JP5443522B2 - 離間距離導出システムおよびシクネスゲージ - Google Patents

離間距離導出システムおよびシクネスゲージ Download PDF

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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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