JP2020176843A - レーザ計測装置の保護ハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ計測装置を保護する保護ハウジングの、浮遊、飛散する微細物からの保護性能を向上する。【解決手段】センサユニット１が出射する二つのビーム１１は、センサユニット１の前方の保護ハウジング３の内部空間、先端ピース３１の前端の開口を通って、被測定体に出射され、出射された二つのビーム１１の被測定体による反射光は、先端ピース３１の前端の開口、センサユニット１の前方の保護ハウジング３の内部空間を通って、センサユニット１に入射する(ａ１、ａ２）。エアカップリング３３１より保護ハウジング３の内部空間に供給された圧縮エアは、センサユニット１の後方から、センサユニット１の上方、左右側方を通って、センサユニット１の前方に進み、先端ピース３１の前端の開口から前方に噴出する（ｂ１、ｂ２）。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ計測装置を保護する保護ハウジングに関するものである。

レーザ計測装置としては、レーザ光を分岐した二つの光束を、異なる方向から被測定物上の同じ領域で交差するように照射すると共に、照射した二つの光束によって被測定物上で生じる反射光を検出し、反射光のビート周波数をヘテロダイン検波して、被測定物の移動速度を算出するレーザドップラ速度計が知られている（たとえば、特許文献１）。

また、レーザ計測装置を保護する技術としては、図８に示すように、レーザ光である測定光８０１を被測定体に出射し測定光８０１の反射光８０２を検出して計測を行うレーザ計測装置８００を、測定光８０１と反射光８０２の光路が通るように配置した光学窓８１１を備えたケース８１０内に収容してレーザ計測装置８００を保護すると共に、光学窓８１１の周囲を囲うノズル状のカバー８２０をケース８１０に固定し、カバー８２０内にエアを供給してカバー８２０先端から噴出することにより、浮遊している異物から光学窓８１１や測定光８０１と反射光８０２の光路を保護する技術が知られている（たとえば、特許文献２）。

特開２００５- ６１９２８号公報 特開２０１５-２０５３６２号公報

図８に示した技術によれば、浮遊、飛散する水や油などの微細物がケースの隙間から侵入し、レーザ計測装置を汚染してしまう可能性が残る。
また、レーザ計測装置がケース内に密閉されるので、発熱体であるレーザ光源を含むレーザ計測装置の放熱に支障が生じる可能性がある。
そこで、本発明は、レーザ計測装置を保護する保護ハウジングにより、浮遊、飛散する微細物からのレーザ計測装置の保護性能を向上することを課題とする。
併せて本発明は、このようなレーザ計測装置の保護ハウジングにおいて、レーザ計測装置の良好な放熱を確保することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、レーザ光を出射しレーザ光の反射光を検出するレーザ計測装置を内部空間に収容する保護ハウジングに、当該保護ハウジングに収容した前記レーザ計測装置が出射するレーザ光と当該レーザ計測装置に入射する反射光の光路が通る、前記内部空間に通ずる開口と、無色の気体が送り込まれる、前記内部空間に通ずる気体導入口とを設け、前記レーザ計測装置を収容する内部空間を、前記開口と気体導入口を除き密閉すると共に、前記レーザ計測装置を当該保護ハウジングに収容した状態において、前記開口と前記気体導入口は前記内部空間を介して通じさせたものである。

このような保護ハウジングによれば、送り込まれる気体により保護ハウジングの内部空間の気圧が外部の気圧より大きく維持され、また、開口より気体が噴出されて浮遊、飛散する微細物の当該開口への接近が阻止されるので、保護ハウジングの内部空間に、浮遊、飛散する微細物が侵入することを抑止できる。

また、開口より、保護ハウジングから出射されるビーム光や反射光の光路と重なる領域に気体が噴出されるので、光路の通る空間を清浄化することができる。
また、気体がレーザ計測装置の周辺を通って流れることで、レーザ計測装置が空冷されるので、レーザ計測装置の良好な放熱を確保することができる。
ここで、このような保護ハウジングは、前記レーザ計測装置を前記内部空間内の前記開口と前記気体導入口との間の位置に収容すると共に、前記気体導入口に送り込まれた気体が、前記レーザ計測装置と前記内部空間の内壁との間の隙間を通って、前記開口に到達し、当該開口から噴出するようにしてもよい。

また、前記内部空間の内壁には放熱用のフィンを形成してもよい。
このようにすることにより、気体によるレーザ計測装置の放熱効率を高めることができる。
また、前記内部空間の前記開口周辺の部分を、当該開口に向かって狭くなる形状としてもよい。
また、以上の保護ハウジングを、前記開口が設けられた先端ピースと、当該先端ピースが脱着可能に接続され、接続された前記先端ピースと共に前記内部空間を形成するケースと、より構成し、前記ケースに、前記開口が設けられた先端ピースに代えて、他の先端ピースを接続可能としてもよい。そして、該他の先端ピースは、前記ケースに接続した状態において保護ハウジングに収容した前記レーザ計測装置が出射するレーザ光と当該レーザ計測装置に入射する反射光の光路が通るレンズもしくは光学窓を有し、当該他の先端ピースが、前記ケースに接続されたときに、前記ケースと共に、前記気体導入口を除き密閉された内部空間を有する保護ハウジングを形成するものとしてもよい。

以上のように、本発明によれば、レーザ計測装置を保護する保護ハウジングの、浮遊、飛散する微細物からのレーザ計測装置の保護性能を向上することができる。
また、このようなレーザ計測装置の保護ハウジングにおいて、レーザ計測装置の良好な放熱を確保することができる。

本発明の実施形態に係るレーザ計測システムを示す図である。 本発明の実施形態に係る保護ハウジングの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る保護ハウジングの断面とレーザ計測装置収容の形態を示す図である。 本発明の実施形態に係る保護ハウジング内の光路とエア流路を示す図である。 本発明の実施形態に係る保護ハウジングのノズル交換のようすを示す図である。 本発明の実施形態に係る保護ハウジングの他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る保護ハウジングの他の例を示す図である。 従来のレーザ計測装置の保護技術を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係るレーザ計測システムの構成を示す。
図示するように、レーザ計測システムは、センサユニット１と、制御装置２と、保護ハウジング３とを含んで構成される。
センサユニット１は、レーザドップラ速度計を構成するユニットであり、センサユニット１の先端から二つのビームを先端から所定距離離れた測定点で交差するように出射し、センサユニット１の先端に入射する測定点に配置された被測定体による反射光８０２を、光電変換した検出信号、もしくは、検出信号に所定の信号処理を施した信号としてケーブルを介して制御装置２に出力する。

制御装置２は、センサユニット１からケーブルを介して出力される検出信号に基づいて被測定体の速度計測などの各種計測処理を行う装置であり、ケーブルを介してセンサユニット１への電源供給も行う。

保護ハウジング３は、図１ｂに示すように、センサユニット１を収容して保護するハウジングであり、測定環境が水や油などの微細物が浮遊、飛散する環境等である場合に使用する。

次に、図２に、保護ハウジング３の構成を示す。
図２ａは保護ハウジング３の前面を、図２ｂは保護ハウジング３の上面を、図２ｃは保護ハウジング３の左側面を、図２ｄは保護ハウジング３の下面を、図２ｅは保護ハウジング３の後面を表す。

図示するように、保護ハウジング３は、先端ピース３１、前部ケース３２、後部ケース３３を有し、先端ピース３１は前部ケース３２の前端に装着され、前部ケース３２の後端に後部ケース３３が接続される。

また、後部ケース３３の後部には、圧縮エアのエア配管が接続されるエアカップリング３３１と、センサユニット１のケーブルを保護するケーブルカバー３３２とが設けられている。

次に、図３ａ１に図２ｃの断面線Ａ-Ａによる断面を、図３ａ２に図２ｂの断面線Ｂ-Ｂによる断面を示す。
図示するように、先端ピース３１は前端と後端が開口した、おおよそ円筒形状の内部空間を形成しており、前部ケース３２は前端と後端が開口した前方に向かって左右方向に窄まる内部空間を形成しており、後部ケース３３は、前端が開口し後端が閉じた直方体形状の内部空間を形成している。

また、後部ケース３３の後端のエアカップリング３３１の接続部には、エアカップリング３３１のエア流路にのみ連通する孔が設けられており、前述した後部ケース３３の後端のケーブルカバー３３２の接続部には、保護ハウジング３に収容したセンサユニット１のケーブルを通すための孔が設けられている。

そして、先端ピース３１の後部外周に設けた雄ネジと前部ケース３２の前部内周に設けた雌ネジとを用いて先端ピース３１を前部ケース３２の前端に接続し、前部ケース３２の後端を後部ケース３３の前端にネジ止めによって接続することにより、後部ケース３３の後端のエアカップリング３３１の接続部のエア流路にのみ連通する孔と、ケーブルカバー３３２の接続部のケーブルを通すための孔を除き、先端ピース３１の前端のみが開口した保護ハウジング３の内部空間が形成される。

次に保護ハウジング３への、センサユニット１の収容は、次のように行う。
まず、図３ｂ１に示すように、前部ケース３２と後部ケース３３を分離し、センサユニット１の前端を後方より前部ケース３２に挿入し、前部ケース３２の内部空間の下壁に設けたネジ孔を用いて、前部ケース３２の内部空間の下壁とセンサユニット１の下面とをネジ止めにより接続して、センサユニット１を前部ケース３２の内部空間の下内壁上に固定する。

そして、センサユニット１のケーブルを後部ケース３３の後端のケーブルカバー３３２の接続部の孔に通した上で、センサユニット１のコネクタ部にケーブルを接続する。その後、センサユニット１の後端を後部ケース３３の前方より挿入して前部ケース３２と後部ケース３３とをネジ止めによって接続し、ケーブルカバー３３２と所定の封止機構によって接続部の孔とケーブルの間の隙間を封止し、図３ｂ２で断面によって示すように保護ハウジング３にセンサユニット１を収容する。この状態において、後部ケース３３の後端のケーブルを通すための孔は密閉され、センサユニット１が収容された保護ハウジング３の内部空間は、後端のエアカップリング３３１の接続部のエア流路と、先端ピース３１の前端の開口を除き密閉される。

次に、図４ａ１、ａ２に、保護ハウジング３にセンサユニット１を収容した状態における保護ハウジング３とセンサユニット１の断面を示す。
図４ａ１、ａ２に示すように、この状態においてセンサユニット１が出射する二つのビーム１１は、センサユニット１の前方の保護ハウジング３の内部空間、先端ピース３１の前端の開口を通って、被測定体に出射され、出射された二つのビーム１１の被測定体による反射光は、先端ピース３１の前端の開口、センサユニット１の前方の保護ハウジング３の内部空間を通って、センサユニット１に入射する。

次に、センサユニット１の上方、左右側方、後方には、図４ｂ１、ｂ２に灰色で塗りつぶした領域として示す、センサユニット１と保護ハウジング３の内壁との間の隙間がある。
また、保護ハウジング３にセンサユニット１を収容した計測は、圧縮エアのエア配管をエアカップリング３３１に接続し、エアカップリング３３１より保護ハウジング３の内部空間に圧縮エアを供給しながら行う。

エアカップリング３３１より保護ハウジング３の内部空間に供給された圧縮エアは、センサユニット１の後方から、センサユニット１の上方、左右側方を通って、センサユニット１の前方に進み、先端ピース３１の前端の開口から前方に噴出する。

したがって、本実施形態に係る保護ハウジング３によれば、圧縮エアにより保護ハウジング３の内部空間の気圧が外部空間の気圧より大きく維持され、また、先端ピース３１の先端の開口より圧縮エアが噴出されて当該開口への浮遊、飛散する微細物の接近が阻止されるので、保護ハウジング３の内部空間に、浮遊、飛散する微細物が侵入することを抑止できる。

また、先端ピース３１の先端の開口より、保護ハウジング３から出射される二つのビームや、反射光の保護ハウジング３への入射光路と重なる領域に圧縮エアが噴出されるので、これら光路の通る空間を清浄化することができる。

また、圧縮エアがセンサユニット１の周辺を通って流れ、センサユニット１が空冷されるので、センサユニット１の良好な放熱を確保することができる。また、外部の熱からセンサユニット１を保護することもできる。
さて、上述のように保護ハウジング３の先端ピース３１は図５ａ１、ａ２に示すように前部ケース３２に脱着可能となっており、図１から図４に示した先端ピース３１の他に、他の種類の先端ピース３１を用意し、用途により先端ピース３１を交換して計測を行うことができる。

たとえば、図５ｂ１、ｂ２に示すような、先端ピース３１の前端の開口をレンズやガラス等の光透過体３１１で封止した先端ピース３１を設けて、前部ケース３２に装着することにより、図５ｃ１、ｃ２に示すように、センサユニット１を保護ハウジング３で密閉することができる。

なお、図５ｃ１、ｃ２に示す先端ピース３１を用いて、センサユニット１を保護ハウジング３で密閉する場合でも、圧縮エアのエア配管をエアカップリング３３１に接続し、エアカップリング３３１より保護ハウジング３の内部空間に後方より圧縮エアを供給する。

これにより、保護ハウジング３の内部空間の気圧を外部空間の気圧より大きくして、保護ハウジング３の隙間等より保護ハウジング３の内部空間に、浮遊、飛散する微細物が侵入することを抑止できる。

このような前端を光透過体３１１で封止した先端ピース３１を用いる場合、図６ａ、ｂに示すように、先端ピース３１にエアカップリング６０１と、エアカップリング６０１を介して供給された圧縮エアを先端ピース３１の前方に噴出するエア流路６０２を設けるようにしてもよい。または、先端ピース３１内部に保護ハウジング３の内部空間と連通する流路を設け、先端ピース３１の前端に設けた当該流路の開口から、保護ハウジング３の内部空間に導入されたエアを光透過体３１１前方に噴出させてもよい、

これにより、先端ピース３１の前端を封止する光透過体３１１の浮遊、飛散する微細物による汚染を抑制することができると共に、保護ハウジング３外の光路の通る空間を清浄化することができる。
また、センサユニット１の放熱効率をより向上するために、以上の保護ハウジング３に放熱フィンを設けるようにしてもよい。
図７ａに図２ｃの断面線Ａ-Ａによる断面を、図７ｂに図２ｂの断面線Ｂ-Ｂによる断面を、図７ｃに図７ａのＣ-Ｃ断面線による断面を示す。後部ケース３３の上、左、右の内壁に所定間隔で設けた複数の前後方向に延びるフィン７０１により放熱フィンを形成し、後部ケース３３の下壁に接するセンサユニット１より後部ケース３３の上、左、右の壁に熱伝導した熱を圧縮エアで効率的に放熱するようにしてもよい。なお、センサユニット１から後部ケース３３への伝熱は、後部ケース３３の下壁以外の面で行うようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。
ここで、以上の実施形態では、圧縮エアに代えて無色の気体を用いるようにしてもよい。
また、以上では、センサユニット１がレーザドップラ速度計を構成するユニットである場合について示したが、本実施形態はセンサユニット１が、レーザ距離計やレーザ変位計やレーザドップラ振動計などの、レーザドップラ速度計以外のレーザ測定装置を構成する場合にも同様に適用することができる。

１…センサユニット、２…制御装置、３…保護ハウジング、３１…先端ピース、３２…前部ケース、３３…後部ケース、３１１…光透過体、３３１…エアカップリング、３３２…ケーブルカバー、６０１…エアカップリング、６０２…エア流路、８００…レーザ計測装置、８０１…測定光、８０２…反射光、８１０…ケース、８１１…光学窓、８２０…カバー。

Claims (5)

1. レーザ光を出射しレーザ光の反射光を検出するレーザ計測装置を内部空間に収容する保護ハウジングであって、
   当該保護ハウジングに収容した前記レーザ計測装置が出射するレーザ光と当該レーザ計測装置に入射する反射光の光路が通る、前記内部空間に通ずる開口と、
   無色の気体が送り込まれる、前記内部空間に通ずる気体導入口とを有し、
   前記レーザ計測装置を収容する内部空間は、前記開口と気体導入口を除き密閉されており、
   前記レーザ計測装置を当該保護ハウジングに収容した状態において、前記開口と前記気体導入口は前記内部空間を介して通じていることを特徴とする保護ハウジング。
   
2. 請求項１記載の保護ハウジングであって、
   当該保護ハウジングは、前記レーザ計測装置を前記内部空間内の前記開口と前記気体導入口との間の位置に収容し、前記気体導入口に送り込まれた気体は、前記レーザ計測装置と前記内部空間の内壁との間の隙間を通って、前記開口に到達し、当該開口から噴出することを特徴とする保護ハウジング。
   
3. 請求項２記載の保護ハウジングであって、
   前記内部空間の前記開口周辺の部分は、当該開口に向かって狭くなる形状を有していることを特徴とする保護ハウジング。
   
4. 請求項１、２または３記載の保護ハウジングであって、
   前記内部空間の内壁には放熱用のフィンが形成されていることを特徴とする保護ハウジング。
   
5. 請求項１、２、３または４記載の保護ハウジングであって、
   前記保護ハウジングは、前記開口が設けられた先端ピースと、当該先端ピースが脱着可能に接続され、接続された前記先端ピースと共に前記内部空間を形成するケースとより構成され、
   前記ケースには、前記開口が設けられた先端ピースに代えて、他の先端ピースを接続可能であり、
   当該他の先端ピースは、前記ケースに接続した状態において保護ハウジングに収容した前記レーザ計測装置が出射するレーザ光と当該レーザ計測装置に入射する反射光の光路が通るレンズもしくは光学窓を有し、
   当該他の先端ピースは、前記ケースに接続されたときに、前記ケースと共に、前記気体導入口を除き密閉された内部空間を有する保護ハウジングを形成することを特徴とする保護ハウジング。