JP5851882B2 - デジタル式変位測定器 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドルの変位量から被測定物の寸法等を測定するデジタル式変位測定器に関する。

デジタル式変位測定器の１つとして、送りねじを用いたデジタル式マイクロメータが知られている。
デジタル式マイクロメータは、本体と、この本体に螺合され軸方向へ移動されるスピンドルと、このスピンドルの移動変位量を検出するエンコーダと、このエンコーダによって検出されたスピンドルの変位量をデジタル表示する表示部とから構成されている。

従来、デジタル式マイクロメータにおいて、測定値のばらつきを低減する方法として、測定力を一定に管理する方法が採られている。
例えば、スピンドルの外端に操作スリーブを回転可能に設けるとともに、スピンドルと操作スリーブとの間に定圧機構（ラチェット機構など）を設け、スピンドルに一定以上の負荷が掛かったら、定圧機構が作動して操作スリーブが空転することにより、測定圧を一定に管理するマイクロメータなどが知られている（特許文献１参照）。

特開２００１−１４１４０２号公報

ところが、上述したマイクロメータにおいて、測定力を一定に管理するために定圧機構を採用しても、スピンドルが被測定物に当接するときの移動速度によって測定結果がばらつく。これは、スピンドルが本体に螺合された構造の場合、くさび効果によって食い込みが発生しやすく、特に、スピンドルが被測定物に当接するときの移動速度によって食い込み量が異なるため、測定結果がばらつく。
近年、高能率化の要求によってスピンドルのねじ部リードを大きくする構成が採用されているが、このような構成にすると、スピンドルの移動速度が高速になり、測定結果がばらつくという課題が一層生じやすい。

本発明の目的は、スピンドルが被測定物に当接するときのスピンドルの移動速度による測定結果のばらつきを低減できるデジタル式変位測定器を提供することにある。

本発明のデジタル式変位測定器は、本体と、この本体に螺合され軸方向へ移動されるスピンドルと、このスピンドルの移動変位量を検出するエンコーダと、このエンコーダによって検出された前記スピンドルの変位量を表示する表示部とを備えたデジタル式変位測定器において、前記スピンドルの移動速度を検出する速度情報検出手段と、この速度情報検出手段によって検出された移動速度から、前記スピンドルが停止したか否かを判定するとともに、前記スピンドルが停止したと判定されたことを条件として前記スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果を通知する通知手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、測定に際して、スピンドルを回転させると、スピンドルの回転に伴って、スピンドルが軸方向へ移動される。すると、スピンドルの移動変位量がエンコーダによって検出されるから、このスピンドルの変位量から被測定物の寸法などを測定することができる。
この測定時において、本発明では、速度情報検出手段によってスピンドルの移動速度が検出されたのち、判定手段において、検出された移動速度から、スピンドルが停止したか否かが判定される。ここで、スピンドルが停止したと判定されると、スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えたか否かが判定され、その判定結果が通知手段によって通知される。例えば、スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えた旨や、スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えなかった旨が通知される。

従って、測定者は、この通知によって、スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えた高速で被測定物に当接されたこと、あるいは、スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値以内の適正速度で被測定物に当接されたことを確認することができる。そのため、スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えた高速で被測定物に当接された場合には、改めて、測定をやり直すことができる。従って、スピンドルが被測定物に当接するときの移動速度による測定結果のばらつきを低減することができる。もとより、測定者によるばらつきも低減できる。

本発明のデジタル式変位測定器において、前記速度情報検出手段は、前記エンコーダで検出された前記スピンドルの変位量から前記スピンドルの移動速度を求める、ことが好ましい。
このような構成によれば、エンコーダで検出されたスピンドルの変位量を所定時間毎にサンプリングすることにより、スピンドルの移動速度を算出することができる。つまり、デジタル式変位測定器に備えられているスピンドルの変位量を検出するエンコーダを利用して、スピンドルの移動速度を検出できる。従って、新たな速度検出手段を付加しなくても構成することができるから、経済的に構成できる。

本発明のデジタル式変位測定器において、前記速度情報検出手段は、前記スピンドルの移動速度から前記スピンドルの停止時の加速度を求め、前記判定手段は、前記速度情報検出手段で検出された移動速度が０で、かつ、前記加速度が０でないとき、前記スピンドルが停止したと判定する、ことが好ましい。
このような構成によれば、判定手段において、速度情報検出手段で検出されたスピンドルの停止時直前の移動速度だけでなく、スピンドルの停止時の加速度も加味してスピンドルの停止を判定するようにしたので、スピンドルが移動している状態から停止した状態を正確に判定することができる。

本発明のデジタル式変位測定器において、前記通知手段は、前記スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えたとき、または、前記スピンドルの停止時の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、警告通知する、ことが好ましい。
このような構成によれば、通知手段は、スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えたとき、または、スピンドルの停止時の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、警告通知するようにしたので、例えば、表示部にエラーメッセージを表示したり、ブザーを鳴らすようにしたり、あるいは、ランプを点灯または点滅するようにしたので、測定者は、スピンドルの移動速度や加速度が予め設定された閾値を超えた値で、被測定物に当接したことを直ちに確認することができる。

本実施形態のデジタル式マイクロメータの正面図。 同上実施形態の部分断面図。 同上実施形態の制御ブロック図。 同上実施形態においてスピンドルの停止前後における位置検出値を示す図。 同上実施形態において演算制御部の処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態においてデジタル式変位測定器としてデジタル式マイクロメータを例示するが、本発明はデジタル式マイクロメータに限定されるものではない。

＜デジタル式マイクロメータの構成＞
図１は、本実施形態のデジタル式マイクロメータの正面図である。図２はデジタル式マイクロメータの部分断面図である。
図１および図２において、デジタル式マイクロメータ１は、略Ｕ字形の本体１０と、この本体１０に螺合され軸方向へ移動されるスピンドル２と、本体１０の内部においてスピンドル２の移動変位量を検出するエンコーダ４０と、このエンコーダ４０によって検出されたスピンドル２の変位量（位置検出値）を表示する表示部６０とを備える。

本体１０の一端にはアンビル１０Ａが固定され、他端にはスピンドル２を摺動自在に支持する軸受筒１１が設けられている。軸受筒１１は略円筒形状に形成され、この軸受筒１１の内周にスピンドル２が挿通、支持されている。また、本体１０には、軸受筒１１と同軸上に略円筒形状の内筒１３が設けられ、この内筒１３の外周に設けられているシンブル３を回転操作することで、スピンドル２をアンビル１０Ａに対して進退させることができるようになっている。

スピンドル２は、一直線上に配置されたスピンドル本体２１と、ねじ軸２２と、スピンドル本体２１の外周面軸方向に形成された断面Ｖ形のキー溝２３とを備える。
スピンドル２の軸方向に沿って設けられている内筒１３は、その一端部が本体１０に保持されている。他端部内周面には雌ねじが形成され、この雌ねじにスピンドル２のねじ軸２２が螺合されている。また、内筒１３の他端部外周面には雄ねじが形成され、この雄ねじ部分にテーパナット１４が螺合されている。内筒１３の雄ねじが螺刻されている所定箇所には、三本のスリットが軸方向に形成され、三つ割部１５が形成されている。つまり、テーパナット１４を回転させて内筒１３の軸方向に進退させると、三つ割部１５の締め付け具合が変化するので、スピンドル２と内筒１３との嵌合度合いを調整することができるようになっている。

内筒１３の外周には外筒１７が固定され、この外筒１７の外周を覆う筒状のシンブル３がスピンドル２の外端（アンビル１０Ａとは反対側端）に支軸３２およびフランジ部３７を介して結合されている。
シンブル３の外周からスピンドル２の外端にかけて、操作スリーブ４が設けられている。操作スリーブ４は、スピンドル２に対して回転可能に設けられるとともに、スピンドル２の外端部に配置され外筒１７の径より小さい径の第１操作部４Ａおよび第１操作部４Ａに嵌合され外筒１７の外周に被嵌された第２操作部４Ｂを有する。
操作スリーブ４の第１操作部４Ａとスピンドル２の外端との間には、スピンドル２に一定以上の負荷がかかったときに空転する定圧機構３０が設けられている。なお、定圧機構３０は、操作スリーブ４の第２操作部４Ｂと外筒１７の外周との間に設けてもよい。

定圧機構３０は、一端がスピンドル２の外端に螺合されかつ他端がねじ３１を介して操作スリーブ４を回転可能に支持した支軸３２と、第１操作部４Ａの内周に固定された第１ラチェット車３３と、この第１ラチェット車３３に噛合されるとともにキー３４を介して支軸３２に対して回転不能かつ軸方向へ変位可能に設けられた第２ラチェット車３５と、この第２ラチェット車３５を第１ラチェット車３３へ向かって付勢する圧縮コイルばね３６と、この圧縮コイルばね３６の一端を支持し支軸３２に固定されたフランジ部３７とを備える。

操作スリーブ４を回転させると、第１操作部４Ａに固定された第１ラチェット車３３が一体的に回転される。第１ラチェット車３３と第２ラチェット車３５とが噛み合っているため、第２ラチェット車３５も回転される。第２ラチェット車３５が回転すると、キー３４を介して支軸３２が回転され、支軸３２が螺合されたスピンドル２と、これと一体的に結合されたシンブル３も操作スリーブ４と一緒に回転される。
一方、スピンドル２に一定以上の負荷がかかっている状態では、操作スリーブ４を更に回転させて第１ラチェット車３３を回転させると、第２ラチェット車３５は回転しづらい状態にあるため、圧縮コイルばね３６に抗してキー３４に沿って圧縮コイルばね３６側に逃げる。つまり、第１ラチェット車３３の回転力が第２ラチェット車３５に伝達されず、操作スリーブ４は空転し、定圧状態が維持される。

エンコーダ４０は、電磁誘導式エンコーダであって、スピンドル２の周方向に回転するロータ４１と、このロータ４１と所定間隔あけて対向し本体１０に固定されたステータ４２とを有する。
ロータ４１は、略ドーナツ形板状に形成され、そのステータ４２側の表面に図示しないコイルの電極パターンを有する。ロータ４１のステータ４２と逆側の表面は、ロータ保持部材としてのロータブッシュ４４に係合されている。ロータブッシュ４４は、スピンドル２のキー溝２３に係合可能な係合キー４３を有する。ロータブッシュ４４に対してステータ４２と逆側の位置において、ロータブッシュ４４がスピンドル２の軸方向に沿ってステータ４２と反対方向へ移動するのを規制する位置調節ねじ５１が軸受筒１１の内周面に螺合されている。

ステータ４２は、スピンドル２の外周部に設けられ、ロータ４１の電極パターンと電磁結合してロータ４１の回転角を検出する送信コイルおよび受信コイルからなる電極パターンを有する略ドーナツ板形状のステータ環状部と、このステータ環状部の外周に設けられ本体１０の内部側へ伸びる板状のステータ長手部とを有している。ステータ環状部のロータ４１と逆側の面はステータブッシュ４５に保持され、ステータブッシュ４５は内筒１３（本体１０）に固定されている。つまり、ステータ４２は、スピンドル２の近傍においてステータブッシュ４５を介して内筒１３（本体１０）にスピンドル２の軸方向へ位置不変に固定されている。

図３は、エンコーダ４０からの信号を処理して、表示部６０に表示する演算制御部７０を示している。
演算制御部７０は、エンコーダ４０で検出されたスピンドル２の位置検出値を一定時間ｔ毎に取り込んで、スピンドル２の移動速度および加速度を求める速度情報検出手段７１と、この速度情報検出手段７１によって検出されたスピンドル２の移動速度および加速度から、スピンドル２が停止したか否かを判定するとともに、スピンドル２が停止したと判定されたことを条件として、スピンドル２の停止時直前の移動速度およびスピンドル２の停止時の加速度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定手段７２と、この判定手段７２の判定結果を通知する通知手段７３とを含んで構成されている。
通知手段７３は、本実施形態では、スピンドル２の停止時直前の移動速度またはスピンドル２の停止時の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、表示部６０に警告通知処理、具体的には、エラーメッセージを表示する。

＜デジタル式マイクロメータの使用方法および効果＞
測定にあたっては、シンブル３を回転操作する。すると、スピンドル２がアンビル１０Ａに対して進退するので、スピンドル２の端面とアンビル１０Ａとを被測定物の被測定部位間に当接させる。このとき、スピンドル２の回転が、キー溝２３、係合キー４３およびロータブッシュ４４を介してロータ４１に伝達される。エンコーダ４０により検出されたロータ４１の回転角が、スピンドル２の軸方向の変位量に変換されて表示部６０に表示される。

なお、スピンドル２の端面とアンビル１０Ａとを被測定物の被測定部位間に当接させた状態において、操作スリーブ４を回転させても、第２ラチェット車３５は回転しづらい状態にあるため、圧縮コイルばね３６に抗してキー３４に沿って圧縮コイルばね３６側に逃げるから、第１ラチェット車３３の回転力が第２ラチェット車３５に伝達されず、操作スリーブ４は空転し、定圧状態が維持される。

この測定時において、エンコーダ４０により検出されたスピンドル２の変位量、つまり、位置検出値が一定時間ｔ毎に、演算制御部７０の速度情報検出手段７１に取り込まれる。
いま、図４に示すように、ある時点ｔnで取り込んだ位置検出値をＬn、その前の各時点ｔn-1，ｔn-2，ｔn-3…で取り込んだ位置検出値をＬn-1，Ｌn-2，Ｌn-3…、各区間での一定時間ｔ当たりの変位量（移動速度）をＤn，Ｄn-1，Ｄn-2…、加速度をＡn，Ａn-1…とすると、速度情報検出手段７１は、スピンドル２の移動速度Ｄnおよび加速度Ａnを次式から求める。
Ｄn＝Ｌn−（Ｌn-1）
Ａn＝Ｄn−（Ｄn-1）

演算制御部７０は、図５に示すフローチャートに従って、判定処理（ＳＴ１〜ＳＴ４）および警告通知処理（ＳＴ５）を行う。
まず、判定手段７２において、速度情報検出手段７１によって求められたスピンドル２の移動速度Ｄnが０か否かを判定する（ＳＴ１）。ＳＴ１において、スピンドル２の移動速度Ｄnが０でない場合には、処理を終了する。スピンドル２の移動速度Ｄnが０の場合には、ＳＴ２において、加速度Ａnが０でないか否かを判定する。ＳＴ２において、加速度Ａnが０の場合には、処理を終了する。加速度Ａnが０でない場合には、スピンドル２が停止したと判定する。

続いて、スピンドル２が停止したと判定したとき、ＳＴ３において、スピンドル２の停止時直前の移動速度Ｄn-2が予め設定された閾値Ｄth以下であるか否か、つまり、スピンドル２の停止時直前の移動速度Ｄn-2が閾値Ｄthを超えたか否かを判定する。スピンドル２の停止時直前の移動速度Ｄn-2が閾値Ｄth以下の場合にはＳＴ４へ進む。スピンドル２の停止時直前の移動速度Ｄn-2が閾値Ｄthを超えた場合には、ＳＴ５へ進み警告通知処理を行う。
また、ＳＴ４において、スピンドル２の停止時の加速度Ａn-1が予め設定された閾値Ａth以下であるか否か、つまり、スピンドル２の停止時の加速度Ａn-1が予め設定された閾値Ａthを超えたか否かを判定する。スピンドル２の停止時の加速度Ａn-1が閾値Ａth以下の場合には処理を終了する。スピンドル２の停止時の加速度Ａn-1が閾値Ａthを超えた場合には、ＳＴ５へ進み警告通知処理を行う。
なお、各閾値Ｄth、Ａthについては、スピンドル２のねじ軸２２のねじピッチや表示分解能などに応じて適宜変更される。

ＳＴ５では、通知手段７３によって、表示部６０に「Ｅｒｒｏｒ」などのエラーメッセージが表示される。
従って、測定者は、表示部６０に表示されたエラーメッセージによって、測定時のスピンドル２の移動速度が予め設定された閾値よりも高速で被測定物に当接されたことを確認することができるから、改めて、測定をやり直すことができる。これにより、スピンドル２が被測定物に当接するときのスピンドル２の移動速度による測定結果のばらつきを低減することができる。

本実施形態では、速度情報検出手段７１において、エンコーダ４０で検出されたスピンドル２の変位量を一定時間毎にサンプリングすることにより、スピンドル２の移動速度および加速度を算出することができる。つまり、測定器に通常備えられているスピンドル２の変位量を検出するエンコーダ４０を利用して、スピンドル２の移動速度および加速度を算出することができる。従って、新たな速度検出手段を付加しなくても構成することができるから、経済的に構成できる。

また、判定手段７２において、速度情報検出手段７１で検出された移動速度が０で、かつ、加速度が０でないことを条件として、スピンドル２が停止したと判定するようにしたので、スピンドル２が停止したことを正確に判定できる。
また、通知手段７３は、スピンドル２の停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えたとき、または、加速度が予め設定された閾値を超えたときに、警告通知をするようにしたので、スピンドル２の移動速度や加速度が予め設定された閾値を超えて被測定物に当接したことを測定者に正確に通知することができる。

＜実施形態の変形例＞
なお、本発明は、本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範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
上記実施形態において、速度情報検出手段７１は、エンコーダ４０で検出された位置検出値からスピンドル２の移動速度および加速度を算出するようにしたが、エンコーダ４０を利用しなくてもよい。例えば、スピンドル２の移動速度を検出する速度検出手段を別途設けるようにしてもよい。

上記実施形態において、判定手段７２は、スピンドル２の移動速度と加速度とから、スピンドル２が停止したか否かを判定するようにしたが、スピンドル２の移動速度のみから、スピンドル２の停止を判定するようにしてもよい。
また、判定手段７２は、スピンドル２が停止したと判定したのち、スピンドル２の停止直前の移動速度およびスピンドル２の停止時の加速度が予め設定した閾値以下であるか否かを判定するようにしたが、スピンドル２の停止直前の移動速度のみを閾値と比較するようにしてもよい。

上記実施形態において、通知手段７３は、スピンドル２の停止直前の移動速度またはスピンドル２の停止時の加速度が予め設定した閾値を超えた判定されたときに、表示部６０にエラーメッセージを表示するようにしたが、これに限られない。
例えば、ブザーや表示ランプを設け、スピンドル２の停止直前の移動速度および停止時の加速度が予め設定した閾値を超えたと判定されたときに、ブザーを作動させるようにしてもよく、また、表示ランプを点灯、点滅させるようにしてもよい。
あるいは、スピンドル２の停止直前の移動速度またはスピンドル２の停止時の加速度が予め設定した閾値を超えたか否かの判定結果を、そのまま通知するようにしてもよい。つまり、スピンドル２の停止直前の移動速度またはスピンドル２の停止時の加速度が予め設定した閾値以下であれば、その旨の通知を出すようにしてもよい。

上記実施形態において、デジタル式変位測定器としてデジタル式マイクロメータ１を例示したが、これに限定されない。例えば、デジタル式マイクロメータヘッド等であってもよく、本体１０に摺動自在に設けられたスピンドル２と、このスピンドル２の変位量を検出するエンコーダ４０とを備える構造であればよい。
また、スピンドル２に一定以上の負荷がかかったときに空転する定圧機構３０については、特に備えてなくてもよい。
また、エンコーダ４０は、上記実施形態で例示した電磁誘導式エンコーダに限定されない。エンコーダ４０は、ステータ４２とロータ４１の相対的な回転量を検出するデジタル式エンコーダであればよく、例えば、光学式や静電容量式等でもよい。

本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法等を測定するデジタル式変位測定器として利用できる。

１…デジタル式マイクロメータ、
２…スピンドル、
１０…本体、
４０…エンコーダ、
６０…表示部、
７０…演算制御部、
７１…速度情報検出手段、
７２…判定手段、
７３…通知手段。

Claims (4)

1. 本体と、この本体に螺合され軸方向へ移動されるスピンドルと、このスピンドルの移動変位量を検出するエンコーダと、このエンコーダによって検出された前記スピンドルの変位量を表示する表示部とを備えたデジタル式変位測定器において、
   前記スピンドルの移動速度を検出する速度情報検出手段と、
   この速度情報検出手段によって検出された移動速度から、前記スピンドルが停止したか否かを判定するとともに、前記スピンドルが停止したと判定されたことを条件として前記スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、
   この判定手段の判定結果を通知する通知手段と、を備えることを特徴とするデジタル式変位測定器。
2. 請求項１に記載のデジタル式変位測定器において、
   前記速度情報検出手段は、前記エンコーダで検出された前記スピンドルの変位量から前記スピンドルの移動速度を求める、ことを特徴とするデジタル式変位測定器。
3. 請求項２に記載のデジタル式変位測定器において、
   前記速度情報検出手段は、前記スピンドルの移動速度から前記スピンドルの停止時の加速度を求め、
   前記判定手段は、前記速度情報検出手段で検出された移動速度が０で、かつ、前記加速度が０でないとき、前記スピンドルが停止したと判定する、ことを特徴とするデジタル式変位測定器。
4. 請求項３に記載のデジタル式変位測定器において、
   前記通知手段は、前記スピンドルの停止時直前の移動速度が予め設定された閾値を超えたとき、または、前記スピンドルの停止時の加速度が予め設定された閾値を超えたときに、警告通知する、ことを特徴とするデジタル式変位測定器。

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