JPH0452643Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はレーザ光により大寸法のタービンロー
タ、水車、ケーシング等の被測定物の外径寸法や
長さ等を測長するレーザ測長装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種レーザ測長装置としては、第３図
に示すような構成のものが採用されている。すな
わち、第３図において、１はレーザ光源、２は干
渉部、３は信号処理部、４は反射鏡、５は被測定
物である。

かかる構成において、被測定物５の寸法ｌを測
長するにはレーザ光源１から発振されたレーザ光
のビーム径を干渉部２内に設けた凹面鏡で拡大
し、被測定物５のＸ端面及びＹ端面に密着させた
反射鏡あるいは鏡面仕上げをした反射物４（本例
ではＸ端面は被反射物、Ｙ端面に反射鏡）に当て
ることによつて被測定物５のＸ端面とＹ端面の反
射鏡あるいは反射物４から反射光を得る。この反
射光が干渉部２に戻ると、干渉部２に設けられた
スキヤニングミラーからの反射光と干渉させるこ
とによつて、干渉縞信号を得ることでき、これを
信号処理部３に入力して信号処理を行なうこと
で、元の波長より長い合成波長信号を発生させ、
被測定物５のＸ端面、Ｙ端面からの２つの信号の
位相差を求めることで被測定物５の寸法ｌを測長
することができる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このような従来のレーザ測長装置においては次
のような問題点がある。

(1) 被測定物の端面に反射物４を精度良く密に接
触させることが困難である。

(2) 第４図に示すように被測定物５の外径寸法Ｄ
を測長する場合、両端面に反射鏡４−１，４−
２を精度良く設置することが困難である。

(3) 第５図に示すように被測定物５の外径を測長
するとき反射面を被測定物の一端を利用すると
きでもレーザ光のビーム径を大きくする必要が
あるために測長が困難になる。

そこで、かかる問題点を解決するため、本考案
に先立つて次のような構成のレーザ測長装置が考
えらた。第６図はその概略的な構成例を示すもの
で、１はレーザ光源、２は干渉部、３は信号処理
部、５は被測定物、６は測距計、７は半導体位置
検出素子（以下PSDと略称する）カメラ、８−
１，８−２，８−３は半透明鏡、９−１，９−２
は反射鏡、１０−１，１０−２はセツテイング
台、１１−１，１１−２は傾き調整台、１２−
１，１２−２，１２−３は反射鏡である。

ここで、PSDカメラとは高感度の大型PINシリ
コンフオトダイオードの両面に均一な抵抗層（Ｐ
層とＮ層）を生成させ、それぞれに対向した電極
を設けたもので、このPSDの受光面にレンズを
介してLEDの光スポツトを結像させると、結像
位置より光電流を生じ、この電流は両面の抵抗層
を通つてそれぞれの電極へ出力されるものであ
る。この場合、対向した電極から取出される電流
は光スポツトの結像位置からそれぞれの電極まで
の抵抗値、すなわち距離によつて分割出力され
る。

したがつて、Ｐ層ではＸ座標電流、Ｎ層ではＹ
座標電流として取出され、この出力電流をアナロ
グ演算回路により演算することにより、２次元位
置を精密に計測することができる。

このような構成のレーザ測長装置においては、
被測定物５を１対のセツテイング台１０−１，１
０−２（この場合、セツテイング台１０−１は固
定、セツテイング台１０−２は移動可能にしてあ
る）で挟み込むノギス型構造として被測定物５に
セツテイング台１０−１，１０−２を密に接触さ
せ、レーザ光源１からのレーザ光を半透明鏡８−
３により透過光と反射光の２系統に分割してその
透過光を被測定物５の一端測定点Ｘに、また反射
光を反射鏡１２−１，１２−２，１２−３を介し
て被測定物５の他端測定点Ｙに当てる光学系を形
成することによつて、被測定物５の両測定点から
の反射光が直接に同時に得られ、被測定物５の外
径寸法Ｄが求められる。この場合、セツテイング
台１０−１，１０−２に傾きが生じていると精度
の良い測長が行なうことができないので、測距計
６からの光を反射鏡９−１，９−２に当ててその
反射光をPSDカメラ７に入射してその反射光を
２次元で光の位置として検出し、セツテイング台
１０−１，１０−２の傾きを傾き調整台１１−
１，１１−２により調整してから被測定物５の外
径寸法を測長するようにしている。

したがつて、測距計６により被測定物５の概略
寸法を測長でき、その後レーザ光で少数点以下の
端数についても絶対測長することができる。

しかし、このようなレーザ測長装置においても
次のような問題点がある。

(a) 被測定物５をセツテイング台１０−１，１０
−２に密に接触させるため、測長する都度セツ
テイング台１０−２を移動させる必要がある。

(b) 同様にセツテイング台１０−２を移動させる
都度セツテイング台の調整が必要である。

(c) 被測定物５にセツテイング台１０−１，１０
−２に密に接触させるので、セツテイング台を
鏡面加工しなければならない。

本考案は被測定物との接触部を無くし、しかも
セツテイング台の傾き調整を不要にし、また被測
定物のセツト位置を限定することなく被測定物の
長さ、外径寸法等を効率良く、高精度に絶対測長
することができるレーザ測長装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は上記のような目的を達成するため、レ
ーザ光源と、被測定物体を間に非接触状態にして
設けられた１対の固定台と、前記レーザ光源から
発振されるレーザ光を反透明鏡を介して反射光と
透過光との２系統に分割しその透過光を被測定物
の一端測定点に当て、また反射光を半透明鏡およ
び反射鏡を介して前記被測定物の他端測定点に当
てると共に前記半透明鏡を透過する前記とは別の
系統の分割光を反射鏡を介して前記一方の固定台
から他方の固定台に当てるように形成された光学
系と、光源を有しこの光源からの光を前記光学系
を通して前記被測定物に当てその反射光から前記
被測定物の概略長さ、概略外径寸法を測長する測
距計と、前記被測定物からの反射光および前記固
定台からの反射光を干渉部を介して入力し前記両
固定台間の距離の測長および前記被測定物の長
さ、外径寸法等を測長するに必要な信号に処理す
る信号処理部とを備えたことを特徴としている。

〔作用〕

このような構成のレーザ測長装置にあつては、
被測定物を１対の固定台の間にセツトしてレーザ
光源からレーザ光が発振されると、このレーザ光
は半透明鏡により透過光と反射光の２系統に分割
され、その透過光を被測定物の一端測定点に当
て、反射光を半透明鏡および反射鏡を介して前記
被測定物の他端測定点に当てることによつて被測
定物の両端測定点から反射光が得られ、これらの
反射光を干渉部を介して信号処理部に入力するこ
とにより、被測定物の長さ、外径寸法等が測長で
きる。また、この時前記半透明鏡を透過する前記
とは別の系統の分割光を反射鏡を介して前記一方
の固定台から他方の固定台に当て、その反射光を
干渉部を介して信号処理部に入力し、１対の固定
台間を測長することで被測定物が固定台間のどの
位置に設置されても被測定物の長さ、外径寸法等
を高精度に絶対測長することが可能となり、さら
に測距計によつて被測定物の概略寸法も測長でき
る。

〔実施例〕

以下本考案の一実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本考案によるレーザ測長装置の構成例
を示すものであり、第６図と同一部品には同一記
号を付して示し、ここではその説明を省略する。
第１図に示すように１対の固定台１３−１，１３
−２は適宜離間させて傾きのないように固定さ
れ、これら固定台１３−１，１３−２間に例えば
タービンロータからなる被測定物５がセツトされ
ている。また、レーザ光源１から干渉部２を介し
て被測定物５の一端測定点に至るレーザ光路の途
中に半透明鏡８−２が設けられている。一方の固
定台１３−１には半透明鏡８−２の透過光を２系
統に分割してその透過光を被測定物５の一端測定
点Ｘに当てる半透明鏡１４が設けられると共に半
透明鏡１４の反射光を他方のセツテイング台１３
−２方向に照射するため反射光と透過光の２系統
に分割する半透明鏡１５が設けられ、またこの半
透明鏡１５の透過光を他方の固定台１３−２のＺ
点に当てる反射鏡１８が設けられている。さら
に、他方の固定台１３−２には半透明鏡１５から
の反射光を被測定物５の他端測定点Ｙに当てる反
射鏡１７，１６がそれぞれ設けられている。一
方、レーザ光源１とは別光源を有する測距計６か
らの光は半透明鏡８−２に入射されるようになつ
ている。

次に上記のように構成されたレーザ測長装置の
作用について述べる。

今、第１図に示すように固定台１３−１，１３
−２が予め傾きがないように固定され、その間に
被測定物５がセツトされているものとする。

このような状態でレーザ光源１からレーザ光を
発振させると、このレーザ光は干渉部２内でその
ビーム径が拡大され、半透明鏡８−２を介して半
透明鏡１４に当り、その透過光が被測定物５の一
端測定点Ｘに当る。また、半透明鏡１４の反射光
が半透明鏡１５、反射鏡１７，１６を介して被測
定物５の他端測定点Ｙに当り、それぞれの反射光
が同時に元の光路を通して干渉部２に戻る。干渉
部２ではその反射光をスキヤニングミラーからの
反射光と干渉させることで干渉縞信号を得、これ
を信号処理部３に入力する。

この時、半透明鏡１５を透過した前記とは別の
系統の透過光は反射鏡１８を介して他方の固定台
１３−２のＺ点に当たり、その反射光が干渉部２
を介して信号処理部２に入力される。したがつ
て、信号処理部３でこれらの信号を処理すること
によりＺ点までの距離を測長することができるの
で、被測定物５の外径寸法Ｄを測長できる。

以下にその測長手順について述べる。

今、固定台１３−１の内面を基準とすると (イ) Ｘ点までの距離は、Ｘ＝a₁となる。

(ロ) Ｙ点までの距離は、 Ｙ＝a₁＋Ｄ＋Δx＋Ｔ＋Ａ＋Ｔ＋Δx ＝a₁＋Ｄ＋Ａ＋2Δx＋2Tとなる。

(ハ) Ｚ点までの距離は Ｚ＝a₁＋Ｄ＋Δzとなる。

(ニ) 固定台１３−２からＹ点までは、 Ｙ−Ｚ＝2T＋Ａ＋Δxとなり、Ｔ，Ａは既知
であるから、Δxを求めることができる。

(ホ) 従つて、被測定物５の寸法ＤはＹ点までの測
長値−Ｘ点までの測長値で求まる。

Ｙ−Ｘ＝a₁＋Ｄ＋Ａ＋2Δx＋2T−a₁ ＝Ｄ＋Ａ＋2Δx＋2T ここで、Δx＝（Ｙ−Ｚ）−（Ａ＋2T）であるか
ら、 Ｙ−Ｘ＝Ｄ＋Ａ＋2Y−2Z−2A−4T＋2T ＝Ｄ＋２（Ｙ−Ｚ）−（Ａ＋2T） Ｙ−Ｚは(ニ)で求まり、Ａ＋2Tは既知であるか
ら被測定物５の外径寸法Ｄを求めることができ
る。

ここで、具体的な数値を用いた例を第２図を参
照して説明すると、次の通りである。

第２図において、Ｔ＝0.5ｍ，Ｔ＝３ｍとし、
またＸ＝a₁……測長値が２ｍとする。

Ｙ＝a₁＋Ｄ＋Δx＋４＋Δx ＝a₁＋Ｄ＋2Δx＋４ Ｚ＝a₁＋Ｄ＋Δx＝10 従つて、Ｙ＝14＋Δx Ｙ−Ｚ＝４＋Δx 今、Ｙの測長値が16ｍとすると、Δx＝２ｍと
なる。

Ｙ−Ｘ＝a₁＋Ｄ＋2Δx＋４−a₁ ＝Ｄ＋2Δx＋４＝Ｄ＋８ Ｄ＝（Ｙ−Ｘ）−８＝（16−２）−８＝６ よつて、被測定物の外径寸法Ｄ＝６ｍとなる。

このように本実施例では被測定物５を１対の固
定台１３−１，１３−２を適宜離間させて垂直に
固定し、その間に被測定物５をセツトしてレーザ
光源１からのレーザ光を半透明鏡８−２を介して
半透明鏡１４により透過光と反射光の２系統に分
割し、その透過光を被測定物５の一端測定点Ｘ
に、また反射光を半透明鏡１５、反射鏡１７，１
６を介して被測定物５の他端測定点Ｙに当てる光
学系を形成し、さらに半透明鏡１５の透過光を反
射鏡１８を介して固定台１３−２のＺ点に当てる
光学系を形成するようにしたので、被測定物５の
両測定点から反射光とＺ点からの反射光を信号処
理部２に入力することにより、固定台１３−１，
１３−２間の距離を測長することで、被測定物５
を固定１３−１，１３−２に密に接触させること
なく、また被測定物５のセツト位置を限定させる
ことなく、被測定物５の外径寸法を高精度に絶対
測長することができる。また被測定物５の測長に
先立ち測距計６からの光を半透明鏡８−２を介し
て前述した光学系に出力することにより、その反
射光をもとに被測定物５の概略外径寸法を測長す
ることができる。

なお、上記実施例では被測定物５としてタービ
ンロータについて述べたが、水車、ケーシング等
の寸法測長の場合にも同様に適用実施できるもの
である。また、本装置では製品加工時に適用でき
ることは勿論、発電プラント等の現地据付工事を
行なうような場合にも適用することができる。

〔考案の効果〕

以上述べたように本考案によれば、１対の固定
台を適宜離間させて固定し、その間に被測定物を
セツトして半透明鏡によりレーザ光源から発振さ
れるレーザ光を反射光と透過光との２系統に分割
しその透過光を被測定物の一端測定点に当て、ま
た反射光を半透明鏡および反射鏡を介して被測定
物の他端測定点に当てる光学系を形成すると共に
半透明鏡から得られる前記とは別の系統の透過光
を一方の固定台から他方の固定台に当てる光学系
を形成してそれぞれその反射光を得、これらを干
渉部を通して信号処理部に入力することにより、
固定台間の距離を測定することで被測定物と固定
台との接触部を無くし、被測定物のセツト位置も
限定することなく、またセツト台の傾きを調整不
要にして効率良く、高精度に被測定物の長さ、外
径寸法を絶対測長することができるレーザ測長装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるレーザ測長装置の一実施
例を示す構成説明図、第２図は同実施例において
具体的数値による測長手順を説明するための図、
第３図乃至第５図は従来のレーザ測長装置の構成
例を説明するための図、第６図は本考案に先立つ
て考えられたレーザ測長装置の構成例を説明する
ための図である。 １……レーザ光源、２……干渉部、３……信号
処理部、６……測距計、８−２，１４，１５……
半透明鏡、１３−１，１３−２……固定台、１
６，１７，１８……反射鏡。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. レーザ光源と、被測定物体を間に非接触状態に
   して設けられた１対の固定台と、前記レーザ光源
   から発振されるレーザ光を半透明鏡を介して反射
   光と透過光との２系統に分割しその透過光を被測
   定物の一端測定点に当て、また反射光を半透明鏡
   および反射鏡を介して前記被測定物の他端測定点
   に当てると共に前記半透明鏡を透過する前記とは
   別の系統の分割光を反射鏡を介して前記一方の固
   定台から他方の固定台に当てるように形成された
   光学系と、光源を有しこの光源からの光を前記光
   学系を通して前記被測定物に当てその反射光から
   前記被測定物の概略長さ、概略外径寸法を測長す
   る測距計と、前記被測定物からの反射光および前
   記固定台からの反射光を干渉部を介して入力し両
   固定台間の距離の測長および前記被測定物の長
   さ、外径寸法等を測長するに必要な信号に処理す
   る信号処理部とを備えたことを特徴とするレーザ
   測長装置。