JP2008129006A - 電子式傾斜センサー及びその電子式水平感知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動的に傾斜角度を探知することが可能で、簡単な構成で各種の装置に適用可能な電子式傾斜センサー及びその電子式水平感知方法を提供する。
【解決手段】 主に電子式傾斜センサー及びその電子式水平感知方法は、光源が発生する光ビームを一定の角度により水平液面計の液面に向けて投射し、光感知ユニットを使用し、水平液面計の液面が反射する光ビームを探知する。さらに、探知された光ビームの位置に基づき、傾斜センサーの傾斜角度を表す電子信号を出力する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、一種の傾斜センサーに関する。特に一種の水平液面が反射する光ビームを利用し、被感知物の傾斜角度を探知する電子式傾斜センサー及びその電子式水平感知方法に関する。

傾斜センサーは多くの測定機器中に広く使用されており、機器設置の水平度調整の基準となっている。内、気泡式傾斜センサー(Vial)は最も普及している水平感知部品の一つである。
気泡式傾斜センサーは小型で、手に入り易く、コストが低廉等の長所があるが、使用者の観測に頼らなければ、被感知物の水平度を判断することができない。そのため、使用者が違えば違った観測結果が現れ、誤差の制御が困難で、さらに現在の機器自動化に対するニーズを満たすことができない。よって、各種の電子式傾斜センサーが開発されている。
公知の多種の電子式傾斜センサーの内、あるものは傾斜センサーの電解液中に多数の電極を入れ、電解液の電導度変化を探知し、被感知物の水平度を判断し、またあるものは光源を使用し水平気泡に照射し、２個の感光性電気抵抗を水平気泡の両端に設置し、感光性電気抵抗値の変化により被感知物の水平度を判断する。さらに光源を水平気泡に照射し、水平気泡反対面に設置するリニア影像センサーにより、気泡影像の変化を探知し、被感知物の水平度を探知するものもある。
上記の電子式傾斜センサーが使用する原理は様々であるが、達成される機能と効果は一長一短で、使用者はそのニーズに応じて選択することができる。よって、前記傾斜センサーとは異なる原理と特性を具える電子式傾斜センサーを提供し、自動化測定時代の多様化ニーズと使用者の期待に応える。
特開２００７−３２９４号公報 特開平５−５５１１５号公報

本発明が解決しようとする課題は、水平液面が反射する光ビームを利用し、被感知物の傾斜角度を探知する電子式傾斜センサー及びその電子式水平感知方法を提供し、各種の自動化測定等のニーズに応えることである。

上記課題を解決するため、本発明は下記の電子式傾斜センサー及びその感知方法を提供する。
それは主に被感知物の傾斜角度の探知に適用し、電子式傾斜センサーは水平液面計、光源と光感知ユニットを含み、
該水平液面計は液体を充填した容器により構成し、水平液面計の容器内において水平を保持する液面を形成することができ、
該光源は光ビームを発し、発せられた光ビームは水平液面計の液面に向かって投射され、
該光感知ユニットは該水平液面計の液面が反射する光ビームの進行ルート上に設置し、探知された光ビームに基づき、被感知物の傾斜角度を表す電子信号を出力し、
さらにそれは電子式水平感知方法を提供し、被感知物の傾斜角度の探知に適用し、以下のステップを含み、
先ず、水平を維持可能な液面を提供し、次に光ビームを前記の液面に向けて投射し、探知により得られた前記液面が反射する光ビームに基づき、被感知物の傾斜角度を表す電子信号を出力し、
探知により得られた液面が反射する光ビームは数回の反射を経て得られる。

本発明によれば、公知の傾斜センサーとは異なる原理と特性を具えた水平液面が反射する光ビームを利用して被感知物の傾斜角度を探知する電子式傾斜センサーであるから、自動的に傾斜角度を探知することが可能で、簡単な構成で使い勝手がよく、各種の装置に適用可能で多様化ニーズと使用者の期待に応えることができる。

本発明の上記とその他目的、特徴、長所に対してさらに詳細な説明を加えるため、以下に最適実施例に図式を合わせ説明する。
本発明の最適な実施例の水平液面計の立体図である図１に示すように、水平液面計11は液体111を充填する容器112により構成し、該容器112はガラス或いはプラスチック製の四辺形断面を具える密閉型容器が最適である。当然、該容器112は必要に応じて、その他異なる型式に製造することができる。
図に示すように、該容器112の一部の空間は液体111の充填に用い、それ以外の空間は真空とし、或いは空気等の気体113を充満させ、或いは該液体111と相互に溶解することのない別種の液体を注入する。こうして、該容器112内には水平を維持可能な液面115が形成される。

本発明の第一実施例の電子式傾斜センサーを指示図である図２に示す。この電子式傾斜センサー20は、図１の水平液面計11の他に、それぞれ該水平液面計11の両側辺に設置する光源21と光感知ユニット22を含む。
該水平液面計11の液体111はメチルアルコール、エチルアルコール或いはエーテルと水の混合溶液から選択し、該水平液面計11の適用温度の範囲を広げることができる。該光源21はレーザー光ビーム213を発するレーザーダイオード211、及び該水平液面計11と該レーザーダイオード211の間に設置し、該レーザー光ビーム213のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズ212である。該光感知ユニット22はチャージカップルデバイス(Charge Coupled Device、CCDと略称)或いはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の光センサーを使用することができる。内、該レーザー光ビーム213のフォーカス位置は該光感知ユニット22上に調整する。

図に示すように、該レーザーダイオード211が発するレーザー光ビーム213は、該フォーカスレンズ212のフォーカスを経て、該水平液面計11の液面115に向かって投射される。該水平液面計11の液面115は該レーザー光ビーム213の全部或いは一部を反射し、さらに該光感知ユニット22上へと照射する。
該傾斜センサー20が被感知物（図示なし）に従い移動し傾斜すると、該レーザー光ビーム213が該水平液面計11の液面115に入射する角度も変化し、こうして該レーザー光ビーム213が該光感知ユニット22上に照射する位置とエネルギーも変化する。このため、該光感知ユニット22は探知されたレーザー光ビーム213の位置とエネルギーに基づき、被感知物の傾斜角度を表す電子信号を出力する。しかも、該光感知ユニット22が2Ｄの光センサーを使用する時には、出力する電子信号により、２Ｄ方向の傾斜角度を探知することができる。

本発明の第二の実施例の電子式傾斜センサーを指示図である図３に示す。この電子式傾斜センサー30は図１の水平液面計11の他に、それぞれ該水平液面計11の両側辺に設置する光源31と光感知ユニット32を含む。第二実施例の水平液面計11の設置方向は図２に示す設置方向とは反対である。
該水平液面計11の液体111は水銀等の不透明な液体が最適で、該光源31はレーザー光ビーム313を発するレーザーダイオード311、及び該水平液面計11と該レーザーダイオード311の間に設置し、該レーザー光ビーム313のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズ312を含む。光感知ユニット32はチャージカップルデバイス(Charge Coupled Device、CCDと略称)或いはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の光センサーを使用することができる。内、該レーザー光ビーム313のフォーカス位置は該光感知ユニット32上に調整する。

図に示すように、該レーザーダイオード311が発するレーザー光ビーム313は、該フォーカスレンズ312のフォーカスを経て、該水平液面計11の液面115に向かって投射される。該水平液面計11の液面115は該レーザー光ビーム313をすべて反射し、該光感知ユニット32上に照射する。該傾斜センサー30が被感知物（図示なし）に従い移動し傾斜すると、該レーザー光ビーム313が該水平液面計11の液面115に入射する角度も変化し、該レーザー光ビーム313が該光感知ユニット32上に照射する位置とエネルギーも変化する。このため、該光感知ユニット32は探知されたレーザー光ビーム313の位置とエネルギーに基づき、被感知物の傾斜角度を表す電子信号を出力する。しかも該光感知ユニット32が２Ｄの光センサーを使用する時には、出力する電子信号により、２Ｄ方向の傾斜角度を探知することができる。

本発明の第三の実施例の電子式傾斜センサーを指示図である図４に示す。この電子式傾斜センサー40は図２の傾斜センサー20とおよそ相同である。それは図1の水平液面計11を含む他に、それぞれ該水平液面計11の両側辺に設置する光源41と光感知ユニット42を含み、さらに該水平液面計11と該光感知ユニット42間に設置するフォーカスレンズ43を含む。該フォーカスレンズ43の作用は温度変化により生じる測定誤差を補償することである。
図中の光源41は、レーザー光ビーム413を発するレーザーダイオード411、及び該水平液面計11と該レーザーダイオード411の間に設置し、該レーザー光ビーム413をフォーカスするフォーカスレンズ412から構成されている。該水平液面計11の液位は温度の変化に応じて、該液面は液面415と液面416の間で上下するため、該光源41が発する平行レーザー光ビーム413が、該水平液面計11の液面415或いは416に向かって投射される時、反射するレーザー光ビーム413の進行ルートは、図中の実線或いは点線となる。この異なるルートの平行レーザー光ビーム413は該フォーカスレンズ43のフォーカスを経て、該光感知ユニット42の相同(同一)位置上に投射され、こうして被感知物の傾斜角度の測定は温度変化の影響を受けない。

本発明の第四の実施例の電子式傾斜センサーを指示図である図５、６に示す。この電子式傾斜センサー50は図４の傾斜センサー40とおよそ相同である。それは図1の水平液面計11を含む他に、それぞれ該水平液面計11の両側辺に設置する光源51、フォーカスレンズ53と光感知ユニット52を含み、さらに該水平液面計11の反対側辺に設置する別の光感知ユニット54とフォーカスレンズ55を含む。該電子式傾斜センサー50を装置する被感知物（図示なし）が90度回転する時、該電子式傾斜センサー50は図５或いは６に示すように被感知物の傾斜角度を探知することができる。
図５中において、レーザーダイオード511が発するレーザー光ビーム513は、該フォーカスレンズ512のフォーカスを経て、該水平液面計11の液面515に向かって投射され、該水平液面計11の液面515は該レーザー光ビーム513の全部或いは一部を反射し、該フォーカスレンズ53のフォーカスを経て、該光感知ユニット52上に照射する。こうして該光感知ユニット52は探知されたレーザー光ビーム513の位置とエネルギーに基づき、被感知物の傾斜角度を表す電子信号を出力する。

図６中において、該電子式傾斜センサー50は被感知物に従い時計回りに90度回転し、相対位置を改変する。よって、該レーザーダイオード511が発するレーザー光ビーム513は、該フォーカスレンズ512のフォーカス後、該水平液面計11の液面515に向かって投射され、該水平液面計11の液面515は該レーザー光ビーム513の全部或いは一部を反射し、該フォーカスレンズ55のフォーカスを経た後、該光感知ユニット54上に照射される。こうして、該光感知ユニット54は探知されたレーザー光ビーム513の位置とエネルギーに基づき、被感知物の傾斜角度を表す電子信号を出力する。

本発明の第五の実施例の電子式傾斜センサーを指示図である図７に示すが、前記実施例との相違点は以下の通りである。
本発明の第五実施例の電子式傾斜センサー60の水平液面計66が設置する光源61と光感知ユニット62間の挟角は既に切除され、水平位置における該水平液面計66の底面616は、その液面615と相互平行となる。よって、該レーザーダイオード611が発するレーザー光ビーム613が該フォーカスレンズ612のフォーカスを経て、該水平液面計66の液面615に向かって投射される時、該水平液面計66の液面615と該底面616間において数回の反射を行い、該フォーカスレンズ63のフォーカス後、該光感知ユニット62上に照射される。この種の方式の長所は、被感知物（図示なし）が傾斜している時、該光感知ユニット62上に照射されるレーザー光ビーム613の位置は偏差しているが、レーザー光ビーム613の数回の反射により拡大するため、電子式傾斜センサー60の探知感度は向上する。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ上記実施例に限定するものではない。当該技術を熟知する者が本発明の精神と範囲内を離脱せずに行う各種の変更と修飾も本発明の範囲に含む。したがって本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明の最適実施例の水平液面計の立体図である。 本発明の第一実施例の電子式傾斜センサーの指示図である。 本発明の第二実施例の電子式傾斜センサーの指示図である。 本発明の第三実施例の電子式傾斜センサーの指示図である。 本発明の第四実施例の電子式傾斜センサーの指示図である。 図５の電子式傾斜センサーを90度回転させる使用指示図である。 本発明の第五実施例の電子式傾斜センサーの指示図である。

符号の説明

11、66 水平液面計
111 液体
112 容器
113 気体
115、415、416、515、615 液面
116、117 側辺
20、30、40、50、60 傾斜センサー
21、31、41、51、61 光源
211、311、411、511、611 レーザーダイオード
212、312、412、43、512、53、55、612、63 フォーカスレンズ
213、313、413、513、613 レーザー光ビーム
22、32、42、52、54、62 光感知ユニット
616 底面

Claims (10)

1. 主に電子式傾斜センサーは被感知物の傾斜角度の探知に適用し、水平液面計、光源、光感知ユニットを含み、
   前記水平液面計は液体を充填する容器により構成し、該容器内において水平を維持可能な液面を形成し、
   前記光源は光ビームを発し、該光ビームを該液面に向けて投射し、
   前記光感知ユニットは該液面が反射する該光ビームの進行ルート上に設置し、探知された該光ビームに基づき、該傾斜角度を表す電子信号を出力することを特徴とする電子式傾斜センサー。
2. 前記容器はガラス或いはプラスチックにより製造し、四辺形断面を具える密閉型容器であることを特徴とする請求項１記載の電子式傾斜センサー。
3. 前記容器の一部の空間には該液体を充填し、該液体はメチルアルコール、エチルアルコール或いはエーテルと水の混合溶液から選択し、該液体で満たされていないそれ以外の空間には気体が充満していることを特徴とする請求項２記載の電子式傾斜センサー。
4. 前記容器の一部の空間には該液体を充填し、該液体は水銀で、該液体で満たされていないそれ以外の空間には気体が充満していることを特徴とする請求項２記載の電子式傾斜センサー。
5. 前記電子式傾斜センサーはさらに第二光感知ユニットを含み、該光感知ユニットと該第二光感知ユニットは該光源に対して対称に該容器の両側辺上に配置されることを特徴とする請求項１記載の電子式傾斜センサー。
6. 前記光源はレーザーダイオード、フォーカスレンズを含み、
   前記レーザーダイオードは該光ビームを発し、
   前記フォーカスレンズは前記水平液面計と該レーザーダイオードの間に設置し、該光ビームのフォーカス位置を調整することを特徴とする請求項１記載の電子式傾斜センサー。
7. 前記光感知ユニットはチャージカップルデバイス或いはＣＭＯＳの光センサーを含むことを特徴とする請求項１記載の電子式傾斜センサー。
8. 前記光ビームは平行光ビームで、前記傾斜センサーはさらに前記水平液面計と前記光感知ユニット間に設置するフォーカスレンズを含み、該光ビームを該光感知ユニット上においてフォーカスすることを特徴とする請求項１記載の電子式傾斜センサー。
9. 主に電子式水平感知方法は被感知物の傾斜角度の探知に適用し、
   水平を維持可能な液面を提供し、
   光ビームを該液面に向けて投射し、
   探知により得られた該液面が反射する該光ビームに基づき、該傾斜角度を表す電子信号を出力することを特徴とする電子式水平感知方法。
10. 前記電子式水平感知方法の探知により得られる該液面が反射する該光ビームは数回の反射を経て得られることを特徴とする請求項９記載の電子式水平感知方法。

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