JP2001027527A - 傾斜測定装置 - Google Patents

傾斜測定装置

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JP2001027527A
JP2001027527A JP11199687A JP19968799A JP2001027527A JP 2001027527 A JP2001027527 A JP 2001027527A JP 11199687 A JP11199687 A JP 11199687A JP 19968799 A JP19968799 A JP 19968799A JP 2001027527 A JP2001027527 A JP 2001027527A
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laser
tilt
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Tadashi Kawasaki
正 川崎
Itsuo Sugimoto
巖生 杉本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐久性が高く、迅速に計測が可能な傾斜測定装
置を提供する。 【解決手段】被測定面3に取付けられる測定ケース12
と、この測定ケース12に揺動支持部13を介して回動
自在に支持されて支持部材14により鉛直線に対して一
定方向にレーザ光Lを投光するレーザ発振器1と、前記
測定ケース12に配設されて前記レーザ光Lを受光する
イメージセンサー2と、前記レーザ発振器1とイメージ
センサ2との間に介在されて、被測定面3の傾斜により
生じるイメージセンサへの受光位置の変位量を、互いに
平行な平面鏡15a,15bの間で複数回反射させてレ
ーザ光Lの脚長を伸ばすことにより増大させる反射鏡装
置15と具備したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、設備機器などの据
付などに使用されて微少な角度を検出するための傾斜測
定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば微小な角度(たとえば1′以
下)を測定するものとして、サーボ型加速度センサの原
理を利用した傾斜センサがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記傾斜セン
サでは、測定に1分程度の時間が必要であるとともに、
微小傾斜に対応して微動される振り子を使用するため、
衝撃に極めて弱く耐久性が低いという問題があった。本
発明は上記問題点を解決して、耐久性が高く、迅速に計
測が可能な傾斜測定装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の発明は、被測定面に取付けられる測定
器本体と、この測定器本体に揺動支持部を介して回動自
在に支持されて重錘手段により鉛直線に対して一定方向
を向き一定方向にレーザ光を投光するレーザ発振器と、
前記測定器本体に配設されて前記レーザ光を受光するイ
メージセンサと、前記レーザ発振器とイメージセンサと
の間に介在されて、被測定面の傾斜により生じるイメー
ジセンサへの受光位置の変位量を増大する傾斜角増幅手
段と具備したものである。
【0005】また請求項2記載の発明は被測定面に取付
けられる装着部材と、この装着部材に配設されて一定方
向にレーザ光を投光するレーザ発振器と、前記装着部材
に揺動支持部を介して回動自在に支持されて自重により
一定方向に向く測定器本体と、この測定器本体に設けら
れて前記レーザ光を受光するイメージセンサと、前記レ
ーザ発振器とイメージセンサとの間に介在されて、被側
底面の傾斜により生じるイメージセンサへの受光位置の
変位を増大させる傾斜角増幅手段と具備したものであ
る。
【0006】上記構成によれば、レーザ発振器から一定
方向にレーザ光を投光させ、傾斜角増幅手段を介して測
定器本体のイメージセンサに受光させることにより、測
定面の傾斜に対して受光位置を大きく変化させることが
でき、これにより被測定面の微小な傾きを高精度で測定
することができる。したがって、これにより迅速な測定
が可能となり、また従来のように振り子を使用しないの
で、衝撃にも強く耐久性も向上させることができる。
【0007】さらに請求項3記載の発明は、上記構成の
傾斜角増幅手段は、レーザ光を互いに平行に配置された
鏡に入光して反射させ、レーザ光の脚長を長くして変位
量を増大させるように構成されたものである。上記構成
によれば、レーザ光の脚長を長くして変位量を増大させ
ることにより、微小角の変位を受光位置の大きく変位さ
せることができ、これにより被測定面の微小な傾きを高
精度で測定することができる。
【0008】さらにまた請求項4記載の発明は、上記構
成の傾斜角増幅手段は、レーザ光を凹レンズを通過させ
るかまたは凸面鏡に反射させて変位量を増大させるよう
に構成されたものである。上記構成によれば、入射角に
対して出射角(反射角)を拡大する凹レンズまたは凸面
鏡により、レーザ光の受光位置の変位量を増大させるこ
とができ、高精度な測定が可能となる。
【0009】また請求項5記載の発明は、上記構成の傾
斜角増幅手段は、イメージセンサへのレーザ光の入射角
が小さくなるようにイメージセンサの受光面を傾斜させ
て、変位量を増大させるように構成されたものである。
上記構成によれば、イメージセンサの受光面を傾斜させ
て受光位置への入射角を拡大させることにより、レーザ
光の受光位置の変位量を増大させることができ、高精度
な測定が可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る傾斜測定装
置の実施の形態を図1および図2に基づいて説明する。
この傾斜測定装置は、たとえばディーゼル機関のクラン
ク軸の傾斜を測定するもので、その基本構造として、レ
ーザ発振器1とそれを受光するためのイメージセンサ2
の一方が被測定面3側に固定され、他方がその自重また
は重錘により一定方向に向くように構成され、また被測
定面4の微小な角度をより正確に検出するために、被測
定面3の傾斜により生じるイメージセンサ2への受光位
置の変位量を増大するための傾斜角増幅手段がレーザ発
振器2とイメージセンサ3の間に介在されている。
【0011】第1の実施の形態の傾斜測定装置11は、
上部装着面12a(または下部や側部の装着面であって
もよい)が被測定面3に取付けられる測定器本体である
測定ケース12と、この測定ケース12内に1軸式の揺
動継手部13を介して被測定面3の傾斜方向に対して直
交する水平軸心を中心に回動自在に支持され鉛直線に対
して一定方向を向くように構成された重錘手段を兼ねる
支持部材14と、この支持部材14に設けられて一定方
向にレーザ光Lを投射するレーザ発振器1と、測定ケー
ス12内の下部側面に配設されて前記レーザ光Lを受光
する1次元CCDイメージセンサ2と、レーザ発振器1
から入射されたレーザ光Lを複数回反射させイメージセ
ンサ2に案内することによりレーザ光Lの脚長(投光距
離)を伸ばす傾斜角増幅手段である反射ミラー装置15
と、CCDイメージセンサ2の信号を処理して被測定面
の傾斜角を演算する処理演算部4と、この演算値を表示
するCRTやプリンタ等の表示装置5とで構成されてい
る。
【0012】前記揺動継手部13は、たとえば図2
(a),(b)に示すように、計測ケース12に取付け
られた下向きコの字形断面の支持ブラケット13aに水
平軸13bが取付けられ、この水平軸13bに軸受13
cを介して支持部材14に取付けられた揺動部材13d
が揺動自在に支持され、また揺動部材13dは一対の規
制ピン13eにより幅方向の位置ずれが規制されて構成
されている。
【0013】またこの揺動継手部13に代えて、たとえ
ば図3(a),(b)に示す揺動支持部16であっても
よい。この揺動支持部16は、支持ブラケット16aに
取付けられた水平支持材16bの頂部にV形溝16cが
軸心方向に沿って形成され、支持部材14に取付けられ
た揺動部材16dの支持穴から垂下されたエッジ板16
eの下端部がV形溝16cに係合されて揺動自在に支持
され、一対の規制ピン16fにより幅方向の位置ずれが
規制されている。
【0014】さらにまた2次元CCDイメージセンサを
使用する場合には、同一平面ないで互いに直交する2軸
を中心に揺動する図4に示す2軸式揺動継手部17が使
用される。この揺動継手部17は、計測ケース12に取
付けられた筒状ブラケット17aに一方の傾動軸上の一
対の第1水平軸17bを介して中間リング17cが揺動
自在に支持されている。そして、この中間リング17c
に、同一水平面内で第1水平軸17bに直交する他方の
傾動軸上の一対の第2水平軸17dを介して揺動部材1
7eが揺動自在に支持され、揺動部材17eの下端部に
支持部材14が取付けられている。
【0015】前記反射鏡装置15は、測定ケース12の
対向する側面に互いに平行に取付けられた平面鏡15
a,15bにより構成され、平面鏡15a,15b間の
距離の反射倍数のレーザ光Lの脚長により、測定ケース
12と支持部材14の僅かな角度変化によるレーザ光L
の投射位置のずれを大幅に拡大することができ、高精度
な計測が可能となる。
【0016】上記第1の実施の形態によれば、被測定面
3に取付けた計測ケース12に対して、揺動自在に支持
されてその重量により鉛直方向に向く支持部材にレーザ
発振器1を設けるとともに、このレーザ発信器1から投
射されたレーザ光Lを受光するイメージセンサ2を計測
ケース2に配設したので、被測定面3の微小な傾きによ
り、イメージセンサ2におけるレーザ光Lの受光位置
(画素位置)がずれ、処理演算部4により、イメージセ
ンサ2の検出信号に基づいて受光位置から被測定面3の
傾斜角を正確に演算し、表示装置5に表示させることが
できる。また反射鏡装置15によりレーザ光Lの脚長を
伸ばすことができるので、被測定面3の傾斜による変位
をより拡大してイメージセンサ2に受光検出させること
ができ、微小傾斜角をより高精度に測定することができ
る。
【0017】図5は第1の実施の形態の変形例である。
この傾斜測定装置20は測定ケース12の下部に横梁1
8aを設け、この横梁18a上に揺動継手部(13,1
6,17)を介してレーザ発振器1を有する保持部材1
8bを揺動自在に配置し、この保持部材を正立姿勢に保
持する重錘18cを吊下ロッド18dを介して配設され
たもので、第1の実施の形態と同一の効果を奏すること
ができる。なお、以下の実施の形態では、処理演算装置
4と表示装置5は省略している。
【0018】図6は第2の実施の形態の傾斜測定装置2
1で、第1の実施の形態では計測ケース12を被計測面
3に取付けたが、第2の実施の形態では、レーザ発振器
1を有する装着部材24を被測定面3に取付け、この装
着部材24に2軸式揺動継手部23を介して重錘手段を
兼ねる測定ケース22が揺動自在に支持されている。そ
して測定ケース22内には、反射鏡装置15と2次元イ
メージセンサ2とが具備されている。
【0019】この揺動継手部23は、装着部材24の軸
部24aに一対の第1水平軸23aを介して中間リング
23bが揺動自在に支持され、またこの中間リング23
bに、同一水平面内で第1水平軸23aに直交する一対
の第2水平軸23cを介して測定ケース22の連結穴2
2aに取付けられている。上記第2の実施の形態によれ
ば、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができ
る。
【0020】図7は第3の実施の形態の傾斜測定装置3
1を示し、傾斜増幅手段に凹レンズ35を使用したもの
で、他は第1の実施の形態と同一であり、同一部材には
同一符号を付して説明を省略する。
【0021】この実施の形態によれば、レーザ光Lが凹
レンズ35を通過して屈折されることにより、凹レンズ
35への入射角に対して出射角が拡大されてイメージセ
ンサ2に投射され、被測定面3の微小傾斜をより高精度
で測定することができる。なお、凹レンズ35の屈折に
よりレーザ光Lの光軸径が拡大されるが、一定以上の光
度を検出した画素群の中心位置を受光位置とすることで
精度が低下されることもない。
【0022】図8は第4の実施の形態の傾斜測定装置4
1を示し、第2の実施の形態の傾斜増幅手段に凹レンズ
35を使用したもので、第3の実施の形態と同一の効果
を奏することができる。
【0023】図9は第5の実施の形態の傾斜測定装置5
1を示し、第3の実施の形態の傾斜増幅手段に凸面鏡5
5を使用したもので、第3の実施の形態と同一の効果を
奏することができる。もちろん、第4の実施の形態に凸
面鏡55を使用することもできる。
【0024】図10は第6の実施の形態の傾斜測定装置
61を示し、傾斜増幅手段として1次元CCDイメージ
センサ2の受光面を傾斜設定角α゜で傾斜させたもの
で、他は第1の実施の形態と同一であり、同一部材には
同一符号を付して説明を省略する。ここでイメージセン
サ2の傾斜設定角α゜は、40゜〜70゜の範囲に設定
されて、レーザ光Lの入射角θが20゜〜40゜の範囲
になるように設定されており、入射角θが20゜未満で
はレーザ光Lが広がって計測精度が低下するためであ
り、50゜を越えると増幅率が低下されるためである。
この第6の実施の形態によれば、イメージセンサ2が傾
斜されることにより、被測定面3の微小傾斜に対してレ
ーザ光Lの受光位置の変位量を大きくすることができ、
被測定面3の微小傾斜をより高精度で測定することがで
きる。なお、この第5の実施の形態では、一次元計測の
みが可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上に述べたごとく請求項1記載の発明
によれば、レーザ発振器から一定方向にレーザ光を投光
させ、傾斜角増幅手段を介して測定器本体のイメージセ
ンサに受光させることにより、測定面の傾斜に対して受
光位置が大きく変化し、この受光位置から被測定面の微
小傾斜角を高精度で測定することができる。したがっ
て、迅速な測定が可能となり、また従来のように繊細な
動きをさせる振り子を使用しないので、衝撃にも強く耐
久性も向上させることができる。
【0026】さらに請求項3記載の発明によれば、レー
ザ光の脚長を長くして変位量を増大させることにより、
微小角の変位を照射位置の大きい変位に増大させて、高
精度な測定が可能となる。さらにまた請求項4記載の発
明によれば、入射角に対して出射角(反射角)を拡大す
る凹レンズまたは凸面鏡により、レーザ光の受光位置の
変位量を増大させることができ、高精度な測定が可能と
なる。
【0027】また請求項5記載の発明によれば、イメー
ジセンサの受光面を傾斜させて受光位置への入射角を拡
大させることにより、レーザ光の受光位置の変位量を増
大させることができ、高精度な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る傾斜測定装置の第1の実施の形態
を示す側面断面図である。
【図2】(a)(b)は同傾斜測定装置の揺動継手部を
示し、(a)は側面断面図、(b)は正面図である。
【図3】(a)(b)は同傾斜測定装置の揺動継手部の
変形例を示し、(a)は正面断面図、(b)は側面断面
図である。
【図4】同傾斜測定装置の揺動継手部の他の変形例を示
す一部切欠き斜視図である。
【図5】同第1の実施の形態の変形例を示す側面断面図
である。
【図6】本発明に係る傾斜測定装置の第2の実施の形態
を示す側面断面図である。
【図7】本発明に係る傾斜測定装置の第3の実施の形態
を示す側面断面図である。
【図8】本発明に係る傾斜測定装置の第4の実施の形態
を示す側面断面図である。
【図9】本発明に係る傾斜測定装置の第5の実施の形態
を示す側面断面図である。
【図10】本発明に係る傾斜測定装置の第6の実施の形
態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
L レーザ光 1 レーザ発振器 2 イメージセンサ 3 被測定面 11,20,21,31,41,51,61 傾斜測定
装置 12 測定ケース 12a 装着面 13,16,17,23 揺動継手部 14 支持部材 15 反射鏡装置 35 凹レンズ 55 凸面鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA37 CC00 DD06 DD11 DD16 FF23 GG04 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL04 LL12 LL19 PP05 QQ28 SS03 SS13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定面に取付けられる測定器本体と、 この測定器本体に揺動支持部を介して回動自在に支持さ
    れて重錘手段により鉛直線に対して一定方向にレーザ光
    を投光するレーザ発振器と、 前記測定器本体に配設されて前記レーザ光を受光するイ
    メージセンサと、 前記レーザ発振器とイメージセンサとの間に介在され
    て、被測定面の傾斜により生じるイメージセンサへの受
    光位置の変位量を増大する傾斜角増幅手段と具備したこ
    とを特徴とする傾斜測定装置。
  2. 【請求項2】被測定面に取付けられる装着部材と、 この装着部材に配設されて一定方向にレーザ光を投光す
    るレーザ発振器と、 前記装着部材に揺動支持部を介して回動自在に支持され
    て自重により一定方向に向く測定器本体と、 この測定器本体に設けられて前記レーザ光を受光するイ
    メージセンサと、 前記レーザ発振器とイメージセンサとの間に介在され
    て、被側底面の傾斜により生じるイメージセンサへの受
    光位置の変位を増大させる傾斜角増幅手段と具備したこ
    とを特徴とする傾斜測定装置。
  3. 【請求項3】傾斜角増幅手段は、レーザ光を、互いに平
    行に配置された平面鏡に入光させて反射させ、レーザ光
    の脚長を長くして変位量を増大させるように構成された
    ことを特徴とする請求項1または2記載の傾斜測定装
    置。
  4. 【請求項4】傾斜角増幅手段は、レーザ光を凹レンズを
    通過させるかまたは凸面鏡に反射させて変位量を増大さ
    せるように構成されたことを特徴とする請求項1または
    2記載の傾斜測定装置。
  5. 【請求項5】傾斜角増幅手段は、イメージセンサへのレ
    ーザ光の入射角が小さくなるようにイメージセンサの受
    光面を傾斜させて、変位量を増大させるように構成され
    たことを特徴とする請求項1または2記載の傾斜測定装
    置。
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