WO1998009136A1 - Detecteur de deplacement photoelectrique - Google Patents

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WO1998009136A1
WO1998009136A1 PCT/JP1996/002477 JP9602477W WO9809136A1 WO 1998009136 A1 WO1998009136 A1 WO 1998009136A1 JP 9602477 W JP9602477 W JP 9602477W WO 9809136 A1 WO9809136 A1 WO 9809136A1
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light
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unit
vertical
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PCT/JP1996/002477
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Inventor
Kimihiko Kamataki
Original Assignee
Technical System Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G01C15/004—Reference lines, planes or sectors
    • G01C15/006—Detectors therefor

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric displacement detection device for receiving a reference light beam and detecting a displacement amount of an object to be measured with reference to the light receiving position.
  • the present invention relates to a photoelectric displacement detection device used for measurement of settlement amount and inclination, measurement of building distortion and settlement amount, and measurement of ground settlement amount.
  • a laser sight is used to project a reference laser beam, and a measurement worker uses the laser beam as a reference to measure the object to be measured.
  • a method of measuring the displacement is used. That is, the measurement operator who visually confirms the beam spot of the laser beam, marks the measurement object at the center of the beam spot, and measures the position of the measurement object based on the mark. I am trying to do it.
  • Such a method is also used for measuring the amount of deviation of the pillars and walls of a building from a vertical line at the time of construction, measuring the distortion after the construction, and measuring the displacement of a bridge, and the like. I have.
  • the center position of the beam spot needs to be determined accurately in order to use the beam spot of the laser beam projected from the laser sight as the measurement reference.
  • the beam spot expands as the distance from the laser sight increases, it becomes difficult to accurately determine the center of the beam spot visually, and there is a disadvantage that the measurement accuracy is reduced.
  • the laser It is conceivable that the light beam is detected by a light beam detector or the like.In this case, too, the measurement is performed by the measurement worker with reference to the center position of the beam spot detected by the light beam detector.
  • the present invention is c the displacement of the measurement accuracy is disadvantageously lowered, was made in view of such circumstances Its purpose is to enable accurate measurement of the displacement of the measurement object with respect to the reference light beam.
  • a photoelectric displacement detection device includes a divided light receiving surface, photoelectric conversion means for receiving a reference light beam, and a signal output from each of the light receiving surfaces.
  • a light amount difference detecting means for detecting a difference in the amount of light received by each of the light receiving surfaces; a linear moving mechanism for supporting the photoelectric conversion means in a linearly movable manner; and driving the linear moving mechanism to perform the photoelectric conversion.
  • Measuring means for measuring the amount of movement of the photoelectric conversion means.
  • the displacement of the measurement object with respect to the reference light beam can be automatically measured. That is, first, the photoelectric displacement detection device is fixed to the object to be measured, and a reference light beam is made incident on the photoelectric conversion means so that the amount of light received by each of the divided light receiving surfaces is equal. Thereafter, when the measurement object is displaced, the amount of light received on each of the light receiving surfaces changes, and the amount of light received on each of the light receiving surfaces is determined based on a signal output from each of the light receiving surfaces in accordance with the amount of received light. The difference is detected by the light amount difference detecting means. Then, the control means operates the driving means so that the detection value becomes zero.
  • the photoelectric conversion means is moved by the linear moving mechanism to a position where the light receiving amounts of the respective light receiving surfaces become equal, and at the same time, the moving amount of the photoelectric conversion means by the linear moving mechanism is measured by the measuring means. You.
  • the photoelectric conversion means is held at the same position relative to the light beam, the value measured by the measurement means becomes equal to the displacement of the measurement object with respect to the light beam. Therefore, the displacement amount of the object to be measured can be measured with high accuracy and automatically without the need for a measuring operation by a measurer.
  • the light receiving surface is divided at least in the vertical direction with the reference light receiving position as a boundary, and the light amount difference detecting means is configured such that the light receiving surface disposed above the reference light receiving position is A vertical light amount difference detection unit that detects a difference between the total amount of received light received and the total amount of received light received by the light receiving surface located below the reference light receiving position;
  • the light receiving surface disposed above the reference light receiving position and the light receiving surface disposed below the reference light receiving position include: In each case, a current corresponding to the amount of received light is output and input to the vertical light amount difference detection unit, and the sum of the amount of light received by the light receiving surface arranged above and the light receiving surface arranged below are calculated as follows. The difference from the total amount of received light is detected. Then, the control means operates the motor so that the detection value becomes zero, and the photoelectric conversion means operates the vertical movement mechanism so that the relative height with respect to the light beam is kept the same. At the same time, the vertical movement amount is measured by the measuring means.
  • the light receiving surface is divided at least in the horizontal direction with the reference light receiving position as a boundary, and the light amount difference detecting means is configured such that the light receiving surface disposed on the left side of the reference light receiving position is
  • a horizontal light amount difference detection unit is provided for detecting a difference between the total amount of received light received and the total amount of received light received by the light receiving surface disposed on the right side of the reference light receiving position.
  • a horizontal movement mechanism for linearly moving the photoelectric conversion means in the horizontal direction; a driving means including a motor for driving the horizontal movement mechanism; and a measuring means for the photoelectric conversion means. It is preferable to include a horizontal displacement measuring unit that measures the amount of movement by the horizontal moving mechanism.
  • the light receiving surface disposed on the left side of the reference light receiving position and the light receiving surface disposed on the right side of the reference light receiving position are each The current corresponding to the amount of received light is output and input to the horizontal light amount difference detection unit, and the sum of the amount of light received by the light receiving surface arranged on the left side and the light receiving surface arranged on the right side received light The difference from the total amount of received light is detected.
  • the control means operates the motor so that the detection value becomes zero, and the photoelectric conversion means operates the horizontal movement mechanism so that the relative position in the left-right direction with respect to the light beam is kept the same.
  • the amount of movement in the horizontal direction is measured by the measuring means. This makes it possible to automatically and accurately measure the horizontal displacement of the measurement object with respect to the light beam.
  • origin detection means for detecting the origin position of the vertical movement mechanism, and the vertical displacement measurement unit measures the vertical movement amount of the photoelectric conversion means based on the origin position. It is preferable to be constituted so that.
  • origin detection means for detecting the origin position of the horizontal movement mechanism
  • the horizontal displacement measurement unit is configured to detect the origin position of the photoelectric conversion means based on the origin position. It is preferable to be configured to measure the amount of movement in the horizontal direction.
  • the horizontal movement amount of the photoelectric conversion unit with respect to the origin position can be measured with reference to the origin position detected by the origin detection unit.
  • a storage unit that stores a value measured by the measurement unit is provided.
  • the amount of movement of the photoelectric conversion unit measured by the measuring unit that is, the amount of displacement of the object to be measured with respect to the reference light beam can be stored in the storage unit.
  • the displacement of the object can be measured unattended over a long period of time.
  • the photoelectric displacement detection device includes a transmission unit for transmitting a measurement value by the measurement unit to an external device.
  • the movement amount of the photoelectric conversion unit measured by the measurement unit that is, the displacement amount of the measurement target with respect to the reference light beam can be transmitted to the external device by the transmission unit.
  • the displacement of the measurement target can be confirmed at a location away from the measurement target.
  • a large number of photoelectric displacement detection devices can be attached to a large measuring object such as a building, and the measured values can be transmitted to the same external device. Can be easily managed collectively.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a photoelectric displacement detection device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a right side view showing the configuration of the light receiving unit and the linear moving mechanism.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a change in a light receiving state due to a displacement of a measurement object.
  • FIG. 4 is a diagram showing a case where the measurement values obtained by a large number of photoelectric displacement detection devices are collectively managed.
  • FIG. 5 is a front view showing the configuration of the light receiving unit and the linear moving mechanism according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a top view of the light receiving unit and the linear moving mechanism.
  • FIG. 7 is a right side view of the light receiving unit and the linear moving mechanism.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the light amount difference detecting means in the second embodiment.
  • FIG. 1 shows a photoelectric displacement detection device according to a first embodiment of the present invention, wherein 1 is a light receiving section provided with a pair of solar cell panels 1 b,] c as a photoelectric conversion means, and 2 is this light receiving section.
  • reference numeral 1 denotes a vertical moving mechanism for moving the vertical moving mechanism (hereinafter simply referred to as vertical), and reference numeral 3 denotes a motor for driving the vertical moving mechanism 2.
  • Reference numeral 4 denotes a vertical light amount difference detecting unit that detects a difference in the amount of light received by each of the solar cell panels 1 b and 1.
  • c, 5 denotes a CPU as control means for controlling the operation of the motor 3
  • 6 Is a rotary encoder as a vertical displacement measuring unit for measuring the displacement amount of the light receiving unit 1.
  • 7 is a limit switch as origin detection means
  • 8 is storage means for storing the movement amount of the light receiving section 1
  • 9 is an I / O interface section as transmission means.
  • 10 is a table part C for displaying measured values and the like.
  • the light receiving section 1 includes a columnar moving table 11 (see FIG. 2) and the pair of solar cell panels 1 b and 1 c disposed on the front surface in FIG. 1. Pond panels 1b and 1c are arranged vertically adjacent to each other with reference to the force reference light receiving position 1a to form a light receiving surface. Each of the solar cell panels 1b and 1c outputs a current according to the amount of light received.
  • the vertical moving mechanism 2 is formed so as to extend in the vertical direction, and is fixed to the apparatus main body 12.
  • the support plate 21 is perpendicular to the support plate 21 at both upper and lower edges of the support plate 21. And a pair of bent portions 2 la and 2 1 b formed so as to extend in And a pair of guide rails 22a and 22b and a feed screw 23 extending in parallel with the support plate 2] from the bent portion 21a to the bent portion 21b. , And are arranged in parallel with each other.
  • the moving table 1 1 is penetrated by the guide rails 2 a and 22 b and the feed screw 23, and is screwed with the feed screw 23. It is configured to be moved. Further, the motor 3 is disposed in the lower bent portion 2b so as to rotate the feed screw 23 by rotation.
  • the vertical light amount difference detection unit 4 amplifies the currents I b and I c output from the respective solar cell panels 1 b and 1 c by the filter amplifier 41 and outputs the digital signals by the AZD converter 42. Convert to ib, ic and input to CPU5. Then, the arithmetic unit 52 of the CPU 5 subtracts the signal ic from the signal ib, and detects a difference in the amount of light received by the solar cell panels 1 b and 1 c based on the subtraction value ⁇ i. It is configured to
  • the CPU 5 is configured to control the operation of the motor 3 by the control unit 51 based on the subtraction value ⁇ i calculated by the arithmetic unit 52. Specifically, the CPU 5 calculates the subtraction value ⁇ i When positive, the motor 3 is rotated forward to move the moving table 11 downward.On the other hand, when the subtraction value ⁇ i is negative, the motor 3 is rotated backward to move the moving table 11. Is moved upward. That is, the CPU 5 moves the light receiving unit 1 downward when the amount of light received by the upper solar cell panel 1 b is larger than the power of the lower solar cell panel 1 c ⁇ the amount of light received. When the amount of light received by the upper solar panel 1 is smaller than the amount of light received by the lower solar panel 1c, the upper solar cell panel 1 is moved upward. The difference between the amounts of light received by the panels 1b and 1c, respectively, is always kept at zero.
  • the rotary encoder 6 is disposed on the bent portion 21 a on the upper side of the support plate 21, and is configured to output a pulse signal according to the rotation angle of the feed screw 23. Then, the pulse signal is counted by a counter 53 in the CPU 5, and a moving table is calculated by the arithmetic unit 52 based on the counted value; The vertical movement amount of 1 is calculated.
  • the limit switch 7 is disposed near the bent portion 21a of the support plate 21 when the moving table 11 is at the mechanical origin position on the upper end side of the support plate 21.
  • the moving table 11 is configured to be pressed by the side surface of the moving table 11 to be turned on.
  • the storage unit 8 includes, for example, a hard disk drive, a semiconductor memory, or the like, and stores, at regular time intervals, calculated values calculated by the arithmetic unit 52 of the CPU 5 as the movement amount of the movement table 11. It is configured to be.
  • the I / O interface unit 9 is configured to transmit the measured values to a personal computer 92 or the like as an external device (see FIG. 4) via a transmission cable 91. I have.
  • a rotating laser device 13 (see Fig. 2) emits a laser beam indicating the reference level horizontally. Then, the height of the reference level is changed by adjusting the position of the rotary laser device 13, and as shown by the solid line in FIG. 1) Set so that it passes horizontally through a, and reset the count value of the count 53 to zero by a counter reset switch (not shown).
  • the passing position of the beam spot is displaced upward relative to the light receiving portion, as indicated by the imaginary line B in FIG.
  • the signal value ib input from the upper solar cell panel 1 b to the CPU 5 via the filter amplifier 41 and the AZD converter 42 is larger than ib power, Signal value similarly input to CPU 5 from battery panel 1 b ic decreases.
  • the motor 3 is rotated forward by the CPU 5 based on the value ⁇ i obtained by subtracting these signal values, and the difference between the received light amount of the two solar cell panels 1 b and 1 Move down to zero.
  • the pulse signal output from the rotary encoder 6 is counted by the counter 53, and based on the counted value, the amount of movement of the moving table 11 in the vertical direction, that is, The displacement is calculated.
  • the displacement amount of the measurement object can be automatically recorded for a long period of time. For example, measurement of minute displacement over a long period of time, such as measurement of land subsidence, can be easily performed.
  • the object to be measured is located at a place away from the object to be measured. Can be confirmed.
  • the object to be measured is a large object such as a building, and a large number of photoelectric displacement detection devices 12, 2,... (see Fig. 4) are attached, displacements at many parts can be measured simultaneously. In such a case, those measured values can be transmitted to the same personal computer 92, whereby the collective management of the measured values by the respective devices can be easily performed.
  • 15 is a light receiving section
  • 16 is a horizontal moving mechanism for moving the light receiving section ⁇ 5 in the horizontal direction
  • 17 is a motor for driving the horizontal moving mechanism 16.
  • Reference numeral 18 denotes a low-energy encoder serving as a horizontal displacement measuring unit for measuring the horizontal movement amount of the light receiving unit 15; and 19, an origin detecting means for detecting a mechanical origin position in the horizontal direction. This is the limit switch.
  • reference numeral 40 denotes a light amount difference detecting means.
  • the light receiving unit 15 includes a columnar moving table 11 (see FIGS.
  • the four solar cell panels 15 b, 15 c,... are formed in a substantially square shape.
  • Each of the solar cell panels 15b, 15c, ... outputs a current corresponding to the amount of light received.
  • the horizontal movement mechanism 16 moves the vertical movement mechanism 2 as a whole in the left-right direction in FIG. 5 (hereinafter, simply referred to as the left-right direction), and is disposed so as to extend in the left-right direction.
  • the feed screw 28 are configured in the same manner as the vertical movement mechanism 2 described above. Then, the pair of guide rails 27a and 27b, the feed screw 28 and the force; and the moving table 29 arranged at the center of the support plate 21 of the vertical moving mechanism 2 are horizontally moved.
  • the moving table 29 and the feed screw 28 are screwed together, and the rotation of the feed screw 28 causes the vertical moving mechanism 2 to be integrated with the moving table 29. It can be moved left and right. Further, the motor 17 is disposed at a bent portion on the right side of the support plate 26, and is configured to rotationally drive the feed screw 28.
  • the light amount difference detecting means 40 is provided with two thick light-receiving plates disposed above the reference light receiving position 15a.
  • the sum of the amounts of light received by the solar panels 15b and 15e, and the sum of the amounts of light received by the two solar panels 15c and 15d located below the reference light receiving position 15a A vertical direction light amount difference detection unit for detecting the vertical direction light amount difference, and two solar cell panels 15d and 15e arranged on the left side of the reference light receiving position 15a.
  • a horizontal light amount difference detection unit that detects a horizontal light amount difference from the sum of the light reception amounts received by the two solar cell panels 15 b and 15 c disposed on the right side of the reference light receiving position 15 a. ing.
  • the vertical light intensity difference detection unit is based on the signals ib, ic, which are output from the respective solar cell panels 15b, 15c,... And input to the CPU 5 via the filter amplifier 41 and the AZD converter 42.
  • the arithmetic unit 52 of the CPU 5 performs an arithmetic operation represented by the following equation.
  • the vertical light amount difference detection unit is configured to detect the vertical light amount difference based on the subtraction value ⁇ ⁇ .
  • the horizontal direction light amount difference detection unit calculates a subtraction value ⁇ i 2 by the above-described calculation by the calculation unit 52 in the same manner as the vertical direction light amount difference detection unit, and calculates the subtraction value ⁇ 2 Based on the above, it is configured to detect the above-mentioned difference in the amount of light in the horizontal direction. That is,
  • the CPU 5 controls the operation of the motor 3 and the motor 7 by the control unit 51 based on the subtraction values ⁇ i 1 and ⁇ i 2 calculated by the calculation unit 52, as in the case of the platform of the first embodiment.
  • the light receiving section 1 is moved up, down, left, and right so that the difference between the amounts of light received by the respective solar cell panels 15b, 15c,... Always becomes zero.
  • the device main body 14 is fixed to an object to be measured.
  • a laser beam indicating the reference level is projected by a laser sighting device, etc. .. are made to receive the same amount of light.
  • the light receiving unit 15 is turned on similarly to the first embodiment. It is moved up and down so that the vertical light amount difference becomes zero by the vertical movement shift 2, and at the same time, it is moved left and right by the horizontal moving mechanism 16 so that the horizontal light amount difference becomes zero.
  • the laser beam is always received at the reference light receiving position 15a.
  • the amount of vertical movement of the light receiving unit 15 is measured based on the pulse signal output from the rotary encoder 6, and the light receiving unit] 5 is determined based on the pulse signal output from the rotary encoder 18.
  • the amount of movement in the horizontal direction is measured. This makes it possible to simultaneously measure the amount of vertical displacement and the amount of lateral displacement of the object to be measured with reference to the laser beam, and it is also possible to measure the inclination of the object to be measured.
  • the present invention is not limited to the first and second embodiments, but encompasses various other embodiments. That is, in the first embodiment, the vertical movement mechanism 2 is used as the linear movement mechanism, and in the second embodiment, the horizontal movement mechanism 16 is used in addition to the linear movement mechanism. For example, a linear moving mechanism inclined 45 degrees from the horizontal direction may be used.
  • the photoelectric conversion means is not limited thereto, and various light receiving elements can be used.
  • the light receiving surface of the light receiving unit] is divided vertically into two, and in the second embodiment, the light receiving surface of the light receiving unit 15 is divided into four vertically and horizontally.
  • the invention is not limited to this, and the light receiving surface may be divided into six or more.
  • the light receiving surface of the light receiving unit 1 or 15 is divided in a direction orthogonal to the moving direction of the light receiving unit 1 or 15; however, the invention is not limited thereto. For example, it may be divided into a direction inclined by 45 degrees with respect to the moving direction.
  • the power for projecting the reference light beam by the rotating laser device 13 is not limited thereto.
  • a modulation laser device or the like may be used.
  • the photoelectric displacement detection device can be used for measuring distortion and settlement of buildings, measuring settlement and inclination of various tanks, and measuring settlement of ground. It is also possible to measure the amount of slight distortion of railway rails and to measure the amount of deviation in the direction of excavation in tunnel excavation work. It is particularly suitable for measuring the amount of land subsidence, etc. unattended over a long period of time, or for measuring distortion in many parts of large buildings.

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Description

明 糸田 書
光電式変位検出装置
[技術分野]
本発明は、 基準となる光線を受光し、 この受光位置を基準として測定対象物の変位 量を検出するための光電式変位検出装置に関するもので、 例えば、 収容物の量により 変化する各種タンクの沈下量や傾きの計測、 建築物の歪みや沈下量の計測及び地盤の 沈下量の計測等に使用される光電式変位検出装置に係る。
[背景技術]
従来より、 建築物の歪み量や地盤の沈下量の計測においては、 レーザ照準器によつ て基準となるレーザ光線を投光し、 このレーザ光線を基準として測定作業者が測定対 象物の変位量を測定するという方法が用いられている。 すなわち、 上記レーザ光線の ビームスポッ 卜を目視により確 ¾1した測定作業者が、 このビームスポッ 卜の中心に合 わせて測定対象物にマ一キングし、 このマークを基準として上記測定対象物の位置を 測定するようにしている。 このような方法は、 また、 建築時における建築物の柱や壁 等の鉛直線からのずれ量の計測やその建築後の歪みの計測及び橋梁の変位量の計測等 においても同様に用いられている。
一解決課題—
ところ力 上記のような計測方法においては、 レーザ照準器から投光されるレーザ 光線のビームスポッ トを測定基準とするために、 このビームスポッ 卜の中心位置を正 確に求める必要があるにもかかわらず、 上記レーザ照準器から遠ざかるに従つて上記 ビームスポッ トが拡大するため、 その中心を目視で正確に求めることが困難になり、 測定精度が低下するという不都合がある。 これを解消するために、 基準となるレーザ 光線を光線検知器等により検知することが考えられるが、 この場合にも、 光線検知器 により検出されたビームスポッ 卜の中心位置を基準として、 測定作業者により測定が 行われるため、 測定作業者一人一人の個人差や測定時の体調等によって測定の精度が 変化する恐れがあり、 これにより、 変位量の計測精度が低下するという不都合がある c 本発明は、 このような事情に鑑みてなされたものであり、 その目的とするところは、 基準となる光線に対する測定対象物の変位量を精度良く計測できるようにすることに あ o
[発明の開示]
上記目的を達成するために、 本発明に係る光電式変位検出装置は、 分割された受光 面を備え、 基準となる光線を受光する光電変換手段と、 上記各受光面から出力される 信号に基づいてこれらの各受光面が受光する受光量の差を検出する光量差検出手段と、 上記光電変換手段を直線移動可能に支持する直線移動機構と、 この直線移動機構を駆 動して上記光電変換手段を移動させる駆動手段と、 上記光量差検出手段による検出値 が零になるように上記駆動手段の作動制御を行う制御手段と、 上記光量差検出手段の 検出値が零になった際の上記光電変換手段の移動量を計測する計測手段とを備えてい 。
上記の光電式変位検出装置によれば、 基準となる光線に対する測定対象物の変位量 を自動的に計測することができる。 すなわち、 まず、 上記光電式変位検出装置を上記 測定対象物に固設し、 基準となる光線を、 分割された各受光面が受光する受光量が等 しくなるように光電変換手段に入射させる。 その後、 上記測定対象物が変位した場合、 上記各受光面の受光量がそれぞれ変化し、 これらの各受光面からその受光量に応じて 出力される信号に基づいて上記各受光面における受光量の差が光量差検出手段により 検出される。 そして、 制御手段が、 上記検出値が零になるように駆動手段を作動させ ることにより、 上記光電変換手段は、 直線移動機構によって上記各受光面の受光量が 等しくなるところまで移動させられ、 同時に、 上記光電変換手段の上記直線移動機構 による移動量が計測手段により計測される。 このように、 上記光電変換手段が上記光 線に対して相対的に同一位置に保持されるので、 上記計測手段による計測値は、 上記 光線を基準とする上記測定対象物の変位量に等しくなり、 従って、 上記測定対象物の 変位量が、 測定者による測定作業を必要とせずに高精度にかつ自動的に計測されるこ とになる。
上記の光電式変位検出装置において、 受光面は、 基準受光位置を境に少なくとも鉛 直方向に分割されており、 光量差検出手段は、 上記基準受光位置よりも上側に配置さ れた受光面が受光する受光量の総和と、 この基準受光位置よりも下側に配置された受 光面が受光する受光量の総和との差を検出する鉛直方向光量差検出部を備えており、 直線移動機構は、 上記光電変換手段を鉛直方向に直線移動させる鉛直方向移動機構を 備えており、 駆動手段は、 上記鉛直方向移動機構を駆動するモータを備えており、 計 測手段は、 上記光電変換手段の上記鉛直方向移動機構による移動量を計測する鉛直方 向変位計測部を備えていることが好ましい。
このような構成にすると、 基準となる光線を受光した光電変換手段において、 基準 受光位置よりも上側に配置された受光面と、 この基準受光位置よりも下側に配置され た受光面とから、 それぞれ、 受光量に応じた電流が出力されて鉛直方向光量差検出部 に入力され、 上記の上側に配置された受光面が受光する受光量の総和と上記の下側に 配置された受光面が受光する受光量の総和との差が検出される。 そして、 制御手段が、 上記検出値が零になるようにモータを作動させることにより、 上記光電変換手段は、 上記光線に対する相対的な高さが同一に保たれるように鉛直方向移動機構によつて上 下に移動され、 同時に、 この上下方向の移動量が計測手段により計測される。 これに より、 上記光線を基準とする上記測定対象物の鉛直方向の変位量を高精度にかつ自動 的に計測することができる。 上記の光電式変位検出装置において、 受光面は、 基準受光位置を境に少なくとも水 平方向に分割されており、 光量差検出手段は、 上記基準受光位置よりも左側に配置さ れた受光面が受光する受光量の総和と、 この基準受光位置よりも右側に配置された受 光面が受光する受光量の総和との差を検出する水平方向光量差検出部を備えており、 直線移動機構は、 上記光電変換手段を水平方向に直線移動させる水平方向移動機構を 備えており、 駆動手段は、 上記水平方向移動機構を駆動するモータを備えており、 計 測手段は、 上記光電変換手段の上記水平方向移動機構による移動量を計測する水平方 向変位計測部を備えていることが好ましい。
このような構成にすると、 基準となる光線を受光した光電変換手段において、 基準 受光位置よりも左側に配置された受光面と、 この基準受光位置よりも右側に配置され た受光面とから、 それぞれ、 受光量に応じた電流が出力されて水平方向光量差検出部 に入力され、 上記の左側に配置された受光面が受光する受光量の総和と上記の右側に 配置された受光面が受光する受光量の総和との差が検出される。 そして、 制御手段が、 上記検出値が零になるようにモータを作動させることにより、 上記光電変換手段は、 上記光線に対する左右方向の相対位置が同一に保たれるように水平方向移動機構によ つて左右に移動され、 同時に、 この水平方向の移動量が計測手段により計測される。 これにより、 上記光線を基準とする上記測定対象物の水平方向の変位量を高精度にか つ自動的に計測することができる。
上記の光電式変位検出装置において、 鉛直方向移動機構の原点位置を検出する原点 検出手段を備え、 鉛直方向変位計測部は、 上記原点位置を基準にして光電変換手段の 鉛直方向の移動量を計測するように構成されていることが好ましい。
このような構成にすると、 原点検出手段により検出された原点位置を基準としてこ の原点位置に対する光電変換手段の鉛直方向の移動量を計測することができる。
上記の光電式変位検出装置において、 水平方向移動機構の原点位置を検出する原点 検出手段を備え、 水平方向変位計測部は、 上記原点位置を基準にして光電変換手段の 水平方向の移動量を計測するように構成されていることが好ましい。
このような構成にすると、 原点検出手段により検出された原点位置を基準としてこ の原点位置に対する光電変換手段の水平方向の移動量を計測することができる。
上記の光電式変位検出装置において、 計測手段による計測値を記憶する記憶手段を 備えることが好ましい。
このような構成にすると、 計測手段によって計測される光電変換手段の移動量、 す なわち、 基準となる光線に対する測定対象物の変位量を記憶手段に記憶させることが でき、 これにより、 上記測定対象物の変位を長期間にわたって無人で計測することが できる。
上記の光電式変位検出装置において、 計測手段による計測値を外部機器に対して送 信するための送信手段を備えることが好まし L、。
このような構成にすると、 計測手段によって計測される光電変換手段の移動量、 す なわち、 基準となる光線に対する測定対象物の変位量を送信手段によつて外部機器に 送信することができ、 これにより、 測定対象物から離れた場所でこの測定対象物の変 位量を確認することができる。 また、 建築物等の大きな測定対象物に対して多数の光 電式変位検出装置を取り付け、 それらの計測値を同一の外部機器に送信するようにす ることができ、 これにより、 上記計測結果の一括管理を容易に行うことができる。
[図面の簡単な説明]
図 1は本発明の第 1実施形態に係る光電式変位検出装置の全体構成図である。
図 2は受光部及び直線移動機構の構成を示す右側面図である。
図 3は測定対象物の変位による受光状態の変化を示す模式図である。
図 4は多数の光電式変位検出装置による計測値を一括管理する場合を示す図である。 図 5は本発明の第 2実施形態における受光部及び直線移動機構の構成を示す正面図 でめる。 図 6は上記受光部及び直線移動機構の上面図である。
図 7は上記受光部及び直線移動機構の右側面図である。
図 8は上記第 2実施形態における光量差検出手段の構成を示す図である。
[発明を実施するための最良の形態]
以下、 本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
ぐ第 1実施形態〉
図 1は、 本発明の第 1実施形態に係る光電式変位検出装置を示し、 1は光電変換手 段としての一対の太陽電池パネル 1 b， ] cを備えた受光部、 2はこの受光部 1を同 図において上下方向 （以下、 単に上下という） に移動させる鉛直方向移動機構、 3は この鉛直方向移動機構 2を駆動するモータである。 また、 4は上記各太陽電池パネル 1 b , 1. cが受光する受光量の差を検出する鉛直方向光量差検出部、 5は上記モー夕 3の作動制御を行う制御手段としての C P U、 6は上記受光部 1の変位量を計測する 鉛直方向変位計測部としてのロータリエンコ一ダである。 さらに、 7は原点検出手段 としてのリミッ トスィッチ、 8は上記受光部 1の移動量を記憶する記憶手段、 9は送 信手段としての I /Oインタフヱ一ス部である。 なお、 1 0は計測値等を表示する表 不部 C、あ 。
上記受光部 1は、 柱状の移動テーブル 1 1 (図 2参照） と、 その図 1における前面 に配設された上記一対の太陽電池パネル 1 b , 1 cとを備えており、 これらの太陽電 池パネル 1 b， 1 c力基準受光位置 1 aを境に上下に隣接して配置されて受光面を構 成している。 そして、 上記各太陽電池パネル 1 b， 1 cは、 それぞれ、 受光する光量 に応じて電流を出力するようになっている。
上記鉛直方向移動機構 2は、 上下方向に延びるように形成されて装置本体 1 2に固 定された支持板 2 1と、 この支持板 2 1の上下両端縁においてこの支持板 2 1に直交 する方向に延びて互いに対向するように形成された一対の折曲部 2 l a , 2 1 bとを 備えており、 また、 上記折曲部 2 1 aから上記折曲部 2 1 bにわたつて一対のガイド レール 2 2 a， 2 2 bと送りねじ 2 3とが上記支持板 2 ] に平行に、 かつ、 互いに平 行に配設されて構成されている。 そして、 移動テーブル 1 1力 上記ガイ ドレール 2 2 a , 2 2 b及び送りねじ 2 3によって貫通されるとともに、 この送りねじ 2 3と螺 合されており、 この送りねじ 2 3の回転によって上下に移動させられるように構成さ れている。 また、 上記モ―タ 3は、 上記の下側の折曲部 2 bに配設され、 上記送りね じ 2 3を回転 ξ区動するようになっている。
上記鉛直方向光量差検出部 4は、 上記各太陽電池パネル 1 b， 1 cのそれぞれから 出力された電流 I b， I cをフィルタアンプ 4 1により増幅し、 AZD変換器 4 2に よりデジタル信号 i b , i cに変換して C P U 5に入力する。 そして、 上記 C P U 5 の演算部 5 2において、 上記信号 i bから信号 i cを減算し、 この減算値 Δ iに基づ いて上記太陽電池パネル 1 b , 1 cがそれぞれ受光する受光量の差を検出するように 構成されている。
上記 C P U 5は、 演算部 5 2において算出された減算値△ iに基づいて、 制御部 5 1によりモータ 3を作動制御するように構成されており、 具体的には、 上記減算値 Δ iが正であるときに上記モ一夕 3を正転させて移動テ一ブル 1 1を下方に移動させる 一方、 上記減算値 Δ iが負であるときに上記モータ 3を逆転させて移動テーブル 1 1 を上方に移動させるように構成されている。 すなわち、 上記 C P U 5は、 受光部 1を、 上側の太陽電池パネル 1 bが受光する受光量が下側の太陽電池パネル 1 c力〈受光する 受光量よりも大きいときに下方へ移動させる一方、 上記上側の太陽電池パネル 1わが 受光する受光量が上記下側の太陽電池パネル 1 cが受光する受光量よりも小さいとき に上方へ移動させるようになつており、 これにより、 これらの各太陽電池パネル 1 b， 1 cがそれぞれ受光する受光量の差が常に零に保たれるようになつている。
上記ロータリエンコーダ 6は、 上記支持板 2 1の上側の折曲部 2 1 aに配設され、 上記送りねじ 2 3の回転角度に応じてパルス信号を出力するように構成されている。 そして、 このパルス信号が C P U 5内のカウンタ 5 3によって計数されるようになつ ており、 この計数値に基づいて演算部 5 2により移動テーブル;！ 1の上下方向の移動 量が算出されるようになっている。 また上記リミツ トスイッチ 7は、 上記支持板 2 1 の折曲部 2 1 aの近傍に配設され、 移動テーブル 1 1がこの支持板 2 1の上端側の機 械的な原点位置にあるときに上記移動テーブル 1 1の側面部に押圧されてォン状態に なるように構成されている。
上記記憶手段 8は、 例えば、 ハードディスク ドライブや半導体メモリ等を備えてお り、 C P U 5の演算部 5 2において移動テーブル 1 1の移動量として算出された算出 値を一定の時間間隔をおいて記憶するように構成されている。 また、 上記 I / Oイン タフヱース部 9は、 上記計測値を送信ケ一ブル 9 1を介して外部機器としてのパ―ソ ナルコンピュータ 9 2等 （図 4参照） に送信するように構成されている。
つぎに、 上記第 1実施形態に係る光電式変位検出装置の使用方法及び作用 ·効果を 説明する。
まず、 装置本体:！ 2を測定対象物に固設する一方、 回転レーザ装置 1 3 (図 2参照） によって基準レベルを示すレーザ光線を水平に投光する。 そして、 上記回転レーザ装 置 1 3の位置を調整して基準レベルの高さを変更させ、 図 3に実線で示すように、 レ —ザ光線のビームスポッ ト Aが上記受光部 1における基準受光位置 1 aを水平に通過 するように設定するとともに、 図示省略のカウンタリセッ トスィツチによりカウン夕 5 3の計数値を零にリセッ 卜する。
その後、 上記測定対象物が下側に変位した場合、 同図に仮想線 Bで示すようにビー ムスポッ 卜の通過位置が受光部に対して相対的に上側に変位することになるため、 上 側の太陽電池パネル 1 bが受光する受光量が増大する一方、 下側の太陽電池パネル 1 cが受光する受光量が減少する。 このため、 上記上側の太陽電池パネル 1 bからフィ ルタアンプ 4 1と AZD変換器 4 2とを介して C P U 5に入力される信号値 i b力 <增 大し、 力、つ、 上記下側の太陽電池パネル 1 bから同様に C P U 5に入力される信号値 i cが減少する。 そして、 これらの信号値を減算した値 Δ iに基づいて C P U 5によ りモー夕 3が正転され、 移動テーブル 1 1力 上記の両太陽電池パネル 1 b , 1 じの 受光量の差が零になるまで下方に移動する。 同時に、 ロータリエンコーダ 6から出力 されたパルス信号がカウンタ 5 3により計数され、 この計数値に基づいて移動テープ ル 1 1の上下方向の移動量、 すなわち、 上記光線を基準とする上記測定対象物の変位 量が算出される。
このようにして、 測定対象物の変位量が測定作業者によらずに自動的に計測される ため、 測定作業者一人一人の個人差や測定時の体調等による測定精度の変化が解消さ れ、 これにより、 高精度の計測を行うことができる。 また、 演算部 5 2により算出さ れた移動テーブル 1 1の移動量を記憶手段 8に自動的に記憶させることにより、 測定 対象物の変位量を長期間にわたって自動的に記録することができ、 例えば、 地盤沈下 量の計測等の長期間にわたる微小変位量の計測を容易に行うことができる。
さらに、 上記移動テーブル 1 1の移動量を、 I /0インタフヱース部 9によって通 信ケーブル 9 1を介してパーソナルコンピュータ 9 2に送信することにより、 測定対 象物から離れた場所でこの測定対象物の変位量を確認することができる。 その上、 測 定対象物が建築物等の大きなものであって、 多数の光電式変位検出装置 1 2 , 2 , … （図 4参照） を取り付けて多数の部位における変位を同時に計測するような場合、 それらの計測値を上記同一のパ一ソナルコンピュータ 9 2に送信することができ、 こ れにより、 上記各装置による計測値の一括管理を容易に行うことができる。 加えて、 リミッ トスイッチ 7からのオン信号により移動テーブル 1 1が機械的な原点位置にあ ることを検知することができるため、 移動テーブル 1 1力上位原点位置にある状態で カウンタ 5 3をリセッ 卜させるようにすることができ、 これにより、 上言己 的な原 点位置を基準とする受光部 1の移動量を計測するようにすることができる。
く第 2実施形態 >
以下に、 本発明の第 2実施形態を図 5力、ら図 8までに基づいて説明する。 図 5において 1 5は受光部、 1 6は上記受光部〗 5を水平方向に移動させる水平方 向移動機構、 1 7はこの水平方向移動機構 1 6を駆動するモータである。 また、 1 8 は上記受光部 1 5の水平方向の移動量を計測する水平方向変位計測部としてのロー夕 リエンコーダ、 1 9は水平方向の機械的な原点位置を検出するための原点検出手段と してのリミッ トスィッチである。 さらに、 図 8において 4 0は光量差検出手段である。 上記受光部 1 5は、 柱状の移動テーブル 1 1 (図 6及び図 7参照） と、 その図 5に おける前面に配設された光電変換手段としての 4枚の太陽電池パネル 1 5 b , 1 5 c , 1 5 d , 1 5 e (図 8参照） とを備えている。 上記 4枚の太陽電池パネル 1 5 b , 1 5 c , …は、 略正方形状に形成されており、 上記移動テーブル 1 1の前面において、 基準受光位置 1 5 aを中心に図 5において右上から時計回りに順番に配設されて略正 方形状の受光面を構成している。 そして、 上記各太陽電池パネル 1 5 b， 1 5 c , … は、 それぞれ、 受光する光量に応じた電流を出力するようになっている。
上記水平方向移動機構 1 6は、 鉛直方向移動機構 2を全体として図 5における左右 方向 （以下、 単に左右方向という） に移動させるようになつており、 左右方向に延び るように配設されて装置本体 1 4側 （図 6及び図 7参照） に固定された支持板 2 6と、 この支持板 2 6に平行にかつ互いに平行に配設された一対のガイドレール 2 7 a , 2 7 bと送りねじ 2 8とにより上記鉛直方向移動機構 2と同様に構成されている。 そし て、 上記一対のガイドレール 2 7 a , 2 7 bと上記送りねじ 2 8と力;、 上記鉛直方向 移動機構 2の支持板 2 1の中央部に配設された移動テーブル 2 9を水平に貫通し、 か つ、 この移動テーブル 2 9と上記送りねじ 2 8とが螺合されており、 この送りねじ 2 8の回転によって、 上記鉛直方向移動機構 2が上記移動テーブル 2 9と一体に左右に 移動させられるようになつている。 また、上記モータ 1 7は上記支持板 2 6の右側の 折曲部に配設され、 上記送りねじ 2 8を回転駆動するように構成されている。
上記光量差検出手段 4 0は、 基準受光位置 1 5 aよりも上側に配置された 2枚の太 陽電池パネル 15 b及び 15 eが受光する受光量の総和と、 上記基準受光位置 15 a よりも下側に配置された 2枚の太陽電池パネル 15 c及び 15 dが受光する受光量の 総和との鉛直方向光量差を検出する鉛直方向光量差検出部と、 上記基準受光位置 15 aよりも左側に配置された 2枚の太陽電池パネル 15d及び 15 e力 <受光する受光量 の総和と、 上記基準受光位置 15 aよりも右側に配置された 2枚の太陽電池パネル 1 5 b及び 15 cが受光する受光量の総和との水平方向光量差を検出する水平方向光量 差検出部とにより構成されている。
上記鉛直方向光量差検出部は、 各太陽電池パネル 15 b， 15 c, …からそれぞれ 出力されてフィルタアンプ 41と AZD変換器 42とを介して CPU 5に入力される 信号 i b， i c…に基づき、 CPU5の演算部 52において次式に示す演算を行うよ うになつている。
減算値. Δ ίΐ = (i b+ i e) — （i c+ i d)
そして、 上記鉛直方向光量差検出部は、 上記減算値 Δ ίΐ に基づいて上記の鉛直方 向光量差を検出するように構成されている。
また、 上記水平方向光量差検出部は、 上記鉛直方向光量差検出部と同様にして、 上 記演算部 52による次式の演算により減算値 Δ i 2を算出し、 この減算値 Δ ί 2 に基 づいて、 上記の水平方向光量差を検出するように構成されている。 すなわち、
減算値 A i2 = (i d+ i e) - (i b+ i c)
CPU5は、 第 1実施形態の場台と同様に、 演算部 52において算出された減算値 Δ i 1及び Δ i 2 に基づいて、 制御部 51によりモータ 3及びモータ ] 7の作動制御 を行うことにより、 受光部 1を上下左右に移動させて上記各太陽電池パネル 15b， 15 c, …がそれぞれ受光する受光量の差を常に零にさせるようになつている。
上記第 2実施形態のその他の構成は第 1実施形態のものと同様であるために、 同一 部材には同一符号を付して、 その説明は省略する。
そして、 上記第 2実施形態の場合、 まず、 装置本体 14を測定対象物に固設する一 方、 レーザ照準機等によって基準レベルを示すレーザ光線を投光し、 このレーザ光線 が受光部 1 5内の基準受光位置 1 5 aに照射されて各太陽電池パネル 1 5 b , 1 5 c , …が受光する受光量が等しくなるようにする。 その後、 上記測定対象物が変位して、 上記各太陽電池パネル 1 5 b， 1 5 c , …が受光する受光量がそれぞれ増減すると、 受光部 1 5は、 上記第 1実施形態と同様に船直方向移動移行 2によって鉛直方向の光 量差が零になるように上下に移動させられると同時に、 水平方向移動機構 1 6によつ て水平方向の光量差が零になるように左右に移動させられ、 上記レーザ光線を常に基 準受光位置 1 5 aで受光することになる。 同時に、 ロータリエンコーダ 6から出力さ れるパルス信号に基づいて上記受光部 1 5の上下方向の移動量が計測されるとともに、 ロータリエンコーダ 1 8から出力されるパルス信号に基づいて上記受光部] 5の左右 方向の移動量力針測される。 これにより、 上記レーザ光線を基準として、 測定対象物 の上下方向の変位量と左右方向の変位量とを同時に計測することができ、 この測定対 象物の傾き等も計測することができる。
く他の実施形態 >
なお、 本発明は上記第 1及び第 2実施形態に限定されるものではなく、 その他種々 の実施形態を包含するものである。 すなわち、 上記第 1実施形態では、 直線移動機構 として鉛直方向移動機構 2を用いており、 上記第 2実施形態ではこれに加えて水平方 向移動機構 1 6を用いているが、 これに限らず、 例えば水平方向から 4 5度傾いた直 線移動機構等を用いてもよい。
上記第 1及び第 2実施形態では光電変換手段として太陽電池パネル 1 b , ···, 1 5 b , …を用いている力^ これに限らず、 種々の受光素子を用いることが可能である。 上記第 1実施形態では、 受光部]の受光面を上下に 2個に分割しており、 上記第 2 実施形態では受光部 1 5の受光面を上下左右に 4個に分割しているが、 これに限らず、 受光面を 6個以上に分割してもよい。 上記第 1及び第 2実施形態では、 受光部 1又は 1 5の受光面を、 それらの受光部 1 又は 1 5の移動方向に対して直交する方向に分割しているが、 これに限らず、 例えば 上記移動方向に対して例えば 4 5度傾いた方向に分割してもよい。
上記第 1実施形態では、 基準となる光線を回転レーザ装置 1 3によって投光するよ うにしている力 これに限らず、 例えば変調レーザ装置等を用いることもできる。
[産業上の利用可能性]
以上のように、 本発明に係る光電式変位検出装置は、 建築物の歪みや沈下量の計測、 各種タンクの沈下量や傾きの計測及び地盤の沈下量の計測等に用 t、ることができ、 ま た、 鉄道のレールの微小な歪み量の計測やトンネルの掘削工事における掘削方向のず れ量の計測等を行うこともできる。 特に、 地盤の沈下量等を長期間にわたって無人で 計測する場合や大型建築物の多数の部位における歪みを計測する場合等に適している

Claims

請求の範囲
1. 光電式変位検出装置は、
分割された受光面を備え、 基準となる光線を受光する光電変換手段と、
上記各受光面から出力される信号に基づいてこれらの各受光面が受光する受光量の 差を検出する光量差検出手段と、
上記光電変換手段を直線移動可能に支持する直線移動機構と、
上記直線移動機構を駆動して上記光電変換手段を移動させる駆動手段と、 上記光量差検出手段による検出値が零になるように上記駆動手段の作動制御を行う 制御手段と、
上記光量差検出手段の検出値が零になつた際の上記光電変換手段の移動量を計測す る計測手段とを備えている。
2. クレーム 1の光電式変位検出装置において、
受光面は、 基準受光位置を境に少なくとも鉛直方向に分割されており、
光量差検出手段は、 上記基準受光位置よりも上側に配置された受光面が受光する受 光量の総和と、 この基準受光位置よりも下側に配置された受光面が受光する受光量の 総和との差を検出する鉛直^^向光量差検出部を備えており、
直線移動機構は、 上記光電変換手段を鉛直方向に直線移動させる鉛直方向移動機構 を備えており、
駆動手段は、 上記鉛直方向移動機構を駆動するモータを備えており、
計測手段は、 上記光電変換手段の上記鉛直方向移動機構による移動量を計測する鉛 直方向変位計測部を備えている。
3. クレーム 1の光電式変位検出装置において、
受光面は、 基準受光位置を境に少なくとも水平方向に分割されており、
光量差検出手段は、 上記基準受光位置よりも左側に配置された受光面が受光する受 光量の総和と、 この基準受光位置よりも右側に配置された受光面が受光する受光量の 総和との差を検出する水平方向光量差検出部を備えており、
直線移動機構は、 上記光電変換手段を水平方向に直線移動させる水平方向移動機構 を備えており、
駆動手段は、 上記水平方向移動機構を駆動するモータを備えており、
計測手段は、 上記光電変換手段の上記水平方向移動機構による移動量を計測する水 平方向変位計測部を備えている。
4. クレーム 2の光電式変位検出装置において、
鉛直方向移動機構の原点位置を検出する原点検出手段を備え、
鉛直方向変位計測部は、 上記原点位置を基準にして光電変換手段の鉛直方向の変位 量を計測するように構成されている。
5. クレーム 3の光電式変位検出装置において、
水平方向移動機構の原点位置を検出する原点検出手段を備え、
水平方向変位計測部は、 上記原点位置を基準にして光電変換手段の水平方向の変位 量を計測するように構成されている。
6. クレーム 1の光電式変位検出装置において、
計測手段による計測値を記憶する記憶手段を備える。
7. クレーム 1の光電式変位検出装置において、
計測手段による計測値を外部機器に対して送信するための送信手段を備える。
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