(57)【要約】【課題】レーザ安全規格に準拠した出力のレーザ光を用いて、高精度に対象物の形状を測定可能な光測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】光測定装置１は、レーザ光を出力する光源部２１Ａと、レーザ光を受光する受光部２２Ａと、受光部２２Ａでレーザ光を受光した際に出力される受光信号に基づいて、光源部２１Ａから受光部２２Ａまで光路上の対象物を検出するコントローラと、を備え、光源部２１Ａは、点灯及び消灯を周期的に繰り返すパルス駆動によりレーザ光を出力し、コントローラは、パルス駆動される光源部２１Ａの消灯期間の受光信号に基づいて、光源部２１Ａの点灯期間の受光信号に対する閾値を設定し、閾値未満の信号レベルの受光信号が受信された際に、光路上の対象物を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する光源部と、
前記レーザ光を受光する受光部と、
前記受光部で前記レーザ光を受光した際に出力される受光信号に基づいて、前記光源部から前記受光部までの光路上の対象物を検出するコントローラと、を備え、
前記光源部は、点灯及び消灯を周期的に繰り返すパルス駆動により前記レーザ光を出力し、
前記コントローラは、パルス駆動される前記光源部の消灯期間の前記受光信号に基づいて、前記光源部の点灯期間の前記受光信号に対する閾値を設定し、前記閾値未満の信号レベルの前記受光信号が受信された際に、前記光路上の前記対象物を検出する
ことを特徴とする光測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光測定装置において、
前記コントローラは、前記点灯期間の前記受光信号に対する前記閾値を、当該点灯期間の直前又は直後の前記消灯期間の前記受光信号に基づいて設定する
ことを特徴とする光測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光測定装置において、
前記コントローラは、前記消灯期間の前記受光信号に、所定のオフセット値を加算した前記閾値を設定する
ことを特徴とする光測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光測定装置において、
前記点灯期間及び前記消灯期間の合計長さに対する前記点灯期間の長さの比をα（０＜α＜１）とし、前記光源部から連続波として前記レーザ光を使用する際のレーザ安全規格に準拠した当該レーザ光の出力値をＷ０とした際に、
前記光源部は、Ｗ０／αの出力値の前記レーザ光を出力する
ことを特徴とする光測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光測定装置において、
支持点から第一方向に延びる第一支持部と、前記支持点から第一方向とは異なる第二方向に延び、前記第一支持部との間で前記対象物を挿通可能な第二支持部と、を備えるプローブと、
複数のアーム部が互いに回動可能に接続されて、前記プローブを支持する多関節アームと、
前記多関節アームの複数の前記アーム部の回動角度を検出する角度センサーと、を備え、
前記光源部及び前記受光部の一方は、前記第一支持部に設けられ、前記光源部及び前記受光部の他方は、前記第二支持部の前記第一支持部に設けられた前記光源部及び前記受光部の一方に対向する位置に設けられ、
前記コントローラは、前記角度センサーにより検出される角度と、前記プローブから出力される前記受光信号とに基づいて、前記第一支持部及び前記第二支持部の間に挿通される前記対象物を検出する
ことを特徴とする光測定装置。
【請求項６】
レーザ光を出力する光源部と、前記レーザ光を受光して受光信号を出力する受光部と、を備えた光測定装置を用いた測定方法であって、
前記光源部を、点灯及び消灯を周期的に繰り返すパルス駆動させて前記レーザ光を出力し、
パルス駆動される前記光源部の消灯期間の前記受光信号に基づいて、前記光源部の点灯期間の前記受光信号に対する閾値を設定し、前記閾値未満の信号レベルの前記受光信号が受信された際に、前記光源部から前記受光部まで光路上の対象物を検出する
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて非接触により対象物の形状を測定する光測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を用いて対象物の形状を測定する光測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置は、管部材（パイプ等）の管径を測定する測定装置であり、レーザ光（放射線ビーム）を出力する３つの光源部（線源）と、光源部から出射されたレーザ光を受光する３つの受光部（検出器）とを備える。そして、この測定装置では、各光源部からレーザ光を出射させ、光源部と受光部との間に管部材が配置された際の、管部材の表面を透過した光を受光部で受光させることで、各受光量から管部材の形状（径寸法）を算出する。
【０００３】
また、多関節アームの先端に、上記のような光源部及び受光部を有するレーザプローブを取り付け、対象物の表面に沿ってレーザプローブを移動させることで、対象物の形状を測定する光測定装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−５９１１０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３４９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような光測定装置では、受光部でレーザ光を受光したか否かの判定は、一般的に、受光部から出力される出力信号の信号レベルが予め設定された閾値以上であるか否かを判定することで行われる。
しかしながら、特許文献２に記載のような多関節アームの先端にレーザプローブを取り付けた光測定装置では、測定者が複数のアームの相対角度を変更して、レーザプローブを任意の位置に移動させることで対象物の形状を測定する。したがって、光測定装置の設置環境によっては、レーザプローブを移動させた際に外光の光量が変動する。例えば、受光部で強い外光を受光した場合、レーザ光を受光していないにもかかわらず、信号レベルが閾値を超え、レーザ光を受光したと判定される場合があり、測定精度が低下する。
【０００６】
一方、外光の影響を受けずに、一定の測定精度を維持するために、レーザ光の出力を上げることも考えられる。しかしながら、高出力のレーザ光が測定者等の目に入ると、失明等の事故が発生するおそれがある。したがって、通常、光測定装置では、レーザ安全規格に定められた安全基準値以内となるように、レーザ光の出力値が設定されており、レーザ光の出力値を上げることは困難である。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みて、レーザ安全規格に準拠した出力のレーザ光を用いて、高精度に対象物の形状を測定可能な光測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光測定装置は、レーザ光を出力する光源部と、前記レーザ光を受光する受光部と、前記受光部で前記レーザ光を受光した際に出力される受光信号に基づいて、前記光源部から前記受光部までの光路上の対象物を検出するコントローラと、を備え、前記光源部は、点灯及び消灯を周期的に繰り返すパルス駆動により前記レーザ光を出力し、前記コントローラは、パルス駆動される前記光源部の消灯期間の前記受光信号に基づいて、前記光源部の点灯期間の前記受光信号に対する閾値を設定し、前記閾値未満の信号レベルの前記受光信号が受信された際に、前記光路上の前記対象物を検出することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、光源部を周期的に点灯及び消灯させる点滅駆動（パルス駆動）により、レーザ光を出力する。この場合、光源部が点灯された際に、高レベルの受光信号が出力され、光源部が消灯された際に、低レベルの受光信号が出力される。ここで、光源部を消灯した際に受光部から出力される受光信号は、主に外光の受光により得られる受光信号となる。したがって、コントローラは、上記のような消灯期間に得られる低レベルの受光信号に基づいて閾値を設定することで、レーザ光と外光とを適正に判定することができる。つまり、本発明では、リアルタイムに変動する外光の影響に対応して閾値を適正な値に変更することができ、例えば、測定中において終始同一の閾値を用いてレーザ光を受光したか否かを判定する場合に比べて、測定精度を向上させることができる。また、本発明では、上記のように外光の光量に応じて閾値を変動させるので、測定精度の向上のために、レーザ安全規格を超える出力値のレーザ光を出力する必要がない。以上により、本発明では、レーザ安全規格に準拠した出力のレーザ光を用いて、高精度に対象物の形状を測定することが可能となる。
【００１０】
本発明の光測定装置において、前記コントローラは、前記点灯期間の前記受光信号に対する前記閾値を、当該点灯期間の直前又は直後の前記消灯期間の前記受光信号に基づいて設定することが好ましい。
本発明では、点灯期間の直前又は直後の消灯期間の受光信号に基づいて、点灯期間の閾値を設定するので、外光の変動に対応した閾値を適切に設定することができる。
【００１１】
本発明の光測定装置において、前記コントローラは、前記消灯期間の前記受光信号に、所定のオフセット値を加算した前記閾値を設定することが好ましい。
コントローラは、光源部が消灯した際に受光部から出力される受光信号に対して、所定のオフセット値を加算して閾値を算出する。これにより、ノイズの影響を抑制した測定処理を行うことができ、測定精度が向上する。
【００１２】
本発明の光測定装置において、前記点灯期間及び前記消灯期間の合計長さに対する前記点灯期間の長さの比をα（０＜α＜１）とし、前記光源部から連続波として前記レーザ光を使用する際のレーザ安全規格に準拠した当該レーザ光の出力値をＷ０とした際に、前記光源部は、Ｗ０／αの出力値の前記レーザ光を出力することが好ましい。
本発明では、上述したように、光源部をパルス駆動させるため、単位時間のレーザ光の総出力値は、連続波としてレーザ光を出力する場合に比べてα倍となる。したがって、レーザ光の出力値をＷ０／αとした場合でも、レーザ安全規格内の出力値となり、従来の連続波として出力値Ｗ０のレーザ光を出力する光測定装置と同じ安全性を確保することができる。これに加え、点灯期間におけるレーザ光の出力値が上がるので、受光部でレーザ光を受光した際の受光信号の信号レベルも上がり、測定精度の向上を図れる。
【００１３】
本適用例の光測定装置において、支持点から第一方向に延びる第一支持部と、前記支持点から第一方向とは異なる第二方向に延び、前記第一支持部との間で前記対象物を挿通可能な第二支持部と、を備えるプローブと、複数のアーム部が互いに回動可能に接続されて、前記プローブを支持する多関節アームと、前記多関節アームの複数の前記アーム部の回動角度を検出する角度センサーと、を備え、前記光源部及び前記受光部の一方は、前記第一支持部に設けられ、前記光源部及び前記受光部の他方は、前記第二支持部の前記第一支持部に設けられた前記光源部及び前記受光部の一方に対向する位置に設けられ、前記コントローラは、前記角度センサーにより検出される角度と、前記プローブから出力される前記受光信号とに基づいて、前記第一支持部及び前記第二支持部の間に挿通される前記対象物を検出することが好ましい。
このような光測定装置では、測定部は、多関節アームの各アームの角度を変化させてプローブの位置を移動させた際に、角度センサーによりプローブの位置や姿勢（角度）を測定することができる。また、プローブの第一支持部と第二支持部の間に対象物（例えばパイプ等）が介在すると、光源部からのレーザ光が対象物により遮断されて、受光信号の信号レベルが閾値未満となる。よって、本発明の光測定装置は、プローブの位置を変更しながら、角度センサーによる検出結果によりプローブの位置を測定し、そのプローブの位置において、対象物が存在するか否かを検出することで、対象物の形状を好適に測定することができる。
【００１４】
本発明の測定方法は、レーザ光を出力する光源部と、前記レーザ光を受光して受光信号を出力する受光部と、を備えた光測定装置を用いた測定方法であって、前記光源部を、点灯及び消灯を周期的に繰り返すパルス駆動させて前記レーザ光を出力し、パルス駆動される前記光源部の消灯期間の前記受光信号に基づいて、前記光源部の点灯期間の前記受光信号に対する閾値を設定し、前記閾値未満の信号レベルの前記受光信号が受信された際に、前記光源部から前記受光部まで光路上の対象物を検出することを特徴とする。
これにより、上述した発明と同様に、レーザ安全規格に準拠した出力のレーザ光を用いて、外光の影響を抑制した測定処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の光測定装置の一例を示す概略図。
【図２】本実施形態の光測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態のプローブの概略構成を示す模式図。
【図４】光源部から出力されるレーザ光の駆動波形、及び受光部から出力される受光信号の信号波形の一例を示す図。
【図５】本実施形態の光測定装置におけるパイプの測定方法に係るプローブによるパイプの検出処理を示すフローチャート。
【図６】信号検出器で検出される受光信号、信号検出器で消灯期間において検出される受光信号、オフセット値の加算により算出される閾値、信号検出器で点灯期間において検出される受光信号、及び比較器から出力される比較結果の一例を示す図。
【図７】信号検出器で検出される受光信号、信号検出器で消灯期間において検出される受光信号、オフセット値の加算により算出される閾値、信号検出器で点灯期間において検出される受光信号、及び比較器から出力される比較結果の他の一例を示す図。
【図８】本実施形態の光測定装置におけるパイプの測定方法に係るプローブの形状算出処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る一実施形態の光測定装置について説明する。
図１は、本実施形態の光測定装置１の一例を示す概略図である。図２は、光測定装置１の概略構成を示すブロック図である。
光測定装置１は、測定者によりプローブ２を移動させることが可能に構成され、プローブ２による測定結果（受光信号）と、プローブ２の位置とにより、測定対象物の形状測定を行う。なお、本実施形態の光測定装置１は、対象物として、パイプＷ（図３参照）の形状を測定するものとして、以下説明する。
この光測定装置１は、図１に示すように、プローブ２と、多関節アーム３と、角度センサー４（図２参照）と、ＰＣ５と、を含んで構成されている。
【００１７】
［多関節アーム３の構成］
多関節アーム３は、プローブ２を支持するとともに、当該プローブ２を三次元空間内で外部からの力（測定者による操作）に対して移動可能に構成されている。
この多関節アーム３は、図１に示すように、例えば円柱状の支柱３Ａと、円柱状の第一リンク３Ｂ〜第六リンク３Ｇ（アーム部）と、第一関節部３Ｈ〜第六関節部３Ｍと、プローブヘッド３Ｎとを備える。
支柱３Ａは、第一軸Ａｘ１に沿うように作業台等に固定される。
第一関節部３Ｈは、第一リンク３Ｂが第一軸Ａｘ１に沿うように、支柱３Ａと第一リンク３Ｂの一端とを連結（接続）する。そして、第一リンク３Ｂは、第一関節部３Ｈにより支柱３Ａに連結されることで、支柱３Ａに対して、第一軸Ａｘ１を中心として回動可能となる。
【００１８】
第二関節部３Ｉは、第一リンク３Ｂの他端と第二リンク３Ｃの一端とを連結する。そして、第一リンク３Ｂ及び第二リンク３Ｃは、第二関節部３Ｉにより互いに連結されることで、例えば水平面に沿った第二軸Ａｘ２を中心として相対的に回動可能となる。
第三関節部３Ｊは、互いの中心軸Ａｘ３が一致する状態で、第二リンク３Ｃの他端と第三リンク３Ｄの一端とを連結する。
そして、第二リンク３Ｃ及び第三リンク３Ｄは、第三関節部３Ｊにより互いに連結されることで、中心軸Ａｘ３を中心として相対的に回動可能となる。
第四関節部３Ｋは、第三リンク３Ｄの他端と第四リンク３Ｅの一端とを連結する。
そして、第三リンク３Ｄ及び第四リンク３Ｅは、第四関節部３Ｋにより互いに連結されることで、中心軸Ａｘ３に直交する第三軸Ａｘ４を中心として相対的に回動可能となる。
【００１９】
第五関節部３Ｌは、互いの中心軸Ａｘ５が一致する状態で、第四リンク３Ｅの他端と第五リンク３Ｆの一端とを連結する。
そして、第四リンク３Ｅ及び第五リンク３Ｆは、第五関節部３Ｌにより互いに連結されることで、中心軸Ａｘ５を中心として相対的に回動可能となる。
第六関節部３Ｍは、第五リンク３Ｆの他端と第六リンク３Ｇの一端とを連結する。
そして、第五リンク３Ｆ及び第六リンク３Ｇは、第六関節部３Ｍにより互いに連結されることで、中心軸Ａｘ５に直交する第四軸Ａｘ６を中心として相対的に回動可能となる。
以上のように、多関節アーム３は、複数軸（本実施形態では６軸）により操作可能に構成されている。
プローブヘッド３Ｎは、第六リンク３Ｇの他端に取り付けられるとともに、プローブ２を着脱可能に支持する。
【００２０】
角度センサー４は、第一関節部３Ｈ〜第六関節部３Ｍにそれぞれ取り付けられる。
そして、第一関節部３Ｈ〜第六関節部３Ｍのそれぞれに設けられた角度センサー４は、第一リンク３Ｂ〜第六リンク３Ｇの相対的な回動角度を検出する。例えば、第一関節部３Ｈに設けられた角度センサー４は、支柱３Ａ及び第一リンク３Ｂの第一軸Ａｘ１を中心とした相対的な回転角度を検出し、角度情報（エンコーダ信号）を出力する。各角度センサー４により第一リンク３Ｂ〜第六リンク３Ｇのそれぞれの角度が検出されることで、プローブ２の位置及び姿勢（角度）が検出可能となる。
【００２１】
さらに、光測定装置１は、光測定装置１の全体動作を制御する制御回路３１を備えている。この制御回路３１は、例えば、多関節アームの支柱３Ａの内部等に設けられており、角度センサー４、プローブ２のプローブ制御部２３、及びＰＣ５等と通信可能に接続されている。この制御回路３１は、プローブ２によってパイプＷが検出された際に、角度センサー４から出力された角度情報を読み取り、ＰＣ５に出力する。
【００２２】
［プローブ２の構成］
次に、プローブ２の構成について説明する。
図３は、プローブ２の概略構成を示す図である。
プローブ２は、図３に示すように、固定部２Ａ（支持点）と、第一支持部２Ｂと、第二支持部２Ｃとを備える。
固定部２Ａは、プローブヘッド３Ｎに装着される部位である。
第一支持部２Ｂは、固定部２Ａに連結され、固定部２Ａから離隔する方向（第一方向）に長手状の棒状に形成されている。
第二支持部２Ｃは、固定部２Ａに連結され、第一支持部２Ｂとは異なる方向（第二方向）に長手状の棒状に形成されている。
つまり、プローブ２は、第一支持部２Ｂ及び第二支持部２Ｃにより、略Ｕ字形状に構成されており、第一支持部２Ｂ及び第二支持部２Ｃの間に、パイプＷ（対象物）が挿通可能となる。
【００２３】
そして、第一支持部２Ｂの固定部２Ａ側には、第二支持部２Ｃの先端部（固定部２Ａとは反対側）に向かってレーザ光を出力する第一光源部２１Ａが設けられ、第二支持部２Ｃの先端部には、第一光源部２１Ａに対向し、第一光源部２１Ａから出力されたレーザ光を受光可能な第一受光部２２Ａが設けられている。
同様に、第二支持部２Ｃの固定部２Ａ側には、第一支持部２Ｂの先端部に向かってレーザ光を出力する第二光源部２１Ｂが設けられ、第一支持部２Ｂの先端部には、第二光源部２１Ｂに対向し、第二光源部２１Ｂから出力されたレーザ光を受光可能な第二受光部２２Ｂが設けられている。
第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂは、本発明の光源部であり、所定波長のレーザ光を出力するレーザ光源である。第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂは、レーザ光を受光することで、電気信号（受光信号）を出力する光電変換素子により構成されている。
なお、ここでは、第一支持部２Ｂ及び第二支持部２Ｃの固定部２Ａ側に第一光源部２１Ａや第二光源部２１Ｂが設けられる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、固定部２Ａ側に第一受光部２２Ａや第二受光部２２Ｂが配置されていてもよい。つまり、光源部及び受光部の一方が第一支持部２Ｂに設けられ、他方が第二支持部２Ｃに設けられ、互いに対向するように配置されていればよい。
【００２４】
図４は、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂから出力されるレーザ光の駆動波形及び第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂから出力される受光信号の信号波形の一例を示す図である。
図４に示すように、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂは、それぞれ、点灯及び消灯を周期的に繰り返す点滅駆動（パルス駆動）により、レーザ光を出力する。本実施形態では、パルス駆動のデューティー比は１／２であり、点灯期間と、消灯期間とが同一時間となる。
また、レーザ光の波長は特に限定されないが、当該レーザ光の出力値は、レーザ安全規格（ＩＥＣ60825-1、ＪＩＳ Ｃ 6802-1）に準拠した出力値となる。例えば、本実施形態では、レーザ安全規格のクラス２に満たすよう、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂから出力されるレーザ光の波長及び出力値が設定される。
【００２５】
ここで、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂにおいて、連続波としてレーザ光を出力した際に、レーザ安全規格を満たすレーザ光の出力値がＷ０（ｍＷ）であるとすると、本実施形態では、図４に示すように、レーザ光の出力値は、２Ｗ０（ｍＷ）に設定される。つまり、本実施形態では、デューティー比１／２でパルス駆動によりレーザ光を出力する。このため、点灯時のレーザ光の出力値を、連続波のレーザ光を使用する場合の２倍に設定しても、単位時間当たりにおけるレーザ光の総出力値は、連続波のレーザ光を安全規格内で出力する場合と同一になる。本実施形態では、デューティー比が１／２である例であるが、レーザ光をパルス駆動させる際に、単位時間あたりのデューティー比（（点灯期間）／（点灯期間＋消灯期間の合計長さ））がα（０＜α＜１）である場合、レーザ光の出力値をＷ０／α以内とすることができる。
【００２６】
また、上記のように、レーザ光の出力値を２Ｗ０とすることで、図４に示すように、第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂから出力される受光信号の信号レベルも約２倍となる。つまり、レーザ光をパルス駆動することにより、レーザ安全規格を満たし、かつ、強い出力値のレーザ光を出力することができ、レーザ測定におけるＳＮ比を向上できる。
【００２７】
［コントローラの構成］
プローブ２には、図２に示すように、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂの発光制御、及び第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂの受光制御を行うプローブ制御部２３が設けられている。このプローブ制御部２３は、上述したように、制御回路３１とともに、本発明のコントローラを構成する。
プローブ制御部２３は、図２に示すように、光源ドライバ２４、受光ドライバ２５、及び検出部２６を備える。
光源ドライバ２４は、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂの駆動を制御する駆動制御回路である。この光源ドライバ２４は、例えば第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂのそれぞれに対して設けられ、それぞれ独立して駆動させてもよく、１つの光源ドライバ２４からの信号を第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂに出力してもよい。
この光源ドライバ２４は、所定周期のパルス駆動信号を第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂに出力する。これにより、上述したように、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂは、所定周期で点滅駆動（パルス駆動）される。
【００２８】
受光ドライバ２５は、第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂから出力された信号を処理する信号処理回路である。この受光ドライバ２５は、第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂに対してそれぞれ１つずつ設けられる。よって、第一受光部２２Ａからの受光信号、及び第二受光部２２Ｂからの受光信号は、それぞれ独立して処理される。
【００２９】
この受光ドライバ２５は、信号検出器２５１、オフセット信号加算器２５２、及び比較器２５３を備える。
信号検出器２５１は、例えば、サンプルアンドホールド回路、又はＡ／Ｄ変換回路等により構成されており、第一受光部２２Ａ（第二受光部２２Ｂ）から出力される受光信号を検出する。なお、信号検出器２５１における、受光信号を検出する周期（サンプリング周期）は、第一光源部２１Ａや第二光源部２１Ｂのパルス駆動周期と同一、またはパルス駆動周期よりも短い周期とすることが好ましい。本実施形態では、信号検出器２５１は、第一光源部２１Ａや第二光源部２１Ｂのパルス駆動周期に対して十分小さいサンプリング周期で受信信号を検出する。これにより、図４に示すような受信信号を得ることができる。
オフセット信号加算器２５２は、光源ドライバ２４に同期されており、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂのパルス駆動における消灯期間時に検出された受光信号に対して所定のオフセット値を加算した閾値を算出する。
【００３０】
比較器２５３は、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂのパルス駆動における点灯期間時に検出された受光信号と、前記算出された閾値とを比較する。
つまり、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂの点灯期間の受光信号と、当該点灯期間の直前（又は直後）の光源消灯期間の受光信号との信号差が一定値以上であれば、第一光源部２１Ａ（又は第二光源部２１Ｂ）のレーザ光がパイプＷによって遮光されずに、第一受光部２２Ａ（又は第二受光部２２Ｂ）に受光されていることを示す。よって、比較器２５３は、消灯期間の受光信号に対してオフセット値を加算した値を閾値として、点灯期間の受光信号が閾値以上となる場合に、パイプＷが存在しないとしたハイレベルを測定結果として出力する。
【００３１】
一方、比較器２５３の比較結果において、点灯期間の受光信号と、消灯期間の受光信号との信号差が一定値未満であれば、レーザ光がパイプＷによって遮光されたことを示す。つまり、点灯期間の受光信号が、消灯期間の受光信号に対してオフセット値を加算した閾値未満となる場合、パイプＷが存在するとしたローレベルを測定結果として出力する。
【００３２】
検出部２６は、比較器２５３からの比較結果に基づいてパイプの有無を検出する。つまり、検出部２６は、比較器２５３からの信号がローレベルである場合に、パイプＷが検出されたと判定し、ラッチ信号（トリガ信号）を制御回路３１に出力する。
また、プローブ制御部２３とともにコントローラを構成する制御回路３１は、検出部２６からラッチ信号が入力された際に、各角度センサー４から出力される角度情報（エンコーダ信号）を読み取り、ＰＣ５に転送する。
【００３３】
［ＰＣ５の構成］
ＰＣ５は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や、メモリ等の記憶装置等により構成されている。このＰＣ５は、演算回路により、記憶装置に記憶された各種プログラム（ソフトウェア）を読み出して実行させることで、制御回路３１から入力された角度情報に基づいたパイプＷの形状測定を実施する。
【００３４】
つまり、ＰＣ５は、プローブ２でパイプＷが検出された際に角度センサー４により検出される角度情報と、第一リンク３Ｂ〜第六リンク３Ｇの長さ寸法（既知の値）等を用いて、プローブ２でパイプＷが検出された際の、プローブ２の位置及び姿勢を算出し、パイプＷの座標を算出する。また、ＰＣ５は、測定者がプローブ２の位置を移動させた際のパイプＷの座標を繋ぎ合わせることで、パイプＷの形状を測定することができる。
【００３５】
この際、ＰＣ５は、第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂのそれぞれに対する比較結果から、対象物の詳細位置を検出することも可能である。例えば、第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂの受光信号に基づいた比較結果の双方がローレベルである場合、図３に示すように、第一光源部２１Ａからのレーザ光と、第二光源部２１Ｂからのレーザ光の交差位置を中心とした所定範囲内にパイプＷが存在すると判定できる。一方、第一受光部２２Ａの受光信号に基づいた比較結果がハイレベルであり、第二受光部２２Ｂからの受光信号に基づいた比較結果がローレベルである場合、パイプＷは、第一光源部２１Ａのレーザ光の光路よりも第二受光部２２Ｂ側に存在することを意味する。
本実施形態では、説明の簡略化のため、第一光源部２１Ａ及び第一受光部２２Ａと、第二光源部２１Ｂ及び第二受光部２２Ｂとが設けられる構成を例示したが、光源部及び受光部の組合せ数をより多くすることで、第一支持部２Ｂ及び第二支持部２Ｃの間において、どの位置に対象物が存在するかを、高精度に検出することが可能となる。
【００３６】
［光測定装置１を用いた対象物の測定方法］
次に、上述したような光測定装置１を用いたパイプＷの測定方法について説明する。
図５は、本実施形態の光測定装置１のパイプＷの測定方法に係るプローブ２のパイプＷの検出処理を示すフローチャートである。
本実施形態では、対象物であるパイプＷの形状測定に際し、測定者は、光測定装置１の操作部を操作して、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂを駆動させる（ステップＳ１）。つまり、測定者の操作入力に基づいて、光源ドライバ２４は、パルス駆動電圧を第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂに入力する。これにより、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂは、所定周期で点灯及び消灯を繰り返す点滅駆動（パルス駆動）によりレーザ光を出力する。
【００３７】
本実施形態の光測定装置１では、測定者が例えば多関節アーム３の各リンク３Ｂ〜３Ｇを支持して、プローブ２の第一支持部２Ｂ及び第二支持部２Ｃの間にパイプＷが挿通するように、プローブ２の三次元空間における位置を移動させ、プローブ２によるパイプＷの有無の検出（判定）を行う。
【００３８】
ステップＳ１以降、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂから、パルス駆動によりレーザ光が出力され、そのレーザ光が第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂで受光される。
図６及び図７は、信号検出器２５１で検出される受光信号、信号検出器２５１で消灯期間において検出される受光信号、オフセット値の加算により算出される閾値、信号検出器２５１で点灯期間において検出される受光信号、及び比較器２５３から出力される比較結果を示す図である。なお、図６は、プローブ２を移動させた際に、外光に変化がない場合を示す図であり、図７は、プローブ２を移動させた際に、外光に変化が有った場合を示す図である。図６及び図７において、（Ａ）は、信号検出器２５１で検出される受光信号を示し、（Ｂ）は、信号検出器２５１で消灯期間において検出される受光信号を示し、（Ｃ）は、オフセット値の加算により算出される閾値を示し、（Ｄ）は、信号検出器２５１で点灯期間において検出される受光信号を示し、（Ｅ）は、比較器２５３から出力される比較結果を示している。
【００３９】
受光ドライバ２５は、この受光信号を常時監視して、比較器２５３における閾値を設定（変更）する。具体的には、プローブ制御部２３は、まず、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂの消灯期間（図６及び図７におけるＴｏｆｆ１やＴｏｆｆ２）での受光信号を検出し（ステップＳ２）、オフセット信号加算器２５２から出力されるオフセット値Ｏを加算することで、図６（Ｃ）及び図７（Ｃ）に示すような閾値（Ｑ，Ｑ１，Ｑ２）を設定する（ステップＳ３）。
ここで、本実施形態では、各点灯期間で出力される受光信号に対する比較処理を実施するために、当該点灯期間の直前の消灯期間で出力される受光信号に基づいて、閾値を設定する。外光が一定である場合、図６（Ｂ）に示すように、各消灯期間での受光信号は一定であり、閾値Ｑも図６（Ｃ）に示すように一定となる。
これに対して、図７は、タイミングＴ１前後において、プローブ２移動等によってプローブ２の周囲の外光に変化が有った場合の例であり、この場合、図７（Ｂ）に示すように、タイミングＴ１前に比べて、タイミングＴ１の後の消灯期間での受光信号も変動する。図７（Ｂ）に示す例は、タイミングＴ１の後の消灯期間Ｔｏｆｆ２において、タイミングＴ１の前の消灯期間Ｔｏｆｆ１よりも外光の光量が上昇した場合の例であり、レーザ光を消灯した際の受光信号も外光の光量に応じて上昇する。したがって、図７（Ｃ）に示すように、消灯期間Ｔｏｆｆ１での受光信号がＤｏｆｆ１、消灯期間Ｔｏｆｆ２での受光信号がＤｏｆｆ２（＞Ｄｏｆｆ１）である場合、オフセット値をＯとして、消灯期間Ｔｏｆｆ１に連続する点灯期間Ｔｏｎ１での閾値Ｑ１は、Ｑ１＝Ｄｏｆｆ１＋Ｏとなり、消灯期間Ｔｏｆｆ２に連続する点灯期間Ｔｏｎ２での閾値Ｑ２は、Ｑ２＝Ｄｏｆｆ２＋Ｏ（＞Ｑ１）となる。
なお、受光信号にはノイズ等も含まれるため、各消灯期間内の受光信号は一定値とはならない。これに対して、プローブ制御部２３は、消灯期間の最後（点灯期間に切り替わる直前）の受信信号に基づいて閾値を設定してもよい。また、消灯期間において受信された受信信号の平均値に基づいて閾値を設定してもよい。
【００４０】
ステップＳ３の後、消灯期間から点灯期間に切り替わると、プローブ制御部２３は、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂの点灯期間（図６及び図７におけるＴｏｎ１やＴｏｎ２）での受光信号を検出する（ステップＳ４）。そして、比較器２５３は、点灯期間の受光信号と、ステップＳ３で設定した閾値とを比較する比較処理を実施する（ステップＳ５）。比較器２５３は、図６（Ｅ）及び図７（Ｅ）に示すように、点灯期間の受光信号と閾値とを比較し、受光信号の信号レベルが閾値以上である場合、パイプＷが非検出である旨のハイレベル信号を出力し、受光信号の信号レベルが閾値未満である場合、パイプＷの検出を示すローレベル信号を出力する。この際、比較器２５３は、第１の点灯期間（例えば点灯期間Ｔｏｎ１）の最後（消灯期間に切り替わる直前）での比較結果と、第１の点灯期間の次の第２の点灯期間（例えば点灯期間Ｔｏｎ２）の最初（消灯期間から切り替わった直後）において、比較器２５３での比較結果が同一である場合、その間の消灯期間（例えば消灯期間Ｔｏｆｆ２）に対しても、第１の点灯期間の最後及び第２の点灯期間の最初と同じ比較結果であるとした信号レベルを設定する。例えば、図６及び図７に示すように、点灯期間Ｔｏｎ１の最後と点灯期間Ｔｏｎ２の最初との双方で、受光信号が閾値を超える場合、消灯期間Ｔｏｆｆ２においてパイプが非検出である旨のハイレベル信号を比較結果として出力する。
【００４１】
また、本実施形態で用いる閾値は、直前の消灯期間において、設定された閾値となる。したがって、図６に示す例では、点灯期間Ｔｏｎ１及び点灯期間Ｔｏｎ２において、同一の閾値Ｑが用いられる。したがって、図６では、タイミングＴｓ１で受光信号が閾値Ｑ１未満となり、パイプが検出されることになる。
一方、図７に示す例では、タイミングＴ１で外光に変動があるため、点灯期間Ｔｏｎ１では閾値Ｑ１が用いられ、点灯期間Ｔｏｎ２では閾値Ｑ２が用いられる。ここで、従来のように閾値として一定値（例えばＱ１）を用いる光測定装置では、点灯期間Ｔｏｎ２での受光量が閾値Ｑ１以上となるので、パイプを検出することができない。これに対して、本実施形態では、タイミングＴ１で閾値Ｑ２に設定されることで、点灯期間Ｔｏｎ２のタイミングＴＳ２で、受光信号が閾値Ｑ２未満となると判定され、パイプＷを検出することが可能となる。
【００４２】
そして、検出部２６は、比較器２５３からの比較処理の結果に基づいて、パイプＷが検出されたか否かを判定する（ステップＳ６）。つまり、検出部２６は、受光信号が閾値未満であるか否かを判定する。
ステップＳ６でＹｅｓと判定された場合、検出部２６は、ラッチ信号（トリガ信号）を制御回路３１に出力する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ６でＮｏと判定された場合は、ステップＳ７はスキップされる。
本実施形態では、電源投入によってステップＳ１が実施された後、ステップＳ２からステップＳ７の処理がループされ、パイプＷの検出が、常時、行われる。したがって、測定者によってプローブ２の位置が移動された際に、パイプＷが検出されると、その都度、ステップＳ７によりラッチ信号が出力される。
【００４３】
図８は、光測定装置１のパイプＷの測定方法に係るパイプＷの形状算出処理を示すフローチャートである。
パイプＷの形状算出処理では、まず、制御回路３１は、プローブ２からラッチ信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８で、Ｎｏと判定された場合は、後述のステップＳ１２に移行して、測定を終了させるか否かを判定し、ステップＳ１２でＮｏと判定された場合に、ステップＳ８に戻る。つまり、測定者によって測定を終了させる旨の操作が為されない限り、制御回路３１は、ラッチ信号の入力受付を継続する。
一方、ステップＳ８でＹｅｓと判定された場合（ラッチ信号が入力された場合）、制御回路３１は、角度センサー４で検出された角度情報（エンコーダ信号）を読み取る（ステップＳ９）。そして、制御回路３１は、検出した角度情報をＰＣ５に転送する（ステップＳ１０）。
ＰＣ５は、制御回路３１から角度情報を受信すると、パイプ形状を算出する（ステップＳ１１）。具体的には、ＰＣ５は、パイプＷが検出された際の角度情報に基づいて、プローブ２の位置及び姿勢を検出し、パイプＷの座標位置を算出する。
【００４４】
また、ＰＣ５は、測定者により、測定を終了させる旨の操作入力が行われたか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２でＮｏと判定された場合（測定を継続する場合）、ステップＳ８に戻り、ステップＳ８からステップＳ１１の処理が繰り返し実施される。
【００４５】
以上に示すように、本実施形態では、プローブ２で、図５に示すステップＳ１からステップＳ７の処理が実施されることで、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂの消灯期間毎に、比較器２５３により比較処理を実施する際の閾値Ｑが算出され、当該閾値Ｑを用いて次の点灯期間における比較処理が実施される。そして、プローブ２の位置を移動させながら、ステップＳ２からステップＳ７の処理が繰り返されることで、パイプＷによってレーザ光が遮光された位置（パイプＷが存在する位置）を高精度に検出できる。
また、プローブ２によってパイプＷが検出される毎に、角度センサー４で検出される角度情報が取り込まれ、ＰＣ５に転送される。よって、ＰＣ５は、角度情報に基づいて算出されるパイプＷの位置を繋ぎ合わせることで、パイプＷの形状を高精度に算出することができる。
【００４６】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の光測定装置１は、第一光源部２１Ａ、第一光源部２１Ａからのレーザ光を受光する第一受光部２２Ａ、第二光源部２１Ｂ、第二光源部２１Ｂからのレーザ光を受光する第二受光部２２Ｂ、及び、受光信号に基づいてパイプＷを検出するコントローラ（プローブ制御部２３及び制御回路３１）を備える。第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂは、光源ドライバ２４の制御によって、消灯及び点灯を周期的に繰り返すパルス駆動によりレーザ光を出力する。また、コントローラは、消灯期間に第一受光部２２Ａ及び第二受光部２２Ｂから出力される受光信号に基づいて閾値を設定して、閾値未満の信号レベルの受光信号が受信された際に、パイプＷを検出する。
【００４７】
消灯期間での受光信号は、第一受光部２２Ａ（第二受光部２２Ｂ）にレーザ光が入射しておらず、主に外光の受光により得られる受光信号である。本実施形態では、このような消灯期間における受光信号、つまりプローブ２の現在の位置における外光の光量に基づいて、比較器２５３で比較処理を実施するための閾値を設定する。これにより、第一受光部２２Ａ（第二受光部２２Ｂ）でレーザ光が受光されたか否かを適正に判定することができる。また、本実施形態では、パルス駆動されるレーザ光の消灯期間において上記のような閾値が算出され、算出された閾値が点灯期間での受光信号の比較処理に用いられる。よって、閾値を予め設定して、同じ閾値で一連の測定処理を行う場合等に比べて、リアルタイムで外光の変動に対応した最適な閾値を設定することができ、光測定装置１における測定精度の向上を図ることができる。また、上記のように外光の光量に応じて閾値を制御するので、測定精度の向上のために、レーザ安全規格を超える出力値のレーザ光を出力する必要がない。つまり、本実施形態では、レーザ安全規格に準じた出力値のレーザ光を用いて、高精度にパイプＷの形状を測定することができる。
【００４８】
本実施形態では、プローブ制御部２３は、点灯期間の受光信号に対する閾値を、当該点灯期間の直前の受光信号に基づいて設定する。このため、測定中に外光が変動するような場合でも、点灯期間での外光に対応した閾値を適切に設定することができる。
【００４９】
本実施形態では、プローブ制御部２３は、消灯期間において信号検出器２５１から出力される受光信号に、オフセット信号加算器２５２から出力されるオフセット値を加算した閾値を設定して、点灯期間における受光信号と閾値とを比較する比較処理を行う。これにより、ノイズの影響を抑制した測定処理を行うことができ、測定精度の向上を図れる。
【００５０】
本実施形態では、パルス駆動される第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂのデューティー比をαとし、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂから連続波としてレーザ光を出力する場合のレーザ安全規格を満たすレーザ光の出力値をＷ０とした際に、点灯期間において、Ｗ０／αの出力値のレーザ光を出力する。例えば、消灯期間及び点灯期間が同一長さである場合、２Ｗ０の出力値のレーザ光を出力する。
本実施形態の光測定装置１では、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂをパルス駆動させる。この場合、単位時間のレーザ光の総出力値は、連続波としてレーザ光を出力する場合に比べてα倍（０＜α＜１）となる。したがって、レーザ光の出力値をＷ０／αとした場合でも、レーザ安全規格内の出力値となり、従来の連続波としてＷ０のレーザ光を出力する光測定装置と同じ安全性を確保することができる。これに加え、点灯期間におけるレーザ光の出力値が上がるので、第一受光部２２Ａや第二受光部２２Ｂでレーザ光を受光した際の受光信号の信号レベルも上がる。このため、ノイズの影響をより抑制することができ、精度の高い測定処理を行うことができる。
【００５１】
［変形例］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態において、各点灯期間における受光信号の比較処理を実施する際に、当該点灯期間の直前の消灯期間での受光信号に基づいて閾値を設定したが、これに限定されない。
例えば、比較器２５３は、点灯期間での受光信号をメモリに一時記憶しておき、当該点灯期間の直後の消灯期間での受光信号に基づいて閾値を設定し、一時記憶された点灯期間の受光信号と閾値とを比較してもよい。
また、比較器２５３は、点灯期間での受光信号をメモリに一時記憶しておき、当該点灯期間の直前の消灯期間での受光信号に対してオフセット値を加算した第一閾値、当該点灯期間の直後の消灯期間での受光信号に対してオフセット値を加算した第二閾値を算出し、第一閾値及び第二閾値の平均値を、前記点灯期間における閾値として用いてもよい。
また、所定期間に含まれる複数の消灯期間での受光信号から算出された複数の閾値の平均値に基づいて、当該所定期間の点灯期間の受光信号に対する比較処理を実施してもよい。
【００５２】
また、第一光源部２１Ａ及び第二光源部２１Ｂから出力されるレーザ光としては、点滅タイミングを同期させなくてもよい。例えば、第一光源部２１Ａの点灯期間において、第二光源部２１Ｂを消灯させ、第一光源部２１Ａの消灯期間において、第二光源部２１Ｂを点灯させてもよい。
この場合、第一光源部２１Ａの消灯期間の受光信号に基づいて、同タイミングで第二受光部２２Ｂから出力される受光信号の閾値を設定し、第一光源部２１Ａの点灯期間の受光信号の比較処理において用いる閾値を、同タイミングで第二受光部２２Ｂから出力される受光信号に基づいて設定してもよい。この場合、外光の変化が非常に大きい環境においても、適切な閾値を設定することができる。
【００５３】
前記実施形態において、消灯期間の受光信号に対してオフセット値を加算した閾値を設定する例を示したが、消灯期間の受光信号を閾値として用いてもよい。
【００５４】
前記実施形態では、光源部と受光部が対向配置される例を示したが、これに限定されない。例えば、光源部から出力されたレーザ光がミラー等によって反射された後、受光部に入射される構成としてもよい。すなわち、本発明に光測定装置は、レーザ光の光路上に対象物が存在するか否かを測定することにより、対象物の有無や形状を測定するものであって、光源部と受光部との位置関係は、特に限定されるものではない。
【００５５】
制御回路３１は、プローブ２によりパイプＷが検出されてラッチ信号が入力された際（受光信号がローレベルになった際）のみに、角度情報をＰＣ５に出力するように構成してもよく、常時角度情報をＰＣ５に出力してもよい。常時、角度情報をＰＣ５に出力する場合、プローブ２によりパイプＷが検出された際に、パイプＷが検出された旨のフラグ情報とともに、角度情報をＰＣ５に出力すればよい。
【００５６】
前記実施形態において、光測定装置１として、多関節アーム３の先端にプローブ２を装着した構成例を示したが、これに限定されない。本発明は、光源部からレーザ光を出力して受光部で受光することで、光源部から受光部までの間に対象物が存在するか否かを検出する、いかなる光測定装置に対しても適用することができる。
例えば、工場ライン等において、対象物が所定位置に搬送されたか否かを検出する検出装置としても本発明を適用することができる。この場合、ベルトコンベア等による搬送経路上にレーザ光の光路が位置するように、光源部及び受光部を配置し、搬送された対象物により、レーザ光が遮光されたか否かを判定する。この場合でも、工場ラインの環境によらず、適切に対象物が搬送されたか否かを測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、光源部から受光部までの間のレーザ光の光路上の対象物の有無を検出する光測定装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１…光測定装置、２…プローブ、２Ａ…固定部（支持点）、２Ｂ…第一支持部、２Ｃ…第二支持部、３…多関節アーム、４…角度センサー、５…ＰＣ、２１Ａ…第一光源部、２１Ｂ…第二光源部、２２Ａ…第一受光部、２２Ｂ…第二受光部、２３…プローブ制御部（コントローラ）、２４…光源ドライバ、２５…受光ドライバ、２５１…信号検出器、２５２…オフセット信号加算器、２５３…比較器、２６…検出部、３１…制御回路（コントローラ）Ｏ…オフセット値、Ｑ…閾値、Ｑ１…閾値、Ｑ２…閾値、Ｔｏｆｆ１…消灯期間、Ｔｏｆｆ２…消灯期間、Ｔｏｎ１…点灯期間、Ｔｏｎ２…点灯期間、Ｗ…パイプ（対象物）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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