、レーザ光反射位置を常時検知することができる。
【００４９】
（３）本発明の請求項２に記載した形状測定装置では、回動ミラーを回動させる第１のサーボモータ及び第２のサーボモータをモータコントローラで制御するので、ＣＰＵの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ走査装置の実施の形態の一例を適用した形状測定装置を示す概念図である。
【符号の説明】
１    レーザ発振器
２    回動ミラー
３    第１のサーボモータ
４    第２のサーボモータ
５    第１の位置検出器
６    第２の位置検出器
７    モータコントローラ
１１，１２    回動位置検出信号
１３，１４    回動データ信号
１７  対象物
１８  時間カウンタ
１９  レーザトリガ
２１  受光検出器
２２  ＣＰＵ
２４  時間カウント信号
２５  トリガ信号
２６  受光信号
【図１】
0003724162.tif 000002