JP2020528998A - ２つのワークピース面の間の角度を求める装置及び方法 - Google Patents

Abstract

２つのワークピース面の間の角度を求める装置が提案される。この装置は、光線（９１）を生成する送信機（１０）と、連続的に回転する指向性ロータ（３）であって、生成された前記光線（９１）を、放射された光線（９２）として、前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）に対して直角な円周放射方向に放射する指向性ロータ（３）と、前記放射された光線（９２）が、前記２つのワークピース面（１、２）のうちの一方によって、前記放射方向に対して逆平行に反射されると、反射された光線（９３）を受信する受信機（１１）と、前記受信機（１１）が前記反射された光線（９３）を受信する際の、前記放射された光線（９２）各放射角を算出する放射角検知ユニット（１８）と、少なくとも較正パラメータを求める較正ユニット（１５）と、前記較正パラメータ及び誤差モデルを記憶するメモリユニット（１６）と、前記角度を、前記指向性ロータ（３）から放射された光線（９２）の算出された前記放射角、記憶された前記較正パラメータ、及び、記憶された誤差モデルの関数として求めるように構成された評価ユニット（１７）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、２つのワークピース面の間の角度、例えば、板材折曲機によって曲げられた板材の内角を求める、特に非接触で求める装置及び方法に関する。

ＪＰ２００２０５９２１７Ａ（特開２００２−０５９２１７号公報）からは、２つの表面、例えば２つのワークピース面の間の角度を光学的に測定する装置が知られている。この装置では、レーザー送信機により生成されたレーザー光線が、これら２つの表面に直角な平面における回転ミラーにより扇状に広がり、回転するレーザー光線が当該表面を照射する。これらの表面から回転ミラーの方向に反射した光は、回転ミラーにより、半透過ミラーを介して受光センサに向けられており、受光センサは、入射した光の量に応じて電気信号を生成する。受光センサに向けられた光の量は、ミラーの傾斜角に応じて異なり、光の量は、その経過において、レーザー光線が２つの表面のうちの一方に対してほぼ直角に向けられた時に極大強度に達する。反射光が極大強度となる回転ミラーの回転位置を用いて、これらの表面の間の内角を求めることが可能である。

ＷＯ２０１５／１９６２３０Ａ１（国際公開第２０１５／１９６２３０号）からは、レーザー送信機として半導体レーザーダイオードを使用し、受光センサとして、半導体レーザーダイオードと一体化したモニターダイオードを使用した、非接触で角度を求める装置が知られている。モニターダイオードは、レーザー送信機の動力を制御するために設けられたものであるが、入射レーザー光にも応答するため、表面で反射された光をレーザー送信機の位置で検出するために使用されることが可能であり、半透過ミラーを使用する必要はない。半導体ダイオードは、小型であり、直接、回転ミラーの回転軸に配置可能である。ミラーを回転させるために、小型同期モータが使用される。従って、このＷＯ２０１５／１９６２３０Ａ１（国際公開第２０１５／１９６２３０号）の装置は、小型構造を実現し、手持ち式角度測定装置として好適である。

しかしながら、ＷＯ２０１５／１９６２３０Ａ１（国際公開第２０１５／１９６２３０号）の装置は、その小型の構成要素を製造及び組付ける時の許容差を回避することに極めて手間がかかるため、及び、従来のレーザーダイオードに典型的な内部構造のため、例えば板材折曲機におけるワークピースの制御といった、０．３°〜０．１°の範囲以上の測定精度が求められる用途には、適していない。

この背景に鑑み、本発明の目的は、２つのワークピース面の間の角度を、特に、小型構造を有する装置を用いて求める際の測定精度を改善することにある。

第１の態様によれば、２つのワークピース面の間の角度を求める装置が提案される。この装置は、以下では角度測定装置とも呼ばれており、角度測定装置は、光線を生成する送信機と、連続的に回転する指向性ロータであって、生成された前記光線を、放射された光線として、前記指向性ロータの回転軸に対して直角な円周放射方向に放射する指向性ロータと、前記指向性ロータの回転軸が、前記角度の頂点軸に対して軸平行に配置され、前記放射された光線が、２つのワークピース面のうちの一方によって、前記放射方向に対して逆平行に反射されると、反射された光線を受信する受信機と、前記受信機が前記反射された光線を受信する際の、前記指向性ロータから放射された光線の各放射角を算出する放射角検知ユニットと、少なくとも較正パラメータを求める較正ユニットと、前記較正パラメータ及び誤差モデルを記憶するメモリユニットと、前記角度を、前記指向性ロータから放射された光線の算出された前記放射角、記憶された前記較正パラメータ、及び、記憶された誤差モデルの関数として求めるように構成された評価ユニットと、を備える。

各ワークピース面は、いずれも任意の物体の一平面を含んでもよい。角度測定装置は、特に、ワークピース面の間の角度を非接触で求めるように構成されている。

送信機は、例えば、レーザー送信機又はＬＥＤ光源である。送信機は、特に、半導体ダイオードを含んでもよい。角度測定装置は、さらに、半導体ダイオードによって生成された光を束ねて、伝搬方向に沿って伝搬する１つの生成された光線にするコリメータ光学機器を備えていてもよい。生成された光線は、例えば、レーザー光線、又は、ＬＥＤ光源の光線である。受信機は、例えば、受信した光の強度を示す電気信号を生成するように構成された受光センサであってもよい。

連続的に回転する指向性ロータは、小型同期モータといったモータのシャフトを介して、駆動されてよい。指向性ロータは、例えば、送信機が指向性ロータに固定され、指向性ロータと一緒に指向性ロータの回転軸を中心にして回転することによって、生成された光線を指向性ロータの回転軸に対して直角な円周放射方向に放射するように構成されていることが可能である。

指向性ロータの回転軸は、例えば、測定工程の準備において、ユーザが角度測定装置を２つのワークピース面の間に保持することによって、前記角度の頂点軸に対して軸平行に配置されることが可能である。したがって、「軸平行」という表現は、特に、手持ち式角度測定装置の場合に実現されるような、指向性ロータの回転軸が角度の頂点軸に対してほぼ軸平行に配置されることを含むものと理解される。

同様に、「逆平行」という表現は、特に、放射方向に対してほぼ逆平行、又は、これとほぼ同軸である方向を示す。受信機は、例えば、反射された光線の伝搬経路に配置されることにより、又は、反射された光線の伝搬経路に半透過ミラーを備えて、反射された光線の少なくとも一部が受信機に向けられるようにすることにより、放射方向に対して逆平行に反射された光線を受信可能である。

各ワークピース面の表面の品質によっては、放射された光線がワークピース面に反射されると、放射された光線は、場合によっては、拡散反射でき、及び／又は、扇状に広がることができると理解される。ここで、反射された光線とは、ワークピース面において反射した光の、放射方向に対してほぼ逆平行に指向性ロータの方向に戻る成分であると理解されてもよい。

放射された光線の放射角とは、特に、放射された光線のその時の放射方向の、平面における、生成された光線が連続的に回転する指向性ロータから扇状に広がる所定の基準方向に対する角度であると理解される。

放射角検知ユニットは、例えば、受信機が放射方向に軸平行に反射された光線を受信する時の各放射角を算出するように構成されていることが可能である。これは、受信機によって出力された信号の最大強度を求めること、指向性ロータの回転軸又は指向性ロータを駆動させるモータの軸に結合された角度検知装置の値を読出すことによって、指向性ロータの関連する回転位置を求めること、及び、指向性ロータから放射された光線の放射角を、得られた指向性ロータの回転位置の関数として算出することにより行われる。関数は、例えば、２又は１を乗算することである。

較正ユニットは、特に、較正工程を角度測定装置により実行する時に、較正パラメータを求めるように構成されている。較正ユニットは、較正パラメータを、全自動で、又は、ユーザとの相互作用により求めることが可能である。

較正パラメータは、例えば放射角検知ユニットにより算出された放射角の角度依存性の誤差を、正確に又は近似的に示す、誤差モデルの数学関数の係数であってもよい。誤差モデルは、予めメモリユニットに記憶されていることが可能である。

算出された放射角の誤差としては、特に、算出された放射角を補正する分の値であると理解され、これによって、角度測定装置により、ワークピース面の間の実際の角度が正確に測定される。したがって、誤差は、反射された光線が受信機によって受信される際に算出された放射角と、角度測定装置が製造及び調整許容差を有していないと仮定した時に、放射された光線が放射方向に対して逆平行に反射される時の正確な放射角との間の偏差であると理解される。この誤差の原因は、例えば、指向性ロータの回転速度が不均一であること、指向性ロータの回転軸と生成された光線の伝搬方向とが正確に揃っていないこと、又は、受信機の位置決めが正確でないことであり、これは、装置固有の誤差要因と呼ばれる。

評価ユニットは、特に、ワークピース面の間の角度を、１８０°と、指向性ロータから放射された光線の補正された２つの放射角の差分との間の差分を形成することによって、測定可能に構成されている。指向性ロータから放射された光線の補正された２つの放射角とは、特に、受信機が２つのワークピース面のうちの一方により反射された光線を受信した時の、指向性ロータから放射された光線の算出さられた２つの放射角を、誤差モデル及び較正パラメータを用いて補正した結果である。

したがって、装置固有の誤差要因は、有利にも、誤差モデルによりモデル化することが可能である。角度測定装置は、誤差モデル用の較正パラメータを求めることによって較正可能であり、誤差は、少なくとも近似的に補正されてもよい。したがって、角度測定装置の測定精度は改善される。

また、誤差モデルを用いて装置固有の誤差要因を補正することにより、有利にも、角度測定装置の構成要素に対する誤差を最小化するための時間のかかる機械的調整を省略することができる。角度測定装置が、完全に機械的調整可能性を有さずに構成されていることが都合がよい。したがって、角度測定装置の調整機能が時間の経過と共に損なわれることを回避し、角度測定装置の測定精度を、有利にも、さらに改善させることが可能である。加えて、調整可能性を省くことにより、角度測定装置の製造コストを低減することが可能である、また、調整可能性を省くことにより、測定システムをさらに小型化することが可能になり、これによって、角度測定装置を、小型の手持ち式装置に一体化することが可能になる。

評価ユニットは、また、求められた角度を示す信号を外部の装置に出力するように、及び／又は、求められた角度を表示ユニットに表示するように構成されている。

一実施形態によれば、前記指向性ロータは、前記送信機によって生成された光線用の平坦な反射面を形成する。

一変形例では、平坦な反射面は、指向性ロータの回転軸の方向に対して平行に伸びるように配置されていてよい。この場合、指向性ロータの回転軸は、生成された光線の伝搬方向に対して直交又はほぼ直交している。当該変形例では、放射角検知ユニットは、放射角を、指向性ロータの回転位置の２倍であると測定するように構成されていてもよい。

さらなる変形例では、平坦な反射面は、指向性ロータの回転軸に対して斜めに伸びるように、特に回転軸に対して４５度で傾斜するように、配置されていてもよい。この場合、指向性ロータの回転軸は、生成されたレーザー光の伝搬方向と実質的に同軸である。当該変形例では、放射角検知ユニットは、放射角を、指向性ロータの回転位置として測定するように構成されていてもよい。

指向性ロータの平坦な反射面は、送信機によって生成された光線を、指向性ロータの回転軸に対して直角な放射方向に反射し、ワークピース面のうちの一方から、放射方向に対して実質的に逆平行に反射された光線を、受信機に反射させることが可能である。

したがって、有利にも、送信機、場合によっては設けられるコリメータ光学機器、及び、受信機が、指向性ロータと共に回転する必要はない。これによって、受信機の信号を、較正ユニットや評価ユニットといったユニットに転送することが容易になる。したがって角度測定装置は、平坦な反射面を有する回転指向性ロータが唯一の可動部品、又は、少なくとも唯一の回転部品である、小型かつ頑丈な構造を有することが可能である。

さらなる一実施形態によれば、前記送信機は、モニターダイオードを備え、前記モニターダイオードは、前記受信機を形成する。

本実施形態に係る送信機は、特に、レーザーダイオードなどの半導体ダイオードである。モニターダイオードは、特に、レーザーダイオードのレーザーチップにより生成されたレーザー光の少なくとも一部を取得するように、レーザーダイオード内に配置されており、例えば、取得したレーザー光の強度を示す電気信号を、供給することが可能である。したがって、モニターダイオードは、レーザーダイオードの動力を制御するために使用されてもよい。反射された光線が、レーザーダイオードに入射すると、モニターダイオードは、生成されたレーザー光及び反射された光線を組み合わせた強度を示す電気信号を供給することが可能である。したがって、送信機のモニターダイオードは、受信機として用いられてもよい。これによって、有利にも、受信機用の別個のセンサ、及び、反射された光線の一部をこの別個のセンサに導くための半透過ミラーを省くことが可能である。さらに、半導体ダイオードの構造が小型であるため、有利にも、固定されたガイドミラーを設けなくても、送信機を直接、反射面を有する指向性ロータの回転軸の方向に向けることができる。したがって、レーザーダイオードはモニターダイオードと共に、構成要素の数を減らした小型構造の角度測定装置を実現可能である。

さらなる一実施形態によれば、前記角度測定装置は、クロック時間信号を前記放射角検知ユニットに出力するように構成されたタイマーを備える。

タイマーは、例えば、水晶発振子又はＲＣ発振子であってもよい。本実施形態に係る角度測定装置の放射角検知ユニットは、受信機が反射された光線を受信するタイミングを、クロック時間信号を用いて求めるように構成されていることが可能であり、当該タイミングを、放射された光線の回転持続時間及び所定の基準方向と比較することによって、各タイミングにおける、指向性ロータから放射された光線の各放射角を測定することが可能である。

放射角検知ユニットは、所定の基準方向を、基準信号を用いて求め、回転持続時間を、基準信号を２回受信する間の時間として、求めるように構成されていることが可能である。

例えば、回転する指向性ロータが、生成された光線を、直接、すなわち、これが事前にワークピース面のうちの一方に向かうことなく、生成された光線の伝搬方向に対して逆平行に受信機に向かって放射すると、基準信号が受信機により生成されてもよい。

したがって、本実施形態に係る角度測定装置では、指向性ロータの回転位置用の別個の角度検知装置を、有利にも省くことが可能である。これによって、角度測定装置の小型構造、及び、製造コストの低減が可能である。

さらなる一実施形態によれば、前記角度測定装置は、前記放射された光線が前記指向性ロータから基準方向に放射されると、基準信号を前記放射角検知ユニットに出力するように構成された基準信号発生器を備える。

基準方向は、所定の基準方向である。放射方向が基準方向である場合、放射角は０度として規定されてもよい。基準信号発生器は、例えば、フォトダイオードであってもよい。このフォトダイオードは、指向性ロータが一回転する間に、ちょうど一回、指向性ロータから放射された光線によって照射されるように配置されている。

したがって、反射面が、いかなる時も光線が直接受信機に放射されないように配置されると、放射角検知ユニットは、基準タイミング及び回転持続時間を、基準信号を用いて求めることができ、またこのような構成では、有利にも、指向性ロータの回転位置用の角度検知装置を省くことができる。

さらなる一実施形態によれば、前記角度測定装置は、前記指向性ロータから放射された光線の前記算出された放射角を、前記誤差モデル及び前記較正パラメータを使用して補正することにより、前記指向性ロータから放射された光線の補正された放射角を求める放射角補正ユニットを備える。ここでは、前記評価ユニットは、２つのワークピース面の間の前記角度を、前記補正された放射角の関数として求めるように構成されている。

放射角補正ユニットは、特に、算出された各放射角を補正するように構成されていることが可能であり、この補正は、メモリユニットに記憶された誤差モデルの数学関数を、メモリユニットに記憶された較正パラメータと共に、算出された放射角に適用し、この関数結果を算出された放射角に加算する、又は、これから減算し、この加算結果又は減算結果を補正された放射角として求めることにより、行う。

さらなる一実施形態によれば、誤差モデルは、正弦波状の誤差モデルである。

正弦波状の誤差モデルは、有利にも、指向性ロータの回転運動に関連する誤差のモデル化を、単純かつ効率よく行うことを可能にする。この回転運動では、算出された放射角の誤差は、放射された光線が回転する間に零点振動する。特に、影響が大きい装置固有の誤差要因のうちの多くが、指向性ロータの角度位置の１倍又は２倍を有する正弦波状又はほぼ正弦波状の誤差曲線となる。その結果、正弦波状の誤差モデルにより、特に良好な誤差記述が、最低限必要な数の較正パラメータで可能となる。

さらなる一実施形態によれば、前記誤差モデルは、前記指向性ロータから放射された光線の放射角の直交関数の線形結合を含み、前記較正パラメータは、前記線形結合の係数を含む。

放射角の、例えば正弦関数及び余弦関数といった直交関数の線形結合の好適な係数を選択することにより、誤差モデルを、誤差の振動の位相位置及び振幅に適用可能である。

さらなる一実施形態によれば、前記直交関数は、前記指向性ロータから放射された光線の放射角の整数倍、及び／又は、整数分数の正弦関数及び余弦関数を含む。

放射角の整数倍及び／又は整数分数の正弦関数及び余弦関数を、誤差モデルに挿入する場合、誤差の振動のより高い次数及び／又はより低い次数、又は、高調波成分及び／又は低調波成分が考慮されてもよい。特に、有利にも、指向性ロータを駆動するモータの磁気系におけるコギングトルクにより、誤差をモデル化及び補正可能である。誤差モデルは明瞭化され、角度測定装置の測定精度は、さらに改善可能である。

さらなる一実施形態によれば、前記指向性ロータの回転軸が、較正角度片の２つの平面の間の角度の頂点軸に対して軸平行に配置され、前記送信機、前記指向性ロータ、及び、前記受信機から成る少なくとも１つの構成を、ユーザにより、前記指向性ロータの回転軸を中心に、複数の揺動位置の間で揺動させ、各前記揺動位置において、前記較正角度片の前記平面間の角度を測定する較正工程において、較正ユニットは、各前記揺動位置における前記較正角度片の前記平面間の角度の測定値の偏差が、互いに低減又は最小化されるように、前記較正パラメータを求め、かつ、求めた前記較正パラメータを、前記メモリユニットに記憶するように構成されている。

較正角度片は、２つの平面を有する任意の物体であってもよい。これは、これらの平面が成す角度が固定であるか、又は、少なくとも較正工程の間不変に維持される限り有効である。較正角度片の平面の間の角度は、以下では、較正角度とも呼ばれる。なお、提案される較正工程に係る、提案される角度測定装置の較正には、較正角度の角度値が既知である必要はない。したがって、有利にも、利用可能なあらゆる固定角度片を、較正角度片として用いてもよい。

較正工程において、送信機、指向性ロータ、及び、受信機の構成を揺動させる際には、例えば、角度測定装置全体を、ユーザが手動で揺動させることが可能である。

較正ユニットは、評価ユニットに、各揺動位置において、較正角度を、指向性ロータから放射された光線の測定された放射角の関数として、較正パラメータ又は誤差モデルを考慮せずに求めさせる、又は、較正角度の測定のための誤差モデルの補正効果を除去するように構成されていることが可能である。較正ユニットは、さらに、各揺動位置において、較正角度の複数の測定値間の偏差を求めるように、及び、適した較正パラメータを選択するように構成されていてもよい。この適した較正パラメータでは、評価ユニットによって各揺動位置において較正角度の測定を繰り返す際に、今度は、選択された較正パラメータ及び記憶された誤差モデルを考慮して、偏差が最小化される。偏差とは、１つ又は複数の数学的値又は統計的値、例えば、複数の測定値間の１つ又は複数の差分、複数の測定値間の平均値、複数の測定値の標準偏差、及び／又は、複数の測定値の分散であってもよい。

揺動させることにより、較正角度はいずれも、算出された様々な放射角の関数として、及び、したがって、回転する指向性ロータの様々な回転位置において、測定される。算出された放射角が、放射角又は指向性ロータの回転位置に依存した誤差を有する場合、不変の較正角度の測定値は互いに偏差する。適した較正パラメータを選択することにより、誤差モデルを、装置固有の誤差要因用の少なくとも近似的なモデルを示すように適用可能である。その結果、続く測定では、偏差が最小化される。したがって、有利にも、測定値の分散は低減され、角度測定装置の測定精度が改善される。ここで、ユーザは、有利にも、調整工程を簡潔かつ極めて短時間で行うことが可能である。

さらなる一実施形態によれば、複数の前記揺動位置は、揺動領域の最も外側の各位置、及び、真ん中の位置を含む。揺動領域は、少なくとも３０°、好ましくは６０°、及び、特に好ましくは９０°である。

較正工程において選択される揺動領域が大きいほど、より正確に、較正工程において、誤差モデルを装置固有の誤差要因に適用することができる。

さらなる一実施形態によれば、較正ユニットはさらに、前記較正工程において、各前記揺動位置における前記較正角度片の前記平面間の角度の測定値の偏差が、互いに低減又は最小化されるように、前記誤差モデルを求め、かつ、求めた前記誤差モデルを、前記メモリユニットに記憶するように構成されている。

例えば、較正ユニットは、較正工程において、好適な較正パラメータの選択により、記憶された誤差モデルで達成可能な、複数の揺動位置における較正角度の測定値間の最も小さい偏差を、所定の閾値と比較させるように構成されていることが可能である。較正ユニットは、この最も小さい偏差が、閾値を上回っている場合、正確な誤差モデルを選択してメモリユニットに格納し、新たに、好適な較正パラメータを求めるように構成されている。好適な較正パラメータとは、正確な誤差モデルと共に、複数の揺動位置における較正角度の測定値間の偏差をさらに低減又は最小化するものである。正確な誤差モデルとは、例えば、多数の係数又は較正パラメータを有する誤差モデルであってもよい。

例えば、指向性ロータから放射された光線の放射角の正弦関数及び余弦関数を含む誤差モデルの代わりに、放射角の整数倍の正弦関数及び余弦関数を含む誤差モデルが選択される場合、指向性ロータの回転中の誤差の振動の高調波成分も、考慮されることが可能である。較正の精度、したがって角度測定装置の測定精度は、さらに改善可能である。

さらなる一実施形態によれば、較正ユニットは、前記較正パラメータを、反復数値法により求めるように構成されている。反復数値法の一例は、共役勾配法である。

従って、誤差モデルにより正確な分析的解明ができない場合にも、較正パラメータを求めることが可能である。

さらなる一実施形態によれば、前記角度測定装置は、操作要素を備え、前記操作要素は、ユーザが前記操作要素を操作した時に、前記較正ユニットに、前記較正工程の実行を信号で知らせるように構成されている。

操作要素は、例えば、物理的ボタン、又は、ディスプレイ上の押しボタンとして実施されたキーであってもよい。

さらなる一実施形態によれば、前記角度測定装置は、ユーザが、前記誤差モデルを手動で選択すること、及び／又は、前記較正パラメータを手動で規定することを可能にするように構成されたユーザインターフェースユニットを備える。

ユーザインターフェースユニットは、出力手段及び入力手段を含むことが可能である。出力手段は、例えば、ＬＣＤディスプレイ又はＴＦＴディスプレイであってよく、入力手段は、キーボード又はキーパッドを含んでいてよい。あるいは、ユーザインターフェースユニットは、タッチスクリーンとして構成されていてもよい。

従って、較正ユニットによる較正パラメータ及び／又は誤差モデルの自動化された測定が、理想的な結果を提供しない場合、角度測定装置の較正を手動で行うことが可能である。

さらなる一実施形態によれば、角度測定装置は、評価ユニットによって求められた前記角度を表示する表示ユニットを備える手持ち式角度測定装置として構成されている。

放射角検知ユニット、評価ユニット、較正ユニット、及び／又は、回転角度補正ユニットといった各ユニットは、ハードウェア技術的に、及び／又は、ソフトウェア技術的に実装されることが可能である。ハードウェア技術的実装の場合、各ユニットは、装置又は装置の一部として、例えば、コンピュータとして、マイクロプロセッサとして、プログラム可能な制御ユニットとして、又は、ハードワイヤード回路として構成されていることが可能である。ソフトウェア技術的実装の場合、各ユニットは、コンピュータプログラム製品として、関数として、ルーチンとして、プログラムコードの一部として、又は、実施可能な物体として構成されていることが可能である。

第２の態様によれば、２つのワークピース面の間の角度を求める方法が提案される。この方法は、送信機により光線を生成するステップと、連続的に回転する指向性ロータにより、生成された前記光線を、放射された光線として、前記指向性ロータの回転軸に対して直角な円周放射方向に放射するステップと、前記指向性ロータの回転軸が、前記角度の頂点軸に対して軸平行に配置され、前記放射された光線が、前記２つのワークピース面のうちの一方によって前記放射方向に対して逆平行に、反射された光線として反射されると、受信機により、反射された光線を受信するステップと、前記受信機が前記反射された光線を受信する際の、前記指向性ロータから放射された光線の各放射角を算出するステップと、少なくとも較正パラメータを求めるステップと、前記較正パラメータ及び誤差モデルを記憶するステップと、前記角度を、前記指向性ロータから放射された光線の算出された前記放射角、記憶された前記較正パラメータ、及び、記憶された誤差モデルの関数として求めるステップと、を含む。

第２の態様の一実施形態によれば、この方法はさらに、角度を成す２つの平面を有する較正角度片を準備するステップと、前記指向性ロータの回転軸を、前記較正角度片の２つの平面の間の角度の頂点軸に対して軸平行に配置するステップと、少なくとも前記送信機、前記指向性ロータ、及び、前記受信機を備える構成を、前記指向性ロータの回転軸を中心に複数の揺動位置の間で揺動させるステップと、各前記揺動位置において、前記較正角度片の前記平面間の角度を測定するステップと、前記較正パラメータ、及び／又は、前記誤差モデルを、各前記揺動位置における前記較正角度片の前記平面間の角度の測定値の偏差が、互いに低減又は最小化されるように求めるステップと、を含む。

提案される装置について記載される実施態様及び特徴は、提案される方法にも適宜適用される。

本発明の可能なさらなる実施態様は、明確には記載しないが、上記及び下記の実施形態に関して説明する特徴又は実施態様の組み合わせも含む。ここで、当業者は、単独の態様を、改善点又は追加点として、本発明の各基本形態に含めてもよい。

本発明のさらなる有効な形態及び態様は、従属請求項、及び、以下に記載する本発明の実施形態の対象である。また本発明を、好ましい実施態様に基づき、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１の実施形態に係る提案される角度測定装置を示す概略的な正面図である。 提案される角度測定装置により、角度を求める方法を示す図である。 提案される角度測定装置における、受信機の信号曲線を、放射された光線の放射角に応じてプロットした図である。 提案される角度測定装置、及び、提案される角度を求める方法の一適用例を示す図である。 第２の実施形態に係る角度測定装置を示す概略的な側面図である。 第２の実施形態に係る角度測定装置における、受信機の信号曲線を、時間に応じてプロットした図である。 提案される角度測定装置におけるレーザーダイオードを概略的に示す図である。 受信機の信号曲線、誤差モデル、及び、受信機の補正された信号曲線を、放射された光線の放射角に応じてプロットした図である。 提案される方法に係る、較正パラメータを求めるステップを示す図である。 提案される角度測定装置の較正工程を説明する図である。 受信機の信号曲線を、較正工程中の異なる揺動位置における放射された光線の放射角に応じてプロットした図である。

図面では、特に記載の無い限り、同一又は機能が同一の要素には同一の参照符号が付されている。

図１は、第１の実施形態に係る角度測定装置１００を概略的に示す図である。

図１の角度測定装置１００は、頂点軸５に対して測定対象角度φをなす２つのワークピース面１、２の間に配置されている。ワークピース面１、２は、同じワークピースのワークピース面であってもよいし、又は、例えば固定された空間配置において隣り合って配置された、別々のワークピース又は物体のワークピース面であってもよい。図１の図は、正確な縮尺ではない。

図１の角度測定装置１００は、光線９１を生成する送信機１０と、反射面８を有する指向性ロータ３と、送信機１０の傍に実質的に配置された受信機１１とを備える。反射面８は、指向性ロータ３と共に、回転軸４を中心に回転すると共に回転軸４の方向に運動し、生成された光線９１を、円周方向の放射角αで放射された光線９２として放射する。受信機１１は、受信機１１により受信された光の強度を示す電気信号を、処理ユニット２４に出力する。図１では、その時の放射角αで放射された光線９２が、ワークピース面２の方向に放射されている瞬間が示されている。

処理ユニット２４は、評価ユニット１７、較正ユニット１５、及び、放射角検知ユニット１８を備える。処理ユニット２４は、メモリユニット１６及び角度検知装置９に接続されている。メモリユニット１６には、角度測定装置１００の装置固有の誤差要因をモデル化することに適した誤差モデル（図示せず）が記憶されている。メモリユニット１６には、角度測定装置１００をその装置固有の誤差要因をモデル化することによって較正するための、誤差モデル用の較正パラメータが記憶されていてもよい。これについては後で詳細に説明する。角度検知装置９は、指向性ロータ３を駆動させる同期モータ（図示せず）のシャフト（図示せず）に結合されており、指向性ロータ３のシャフトの回転位置ωを出力する。処理ユニット２４は、角度φを、当該ユニットが受信機１１、角度検知装置９、及び、メモリユニット１６から得た入力値及び入力信号の関数として求め、求められた角度φを測定結果として示す信号を出力する。

図２は、提案される角度測定装置により角度φを求める方法を示すものである。以下に、この方法を、図２、及び、図１に示される角度測定装置１００を参照して説明する。

本方法は、角度測定装置１００を較正するための方法ステップＳｌ、及び、測定対象角度φを求めるための方法ステップＳ２を含む。

方法ステップＳｌでは、ステップＳ１０において、処理ユニット２４の較正ユニット１５により、メモリユニット１６に記憶された誤差モデル用の係数である較正パラメータを求める。較正パラメータは、誤差モデルが較正パラメータと共に、角度測定装置１００の装置固有の誤差要因を少なくとも近似的にモデル化するように求められる。これについては後により詳細に説明する。

ステップＳ１６において、ステップＳ１０で求められた較正パラメータをメモリユニット１６に記憶する。

角度φを求める方法ステップＳ２を実行するために、角度測定装置１００を、図１に示すように、指向性ロータ３の回転軸４が、測定対象角度φの頂点軸５に対してほぼ軸平行となるように、２つのワークピース面１、２の間に配置する。

送信機１０は、連続光線９１を生成する（ステップＳ２ｌ）。この連続光線９１は、実質的に伝搬方向において、送信機１０から指向性ロータ３の回転軸４まで伝播する。生成された光線９１は、反時計回りに回転する指向性ロータ３の反射面８から、放射された光線９２として、円周放射方向に放射される（ステップＳ２２）。換言すると、回転する指向性ロータ３は、入射する光線９１を、放射平面（図１の紙面）において扇状に広げる。

図１では、角度αは、放射された光線９２のその時の放射方向と生成された光線９１の伝搬方向との間の放射角αを示している。角度ωは、基準位置（図１の点線）に対する指向性ロータ又は反射面８の回転位置ωを示している。ここで、基準位置とは、反射面８が、生成された光線９１の伝搬方向に対して直交して向けられた位置である。図１に示される実施形態では、α＝２ωが当てはまり、すなわち、指向性ロータ３を半回転させる（１８０°だけ回転させる）間に、放射された光線９２は、ほぼ全放射平面（３６０°の回転、すなわち、α＝０°である基準位置からほぼ１８０°まで、及び、さらにほぼ−１８０°〜０°まで）を照射する。

図１は、特定の放射方向α＝α_２を示しており、ここでは、放射された光線９２は、ワークピース面２に実質的に直交して入射し、その放射方向に対して逆平行に反射された光線９３として反射される。これは、結果的に、反射された光線９３が、再び、指向性ロータ３の反射面８に達し、そこからさらに送信機１０の方向に、特に送信機１０の傍に実質的に配置された受信機１１の方向に反射されることになり、受信機１１は、反射された光線９３を受信する（ステップＳ２３）。また、放射方向α＝α_１の場合に、放射された光線９１が実質的に直交してワークピース面１に入射する時にも、受信機１１は、反射された光線９３を受信する。

ステップＳ２４において、処理ユニット２４は、放射角検知ユニット１８を用いて、受信機が反射された光線９３を受信する時の光線の放射角α_１、α_２を算出する。図３は、受信機１１から処理ユニット２４に出力される信号Ｓの、放射された光線９２の放射角αに応じた信号曲線を示す図である。処理ユニット２４は、信号Ｓを監視して、信号Ｓが所定の閾値Ｌを超えた時に、放射角検知ユニット１８に角度α_１１を算出させ、信号が所定の閾値Ｌを下回った時に、角度α_１２を算出させる。放射角検知ユニット１８は、各放射角αを算出するために、指向性ロータ３の各回転位置ωを角度検知装置９から参照し、図１に示される配置の形状を考慮するために、これに２を乗算する。その後、放射角検知ユニット１８は、放射角α_１を、角度α_１１及びα_１２の平均値として確定する。同様に、放射角α_２を、角度α_２１及びα_２２の平均値として確定する。

ステップＳ２５において、処理ユニット２４は、評価ユニット１５を用いて、角度φを、算出された放射角α_１及びα_２、メモリユニット１６に記憶された誤差モデル、及び、メモリユニット１６に記憶された較正パラメータの関数として求める。図１及び図３によれば、角度φは、装置固有の誤差要因が論理的に存在しない場合、φ＝１８０°−Δαにより表される。ここで、評価ユニット１５は、角度φ、及び／又は、放射角α_１及びα_２、及び／又は、その差分Δαを、誤差モデル及び較正パラメータを用いて補正する。これについては後で詳細に説明する。

こうして、ここに記載の方法に従い、角度φは、非接触かつ高精度に測定された。

角度測定装置１００の第１の実施形態の一変形例では、角度検知装置９は設けられず、放射角検知ユニット１８は、放射角を、時間測定により求める。これについては後で詳細に説明する。

第１の実施形態のさらなる変形例では、反射面８が設けられず、少なくとも受信機１０及び送信機１１は、指向性ロータ３に固定されており、指向性ロータ３と共に回転軸４の周りを回転する。さらなる一変形例では、指向性ロータ３は、連続的に回転するのではなく周期的に揺動し、そのため光線は、所定の弧、例えば１８０度にわたってのみ扇状に広がる。これによって、送信機１１と受信機１０との電気的接続が容易になる。

図４は、提案される角度測定装置１００の一適用例を示す図である。特に、図４は、折り曲げる対象である、２つのワークピース面１、２を有するワークピース１２を示しており、ワークピース１２は、パンチ１３により、母型１４の中にプレスされる。パンチは、例えば、板材折曲機の上部工具である。角度測定装置１００は、パンチ１００とは無関係な装置であり、例えば、ユーザによりワークピース面１、２間で保持されるような手持ち式角度測定装置である。角度測定装置１００は、ワークピース１２が母型１４の中にプレスされる間、絶えず、ワークピース面１、２間の角度φを測定する。工具固有の過剰曲げを考慮した所望の角度φ_ｓｏ１１に達すると、ユーザはプレスを終了する。これによって、ワークピースは、所望の角度φ_ｓｏ１１で正確に製造可能である。

図５は、第２の実施形態である、提案される角度測定装置２００を、概略的な側面図に示す図である。以下では、第１の実施形態との相違点を説明する。

角度測定装置２００は、手持ち式角度測定装置として構成されており、求められた角度φを表示するための表示ユニット２３及びキーパッド３４を備える。キーパッド３４は、手持ち式角度測定装置２００の較正ユニット１５に、後で詳細に説明するように、較正工程の開始を信号で伝えるための操作要素として、及び／又は、キーパッド３４及び表示ユニット２３を含むユーザインターフェースユニットの一部として用いられる。このユーザインターフェースユニットを用いて、ユーザは、メモリユニット１６に記憶されている較正パラメータ及び／又は誤差モデルを手動で規定及び／又は補正可能である。

手持ち式角度測定装置２００では、角度測定装置１００とは異なり、小型同期モータ６によりシャフト７を介して駆動される指向性ロータ３の回転軸４は、生成される光線９１の伝搬方向と同軸に延びている。指向性ロータ３の反射面８は、指向性ロータ３の回転軸４に対して４５°の角度で斜めに延びている。したがって、生成される光線９１は、放射された光線９２として、指向性ロータ３の回転軸４に対しても生成された光線９１の伝搬方向に対しても直交する放射平面において、扇状に広がる。第２の実施形態では、指向性ロータの回転位置ω及び指向性ロータ３によって放射される光線９２の放射角αは、装置固有の誤差要因により場合によっては生じる偏差とは無関係に、等しい。

手持ち式角度測定装置２００は、さらに、クロック時間信号を処理ユニット２４に出力するタイマー２１、及び、放射平面内に配置された、フォトダイオードといった基準信号発生器２０を備えている。図５において点線の矢印によって示されるように、フォトダイオード２０が円周方向の放射光線９２によって照射されると、フォトダイオード２０は基準信号を処理ユニット２４に出力する。

指向性ロータ３の回転位置用の角度検知装置は、設けられていない。手持ち式角度測定装置２００の放射角検知ユニット１８は、ステップＳ２４において、受信機１１が反射された光線９３を受信する時の放射角を、時間測定によって算出する。これについては、以下において図６を参照しながら説明する。

図６は、手持ち式角度測定装置２００における、受信機１１の信号曲線を、時間に応じてプロットした図である。指向性ロータ３が実質的に一定の回転速度で回転するため、図６の時間依存性の信号曲線は、図３の角度依存性の信号曲線と、質的に同じものである。

したがって、手持ち式角度測定装置２００の放射角検知ユニット１８は、タイマー２１のクロック時間信号を用いて、受信機１１が反射された光線９３を受信するタイミングｔ_１及びｔ_２を、第１の実施形態と同様に、受信機１１の信号が規定の閾値Ｌを上回った又は下回った各タイミングｔ_１１、ｔ_１２、又は、ｔ_２１、ｔ_２２間の平均値を形成することによって求める。その後、放射角検知ユニット１８は、これらのタイミングｔ_１及びｔ_２と、放射された光線９２の回転持続時間Ｔとを関連づけること（α_ｉ＝（ｔ_ｉ−ｔ_０）／Ｔ、ここでｉ＝１，２）により、受信機１１が放射された光線３を受信する放射角α_１、α_２を算出する。放射された光線９２が基準方向（α＝０）に放射されるタイミングｔ_０は、基準信号発生器１８が基準信号を出力するタイミングとして、放射角検知ユニット１８により求められ、回転持続時間Ｔは、２つの基準信号の時間差分として、放射角検知ユニット１８により求められる。

このようにして、指向性ロータ３の回転位置用の角度検知装置９を省くことが可能であり、特に小型の構造を有すると共に製造コストの低い手持ち式角度測定装置２００を実現可能である。

第２の実施形態に係る手持ち式角度測定装置２００の処理ユニット２４は、さらに、放射角補正ユニット２２を備えている。放射角補正ユニット２２は、ステップＳ２５において、以下に詳細に説明するように、放射角α_１、α_２をメモリユニット１６に記憶された誤差モデル及びメモリユニット１６に記憶された較正パラメータを用いて補正することによって、補正された放射角α_{ｋｏｒｒ,１}、α_{ｋｏｒｒ,２}を求める。その後、評価ユニット１５は、角度差Δα＝α_{ｋｏｒｒ１}−α_{ｋｏｒｒ２}を形成し、角度φを、φ＝１８０°−Δαにより求める。

提案される角度測定装置１００、２００の上記した実施形態では、特に、角度測定の測定精度を損なわせる、以下の装置固有の誤差要因が存在する場合がある。

特に、角度測定装置１００、２００が手持ち式装置である場合、角度測定装置１００、２００は出来るだけ小型に維持しようとされる。モータ６は、特に、ほんの数ミリメートルの直径を有する場合がある。このため、モータ６の質量慣性モーメントは極めて小さく、モータ６の磁気系における非対称性及びコギングトルクにより、複数回回転する間のモータ６の平均回転速度が一定に維持される場合でも、一回の回転における角速度は変動する可能性がある。また小型化の過程において、角度検知装置９が省かれ、上述のように、放射角α_１、α_２を、受信機１１が反射された光線３を受信するタイミングｔ_１、ｔ_２に基づき求めると共に、指向性ロータ３により放射された光線９２の回転持続時間Ｔを求める場合、モータ６の角速度が不均一であれば、算出された放射角α_１、α_２の零点振動誤差が生じる。つまり、指向性ロータ３の回転位置ω又は実際の放射角αの絶対値に依存して、大きすぎる放射角αと小さすぎる放射角αとが交互に求められる。ワークピース面１、２に対する角度測定装置１００、２００の相対的な向きによっては、異なる絶対値の放射角α_１、α_２において、角度φの測定が行われ、その結果、向きによっては、互いに偏差し、平均値を中心に振動した放射角α_１、α_２、従って角度φが測定される。

さらに、小型の角度測定装置１００、２００では、指向性ロータ３の回転軸４と、生成された光線９１の伝搬方向、すなわち、送信機１０の軸とを正確に揃えることは難しい。例えば、第２の実施形態に係る角度測定装置２００の構成において、送信機１０の向きが、所定の角度誤差だけ、指向性ロータ３の回転軸４から外れている場合、これは、指向性ロータ３の反射面８が回転する間、放射平面に扇状に広がって放射される光線９２が、回転に同期して、仮想の軸又は放射方向を中心とした錐面に沿って移動する。これは、誤差が生じていない向きの場合と同様である。したがって、放射された光線９２の放射角は、半回転に沿って、指向性ロータ３の回転位置に対して前進し、さらなる半回転に沿って、指向性ロータ３の回転位置に戻ってくる。すなわち、この場合も、測定された放射角α_１、α_２の、ワークピース面２、１に対する角度測定装置２００の向きに依存した零点振動誤差が生じる。

上述の、送信機１０の傍に実質的に配置された受信機１１の構成において、さらなる装置固有の誤差要因が存在する。小型化に伴い、放射口における半透過ミラーを省くならば、論理的には、受信機１１を、反射面８によって送信機１０の方向に反射される光線９３の軸に正確に揃える必要がある。こうすれば、光線３がワークピース面１、２のうちの一方から正確に逆平行に反射された場合に、受信機１１は、当該反射された光線３を受信することができる。

図７は、レーザーダイオード１０を概略的に示す図である。レーザーダイオード１０は、例えば、手持ち式角度測定装置２００において、送信機１０に一体化された受信機１１を備える送信機１０として用いられる。レーザーダイオードは、ガラス窓２５、レーザーチップ２８、モニターダイオード２９、及び、ベース３０を備えるカプセル２６を含む。モニターダイオード２９は、直接、レーザーチップ２８の半透過的に鏡面処理された背面からの光の、レーザーチップ２８から出力されたレーザー出力に比例する割合成分を測定すると同時に、外部のワークピース面１、２の一方からレーザーダイオード１０に戻ってきた反射された光線９３を測定し、測定された全光量に比例した電流信号を送信する。したがって、モニターダイオード２９は、手持ち式角度測定装置２００では、受信機１１として機能する。

レーザーチップ２８は、わずか数μｍの、すなわちほぼ理想的な点状の放射平面から、例えば８°〜２２°の開口角を有するレーザー光を生成する。このため、手持ち式角度測定装置２００では、生成されたレーザー光を１つの光線に束ねるコリメータ光学機器１９が設けられている。したがって、レーザーダイオード１０は、レーザーチップ２８がコリメータ光学機器１９の焦点に位置するように配置される。モニターダイオード２９は、レーザーチップの放射平面と比べて比較的大きな面積を有していて、焦点に配置されたレーザーチップ２８に対して一定の間隔を置いて、従って、生成される光線９１、つまり正確に逆平行に反射される光線９３の軸３５から外れて配置されている。特に、モニターダイオード２９の視野の中心軸２７は、生成される光線の軸３５に対して偏心して配置されているため、コリメータ光学機器１９によって束ねられて生成される光線９１の伝搬方向に対してずれている。このため、放射された光線９２がワークピース面１、２に対して直交して入射し、その放射方向に正確に逆平行に反射される場合、モニターダイオード２９（受信機１１）は、特にワークピース面１、２に対する距離が短い場合に反射された光線９３を正確に受信しない。むしろ、光線９３が、１８０°からわずかに異なる角度でワークピース面１、２の一方から反射された場合に、モニターダイオード９２は、反射された光線９３を受信する。これは、測定された放射角α_１、α_２の向きに依存した誤差の場合の、さらなる装置固有の誤差要因である。

提案される角度測定装置２００は、上述のように、較正パラメータを求めるように構成された較正ユニット１５と、較正パラメータ及び誤差モデルを記憶するように構成されたメモリユニット１６と、評価ユニット１７及び／又は放射角補正ユニット１８と、を有している。評価ユニット１７及び／又は放射角補正ユニット１８は、測定された放射角α_１、α_２を誤差モデル及び較正パラメータを用いて補正して、補正された放射角α_{１，ｋｏｒｒ}、α_{２，ｋｏｒｒ}を算出し、角度φを、補正された放射角α_{１，ｋｏｒｒ}、α_{２，ｋｏｒｒ}の関数として求めるように構成されている。以下では、図８〜図１１を用いて、角度測定装置２００を較正するための誤差モデル及び方法ステップをより詳細に説明する。

図８は、受信機１１の信号曲線Ｓ（α）、誤差モデルｆ（α）、及び、受信機１１の補正された信号曲線Ｓ’（α）を、放射された光線９２の放射角αに応じてプロットした図である。

長い破線の信号曲線Ｓ（α）は、受信機１１の実際の信号曲線を、放射角検知ユニットｌ８によって算出された誤差を含む放射角αに応じて示している。短い破線は、正弦波状の誤差モデルｆ（α）をプロットした図である。誤差モデルｆ（α）は、算出された誤差を含む放射角αに、誤差ｆ（α）のモデル化された値を割り当てる数学関数である。

誤差モデルは、例えばコマンドの形で、メモリユニット２６に記憶されていることが可能である。ここで、コマンドは、処理ユニット２４によって読み出されて実行されると、処理ユニット２４に、この数学関数ｆ（α）を評価させる。あるいは、ここで、誤差モデルｆ（α）が記憶されているメモリユニット２６の領域が、ハードワイヤード回路として構成されていてもよい。関数ｆ（α）は、選択的及び近似的に、値のテーブルの形で記憶装置に保存されていてもよい。

実線で示した信号曲線Ｓ’（α）は、補正された信号曲線Ｓ’（α）＝Ｓ（α−ｆ（α））を示している。すなわち、Ｓ’（α）は、受信機１１の信号を、誤差モデルｆ（α）でモデル化された誤差の分だけ補正された放射角α_ｋｏｒｒ＝α−ｆ（α）に応じてプロットした図である。これに応じて、補正された信号曲線Ｓ’（α）の２つの最大値は、垂直方向にプロットされた誤差ｆ（α）の値の分だけ水平方向にずれている。

誤差モデルｆ（α）が、測定された放射角αの、装置固有の誤差要因を原因とした角度誤差を正確にモデル化しているとする論理的仮定の下では、補正された信号曲線Ｓ’（α）の最大値を用いて算出した放射角差分Δα＝α_{２，ｋｏｒｒ}−Δ_{α１，ｋｏｒｒ}は、評価ユニット１７に使用されることにより、実際の正しい角度φを求めることが可能な放射角差分を指す。実際には、誤差モデルｆ（α）が実際の誤差を近似的にモデル化し、これによって角度φの測定の精度を少なくとも改善する変形例が想定可能である。

図８では、補正された間隔角度差Δαは、補正されていない破線の最大値の間隔角度差よりも大きい。これは、補正された信号曲線Ｓ’（α）の第１の最大値が、測定された信号曲線Ｓ（α）の最大値よりもさらに左にあり、その一方で、第２の最大値がさらに右にあるからである。なお、しかしながら、ｆ（α）の曲線の別の位置における放射角αの別の絶対値では、補正された間隔角度差Δαは、補正されていない間隔角度差よりも小さくてもよい。換言すると、補正された間隔角度差Δαの測定値の偏差には、補正された間隔角度αの測定値と同様に、正弦関数の零点振動が生じる。換言すると、角度測定装置２００は、誤差モデルｆ（α）を無視すれば、どのように角度測定装置２００がワークピース面１、２に対して向けられているかに応じて、実際の角度φの分だけ正弦関数的に振動する異なる角度φを測定することになろう。

特に非接触式の角度測定装置１００、２００の測定精度を改善する所望の効果を得るために、提案される方法では、較正工程において、例えば、角度測定装置１００、２００のメモリユニット１６に記憶された誤差モデルｆ（α）用の係数である較正パラメータを求める（ステップＳ１０）。この較正パラメータを用いて、誤差モデルｆ（α）を実際の装置固有の誤差要因に適用する。

以下に、較正パラメータを求める較正工程を、図９〜図１１を参照しながら説明する。手持ち式角度測定装置２００の場合の説明を行うが、これについては限定されない。

図９は、提案される方法に係る、較正パラメータを測定するためのステップＳ１０の個々のステップＳ１１〜Ｓ１５を示す図である。

図１０は、角度測定装置、例えば手持ち式角度測定装置２００の較正工程を説明するための図である。

較正工程は、ユーザにより、不変の較正角度φ_ｒｅｆを成す２つの平面３１、３２を有する較正角度片３１が準備されることにより（ステップＳ１１）開始され、手持ち式角度測定装置２００は、指向性ロータ３の回転軸４が、較正角度φ_ｒｅｆの頂点軸５に対して実質的に軸平行に配置されるように、配置される（ステップＳ１２）。

ユーザは、例えば手持ち式角度測定装置２００のキーパッド３４のキーを動作することにより、較正工程の開始を、処理ユニット２４の較正ユニット１５に信号で知らせる。

その後、ユーザは、手持ち式角度測定装置２００を、実質的に、指向性ロータ３の回転軸４を中心に３つの揺動位置−β、０°、＋βの間で揺動させる（ステップＳ１３）。

図１１ａは、（図１０において破線で示した手持ち式角度測定装置２００の）揺動位置−βにおける揺動の間の受信機１１の信号曲線Ｓ（α）を示している。図１１ｂは、（図１０において点線で示した手持ち式角度測定装置２００の）揺動位置＋βにおける揺動の間の受信機１１の信号曲線Ｓ（α）を示している。図１１ｃは、（図１０の実線で示した手持ち式角度測定装置２００の）揺動位置０°における揺動の間の受信機１１の信号曲線Ｓ（α）を示している。

図１１ａ〜図１１ｃに示されるように、揺動位置βは、受信機１１が反射された光線９３を受信し、信号曲線Ｓ（α）が最大値になる時に、算出された各放射角α_１，２の絶対値用のオフセットを示す。一方、図１１ａ〜図１１ｃにおける放射角α_１，２間の間隔は、いずれもほぼ同一であり、すなわち、装置固有の誤差要因による偏差まで同一である。

揺動される間、較正ユニット１５は、処理ユニット２４に、評価ユニット１７を用いて、繰り返し、及び、特に３つの各揺動位置−β、０°、＋βにおいて、較正角度φ_ｒｅｆを求めさせる（Ｓ１４）。このために、図２に示される方法のステップＳ２０〜Ｓ２５を繰り返し行う。ここで、較正パラメータは、ゼロに初期化されてもよく、又は、別の方法でフラグ又は同様のものにより、最初は、誤差モデルを考慮しないようにしてもよい。

上述のように、装置固有の誤差要因により、受信機１１が反射された光線９３を受信する際の算出された放射角α_１、α_２が、論理的に誤差が生じていない場合に測定される放射角α_１、α_２から逸脱する場合がある。その結果、これらの３つの揺動位置−β、０°、＋βのそれぞれにおいて、較正角度φ_ｒｅｆの異なる測定結果が得られる。

ステップＳ１５において、較正ユニット１５は、較正パラメータを、誤差モデルｆ（α）及び較正パラメータを考慮して求める場合に、揺動位置−β、０°、＋βにおける較正角度φ_ｒｅｆ用の測定値の逸脱が最小化されるように、求める。

一実施形態では、誤差モデルｆ（α）は、放射角αの正弦関数と余弦関数との線形結合：ｆ（α）＝ｋ_ｓｓｉｎ（α）＋ｋ_ｃｃｏｓ（α）を指す。正弦関数及び余弦関数は、図１１ａ〜図１１ｃにおいて、概略的に破線で示されている。図８を参照して上記したように、正弦波状の誤差モデルｆ（α）によって、補正された信号曲線Ｓ’（α）の最大値を、元の信号曲線Ｓ（α）の最大値に向かってシフトさせることができる、すなわち、最大値間の間隔を、各放射角αの絶対値に応じて、狭く又は広くすることができる。したがって、較正ユニット１５は、図１１ａ〜図１１ｃにそれぞれ示される信号曲線の各揺動位置の最大値の間の間隔ができるだけ均衡になるように、較正パラメータ又は係数ｋ_ｓ及びｋ_ｃを求める。これは、係数ｋ_ｓ及びｋ_ｃの変分により、正弦波状の誤差モデルｆ（α）の所望の振幅及び位相位置をそれぞれ示すことが可能であることを意味している。

較正ユニット１５は、較正角度φ_ｒｅｆの測定値間の偏差が最小化される較正パラメータを、演算により求めてもよいし、又は、数値法を用いてもよい。ここで、較正ユニット１５は、座標空間ｋ_ｓ、ｋ_ｃを反復することで、各揺動位置−β、０°、＋βについて、反復において連続する各点ｋ_ｓ、ｋ_ｃの較正角度φ_ｒｅｆを、較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃの各値と共に誤差モデルｆ（α）を考慮して繰り返し求める。ここで、各揺動位置−β、０°、＋βについて算出された放射角α_１、α_２が、例えばメモリユニット１６に一時的に格納されるならば、単に、演算で較正角度φ_ｒｅｆを、較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃの各値を用いて繰り返し求めてもよいし、又は、いずれについても、図２の方法のステップＳ２１〜Ｓ２５に係る測定を新たに行ってもよい。座標空間を通して反復を行う際には、較正ユニット１５は、例えば共役勾配法を用いて、各揺動位置−β、０°、＋βについて、較正角度φ_ｒｅｆの測定値の偏差を最小化する較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃの近似値を求めてもよい。

一変形例では、揺動位置β＝０°を、放射角αが０°として求められる基準方向が、較正角度φ_ｒｅｆの２等分線にほぼ一致するように選択する。この変形例では、パラメータｋ_ｓをゼロに設定し、較正パラメータｋ_ｃを、演算又は反復数値法により、揺動位置−β及び＋βにおける較正角度φ_ｒｅｆの測定値間の偏差が最小化されるように求める。続いて、固定された較正パラメータｋ_ｃにおいて、較正パラメータｋ_ｓを、演算又は反復数値法により、揺動位置−β、０°、及び、＋βにおける較正角度φ_ｒｅｆの測定値間の偏差が最小化されるように求める。このようにして、有利にも２回、一次元座標空間を通して行い、このため、二次元座標空間を通して行う変形例と比べて、演算時間を短縮することが可能である。

一発展形態では、ステップＳ１５において、揺動位置−β、０°、及び、＋βにおける較正角度φ_ｒｅｆの測定値間の最小偏差が、規定の最大値を下回らない場合、較正ユニット１５は、例えば、さらに、放射角αの整数倍の正弦関数及び余弦関数と、較正パラメータとしての関連する係数との線形結合を含む正確な誤差モデルを求め、これをメモリユニット１６に記憶し、ステップＳ１５を新たに実行して、さらに、元の係数及びさらなる係数を、較正角度φ_ｒｅｆの測定値の偏差が最小化されるように求める。好ましい一発展形態では、正確な誤差モデルは、放射角αの３倍数の正弦関数及び余弦関数の線形結合を含む。このような誤差モデルは、実施される磁気位相に応じて角度間隔に生じる、モータ６の強力なコギングトルクといった誤差要因の補正を可能にする。

ステップＳ１５において、好適な誤差モデルｆ（α）及び好適な較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃ、．．．を求めた後、これらを、ステップＳ１６において、手持ち式角度測定装置２００のメモリユニット１６に記憶する。

これによって較正工程は終了する。なお、記載した較正工程を実行するためには、較正角度φ_ｒｅｆが分かっている必要はない。較正は、さらなるパラメータを入力することなく、単に、手持ち式角度測定装置２００を、較正角度片３２内の３つの揺動位置−β、０°、＋β間で揺動させることによって行われる。

較正済み手持ち式角度測定装置２００は、２つの面１、２の間の角度φを求めるために使用することが可能である。ここで、図２に示される角度測定方法のステップＳ２５では、メモリユニット１６からの誤差モデルｆ（α）及び較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃ、．．．が考慮されるので、手持ち式角度測定装置２００は、測定対象角度φを、平面１、２に対する手持ち式角度測定装置２００の相対的な向きに無関係に、近似的に求めることが可能である。したがって、測定結果は、わずかしか分散せず、手持ち式角度測定装置２００の測定精度は、提案される較正ユニット１５、メモリユニット１６、及び、放射角補正ユニット１８を備えていない、較正されていない手持ち式角度測定装置と比べて改善される。較正のおかげで、手持ち式角度測定装置２００が角度検知装置、放射口における斜鏡、及び、極めて小型であり正確な調整に手間やコストがかかるか又は正確な調整が不可能な構成要素を有していない場合でも、良好な測定精度を実現可能である。したがって、手持ち式角度測定装置２００の小型化、及び、開発及び製造コストの低減を実現可能である。較正を行うことは、手動により、ユーザが手持ち式角度測定装置２００を揺動させるだけで行われる。

本発明を、実施形態を参照しながら説明したが、本発明は、様々に変形可能である。

例えば、第１の実施形態において、角度検知装置９を省いてもよく、放射角αの算出を、第２の実施形態のように時間に基づいて行ってもよい。図１に示される、反射面８が、生成された光線９１の伝搬方向に対して直交して配置された第１の実施形態の構成により、特に有利には、基準信号発生器２０も省くことが可能であり、基準信号は、代わりに、受信機Ｓ１１の信号を用いて算出可能である。当該信号は、反射された光線９３が、まずワークピース面２、３の一方に向かうことなく、指向性ロータの図１に示される水平の回転位置において、受信機Ｓ１１を照射すると、受信機Ｓ１１により出力される。

正弦関数及び余弦関数と、較正パラメータとしての係数との線形結合の代わりに、誤差モデルｆ（α）として、正弦関数だけ、又は、余弦関数だけを、較正パラメータである振幅及び位相位置と共に選択してもよい。モデル化対象の誤差によっては、別の直交三角関数又は他の関数を誤差モデルｆ（α）のために選択してもよい。

提案される角度測定方法の較正パラメータを求めて格納するための方法ステップＳｌのステップＳ１１〜Ｓ１５を含む較正工程を、例として、手持ち式角度測定装置２００を挙げて説明した。ここで、これらのステップは、手持ち式角度測定装置２００を揺動させるユーザと、較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃを揺動位置−β、０°、＋βにおいて算出された放射角α_１、α_２を用いて求める自動化較正ユニット１５と、の相互作用において行った。しかし、較正工程は、完全に自動化して行うことも可能であり、この場合は、外部装置が角度測定装置１００、２００を揺動させる。較正工程はまた、完全に手動により行うことも可能であり、この場合は、ユーザが、例えば手持ち式角度測定装置２００を揺動させ、表示された較正角度φ_ｒｅｆの測定値の各結果を用いて、適した較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃ、．．．及び／又は適した誤差モデルｆ（α）を求め、例えば、図５に示される表示ユニット２３及び図５に示されるキーパッド３４で構成されたユーザインターフェースユニットを介して、手持ち式角度測定装置２００に入力するか、又は、複数の提供される選択肢から、所望の誤差モデルｆ（α）及び／又は較正パラメータｋ_ｓ、ｋ_ｃ、．．．を選択する。

較正工程に使用される揺動位置は、揺動位置−β、０°、＋βに限定されず、所望の数の揺動位置を用いることが可能である。

１００、２００…角度を求める装置、１、２…ワークピース面、３…指向性ロータ、４…回転軸、５…頂点軸、６…モータ、７…シャフト、８…反射面、９…角度検知装置、１０…送信機、１１…受信機、１２…ワークピース、１３…パンチ、１４…母型、１５…較正ユニット、１６…メモリユニット、１７…評価ユニット、１８…放射角検知ユニット、１９…コリメータ光学機器、２０…基準信号発生器、２１…タイマー、２２…放射角補正ユニット、２３…表示ユニット、２４…処理ユニット、２５…ガラス窓、２６…カプセル、２７…モニターダイオードの視野の中心軸、２８…レーザーチップ、２９…モニターダイオード、３０…ベース、３１…較正角度片、３２、３３…平面、３４…操作要素、３５…生成された光線の軸、９１…生成された光線、９２…放射された光線、９３…反射された光線、φ…測定対象角度、φ_ｃａｌ…較正角度、ω…指向性ロータの回転位置、α…放射された光線の放射角、ｆ（α）…誤差モデル、−β、０°、＋β…揺動位置、Ｓｌ、Ｓ２…方法ステップ、Ｓ１０〜Ｓ２５…方法ステップ

図４は、提案される角度測定装置１００の一適用例を示す図である。特に、図４は、折り曲げる対象である、２つのワークピース面１、２を有するワークピース１２を示しており、ワークピース１２は、パンチ１３により、母型１４の中にプレスされる。パンチ１３は、例えば、板材折曲機の上部工具である。角度測定装置１００は、パンチ１３とは無関係な装置であり、例えば、ユーザによりワークピース面１、２間で保持されるような手持ち式角度測定装置である。角度測定装置１００は、ワークピース１２が母型１４の中にプレスされる間、絶えず、ワークピース面１、２間の角度φを測定する。工具固有の過剰曲げを考慮した所望の角度φ_ｓｏ１１に達すると、ユーザはプレスを終了する。これによって、ワークピースは、所望の角度φ_ｓｏ１１で正確に製造可能である。

較正工程は、ユーザにより、不変の較正角度φ_ｒｅｆを成す２つの平面３２、３３を有する較正角度片３１が準備されることにより（ステップＳ１１）開始され、手持ち式角度測定装置２００は、指向性ロータ３の回転軸４が、較正角度φ_ｒｅｆの頂点軸５に対して実質的に軸平行に配置されるように、配置される（ステップＳ１２）。

Claims (18)

1. ２つのワークピース面（１、２）の間の角度（φ）を求める装置（１００、２００）であって、
   光線（９１）を生成する送信機（１０）と、
   連続的に回転する指向性ロータ（３）であって、生成された前記光線（９１）を、放射された光線（９２）として、前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）に対して直角な円周放射方向に放射する指向性ロータ（３）と、
   前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）が、前記角度（φ）の頂点軸（５）に対して軸平行に配置され、前記放射された光線（９２）が、前記２つのワークピース面（１、２）のうちの一方によって、前記放射方向に対して逆平行に反射されると、反射された光線（９３）を受信する受信機（１１）と、
   前記受信機（１１）が前記反射された光線（９３）を受信する際の、前記放射された光線（９２）の各放射角（α_１，α_２）を算出する放射角検知ユニット（１８）と、を備え、
   当該装置（１００、２００）はさらに、
   少なくとも較正パラメータを求める較正ユニット（１５）と、
   前記較正パラメータ及び誤差モデル（ｆ（α））を記憶するメモリユニット（１６）であって、前記較正パラメータは前記誤差モデルの数学関数の係数であり、前記誤差モデルは前記放射角検知ユニットによって算出された放射角の角度依存性誤差を表し、前記角度依存性誤差は装置固有の誤差要因を有するメモリユニット（１６）と、
   前記角度（φ）を、前記指向性ロータ（３）から放射された光線（９２）の算出された前記放射角（α_１，α_２）、記憶された前記較正パラメータ、及び、記憶された誤差モデル（ｆ（α））の関数として求めるように構成された評価ユニット（１７）とを備えることを特徴とする装置（１００、２００）。
2. 前記指向性ロータ（３）は、前記送信機（ｌ０）によって生成された光線（９１）用の平坦な反射面（８）を形成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記送信機（１０）は、モニターダイオード（２９）を備え、前記モニターダイオード（２９）は、前記受信機（１１）を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. クロック時間信号を前記放射角検知ユニット（１８）に出力するように構成されたタイマー（２１）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記放射された光線（９２）が前記指向性ロータ（３）から基準方向に放射されると、基準信号を前記放射角検知ユニット（１８）に出力するように構成された基準信号発生器（２０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記指向性ロータ（３）から放射された光線（９２）の前記算出された放射角（α_１，α_２）を、前記誤差モデル（ｆ（α））及び前記較正パラメータを使用して補正することにより、前記指向性ロータ（３）から放射された光線（９２）の補正された放射角（α_{ｋｏｒｒ，１}、α_{ｋｏｒｒ，２}）を求める放射角補正ユニット（２２）をさらに備え、
   前記評価ユニット（１７）は、前記角度（φ）を前記補正された放射角（α_{ｋｏｒｒ，１}、α_{ｋｏｒｒ，２}）の関数として求めるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記誤差モデル（ｆ（α））は、正弦波状の誤差モデルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記誤差モデル（ｆ（α））は、前記指向性ロータ（３）から放射された光線（９２）の放射角の直交関数の線形結合を含み、前記較正パラメータは、前記線形結合の係数を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記直交関数は、前記指向性ロータ（３）から放射された光線（９２）の各放射角の整数倍、及び／又は、整数分数の正弦関数及び余弦関数を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）が、較正角度片（３１）の２つの平面（３２、３３）の間の角度（φ_ｒｅｆ）の頂点軸（５）に対して軸平行に配置され、前記送信機（１０）、前記指向性ロータ（３）、及び、前記受信機（１１）から成る少なくとも１つの構成を、ユーザ又は外部装置により、前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）を中心に、複数の揺動位置（−β、０°、＋β）の間で揺動させ、各前記揺動位置（−β、０°、＋β）において、前記較正角度片（３１）の前記平面（３２、３３）の間の角度（φ_ｒｅｆ）を求める較正工程において、
    前記較正ユニット（１５）は、各前記揺動位置（−β、０°、＋β）における前記較正角度片（３１）の前記平面（３２、３３）の間の角度（φ_ｒｅｆ）の測定値の偏差が、互いに低減又は最小化されるように、前記較正パラメータを求め、かつ、求めた前記較正パラメータを、前記メモリユニット（１６）に記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 複数の前記揺動位置（−β、０°、＋β）は、揺動領域の最も外側の各位置（−β、＋β）、及び、真ん中の位置（０°）を含み、前記揺動領域は、少なくとも３０°であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記較正ユニット（１５）はさらに、前記較正工程において、各前記揺動位置（−β、０°、＋β）における前記較正角度片（３１）の前記平面（３１、３２）の間の角度（φ_ｒｅｆ）の測定値の偏差が、互いに低減又は最小化されるように、前記誤差モデル（ｆ（α））を求め、かつ、求めた前記誤差モデル（ｆ（α））を、前記メモリユニット（１６）に記憶するように構成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
13. 前記較正ユニット（１５）は、前記較正パラメータを、反復数値法により求めるように構成されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 操作要素（３４）をさらに備え、前記操作要素（３４）は、ユーザが前記操作要素（３４）を操作した時に、前記較正ユニット（１５）に、前記較正工程の実行を信号で知らせるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. ユーザが、前記誤差モデル（ｆ（α））を手動で選択すること、及び／又は、前記較正パラメータを手動で規定することを可能にするように構成されたユーザインターフェースユニット（２３、３４）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 当該装置は、前記角度（φ）を表示する表示ユニット（２３）を備える手持ち式角度測定装置（２００）として構成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. ２つのワークピース面（１、２）の間の角度（φ）を求める方法であって、
    送信機（１０）により光線（９１）を生成するステップ（Ｓ２ｌ）と、
    連続的に回転する指向性ロータ（３）により、生成された前記光線（９１）を、放射された光線（９２）として、前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）に対して直角な円周放射方向に放射するステップ（Ｓ２２）と、
    前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）が、前記角度（φ）の頂点軸（５）に対して軸平行に配置され、前記放射された光線（９２）が、前記２つのワークピース面（１、２）のうちの一方によって前記放射方向に対して逆平行に、反射された光線（９３）として反射されると、受信機（１１）により、反射された光線（９３）を受信するステップ（Ｓ２３）と、
    前記受信機（１１）が前記反射された光線（９３）を受信する際の、前記指向性ロータ（３）から放射された光線の各放射角（α_１、α_２）を算出するステップ（Ｓ２４）と、を含み、
    当該方法はさらに、
    少なくとも較正パラメータを求めるステップ（Ｓ１０）と、
    前記較正パラメータ及び誤差モデル（ｆ（α））を記憶するステップであって、前記較正パラメータは前記誤差モデルの数学関数の係数であり、前記誤差モデルは前記放射角検知ユニットによって算出された放射角の角度依存性誤差を表し、前記角度依存性誤差は装置固有の誤差要因を有するステップ（Ｓ１６）と、
    前記角度（φ）を、前記指向性ロータ（３）から放射された光線（９２）の算出された前記放射角（α_１，α_２）、記憶された前記較正パラメータ、及び、記憶された誤差モデル（ｆ（α））の関数として求めるステップ（Ｓ２５）とを含むことを特徴とする方法。
18. 角度（φ_ｒｅｆ）を成す２つの平面（３２、３３）を有する較正角度片（３１）を準備するステップ（Ｓ１１）と、
    前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）を、前記較正角度片（３１）の２つの平面（１、２）の間の角度（φ_ｒｅｆ）の頂点軸（５）に対して軸平行に配置するステップ（Ｓ１２）と、
    少なくとも前記送信機（１０）、前記指向性ロータ（３）、及び、前記受信機（１１）を備える構成を、前記指向性ロータ（３）の回転軸（４）を中心に複数の揺動位置（−β、０°、＋β）の間で揺動させるステップ（Ｓ１３）と、
    各前記揺動位置（−β、０°、＋β）において、前記較正角度片（３１）の前記平面（３１、３２）の間の角度（φ_ｒｅｆ）を測定するステップ（Ｓ１４）と、
    前記較正パラメータ、及び／又は、前記誤差モデル（ｆ（α））を、各前記揺動位置（−β、０°、＋β）における前記較正角度片（３１）の前記平面（３１、３２）の間の角度（φ_ｒｅｆ）の測定値の偏差が、互いに低減又は最小化されるように求めるステップ（Ｓ１５）とをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。

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