JPH01276005A - 測長器及び標的 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は非接触で長さを測定する測長器で、特に高い分
解能で長さを計測する測長器及び標的に間する。

（［＋）従来の技術 従来は、建築用構造材のような長尺物の材料を高い分解
能で計測するには、鋼製の測長用テープを用いて数人の
共同作業で計測していた。

（ハ）発明が解決しようとする課題 現在行われている測定テープによる計測は、熟練を要求
され、且つ２，３人の人数によ゛る共同作業と長い作業
時間（通常１本の鉄材の計測に３０分位）を要するとい
う問題点があった。

（ニ）課題を解決するための手段 作業者の数を減らす為に、数ｍの範囲の長さを自動計測
する数百ないし数千の素子を持つ一次元光電素子と、該
光電素子上に被測定物に設けられた標的の像を結ぶレン
ズとを有する計測器と、−定の間隔毎に基準点を定置し
た基準器と、該基準点を検出する検出器と、前記計測器
による計測値と、基準点検出器が検出した基準器の表示
する長さとの間で加減算を行フて真の長さを算出する計
算器と、を設けて問題を解決する。

（本）作　用 高い分解能、例えば１０万分の１位の分解能で、長さを
、非接触で自動計測しようとする場合、このように多く
の素子を持つ光電素子が作られていないし、又このよう
な高い解像力と直線性をもつレンズも存在しない。この
難点を、基準点を一定間隔で正確に設けた基準器と、そ
の基準点から測定点の標的迄を通常人手できる写真用レ
ンズと一次元光ｉｌＦ素子の分解能で計測し、この計測
値と基準点検出器によって検出された基準器の意味する
長さを加減算することによって、長い長さのものを結果
的に高分解能で計測できる。

い）実施例 以下実施例に従って発明の詳細な説明する。

この実施例は建築用鉄製構造材の計測を行うときの実施
例を示す。

最近の高層建築物に使われる鉄製の構造物は、建築現場
におけろ加工を減らす為に、工場で正確に穴明は加工、
切断、溶接等が行われている。従って工場出荷時に、こ
れらの作業が正確に行われたか否かを計測する必要があ
る。

これらの鉄材は長さが２０ｍ位におよぶものもあり、こ
れをたとえば０　、５ｍｍの分解能で計測しようとすれ
ば、０　、５ｍｍ／２０　、０００１＝　Ｉ　／４０　
、０００の分解能が要求される。

長さを自動計測するのは、等間隔で多数の受光素子を並
べた例えば−次元ＣＣＤ受光素子に、レンズで被測定物
の標的の像を結像させて、ＣＣＤの何個の素子に相当し
ているかということから長さを計る方法で可能である。

しかしレンズの分解能や一次元ＣＯＤ受光素子の素子数
等によってその分解能は２０００〜４０００分の−に制
約される。

これ以上の分解能を得るにはそれなりの工夫が必要であ
る。

図面によって説明する。

第１図は本発明を長尺の構造材の計測に実施した例を示
す計測システムの構造図である。

第１図で１は計測用台車、２は台車上の計測器、３は台
車のガイドレール、４はガイドレール３と並行に且つ定
位置に複数の基準点１４を設けた基準器、５は基準点の
検出器、６は検出器と計測器の双方からの信号を処理す
る計算器、７は被測定物である。

第２図は基準器４の構成例で、黒字に白の縦長の線を入
れて基準点１４とする。白地に黒の線を入れて用いても
よい。

第３図は計測器の簡略構造図で、８はレンズ、９は暗箱
、Ｎｏは受光素子、１１は被計測点、１１’は受光素子
１０上に結像した被測定点ｌｌＯ像、１２はその光線の
通路の例示である。

第４図は、基準器とガイドレールとの関係を示す図で、
ガイドレール３と記号Ａ、Ｂで表示した二つの基準器１
１はそれぞれ平行゛に配置されるが、厳密な意味での平
行の必要はない。

第５図は二つの基準器４を第４図のように配置した場合
の基準点を光学的に検出するときの基準器Ａ、Ｂと、検
出器５との光学的関係を示す図で、１３は受光素子であ
る。

第６図は測定用治具として例示した被測定物に設けられ
る標的で、この標的は被測定物の測長の基準になるもの
で、例えば被測定物の両端、被測定物に書かれたマーク
、１本の標線などを意味しており、図示のものに限定さ
れない。１５は標的、１６は突起、１７は標線である。

第７図はレンズふれによる誤差とそれの修正方法を説明
する図で、Ｌはレンズ８の中心、ｒはＬと受光素子１３
までの距離、θはぶれ角度である。

第１図に従って計測器？ｊ、を説明すると、被測定物７
の全長は通常２０ｍ位以下であり、ガイドレール３はこ
の全長をカバーするために２０ｍ以上の長さに設定され
ろ。被測定物７はガイドレール３とほぼ平行しておかれ
る。

今、被測定物の両端にあけられた穴から穴までの長さを
計測する例について説明する。

誇大にはその穴に丁度はまる突起１６を持つ、第６図に
示１．たような標的１５が取り付けられる。この標的の
表面には一定間隔の２つの標線１７が画かれている。こ
の標線と、穴にはめられる突起１６とは一定の位置間係
にある。即ち標線１７の位置がわかれば突起１６の位置
も、従ってそれに入っている穴の位置も判明するように
なっている。

台車ｌは図上で左端から右端に一方的に動かされる。

基準器４には基準点１４が一定の間隔、例えば１ｍおき
に設けられている。

検出器５が基準点１４を検出したときに、計測器２にと
らえられている標的１５、更に詳細に言えば標線１７の
位置、換言すれば受光素子！θ上の標線１７の像の位置
が電気的に検出される。二つの標線１７の位置が受光素
子１０のｎ７番目とｎ２番目の素子上に結像していたと
する。最初の基準点をＯｍと計算し、ｎ、と０２の平均
値ｎを最初の穴の位置として計算器６は記憶する。

次に台車１が右方向に移動するに従い、基準点検出器５
及び計測器２は基準器４と並行に移動し、複数個の基準
点１４が次々に検出される。例えば１５ケの基準点１４
が検出されたとすると台車は１５ｍ移動じたこととなる
。１５ｍ目の基準点、即ち最初から数えて１６ケ目の基
準点を検出した時に右端の穴上の標的１５上の標線１７
が計測されたとする。その値がｍ、とｍ２であるとする
と、その平均値ｍと先の平均値ｎとの差と１５ｍを足し
たものが被測定物の長さということになる。

例として、受光素子を１０として２０００ケの素子を等
間隔に並べた１次元ＣＣＤ受光素子を使用したとし、受
光素子１０の受は持つ視野の長さが１ｍになるようなレ
ンズを使用したとすると２０００ケの素子の一つが０．
５ｍｎ＋を意味することとなる。一つの素子の受は持つ
長さを正確に知るには、先に計測された二つの標線１７
の計測値から計算すればよい。

全標線１７を作るときにその間隔を正確に１００ｍｍと
しておくと、計測値ｎ、とｎ２の差が例えば２１５であ
ったとすると一つの素子の意味する長さはｌｏｏｍｍ／
　２１５＝　０．４６５１ｍｍとなる。この計算は標的
１５がとらえられて計測されたときに計算器６によって
行われる基準点からの計算である。

今、２０００の素子を並べた一次元受光素子１０の右端
の番号をＯとし、左端を２０００とし、最初にとらえた
標的１５の位ａｎが１３５０とし、その時の一素子相当
の実長が０．４６５１ｍｍであったとし、最後にとらえ
た標的１５の位置ｍｂ月５８０であり、且つその時の一
素子相当の実長が０．４８２５ｍｍであったとすると、
被測定物の穴から穴までの実長は １５０００ｍｍ＋　（０，４８２５ｍｍＸ　１５８０−
０．４６５１ｍｎ＋Ｘ　１３５０）＝　１５１３４．４
７ｍｍ である。このようにして２０００ケの素子の一次元ＣＣ
Ｄ受光素子で高分解能の測定ができる。

又、上記説明では標線１７を使って受光素子１０の素子
１ヶ当りの実長を算出したが、更に別の方法を次に説明
する。

標的１５が受光素子の端にとらえられて、その像が、台
車２の進行とともに受光素子ｌＯ上を移動し、受光素子
１０の他端に達するまでの間に、基準点１４が少なくと
も二つは検出されるように密に基準点１４を配置してお
く。

例えば２５０１おきに基準点１４を配置しておいたとし
て、最初の基準点１４が検出されたときの標的１５の受
光素子上の位置を例えば４６０とし、次に基準点！４を
検出したときの位置を９７３とすると、受光素子ｌＯの
素子１ヶ当りの意味する実長は２５０ｍｍ÷（９７３−
４６０）　＝　０．４８７３ｍｍとなる。

この方法による時は標的１５上に標線！７を２ケは必要
としない。ただ一つの標線でよい。或いは被測定物上に
塗られた簡単なマークでよい。

次に基準器４の構成例と検出器の構成例について説明す
る。

第５図は、光電的に被接触で基準器を検出する例で、検
出器５は計測器２と同じ構成のものを使用する。基準器
４は台車１の進行方向（ガイドレールの方向）と直角の
方向に距離をおいて二列ＡとＢが、第４図に示したよう
に、ガイドレールと平行に設けられる。例えば検出器５
との距離をＡは１１０００ｎ、　Ｂは５００ｍｍという
ようにする。

そうすると検出器５が第１図上で右方向に移動すると、
第５図の受光素子１３上のＡ、Ｂの像Ａ′Ｂ′もこれに
つれて受光素子１０上を右方向に移動する。

第５図で（ａ　）（ｂ　）（ｃ　）は右方向への進行に
従ってＡ’　、Ｂ’が動く様子を示している。

最初はＡ’　、Ｂ’の距離は小さくなっていき、（ｂ）
の所で最小となり、又Ａ’　、Ｂ’の距離が増大してい
く。

故にこの間のＡ’　、Ｂ’の距離の値の特定の所で基準
点１４を検出するようにすれば、常に基準器４に対する
検出器５の位置は一定となる。

第５図の検出器５としては一次元ＣＣＤを使った検出器
５を二つの基準器４０列ＡとＢに対して夫々１個ずつ使
用する方法と双方の基準器４に対して、一つの二次元の
ＣＣＤを受光素子として用いる方法がある。

次に計測器２のレンズのぶれによる誤差とその修正につ
いて説明する。ガイドレール３の方向に対する台車１の
進行方向の角度が一定ならば問題ないが、萱通は台車ｌ
とガイドレールの間のガタのために台車の進行方向が変
化して所謂ジグザグ運動をするので台車上の計測器２の
レンズも水平面内で回転をする。極く少ない回転でも精
度に影響する。例えば、１／　１０００ラジアン＝　３
．４４秒回転すると５ｍ先の被測定物上で５ｎ＋ｍの誤
差を生ずる。

この誤差を修正するには一番最初に基準点を検出したと
きの台車の方向とその後で次々と基準点を検出した時の
台車ｌの方向をその度毎に検出してレンズふれによる誤
差の修正を行わねばならない。

それは次の様にして行われる。

第６図で、平行に設けられた二つのＡとＢという基準器
４に対して、これと平行に台車ｌに設けられた検出器５
の中の受光素子１３が移動する。Ａ列の相隣る基準点Ａ
　＋　、　Ａ　２とＢ列のＢＴ、Ｂ２との夫々の距離１
ａとｌｂは同じである。今検出器５のレンズの中心をＬ
とし、ＡとＢの基準点とＬとが一列に並んだ時を基準点
の検出時点とすると、もしレンズふれがなければ、ＡＩ
、Ｂ２を検出したときの受光素子１３上の素子Ｃと、Ａ
２．Ｂ２を検出したときの素子は同じである。しかしＡ
Ｉ、Ｂ＋を検出したときのレンズの方向に月１ノてＡ２
１Ｂ２を検出したときの角度が、第６図に図示したよう
に反時計方向にθラジアンだけ傾いたとすると、受光素
子Ｃの位置はｒ・θだけ、傾かなかった場合より右方向
にずれる。但し、θは微少角とし、ｒはレンズ中心から
受光素子１３までの距離とする。

この場合Ａ＋！、Ｂ２を受ける受光素子１０上の素子を
ｄとすると、Ｃとｄの差はｒ・θで示される。

従って最初にＡＩ、Ｂ＋を検出した時のＡ素子位置に対
して、Ａ２．８２を検出した時のＡ素子位置がｒ・θだ
けずれていたなら、このずれの量ｒ・θから計算てθを
算出することができる。ｒ・θはへ素子の番号から算出
できる。又検出器５の傾きと、計測器２の傾きは同じ台
車上にあるから同じである。

今もし計測器２の使用レンズの焦点距離をｆ。

■、検出器５の使用レンズの焦点距離をｆ２１１１１１
１とすると、レンズがθラジアンに傾いた時の計測器２
上の受光素子１０上での標的１５の位置ずれはｒ・θＸ
　（ｆ　＋／　ｆ　２） で示される。

上述のように台車ｌのジグザグ運動による計測器２のレ
ンズふれによる誤差は検出器５の受光Ｔ子１３からの情
報で検出され、計算によって修正可能である。これらの
計算は計算器６によって自動的になされる。

ガイドレール上或いはその近傍の一定位置にマークを付
した標準尺を基準器４として用いても良い。この場合検
出器５と基準器４とは極く近くに相対して用いられる。

標準尺として光学的目盛を付して光電的に検出しても良
く、磁気的に目盛を付して電磁的に読み出しても良い。

この方法は簡単で安価であるが、計測器２のガイドレー
ル３に対する傾き、（レンズぶれ）、の補正ができない
ので精密な測定には適さないが、ガイドレール３が精密
に作られている場合には有用である。

（ト）発明の効果 本発明では、基準器の複数の定位置に基準点を設け、こ
の基準点を検出することによって計測器の絶対位置を算
出し、被測定物とその近傍の基準点との相対距離を高分
解能で測定し、その結果と基準点の検出から得た総体位
置の値との計算によって長さを計測することにより、通
常のレンズと、通常の光電素子によって極めて高い分解
能による自動計測が可能となり、又計測時点におけるレ
ンズのぶれによる誤差も自動修正され、その経済効果は
大である。

なお、実施例では長尺物の測定について説明したが、小
さいものを高分解能で測定する場合、例えば、２０Ｏｎ
＋ｍのものを１０μｍの分解能で測定するような場合等
にも応用して、同じ効果を得ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する概略構成図、第２図は本発明
に使用される基準器の実施例を説明する図、第３図は本
発明に使用される計測器の実施例を示す簡略構成図、第
４図は基準器とガイドレールとの関係を示す図、第５図
は基準器と基準点検出器との光学間係を示す図、第６図
は本発明に使用される標的の実施例を示す（ａ）は平面
図、（ｂ）は側断面図、第７図はレンズぶれによる誤差
とそれを修正する方法を説明するための図である。 ２・・・・・・計測器、４・・・・・・基準器、５・・
・・・・基準点検出器、６・・・・・・計算器、８・・
・・・・レンズ、ｌＯ・・・・・・光電素子、１４・・
・・・・基準点、１５・・・・・・標的。 特許出願人　　　　　国際技術間発株式会社代表者　　
中肉　俊作 ２・・・・・・計測器、４・・・・・・基準器、５・・
・・・・基準点検出器、６・・・・・・計算器、８・・
・・・・レンズ、１０・・・・・・光電素子、１４・・
・・・・基準点、１５・・・・・・標的。 第２図 １と 第３図 第４図 （ａ）　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　　（
ｃ）第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の長さを測定する測長器において、一定
   の間隔毎に複数の基準点を定置した基準器と、該基準器
   と並行に移動して該基準点を検出する基準点検出器と、
   被測定物に設けられた標的を計測するための多数の受光
   素子を持つ光電素子と該光電素子上に該標的の像を結ぶ
   レンズを有し、該基準点検出器と共に該基準器と並行に
   移動して該標的を計測する計測器と、該基準点検出器の
   出力と該計測器の出力との間で加減算して被測定物の長
   さを算出する計算器とを備えたことを特徴とする測長器
   。
2. （２）二つの基準器を検出器の移動方向と平行に設けた
   請求項１記載の測長器。
3. （３）請求項１記載の測長器において、表面に一定の間
   隔で二つの標線を設けた標的。