JPS6270711A

JPS6270711A - 傾斜角度検出器

Info

Publication number: JPS6270711A
Application number: JP21179985A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kiyono; 慧清野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1987-04-01

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】［産業上の利用分野］本発明は、例えば水準器のように水平度を割り出したり
傾きなどの傾斜角度検出を行なう傾斜角。

度検出器に関する。

［従来の技術］従来、傾斜角度を検出する水準器として、気泡管、電気
的に傾斜を検知できる電子式水準器（振−予成）などが
用いられている。

気泡管・は、ガラス管中にごくわずかの気泡を残。

して例えばエーテル等の液体を密封した構成で、液体の
表面が常に水平になろうとすることから気泡が常に管内
を最高位置に移動され、この気泡の移動量を測定するこ
とにより、水平度あるいはわずかな傾斜角度を測定する
ようになっている。

また、電子式水準器は、器体内に略Ｔ型の磁性材料から
なる振子がつりさげられて、この振子の両側部に配置さ
れた検出コイルによって振子の傾き角度を電気的に検出
するようにしたものである。

［考案が解決しようとする問題点］従来の水準器等では、気泡管の場合、気泡の撮動の減衰
が小さく、測定に時間がかかるとともに出力の電気信号
への変換が難しく傾斜角度の自動読取りがしにくいので
、水平を割出す以外の目的には極めて使いにくい問題が
あった。

また、電子式水準器の場合、器体寸法が大きいとともに
重量が大きいので、用途が大型構造物の真直度の測定な
どに限られていた。また、高感度のものは、振子の支持
などが難しく感度に限界が生じるとともに堅牢性にも難
点が生じた。したがて、高感度のものは、製品の価格が
高くなるという問題もあった。

また、従来の水準器では、−軸回りの傾斜角度検出しか
できず、平面内の直交２軸回りの傾斜角度を測定したい
ときには水準器を２個用いるか、水準器の方向を９０度
回転して２回測定を行な６必要があり、測定精度が悪く
なるという問題があフた。

また、気泡管および電子式水準器などの水準器では、管
の曲率半径あるいは振子の腕の長さ等の幾何学的寸法が
感度に影響するため、特に測定感度の良い精密なものは
測定範囲が狭くなり、この測定範囲の変更は容易にでき
なかった。

［問題点を解決するための手段］本発明は上述のような点に鑑みなされたもので、平面内
の直交２軸回りの傾斜角度が、迅速に自動読み取りがで
き、小型軽量であり、広い用途に利用でき、広い範囲の
傾斜角度検出を行なえる高精度の傾斜角度検出器を提供
することを目的とするものである。

本発明の傾斜角度検出器は、液面中央部６が常に重力方
向に対して一定形状を保つ液体５を備えた器体１と、こ
の器体１に固定され上記液体５の液面中央部６に対して
光を照射する照射部２と、この照射部２とともに上記器
体ｌに固定され照射部２から照射され液面中央部６て反
射する反射光を受光する受光部３とを具備し、上記器体
１と上記液面中央部６との相対的な傾斜角度変化を検出
するようにしたものである。

本発明の傾斜角度検出器では、液体５として例えは、水
銀等の振動減衰の大きいものを使い出方信号の安定化を
計り、受光部３に光電変換素子を使うことで自動読み取
りが可能となり、また、受光部から得られる電気信号を
低域通過フィルタを通して平滑してから読み取ることで
測定の迅速化を達成できるので、気泡管の有する問題点
を解決できる。

また、重力方向に対して液面中央部６が一定形状を保つ
に必要な最小限の液体量を保持する器体ｌと軽量の照射
部２と受光部３を用いることで精度と堅牢性を保持した
まま小型軽量化を達成でき、また、安価で高性能の光学
素子を利用できるので価格面でも電子式水準器の難点を
解決できる。

また、液面を傾斜角度の基準にしているため、重力方向
に直交する水平面内の２軸回りの傾斜角度を同時に検出
可能な高精度の傾斜角度検出器が実現できる。

また、照射部２または受光部３のレンズ等の光学系を交
換するだけで種々の感度と検出範囲を選ぶことができる
。

また、角度検出の基準とする液面の中央部が重力以外の
拘束を受けないため、従来の水準器より高精度の傾斜角
度検出器が容易に実現できる。

［作用］本発明は、器体に固定された照射部から常に重力方向に
対して一定形状を保つ液面中央部に対して光を照射し、
器体の傾斜状態に伴う光の液面中央部への入射方向およ
び入射角度なとの入射状態の変化に応じて、相対的に変
化する反射光の反射方向および反射角度などの反射状態
を検出することにより、器体の装着された被検出物の傾
斜方向および傾斜角度、すなわち、水平面内直交２軸回
りの傾斜角度を検出するものである。

［実施例］以下、本発明の一実施例の構成を図面を参照して説明す
る。

傾斜角度検出器は、傾斜角度を検出する被検出面に載置
あるいは被検出物に固定される器体１と、この器体１の
一方のｌｌｌ＋１壁に配置された光を照射する照射部２
と、器体ｌの他方の側壁に配置され光を受光する受光部
３とから構成される。

上記器体１は、中央部にｔα体収容部４を設けた容器体
から構成され、この液体収容部４内に例えは水銀などの
液体５が所定量入れられて、この液体５の液面中央部６
が、器体ｌの水平状態で）α体収容部４の所定の基準面
に位置するようになっている。

上記ｐ、＠剖部２は、円筒状の照射筒体７を有し、この
照射筒体７は、その一端の照射開口端８を液面中央部６
に臨ませて器体１の一方の側壁に所定角度傾斜されて固
定されており、この照射筒体７内には、他端部側から例
えば豆ランプ、発光ダイオード、レーザーダイオード等
からなる光源９と、この光源９から発せられた光を制光
するレンズｌＯと、軸線を同一とするピンホールｌｌａ
　、　１２ａがそれぞれ中央部に形成された一対のマス
ク板１１．１２とが配置され、光源９から発ぜられた光
がレンズ１０、ピンボールｌｌａ　５１２ａを介して照
射間口端８から液面中央部６に対してスポット状に照射
される。

上記受光部３は、円筒状の受光筒体１３を有し、この受
光筒体１３は、その一端の受光開口端１４を液面中央部
６に臨ませて器体１の他方の側壁に所定の角度傾斜され
て固定されており、この受光筒体１３内には、上記照射
部２から照射され液面中央部６で反射する反射光を受け
るレンズ１５が中央部に配置されているとともに、この
レンズ１５の集光位貴近傍に受光面Ｉ６を配置した、例
えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトセ
ル等の光゛電変換素子１７が配置されている。なお、こ
の光電変換素子１７の受光面１６は、器体１の水平面内
の２−軸回りの傾斜角度を検出するため、レンズ１５で
集光された反射光スポットの２軸方向の移動量を検知す
ることができるように４分割に形成されている。

次に、本実施例の作用を説明する。

器体１を傾斜角度を検出する被検出面に載置あるいは被
検出物に固定する。

そして、被検出面あるいは被検出物が水平で器体ｌが水
平状態にある場合には、液面中央部６と器体ｌとの角度
変化はなく、そのため、液面中央部６で反射した反射光
は、光電変換素子１７の受光面１６上をいずれの方向へ
も移動せず、このことを、光電変換素子の出力から確認
することから、器体１が載置あるいは固定された被検出
面あるいは被検出物の水平状態が検出される。

また、被検出面あるいは、被検出物が傾いて器体ＩがＩ
Ｌｎ斜状態にある場合には液面中央部６と器体１との相
対的な角度変化が生じ、そのため、液面中央部６で反射
した反射光が光電変換素子１７の受光面１６上を移動し
、この移動方向および移動量を検出して電気的に出力す
ることにより、被検出面あるいは被検出物の傾斜方向お
よび傾斜角度、すなｔつち、水平面内の直交２軸回りの
傾斜角度を−検出することができる。

なお、照射筒２および受光部３のレンズ１０、■乳等の
光学系を変更することにより、感度と分解能、傾斜角度
の検出範囲の変更を容易に行なうことができる。

また、本実施例に示した傾斜角度検出器は、従来の水準
器と全く同じ用途にも使用できるが、水準器にはなかっ
た高感度でかつ広範囲の傾斜角度検出用に用いることが
可能である。また、この検出器、が例えばオートコリメ
ータの反射鏡と同程度の重量と寸法で構成されるので、
光軸を基準としてなされて来た、真直度、平面度の精密
測定にも応用できる。そうして、光軸回りのローリング
に相当する傾斜角度も同時に検出できるので、特に、平
面度測定では、光軸基準より高精度で迅速な測定ができ
る。さらに、走り真直度の測定でも、光軸基準では不可
能であったローリングが同時に測定できる。

なお、上記実施例では、器体１内に直接液体５を入れて
いたが、液体５を空気または他の器体とともに上部が透
明なカプセル１９内に封入し、このカプセル１９を器体
ｌの液体収容部４に配置してもよい。また、このカプセ
ル１９をその上面において蓋をするとともにこの蓋にレ
ンズを用い、上記照射筒２および受光部３に必要となる
レンズ系の一′１部または全部として利用してもよい。

また、上記実施例では、器体ｌの両側面に固定された照
射筒２および受光部３により２１り面中央部６に刻して
斜め方向から光を照射および受光して２軸回りの傾斜を
検出していたが、例えは、ハーフプリズム１８を介して
液面中央部６に対して直角方向から光を！！り羽すると
ともに直角方向に反射する反射光を、例えはハーフプリ
ズム１９を介して−受元部で受光するようにして、器体
１の２軸回りの傾斜を検出するようにしてもよい。

また、上記受光部３の光電変換素子１７の代わりにスク
リーンを配置し、このスクリーンに移し出される反射光
の移動を読み取るようにしてもよい。

［発明の効果コ本発明によれば、水平面内直交２軸回りの傾斜角度を同
時に高精度で検出でき、また、検出器自体が簡素で小型
軽量であるため、従来の水準器の用途以外の広い用途に
も利用することができ、また、照射部および受光部の光
学系の変更のみで感度と分解能、傾斜角度の検出範囲を
容易に変更することができ、広範囲の傾斜角度検出を行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の傾斜角度検出器の一実施例を示す正面
断面図、第２図はその１部１６を受光部光軸方向から見
た図、第３図は他の実施例を示す正面断面図、第４図も
他の実施例を示す正面断面図である。ｌ・・器体、２・・照射部、３・・受光部、４・・液体収容部、５・・液体、６・・液面中央部、７・・照的筒体、８・・照射開口端、９・・光源、ＩＯ・・レンズ、１３・・受光筒体、１４・・受光開口端、１５φ・レンズ、１６・・受光面、１７・・光電変換素子、１８・・ハーフプリズム、１９・・カプセル。特許請願人　清野　慧第１図第２図第３＠

Claims

【特許請求の範囲】液面中央部が常に重力方向に対して一定形状を保つ液体
を備えた器体とこの器体に固定された上記液体の液面中
央部に対して光を照射する照射部と、この照射部ととも
に上記器体に固定され照射部から照射され液面中央部で
反射する反射光を受光する受光部とを具備し、上記器体と上記液体の液面中央部との相対的な傾斜角度
変化を検出することを特徴とする傾斜角度検出器。