JP2013152124A - 離間距離導出システムおよびシクネスゲージ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューマンエラーを回避しつつ、対象物の隙間の実質的な離間距離を容易かつ正確に得る離間距離導出システムを提供する。
【解決手段】離間距離導出システムは、シクネスゲージ１１０が、一端が対象物間に挿入される複数のリーフ１５０と、リーフ１５０の一部に固定され、それぞれのリーフ１５０の厚さに相当する厚さ情報が読み取り可能に記憶されたＲＦＩＤタグ１５６と、を備え、読取装置が、ＲＦＩＤタグ１５６と非接触式に通信を確立し、厚さ情報を読み取るＲＦ受信部と、読み取った厚さ情報が示す各リーフの厚さを加算して離間距離を導出する制御部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物間の離間距離を導出する離間距離導出システム、および、その対象物間に挿入するシクネスゲージに関する。

機械設備や構造物等に生じる、または、意図的に設けられた隙間（ギャップ）の離間距離を０．０１ｍｍといった高い分解能および精度で測定することがある。しかし、測定対象となる隙間の離間距離が狭い場合、ノギス等の測距工具を単純に利用することができない。

例えば、静電容量方式のＧＡＰ計測器では、対象物間の隙間に薄板状のプローブを挿入すると共に対象物と電極（プローブ）との間に電流を流し、そのときの電圧を計測することで、離間距離を得ることができる。しかし、かかる計測器では、プローブの厚さや対象物間におけるプローブの位置等に制限が多く、対象物が導電体ではない、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等では正確な離間距離を得るのが難しかった。

また、案内棒の先端を楔状に形成し、それを対象物の隙間に挿入して停止したときの挿入長さに基づいて離間距離を得る技術が開示されている（例えば、特許文献１）。かかる技術では、対象物の材質は問われないが、対象物の隙間の開口部（入口）の離間距離しか測定することができず、測定結果が、隙間における対向する平面の実質的な離間距離と異なる場合があった。

したがって、このような高分解能かつ高精度な離間距離の測定を要する場合、対象物の材質に制限がなく、対象物の隙間の実質的な離間距離を得ることができるシクネスゲージが用いられる（例えば、特許文献２）。シクネスゲージでは、厚さが既知である板状のリーフを対象物間に複数挿入し、挿入された複数のリーフの厚さを加算することで離間距離を得ることができる。また、複数のリーフの厚さを加算する代わりに、リーフが隙間に挿入された状態でノギスを当て、離間距離を一度に測定してヒューマンエラーを防止するといった技術も知られている。

特開平８−３０４０６１号公報 実開昭６４−３４５０１号公報

上述したシクネスゲージとノギスを併用する技術では、シクネスゲージとして束ねられた複数のリーフから数枚が選択的に対象物に挿入されるので、対象物の離間距離によっては、１枚目、５枚目、９枚目といったように間欠的にリーフが選択される。したがって、リーフが隙間に挿入された状態でノギスを当てた場合、挿入されたリーフ間の挿入部分以外で隙間が生じ、ノギスがその隙間分、本来より厚めに離間距離を導出してしまうおそれがあった。

そこで本発明は、このような課題に鑑み、ヒューマンエラーを回避しつつ、対象物の隙間の実質的な離間距離を容易かつ正確に得ることが可能な離間距離導出システムおよびシクネスゲージを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、対象物間に挿入するシクネスゲージと、読取装置とを用いて、対象物間の離間距離を導出する、本発明の離間距離導出システムは、シクネスゲージが、一端が対象物間に挿入される複数のリーフと、リーフの一部に固定され、それぞれのリーフの厚さに相当する厚さ情報が読み取り可能に記憶されたＲＦＩＤタグと、を備え、読取装置が、ＲＦＩＤタグと非接触式に通信を確立し、厚さ情報を読み取るＲＦ受信部と、読み取った厚さ情報が示す各リーフの厚さを加算して離間距離を導出する制御部と、を備える。

上記課題を解決するために、本発明のシクネスゲージは、一端が対象物間に挿入される複数のリーフと、リーフの一部に固定され、それぞれのリーフの厚さに相当する厚さ情報が読み取り可能に記憶されたＲＦＩＤタグと、を備える。

複数のリーフには、それぞれ貫通孔が設けられ、複数のリーフの貫通孔に挿通される回動ピンをさらに備え、複数のリーフは、回動ピンを中心に回動自在であってもよい。

回動ピンから延長した、リーフの一端への結線とＲＦＩＤタグへの結線とが成す回動ピンを中心とした中心角、および、回動ピンとＲＦＩＤタグとの距離は、複数のリーフ間で等しくてもよい。

リーフは、導電体で形成され、ＲＦＩＤタグは、少なくとも１方向に導電体が欠如する位置に固定されてもよい。

本発明によれば、ヒューマンエラーを回避しつつ、対象物の隙間の実質的な離間距離を容易かつ正確に得ることが可能となり、利便性を高め、作業効率の向上を図ることができる。

離間距離導出システムの概略的な機能を説明するための説明図である。 シクネスゲージの構成を示すための外観図である。 読取装置の機能を示したブロック図である。 図２（ｂ）のＡ部分拡大図である。 シクネスゲージおよび読取装置を用いた離間距離導出方法の流れを示したフローチャートである。 リーフの他の構造を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（離間距離導出システム１００）
図１は、離間距離導出システム１００の概略的な機能を説明するための説明図である。図１に示すように、離間距離導出システム１００は、シクネスゲージ１１０と、読取装置１２０とを含んで構成される。本実施形態では、構造物（建物）や機械設備（航空機、自動車、船舶）に生じる、または、意図的に設けられた、対象物における隙間（ギャップ）の離間距離を高分解能かつ高精度に測定することを目的としている。対象物としては、ピストン、シリンダー、外装（例えば炭素繊維強化プラスチック）の隙間、発動機、電動機などの鉄心とコイルの隙間等、様々なものが想定され、離間距離導出システム１００では、主として、対象物における対向する平面間を測定する。

シクネスゲージ１１０は、対象物間にその部位（リーフ）を挿入し、対象物間の実質的な離間距離を高分解能かつ高精度に測定する工具である。また、読取装置１２０は、シクネスゲージ１１０と無線通信を確立し、いずれのリーフが何枚挿入されているかに基づいて離間距離を自動的に導出する。以下、シクネスゲージ１１０および読取装置１２０を詳細に説明する。

（シクネスゲージ１１０）
図２は、シクネスゲージ１１０の構成を示すための外観図である。特に、図２（ａ）は収納時を、図２（ｂ）は測定時を示す。シクネスゲージ１１０は、リーフ１５０と、フォルダ１５２と、回動ピン１５４と、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ１５６とを含んで構成される。

リーフ１５０は、例えば、０．０１ｍｍ〜１．００ｍｍの薄い金属板で形成され、一般に１のシクネスゲージ１１０に複数準備される。かかる金属板を複数組み合わせることで、例えば、０．０１ｍｍ〜１．００ｍｍの厚さを０．０１ｍｍの分解能で表すことができる。また、金属板の厚さは各リーフ１５０で必ずしも異なる必要はなく、同じ厚さであってもよい。

リーフ１５０は、長さの等しい可撓性のある薄い金属板で形成されているので、図２（ｂ）で示すように、準備されたリーフ１５０から選択された複数のリーフ１５０（以下、単に選択されたリーフ１５０という。）を厚さ方向に湾曲させ、リーフ１５０の一端１５０ａを重ね合わせることができる。測定者は、対象物１３０の隙間に相当するリーフ１５０の組み合わせを選択し、図２（ｂ）において矢印で示すように、選択したリーフ１５０のみを回動して、一端１５０ａを重ね合わせ、重ねられたリーフ１５０（選択されたリーフ１５０）をその隙間に挿入する。ここで、隙間と、重ねられたリーフ１５０の厚さとが合致しない場合、測定者は、リーフ１５０の組み合わせを変更する。

また、リーフ１５０には、後述する回動ピン１５４を挿通するための貫通孔１５０ｂが設けられている。貫通孔１５０ｂの位置は、各リーフ１５０間で等しくなるように形成されている。

さらに、リーフ１５０の他端１５０ｃには、ＲＦＩＤタグ１５６を固定するための、例えば、直径５ｍｍの貫通孔または溝（以下、単に貫通孔１５０ｄという。）が設けられている。かかる貫通孔１５０ｄの形状はＲＦＩＤタグ１５６を固定できれば、円形、矩形等どのような形状でもよい。

フォルダ１５２は、金属板をコの字状に屈曲し、金属板の端部同士が対向するように形成され、図２（ａ）に示すように、準備された複数のリーフ１５０を収納する。回動ピン１５４は、シクネスゲージ１１０の厚さに相当する長さのピンで形成され、リーフ１５０がフォルダ１５２に収納された状態で、各リーフ１５０の貫通孔１５０ｂに挿通される。こうして、各リーフ１５０は、図２（ｂ）の如く、かかる回動ピン１５４を中心に回動自在となる。

ＲＦＩＤタグ１５６は、例えば厚さ０．８ｍｍ以下（薄いほど好ましい）の無線ＩＣであり、リーフ１５０に形成された貫通孔１５０ｄに固定され、それぞれのリーフ１５０の厚さに相当する厚さ情報が非接触式の無線通信で読み取り可能に記憶されている。かかる厚さ情報は、０．０１ｍｍや０．１０ｍｍといったように厚さを直接示す情報でもよいが、後述する読取装置１２０で対応関係が定義されていれば、リーフ１５０の識別子等、その厚さを間接的に示す情報を用いることもできる。ここで、非接触式とは、非接触の状態であっても接触した状態であっても無線通信を確立できることをいう。

ＲＦＩＤタグ１５６は、アクティブ型とパッシブ型があり、ここでは、占有体積の小さいパッシブ型を用いている。ただし、アクティブ型を排除するものではない。パッシブ型のＲＦＩＤタグ１５６は、一般的に電池を内蔵せず、後述する読取装置１２０から受電した電波をエネルギー源として動作し、読取装置１２０からの電波の無変調キャリアの部分に、厚さ情報の変調信号を乗せる（反射する）ことで読取装置１２０に厚さ情報を伝達する。

ＲＦＩＤタグ１５６は、リーフ１５０に形成された貫通孔１５０ｄの背面側に配されたプラスチックフィルムに貼着されるか、貫通孔１５０ｄに埋入された状態で樹脂等によりモールドされることで、リーフ１５０に固定される。かかるプラスチックフィルムや樹脂等は、導電性が低く（シールドとならず）、弾性を有するのが望ましい。

（読取装置１２０）
図３は、読取装置１２０の機能を示したブロック図である。読取装置１２０は、ＲＦ受信部１７０と、読取アンテナ１７２と、制御部１７４と、表示部１７６とを含んで構成される。

測定者が、シクネスゲージ１１０のリーフ１５０の他端１５０ｃに読取アンテナ１７２を近づけると、ＲＦ受信部１７０は、読取アンテナ１７２を通じて、１３０〜１３５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ等の電磁誘導方式または４３３ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ等の電波方式により、複数のリーフ１５０に固定された複数のＲＦＩＤタグ１５６と一度に無線通信を確立する。かかる無線通信の確立については、後ほど詳述する。

制御部１７４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路により、読取装置１２０全体を制御する。また、制御部１７４は、ＲＦ受信部１７０を通じて読み取った厚さ情報が示す各リーフ１５０の厚さを加算して、対象物１３０の離間距離を導出する。かかる構成により、小数点を含んだ桁数の把握が困難な数値の煩雑な加算計算を容易かつ正確に実行できるので、ヒューマンエラーを回避することができる。

ここでは、選択されたリーフ１５０の種類、厚さ、およびその合計値（離間距離）が全て電子化されているので、かかる情報を日時と共に記憶媒体に蓄積したり、他の通信手段を通じて外部に転送することもできる。こうして、対象物や日時に応じた統計処理等が可能となる。

表示部１７６は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成され、制御部１７４で導出された離間距離を表示する。

（無線通信の確立）
以下、無線通信の確立について詳述する。所謂ＲＦＩＤでは、数ｃｍ〜数ｍといったオーダでの無指向性の無線通信が可能である。しかし、本実施形態では、準備されたリーフ１５０のうち、選択されたリーフ１５０の厚さのみを把握したいので、選択されたリーフ１５０で形成される、図２（ｂ）において一点鎖線で示された所定の範囲１８０に含まれるＲＦＩＤタグ１５６のみと無線通信を確立することを目的とする。したがって、読取装置１２０の読取アンテナ１７２を、所定の範囲１８０に存在するＲＦＩＤタグ１５６のみと無線通信できるよう、指向性を有する構成としたり、電波の強度を調整し、読取アンテナ１７２の通信範囲を所定の範囲１８０に制限したりする。

また、測定時に、リーフ１５０の一端１５０ａが対象物間に挟持されている状態で、リーフ１５０の他端１５０ｃに固定されたＲＦＩＤタグ１５６が所定の範囲１８０に含まれるよう、リーフ１５０の一端１５０ａと、ＲＦＩＤタグ１５６との関係を以下のように構成する。即ち、各リーフ１５０間において、回動ピン１５４から延長したリーフ１５０の一端１５０ａへの結線と、同じく回動ピン１５４から延長したＲＦＩＤタグ１５６への結線とが成す、回動ピン１５４を中心とした中心角を等しくし、かつ、回動ピン１５４とＲＦＩＤタグ１５６との距離を等しくする。本実施形態のリーフ１５０は、図２（ｂ）に示すように、回動ピン１５４からリーフ１５０の一端１５０ａへの結線と、回動ピン１５４からＲＦＩＤタグ１５６への結線とが成す中心角は全て１８０度であり、各リーフ１５０において、回動ピン１５４とＲＦＩＤタグ１５６との距離も等しい。

こうすることで、複数のリーフ１５０のうち、複数の対象物間に挿入された複数のリーフ１５０が厚さ方向に重なり合っているとき、重なっているリーフ１５０それぞれのＲＦＩＤタグ１５６も厚さ方向に重なることとなる。したがって、読取装置１２０の読取アンテナ１７２に対する所定の範囲１８０に、選択されたリーフ１５０の全てのＲＦＩＤタグ１５６を含むことが可能となる。

図４は、図２（ｂ）のＡ部分拡大図である。このように重ねられたＲＦＩＤタグ１５６と、読取アンテナ１７２とで効率よく無線通信できるようにＲＦＩＤタグ１５６の周囲は以下のように構成する。即ち、リーフ１５０を、金属等の導電体で形成し、かつ、ＲＦＩＤタグ１５６を、少なくとも１方向に導電体が欠如する位置に固定する。本実施形態においては、リーフ１５０が導電体である金属で形成され、また、図４において矢印で示すように、ＲＦＩＤタグ１５６が重なる方向（リーフ１５０の厚さ方向）に、貫通孔１５０ｄが形成されている。したがって、重なったＲＦＩＤタグ１５６は、リーフ１５０の長さ方向や幅方向に導電体で囲まれながら、リーフ１５０の厚さ方向にのみ電波の通路を形成する。したがって、読取装置１２０は、図４中、白抜き矢印で示す方向から確実に無線通信を確立することができる。さらに、ＲＦＩＤタグ１５６が指向性を有する場合、その方向を導電体が欠如する方向（リーフ１５０の厚さ方向）に重ねるとよい。

かかる構成により、読取アンテナ１７２は、対象となる複数のＲＦＩＤタグ１５６のみと無線通信を確実に確立でき、選択されていないリーフ１５０に固定された他のＲＦＩＤタグ１５６との間にもシールドが形成されるので、誤って無線通信を確立することもない。したがって、対象となるＲＦＩＤタグ１５６の厚さ情報のみを効率よく集約でき、正確に離間距離を求めることができる。

上述したように、パッシブ型のＲＦＩＤタグ１５６は、読取装置１２０からの電波の無変調キャリアの部分に厚さ情報の変調信号を乗せる（反射する）ことで読取装置１２０に厚さ情報を伝達する。したがって、測定時には、複数のＲＦＩＤタグ１５６が読取装置１２０の電波に一度に反応することとなる。そこで、当該離間距離導出システム１００では、ＲＦＩＤタグ１５６との通信周波数を個々に異ならせ、通信周波数を変更して時分割に無線通信を確立したり、読取装置１２０からの電波の無変調キャリアの部分に変調信号を乗せるタイミングを個々に異ならせたり等、様々な技術を用いて、厚さ情報を一度に取得している。

（離間距離導出方法）
図５は、シクネスゲージ１１０および読取装置１２０を用いた離間距離導出方法の流れを示したフローチャートである。測定者は、対象物１３０の離間距離に応じて、シクネスゲージ１１０から１または複数のリーフ１５０を選択し、対象物１３０の間に挿入する。このとき、重ねたリーフ１５０の厚さと離間距離が合致すると、測定者は、挿入したリーフ１５０の他端１５０ｃに対し、リーフ１５０の厚さ方向に読取アンテナ１７２が位置するように読取装置１２０を近づける。

読取装置１２０は、ＲＦ受信部１７０を通じて、厚さ情報を読み取るための情報を含む電波を送信し（Ｓ２００）、ＲＦＩＤタグ１５６の応答があるかどうか判定する（Ｓ２０２）。読取装置１２０は、ＲＦＩＤタグ１５６から応答があるまで（Ｓ２０２におけるＮＯ）、応答判定を繰り返し、応答があると（Ｓ２０２におけるＹＥＳ）、ＲＦ受信部１７０を介して厚さ情報を読み取る（Ｓ２０４）。

厚さ情報が読み取られると、制御部１７４は、読み取った厚さ情報が示す各リーフ１５０の厚さを加算して、対象物１３０の離間距離を導出する（Ｓ２０６）。そして、表示部１７６は、制御部１７４で導出された離間距離を表示する（Ｓ２０８）。

以上、説明した離間距離導出システム１００や離間距離導出方法によれば、シクネスゲージ１１０を用いることで、対象物の隙間の実質的な離間距離を容易かつ正確に得ることが可能となる。また、ＲＦＩＤタグ１５６によりリーフ１５０の厚さ情報を容易かつ確実に取得することができ、また、読取装置１２０を通じた自動計算によりヒューマンエラーを回避することが可能となる。こうして、離間距離の測定の利便性を高め、作業効率の向上を図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、導電体が欠如する方向をリーフ１５０の厚さ方向としたが、図６に示すように、リーフ１５０他端１５０ｃにリーフ１５０の長さ方向の切り欠きを設け、そこにＲＦＩＤタグ１５６を固定してもよい。この場合、図６において白抜き矢印で示すように、読取アンテナ１７２はリーフ１５０の長さ方向から無線通信を確立するので、リーフ１５０の厚さ方向を導電体で覆うこともでき、測定者のＲＦＩＤタグ１５６への接触を回避することもできる。

また、上述した実施形態では、複数のリーフ１５０をフォルダ１５２に収納する例を挙げて説明したが、フォルダ１５２を設ける必要もなく、また、回動ピン１５４で複数のリーフ１５０を接続しているが、各リーフ１５０が独立して用いられてもよい。

なお、本明細書の離間距離導出方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、対象物間の離間距離を導出する離間距離導出システム、および、その対象物間に挿入するシクネスゲージに利用することができる。

１００ …離間距離導出システム
１１０ …シクネスゲージ
１２０ …読取装置
１３０ …対象物
１５０ …リーフ
１５０ａ …一端
１５０ｂ …貫通孔
１５０ｃ …他端
１５０ｄ …貫通孔
１５４ …回動ピン
１５６ …ＲＦＩＤタグ
１７０ …ＲＦ受信部
１７４ …制御部

Claims (5)

1. 対象物間に挿入するシクネスゲージと、読取装置とを用いて、該対象物間の離間距離を導出する離間距離導出システムであって、
   前記シクネスゲージは、
   一端が前記対象物間に挿入される複数のリーフと、
   前記リーフの一部に固定され、それぞれのリーフの厚さに相当する厚さ情報が読み取り可能に記憶されたＲＦＩＤタグと、
   を備え、
   前記読取装置は、
   前記ＲＦＩＤタグと非接触式に通信を確立し、前記厚さ情報を読み取るＲＦ受信部と、
   前記読み取った厚さ情報が示す各リーフの厚さを加算して前記離間距離を導出する制御部と、
   を備えることを特徴とする離間距離導出システム。
2. 一端が対象物間に挿入される複数のリーフと、
   前記リーフの一部に固定され、それぞれのリーフの厚さに相当する厚さ情報が読み取り可能に記憶されたＲＦＩＤタグと、
   を備えることを特徴とするシクネスゲージ。
3. 前記複数のリーフには、それぞれ貫通孔が設けられ、
   前記複数のリーフの貫通孔に挿通される回動ピンをさらに備え、
   前記複数のリーフは、前記回動ピンを中心に回動自在であることを特徴とする請求項２に記載のシクネスゲージ。
4. 前記回動ピンから延長した、前記リーフの一端への結線と前記ＲＦＩＤタグへの結線とが成す前記回動ピンを中心とした中心角、および、該回動ピンと該ＲＦＩＤタグとの距離は、前記複数のリーフ間で等しいことを特徴とする請求項３に記載のシクネスゲージ。
5. 前記リーフは、導電体で形成され、
   前記ＲＦＩＤタグは、少なくとも１方向に前記導電体が欠如する位置に固定されることを特徴とする請求項４に記載のシクネスゲージ。

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