JPH07503071A - 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】 測定装置 本発明は、少なくとも一部が透明である測定室を備え、この測定室が比重が異な る混合しない二つの媒体を含み、一方の媒体の少なくとも一部が透明であるかま たは透光性であり、少なくとも他方の媒体か液状媒体であり、少なくとも一部か 透明または透光性である測定室内の媒体の位置に基づいて、相対位置が検出また は決定される、水平面に対する物体およびまたは台の相対位置を表示または決定 するための光学式または光電子式測定装置に関する。本発明は更に、測定装置に よって水平面に対する物体およびまたは台の相対位置を表示または決定するため の方法に関する。本発明は更に、測定装置の使用に関する。

水平面または垂線に対する物体の相対位置または角度を決定するための装置は知 られている。よく知られている装置はいわゆる水準器または気泡管である。この 場合、気泡は、両側が閉している曲げられた管内て液体中に保持され、この気泡 は測定範囲全体にわたって管曲げ部の頂屯に正確に位置する。

測定精度の改善に従って、この比較的に粗く表示する装置は、次のようにして表 示が微細化された。すなわち、空気の代わりに他のガスを使用するかあるいは比 重か小さく第１の液体と混合しない透明な第２の液体を、第１の液体内に少量閉 じ込め、第１の液体を着色するかまたは非透明とすることにより、表示が微細化 された。

混合しない二つの液状媒体を最適化することにより、微細な泡を発生することか でき、それによってきわめて精密な測定か従来の水準器と同し原理で可能である 。今日では特殊な油、液状ソリコン、不活性ガス等が、上記原理で作動する測定 装置に使用される。

それにもかかわらず、正確な光学的検出の問題が存在する。なぜなら、微細な泡 の場合、読み取り精度自体に成る程度の限界があるからである。この場合、泡か 非常に微細であると、読み取りか困難である。すなわち、泡の光学式検出がほと んと不可能である。

従って本発明の課題は、水準器の原理に従って、水平面または垂線に対する物体 の相対位置をできるだけ正確に検出するために適していて、表示が明瞭でてきる だけ正確に検出可能である装置を提供することである。

この課題は本発明に従って、特許請求の範囲第１項の光学式測定装置によって並 びに特許請求の範囲第１０項に記載した方法によって解決される。

水平面または垂線に対する物体およびまたは台の相対位置を表示または決定する ための公知の水準器に従って実質的に作動する光学式測定装置が提案される。

本発明に従って提案される測定装置は、少なくとも一部が透明である測定室を備 えている。この測定室は、比重が異なる混合しない二つの媒体を含み、一方の媒 体の少なくとも一部は透明であるかまたは通気性であり、少なくとも他方の媒体 は液状媒体であり、少なくとも一部が透明または透光性である測定室内の媒体の 位置に基ついて、水平に対する物体の相対位置または角度位置が検出または決定 される。測定室の一方の側に光源が設けられている。すなわち測定室は片側が光 源によって照射される。そして、測定室の反対側に、すなわち照射と反対の側に 、光学式測定セルまたは光感加茂の線状または平面状のセンサが設けられ、光源 から少なくども一部が透明なまたは透光性の媒体を透過する光が前記測定セルま たはセンサに投影され、投影か水平または垂線に対する物体の相対位置の決定の ために使用される。その際、媒体を通過するときに光を偏光してもよい。以下に 、光を偏光してもよい場合についても実施例に同様に説明されており、いかなる 例の場合にも光が偏光されているとの特別な指摘はしていない。更に、光の投影 はレンズあるいはフィルターまたはプリズム等のような他の光学的手段を用いて 、あるいは直接的に、すなわちレンズ等を用いないで行うことができる。

両媒体は特に液状媒体であり、一方の媒体は不透明または非透光性媒体であり、 両媒体は透明なおよびまたは特にガラス状の中空体内に閉し込められている。

その際、少なくとも一つの媒体は液状媒体でなければならず、これに対して他方 の媒体は同様に液状であってもよいし、ガス状または固体であってもよい。

本発明による測定装置の他の有利な実施形は請求の範囲第３〜５項に記載しであ る。

少なくとも一部か透明なまたは光透過性である媒体が、他方の媒体よりも太きな 比重を有するか小さな比重を有するかに応じて、第１の媒体は中空体または測定 室の頂点あるいは頂点と反対側に設けられる。

物体と水平面の間の角度または測定すべき相対位置に応じて、測定室または中空 体は異なるように形成可能である。特に、従属請求項６〜８のいずれか一つに記 載されているように形成可能である。特に、測定を３６００の角度範囲にわたっ て可能とする場合には、測定室または中空体が特に円形管または円板状中空体と して形成され、特に管または円板に対して横方向に一様な横断面を有する。

水平に対する物体の装置位置の二次元的測定を可能とする場合、すなわちＸ軸線 とＸ軸線で物体と水平面の間の角度の測定を可能とする場合には、測定室または 中空体か特に球状に形成された部分を備えている。この場合、光源は測定室の球 状部分と反対側に設けられている。この場合、測定室は特に半球として形成され ている。

投影の検出のために設けられた光学式測定セルあるいは光感加茂の平面状のセン サは例えばいわゆるＰＳＤ検出器（位置感知装置）またはいわゆるＣＣＤ　（電 荷結合素子）である。勿論、任意の光学式または光感知式測定セルがそのために 適している。

前述の本発明による測定装置による、水平面に対する物体およびまたは台の相対 位置の表示または決定のために、測定室の一方の側に設けられた光源から、光か 測定室内の少なくとも一部が透明または光透過性である液状媒体を透過し、この 一方の側と反対側の他方の側に設けられた光学式測定セルまたは光感知式平面状 センサに投影され、セルまたはセンサ上の投影の位置から、物体または台の相対 位置が決定される。

位置を感知する光センサ上の透過したビームスポットまたは影の中心の位置によ って、物体の相対位置または角度位置か決定され、適切な評価手段および表示手 段によって示される。

本発明による測定装置またはこの測定装置の運転方法は特に電子的な水準器での 使用に適している。他の用途は電子的なレベル装置、レベルメータ、補償器およ び物体の加速度を電子的に検出するための装置である。本発明による測定装置の 使用は、請求の範囲第」２〜１５項に記載しである。

次に、本発明による好ましい装置に基づいて本発明を例示的に詳説する。その際 、 図１と図２は、従来の水準器に基づいて本発明による光電子式測定装置の機能原 理を示す概略縦断面図と横断面図、 図３と図４は本発明による測定装置の他の実施例の縦断面図と横断面図、図５と 図６は本発明の他の実施例の横断面図と縦断面図、そして図７〜９は本発明によ る測定装置の変形実施例を示す図である。

図１と図２には測定室１の縦断面と横断面が示しである。この測定室は管状また は類似の形に形成された円切片３を含んでいる。この円切片の両端部は閉じてい る。円形に曲げられた骨切片３は粘性のある透光性または不透明な液体７を含ん でいる。この液体は気泡８あるいは透明なまたは少なくとも一部が透明な媒体か らなる泡を有する。図２から判るように、管３の一方の側に光源１３が設けられ ている。この光源１３から放射された光線Ｉ５は管３の片側を照らす。管がガラ ス状に形成されているので、光の一部は気泡８の範囲において管を透過し、この 透過した光線１７は管３の他方の側に設けられた光センサ２１に投影される。

その際、光を感知するセンサ２１上に、ビームスポットまたは陰影２３を生じる 。

図１．２に示した、本発明による光学式セルを設けた物体が、水平面に対して傾 斜すると、気泡８あるいは透明なまたは部分的に透明な媒体の泡が管３の中で移 動する。それによって、ビームスポットまたは陰影２３が光感加茂センサ２１上 て動くのて、物体の反れた相対位置か光学式に検出可能である。ビームスポット ２３の検出と、光感加茂センザ２１上におけるこのビームスポットの位置の評価 は、公知の技術に基づいて、例えはセンサ２１としていわゆる位置感知式検出器 ＰＳＤ　（位置感知装置）を用いることにより行われる。この場合、ビームスポ ットまたは投影の検出は非常に簡単である。なぜなら、ビームスポットの中心が 常に自動的に検出されるので、（−１加的な計算作業が不要であるからである。

しかし、ノリコンセルの形をしたマトリックス状の検出器ＣＤＤ　（電荷結合素 子）を使用することができる。この場合、先ず最初に、マトリックス上に投影さ れたビームスポットの中心を計算しなければならない。

液体と空気の代わりに、例えば、分離された二つの相を形成しかつ異なる比重を 有する異なる二つの液体を使用することができる。空気の代わりに、例えばヘリ ウムのような不活性ガスを使用することができる。複数の液体あるいは気体と液 体の最適な選択は一般的に知られている技術であるので、ここでは詳しく説明し ない。

勿論、比重の小さな固体を液体内に配置することもできる。同様に、透明な液体 内に、着色したまたは不透明な少量の液体を閉じ込めることができる。それによ って、上記とは逆に、光を感知するセンサまたは検出器上に、ビームスポットの 代わりに暗いスポットが生じる。しかし、基本原理はこの場合も同じである。

図３．４には、本発明による測定装置の他の実施形が示しである。この場合、測 定室ｌはリング状の管３または類似の形をしている。この測定室内には、不透明 なまたは非透光性の液体７が閉じ込められている。更に、気泡７の位置によって 、水平に対する物体の角度位置が検出可能である。この場合、図３の破線は角度 Ａたけ物体が傾斜したときの角度偏差を示している。図３，４の測定装置の機能 は図１．２の測定装置の機能と同しである。

図５，６ては、測定室１は外側の壁４を有する円板状の円形の中空体３を備えて いる。この円板３は円板に対して横方向において一定の横断面積を有する。中空 体は更に、不透明なまたは非透光性の液体７と、気泡８あるいは透明なまたは一 部が透明な媒体からなる泡を含んでいる。

図５．６の測定装置の機能は前述の測定装置の機能と類似している。

図３．４と図５，６の両測定装置の利点は、物体の相対位置または角度偏差が円 状の回転全体、すなわち３６０°にわたって測定または検出可能であることにあ る。これは、物体の偏差または角度偏差が水平に対して約４０〜５０°だけしか 可能でない図１．　２の従来の水準器と異なる。

図１〜６の変形実施例では、半径Ｒの選択によって測定精度を異なるように選定 することかできる。非常に大きな半径Ｒの場合には勿論、測定精度は小さな半径 Ｒの場合よりも大きい。大きな半径Ｒを選択すると、本発明による測定装置の寸 法が大きくなり、それによって場合によっては使用に問題が生じる。

図１〜６の測定装置が水平面に対する物体の一次元的な相対位置の検出しかでき ないのに対し、図７〜９の測定装置では水平面に対する物体の相対位置または角 度位置の二次元的な検出が可能である。その際、図７．８は本発明による測定装 置の縦断面を示し、図９は本発明による測定装置を平面図であり、この場合光を 感知するセンサが省略されている。非透明なまたは非透光性の液体または他の媒 体と、比重と透明度が異なる第２の媒体を含む中空体７は、球状に形成された表 面６を有する。この球状の表面の反対側におよび光源１３の側に、中空体３は球 状の表面を存する。光線１５は光源１３から発せられて中空体３に当たる。この 場合、気泡８の範囲において、中空体３を通る光線の透過度が強められる。従っ て図７．　８．　９の実施例では、光を感知するセルまたは検出器２１の面全体 に光が投影され、ビームスポット２３の範囲の強さが強められる。従って、中空 体３内での気泡８の位置を正確に測定するために、図７〜９の装置の場合には、 光の中心を検出しなければならない。

図９から判るように、図７〜９の測定装置によって、水平面に対する物体の角度 付けが二次元的に可能であり、物体と水平面はＸ軸方向でもＹ軸方向でも角度を なすことができる。本発明による測定装置の前記の実施例と同様に、図７〜９の 実施例の場合にも、球状に形成された表面６の半径を適当に選択することにより 、測定精度を変えることができるかまたは測定精度を要求に合わせることができ る。

更に、図７〜９の実施例を次のように変形可能である。すなわち、中空体が半球 に似た形ではなく、中空半球状の皿の形に形成されるように変形可能である。

従って、気泡が前述の例のようにガラス状に形成された壁または表面の両側に残 ることによって、光透過性の弱い媒体を特別に選択するときの問題が生じなくな る。原理的には更に、補完的な球表面に一致する中空の球皿を形成することがで き、かつ光源を球の中心に配置することかできる。勿論、この解決策の場合、中 空体を画成する両球皿か周囲全部を包囲するよう等しい間隔をおいて保持しなけ ればならないので、構造が比較的に複雑であり、更に、光源の運転中球皿を通っ て中央へ光線を供給すべきである。これにより、水平面に対する目的物の相対位 置をＸ方向どＹ方向において３６０°にわたって測定することができる。

例１〜９に示した本発明による実施例は、本発明の説明ためおよび理解しやすく するためのものてあり、勿論任意の方法で改変、変形および変更可能である。

例えば混合不能な二つの媒体を任意に組み合わせることができる。この場合、０ わば担体媒体としての働きをする少なくとも一方の媒体は、液体、すなわち液状 でなければならない。水平に対する物体の相対位置を表示および検出するための 他方の媒体は、固体、液状およびガス状であってもよい。測定室の形状も任意に 選択可能であり、基本的には、水準器の一般的な原理で作動する透明なすべての 中空体または測定室が適している。選択される光源も、可視光、赤外線または紫 外線であってもよい。赤外線と紫外線の場合勿論、中空体内の両媒体は、放射さ れる光の検出が適当な感光性の検出材料上で可能であるように選択すべきである 。

本発明にとって、水準器の原理に従って作動する光学式測定装置内で、測定が一 つの光源と適当に配置された光を感知する一つの検出器によって行われ、続０て 適当な機構によって目視されることが重要である。

補正書の＾１１訳文提出占（特許法第１８４条の８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．水平面に対する物体およびまたは台の相対位置を表示または決定するための 測定装置であって、少なくとも一部が透明である測定室が、比重が異なる混合し ない二つの媒体を含み、一方の媒体の少なくとも一部が透明であるかまたは透光 性であり、少なくとも他方の媒体が液状媒体であり、少なくとも一部が透明また は透光性である測定室内の媒体の位置に基づいて、相対位置が検出または決定さ れる測定装置において、測定室（３）の一方の側に光源（１３）が設けられ、こ の一方の側と反対側の測定室の他方の側に、光学式測定セル（２１）または光感 知式センサが設けられ、光源から少なくとも一部が透明なまたは透光性の媒体（ ８）を透過する光（１７）が前記測定セルまたはセンサに投影され、投影（２３ ）が相対位置（Ａ、角度α）の決定のために使用されることを特徴とする測定装 置。 ２．少なくとも一方の媒体（７または８）が光を偏光させる媒体であることを特 徴とする請求の範囲第１項の測定装置。 ３．両媒体が液状媒体（７，８）であり、他方の媒体が不透明なまたは非透光性 の媒体であり、両媒体が透明なおよびまたはガラス状の中空体内に閉じ込められ ていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項の測定装置。 ４．透明なまたは光透過性の媒体（８）の量が不透明な媒体（７）の量よりも少 ないことを特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれか一つの測定装置。 ５．透明な媒体（８）が中空体（３）の頂点または頂点の反対側に設けられてい ることを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれか一つの測定装置。 ６．中空体（３）がほぼ一様に曲げられ両側を閉じた管を備えていることを特徴 とする請求の範囲第１〜５項のいずれか一つの測定装置。 ７．測定室か円形の管あるいは円板状に形成された中空体（３）を備え、この中 空体が管または円板に対して垂直方向に一定の横断面積を有することを特徴とす る請求の範囲第１〜６項のいずれか一つの測定装置。 ８．測定室か球状に形成された部分を有するかまたは特に半球として形成された 中空体（３）を備えていることを特徴とする請求の範囲第１〜５項のいずれか一 つの測定装置。 ９．光学式測定セル（２１）または光感知式センサが、位置を感知する検出器（ ＰＳＤ＝位置感知装置）またはマトリックス状の検出器（ＣＣＤ＝電荷結合素子 ）であることを特徴とする請求の範囲第１〜８項のいずれか一つの測定装置。 １０．請求の範囲第１〜９項のいずれか一つの測定装置によって、水平面に対す る物体およびまたは台の相対位置を表示または決定するための方法において、光 が測定室（１）の一方の側に設けられた光源（１３）から、測定室内の少なくと も一部が透明な液状媒体（８）を透過し、測定室の反対側に設けられた光学式測 定セルまたは光感知式の平面状のセンサに投影され、セルまたはセンサ上の投影 （２３）の位置から、物体または台の相対位置が決定されることを特徴とする方 法。 １１．位置を感知する光センサ（２１）上の透過したビームスポットまたは投影 （２１）の中心が検出され、この検出値から相対位置または角度位置が決定され 、かっ適当な手段によって表示されることを特徴とする請求の範囲第１０項の方 法。 １２．測定装置によって検出された物体の相対位置を用いることによって、所定 の位置に保持すべき物体の自動水準測量を行うために、物体が占める所定の位置 の結果として検出された偏差が、適当な手段によって低減または相殺されること を特徴とする請求の範囲第１〜９項のいずれか一つの光学式測定装置の使用。 １３．仰角測定装置または傾斜計が両脚部にそれぞれ請求の範囲第１〜９項のい ずれか一つの光学式測定装置を備え、両脚部の相互の相対位置または水平に対す る相対位置から、仰角の測定または傾斜の測定が行われることにより、請求の範 囲第１〜９項のいずれか一つの測定装置を仰角測定装置または傾斜計として使用 すること。 １４．相対位置または角度位置の表示の時間的な変化が測定または決定されるこ とにより、請求の範囲第１〜９項のいずれか一つの測定装置を物体の加速度を検 出するために使用すること。 １５．水平に対する例えば飛行装置のような物体の偏差または相対位置を決定す るために、例えば飛行装置の人工の水平線内で、請求の範囲第１〜９項のいずれ か一つの測定装置を使用すること。