JP2000283712A

JP2000283712A - 光学式変位量計測装置

Info

Publication number: JP2000283712A
Application number: JP11093483A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Nishio; 契一郎西尾
Original assignee: Nidec Shimpo Corp
Current assignee: Nidec Drive Technology Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP4121140B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光源に対するメンテナンスの必要がなく検出
距離を長く取れる。【解決手段】光が広がらないコヒーレント光を発生さ
せるレーザ光発素子９を光源としているため、減衰を小
さくでき、発生光が弱くても例えば２ｍ以上の非接触検
出距離を得ることができて、光源を発光ダイオードとし
た従来の場合（非接触検出距離０．３ｍ）とは大幅に非
接触検出距離を伸ばすことができる。しかも、光源が白
熱球の場合に比べて寿命が大幅に長く電池１３１の消耗
も少なく、発光ダイオードの従来の場合と同様にメンテ
ナンスの必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接触または非接触
で、モータなどの回転体の回転数や、ベルトなどの移動
体の移動速度などの変位に関する量を計測する光学式変
位量計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばモータの回転数を非接触で
計測する装置として、モータの回転軸の適所（カップリ
ングの側壁など）であって、少なくとも回転方向１個所
に光反射テープに向けてスポット光を照射し、反射テー
プからの反射光をパルス状の波形として受光し、そのパ
ルス列をカウントすることでモータの回転数を計測する
ようにしたものがある。

【０００３】この回転数計測装置では、白熱電球や発光
ダイオード（ＬＥＤ）が照射光の光源として用いられて
おり、その光源光をレンズで集光して、回転する反射テ
ープにスポット光を照射していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
非接触回転数計測装置において、照射光の光源が白熱電
球の場合には、発光輝度が高いので検出距離が１ｍ程度
であっても光量を確保することができる一方、電流を多
く消費するので二次電池を用いるものでは電池が早く消
耗すると共に、フィラメントが断線する虞があるので、
定期的にメンテナンスが必要になるという問題を有して
いた。

【０００５】また、照射光の光源が発光ダイオードの場
合には、寿命が長いのでメンテナンスの必要はないもの
の、発光輝度のレベルが低いので検出距離が０．３ｍ程
度以内に制限されてしまうという問題を有していた。例
えば、人が近づくのに危険が伴う場所にあるモータの回
転数を非接触で計測する必要がある場合には、検出距離
を長く取る必要であり、発光ダイオードを光源とする従
来の装置では検出距離が０．３ｍ程度と短か過ぎてモー
タの回転数を非接触で計測できない。

【０００６】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、光源に対するメンテナンスの必要がなく検出距離を
長くとることができる光学式変位量計測装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光学式変位量計
測装置は、反射部分と非反射部分を持つ被計測体の変位
動作に応じた反射部分と非反射部分の移動軌跡上に測定
光を照射すると共に反射光を受光して反射部分または非
反射部分（光吸収および光透過を含む）の出現状況から
被計測体の変位に関する量を計測する光学式変位量計測
装置において、集光用のレンズと、このレンズの光軸に
沿うと共にレンズの焦点位置に設けられた、レーザ光を
発生する発光素子と、レンズの光軸に沿うと共に発光部
に比してレンズ側に設けられ、反射光を受光する受光素
子とを備えたことを特徴とするものである。

【０００８】この構成により、光が広がらないコヒーレ
ント光を光源としているので、減衰を小さくでき、発生
光が弱くても例えば２ｍ以上の非接触検出距離を得るこ
とが可能で、光源を発光ダイオードとした従来の場合と
は大幅に非接触検出距離を伸ばすことが可能となる。し
かも、光源がレーザ光発生素子の場合には白熱球の場合
に比べて寿命が大幅に長く電池の消耗も少なく、発光ダ
イオードの場合と同様にメンテナンスの必要がない。

【０００９】また、好ましくは、本発明の光学式変位量
計測装置における発光素子は受光素子が照射される領域
を実質的に外す指向性を得るように構成されている。具
体的には、好ましくは、本発明の光学式変位量計測装置
における発光素子は、光軸に対して一方側に傾斜して設
けられている。また、好ましくは、発光素子は、光軸に
対して一方側にずらした位置に設けられている。さら
に、好ましくは、受光素子は、光軸に対して他方側にず
らした位置に設けられている。

【００１０】この構成により、発光素子は受光素子が照
射される領域を実質的に外す指向性となっているので、
発光素子の前方にある受光素子によって影になって光照
射効率が低下するという弊害を解消することが可能とな
る。

【００１１】さらに、好ましくは、本発明の光学式変位
量計測装置において、被計測体は、レンズの手前に光軸
中心で回転可能に着脱自在に取り付けられたパルス板を
持つ回転体であり、この回転体は、測定対象物に接触さ
せて測定対象物の変位動作に伴って共回りさせるもので
ある。

【００１２】この構成により、非接触式の光学式変位量
計測装置だけではなく、接触式の光学式変位量計測装置
としても用いることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る光学式変位量
計測装置の一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１
の光学式変位量計測装置の内部構成を示す縦断面図であ
る。図１および図２において、光学式変位量計測装置１
は、外郭筐体２と、この外郭筐体２の内部適所に固定さ
れた回路基板３と、外郭筐体２の上面から視認可能な表
示面４を持つ液晶などの表示部５（以下液晶表示部５と
いう）と、計測単位の選択手段としてのロータリスイッ
チ６と、計測値の記憶を指示するメモリスイッチ７と、
計測動作を指示する計測スタートスイッチ８と、中心光
軸上に配設されたレーザ光発光素子９およびレーザ光受
光素子１０と、前方に配設された集光用のレンズ部１１
と、ロータリスイッチ６、メモリスイッチ７および計測
スタートスイッチ８による各操作指令に基づいて各部を
制御する制御部１２と、各部に電力供給するためのバッ
テリー部１３とを有している。

【００１４】外郭筐体２は、上下に分割可能な上筐体２
１および下筐体２２で構成され、これらの上筐体２１お
よび下筐体２２の開放側を対向させて下筐体２２側から
ねじ止めされている。また、レンズ部１１は円形の開放
孔２３に固定されている。また、上筐体２１の上面は一
部平面状に構成され、この平面の部分に表示面４用の表
示窓が形成されており、その表示窓には透明なアクリル
板２４が取り付けられて内部の表示面４が保護されてい
る。下筐体２２の後方側面には電池交換用蓋２５がねじ
止めされている。

【００１５】回路基板３の上面には、前方から液晶表示
部５、ロータリスイッチ６さらにメモリスイッチ７が搭
載され、下面側にはレーザ光発光素子９およびレーザ光
受光素子１０が、後述する取付具を介して搭載されてい
る。また、回路基板３には、制御部１２を構成するマイ
クロコンピュータやメモリ素子などの各種電子素子が搭
載されている。また、これらのレーザ光発光素子９およ
びレーザ光受光素子１０などの電子素子に対してバッテ
リー部１３から電力供給を受けるようになっている。さ
らに、計測スタートスイッチ８からのスタート信号を受
け得るようにスイッチ端子に接続されている。

【００１６】液晶表示部５は、計数値およびそれに関す
るデータ（連番のデータ番号が記憶指示毎に付与され
る）を表示信号に変換してデータ番号と共に表示面４に
出力する図５の表示駆動部５１を有している。表示面４
には、データ番号と計測値、その単位が表示されると共
に、バッテリーの有無（ＨＩまたはＬＯ）も表示される
ようになっている。

【００１７】ロータリスイッチ６は、外郭筐体２上に露
出して操作可能にされたロータリ式ツマミ６１を備え、
このロータリ式ツマミ６１に対する単位選択操作によっ
て、表示面４に表示される数値の単位が選択されるよう
になっている。ロータリ式ツマミ６１には１個所にポイ
ント６１ａが設けられ、ロータリ式ツマミ６１の周囲に
は各種単位を印刷した銘板６２が貼り付けられており、
ロータリ式ツマミ６１を回動させてそのポイント６１ａ
を銘板６２の所望する単位名と一致させることで、選択
した単位で計測値の演算や換算が行われて表示面４上に
表示されるようになっている。各種単位としては、例え
ば回転数ｒｐｍ，移動速度ｍ／ｍｉｎ（分），ｙｄ（ヤ
ード）／ｍｉｎ，ｆｔ（フィート）／ｍｉｎ，Ｋｍ／ｈ
ｕｕｒ（時間），Ｍｉｌ（マイル）／ｈｏｕｒ，ｃｍ／
ｓｅｃ（秒），ｉｎ（インチ）／ｓｅｃなどがロータリ
式ツマミ６１の周囲の銘板６２上に印刷明示されてお
り、これらの単位を任意に選択することができるように
なっている。ここで、、移動速度には回転体の周速度も
含まれる。

【００１８】メモリスイッチ７（データ記憶操作手段）
は自動復帰式押しボタン型のスイッチで構成されてお
り、外郭筐体２の上面がら露出しているキャップ７１を
押し込むことによって記録指示の信号を発生するように
している。データ計測時には、表示面４上に表示された
計測数値を後述する記憶手段に記憶させ、非計測時に
は、記憶手段に記憶させたデータを必要に応じて読み出
して表示面４に再生表示するようになっている。

【００１９】計測スタートスイッチ８は自動復帰式押し
ボタン型のスイッチで構成されており、外郭筐体２の側
面に設けられた取付孔から出没自在なキャップを押し込
むことによって計測動作をスタートさせる信号を発する
ようになっている。

【００２０】レーザ光発光素子９は、図３の部分拡大図
に示すようにレンズ部１１の焦点位置に発光面を前方に
向けて配設され、かつ光軸Ｌに対して所定角度θ（本実
施形態では５度）だけ図中、下方（一方側）に発光面を
傾斜させ、また、レーザ光受光素子１０は、レーザ光発
光素子９に近接してレンズ部１１側に受光面を前方に向
けて配設されている。このように、レーザ光発光素子９
を傾斜して配設することで、照射の指向性をレーザ光受
光素子１０に対してずらし、レーザ光発光素子９からの
光がレーザ光受光素子１０に当たって影となる影響を実
質的になくすようにし、これにより、照射効率の低下を
軽減するようにしている。レーザ光発光素子９から照射
されるコーヒーレント光は、前方のレーザ光受光素子１
０を避けるようにレンズ部１１の下側のレンズに多少広
がる指向性を有してスポット照射されるようになってい
る。

【００２１】また、レーザ光発光素子９は、図３の部分
拡大図に示すように角度が９０度＋所定角度θで折り曲
げられた板金９１の一方片に固定され、他方片は回路基
板３に固定されている。板金９１はレーザ光発光素子９
およびレーザ光受光素子１０の位置や角度の安定性の確
保の他、レーザ光発光素子９の放熱フィンとしても用い
られるようになっている。

【００２２】レンズ部１１はレンズの一部であるレンズ
枠１１３に嵌着されており、一方、光入出力用の開放孔
２３内面には、開放孔２３に係止された筒状のレンズホ
ルダ１１１が配設されている。レンズ部１１とレンズ枠
１１３は一体ものである。レンズホルダ１１１の中央孔
には、図３に示すように内径を拡径した段部１１２が形
成され、その段部１１２で位置決めされるように段部１
１２までレンズ枠１１３が挿入されてストップリング１
１４にてレンズ枠１１３を段部１１２側に押圧して固定
するようになっている。また、レンズ部１１は、レーザ
光発光素子９からのレーザ光を下側で受けて光軸前方に
集光させると共に、被回転計測体（例えば図５に示すよ
うなモータ１４の回転軸や、これに連結されたカップリ
ング１５の側面１個所に貼り付けられた反射テープ１
６）からの反射光を高いレベルでレーザ光受光素子５側
に集光させるようになっている。

【００２３】図４は、図1の光学式変位量計測装置の制
御構成を示すブロック図である。図４において、制御部
１２は、ロータリスイッチ６のロータリ式ツマミ６１の
位置による単位選択指令に応じて、レーザ光受光部１０
で受光したパルス信号に基づいて被回転計測体の位置変
位を演算する変位量演算部１２１と、この回転変位演算
部１２１で演算した位置変位データを表示させるための
表示データに変換して表示駆動部５１に出力する表示デ
ータ作成部１２２と、計測スタートスイッチ８による操
作指令によってレーザ光発光素子９を駆動させて発光さ
せると共に、変位量演算部１２１および表示データ作成
部１２２、液晶表示部５を駆動させる計測制御部１２３
とを有している。

【００２４】また、制御部１２は、変位量演算部１２１
で演算したデータを記憶可能な記憶手段１２４と、計測
時におけるメモリスイッチ７の押圧操作によるメモリ指
令を受けて、表示面４上に表示された計測データを記憶
させるように制御する記憶制御部１２５と、非計測時に
おけるメモリスイッチ７の押圧操作毎による各メモリ再
生指令を受けて、表示面４上に記憶手段１２４内の計測
データを順次表示させるように制御する記憶再生制御部
１２６とを有している。

【００２５】上記構成により、以下に、その動作を説明
する。図５に示すように、まず、モータ１４の回転軸に
取り付けられた円筒形状のカップリング１５の周側壁の
周方向の一部に、光を反射する反射テープ１６を１つ貼
り付ける。

【００２６】次に、モータ１４を回転駆動させ、回転す
るカップリング１５の周側壁に対して光学式変位量計測
装置１を向け、外郭筐体２の側面にある計測スタートス
イッチ８のキャップを押し込む。これによって、計測制
御部１２３はレーザ光発光素子９を駆動するように制御
して、レーザ光発光素子９から、前方のレーザ光受光素
子１０を避けるようにレンズ部１１の下側に多少広がる
ように可視光線のレーザ光がスポット照射された後、レ
ンズ部１１を通してカップリング１５の側壁にスポット
照射される。このスポットの直径は２ｍ離れて２ｃｍ程
度であるので、赤色波長を含むレーザ光を用いる態様で
は、目視が容易で被計測個所（カップリング１５の周側
壁）に正確に光照射させることができる。

【００２７】さらに、カップリング１５の側壁にスポッ
ト照射された光は、回転するカップリング１５の周側壁
に貼られた反射テープ１６上に照射される毎に反射さ
れ、レンズ部１１を通して光軸上のレーザ光受光素子１
０の受光面に集光され、レーザ光受光素子１０にてパル
ス状の波形として受光される。このパルス波形を、図略
の整形回路で整形した後、変位量演算部１２１に導かれ
ると共に、パルスの立ち上がり毎にカウントするカウン
タで、パルスの立ち上がり周期を計数する。そして、カ
ウント周期とカウント値とから、周期を演算すると共に
逆算して回転数（ｒｐｍ）を求める。このとき、ロータ
リ式ツマミ６１で他の単位が選択されたときには、選択
された単位に合うように演算や換算が行われて、所望の
単位の下でのモータの回転数を計測することができる。

【００２８】さらに、表示データ作成部１２２は、変位
量演算部１２１で演算した回転数データを表示データに
変換して表示駆動部５１を介して表示面４上に表示出力
する。

【００２９】このとき、ロータリ式ツマミ６１を回動さ
せて表示単位を変化させると、変位量演算部１２１は、
カウント値をロータリ式ツマミ６１で選択した単位に応
じた回転数に換算し、それを表示データに変換して表示
駆動部５１を介して表示面４上に表示させる。

【００３０】また、表示面４上に表示された回転数を記
憶させたいときには、メモリスイッチ７の発光時の押圧
操作によって、記憶手段１２４に記憶させることができ
る。また、非計測時に、データ記憶手段１２４に記憶さ
れたデータを表示面４上に再生するときには、メモリス
イッチ７の押圧操作毎に、データ記憶手段１２４から表
示面４上にデータ番号と共に計測データを順次表示させ
ることができる。

【００３１】以上のように、本実施形態によれば、コヒ
ーレント光を光源としているため、減衰を小さくでき、
発生光が弱くても例えば２ｍ以上の検出距離を得ること
ができて、光源を発光ダイオードとした従来の場合（検
出距離０．３ｍ）とは大幅に検出距離を伸ばすことがで
きる。また、光源を白熱球とした従来の場合に比べて寿
命が大幅に長く電池１３１の消耗が少なく、メンテナン
スの必要もない。

【００３２】また、レーザ光受光素子１０をレーザ光発
光素子９よりも光軸上の前方に設けているため、モータ
１４のカップリング１５の反射テープ１６からの反射光
をレーザ光発光素子９で邪魔されることなく、全て受光
できる。また、レーザ光発光素子９を光軸から所定角度
だけ傾斜させているため、レーザ光発光素子９の前方に
あるレーザ光受光素子１０の存在で影になって光照射効
率が低下するという弊害を解消することができる。

【００３３】さらに、計測回数が複数に及ぶ場合など、
メモリスイッチ７の操作で計測データをデータ番号と共
に記憶手段１２４に保持することができ、また、その記
憶した計測データを、メモリスイッチ７の操作によって
データ番号と共に順次呼び出して表示面４に再生表示す
ることができる。

【００３４】さらに、ロータリースイッチ６で選択した
単位に応じた計測データの演算がなされて表示面４に表
示されるため、必要な計測データ毎に筆算などで単位変
換する必要がなく、ロータリースイッチ６で選択するだ
けで、常に必要な単位の計測値を容易に得ることができ
る。

【００３５】なお、本実施形態では、非接触方式でモー
タ１４の回転数などの変位量を計測するように構成した
が、これに限らず、接触方式用のアダプタを図１の光学
式変位量計測装置１に取り付けて、モータ１４の回転数
などの変位量を計測することができる。その一例を図６
に示している。

【００３６】図６は、図１の光学式変位量計測装置を接
触方式で用いる場合の光学式変位量計測装置の内部構成
を示す縦断面図であり、図２と同一の作用効果を奏する
部材には同一の符号を付してその説明を省略する。図６
において、筒状体で構成されたアダプタのハウジング外
筒部１７１とその中央孔内に収容されるハウジング内筒
部１７２が設けられており、そのハウジング内筒部１７
２の一端外周側にレンズホルダ１１１の雌ねじ部に螺合
可能な雄ねじ部が設けられている。図１の光学式変位量
計測装置１に接触方式用のアダプタをねじ止めすること
で、接触方式の光学式変位量計測装置１７とすることが
できるようになっている。

【００３７】ハウジング内筒部１７２の中央孔の前後に
は２つのベアリング１７３が配設されている。２つのベ
アリング１７３の中央孔にはシャフト１７４が貫通して
回転自在に軸支されている。また、シャフト１７４の一
端側には円形のプレート１７５が取り付けられ、そのプ
レート１７５から見てレンズ部１１側に羽板１７６が設
けられている。プレート１７５は放射方向に光反射部と
光吸収部とが交互に、かつ周方向一定間隔に形成（本実
施形態では各８領域）されており、一方、固定側の羽板
１７６は、プレート１７５と同じく周方向一定間隔で放
射状に一定角度のスリットが形成され、スリット以外の
羽部分（本実施形態では８枚）には光吸収処理が為され
ている。したがって、シャフト１７４に取り付けたゴム
材などのローラ１７７の外周部をモータ１４の回転軸の
周側面に押し付けることで、シャフト１７４と共にプレ
ート１７５が回転すると、レンズ部１１とのプレート１
７５および羽板１７６の対向面では、全面が光吸収領域
になる場合とスリットを介して光反射領域が現れる場合
とが交互に現れて光の反射と非反射とを交互に繰り返
し、このパルス状の反射光をレーザ光受光素子１０で受
光してそのパルス周期から計測値が演算される。

【００３８】この場合に、レーザ反射光が強過ぎること
による誤動作（パルスカウントミス）を防止するため
に、レーザ光受光素子１０の出力側にフィルタを設けて
いる。また、羽板１７６のスリット幅を狭く構成してい
る。

【００３９】なお、本実施形態では、モータ１４の回転
数の検出に光学式変位量計測装置１を用いたが、これに
限らず、上記実施形態と同様にして、例えばベルトの走
行速度や走行量（距離）などの変位に関する量を非接触
式または接触式で検出することもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように請求項１によれば、光が広
がらないコヒーレント光を光源としているため、減衰を
小さくでき、発生光が弱くても例えば２ｍ以上の非接触
検出距離を得ることができて、光源を発光ダイオードと
した従来の場合とは大幅に非接触検出距離を伸ばすこと
ができる。しかも、光源がレーザ光発生素子の場合には
白熱球の場合に比べて寿命が大幅に長く電池の消耗も少
なく、発光ダイオードの場合と同様にメンテナンスの必
要がない。

【００４１】また、請求項２〜５によれば、発光素子は
受光素子が照射される領域を実質的に外す指向性となっ
ているため、発光素子の前方にある受光素子によって影
になって光照射効率が低下するという弊害を解消するこ
とができる。

【００４２】さらに、請求項６によれば、非接触式の光
学式変位量計測装置だけではなく、接触式の光学式変位
量計測装置としても用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における光学式変位量計測
装置の斜視図である。

【図２】図１の光学式変位量計測装置の内部構成を示す
縦断面図である。

【図３】図１の光学式変位量計測装置のレーザ光発生素
子およびレーザ光受光素子部近傍の拡大図である。

【図４】図１の光学式変位量計測装置の制御構成を示す
ブロック図である。

【図５】図１の光学式変位量計測装置の使用例を示す説
明図である。

【図６】図１の光学式変位量計測装置を接触方式で用い
る場合の光学式変位量計測装置の内部構成を示す縦断面
図である。

【符号の説明】

１光学式変位量計測装置２外郭筐体３回路基板４表示面５液晶表示部５１表示駆動部６ロータリスイッチ６１ロータリ式ツマミ６１ａポイント６２銘板７メモリスイッチ７１キャップ８計測スタートスイッチ９レーザ光発光素子１０レーザ光受光素子１１レンズ部１２制御部１２１変位量演算部１２２表示データ作成部１２３計測制御部１２４記憶手段１２５記憶制御部１２６記憶再生制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA07 AA09 AA39 DD00 DD01 FF16 FF17 GG06 GG22 HH04 HH13 JJ01 KK01 LL04 LL16 LL24 LL28 PP01 PP22 SS03 SS13 2F103 BA13 BA41 CA01 CA02 DA12 DA13 EA12 EA13 EA24 EB02 EB03 EB12 EB27 EB31 EC04 ED11 FA02 GA01 GA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射部分と非反射部分を持つ被計測体の
変位動作に応じた前記反射部分と非反射部分の移動軌跡
上に測定光を照射すると共に反射光を受光して前記反射
部分または非反射部分の出現状況から前記被計測体の変
位に関する量を計測する光学式変位量計測装置におい
て、集光用のレンズと、該レンズの光軸に沿うと共に前
記レンズの焦点位置に設けられた、レーザ光を発生する
発光素子と、前記レンズの光軸に沿うと共に前記発光部
に比して前記レンズ側に設けられ、前記反射光を受光す
る受光素子とを備えたことを特徴とする光学式変位量計
測装置。
【請求項２】前記発光素子は前記受光素子が照射され
る領域を実質的に外す指向性を得るように構成されたこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学式変位量計測装
置。
【請求項３】前記発光素子は、前記光軸に対して一方
側に傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１
または２に記載の光学式変位量計測装置。
【請求項４】前記発光素子は、前記光軸に対して一方
側にずらした位置に設けられていることを特徴とする請
求項１または２に記載の光学式変位量計測装置。
【請求項５】前記受光素子は、前記光軸に対して他方
側にずらした位置に設けられていることを特徴とする請
求項３または４に記載の光学式変位量計測装置。
【請求項６】前記被計測体は、前記レンズの手前に前
記光軸中心で回転可能に着脱自在に取り付けられたパル
ス板を持つ回転体であり、該回転体は、測定対象物に接
触させて該測定対象物の変位動作に伴って共回りさせる
ものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
記載の光学式変位量計測装置。