JPS6339603Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、測定装置本体が軽量、小型であつ
て、起伏に富んだ複雑な内空形状を自動的に、か
つ狭い空間においても測定できるようにした内空
形状座標測定装置に関する。

自動車の室内のように狭い空間で起伏に富んだ
複雑な内空形状を連続的に測定する場合、測定装
置としては軽量、小型で、急峻な段差にも自動追
尾できる性能が要求される。特に、小型化は測定
の死角をなくすること作業性を向上させるといつ
た意味からも重要なことである。

従来この種の内空形状の測定手段はトンネル等
を対象としたレーザー使用の三角測量装置が知ら
れている。この手段は、測定装置本体である回転
ドラムの外からレーザー光束をドラムの回転軸に
一致させて、目的物に照射し、ドラム内の鏡によ
り測定物へ投射する構造となつている。この構造
では精度を確保するために回転ドラムの回転精度
を高くするとともにレーザー光束と回転軸とを高
い精度で一致させる必要があり、測定精度に及ぼ
す誤差要因が増加するという欠点がある。また、
この装置は光束と回転軸とを一致させるための調
整機構等の必要から構造が複雑となり小型化に対
して不利なものである。

本考案は、上記欠点を解決するとともに、光源
を測定用半導体レーザー光源及びモニター用可視
光レーザー光源との２系統に分離すると共に前者
は測定装置本体内に組み込み、後者の可視光は光
フアイバーを用いて測定装置本体内に導入すると
いうように構成して、装置の小型化を実現したこ
とにより、起伏に富んだ複雑な内空形状等の座標
測定や断面測定を連続的にかつ、容易に行うこと
ができる軽量で高精度の測定装置を提供しようと
するものである。

すなわち、本考案の装置は被測定体内の内空形
状の座標を測定するための下記の構成要件から成
る測定装置本体と、該測定装置本体とは別の場所
に設けられ、可視光レーザー光束を供給する第１
のモニター用光源と、該第１のモニター用光源か
らの可視光レーザー光束を上記測定装置本体内の
発信反射鏡に供給するための光フアイバーと、さ
らに、該測定装置本体内に設けた移動量検出装置
からの信号と回転角度検出装置からの信号とを同
時に対応させて記録表示する装置とより成ること
を特徴とする内空形状座標測定装置。

測定装置本体は、断続的な不可視光光束を出力
する半導体レーザー光源とした第２の測定用光源
と、該断続された不可視光光束及び光フアイバー
により導かれた可視光レーザー光束を平行光に変
換するとともに両光を同一光路を介して基線に対
して一定角度で目的物に発信する発信反射鏡と、
目的物から反射される断続された光束を相対向し
て設けられた感知素子に向けて一定角度で反射さ
せるための受信反射鏡、該受信反射鏡からの断続
された光束を前記感知素子上に結像させるための
指向軸を有する進束レンズと、該集束レンズの前
記指向軸の両側に配置されかつ前記集束レンズか
らの断続された光束に感応する一対の感知素子
と、該一対の感知素子からの信号を差動増幅する
ための差動増幅回路と、該差動増幅回路からの出
力に応じて前記受信反射鏡の位置を該出力が零付
近の値になるようにその基線上において移動させ
るサーボ機構と、前記発信反射鏡の基線軸上の発
信点と前記発信反射鏡の前記目的物からの反射光
束の受信点との間の距離を検出してこの距離に対
応する電気信号を出力する移動量検出装置と、前
記発信反射鏡、受信反射鏡、集束レンズおよび感
知素子をその基線のまわりに一体的に回転させる
回転装置と、この回転角度を検出する回転角度検
出装置と、前記第２の測定用光源の周波数信号と
目的物からの断続された光束の周波数信号とを同
期検波する同期検波器とより成る。

しかして、本考案の装置は第１のモニター用光
源及び第２の測定用光源より目的物に光を投射
し、該目的物からの反射光の内第２の測定用光源
の反射光をその投射光軸と一定の角度をなす受光
軸に配置した受信反射鏡と集光軸の両側に配置さ
れた一対の感知素子上に結像し、この感知素子か
らの信号によつて受信反射鏡を自動的に移動さ
せ、その移動距離から、基準位置と目的物との間
の距離を測定しつつ、更に前記受信反射鏡、集束
レンズ等から成る光学系を任意の断面において一
体的に回転し、その回転角信号と前記目的物まで
の距離信号とから複雑な内空形状、例えば、車室
内等を連続的に測定し、直交座標系のデイジタル
値として表示、記録する装置である。

最初に、第１図を参照しながら、本考案による
測定装置の作動原理について説明する。第１のモ
ニター用及び第２の測定用光源を含む光源１から
断続及び連続の各光束は発信反射鏡３に投射さ
れ、該発信反射鏡３によつて反射された光は基点
Ｐを通して目的物Ｏに投射される。目的物Ｏから
の反射光は発信反射鏡４および集束レンズ５を通
して一対の感知素子６，６′に達するが、この時、
目的物Ｏからの反射光が受信反射鏡４に所定の受
光角度で入射しない時は、例えば、図示の二点鎖
線例においては、感知素子６は６′に対してより
多くの光を受光する。これら感知素子６，６′の
出力の差を差動増幅回路７にて検出、増幅し、次
いで、同期検波器８にて前記第２の測定用光源の
周波数と同期検波してサーボ機構９に供給する。
サーボ機構９は作動増幅回路７の出力が零になる
方向、換言すれば感知素子６と６′の受光量が同
じになる方向（図示例においては右方向）に受信
反射鏡４を移動し、両感知素子６，６′の出力が
同じになつた時、つまり、目的物Ｏからの反射光
が所定の受光角度θをもつて受信反射鏡４に入射
するようになつた時に停止する（図示の実線位置
参照）。従つて、この時の受信反射鏡４の基点Ｐ
からの距離１₀は基点Ｐから目的物Ｏまでの距離
L₀に比例している。以下、この１₀を基準長とし、
この基準長１₀からの隔たりを測定するものとす
る。

次に、回転装置１１により測定装置本体の回転
軸１６を基線Ｓの回りに回転させ、車室内形状な
どの内空形状に沿つて光束を投射すると、基点Ｐ
から目的物の測定部位までの距離の変化に応じて
前述のごとくしてサーボ機構９が作動し、受信反
射鏡４は基線Ｓ上を左右に移動し、例えば、目的
物Ｏが基点ＰからL₁の離れたO′の位置にある時
は、受信反射鏡４は基点Ｐから１₁離れた位置に
くる。従つて、この受信反射鏡４の移動量を移動
量検出装置１０にて検出し、また、回転装置１１
により回転させられる回転部１６の回転角をロー
タリーエンコーダ等の回転角検出装置１２によつ
て検出し、各々の検出信号を座標変換装置１３に
より極座標を直交座標に変換して記録表示装置１
４に供給してやると、車室内などの内空形状を連
続的に記録、表示することができる。なお、第１
図において、１５は測定断面可変用腕であるが、
この測定断面可変用腕１５の作動については以下
に第３図および第４図を参照しながら詳細に説明
する。

光源１については第２図にその構成を示す。

該光源１は目的物に照射して目的物の位置を明
示する連続した光束を発生するモニター用可視光
レーザー光源と目的物に照射して目的物までの距
離を検知すべくした断続する光束を発生する測定
用半導体レーザー光源とを有する。

すなわち、連続した信号を発生する第１の駆動
電源１７ａにより駆動されたモニター用可視光レ
ーザー光源１７から出射した可視光レーザー光束
は集光レンズ１８を介して光フアイバー１９の受
光部１９ａに入射する。該光フアイバー１９で導
かれた可視光レーザー光束は出射部１９ｂから出
射し、コリメーターレンズ２０で平行ビーム２１
にされ、反射鏡２２および偏光ビームスプリツタ
ー２３に投射する。

一方測定用半導体レーザー光源２４のレーザー
光束は円錐状に広がつて出射するためコリメータ
ーレンズ２５により平行ビーム２６とし、前記偏
光ビームスプリツター２３によつて、前記投射さ
れたモニター用可視光レーザー光束と測定用半導
体レーザー光束とを重ね合わせる。

前記測定用半導体レーザー光源２４は所定の周
波数を有する信号を発生する第２の駆動電源２７
により駆動される。

ちなみに、上記光源１を２系統に構成したのは
光源としては小極で高性能を有する半導体レーザ
ー光源を使用できれば装置としては小型化、軽量
化という目的には最適であるが、現在信頼性のあ
る実用化された半導体レーザーは最短波長が
730μｍ前後であり、この波長は検出素子には感
ずるが人間の視覚の極めて低い所であり、実際上
不可視光である。

したがつて、該レーザー光束を被測定体に照射
した場合、明るい所ではそのレーザー光束は視覚
により判別することができない欠点がある。

ところで、測定の際には目的物の位置を確認す
ることができる十分な出力を有する可視光レーザ
ー光束が必要となる。ところで、該可視光レーザ
ー光源は現在30mmφ×300mm寸法を有するため、
本装置に該光源を配置した場合、該光源の占める
割合が大きく、したがつて本装置としては大型化
してしまうことになる。

したがつて、該可視光レーザー光束単独を外部
より光フアイバーを用いて本装置の測定系内に導
き、レーザー光束として投射する手段も考えられ
るが、該光フアイバーはコア径が数十μｍのマル
チモードフアイバーであるため、レーザー光束の
如く干渉性の高い光束を通すと、該光束の出射パ
ターンに干渉パターンが現われてしまい、該出射
光を集束レンズにてビーム状に形成しても、その
ビーム断面の強度分布はランダム状で、かつパタ
ーンが光フアイバーの機械的な振動とともに変化
するという欠点がある。それ故、該光束をそのま
ま被測定体の目的位置の距離検知手段として使用
した場合には目的物からの反射光が干渉パターン
の影響で、その反射位置の検出が難しいという欠
点があつた。

本装置では両者の長所を合わせて、上述した２
系統にすることにより、きわめて小型で高精度を
有する内臓光源を構成したのである。

本装置においては図中測定用半導体レーザー光
源を含む点線で囲んだ部分を測定装置本体内部に
内臓させ、該半導体レーザー光束を目的物の距離
の検知用とし、図中点線外のモニター用可視光レ
ーザー光源は測定装置本体外に位置させ、ビーム
のみ測定装置本体内に光フアイバーにて導き、目
的物の位置のトレーサーとして用いるべく構成し
た。

第３図は、本考案による測定装置の全体構成を
示す概略図で、図中、２８は基台を示し、該基台
上には支柱２９がＸ方向に摺動自在にかつ所定位
置にボルト等によつて固定できるように装着され
ている。また、この支柱２９には、Ｙ方向に摺動
自在のアーム３０がＺ方向に摺動自在にかつ所定
位置に固定できるように装着されている。更に、
アーム３０の先端部には測定断面可変用腕１５を
介して測定装置本体３１が装着されている。

これらの操作、演算はワイヤハーネス３２を介
してコントロールボツクス３３で行われ、座標値
は表示器１４に表示される。またコントロールボ
ツクス３３内には前記した可視光レーザー光源が
置かれワイヤハーネス３２内の光フアイバー１９
によつて測定装置本体３１内の光源に可視光を導
いている。而して、該測定装置を用いて車室内等
の中空形状を測定する場合には、車の窓をあけて
測定装置本体３１を車室内に挿入し、基台２８、
支柱２９、アーム３０等の位置を調節して該測定
装置本体３１を所定位置に設定する。その後、前
述のごとくして測定装置本体３１内の回転部１６
を回転しながら目的物Ｏに向けて光束を投射し、
その反射光の位置を検出してやると、軸線ｙから
目的物Ｏまでの距離1xzy₁を該軸線ｙのまわりに
360゜の範囲にわたつて測定することができる。す
なわちxz平面のy₁の点における軸線ｙから目的
物Ｏまでの距離を360゜の範囲にわたつて測定する
ことができる。その後、アーム３０を例えば右方
に移動して前記と同様にして測定すると1xzy₂，
1xzy₃…等を各々360゜の範囲にわたつて測定るこ
とができる。

次に、前記測定装置本体３１を紙面に対して直
角に前方あるいは後方へ90゜回転して前記と同様
にして測定してやると軸線ｘから目的物Ｏまでの
距離1yzx₁を360゜の範囲にわたつて測定すること
ができる。その後、支柱２９をＸ方向に移動して
Ｘ方向の各位置において前記と同様にして測定し
てやると1yzx₂，1yzx₃…・等yz平面のx₂，x₃…
等の各点におけるｘ軸から目的物Ｏまでの距離を
360゜の範囲にわたつて測定することができる。更
に、測定断面可変用腕１５を紙面に平行に上方あ
るいは下方に90゜回転して前記と同様にして
1xyz₁，1xyz₂…等xy平面におけるｚ軸からの目
的物Ｏまでの距離を360゜の範囲にわたつて測定す
ることができる。

なお、以上の説明において、xy平面yz平面、
zx平面が共通の原点を通る場合についての説明
を省略したが、ある特定の一点からの各平面にお
ける目的物までの距離を測定したい場合には、支
柱およびアームをＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動してその
都度原点を合わせて測定すればよいことは明らか
である。

第４図は本考案による測定装置本体の側面図で
ある。図中１は前述した小型内臓光源で、ワイヤ
ーハーネス３２中の光フアイバー１９で導かれた
可視光レーザー光束と半導体レーザー光束の重な
つたビームを出射し、発信反射鏡３を通して目的
物に向つて投射される。目的物からの断続した反
射光束は移動ステージの上に配置された受信反射
鏡４および集束レンズ５を通して２分割光電感知
素子６，６′に導かれ、感知素子６，６′によつて
電気信号に変換される。感知素子６，６′の出力
電圧はその受光量によつて異なり、感知素子６と
６′の出力電圧の差は差動増幅回路によつて検出
され、その差電圧の極性および大きさに応じてサ
ーボ機構３４が回転される。サーボ機構３４の回
転は歯車を通してボールスクリユ３５（第４図に
おいてガイド３６と平行に配設されている）に伝
達され、受光反射鏡４を移動ステージ３７を介し
てガイド３６に沿つて左右に移動させる。受信反
射鏡４は差電圧が零になつたとき、すなわち、感
知素子６と６′の受光量が等しくなつた時に停止
するが、その移動距離はボールスクリユ３５の回
転角をロータリーエンコーダ３８で測定し、該測
定値が被測定体までの距離が測定される。３９は
測定装置本体部３１を回転するための回転装置
で、該回転装置３９の回転は歯車４０，４１を介
して固定円筒部４２に伝達され、測定装置本体部
３１は矢示Ａ方向に360°の範囲わたつて回転す
る。この回転角は測定装置本体部３１の周囲に取
付けられたマグネスケール４３と検出ヘツド４４
によつて測定される。また測定装置本体部３１及
び固定円筒部４２の全本機構は軸４５のまわりに
矢印Ｂの方向に180゜回転でき、更にこれら全体を
支持している測定断面可変用腕１５は軸４６のま
わりに矢印Ｃの方向に180゜回転でき、これらの各
任意の回転位置で測定本体部３１を360゜の範囲に
わたつて回転して前述のごとき測定を行うことが
できる。

図５は本考案による測定装置のブロツク線図で
図中４７は前置増幅器、４８はバンドパスフイル
ター、４９はローパスフイルターであるがこれら
の構成ならびに作用は周知であり、それ以外のも
のは図１において既に説明したのでここで再度説
明しない。

第６図は光束を発生する光源１の具体的構造を
示す。外部コントロールボツクス３３内に配置し
たモニター用可視光レーザー光源からの可視光レ
ーザー光束は光フアイバー１９により測定本体３
１の取付部５０に導かれコリメータレンズ２０に
投射する。絞り５１は前記可視光レーザー光束ビ
ーム径を調節するもので、前記コリメーターレン
ズ２０とともに止め金により、円筒５２内に固定
される。可視光レーザー光束は反射鏡２２にて
90゜曲げられ、偏光ビームスプリツター２３にお
くられる。一方測定用半導体レーザー光源２４よ
り出る断続したレーザー光束はコリメーターレン
ズ２５により平行ビームとされ偏光ビームスプリ
ツターにおくられる。該偏光ビームスプリツター
２３では、前記した可視光レーザー光束と半導体
レーザー光束とが重ね合わされる。

なお半導体レーザー出力は光電検出器５３によ
りモニターされフイードバツク回路により出力レ
ベルを安定化している。半導体レーザー２４及び
光電検出器５３は固定治具５４にネジあるいは接
着剤で固定されており、また固定治具５４は調整
ネジ５５によつて左右に動かすことができるよう
になつていて、半導体レーザー２４の出射光が所
要の平行ビームになる位置に調整できる構造とな
つている。また可視光束と半導体レーザー光束と
の重ね合わせの調整は取付部５０を調整ネジ５６
で３点支持で行う。

上記光源１の光フアイバーとしてマルチモード
フアイバーを使つているが、シングルモードフア
イバーが使用できれば、さらに光源を小さくする
ことも可能である。

以上の説明から明らかなように、本考案による
と、一定の角度をなすべき受光軸と目的物から反
射される光の受光軸との不一致を検知する装置と
して、一対の感知素子を用いたので、構成が単純
化し、装置を小型化することができる利点があ
る。さらに測定装置本体に内蔵する光源として測
定用半導体レーザー光源と、測定装置本体の外に
おいたモニター用可視光レーザー光源と光フアイ
バーとを用いた構成を取ることにより従来に比
べ、小型の内蔵光源を実現でき、その結果、測定
装置本体も小型にすることができた。したがつ
て、従来では測定できなかつたような狭い空間に
おける内空形状でも本考案による測定装置では、
確実に追尾することができ精度の高い測定ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案測定装置本体の構成図、第２図
は本考案測定装置の光源の構成図、第３図は本考
案測定装置の全体概略図、第４図は本考案測定装
置の本体及び測定断面可変装置の具体的構成図、
第５図は本考案測定装置の信号径路、第６図は本
考案測定装置に使用する内蔵光源の具体的構成
図、 １……光源、３……発信反射鏡、４……受信反
射鏡、５……集束レンズ、６，６′……感知素子、
７……差動増巾回路、８……同期検波器、９……
サーボ機構、１０……移動量検出装置、１３……
座標変換装置、１４……記録表示装置、１７……
モニター用可視光レーザー光源、１９……光フア
イバー、２３……偏光ビームスプリツター、２４
……測定用半導体レーザー光源、２８……基台、
２９……支柱、３０……アーム、３１……測定装
置本体、３２……ワイヤーハーネス、３３……コ
ントロールボツクス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 被測定体内の内空形状の座標を測定するための
   下記の構成要件から成る測定装置本体と、 該測定装置本体とは別の場所に設けられ、可視
   光レーザー光束を供給する第１のモニター用光源
   と、 該第１のモニター用光源からの可視光レーザー
   光束を上記測定装置本体内の発信反射鏡に供給す
   るための光フアイバーと、 さらに、上記測定装置本体内に設けた移動量検
   出装置からの信号と回転角度検出装置からの信号
   とを同時に対応させて記録表示する装置とより成
   ることを特徴とする内空形状座標装置。 測定装置本体は、 断続的な不可視光光束を出力する半導体レーザ
   ー光源とした第２の測定用光源と、 該断続された不可視光光束及び光フアイバーに
   より導かれた可視光レーザー光束を平行光に変換
   するとともに、両光を同一光路を介して基線に対
   して一定角度で目的物に対して発信する発信反射
   鏡と、目的物から反射される断続された光束を相
   対向して設けられた感知素子に向けて一定角度で
   反射されるための受信反射鏡と、該受信反射鏡か
   らの断続された光束を前記感知素子上に結像させ
   るための指向軸を有する集束レンズと、該集束レ
   ンズの前記指向軸の両側に配置されかつ前記集束
   レンズからの断続された光束に感応する一対の感
   知素子と、該一対の感知素子からの信号を差動増
   幅するための差動増幅回路と、該差動増幅回路か
   らの出力に応じて前記受信反射鏡の位置を該出力
   が零付近の値になるようにその基線上において移
   動させるサーボ機構と、前記発信反射鏡の基線軸
   上の発信点と前記受信反射鏡の前記目的物からの
   反射光束の受信点との間の距離を対応する電気信
   号を出力する移動量検出装置と、前記発信反射
   鏡、受信反射鏡、集束レンズおよび感知素子をそ
   の基線のまわりに一体的に回転させる回転装置
   と、この回転角度を検出する回転角度検出装置
   と、前記第２の測定用光源の周波数信号と目的物
   からの断続された光束の周波数信号とを同期検波
   する同期検波器とより成る。