JPH0643682Y2

JPH0643682Y2 - 非接触寸法測定器

Info

Publication number: JPH0643682Y2
Application number: JP12565889U
Authority: JP
Inventors: 良智加藤
Original assignee: 良智加藤
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2004-10-30
Also published as: JPH0365903U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は寸法測定器に係わり、特に、位置計測用対象物
の材質に関係せずに無接触で自動的に該計測対象物の位
置を検知して、所定の位置と該計測対象物との間の寸法
を精度よく計測出来る簡易型の非接触寸法測定器に関す
る。

［従来の技術］産業上においては、寸法の計測、容器内に注入した内容
物の表面高さ位置の計測、駆動機構移動距離の測定、
等、長さや距離を計測する必要性が高く、小寸法の簡易
型計測手段としてはマイクロメータやノギスが用いられ
る場合が多い。

しかし、マイクロメータやノギスは被計測対象物に接触
して計測する必要があるが、被計測対象物の条件によっ
ては計測装置を接触させられない場合があり、その為に
は、超音波、レーザーを含む光、渦電流センサ、磁気セ
ンサ、静電容量センサ等が用いられている。また、本考
案の考案者による発明に、外部環境によって影響され
ず、また、被計測対象物の材質を選ばない、先に考案さ
れた差動形静電容量センサ（実公昭63−36246号公報）
を用いた発明、特開昭62−2490171号公報がある。

［考案が解決しようとする課題］上述した従来の技術によると、渦電流センサや磁気セン
サは被計測対象物が鉄またはその他の金属である必要が
あり、超音波は外部の気流によって影響される等の影響
で精度が低く、また、光、超音波はいずれも、被計測対
象物が高温である場合は輻射熱や赤外線等の影響で高い
精度を求めることが出来ない。

また、前記特開昭62−249017号公報は容器内容物のレベ
ル測定装置であって、被計測対象物の材質を選ばず、ま
た、環境条件に左右されないすぐれた計測器であるが、
必ずしも汎用的な被接触寸法測定器ではない。

従って、本考案は上記従来の問題点に着目して、外部環
境に影響されることのない簡易に用いることの出来る汎
用的な非接触寸法測定器を得ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］本考案は上記問題を解決するために、本考案における非
接触寸法測定器においては、摺動可能に保持されたスラ
イダーと、該スライダーをその保持機構に摺動して駆動
する駆動機構と、該スライダーの停止位置を計測する計
測機能とよりなる寸法測定器において、対象物検知セン
サとして静電容量センサをスライダー先端に装着し、該
スライダーに装着した駆動機構と、該スライダーに装着
したスライダー位置測定器と、前記センサからの信号に
よって前記駆動機構の動きを停止する機能と、前記セン
サからの信号によって前記スライダー位置測定器からの
測定信号を読み込む機能とを含むことを特徴とし、前記
スライダーの駆動機構に電動機を用いたことを特徴と
し、また、前記スライダーの駆動機構にエアシリンダを
用いたことを特徴としている。また、前記スライダー位
置測定器にロータリエンコーダを用いたことを特徴と
し、また、前記スライダー位置測定器にリニアスケール
を用いたことを特徴としている。

［作用］上記考案によると、被計測対象物検知用センサとして静
電容量センサを用いるようにしたので、被計測対象物の
材質を選ばず環境条件にも左右されない。また、該セン
サによる被計測対象物の検知信号によってセンサを装着
したスライダー駆動機構の動きを停止するとともにスラ
イダー位置測定器の読取りを行うようにしたので、セン
サ位置の停止が駆動機構のエナーシャによって遅れるこ
とがあっても常に正しい位置計測値を取り込むことが出
来るというすぐれた効果を得ることが出来る。

前記駆動機構は電動機によって駆動制御するようにした
場合は、また、スライダーの停止精度を高めることがで
き、また、移動速度を制御することが出来る。また、エ
アシリンダで駆動した場合は、精度を必要としない場合
には構造を簡易に、価格を低廉にすることができ、ま
た、停止位置がずれて被計測対象物に衝突したとしても
相手に衝撃を与えることがない。

また、スライダー位置測定器にロータリエンコーダを用
いた場合は本非接触寸法測定器の計測構造を簡易化する
ことができ、また、スライダー位置測定器にリニアスケ
ールを用いた場合はスライダーをスケールとして利用出
来るので計測構造を小さくすることができるというすぐ
れた効果を得ることができる。

［実施例］以下本考案に係る非接触寸法測定器の詳細を添付図面を
参照して詳細に説明する。

第１図は本考案に係る非接触寸法測定器を構成する一実
施例図であって、第２図は第１図に示す非接触寸法測定
器を構成する回路の一実施例図である。

第３図は本考案に係る非接触寸法測定器を構成する別の
実施例図であって、第４図は第３図に示す非接触寸法測
定器を構成する回路の実施例図である。

第５図は本考案に係る非接触寸法測定器を構成する別の
実施例図であって、第６図は第５図に示す非接触寸法測
定器を構成する回路の実施例図である。

また、第７図は本考案に用いている静電容量型センサの
詳細説明回路図であって、第８図は本考案に用いている
静電容量型センサの一実施例の説明図である。

第１図において１は位置測定対象物検知用の静電容量型
センサ（以下センサと記す）であってスライダー２の先
端に装着されている。スライダー２は駆動構造体３に結
合され、該駆動構造体３は片端をガイドレール７を摺動
する摺動体８に、反対端をめねじ４に結合しており、該
めねじ４はボールスクリュウ５に嵌合して該ボールスク
リュウの回転によって左右に移動する。

ボールスクリュウ５は両端を軸受け22および24によって
支えられ、軸受け24では駆動電動機９に結合していて該
駆動電動機の回転によって回転する。

スライダー２には一定間隔で細密な磁極が構成されてお
り、摺動体８には該磁極を検知するリニアスケール読取
り部６が嵌合していてスライダー２と読取り部６との間
でリニアスケールを形成しており、スライダー２の先端
に装着された前記センサ１の移動に従い予め定められた
リニアスケールの設計条件に従ってセンサの移動位置に
対応したデジタル位置信号を記録出力している。

即ち、電動機９を回転することによってボールスクリュ
ウ５が回転し、ボールスクリュウ５の回転にともなって
めねじ４がスライダー２とともに移動する。従って、ス
ライダー２の移動に伴ってスライダー２の先端に装着し
たセンサが移動し、スライダーが移動した寸法に比例し
たリニアスケールの磁気センサからのパルス信号をリニ
アスケール読取り部６内部に設けた計数回路で計数する
ことによって該センサ１の所定の位置、即ち該計数回路
をリセッした位置から現在のセンサ位置までの寸法を計
測している。

また、21a及び21bは該非接触寸法測定器を所定の計測位
置に固定するための取り付け軸である。

図において、ａはセンサ１関係及びリニアスケール６関
係の信号及び電源を伝送するケーブル、ｂは電動機９関
係の信号及び電源を伝送するケーブルである。

第２図は上述の回路動作を行う為の回路構成を示してい
る。図において、10はパルス発振器で、該パルス発振器
から出力するパルスは静電容量型センサ１及び基準回路
12をそれぞれへて、位相弁別及び判定回路14に入力す
る。13は該非接触寸法測定器の計測を起動するスイッチ
回路及び制御装置である。

制御装置13は非接触寸法測定器を含む上位システムがあ
るときは該上位システムの制御装置に含ませても良い
し、またその上位システムの制御装置からの指令で稼動
するようにしても良いし、また、直接スイッチで操作す
るようにしても良い。

制御装置13からの指令信号と位相弁別及び判定回路14か
らの信号によって該非接触寸法測定器の駆動及び計測を
指令するスイッチ信号作成用制御回路15を起動してセン
サ１を先端に設けたスライダー２を移動する電動機９の
起動及び停止を行う。また、制御装置13からの指令信号
と位相弁別及び判定回路14からの信号によって該非接触
寸法測定器の駆動及び計測を指令するスイッチ信号作成
用制御回路15を起動してゲート回路17をオンオフして該
非接触寸法測定器の位置計測部であるリニアスケールの
読み取り部６が内部にもつ計数回路の位置信号を計数記
録部18に読み取っている。

次に上記の構成における本考案に基づく非接触寸法測定
器の動作を第１図及び第２図を参照して説明する。

予め、非接触寸法測定器を計測すべき所定の場合に取り
付け軸21a及び21bによって固定する。

次に制御装置13を操作してスイッチ信号作成用制御回路
15から電動機駆動信号を出力し、電動機９によってスラ
イダー２を駆動してセンサ１を所定の場所に移動し、該
所定の場所において同じく制御装置13を操作してスイッ
チ信号作成用制御回路15からリニアスケールの読取り部
６のリセット信号を出力してリニアスケールの読取り部
６が内部にもつ計数回路をリセットし、該非接触寸法測
定器の計測基準位置とする。

上記説明では、基準位置の設定の為に制御装置13を操作
するように説明したが、別に基準位置検知用のセンサを
設け、該センサの起動によって計数回路をリセットする
ようにしても良い。基準位置検知用センサによって計数
回路をリセットするようにしておくと、スライダーを移
動させて基準位置検知用センサが働く度に計数回路がリ
セットする。即ち、ノズルその他の影響によって計数回
路の計数内容に誤差を生じている場合にも前記基準位置
検知用センサ位置を通過するときに必ず計数回路をリセ
ットする。

上記の準備が出来た後、上位システムの制御装置によっ
て該非接触寸法測定器による計測を必要とするシステム
を駆動し、該システムの駆動にともなって前記制御装置
13を起動して該非接触寸法測定器の計測動作を実行す
る。

即ち、スイッチ信号作成用制御回路15は制御装置13から
の指令に伴って電動機駆動信号を出力し、予め定めた所
定の回転速度で電動機９を駆動させる。電動機９が駆動
するとボールスクリュウ５が回転するので、該ボールス
クリュウ５に嵌合しているめねじ４はボールスクリュウ
５の回転方向と回転速度にしたがった方向と速度で移動
する。めねじ４はまた駆動構造体３に結合され、該駆動
構造体３は反対側の端部を摺動体８に結合し、該摺動体
８はガイドレール７に嵌合していて該駆動構造体３の中
間部にはスライダー２が結合されているので、ボールス
クリュウ５の回転方向と回転速度にしたがった方向と速
度でスライダー２が滑らかに移動する。

スライダー２の先端にはセンサ１が装着されていて、ス
ライダー２の移動にともなって、該センサ１の先端は位
置測定対象物に対して接近または離反する。

また、第２図において、予め定められた所定の周波数の
パルス列がパルス発振器10から出力される、該パルス列
は静電容量型センサ１と基準回路12に入力する。静電容
量型センサ１に入力したパルスは、詳細を後述する回路
の働きによって、該センサの持つ静電容量の大きさにと
もなった遅れを生じ、基準回路12に入力したパルスは詳
細を後述する回路の働きによって、予め設定した大きさ
の遅れを生じる。静電容量型センサ１を通過し、該静電
容量型センサ１によって遅れを生じたパルス列と、基準
回路12を通過し、所定の遅れを生じたパルス列はともに
位相弁別及び判定回路14に入力する。該位相弁別及び判
定回路14においては、上記二つのパルス列のパルスの遅
れ時間を比較して遅れ時間差を、詳細を後述する手段に
よって判定する。

遅れ時間差が予め定められた所定の時間に一致すると判
定回路14は一致信号をスイッチ信号作成用制御回路15に
出力し、スイッチ信号作成用制御回路15は電動機９の駆
動を停止するとともにゲート回路17に読取りゲート信号
を送出する。

ゲート回路17は該ゲート信号が入力した瞬間の位置計測
部であるリニアスケール読取り部６が持つ計数回路の計
数データ、すなわち位置データを入力して計数記録部18
に入力する。

即ち上述の動作によって、センサ１が予め定めた所定の
位置に到達したときに該センサの動きを停止するととも
に到達した瞬間の位置を読み取ることができる。

従って、計数記録部18にはセンサ１が予め定めた所定の
位置に到達した瞬間の位置が記録され、リニアスケール
読取り部６の内部に持つ計数回路にはモータ停止に伴っ
てモータ停止位置を記録して停止する。

次に、別の実施例を第３図、第４図によって説明する。
回路構成は位置計測センサであるリニアスケールがロー
タリエンコーダに変更したことと該変更に伴う関連事項
の変更以外は前述の説明と共通である。

即ち、第３図において、１は前述した例と同じセンサで
あってスライダー38の先端に装着されている。スライダ
ー38は駆動構造体３に結合され、駆動構造体３は片端を
スライダー38に他端をめねじ４に結合している。めねじ
４はボールスクリュウ５に嵌合して該ボールスクリュウ
の回転によって左右に移動する。ボールスクリュウ５は
両端を軸受け32と34によって支えられ、軸受け34では駆
動電動機９に結合していて該駆動電動機の駆動により回
転する。一方スライダー38は、ガイド37と39に保持され
てガイド37と39を摺動する。電動機９のボールスクリュ
ウ５とは反対側の回転軸には回転センサであるロータリ
エンコーダ本体（図面上ではロータリエンコーダと該ロ
ータリエンコーダからのパルスを検出する回路及び該パ
ルスを計数する計数回路を有する読取り部を含めてロー
タリエンコーダ36と記し、ロータリエンコーダ自体はロ
ータリエンコーダ本体と記述する）が結合しており、前
記電動機９の回転、即ちスライダー38と該スライダー38
の先端に装着したセンサ１の移動に従って該ロータリエ
ンコーダ36は動作する。ロータリエンコーダ36は予め定
められた該非接触寸法測定器の機構関係の設計条件と該
ロータリエンコーダの設計条件に従って、即ち、該ロー
タリエンコーダ本体がインクレメンタルの場合はセンサ
の移動寸法に比例したパルス信号を出力し、かつ該ロー
タリエンコーダ36の内部に含めて記している読取り部に
設けた計数回路によって計数している。

従って、電動機９を回転することによってセンサ１を移
動し、移動した寸法に比例するロータリエンコーダ本体
からの出力パルスをロータリエンコーダ36の内部に構成
した計数回路が計数することによって該センサ１の所定
の位置、即ち該計数回路をリセットした位置から現在の
センサ位置までの寸法を計測している。

また、31は該非接触寸法測定器を所定の計測位置に固定
するための取り付け台である。

第３図においてｃは静電容量形センサ１関係の信号及び
電源を伝送するケーブル、ｄはロータリエンコーダ36関
係の信号及び電源を伝送するケーブル、ｅは電動機９関
係の信号及び電源を伝送するケーブルである。

第４図は上述の回路動作を行う為の回路構成を示してい
る。図において、10はパルス発振器で該パルス発振器か
ら出力するパルスはセンサ１及び基準回路12をそれぞれ
へて位相弁別及び判定回路14に入力する。13は該非接触
寸法測定器の計測を起動するスイッチ回路及び制御装置
である。

制御装置13は該非接触寸法測定器を含む上位システムが
あるときは該上位システムの制御装置に含ませても良い
し、またその上位システムの制御装置からの指令で稼動
するようにしても良いし、また、直接スイッチで操作す
るようにしても良い。

制御装置13からの指令信号と位相弁別及び判定回路14か
らの信号によって該非接触寸法測定器の駆動及び計測を
指令するスイッチ信号作成用制御回路15を起動して非接
触寸法測定器のセンサ部を移動する電動機９の起動及び
停止を行う。

また、制御装置13からの指令信号と位相弁別及び判定回
路14からの信号によって該非接触寸法測定器の駆動及び
計測を指令するスイッチ信号作成用制御回路15を起動し
てゲート回路17をオンオフして該非接触寸法測定器の位
置計測部であるロータリエンコーダ36からの位置信号を
計数記録部18に読みとっている。

次に上記の構成における本考案に基づく非接触寸法測定
器実施例の動作を説明する。

第３図及び第４図において、予め該非接触寸法測定器を
計測すべき所定の場所に取り付け台31によって固定す
る。

次に制御装置13を操作してスイッチ信号作成用制御回路
15から電動機駆動信号を出力し、電動機９によってスラ
イダーを駆動してセンサ１を所定の場所に移動し、該所
定の場所において同じく制御装置13を操作してスイッチ
信号作成用制御回路15からロータリエンコーダ読取り部
のリセット信号を出力してロータリエンコーダ36が内部
に有している計数回路をリセットし、該非接触寸法測定
器の計測用基準位置とする。

上記説明では基準位置設定の為に制御装置13を操作する
ように説明したが、別に基準位置検知用のセンサを設
け、該センサの起動によって計数回路をリセットするよ
うにしても良い。基準位置検知用センサによって計数回
路をリセットするようにしておくと、スライダーを移動
させて基準位置検知用センサが働く度に計数回路がリセ
ットされる。即ち、ノイズその他の影響によって計数回
路の計数内容に誤差を生じている場合にも前記基準位置
検知用センサ位置を通過するときに必ず計数回路をリセ
ットする。

即ち、スイッチ信号作成用制御回路15は制御装置13から
の指令に伴って電動機駆動信号を出力し、予め定めた所
定の回転速度で電動機９を駆動させる。電動機９が駆動
するとボールスクリュウ５が回転するので、該ボールス
クリュウ５に嵌合しているめねじ４はボールスクリュウ
５の回転方向と回転速度にしたがった方向と速度で移動
する。めねじ４は、また、駆動構造体34に結合され、該
駆動構造体34は反対側の端部をスライダー38に結合して
おり、スライダー38はガイド37と39に保持されていて、
滑らかに該ガイド37と39を摺動出来るので、ボールスク
リュウ５の回転方向と回転速度にしたがった方向と速度
でスライダー２が滑らかに移動する。

スライダー２の先端にはセンサ１が装着されていて、該
スライダーの移動にともなって、センサの先端は測定対
象物に対して接近または離反する。

また、第４図において、予め定められた所定の周波数の
パルス列がパルス発振器10から出力される、該パルス列
は静電容量型であるセンサ１と基準回路12に入力する。
センサ１に入力したパルスは、詳細を後述する回路の働
きによって、該センサの持つ静電容量の大きさにともな
った遅れを生じ、基準回路12に入力したパルスは詳細を
後述する回路の働きによって、予め設定した大きさの遅
れを生じる。センサ１を通過し該センサ１によって遅れ
を生じたパルス列と、基準回路12を通過し所定の遅れを
生じたパルス列は、ともに位相弁別及び判定回路14に入
力し、該位相弁別及び判定回路14においては、上記二つ
のパルス列のパルスの遅れ時間を比較して遅れ時間差を
詳細を後述する手段によって判定する。

ゲート回路17は該ゲート信号が入力した瞬間の位置計測
部であるロータリエンコーダ36が内部にもつ計数回路の
計数データすなわち、位置データを計数記録部18に入力
する。

即ち上述の動作によって、センサ１が予め定めた所定に
位置に到達したときに該センサの動きを停止するととも
に到達した瞬間の位置を読み取ることができる。

従って、計数記録部18には該センサ１が予め定めた所定
の位置に到達した瞬間の位置が記録され、ロータリエン
コーダ36の内部に持つ計数回路には電動機の停止に伴っ
て電動機停止位置が記録される。

次に、別の実施例を第５図、第６図によって説明する。
第５図の例は第４図の例に対して、駆動電動機をエアシ
リンダに変えたものであり、従って、エア源を必要とす
ることの外に、機構的には、直動式のエアシリンダに回
転式のロータリエンコーダ本体（図面上ではロータリエ
ンコーダと該ロータリエンコーダからのパルスを検出す
る回路と該パルスを計数する計数回路を有する読取り部
を含めてロータリエンコーダ56と記し、ロータリエンコ
ーダ自体はロータリエンコーダ本体と記述する）と結合
するためにピニオンを設けたことと、電気回路的にはエ
アシリンダを駆動するために電動機駆動回路を電磁バル
ブと該電磁バルブの駆動回路に変えたこと、及び、上記
変更にともなって必然的に変更される事項以外は、共通
である。

即ち第５図において、１は前述で説明した実施例と同じ
センサであって、スライダー58の先端に装着されてい
る。スライダー58はガイド57に保持され、連結用構造体
59b、59dによって二本のエアシリンダロッド59aに結合
している。二本のエアシリンダロッド59aは、電磁バル
ブ59c（図面上ではエアシリンダ59の下に装着されてい
る）によって圧縮空気を供給されて駆動する。したがっ
て、スライダー58はガイド57にそって摺動する。また、
スライダー58は、該スライダー58に設けたラックに嵌合
するロータリエンコーダ筐体56内部に配設したピニオン
（図示せず）によって回転するロータリエンコーダ（ロ
ータリエンコーダ筐体56に含まれる）に結合している。
したがって、該ロータリエンコーダ本体は前記エアシリ
ンダの駆動、すなわちスライダー58と該スライダー58の
先端に装着したセンサ１の移動に従って、予め定められ
た該非接触寸法測定器の機構関係の設計条件とロータリ
エンコーダの設計条件に従ってセンサの移動寸法に比例
したパルス信号を出力し、ロータリエンコーダ56が内部
にもつ計数回路で計数している。

即ち、エアシリンダ59を駆動することによってエアシリ
ンダロッド59aとともにセンサ１を移動し、移動した寸
法に比例するロータリエンコーダ本体からの出力パルス
をロータリエンコーダ56内部に構成した計数回路が計数
することによって該センサ１の所定の位置、即ち該計数
回路をリセットした位置から現在のセンサ位置までの寸
法を計測している。

また、51は該非接触寸法測定器を所定の計測位置に固定
するための取り付け台である。

第５図において、ａは静電容量型センサ１関係の信号及
び電源を伝送するケーブル、ｆは電磁バルブ59c関係の
信号及び電源を伝送するケーブル、ｇはロータリエンコ
ーダ56関係の信号及び電源を伝送するケーブル、ｈはエ
アシリンダ59関係のエアホースである。

第６図は上述の回路動作を行う為の回路構成を示してい
る。図において、10はパルス発振器で該パルス発振器か
ら出力するパルスは静電容量型センサ１及び基準回路12
をそれぞれへて位相弁別及び判定回路14に入力する。13
は該非接触寸法測定器の計測を起動するスイッチ回路及
び制御装置である。

制御装置13からの指令信号と位相弁別及び判定回路14か
らの信号によって該非接触寸法測定器の駆動及び計測を
指令するスイッチ信号作成用制御回路15を起動して非接
触寸法測定器のセンサ部を移動するエアシリンダ59の起
動及び停止を行う。また、制御装置13からの指令信号と
位相弁別及び判定回路14からの信号によって該非接触寸
法測定器の駆動及び計測を指令するスイッチ信号作成用
制御回路15を起動してゲート回路17をオンオフして該非
接触寸法測定器の位置計測部であるロータリエンコーダ
56からの位置信号を計数記録部18に読み取っている。

第５図及び第６図において、予め該非接触寸法測定器を
計測すべき所定の場所に取り付け板51によって固定す
る。

次に制御装置13を操作してスイッチ信号作成用制御回路
15から電磁バルブ59cにエアシリンダ駆動信号を出力
し、電磁バルブ59cが働いてエアシリンダロッド59aを駆
動する。

エアシリンダロッド59aはスライダー58を駆動してセン
サ１を所定の場所に移動し、該所定の場所において同じ
く制御装置13を操作してスイッチ信号作成用制御回路15
からロータリエンコーダ読取り部にリセット信号を出力
してロータリエンコーダ56が内部にもつ計数回路をリセ
ットし、該非接触寸法測定器の計測用基準位置とする。

上述の説明では、基準位置設定の為に制御装置13を操作
するように説明したが、別に基準位置検知用のセンサを
設け、該センサの起動によって計数回路をリセットする
ようにしても良い。基準位置検知用センサによって計数
回路をリセットするようにしておくと、スライダーを移
動させて基準位置検知用センサが働く度に計数回路がリ
セットされる。即ち、ノイズその他の影響によって計数
回路の計数内容に誤差を生じている場合にも前記基準位
置検知用センサ位置を通過するときに必ず計数回路をリ
セットする。

即ち、スイッチ信号作成用制御回路15は、制御装置13か
らの指令に従って電磁バルブ59cにエアシリンダ59の駆
動信号を出力するので、電磁バルブ59cが働いてエア回
路を開き、あらかじめ設計製作された所定のエア圧でエ
アシリンダロッド59aを駆動する。エアシリンダロッド5
9aが駆動するとエアシリンダロッド59aに連結用構造体5
9b、58dを介して結合されるスライダー58はガイド57に
保持されていて滑らかに該ガイド57を摺動出来るので、
エア圧で駆動されるエアシリンダロッド59aの移動方向
と移動速度にしたがった方向と速度でスライダー58が滑
らかに移動する。

スライダー58の先端にはセンサ１が装着されていて、該
スライダーの移動にともなって、センサの先端は測定対
象物に対して接近または離反する。

従って、スライダー58の移動、すなわちセンサの移動に
ともなって、ロータリエンコーダが動作し、センサの移
動距離を計測する。

すなわち、第６図において、予め定められた所定の周波
数のパルス列がパルス発振器10から出力される、該パル
ス列は静電容量型センサ１と基準回路12に入力する。静
電容量型センサ１に入力したパルスは、詳細を後述する
回路の働きによって、該センサの持つ静電容量の大きさ
にともなった遅れを生じ、基準回路12に入力したパルス
は詳細を後述する回路の働きによって、予め設定した大
きさの遅れを生じる。静電容量型センサ１を通過し、該
静電容量型センサ１によって遅れを生じたパルス列と、
基準回路12を通過し、所定の遅れを生じたパルス列は、
ともに位相弁別及び判定回路14に入力し、該位相弁別及
び判定回路14においては、上記二つのパルス列のパルス
の遅れ時間を比較して遅れ時間差を詳細を後述する手段
によって判定する。

遅れ時間差が予め定められた所定の時間に一致すると判
定回路14は一致信号をスイッチ信号作成用制御回路15に
出力し、スイッチ信号作成用制御回路15はエアシリンダ
ロッド59aの駆動を停止する為に電磁バルブ59cへの出力
を停止するとともにゲート回路17に読取りゲート信号を
送出する。

ゲート回路17は該ゲート信号が入力した瞬間の位置計測
部であるロータリエンコーダ56が内部にもつ計数回路の
計数データすなわち、位置データを計数記録部18に入力
する。

即ち上述の動作によって、センサが予め定めた所定に位
置に到達したときに該センサの動きを停止するとともに
到達した瞬間の位置を読み取ることができる。

従って、計数記録部18には該センサ１が予め定めた所定
の位置に到達した瞬間の位置が記録され、ロータリエン
コーダ56の内部に持つ計数回路にはエアシリンダ停止に
伴ってエアシリンダロッドの停止位置、即ちセンサの停
止位置が記録される。

上述の説明では位置測定器としてロータリエンコーダに
インクレメンタルタイプを用いるように説明したが、該
ロータリエンコーダはアブソリュートタイプにすること
も、該ロータリエンコーダ読み取り部の回路をアブソリ
ュートタイプのエンコーダに合わせて変更することによ
って可能である。

また、インクレメンタルタイプのロータリエンコーダに
変えてリニアスケールを用いても良い。

また、エアシリンダとして二本のシリンダロッドを用い
るように説明したが、通常のエアシリンダを用いて適切
な位置測定器を装着するようにしても良い。例えば、エ
アシリンダのロッド自体をスライダーとし、該ロッドの
先端に直接センサを装着し、位置測定器としては、摩擦
ローラによってシリンダの直線運動を回転運動に変換し
てパルスエンコーダを装着することも出来るし、両ロッ
ドのエアシリンダを用いてセンサの反対側にリニアスケ
ールまたはパルスエンコーダを装着するようにすること
も出来る。また、エアシリンダのロッド自体に磁気目盛
りを記録することによってリニアスケールとして用いる
こともできる。

また、エアシリンダに変えてロッドタイプのリニアモー
タを用いることもできる。

次に本考案に用いる静電容量型センサの動作を図によっ
て説明する。

第７図は上述してきたの各回路動作を行う為の静電容量
型センサの回路構成を示している。図において、70は方
形波パルス列を作成するパルス発振器であって、該パル
ス発振器から出力するパルスは抵抗器73を経由して静電
容量型センサのセンサ部をなす電極71の端子に接続さ
れ、さらに遅れ時間検知と波形整形のためのシュミット
トリガ回路75に入力している。

また、パルス発振器から出力するパルスは抵抗器74を経
由して基準静電容量をなす電極72の端子に接続され、さ
らに遅れ時間検知と波形整形のためのシュミットトリガ
回路76に入力している。

静電容量型センサのセンサ部をなす電極71は被測定対象
の持つ誘電特性及び／または空気を誘電体として被測定
対象のアース側との間でコンデンサを形成している。

また、基準静電容量をなす電極72は所定のアース側の電
極との間でコンデンサを形成しており、該基準静電容量
は調整可能になっている。

また、基準静電容量をなす電極72は電極71の持つ静電容
量との比較に適した対象物との間の静電容量を用いるこ
ともできる。

また、基準静電容量は固定にして、抵抗器74を可変にし
ても良い。

シュミットトリガ回路75とシュミットトリガ回路76の出
力はいずれも位相比較回路77に入力して、シュミットト
リガ回路75とシュミットトリガ回路76からの両入力信号
の立ち上がり時間を比較している。

上述した比較結果の計測データは出力端子78から出力さ
れる。

次に、上述の構成に於ける動作を説明する。

第７図において、予め定められた所定の周波数の方形波
のパルス列がパルス発振器70から出力され、該パルス列
は抵抗器73と抵抗器74とに分岐される。

抵抗器73に入力した方形波パルスは、該抵抗器73と、電
極71が被測定対象のアース側との間で形成しているコン
デンサが持つ静電容量とによる積分特性の為に立ち上が
りに遅れを生じる。

従って、該パルス電圧によって起動されるシュミットト
リガ回路75の起動タイミングは該遅れ時間に影響され
る。該遅れ時間が、抵抗器73と、電極71が被測定対象の
アース側との間で形成しているコンデンサの持つ静電容
量とのなす回路によって定まる伝達関数（下式に示す）
によって表わされる値と、該シュミットトリガ回路75の
もつ起動特性によって定まるので、抵抗器73の値と電極
71の持つ静電容量、及び、シュミットトリガ回路75のも
つ起動特性によって一義的に決定される。

伝達関数をG_x（ｓ）とすると G_x（ｓ）＝1/（１×C_x×R₁×ｓ）ここに、C_xは電極71を持つ静電容量値であり、R₁は抵抗
器73の持つ抵抗値である。

したがって、抵抗器73の値は一定であるから、電極71が
被測定対象のアース側との間で形成しているコンデンサ
の持つ静電容量が変動すると遅れ時間は該静電容量の変
動によって変化する。

また、上式において、ｓはラプラス演算子である。

抵抗器74に入力した方形波パルスは、該抵抗器74と、基
準静電容量をなす電極72の持つ静電容量とによる積分特
性の為に立ち上がりに遅れを生じ、したがって、該パル
ス電圧によって起動されるシュミットトリガ回路76の起
動タイミングは該遅れ時間に影響される。

すなわち、該遅れ時間は、抵抗器74と基準静電容量をな
す電極72とのなす回路による伝達関数（下式に示す）に
よって表わされる値と、シュミットトリガ回路76のもつ
起動特性によって定まるので抵抗器74の値と電極72、及
びシュミットトリガ回路76のもつ起動性によって一義的
に決定される。

伝達関数をG_k（ｓ）とすると、 G_k（ｓ）＝1/（１＋C_k×R₂×ｓ）ここに、C_kは基準静電容量をなす電極72が持つ静電容量
値であり、R₂は抵抗器74の持つ抵抗値であるが、本実施
例ではR₁＝R₂としている。

また、上式において、ｓはラプラス演算子である。

従って、電極71が被測定対象のアース側との間で形成し
ているコンデンサの持つ静電容量値と抵抗器73の値とに
よって定まるシュミットトリガ回路75の起動タイミング
と、基準静電容量をなす電極72のもつ静電容量値と抵抗
器74の値を適切に定めておくことによって定まるシュミ
ットトリガ回路76の起動タイミングとの比較をすること
によって電極71が被測定対象のアース側との間で形成し
ているコンデンサの持つ静電容量値を知ることができ
る。

上述の基準静電容量をなす電極72は特定の電子部品とし
てのコンデンサでもよく、所定の電極を計測用電極71に
対応し、被測定対象と特定の関係にある対象との間にコ
ンデンサを形成して、その静電容量を用いても良い。

次に、位相比較回路77において上記二つのシュミットト
リガ回路75、76からのタイミングを比較する方法を説明
する。該位相比較回路には、図には示していないが、パ
ルス発振回路とゲート回路、及び、計数回路が含まれて
いる。

即ち、シュミットトリガ回路76からの信号の立ち上がり
によって前記ゲート回路を開いて前記パルス発振回路か
らのパスル信号を該ゲート回路を通過して前記計数回路
に入力し、シュミットトリガ回路75からの信号の立上が
りによって該ゲート回路を閉じる。従って、該計数回路
はゲートを開いている間に入力するパルス数を計数する
ので、予め設定した設計条件によって、該計数されたパ
ルス数から二つのシュミットトリガ回路75、76のそれぞ
れが起動するタイミングの時間差を知ることができる。

上述した時間差から、予め定めた設定条件に従って基準
静電容量と被測定対象体との容量差を知り、さら該容量
差から、予め定めた設定条件に従って寸法の計測も可能
であるが、本考案においては、静電容量の変化のみでは
計測が無理な長い寸法を計測するために、前記位相比較
回路77が内部にもつ計数回路が計数した値を直接寸法計
測に利用せず、予め該位相比較回路77の内部に適切な数
値を記録し、該記録値と前記計数回路の内部に計数した
値とが一致したときにゲート信号を出力回路78からゲー
ト回路17に出力し、よって前記リニアスケール、或いは
パルスエンコーダによる位置測定器の読みとり値を用い
て基準位置と、上述したような働きによってセンサが働
いた位置との間の寸法を計測するようにしている。

次に本考案に用いる電極の一実施例について第８図によ
って説明する。

図において81は計測用電極で、82は補助電極であって、
所定の安定な電位に固定しておく。83は位置測定用対象
物である。また、ｍは計測用電極81と位置測定用対象物
83との間の電気力線を示し、ｎは計測用電極81と補助電
極82との間の電気力線を示している。

即ち、計測用電極81の端部の電位分布は補助電極82に対
向分布して電気力線ｎを形成し、計測用電極81の位置測
定用対象物に対向する部位の電位分布は周辺の状況に影
響されること無く一様に分布して電気力線ｍを形成して
いる。

上述のように本実施例では補助電極を設けた静電容量セ
ンサの説明をしたが、静電容量センサは上述の構造にと
らわれず、測定用対象物と環境条件にあわせて適切に設
計構成すれば良い。

また、スライダーを駆動する電動機は交流電動機でも直
流電動機でも良く、いずれの場合にも、サーボ系を構成
してサーボモータを用いることによって、スライダーの
移動速度及び停止位置の精度を高めることができる。ま
た、デジタル制御によってスライダーの移動及び停止位
置に関して所定の精度を得るにはパルスモータを用いて
も良いし、また、前述したようにリニアモータを用いて
も良い。

また、静電容量形センサの説明に、方形波パルスを用い
てシュミットトリガと、二つのシュミットトリガの立ち
上がり時間を通過するパルス数によって計測するように
説明したが、その他の回路、例えば、方形波パルスの代
わりに安定な周波数の正弦波信号を用いて、該正弦波の
ゼロクロスタイミング等所定のレベルに到達する時間の
ずれを見るようにしても良い。

また、上述の実施例の説明では、リニアスケール読取り
部とパルスエンコーダ読取り部はそれぞれ計測機構本体
とパルス計数機能回路を一体のように説明したが、リニ
アスケールとその計数機能回路、及び、パルスエンコー
ダとその計数機能回路はそれぞれ分離して配設しても良
い。

［考案の効果］以上説明したように本考案によると、センサとして静電
容量センサを用いるようにしたので、被計測対象物の材
質を選ばず、環境条件にも左右されない。また、該セン
サによる被計測対象物の検知信号によってセンサを装着
したスライダー駆動機構の動きを停止するとともにスラ
イダー位置測定器の読取りを行うようにしたので、セン
サ位置の停止が駆動機構のエナーシャによって遅れるこ
とがあっても常に正しい位置計測値を取り込むことが出
来るというすぐれた効果を得ることが出来る。

前記駆動機能を電動機によって駆動制御出来るようにし
たので、スライダーの停止精度を高めることができ、ま
た、移動速度を制御することができる。また、エアシリ
ンダで駆動するようにしたので停止位置がずれて被計測
対象物に衝突しても相手に衝撃を与えることがない。ま
た、スライダー位置測定器にロータリエンコーダを用い
ることによって本非接触寸法測定器の計測構造を簡易化
することができ、また、スライダー位置測定器にリニア
スケールを用いることによってスライダーをスケールと
して利用出来るので計測構造を小さくすることができる
というすぐれた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に基づく非接触寸法測定器を構成する一
実施例図。第２図は本考案に基づく第１図に示す非接触寸法測定器
を構成する回路の一実施例図。第３図は本考案に基づく非接触寸法測定器を構成する別
の実施例図。第４図は本考案に基づく第３図に示す非接触寸法測定器
を構成する回路の一実施例図。第５図は本考案に基づく非接触寸法測定器を構成する別
の実施例図。第６図は本考案に基づく第５図に示す非接触寸法測定器
を構成する回路の一実施例図。第７図は本考案に用いている静電容量型センサの詳細説
明図。第８図は本考案に用いている静電容量型センサ用電極の
一実施例図である。１……静電容量型センサ、２……スライダー、４……めねじ、３……駆動構造体、５……ボールスクリュウ、６……リニアスケール読取り部、７……ガイドレール、８……摺動体、９……電動機、 10……パルス発振器、 12……基準回路、 13……スイッチ回路及び制御装置、 14……位相弁別及び判定回路、 15……スイッチ信号作成用制御回路、 17……ゲート回路、 18……計数記録部、 21a、21b……取り付け軸、 22、24、32……軸受け、 31……取り付け台、 33……駆動構造体、 36……ロータリエンコーダ本体と読取り部、 37、39……ガイド、 38……スライダー、 51……取り付け台、 54……ピニオン部、 56……ロータリエンコーダ本体と読取り部、 57……ガイド、 58……スライダー、 59……エアシリンダ、 70……パルス発振器、 71、72……電極、 73、74……抵抗器、 75、76……シュミットトリガ回路、 77……位相比較回路、 78……計測信号、 81……計測用電極、 82……基準電極、 83……位置測定用対象物。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】摺動可能に保持されたスライダーと、該ス
ライダーをその保持機構に摺動して駆動する駆動機構
と、該スライダーの位置を計測する計測機能とよりなる
寸法測定器において、対象物検知センサとして静電容量
センサをスライダー先端に装着し、該スライダーに装着
した駆動機構と、該スライダーに装着したスライダー位
置測定器と、前記センサからの信号によって前記駆動機
構の動きを停止する機能と、前記センサからの信号によ
って前記スライダー位置測定器からの計測信号を読み込
む機能とを含むことを特徴とする非接触寸法測定器。
【請求項２】前記スライダーの駆動機構に電動機を用い
たことを特徴とする請求項１記載の非接触寸法測定器。
【請求項３】前記スライダーの駆動機構にエアシリンダ
を用いたことを特徴とする請求項１記載の非接触寸法測
定器。
【請求項４】前記スライダー位置測定器にロータリエン
コーダを用いたことを特徴とする請求項１記載の非接触
寸法測定器。
【請求項５】前記スライダー位置測定器にリニアスケー
ルを用いたことを特徴とする請求項１記載の非接触寸法
測定器。