JP2017527820A - ２つの平坦なワークピース面の間の角度を特定するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡易な構造手段によって高い分解能の角度検出を保証することが可能な、２つの平坦なワークピース面の間の角度を特定するための装置を構成すること。【解決手段】２つの平坦なワークピース面１，２の間の角度αを特定するための装置であって、レーザ光線９のためのレーザ発信器１０と、両ワークピース面１，２の間に配置され、ロータ軸線に対して垂直な、レーザ光線９のための照射方向を有する、角度αの頂点軸線５に対して軸平行かつ連続的に回転する指向ロータ３と、放射方向においてワークピース面１，２で反射されるレーザ光線９のための受光器を備えた受信装置１１と、該受信装置１１に接続された評価回路１８とを有する前記装置において、レーザ発信器１０がモニタダイオード１６を備えていること、及び該モニタダイオード１６が、反射されたレーザ光線９のための受光器を形成している。

Description

本発明は、２つの平坦なワークピース面の間の角度を特定するための装置であって、レーザ光線のためのレーザ発信器と、両ワークピース面の間に配置され、ロータ軸線に対して垂直な、レーザ光線のための照射方向を有する、角度の頂点軸線に対して軸平行かつ連続的に回転する指向ロータと、放射方向においてワークピース面で反射されるレーザ光線のための受光器を備えた受信装置と、該受信装置に接続された評価回路とを有する前記装置に関するものである。

プレスブレーキにおいて曲げられた板金の曲げ角度を検出するために様々な測定装置が知られており、通常、光学的な検出は、光切断法に基づき、板金表面の機械的な走査に比べて摩耗がないという利点を伴うものである。光切断法のほかに、光学的な測定方法も知られており（特許文献１）、この測定方法では、プレスブレーキ内で曲げられる板金の脚部の外側にレーザ発信器が配置され、このレーザ発信器は、曲げ角度の頂点軸線に対して平行な軸線周りに、しかも板金の脚部面に対して垂直なレーザ光線延長によって特定される中心位置周りに往復回動する。レーザ発信器は２つの受光ダイオード間で対称に配置されているため、指向ロータの中心位置からのレーザ発信器の各回動時に、両受光ダイオードのうち１つが脚部面で反射するレーザ光線によって照射され、その結果、受光ダイオードの信号最大値が、指向ロータの対応する回転位置と、これによりレーザ発信器の回転位置とに関連して所定の基準回転位置に対して、発信されたレーザ光線と脚部面への法線の間の角度を特定する。この角度は脚部面からのレーザ発信器の間隔に依存するため、基準回転位置に関連する、脚部面に対して垂直なレーザ発信器の中心位置の回転角度を検出するために、両受光ダイオードの信号最大値に対応するレーザ発信器の回転角度が検出され、その結果、基準回転位置に対する、脚部面に対して垂直な中心位置の角度が、受光ダイオードの両回転角度の合計の半分によって算出され、これに基づき脚部面と、基準回転位置によって設定された基準面との間の角度を導出することが可能である。この公知の基準面に対するワークピース面の光学的な角度検出において、散乱光ではなくワークピース面で反射されるレーザ光線が角度の特定に用いられることが有利である。しかしながら、このために必要な手間、特に２つの板金の脚部間の角度の測定のための手間が各脚部のために測定装置ごとに必要となるという欠点がある。

最後に、この欠点の部分的な回避のために、両ワークピース面の間の角度の頂点軸線に対して平行なロータ軸線を有する、平坦な両ワークピース面の間で連続的に回転する指向ロータを設けることが知られており（特許文献２）、その結果、変更されたレーザ光線が各ワークピース表面に対して垂直である場合に、回転軸線に対して同軸なレーザ光線が回転軸線に対して４５°未満傾斜した指向ロータのミラーによってロータ軸線に対して径方向に偏向され、ワークピース面で偏向方向へ反射される。そして、指向ロータの駆動モータの対応する回転位置によって、両ワークピース面の間の各角度を評価回路において算出することが可能である。ただし、発信装置及び受信装置によって引き起こされ、レーザ発信器と指向ロータの間の光路において反射されたレーザ光線を受信装置へ向けて偏向させるための半透光性のミラーを必要とし、これにより、測定装置を収容することができるようにプレスブレーキの曲げパンチが特殊な構造を必要とする構造コストが欠点である。

欧州特許出願公開第０９１５３２０号明細書 特開２００２−５９２１７号公報

したがって、本発明の基礎をなす課題は、比較的簡易な構造手段によって高い分解能の角度検出を保証することが可能な、２つの平坦なワークピース面の間の角度を特定するための装置を構成することにある。

本発明は、冒頭に記載した種類の装置を基礎として、レーザ発信器がモニタダイオードを備えていること、及びモニタダイオードが、反射されたレーザ光線のための受光器を形成していることによって上記課題を解決するものである。

レーザ光によって照射されるこのモニタダイオードの光電流がレーザダイオードの発信された光出力に依存するため、通常、レーザ発信器においてモニタダイオードとして用いられるフォトダイオードは、レーザダイオードの出力制御に寄与する。反射するレーザ光線のための受光器としてのモニタダイオードの使用においては、反射されたレーザ光線の受光時に、モニタダイオードは、発信されたレーザ光線のみならず反射されたレーザ光線によっても照射され、このことは、光電流の明らかな上昇を示すものであり、その結果、指向ロータの回転角度は、モニタダイオードのこのような電流最大値の発生時に各ワークピース面に対する法線の傾斜に対する度合いとして用いられることが可能である。したがって、レーザ光線のための別の受信装置が不要であり、簡易でコンパクトな構造がもたらされ、これは、プレスブレーキの曲げパンチの範囲における厳しい空間条件においては重要である。

指向ロータはレーザ発信器自体を収容することができ、そうするとレーザ発信器は、指向ロータと共に回転する。ただし、指向ロータが、ロータ軸線の方向に延び、静止したレーザ発信器から放射されるレーザ構成のための平坦な反射面を形成する場合には、多くの応用ケースについて、より簡易な構造関係が得られる。なぜなら、この場合にはレーザ発信器と、これに付随して、反射されたレーザ光線のために受光器も指向ロータにかかわらず配置されることができるためである。

指向ロータの回転角度は、あらかじめ設定された基準回転位置に対して生じる。この目的のために、指向ロータの回転位置に依存してコントロール可能で、評価回路に接続された基準信号発信器を指向ロータに割り当てることが可能であり、基準信号発信器は、指向ロータの各回転時にこの基準回転位置を表示する。異なる基準信号発信器を用いることができるが、評価回路が指向ロータの基準回転位置においてこの回転位置を表す基準信号を受けることが重要であり、レーザ光線自体が基準信号発信器を作動させる場合には、特に好都合な構造関係が得られる。このために、発信されたレーザ光線をモニタダイオードへ向けて反射させるミラーを用いることができ、ワークピース面で反射したレーザ光線による光電流に比してはるかに大きな光電流最大値が発生する。静止したレーザ発信器から放射されるレーザ光線の偏向のためのミラー面を有する指向ロータが用いられれば、このミラー面を基準信号の生成のために使用することが可能である。

評価回路が、基準信号発信器によってコントロール可能な、クロック化されたカウンタを備えている場合には、特に簡易な測定データの評価基準が得られ、その結果、指向ロータの各回転が複数のカウントステップに分割され、これらカウントステップは、それぞれ指向ロータの回転ステップ、したがって角度増分に相当する。したがって、各カウント状態は、それぞれ基準回転位置についての指向ロータの回転角度を表し、発信されたレーザ光線の方向で受光された、反射したレーザ光線の角度位置についてのカウント状態の差異は、両ワークピース面の間の測定すべき角度についての度合いを示すものである。

図面には、本発明の対象が例示的に図示されている。

２つのワークピース面の間の角度を特定するための本発明による装置を示す概略的な正面図である。 この装置を概略的に示す側面図である。 本発明による装置の構造の別形態を示す図２に対応する図である。 本発明による装置のための評価回路のブロック図である。

特に図１及び図２から見て取ることができるように、平坦なワークピース面１，２の間の角度αを特定するための本発明による装置は指向ロータ３を備えており、この指向ロータの軸線４は、測定すべき角度αの頂点軸線５に対して平行に延びている。図示の実施例では、モータ６によってシャフト７を介して駆動可能な指向ロータ３は、ロータ軸線４の方向に延びる、レーザ光線９のための平坦な反射面８を備えており、このレーザ光線は、静止したレーザ発信器１０から放射され、反射面８で反射されるように、束にされて指向ロータ３の反射面８へ当たる。反射面８から放射されるレーザ光線９は、頂点軸線５に対して垂直な、頂点軸線５において交差し互いに角度αをなす直線に沿って、両ワークピース面１，２を走査する。指向ロータ３の反射面８から放射され、ワークピース面１へ照射されるレーザ光線９は、各ワークピース面１，２において反射される。最後に、ワークピース面１，２へ照射されるレーザ光線９の方向へ反射されたレーザ光線９は、角度の特定のために、特に簡易な構造の前提を達成するように本発明に対応してレーザ発信器１０に割り当てられた受信装置１１を介して評価される。

図１から直接明らかであるように、ワークピース面１，２へ照射されるレーザ光線９は、レーザ光線９がワークピース面１，２に対して垂直に延びる場合にのみ、照射されたレーザ光線９の方向へ反射される。したがって、ワークピース面１，２で反射されるレーザ光線９の受光時の指向ロータ３の回転位置は、ワークピース面１，２の各傾斜について特徴的なものである。ワークピース面１，２に対して垂直に延びるレーザ光線９がワークピース面１，２の間の測定すべき角度をそれぞれの間でなしているため、ワークピース面１，２に対して垂直なレーザ光線９に対応する指向ロータ３の回転位置によって、ワークピース面１，２の間の角度αが再現され、これは、測定技術的に容易に評価されることが可能である。

図１には、板金１２の脚部間の曲げ角度αを特定するための本発明による測定装置の使用が示唆されており、板金は、パンチ１３を用いてプレスブレーキの金型１４へ押圧される。この応用が好ましい使用分野を示しているものであっても、当然、本発明は、プレスブレーキに限定されるものではなく、２つの平坦なワークピース面１，２の間の角度を非接触に測定するのに有効ないかなる場所でも有利に用いられることが可能である。

レーザ発信器１０がレーザダイオード１５のほかにモニタダイオード１６を備えているため、このモニタダイオード１６は、図４に示唆されているように、反射されるレーザ光線９のための受光器として用いられることが可能である。レーザダイオード１５は本質的に点光源とみなされるため、放射されるレーザ光は従来のようにコリメート光学系１７を用いてレーザ光線９へ束ねられることが可能である。モニタダイオード１６が反射されるレーザ光線９のための受光器として用いられるため、ワークピース面１，２で反射されるレーザ光線９は追加的にモニタダイオード１６へ照射され、その結果、この照射によってレーザダイオード１５を通して光電流を超える光電流最大値が生じ、この光電流最大値は、ワークピース面１，２で反射するレーザ光線９の受光を表すものである。それゆえ、指向ロータ３の対応する回転位置に基づきワークピース面１と２の間の角度αを容易に決定することが可能である。

この目的のために、指向ロータ３の回転位置を基準回転位置に関連付けるべきである。このために、基準信号発信器を設けることができ、有利には、この基準信号発信器はレーザ光線９自体によって照射されることが可能である。反射されるレーザ光線９はモニタダイオード１６によって検出されるため、モニタダイオード１６は基準信号発信器としても用いられることが可能である。つまり、反射面８がレーザ発信器１０から放射されるレーザ光線９に対して垂直である指向ロータ３の回転位置では、レーザ発信器１０から放射されるレーザ光線９が直接反射面８、ミラーによって戻るように反射され、その結果、モニタダイオード１６は、ワークピース面１，２で反射されるレーザ光線と比べてかなり大きな光出力で照射される。したがって、これにより生じる光電流最大値が、角度測定のために関連する光電流最大値から明らかに際立つ。レーザ光線９の受光軸線に対して垂直な反射面８の向きを有する回転位置によって特定される基準回転位置は、角度特定のための初期回転位置として用いられる。

図４に基づき、指向ロータ３のためのモータ６及びレーザ発信器１０を作動させる評価回路１８が発振器１９を介してクロック化されたカウンタ２０を備え、このカウンタがそれぞれ基準信号発信器を介してリセットされる場合には、特に容易な評価可能性が生じる。この目的のために、モニタダイオード１６の出力信号が適当な増幅及び処理の後に計算機ユニット２１へ供給され、この計算機ユニット２１では、モニタダイオード１６によって受信される信号が基準信号に対応するか、又は、受光され、ワークピース面１，２で反射されるレーザ光線９にも続く測定信号に対応するかが特定される。基準信号が生じることでカウンタ２０が新たにスタートし、指向ロータ３の回転中に、クロック化されたカウントステップをカウントする。測定信号が発生するときには、それぞれのカウントが読み出され、このカウントは、指向ロータ３の連続的な回転により角度増分と同一視され得る、これまでカウントされたカウントステップの合計に相当する。したがって、両ワークピース面１，２の間の角度αを検出するためには、基準回転位置に関連する、反射されたレーザ光線９の受光により特定される回転角度の差を形成することのみが必要である。

例えば角度αを角度の１／１０まで正確に特定することができるように、カウンタは、指向ロータ３の回転中に少なくとも７２００回クロック化されるべきである。３６０°の回転時には、１／１０角度の検出には少なくとも３６００のカウントステップが必要である。反射面８から放射されるレーザ光線９が指向ロータ３の角速度に対して２倍の角速度を有しているため、カウントステップのこの数が２倍となっており、その結果、この例については少なくとも７２００のカウントステップが求められる。より大きなカウントステップの数の場合には、カウントステップ数の７２００部分が１／１０角度に相当する。したがって、両ワークピース面１，２の間の角度αの特定のために、指向ロータ３の回転位置についてのカウントステップ数間の差のみが形成され、これにおいては、レーザ光線９がワークピース面１，２に対して垂直に延びている。そして、角度値を、計算機ユニット２１を介して直接出口２２を介して読み取ることが可能である。

図３による実施形態は、指向ロータ３の反射面８として、例えば特定の基準回転位置のために個別の基準バルス発信器２３を設けることができるように受光されたような発射されたレーザ光線の追加の偏向を可能とするプリズムも用いられることができることを示している。この基準パルス発信器２３は、指向ロータ３の設定された基準回転位置においてレーザ光線９によって照射される。

Claims (4)

1. ２つの平坦なワークピース面（１，２）の間の角度（α）を特定するための装置であって、レーザ光線（９）のためのレーザ発信器（１０）と、前記両ワークピース面（１，２）の間に配置され、ロータ軸線（４）に対して垂直な、前記レーザ光線（９）のための照射方向を有する、角度（α）の頂点軸線（５）に対して軸平行かつ連続的に回転する指向ロータ（３）と、放射方向において前記ワークピース面（１，２）で反射される前記レーザ光線（９）のための受光器を備えた受信装置（１１）と、該受信装置（１１）に接続された評価回路（１８）とを有する前記装置において、
   前記レーザ発信器（１０）がモニタダイオード（１６）を備えていること、及び該モニタダイオード（１６）が、反射された前記レーザ光線（９）のための前記受光器を形成していることを特徴とする装置。
2. 前記指向ロータ（３）が、前記ロータ軸線（４）の方向に延び、静止した前記レーザ発信器（１０）から放射される前記レーザ光線（９）のための平坦な反射面（８）を形成していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記指向ロータの回転位置に依存してコントロール可能な、前記評価回路（１８）に接続された基準信号発信器（２３）が前記指向ロータ（３）に割り当てられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記評価回路（１８）が、前記基準信号発信器（２３）によってコントロール可能な、クロック化されたカウンタ（２０）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の装置。

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