JP5192144B2

JP5192144B2 - 測定器

Info

Publication number: JP5192144B2
Application number: JP2006334400A
Authority: JP
Inventors: 康二佐々木
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: EP1933109B1; CN101201247A; EP1933109A3; US7412779B2; CN101201247B; EP1933109A2; JP2008145329A; US20080134534A1

Description

本発明は、固定部材に対する可動部材の変位量を測定する測定器に関する。

被測定物の寸法等を測定するデジタル式測定器として、ノギス、マイクロメータ、インジケータ、テストインジケータ、ハイトゲージ、スケール等が知られている。このような測定器には、固定部材と、固定部材に対して移動可能に構成された可動部材と、固定部材に対する可動部材の変位量を検出する検出手段と、検出手段により検出された固定部材に対する可動部材の変位量を表示する表示部と、が備えられている。

例えば、図１に示すように、テストインジケータ１は、本体１０と、本体１０に貫通して設けられ被支持部１１１を中心に揺動可能に支持されるスタイラス１１と、スタイラス１１の本体１０側の端部に設けられた電極１２１および本体１０に設けられ電極１２１と静電結合してスタイラス１１の変位量を検出する検出ヘッド１２２を有するエンコーダ１２と、エンコーダ１２により検出された本体１０に対するスタイラス１１の変位量をデジタル表示する表示部１４と、いわゆるプリセット処理を行うための操作部１５と、を備える。
このようなテストインジケータ１は、スタイラス１１の一端に設けられた接触部１１２を被測定物２に当接させた際のスタイラス１１の変位量から、被測定物２の測定部位の高さ等を測定するための測定器である。

また、テストインジケータ１は、プリセット処理を実施することにより、複数の対象物等の比較等を行うことができる。
二つの対象物の高さの比較をする場合、はじめに、一方の対象物の上面にスタイラス１１の接触部１１２を当接させ、操作部１５を操作する。これにより、その時のスタイラス１１の変位量が測定基準値として記憶される。次に、他方の対象物の上面にスタイラス１１の接触部１１２を当接させる。すると、その時のスタイラス１１の変位量と先に記憶された測定基準値との差が表示部１４に表示され、二つの対象物の高さの比較ができる。
このようなテストインジケータとして、例えば、スタイラスの変位により発生するモアレ縞を電気的に取り出す検出手段を備え、正確な測定を行うことが可能なテストインジケータが開示されている（特許文献１）。

実公平２−４５７６２号公報

しかし、特許文献１記載のような従来のテストインジケータにおいては、プリセット処理を行うための操作部が本体に設けられているため、測定基準値を正確に決定することができないという問題点があった。
この問題点を、図５〜７を用いて説明する。
図５〜７において、横軸は時間を、縦軸はスタイラスの変位量を示す。曲線が、プリセット処理に際して発生するスタイラスの変位を示す。この曲線の下には、操作部の操作状況と、測定基準値の記憶をタイミングチャートで示した。

図５は、従来のテストインジケータ１でプリセット処理を実施した場合のスタイラス１１の変位量を示す。
プリセット処理に際しては、まず、対象物にスタイラス１１の接触部１１２を当接させる等してスタイラス１１を静止させる。これがｔ_０の時点である。次に、本体１０の操作部１５を操作する。これがｔ_１の時点である。
図５の曲線が示すように、ｔ_０からｔ_１においては、スタイラス１１は静止しているから変位量はｙ_０のまま変化しない。ｔ_１において、本体１０の操作部１５を操作すると、操作部１５と一体化している本体１０にも力が伝わり、本体１０が振動する。ここで、エンコーダ１２が検出するのはスタイラス１１の本体１０に対する相対的変位量であるので、本体１０の振動がスタイラス１１の変位量として検出される。

測定基準値の記憶は、操作部１５の操作に対応して行われるが、操作部１５の操作を行った時点ｔ_１より多少遅れた時点ｔ_２において行われることになる。ｔ_２は、操作部１５の操作を行った直後であるから、本体１０が大きく振動しており、測定基準値として記憶されるスタイラス１１の変位量は、実際の静止位置での変位量ｙ_０とは異なるｙ_１である。したがって、記憶された測定基準値には、ｙ_１−ｙ_０の分だけ誤差が含まれることになる。
このような測定基準値の誤差を防止するため、操作部１５の操作と測定基準値の記憶との間にタイムラグを設ける方法が知られている。

図６に、タイムラグ付きのプリセット処理を実施した場合のスタイラス１１の変位量、操作部１５の操作状況および測定基準値の記憶のタイミングを示す。
図６は、ｔ_１とｔ_２の間に大きなタイムラグＴが設けられていることのみが図５の場合と異なる。大きなタイムラグＴを経たｔ_２の時点では本体１０の振動が収まっているので、実際の静止位置での変位量ｙ_０を測定基準値として記憶することができる。
しかし、このようなタイムラグを設ける方法では、タイムラグを本体１０の振動が収まるまでの時間より長く設定する必要がある。本体１０の振動は環境条件等によって変化するから、図６のように、振動が継続する時間Ｔ_０に対してタイムラグＴが長すぎる場合がある。この場合、Ｔ−Ｔ_０の分だけ時間を無駄にすることになり、作業効率の面で好ましくない。

また、逆に、図７に示すように、振動が継続する時間Ｔ_０に対してタイムラグＴが短すぎる場合がある。この場合、ｔ_２の時点で本体１０の振動は収まっていないから、測定基準値として記憶されるスタイラス１１の変位量は、実際の静止位置での変位量ｙ_０とは異なるｙ_２となり、ｙ_２−ｙ_０の分だけ誤差が生じることになる。
このような測定基準値の誤差は、テストインジケータのみならず、本体にプリセット処理のための操作部を有する様々な測定器において発生していた。

本発明の目的は、プリセット処理における測定基準値の誤差の発生を効率的に排除できる測定器を提供することである。

本発明の測定器は、固定部材と、前記固定部材に対して移動可能に構成された可動部材と、前記固定部材に対する前記可動部材の変位量を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記変位量から測定値を算出する演算部と、前記演算部が算出した前記測定値を表示する表示部と、前記演算部に指令を与える操作部と、を備え、前記演算部は、前記検出手段により検出された前記変位量が記憶される記憶部を有し、前記操作部からの指令に応じて前記検出手段により検出された前記変位量を測定基準値として前記記憶部に記憶させるプリセット処理と、現在の前記変位量と前記記憶部に記憶された前記測定基準値との差を基に前記測定値を算出する測定値算出処理と、を実行し、前記プリセット処理は、所定時間おきに前記検出手段により検出された前記変位量の変動量が許容範囲内である状態が一定時間継続した場合に前記可動部材が前記固定部材に対し静止していると判定する判定処理を実行し、前記判定処理において、前記可動部材が前記固定部材に対し静止していると判定された場合に、前記変位量を前記測定基準値として前記記憶部に記憶させることを特徴とする。

本発明によれば、プリセット処理が、所定時間おきに検出手段により検出された変位量の変動量が許容範囲内である状態が一定時間継続した場合に可動部材が固定部材に対し静止していると判定する判定処理を実行し、判定処理において、可動部材が固定部材に対し静止していると判定された場合に、変位量を測定基準値として記憶部に記憶させるので、可動部材が固定部材に対して静止した後、測定基準値を記憶するまでに無駄な時間があったり、可動部材が固定部材に対して静止する前に測定基準値を記憶することがなく、プリセット処理における測定基準値の誤差の発生を効率的に排除できる。

本発明において、前記判定処理は、前記操作部からの指令に応じて前記検出手段により検出された前記変位量を暫定基準値として前記記憶部に記憶させる暫定基準値設定処理と、前記暫定基準値設定処理の後、前記所定時間おきに前記検出手段に前記変位量を検出させる継続検出処理と、前記継続検出処理で検出された前記変位量と前記暫定基準値との差の絶対値である経時変動値が予め設定した許容範囲内にあるか否かを判別する判別処理と、前記判別処理でなされた判別に基づいて判定時間変数を変更する変数変更処理と、を実行し、前記変数変更処理は、前記判別処理において、前記経時変動値が前記許容範囲内にあると判別された場合、前記判定時間変数を一単位カウントし、前記経時変動値が前記許容範囲内にないと判別された場合、その時の前記変位量を新たな暫定基準値として前記記憶部に記憶させるとともに、前記判定時間変数を予め設定された初期値に戻し、前記判定時間変数が、予め設定した値に達したとき、前記可動部材が前記固定部材に対し静止していると判定し、前記暫定基準値を前記測定基準値とする。

このような構成によれば、判定処理において、判定時間変数が予め設定した数値に達するまでの間、経時変動値が許容範囲内にある状態が続いたとき、可動部材が固定部材に対し静止していると判定されるので、操作部の操作により生じた固定部材の振動が収まったことを適切に判定することができ、プリセット処理における測定基準値の誤差の発生を効率的に排除できる。

本発明において、測定器は、テストインジケータまたはインジケータであることが好ましい。
このような構成によれば、操作部の操作によって可動部材の固定部材に対する変位が発生しやすく、特に測定基準値の誤差が問題となっているテストインジケータまたはインジケータにおいて、測定基準値の誤差を効率的に排除することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本実施形態の測定器１Ａであるテストインジケータ１の断面図を示す。
図１に示すように、テストインジケータ１は、固定部材１０Ａである本体１０と、本体１０に揺動可能に支持される可動部材１１Ａであるスタイラス１１と、スタイラス１１の本体１０に対する変位量を検出する検出手段１２Ａであるエンコーダ１２と、エンコーダ１２により検出された本体１０に対するスタイラス１１の変位量から測定値を算出する演算部１３と、演算部１３が算出した測定値を表示する表示部１４と、演算部１３に指令を与える操作部１５と、を備える。

本体１０は、一端をスタンド３に固定され、他端にスタイラス１１を支持する略矩形形状の筐体である。本体１０は、上面に表示部１４および操作部１５を、内部にエンコーダ１２および演算部１３を有する。
スタイラス１１は、本体１０に貫通して設けられ被支持部１１１を中心に揺動可能に支持されている。スタイラス１１は、本体１０と逆側の一端に、被測定物２の測定部位と当接される略球状の接触部１１２を有する。
エンコーダ１２は、スタイラス１１の本体１０側の端部に設けられた電極１２１と本体１０に設けられ電極１２１と静電結合してスタイラス１１の変位量を検出する検出ヘッド１２２とを有し、スタイラス１１の本体１０に対する変位量を検出することができる。
表示部１４は、演算部１３が算出した測定値をデジタル表示する液晶表示装置であり、操作部１５は、演算部１３に指令を与える押圧式のボタンである。

図２に、テストインジケータ１の内部構成を示す。
図２に示すように、演算部１３は、エンコーダ１２、表示部１４および操作部１５と接続されている。また、演算部１３は、エンコーダ１２により検出された変位量が記憶される記憶部１３１を有する。
演算部１３は、操作部１５からの指令に応じてエンコーダ１２に変位量を検出させ、検出された変位量を測定基準値として記憶部１３１に記憶させるプリセット処理と、現在の変位量と記憶部１３１に記憶された測定基準値との差を基に測定値を算出する測定値算出処理と、を実行する。
プリセット処理は、所定時間おきにエンコーダ１２により検出された変位量の変動量が許容範囲内である状態が一定時間継続した場合にスタイラス１１が本体１０に対し静止していると判定する判定処理を実行し、判定処理において、スタイラス１１が本体１０に対し静止していると判定された場合に、変位量を測定基準値として記憶部１３１に記憶させるものである。

図３に、プリセット処理の概略を示す。なお、初期状態においては、判定時間変数ｎ＝α（自然数）である。
プリセット処理を行うには、まず、ＳＴ１において、操作部１５を操作して演算部１３にプリセット処理を開始する旨の指令を与える。すると、スタイラス１１が本体１０に対し静止しているか否かを判定する判定処理（ＳＴ２〜６の処理）が開始される。
ＳＴ２において、操作部１５からの指令を受けた演算部１３が、エンコーダ１２に変位量を検出させ、検出された変位量Ｘ_ｂを暫定基準値Ｘ_ａとして記憶部１３１に記憶させる（暫定基準値設定処理）。

所定時間の待機の後、ＳＴ３において、エンコーダ１２に変位量Ｘ_ｂ＋１を検出させる。ＳＴ３は、判定処理が終わるまでの間、所定時間Ｔ_１おきに繰り返される（継続検出処理）。
ＳＴ４において、変位量Ｘ_ｂ＋１と暫定基準値Ｘ_ａとの差の絶対値である経時変動値が、予め設定した許容範囲内、すなわちβ以下であるか否かが判別される（判別処理）。判別がＮＯである場合はＳＴ５を実行し、ＹＥＳの場合はＳＴ６が実行される。
ＳＴ５において、変位量Ｘ_ｂ＋１を新たな暫定基準値Ｘ_ａとして記憶し、判定時間変数ｎを予め設定された初期値αに戻す。その後、前回のＳＴ３の実行から所定時間Ｔ_１が経つと、再度ＳＴ３以降の処理が実行される。

ＳＴ６において、判定時間変数ｎ＝０であるか否かが判定される。
判定がＮＯの場合には、判定時間変数ｎを一単位カウントする（ｎ＝ｎ−１）。すなわち、本実施形態においては、判定時間変数ｎから１を引いた自然数を新たな判定時間変数ｎとする。その後、前回のＳＴ３の実行から所定時間Ｔ_１が経つと、再度ＳＴ３以降の処理が実行される。
判定がＹＥＳの場合には、判定時間変数ｎが、予め設定した値（すなわち０）に達したので、スタイラス１１が本体１０に対し静止していると判定し、ＳＴ７を実行する。ここまでの、ＳＴ２〜６の一連の処理が、判定処理である。
ＳＴ７において、暫定基準値Ｘ_ａを測定基準値Ｘ_ｃとして記憶し、判定時間変数ｎを予め設定された初期値αに戻す。以上でプリセット処理が終了する。

プリセット処理を行った後は、演算部１３が、現在の変位量Ｘと記憶部１３１に記憶された測定基準値Ｘ_ｃとの差Ｘ−Ｘ_ｃを算出し（測定値算出処理）、これを測定値Ｘ_ｄとして表示部１４に表示させる。

図４に、テストインジケータ１のプリセット処理におけるスタイラス１１の変位量を示す。
図４において、横軸は時間を、縦軸はスタイラス１１の変位量を示し、曲線が、プリセット処理に際して発生するスタイラス１１の変位を示す。このスタイラス１１の変位を示す曲線の下には、操作部１５の操作状況、継続検出処理の実施状況および測定基準値Ｘ_ｃを記憶するタイミングを示した。

プリセット処理に際しては、まず、被測定物２にスタイラス１１の接触部１１２を当接させる等してスタイラス１１を静止させる。これがｔ_０の時点である。次に、本体１０の操作部１５を操作する。これがｔ_１の時点である。
図４の曲線が示すように、ｔ_０からｔ_１においては、スタイラス１１は静止しているから変位量はＸのまま変化しない。ｔ_１において、本体１０の操作部１５を操作すると、操作部１５と一体化している本体１０にも力が伝わり、本体１０が振動する。ここで、エンコーダ１２が検出するのはスタイラス１１の本体１０に対する相対的変位量であるので、本体１０の振動がスタイラス１１の変位量として検出される。

ｔ_１において操作部１５が操作されると、図３で説明したように、暫定基準値設定処理の後、継続検出処理が実行される。継続検出処理は、所定時間Ｔ_１おきに実行され、各継続検出処理の後には、判別処理が実行される。
操作部１５の操作から時間Ｔ_０が経過する頃には、本体１０の振動が収まってきているので、エンコーダ１２が検出するスタイラス１１の変位量は、当初の値Ｘに近づく。そして、スタイラス１１の変位量が、Ｘ−β〜Ｘ＋βの範囲に収まった段階で、判定時間変数ｎのカウントが始まり、α回のカウント後、最初のカウント時に設定した暫定基準値Ｘ_ａが測定基準値Ｘ_ｃとして記憶される。
よって、操作部１５の操作後、測定基準値Ｘ_ｃの記憶までにかかる時間は、Ｔ_０＋αＴ_１程度である。

本実施形態によれば、以下に示すような効果がある。
(１) プリセット処理が、所定時間Ｔ_１おきにエンコーダ１２により検出された変位量の変動量が許容範囲内（β以下）である状態が一定時間（αＴ_１）継続した場合にスタイラス１１が本体１０に対し静止していると判定する判定処理を実行し、判定処理において、スタイラス１１が本体１０に対し静止していると判定された場合に、測定基準値Ｘ_ｃを記憶部に記憶させるので、スタイラス１１が本体１０に対して静止した後、測定基準値Ｘ_ｃを記憶するまでに無駄な時間があったり、スタイラス１１が本体１０に対して静止する前に測定基準値Ｘ_ｃを記憶することがなく、プリセット処理における測定基準値Ｘ_ｃの誤差の発生を効率的に排除できる。
（２）判定処理が、判定時間変数ｎが予め設定した数値０に達するまでの間、経時変動値が許容範囲内（β以下）にある状態が続いた時に、スタイラス１１が本体１０に対し静止していると判定するので、操作部１５の操作により生じた本体１０の振動が収まったことを適切に判定することができ、プリセット処理における測定基準値Ｘ_ｃの誤差の発生を効率的に排除できる。
（３）操作部１５の操作によって本体１０が振動しやすいため、特に測定基準値Ｘ_ｃの誤差が問題となるテストインジケータ１において、測定基準値Ｘ_ｃの誤差を効率的に排除することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
(i)本発明の測定器１Ａは、前記実施形態で述べたテストインジケータ１に限定されない。例えば、ノギス、マイクロメータ、インジケータ、ハイトゲージ、スケール等であってもよい。このような測定器に本発明を適用した場合においても、前記実施形態と同様に、測定基準値の誤差を排除することができる。

(ii)検出手段１２Ａは、前記実施形態で述べた静電容量式のエンコーダ１２に限定されない。検出手段１２Ａは、可動部材１１Ａの固定部材１０Ａに対する変位量を検出できるものであればよく、例えば、電磁誘導式や光学式のエンコーダ等でもよい。
(iii)表示部１４は、前記実施形態で述べた液晶表示装置に限定されない。表示部１４は、演算部が算出した測定値を表示できるものであればよく、例えば、有機または無機のエレクトロルミネッセンスを用いた表示装置等であってもよい。

本発明は、固定部材に対する可動部材の変位量を測定する測定器として利用できる。

本実施形態に係る測定器の断面図。本実施形態に係る測定器の内部構成を示す図。本実施形態に係る測定器のプリセット処理の概略図。本実施形態に係る測定器のプリセット処理におけるスタイラスの変位量を示す図。従来のテストインジケータのプリセット処理におけるスタイラスの変位量を示す図。従来のテストインジケータのタイムラグ付きプリセット処理におけるスタイラスの変位量を示す図。従来のテストインジケータのタイムラグ付きプリセット処理におけるスタイラスの変位量を示す図。

符号の説明

１テストインジケータ
１Ａ測定器
２被測定物
３スタンド
１０本体
１０Ａ固定部材
１１スタイラス
１１Ａ可動部材
１２エンコーダ
１２Ａ検出手段
１３演算部
１４表示部
１５操作部
１３１記憶部

Claims

固定部材と、
前記固定部材に対して移動可能に構成された可動部材と、
前記固定部材に対する前記可動部材の変位量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記変位量から測定値を算出する演算部と、
前記演算部が算出した前記測定値を表示する表示部と、
前記演算部に指令を与える操作部と、を備え、
前記演算部は、
前記検出手段により検出された前記変位量が記憶される記憶部を有し、
前記操作部からの指令に応じて前記検出手段により検出された前記変位量を測定基準値として前記記憶部に記憶させるプリセット処理と、
現在の前記変位量と前記記憶部に記憶された前記測定基準値との差を基に前記測定値を算出する測定値算出処理と、を実行し、
前記プリセット処理は、
所定時間おきに前記検出手段により検出された前記変位量の変動量が許容範囲内である状態が一定時間継続した場合に前記可動部材が前記固定部材に対し静止していると判定する判定処理を実行し、
前記判定処理において、前記可動部材が前記固定部材に対し静止していると判定された場合に、前記変位量を前記測定基準値として前記記憶部に記憶させるものであり、
前記判定処理は、
前記操作部からの指令に応じて前記検出手段により検出された前記変位量を暫定基準値として前記記憶部に記憶させる暫定基準値設定処理と、
前記暫定基準値設定処理の後、前記所定時間おきに前記検出手段に前記変位量を検出させる継続検出処理と、
前記継続検出処理で検出された前記変位量と前記暫定基準値との差の絶対値である経時変動値が予め設定した許容範囲内にあるか否かを判別する判別処理と、
前記判別処理でなされた判別に基づいて判定時間変数を変更する変数変更処理と、を実行し、
前記変数変更処理は、
前記判別処理において、前記経時変動値が前記許容範囲内にあると判別された場合、前記判定時間変数を一単位カウントし、
前記経時変動値が前記許容範囲内にないと判別された場合、その時の前記変位量を新たな暫定基準値として前記記憶部に記憶させるとともに、前記判定時間変数を予め設定された初期値に戻し、
前記判定時間変数が、予め設定した値に達したとき、前記可動部材が前記固定部材に対し静止していると判定し、前記暫定基準値を前記測定基準値とすることを特徴とした測定器。
請求項１に記載の測定器において、
テストインジケータまたはインジケータであることを特徴とした測定器。