JPH01119703A - 光学的測定器械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本出願は、１９８７年９月１８日付きの米国特工γ出願
第０９８．５１０号「光プローブ」の継続出願を基礎と
するものである。

本発明は、測定器械に関し、特に、パイプの中心線の位
置を測定する技術に関する。

〔従来の技術］ ｆｌｏｗｅｒ　Ｌ、　Ｅａｔｏｎの米国特許下３．９４
４．７９８号には、最外側のアームの自由端にＶ字形の
ワークヘッド、即ち、プローブを支持する５軸の関節式
アームを利用して、パイプの中心線の位置及び方向を測
定する方法及び装置が開示されている。このプローブは
、多数の様々な位置及び方向に動（ことにより、測定し
ようとするパイプに接触することが出来る。−船釣に、
曲り管を測定し、及び、パイプを曲げるためには、パイ
プの直線状部分の長と、即ち、曲げ部分間の距１！１Ｉ
（ＤＩ３Ｂ）　、曲げ角度、即ち、曲り度（ＤＯＢ）　
、及び曲げ角度面、即ち、曲げ面（１）　ＯＩ３　）等
といった各種のパラメータを知盃ことが重要である。パ
イプの直線状部分の中心線に沿ってベクトルを位置決め
することにより、必要とするパラメータを容易に計算す
ることが出来る。このように、曲げ管及びその幾多の曲
り部分を決定するのに必要な情報又はデータを得るため
には、パイプのそれぞれの直線状部分の中心線の位置及
び方向に関するデータを入手するだけでよい。こうした
ベクトルの位置及び方向け、各ベクトル」−の２つノ点
を測定することにより、ベクトルを画成するか、又は、
Ｖ字形のワークヘッドとパイプの外側の一箇所だけが接
触することにより、ベクトルの方向を測定することが出
来る、米国特許下３．９４４．７９８号の測定器械を使
用するがして、求めることが出来る。

［発明が解決しようとする課８］ 上記米国特許下３．９イイ、７ｇ８号のパイプの接触プ
ローブ、即ち、ワークヘッドは、全ての要素が、パイプ
の外面と電気的に接触し、パイプの中心線がワークヘッ
ドに対して希望の相対位置及び方向を達成したことを示
し得るように位置決めされた４つの接触要素を備えてい
る。これら全ての電気的接触要素が、パイプに接触しな
ければならないから、適正な接触、さらに、ワークヘッ
ドの適正な方向を実現するためには、かなりの操作を必
要とする場合がある。このため、完全なパイプ曲げを実
現するのに必要なデータを得るための多数の測定を迅速
に行うことが出来なくなる。

上記ＥａＬｏｎの米国特許による接触プローブに伴うも
う１つの問題点は、プローブと細く可撓なパイプが接触
しなければならないことから、パイプが変形し、その結
果、パイプの中心線の位置又はその方向の何れか一方の
測定値に誤差が生じることである。このため、極めて小
径で、細く、しかも、幾分可撓性のあるパイプを測定す
る場合には、従来技術による接触プローブをかなり遅い
ペースにて、しかも相当慎■に使用し、必要な接触によ
りパイプが変形したり又、読取り値に誤差が生じないよ
うにしなければならない。

かくして、本発明は、上記問題点を解決し、又は、軽減
し得る、パイプの測定プローブを提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の好適な実施例によれば、ワークヘッドは、重な
り合う視界を有する光検出要素を相互に１７１隔を隔て
て配設した第１光検出要素アレー及び第２光検出２！！
索アレーと、上記光検出要素アレーから間隔を隔てて配
設され、視界の少なくとも共通部分を渡って伸長し、上
記両方の光検出要素アレーを照射する光源とを備えてい
る。上記両方の光検出要素アレーは、その位置を測定し
ようとするパイプのような遮蔽物が重なり合った視界内
に存在することにより、その視界の一部が遮蔽される。

これら光検出要素アレーに応答し、視界に対する遮蔽物
の位置、従って、ワークヘッドに対して一定の関係を持
たせた基準系内における、ワークヘッドに対する位置を
集合的に画成する、１組みの信号を発生させる手段が設
けられている。特別の実施例において、このワークヘッ
ドは、Ｕ字形のスロット又は窓を有し、幾分Ｕ字形を備
えている。このスロット又は窓は、ワークヘッドの脚部
１間の光検出領域を通り、Ｕ字形ヘッドの各端部に向け
られた光を受け取り得るように取り付けられた第１及び
第２光検出要素アレーに向けて、光を投影する。−り記
脚部間の光検出領域内に位置決めされたパイプは、２つ
の光検出要素アレーの視界の位置を遮蔽する。このよう
にして、この視界の遮蔽部分の位置が、ワークヘッドの
光検出領域内におけるパイプの位置となる。

［実施例コ 本発明の方法及び装置は、各種の組立体内に使用される
部品及び装置を位置決めするために必要な、各種型式の
対象物の位置を測定する［１的に適ｎｌすることが出来
る。デジタル作動型式の曲げ機械を制御する目的のため
に、曲げ管見率を測定し、又、完了した曲げ工程の精度
を判断するＬＩ的のため、完成品パイプの測定を行うこ
とも可能である。

本発明の特に重要な適用分野は、その後見本に適合する
ように管を曲げるためのデータを入手し、又はそのデー
タを修正する目的にて、曲げ管見率を測定する分野であ
る。ここで説明する光プローブは、線形、回転動作又は
線形と回転動作を組み合わせた型式であるかどうかを問
わず、様々な型式の測定器械に適用することが出来るが
、ここでは、単に一例として、米国特許第３．９４４．
７９８号に記載された型式の５軸の測定器械に適用する
場合について説明する。

第１図を参照すると、曲げ管見率１０が、１対のクラン
プ１４．１６により支持体又はワークテーブル１２に固
定状態に取り付けられている。これらクランプ１４．１
６は、ワークテーブル１２」−の希望する任意の箇所に
脱着可能ではあるが、しかし、強固に固着されている。

このようにて、曲げ管１０は、多数の位置又は方向の内
、０意のものを選んで、ワークテーブルＩ２に強固に取
り付けることが出来る。検査及び製造等、多数の［１的
のため、ワークテーブルｌＯの重要なパラメータを測定
することが必要とされる。これらのパラメータには、容
管の直線状部分（曲がり部分間の距離）、隣接する直線
状部分間の角度（曲げ程度）、名曲がり面（曲がり面）
及び管の端部から端部までの全長がある。゛これらパラ
メータは、反り及びその他のファクタを修正しｈ後、例
えば、米国特許第４．０８３．０４１号、同第４．２０
１．０７３号及び同４．４９５゜７８８号に記載された
ような自動管曲げ機械に対する命令を計算する目的に利
用するか、又は、製造装置の精度をチエツクするため、
コンビエータに入力することが出来る。

本発明のノλ本、的考えによると、こうした計算及び測
定に関する情報は、各種の図面に図示された光プローブ
を担持する、第１図に示した５軸の測定器械を使用する
ことにより、測定器械とパイプ同士が接触することなく
、正確、迅速、かつ簡Ｉ１１に入手することが可能とな
る。光学的ワークヘッドがｌＩＩＩＭなる点を除き、第
１図に示した測定器械は、米国特許第３．９４４．７９
８号に記載された器械とＦｉｉｌ　−にすることが出来
る。

第１図の測定器械は、第１軸Ａを中心として回転可能な
ように、テーブル１２の上に取り付けられた第１リンク
２０を備えている。第２リンク２２は、上記第１軸Δに
対して直角の第２軸Ｂを中心として回転可能なように、
第１リンク２０に枢動可能なように接続されている。第
３リンク２／１は、第３軸Ｃを中心として回転可能なよ
うに、第２リンク２２に枢着されている。第４リンク２
６は、第３軸Ｃに対して直角で、かつ第３リンク２４の
軸と・・致する第４軸りを中心として回転可能なように
、第３リンク２４内に回転可能なように取り付けられて
いる。第４リンク２Ｇは、ｉ／ｌ！Ｉ！ＩＤに対してＩ
ｒｉ：直な第５軸Ｅを中心として回転可能なように、第
５リンク２８を担持している。これら第２、第３及び第
５リンクの各々は、その隣接するリンクに対して概ね３
６００回転する。第１リンク２０は、支持テーブル１２
に対して完全に３６０°回転することが出来、第４リン
クも又、第３リンクに対して完全に３６００回転するこ
とが出来る。これにより、比較的小さい寸法の測定器械
を使用して、著しく大きい寸法の対象物の測定を行うこ
とが出来る。

軸Δ１−の角！交エンコーダ２２！３．２／ＩＣ，２／
ＩＤ、２８１ζ及び第５エンコーダ（図示せず）は、そ
れぞれの５つの軸［３，Ｃ，Ｄ、Ｅ及びへの内、１つの
軸上にて関節式アームに取り付られており、それぞれの
軸を中心とする、アームの幾つかのリンクの角度位置を
示すエンコーダ信号を発生させる。

光学的ワークヘッド３０が、第５リンク２８により、こ
の第５リンクに対して一定の方向に担持されている。第
２図に示すように、このワークヘッド３０は、本体部分
３２及びカバ一部分３４を有する、略Ｕ字形のハウジン
グから成っている。本体部分は、相互に間隔を隔てて配
設された第１脚部分３８及び第２脚部分４０に、取り付
はカラー４２により、接続された湾曲部分３６から形成
されている。この取り付カラー４２は、本体部分に固定
されて、ワークヘッドを第５リンク２８に固定状態に接
続する。

全体として、ここに記載した光プローブは、発光部分と
、この発光部分から間隔を隔てて配設されて、該発光部
分との間に測定せんとするパイプを受け入れ得るように
した検出領域を画成する、光を受け取る部分とで形成さ
れたワークヘッドを有している。この検出領域を渡って
、発光１１１−分の方向に向け、相互に重なり合う視界
を有する第１及び第２光センサが、受光部分上に相互に
間隔を隔てて配設されている。光源が、発光部分に取り
付けられており、検出領域を渡って、受光部分に向け、
光を投影する。特に、各光センサは、発光源からの光を
受け取るための光検出ダイオードの線形アレーを備えて
おり、これら線形アレーは、その・部が、光検出領域内
に位置決めされたパイプにより、遮蔽されるように配設
されている。これら光検出ダイオードの線形アレーを走
合し、遮蔽されたアレ一部分の位置を示す信号を発生さ
せる丁９段が設けられている。

第３図、第４図及び第５図に示すように、パイプ３０の
本体部分は、直立Ｕ字形の外周壁５２及び直立の幾分Ｕ
字形の内周壁５４を有する、・（ｉ川な外側背板５０を
備えている。直立Ｕ字形の中間壁５６が、内壁５４の内
方向に間隔を隔てて配設されている。この中間壁５Ｇは
、内壁５４を中心として、かつこの内壁５４と平行に、
しかし、この内壁５４から間隔を隔てて伸長する背板５
０に固定されており、１１ｉ球の取り付は部分を提供し
てそいる。小径の多数の細長い白熱電球６２が、中間壁
５６と内壁５４との間にて上記中間壁５６と内壁５４と
に固着されている。同様の群の白熱電球が、背板５０に
取り付けられている。明色に青色された、光の拡散反射
材１１片６０（第３図及び第４図）が、直立の中間壁５
６に固着され、かつこの中間壁５６に全長に亙り、その
ｌ端から他端まで２列の白熱電球の間に伸長している。

プローブの自由端に最寄りの内壁５４及び中間壁５６の
前端は、プローブの各脚部にて、一体のレンズ取付壁６
４．６５により相互に接続されている。これらレンズ取
付！！＋ｔ６４．６５には、各々、その内側部分に、レ
ンズ６８．６９を担持する円筒状のレンズキャリヤ６６
．６７が取り付けられている。

レンズ取り付は壁６４は、内壁５２及び外壁５４と協働
する。これら内壁５２と外壁５４は、ノ＼ウジング本体
部分の脚の自由端７０．７２にて合流し、センサアレー
区画室７４．７６を形成する。

これら区画室７４．７６内においては、光検出ダイオー
ドの線形アレーから成る光センサアレー７８．８０が取
り付けられている。各センサは、例えば、イー・ジー・
アンドジー〇レテイコンモデル（ＩシＧ＆Ｇ　ＲｃＬｉ
ｃｏｎ　ＭＵ（１０１）　Ｒ１，０５１２（ｉ　Ｉ　Ｘ
　５１２光検出ダイオードを相互に近接させて取り付け
、全長が約１．２５ｃ＋＋（０゜５インチ）となるよう
にした、標準的な装置とする。６レンズは、受け取った
光をダイオードの関係するアレーに集光させる従来型式
のものとする。

ハウジングカバー３４は、基本的に、カバーを本体に取
り付けるための締結具を受け入れる開［１部を有する概
ねＵ字形の１１坦な板９０である。この１４　）ｉ、ｌ
な板９０は、さらに、この・μ坦な仮９０から直立する
概ねＵ字形の連続壁９２も有している。

この連続壁９２は、ハウジング本体の１つの脚部におけ
るセンサアレー区画室に隣接するカバー板壁の１端部分
９４から、ハウジング部分の他方の脚部の端部に隣接す
る壁９２の他端における第２端９６まで伸長している。

カバー板３４が、本体部分３２に取り付け、かつ固着さ
れていると共に、さらに、プローブのハウジングには、
概ねＵ字形の連続するスロット又は窓１００　（第２図
及び第４図）が形成されており、このスロット又は窓１
ＯＯは、１つのハウジング脚の端部から、ハウジングの
湾曲部分を渡って、他方のハウジング脚部の端部に隣接
する部分まで下方に連続的に伸長している。

スロツ２００は、角度部分１０１のそれぞれノセンサ区
画室に隣接する、ハウジングの各端に端末がある。この
角度部分ｌｏｔを介し°Ｃ，レンズは、それぞれの視界
から光を受け取る。第４図から、明らかなように、スロ
ットｌＯＯは、反射片６０の中心線の面内に位置決めさ
れている。この反射片６０は、ハウジングの本体部分の
２列の電球の位相間に位置決めされ、かつこれらの位置
から変位させである。

適当な締結具により、ハウジングカバーは、ハウジング
本体に固定されており、第２図及び第４図の組み立てた
プローブを提供する一方、光検出要素の１対の線形アレ
ーと、及び広い幅にて投影され、プローブの共通の略対
称面内を、又は、該対称面に近接して伸長するビームを
有し、対向する線形の光源とを備える〔１己収容型の光
学的測定装置１ｖ？が設けられている。プローブのこの
夕・Ｊ称軸は、プローブハウジングを２等分すると共に
、カバー板９０及びハウジング本体５ｏの大部分のｌ’
　）Ｅｌ　ｉ’ｒ＋７に対して、１既ね゛［シ行に伸長
する面である。カバー本体９２のハウジング部分の壁５
４は、電球がら直接照ＱＪされる光から、ダイオードア
レーを遮蔽し、２つのダイオードアレーの視界を渡って
拡散され、より均一に分散された広い幅の光ビートを確
保する。

本体部分とカバー１１ｒＪのハウジングの本体部分３２
内には、ダイオードアレーを走査し、その（＋Ｉｆを読
み取る人力刻時回路、及び出力を調整し、かつ整形する
回路を備える電気回路（図示せず）が設４けられている
。

第６図は」−述したプローブの作用を説明するのにイｆ
用な配設形態を示す略図である。７８．８０で示した線
形アレーは、相互に一定の距離を置いた位置にある一方
、プローブに対して一定の関係を持たせたＸ、Ｙ基準系
のＹ軸に沿って、又は、このＹ軸と平行に伸長する線に
より接続されている。ノλ準系のＸ軸は、アレーの中心
線間のＹ軸に沿って伸長する線の垂直二等分線と考える
ことが出来る。各ダイオードアレーは、それぞれのレン
ズを介して、１つの光軸１１０．１１２に沿って中心法
めされた視界を備えている。好適な実施例において、光
軸１１０．１１２は、約ｇｏ’の傾斜１ｒ＋　＋（ｔに
て、点＋１４において交差する。アレー７８．８０の名
視界は、それぞれその先軸−Ｌにて、約４５°の角度に
中心法めされている。線形アレーの挟角及びその先軸と
視界の関係は、２つの視界の重なり合う程度が最大とな
るように選択する。

第６メ１には、幾分、Ｑ５蹄形の線形の光源が図示され
ており、馬蹄形の拡散光１！１ｊ１２０が、ハウジング
のスロット１００から放射されて、それぞれのダイオー
ドアレー７８．８０に向けて照射されている。線形の光
源１２０は、ダイオードアレーから間隔を隔てて固定状
態に配設されており、ワークヘッドの光放出部分とその
受光部分との間に光検出領域を画成する。

第６図には、さらに、脚部間にてプローブを通りて伸長
するパイプの一部又はロッド１０が図示されている。パ
イプ１０の中心線とアレー７８の中心間の線は、アレー
７８の視界の光軸１１０に対し°Ｃ角度Ａ１にて伸長し
ている。パイプの中心線とアレー８０の中心間の線は、
このＩＬ′Ｃ線状のアレーの視界の光軸に対して角度Ａ
２にて伸長している。これら角度Ａ１、Δ２及びレンズ
の中心間の線の長さを知ることにより、Ｘ、Ｙ座標系に
おけるＹ軸に対するレンズの位置、ダイオードアレーの
位置、及びワークヘッドに体して一定の関係にあるパイ
プｌＯの中心線の位置を、容易に計算することが出来る
。

効果的に線形の光Ｋｉ　１２０の像は、それぞれのレン
ズにより各アレー７８．８０の全要素上に投影される。

測定されるパイプの／ｆ在により遮蔽される要素を除い
て、全てのアレー要素が光を受け取る。これは、レンズ
により、光検出ダイオードのアレー１２２．１２４上に
投影される像を略図的に図示する第６ａ図に示されてい
る。要素１２６．１２８の群は、それぞれ、光源の像の
暗部にて１！、蔽されている。遮蔽された群の中心線は
、アレー１２２．１２／ｌのそれぞれの中心線から距離
１３０．１３２の位置にある。遮蔽部分の中心線とアレ
ーの中心線間の距離１２８．１３２は、角度Δｌ及びＡ
２に対して比例的に配向させである。

このため、光検出ダイオードの個々の信号を逐字的に読
み取る従来の走査技術により、遮蔽されたアレー要素ｌ
：￥の中心の位置を、容易に判断し、このデータを用い
て、座標系Ｘ、Ｙにおけるパイプ１０の中心線の位置を
計算することが可能となる。

第７図には、全体として、上述のプローブに関係する電
子素子を示す作用ブロック図が図示されている。それぞ
れのアレー７８．８０の各ダイオドから発せられた信号
は、走査制御回路１４０からの時計信号の制御により、
１つずつ、逐字的に読み取られ、信号調整増幅器１４２
．１４４を介して、しきい値検出器１４６．１４８に送
られる。

このようにして、しきい値検出器１４６．１４８は、第
８ａ図及び第８ｂ図に示すような一連の等間隔のパルス
を発生させる。これら一連のパルスの谷々は、それぞれ
、遮蔽パイプが存在することに起因する、ギャップ１５
０．１５６のようなギャップを備えている。像の暗部に
位置決めされたこれらダイオードアレーからの出力信号
は、極めて微弱であるため、しきい値検出器を通ること
が出来ない。このため、像の遮蔽部分に直接相当する位
置にパルスが存在しない、パルス列が提供される。しき
い値検出器１４６．１４８からのパルス列は、全体とし
て、１６０で示したコンピュータに送られる。このコン
ピュータは、第７図にて、集合的に１６２で示した幾つ
かのエンコーダから角度情報を受け取る。これらエンコ
ーダは、第１図の関節式アームに取り付けられて、それ
ぞれ１、軸Δ、Ｂ％Ｃ，Ｄ及びＥを中心とする関節式ア
ームの個々の要素、又は、リンクの回転を示す出力信号
を提供する。エンコーダからの角度位置の情報は、ダイ
オードアレーからのパルス列と共に、利用して、ワーク
テーブル１２に対し一定の関係を持たせた座標系Ｘ’、
Ｙ’、Ｚ’　（第１図）に対する遮蔽パイプＩＯの中心
線の位置を計算することが出来る。コンピュータ１６０
の出力は、適当なデイスプレィ、利用装置又は記録装置
に送り、曲げ制御プログラムを作成するか、又は修正し
、若しくは、単に、測定結果を記録するために利用する
ことが出来る。５つの角度の読取り値に基づいた計算は
、米国特許筒３．９４４．７９８号に記載されている。

走査制御装置１４０．調整増幅器＋４２．１４４及びし
きい値検出器１４６、＋４８を備える、第７図に機能が
図示された回路の一部は、図示しない適当な制御回路と
共に、板５０上にてプローブハウジング内に取り付け、
コンピュータに信号を提供することが出来る。これらの
信号は、幾多のリンク２０．２２．２４．２６及び２８
の関節角度を示す信号と共に、ワークテーブル上の選択
された座標系に対するパイプの中心線上における点の位
置を集合的に画成する。７１球及びセンサ走査回路に対
する電気、及びセンサアレー及び調整回路からの信号は
、プローブ本体から伸長する多心ケーブル（図示せず）
を介して、プローブハウジング内部に伝送され、かつこ
のハウジング内側から受信する。

１対の垂直円筒状のロッド１６８が、プローブ較正支持
体１７０に隣接した既知の位置にてワークテーブル１２
（第１図）に固定されており、さらに、プローブの読み
取り値を較正するため、ワークテーブルにも固定されて
いる。

プローブの使用時、先ず、ワークテーブルを動かして、
較正ロッド１６８をプローブの光検出領域内に位置決め
する。このプローブの光検出領域は、概ね円形の領域で
あり、その直径は、ハウジングの湾曲部分と等しく、又
は、概ね等しく、その外周がプローブのハウジング部分
の内面に隣接して位置決めされている。換言すれば、プ
ローブの湾曲部分が円弧状であると仮定したならば、プ
ローブの光検出領域は、短い、直角の円筒状円弧であり
、外周の一部が、Ｕ字形のプローブの湾曲部分の円形面
と一致する、円形断面をａし、かつプローブの対称面に
対して直角の軸を有している。

測定せんとするパイプは、この光検出領域内のｆ［意の
位置に位置決めすることが出来る。この先検出領域の「
［意の位置に位置決めされた管は、両方のセンサアレー
の視界の像の一部を遮蔽し、これにより、角度ＡＩ及び
Ａ２は、プローブの光検出領域の任意の位置に位置決め
されたパイプの測定を行うことが出来る。

測定された角度式１、Ａ２と、基準ロッド１７０間の関
係を調節することにより、プローブの較正を行ったなら
ば、プローブは、クランプ！４．１６によりワークテー
ブルにクランプ止めされたパイプの自由端に向けて動か
す。プローブは、パイプ１０の直線状部分Ｓ１のような
第！直線状部分が、プローブの光検出領域を通って伸長
するプローブの対称面と交差する。プローブ本体のボタ
ン１７２により操作可能な手動スイッチ（図示せず）を
押すと、アレーの走査が開始されて、遮蔽されるアレ一
部分の位置を画成するパルスを読み取り、これと同時に
、エンコーダからの角度位置の信号−を読み取る。各種
の角度エンコーダからの信号は、ワークテーブルに固定
されたノ、ｃ準座標系におけるワークテーブルに対する
プローブの位置を集合的に画１戊する。プローブ走査回
路からの信号は、中心線」−における点のプローブに対
する位置を画成する。読み取りは、直線状部分Ｓｌに沿
った２つの間隔を陥てた点の上に位置決めされたプロー
ブにより開始されて、直線状部分Ｓｌの中心線上におけ
る各２つの点の三次元の座標ＸＳＹ。

２を画成し、中心線のベクトルを集合的に画成する電気
信ジノを発生させる。次いで、プローブは、動かして、
第２直線状部分Ｓ２の２つの別の部分をプローブの光検
出領域を絆で伸長させ、これら２つの各点において、プ
ローブアレーの遮蔽部分及びリンクの角度位置の測定が
行われる。この手順は、直線状部分Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、
Ｓ６及びＳ７の各々にて２回測定して行ない、全ての直
線状部分の中心線を測定し、希望する座標系におけるか
かる中心線のベクトルを計算する。

プローブのいかなる部分も測定せんとするパイプ部分に
接触する必要のないこの非接触型の光プローブは、又、
広い範囲の相対的位置及び方向に亙って、プローブ又は
プローブの対称面に対するパイプの特別な位置決め又は
方向付けを必要としない。勿論、プローブは、測定せん
とするパイプを跨ぎ得るように、おおよその方向を設定
しなければならない。このようにして、パイプ１０は、
プローブの光検出領域内の任意の箇所に位置決めするこ
とが出来る。かかる位置は、パイプが両方のダイオード
要素のアレーの一部を遮蔽、シ得るような位置でなけれ
ばならない。さらに、この光検出領域の面積が最大とな
り、よって、脚部の端部の内方向の、その脚部間のプロ
ーブ内の略任意の点に測定せんとするパイプを位置決め
しても、測定を行い得るように、光源の広がり及びアレ
ーの視界を設定しなければならない。さらに、測定せん
とするパイプの直線状部分の中心線の方向け、対称面（
両方のハウジング部分５０．９０に対して平行であり、
かつ両ハウジング部分間にある）に対して垂直にする必
要はない。パイプが、視界１７）軸１１０．　１１２及
びプローブのスロット１００を通って投影される線形光
源の軸を包含する共通面を貫通する限り、パイプの中心
線は、かかる而に対しておおむね任意の角度にて伸長さ
せることが出来る。

上記構造のプローブにおいて、アレーの中心線間の距離
は、約８．１３ｃｍ　（３，２インチ）とし、アレーの
中心線とその先軸の交点間の線からの距離は、約５．８
４ｃｍ　（２，３インチ）とする。直径約６．３５ｃｍ
　（２゜５インチ）の光検出領域をイｆする、これら全
体的寸法のプローブは、直径０．３２ｃｍ　（＋／８イ
ンチ）から最大６．３５ｃ＋＊　（２，５インチ）のパ
イプを測定するのにイｆ用である。これより大きい径の
パイプを測定するためには、より大きい径のプローブが
必要とされるであろう。

１−記ブローブは、各ダイオードアレーに対して、焦点
距１１１０ｍのレンズを使用する。レンズの焦点距離は
、アレーとプローブの光検出領域内における遮蔽パイプ
間の光路の長さにより制限される。

より長い焦点距離を有する改良された光学素子を仲夏１
１することにより、その視界の端縁にて誤Ｚ−の少ない
光学系を得るため、測定せんとするパイプと光検出的な
ダイオードアレー間の光路の長さは、第９図に示す方法
にて、著しく延長させることが出来る。第９図に示すよ
うに、プローブの光検出領域内にある、パイプ１０’の
ような、対象物とダイオードアレー７８’、８０’間に
重なり合った光路が形成され得るように、光学素子が設
けられＣいる。これらダイオードアレー７８’、８０’
は、この場合、脚の端部から距離をおいて、プローブの
脚に取り付けられている。脚の端部には、線形の光源１
２０’（これは、第１図乃至第８図に示した実施例と同
一）からそれぞれのダイオードアレー７８′、８０′ま
で光を反射させるミラー１７０゜１７２が取り付けられ
ている。この構成において、レンズ６８’、６９’のよ
うなより焦点距離の長い、改ｒ４されたレンズは、この
構成にて形成されたより長い光路内にて、ミラーとダイ
オードアレー間で、ハウジングに取り付けることが出来
る。焦点距離が長ければ、アレーの長さに亙る直線性が
向」−シ、アレーの端部におけるデイスト−シコンが少
なくなり、さらに、視界が広くなる。

第９図に示した重なり合った光路を有する機構の実施例
が、第１Ｏ図、第１１図及び第１２図に図示されている
。第１０図に示した宙なり合った光路のプローブは、概
ねＵ字形であり、本体部分２３２及びカバ一部分２３４
を備えている。これら本体部分２３２及びカバ一部分２
３４は、概ね長方形の後部分又は湾曲部分２３６により
、最後方部分にて相互に接続された脚部分２３８．２４
０が形成されている。第１０図及び第１２図から明らか
なように、この湾曲部分は、プローブの脚より深く、脚
の面よりも外方向に伸長し、プローブが作用するのに必
要な電子回路を収容するための内側スペースを増大させ
る。取り付はカラー２４２が、湾曲部分に固定されてお
り、第１図乃至第４図のプローブに関して」−述したよ
うに、プローブ本体を関節式アームのリンク機構に接続
する。

プローブの脚は、底板２４４及び直立の外壁２４７．２
４８を備えている。これら外壁２４７．２４８は、反射
ミラー２６２．２６４を取り付ける傾斜面２５４．２６
０を有する、ｉＥ面壁部分２５０．２５２に端末がある
。

各脚部分は、カバー２３／Ｉの脚２７４のような内方向
に伸長する脚から横方向に間隔を隔てて配設された比較
的高さの低い直立の内壁２７０．２７２を備えている。

脚２７４は、壁２７０の方向に伸長しているが、この壁
２７０から間隔を隔てた位置にあり、各プローブの脚の
長さの内側にあり、かつその長さの大部分に亙って伸長
する、細長い、長方形の大きい受光窓２７６を提供する
。

レンズハウジング２８０．２８２は、脚部分の１１１１
端と後端の中間にて、本体部分の脚部分に固定されてお
り、１】４１節可能なねじ取付け！１．２８８．２９０
により、レンズ２８４．２８６を担持している。センサ
本体２９２．２９４は、長方形の湾曲部分２３６の内側
に固定されたてｕ子板２９６に担持されている。これら
センサ本体は、レンズ２８４．２８６の光軸と整合状態
に中心に位置決めされ、脚部分の自由端の軽斜面２５４
．２６０に固定されたミラー２６２．２６４から、レン
ズを経て反射された光を受け取るダイオードの線形アレ
ー３００，３０２を備えティる。カバー２３４は、湾曲
部分まで伸長し、次いで、接続部分３１２を杆で、カバ
ーの後部分３１４まで外方向に伸長する平坦な中間部分
３１０を備えている。このカバーは、湾曲部分に沿って
後方向に伸長し、湾曲部分の内側を閉じている。

このカバー２３４は、ねじ、又はボルト３０４のような
、適当な任意の手段により、本体部分に固定される。

直立の略Ｕ字形の内壁３１６が、プローブ本体の湾曲部
分の中間部分に沿って、さらに、脚の内側の後部分に沿
って伸長している。このＵ字形の内壁３１６は、湾曲部
分の内側の電子素子室３０６と、その前方部分に形成さ
れ、脚の最後方部分、間に位置決めされた光源室３２２
とを分離させている。半透明の拡散板３２０が、この光
源室の＋ｉｉｆ方部分を閉じている。この光源室は、カ
バー板と、Ｕ字形の内壁３１６と、ハウジング部分の背
板２４４と、及び拡散板自体の間に画成されている。

拡散板の湾曲部分の周囲の湾曲路内に配設された複数の
白熱電球３２６が、この光源室３２２的に取り付けられ
ている。

内壁３１６の前端３１５．３１７が、３１８．３１９に
て示すように、湾曲して、内方向及び後方向に伸長し、
拡散板の前端３２１．３２３を固定状態に取り付けるた
めの支持体を形成する。

第１０図、第１１図及び第１２図に示した構成は、極め
て長い光路を有するコンパクトなプローブを提供する。

この光路は、ミラー２６２．２６４により、重なり合わ
されて、焦点距離の長いレンズを使用することが可能と
なり、これに件う利点が得られる。第１Ｏ図乃至第１２
図に示したプローブは、上述したプローブと同一の方法
にて使用する。

特別の実施例において、プローブの寸法は次ぎのように
する。脚の自由端の内面間の距離は、５゜７２ｃｍ　（
２−１７４インチ）とし、拡散板３２０の湾曲した中間
部分に対する接線に、ミラー２６２．２６４を接続させ
る線からの距離は、約５．４ｃ＋＊　（２−１７８イン
チ）とする。扇形のダイオードアレー３００．３０２は
、相互に整合させて、同一の位相内にあるようにする。

これらは、第１０図乃至第１２図に示したプローブヘッ
ド内にて、中心線間の距離が、約７．６２ｃｍ（３イン
チ）となるように間隔を隔てて配設する。このプローブ
ヘッドは、拡散板３２０の中心部分と一致する部分を備
える円に対して略同心状の円形部分である光検出領域を
提供する。上記寸法のプローブにおいて、この光検出領
域の直径は、約２．８６ｃｍ　（１−１／８インチ）と
することが出来る。この構成は、次ぎのようにする。

灯室３２２の光源から、線３４０．３４２で示した幅を
有する幅の広い光ビームをミラー２６２で受け取り、こ
の光をレンズ２８４を介して、反射させ、ダイオードア
レー３００」−に集光し得るような、構成とする。同様
にして、光源から　ミラー２６４により、ｆ１１３４８
．３５０により示した幅の広い光ビームを受け取り、か
つレンズ２９８を介して、反射させる。このレンズ２９
８は、ビームをダイオードアレー３０２の面上に集光さ
せる。これら幅の広いビームは、脚部分の比較的大きい
窓２７６により、受け取られる。各窓は、概ね、脚部分
の自由端から、脚部分の長さの大部分に亙って伸長して
いる。この拡大した受光窓により、大きい光検出領域を
採用することが出来、又、光路の長さを長くすることが
可能となる。直径が約２．８６ＣＩ＋　（１−１／８イ
ンチ）の光検出領域を有する上記全体寸法のプローブは
、直径約０．１３ｃｍ　（０，０５インチ）から最大約
２．５Ｃ■（１インチ）のパイプを測定するのに有効で
ある。

必要、又は９１ましいと考えられる場合には、ここに開
示されたプローブの光検出領域内にて、ノでイブの中心
線をより正確に位置決めし得るように、第３、第４又は
それ以上のダイオードアレー（図示せず）のような追加
的なセンサアレーを適宜取り付け、パイプの中心線の概
ね冗長位置計算を行うことが出来る。このようにして、
例えば、３つのセンサアレーを利用するならば、１つの
アレーを残り２つのアレーと組みにし、２組みの冗長計
算を行うことが出来る。４つのダイオードアレーを使用
するならば、１つの各ダイオードアレーを残り３つのア
レーそれぞれと組みにし、合計６つの測定を行うことが
出来る。これら６つの測定は、相互に独立的に行い、そ
の平均値を出して、より正確な最終の測定値を得ること
が出来る。

ここでは、Ｕ字形のプローブが開示され、上記発明の好
適な実施例に説明されているが、他の形状のプローブを
採用し、自己収容型のプローブを提供することが出来る
。このプローブは、プローブに取り付けられ、間に測定
せんとする遮蔽パイプを位置決めすることの出来る、光
検出領域を画成する相互に角度を成す２つのダイオード
アレーの視界と交差する幅の広い光ビームを提供する光
源を内蔵している。

上記構成において、ダイオードアレーは、プローブに取
り付けられた光源の方向に内方向を向いている。又、ダ
イオードアレーは、プローブに取り付け、より遠方で、
幅が広く、しかもより広範囲の光源に向けてプローブか
ら外方向を向くようにすることも出来る。この光源は、
ワークテーブルに対して一定の関係を持たせて固定状態
に取り付けるか、又は、プローブ以外の構造体に取り付
けることが出来る。かかる光源は、測定せんとするパイ
プを経て、プローブの光検出アレーに幅の広いビームを
送る。プローブアレーは、光源と対向する、測定せんと
するパイプの側に位置決めし、パイプが、上述の両ダイ
オードアレーの部分を遮蔽し得るようにする。

添付図面に図示するように、両方のダイオードアレーを
照射し得るように位置決めされた自己収容型の光源のｌ
ｒ［要な利点は、プローブを操作する方法いかん、その
位置又は方向に関係なく、光源が、常時、双方のダイオ
ードアレーを照射することが出来る点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の）１（本的考えに従って構成された５
軸の測定器械の斜視図、第２図は第１図の測定器械のワ
ークヘッド又は、光プローブの斜視図、第３図はワーク
ヘッドの断面図、第４図は第３図のワークヘッドの断面
図、第５図はプローブ本体から変位させたカバー板を示
す、ワークヘッドの分解図、第６図は、第２図のプロー
ブの作用を理解するのに有用な配設形態の図、第６ａ図
及び第６ｂ図はダイオードアレーの遮蔽状態を示す図、
第７図はセンサアレーの読み取り状態を示す、ブロック
線図、第８ａ図及び第８ｂ図はセンサアレーを走査する
ことにより得られるパルス列の図、第９図は重なり合う
光路を提供し得る、ワークヘッドの構造及び配設の変形
例を示す略図、第１０図は第９図の考えを取り入れたプ
ローブの構造の因解図、第１１図はカバーを取り外した
、第１Ｏ図のＩｎなり合った光路プローブのさらに詳細
を示す側面図、及び第１２図は第１１図の線１２−１２
に沿った断面図である。 ｌＯ：曲げ管見本（パイプ） １２：ワークテーブル １４．１６：クランプ ２０．２２．２４．２６．２８：第１乃至第５リンク ２２Ｂ、２４Ｃ，２４ｒ）、２８Ｅ　：角１文エンコー
ダ ３０：ワークヘッド　　３２：本体部分３４：カバ一部
分　　３６：湾曲部分 ３８．４０：脚部　　４２：取り付はカラー５０：　（
パイプ）外側背板　　５２：外周壁５４二内周壁　　　
　　５６：中間壁 ６０；光拡散材料片　６２：白熱電球 ６４．６５：レンズ取付壁 ６６．６７：レンズキャリヤ ７０．７２：自由端 ７４．７６：センサアレー区画室 ７８．８０：光センサ　　９０：カバー板９２：連続ト
１□ｑ　　　　１００ニスロツト（窓）ｌＯｌ：角度部
分 （外　４名） 二＝の浄書（内容に変更な−） 、弓ｅ−，ｌｌａ。 」ざｄ 手続補正書 １．１１件の表示 昭和６３年特許願第２３４６８８号 ２８発明の名称 光学的測定器械 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　イートン・レオナード・チクノロシーズ・イ
ンコーホレーテッド ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新人手
町ビル　２０６区 ５、補正の対象 適正な図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ワークヘッドと、 前記ワークヘッドに取付けられると共に、重なり合う視
   界を有し、相互に間隔を隔てて配設された第１及び第２
   光センサと、 前記光センサから間隔を隔てて配設され、前記重なり合
   う視界の少なくとも共通部分を渡って伸長すると共に、
   前記視界の少なくとも前記共通部分を渡って前記第１及
   び第１光センサの双方を照射し得るように位置決めされ
   た光源と、 その位置を測定せんとする遮蔽物がその重なり合う視界
   内に存在することにより、視界の一部が遮蔽される前記
   第１及び第２光センサと、 前記光センサに応答して、ワークヘッドに対して一定の
   関係を持たせた基準座標内における、前記ワークヘッド
   に対する遮蔽物の位置を集合的に画成する１組みの信号
   を発生させる手段とを備えることを特徴とする光プロー
   ブ。 ２、前記第１及び第２光センサが、共通面内に位置する
   光軸を有し、前記光源が、前記共通面内に位置する幅の
   広い光ビームを提供することを特徴とする請求項１記載
   の光プローブ。 ３、前記光センサが、光検出要素の第１及び第２線形ア
   レーを備え、前記光センサの視界の一部を遮蔽すること
   により、前記光源からの光が、前記第１及び第２アレー
   の第１群及び第２群の前記光検出要素をそれぞれ照射す
   るのを阻止し、 前記１組みの信号の発生手段が、 前記第１及び第２線形アレーの光検出要素を走査する手
   段と、 前記走査手段に応答して、前記それぞれのアレーに対す
   る前記第１及び第２群の光検出要素の位置を表現する信
   号を発生させる手段とを備えることを特徴とする請求項
   １記載の光プローブ。 ４、前記ワークヘッドが、第１端部分、第２端部分及び
   内側部分を有する本体を備え、 前記光センサが、それぞれ前記第１及び第２端部分に取
   付けられ、かつ前記内側部分に向けて配向され、 前記本体が、前記端部分に向けて、前記内側部分の周囲
   を伸長する窓を備え、 前記光源が、前記本体に取付けられると共に、前記窓を
   経て前記光センサに向けて光を投影する手段を備えるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光プローブ。 ５、前記ワークヘッドが、第１端部分、第２端部分及び
   内側部分を有する本体を備え、 前記光センサが、それぞれ前記内側部分に取付けられ、
   かつ前記光センサに対して光を反射させ得るように前記
   第１及び第２端部分に取付けられた第１及び第２ミラー
   を備え、 前記本体が、前記端部分に向けて、前記内側部分の周囲
   を伸長する窓を備え、 前記光源が、前記本体に取付けられると共に、前記窓を
   経て前記第１及び第２ミラーに向けて光を投影する手段
   を備えることを特徴とする請求項１記載の光プローブ。 ６、前記ワークヘッドが、第１端部分、第２端部分及び
   内側部分を有する本体と、 前記本体内に取付けられた前記光源と、 前記本体に設けられ、前記端部分と前記内側部分との間
   を伸長する光検出領域を経て、前記光源から前記端部分
   に向けて光を通過させる窓手段と、各々、前記ハウジン
   グの異なる部分に取付けられた前記第１及び第２光セン
   サと、 前記光源から、それぞれ第１及び第２センサへの第１及
   び第２光路を提供すると共に、前記光源の第１及び第２
   像を前記光センサ上に形成する第１及び第２光学的手段
   とを備えることを特徴とする請求項１記載の光プローブ
   。 ７、前記第１及び第２光学的手段が、それぞれ、前記光
   路に取付けられて、前記光源から前記光センサに光を反
   射させる第１及び第２ミラーと、前記それぞれ１つの光
   路内に位置決めされた第１及び第２レンズとを備えるこ
   とを特徴とする請求項６記載の光プローブ。 ８、前記光源が、前記内側部分内に取付けられ、前記光
   センサが、前記光源の対向側にて、前記内側部分内に取
   付けられ、 前記光学的手段が、それぞれ、前記光源から前記ミラー
   に光を反射させ得るよう前記光路内に取付けられた第１
   及び第２ミラーと、 前記それぞれ１つの光路内に位置決めされた第１及び第
   ２レンズとを備えることを特徴とする請求項６記載の光
   プローブ。 ９、支持体と、 ワークヘッドと、 相互に角度を成す複数の軸を中心として、各種の位置に
   動き得るように、ワークヘッドを前記支持体に取付ける
   関節式アームと、及び 前記関節式アームの関節動作に応答して、ワークヘッド
   の位置を集合的に画成する１組みの信号を発生させる手
   段とを備え、 前記ワークヘッドが、 中間部分に隣接する第１及び第２端部分間に光検出領域
   を画成する、前記中間部分、第１及び第２端部分を有す
   るハウジングと、 前記ハウジングに取り付けられ、前記光検出領域を渡り
   、前記端部分に向けて光を投影する灯手段と、 前記ワークヘッドに取付けられた第１及び第２光センサ
   と、 前記光検出領域を渡って、前記光源から前記端部分及び
   前記光センサに伸長する第１及び第２光路を提供する光
   学的手段とを備えることを特徴とする、曲げパイプの光
   学的測定器械。 １０、前記光センサが、前記第１及び第２端部分それぞ
   れの端部に取り付けられると共に、光検出要素のアレー
   を備え、前記光学的手段が、前記アレーと前記光検出領
   域との間にて前記ワークヘッドに取り付けられたレンズ
   手段を備えることを特徴とする請求項９記載の光学的測
   定器械。 １１、前記光学的手段が、前記光源から光検出領域を横
   切って、前記光センサへ至る重なり合った光路を提供す
   る手段を備え、前記重なり合った光路を提供する手段が
   、前記第１及び第２端部分それぞれの端部に取り付けら
   れ、前記光源から前記それぞれ１つの光センサに、光を
   反射させる第１及び第２ミラーを備えることを特徴とす
   る請求項９記載の光学的測定器械。 １２、前記灯手段が、前記中間部分に取付けられ、前記
   光センサが、前記灯手段に対向する側にて、前記中間部
   分に取付けられることを特徴とする、請求項１１記載の
   測定器械。 １３、支持体と、 ワークヘッドと、 相互に角度を成す複数の軸を中心として、各種の位置に
   動き得るように、ワークヘッドを前記支持体に取付ける
   関節式アームと、及び 前記関節式アームの関節動作に応答して、ワークヘッド
   の位置を集合的に画成する１組みの信号を発生させる手
   段とを備え、 前記ワークヘッドが、 前記ワークヘッドに取り付けられ、かつ重なり合う視界
   を有する、相互に間隔を隔てて配設された第１及び第２
   光センサと、 前記第１及び第２光センサから間隔を隔てて配設され、
   前記重なり合う視界の少なくとも共通部分を渡って伸長
   すると共に、前記視界の少なくとも前記共通部分を渡っ
   て前記第１及び第２光センサを照射し得るよう位置決め
   された光源と、その位置を測定しようとする遮蔽パイプ
   が重なり合う視界内に存在することにより、その視界の
   １部が遮蔽される前記第１及び第２光センサと、及び 前記第１及び第２光センサに応答して、ワークヘッドに
   一定の関係を持たせた基準系内における、前記ワークヘ
   ッドに対する遮蔽パイプの位置を集合的に画成する１組
   みの信号を発生させる手段とを備えることを特徴とする
   曲げパイプの光学的測定器械。 １４、支持体と、 ワークヘッドと、 相互に角度を成す複数の軸を中心として、各種の位置に
   動き得るように、ワークヘッドを前記支持体に取り付け
   る関節式アームと、及び 前記関節式アームの関節動作に応答して、ワークヘッド
   の位置を集合的に画成する１組みの信号を発生させる手
   段とを備え、 前記ワークヘッドが、 中間部分に隣接する第１及び第２端部分間に光検出領域
   を画成する、前記中間部分、第１及び第２端部分を有す
   るハウジングと、 前記ハウジングの中間部分に取り付けられ、前記光検出
   領域を渡って、前記端部分に光を投影する灯手段と、 前記ワークヘッドの中間部分であって、前記灯手段に対
   向する側に取り付けられた第１及び第２光センサと、 前記端部分に取り付けられ、前記光源からの光を受け取
   り、かつ前記光センサに光を反射させる第１及び第２反
   射器手段と、及び 前記反射器手段と光センサとの間にて、前記ハウジング
   内に取り付けられたレンズ手段とを備えることを特徴と
   する細長い物体の光学的測定器械。 １５、前記中間部分が、電子室を画成する手段と、及び
   前記電子室の前方部分に光源室を画成する手段とを備え
   、 前記光センサが、前記光源室の対向側にて、前記電子室
   内に取り付けられ、 前記光源室が、前記端部分に向け前方を向いた開口部と
   、及び前記開口部を閉じる光拡散板とを備えることを特
   徴とする請求項１４記載の光学的測定器械。 １６、前記ハウジングが、前記中間部分により相互に接
   続された第１及び第２脚部分を有する、概ねＵ字形を有
   し、 前記第１及び第２端部分が、前記脚部分の自由端を形成
   し、 前記脚部分の各々が、その自由端から、脚部分の長さの
   大部分に亙り伸長する受光窓を備えることを特徴とする
   請求項１５記載の光学的測定器械。