JPS636409A - 幾何学的量の非接触測定装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の幾何
学的量の非接触測定装置に関する。

従来の技術 この種の装置はドイツ連邦共和国特許出願公開公報第２
８１０１９２号に公知技術として示されている。この装
置は次のように構成されている、即ち集束された光線が
送信器からまず最初に、この光線の軸に対して垂直に回
転するディフレクタへ投射される。このディフレクタは
この光線を同じ平面において被測定物体へ照射する。被
測定物体によりこの光線は偏向されて別の回転するディ
フレクタ−へ導びかれ、ここから光線は次に光感受信器
へ導びかれる。受信器に配属されているディフレクタは
、送信側のディフレクタに対して平行に、しかもより遠
い回転速度で回転する。この光線は常に唯１つの平面に
おいて走行する。

これらのディフレクタの回転軸の間の間隔は既知である
ため、被測定物体に対するディフレクタのその都度の角
度位置を用いて三角測量にもとづいて、光線により被測
定物体にその都度結像される光点の、前もって与えられ
ている座標平面内での位置を、所属の評価電子装置を介
して求めることができる。

この公知の装置の欠点は、光線の走行路が唯１つの平面
にしか存在しないことである。その結果、送信器から送
出された光線は、回避でき転軸において現われな（・。

そのためディフレクタにより偏向された光線の方向が理
想的な方向と一致しない。これにより生ずる角度誤差は
、光線により掃引される、被測定物体における扇形領域
が比較的小さい時は即ち入射角および出射角が小さい時
は、許容できなくなるであろう。

しかしこの角度が大きくなるにつれて測定精度も、例え
ば光線によりカバーされる扇形領域のその都度の両端の
位置における測定精度も一層向上する。そのためこの公
知の場合は測定精度は、測定されるべき物体が光線扇形
領域の中央領域に置かれ得る時にだけしか、幾らか満足
できるにすぎない。

もちろん公知の装置を、例えば製造許容誤差または軸受
けの遊びによりきまる誤差を著しく低減するために、目
盛較正することができる。

しかしこの目盛較正の欠点は、時間がかかりかつ技術構
成の点で費用がかかるだけでなく、外部からの作用たと
えば振動、衝突等によりすぐにこの目盛較正の効果がな
くなることである。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は特許請求の範囲第１項の上位概念に示さ
れている装置を次のように改善することである、即ち構
造が著しく簡単で長時間にわたり目盛較正ないし再較正
の必要なく連続的な非接触測定を保証できるように改善
することである。

問題点を解決するだめの手段 この課題は特許請求の範囲の第１項の特徴部分に記載の
構成により解決されている。

公知の装置とは異なり本発明においては、光線は送信器
と受信器の間をもはや唯１つの平面においてだけ走行す
るのではない。即ち送信器たとえばレーデから送出され
た光線は、回転するディフレクタの回転軸に平行に走行
するようにしさらに受信器に入射する送信光線成分もこ
の回転軸において延在するようにされている。

このことは次のようなディフレクタにより達成される、
即ち送信側の光線を測定平面の方向へ９０’偏向しさら
に被測定物体から出射される光線成分を再び測定平面か
ら９０°だけ受信器の方向へ偏向するようにした２つの
ディフレクタにより達成される。この種の光線経過は著
しく簡単に調整が可能でかつ測定動作中も正しく保持さ
れる、何故ならば受信光線に対する送信光線の平行走行
性も、受信側ディフレクタの回転軸に対する受信光線の
同軸の軸合わせ調整も、困難な〈実施できるからである
。基本的には回転軸における調整だけが必要とされるに
すぎない。動作中の目盛較正ももはや必要とされない。

本発明の別の利点は、集束された単色の光線が点作動形
式のないしポイントセンサとしての受信器たとえばフォ
トダイオードだけに入射されることである。そのため著
しく狭い結像面しか必要とされない。その結果、何らか
の状況の場合に装置の調整が外れても自動的に次のこと
が保証される、即ち光線の受信側成分がもはやフォトダ
イオードにより検出されずそのため装置そのものが動作
の故障を信号化できることが保証される。

本発明は最も簡単な使用においては、静止されるディフ
レクタと回転されるディフレクタだけで十分であり、こ
の場合は静止される方のディフレクタは有利に送信器に
配属される。このようにして三角測量を用いて困難なく
距離測定が実施できる。１つの使用例は、圧延工場にお
ける薄板のたるみの測定である。

有利な実施例は請求範囲２の構成である。この＃Ｉｔ成
により困難なく光線の反射点を調整することができる。

有利には回転されないディフレクタの方をないしその都
度おそい速度で回転するディフレクタの方が変位調整さ
れて次にロックされる。

前述のように簡単な距離測定のためには、９０°偏向デ
イフレクタの一方だけを回転させ゛るだけで十分である
。しかし例えば側面を曲げ機械による曲げ工程の経過中
に測定すべき場合は、請求範囲第６項の構成が有′利に
用いられる。

この場合重要なことは、受信器を単位時間においてでき
るだけ頻ばんに作動させるために、受信側のディフレク
タを送信側のディフレクタよりもできるだけ速い速度で
回転させることである。これにより測定精度が著しく向
上する。

トンネルの輪郭または地下道の区間は、請求の範囲第４
項の構成により有利に求めることができる。この場合、
−方のディフレクタを静止させ他方のディフレクタを回
転させることもできる。別の実施例として、両方のディ
フレクタ・を回転することができる。保持収容部材の回
転軸は、有利な実施例においては、送信側の光線と同軸
に走行させることができる。

請求範囲第５項の構成による保持収容部材の並進的な変
位調整により、立体的な構成体も測定することができる
。この場合、両方のディフレクタを回転させると有利で
ある。

ディフレクタの有利な実施例が請求範囲第６項に示され
ている。例えば五角形プリズムは、光線の申し分ない９
００−偏向を保証する。測定平面における入射角および
反射角を困難なく測定できるようにするだめに、請求範
囲第７項の構成が設けられている。この場合まず最初に
両方のディフレクタを、送信器から送出される光線が直
接に受信器へ入射するように、軸調整がなされる。ディ
フレクタのたとえば受信側のディフレクタのこの位置に
、パルス板の所定の位置が対応する。そのためこの受信
側ディフレクタの回転数が一定の場合は受信器における
パルスは、時間に対する所定の依存性（調整されるべき
オフセット）の下に、評価電子回路に入力されるパルス
板のパルスに対応する。測定速度ならびに測定精度はア
ブソリュート式すなわち絶対値式−またはインフレメタ
ル式すなわち増分値式発信器の解像度に依存する。

測定精度を一層向上させるために請求範囲第８項の構成
を用いることができる。そのためこの場合は絶対値式−
または増分値式発信器が、走行時間回転発信器に置き換
えられる。これにより、測定されるべきその都度の物体
の要求に応じて、測定速度および測定精度を変化するこ
とができる。この場合、走行時間回転発信器の解像度お
よび精度は回転数の一様性ならびに発振周波数に依存す
る。

実施例の説明 次に本発明の実施例につき図面を用いて説明する。

第１図および第２図に示されている、幾何学的寸法を非
接触式に測定する装置は、ケーシング状の測定ヘッド１
を有する。この測定ヘッドは、集束される単色の光線ま
たとえばレーデ光線を投射する光源および、この光線２
を９０゜の角度で被測定物体へ偏向する偏向板ないしデ
ィフレクタ５および、被測定物体４から反射された光線
２をフォトダイオードとして形成される受信器７へ投射
する別のディフレクタ６および、接続される評価電子回
路８を有する。

ケーシング９の中にカプセル化された光源３はこの実施
例においてはレーデから構成される。

下方に垂直に方向づけられるレーデ光線２は、５角形プ
リズムとして形成されるディフレクタ５へ入射し、ここ
で垂直方向から正確に９０゜だけ、被測定物体の置かれ
る水平の測定面へ偏向される。ディフレクタ５もケーシ
ング１０の中にカプセル化されている。ケーシング１０
はレーデ光線２のための出口開口１１を有する。

ディフレクタ５はそのケーシング１０と共に垂直軸１２
を中心として回転する。この垂直軸は軸受１３を介して
測定ヘッド１の内部に支持されている。

ディフレクタ５は調整ユニット１４により垂直軸１２に
おいて垂直方向に変位調整可能である。

さらに送信装置３．５の回転軸１２には、ステップモー
タ１５ならびに絶対値式−または増分値式発信器ないし
符号板１６が設けられている。

被測定物体４から反射されたレーデ光線２は、５角形プ
リズムとして形成されたディフレクタ６へ達する。この
ディフレクタは、入口開口１８を有するケーシング１７
の中にカプセル化されている。ディフレクタ６からレー
デ光線２が対物レンズ１９を介して、ケーシング２０の
中にカプセル化されているポイントセンサである点作動
形式のフォトダイオード７へ入射する。

ディフレクタ６はそのケーシング１７と共に、送信装置
３，５の回転軸１２に平行に走行する軸２１を中心とし
て回転する。ケーシング１７は軸受２２を介して測定ヘ
ッド１の中において支持されている。

ディフレクタ６は、ディフレクタ５の回転速度の複数倍
の回転速度で回転する。

受信装置６，７の下端に回転モータ２４が設けられてい
る。歯車２３の軸２５に絶対値式−または増分値式発信
器２６が取り付けられている。

最後にこの装置にはさらに評価電子装置８が配属されて
いる。この電子装置は、図示されていない電気接縦線を
介して測定ヘッド１と接続されており、その目的は発信
器１６．２６の位置に相応するディフレクタの相対角度
位置を伝送するためである。

簡単な距離測定のためには第６図に示されているように
、ディフレクタ６だけを回転させるだけで、十分である
。ディフレクタ５は静止している。レーｆ３から放射さ
れる光線２はディフレクタ５により偏向されて被測定物
体４へ照射される。ここからレーデ光線２は反射されて
ディフレクタ６で９０°偏向されてフォトダイオード７
へ導びかれる。フォトダイオード７は、ディフレクタ６
の又射面の法線ベクトルとレーデ光線とが共通の垂直面
に延在する時に、常に光パルスを供給される。デイフレ
クタ５，６の間隔Ａは既知であるため、三角測量により
被測定物体４，４′のそれぞれの距離は、評価電子回路
８により求めることができる。

第２図は第１図の平面図を示し、例えばわん曲した側面
４のわん曲プロセスによる寸法測定を示す。この場合は
区間長さを測定する必要があるため、レーデ光線２を被
測定物体４の全体に沿って移動できるようにするため、
ディフレクタ５も回転させる必要がある。この実施例の
場合はデイフレクタ６はデイフレクタ５よりも複数倍は
やく回転されるためフォトダイオード７は、被測定物体
４へのレーデ光線２の案内の経過においてディフレクタ
６０反射面の法線ベクトルとレーデ光線２とが共通の垂
直面に延在する時に、その都度複数個のパルスを供給さ
れる。このことは第２図において破線で示されている。

第４図は、例えば地下道２８の輪郭２７を測定すべき場
合を示す。この目的のために第６図の実施例の装置を用
いることができる。しかしこの場合は、送信−および受
信装置３，５，６゜７を有する測定ヘラＰ１の全体がさ
らに、ディフレクタ６の回転軸２１に平行に走行する軸
２９を中心に回転される。回転軸２９はレーデ３の長手
方向に延在する。

第５図は第１図および第２図の装置を用いた実施例を示
す。この場合は測定ヘッド１は長手軸３０を中心に回転
するだけでなく、この長手軸３０の方向へも移動可能で
ある。測定ヘッド１のこの重畳される運動により立体状
の構成体３１も正確に測定することができる。

第６図を用いて第１図の装置の調整について説明する。

図にはレーデ３．送信側ディフレクタ５．受信側ディフ
レクタ６およびフォトダイオード７を示す。しかし絶対
値式−または増分値式発信器のパルス板１６．２６では
なく、走行時間一回転発信器のパルス板１６ａ、２６ａ
が示されている。

レーデ３が投入接読されるとまず最初に両方のディフレ
クタ５，６が回転軸１２．２１を中心に、レーデ光線２
がフォトダイオード７へ正確に入射するまで、捲回され
る。

次に受信側のディフレクタ６がパルス板２６と共に一定
の回転数で回転される。この場合、パルス板２６ａの位
置に応じておよびこの位置によりトリがされる回転発信
器パルスＪに応じてパルス像が、調整されるべき一定の
オフセットＯ８をもって生ずる。回転発信器のパルスは
２６Ｊで示され、受信器７のパルスは７Ｊで示されてい
る。

この軸２１における調整に絖いて、他方の軸１２のディ
フレクタ５を相応に調整することができる。

発明の効果 わたり目盛較正ないし再較正の必要なく速読的に非接触
測定の行なえる測定装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は幾何学的寸法の非接触測定装置の斜視図、第２
図は第１図の装置の部分平面図、第３図は第１図の装置
の別の実施例の平面図、第４図は第３図の装置の実施例
の変形使用例を示す図、第５図は第１図の装置の第６実
施例の斜視図、第６図は第１図の装置の調整図をそれぞ
れ示す。 １・・・測定ヘッド、２・・・光線、３・・・光源、４
・・・被測定物体、５．６・・・ディフレクタ、７・・
・受信器、８・・・評価電子回路、９．１０・・・ケー
シング、１１・・・１．０の出口開口、１２・・・回転
軸、１３・・・軸受、１４・・・調整ユニット、１５・
・・ステップモータ、１６・・・符号板、１７・・・ケ
ーシング、１８・・・入口開口、１９・・・対物レンズ
、２０・・・ケーシング、２１・・・回転軸、２２・・
・軸受、２３・・・歯車、２４・・・回転モータ、２５
・・・軸、２６・・・パルス板、３１・・・構成体、４
′・・・被測定物体、７Ｊ・・・パルス、１６ａ・・・
パルス板、２６ａ・・・パルス板、２６Ｊ・・・パルス
、Ａ・・・間隔、ＯＳ・・・オフセットＦＩＧ、４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、幾何学的量を非接触式に測定する装置であつて、該
   測定装置は、集束された単色の光線をデイフレタを介し
   て角度をなして被測定物体へ照射する光源および、該被
   測定物体に当たる光線により感応される受信器および、
   被測定物体から反射される光線に対して垂直に回転する
   、被測定物体と受信器との間に設けられたデイフレクタ
   ならびに、三角測量にもとづいて作動する評価−電子回
   路を備えている測定装置において、光源（３）から発し
   てデイフレクタ（５）の方向へ進む光線（２）の軸が、
   ポイントセンサの形式の受信器（７）に配属されている
   デイフレクタ（６）の回転軸に平行に走行するようにし
   、さらに該受信器（７）へ入射する光線（２）が回転す
   るデイフレクタ（６）の回転軸（２１）と同軸に走行す
   るようにしたことを特徴とする幾何学的量の非接触測定
   装置。 ２、両方のデイフレクタ（５、６）のうちの少くとも一
   方を、光源（３）から発する光（２）の長手方向ないし
   受信器（７）へ入射する光線（２）の長手方向へ変位調
   整可能にかつロック可能に支承した特許請求の範囲第１
   項に記載の装置。 ３、光源（３）に配属されたデイフレクタ（５）が、受
   信器（７）に配属されたデイフレクタ（６）の回転軸（
   ２１）に平行に走行する軸（１２）を中心として回転可
   能であり、後者の軸が光源（３）から発する光線（２）
   の軸と同軸に走行するようにした特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載の装置。 ４、両方のデイフレクタ（５、６）が共通の保持収容部
   材（１）の中に支承されており、該保持収容部材（１）
   は、受信側のデイフレクタ（６）の回転軸（２１）に平
   行に走行する軸（２９、３０）を中心に回転可能である
   ようにした特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れか１項に記載の装置。 ５、両方のデイフレクタ（５、６）を共通の保持収容部
   材（１）の中に支承し、該保持収容部材を受信側のデイ
   フレクタ（６）の回転軸（２１）の長手方向へ変位可能
   にした特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
   １項に記載の装置。 ６、デイフレクタ（５、６）を、一定の偏向角度を有す
   るプリズムまたは鏡から形成した特許請求の範囲第１項
   から第５項までのいずれか１項に記載の装置。 ７、一定の回転数で回転する、デイフレクタ（６）の回
   転軸と、絶対値式−または増分値式発信器のパルス板（
   ２６）が少くとも結合されている特許請求の範囲第１項
   から第６項までのいずれか１項に記載の装置。 ８、一定の回転数で回転する、受信側のデイフレクタ（
   ６）の回転軸と、走行時間−回転発信器のパネル板（２
   ６ａ）が少なくとも結合されている、特許請求の範囲第
   １項から第６項までのいずれか１項に記載の装置。