基準線発生装置及び芯出し装置
【課題】ビームスポット中心の検出が容易に行え、設置作業時間を従来に比べて短縮可能な基準線発生装置、及び該基準線発生装置を備えた芯出し装置を提供する。
【解決手段】コリメートしたラゲールガウスビーム１２を発生させるラゲールガウスビーム生成部１０１と、上記ラゲールガウスビームを所定方向へ照射するために上位機ラゲールガウスビーム生成部を吊下げる吊下げ部２０と、ラゲールガウスビームの照射方向を微調整する方向調整部３０と、ラゲールガウスビーム生成部の揺動を抑えるダンパ部４０を備えた。
【解決手段】コリメートしたラゲールガウスビーム１２を発生させるラゲールガウスビーム生成部１０１と、上記ラゲールガウスビームを所定方向へ照射するために上位機ラゲールガウスビーム生成部を吊下げる吊下げ部２０と、ラゲールガウスビームの照射方向を微調整する方向調整部３０と、ラゲールガウスビーム生成部の揺動を抑えるダンパ部４０を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉛直や水平方向等において芯出しを行う場合等に使用可能な基準線発生装置、及び該基準線発生装置を備えた芯出し装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエレベータの設置作業では、垂直方向において中心軸を定める、いわゆる芯出し作業が必要である。このような芯出しを行う装置として、従来、通常のレーザ光を使用した基準線発生装置が知られており、特許文献１には上記装置を用いたエレベータ向けの芯出し装置が記載されている。
【０００３】
この芯出し装置では、レーザ光を発するビーム発生部と、該ビーム発生部から至近距離、例えばガイドレール１本分長程度の距離、に設けられた受光部との組からなる可動式装置を備える。そして、既に芯出し済みのガイドレールに上記ビーム発生部を配置し、新たにガイドレールを１つ設置する毎に上記可動式装置を移動させて、設置するガイドレールの芯出しを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１１５８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーザ光を使った基準線発生装置では、通常のレーザビームを発生させ、このレーザビームにおけるビームスポットの中心を検出して基準線として用いている。しかしながら通常のレーザビームは、出射距離に応じてビームスポット径が大きくなるという特性があるため、照射距離が長くなるとビームスポット径が非常に拡大する。そのため、ビームスポットの中心位置の確認が目視では不可能になり、受光素子を用いた場合でも、解像度不足となり困難であった。
【０００６】
よって、従来の芯出し装置は、中層以上の建築物に設置された昇降路での鉛直基準線や、大規模プラント建設時の水平基準線を設定するために用いることが出来なかった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ビームスポット中心の検出が容易に行え、設置作業時間を従来に比べて短縮可能な基準線発生装置、及び該基準線発生装置を備えた芯出し装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における基準線発生装置は、ラゲールガウスビームを生成するラゲールガウスビーム生成部と、生成された上記ラゲールガウスビームの照射方向を設定する照射方向設定部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様における基準線発生装置によれば、ラゲールガウスビーム生成部を備えたことから、レンズで絞っただけの通常のレーザビームではなく、ラゲールガウスビームを基準線として使用することができる。即ち、ラゲールガウスビームは、ビームの伝播軸に直交するビーム断面において、光強度が０となる中空部分を有し、長距離にて照射しても上記中空部分の直径を小さく維持できるという特徴がある。よって、ビームスポット中心を従来に比べて容易に検出することが可能となる。その結果、例えば、中層以上の建築物において鉛直基準線を設定する場合や、大規模プラントなどにおいて水平基準線を設定する場合等において、上記ラゲールガウスビーム、つまりラゲールガウスビーム生成部を用いることが可能である。
【０００９】
また、基準線として使用するためには、ラゲールガウスビームの照射方向を高精度で決定することが必要となる。本発明の一態様における基準線発生装置によれば、さらに照射方向設定部を備えたことで、上記ラゲールガウスビームの照射方向を設定することができる。よって、精度良く位置決めを行うための基準線として上記ラゲールガウスビームを使用すること、つまり当該基準線発生装置を使用することが可能となる。
【００１０】
このように本発明の一態様における基準線発生装置によれば、ビームスポット中心の検出が容易に行え、基準線を設定するための装置設置に要する時間を従来に比べて短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による基準線発生装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す基準線発生装置から出射されるラゲールガウスビームの断面図である。
【図３】図１に示す基準線発生装置の変形例を示す図である。
【図４】図１に示す基準線発生装置の別の変形例を示す図である。
【図５】図１に示す基準線発生装置の他の変形例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２による基準線発生装置に備わるラゲールガウスビーム生成部の構成を示す図である。
【図７】図６に示す基準線発生装置が出射するラゲールガウスビームの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３による芯出し装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示す芯出し装置に備わる基準点検出部材を示す平面図である。
【図１０Ａ】図１に示す基準線発生装置に備わる吊下げ部の構成の一例を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】図１に示す基準線発生装置に備わる吊下げ部の構成の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態である基準線発生装置、及び該基準線発生装置を備えた芯出し装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による基準線発生装置１００を示している。基準線発生装置１００は、基本的な構成部分として、ラゲールガウスビーム生成部１０１と、照射方向設定部１０２とを備え、例えば芯出し用の基準線としてのラゲールガウスビーム１２を発生して所望方向へ照射する装置である。尚、本実施形態の基準線発生装置１００は、鉛直方向に沿って基準線を設定可能なように各構成部分を形成、配置している。但し、基準線の設定方向は、後述する他の実施形態にて説明するように鉛直方向に限定するものではない。
【００１４】
まず、ラゲールガウスビーム生成部１０１について説明する。
ラゲールガウスビーム生成部１０１は、基本的構成部分として、レーザビーム発生部１０と、ホログラム１１と、ケース１３とを備え、本実施形態ではさらにレーザ整形用レンズ系１４を有する。レーザビーム発生部１０、ホログラム１１、及びレーザ整形用レンズ系１４は、レーザビーム発生部１０から出射されるレーザ光の進行方向に沿って、本実施形態ではレーザビーム発生部１０、レーザ整形用レンズ系１４、ホログラム１１の順で、レーザ光が通過可能なようにケース１３内に配置され固定されている。尚、図１の配置位置に代えて、レーザ整形用レンズ系１４は、ホログラム１１の後に配置してもよい。
【００１５】
レーザビーム発生部１０は、レーザダイオード、気体レーザなどのレーザビームを放射可能なデバイスを備え、ケース１３の一端部分１３ａに配置される。また、レーザビーム発生部１０は、リモートコントロールにて電源のオンオフが可能なように構成してもよい。
【００１６】
レーザ整形用レンズ系１４は、本実施形態では、レーザビーム発生部１０から出射されたレーザビームをコリメートもしくは適当な波面に整形するためのものである。本実施形態では、コリメートもしくは適当な波面に整形されたレーザ光がホログラム１１に入射される。
【００１７】
ホログラム１１は、本実施形態では、レーザビーム発生部１０が出射したレーザ光からラゲールガウス（ＬＧ）ビームを作成するための一手段として用いられる。ホログラム１１は、２次元パターンを有し、上記レーザビームが当該ホログラム１１を通過することでラゲールガウスビーム１２が生成される。尚、ラゲールガウスビームは、波面が螺旋階段のような形状をなすビーム、換言すると、回転対称なエネルギー密度の分布を有するドーナツ状のビームである。また、ラゲールガウスビームについては、「ラゲール・ガウスビームの発生と検出」 宮本洋子、和田篤、日本光学会、光学、Ｐ６１８（２）を参照することができる。
【００１８】
図２にラゲールガウスビーム１２の断面を示す。図２に示すように、ラゲールガウスビーム１２は、光強度が０となる点を中心とした中空部分１２ａを有する。ホログラム１１は、中空部分１２ａの直径や個数、位置などが最適になるように設計されたものが用いられる。
【００１９】
尚、ラゲールガウスビーム１２の生成は、上述のホログラム１１に限るものではなく、公知の他の手段、例えば螺旋状位相プレート、シリンドリカルレンズを組み合わせた構成、等を用いることができる。
【００２０】
上述した構成により、ケース１３の他端部１３ｂから、つまりラゲールガウスビーム生成部１０１からラゲールガウスビーム１２が出射される。
【００２１】
次に、照射方向設定部１０２について説明する。
照射方向設定部１０２は、基本的構成部分として吊下げ部２０を有し、さらに方向調整部３０を有することができる。また、さらにダンパ部４０を有してもよい。本実施形態では、照射方向設定部１０２として吊下げ部２０、方向調整部３０、及びダンパ部４０を備えている。
このような構成を有する照射方向設定部１０２は、ラゲールガウスビーム生成部１０１にて生成されたラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを設定する作用を行う。
【００２２】
吊下げ部２０は、当該基準線発生装置１００の、空洞部５１を有する筐体５０から空洞部５１内にラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げて揺動自在に支持する。本実施形態では、ラゲールガウスビーム生成部１０１から出射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが鉛直方向又は略鉛直方向に沿うように、吊下げ部２０はラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げる。このように吊り下げられることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１は、常に重力を受けることから、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂは、一意に決定される。
尚、図１では、上記鉛直方向をＺ軸に、該Ｚ軸に直交しかつ互いも直交する２軸をＸ軸及びＹ軸にそれぞれ設定している。
【００２３】
また、基準線発生装置１００の筐体５０には、空洞部５１内に配置されたラゲールガウスビーム生成部１０１から出射されるラゲールガウスビーム１２が通過し外部へ導くための出射窓５２が設けられている。ビーム出射窓５２は、ガラスや樹脂などの透明なウィンドウである。また、落下物や火花などの衝撃を避けるために、出射窓５２が存在する筐体５０の上面５３は、テーパー状に形成されていてもよい。
【００２４】
吊下げ部２０は、本実施形態では、紐や、剛性を有するテープ等の部材にてなり、空洞部５１の天井部分５１ａと、ラゲールガウスビーム生成部１０１の上記他端部１３ｂとの間に設けられ、図１０Ａに示すような１軸、あるいは図１０Ｂに示すようにＸ軸吊下げ部２０Ａ及びＹ軸吊下げ部２０Ｂの２軸で構成される。また、２軸のジンバル機構を用いてもよい。
尚、吊下げ部２０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１の他端部１３ｂから出射されるラゲールガウスビーム１２を遮るものではない。
【００２５】
このように、吊下げ部２０にてラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げる構成を採ることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１が揺れた場合でも元の方向に復元させることができる。また、ラゲールガウスビーム生成部１０１と吊下げ部２０との位置関係によって、ビームの照射方向１２ｂを決定できるため、鉛直方向だけでなく、任意の方向へビームを照射することができる。
【００２６】
方向調整部３０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１における重力方向端部に取り付けられ、吊下げ部２０にて吊り下げられているラゲールガウスビーム生成部１０１の傾きを調整することでラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを微調整する部分である。
上述のように、吊下げ部２０により、ラゲールガウスビーム生成部１０１から出射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂは一意に決定されるが、ラゲールガウスビーム生成部１０１と吊下げ部２０との取り付け公差、ラゲールガウスビーム生成部１０１におけるレーザビーム発生部１０の取り付け公差、及び、その他の部品公差などに起因して照射方向１２ｂが、本実施形態では鉛直上向きから外れる場合がある。そこで、方向調整部３０を設けて、ラゲールガウスビーム生成部１０１の重心位置を移動可能とし、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが鉛直上向きに一致するように調整するものである。
【００２７】
本実施形態では、方向調整部３０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１における重力方向端部に相当する、上記一端部分１３ａに位置するケース下面に設置され、Ｘ，Ｙ方向の２軸に移動可能なように設けられた部材（以下、錘と記す）を備える。即ち、方向調整部３０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１の重心位置を移動させる錘を有し、該錘の移動により照射方向１２ｂを微調整する。よって、方向調整部３０の上記錘の重量及びその移動量は、ラゲールガウスビーム生成部１０１の重心の移動量、換言すると照射方向１２ｂの調整量によって決定される。
【００２８】
方向調整部３０による調整は、必ずしも基準線発生装置１００を使用する場所で行う必要は無い。他の場所で予めラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを調整して、方向調整部３０の錘位置を固定すればよい。また、基準線発生装置１００を使用する度に行う必要もなく、方向調整部３０の錘位置を強固に固定すれば、連続して使用することが可能である。例えば基準線発生装置１００に強い衝撃が加わった場合や、調整後から長時間が経過した場合には、再度、照射方向１２ｂを確認し、方向調整部３０を調整し直せばよい。
【００２９】
このように、方向調整部３０を設けた場合には、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを現地到着前に鉛直方向に高精度に合わせることができ、繰り返し使用できるため、基準線発生装置１００の設置作業工数が減り、設置時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
また、吊下げ部２０及び方向調整部３０を設けることで、基準線発生装置１００から照射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを高精度にて設定できる。よって、長い昇降路を持つ建築物におけるエレベータ据付や、大規模プラント建設時などの長距離に渡って基準線が必要とされる工事や建造物に対して、長距離照射してもビームが広がらないラゲールガウスビーム１２を、例えば芯出し用の基準線として使用することができる。
【００３１】
ダンパ部４０は、吊下げ部２０にて揺動自在に支持されているラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動を抑制する機構であり、上記空洞部５１内で、方向調整部３０に対向した位置にて筐体５０に設置される。上述のように、ラゲールガウスビーム生成部１０１は、吊下げ部２０にて揺動自在に支持されていることから、当該基準線発生装置１００の設置時等にてラゲールガウスビーム生成部１０１が揺動した場合や、作業中に例えば工具等が基準線発生装置１００に接触してしまいラゲールガウスビーム生成部１０１が揺動した場合等では、ラゲールガウスビーム生成部１０１が静止するまでに長い時間を要してしまう。そこでダンパ部４０を設けることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動が静止するまでに要する時間の短縮を図る。
【００３２】
ダンパ部４０は、本実施形態では、磁界遮断板４１と、磁石４２とを備えて構成される。磁界遮蔽板４１は、ラゲールガウスビーム生成部１０１のケース１３、又はケース１３に設置された方向調整部３０から延在し、磁石４２で発生した磁界を遮るように設置される。例えば、コ字型の磁石４２を用いて、その上側をＳ極、下側をＮ極とし、その間の空間を磁界遮蔽板４１が横切るように配置する。図１に示すように、本実施形態では、磁石４２は、Ｘ，Ｙ軸方向に計４箇所に配置している。
【００３３】
ダンパ部４０の動作について説明する。ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動に伴い磁界遮蔽板４１も揺れる。これにより、磁石４２にて発生した磁界が急激に変動して磁界遮蔽板４１に渦電流が流れる。これによって磁界の変動を打ち消す方向、つまり磁界遮蔽板４１の動きを止めるように力が働く。このようにして、短時間で磁界遮蔽板４１、つまりラゲールガウスビーム生成部１０１が静止する。
【００３４】
ダンパ部４０を設けることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１が鉛直方向に静止するまでの時間が短縮されるため、方向調整部３０との相乗により一層、基準線発生装置１００の設置時間を短縮することが可能となる。
磁石４２と磁界遮断板４１との距離や、磁石４２の磁界強度は、ラゲールガウスビーム生成部１０１を静止させるまでの時間によって決定する。
【００３５】
以上説明した構成により基準線発生装置を形成することができるが、本実施形態では、基準線発生装置１００は、さらに粗調整部６０を備えている。
粗調整部６０は、当該基準線発生装置１００の設置面６５に対して当該基準線発生装置１００の、少なくとも傾斜を可変とする機構であり、基準線発生装置１００の筐体５０と、設置面６５との間に設置される。即ち、方向調整部３０により照射方向１２ｂの微調整を行ったとしても、基準線発生装置１００の設置面６５が傾斜しており、補正仕切れない場合がある。例えば設置面６５の傾斜が大き過ぎる場合、筐体５０も大きく傾斜し、吊り下げられているラゲールガウスビーム生成部１０１が筐体５０の空洞部５１の内壁に当接したり、ダンパ部４０を構成する磁界遮断部４１が磁石４２に当接したりして、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを鉛直上向きにできない、もしくは鉛直方向に対する照射方向１２ｂの角度精度が低下するという事態が発生する。このような事態を防止するために、粗調整部６０を設けるのが好ましい。
【００３６】
このような粗調整部６０は、支柱６１と、設置面６５に接する底板６２とを有する。支柱６１は、底板６２と、基準線発生装置１００の筐体５０との間に、少なくとも１本設置され、設置面６５に対して基準線発生装置１００の高さ又は傾斜を可変とする。支柱６１が１本である場合には、傾きの調整が可能であり、２本以上、設けた場合には、傾きに加えて高さを調整が可能である。このように粗調整部６０は、照射方向１２ｂが所望の方向、本実施形態では鉛直方向に沿うように基準線発生装置１００の姿勢を補正する。
又、基準線発生装置１００の筐体５０の上面５３が平面にて形成される場合には、基準線発生装置１００の垂直度を確認するため、上面５３には水準器６３などを設けることもできる。
【００３７】
以上のように構成される基準線発生装置１００におけるラゲールガウスビーム１２の発生動作等について説明する。
レーザビーム発生部１０から発生したレーザビームは、レーザ整形用レンズ系１４によりコリメートもしくは適当な波面に整形された後、ホログラム１１を透過し、ラゲールガウスビーム１２となる。図２に示され、また、既に説明したように、ラゲールガウスビーム１２は、光強度が０となる点を中心とした中空部分１２ａを有する。レーザ整形用レンズ系１４によってレーザビームをコリメートもしくは適当な波面に整形すると、中空部分１２ａの径は、非常に小さくすることができる。さらにコリメートもしくは適当な波面に整形することで、長距離照射した場合でも、中空部分１２ａを小さいまま維持することができる。この場合、例えば２０ｍ先において、中空部分１２ａの径を１ｍｍ程度にすることも可能である。
【００３８】
このようなラゲールガウスビーム１２は、一若しくは複数の中空部分１２ａを有し、その径を上述のように非常に小さく形成することで、ラゲールガウスビーム１２の断面の中心、即ち基準点は、目視の場合でも容易に確認することが可能である。この基準点をビームの照射方向に沿って連続させることで基準線となる。
【００３９】
このように、ラゲールガウスビーム１２を用いることで、その照射距離に関わらず、ビームの照射方向１２ｂに垂直な平面内で、基準点は同じ位置を通ることになる。この基準点位置を検出することで、ラゲールガウスビーム１２、さらには、直径１ｍｍ程度の中空部分径に形成したラゲールガウスビーム１２を用いることで、高精度な位置決め用の基準線として使用することができる。
【００４０】
以上説明したように基準線発生装置１００によれば、高い精度にて鉛直上向きにラゲールガウスビーム１２を照射することができる。
また、レーザ整形用レンズ系１４によってレーザビームをコリメートもしくは適当な波面に整形したことで、基準線として使用した場合の位置決め精度を向上させることができる。尚、上述したように、ホログラム１１の後にレーザ整形用レンズ系１４を配置することもでき、この場合には、レーザ整形用レンズ系１４は、ラゲールガウスビーム１２をコリメートする。
【００４１】
また、上述のように本実施形態の基準線発生装置１００では、ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動を静止させる手段としてダンパ部４０を設けたが、ダンパ部４０に代えて図３に示す基準線発生装置１００Ａのように、筐体５０内の空洞部５１内に、ラゲールガウスビーム生成部１０１の一部もしくは全体が沈むように液体緩衝材４４を満たしてもよい。液体緩衝材４４は、水、シリコンオイル等が使用可能であり、ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動を抑え、静止させるのに適した粘性を有する液体が好ましい。
【００４２】
また、上述した実施の形態１における基準線発生装置１００は、鉛直方向に沿って基準線を設定するように、つまりラゲールガウスビーム生成部１０１から照射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが鉛直方向上向きとなるように、各構成部分を形成、配置した。この基準線発生装置１００の変形例として、図４に示す基準線発生装置１１０、図５に示す基準線発生装置１２０を構成することもできる。尚、図４及び図５では、粗調整部６０の図示を省略している。
【００４３】
即ち、基準線発生装置１１０では、水平方向に沿って基準線を設定可能なように、吊下げ部２０は、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが水平方向又はほぼ水平方向に沿うように、ラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げている。尚、５４は基準線発生装置１１０の筐体を、５５は筐体５４内の空洞部を示している。
【００４４】
基準線発生装置１２０では、鉛直方向に対して任意の傾斜角にて基準線を設定可能なように、吊下げ部２０は、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが上記傾斜角に沿うように、ラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げている。尚、１５はラゲールガウスビーム生成部１０１のケースを、５６は基準線発生装置１２０の筐体を、５７は筐体５６内の空洞部をそれぞれ示している。
【００４５】
基準線発生装置１１０、１２０におけるその他の構成は、基準線発生装置１００に備わる構成と同じである。また、上述の実施形態１にて説明した変形例等は、基準線発生装置１１０、１２０にも適用可能である。
【００４６】
基準線発生装置１１０、１２０に示すように、ラゲールガウスビーム生成部１０１の外形を変更して、ラゲールガウスビーム生成部１０１のケースに対する吊下げ部２０の位置関係を変更することで、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを図１に示す鉛直方向から、図４、図５に示すような水平方向、傾斜方向等の任意の角度にも設定することができる。
また、このような基準線発生装置１１０、１２０においても、基準線発生装置１００が奏する効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態２．
実施の形態１における基準線発生装置１００は、上述のように、ラゲールガウスビーム１２の断面において光強度が０の部分つまり上記基準点を目視でも検出可能な構成を採っている。しかしながら、基準線発生装置１００の使用環境によっては、基準点が視認しづらい可能性もある。本実施形態２の基準線発生装置は、この点を改善したものであり、上述のラゲールガウスビーム生成部１０１に改良を加えている。
【００４８】
図６は、本実施の形態２の基準線発生装置１３０に備わるラゲールガウスビーム生成部１０５を示している。ラゲールガウスビーム生成部１０５は、実施の形態１にて説明したラゲールガウスビーム生成部１０１と、目視用のレーザビームを発生する目視用レーザビーム発生部１０４とを備える。尚、本実施の形態２の基準線発生装置１３０において、ラゲールガウスビーム生成部１０５以外の構成部分は、上述の基準線発生装置１００、１１０、１２０における構成部分と同一又は同様である。よって、ここでは、ラゲールガウスビーム生成部１０５についてのみ説明を行う。
【００４９】
ラゲールガウスビーム生成部１０５におけるラゲールガウスビーム生成部１０１は、上述したものと同じであり、説明は省略する。目視用レーザビーム発生部１０４は、ラゲールガウスビーム生成部１０１が出射するラゲールガウスビーム１２において発光しない中空部分１２ａに対して、可視光波長を有する目視用レーザビーム８２を重畳させる構成部分である。
【００５０】
具体的に説明すると、目視用レーザビーム発生部１０４は、レーザ発生部８０と、ハーフミラー８１とを備える。レーザ発生部８０は、レーザダイオード、気体レーザなどの、レーザビームを出射するデバイスから構成されている。レーザ発生部８０が発するレーザ光は、可視領域で、かつラゲールガウスビーム生成部１０１のレーザビーム発生部１０が発するレーザ光とは異なる波長を有し、さらにレーザビーム発生部１０が発するレーザ光とは目視で相違がわかる程度の波長差を有する光であるのが好ましい。
【００５１】
ハーフミラー８１は、レーザ発生部８０から出射された目視用レーザビーム８２の光軸を、ラゲールガウスビーム生成部１０１におけるラゲールガウスビーム１２の光軸と一致させる角度に設置される。ハーフミラー８１をこのように配置することで、図７に示すように、ラゲールガウスビーム１２の中空部分１２ａ内に目視用レーザビーム８２を配置することができる。
【００５２】
このような構成により、本実施形態２の基準線発生装置１３０は、ラゲールガウスビーム１２と、目視用レーザビーム８２とを重畳して形成してなる図７のラゲールガウスビーム１２Ａを出射する。
【００５３】
ハーフミラー８１の透過率は、５０％である必要は無く、レーザビーム発生部１０の光出力と、レーザ発生部８０の光出力とに応じて変更しても良い。また、長距離での照射においても光強度を維持可能なように、レーザ発生部８０にホログラムやシリンドリカルレンズの組合せを設けて、ラゲールガウスビームを形成してもよい。この場合、目視用レーザビーム発生部１０４が出射するラゲールガウスビームと、ラゲールガウスビーム生成部１０１が出射するラゲールガウスビーム１２の中空部分１２ａとが重ならないように構成する。
【００５４】
以上のように構成されるラゲールガウスビーム生成部１０５を備えることで、本実施形態２の基準線発生装置１３０によれば、実施の形態１の基準線発生装置１００を使用した場合では周辺の明るさによってビーム断面つまり基準点が視認しづらい環境においても、本実施形態２におけるラゲールガウスビーム１２Ａでは、中空部分がその周縁部分とは異なる色で示されることから、基準点を視認し易いという効果が得られる。
尚、ラゲールガウスビーム生成部１０５は、基準線発生装置１００のみならず、上述した他の基準線発生装置１００Ａ、１１０、１２０に対しても適用可能であり、基準線発生装置１３０にて得られる上述の効果を得ることができる。
【００５５】
実施の形態３．
次に、上述した基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０のいずれかを備えて構成される芯出し装置について説明する。
図８に示すように、本実施形態３の芯出し装置２００は、基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０のいずれかと、基準点検出部材７０又は受光部２１０とを備える。尚、受光部２１０を備える場合には、さらに受光部２１０に接続される基準点決定部２２０を有する。図８では、受光部２１０及び基準点決定部２２０を備えた場合を図示している。
【００５６】
基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０については上述した内容であり、ここでの説明は省略する。
基準点検出部材７０は、基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０のいずれかから照射されるラゲールガウスビーム１２あるいはラゲールガウスビーム１２Ａから、目視にて基準点を得るための部材である。出射されたラゲールガウスビーム１２あるいはラゲールガウスビーム１２Ａから基準点を得るためには、作業者は、通常、紙、樹脂、定規などの平面である物体をラゲールガウスビーム１２、１２Ａに当て、中空部分１２ａあるいは目視用レーザビーム８２を元に基準点を割り出す。この場合、上記紙等に代えて、基準点検出部材７０を使用することで、より容易に基準点を割り出すことが可能となる。
【００５７】
即ち、基準点検出部材７０は、図９に示すように、短冊状の薄片７１であり、半透明透過窓７２を有する。この半透明透過窓７２にラゲールガウスビーム１２、１２Ａを投影し、そのスポットの中央部分を割り出す。投射方向と反対側から透かしてラゲールガウスビーム１２、１２Ａを読み取ることで、ビーム断面に対して基準点検出部材７０を傾斜させる必要がない。一方、投射方向と同じ側から読み取ってもよい。また、基準点の検出を容易にするため、半透明透過窓７２に例えば十字形の目印７２ａを設けることもできる。
このような基準点検出部材７０を用いることで、電気を要する機器や特殊な装置を使用することなく、目視で基準点を検出することができ、作業が容易になるという利点がある。
【００５８】
一方、受光部２１０は、ラゲールガウスビーム１２、１２Ａを電気的に受光する部分であり、ＣＭＯＳ、ＣＣＤなどの固体撮像素子、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出素子を備える。基準点決定部２２０は、受光部２１０からラゲールガウスビーム１２、１２Ａのビーム断面における光強度分布を取得し、信号処理又は画像処理にて、ラゲールガウスビーム１２あるいは１２Ａの断面の中心を、又は、中空部分１２ａの中央若しくは複数の中空部分１２ａから特徴付けられる基準点を、電気的に検出する。
【００５９】
このように受光部２１０及び基準点決定部２２０を備えた構成では、ラゲールガウスビーム１２、１２Ａのビーム断面の基準点位置を、信号処理、画像処理で自動的に求めることが可能になるので、目視の場合に比べ、高い精度にて位置決めが可能になるという利点がある。
【００６０】
次に、以上のように構成された本実施形態の芯出し装置２００を用いた芯出し方法について、簡単に説明する。
基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０については、既に説明したように、方向調整部３０を用いてラゲールガウスビーム１２あるいは１２Ａの照射方向１２ｂを、鉛直方向等、所望の方向に一致させ、また、必要であれば、粗調整部６０により設置面６５に対して基準線発生装置の位置決めを行う。
【００６１】
このように基準線発生装置１００等を設置した後、基準点検出部材７０、又は受光部２１０及び基準点決定部２２０を用いて、ラゲールガウスビーム１２あるいは１２Ａから基準点を求める。芯出しを行いたい被検出部材がある場合には、この被検出部材に基準点検出部材７０又は受光部２１０を取り付けることで上記被検出部材の芯出しを行う。
【符号の説明】
【００６２】
１１ ホログラム、１４ ビーム整形用レンズ系、１２ ラゲールガウスビーム、
２０ 吊下げ部、３０ 方向調整部、４０ ダンパ部、４４ 液体緩衝材、
５０ 筐体、６０ 粗調整部、７０ 基準点検出部材、
１００ 基準線発生装置、１０１ ラゲールガウスビーム生成部、
１０２ 照射方向設定部、１０４ 目視用レーザビーム発生部、
１０５ ラゲールガウスビーム生成部、１１０、１２０、１３０ 基準線発生装置、
２００ 芯出し装置、２１０ 受光部、２２０ 基準点決定部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉛直や水平方向等において芯出しを行う場合等に使用可能な基準線発生装置、及び該基準線発生装置を備えた芯出し装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエレベータの設置作業では、垂直方向において中心軸を定める、いわゆる芯出し作業が必要である。このような芯出しを行う装置として、従来、通常のレーザ光を使用した基準線発生装置が知られており、特許文献１には上記装置を用いたエレベータ向けの芯出し装置が記載されている。
【０００３】
この芯出し装置では、レーザ光を発するビーム発生部と、該ビーム発生部から至近距離、例えばガイドレール１本分長程度の距離、に設けられた受光部との組からなる可動式装置を備える。そして、既に芯出し済みのガイドレールに上記ビーム発生部を配置し、新たにガイドレールを１つ設置する毎に上記可動式装置を移動させて、設置するガイドレールの芯出しを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１１５８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーザ光を使った基準線発生装置では、通常のレーザビームを発生させ、このレーザビームにおけるビームスポットの中心を検出して基準線として用いている。しかしながら通常のレーザビームは、出射距離に応じてビームスポット径が大きくなるという特性があるため、照射距離が長くなるとビームスポット径が非常に拡大する。そのため、ビームスポットの中心位置の確認が目視では不可能になり、受光素子を用いた場合でも、解像度不足となり困難であった。
【０００６】
よって、従来の芯出し装置は、中層以上の建築物に設置された昇降路での鉛直基準線や、大規模プラント建設時の水平基準線を設定するために用いることが出来なかった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ビームスポット中心の検出が容易に行え、設置作業時間を従来に比べて短縮可能な基準線発生装置、及び該基準線発生装置を備えた芯出し装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における基準線発生装置は、ラゲールガウスビームを生成するラゲールガウスビーム生成部と、生成された上記ラゲールガウスビームの照射方向を設定する照射方向設定部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様における基準線発生装置によれば、ラゲールガウスビーム生成部を備えたことから、レンズで絞っただけの通常のレーザビームではなく、ラゲールガウスビームを基準線として使用することができる。即ち、ラゲールガウスビームは、ビームの伝播軸に直交するビーム断面において、光強度が０となる中空部分を有し、長距離にて照射しても上記中空部分の直径を小さく維持できるという特徴がある。よって、ビームスポット中心を従来に比べて容易に検出することが可能となる。その結果、例えば、中層以上の建築物において鉛直基準線を設定する場合や、大規模プラントなどにおいて水平基準線を設定する場合等において、上記ラゲールガウスビーム、つまりラゲールガウスビーム生成部を用いることが可能である。
【０００９】
また、基準線として使用するためには、ラゲールガウスビームの照射方向を高精度で決定することが必要となる。本発明の一態様における基準線発生装置によれば、さらに照射方向設定部を備えたことで、上記ラゲールガウスビームの照射方向を設定することができる。よって、精度良く位置決めを行うための基準線として上記ラゲールガウスビームを使用すること、つまり当該基準線発生装置を使用することが可能となる。
【００１０】
このように本発明の一態様における基準線発生装置によれば、ビームスポット中心の検出が容易に行え、基準線を設定するための装置設置に要する時間を従来に比べて短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による基準線発生装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す基準線発生装置から出射されるラゲールガウスビームの断面図である。
【図３】図１に示す基準線発生装置の変形例を示す図である。
【図４】図１に示す基準線発生装置の別の変形例を示す図である。
【図５】図１に示す基準線発生装置の他の変形例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２による基準線発生装置に備わるラゲールガウスビーム生成部の構成を示す図である。
【図７】図６に示す基準線発生装置が出射するラゲールガウスビームの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３による芯出し装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示す芯出し装置に備わる基準点検出部材を示す平面図である。
【図１０Ａ】図１に示す基準線発生装置に備わる吊下げ部の構成の一例を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】図１に示す基準線発生装置に備わる吊下げ部の構成の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態である基準線発生装置、及び該基準線発生装置を備えた芯出し装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による基準線発生装置１００を示している。基準線発生装置１００は、基本的な構成部分として、ラゲールガウスビーム生成部１０１と、照射方向設定部１０２とを備え、例えば芯出し用の基準線としてのラゲールガウスビーム１２を発生して所望方向へ照射する装置である。尚、本実施形態の基準線発生装置１００は、鉛直方向に沿って基準線を設定可能なように各構成部分を形成、配置している。但し、基準線の設定方向は、後述する他の実施形態にて説明するように鉛直方向に限定するものではない。
【００１４】
まず、ラゲールガウスビーム生成部１０１について説明する。
ラゲールガウスビーム生成部１０１は、基本的構成部分として、レーザビーム発生部１０と、ホログラム１１と、ケース１３とを備え、本実施形態ではさらにレーザ整形用レンズ系１４を有する。レーザビーム発生部１０、ホログラム１１、及びレーザ整形用レンズ系１４は、レーザビーム発生部１０から出射されるレーザ光の進行方向に沿って、本実施形態ではレーザビーム発生部１０、レーザ整形用レンズ系１４、ホログラム１１の順で、レーザ光が通過可能なようにケース１３内に配置され固定されている。尚、図１の配置位置に代えて、レーザ整形用レンズ系１４は、ホログラム１１の後に配置してもよい。
【００１５】
レーザビーム発生部１０は、レーザダイオード、気体レーザなどのレーザビームを放射可能なデバイスを備え、ケース１３の一端部分１３ａに配置される。また、レーザビーム発生部１０は、リモートコントロールにて電源のオンオフが可能なように構成してもよい。
【００１６】
レーザ整形用レンズ系１４は、本実施形態では、レーザビーム発生部１０から出射されたレーザビームをコリメートもしくは適当な波面に整形するためのものである。本実施形態では、コリメートもしくは適当な波面に整形されたレーザ光がホログラム１１に入射される。
【００１７】
ホログラム１１は、本実施形態では、レーザビーム発生部１０が出射したレーザ光からラゲールガウス（ＬＧ）ビームを作成するための一手段として用いられる。ホログラム１１は、２次元パターンを有し、上記レーザビームが当該ホログラム１１を通過することでラゲールガウスビーム１２が生成される。尚、ラゲールガウスビームは、波面が螺旋階段のような形状をなすビーム、換言すると、回転対称なエネルギー密度の分布を有するドーナツ状のビームである。また、ラゲールガウスビームについては、「ラゲール・ガウスビームの発生と検出」 宮本洋子、和田篤、日本光学会、光学、Ｐ６１８（２）を参照することができる。
【００１８】
図２にラゲールガウスビーム１２の断面を示す。図２に示すように、ラゲールガウスビーム１２は、光強度が０となる点を中心とした中空部分１２ａを有する。ホログラム１１は、中空部分１２ａの直径や個数、位置などが最適になるように設計されたものが用いられる。
【００１９】
尚、ラゲールガウスビーム１２の生成は、上述のホログラム１１に限るものではなく、公知の他の手段、例えば螺旋状位相プレート、シリンドリカルレンズを組み合わせた構成、等を用いることができる。
【００２０】
上述した構成により、ケース１３の他端部１３ｂから、つまりラゲールガウスビーム生成部１０１からラゲールガウスビーム１２が出射される。
【００２１】
次に、照射方向設定部１０２について説明する。
照射方向設定部１０２は、基本的構成部分として吊下げ部２０を有し、さらに方向調整部３０を有することができる。また、さらにダンパ部４０を有してもよい。本実施形態では、照射方向設定部１０２として吊下げ部２０、方向調整部３０、及びダンパ部４０を備えている。
このような構成を有する照射方向設定部１０２は、ラゲールガウスビーム生成部１０１にて生成されたラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを設定する作用を行う。
【００２２】
吊下げ部２０は、当該基準線発生装置１００の、空洞部５１を有する筐体５０から空洞部５１内にラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げて揺動自在に支持する。本実施形態では、ラゲールガウスビーム生成部１０１から出射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが鉛直方向又は略鉛直方向に沿うように、吊下げ部２０はラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げる。このように吊り下げられることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１は、常に重力を受けることから、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂは、一意に決定される。
尚、図１では、上記鉛直方向をＺ軸に、該Ｚ軸に直交しかつ互いも直交する２軸をＸ軸及びＹ軸にそれぞれ設定している。
【００２３】
また、基準線発生装置１００の筐体５０には、空洞部５１内に配置されたラゲールガウスビーム生成部１０１から出射されるラゲールガウスビーム１２が通過し外部へ導くための出射窓５２が設けられている。ビーム出射窓５２は、ガラスや樹脂などの透明なウィンドウである。また、落下物や火花などの衝撃を避けるために、出射窓５２が存在する筐体５０の上面５３は、テーパー状に形成されていてもよい。
【００２４】
吊下げ部２０は、本実施形態では、紐や、剛性を有するテープ等の部材にてなり、空洞部５１の天井部分５１ａと、ラゲールガウスビーム生成部１０１の上記他端部１３ｂとの間に設けられ、図１０Ａに示すような１軸、あるいは図１０Ｂに示すようにＸ軸吊下げ部２０Ａ及びＹ軸吊下げ部２０Ｂの２軸で構成される。また、２軸のジンバル機構を用いてもよい。
尚、吊下げ部２０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１の他端部１３ｂから出射されるラゲールガウスビーム１２を遮るものではない。
【００２５】
このように、吊下げ部２０にてラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げる構成を採ることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１が揺れた場合でも元の方向に復元させることができる。また、ラゲールガウスビーム生成部１０１と吊下げ部２０との位置関係によって、ビームの照射方向１２ｂを決定できるため、鉛直方向だけでなく、任意の方向へビームを照射することができる。
【００２６】
方向調整部３０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１における重力方向端部に取り付けられ、吊下げ部２０にて吊り下げられているラゲールガウスビーム生成部１０１の傾きを調整することでラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを微調整する部分である。
上述のように、吊下げ部２０により、ラゲールガウスビーム生成部１０１から出射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂは一意に決定されるが、ラゲールガウスビーム生成部１０１と吊下げ部２０との取り付け公差、ラゲールガウスビーム生成部１０１におけるレーザビーム発生部１０の取り付け公差、及び、その他の部品公差などに起因して照射方向１２ｂが、本実施形態では鉛直上向きから外れる場合がある。そこで、方向調整部３０を設けて、ラゲールガウスビーム生成部１０１の重心位置を移動可能とし、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが鉛直上向きに一致するように調整するものである。
【００２７】
本実施形態では、方向調整部３０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１における重力方向端部に相当する、上記一端部分１３ａに位置するケース下面に設置され、Ｘ，Ｙ方向の２軸に移動可能なように設けられた部材（以下、錘と記す）を備える。即ち、方向調整部３０は、ラゲールガウスビーム生成部１０１の重心位置を移動させる錘を有し、該錘の移動により照射方向１２ｂを微調整する。よって、方向調整部３０の上記錘の重量及びその移動量は、ラゲールガウスビーム生成部１０１の重心の移動量、換言すると照射方向１２ｂの調整量によって決定される。
【００２８】
方向調整部３０による調整は、必ずしも基準線発生装置１００を使用する場所で行う必要は無い。他の場所で予めラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを調整して、方向調整部３０の錘位置を固定すればよい。また、基準線発生装置１００を使用する度に行う必要もなく、方向調整部３０の錘位置を強固に固定すれば、連続して使用することが可能である。例えば基準線発生装置１００に強い衝撃が加わった場合や、調整後から長時間が経過した場合には、再度、照射方向１２ｂを確認し、方向調整部３０を調整し直せばよい。
【００２９】
このように、方向調整部３０を設けた場合には、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを現地到着前に鉛直方向に高精度に合わせることができ、繰り返し使用できるため、基準線発生装置１００の設置作業工数が減り、設置時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
また、吊下げ部２０及び方向調整部３０を設けることで、基準線発生装置１００から照射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを高精度にて設定できる。よって、長い昇降路を持つ建築物におけるエレベータ据付や、大規模プラント建設時などの長距離に渡って基準線が必要とされる工事や建造物に対して、長距離照射してもビームが広がらないラゲールガウスビーム１２を、例えば芯出し用の基準線として使用することができる。
【００３１】
ダンパ部４０は、吊下げ部２０にて揺動自在に支持されているラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動を抑制する機構であり、上記空洞部５１内で、方向調整部３０に対向した位置にて筐体５０に設置される。上述のように、ラゲールガウスビーム生成部１０１は、吊下げ部２０にて揺動自在に支持されていることから、当該基準線発生装置１００の設置時等にてラゲールガウスビーム生成部１０１が揺動した場合や、作業中に例えば工具等が基準線発生装置１００に接触してしまいラゲールガウスビーム生成部１０１が揺動した場合等では、ラゲールガウスビーム生成部１０１が静止するまでに長い時間を要してしまう。そこでダンパ部４０を設けることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動が静止するまでに要する時間の短縮を図る。
【００３２】
ダンパ部４０は、本実施形態では、磁界遮断板４１と、磁石４２とを備えて構成される。磁界遮蔽板４１は、ラゲールガウスビーム生成部１０１のケース１３、又はケース１３に設置された方向調整部３０から延在し、磁石４２で発生した磁界を遮るように設置される。例えば、コ字型の磁石４２を用いて、その上側をＳ極、下側をＮ極とし、その間の空間を磁界遮蔽板４１が横切るように配置する。図１に示すように、本実施形態では、磁石４２は、Ｘ，Ｙ軸方向に計４箇所に配置している。
【００３３】
ダンパ部４０の動作について説明する。ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動に伴い磁界遮蔽板４１も揺れる。これにより、磁石４２にて発生した磁界が急激に変動して磁界遮蔽板４１に渦電流が流れる。これによって磁界の変動を打ち消す方向、つまり磁界遮蔽板４１の動きを止めるように力が働く。このようにして、短時間で磁界遮蔽板４１、つまりラゲールガウスビーム生成部１０１が静止する。
【００３４】
ダンパ部４０を設けることで、ラゲールガウスビーム生成部１０１が鉛直方向に静止するまでの時間が短縮されるため、方向調整部３０との相乗により一層、基準線発生装置１００の設置時間を短縮することが可能となる。
磁石４２と磁界遮断板４１との距離や、磁石４２の磁界強度は、ラゲールガウスビーム生成部１０１を静止させるまでの時間によって決定する。
【００３５】
以上説明した構成により基準線発生装置を形成することができるが、本実施形態では、基準線発生装置１００は、さらに粗調整部６０を備えている。
粗調整部６０は、当該基準線発生装置１００の設置面６５に対して当該基準線発生装置１００の、少なくとも傾斜を可変とする機構であり、基準線発生装置１００の筐体５０と、設置面６５との間に設置される。即ち、方向調整部３０により照射方向１２ｂの微調整を行ったとしても、基準線発生装置１００の設置面６５が傾斜しており、補正仕切れない場合がある。例えば設置面６５の傾斜が大き過ぎる場合、筐体５０も大きく傾斜し、吊り下げられているラゲールガウスビーム生成部１０１が筐体５０の空洞部５１の内壁に当接したり、ダンパ部４０を構成する磁界遮断部４１が磁石４２に当接したりして、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを鉛直上向きにできない、もしくは鉛直方向に対する照射方向１２ｂの角度精度が低下するという事態が発生する。このような事態を防止するために、粗調整部６０を設けるのが好ましい。
【００３６】
このような粗調整部６０は、支柱６１と、設置面６５に接する底板６２とを有する。支柱６１は、底板６２と、基準線発生装置１００の筐体５０との間に、少なくとも１本設置され、設置面６５に対して基準線発生装置１００の高さ又は傾斜を可変とする。支柱６１が１本である場合には、傾きの調整が可能であり、２本以上、設けた場合には、傾きに加えて高さを調整が可能である。このように粗調整部６０は、照射方向１２ｂが所望の方向、本実施形態では鉛直方向に沿うように基準線発生装置１００の姿勢を補正する。
又、基準線発生装置１００の筐体５０の上面５３が平面にて形成される場合には、基準線発生装置１００の垂直度を確認するため、上面５３には水準器６３などを設けることもできる。
【００３７】
以上のように構成される基準線発生装置１００におけるラゲールガウスビーム１２の発生動作等について説明する。
レーザビーム発生部１０から発生したレーザビームは、レーザ整形用レンズ系１４によりコリメートもしくは適当な波面に整形された後、ホログラム１１を透過し、ラゲールガウスビーム１２となる。図２に示され、また、既に説明したように、ラゲールガウスビーム１２は、光強度が０となる点を中心とした中空部分１２ａを有する。レーザ整形用レンズ系１４によってレーザビームをコリメートもしくは適当な波面に整形すると、中空部分１２ａの径は、非常に小さくすることができる。さらにコリメートもしくは適当な波面に整形することで、長距離照射した場合でも、中空部分１２ａを小さいまま維持することができる。この場合、例えば２０ｍ先において、中空部分１２ａの径を１ｍｍ程度にすることも可能である。
【００３８】
このようなラゲールガウスビーム１２は、一若しくは複数の中空部分１２ａを有し、その径を上述のように非常に小さく形成することで、ラゲールガウスビーム１２の断面の中心、即ち基準点は、目視の場合でも容易に確認することが可能である。この基準点をビームの照射方向に沿って連続させることで基準線となる。
【００３９】
このように、ラゲールガウスビーム１２を用いることで、その照射距離に関わらず、ビームの照射方向１２ｂに垂直な平面内で、基準点は同じ位置を通ることになる。この基準点位置を検出することで、ラゲールガウスビーム１２、さらには、直径１ｍｍ程度の中空部分径に形成したラゲールガウスビーム１２を用いることで、高精度な位置決め用の基準線として使用することができる。
【００４０】
以上説明したように基準線発生装置１００によれば、高い精度にて鉛直上向きにラゲールガウスビーム１２を照射することができる。
また、レーザ整形用レンズ系１４によってレーザビームをコリメートもしくは適当な波面に整形したことで、基準線として使用した場合の位置決め精度を向上させることができる。尚、上述したように、ホログラム１１の後にレーザ整形用レンズ系１４を配置することもでき、この場合には、レーザ整形用レンズ系１４は、ラゲールガウスビーム１２をコリメートする。
【００４１】
また、上述のように本実施形態の基準線発生装置１００では、ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動を静止させる手段としてダンパ部４０を設けたが、ダンパ部４０に代えて図３に示す基準線発生装置１００Ａのように、筐体５０内の空洞部５１内に、ラゲールガウスビーム生成部１０１の一部もしくは全体が沈むように液体緩衝材４４を満たしてもよい。液体緩衝材４４は、水、シリコンオイル等が使用可能であり、ラゲールガウスビーム生成部１０１の揺動を抑え、静止させるのに適した粘性を有する液体が好ましい。
【００４２】
また、上述した実施の形態１における基準線発生装置１００は、鉛直方向に沿って基準線を設定するように、つまりラゲールガウスビーム生成部１０１から照射されるラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが鉛直方向上向きとなるように、各構成部分を形成、配置した。この基準線発生装置１００の変形例として、図４に示す基準線発生装置１１０、図５に示す基準線発生装置１２０を構成することもできる。尚、図４及び図５では、粗調整部６０の図示を省略している。
【００４３】
即ち、基準線発生装置１１０では、水平方向に沿って基準線を設定可能なように、吊下げ部２０は、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが水平方向又はほぼ水平方向に沿うように、ラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げている。尚、５４は基準線発生装置１１０の筐体を、５５は筐体５４内の空洞部を示している。
【００４４】
基準線発生装置１２０では、鉛直方向に対して任意の傾斜角にて基準線を設定可能なように、吊下げ部２０は、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂが上記傾斜角に沿うように、ラゲールガウスビーム生成部１０１を吊り下げている。尚、１５はラゲールガウスビーム生成部１０１のケースを、５６は基準線発生装置１２０の筐体を、５７は筐体５６内の空洞部をそれぞれ示している。
【００４５】
基準線発生装置１１０、１２０におけるその他の構成は、基準線発生装置１００に備わる構成と同じである。また、上述の実施形態１にて説明した変形例等は、基準線発生装置１１０、１２０にも適用可能である。
【００４６】
基準線発生装置１１０、１２０に示すように、ラゲールガウスビーム生成部１０１の外形を変更して、ラゲールガウスビーム生成部１０１のケースに対する吊下げ部２０の位置関係を変更することで、ラゲールガウスビーム１２の照射方向１２ｂを図１に示す鉛直方向から、図４、図５に示すような水平方向、傾斜方向等の任意の角度にも設定することができる。
また、このような基準線発生装置１１０、１２０においても、基準線発生装置１００が奏する効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態２．
実施の形態１における基準線発生装置１００は、上述のように、ラゲールガウスビーム１２の断面において光強度が０の部分つまり上記基準点を目視でも検出可能な構成を採っている。しかしながら、基準線発生装置１００の使用環境によっては、基準点が視認しづらい可能性もある。本実施形態２の基準線発生装置は、この点を改善したものであり、上述のラゲールガウスビーム生成部１０１に改良を加えている。
【００４８】
図６は、本実施の形態２の基準線発生装置１３０に備わるラゲールガウスビーム生成部１０５を示している。ラゲールガウスビーム生成部１０５は、実施の形態１にて説明したラゲールガウスビーム生成部１０１と、目視用のレーザビームを発生する目視用レーザビーム発生部１０４とを備える。尚、本実施の形態２の基準線発生装置１３０において、ラゲールガウスビーム生成部１０５以外の構成部分は、上述の基準線発生装置１００、１１０、１２０における構成部分と同一又は同様である。よって、ここでは、ラゲールガウスビーム生成部１０５についてのみ説明を行う。
【００４９】
ラゲールガウスビーム生成部１０５におけるラゲールガウスビーム生成部１０１は、上述したものと同じであり、説明は省略する。目視用レーザビーム発生部１０４は、ラゲールガウスビーム生成部１０１が出射するラゲールガウスビーム１２において発光しない中空部分１２ａに対して、可視光波長を有する目視用レーザビーム８２を重畳させる構成部分である。
【００５０】
具体的に説明すると、目視用レーザビーム発生部１０４は、レーザ発生部８０と、ハーフミラー８１とを備える。レーザ発生部８０は、レーザダイオード、気体レーザなどの、レーザビームを出射するデバイスから構成されている。レーザ発生部８０が発するレーザ光は、可視領域で、かつラゲールガウスビーム生成部１０１のレーザビーム発生部１０が発するレーザ光とは異なる波長を有し、さらにレーザビーム発生部１０が発するレーザ光とは目視で相違がわかる程度の波長差を有する光であるのが好ましい。
【００５１】
ハーフミラー８１は、レーザ発生部８０から出射された目視用レーザビーム８２の光軸を、ラゲールガウスビーム生成部１０１におけるラゲールガウスビーム１２の光軸と一致させる角度に設置される。ハーフミラー８１をこのように配置することで、図７に示すように、ラゲールガウスビーム１２の中空部分１２ａ内に目視用レーザビーム８２を配置することができる。
【００５２】
このような構成により、本実施形態２の基準線発生装置１３０は、ラゲールガウスビーム１２と、目視用レーザビーム８２とを重畳して形成してなる図７のラゲールガウスビーム１２Ａを出射する。
【００５３】
ハーフミラー８１の透過率は、５０％である必要は無く、レーザビーム発生部１０の光出力と、レーザ発生部８０の光出力とに応じて変更しても良い。また、長距離での照射においても光強度を維持可能なように、レーザ発生部８０にホログラムやシリンドリカルレンズの組合せを設けて、ラゲールガウスビームを形成してもよい。この場合、目視用レーザビーム発生部１０４が出射するラゲールガウスビームと、ラゲールガウスビーム生成部１０１が出射するラゲールガウスビーム１２の中空部分１２ａとが重ならないように構成する。
【００５４】
以上のように構成されるラゲールガウスビーム生成部１０５を備えることで、本実施形態２の基準線発生装置１３０によれば、実施の形態１の基準線発生装置１００を使用した場合では周辺の明るさによってビーム断面つまり基準点が視認しづらい環境においても、本実施形態２におけるラゲールガウスビーム１２Ａでは、中空部分がその周縁部分とは異なる色で示されることから、基準点を視認し易いという効果が得られる。
尚、ラゲールガウスビーム生成部１０５は、基準線発生装置１００のみならず、上述した他の基準線発生装置１００Ａ、１１０、１２０に対しても適用可能であり、基準線発生装置１３０にて得られる上述の効果を得ることができる。
【００５５】
実施の形態３．
次に、上述した基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０のいずれかを備えて構成される芯出し装置について説明する。
図８に示すように、本実施形態３の芯出し装置２００は、基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０のいずれかと、基準点検出部材７０又は受光部２１０とを備える。尚、受光部２１０を備える場合には、さらに受光部２１０に接続される基準点決定部２２０を有する。図８では、受光部２１０及び基準点決定部２２０を備えた場合を図示している。
【００５６】
基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０については上述した内容であり、ここでの説明は省略する。
基準点検出部材７０は、基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０のいずれかから照射されるラゲールガウスビーム１２あるいはラゲールガウスビーム１２Ａから、目視にて基準点を得るための部材である。出射されたラゲールガウスビーム１２あるいはラゲールガウスビーム１２Ａから基準点を得るためには、作業者は、通常、紙、樹脂、定規などの平面である物体をラゲールガウスビーム１２、１２Ａに当て、中空部分１２ａあるいは目視用レーザビーム８２を元に基準点を割り出す。この場合、上記紙等に代えて、基準点検出部材７０を使用することで、より容易に基準点を割り出すことが可能となる。
【００５７】
即ち、基準点検出部材７０は、図９に示すように、短冊状の薄片７１であり、半透明透過窓７２を有する。この半透明透過窓７２にラゲールガウスビーム１２、１２Ａを投影し、そのスポットの中央部分を割り出す。投射方向と反対側から透かしてラゲールガウスビーム１２、１２Ａを読み取ることで、ビーム断面に対して基準点検出部材７０を傾斜させる必要がない。一方、投射方向と同じ側から読み取ってもよい。また、基準点の検出を容易にするため、半透明透過窓７２に例えば十字形の目印７２ａを設けることもできる。
このような基準点検出部材７０を用いることで、電気を要する機器や特殊な装置を使用することなく、目視で基準点を検出することができ、作業が容易になるという利点がある。
【００５８】
一方、受光部２１０は、ラゲールガウスビーム１２、１２Ａを電気的に受光する部分であり、ＣＭＯＳ、ＣＣＤなどの固体撮像素子、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出素子を備える。基準点決定部２２０は、受光部２１０からラゲールガウスビーム１２、１２Ａのビーム断面における光強度分布を取得し、信号処理又は画像処理にて、ラゲールガウスビーム１２あるいは１２Ａの断面の中心を、又は、中空部分１２ａの中央若しくは複数の中空部分１２ａから特徴付けられる基準点を、電気的に検出する。
【００５９】
このように受光部２１０及び基準点決定部２２０を備えた構成では、ラゲールガウスビーム１２、１２Ａのビーム断面の基準点位置を、信号処理、画像処理で自動的に求めることが可能になるので、目視の場合に比べ、高い精度にて位置決めが可能になるという利点がある。
【００６０】
次に、以上のように構成された本実施形態の芯出し装置２００を用いた芯出し方法について、簡単に説明する。
基準線発生装置１００、１００Ａ、１１０、１２０、１３０については、既に説明したように、方向調整部３０を用いてラゲールガウスビーム１２あるいは１２Ａの照射方向１２ｂを、鉛直方向等、所望の方向に一致させ、また、必要であれば、粗調整部６０により設置面６５に対して基準線発生装置の位置決めを行う。
【００６１】
このように基準線発生装置１００等を設置した後、基準点検出部材７０、又は受光部２１０及び基準点決定部２２０を用いて、ラゲールガウスビーム１２あるいは１２Ａから基準点を求める。芯出しを行いたい被検出部材がある場合には、この被検出部材に基準点検出部材７０又は受光部２１０を取り付けることで上記被検出部材の芯出しを行う。
【符号の説明】
【００６２】
１１ ホログラム、１４ ビーム整形用レンズ系、１２ ラゲールガウスビーム、
２０ 吊下げ部、３０ 方向調整部、４０ ダンパ部、４４ 液体緩衝材、
５０ 筐体、６０ 粗調整部、７０ 基準点検出部材、
１００ 基準線発生装置、１０１ ラゲールガウスビーム生成部、
１０２ 照射方向設定部、１０４ 目視用レーザビーム発生部、
１０５ ラゲールガウスビーム生成部、１１０、１２０、１３０ 基準線発生装置、
２００ 芯出し装置、２１０ 受光部、２２０ 基準点決定部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラゲールガウスビームを生成するラゲールガウスビーム生成部と、
生成された上記ラゲールガウスビームの照射方向を設定する照射方向設定部と、
を備えたことを特徴とする基準線発生装置。
【請求項２】
上記照射方向設定部は、当該基準線発生装置の筐体内に上記ラゲールガウスビーム生成部を吊り下げて支持する吊下げ部と、上記吊下げ部にて支持されている上記ラゲールガウスビーム生成部に取り付けられ上記照射方向の微調整を行う方向調整部とを備えた、請求項１記載の基準線発生装置。
【請求項３】
上記照射方向設定部は、上記吊下げ部にて支持されている上記ラゲールガウスビーム生成部の揺動を抑制するダンパ部をさらに備えた、請求項２記載の基準線発生装置。
【請求項４】
設置面に対して当該基準線発生装置の傾斜を可変とする粗調整部をさらに備えた、請求項１から３のいずれか１項に記載の基準線発生装置。
【請求項５】
上記ラゲールガウスビーム生成部は、上記ラゲールガウスビームをコリメートもしくは適当な波面に整形するビーム整形用レンズ系を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の基準線発生装置。
【請求項６】
上記ラゲールガウスビーム生成部は、生成されたラゲールガウスビームの中空部分に対して上記ラゲールガウスビームとは異なる波長を有するレーザビームを重畳させる目視用レーザビーム発生部をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の基準線発生装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の基準線発生装置を備えたことを特徴とする芯出し装置。
【請求項８】
上記基準線発生装置から照射されたラゲールガウスビームの断面の中心を目視で確認可能とする基準点検出部材をさらに備えた、請求項７記載の芯出し装置。
【請求項９】
上記基準線発生装置から照射されたラゲールガウスビームを電気的に受光する受光部と、上記受光部に接続され、受光したラゲールガウスビームの断面の中心を電気的に求める基準点決定部とをさらに備えた、請求項７記載の芯出し装置。
【請求項１】
ラゲールガウスビームを生成するラゲールガウスビーム生成部と、
生成された上記ラゲールガウスビームの照射方向を設定する照射方向設定部と、
を備えたことを特徴とする基準線発生装置。
【請求項２】
上記照射方向設定部は、当該基準線発生装置の筐体内に上記ラゲールガウスビーム生成部を吊り下げて支持する吊下げ部と、上記吊下げ部にて支持されている上記ラゲールガウスビーム生成部に取り付けられ上記照射方向の微調整を行う方向調整部とを備えた、請求項１記載の基準線発生装置。
【請求項３】
上記照射方向設定部は、上記吊下げ部にて支持されている上記ラゲールガウスビーム生成部の揺動を抑制するダンパ部をさらに備えた、請求項２記載の基準線発生装置。
【請求項４】
設置面に対して当該基準線発生装置の傾斜を可変とする粗調整部をさらに備えた、請求項１から３のいずれか１項に記載の基準線発生装置。
【請求項５】
上記ラゲールガウスビーム生成部は、上記ラゲールガウスビームをコリメートもしくは適当な波面に整形するビーム整形用レンズ系を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の基準線発生装置。
【請求項６】
上記ラゲールガウスビーム生成部は、生成されたラゲールガウスビームの中空部分に対して上記ラゲールガウスビームとは異なる波長を有するレーザビームを重畳させる目視用レーザビーム発生部をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の基準線発生装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の基準線発生装置を備えたことを特徴とする芯出し装置。
【請求項８】
上記基準線発生装置から照射されたラゲールガウスビームの断面の中心を目視で確認可能とする基準点検出部材をさらに備えた、請求項７記載の芯出し装置。
【請求項９】
上記基準線発生装置から照射されたラゲールガウスビームを電気的に受光する受光部と、上記受光部に接続され、受光したラゲールガウスビームの断面の中心を電気的に求める基準点決定部とをさらに備えた、請求項７記載の芯出し装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【公開番号】特開２０１０−２３７０３２（Ｐ２０１０−２３７０３２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８５２４５（Ｐ２００９−８５２４５）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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