JPH0444205B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 固定された立体基準系にてその長手軸線を中
心として回転する軸の出発位置に対比した位置変
化を決定しかつ監視する装置からなり、軸の最終
的な平行変化と最終的な角度変化とを個々に確認
するため、発光器が各軸の外部でこれにほぼ平行
に直接もしくは間接に射出する光線が軸周方向に
約90゜変位した測定位置にて軸固定されかつ光線
に対しその斜辺面を指向させた直角プリズムなど
の光学装置に向けられ、この頂点が軸周の接線に
対しほぼ平行に延在しかつ光線を直接もしくは間
接に受光器に対し反射させて２つの信号を発生さ
せ、これらの信号は平面直角座標系の０点からの
光線入射点の間隔における座標ｘもしくはｙに対
応し、その平面（場合により仮想面）が軸の中心
軸線に対し横方向、特にほぼ垂直に位置する装置
において、測定位置にて軸固定されたプリズム
（たとえば１₁，１₂）に対し指向されかつこれに
より反射される光線（ＳもしくはS′）が２つの
個々の発光器／受光器対（SE対）により、基準
系に固定配置されている各１個の発光器（たとえ
ば２₁，２₂）および１個の受光器９₁，９₂から射
出されかつ光線がプリズムを通過する際に受光さ
れることを特徴とする軸の位置変化を決定しかつ
監視する装置。

２ 実質的に整列した長手軸線が前後配置された
２つの軸、特に相対的に間隔で個々に組立てられ
た２つの装置における弾力相互連結された２つの
軸のその出発位置に対する相対位置変化を決定し
かつ監視する請求の範囲第１項記載の装置におい
て、各軸１０，１１には２個のSE対（たとえば
２₁，９₁；２₂，９₂）と連携する少なくとも１個
のプリズム（たとえば１₁，１₂）を装着したこと
を特徴とする装置。

３ 両軸１０，１１に対し各１個のプリズム１₁，
１₂を配置し、これらのプリズム１₁，１₂はその
軸１０もしくは１１からほぼ等しい半径方向間隔
を有しかつ軸１０，１１の周方向に互いに変位し
ており、かつ両プリズム１₁，１₂には２つの共通
するSE対２₁，９₁；２₂，９₂を対応させた（第８
図）ことを特徴とする請求の範囲第２項記載の装
置。

４ 両軸１０，１１には各１個のプリズム１₃，
１₄を配置し、これらのプリズム１₃，１₄は軸に
対し異なる半径方向間隔にてこれら軸に装着され
かつ各プリズム１₃，１₄には90゜互いに変位した
２つの個々のSE対２，９を対応させた（第１０
図）ことを特徴とする請求の範囲第２項記載の装
置。

５ プリズム１₁，１₂はほぼ等しい角度位置にて
軸１０，１１に装着されたことを特徴とする請求
の範囲第４項記載の装置。

６ 座標系の座標軸が中央軸線に対し半径方向か
つ垂直に配置され、さらに受光器が対応の座標配
置を有する二次元のアナログ光電半導体位置検出
器からなることを特徴とする請求の範囲第１項乃
至第５項のいずれかに記載の装置。

７ 受光器９に光線束を縮小するためのレンズを
連接したことを特徴とする請求の範囲第１項乃至
第６項のいずれかに記載の装置。

８ 各受光器９に、光線入射点の位置を表示しか
つ／または調節しうる変位を越えた際に警報信号
を発生するための装置を設けたことを特徴とする
請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の
装置。

９ 発光器２を、それぞれほぼ平行に収束する光
線を得るための光学手段を有するレーザダイオー
ドでそれぞれ構成したことを特徴とする請求の範
囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の装置。

１０ 調整手段を設けて光線入射点を出発位置に
おける受光器９に対し調整することを特徴とする
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の
装置。

１１ 発光器２と受光器９との間の光線通路に干
渉日光に対する赤外線フイルタを設けたことを特
徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれ
かに記載の装置。

明細書 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に従う
装置に関するものである。

この種の公知の装置（WO 84／04960）におい
ては、発光器と対応の受光器とを一方の軸に配置
すると共にそれに整列した対応のプリズムを他方
の軸に配置し、発光器は光線をプリズムに対し永
久に指向させると共に、プリズムは光線を受光器
の方法へ永久に反射する。回転軸に特殊のインパ
ルス発光器を設け、これにより光線入射点の位置
を測定しうる受光器から発する出力信号を軸の周
方向に90゜変位して軸の所定角度位置においての
み関連させて測定することができる。インパルス
発光器の他に、接触ブラシやロータとステータと
からなるトランスミツタなどの無駄なかつ故障の
多い伝達手段を備えたスリツプリングのような伝
達装置を設けて、受光器から発する出力信号を回
転軸から測定装置まで伝送する必要がある。

上記した無駄なかつ故障の多い伝達手段を回避
するため、ドイツ公開公報第3419059.7号は多数
の発光器と受光器とプリズムとをそれぞれ互いに
２つの装置におけるホルダもしくはハウジングに
対し種々異なる位置で整列させてその軸を監視す
ることにより、両装置の相対位置変化のみを直接
に測定しかつ監視することを提案している。この
公知の装置によれば、装置の相対的位置変化の原
因となる軸の相対的位置変化しか把握されない。
しかしながら、互いに軸側で連結された装置を運
転する際、たとえば相対的軸位置はベアリング摩
耗によつて変化することがあり、したがつて装置
位置の相対変化を見ることができない。同様に、
重大な運転状態をもたらしうるこの種の変化は、
上記した公知の装置では把握されない。

本発明の目的は、軸位置の直接的監視を可能に
するよう構成され、受光器側の位置信号を回転軸
から測定位置まで伝送するための従来必要であつ
た無駄なかつ故障の多い手段を省略しうるような
請求の範囲第１項の上位概念に従う装置を提供す
ることにある。

上記の目的は、請求の範囲第１項の特徴部分に
記載した構成によつて達成される。

本発明による装置の場合、電気位置信号を回転
軸から固定測定装置まで伝送する必要がない。何
故なら、主として軸の少なくとも一方に位置する
プリズムが軸と共に回転し、かつ基準システムに
固定配置された対応の受光器と各光線を介し直接
に連携するからである。実際上、各軸の位置は基
準システムに関連して監視され、その際システム
固定されて発生する軸の電気信号を軸位置の監視
および発生した出発位置からの変位位置の確認の
ため記憶出力信号と比較する。これにより、公知
の種類の装置と比較して実質的に向上した操作信
頼性が得られる。

本発明による装置は、基準システムにて個々の
軸を監視するだけでなく、実質的に整列した長手
軸線により前後に配置された２つの軸（特に互い
に離間して別々に組立てられた２つの装置の弾力
的に互いに連結された軸）の整列状態を出発位置
に対比して監視するのに適する。後者の場合、冒
頭記載の公知の装置よりも多数のプリズム並びに
受光器および発光器を使用することによつて生ず
る若干高い経費は、軸と共に回転する電気および
電子装置に電流供給しかつ電気出力信号を固定さ
れた測定装置まで伝送する手段を省略することに
よつて充分に補われる。

請求の範囲第２項は、前後配置された軸の整列
状態を持続監視するために向けられた請求の範囲
第１項の本発明による装置の実現に関するもので
ある。

請求の範囲第３項乃至第５項は、請求の範囲第
２項による装置の好適具体例に関するものであ
る。

請求の範囲第６項乃至第１１項は、請求の範囲
第１項による装置のさらに好適な具体例に関する
ものである。

以下、添付図面を参照して本発明を実施例につ
き詳細に説明する。

第１図は本発明の装置に使用する直角プリズム
の入射光線に対する種々異なる角度位置における
側面図であり、 第２図は入射光線に関し２つの異なる角度位置
における第１図のプリズムの平面図であり、 第３図は本発明による装置に発光器として使用
されるレーザーダイオードの側面図であり、 第４図は光線出口に対し注視方向で見た第３図
によるレーザーダイオードの正面図であり、 第５図は本発明による装置に受光器として使用
されるアナログ光電半導体−位置検出器のその機
能原理を説明する断面図であり、 第６図は二軸座標系における第５図の位置検出
器の正面図であり、 第７図は第６図による検出器のＶ−Ｖ線断面図
であり、 第８図は本発明による装置の第１好適実施例の
略斜視図であり、 第９図は第８図の実施例に属する受光器から発
生した出力信号の信号ダイヤグラムであり、 第１０図は本発明による装置の他の実施例の略
斜視図であり、 第１１図は第１０図の実施例に属する信号ダイ
ヤフラムである。

以下詳細に説明する本発明による装置の実施例
においてはそれぞれ直角プリズムと発光器と受光
器とが使用され、これらをその構造および操作方
法につき第１〜７図を参照して説明し、本発明の
種々の異なる好適実施例の作用は第８〜１１図か
らより良く理解される。

第１図および第２図に示したプリズム１に対し
光線Ｓが斜辺面１ａに対し直角に入射すると、こ
れは対辺面に対し反射した後に斜辺面に対し再び
直角に光線S′として射出する。これは入射光と射
出光とが部分的に重なる場合にも光線中央軸線に
つき当てはまり、このことはたとえば入射光Ｓが
比較的大きい直径を有してプリズムの頂点に入射
する場合に見ることができる。プリズム１が垂線
１ｂに対し、すなわち第１図の図示面２に対し垂
直な軸線を中心として旋回しても、これは反射関
係において何等変化がない。第１図の図示面にお
ける入射光角度の変化はしたがつて反射関係に対
し何等の影響も与えない。

斜辺面１ａに対し平行或いは第１図の図示面に
対し平行な方向におけるプリズムの変位は、入射
光線と射出光線との間隔に対し２倍の大きさで作
用を及ぼす。

他方、垂線１ｂに対し垂直かつ斜辺面１ａに対
し平行な軸線を中心としてプリズム１が旋回する
と、第１図の図示面に対し垂直な方向に反射角度
の変化が第２図に見られるように旋回に関し２倍
の大きさで生ずる。

光線Ｓを得るのに適した発光器を第３図および
第４図に示す。

図面による発光器２はレーザー結晶３とコリメ
ータレンズ４とを備え、光線Ｓを1mrad程度の最
も少ない分散にて得ることができる。以下説明す
る本発明による装置の実施例で使用される受光器
は第５図〜第７図によれば二軸線のアナログ光電
半導体検出器とすることができ、これは金からな
る被覆層５とその下の弱化領域６とさらにその下
の高オーム基盤７とを備え、金被覆層５には電流
I₀が供給されると共に、高オーム基盤には側方並
びに上方および下方にこの基盤のほぼ正方形断面
に沿つて接触片８が配置され、これを介し供給電
流I₀は部分電流に分割される。電流I₀の分割は、
金被覆層に対しほぼ垂直に光線が入射する光入射
の位置に向けられる。二軸線位置検出器としての
第６図および第７図の実施例によれば、供給され
た電流I₀は４つの分流に分割され、これらの部分
電流は個々の接触片８を介して流出しかつその大
きさは光線入射点が中心から離れた間隔に依存す
る。光線が正確に被覆層５の中心に入射すると、
４つの分流は互いに同じ大きさとなる。互いに対
向する接触片８の対における電流差から、金被覆
層５に対し平行位置する座標系の中心からの偏心
入射点の距離における直角成分を読み取ることが
できる。

以下に説明する実施例の場合、参照符号９で一
般的に示した第５図〜第７図による位置検出器
は、一方の座標軸に対応する一方の対称線（第６
図）が少なくともその虚像、すなわち中央軸に対
し半径方向の対応する監視すべき軸を有しかつ座
標系の他方の軸線に対応する他方の対称線がこれ
に垂直となり、すなわち選択された半径方向線に
対し垂直な接線が軸周に関し平行となるように配
置される。

第８図および第９図に示した本発明による装置
の好適実施例においては、監視すべく順次に位置
しかつ切めから整列している軸１０および１１の
周方向に90゜変位して配置された２つの固定発光
器２₁と２₂とが上記した種類の平行な光を軸１
０，１１に対しほぼ平行にそれぞれ光線Ｓとして
射出する。軸１０、１１にはそれぞれ上記した種
類のプリズム１₁もしくは１₂が固定され、かつ軸
の周方向に90゜変位した光線がプリズムの斜辺面
に対しほぼ垂直に入射するよう配置され、その際
プリズムは軸の中心軸線を中心とする円形軌道に
て各光線に交差する。かくして、光線の方向で前
方位置するプリズムはその背後に位置するプリズ
ムを遮閉せずかつ妨げず、したがつて各光線は背
後のプリズムにも達するのでプリズム１₁および
１₂は軸１０，１１の周方向にほぼ並行して変位
する。（たとえば45゜）。

プリズム１₁，１₂は光線Ｓを発光器２₁及び２₂
から対応の上記した種類の受光器９₁および９₂ま
で反射させ、これら受光器は少なくともその一方
の座標軸線が軸半径方向線に一致してここに対応
の発光器２₁もしくは２₂がそこに位置すると共に
他方の座標軸線がそれぞれこれに対し垂直となる
ように配置される。受光器９₁，９₂はさらに、プ
リズムから反射されて対応の発光器２₁および２₂
から射出された光線が軸の初期整列状態にて座標
中点或いは少なくともその近傍にて受光器に入射
するよう配置される。受光器をこのように調節す
るため、特殊な調節手段を設けることができる。

さらに、調節手段は発光器にも設けることがで
き、これにより光線を軸およびプリズムに対し最
適に整列させることができる。

第８図には受光器９₁および９₂がそれぞれ対応
の発光器２₁および２₂に隣接位置する。しかしな
がら、これは必ずしも必要でない。反射光線は変
向鏡などを介して受光器９₁および９₂の他の設置
位置まで変向させることができ、かくして発光器
と対応の受光器とは少なくとも互いにプリズムに
対し少なくとも整列するようになる。

プリズム１₁および１₂は軸１０および１１に対
してもその頂点１ｂがそれぞれ軸周に対する接線
に平行となるよう配置され、軸の平行移動はプリ
ズムに入射する光線とそこから反射される光線と
の間の距離の正味の増大およびしたがつて受光器
に対する光線入射点のその半径方向に位置する座
標軸に対し平行な方向への移動をもたらす一方、
軸の中央軸線に対し垂直な軸線を中心とする各軸
の回転は入射光線と射出光線との間の上記角度変
化およびしたがつて受光器の他方の座標軸に対し
平行な光線入射点の移動をもたらす。受光器にお
けるこの種の入射光の変化は、したがつて対応の
発光器／受光器の対に対する軸位置の変化並びに
正味の平行変位もしくは正味の角度変位、或いは
両者の組合せに関する他方の軸に対する軸位置の
変化が生じたかどうかの明確な基準となる。各プ
リズムおよびしたがつて各軸につきこれらの軸を
中心として90゜変位した２つの測定位置で測定が
行なわれるので、得られた測定値から軸位置の各
変化をその程度および方向にしたがつて座標によ
り明確に特定し或いは計算することができる。

監視の結果は図示しない公知種類の装置を用い
て永久的に表示することができ、かつ／または両
軸間の調節整列誤差が臨界的大きさに達した際に
警報信号を発生するようにすることもできる。

光線入射点の間隔ｘ−とｙ−成分とにつき受光
器から分離して発せられた電気位置信号は、軸１
０および１１が回転している間にプリズムに対し
光線が入射した際、反射光線が短時間で対応の受
光器に入射しかつ入射点の位置に対応する電気イ
ンパルス信号を発生することに基づいている。こ
のインパルスの経時的経過を第９図のダイヤグラ
ムに１回の軸回転につき受光器９₁および９₂のｘ
−およびｙ−経過につき区別して示す。監視する
には、このインパルスの絶対的大きさでなく、軸
連結した装置を運転する際のインパルスの変化が
重要である。

SE対２₁および９₁はプリズムの一方における
光線反射後に固定座標系のＸ軸に沿つた軸の変化
を測定し、その座標軸は両受光器の半径方向座標
軸線に対し平行に延在しかつその０点は軸の中心
軸線に位置し、この軸線を中心とする回転が測定
される。

SE対２₂および９₂はこの固定座標系のＹ軸に
沿つた同様な変位およびその回転を測定する。

上記角度（たとえば45゜）だけ両軸に対しプリ
ズムの位置が変位することにより、軸の各回転に
際し各受光器には２つのインパルス対が発生し、
これらインパルスの大きさにおける経時的変化を
PCT出願第84／04960号公報に示された整列誤差
に対する公知の計算法にしたがつて平行および角
度変化につき個々に明確に証明することができ
る。

軸の１回転につき全部で８個のインパルスの大
きさを監視を開始するために測定回路に記憶さ
せ、次いでその後のインパルス高さをこれと自動
的に比較して、発光器とプリズムと受光器とを監
視の開始に際し充分調整することにより反射光線
が座標中点において受光器に対し正確に入射する
ようにする。

第１０図および第１１図並びに第１２図および
第１３図は、本発明による装置並びに対応のイン
パルスダイヤフラムの他の２つの実施例を示して
いる。

第１０図および第１１図による実施例の場合、
第８図および第９図の実施例と同様に、各軸１０
および１１にはそれぞれプリズム１₃，１₄が配置
されるが、この場合プリズムは共通の回転軸に対
し同じ角度位置を有しかつこれらの軸から異なる
距離を有して互いに重ならないようにする。各プ
リズム１₃および１₄には90゜変位した２つの個々
のSE対２₃，９₃および２₃′，９₃′並びに２₄，９₄
および２₄′，９₄′が配置され、その受光器出口に
はインパルスが第１１図から判るように経時的順
序で生ずる。

プリズム１₃および１₄はその対応のSE対２₃，
９₃，２₃′，９₃′並びに２₄，９₄，２₄′，９₄′と共
に
相対的に角度変位する。この場合、信号対は個々
の受光器のｘ−およびｙ−出口にて全て経時的に
順次に発生する。

上記実施例の場合、プリズムとSE対との特殊
の配置により、最初のインパルスの発生と軸１回
転当りに発生するインパルス群の最後のインパル
ス出現との間で、時間間隔をこの最後のインパル
スと最初のインパルスの再出現との間の間隔より
も小さくすることが好ましい。何故なら、これに
よりインパルス群の開始および終了並びに各受光
器およびその出口に対する各インパルスの対応性
が同期インパルス発光器などの追加手段なしに明
確に読取りうるからである。

各軸１０，１１は実際に基準システムＸ、Ｙ、
Ｍにて監視されるので、両軸を共通の基準系に設
けることは原理上必要でない。寧ろ、各軸は固有
の基準系を備え、その所定のSE対と連携させる
ことができる。この場合、重大な状態は一方およ
び／または他方の軸の位置がその各基準系におい
て許容限界を越えて変化することによつて特性化
されるであろう。