JP3442025B2 - 位置計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置計測装置、特に
２つの部材間の変位を検出する位置計測装置の消費電力
低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ノギス等の計測機器は製造工業にお
いて物体の厚さや他の物理的寸法を測定する場合に広く
用いられており、計測機器の主要な構成要素としてトラ
ンスデューサが用いられている。

【０００３】トランスデューサには、容量型トランスデ
ューサと誘導型トランスデューサが知られている。容量
型トランスデューサにおいては、送信電極と受信電極が
グリッド（スライダ）に設けられ、このグリッドに対向
するスケール上に信号電極が設けられる。グリッド上の
送信電極及び受信電極はスケール上の信号電極と容量結
合する。送信電極に駆動信号を供給し、グリッドとスケ
ールとの相対位置に応じて受信電極に生じる検出信号を
処理回路で処理しスケールに対するグリッドの移動又は
位置を検出する。

【０００４】一方、誘導型トランスデューサにおいて
は、グリッドとスケール間の電磁誘導に基づき相対位置
を検出する。例えば、グリッドに励磁コイルを設けて磁
束を発生させ、スケールコイルに誘導電流を生じさせ
る。誘導電流は磁束を生じ、グリッドに設けられた検出
コイルに誘導電流（誘起電圧）が生じる。検出コイルに
生じる誘起電圧はグリッドとスケール間の変位に応じて
変化するから、誘起電圧信号に基づいて変位を検出する
ことができる。

【０００５】そして、トランスデューサが確実に作動し
ていることを担保すべく、従来の計測機器においては、
各サンプリングタイミングにおいてトランスデューサか
らの信号をＣＰＵで監視し、正常か否かを判定してい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各サン
プリングタイミングにおいてＣＰＵを動作させてトラン
スデューサが正常か否かのエラー検出を行う構成では、
消費電力が増大してしまい、例えば電源として電池を用
いている場合には電池寿命が低下する問題があった。

【０００７】特に、トランスデューサとして誘導型トラ
ンスデューサを用いた場合、容量結合型と比べて汚染度
の高い環境においても使用できる利点がある一方、容量
結合型よりも消費電力が大きいという問題があり、さら
なる消費電力の増大は好ましくない。

【０００８】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、トランスデューサ
のエラーを検出でき、かつ、低消費電力の位置計測装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、２つの部材間の変位を検出する位置計測
装置であって、前記２つの部材間の変位を電気信号とし
て出力するトランスデューサと、前記２つの部材間の相
対速度が所定値以下の場合に前記トランスデューサの誤
作動を検出する検出手段とを有することを特徴とする。
所定時間毎に毎回トランスデューサの誤作動検出（エラ
ー検出）を行うのではなく、相対速度が所定値以下の場
合に誤作動検出を行うことで、誤作動検出に伴う消費電
力を低減することができる。

【００１０】ここで、２つの部材間の相対速度がゼロの
場合に前記誤作動を検出することが好適である。相対速
度がゼロの場合には特にその位置を高精度に検出する必
要があり、その位置でトランスデューサの誤作動を検出
することで、効率的な誤作動検出が可能となるととも
に、位置検出精度を確実に担保できる。

【００１１】前記トランスデューサは、例えば誘導型ト
ランスデューサとすることができる。誘導型トランスデ
ューサは、それ自体消費電力が比較的大きいため、誤作
動検出に伴う消費電力を低減することで、誘導型トラン
スデューサの使い勝手が向上する。また、電池で駆動す
る場合には、電池寿命を増大させることも可能となる。

【００１２】また、前記トランスデューサは、所定の基
準位置からの変位、すなわち絶対位置を検出するアブソ
リュート型電子ノギスのトランスデューサとすることが
できる。インクリメント型電子ノギスにおいては逐次変
位量を検出するが、アブソリュート型電子ノギスにおい
ては、スケールに対してグリッドを静止させてその絶対
位置を計測する場合が多い。したがって、グリッドの相
対速度が所定速度以下となった場合、あるいは相対速度
がゼロとなった場合にトランスデューサの誤作動を検出
することで、位置検出タイミングと誤作動検出タイミン
グを同期させることができ、効率的な処理が可能とな
る。

【００１３】また、前記検出手段は、前記変位を検出す
るための電気信号の正常時に対する振幅比を用いて前記
誤作動を検出することが好適である。トランスデューサ
自体の故障あるいはスケールとグリッド間の間隔の変化
や異物混入が生じると、検出信号の振幅が正常時の振幅
から変化する。そこで、検出信号の振幅と正常時の振幅
の比を用いることで、確実にトランスデューサの誤作動
を検出することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。

【００１５】図１には、本実施形態に係る絶対位置検出
用（アブソリュートタイプ）電子ノギスの構成ブロック
図が示されている。検出部としてトランスデューサ１０
及び検出回路１２が設けられ、制御部及び表示部として
ＣＰＵ１４、ＲＯＭ１６、ＲＡＭ１８、スイッチ２０、
ジャンパ２２、表示器２４が設けられる。

【００１６】トランスデューサ１０は例えば誘導型トラ
ンスデューサが用いられ、スケールに対するグリッド
（スライダ）の変位を電気信号として検出回路１２に出
力する。所定の基準位置（ゼロ位置）からの変位を検出
するためには、波長（ピッチ）がλ１、λ２と異なる２
つのスケールコイルを設け、これらのスケールコイルの
誘導電流により生じた波長がそれぞれλ１、λ２の誘起
電圧信号の強度差を検出すればよい。検出回路１２は、
トランスデューサ１０からの誘起電圧信号を入力し、上
述した強度差を用いて絶対位置を検出しＣＰＵ１４に出
力する。

【００１７】ＣＰＵ１４は、検出回路１２から供給され
た検出データをＬＣＤなどの表示器２４に表示する。Ｒ
ＯＭ１６には、ＣＰＵ１４の動作に必要な処理プログラ
ムあるいはデータが記憶されている。ＲＡＭ１８には、
検出データが記憶される。トランスデューサ１０のエラ
ー検出を行う際には、正常時のデータがＲＡＭ１８に記
憶され、検出したデータと比較される。スイッチ２０は
基準位置を設定するスイッチであり、ジャンパ２２はＣ
ＰＵ１４がトランスデューサ１０のエラー検出を行うタ
イミングを決定するために用いられる。

【００１８】図２には、本実施形態における全体処理フ
ローチャートが示されている。まず、予め設定した、あ
るいはユーザが設定し直したジャンパ２２の状態に基づ
いて、エラー検出タイミングを決定する（Ｓ１０１）。
本実施形態においては、スケールに対してグリッドが静
止した場合、すなわちスケールとグリッドの相対速度が
ゼロとなった場合にトランスデューサ１０のエラー検出
を行うべく、ジャンパ２２でグリッドが静止したか否か
を判定するためのパラメータを設定する。このパラメー
タαは、具体的にはトランスデューサ１０及び検出回路
１２で検出したグリッドの絶対位置に変化がないと判定
される回数を規定するものであり、グリッドの絶対位置
に変化がない回数がαに達すると、グリッドが静止して
いると判定してエラー検出を行う。

【００１９】ジャンパを設定した後、各変数を初期化す
る（Ｓ１０２）。ここで、Ｘ方向がスケールに対してグ
リッドが変位する方向であり、Ｘ０は所定の基準位置
（ゼロ位置）、Ｘａは検出された絶対位置、ｎは静止状
態を判定するための回数変数、Ｏｒｉｇｉｎ Ｆｌａｇ
は所定の基準点を設定するためのフラグである。また、
エラーフラグはトランスデューサ１０のエラーを検出し
たときに１にセットされるフラグである。

【００２０】各変数を初期化した後、トランスデューサ
１０のエラーを検出する際の基準となる検出値ＭＡ０及
びＭＢ０を測定する（Ｓ１０３）。ＭＡ０及びＭＢ０
は、電源を投入した直後の波長λ１及びλ２の誘起電圧
信号の振幅値である。トランスデューサ１０が正常に動
作する場合、この振幅値は一定である。一方、グリッド
とスケールとの間に異物が侵入した場合やグリッドとス
ケール間の距離（エアギャップ）が変化した場合、ある
いはトランスデューサ１０自体が故障した場合などエラ
ーが生じた場合には、この振幅値は正常時の値に比べて
変化する。そこで、本実施形態では、電源投入直後にお
いて基準振幅値を測定し、その値をＲＡＭ１８に格納し
ておく（Ｓ１０４）。

【００２１】次に、ＣＰＵ１４を休止状態とするための
ウオッチドッグタイマをリセットし（Ｓ１０５）、Ｏｒ
ｉｇｉｎ Ｆｌａｇが１か否かを判定する（Ｓ１０
６）。初期状態においては０に設定されているため、さ
らに現在のグリッド位置Ｘａ＋１を測定する（Ｓ１０
７）。測定された位置はＲＡＭ１８に記憶されており、
ＣＰＵ１４は前回の位置Ｘａと今回の位置Ｘａ＋１が同
一か否かを判定する（Ｓ１０８）。同一である場合に
は、ｎが０であるか否かを判定し（Ｓ１０９）、未だ０
でなければｎを１だけ減じ（Ｓ１１０）、ｎが０となっ
たか否かを判定する（Ｓ１１１）。前回の位置と今回の
位置が同一である回数がαに達した場合には（静止状態
が一定時間継続したと言うこともできる）ｎは０とな
り、未だ達していない場合にはｎ＞０となる。ｎ＞０で
ある場合には、次に絶対位置としてＸａ−Ｘ０を算出し
て表示器２４に表示し（Ｓ１１９）、Ｏｒｉｇｉｎスイ
ッチ２０が操作されたか否かを判定する（Ｓ１２０）。
ここで、Ｏｒｉｇｉｎスイッチ２０が操作されていない
場合は、ＣＰＵ１４を休止状態とする（Ｓ１２１）。休
止状態は、所定時間ｔだけ継続する。従来のように、サ
ンプリング毎にＣＰＵ１４を動作させるのではなく、休
止状態とすることで、電力の消費を抑制することができ
る。

【００２２】一方、Ｏｒｉｇｉｎスイッチ２０が操作さ
れた場合には、Ｏｒｉｇｉｎ Ｆｌａｇを１にセットし
（Ｓ１２３）、再びＳ１０６の処理に戻る。この処理で
は、フラグが０から１にセットされているため、再びエ
ラー検出の際に用いる基準値（基準振幅値）ＭＡ０及び
ＭＢ０を入力する（Ｓ１１２）。この処理については後
述する。基準値を再設定した後は、ウオッチドッグタイ
マをリセットし、再び前回の位置と現在の位置が同一か
否か、すなわちグリッドが一定時間静止しているか否か
を判定する。

【００２３】また、Ｓ１０８の判定処理にて前回の位置
Ｘａと現在の位置Ｘａ＋１が同一ではない、すなわちス
ケールに対してグリッドが移動している場合には、エラ
ーフラグが１である場合には０にリセットし（エラーフ
ラグが０である場合にはそのまま維持する）（Ｓ１１
４）、ｎを１だけインクリメントし（Ｓ１１５）、現在
の位置をＸａとして（Ｓ１１６）ＲＡＭ１８に記憶する
（Ｓ１１７）。なお、Ｓ１１５の処理において、ｎをα
に再設定してもよい。

【００２４】そして、前回の位置と現在の位置が同一と
なった回数がαに達し（あるいは静止状態が一定時間継
続した場合）にはｎ＝０となり、ＣＰＵ１４はこの場合
に限って所定のエラー検出処理を実行する（Ｓ１１
３）。

【００２５】エラー検出処理の結果、トランスデューサ
１０のエラーが検出された場合には、エラーフラグが１
にセットされるので、エラー検出後再びＳ１０５以降の
処理を繰り返した際にＳ１１８の判定処理でＹＥＳと判
定され、現在の位置を表示器２４に表示することなく
（Ｓ１１９の処理不実行）エラー表示が行われる（Ｓ１
２２）。エラー表示を行った後、ＣＰＵ１４を休止状態
とする（Ｓ１２１）。

【００２６】図３には、図２における基準値入力処理
（Ｓ１１３）の詳細フローチャートが示されている。Ｏ
ｒｉｇｉｎスイッチ２０が操作されると、検出回路１２
はそのときの波長λ１及びλ２の誘起電圧信号の振幅値
を算出し（Ｓ２０１）、ＲＡＭ１８に記憶する（Ｓ２０
２）。電源投入時に算出してＲＡＭ１８に記憶された基
準値に上書きして記憶してもよい。そして、スイッチ２
０を操作したときの位置をＸ０としてＲＡＭ１８に記憶
する（Ｓ２０３、Ｓ２０４）。新たな基準位置（ゼロ位
置）及び基準振幅値ＭＡ０、ＭＢ０を記憶した後、Ｏｒ
ｉｇｉｎ Ｆｌａｇを再び０にセットする（Ｓ２０
５）。

【００２７】また、図４には、図２におけるエラー検出
（Ｓ１１３）の詳細フローチャートが示されている。ま
ず、ＣＰＵ１４は正常時の振幅値ＭＡ０、ＭＢ０と現在
の振幅値ＭＡ、ＭＢの比ＭＡ／ＭＡ０、ＭＢ／ＭＢ０を
算出する。そして、これらの振幅比の比（ＭＡ／ＭＡ
０）／（ＭＢ／ＭＢ０）をさらに算出する（Ｓ３０
１）。そして、この比が１を含む所定範囲内にあるか否
か、具体的にはＺａを１より小さい所定値として計算値
がＺａと１／Ｚａの間にあるか否かを判定する（Ｓ３０
２）。トランスデューサ１０が正常に動作している場合
には、ＭＡとＭＡ０はほぼ等しく、かつ、ＭＢとＭＢ０
はほぼ等しいから計算値は１に近い値となり、計算値は
上記の範囲内となる。したがって、計算値が上記の範囲
外となった場合には、ＭＡあるいはＭＢのいずれかが正
常ではなく、トランスデューサ１０にエラーが生じたと
判定してＣＰＵ１４は表示器２４にエラー表示する（Ｓ
３０３）。

【００２８】そして、エラーフラグを０から１にセット
する（Ｓ３０４）。なお、エラーフラグが１にセットさ
れた場合には、上述したように図２のＳ１２２でエラー
表示が維持されることになる。エラーフラグを１にセッ
トすると、ｎをαに戻し（Ｓ３０９）、図２のＳ１０５
以降の処理に復帰する。

【００２９】一方、計算値が上記範囲内である場合には
正常であると判定することができるが、ＭＡ及びＭＢが
ともに振幅値が同程度変化した場合もあり得る。そこ
で、ＭＡとＭＢの変化の度合いを確認すべく、ＣＰＵ１
４は（ＭＡ＊ＭＢ）／（ＭＡ０＊ＭＢ０）を算出する
（Ｓ３０５）。ＭＡ及びＭＢが同程度だけ変化した場合
には、ＭＡ＊ＭＢによりその変化の度合いが乗算されて
拡大されるため、その値は１から遠ざかる。そこで、こ
の値が所定の範囲内、具体的には１より小さい所定値Ｚ
ｂに対してＺｂと１／Ｚｂの間にあるか否かを判定し
（Ｓ３０６）、範囲外であればＣＰＵ１４はトランスデ
ューサ１０にエラーが生じたと判定して表示器２４にエ
ラー表示する（Ｓ３０３）。そして、このときもエラー
フラグを０から１にセットする（Ｓ３０４）。また、こ
の値が所定範囲内である場合には、ＣＰＵ１４はトラン
スデューサ１０は正常であると判定し、表示器２４に正
常表示する（Ｓ３０７）。具体的には、現在の絶対位置
Ｘａ＋１−Ｘ０を表示器２４に表示し、正常に作動する
ことをユーザに報知する。そして、正常であると判定さ
れた場合には、エラーフラグを０にセットする（Ｓ３０
８）。エラーフラグを０にセットした後、ｎをαに戻し
（Ｓ３０９）、図２のＳ１０５以降の処理に復帰する。

【００３０】このように、本実施形態では、グリッドが
静止状態にあるときに限ってトランスデューサ１０のエ
ラー検出を行うので、エラー検出に伴う電力消費を低減
できる。また、本実施形態のように絶対位置を検出する
電子ノギスにおいては、グリッドを静止させたときがユ
ーザにとって位置を検出すべきときであるため、静止状
態となったときにトランスデューサ１０のエラー検出を
行うことで効率的なエラー検出が可能となる。

【００３１】なお、図２の処理において、αを１、すな
わち前回の位置と現在の位置が同一となったときに直ち
にエラー検出処理（Ｓ１１３）を実行することも可能で
ある。また、静止状態が長時間継続する場合においてエ
ラー検出処理が複数回実行されることを防止すべく、Ｓ
３０９でｎ＝０（すなわちｎ＝αの再設定をしない）と
すれば静止状態において１回だけエラー検出処理を実行
することになり、一層の消費電力低減が図れる。

【００３２】さらに、図４の処理において、ＭＡ／ＭＡ
０及びＭＢ／ＭＢ０を算出した後、それぞれの値が１を
含む所定範囲内にあるか否かを判定し、ＭＡ／ＭＡ０及
びＭＢ／ＭＢ０がともに所定範囲内にある場合に正常、
そうでなければエラーと判定するようにしてもよい。

【００３３】図５には、他の実施形態の処理フローチャ
ートが示されている。本実施形態では、グリッドがスケ
ールに対して静止したときにトランスデューサ１０のエ
ラー検出を行うのではなく、グリッドの相対速度が所定
値以下となり、やがて静止すると予想されるときにエラ
ー検出を行う。

【００３４】図において、Ｓ４０１〜Ｓ４０７の処理は
図２のＳ１０１〜Ｓ１０７と同様であるが、現在の位置
Ｘａ＋１を測定した後、前回の位置Ｘａとの差分の大き
さが所定値ａ以上か否かを判定する（Ｓ４０８）。スケ
ールに対するグリッドの相対速度が所定値以下である場
合には、現在の位置Ｘａ＋１と前回の位置Ｘａとの差分
値は所定値ａ以下となり、相対速度が所定値を超える場
合には差分値は所定値を超えることになる。したがっ
て、差分値が所定値ａを超える場合には、測定した位置
を表示器２４に表示しＣＰＵ１４を休止状態とする（Ｓ
４０９〜Ｓ４１５）。なお、相対速度が所定値以上であ
るため、Ｓ４１１において表示器２４に位置を表示しな
くてもよい。なお、ａの値は、例えば、位置測定の周期
（サンプリング周期）が０．１秒のとき、１０〜２０μ
ｍ程度が好ましい。

【００３５】一方、スケールに対するグリッドの相対速
度が所定値ａ以下となった場合（Ｓ４０８でＮＯと判
定）には、次に前回の位置と同一か否かを判定する（Ｓ
４１６）。

【００３６】グリッドの速度が低下し、所定値以下とな
った時点では現在の値と前回の値は同一ではなく、ＮＯ
と判定されて現在の値をＲＡＭに記憶し（Ｓ４１９、Ｓ
４２０）、現在の絶対位置を表示器２４に表示したのち
のエラー検出処理を実行する（Ｓ４２２）。エラー検出
処理は、図４に示された処理と同様である。但し、本実
施形態においては変数ｎは不要であるため、Ｓ３０９の
処理を省くことができる。ここで、Ｓ４２１で絶対位置
を表示するのではなく、Ｓ４２２でエラー検出を実行
し、トランスデューサ１０が正常と判定された場合に４
２１で算出した絶対位置を表示器２４に表示することも
好適である。また、差分値が所定値ａ以下である間は、
繰り返しエラー検出処理を実行することになるが、所定
値ａを十分小さくすることで、エラー検出処理を１回、
あるいは数回程度に限定できる。

【００３７】そして、グリッドがスケールに対して静止
した場合には、Ｓ４１６でＹＥＳと判定され、エラーフ
ラグを確認する（Ｓ４１７）。エラー検出処理でエラー
と判定された場合にはエラーフラグは１にセットされて
おり、正常と判定された場合には０にセットされてい
る。エラーフラグが１である場合には、エラー表示を継
続して実行する（Ｓ４１８）。エラーフラグが０である
場合には、正常であるため現在の位置を表示する（Ｓ４
１１）。

【００３８】このように、本実施形態ではスケールに対
する相対速度が所定値以下となった場合にのみトランス
デューサ１０のエラー検出を実行するので、エラー検出
処理に伴う電力消費を低減することができる。

【００３９】なお、本実施形態では現在位置と前回位置
の差分を所定値と比較することでスケールに対するグリ
ッドの相対速度が所定値以下であるか否かを判定し、所
定値以下と判定された場合にエラー検出を行っている
が、相対速度が所定値以下であるか否かは他の方法、例
えば速度センサを設けて直接的に相対速度を検出する。
あるいは誘起電圧信号のパターンから相対速度を推定す
るなどの方法でも可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エラー検出に伴う電力消費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の構成ブロック図である。

【図２】 実施形態の全体処理フローチャートである。

【図３】 図２における基準値入力処理フローチャート
である。

【図４】 図２におけるエラー検出処理フローチャート
である。

【図５】 他の実施形態の全体処理フローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ トランスデューサ、１２ 検出回路、１４ ＣＰ
Ｕ、１６ ＲＯＭ、１８ ＲＡＭ、２０ スイッチ、２
２ ジャンパ、２４ 表示器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−11304（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの部材間の変位を検出する位置計測
   装置であって、 前記２つの部材間の変位を電気信号として出力するトラ
   ンスデューサと、 前記２つの部材間の相対速度が所定値以下の場合に前記
   トランスデューサの誤作動を検出する検出手段と、 を有することを特徴とする位置計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記検出手段は、前記２つの部材間の相対速度がゼロの
   場合に前記誤作動を検出することを特徴とする位置計測
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載の装置に
   おいて、 前記トランスデューサは、誘導型トランスデューサであ
   ることを特徴とする位置計測装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の装置に
   おいて、 前記トランスデューサは、所定の基準位置からの変位を
   検出する電子ノギスのトランスデューサであることを特
   徴とする位置計測装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の装置において、 前記検出手段は、前記変位を検出するための電気信号の
   正常時に対する振幅比を用いて前記誤作動を検出するこ
   とを特徴とする位置計測装置。