JP2014219394A - 機械要素の位置を求める装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの機械要素の互いに対する位置を、特に単純で、融通性があり、低コストに求める装置、例えば、シャフト位置合わせ測定装置を提供する。【解決手段】第１の機械要素１０及び第２の機械要素１２の互いに対する位置を求める装置であって、第１の機械要素に位置決めされる第１の測定ユニット１４、第２の機械要素に位置決めされる第２の測定ユニット１８、及び分析ユニット２２を有し、第１の測定ユニット１４は、光線束２８を生成する手段２４を有し、第２の測定ユニット１８は、衝突する光を散乱させる散乱面３４、カメラ３６を有し、散乱面は第１の測定ユニット１４に面し、分析ユニット２２は、第１の測定ユニット１４によって散乱面３４に放射された光線束の衝突位置を求め、第１の機械要素及び第２の機械要素の互いに対する位置を求めるように設計され、カメラ３６は、散乱面３４の、第１の測定ユニット１４に面する側に方向付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の機械要素及び第２の機械要素の互いに対する位置を求める装置であって、第１の機械要素に位置決めされる第１の測定ユニット及び第２の機械要素に位置決めされる第２の測定ユニット、並びに分析ユニットを有し、２つの測定ユニットのうちの少なくとも一方は、光線を生成する光源を有し、光線の、他方の測定ユニットにある少なくとも１つの表面への衝突点が求められる、装置に関する。

そのような装置は、例えば、２つのシャフトの互いに対する位置合わせを判断するか、ボアの真直度若しくは位置合わせされた向きを判断するか、縁の真直度を判断するか、又は表面の種々の点の高さを求めるように設計することができる。

通常、シャフトの互いに対する位置合わせを判断するためには、光線の衝突点の位置を複数の回転角度位置において求め、このために、測定ユニットがシャフトの周囲面に沿って変位されるか、又は、シャフトが周囲面に位置決めされる測定ユニットとともに回転される。

特許文献１に記載されているのは、第１の測定ユニット及び第２の測定ユニットの双方がそれぞれ光線を放射し、それぞれが光検出器を有し、各場合に光線が他方の測定ユニットの検出器に方向付けられる、シャフト位置合わせ測定装置である。

この原理に従って動作するシャフト位置合わせ測定装置が特許文献２にも記載されており、２つの測定ユニットのそれぞれに、シャフトの回転角度を自動的に検出する２つの二軸加速度センサが設けられている。

特許文献３から既知であるのは、第１の測定ユニットが光線を放射し、光線が、軸方向に前後に配置される、第２の測定ユニットの２つの光検出器に衝突する、シャフト位置合わせ測定装置である。

特許文献４から既知であるのは、第１の測定ユニットがファン形状のビームを放射し、ビームが、軸方向に前後に配置される、第２の測定ユニットの２つの光検出器に衝突する、シャフト位置合わせ測定装置である。

特許文献５から既知であるのは、２つの測定ユニットが２つのシャフトのそれぞれの正面に取り付けられており、第１の測定ユニットがファン形状の光線を放射し、光線が、第２の測定装置の平面に配置されている３つのマーカピンに横方向に衝突する、シャフト位置合わせ測定装置である。

特許文献６に記載されているのは、第１の測定ユニットが扇状に広がる光線を放射し、光線が、互いに横方向に離間して平行に配置されている、第２の測定ユニットの２つの光ストリップ検出器に衝突し、検出器の縦方向は光線の扇状の平面に対して垂直に配置される、シャフト位置合わせ測定装置である。

特許文献７に記載されているのは、基準軸線に対するタービンボアの位置合わせを判断する装置であり、基準軸線を表すレーザビームが二軸光検出器に方向付けられ、二軸光検出器は、ボアの壁に対して配置される足部を有し、複数の回転角度におけるレーザの衝突点を求めるためにボアの壁に沿って周方向にシフトされる。

特許文献８に記載されているのは、表面上の複数の測定点の高さを求める装置であり、水平面において一定の角速度で回転するレーザビームが、衝突点の垂直成分から測定点の高さを求め、検出器の水平な通過の時点及び持続時間からレーザ源に対する測定点の角度及び距離を求めるために、それぞれの測定点に位置決めされる二軸光検出器に方向付けられる。同様の装置が特許文献９に記載されており、レーザビームは、回転五角形プリズムによって検出器に方向付けられ、回転角度に依存する強度プロファイルを有し、この強度プロファイルに基づいて測定点の角度を求めることができる。

ここで評価した測定装置の全てに関して、検出器表面上の光線の衝突点はその都度求められて分析される。

特許文献１０から既知であるのは、ボアの前進をガイド又は制御する、基準点に対する測定点の位置を求める装置であり、当該装置は、ボア又はボアヘッドに配置され、それぞれがマーキング付きのカメラを有する、複数の測定ステーションを有し、各カメラは隣接するカメラ又は測定ステーションのマーキングを記録する。

特許文献１１から既知であるのは、２つの測定ユニットのそれぞれに、ハウジング内に配置されるカメラが設けられており、ハウジングの、他方のユニットに面する側には、対向するカメラによって記録される光パターンが設けられている、シャフト位置合わせ測定装置である。ハウジングの、パターンが設けられている側には、各場合に開口が設けられており、この開口を通って対向するパターンが撮像される。代替的な設計では、２つのユニットのうちの一方にのみカメラが設けられるがパターンは設けられず、一方で他方のユニットはカメラを有しないが３次元パターンが設けられている。

特許文献１２に記載されているのは、第１の測定ユニットに光源が設けられており、光源は、光線を、マットスクリーンが設けられている第２の測定ユニットに方向付け；マットスクリーンの、第１の測定ユニットに面しない側が、第２の測定ユニットの一部も形成する画像検出器上の好適な光学系によって撮像される、シャフト位置合わせ測定装置である。

特許文献１３及び特許文献１４に記載されているのは、第１の測定ユニットが扇状に広がるビームを生成する光源を有し、対向する第２の測定ユニットが、後方のマットスクリーン及びカメラを有する部分反射光学システムを有し、カメラは、マットスクリーンの、第１の測定ユニットに面しない側を記録し、ビームの第１の光点は光源から直接到来し、ビームの第２の光点は、第２の測定ユニットの部分反射光学システム及び第１の測定ユニットの正面の反射器によって反射される、シャフト位置合わせ測定装置である。

機械を測定するカメラを有するレーザ受信機が、Wente CamSorik GmbH社（38108 Braunschweig, Germany）から、ＬａｓｅｒＴｒａｃの商標名で入手可能である。

独国特許第３３３５３３６号 米国特許第６８７３９３１号 独国特許第３８１４４６６号 国際公開第０３／０６７１８７号 国際公開第００／２８２７５号 欧州特許第２０９３５３７号 欧州特許第０５４３９７１号 米国特許出願公開第２００７／０２０１０４０号 欧州特許第１４７３５４０号 独国特許第４０４１７２３号 国際公開第２０１０／０４２０３９号 欧州特許第１２１１４８０号 独国特許第１０１４３８１２号 独国特許第１０１１７３９０号

本発明の課題は、２つの機械要素の互いに対する位置を求める装置、例えば、シャフト位置合わせ測定装置を作り出すことであり、当該装置の設計は特に単純で、融通性があり、低コストである。本発明の更なる課題は、対応する方法を作り出すことである。

この課題は、本発明に従って、請求項１又は請求項８に記載の装置、及び請求項２３又は２６に記載の方法によって解決される。

本発明による解決策では、カメラ、及びカメラにおいて撮像される散乱面の使用によって、反射した光線束が直接的に衝突する光検出器を使用する代わりに、特に単純で融通性のあるシステムを実現することができることが有利である。特に、カメラとして、比較的低コストで入手することができるか、又は他の理由から何らかの方法でユーザに既に入手可能な、例えば写真用カメラ又はスマートフォン等の、エンドユーザ向けに設計されている大量生産商品を使用することが可能である。

本発明の一実施形態によると、カメラは、２つの測定ユニットに対して自由に移動することができ、例えば、カメラに散乱面を撮像するために、フリーハンドで使用することができる。代替的な実施形態によると、カメラは、光線束を生成する手段も有する測定ユニットの一部として設計することができるか、又はこの測定ユニットに取り付けることができる。

本発明は特に、２つのシャフトの互いに対する位置合わせを判断するか、ボアの真直度若しくは位置合わせされた向きを判断するか、縁の真直度を判断するか、又は表面の種々の点の高さを求めるために使用することができる。

本発明の好ましい実施形態は従属項に記載されている。

添付の図面に基づいて本発明を以下でより詳細に説明する。

本発明による位置を求める装置の第１の例の、僅かに斜視図である側面図である。 図１の装置の散乱面の正面図である。 実際の使用における、散乱面が設けられている図１の装置の測定ユニットの斜視図である。 カメラにおける散乱面の画像の透視歪みを補正するためにターレスの定理を使用することができる方法の概略図である。 本発明による装置によって測定されるタービンステータの縦断面図である。 内壁に位置決めされる図５の装置の測定ユニットの正面図及び側面図である。 高さを測定する本発明による測定装置の使用の例である。 図７の装置によって撮影される画像の例である。 ４つのＱＲコードが設けられている散乱面の例である。

図１〜図３に示されているのは、機械（図示せず）の第１のシャフト１０及び機械（図示せず）の第２のシャフト１２の互いに対する位置合わせを判断する本発明による装置の第１の例である。本装置は、第１のシャフト１０の周囲面に位置決めされる要素１６を有する第１の測定ユニット１４、及び、第２のシャフト１２の周囲面に位置決めされる要素２０を有する第２の測定ユニット１８を備える。

２つのシャフト１０及び１２は、基準軸線２６に対して可能な限り位置合わせされて互いに前後に配置されており、本装置は、基準軸線２６又は互いに対する幾らかの角度オフセット及び／又は平行オフセットを求める働きを有する２つの測定ユニット１４、１８を有する。通常、本装置は、角度オフセット又は平行オフセットに関する結果を表示する手段（図示せず）も備える。

第１の測定ユニット１４は、光線束２８を生成する光源２４、光線束２８をコリメートするコリメータ（図示せず）を備える。

第２の測定ユニット１８は、散乱面３４、及び散乱面３４の写真を撮影するカメラ３６を備える。

カメラ３６は、カメラセンサ（図示せず）に散乱面３４を撮像するために光学系３５を有する。カメラ３６は、例えば、第１の測定ユニット１８において放射された光線が少なくとも散乱面３４の中央領域に衝突することを妨げないように、散乱面３４に対して斜めの外側角で取り付けることができる。

散乱面３４は、２つの測定ユニット１４、１８が測定位置に位置するときは第１の測定ユニット１４に面する。

図１及び図２の例では、散乱面３４への光線束２８の衝突点（すなわち光点）はＰＶと表記される。

第１の測定ユニット１４はハウジング３２を有し、ハウジング３２は光源２４及び関連する電子部品を収容する。光源２４は好ましくは、いかなる振動感度も最小限に抑えるためにランダムにパルス状である。さらに、ハウジング３２は、好適な電源管理電子部品に加えて、光源２４の電源（バッテリ又は充電式バッテリ）を収容する。全体的に、ハウジング３２は、位置決め要素１６に取り付けるように通常は設けられる保持ロッド（図１には示さず）よりもはるかに厚くてはならない。

（第１の測定ユニット１４から見て）散乱面３４の後ろでは、第２の測定ユニット１８は、例えば第２の測定ユニット１８の傾斜角度、したがって第２の測定ユニット１８が設けられているシャフト１０の回転角度位置を求めるために傾斜計３１を収容することができるハウジング２７を有する。ディスプレイ３３を有するそのような傾斜計３１はハウジング２７に一体化することができる（例えば；図１及び図２を参照のこと）。この場合、傾斜計３１は、例えばＭＥＭＳ傾斜計として設計することができる。

第１の測定ユニット１４は好ましくは、光線束２８を、反射要素を介装することなく第２の測定ユニット１８の散乱面３４に方向付けることができるように設計されており：すなわち、光源２４と散乱面３４との間には反射要素は配置されない。

図２によると、散乱面３４には測定マーキング５０が設けられており、測定マーキング５０は、カメラ３６が撮影した散乱面３４の画像の分析を容易にするために、例えば十字形として設計することができる。マーキング５０が暗い環境でも見えるようにするために、カメラ３６に、例えばＬＥＤ２３等の外部光源を設けることが可能である。代替的には、散乱面３４の背面照明２５を提供してもよい。この場合、適切な切欠き部を有する金属箔を（ガラス又はプラスチック製の）乳白ガラスの表面に接着することができ、ハウジング３２を介して散乱白色光を導入する。

好ましくは、散乱面３４は本質的に平坦であるように設計されている。図１及び図３によると、カメラ３６は、散乱面３４に対して横方向に変位させて傾けて配置することができる。この場合、カメラ３６は例えば、（例えばチェーンテンショニング装置であり得る）位置決め要素１６の下に取り付けることもできる。カメラ３６はこの場合、カメラセンサに散乱面３４を可能な限り完全に撮像するが、光線束２８に影がかからないような向きにされる。この場合、カメラ３６及び散乱面３４の機械的な安定化にも有利には用いることができる散乱光開口部（図示せず）も設けることができる。

カメラ３６は例えば、小型カメラとして、又はスマートフォン若しくは携帯電話のカメラとして設計することができる。好ましくは、光学系３５は固定レンズを含み、これは、そのようなレンズがズームレンズよりも安定しているためである。好ましくは、カメラセンサの解像度は少なくとも８メガピクセルである。カメラは好ましくはマクロ設定で動作する。

カメラがスマートフォンとして設計される限りでは、スマートフォンのディスプレイを有利にはグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）として用いることができ；他の場合は、例えばスマートフォン又はタブレットコンピュータ等のこの種の付加的な装置をユーザ制御部として付加的に用いることができる。この場合、例えば、ヘッドセット又は２０１３年に期待される「グーグルグラス」による音声制御の使用も可能である。

カメラが撮影した画像の分析は以下のように行うことができる：分析の目的は、光線束２８の衝突点ＰＶの中点座標を求めることである。このプロセスにおいて、撮影した画像を最初に修正し；すなわち、カメラ３６の横方向に傾いた構成によって生じる光学システムの透視歪み及びいずれの歪みも相殺する。これは例えば、正確に分かっている「グローバル座標」である測定マーキング５０に基づいて行うことができる。光線束２８の衝突点は、色に基づいて背景から分離することができるため、中点を求める領域が限られる。次に、重心推定によって中点を求める。測定マーキング５０のグローバル座標が正確に分かっているため、画素座標を計算することができ、それによって、光線束の衝突点ＷＶ及びＰＶの中点をグローバル座標において求めることができる。

別の可能性は、図４に衝突点ＰＶに関して概略的に示されているように、ターレスの定理を用いて衝突点の座標を計算することである。この場合、水平消失点ＶＰＨ及び垂直消失点ＶＰＶが用いられる。

光線束の衝突点ＰＶの平均直径を求めること、及び平均直径を用いて、光源２４と散乱面３４との間の距離、すなわち第１の測定ユニット１４と第２の測定ユニット１８との間の距離を推定することも可能である。

第２の測定ユニット１８が傾斜計３１によって測定される傾斜角度のディスプレイ３３を有する限りにおいて、カメラ３６には好ましくは、この角度の値を記録するためにＯＣＲ機能が設けられ；代替的には、角度値のカメラ３６への直接的な送信を、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈリンクを介して行うことができる。

カメラ３６がスマートフォンである限りにおいて、カメラ３６に通常一体化される傾斜計２９も、傾斜角度を求めるために使用することができる。

画像の分析は、２２によって概略的に示される分析ユニットにおいて行うことができ、分析ユニットは、特にスマートフォンに含まれる場合には、比較的高い計算能力を有して何らかの方法で既に工場において固有に備え付けられるカメラの一部を構成することができる。

測定を開始する前に、光線束２８が散乱面３４の概ね中心に衝突するように、最初に２つの測定ユニット１４、１８を互いに対して調整する。このために、第１の測定ユニット１４には、例えば、第１の測定ユニット１４の位置をシャフト１０に対して径方向にシフトさせる高さ調整器（図示せず）、及び、第１の測定ユニット１４をシャフト１０の径方向に対して傾け、第１の測定ユニット１４を径方向の周りで調整する角度調整器を設けることができる。

２つの測定ユニット１４、１８の互いに対する調整が完了すると、光線束２８の衝突位置は、２つのシャフト１０及び１２がそれらに位置する測定ユニット１４、１８とともに軸線２６の周りを回転するときの２つのシャフト１０及び１２の互いに対するずれを描き出すことができ、この場合、それぞれの衝突点の進路は、回転角（回転角はさらに傾斜計の機能によって求めることができる）に依存するものとなり、シャフト１０、１２の垂直オフセット、水平オフセット及び角度オフセットに関する結論を導き出すように既知の方法で分析される（そのような方法は、例えば特許文献１２又は国際公開第９８／３３０３９号に記載されている）。

ずれを求めた後で、特定の角度位置におけるシャフト１０、１２の調整を行い、ずれが最も補正されるときを確立するためにシャフト調整中に測定を行う。

通常、位置合わせ測定中及びシャフトの調整中に、散乱面３４の画像をカメラによって比較的速い速度で連続的に撮影及び分析し、例えば１秒あたり５枚の画像を生成して処理することが可能である。カメラがスマートフォンである限りにおいて、画像の撮影及び分析は例えば適切なアプリの形で行うことができる。

画像を連続的に撮影することの代替として、例えば角度が特定の増分だけ、例えば１°だけ変化するとすぐに例えばその時点の傾斜角度に応じて画像を撮影するように画像撮影モードを選択することもできる。

位置合わせ装置は、シャフトの調整を行う人に可聴的に役立つように、シャフトの調整を行う操作者によって調整中に装着され、スマートフォンとして設計されるカメラ３６の分析ユニット２２によって求められるその時点のオフセット値を無線で受信するように働く、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈヘッドセットを任意選択的に含むことができる。これは、調整中に、通常は操作者がスマートフォン３６のディスプレイを読み取ることが困難である限りにおいて有利である。この場合、ヘッドセットは、スマートフォン３６の音声制御にＢｌｕｅｔｏｏｔｈリンクを使用するために用いることもできる。

代替的には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈリンクを介して（例えばＶＮＣによって）、操作者がより良く読み取ることができる形で、カメラとして働くスマートフォン３６のディスプレイを提示するために、操作者が第２のスマートフォン又はタブレットコンピュータを用いてもよく、第２のスマートフォン又はタブレットコンピュータを介してタッチディスプレイによってスマートフォン３６を制御することも可能である；国際公開第９７／３６１４６号も参照のこと。

通常、撮像される表面は約４０×４０ｍｍのサイズを有し、この場合、１つの画素は、カメラの解像度が８メガピクセル（約２５００画素の垂直解像度に相当する）である場合には約２０μｍに相当する。例えば１６メガピクセルの小型カメラを使用する場合、約７μｍの解像度を達成することができる。

基本的に、特別な光学系を有するカメラを使用するか、又はスマートフォンの場合には介装される拡大鏡を使用することも可能である。撮像される散乱面３４の寸法を例えば２０×２０ｍｍ〜３０×３０ｍｍに縮小することもできる。

この場合、基本的に、カメラの画像を（例えばＷＬＡＮを介して）例えば移動プラットフォームに無線送信することが考えられる。この場合は例えば特別なＳＤカードを使用することが可能である。

図１〜図３の実施形態の変更形態によると、カメラ３６は、２つの測定ユニット１４、１８に対して自由に移動することができ、例えば散乱面３４の写真を撮影するために操作者の手に保持されるか又は三脚に取り付けられる「フリーカメラ」として設計することができる。この場合、カメラは、マクロ設定で動作し、写真を撮影するときに散乱面３４の近くに適切に位置決めすることができるか、又は、これが可能ではないか若しくは望ましくない場合は、カメラは、画像を例えば１ｍを超える距離においても撮影することができるように望遠レンズによって動作する。

基本的に、カメラは、第１の測定ユニット１４に結合することができるが、この場合であっても、位置合わせ測定及び調整が完了した後でカメラを第１の測定ユニット１４から取り外して他の場所で使用することができるように、記録中には第１の測定ユニット１４の定位置に取り付けられる。これは、カメラがスマートフォンである場合に特に有利である。

基本的に、スマートフォンをカメラとして使用することには多くの利点がある：したがって、そのような装置は、グラフィックユーザインタフェースのプログラミング及び設計に関して非常に融通性があり、効果を発揮し；特に、ジェスチャ認識、キーボードオーバーレイ及びローカリゼーション等が可能である。さらに、位置合わせ測定を行うユーザが、自身がとにかく既にその操作に基本的に精通している装置を使用することができる。その上、スマートフォンは、例えば管理者データベース等においても多くのインタフェースを提供し；特に、この場合、別の移動動作プラットフォーム、（エコー及びノイズ抑制機能付き）ヘッドセット、グーグルグラス、振動ベルト等にリンクするために使用することができる無線インタフェースが利用可能である。さらに、スマートフォンは、位置合わせ測定に使用されないときは通常通り使用することができる。

測定ユニット１０、１２は、シャフトの位置合わせだけにではなく、適切な変更形態では、他の位置を求める方法にも使用することができる。

図５及び図６に示されているのは、第１の測定ユニット１１４及び第２の測定ユニット１１８を、タービンステータ１５２の部分、すなわちタービンロータベアリング１５６に対するインペラホイールリム１５４の位置合わせを判断するために［使用することができる］方法の例であり、インペラホイールリム１５４及びタービンロータベアリング１５６は、インペラホイールリム１５４の中心開口１６０の円筒壁１５８の湾曲の中心線、及び、タービンロータベアリング１５６の円筒形のベアリング表面１６２の湾曲の中心線が互いに位置合わせされるように調整される。このために、第１の測定ユニット１１４は、光源１２４によって生成された光線束１２８が、インペラホイールリム１５４の開口壁１５８によって包囲される測定スペースを通って、最終的にこれから調整されるロータ回転軸１６４に概ね平行に放射されるように、図５の右側に見えるロータベアリング１５６に位置決めされる。

第２の測定ユニット１１８は、スペーサ１２０を介して、インペラホイールリム１５４のうちの１つの中央開口１６０の内壁１３８に位置決めされる足部１２１に結合され、それによって、光線１２８は第２の測定ユニット１１８の散乱面１３４に衝突する。第２の測定ユニット１１８は、光線１２８の衝突点ＰＶの位置を求めるように散乱面１３４の写真を撮影するために、カメラ３６が横方向に取り付けられている図１〜図３の第２の測定ユニットと同様に設計することができる。足部１２１は、壁１５８に対する傾きに抗する摺動支持のために提供され、第２の測定ユニット１１８の様々な回転角度における散乱面１３４の写真を撮影するために、第２の測定ユニット１１８が周方向にシフトすることが可能である。このために、足部１２１は、例えば磁気的な足部として設計されることによって、壁１５８に対してそれぞれの測定位置に設定することができるように設計されている。好ましくは、第２の測定ユニット１１８は、回転角度を求める傾斜計１３１を含む。

少なくとも３つの異なる回転角度についての光線１２８の衝突点を求めることによって、光線１２８に対する、したがってロータベアリング１５６の基準軸線に対する内壁１５８の位置合わせを判断することが可能であり；そのような方法は例えば特許文献７に記載されている。

図７に示されているのは、第１の測定ユニット２１４及び第２の測定ユニット２１８が測定される表面の測定点の高さ測定に使用される、本発明による位置を求める装置の代替的な用途である。第１の測定ユニット２１４は、この場合は、水平面において垂直軸の周りで回転する光線２２８を生成するように設計されており、上記光線は通常、一定の角速度で回転し、それによって第２の測定ユニット２１８の散乱面２３４を本質的に水平方向に周期的に通過する。この場合も同様に、第２の測定ユニット２１８は、カメラ３６が横方向に取り付けられている図１〜図３の測定ユニット１８又は図５の測定ユニット１１８と同様に設計することができる。

そのような高さ測定の場合、散乱面２３４の少なくとも１つの画像を撮影し、次に、この画像を、第２の測定ユニット２１８、又は測定ユニット２１８の足部２２０が測定される表面上の別の位置に位置決めされていた以前の測定位置と比較して高さの違いを求めるために、光線２２８の衝突点に関して分析する（図７では、第１の測定位置はＡによって示され、第２の測定位置はＢによって示される）。

図８に示されているのは、光線２２８の衝突点が水平方向に散乱面２３４を通過する方法の概略的な例である。このプロセスでは、回転角度φ_１に相当する時点ｔ_１において、光線２２８は散乱面２３４の左側の縁の点Ａ１に衝突し、当該点は次に、散乱面２３４にわたってストリップ２３５において水平方向に移動し、また、回転角度φ_２に相当する時点ｔ_２では、点Ａ２において散乱面２３４を再び出る。光線２２８の回転速度ωが極めて一定に保たれる場合、時間と回転角度との良好な相関が存在する。

次に、散乱面２３４がカメラ２３６によって記録されるとき、画像に見ることができる種々の可能性があり、これらの可能性は、写真が撮影される時点及び露光の長さに依存する。露光の長さが回転速度ωと比べて比較的長い場合、本質的に水平な筋が画像に見られ、筋の長さは、画像の全幅にわたって延びない限りにおいては、露光時間及び回転速度ωに依存する。より短い露光時間の場合、代わりに点又は円又は水平な楕円が形成される。

幾つかの可能性のある記録モードを以下で説明する。

第１の変形形態によると、カメラ３６は、（疑似）ビデオモードで動作することができ、この場合、規則的な時間間隔で、すなわち、特定のフレームレートで、散乱面２３４の画像を撮影し、また、光線２２８の衝突点が散乱面２３４の所定の領域にある（この領域は図８において符号２３７で示されている）画像のみが分析される。図８の例では、この状態は、衝突点Ａ３に関しては満たされるが、衝突点Ａ４に関しては満たされない。所定の領域２３７は通常、この場合は概ね散乱面２３４のｘ方向の中央にある。衝突点が領域２３７にある画像の場合、次に、測定位置の垂直高さを得るために衝突点のｙ座標を分析する。衝突点のｙ座標のそのような分析は、画像の衝突点の水平方向にスミアが生じる場合にも可能であり、この場合はここで、水平に対する「筋」の傾きに相当する散乱面２３４のレベリング角度を更に得ることが可能である。

代替的な記録モードでは、カメラはビデオモードには設定されず、むしろトリガ機能を有し、トリガ機能によって、カメラ３６は、光線２２８の衝突点が散乱面２３４の所定の領域、例えば領域２３７にある場合にのみ散乱面２３４の写真を撮影する。このように、最初に記載した記録モードの場合ように写真を撮影した後で特定の画像を具体的に選択するという努力を回避することが可能である。

さらに、光線２２８の回転数及び回転角度に関するデータを第１の測定ユニット２１８からカメラ３６に送信するために、カメラ３６を、無線データリンク（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈリンク）によって第１の測定ユニット２１４に結合することができ、必要であれば、カメラがこの無線データリンクを介して光線２２８の回転数を制御することも可能である。そのようなデータリンクは、第１の例に従って、カメラが一定のフレームレートで（すなわち（疑似）ビデオモードで）散乱面２３４の写真を撮影し、回転数を、データリンクを介してカメラ３６によって調整し、それによって、撮影される画像のうちの２つ（通常は２つの連続的に撮影される画像）のそれぞれが、他方の点（これは図８において、例えば衝突点Ａ１及びＡ２の画像に関して満たされる）から可能な限り水平に変位する散乱面２３４への光線２２８の衝突点を示す範囲で使用することができる。この場合、２つの衝突点の水平な分離が求められ、フレームレート、回転数及び２つの衝突点の水平な分離から、第１の測定ユニット２１４からの第２の測定ユニット２１８の（径方向）分離を計算することが可能である。このプロセスでは、衝突点にスミアが生じる場合、各場合に最もフィットする線が計算され、重心の計算から、衝突点の水平な分離を求めることができる。

第１の測定ユニット２１４からの第２の測定ユニット２１８の分離が２つの衝突点の水平な分離よりも本質的に大きい場合、衝突点の水平な分離は、弧長に概ね相当し；光線２２８の所定の回転数ω及びカメラ３６のフレームレートの逆数から回転角度φを正確に求めることができ、それによって、半径、すなわち光源２２４と散乱面２３４との間の距離も次に求めることができる。第１の測定ユニット２１４の回転角度φがカメラ３６に送信される限りにおいて、散乱面２３４の相対的な角度位置も分かるため、測定位置の角度位置、及び第１の測定ユニット２１４からのその距離も測定位置の高さとともに求めることができる。

別の代替的な実施形態では、スミアが生じる衝突点を有する画像を、露光時間及び回転数を好適に選択することによって撮影することができ、スミアの水平長さが求められ、スミアの水平長さから、画像の露光時間及び光線２２８の回転数に基づいて、第２の測定ユニット２１８と第１の測定ユニット２１４との間の距離が求められる。

図１〜図３の装置の別の変更形態では、図１〜図３の装置は、本体の真直度を求めるように設計されている。この場合、測定ユニット１８、２２は、シャフト１０、１４のそれぞれの周囲面［に］位置決めされる要素２０の代わりに、測定される本体の表面に位置決めされるぴったり合う表面の要素を有する。測定される表面の真直度の偏位は、この場合、測定ユニット１８、２２の互いに対する傾き又は捩れにつながり、これは、散乱面３４への光線２８の衝突点の対応するシフトにつながり、このシフトから、測定される表面の対応する真直度の偏位を求めることができる。測定ユニットは、表面全体を測定するために測定される表面にわたってシフトさせることができる。

本発明の一実施形態によると、散乱面には、例えばＱＲコード等の、通常は格子状に散乱面にわたって分散される複数の２次元光コードを設けることができ、光コードは、散乱面に転写され、例えば、測定ユニットの通し番号、ｘ方向及びｙ方向への散乱面の寸法（例えばｍｍ）、散乱面に転写するのに使用されるプリンタの精度又は誤差に関する補正因子（例えば、ｘ方向及びｙ方向への拡張又は圧縮の量）、散乱面上のコードの数、格子におけるそれぞれのコードの位置（行の番号、列の番号）、並びに、散乱面の座標系の起点からのそれぞれのコードの距離（例えばμｍ）等の、散乱面、又は散乱面が設けられる測定ユニットに関する情報／データを符号化するのに役立つ。この場合、個々のコードは、散乱面全体を覆うよう互いに隣接するように配置することができる；例えば、４つのコード６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄが示されている図９を参照のこと。コードの数及び解像度は、プリンタ及びカメラの解像度に対応して最適化するべきである。ＱＲコードの代わりに、基本的には、他の独占所有権のある図形コードを使用することも可能である。

散乱面に図形コードを設けることには以下の利点がある：反射器表面全体が保護縁部とともに写真撮影される必要がなく、これはユーザにとって容易になることを意味する。コードは、目的の画像を生成するように再構成することができるため、散乱面の画像の線形化に十分な点が利用可能である（内側パラメータ及び外側パラメータ）。散乱面上のコードはそれ自体特定のマーキングに基づいて特定することができる。衝突位置を求める上でより高い精度を達成することができる。散乱面は、散乱面の転写に使用されるプリンタの精度に関して補正することができる。

Claims (15)

1. 第１の機械要素（１０、１５６）及び第２の機械要素（１２、１５４）の互いに対する位置を求める装置であって、前記第１の機械要素に位置決めされる第１の測定ユニット（１４、１１４、２１４）、前記第２の機械要素に位置決めされる第２の測定ユニット（１８、１１８、２１８）、及び分析ユニット（２２）を有し、
   前記第１の測定ユニットは、光線束（２８、１２８、２２８）を生成する手段（２４、１２４、２２４）を有し、
   前記第２の測定ユニットは、散乱面（３４、１３４、２３４）であって、該散乱面に衝突する光を散乱させる散乱面（３４、１３４、２３４）、カメラ（３６）、及び該カメラに前記散乱面を撮像する手段を有し、
   前記散乱面は、前記光線束が衝突するように、前記測定ユニットがそれぞれの前記機械要素に位置決めされているときに前記第１の測定ユニットに面し、
   前記分析ユニットは、前記カメラが供給する画像のデータから、前記第１の測定ユニットによって前記散乱面に放射された前記光線束の衝突位置を求め、また、衝突位置から、前記第１の機械要素及び前記第２の機械要素の互いに対する位置を求めるように設計され、
   前記カメラは、前記散乱面の、前記第１の測定ユニットに面する側に方向付けられる、装置。
2. 前記カメラ（３６）は前記散乱面（３４、１３４、２３４）に対して横方向に変位して配置されること、又は、前記カメラ（３６）は前記散乱面（３４、１３４、２３４）に対して横方向に変位して傾いて配置されることを更に特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の測定ユニット（１８、１１８、２１８）は、前記カメラ（３６）を取り外し可能に固定する手段を有すること、及び／又は、前記カメラ（３６）に前記散乱面（３４、１３４、２３４）を撮像する前記手段は固定焦点のレンズを含むこと、及び／又は、前記カメラ（３６）は前記散乱面（３４、１３４、２３４）を照明する手段（２３）を有すること、及び／又は、前記カメラ（３６）は散乱光開口部を形成する光シールドに取り付けられることを更に特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 第１の機械要素（１０、１５６）及び第２の機械要素（１２、１５４）の互いに対する位置を求める装置であって、前記第１の機械要素に位置決めされる第１の測定ユニット（１４、１１４、２１４）、前記第２の機械要素に位置決めされる第２の測定ユニット（１８、１１８、２１８）、カメラ（３６）、及び分析ユニット（２２）を有し、
   前記第１の測定ユニットは、光線束（２８、１２８、２２８）を生成する手段（２４、１２４、２２４）を有し、
   前記第２の測定ユニットは、散乱面（３４、１３４、２３４）であって、該散乱面に衝突する光を散乱させる散乱面（３４、１３４、２３４）を有し、
   前記散乱面は、前記光線束が衝突するように、前記測定ユニットがそれぞれの前記機械要素に位置決めされているときに前記第１の測定ユニットに面し、
   前記カメラは、２つの前記測定ユニットに対して自由に移動することができ、該カメラに前記散乱面を撮像する手段を有し、
   前記分析ユニットは、前記カメラが供給する画像のデータから、前記第１の測定ユニットによって前記散乱面に放射された前記光線束の衝突位置を求め、また、衝突位置から、前記第１の機械要素及び前記第２の機械要素の互いに対する位置を求めるように設計され、
   前記カメラは、前記散乱面の、前記第１の測定ユニットに面する側に方向付けられるように設計される、装置。
5. 前記分析ユニット（２２）は、前記散乱面（３４、１３４、２３４）に対する傾きに関して前記カメラ（３６）が供給する前記画像のデータを修正するように設計されること、及び／又は、前記散乱面（３４、１３４、２３４）は本質的に平坦であること、及び／又は、前記第２の測定ユニット（１８、１１８、２１８）は前記散乱面（３４、１３４、２３４）の背面照明（２５）を有すること、及び／又は、前記カメラ（３６）はスマートフォンとして設計されること、及び／又は、前記第１の機械要素は第１のシャフト（１０）であり、前記第２の機械要素は第２のシャフト（１２）であり、前記第１の測定ユニット（１４）は、前記第１のシャフトの周囲面に位置決めされるように設計され、前記第２の測定ユニット（１８）は前記第２のシャフトの周囲面に位置決めされるように設計されることを更に特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記分析ユニット（２２）は、前記シャフト（１０、１２）の異なる回転角度位置において撮影される画像のデータから、前記シャフトの角度オフセット並びに垂直オフセット及び水平オフセットを求めるように設計され、並びに／又は、前記カメラ（３６）は傾斜計（２９）を有することを更に特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記光線束（２２８）を生成する前記手段（２１４）は、水平面において回転する垂直軸（ｚ）の周りで前記光線束を生成するように設計されること、又は、前記第１の測定ユニット（１４、１１４、２１４）及び／若しくは前記第２の測定ユニット（１８、１１８、２１８）は、前記第１の機械要素若しくは前記第２の機械要素の縁若しくは表面に沿ってシフトすることができるように設計され、前記分析ユニットは、前記測定ユニットの異なる位置において前記縁若しくは前記表面に沿って取得した画像のデータから、前記第１の機械要素若しくは前記第２の機械要素の前記縁若しくは前記表面の真直度を求めるように設計されること、又は、前記第２の機械要素は、凹状の円筒状に湾曲した本体表面（１５８）を有し、前記第２の測定ユニット（２１８）は、該第２の測定ユニットの異なる回転角度位置における画像のデータを取得するために前記本体表面の周方向にシフトすることができるように設計され、前記分析ユニット（２２９）は、前記画像のデータ［から］、前記光線束（２２８）による所定の基準方向に対する前記本体表面の角度オフセット並びに垂直オフセット及び水平オフセットを求めるように設計されることを更に特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記光線束（２２８）を生成する前記手段（２１４）は、水平面において回転する垂直軸（ｚ）の周りで前記光線束を生成するように設計され、前記分析ユニット（２２）は、前記画像のデータから、前記第１の機械要素と前記第２の機械要素との間の垂直高さの差を求めるように設計されることを更に特徴とする、請求項１７に記載の装置。
9. 前記散乱面（３４、１３４、２３４）は、前記光線束（２８、１２８、２２８）に対して透過性ではないように設計されること、及び／又は、前記散乱面（３４、１３４、２３４）には測定マーキング（５０）が設けられること、及び／又は、前記散乱面（３４、１３４、２３４）には、該散乱面にわたって分散される、該散乱面に関するデータを符号化する複数の図形コード（６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ）が設けられ、及び／又は、前記測定ユニットには前記散乱面が設けられることを更に特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 第１の機械要素（１０、１５６）及び第２の機械要素（１２、１５４）の互いに対する位置を求める方法であって、
    第１の測定ユニット（１４、１１４、２１４）を前記第１の機械要素に位置決めし、第２の測定ユニット（１８、１１８、２１８）を前記第２の機械要素に位置決めし、
    前記第１の測定ユニットによって光線束（２８、１２８、２２８）を生成し、前記第２の測定ユニットの、前記第１の測定ユニットに面する散乱面（３４、１３４、２３４）に方向付け、
    ２つの前記測定ユニットに対して自由に移動することができるカメラ（３６）を定位置にし、前記散乱面の少なくとも１つの画像を撮影するか、又は、前記散乱面の少なくとも１つの画像を、前記第２の測定ユニットに導入されるとともに前記散乱面に方向付けられるカメラ（３６）によって撮影し、
    前記少なくとも１つの画像を、前記反射器構成において前記散乱面に反射した前記光線束の衝突位置（ＰＶ、Ａ１、Ａ２、Ａ３：Ａ４）を求め、また、衝突位置から、前記第１の機械要素及び前記第２の機械要素の互いに対する位置を求めるために分析する、方法。
11. 前記カメラ（３６）は、前記散乱面（３４、１３４、２３４）の、前記第１の測定ユニット（１４、１１４、２１４）に面する側に方向付けられること、及び／又は、前記散乱面（３４、１３４、２３４）はマットスクリーンとして設計され、前記カメラ（３６）は、該マットスクリーンの、前記第１の測定ユニット（１４、１１４、２１４）に面しない側に方向付けられることを更に特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光線束（２２８）を、水平面において回転する垂直軸（ｚ）の周りで生成し、前記画像のデータから、前記第１の機械要素と前記第２の機械要素との間の垂直高さの差を求めることを更に特徴とする、請求項１０に記載の方法。
13. 前記カメラ（３６）は、規則的な時間間隔で前記散乱面の画像を撮影するモードで動作するが、前記光線束の前記衝突点（Ａ３）が前記散乱面の所定の領域（２３７）にある画像のみを分析すること、又は、前記カメラ（３６）はトリガ機能を有し、該トリガ機能によって、前記カメラは、前記光線束（２２８）の前記衝突点（Ａ３）が前記散乱面の所定の領域（２３７）にある各場合にのみ前記散乱面（２３４）の写真を撮影することを更に特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記カメラ（３６）は、回転数及び回転角度に関するデータを前記第１の測定ユニットから前記カメラ（３６）に送信するために無線データリンクによって前記第１の測定ユニット（２１４）に結合されることを更に特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記カメラ（３６）は、前記データリンクを介して前記光線束の回転数を制御することができること、又は、前記光線束（２２８）の前記散乱面への前記衝突点が水平方向にスミアが生じるように（２３５）示される前記カメラ（３６）の画像から、前記スミアの水平長さを求め、この水平長さから、前記画像の露光時間及び前記光線束の前記回転数に基づいて、前記第１の測定ユニット（２１４）からの前記第２の測定ユニット（２１８）の距離を計算すること、又は、前記カメラ（３６）は、前記データリンクを介して前記光線束の前記回転数を制御することができ、前記カメラ（３６）は、一定のフレームレートにおいて前記散乱面（２３４）の写真を撮影し、前記回転数は前記データリンクを介して前記カメラによって調整され、それによって、前記画像のうちの２つが、互いに対して可能な限り水平に変位する前記散乱面への前記光線束の衝突点（Ａ１、Ａ２）を示し、２つの該衝突点間の水平距離を求め、前記第１の測定ユニットからの前記第２の測定ユニットの距離を、前記フレームレート、前記光線束の前記回転数、及び前記２つの衝突点間の水平距離から計算することを更に特徴とする、請求項１４に記載の方法。