(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射部分と非反射部分を持つ被計測体の変位動作に応じた前記反射部分と非反射部分の移動軌跡上に測定光を照射すると共に反射光を受光して前記反射部分または非反射部分の出現状況から前記被計測体の変位に関する量を計測する光学式変位量計測装置において、
集光用のレンズと、
該レンズの光軸に沿うと共に前記レンズの焦点位置に設けられた、レーザ光を発生する発光素子と、
前記レンズの光軸に沿うと共に前記発光部に比して前記レンズ側に設けられ、前記反射光を受光する受光素子と、
発光素子および受光素子を固定する板金とを備えており、
上記板金は、９０度を超える角度で折り曲げられており、その一方片に発光素子を固定し、他方片に受光素子を固定することによって、発光素子を光軸から一方側に傾斜させて設けていることを特徴とする光学式変位量計測装置。
【請求項２】
前記発光素子は前記受光素子が照射される領域を実質的に外す指向性を得るように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学式変位量計測装置。
【請求項３】
前記発光素子は、前記光軸に対して一方側にずらした位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式変位量計測装置。
【請求項４】
前記受光素子は、前記光軸に対して他方側にずらした位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光学式変位量計測装置。
【請求項５】
前記被計測体は、前記レンズの手前に前記光軸中心で回転可能に着脱自在に取り付けられたパルス板を持つ回転体であり、該回転体は、測定対象物に接触させて該測定対象物の変位動作に伴って共回りさせるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学式変位量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触または非接触で、モータなどの回転体の回転数や、ベルトなどの移動体の移動速度などの変位に関する量を計測する光学式変位量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばモータの回転数を非接触で計測する装置として、モータの回転軸の適所（カップリングの側壁など）であって、少なくとも回転方向１個所に光反射テープに向けてスポット光を照射し、反射テープからの反射光をパルス状の波形として受光し、そのパルス列をカウントすることでモータの回転数を計測するようにしたものがある。
【０００３】
この回転数計測装置では、白熱電球や発光ダイオード（ＬＥＤ）が照射光の光源として用いられており、その光源光をレンズで集光して、回転する反射テープにスポット光を照射していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の非接触回転数計測装置において、照射光の光源が白熱電球の場合には、発光輝度が高いので検出距離が１ｍ程度であっても光量を確保することができる一方、電流を多く消費するので二次電池を用いるものでは電池が早く消耗すると共に、フィラメントが断線する虞があるので、定期的にメンテナンスが必要になるという問題を有していた。
【０００５】
また、照射光の光源が発光ダイオードの場合には、寿命が長いのでメンテナンスの必要はないものの、発光輝度のレベルが低いので検出距離が０．３ｍ程度以内に制限されてしまうという問題を有していた。例えば、人が近づくのに危険が伴う場所にあるモータの回転数を非接触で計測する必要がある場合には、検出距離を長く取る必要であり、発光ダイオードを光源とする従来の装置では検出距離が０．３ｍ程度と短か過ぎてモータの回転数を非接触で計測できない。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、光源に対するメンテナンスの必要がなく検出距離を長くとることができる光学式変位量計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式変位量計測装置は、反射部分と非反射部分を持つ被計測体の変位動作に応じた反射部分と非反射部分の移動軌跡上に測定光を照射すると共に反射光を受光して反射部分または非反射部分（光吸収および光透過を含む）の出現状況から被計測体の変位に関する量を計測する光学式変位量計測装置において、集光用のレンズと、このレンズの光軸に沿うと共にレンズの焦点位置に設けられた、レーザ光を発生する発光素子と、レンズの光軸に沿うと共に発光部に比してレンズ側に設けられ、反射光を受光する受光素子と、発光素子および受光素子を固定する板金とを備えており、上記板金は、９０度を超える角度で折り曲げられており、その一方片に発光素子を固定し、他方片に受光素子を固定することによって、発光素子を光軸から一方側に傾斜させて設けていることを特徴とするものである。
【０００８】
この構成により、光が広がらないコヒーレント光を光源としているので、減衰を小さくでき、発生光が弱くても例えば２ｍ以上の非接触検出距離を得ることが可能で、光源を発光ダイオードとした従来の場合とは大幅に非接触検出距離を伸ばすことが可能となる。しかも、光源がレーザ光発生素子の場合には白熱球の場合に比べて寿命が大幅に長く電池の消耗も少なく、発光ダイオードの場合と同様にメンテナンスの必要がない。しかも、上記板金を備えることで、発光素子を、発光素子および受光素子の位置や角度の安定性を確保し、光軸に対して一方側に傾斜して設けられるだけでなく、上記板金を発光素子の放熱フィンとしても用いることができる。
【０００９】
また、本発明の光学式変位量計測装置では、発光素子は受光素子が照射される領域を実質的に外す指向性を得るように構成されていることが好ましい。さらに、好ましくは、発光素子は、光軸に対して一方側にずらした位置に設けられている。さらに、好ましくは、受光素子は、光軸に対して他方側にずらした位置に設けられている。
【００１０】
この構成により、発光素子は受光素子が照射される領域を実質的に外す指向性となっているので、発光素子の前方にある受光素子によって影になって光照射効率が低下するという弊害を解消することが可能となる。
【００１１】
さらに、好ましくは、本発明の光学式変位量計測装置において、被計測体は、レンズの手前に光軸中心で回転可能に着脱自在に取り付けられたパルス板を持つ回転体であり、この回転体は、測定対象物に接触させて測定対象物の変位動作に伴って共回りさせるものである。
【００１２】
この構成により、非接触式の光学式変位量計測装置だけではなく、接触式の光学式変位量計測装置としても用いることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る光学式変位量計測装置の一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１の光学式変位量計測装置の内部構成を示す縦断面図である。図１および図２において、光学式変位量計測装置１は、外郭筐体２と、この外郭筐体２の内部適所に固定された回路基板３と、外郭筐体２の上面から視認可能な表示面４を持つ液晶などの表示部５（以下液晶表示部５という）と、計測単位の選択手段としてのロータリスイッチ６と、計測値の記憶を指示するメモリスイッチ７と、計測動作を指示する計測スタートスイッチ８と、中心光軸上に配設されたレーザ光発光素子９およびレーザ光受光素子１０と、前方に配設された集光用のレンズ部１１と、ロータリスイッチ６、メモリスイッチ７および計測スタートスイッチ８による各操作指令に基づいて各部を制御する制御部１２と、各部に電力供給するためのバッテリー部１３とを有している。
【００１４】
外郭筐体２は、上下に分割可能な上筐体２１および下筐体２２で構成され、これらの上筐体２１および下筐体２２の開放側を対向させて下筐体２２側からねじ止めされている。また、レンズ部１１は円形の開放孔２３に固定されている。また、上筐体２１の上面は一部平面状に構成され、この平面の部分に表示面４用の表示窓が形成されており、その表示窓には透明なアクリル板２４が取り付けられて内部の表示面４が保護されている。下筐体２２の後方側面には電池交換用蓋２５がねじ止めされている。
【００１５】
回路基板３の上面には、前方から液晶表示部５、ロータリスイッチ６さらにメモリスイッチ７が搭載され、下面側にはレーザ光発光素子９およびレーザ光受光素子１０が、後述する取付具を介して搭載されている。また、回路基板３には、制御部１２を構成するマイクロコンピュータやメモリ素子などの各種電子素子が搭載されている。また、これらのレーザ光発光素子９およびレーザ光受光素子１０などの電子素子に対してバッテリー部１３から電力供給を受けるようになっている。さらに、計測スタートスイッチ８からのスタート信号を受け得るようにスイッチ端子に接続されている。
【００１６】
液晶表示部５は、計数値およびそれに関するデータ（連番のデータ番号が記憶指示毎に付与される）を表示信号に変換してデータ番号と共に表示面４に出力する図５の表示駆動部５１を有している。表示面４には、データ番号と計測値、その単位が表示されると共に、バッテリーの有無（ＨＩまたはＬＯ）も表示されるようになっている。
【００１７】
ロータリスイッチ６は、外郭筐体２上に露出して操作可能にされたロータリ式ツマミ６１を備え、このロータリ式ツマミ６１に対する単位選択操作によって、表示面４に表示される数値の単位が選択されるようになっている。ロータリ式ツマミ６１には１個所にポイント６１ａが設けられ、ロータリ式ツマミ６１の周囲には各種単位を印刷した銘板６２が貼り付けられており、ロータリ式ツマミ６１を回動させてそのポイント６１ａを銘板６２の所望する単位名と一致させることで、選択した単位で計測値の演算や換算が行われて表示面４上に表示されるようになっている。各種単位としては、例えば回転数ｒｐｍ，移動速度ｍ／ｍｉｎ（分），ｙｄ（ヤード）／ｍｉｎ，ｆｔ（フィート）／ｍｉｎ，Ｋｍ／ｈｕｕｒ（時間），Ｍｉｌ（マイル）／ｈｏｕｒ，ｃｍ／ｓｅｃ（秒），ｉｎ（インチ）／ｓｅｃなどがロータリ式ツマミ６１の周囲の銘板６２上に印刷明示されており、これらの単位を任意に選択することができるようになっている。ここで、、移動速度には回転体の周速度も含まれる。
【００１８】
メモリスイッチ７（データ記憶操作手段）は自動復帰式押しボタン型のスイッチで構成されており、外郭筐体２の上面がら露出しているキャップ７１を押し込むことによって記録指示の信号を発生するようにしている。データ計測時には、表示面４上に表示された計測数値を後述する記憶手段に記憶させ、非計測時には、記憶手段に記憶させたデータを必要に応じて読み出して表示面４に再生表示するようになっている。
【００１９】
計測スタートスイッチ８は自動復帰式押しボタン型のスイッチで構成されており、外郭筐体２の側面に設けられた取付孔から出没自在なキャップを押し込むことによって計測動作をスタートさせる信号を発するようになっている。
【００２０】
レーザ光発光素子９は、図３の部分拡大図に示すようにレンズ部１１の焦点位置に発光面を前方に向けて配設され、かつ光軸Ｌに対して所定角度θ（本実施形態では５度）だけ図中、下方（一方側）に発光面を傾斜させ、また、レーザ光受光素子１０は、レーザ光発光素子９に近接してレンズ部１１側に受光面を前方に向けて配設されている。このように、レーザ光発光素子９を傾斜して配設することで、照射の指向性をレーザ光受光素子１０に対してずらし、レーザ光発光素子９からの光がレーザ光受光素子１０に当たって影となる影響を実質的になくすようにし、これにより、照射効率の低下を軽減するようにしている。レーザ光発光素子９から照射されるコーヒーレント光は、前方のレーザ光受光素子１０を避けるようにレンズ部１１の下側のレンズに多少広がる指向性を有してスポット照射されるようになっている。
【００２１】
また、レーザ光発光素子９は、図３の部分拡大図に示すように角度が９０度＋所定角度θで折り曲げられた板金９１の一方片に固定され、他方片は回路基板３に固定されている。板金９１はレーザ光発光素子９およびレーザ光受光素子１０の位置や角度の安定性の確保の他、レーザ光発光素子９の放熱フィンとしても用いられるようになっている。
【００２２】
レンズ部１１はレンズの一部であるレンズ枠１１３に嵌着されており、一方、光入出力用の開放孔２３内面には、開放孔２３に係止された筒状のレンズホルダ１１１が配設されている。レンズ部１１とレンズ枠１１３は一体ものである。レンズホルダ１１１の中央孔には、図３に示すように内径を拡径した段部１１２が形成され、その段部１１２で位置決めされるように段部１１２までレンズ枠１１３が挿入されてストップリング１１４にてレンズ枠１１３を段部１１２側に押圧して固定するようになっている。また、レンズ部１１は、レーザ光発光素子９からのレーザ光を下側で受けて光軸前方に集光させると共に、被回転計測体（例えば図５に示すようなモータ１４の回転軸や、これに連結されたカップリング１５の側面１個所に貼り付けられた反射テープ１６）からの反射光を高いレベルでレーザ光受光素子５側に集光させるようになっている。
【００２３】
図４は、図1の光学式変位量計測装置の制御構成を示すブロック図である。図４において、制御部１２は、ロータリスイッチ６のロータリ式ツマミ６１の位置による単位選択指令に応じて、レーザ光受光部１０で受光したパルス信号に基づいて被回転計測体の位置変位を演算する変位量演算部１２１と、この回転変位演算部１２１で演算した位置変位データを表示させるための表示データに変換して表示駆動部５１に出力する表示データ作成部１２２と、計測スタートスイッチ８による操作指令によってレーザ光発光素子９を駆動させて発光させると共に、変位量演算部１２１および表示データ作成部１２２、液晶表示部５を駆動させる計測制御部１２３とを有している。
【００２４】
また、制御部１２は、変位量演算部１２１で演算したデータを記憶可能な記憶手段１２４と、計測時におけるメモリスイッチ７の押圧操作によるメモリ指令を受けて、表示面４上に表示された計測データを記憶させるように制御する記憶制御部１２５と、非計測時におけるメモリスイッチ７の押圧操作毎による各メモリ再生指令を受けて、表示面４上に記憶手段１２４内の計測データを順次表示させるように制御する記憶再生制御部１２６とを有している。
【００２５】
上記構成により、以下に、その動作を説明する。図５に示すように、まず、モータ１４の回転軸に取り付けられた円筒形状のカップリング１５の周側壁の周方向の一部に、光を反射する反射テープ１６を１つ貼り付ける。
【００２６】
次に、モータ１４を回転駆動させ、回転するカップリング１５の周側壁に対して光学式変位量計測装置１を向け、外郭筐体２の側面にある計測スタートスイッチ８のキャップを押し込む。これによって、計測制御部１２３はレーザ光発光素子９を駆動するように制御して、レーザ光発光素子９から、前方のレーザ光受光素子１０を避けるようにレンズ部１１の下側に多少広がるように可視光線のレーザ光がスポット照射された後、レンズ部１１を通してカップリング１５の側壁にスポット照射される。このスポットの直径は２ｍ離れて２ｃｍ程度であるので、赤色波長を含むレーザ光を用いる態様では、目視が容易で被計測個所（カップリング１５の周側壁）に正確に光照射させることができる。
【００２７】
さらに、カップリング１５の側壁にスポット照射された光は、回転するカップリング１５の周側壁に貼られた反射テープ１６上に照射される毎に反射され、レンズ部１１を通して光軸上のレーザ光受光素子１０の受光面に集光され、レーザ光受光素子１０にてパルス状の波形として受光される。このパルス波形を、図略の整形回路で整形した後、変位量演算部１２１に導かれると共に、パルスの立ち上がり毎にカウントするカウンタで、パルスの立ち上がり周期を計数する。そして、カウント周期とカウント値とから、周期を演算すると共に逆算して回転数（ｒｐｍ）を求める。このとき、ロータリ式ツマミ６１で他の単位が選択されたときには、選択された単位に合うように演算や換算が行われて、所望の単位の下でのモータの回転数を計測することができる。
【００２８】
さらに、表示データ作成部１２２は、変位量演算部１２１で演算した回転数データを表示データに変換して表示駆動部５１を介して表示面４上に表示出力する。
【００２９】
このとき、ロータリ式ツマミ６１を回動させて表示単位を変化させると、変位量演算部１２１は、カウント値をロータリ式ツマミ６１で選択した単位に応じた回転数に換算し、それを表示データに変換して表示駆動部５１を介して表示面４上に表示させる。
【００３０】
また、表示面４上に表示された回転数を記憶させたいときには、メモリスイッチ７の発光時の押圧操作によって、記憶手段１２４に記憶させることができる。また、非計測時に、データ記憶手段１２４に記憶されたデータを表示面４上に再生するときには、メモリスイッチ７の押圧操作毎に、データ記憶手段１２４から表示面４上にデータ番号と共に計測データを順次表示させることができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態によれば、コヒーレント光を光源としているため、減衰を小さくでき、発生光が弱くても例えば２ｍ以上の検出距離を得ることができて、光源を発光ダイオードとした従来の場合（検出距離０．３ｍ）とは大幅に検出距離を伸ばすことができる。また、光源を白熱球とした従来の場合に比べて寿命が大幅に長く電池１３１の消耗が少なく、メンテナンスの必要もない。
【００３２】
また、レーザ光受光素子１０をレーザ光発光素子９よりも光軸上の前方に設けているため、モータ１４のカップリング１５の反射テープ１６からの反射光をレーザ光発光素子９で邪魔されることなく、全て受光できる。また、レーザ光発光素子９を光軸から所定角度だけ傾斜させているため、レーザ光発光素子９の前方にあるレーザ光受光素子１０の存在で影になって光照射効率が低下するという弊害を解消することができる。
【００３３】
さらに、計測回数が複数に及ぶ場合など、メモリスイッチ７の操作で計測データをデータ番号と共に記憶手段１２４に保持することができ、また、その記憶した計測データを、メモリスイッチ７の操作によってデータ番号と共に順次呼び出して表示面４に再生表示することができる。
【００３４】
さらに、ロータリースイッチ６で選択した単位に応じた計測データの演算がなされて表示面４に表示されるため、必要な計測データ毎に筆算などで単位変換する必要がなく、ロータリースイッチ６で選択するだけで、常に必要な単位の計測値を容易に得ることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、非接触方式でモータ１４の回転数などの変位量を計測するように構成したが、これに限らず、接触方式用のアダプタを図１の光学式変位量計測装置１に取り付けて、モータ１４の回転数などの変位量を計測することができる。その一例を図６に示している。
【００３６】
図６は、図１の光学式変位量計測装置を接触方式で用いる場合の光学式変位量計測装置の内部構成を示す縦断面図であり、図２と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。図６において、筒状体で構成されたアダプタのハウジング外筒部１７１とその中央孔内に収容されるハウジング内筒部１７２が設けられており、そのハウジング内筒部１７２の一端外周側にレンズホルダ１１１の雌ねじ部に螺合可能な雄ねじ部が設けられている。図１の光学式変位量計測装置１に接触方式用のアダプタをねじ止めすることで、接触方式の光学式変位量計測装置１７とすることができるようになっている。
【００３７】
ハウジング内筒部１７２の中央孔の前後には２つのベアリング１７３が配設されている。２つのベアリング１７３の中央孔にはシャフト１７４が貫通して回転自在に軸支されている。また、シャフト１７４の一端側には円形のプレート１７５が取り付けられ、そのプレート１７５から見てレンズ部１１側に羽板１７６が設けられている。プレート１７５は放射方向に光反射部と光吸収部とが交互に、かつ周方向一定間隔に形成（本実施形態では各８領域）されており、一方、固定側の羽板１７６は、プレート１７５と同じく周方向一定間隔で放射状に一定角度のスリットが形成され、スリット以外の羽部分（本実施形態では８枚）には光吸収処理が為されている。したがって、シャフト１７４に取り付けたゴム材などのローラ１７７の外周部をモータ１４の回転軸の周側面に押し付けることで、シャフト１７４と共にプレート１７５が回転すると、レンズ部１１とのプレート１７５および羽板１７６の対向面では、全面が光吸収領域になる場合とスリットを介して光反射領域が現れる場合とが交互に現れて光の反射と非反射とを交互に繰り返し、このパルス状の反射光をレーザ光受光素子１０で受光してそのパルス周期から計測値が演算される。
【００３８】
この場合に、レーザ反射光が強過ぎることによる誤動作（パルスカウントミス）を防止するために、レーザ光受光素子１０の出力側にフィルタを設けている。また、羽板１７６のスリット幅を狭く構成している。
【００３９】
なお、本実施形態では、モータ１４の回転数の検出に光学式変位量計測装置１を用いたが、これに限らず、上記実施形態と同様にして、例えばベルトの走行速度や走行量（距離）などの変位に関する量を非接触式または接触式で検出することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光が広がらないコヒーレント光を光源としているため、減衰を小さくでき、発生光が弱くても例えば２ｍ以上の非接触検出距離を得ることができて、光源を発光ダイオードとした従来の場合とは大幅に非接触検出距離を伸ばすことができる。しかも、光源がレーザ光発生素子の場合には白熱球の場合に比べて寿命が大幅に長く電池の消耗も少なく、発光ダイオードの場合と同様にメンテナンスの必要がない。しかも、板金は、発光素子および受光素子の位置や角度の安定性を確保するだけでなく、上記板金を発光素子の放熱フィンとしても用いることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、発光素子は受光素子が照射される領域を実質的に外す指向性となっているため、発光素子の前方にある受光素子によって影になって光照射効率が低下するという弊害を解消することができる。
【００４２】
さらに、本発明によれば、非接触式の光学式変位量計測装置だけではなく、接触式の光学式変位量計測装置としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における光学式変位量計測装置の斜視図である。
【図２】図１の光学式変位量計測装置の内部構成を示す縦断面図である。
【図３】図１の光学式変位量計測装置のレーザ光発生素子およびレーザ光受光素子部近傍の拡大図である。
【図４】図１の光学式変位量計測装置の制御構成を示すブロック図である。
【図５】図１の光学式変位量計測装置の使用例を示す説明図である。
【図６】図１の光学式変位量計測装置を接触方式で用いる場合の光学式変位量計測装置の内部構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１    光学式変位量計測装置
２    外郭筐体
３    回路基板
４    表示面
５    液晶表示部
５１    表示駆動部
６    ロータリスイッチ
６１    ロータリ式ツマミ
６１ａ    ポイント
６２    銘板
７    メモリスイッチ
７１    キャップ
８    計測スタートスイッチ
９    レーザ光発光素子
１０    レーザ光受光素子
１１    レンズ部
１２    制御部
１２１    変位量演算部
１２２    表示データ作成部
１２３    計測制御部
１２４    記憶手段
１２５    記憶制御部
１２６    記憶再生制御部
【図１】
0004121140.tif 000002
【図２】
0004121140.tif 000003
【図３】
0004121140.tif 000004
【図４】
0004121140.tif 000005
【図５】
0004121140.tif 000006
【図６】
0004121140.tif 000007