JPS63500892A - 軸の位置変化を決定しかつ監視する装置 - 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】 軸の位置変化を決定しかつ監視する装置本発明は、特許請求の範囲第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（ＷＯ８４／　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、プリ女ムは光 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 ッタなどの無駄なかつ故障の多い伝達手段を備えたスリッ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、ドイツ公開公報筒３４ １９０５９．７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って変化 することがあり、したがっ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ろこの種の変化は、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装置まで伝送するための従来必要であった無駄なかつ故 障の多い手段を省略しつ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って達成される 。

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って生ずる若干高い 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って充分に補われる。

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おり、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装置検 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グラムである。

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実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って反射 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則角度の変化が第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 ”ｌ　ｍｒａｄの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 Ｉｏ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って接触片８が配置され、これを介し供給電流１ｏは部 分電流に分割される。電流Ｉｏ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Ｉｏ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＠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、すなわち中実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初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１０，１１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 ズムを遅閉せずかつ妨げず、したがっ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および９２はさらに、プリズムから反則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則される光線との間の距離の正味の増大およびしたがって受 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、軸の中実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っ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点の 変化は、したがって対応の発光器／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っ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。

光線入射点の間隔のＸ−成分と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１０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、反則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＠ １ｆに沿った軸の変位を測定し、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＠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軸に沿っ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絆法にしたがっ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グラムの他の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１ １図から判るように経時的順序で生ずる。

プリズムコ３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＠ｌ１１０．１１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（プ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 化することによって特性化されるであろう。

特表昭６３−５００８９２　（５） Ｆｉｇ、　１１ 国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 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 と最終的な角度変位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. 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、９ ２）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. 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. 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. 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. ６．座標系の座標軸が軸の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. 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. 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. 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 有するレーザー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. 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. 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 フィ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。