JPH0467882B2 - - Google Patents

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JPH0467882B2
JPH0467882B2 JP61078948A JP7894886A JPH0467882B2 JP H0467882 B2 JPH0467882 B2 JP H0467882B2 JP 61078948 A JP61078948 A JP 61078948A JP 7894886 A JP7894886 A JP 7894886A JP H0467882 B2 JPH0467882 B2 JP H0467882B2
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Andaamo Ingubaaru
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Mitutoyo Corp
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は容量型位置測定トランスデユーサ、特
に、互いに相対的に移動する一対の移動部材間の
変位量を静電容量の変化から正確に測定すること
のできる改良された容量型位置測定トランスデユ
ーサに関するものである。
［従来の技術］ 電気的な測長器として２枚のスケールを相対移
動させ、両スケールに配列された電極間の静電容
量の変化を用いて前記両スケールの相対移動位置
を測定する電気的測長器が周知であり、三次元測
定器あるいはNC加工機等の大型測長器から携帯
可能なノギス、マイクロメータその他の小型測長
器まで広範囲に利用可能である。
このような測長器に用いられる静電容量型トラ
ンスデユーサはその送信電極に交流信号、好まし
くは複数の位相の異なる交流信号、を供給して対
応する受信電極には電気的な測定回路が接続さ
れ、両電極間の相対移動により静電容量変化を用
いて所定の位置測定が行われている。
従来における容量型位置検出トランスデユーサ
は、周知のごとく、各スケールに設ける電極の分
割数がその精度を定め、従来においては、高分解
能の測長器を得るためには送信電極あるいは受信
電極の少なくともいずれか一方を細密化し、これ
によつて、高精度の測定を可能としていた。
第７図にはこのような高分解能の容量型位置検
出トランスデユーサの従来における一例が示され
ており、装置は近接して互いに相対移動可能に配
置された第１スケールと第２スケールとを有し、
例えばノギス等の測長器にトランスデユーサを組
込む場合、ノギスの本尺に第２スケールを、副尺
に第１スケールを配置する。
そして、両スケールには互いに容量結合する送
信電極と受信電極との一方を設け、両者間の相対
移動時にその静電容量の変化によつて両スケール
の相対位置を電気的に検出する。
第７図において、副尺側の第１スケールには第
１送信電極１２が等間隔に複数配列されており、
この第１送信電極には発振器３０から交流信号が
供給されており、実施例においては、この交流信
号は位相変換器３４によつて８相の位相の異なる
信号として各送信電極１２に供給されている。
従つて、第７図においては、各交流信号は互い
に45度の位相差を有し、８個の第１送信真電極１
２をブロツクとして各位相の異なる交流信号が供
給される。
図において、前記ブロツクに組合わされた第１
送信電極１２群はその群のピツチが送信波長ピツ
チWt１にて示されている。
一方、本尺側の第２スケールには第２受信電極
２２が等間隔に整列配置されており、図におい
て、各第２受信電極２２は前記ブロツク毎に形成
された第１送信電極１２群と対応して配置され、
この結果、第２受信電極２２のピツチPr２は前
記送信側の送信波長ピツチWt１と等しいことが
理解される。
従つて、この従来装置によれば、受信側の第１
受信電極ピツチPr２を８分割した精度で位置検
出を行うことが可能となり、高分解能のトランス
デユーサを提供可能である。
もちろん、このような高分解能の装置において
は、トランスデユーサは第２受信電極ピツチPr
２の範囲内でのみ絶対測定が可能であり、このピ
ツチPr２を超えたときには絶対位置の判別が不
能となるために、基本的に相対測定に適する装置
といえる。
前記第２受信電極２２には第２送信電極２４が
各電極毎に結合電極２６にて電気的に導通されて
おり、前記第２送信電極２４は第１スケールに前
記第１送信電極１２と並列して配置された第１受
信電極１４と容量結合しており、この結果、位相
変換器３４から第１送信電極１２に供給された信
号は第２受信電極２２との間で容量結合し、次に
第２送信電極２４に電気的に導通された後に、再
び容量結合によつて第１スケールの第１受信電極
１４にて電気的信号として検出される。
前記第１受信電極１４の出力は測定回路３２に
おいて電気的な処理が施される。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前述した第７図の細密分割トラ
ンスデユーサによれば、電極が著しく細密化され
るために、これを正確にスケール上に配置するた
めには極めて高精度の加工技術が必要とされると
いう問題があつた。
通常の場合、前記電極は絶縁基板上に蒸着等に
よつて形成されるが、高分解能の測長器を得るた
めに前記細密分割された電極に頼る場合、その加
工は著しく困難となり、また必然的に装置の価格
上昇を招くという問題があつた。
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、電極自体の機械的細密分割を
必要とすることなく、高分解能のトランスデユー
サを提供を目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、互いに
相対移動可能に配置された第１スケールと第２ス
ケールとを有し、前記第１スケールには、位相の
異なる複数の交流信号が供給される複数の電極群
からなる第１送信電極と、前記第１送信電極に対
して絶縁された状態で配置された測定回路が接続
された第１受信電極と、が設けられ、前記第２ス
ケールには、相対移動方向に沿つて前記第１送信
電極と容量結合可能な位置に対向配置され、第１
送信電極群の送信波長ピツチを所定の２以上の整
数で分割した等間隔ピツチの、電極群からなる第
２受信電極と、相対移動方向に沿つて第１受信電
極と対向可能な位置に配置された電極群からなり
第１受信電極と容量結合する第２送信電極と、が
設けられ、第２受信電極と第２送信電極とは互い
に結合電極にて電気的に接続され、第２受信電極
ピツチにおける第１送信電極群内の送信電極数分
の１のスケール精度を可能としたことを特徴とす
る。
すなわち、本発明によれば、従来のような単一
の受信電極ピツチに対してこれを整数分の１に分
割する細密分割とは異なり、送信電極及び受信電
極のそれぞれ複数個の群を異なる数ずつの群とし
て対向配置させ、両電極数の差をビート信号とし
て取出し、これによつて、電極自体は加工の容易
な大きなピツチを有して配置されるが、その分解
能自体は前記ビートによつて極めて細かく設定で
きることを特徴とする。
第２図には前述した本発明の原理が示されてい
る。
第２図において、第７図の従来における装置と
同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本発明において特徴的なことは、従来は第１送
信電極が第２受信電極２２に対してそれぞれ複数
に分割されていたのに対し、今回は、従来におけ
る送信波長ピツチWt1から１つずつ送信電極を抽
出してその電極を大きく拡大して配置したことを
特徴とする。
すなわち、第２図から明らかなごとく、従来に
おける第１の送信波長ピツチWt1すなわち８個の
送信電極からは第１の電極のみを取出してこれを
符号１２−１で示されるごとく拡大して第１の第
１送信電極とし、他の電極を除去した。
同様に、第１の送信電極ブロツクからは２番目
の電極１２−２を取出し他を除去し、以下順次１
２−３，１２−４…１２−８で示される第１送信
電極を取出した。
従つて、本発明によれば、送信波長ピツチWt
１は従来に対して８倍に拡大されたことが理解さ
れる。
従つて、第２図の原理図から明らかなごとく、
受信側においては受信電極は前記送信電極群の長
さすなわち送信波長ピツチWt1を所定の整数、こ
の場合には「９」で分割した等間隔ピツチの複数
の電極から形成されることが理解される。
従つて、第２図において、第２受信電極ピツチ
Pr2は1/9×Wt１となることが理解される。
そして、この原理図から明らかなごとく、第２
図のそれぞれ取出した第１送信電極１２は９個の
整列配置された第２受信電極２２に対して第７図
のそれぞれの受信電極に対して細密配置された第
１送信電極と同様の関係にあることが理解され
る。すなわち、第２図においても両スケールが相
対移動すれば、送信電極及び受信電極間の相対移
動は第７図と全く同様に考えることができ、た
だ、第２図においては、受信電極の９枚分にわた
つた長さで判断しなければならないという相違を
有するのみである。
しかしながら、このような相違は単に測長器の
例えばノギスにおいて副尺の横幅が従来より広が
ることのみを意味し、実際上、副尺の横幅は各送
信電極の幅に対して十分に大きいために、実際上
装置の実用化に対して前記特徴は何ら阻害要因と
なることはない。
［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。
第１図において、前述した第７図と同一部材に
は同一符号を付して説明を省略する。
図において、第１スケールは符号１０、そして
第２スケールは符号２０にて示され、両者は互い
に例えばノギスの副尺と本尺に組込まれて近接し
て相対移動をする。
従つて、第１スケール１０に設けられた第１送
信電極１２と第２スケール２０に設けられた第２
受信電極２２との間には容量結合が行われること
が理解される。
従つて、前記第１送信電極１２に位相の異なる
複数の交流信号を発振器３０及び位相変換器３４
から供給すれば、この交流信号は電極１２，２２
間の容量値データを保有したまま第２スケール２
０側に伝達されることが理解される。そして、こ
の信号は更に結合電極２６によつて第２スケール
２０の第２送信電極２４に電気的に導通され、再
び第２送信電極２４と第１スケール１０側に設け
られた第１受信電極１４との容量結合によつて第
１スケール１０側に戻され、測定回路３２によつ
て所望の演算処理が施される。
従つて、本実施例によれば、容量測定用のトラ
ンスデユーサを貫通する回路は単一の回路にて形
成され、装置の機械的誤差あるいは電気的な遅れ
時間等の差による誤差が生じる恐れがなく、例え
ば従来において２系列の送受信回路を組合わせる
場合に比較してその安定度が著しく増加すること
が理解される。
本発明において特徴的なことは、前述したごと
く、第１送信電極１２と第２受信電極２２との電
極配置であり、本実施例において送信電極１２は
８個の交流信号、すなわち45度位相の異なる信号
をそれぞれ受入れるために８個の電極にて１つの
群を形成している。
従つてこの一群の長さが送信波長ピツチWt１
を形成し、また各送信電極間のピツチは図におい
てPt１にて示されている。実施例において、受
信電極は前記送信電極群の長さすなわち送信波長
ピツチWt１を所定の整数で分割した等間隔ピツ
チの複数の電極２２からなり、実施例においてこ
の分割数は「３」に設定されている。
本実施例において、前記送信波長ピツチWt１
を分割する整数を送信波長ピツチWt１内の送信
電極１２の数より小さくしたことは、本発明の本
質的な事項ではないが、実際上、スケールの全長
にわたつて伸びる第２スケール２０の電極ピツチ
Pr２をできるだけ大きくし、第２スケールの電
極加工を容易にするためには有用である。
以上の結果、第２受信電極２２は送信波長ピツ
チWt１内で「１、２、３」の順に配列され、受
信電極ピツチPr２は 1/3Wt1 となる。
一方、このような第２受信電極２２の配置に対
して、前述した第１送信電極１２はそのピツチ
Pt1が ３／8Pr2 となり、その交流信号の供給順は測定回路３２に
おける処理を容易にするために図示のごとく定め
られる。
すなわち、受信電極ピツチPr2を送信電極数、
実施例においては「８」分割したときに、各送信
電極１２には前記受信電極ピツチの分割位置に対
応する交流信号が供給され、実施例においては、
左から順次「１、４、７、２、５、８、３、６」
なる順番で交流信号の供給が行われる。このよう
な供給順は本発明において必ずしも必須ではない
が、原理図で示した第２図と異なり、送信電極数
よりも受信電極数が少ない場合、その配置は両電
極の位相差順に図示のごとく配列することが後の
検出信号の処理を容易にするために有用である。
第１図において、第１送信電極のピツチPt1は 3/8Pr2 で示される。
以上のようにして、第１図の実施例から明らか
なごとく、本発明によれば、受信電極２２を送信
電極波長ピツチWt１の整数分の１に分割した等
間隔ピツチで配置したので、受信電極ピツチPr
２の送信電極２２群内の送信電極数すなわち1/8
のスケール精度で位置検出を行うことが可能とな
る。
第３図には本発明の更に他の送受信電極の組合
わせが示されている。
第３図の実施例において、送信電極１２は第１
図と同様に８相の異なる交流信号を受入れ、その
送信波長ピツチはWt1で示され、また電極ピツチ
Pt１にて示されている。そして、受信電極２２
は、この実施例においては、前記送信波長ピツチ
Wt１を「５」にて分割した構成を有し、この結
果、受信電極ピツチPr2は 1/5Wt1 となる。
この実施例においても、送信電極１２の信号供
給順序は受信電極Pr２を送信信号数である８で
分割した位置にて定まり、図において、左から
「１、６、３、８、５、２、７、４」なる順次に
設定される。
第３図の実施例において、送信電極ピツチPt
１は 5/8Pr2 に設定されている。
第４図は本発明の更に他の実施例を示し、この
実施例においては送信電極１２が非等間隔で配置
されていることを特徴とする。
すなわち、第４図の実施例において、６個の送
信電極が一群となつて送信波長ピツチを定めてい
るが、この一群内での電極ピツチPt１は一定で
なく、３個ずつの更に細かいサブブロツクに別れ
ている。
しかしながら、このような装置においても、受
信電極２２側を等間隔で整列配置すれば、本発明
の権利を損うことなく良好な位置検出作用を行う
ことができる。
もちろん、このような非等間隔配置において
も、交流信号の供給順は前述したと同様に、受信
電極ピツチPr2を送信電極数で分割した位置にて
決定され、実施例によれば、「１、３、５、４、
６、２」なる順序が設定される。
本実施例によれば、図示のごとく、受信電極ピ
ツチPr２は 1/3Wt1 に選ばれている。
第５図には前述した本発明にかかるトランスデ
ユーサに接続される測長回路の一例が示され、ま
たその各部波形及びタイミングチヤートが第６図
に示されている。
前述した本発明に係るトランスデユーサは符号
１００にて示されており、その第１送信電極には
複数の位相の異なる交流信号が供給されており、
この交流信号は発振器３０から得られ、この発振
出力f0は本発明においてさほど高周波である必要
はなく、例えば100〜200KHz程度の比較的低い周
波数とすることができる。
前記発振器３０の出力f0はトランスデユーサ１
００に対しては更に分周器６０にて分周された信
号として供給されるが、変復調器に対する同期信
号としても用いられており、装置の分解能を定め
るための一つの要因を形成するが、前述したごと
く、本発明においてはこの基本周波数及び次に分
周されて第１送信電極に供給される交流信号の周
波数が低いことから、回路構成を簡略化して安価
な装置によつて十分な分解能が得られるという効
果を有する。
前記分周器６０の出力は更に位相交換器３４に
て所望の８個のそれぞれ45度の位相差を有する交
流信号２００−１〜２００−８に変換される。従
つて、このような位相の異なる８個の交流信号は
例えば前述した第１図の第１送信電極に供給され
ることが好適である。
前述した８個の交流信号は変調器６２におい
て、前記発振器３０の出力f0で変調され、この信
号２００−１〜２００−８がトランスデユーサ１
００の各第１送信電極１２へ供給される。
トランスデユーサ１００は前述したごとく、前
記供給された交流信号２０２を第１、第２スケー
ルの相対移動位置に対応した信号レベル変換を行
つた後に第１受信電極から電気的な信号として出
力し、この出力は差動アンプ６４から信号２０４
として出力され、第６図のごとくその包絡線が正
弦波曲線を描く信号となることが理解される。
この差動アンプ６４の出力２０４は更に復調器
６６によつて復調され、その出力２０６は両スケ
ールが基準位置にいるときの基準信号３００と比
してφなる位相差を有することが理解され、この
位相差φを求めることによつて、両スケールの相
対位置によつて定まる絶対値を求めることができ
る。
なお、前記復調器６６の出力２０６は図示のご
とく高周波成分を含んでおり、実施例において
は、この高周波成分をフイルタ６８にて除去し高
周波成分が除去された信号２０８を得ている。
前記信号２０８は更に零クロス回路７０によつ
て波形の零クロス位置が検出されている。
実施例において、前記位相差φをデジタル演算
するために、装置は、カウンタ７２を含み、その
リセツト／スタート信号は、実施例において、変
調器６２、復調器６６のトリガ信号と制御ユニツ
ト８０により同期制御されており、装置の測定開
始を基準信号のトリガとして用い、この時点から
カウンタ７２の計数動作が開始される。カウンタ
７２の計数タイミングは、発振器３０の出力周波
数f0にて制御されている。
そして、カウンタ７０の計数ストツプは前記零
クロス回路７０からの信号によつて制御されてお
り、第６図の位相φ位置にて、前記零クロス回路
７０はフイルタ６８の出力２０８からストツプ信
号をカウンタ７２へ出力し、前記カウンタ７２の
計数動作がこの時点で終了する。
従つて、前記カウンタ７２の計数値はトランス
デユーサによつて基準信号３００がシフトされた
位相差を示すこととなり、前述したごとく、本発
明によれば、この位相差φは測定時における両ス
ケール１０，２０の偏差Ｄ（ｘ）と対応し、前記
カウンタ７２の出力は演算ユニツト７４によつて
絶対値への変換演算が行われる。
そして、制御ユニツト８０にて制御された演算
ユニツト７４の出力は、表示ドライバ７６を介し
て表示器７８に所望の表示信号を供給して、前記
測定値を通常の場合デジタル表示する。
本実施例において、前記表示器７８は、例えば
ノギスの副尺表面に埋め込み固定した液晶表示器
等からなり、これによつて、測長値を使用者が容
易に読取ることができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、送信又
は受信電極の細密化を行うことなく高分解能の位
置測定を可能とし、特に安価で携帯可能な電池駆
動される測長器に対して極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る容量型位置測定トランス
デユーサの好適な第１実施例を示す概略斜視図、
第２図は本発明の原理を示す説明図、第３図は本
発明の他の実施例を示す電極配置図、第４図は本
発明の更に他の実施例を示す電極配置図、第５図
は本発明に係るトランスデユーサから得られた検
出信号を処理するための測定回路の一例を示す回
路図、第６図は第５図の波形及びタイミングチヤ
ートを示す説明図、第７図は従来における細密電
極を用いたトランスデユーサの説明図である。 １０……第１スケール、１２……第１送信電
極、１４……第１受信電極、２０……第２スケー
ル、２２……第２受信電極、２４……第２送信電
極、２６……結合電極、３０……発振器、３２…
…測定回路、３４……位相変換器、Wt１……送
信波長ピツチ、Pt１……送信電極ピツチ、Pt２
……受信電極ピツチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 近接して互いに相対移動可能に配置された第
    １スケールと第２スケールとを有し、 前記第１スケールには、位相の異なる複数の交
    流信号が供給される複数の電極群からなる第１送
    信電極と、 前記第１送信電極に対して絶縁された状態で配
    置され測定回路が接続された第１受信電極と、が
    設けられ、 前記第２スケールには、相対移動方向に沿つて
    前記第１送信電極と容量結合可能な位置に対向配
    置され、第１送信電極群の送信波長ピツチを所定
    の２以上の整数で分割した等間隔ピツチの、電極
    群からなる第２受信電極と、 相対移動方向に沿つて第１受信電極と対向可能
    な位置に配置された電極群からなり第１受信電極
    と容量結合する第２送信電極と、が設けられ、 第２受信電極と第２送信電極とは互いに結合電
    極にて電気的に接続され、 第２受信電極ピツチにおける第１送信電極群内
    の送信電極数分の１のスケール精度を可能とした
    ことを特徴とする容量型位置測定トランスデユー
    サ。 ２ 特許請求の範囲１記載のトランスデユーサに
    おいて、第２受信電極は前記第１送信電極群の送
    信電極ピツチを第１送信電極群内の送信電極数よ
    り少ない２以上の整数で分割した等間隔ピツチの
    複数の電極からなることを特徴とする容量型位置
    測定トランスデユーサ。 ３ 特許請求の範囲１，２のいずれかに記載のト
    ランスデユーサにおいて、第１送信電極は非等間
    隔ピツチを有することを特徴とする容量型位置測
    定トランスデユーサ。
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