JPS5862504A - 物体の伸縮、変位等の測定装置 - 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】 本発明は物体の伸縮、変位等を測定するための測定装置
に関し、特に被測定物のｇｊ！を光電変換素子の受光面
κ投影せ゛しめるよ・うにして１！Ｉ側定物と無接触な
状態で自動的κ測定することができるようκし、しか□
も被測定物の伸縮、変位等と光．電変換素子の出力信号
の変化とを比例させる仁とができ、従って、被測定物の
伸縮、変位等を複雑な演算を要することなく簡単κ求め
ることができ、かつ測定精度が高く、構造が比較的簡単
で小型化するととがで春、更κ低コスト化ｔ−図ること
ができる物体の伸縮、変位尋の測定装置を提供しようと
するものである。

物体の伸縮、変位等を測定することは工業材料の各種の
特性を知るため会費となる場合か多い。

鉤えば、ガラス尋の軟化点を測定する場合がそれである
。即ち、日本工業規格κおいてはガラスの軟化点に関し
て直径か０．夕Ｓ，０．７１■で長さが３．５備のガラ
ス試料の上部／Ｏｃｔｓを約ｊ℃／分の．温度上昇速度
で加熱する条件においてトガラス試料の自重による伸び
速Ｊｌ’（以下単に「伸び速度」という。）か１ｍ７分
に達したときの加熱温度をもつて軟化点とすることが規
定されている。従って、ガラス軟化点の測定はガラス試
料の伸び連ｌｆかｌｓｌ／分に達した時点における加熱
温度を検出することＫよって行うのであるが、その為に
はガラス試料の伸びを正確に測定することか不可欠であ
る。

ところで、従来におけるガラス試料の伸びの＃ｊ定方法
にはいくつかその操作性、信頼性或いはコスト的経済性
の点で多くの欠点を有していた。ガえは望遠鏡方式と称
するものは、測定者かガラス試料を望遠鏡等で覗きなが
ら試料の伸び速度を判定するものであるが、これは伸び
速度か基準値に到達したかどうかの判町に相当な熟練を
賛し、ややもすると判断ミスによって測定誤差か生じる
ことが少なくなく、又、測定者によって測定結果に測定
者毎のバラツキを生ずる等操作性、（ｉｌＮ性に根本的
な欠点かめる。又、レーザー九−による自−追跡方式と
称するものは、試料の伸びによってレーザー元縁が迩ぎ
られるとｉ元部がサーボ機構によって下降移動するよう
に−成し、該受光部のｊｅ＃Ｉｂ速度を、試料の伸び速
度と、ｔｍして測定する方式のものであるが、これは光
源としてレーザービーム発生装置ｔ−畳し、又、受光部
の移動にサーボ機構、複雑な制御回路を畳する等大炎り
な装置を必要とし、レーザー使用による保守の困難性も
大きく、大蓋にして高価、複雑な装置にならざるを得な
い欠点があった。

そこで本発明は、機械的光学追尾機構のような動作機構
を全く用いることなく、固定の投影機構、光電変換素子
及び電子回路のみによって１１ＩＩｌ定物の伸び縮み、
変位等を被測定物と非接触で自動的に測定することがで
き、しかも被測定物の伸縮、変位等と光電変換素子の出
力信号の変化とを比例させることができ、従って１１Ｉ
糊定物の伸縮、変位等を比較的簡単な電子回路によって
求めることができ、かつ調定精度か高く、更に構造が簡
単で小量化でき、製造コストを安価にすることのできる
納規な物体の伸縮、変、位等の測定装置を提供しよ１ うとするもので、１１１１Ｊ定物の少なくとも一部に光
を照射する光源と、被測定物の儂か受′ｙｔ、面に投影
店れる光電変換素子と、該光電変換素子から出力される
電気的信号の変化を、検知することにより被測定物の伸
縮、変位尋を検知する検知回路と、そして、該検知回路
と光電変換素子との間に配置姑れ、前記光電変換素子の
受光面に投影される儂を被測定物の伸縮、変位等の方向
と垂、直な方向に拡大する像拡大手段とから成り、被測
定物の儂か上ｆｌｅ１象拡大手段によって拡大されて光
電変換素子受元面の像拡大方向における有効幅全域に投
影されるようにしてなることを特徴とする。

以下に本発明物体の伸縮、変位等の測定装ｖＩｔを添附
図面に示した実施的に従って１明する。

第１図乃至第弘図は本発明測定装置をガラスの軟化点の
測定に通用し九実施ＩＦＩを示す−のでおる。

図面においてｌはその中央貫孔に挿入されるガラス試料
コの上部を加熱する電気炉のような加熱部で、適宜な温
度調節−３を介して一定の温度上昇速ｊ１例えは５℃／
分の速度で加熱するもので、該加熱温ｊｆＩｆｉ熱電対
≠によって検出される。ｊはガラス試料−の下熾部２′
に平行光束を照射して投影像を生ずるレンズ糸投影機構
で、８ｇ２図に示す如（、タングステンランプのような
光部６からの投光をコンデンサーレンズ７を介して平行
光束ｔとなし、これをガラス試料λの下端部コに照射し
、更にシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）りを通過さ
せて受光センサー／θに投光するようにされている。前
記シリンドリカルレンズ２はそれに入射された像を水平
方向のみに拡大することができるようにされている。し
かして、このシリンドリカルレンズタはこの検出装置に
おいて次のような役割を果たす。すなわち、ガラス試料
コは通常φ０．２２〜０．７１ｖｍと極めて径が細いの
に対してセンサー１０のセンサー向の有効幅は参璽程度
と広いのでセンサー面に生じる儂はセンサー向の有効幅
に比して著しく細くなる。従って、影の長さの変化に比
的してセンサー１０の出力が変化するようにすることは
できず、センサーｌＯの出力からガラス試料−の伸びを
測定するために複雑な演算を畳するという問題があり、
又、ガラス試料コの桂のバラツキがセンサーｌＯの出力
の変化をもたらし、Ｉｌｌ定誤差の原因となる。そこで
、ガラス試料２の下端部λ′によって生じた儂をシリン
ドリカルレンズタを通過せしめることによって第３図に
示すように水平方向にのみ拡大し、ガラス試料λの下端
部ｊの像かセンサー面の幅方向全域に投影されるようＫ
する。すると、ガラス試料コの伸長ＶＣよる像の長さの
変化に比的してセンサー１０の用刀が変化するので、セ
ンサーｌＯの出力からガラス試料λの伸びを籍に演算を
賛しないで一１ｊ足することができる。又、ガラス試料
λの長さの変化のみがセンサーｌＯの出力に変化をもた
らすようにすることができ、ガラス試、？＋−のｔｉ径
のバラツキによる誤差は生じる惧れかない。

このようにしてガラス試料λの下端部、２’（Ｄ像か投
影されるセンサー１０には、受光電によって抵抗愉が変
化し、それにより１Ｊ加電圧ｆ：変えて出刃することの
できる０４日のような光［変換素子を用いる。しかして
、加熱によりガラス試料−の下端（１ λ′が伸長することでセンサー即ち元ｔ＆侯本子の受光
する受光電が減少し、これによって出力電圧が刻々と飼
えは尚くなるようにする。そして、この出力電圧を増幅
回路／／にて適宜増幅し、この増幅回路／／の出力電圧
をガラス軟化検知回路１２と２ペン式ペン書キレコーダ
１３の第１ペン部ｌ≠とに入力する。又、加熱部／の加
熱温度も前記熱電対弘で電圧に変換し、この出力電圧を
増１−回路／ｌＫて適宜増幅し、この増幅回路／ｊの出
力電圧を加算回路７４に入力する。そして、この加算回
路ｌ乙の出力電圧はコペン式ペン書きレコーダ１３の第
２ペン！ＩＩ／７へ入力される。

前記ガラス軟化検知回路／コはタイマー回路ｉｔと演算
回路／りと軟化点シグナル発生回路２０とからなる。

タイマー回路／Ｉは、予め定められ九ところの、列えば
１０秒あるいは１５秒といった一定のチェックタイム間
隔をもって一定のパルス電圧を発生する回路であり、該
パルス電圧は演算回路ｌりと軟化点シグナル発生回路♂
Ｏとに入力される演算回Ｂｉｔは、鉤えｄ上記タイマー
回路／りからの各チェックタイム信号入力時に開くゲー
ト回Ｘｔ−介して前記投影変化推移を示す受光センサー
１０からの電圧Ｖの当該チェックタイム時１．における
電圧Ｖａ１に人力され、次のチェックタイム時１゜が到
来する迄当該入力電圧ｖ６．を保持すると共に、次のチ
ェックタイム時ｔ−の信号入力時の受光センサー１０か
らの電圧Ｖａｔと前回の電圧Ｖａｔ　　とから、飼えば
ｖ、、　　Ｖ（ＩＩ　の減算式によって当該チェックタ
イム間隔ｔ１．＝ｔ＠関における電圧変化量Δｖ１を針
算し、更にその鉤定し友変化量Δｖ１を予め設定した基
準変化量ΔＶ、（Ｃれはガラス試料の伸び速ｔ／ｇ／分
に相当する所定時間＠（お／ ける電圧変化量）と比較し、この比較にお艷′□て該測
定変化量が基準変化量より大きい時即ちΔｖト〉ΔＶ＃
の関係に立った時に軟化点シグナル発生回路２０へ一定
の大きさの電圧を出力するように構成されている。そし
て該軟化点シグナル発生回路コＯは演算回路ｌりの出力
電圧のはかタイマー回１ｉｌｓｌりからのチェックタイ
ムシグナルをも入力し、この２つの入力電圧を加算した
電圧を出力する慎＊ｌ！を有する。この軟化点シグナル
発生回路２０の出力熾子は加算回’ｆ１／３−の第２の
入力趨子に接続されている。

又、加算回路１６は加算温度を示す熱電対弘からの電圧
に、タイマー回路／ｌからのチェックタイム信号のパル
ス電圧を加算し、又軟化点シグナルの発生時には該軟化
点シグナルのパルス電圧をも加算し、その加算された電
圧をペン書きレコーダ１３の第２ペン部１７に送出する
構成となっている。

次に上述し比測定装置の動作を鮫明する。

加熱部ｌの中央１孔にガラス試料λを挿入し、該加熱部
の加熱ｔ−開始すると共に、投影機構ｊの光１１１１６
に通電し、又各回路およびレコーダ１３に電＃を投入す
る。加熱部ｌは前記した通り毎分！、℃の速度で加熱上
昇するから、ガラス試料λの上部も次第に湿量上昇し始
め、試料の下端は轟初は全く変化が現われないが加熱温
度の上昇につれて膨軟化が始まり、それは試料の自重に
よる下端の伸長として変化が現われてゆく。そして一方
では加熱部ｌに設けた熱電対４ＩＣかその温度を検知し
その温度に応じた大きさの電圧を出力し、その出力電圧
がレコーダ１３の第２ペン１７によって記録紙に書き込
まれる。第ｑ図のＴはその書き込みによって描かれた温
度推移を示す線である。又、投影機構ｊの光電変換素子
１０には試料λの伸びによって長くなる影が投影され、
その影の長さに応じた大きさの電圧が光電変換素子１０
から出力される。そして、その出力電圧が増幅回路ｌｌ
によって適宜増幅され第２ペン１７によって前記記録紙
に書き込まれる。Ｌはその書き込みによって描かれたガ
ラス試料の長さの推移を示す曲線である。

他方、軟化検知測定回路７２においてはタイマー回路ｉ
ｔから所定のチェックタイム間隔毎にチェックタイム信
号としてのパルス電圧を発生して、該パルスを演算回路
／りに入力し、且つ又該パルスを軟化点シグナル発生回
路２０を介して加算回路１６に人力するから、核パルス
電圧扛、該用足ｉＪ＋隔毎に加熱温度の入力電圧に加算
されて、このチェックタイムシグナルＯＴＳが上記温度
推移−−Ｔ上に定間崗をもって表示される。又、該パル
ス電圧を入力された演算回路ｌりにおいては、該人力信
号によってゲートを開き受光センサー１０からの電圧値
ｖ％Ｐｌえば同図ｔ１時点における電圧ｖＧＩを読み込
み、次のチェックタイム時１．時点到来まで骸電圧ｖｌ
を保持し１次のチェックタイム時を璽の時点で読み込ん
だ現在電圧ｖａｌと先の電圧ｖｇ、とを、ｖＧ＊　−Ｖ
（１１の減算をすることによって当鋏チェックタイム間
ｒｌＩＩｉｔ１〜ｔｍ間における電圧変化量Δｖｌを計
算すると共に１該電圧変化量Δガと予め定めた基準変化
量ΔＶＪとを比較し、ΔＶ＋＞６１ｇの関係でなけれ汀
先の読み込み電圧ｖａｌを消去して現在読み込み電圧値
ｖａｌ　を１１ｊＫ次のチェックタイムｔｓ時点到来ま
で保持する。これら計算と比較動作をチェックタイムシ
グナルの入力時毎に繰り返すが、岡見は同図チェックタ
イム時ｔ■の時点における上記比較結果がΔｖｌ・〉Δ
Ｖ、でめった場＆社、軟化点シグナル発生回路λ０ヘガ
ラス試、料の軟化を示すある大きさの電圧を出力する。

すると、この出力電圧を受けた同回路２０は、その受け
た出力電圧とタイツ−回路ｉｔからの当該チェックタイ
ムシグナルのパルス電圧とを加えた大きさの電圧を出力
し、これを加算回路１６へ送出するから、レコーダの′
ｍ２ペン１７はその時点における加熱温度の電圧とチェ
ックタイムシグナルの電圧と軟化点シグナルの電圧が全
て加算された大きさの電圧が入力される。

従って第参図矢印に示す如きガラス試料λの軟化を表わ
すシグナル８Ｄ８が温度推移を示す脚上に描かれる拳に
なる。このようにしてレコーダによって記録紙上にはガ
ラス試料の伸びとガラス試料の加熱温度推移とがグラフ
表示される。そして、該加熱ｉＭ度推移グラフ上にはチ
ェックタイムシグナル（３Ｔ８と、ガラス試料コの軟化
を示唆するシグナル日Ｄ８とが表示きれる。

なお、上記冥施飼では、チェックタイムシグナルと軟化
点シグナルを加熱ｔｉ！度グラフ上に加算表示する構成
としたか、該シグナルを投影変化推移グラフ上に加算表
示するようにしても良いし、又所望により、該シグナル
を肉グラフ上に表示したり、或いはチェックタイムシグ
ナルは敢えて表示させる事すく軟化点シグナルのみの表
示をするようＫしてもよい。これらの変形的は、前述の
ガラス軟化検知回路ｌコにおけるチェックタイムシグナ
ルとしてのパルス電圧と軟化点シグナルとしてのパルス
電圧をいづれのレコーダ回路に入力するか、自在に設計
変更する仁とによって為し得る。

図面に示された測定装置は、一定条件で加熱されたガラ
ス試料の伸び速度が所定の俸に達した時点におけるガラ
ス試料の加熱温度を求めるためのものであったが、本発
明測定装置による測定の対象となるものは決してガラス
に限定されず、例えば工業材料として広く使用されてい
るプラス、ティック−やセラミック類、金属類等からな
る各種物体の伸びを測定することができる。又、物体の
伸びだけでなく、縮みを測定することができるのは勿論
のこと、的えば物体の変位のように受光面に投影される
物体の像の長さく変化をもたらすものはすべて測定する
ことができる。

従って、本発明測定装置はガラス試料等の軟化点を測定
する場合に＠らず、物体の伸縮、変位等ｔ−測定するこ
とか必要となるような特性の測定−般に広く適用するこ
とができる。そして、特性を求めるために債測定物の伸
び、縮みあるいは変化等の量を変数とする式の計算をす
る必要がある場合には、マイクロコンピュータを利用し
て＃を鼻することＫよって迅速に計算結果が得られるよ
うにすることができる。又、各変数とそれに対応する各
計算結果とからなる表をコンビエータのメモリ□に記憶
しておき、被測建物の伸び、縮みあるいは変位等をコン
ビエータに入力すると直ちにそれに対応する計算結果が
出力されるよう圧することもできる。

尚、図面に示された測定装置には像拡大手段としてシリ
ンドリカルレンズが用いられているが。

被測建物の伸動、変位尋の方向と垂自な方向のみに被測
建物の１＃を拡大することのできるものはシリンドリカ
ルレンズに限らず像拡大手段として１史用することがで
きる。

以上に述べたように、本発ｕＡ測ｉ装重においては、被
測建物の少なくとも一部に元を照射する光源、この元帥
からの光を受ける被測定物の像が受光面に投影される光
電変換素子及び該光電変換素子から出力される電気的信
号の変化を検知することにより被測建物の伸縮、変位等
を検知する検知回路があるので、物体の伸縮、変位等を
［１１１足物体と無接触の伏線で自動的に測定すること
ができる。

しかも、１２＃１定物体と光電変換素子との間（は前記
光電変換素子の受光面に投影される儂を被測定物体の伸
縮、変位等の方向と垂直な方向に拡大する像拡大手段を
配置し、該像拡大手段によって物体のｇＩが充電変換素
子受ｙｔ開の像拡大方向における有効幅全域に投影され
るようにしたので、被測定物の伸び、縮みあるいは変位
の量と光電変換素子の出力の変化１とが比的するように
することができる。従って、光電変換素子の出力から音
測定物体の伸び、縮みあるいは変位の量ｔ−％に複雑な
演算を豐することなくきｉ：・ねめて簡単に求めること
ができる。又、ＩＩ＃ｌＪ定物の伸び、動みあるいは変
位のみが光電変換素子の出力に変化をもたらすことかで
きるので、豪欄定物体の直径等のバラツキによる測定誤
差は生じる惧れかない。したがって、測定鞘ｆを著しく
高くすることができる。

史に又、本発明によれば物体の伸び、縮み、変位等を測
定者の判断によってではなく自動的に測　□定すること
かできるので、測定に熟練を資したり測定者によって測
定結果にバラツキか生じたりあるいは測定ミスによって
大きな測定誤差か生じたすする尋の惧れは全くない。

そして、機械的九字追尾機構のような複雑な機構を全く
用いることなく測定を行うことができるので、装置の構
造を簡単にし、且つ小型化を図り、製造コストを安価に
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明物体の伸縮、変位等の測定装置の実施の一
部を示し、第１図は投影機構と加熱部および内部回路を
示すブロック図、第２図は投影機構の拡大ｈｊ向（９）
、第３図は投影機構の賛Ｓを示す斜視図、第≠図はレコ
ーダによる表示列を示すグラフ図である。 〜２：

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の少なくとも一部に光′ｆ：照射する元
   部と、砿（１１１Ｊ定物の像か受光面に投影される光電
   変換素子と、該光電変換素子から出力される電気的信号
   の変化を検知することによりＩＩ濁定物の伸動、変位等
   を検知する検知回路と、そして、該検知回路と光電変換
   素子との間に配置され、前記光電変換素子の受光向に投
   影されるｇＩを被測定物の伸縮、変位等の方向と垂直な
   方向に拡大する律拡大手段とから成り、＊６１１Ｊ定物
   の像が上記像拡大手ｔｓｔｔｃよって拡大されて光電変
   換素子受光向の鎖拡大方向における有効−全域に投影嘔
   れるようＫＬ。 てなることを％黴とする物体の伸縮、変位尋の測定装置