(57)【要約】【課題】本発明の目的は、非接触で、かつ、被計測体の周期的な検出を必須とせずに、並進運動と回転運動を伴う被計測体の所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できるたわみ量または移動量の計測方法を提供することにある。【解決手段】発光部２ａから発射した光３を円筒面６ａ に当てる工程と、並進運動と回転運動を伴う被計測体１の動きに応じた円筒面６ａからの反射光５ａ、５ｅを受光部２ｂで受け、この反射光５ａ、５ｅの受光部２ｂにおける位置から被計測体１の所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量を求める工程と、を備えたことを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面に発光部と受光部を有した光学式非接触変位計と、
並進運動と回転運動を伴う被計測体の表面の所定計測位置に前記発光部と受光部に対向するように取付けられた所定形状の凹部を有した反射体と、を用いた前記所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測方法であって、
前記発光部から発射した光を前記所定形状の凹部に当てる工程と、
前記並進運動と回転運動を伴う被計測体の動きに応じた前記所定形状の凹部からの反射光を前記受光部で受け、この反射光の前記受光部における位置から前記所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量を求める工程と、を備えたことを特徴とするたわみ量または移動量の計測方法。
【請求項２】
前記所定形状の凹部は、所定曲率を有した面であることを特徴とする請求項1に記載のたわみ量または移動量の計測方法。
【請求項３】
前記所定曲率を有した面は、球面であることを特徴とする請求項２に記載のたわみ量または移動量の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並進運動と回転運動を伴う被計測体であっても、被計測体の所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できるたわみ量または移動量の計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体のたわみ量や移動量を計測する技術としては、ひずみゲージを用いるものや接触式変位計を用いるものが従来から知られている。
【０００３】
しかし、ひずみゲージを用いる場合は、一度使用したひずみゲージを再利用することができないばかりか、非接触での計測も不可能である。
【０００４】
また、接触式変位計を用いる場合は、変位計の先端部を被計測体に直接接触させなければならないという制約がある。
【０００５】
近年、上述したような問題点を解決するために、非接触式変位計が普及しつつある。
【０００６】
この非接触式変位計の代表例としては、図２に示すように、片面に発光部２ａと受光部２ｂを有した光学式非接触変位計２を用い、この発光部２ａから発射した光３を被計測体１の表面１ａの所定計測位置に当て、この表面１ａからの反射光４ａを受光部２ｂで受け、この反射光４ａの受光部２ｂにおける位置から前記所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量を求めるものが知られている。
【０００７】
また、片面に発光部と１チップ位置センサを有した変位計測装置を用い、この発光部から発射した光を計測したい物体の表面に周期的に当て、この物体の表面から周期的に反射される光を前記１チップ位置センサで積算することにより、変位量を求める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１３０６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した非接触式変位計は、図２（ａ）に示すように、被計測体１が回転運動を伴わずに並進運動し、Ｚ軸方向（並進方向）にＺ１からＺ５まで動く場合の並進方向のたわみ量または移動量を計測する手段としては優れている（符号ａ：計測可能な範囲）。
【００１０】
しかし、図２（ｂ）に示すように、被計測体１が回転運動を伴いながら（回転角がθ２、・・・、θ５と順次変化しながら）並進運動し、Ｚ軸方向（並進方向）にＺ１からＺ５まで動く場合、反射光５ｃ〜５ｅは受光部２ｂから外れてしまう。すなわち、並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲は、符号ｂまで減少してしまうという問題点を発生する。
【００１１】
また、上記特許文献１に開示された変位計測装置は、並進運動と回転運動を伴う被計測体の並進方向の静的な変位量を計測には適するが、原理的に周期的な検出が必須であり、過渡変形や衝撃変形のような動的な変位量の計測には向かないという問題点を有する。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、非接触で、かつ、被計測体の周期的な検出を必須とせずに、並進運動と回転運動を伴う被計測体の所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できるたわみ量または移動量の計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
片面に発光部と受光部を有した光学式非接触変位計と、
並進運動と回転運動を伴う被計測体の表面の所定計測位置に前記発光部と受光部に対向するように取付けられた所定形状の凹部を有した反射体と、を用いた前記所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測方法であって、
前記発光部から発射した光を前記所定形状の凹部に当てる工程と、
前記並進運動と回転運動を伴う被計測体の動きに応じた前記所定形状の凹部からの反射光を前記受光部で受け、この反射光の前記受光部における位置から前記所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量を求める工程と、を備えたことを特徴とするたわみ量または移動量の計測方法である。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定形状の凹部は、所定曲率を有した面であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記所定曲率を有した面は、球面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の請求項１に記載の発明は、
片面に発光部と受光部を有した光学式非接触変位計と、
並進運動と回転運動を伴う被計測体の表面の所定計測位置に前記発光部と受光部に対向するように取付けられた所定形状の凹部を有した反射体と、を用いた前記所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測方法であって、
前記発光部から発射した光を前記所定形状の凹部に当てる工程と、
前記並進運動と回転運動を伴う被計測体の動きに応じた前記所定形状の凹部からの反射光を前記受光部で受け、この反射光の前記受光部における位置から前記所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量を求める工程と、
を備えているため、
被計測体が並進運動と回転運動を伴う場合にも、非接触で、かつ、被計測体の周期的な検出を必須とせず、被計測体の所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、所定形状の凹部が、所定曲率を有した面であるため、例えば、弾塑性変形する両端支持梁や両端固定梁、座屈変形する柱や板、偏芯圧縮荷重を受けた場合の柱、集中荷重等の外力が加わらない梁や柱や板等の被計測体のさまざまな所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できる。
【００１８】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記所定曲率を有した面が、球面であるため、被計測体がさまざまな方向の回転運動を伴う場合にも、非接触で、かつ、被計測体の周期的な検出を必須とせず、被計測体の所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るたわみ量または移動量の計測方法の基本原理を説明するための模式図であって、（ａ）は並進運動のみの場合、（ｂ）は並進運動と回転運動を伴う場合である。
【図２】従来の非接触式変位計を用いたたわみ量または移動量の計測方法の基本原理を説明するための模式図であって、（ａ）は並進運動のみの場合、（ｂ）は並進運動と回転運動を伴う場合である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る移動量の計測方法の基本原理を説明するための模式図である。
【００２１】
図１において、１は被計測体、１ａは被計測体１の表面、２は非接触式変位計、２ａは非接触式変位計２の発光部、２ｂは非接触式変位計２の受光部、３は発光部２ａから発射した光、４ａ、４ｅ、５ａ、５ｅは反射光、６は被計測体１の表面１ａの所定計測位置に発光部２ａと受光部２ｂに対向するように取付けられたアルミニウムからなる反射体、６ａは発光部２ａと受光部２ｂに対向するように反射体６の表面に設けられた所定形状の凹部としてのＹ軸を中心軸とする曲率半径Ｒの円筒面である。Ｚ軸方向を並進方向、Ｙ軸周りの回転θを回転方向と定義する。
【００２２】
先ず初めに、図１（ａ）に示す被計測体１が回転運動を伴わずに並進運動し、Ｚ軸方向（並進方向）にＺ１からＺ５まで動く場合について説明する。
【００２３】
被計測体１の表面１ａがＺ１の位置にある場合、発光部２ａから発射した光３が円筒面６ａで反射し、その反射光４ａが受光部２ｂの最も左側の位置にある受光素子に入射する。この時の発射した光３と反射光４ａのなす角度はφ１である。次に、被計測体１の表面１ａがＺ１の位置からＺ５の位置まで動くと、発光部２ａから発射した光３が円筒面６ａで反射し、その反射光４ｅが受光部２ｂの最も右側の位置にある受光素子に入射する。この時の発射した光３と反射光４ｅのなす角度はφ５である。この時のφ１とφ５は等しい。
【００２４】
このように、受光部２ｂの最も左側の位置にある受光素子に入射した反射光４ａと受光部２ｂの最も右側の位置にある受光素子に入射した反射光４ｅより、被計測体１の所定計測位置のＺ軸方向（並進方向）の移動量ａ（これは、計測可能な範囲でもある）が求まる。すなわち、反射光の受光部２ｂにおける位置から所定計測位置の並進方向の移動量が求まるものである。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すような被計測体１が並進運動と回転運動を伴う場合について説明する。
【００２６】
被計測体１の表面１ａがＺ１の位置（この位置では、回転θはゼロである）にある場合、発光部２ａから発射した光３が円筒面６ａで反射し、その反射光５ａが受光部２ｂの最も左側の位置にある受光素子に入射する。この時の発射した光３と反射光５ａのなす角度はφ１である。次に、被計測体１の表面１ａがＺ１の位置から並進運動しながらＺ５の位置まで移動するとともに回転運動を伴いながら回転θ５まで動く。この時、発光部２ａから発射した光３が円筒面６ａで反射し、その反射光５ｅが受光部２ｂの最も右側の位置にある受光素子に入射する。この時の発射した光３と反射光５ｅのなす角度はφ５である。この時のφ１とφ５は等しい。これは、反射体６の表面に設けられた所定形状の凹部としてのＹ軸を中心軸とする曲率半径Ｒの円筒面（所定曲率を有した面の一つに該当）が存在することにより初めて齎されたものである。また、これは、被計測体１が回転θ５という回転運動を伴いながら、Ｚ軸方向（並進方向）の移動量ａ（これは、計測可能な範囲でもある）がある時に、反射光５ｅが受光部２ｂの最も右側の位置にある受光素子に入射させることが可能になったことを示す。
【００２７】
すなわち、受光部２ｂの最も左側の位置にある受光素子に入射した反射光５ａと受光部２ｂの最も右側の位置にある受光素子に入射した反射光５ｅより、並進運動と回転運動を伴う被計測体１の所定計測位置の並進方向の移動量ａが求まる。すなわち、反射光の受光部２ｂにおける位置から所定計測位置の並進方向の移動量が求まるものである。
【００２８】
上述した本発明に係る移動量の計測方法による被計測体１の所定計測位置のＺ軸方向（並進方向）の移動量の計測可能な範囲の限界がａであるのに比して、従来の計測方法｛図２（ｂ）参照｝によるそれがｂ（＜ａ）であることが決定的な差異である。
【００２９】
以上のように、本発明に係る移動量の計測方法を採用したならば、被計測体が並進運動と回転運動を伴う場合にも、非接触で、かつ、被計測体の周期的な検出を必須とせず、被計測体の所定計測位置の並進方向の移動量の計測可能な範囲を拡大できる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、反射体６の表面に設けられた所定形状の凹部として、Ｙ軸を中心軸とする曲率半径Ｒの円筒面について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、Ｙ軸周りの回転運動に加えてＸ軸周りの回転運動が重畳される場合には、Ｙ軸を中心軸とする所定曲率の面とＸ軸を中心軸とする所定曲率の面を有したものであればよい。さらに、多くの軸周りの回転運動が重畳される場合には、反射体６の表面に設けられた所定形状の凹部として、所定曲率を有した球面を用いればよい。
【００３１】
上述したように、反射体６の表面に設けられた所定形状の凹部として、所定曲率を有した面を用いることで、上記基本原理の説明で示したような集中荷重等の外力が加わらない被計測体（例えば、梁）の所定計測位置の並進方向の移動量以外の計測にも幅広く適用可能である。例えば、並進運動と回転運動を伴う被計測体の所定計測位置のたわみ角がゼロ、もしくは、ゼロでない場合、または、回転角がゼロでない場合等、さまざまなケースにおいて、幅広く適用可能である。すなわち、並進運動と回転運動を伴う弾塑性変形する両端支持梁や両端固定梁、座屈変形する柱や板、偏芯圧縮荷重を受けた場合の柱、集中荷重等の外力が加わらない柱や板等の被計測体のさまざまな所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できることを示す。
【００３２】
また、例えば、両端支持梁における中央集中荷重を受けた弾性域の梁中央位置（被計測体の所定計測位置のたわみ角がゼロである）や同梁における中央集中荷重を受けた塑性域の梁中央位置（被計測体の所定計測位置の回転角がゼロでない）では、反射体６の表面に設けられた所定形状の凹部として、底部に平面を有した面を採用することも可能である。このように、反射体６の表面には、上述したような所定条件下における所定計測位置に対応した所定形状の凹部が設けてあればよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、反射体６として、軽量、安価で、所定の反射率も得られやすいことからアルミニウムを用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、上記条件を満足するような金属体や所定形状の凹部を有した樹脂製のブロックを用いて、この凹部に所定の反射率を有する膜を設けたものでもよい。また、これらの反射体を被計測体の表面の所定計測位置に取付けるには、ポリウレタン製の接着剤を用いる等、条件により適切なものを適宜採用すればよい。
【００３４】
以上のように、本発明に係るたわみ量または移動量の計測方法を用いることで、被計測体が並進運動と回転運動を伴う場合にも、非接触で、かつ、被計測体の周期的な検出を必須とせず、被計測体の所定計測位置の並進方向のたわみ量または移動量の計測可能な範囲を拡大できる。
【符号の説明】
【００３５】
１：被計測体
１ａ：被計測体１の表面
２：非接触式変位計
２ａ：発光部
２ｂ：受光部
３：発光部２ａから発射した光
４ａ、４ｅ、５ａ、５ｅ：反射光
６：反射体
６ａ：円筒面
【図１】
2011007519.tif 000003
【図２】
2011007519.tif 000004