JPH07208905A - 接触式変位センサおよびこのセンサを用いたワーク測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の主な目的は、強度や耐久性を落とすこ
となく小形化・細径化が可能な接触式変位センサを提供
することにある。 【構成】ハウジング１１の内部に一次コイル３１と二次
コイル３２，３３が設けられており、コイル３１〜３３
の内側に所定長さのコア２０が挿通している。コア２０
はコイル３１〜３３の軸線方向に移動自在であり、付勢
部材５０によってハウジング１１から突出する方向に付
勢されている。接触子１２は、測定対象ワークＷの被測
定面に対向する頭部１３と、軸線方向に延びる軸部１４
とを有しており、軸部１４の後端にコア２０が設けられ
ている。軸部１４とコア２０はチューブ４０によって互
いに連結されている。チューブ４０は例えば熱収縮性の
高分子材料からなり、コア２０と軸部１４の双方にわた
って両者の外周面に密着している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種製品や部品
の形状・寸法などを測定するのに適した接触式変位セン
サとこのセンサを用いたワーク測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、差動トランスを用いた変位セ
ンサが知られている。例えば図６に示した従来の変位セ
ンサ１は、ハウジング２の内側に棒状コア３を軸線方向
に移動自在に設けるとともに、コア３の一端側に接触子
４を設け、ばね５によって接触子４を測定対象ワークＷ
に向って付勢している。コア３の外側には、差動トラン
スを構成する一次コイル６と一対の二次コイル７，８が
配置されている。二次コイル７，８は、図７に示される
ように互いに折半されており、中間で逆極性に直列に接
続されている。

【０００３】上記変位センサ１は、一次コイル６に励磁
用の交流電圧Ｅp を印加した時に、生じた磁束が二次コ
イル７，８と鎖交することにより、二次コイル７，８に
生じた起電力Ｅ_S1，Ｅ_S2の差Ｅｓを二次電圧として取出
すことができる。二次コイル７，８に対してコア３の位
置が中立点にあれば、二次電圧Ｅｓはほぼゼロである
が、コア３の位置が中立点から変位していると、その変
位量に応じてＥｓが大きくなるといったリニヤな出力特
性を示す。このため、予め二次電圧Ｅｓとコア３の変位
量との関係を求めておけば、検出された二次電圧Ｅｓに
基いてコア３の位置すなわち接触子４の変位量を知るこ
とができる。

【０００４】コア３にはパーマロイやアモルファス等の
透磁率の高い金属が使われるが、コア３の長さはいくら
でもよいという訳ではなく、コイル６〜８との関係等に
おいて適切な長さが存在する。このため接触子４はコア
３とは別の材料、例えばステンレス鋼などのように比較
的透磁率の低い材料が使用されている。従って、コア３
と接触子４との接続部分９は互いに異なる材料同志の接
続となり、接続手段として接着や嵌合などが採用されて
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のようにコ
ア３と接触子４の接続部分９を周知の手段によって連結
する場合、接続部分９の径がある程度大きくないと、接
続強度を確保することが困難になる。特に、コア３の外
径ｄ1 がφ２mm以下になると、接続部分９の強度が大幅
に低下するとともに、コア３自体も折れやすくなるな
ど、強度・耐久性が不足し、実用に耐えなくなる。

【０００６】上記の問題を解決するにはコア３の外径ｄ
1 を大きくすればよいが、ｄ1 が２mmを越えるようにな
ると、ハウジング２の外径ｄ2 が８mm〜１０mmとかなり
大きくなり、センサ１自体がかなり太いものとなる。セ
ンサ１が太いと、狭い面積の中にセンサ１を多数個密集
して配置することが困難になるため、１つのワークを同
時に多数の測定点で検査すること（同時多点測定）に困
難を伴う。その場合、複数の測定点でワークを測定でき
たとしても、センサ１の配置間隔が粗いものとなるた
め、多点測定を行うには、複数の工程に分けて別々の検
査ステージで測定を行う必要がある。以上の理由から、
従来の変位センサ１は、精密部品の厚み・高さ等の多点
測定に利用することが困難であった。

【０００７】なお、変位・距離測定用のセンサとして、
光や静電容量を利用した非接触式のものも市販されてい
るが、光を利用するものでは測定対象ワークの表面状態
によって測定値にばらつきを生じることがある。これに
対し、静電容量を利用するものでは指向性が低いなどの
問題があるため測定対象が限られる。これらの事情か
ら、小形（特に外径が小さい）接触式変位センサの開発
が望まれていた。

【０００８】従って本発明の目的は、強度や耐久性を犠
牲にすることなく小形・細径化が可能な接触式変位セン
サと、このセンサを用いたワーク測定装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を果たすため
に開発された本発明の接触式変位センサは、ハウジング
と、上記ハウジングの軸線方向に移動自在に設けられか
つ先端が被測定面に対向させられる接触子と、上記接触
子の後端側に設けられかつ上記接触子の軸線方向に延び
るコアと、上記コアの外側に配置されていて一次交流電
圧が印加される一次コイルと、上記一次コイルの近傍に
配置されかつ上記一次コイルに一次交流電圧が印加され
た時に上記コアの位置に応じた二次電圧を生じる二次コ
イルと、上記接触子と上記コアとの接続部分において上
記接触子と上記コアの双方にわたって被着されて接触子
とコアとを連結するチューブとを具備している。

【００１０】また、上記センサを用いた本発明のワーク
測定装置は、測定対象ワークを所定位置に保持するワー
ク支持手段と、上記ワークに対して接離する方向に相対
移動可能に設けられたセンサ取付手段と、上記センサ取
付手段を上記ワークに対して上記方向に所定位置まで相
対移動させる駆動手段と、上記センサ取付手段に複数個
設けられており、それぞれが、ハウジングと、上記ハウ
ジングの軸線方向に移動自在に設けられかつ先端が被測
定面に対向させられる接触子と、上記接触子の後端側に
設けられかつ上記接触子の軸線方向に延びるコアと、上
記コアの外側に配置されていて一次交流電圧が印加され
る一次コイルと、上記一次コイルの近傍に配置されかつ
上記一次コイルに一次交流電圧が印加された時に上記コ
アの位置に応じた二次電圧を生じる二次コイルと、上記
接触子と上記コアとの接続部分において上記接触子と上
記コアの双方にわたって被着されて接触子とコアとを連
結するチューブとを具備し、かつ上記接触子の先端が上
記ワークに対して互いに異なる複数箇所で接するように
配置された複数の接触式変位センサと、上記各変位セン
サから出力される個々の検出信号に基いてワークの形状
・寸法を求める演算手段とを具備している。

【００１１】

【作用】測定対象ワークと上記センサを所定の相対距離
まで近付けて接触子の先端をワークの被測定面に当てる
と、被測定面からハウジングまでの距離に応じて接触子
の位置が変化するため、一次コイルと二次コイルに対す
るコアの相対位置が変化する。この状態で一次コイルに
一次交流電圧が印加されると、生じた磁束が二次コイル
と鎖交することにより、コアの位置に応じた二次電圧が
得られる。このため、予め求めておいた二次電圧とコア
の変位量との関係により、二次電圧の検出値に基いてコ
アの位置すなわち接触子の変位量が求まる。

【００１２】コアと接触子の接続部分は熱収縮性の高分
子材料などからなるチューブによって連結されており、
しかもコアの外周面がこのチューブによって保護されて
いるため、細径なコアが使われていてもコアと接触子と
の連結強度が高いとともにコア自体の強度が保たれ、所
望の耐久性が確保される。また、コアの外周面とコイル
の内面との間に上記チューブが介在するため、コアが移
動する際の滑りを良好にすることが可能であるととも
に、コアとコイルとの間を電気的に絶縁することも可能
となる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図１ない
し図４を参照して説明する。図１に示す接触式変位セン
サ１０は、円筒状のハウジング１１と、ハウジング１１
の先端開口部１１ａから前方に突出する接触子１２を備
えている。ハウジング１１は非磁性電気絶縁材料あるい
は透磁率の低い金属などからなる。

【００１４】接触子１２はハウジング１１の軸線方向に
移動自在である。この接触子１２は例えばステンレス鋼
などの低透磁率材料からなり、測定対象ワークＷの被測
定面に対向させられる頭部１３と、頭部１３の後側に延
出する細径円柱状の軸部１４を有している。軸部１４の
外径は頭部１３の外径よりも小さい。

【００１５】接触子１２の軸部１４の後端側に棒状コア
２０が設けられている。この棒状コア２０は、接触子１
２の頭部１３よりも小径な円柱形をなしており、接触子
１２の軸部１４の軸線方向に延びている。コア２０の外
径Ｄ1 は軸部１４の外径とほぼ同じである。

【００１６】コア２０の外側に、一次コイル３１と一対
の二次コイル３２，３３とからなるコイル部３４が設け
られている。各コイル３１〜３３の軸方向の長さはコイ
ル部３４の全長をほぼ３等分した寸法であり、図示例で
は二次コイル３２，３３の間に一次コイル３１を配置す
ることで３段形差動トランスを構成している。これらの
コイル３１〜３３は、ハウジング１１の内面側に配置さ
れている。コイル３１〜３３の内周面に内筒３５が設け
られている。内筒３５は合成樹脂あるいは紙等の電気絶
縁材料からなり、内筒３５の内側にコア２０が通ってい
る。

【００１７】上記二次コイル３２，３３は、図７に示し
た等価回路と同様に折半されかつ中間で逆極性に直列に
接続されており、一次コイル３１に交流電圧Ｅp が印加
された時にコア２０の位置に応じた大きさの二次電圧Ｅ
ｓが得られるようになっている。

【００１８】接触子１２の軸部１４とコア２０は、可撓
性を有する合成樹脂製チューブ４０によって互いに連結
されている。このチューブ４０は、軸部１４とコア２０
との接続部分４１において軸部１４とコア２０の双方に
またがる長さを有しており、チューブ４０の内面が軸部
１４の外周面とコア２０の外周面に密着することによっ
て、軸部１４とコア２０を互いに連結している。

【００１９】チューブ４０の材料として、例えばポリ塩
化ビニリデン等のような熱収縮性の高分子材料を用いた
場合には、収縮前のチューブ４０を軸部１４とコア２０
との接続部分４１に被せ、そののちチューブ４０に熱を
加えて収縮させることによって、チューブ４０を軸部１
４とコア２０に密着させるようにするとよい。このよう
な熱収縮性のチューブ４０を用いれば、軸部１４とコア
２０との接続作業を容易に行うことができる。なお、接
続部分４１にチューブ４０を被せる前に、軸部１４とコ
ア２０を互いに接着しておいてもよい。

【００２０】チューブ４０あるいは内筒３５の材料に、
ふっ素樹脂（例えばテフロン）等のような低摩擦係数の
樹脂を用いることによって、内筒３５に対するチューブ
４０の滑りを良くし、内筒３５とチューブ４０との間に
摩擦力が生じたとしても変位計測に有害なレベルになら
ないようにするとよい。テフロン等のようにチューブ４
０の長手方向にある程度の剛性を有するものであれば、
接続部分４１において変位計測に支障のあるレベルの伸
縮は起こらない。

【００２１】接触子１２は、圧縮コイルばね等の付勢部
材５０によって、ハウジング１１から突出する方向（図
１中の矢印Ｆ方向）に付勢されている。図示例の場合、
軸部１４に設けたストッパ５１とハウジング１１の中間
壁５２によって接触子１２の突出量を規制することで、
非測定時にコア２０を中立点に位置させるようにしてい
る。

【００２２】従って上記センサ１０をワークＷに対して
所定の相対位置まで近付けることにより、接触子１２の
先端をワークＷに当てると、接触子１２がハウジング１
１内に入り込む方向に移動するため、コア２０が中立点
から後方に変位するようになる。

【００２３】一次コイル３１に交流電圧Ｅp を印加する
と、生じた磁束が二次コイル３２，３３と鎖交するた
め、二次コイル３２，３３に生じた起電力Ｅ_S1，Ｅ_S2の
差Ｅｓを二次電圧として取出すことができる。この二次
電圧Ｅｓは、コア２０の位置が二次コイル３２，３３に
対して中立点にあれば実質的にゼロであるが、コア２０
が中立点から変位するとその変位量に応じてＥｓの値が
大きくなるといったリニヤな出力特性を示す。このた
め、予め二次電圧Ｅｓとコア２０の変位量との関係を求
めておくことで、測定時に検出された二次電圧Ｅｓに基
いてコア２０の位置すなわち接触子１２の変位量を知る
ことができる。

【００２４】上記変位センサ１０は、接触子１２とコア
２０との接続部分４１が可撓性のチューブ４０によって
連結されており、しかもコア２０の外周面がチューブ４
０によって被われているため、径の小さなコア２０が使
われていても接続部分４１の強度が高いとともにコア２
０の折損が抑制されるなど、振動等に対して耐久性の高
いものとなる。

【００２５】また、コア２０とコイル部３４との間に滑
りの良いチューブ４０が介在しているため、コイル部３
４に対してコア２０が円滑に移動できる。そしてコア２
０の外側が電気絶縁材料からなるチューブ４０によって
被覆されており、接触子１２とコイル部３４が電気的に
分離した状態になっているため、ワークＷに帯電してい
る静電気や、ワークＷを介して伝わるノイズ等がコイル
部３４側に伝わって測定精度に悪影響を及ぼすことを回
避できる。

【００２６】変位センサ１０の検出能力に関わる磁気特
性については、チューブ４０の材料に低透磁率（高分子
材料の場合はμ＝約１〜３）のものを採用することで、
コア２０だけが所定長さのパーマロイあるいはアモルフ
ァス等の高透磁率材料によって構成されるようになるか
ら、変位センサ１０として良好な磁気特性を得ることが
できる。

【００２７】図２に、上記変位センサ１０を用いたワー
ク測定装置６０の一例を示す。この測定装置６０は、測
定対象ワークＷを所定位置に所定の姿勢で保持するワー
ク支持手段としての基台（ベッド）６１と、ワークＷの
上方に設けられかつワークＷに対して上下方向に相対移
動可能に設けられたセンサ取付手段としてのセンサ取付
部材６２を備えている。センサ取付部材６２は、例えば
アクリル樹脂等の非磁性体（合成樹脂）の板にセンサ取
付孔を設けたものである。

【００２８】センサ取付部材６２は、例えば流体圧シリ
ンダ等のアクチュエータ６５を備えた昇降機構６６によ
って上下方向に移動させることができるようになってい
る。なお、センサ取付部材６２を固定して基台６１側が
上下方向に移動するように構成しても差支えない。

【００２９】センサ取付部材６２に、前述の変位センサ
１０が複数個設けられている。これらの変位センサ１０
は全て同一の形状・寸法であり、各々の接触子１２の先
端がそれぞれワークＷに対して互いに異なる複数箇所の
測定点で接するように互いに離間した位置に配置するこ
とにより、同時多点測定を可能にしている。

【００３０】また、各変位センサ１０が出力する検出信
号（二次コイル３２，３３の差圧）を処理するための演
算手段として、マイクロコンピュータ等を用いた演算表
示部（コントローラ）７０が設けられている。演算表示
部７０と変位センサ１０は、一次コイル３１に一次交流
電圧を供給する配線と二次コイル３２，３３から検出信
号を取出すための配線等を含む電気ケーブル７１によっ
て接続されている。

【００３１】図３はワークＷを測定する前の状態を示し
ている。ワークＷを測定する際に、ワークＷは基台６１
の所定位置に適宜のクランプ手段７５によって保持され
る。この実施例の場合、ワークＷの上面と対向する位置
に複数のワーク用変位センサ１０ａが設けられていると
ともに、ワークＷの両側において基台６１に対向する補
正用変位センサ１０ｂ，１０ｃが設けられている。

【００３２】図４に示す測定状態では、全てのセンサ１
０が測定可能な状態になる高さまでセンサ取付部材６２
が降下することにより、ワーク用変位センサ１０ａの接
触子１２がそれぞれワークＷに接して変位するととも
に、補正用変位センサ１０ｂ，１０ｃの接触子１２が基
台６１に接する。こうして、全てのセンサ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃがそれぞれ検出信号を出力できる状態とな
る。

【００３３】上記測定装置６０においては、ワークＷに
接している複数のセンサ１０ａがそれぞれワークＷの表
面高さに応じた量だけ変位するため、これらのセンサ１
０ａから出力される個々の検出信号を演算表示部７０に
よって処理することにより、各センサ１０ａの変位量に
基いてワークＷの形状・寸法（厚み、高さ等）を求める
ことができる。更に演算表示部７０ではワークＷが所定
の形状・寸法であるか否かが判断され、判断結果が表示
される。

【００３４】上記測定装置６０は補正用変位センサ１０
ｂ，１０ｃを備えているから、基台６１に対するセンサ
取付部材６２の傾き（平行度の狂い）を検出することが
できる。このため、センサ取付部材６２が傾いている時
にワーク用センサ１０ａの検出信号をセンサ取付部材６
２の傾きに応じた値に補正することにより、ワークＷを
正確に測定することが可能である。

【００３５】なお、補正用センサ１０ｂ，１０ｃ以外の
手段によってセンサ取付部材６２の傾きを検出できる場
合や、センサ取付部材６２の傾きを考慮しなくてよい場
合には、補正用センサ１０ｂ，１０ｃの数を減らしたり
補正用センサ１０ｂ，１０ｃを省略することができる。

【００３６】また、図５に示すようにワークＷの立体形
状の凹凸が大きい場合には、センサ取付部材６２の形状
をワークＷに応じて各センサ１０の取付高さに高低差を
もたせることにより、全ての変位センサ１０の接触子１
２の作動範囲内でワークＷの測定を行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の接触式変位センサによれば、コ
アが細くてもコアと接触子とを確実に接続することがで
きるため、振動等に対する強度を高めることができる。
また、コアの外側が可撓性のチューブによって被われて
いるためコアの折損を防止できるなど耐久性が向上す
る。上記チューブを用いない場合には、所定の強度・耐
久性を得るにはコアの外径を少なくともφ２〜３mmにす
ることが必要であり、センサ外径がφ８mm程度になる
が、本発明によれば、チューブの外径を加えたコア径を
φ１mm以下にすることが可能となり、その結果、センサ
外径をφ３mm以下にすることも可能である。

【００３８】このようにセンサ外径を従来品に比べてき
わめて細くすることができるため、多数のセンサをセン
サ取付部材などの狭い面積に密集して配置することが可
能となり、小さな測定対象ワークでも同時多点測定が行
えるようになった。このため測定作業の高速化が図れる
とともに、多数のセンサを用いた同時多点測定によって
測定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す接触式変位センサの断
面図。

【図２】図１に示された変位センサを用いたワーク測定
装置の斜視図。

【図３】図２に示されたワーク測定装置の一部とワーク
の断面図。

【図４】図２に示されたワーク測定装置の変位センサが
降下した状態の断面図。

【図５】本発明の他の実施例を示すワーク測定装置の一
部とワークの断面図。

【図６】従来の接触式変位センサの断面図。

【図７】差動トランスを用いた接触式変位センサのコア
とコイルを示す回路図。

【符号の説明】

１０…変位センサ １１…ハウジン
グ １２…接触子 ２０…コア ３１…一次コイル ３２，３２…二
次コイル ４０…チューブ ４１…接続部分 ６０…ワーク測定装置 ６１…ワーク支
持手段 ６２…センサ取付手段 ６６…駆動手段 ７０…演算手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングと、 上記ハウジングの軸線方向に移動自在に設けられかつ先
   端が被測定面に対向させられる接触子と、 上記接触子の後端側に設けられかつ上記接触子の軸線方
   向に延びるコアと、 上記コアの外側に配置されていて一次交流電圧が印加さ
   れる一次コイルと、 上記一次コイルの近傍に配置されかつ上記一次コイルに
   一次交流電圧が印加された時に上記コアの位置に応じた
   二次電圧を生じる二次コイルと、 上記接触子と上記コアとの接続部分において上記接触子
   と上記コアの双方にわたって被着されて接触子とコアと
   を連結するチューブと、 を具備したことを特徴とする接触式変位センサ。
2. 【請求項２】上記チューブが熱収縮性の高分子材料から
   なることを特徴とする請求項１記載の接触式変位セン
   サ。
3. 【請求項３】測定対象ワークを所定位置に保持するワー
   ク支持手段と、 上記ワークに対して接離する方向に相対移動可能に設け
   られたセンサ取付手段と、 上記センサ取付手段を上記ワークに対して上記方向に所
   定位置まで相対移動させる駆動手段と、 上記センサ取付手段に複数個設けられており、それぞれ
   が、ハウジングと、上記ハウジングの軸線方向に移動自
   在に設けられかつ先端が被測定面に対向させられる接触
   子と、上記接触子の後端側に設けられかつ上記接触子の
   軸線方向に延びるコアと、上記コアの外側に配置されて
   いて一次交流電圧が印加される一次コイルと、上記一次
   コイルの近傍に配置されかつ上記一次コイルに一次交流
   電圧が印加された時に上記コアの位置に応じた二次電圧
   を生じる二次コイルと、上記接触子と上記コアとの接続
   部分において上記接触子と上記コアの双方にわたって被
   着されて接触子とコアとを連結するチューブとを具備
   し、かつ上記接触子の先端が上記ワークに対して互いに
   異なる複数箇所で接するように配置された複数の接触式
   変位センサと、 上記各変位センサから出力される個々の検出信号に基い
   てワークの形状・寸法を求める演算手段と、 を具備したことを特徴とするワーク測定装置。