JP6718622B2 - 隙間センサおよび隙間測定方法 - Google Patents
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Description
プローブ2の電極部3における導電面の構成の概念図を図1(b)および図3に示す。フレキシブルプリント基板(FPC)5は表面(第1面)P1を規定するガードパターンG1(第1導電層C1)と裏面(第2面)P2を規定するガードパターンG2(第3導電層C3)と2つのガードパターンに挟まれた信号パターンEs(第2導電層C2)を有する。信号パターンEsは各電極Eiに電気的に独立に接続された各電極信号パターンEsiの集合体である。また、導電層間には図示しない絶縁層が配置される。図1(b)においては便宜上電極Eiを円形としているが、楕円、長円等任意の形状でよい。
図4に制御部10のコントロール回路の概念図を示す。本発明におけるガード電位および電極の制御は独自の等電位駆動法を採用する。探査信号発生器SGは基準探査信号Spとして正弦波を発生し、その振幅はマイクロコントローラMCにより制御される。探査信号SpはドライバAMPを介してガード信号VpとしてガードパターンG1,Ge,G2に印加される。
<適応探査信号のフィードバック制御と電荷クランプ法>
電極Eiは平面電極であり対向する被測定面との間に仮想コンデンサ(容量C)を形成するため、後述するように静電容量を測定することで極板間の距離dを求めることができる。
以下に本発明の隙間センサを用いた隙間測定方法について説明する。
図7および図8はプローブ2の別の実施形態を示すものである。電極部の構造は図2の実施形態のプローブ2と同じであるが、電極対4a〜4eはプローブ2の主軸Xcに沿って2列の千鳥配置とされ、16極の円形の電極を備える。プローブ2はY軸方向のまわりに回動可能な回動軸を有するプローブ支持部(コネクタを含む)20を介して本体21に固定される。上側のワーク等の部材が板部材である場合には、本体21を板部材の上面に設置してプローブ2を底面21Bに折りたたむような状態で隙間Gに挿入する。プローブ支持部20は板部材の厚さに応じて上下動自在である。また、図6(b)に示すように、本体21の底部には磁石25が内蔵されているため、プローブ2のフィラー膜の磁性を利用してプローブ2を表面S1に吸着させることができる。
2 プローブ
3 電極部, Xc 電極部主軸
4 電極対アレイ
5 多層基板(フレキシブル基板)
C1〜C3 導体パターン層(配線層)
G1,G2,Ge ガードパターン
E1,E2 電極
Gb1,Gb2,Eb1,Eb2 ビアホール
S1,S2 板部材(ワーク)表面
G 隙間
10 制御部
SG 信号発生器、 AMP ガード駆動アンプ
VCA1,VCA2,VCAn 電圧クランプアンプ
INA 差動増幅器(計装アンプ)
SW1,SW2 選択スイッチ
MC マイクロコントローラ
20 プローブ支持部(コネクタ)
21 本体・測定台車部(アンプ、通信)
21B 台車底面(磁気吸引部)
23 位置検出センサ(ロータリエンコーダ)
24 基準位置検出センサ
25 磁気吸引部(磁石)
28 スケール
30 コントローラ(タブレットPC)
31 通信手段(有線、無線)
Claims (10)
- 相互に対向する導電性を有する第1の部材の表面と導電性を有する第2の部材の表面の隙間を静電容量測定法により検出する隙間センサであって、
主軸方向に沿って延在するプローブおよび本体を具備し、
前記プローブは基端部が前記本体に接続され先端側に複数の電極が設けられ、
前記プローブは第1導電層、第2導電層、第3導電層が積層された多層基板構造を有し、
前記第1導電層は前記プローブの第1の面を規定し、第1電極群が配列して形成され、第1電極群と電気的に非接続な第1ガード層が形成され、
前記第3導電層は前記プローブの第2の面を規定し、前記第1電極群に相応する位置に第2電極群が配列して形成され、第2電極群と電気的に非接続な第2ガード層が形成され、
前記第2導電層は前記第1導電層と第3導電層の間に配置され、前記第1電極群および第2電極群に相応する位置にガード電極が形成され、ガード電極と電気的に非接続な信号パターンが形成され、信号パターンは前記第1電極群および第2電極群の各電極と電気的に接続され、
前記本体の制御部は、
前記第1ガード層、ガード電極、および第2ガード層に探査信号を印加し、
前記第1電極群および第2電極群の各電極を前記信号パターンを介して前記探査信号で電圧クランプし、
電圧クランプによるクランプ電流を検出することにより各電極位置における隙間を測定することを特徴とする隙間センサ。 - 前記制御部は、
探査信号発生器と、
前記第1ガード層、ガード電極、および第2ガード層に探査信号の電圧を印加する駆動回路と、
前記第1電極群および第2電極群の各電極を独立に駆動して前記探査信号の電圧にクランプする電圧クランプ回路と、
前記各電極のクランプ電流を検出する電流検出回路とを備え、
前記検出された電流から電気容量を算出して隙間を測定することを特徴とする請求項1記載の隙間センサ。 - 電圧クランプ回路は、前記探査信号と各電極の電圧の誤差をフィードバックしてクランプ制御し、
前記電圧クランプ回路の駆動出力と各電極との間に接続されたクランプ電流検出抵抗を介して供給される電流がクランプ電流として検出されることを特徴とする請求項1記載の隙間センサ。 - 前記電圧クランプ回路は、
前記探査信号に基づいて電圧クランプ制御するクランプアンプの駆動出力と負帰還入力との間にクランプ電流検出抵抗が接続されクランプ電流検出抵抗の負帰還入力側の一端が各電極に接続され、
前記各電極に接続されずに前記探査信号に基づいて電圧クランプ制御する参照クランプアンプの駆動出力と負帰還入力との間に参照電流検出抵抗が接続され、
前記電流検出回路は、前記クランプアンプの駆動出力と参照クランプアンプの駆動出力との差を演算する差動増幅器を備えることと
を特徴とする請求項2記載の隙間センサ。 - 前記検出されたクランプ電流の大きさを一定とするように前記探査信号の大きさをフィードバック制御し、前記探査信号の大きさから静電容量を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の隙間センサ。
- 前記第1電極群および第2電極群の各電極に関連する前記クランプアンプおよび参照クランプアンプは1つのパッケージに収納されることを特徴とする請求項4記載の隙間センサ。
- 相互に対向する導電性を有する第1の部材の表面と導電性を有する第2の部材の表面の隙間を静電容量測定法により検出する隙間測定方法であって、プローブ両面の対応する位置に複数の電極対とガード層が形成され、
探査信号を発生することと、
前記ガード層に前記探査信号を印加することと、
前記複数の電極対の各電極をそれぞれ独立に前記探査信号に電圧クランプすることと、
前記各電極のクランプ電流を測定することにより各電極位置における静電容量を検出することと、
前記静電容量に基づいて前記各電極位置における隙間を測定することと
を特徴とする隙間測定方法。 - 前記探査信号は正弦波であり、前記クランプ電流の大きさに相応して正弦波の振幅を可変することを特徴とする請求項7記載の隙間測定方法。
- 前記クランプ電流の大きさを一定とするように前記探査信号の振幅をフィードバック制御し、フィードバック制御されているときの前記探査信号の振幅から静電容量を求めることを特徴とする請求項7記載の隙間測定方法。
- 隣接する電極対における隙間距離と電極間距離に基づいて電極間における任意の位置の隙間を補完することを特徴とする請求項8または9記載の隙間測定方法。
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