JP4795403B2

JP4795403B2 - リニアゲージ

Info

Publication number: JP4795403B2
Application number: JP2008190487A
Authority: JP
Inventors: 導康島▲崎▼; 秀雄小林; 規彰山元
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: JP2010025874A

Description

本発明は、被計測物の直動方向の変位を測定するリニアゲージの構造に関するものである。

リニアゲージにおいて、測定子が先端に設けられたシャフトを支持する構造として、シャフトをリニアボールベアリングを用いて支持する構造が知られている（たとえば、特許文献１）。また、リニアゲージにおける変位検出の技術として、シャフトに固定したスリット板に照射した光の反射光や透過光より、シャフトの変位の検出を行う技術も知られている（たとえば、特許文献２）。
特開平8-278121号公報特開2000-193491号公報

さて、リニアゲージは、測定レンジを大きくするためには、シャフトその他の可動部のストローク量を大きく確保する必要があるため、測定レンジの拡大とリニアゲージの小型化はトレードオフの関係にある。
このため、従来は、リニアゲージをできるだけ小型化するために、測定レンジ毎の専用の設計でリニアゲージを構成することが一般的であり、このことがリニアゲージ製作の各種負担を引き上げる一因となっていた。
そこで、本発明は、測定レンジの異なるリニアゲージを、小型かつ簡易に構成することのできるリニアゲージの構造を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、被計測物の一軸方向の変位を計測するリニアゲージとして、可動機構アッセンブリと、変位検出アッセンブリと、ゲージと、連結部材と、ケースとを備えたリニアゲージを提供する。ここで、前記可動機構アッセンブリは、フレームと、フレームに固定されたボールスプラインと、前記ボールスプラインに直動可能に支持されたシャフトと、シャフトの一端に固定された測定子と、シャフトの前記一端とは反対側の他端に固定されたゲージホルダとを備えたものであり、前記変位検出アッセンブリは、光源と投光光学系を保持したホルダと、当該ホルダに固定された、受光した光より前記投光光学系との間に配置された前記ゲージの変位を検出する検出装置が搭載された、回路基盤とを備えたものである。そして、リニアゲージは、前記可動機構アッセンブリのゲージホルダに前記ゲージを固定し、前記可動機構アッセンブリのフレームと、前記変位検出アッセンブリのホルダと回路基盤とのうちの少なくとも一方とを前記連結部材を用いて、前記ゲージの少なくとも一部が前記投光光学系と前記検出装置との間に配置されるように、連結した上で、前記ケースに収容することにより構成されるものである。

このようなリニアゲージの構造によれば、異なる測定レンジのリニアゲージを、可動機構アッセンブリと変位検出アッセンブリとを共用して、その大部分を専用設計とすることなく簡易、かつ、小型に構成することができる。
すなわち、このような構造によれば、所望の測定レンジのリニアゲージを、可動機構アッセンブリと変位検出アッセンブリとを作成するステップと、製造するリニアゲージの測定レンジに応じて選択した長さのゲージを選定し、前記可動機構アッセンブリのゲージホルダに、選定したゲージを固定するステップと、製造するリニアゲージの測定レンジに応じた前記ゲージのストローク量が確保されるように選択した長さの連結部材を用いて、前記可動機構アッセンブリのフレームと、前記変位検出アッセンブリのホルダと回路基盤とのうちの少なくとも一方とを連結した上で、前記ケースに収容するステップとによって製造することができる。ただし、製造するリニアゲージの測定レンジに応じたゲージの長さの選択は、前記連結部材による連結を行った状態で、前記ゲージの少なくとも一部が前記投光光学系と前記検出との間に配置されるようにゲージの長さを選択することにより行うものとする。

以上のように、本発明によれば、測定レンジの異なるリニアゲージを簡易に構成することができるようになる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態に係るリニアゲージは、変位検出アッセンブリ、連結部材、可動機構アッセンブリ、ケース、スリット板とより構成される。
そして、変位検出アッセンブリと、可動機構アッセンブリとは、測定レンジの異なるリニアゲージに共用され、連結部材、ケース、スリット板は、測定レンジ毎にそれぞれ専用のものが用いられる。
まず、変位検出アッセンブリの構成について説明する。
図１ａ１に変位検出アッセンブリの分解図を、図１ａ２に変位検出アッセンブリの組立図を示す。
図示するように、変位検出アッセンブリは、光学ホルダ１１、ＬＥＤ１２、レンズ１３、スペーサ１４、固定プレート１５、受光素子や信号処理回路を搭載した回路基盤１６、固定スリット板１７、固定ホルダ１８とを有する。
そして、光学ホルダ１１に設けられた孔部にＬＥＤ１２とレンズ１３とスペーサ１４とを所定の順序で挿入した上で、固定プレート１５を光学ホルダ１１にネジ１９を用いて固定することにより、ＬＥＤ１２とレンズ１３とは所定の間隔をおいて光学ホルダ１１に組み付けられる。

また、固定スリット板１７は、固定ホルダ１８を回路基盤１６にネジ２０によって固定することにより、回路基盤１６に対して固定される。また、このネジ２０によって、併せて、ＬＥＤ１２とレンズ１３とが組み付けられた光学ホルダ１１を回路基盤１６に固定することにより、変位検出アッセンブリの全体が一体化される。

ここで、光学ホルダ１１は、回路基盤１６に固定された状態で、固定スリット板１７と、光学ホルダ１１に固定されたレンズ１３との間に、間隙が生じるよう形状を有しており、図１ｂに示すように、ＬＥＤ１２から出射された光はレンズ１３、固定スリット板１７とレンズ１３との間の間隙２１、固定スリット板１７を順次通過して、回路基盤１６の受光素子に入射する。

以上、変位検出アッセンブリについて説明した。
次に、可動機構アッセンブリの構成について説明する。
図２ａ１に可動機構アッセンブリの分解図を、図２ａ２に可動機構アッセンブリの組立図を示す。
図示するように、可動機構アッセンブリは、フレーム３１と、測定子３２、シャフト３３と、シャフト３３の軸回りの回動を抑止し軸方向の直動を案内するボールスプライン３４と、取付ステム３５、ステム蓋３６、防塵カバー３７、スリット板ホルダ３８、バネ３９、ネジ４０とを有する。なお、ボールスプライン３４には、シャフト３３がボールスプライン３４から抜け落ちないようにするための抜け止めも設けられている。

そして、測定子３２はシャフト３３の一端に固定される。また、測定子３２が固定されたシャフト３３が挿入されたボールスプライン３４は、取付ステム３５内に収容され、取付ステム３５内にステム蓋３６によって固定される。また、シャフト３３の軸方向に伸縮自在な防塵カバー３７の両端が測定子３２とステム蓋３６に各々固定され、当該防塵カバー３７によって測定子３２とステム蓋３６の間のシャフト３３が覆われる。

そして、ボールスプライン３４を収容した取付ステム３５は、フレーム３１に設けられた孔に、測定子３２が設けられている側と反対側の端が挿入された形態で、ネジ４０によってフレーム３１に固定される。また、図２ｂに示すように、シャフト３３の測定子３２が固定された端と逆側の端に、スリット板ホルダ３８が接着剤などにより固定されると共に、バネ３９の両端が、フレーム３１とスリット板ホルダ３８とに各々固定され、これにより、スリット板ホルダ３８は、測定子３２方向に付勢される。

ここで、このような可動機構アッセンブリの構成によれば、図２ｃに示すように、一端に測定子３２が他端にスリット板ホルダ３８が固定されたシャフト３３を、バネ３９による測定子３２方向の付勢力を与えつつ、シャフト３３の軸方向の直動のみが許容されるようにフレーム３１に固定することができる。

以上、可動機構アッセンブリについて説明した。
次に以上のような変位検出アッセンブリと可動機構アッセンブリを用いたリニアゲージの構造について説明する。
図３ａ１に比較的測定レンジの小さいリニアゲージの分解図を、図３ａ２に比較的測定レンジの小さいリニアゲージの組立図を示す。また、図３ｂ１に比較的測定レンジの大きいリニアゲージの分解図を、図３ｂ２に比較的測定レンジの大きいリニアゲージの組立図を示す。
図示するように、リニアゲージは、可動機構アッセンブリ３のスリット板ホルダ３８にスリット板５を固定した上で、可動機構アッセンブリ３のフレーム３１と、変位検出アッセンブリ１の光学ホルダ１１とを連結部材６を用いて連結し、ケース７に収容して構成する。

ただし、連結部材６は、測定レンジが大きいほど長いものを用い、可動機構アッセンブリ３と変位検出アッセンブリ１との間の間隔が大きくなり、リニアゲージの測定レンジに応じたスリット板５のストローク量が確保されるようにする。また、図３ｂ１、ｂ２に示すように、測定レンジを大きくする場合は、回路基盤１６とフレーム３１とを連結する連結部材６も併用するようにしてもよい。

次に、スリット板５の長さは、測定レンジに合わせて、図３ｃ１、ｃ２に測定レンジの小さいリニアゲージ（図３ａ１、ａ２のリニアゲージ）について、図３ｄ１、ｄ２に測定レンジの大きいリニアゲージ（図３ｂ１、ｂ２のリニアゲージ）について示すように、スリット板５の一部が、上述した固定スリット板１７とレンズ１３との間の間隙２１に挿入され、シャフト３３の直動に伴ってスリット板５が、固定スリット板１７とレンズ１３との間で直動するように、測定レンジが大きいほど長いものを用いる。

さて、ここで、スリット板５には複数のスリットが設けられており、当該スリットで、スリット板５を透過する光を、スリット板５の変位量に応じて空間的にエンコードすることによりゲージの役割を果たす。また、固定スリット板１７には、スリット板５で空間的にエンコードされた後に固定スリット板１７を透過する光を、スリット板５の変位量を強度で、スリット板５の移動方向を位相で表す光にデコードするための複数のスリットが設けられている。
そして、回路基盤１６に搭載された信号処理回路は、ＬＥＤ１２から出射され、スリット板５、固定スリット板１７を透過した光を、受光素子で検出し、検出した光よりスリット板５の移動速度や移動方向を検出する。
したがって、以上のような構成によれば、測定子３２を測定対象物に当接させると、測定対象物の測定子３２との当接箇所のシャフト３３の軸方向の変位に倣ってスリット板５がシャフト３３の軸方向に変位し、この変位が、回路基盤１６に搭載された信号処理回路で測定されることになる。

そして、このようにスリット板５をスリット板ホルダ３８に固定し、連結部材６を用いて連結した可動機構アッセンブリ３と可動機構アッセンブリ３とを、これらを収容可能なできるだけ小さなサイズのケース７に収容してリニアゲージの全体が一体として構成される。

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように、本実施形態によれば、異なる測定レンジのリニアゲージを、可動機構アッセンブリ３と変位検出アッセンブリ１とを共用して、その大部分を専用設計とすることなく簡易、かつ、小型に構成することができる。

本発明の実施形態に係るリニアゲージの変位検出アッセンブリの構成を示す図である。本発明の実施形態に係るリニアゲージの可動機構アッセンブリの構成を示す図である。本発明の実施形態に係るリニアゲージの構成を示す図である。

符号の説明

１…変位検出アッセンブリ、３…可動機構アッセンブリ、５…スリット板、６…連結部材、７…ケース、１１…光学ホルダ、１２…ＬＥＤ、１３…レンズ、１４…スペーサ、１５…固定プレート、１６…回路基盤、１７…固定スリット板、１８…固定ホルダ、３１…フレーム、３２…測定子、３３…シャフト、３４…ボールスプライン、３５…取付ステム、３６…ステム蓋、３７…防塵カバー、３８…スリット板ホルダ、３９…バネ。

Claims

異なる測定レンジのリニアゲージを、共通の部材を用いて製造する製造方法であって、
前記共通の部材として、
フレームと、フレームに固定されたボールスプラインと、前記ボールスプラインに直動可能に支持されたシャフトと、シャフトの一端に固定された測定子と、シャフトの前記一端とは反対側の他端に固定されたゲージホルダとを備えた可動機構アッセンブリと、
光源と投光光学系を保持したホルダと、当該ホルダに固定された、受光した光より前記投光光学系との間に配置された前記ゲージの変位を検出する検出装置が搭載された回路基盤とを備えた変位検出アッセンブリと、
を作成するステップと、
製造するリニアゲージの測定レンジに応じて選択した長さのゲージを選定し、前記可動機構アッセンブリのゲージホルダに、選定したゲージを固定するステップと、
製造するリニアゲージの測定レンジに応じた前記ゲージのストローク量が確保されるように選択した長さの連結部材を用いて、前記可動機構アッセンブリのフレームと、前記変位検出アッセンブリのホルダと回路基盤とのうちの少なくとも一方とを連結した上で、前記ケースに収容するステップとを有し、
製造するリニアゲージの測定レンジに応じたゲージの長さの選択は、前記連結部材による連結を行った状態で、前記ゲージの少なくとも一部が前記投光光学系と前記検出との間に配置されるようにゲージの長さを選択することにより行うことを特徴とするリニアゲージの製造方法。