JPH0299816A - 変位測定装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばウレタンの発泡挙動の測定のように被
測定物の連続的な変位を測定する変位測定装置に関する
。

（従来の技術） 水位や化学反応物等の変位を検出するものとして、従来
から超音波ビームを用いた装置、レーザ距離センサを用
いた装置、フロー１〜等の接触形のセンサを用いた装置
等がある。

超音波ビームを用いたものでは、例えば水位を測定する
場合、センサから被測定物である水面に向って超音波を
発射するもので、超音波を発射してからこれが水面に当
って反射し、エコーとなって帰って来るまでの遅延時間
を測ることにより、センサから水面までの距離を算出し
ている。

しかし、この超音波ビームを用いたものは、被測定物が
ウレタンフオームや綿等の吸音体の場合は工］−が生じ
ず、測定不能となってしまう。

また、超音波ビームのパス上の温度が不安定な場合は、
超音波ビームに拡散や反射が生じてしまい、測定が困難
となる。つまり、周囲温瑣に対しで熱い物や冷たいもの
の検出は困難であり、被測定物の使用範囲は約０〜５０
”に限定されてしまう。

さらに、空気の対流、撹乱や空気の密度の違いは音波の
反射をひき起こし、測定ｖｉ度や測定の安定性を低下さ
せてしまう。

レーザ距離センサを用いたものは、半導体レーザと高感
度位置検出素子を使い、三角測量法を応用して被測定物
までの距離を測定する。寸４丁わち、半導体レーザから
出射されたレーザビームを投光レンズを通って細く絞り
、被測定物の表１ｎｉに当て、この表面での反射光を集
光レンズで集光し、位置検出素子トの一点に結像させる
。ここで、被測定物までの距離が変化すると被測定物で
反射し、集光レンズに入射する光軸の角度が変化し、位
置検出素子に結像する点が変化するので、位ｎ検出素子
の出力でこの変化を捕えることにより被測定物までの距
離の変化量を得ることができる。

このレーザ距離センサによるものは、超音波ビームを用
いたものに見られるような問題はないが、測定範囲が５
０〜６０ｓ程度と狭い問題点がある。例えば、市販のも
のでは１００±３０ＩＩＩＲの範囲（７０ｍ以上１３０
Ｍ以下）でしか測定できず、ウレタン等の発泡挙動全ｈ
ｉ（約３００　ｍ　）の測定には適用できない等、使用
範囲が限定されてしまう。

接触式のセンサを用いたものとしては、例えば中門点を
支点とした天秤状のｆｌ動体の−・端にフロートを取付
り、かつ他端にバランス錘を取付け、上記フ［１−トを
被測定物上に接触させ、被測定物表面の変位に応じて−
Ｌ下動させるものがある。このフロートの上下Ｒは、他
端のバランス錘につなげた細糸を介してｎ−タリエン］
−ダで測定する。

上記構成のものでは、フロートが被測定物に接触してい
るので、被測定物が化学反応物の場合、その反応挙動に
影響を及ぼすおそれが生じる。また、被測定物の反応速
度が極端に早い場合、測定動作が追従しないおそれもあ
る。さらに、天秤状の作動体や細糸、ロータリエンコー
ダ智、多くの付属部品を必要とするためＶ４ｉｌｌが人
形化する１゜（発明が解決しようとする課題） 上記のように、従来の測定装置は、被測定物の材質に制
限を受けたり、測定範囲が狭かったり、化学反応物への
適用がＶｉＪＭで、しかも人形化する智の課題があった
。

本発明の目的は、被測定物の材質や測定環境等にＩＩＩ
限を受けることがなく、広い測定範囲が得られ、しかも
化学反応にも適用可能な変位測定装置を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明による変位測定装置は、被測定物に対向して設け
られ予め設定された被測定物との基準距離に対する偏差
信号を出力するレーザ距１１ｔセンサを用いている。ま
た、前記被測定物とレーザ距離センサとに対しては少な
くともいずれか一方を他方に対して遠近方向に移動させ
る駆動機構を設けると共に、これら両者の相対的（１／
買変化に対応した出力を生じるリニア出力センサを設【
プている。

さらに、前記レーザ距離センサから出力される偏差信号
を基に前記駆！１１Ｊｌｉｌ横に対してこの偏差信号を
予定範囲内に保つ方向の動作指令を出力すると共に、こ
の偏差信号を基に前記リニア出力センサの出力を補正し
て被測定物の変位量を得るコントローラを設【プている
。

（作用） 本発明では、レーザ距離センサにより被測定物までの予
め設定した基準距離に対する偏差を測定し、被測定物ま
での距離を上記基準距離またはそれに近い値に保つよう
に、すなわち、上記偏差を予定範囲に保つように、レー
デ距離センサと被測定物との相対的位置関係を変化させ
、この変化量を前記偏差信号を塁に補正することにより
被測定物の変位量を得る。

（実漁例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、１１は化学反応物等の被測定物で、容
器１２内に入れられ、反応の進行に従ってその上面が上
下に変位する。１３はレーザ距離センサで、被測定物１
１の頂部（容器１２の中心）と対向するように配置され
ており、被測定物１１にレーザビームを発射し、被測定
物１１からの反射光の入射角度変化を位置検出素子によ
り検出し、三角測量法を応用して被測定物１１までの距
離を測定するものである。この距離測定は、予め！を準
距離を設定しておき、実測距離が基準距離より大であれ
ば（遠ければ）（＋）の偏差信号を出力し、Ｗ準距頗よ
り小であれば（近ｃ）れば）←）の偏差信号を出力する
ことにより行なわれる。ここでは市販のレーザ距離セン
サを例に採って、測定範囲は基準距１ｌｌ１００ａ＋に
対し１３０ｍとする。

１４は駆動機構で、被測定物１１とレーーｆ距１１１１
　ｔフサ１３との少なくともいずれか一方（図の例では
レーザ距離センサー１３）を他方（被測定物１１）に対
して遠近方向（図示上下方向）に移動させる。図の例は
前述のＪ：うにレーザ距ＩＩＩ　ｔフサ１３を移動させ
るものであるため、このレーザ距離ゼン４ノ１３と一体
に連結しているナツト１５およびこのナツト１５と噛み
合うたて方向に設置されたボールねじ１６を用いている
。このボールねじ１６は、図示しない傘歯車を介してリ
バーシブルなモータ１７ど連結しており、モータ１７に
より回転駆動され、ナラｉ〜１５を介してレーザ距１１
ｔｔンサ１３を上下方向に移動させる。

１９はリニア出カレン勺で、前記被測定物１１とレーザ
距離センサ１３との相対的位置変化（図の例ではレーザ
距離［ン１）１３の位置変化）に対応した出力を生じる
。このリニア出力センサ１９としては、図示のように抵
抗２０と可動接触子２１どからなるポテンショメータを
用いればよい。もちろん接触子２１はレーザ距離センナ
１３の移動に連動して位置変化する。ここで、上記リニ
ア出力センサ１９は、ナラ！〜１５が下限位；６のとぎ
０ＶＤＣを生じ、上限位置のとぎ１０ＶＤＣを生じるよ
うに設定されており、リニアに変化する１゜ ２３はコントローラで、前記レーザ距離センサ１３から
出力されるＱ差信号を基に、前記駆動機構１４に対しこ
の偏差信号を子定節囲内に保つ方向の動作指令を生じる
アンプ２４を有する。すなわら、被測定物１１との距離
が短く（近＜　）　、（−）の！＆差信号が生じた場合
は、被測定物１１の上面が上昇している場合であり、偏
差信号を予定の範囲（例えば偏差零）に保つ、言い換え
れば基準距離またはそれに近い距離に保つには、レーザ
距Ｗレンリ１３を上昇させる方向の（＋）指令を生じ、
これを前記駆動機構１４に出力する。また、被測定物１
１との距離が長く（遠い）　、（＋）の偏差信号が生じ
た場合は、被測定物１１の上面が下降している場合であ
り、偏差信号を予定の範囲に保つには、レーザ距離セン
サ１３を下降させる方向の（−）指令を生じ、これを駆
動機構１４に出力する。

また、コントローラ２３は、前記リニア出力センサ１９
の出力をアンプ２４を経た偏差信号により補正するため
の演算手段２５を有する。この演算手段２５により得ら
れた値（０〜１０ＶＤＣのアナログ出力）が被測定物１
１の変位量として、図示しない記録計に出力される。

上記構成において、容器１２内の被測定物１１（化学反
応物とする）は、例えば第３図または第４図で示すよう
に、時間の杼過に伴って反応が進むにつれ、その上面は
図示のように変位する。すなわち、第３図で示すＡ原料
の場合の発泡挙動は、まず、容器１２内で原料が撹拌さ
れた後、クリームタイム（Ｃ−Ｔ）からライズタイム（
Ｒ−Ｔ）までの間に発泡が生じ、その上面は急速に上昇
する。

その後、僅かに収縮し、安定状態となる。第４図で示す
Ｂ原料の場合の発泡挙動は、撹拌後のクリームタイム（
Ｃ−Ｔ）から発泡が生じることは同じであるが、ある稈
度まで発泡すると、その後の変位はゆるやかとなり、ラ
イズタイム（Ｒ−Ｔ）まで比較的長時間かかり、その後
収縮することなく安定する。

このような発泡挙動は、被測定物１１の上面の変位とし
て本発明による測定装置によって測定することができ、
第３図および第４図のグラフで示すような特性曲線が得
られる。

例えば、いま、第１図において、ナツト１５が下限位置
にあり、リニア出力レンサ１９の出ツノが０ＶＤＣであ
るとする。また、このとき、レーザ距離センサ１３は容
器１２内の被測定物１１の上面にレザビームを発射して
おり、レーザ距離センサ１３ど被測定物１１との間の距
離は、レーザ距離センサ１３に予め設定された基準距離
（１００ｍｍ）に保たれているものとする。

この状態において、被測定物１１が発泡し、その上面が
上昇すると、レーザ距離センサ１３は被測定物１１との
距離が基準距離Ｊζり短く（近い状態）なるため、（−
）の偏差信号を生じる。この（−）の偏差信号はコント
ローラ２３に入力され、アンプ２４により、被測定物１
１との距離を基準距離に保つための、言い換えると偏差
信号を零にするため（→）の信号を生じる。この（＋）
の信号は、前記駆動機構１４に対し１臂方向の動作指令
となって出力される。

駆動機構１４では、この動作指令により図示しない可逆
運転回路によりモータ１７を１臂方向に回転させる。こ
の動作により、レーザ距離センサ１３は上昇し、これに
つれてリニア出力センサ１９の出カ値；ｂ上譬する。こ
のリニア出ツノセン＋Ｊ１９の出力は、コントローラ２
３の演算手段２５において前記アンプ２４からの（４）
の信号により補正され、被測定物１１の変位量として図
示しない記録８１に出力される。

ここで、前記アンプ２４からの（＋）の信号は、レザ距
離センサ２４が上昇する前の状態では被測定物１１の変
位量そのものの値であり、また、レーザ距離センサ２４
が上昇を始め、リニア出力センサ１９の出力が上昇し始
めると、その分低下する。すなわち、リニア出力センサ
１９の出力にアンプ２４からのく＋）のＩｇを加えて補
正することにより、被測定物１１の変位量そのものの値
が得られる。

このように、被測定物１１の上面の上昇に伴い、コント
ローラ２３の演算手段２５からその変位量に相当する出
力が得られ、第３図おＪ：び第４図で示すような上昇曲
線を得ることができる。

これに対し、第３図で承りように、被測定物１１が収縮
し、上面位置が低下すると、レーザ距離センサ１３は基
準旬ｒノより遠くイ１つだことを検出し、（＋）の偏差
信号を出力する。］ン［〜ローラ２３は、この（＋）の
偏差信号を入力することにより被測定物１１の上面が遠
くなったと判断し、被測定物１１との４離を基準距離に
保つために、すなわち、前記偏差信号を零にするための
（−）の信号をアンプ２４から生じる。この（−）の信
号は駆動機構１４に対してレーザ距離センサ１３を下降
させるための動作指令どしで出力される。このため、駆
動機構４１はモータ１７が下降方向に運転され、ボール
ねじ１６、ナラ１〜１５を介してレーザ距離センサ１３
を下降させる。このレーザ距離センサ１３の下降に伴い
リニア出力セン１ノ１９の出力も低下する。この出力は
コントローラ２３の演幹手段２５によって前記←）の信
号にＪ：り補正され、被測定物１１の下降（至）−に相
当する出力として図示しない記録計に出力される。した
がって、第３図のような下降曲線を１ｑることができる
。

ここで、レーザ距１１Ｌｔ？ンザ１３は被測定物１１の
変位に対し基準距離に対する偏差を検出するものであり
、しかも、偏差検出後は駆ＩＪＪ機横１４によりこの偏
差を零にする方向に駆動されるので、被測定物１１の変
位が大ぎくでも、検出づる偏差は常に小さな値となる。

したがって、市販の測定範囲の狭い（前述した１００±
３０ｍｍ程度）レーザ距離センサ１３の適用が可能とな
り、これを用いて変化の大ぎな（数面も可能）被測定物
１１の挙動を測定することかできる。

また、レーデビームのスポット径は測定距離が長くなる
に従って小径となるが、本発明では被測定物１１の上面
とレーザ距離センサ１３との距離は常に基準ｙｐ、　ｍ
またはそれに近い値に保たれるので、被測定物１１上に
おけるレーザビームのスポット径が大きく変化せず、高
い測定精度を相持できる。

ここで、従来のレーザ距１１１Ｉ？ンＩす１３を固定し
て用いるものでは、測距範囲の大きなもの、すなわち、
内蔵された位置検出素子の受光範囲が広く、第１図の幅
寸法の大ぎなものを用いねばならない。

この場合、レーザ距離センサ１３を容器１２の近くに設
置すると被測定物１１との距離が短い場合の測距状態で
は、被測定物１１からの反射ビームの角度が大きくなる
ため、これが容器１２の側壁に当ってしまい、測定不能
どなる。これを防止するためには、レーザ距離セン４ノ
１３を被測定物１１から人すク頗して設置し、被測定物
１１からの反射ビームの角度を小さくする必要がある。

このＩこめ製画が人形化けざるを得なかった。

また、レーザ距離センサ１３が固定されていると、被測
定物１１の変位に伴い、ぞの」−面にＪ３１＝ｊるレー
プビームのスポット径が変化してしまい、測定精度が低
下してしまう。

このように、従来のレーＶ　ｒｌｉ　１＋１１１＝ンリ
１３を固定して測定する装置では種々の問題点が生じた
が、本発明ではこれらの問題点を−Ｗｒ’ることがでさ
る。

なお、上記実施例では、被測定物１１とシー１ｆ距離セ
ンサ１３との距離が常に基ｔｔｋＪ１１１を保つように
制御されているが、本発明はこれに限定されず、レーザ
距離センサ１３の測距範囲（１００±３０　ｍ　）内で
あれば基準距離（１００＃Ｉ）から外れてもかまわない
。例えば、距離が７０ｍｍまたは１３０ｍｍになったら
コントローラ２３が指令を出して適当４に間隔に戻すよ
うにしてもよい。

また、上記実施例では、被測定物１１とレーザ距離セン
サ１３との距離を基準距離またはそれに近い予定の範囲
に保つために、駆動機構１４によってレーＩＪ’距１１
１１ｘンリ１３を移動さけているが、これとは反対に、
レーザ距離センサ１３は固定し、容器１２を載置したデ
ープルを上下動させてもよい。この場合、リニア出力セ
ンサ１９は」−記テーブルの上下動に従って出力が変化
するように構成する。

上記実施例では、リニア出力センサ１９としてボデンシ
ョメータを用いたが、これに代ってロータリーエンコー
ダを用いてもよい。

ざらに、上記実施例では、駆ｉ＃Ｉｔａ横１４としてモ
ータ１７、ボールねじ１６、ナツト１５の組合ぜによる
ものを用いているが、これらに代って第２図で示すよう
に、レーザ距離センサ１３を一体に保持するボール２７
と、このボール２７を上下動作させるエアシリンダ２８
と、このエアシリンダ２８の動作方向を切換える切換弁
２９どで構成したものを用いてもよい。

すなわら、第１図で示しｔこコントローラ２３からの上
昇動作指令（＋）または下降動作指令（−）にＪ、り切
換弁２９を切換え、エアシリンダ２８によるボール２７
の動作方向を決めるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１１１販の８１１１距範囲の狭いレザ
距離センサを用いながら変位の大きな被測定物の挙動を
正確に測定することができる。また、レーザビームを用
いているので被測定物の材質や測定環境に制限を受ける
ことは’ｒＬい。さらに、非接触式であるため、化学反
応物の挙動測定にも何ら問題なく適用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による変位測定装ばの一実施例を示す構
成説明図、第２図は本発明の伯の実施例を示す一部の構
成説明図、第３図および第４図は本発明の装置による測
定結果を表わ１図である。 １１・・被測定物、１３・・レーザ距ｔｈンザ、１４・
・駆ａｌ１機構、１９・・リニア出力センυ、２３・・
コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に対向して設けられ予め設定された被測
   定物との基準距離に対する偏差信号を出力するレーザ距
   離センサと、 前記被測定物とレーザ距離センサとの少なくともいずれ
   か一方を他れに対して遠近方向に移動させる駆動機構と
   、 前記被測定物とレーザ距離センサとの相対的位置変化に
   対応した出力を生じるリニア出力センサと、 前記レーザ距離センサから出力される偏差信号を基に前
   記駆動機構に対してこの偏差信号を予定範囲内に保つ方
   向の動作指令を出力すると共にこの偏差信号を基に前記
   リニア出力センサの出力を補正して被測定物の変位量を
   得るコントローラと、 を備えたことを特徴とする変位測定装置。