JPH11304409A - 間隙測定方法および間隙測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 間隙を傷つけることなく、狭い間隙を高精度
に測定できる間隙測定方法および間隙測定装置を提供す
ることを課題とする。 【解決手段】 軸方向に回転可能に設けられ、先端側が
略直角に折曲され、導電性を有する触針と、触針を回転
駆動するモータ(駆動手段)４７と、触針の先端が間隙S
の対向面に接触したことを検出する接触検出手段４０１
と、触針の回転角を検出するエンコーダ(回転角検出手
段)５５と、モータ４７を介して触針を正および逆方向
に回転し、接触検出手段４０１およびエンコーダ５５の
信号を取り込んで、触針の先端が間隙の対向面に接触す
るまでの回転角を検出し、回転角より間隙値を測定する
制御手段４０３とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、狭い間隙、例え
ば、間隙値0.5mm以下の間隙を測定する方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】間隙を測定する手法として、以下のよう
な手法がある。 (1) 間隙にゲージブロック(隙間ゲージ)を挿入し、間隙
値を測定する。

【０００３】(2) 静電容量の変化を用いて間隙値を測定
する。 (3) 例えば、特開平5-118804号公報,特開平6-147806号
公報,特開平9-113275号公報等に例示されている、少な
くとも一方向に移動自在に支持されたプローブ(接触子)
を間隙の壁面に当てて、プローブの動きを用いて間隙値
を測定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の間隙測
定手法には、以下のような問題点がある。 (1) 間隙にゲージブロックを挿入する際に、ゲージブロ
ックの挿入方法や、挿入具合など、感覚的な熟練が要求
される。

【０００５】又、このゲージブロックを用いて間隙を測
定する方法では、1μm程度の高精度に測定することは困
難である。更に、ゲージブロックをダイスの間隙に挿入
する際に、無理にゲージブロックを挿入すると、間隔の
内面を傷つける場合もある。

【０００６】(2) 静電容量の変化を用いて間隙を測定す
る手法は、センサの厚みが0.4mm以上あり、それより狭
い間隙の測定が困難であり、一定以上の深さにセンサを
挿入することができない。

【０００７】(3) プローブを用いる手法において、狭い
間隙を測定する場合、必然的にプローブの径も細くしな
ければならない。細いプローブが間隙の対向面に当たる
と、撓みが生じ、正確な間隙値を測定できない。

【０００８】(4) 従来例で説明をしたブロックゲージや
プローブを用いて間隙値を測定する手法では、図１９
(a)に示すように、開口に突起Dが形成された間隙Sを測
定する場合、突起Dの部分の間隙値L1は測定できるが、
突起Dより下の部分の間隙値L2は測定できない。

【０００９】又、間隙Sが図１９(b)に示すような逆テー
パ状となっている場合も同様に、開口部の間隙値L1は測
定できるが、開口より下の部分の間隙値L2は測定できな
い。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、そ
の第１の目的は、間隙を傷つけることなく、狭い間隙を
高精度に測定できる間隙測定方法および間隙測定装置を
提供することにある。

【００１０】又、第２の目的は、所望の深さの間隙値を
測定できる間隙測定方法および間隙測定措置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１記載の発明は、軸方向に回転可能で、その先端側が
略直角に折曲された触針を間隙に挿入し、前記触針を正
および逆方向に回転し、前記触針の先端が前記間隙の対
向面に接触するまでの回転角を検出し、該回転角より前
記間隙値を測定することを特徴とする間隙測定方法であ
る。

【００１２】触針を間隙の対向面に当接するまで回転さ
せ、触針の回転角から間隙値を測定することにより、間
隙を傷つけることなく、狭い間隙を高精度に測定でき
る。又、間隙内で先端側が略直角に折曲された触針を回
転させることにより、深さ方向で間隔値が変化している
間隙の所望の深さの間隙値を測定できる。

【００１３】請求項２記載の発明は、軸方向に回転可能
に設けられ、先端側が略直角に折曲され、導電性を有す
る触針と、該触針を回転駆動する駆動手段と、前記触針
の先端が前記間隙の対向面に接触したことを検出する接
触検出手段と、前記触針の回転角を検出する回転角検出
手段と、前記駆動手段を介して前記触針を正および逆方
向に回転し、前記接触検出手段および前記接触角検出手
段の信号を取り込んで、前記触針の先端が前記間隙の対
向面に接触するまでの回転角を検出し、該回転角より前
記間隙値を測定する制御手段とを有したことを特徴とす
る間隙測定装置である。

【００１４】触針を間隙の対向面に当接するまで回転さ
せ、触針の回転角から間隙値を測定することにより、間
隙を傷つけることなく、狭い間隙を高精度に測定できる
又、間隙内で先端側が略直角に折曲された触針を回転さ
せることにより、深さ方向で間隔値が変化している間隙
の所望の深さの間隙値を測定できる。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の前記接触検出手段は、前記触針,前記間隙を有する
被測定物間に設けられた電源と、該電源と直列に設けら
れた抵抗と、前記抵抗の両端の電位差を検出する電位差
検出部と、該電位差検出部で得られた電位差の変化によ
り前記触針が前記間隙の対向面に接触したことを判断す
る判断部とからなることを特徴とする間隙測定装置であ
る。

【００１６】触針が間隙の対向面に接触すると、電位差
が大きくなることにより、触針が対向面に切接触したこ
とが判断できる。請求項４記載の発明は、請求項２記載
の前記接触検出手段は、前記触針,前記間隙が設けられ
た被測定物間に設けられた抵抗と、前記抵抗の両端の電
位差を検出する電位差検出手段と、該電位差検出部で得
られた電位差の変化により前記触針が前記間隙の対向面
に接触したことを判断する判断部とからなることを特徴
とする間隙測定装置である。

【００１７】触針が間隙の対向面に接触すると、接触ノ
イズが発生し、この接触ノイズを検出することで、触針
が対向面に切接触したことが判断できる。請求項５記載
の発明は、前記間隙が導電性の液体で満たされている場
合、請求項２記載の発明の前記接触検出手段は、前記触
針,前記間隙を有する被測定物間に設けられた交流電源
と、該電源と直列に設けられた抵抗と、前記交流電源か
らの信号と、前記抵抗の両端の信号との位相差の変化を
検出する位相差検出部と、該位相差検出部で得られた位
相差の変化により前記触針が前記間隙の対向面に接触し
たことを判断する判断部とからなることを特徴とする間
隙測地装置である。

【００１８】触針が間隙の対向面と接触していない時に
は、交流電源からの信号と、抵抗の両端の信号とに位相
差が生じている。そして、触針が間隙の対向面に接触す
ると、位相差が無くなる。これを検出することにより触
針が対向面に接触したことが判断できる。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項２記載の前
記回転角検出手段は、前記触針の回転軸上に設けられた
ミラーと、該ミラーに光を出射する光源と、前記ミラー
からの反射光の移動を検出する位置センサとからなるこ
とを特徴とする間隙測定装置である。

【００２０】触針が回転することにより、ミラーも回転
し、ミラーからの反射光は移動する。この移動量を位置
センサで検出することにより、触針の回転角を検出する
ことができる。

【００２１】請求項７記載の発明は、請求項２記載の発
明の前記回転角検出手段は、前記触針の回転角を検出す
るエンコーダであることを特徴とする間隙測定装置であ
る。エンコーダの出力パルスを計数することで、触針の
回転角を検出することができる。

【００２２】請求項８記載の発明は、請求項２記載の発
明の前記駆動手段は、ステッピングモータであり、前記
回転角検出手段は、前記ステッピングモータの駆動パル
スを計数する手段であることを特徴とする間隙測定装置
である。

【００２３】ステッピングモータの駆動パルスを計数す
ることで、触針の回転角を検出することができる。請求
項９記載の発明は、請求項２記載の発明の前記制御手段
は、予め距離のわかっているゲージ間隙を用いて作成さ
れた校正直線を用いて、前記回転角より前記間隙を換算
することを特徴とする間隙測定装置である。

【００２４】校正直線を用いることで、測定したい間隙
に合わせて触針を交換した場合でも、精度良く測定でき
る。請求項１０記載の発明は、請求項２記載の発明の前
記触針の先端は、略球状、軸に対して直交する平面のう
ち、どちらか一方であることを特徴とする間隙測定装
置。

【００２５】触針の先端を略球状、軸に対して直交する
平面のうち、どちらか一方とすることで、間隙を精度良
く測定できる。請求項１１記載の発明は、請求項２記載
の発明の前記触針を間隙に任意の深さまで挿入する昇降
機構を設けたことを特徴とする間隙測定装置である。

【００２６】昇降機構を用いて触針を間隙の所望の深さ
まで移動させることができ、間隙の所望の深さの間隙値
を測定できる。請求項１２記載の発明は、請求項２記載
の発明の前記触針を前記間隙に沿って移動させる間隙長
手方向移動機構を設けたことを特徴とする間隙測定装置
である。

【００２７】間隙長手方向移動機構を用いて、触針を間
隙の長手方向の所望の位置まで移動させることができ、
間隙の長手方向の所望の位置の間隙値を測定できる。請
求項１３記載の発明は、請求項２記載の発明の前記触針
を前記間隙の対向面と略直交する方向に移動させる間隙
幅方向移動機構を設けたことを特徴とする間隙測定装置
である。

【００２８】間隙幅方向移動機構を設けたことで、異な
る間隙に対しても触針を間隙の幅方向の略中央部に位置
させることができる。請求項１４記載の発明は、請求項
２記載の発明の前記触針の回転動作および測定回数は任
意に設定可能であることを特徴とする間隙測定装置であ
る。

【００２９】回転動作および測定回数を任意に設定する
ことにより、測定時間を短縮したり、精度良く測定でき
る。請求項１５記載の発明は、請求項２記載の発明で、
少なくとも間隙の長さを表示する表示手段を設けたこと
を特徴とする間隙測定装置である。

【００３０】間隙の長さを表示する手段を設けたこと
で、リアルタイムで良否が判断できる。請求項１６記載
の発明は、請求項２記載の発明で、少なくとも間隙の長
さを記録媒体へ出力する出力手段を設けたことを特徴と
する間隙測定装置である。

【００３１】間隙の長さを記録媒体へ出力する手段を設
けたことで、分布データの保存や再測定データとの比較
判断ができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態を説明する。 1.装置の機械的構成 (全体構成)図１〜図３を用いて、実施の形態例の間隙測
定装置の全体構成を説明する。図１は実施の形態例の正
面から見た断面図で、図３の切断A-Aにおける断面図、
図２は図１の切断線B-Bにおける断面図、図３は図１の
下面図である。

【００３３】被測定物Wには、間隙Sが複数形成されてい
る。被測定物W上には、被測定物Wの間隙Sの長手方向と
略直交する方向に延びる二つの位置決めブロック１,
１′が間隔をもって配置されている。

【００３４】この位置決めブロック１,１′は、本体部
１ａ,１ａ′と、本体部１ａ,１ａ′の両側部より被測定
物Wより離れる方向に延出する側壁部１ｂ,１ｂ′とから
なっている。

【００３５】位置決めブロック１,１′の本体部１ａ,１
ａ′の被測定物Wとの対向面には、被測定物Wには当接し
ない磁石３,３′が埋設され、この磁石３,３′の磁気吸
引力により、位置決めブロック１,１′の位置ずれを防
止している。

【００３６】又、位置決めブロック１,１′には、本体
部１ａ,１ａ′に対して直交し、被測定物Wの間隙Sの一
方の壁面に突当て可能な突起５,５′が形成され、位置
決めブロック１,１′の位置決めを行うようにしてい
る。

【００３７】尚、本実施の形態例の位置決めブロック
は、耐溶剤性を考慮し、MC-ナイロン樹脂等の硬質樹脂
とした。更に、位置決めブロック１,１′の製造は、寸
法精度を高める観点より、複数本分の位置決めブロック
が一体化したものを加工し、その後、それを複数に分割
し、隣り合った位置決めブロックを使用した。

【００３８】位置決めブロック１,１′の本体部１ａ,１
ａ′上には、これら位置決めブロック１,１′を橋絡す
るように配置されたベースプレート１１が設けられてい
る。図２および図３に示すように、位置決めブロック１
の一方の側壁部１ｂには、めねじ穴１ｃが形成されてい
る。そしてこのめねじ穴１ｃには、頭部にノブ１０１が
固着されたねじ１０３が螺合している。

【００３９】よって、ノブ１０１を回転することによ
り、ねじ１０３がベースプレート１１の一方の側部を押
圧し、ベースプレート１１を位置決めブロック１の他方
の側壁部１ｂに押し付け、ベースプレート１１の位置決
めブロック１への取付けが行われる。

【００４０】ベースプレート１１上には、間隙Sの長手
方向の沿って設けられたガイドレール１３,１５が並設
されている。これら二つのガイドレール１３,１５に
は、第１のスライドベース２１の下面に設けられた第１
のスライダ２３,２５が移動可能に係合している。

【００４１】この第１のスライドベース２１は後述する
間隙長手方向移動機構２００により、ベースプレート１
１上を図１および図３において矢印L方向に移動するよ
うになっている。

【００４２】第１のスライドベース２１上には、間隙S
の深さ方向に延びる二本のレール３３,３４が設けられ
たレール取付け板３１が立設されている。これらレール
３３には、第２のスライドベース４１に設けられた第２
のスライダ４３,４４が移動可能に係合している。

【００４３】この第２のスライドベース４１は後述する
昇降機構３００により、第１のスライドベース２１上を
図１および２において矢印V方向に移動するようになっ
ている。

【００４４】第２のスライドベース４１上には、レール
４６が設けられている。このレール４６には、第３のス
ライドベース４８が移動可能に設けられている。この第
３のスライドベース４８は、後述する間隙幅方向移動機
構１００により、第２のスライドベース４１上を図２お
よび図３において、矢印W方向に移動するようになって
いる。

【００４５】第３のスライドベース４８には、プレート
４２,４２′,４２″が固着されている。プレート４２の
下面には、モータブラケット４５を用いて駆動手段とし
てのモータ４７が設けられている。

【００４６】モータ４７の出力軸４９には、チャック５
１が設けられ、このチャック５１には、先端側が略直角
に折曲された導電性を有する触針５３が設けられてい
る。尚、本実施の形態例の触針５３は、ステンレス等の
高耐食性の金属、又は、腐食性のあるものは表面を金等
のイオンプレーティングした中空又は中実の細い棒体を
用いた。

【００４７】又、触針５３の先端形状は、略球形又は軸
方向に対して直角な端面を有するものを用いた。更に、
第２のスライドベース４１上には、モータ４７の出力軸
４９に接続され、触針５３の回転角を検出する回転角検
出手段としてのエンコーダ５５が設けられている。

【００４８】(間隙幅方向移動機構１００)図２に示すよ
うに、第２のスライドベース４１には、マイクロメータ
１１３がブラケット１１０を介して取り付けられてい
る。一方、第３のスライドベース４８と、第２のスライ
ドベース４１とには、第３のスライドベース４８をマイ
クロメータ１１３方向に付勢するスプリング１１５が係
止されている。

【００４９】従って、マイクロメータ１１３を操作する
ことにより、第３のスライドベース４８は第２のスライ
ドベース４１上を図２および図３において、矢印W方向
に移動するようになっている。

【００５０】(間隙長手方向移動機構２００)図１および
図３に示すように、ベースプレート１１上の一方の側部
には、駆動プーリ２０１が、他方の側部には従動プーリ
２０３がそれぞれ回転可能に設けられている。

【００５１】これら駆動プーリ２０１と従動プーリ２０
３とには、ワイヤ２０５が巻き掛けられている。第１の
スライドベース２１の下面には、ワイヤ２０５が固着さ
れたワイヤ固着ブロック２０７が設けられている。

【００５２】駆動プーリ２０１には、図１におけるC方
向矢視図である図４の切断線D-Dにおける断面図である
図５に示すように、円周方向に複数の穴２０９が形成さ
れた操作ホイール２１１が固着されている。

【００５３】一方、図１〜図３に示すように、ベースプ
レート１１には、間隙Sの延出方向に沿ってワイヤガイ
ド２２１,２２３が設けられている。図１および図４に
示すように、駆動プーリ２０１の上方には、二つのワイ
ヤガイド２２１,２２３を橋絡するように設けられたス
トッパ取付けプレート２２５が配設されている。

【００５４】そして、このストッパ取付けプレート２２
５には、操作ホイール２１１の穴２０９に係脱可能なス
トッパ(プランジャ)２１３が設けられている。従って、
ストッパ２１３を操作ホイール２１１の穴２０９より離
脱させ、操作ホイール２１１を回転操作することによ
り、ワイヤ２０５が移動し、第１のスライドベース２１
は図１および図３において、矢印L方向に移動する。

【００５５】そして、所望の位置まで第１のスライドベ
ース２１を移動した後、ストッパ２１３を操作ホイール
２１１の穴２０９に係合させることで、第１のスライド
ベース２１の移動は禁止される。 (昇降機構３００)図１および図２に示すように、第２の
スライドベース４１には、第２のスライドベース４１の
昇降方向に沿って、ねじ棒３０１が配設されている。

【００５６】このねじ棒３０１の下部は、第１のスライ
ドベース２１に設けられた軸受３０３により、又、ねじ
棒３０１の上部は、第１のスライドベース２１に立設さ
れたレール取付け板３１に設けられたL字形のねじ棒ブ
ラケット３０５により、回転可能に支持されている。

【００５７】一方、ねじ棒３０１に螺合するナット部材
３０７は、ブラケット３０９を介して第２のスライドベ
ース４１に取り付けられている。更に、図１に示すよう
にねじ棒３０１の上部には、第１のべベルギヤ３１１が
固着されている。

【００５８】ねじ棒ブラケット３０５には、第１のべベ
ルギヤ３１１に螺合する第２のべベルギヤ３１３が設け
られたシャフト３１５が回転可能に支持されている。そ
して、シャフト３１５の先端部にはノブ３２１が取り付
けられている。

【００５９】従って、ノブ３２１を回転操作することに
より、ねじ棒３０１が回転し、レール二本のレール３
３,３４と第３のスライダ４３,４４との係合により、回
転が禁止された第２のスライドベース４１側のナット部
材３０７がねじ棒３０１の沿って移動(昇降)し、第２の
スライドベース４１は図１および図２において、矢印V
方向に昇降する。 2. 装置の電気的構成 (全体構成)先ず、図６を用いて、全体の電気的構成を説
明する。

【００６０】図において、４０１は触針５３の先端が被
測定物Wの間隙Sの対向面に接触したことを検出する接触
検出手段、４０３はモータ(駆動手段)４７を介して触針
５３を正および逆方向に回転し、接触検出手段４０１お
よびエンコーダ(接触角検出手段)５５の信号を取り込ん
で、触針５３の先端が被測定物Wの間隙Sの対向面に接触
するまでの回転角を検出し、この回転角より被測定物W
の間隙Sの間隙値を測定する制御手段である。

【００６１】又、４０５は少なくとも被測定物Wの間隙S
の間隙値を表示する表示手段としてのモニタ、４０７は
少なくとも被測定物Wの間隙Sの間隙値を印字する出力手
段としてのプリンタ、４０９は制御手段へ設定値等を入
力する入力手段としてのキーボードである。 (接触検出手段)次に、図７を用いて、接触検出手段４０
１を説明する。

【００６２】本実施の形態例の間隙測定装置では、被測
定物Wの間隙Sが空気の場合と、導電性の液体で満たされ
ている場合との二つの場合に対応可能である。図におい
て、５０１は触針５３,被測定物W間に設けられた交流電
源、５０３は交流電源５０１と直列に設けられた抵抗で
ある。

【００６３】５０５は抵抗５０３の両端の電位差を検出
・増幅する増幅部、５０６は交流電源５０１からの信号
と、抵抗５０３の両端の信号との位相差を検出・増幅す
るロックイン増幅部である。

【００６４】５０７は増幅部５０５又はロックイン増幅
部５０６からの信号と、キーボード４０９から制御手段
４０３へ入力された設定値(しきい値)との比較を行い、
増幅部５０５又はロックイン増幅部５０６からの信号が
設定値を越えると制御手段４０３へ知らせる比較部であ
る。

【００６５】尚、増幅部５０５とロックイン増幅部５０
６との切替は切替部５０９で行うようになっている。こ
のような構成の接触検出手段の動作は以下のようになっ
ている。

【００６６】(1) 被測定物Wの間隙Sが空気の場合 切替部５０９は増幅部５０５へ切り替えられる。又、交
流電源５０１をオフし、交流電源５０１と抵抗５０３と
を切り離す。

【００６７】触針５３が被測定物Wの間隙Sの対向面に接
触すると、接触による電流(接触ノイズ)が発生し、この
ノイズの電圧は、増幅部５０５で増幅され、比較部５０
７で設定値と比較され、電圧が設定値以上となると触針
５３が間隙Sの対向面に接触したと判断する。

【００６８】(2) 被測定物Wの間隙Sが導電性の液体で満
たされている場合 切替部５０９はロックイン増幅部５０６へ切り替えられ
る。又、交流電源５０１はオンされ、抵抗５０３と接続
される。

【００６９】触針５３が間隙Sの中央にある場合、図８
(a)に示すように、交流電源５０１の電圧波形Oと抵抗５
０３の電圧波形Rとには、位相差(Δθ)がある。ここ
で、触針５３を回転し、間隙Sの対向面に向かって回転
させると、図８(b)に示すように、抵抗５０３の電圧波
形Rが変化し、位相差(Δθ′)が変化し、触針５３が間
隙Sの対向面に接触すると、位相差(Δθ′)がゼロとな
る。

【００７０】位相差の変化がロックイン増幅部５０６で
増幅され、比較部５０７で設定値と比較され、位相差が
設定値以下となると触針５３が間隙Sの対向面に接触し
たと判断する。

【００７１】尚、接触検出手段としては、上記実施の形
態例に限定するものではない。上記実施の形態例では、
被測定物Wの間隙Sが空気の場合、接触ノイズにより触針
５３の接触を検出するようにしたが、触針５３と被測定
物Wとの間に直流電源を設け、抵抗５０３間の電位差で
検出してもよい。

【００７２】又、被測定物Wの間隙Sが導電性の液体で満
たされている場合でも、触針５３と被測定物Wとの間に
電源を設け、抵抗５０３間の電位差で検出してもよい。
この場合、導電性の液体が電気分解する恐れがあるの
で、電源は交流電源の方が好ましい。次に、上記構成の
動作を図９を用いて説明する。

【００７３】先ず、間隙測定装置を操作者がセットす
る。具体的には、先ず、間隙測定装置の二つの位置決め
ブロック１の突起５が測定しようとする被測定物Wの間
隙Sの一方の側面に当接するようにセットする。そし
て、間隙幅方向移動機構１００を用いて触針５３が間隙
Sの幅方向の略中央部に位置させる。そして、昇降機構
３００を用いて、触針５３を間隙Sの所望の深さまで下
降する。

【００７４】次に、間隙Sのおよその間隙値は解ってい
るが、使用する触針５３の形状により、触針５３を回転
させる角度は変わるので、本測定の前に、触針５３を回
転させる角度を予め決定するサーチモードとなる。

【００７５】制御手段４０３はモータ４７用いて、触針
５３を正方向に回転させる(ステップ2)。触針５３が間
隙Sの一方の面に接触すると、接触検出手段４０１が応
動し、制御手段４０３はこの時までのエンコーダ５５か
らのパルスカウント値(P1)を記憶する(ステップ3)。

【００７６】そして、モータ４７を用いて、触針５３を
原点に復帰させる(ステップ4)。今度は、触針５３を逆
方向に回転させる(ステップ5)。触針５３が間隙Sの他方
の面に接触すると、接触検出手段４０１が応動し、制御
手段４０３はこの時までのエンコーダ５５からのパルス
カウント値(P2)を記憶し(ステップ6)、モータ４７を用
いて、触針５３を原点に復帰させる(ステップ7)。

【００７７】ここで、P1,P2を触針５３の回転させる角
度とする。次に、本測定を行う。サーチモードと本測定
との相違は、サーチモードでは、触針５３の回転中、接
触検出手段４０１が常時動作していたが、本測定では、
触針５３がP1,P2近傍から動作し始める点である。

【００７８】制御手段４０３はモータ４７用いて、触針
５３を正方向に回転させる(ステップ8)。触針５３が間
隙Sの一方の面に接触すると、接触検出手段４０１が応
動し、制御手段４０３はこの時までのエンコーダ５５か
らのパルスカウント値(P1′)を記憶する(ステップ9)。

【００７９】そして、モータ４７を用いて、触針５３を
原点に復帰させる(ステップ10)。今度は、触針５３を逆
方向に回転させる(ステップ11)。触針５３が間隙Sの他
方の面に接触すると、接触検出手段４０１が応動し、制
御手段４０３はこの時までのエンコーダ５５からのパル
スカウント値(P2′)を記憶し(ステップ12)、パルスカウ
ント値の和(P1+P2)より、間隙Sの間隙値を変換する(ス
テップ13)。

【００８０】この変換は、図１０に示すように、前もっ
て、距離のわかっているゲージ間隙を用いて、パルスカ
ウント価と間隙Sの間隙値との校正直線(y=ax+b)を作成
し、この校正直線の係数aおよびbから間隙値xを求める
尚、前記ゲージ間隙とは、オプティカルフラット等で、
その平行度および平面度が補償されたマイクロメータ等
の基準間隔に予め厚さのわかっており、測定したい間隙
近傍の複数の精密ゲージブロックを挿入して規定された
間隙である。

【００８１】又、パルス数と間隙値との関係が記録され
たテーブルを設け、このテーブルより間隙値を求めても
よい。間隙値(x)をモニタ４０５に表示し、プリンタ４
０７へ出力する(ステップ14)。

【００８２】最後に、触針５３を原点に戻し(ステップ1
5)、一連の動作を終了する。尚、同じ間隙Sの異なる部
分の間隙値を測定する場合には、間隙長手方向移動機構
２００を用いて、触針５３を間隙Sの長手方向に移動さ
せ、ステップ1からの動作を行う。

【００８３】上記構成によれば、触針５３を間隙Sの対
向面に当接するまで回転させ、触針５３の回転角から間
隙値を測定することにより、間隙Sを傷つけることな
く、狭い間隙Sを高精度に測定できる又、間隙S内で先端
側が略直角に折曲された触針５３を回転させることによ
り、深さ方向で間隔値が変化している間隙の所望の深さ
の間隙値を測定できる。

【００８４】尚、本発明は、上記実施の形態例に限定す
るものではない。例えば、回転角検出手段として、上記
実施の形態例では、エンコーダを用いたが、モータ４７
をステッピングモータとすることで、エンコーダは不要
となる。

【００８５】更に、図１１に示すように、触針５３の回
転軸上にミラー６０１を設け、このミラー６０１にレー
ザ光源６０３からレーザ光LBを当て、ミラー６０１から
の反射レーザ光の移動を位置センサ(PSD)６０５で検出
してもよい。

【００８６】即ち、触針５７が回転することにより、ミ
ラー６０１も回転し、ミラー６０１からの反射レーザ光
は移動する。この移動量を位置センサ６０５で検出する
ことにより、触針５３の回転角を検出することができ
る。

【００８７】又、触針５３の回転動作や測定回数および
触針５３の移動させる範囲は、キーボード４０９より任
意に設定可能とすることも可能である。更に、又、触針
５３が接触予定位置を越えても、接触を検出できない場
合は、アラーム等で操作者に知らせるてもよい。接触予
定位置をどのくらい越えたらアラームを鳴らすかは任意
に設定するようにしてもよい。

【００８８】又、モニタ４０５には、間隙値の他に、触
針５３の回転角、校正直線の係数a,bを表示するように
してもよい。更に、間隙Sの長手方向の複数の位置で間
隙値を測定し、プリンタ４０７に、間隙値の分布マップ
を表示するようにしてもよい。

【００８９】

【実施例】(交流電源の周波数シミュレーション)図８に
おいて、触針５３の間隙Sの対向面に接触する前後での
位相差が大きければ大きい程検出が容易となる。

【００９０】そこで、本願発明者は、位相差Δθが大き
くなる交流電源５０１の周波数を以下のようにして求め
た。本実施の形態例の構成図である図１２(a)は、図１
２(b)のような等価回路(モデル)となり、この時の位相
差および振幅のシミュレーションを行った。

【００９１】尚、間隙Sの対向面間に純水(誘電体)が満
たされ、入力(交流電源５０１)は正弦波(Em・sin(ω
t))、出力は抵抗５０３の両端電圧である。 (1) 図１２(b)の場合 電圧と抵抗５０３を流れる電流の位相差φおよび振幅
(以下の式では電流の係数部分)Eは、以下のようにな
る。

【００９２】

【数１】

【００９３】ここで、R=100,r=150,C=150×10^-9,L=1×1
0^-5,f=1000,2000,3000......とすると、位相差φは図１
３(a)、振幅Eは図１３(b)となる。

【００９４】従って、10KHz前後が一番位相差φが大き
くなることがわかる。(触針５３の先端形状の回転角シ
ミュレーション)本実施の形態例では、触針５３の先端
形状が、略球形又は軸方向に対して直角な端面を有する
ものを用いた。この理由を以下のようなシミュレーショ
ンを行い説明する。

【００９５】(1) 先端形状が略球形の場合(図１４参照) 図１４において、 触針５３の回転中心 : O 回転中心から先端の球の中心までの長さ : R 先端の球の半径 : r 触針の初期挿入位置 : x 測定する間隙値 : D 回転角 : θ1,θ2 とすると、 x=Rsin(θ1)+r D-x=Rsin(θ2)+r より、総回転角Θ(=θ1+θ2)は、

【００９６】

【数２】

【００９７】となる。ここで、例えば、R=2.00,r=0.05,
D=0.20とし、x=0.05,0.06,......,0.15の場合、図１５
に示すように、総回転角(180Θ/π)の変化は、2.865〜
2.866degの範囲で変化する。又、総回転角が最小となる
のは、x=0.1となり、間隙の中央で最小となる。

【００９８】一方、間隙値Dが0.201となった時、x=0.0
5,0.06,......,0.15の場合において、総回転角は2.8935
〜2.8945degの間で変化し、間隙Dが1μm変化した場合の
触針の総回転角の変化量は約0.03degとなる。

【００９９】図１５において、触針を挿入する箇所で総
回転角は2.865〜2.866degの範囲で変化し、総回転角の
変化量は0.001degとなる。従って、触針の挿入位置がど
こにあっても、その変化は測定値の変化量は、0.1μm程
度となり、触針の挿入箇所による測定誤差は非常に小さ
いことがわかる。

【０１００】次に、触針の挿入位置による測定誤差を目
標検出精度1μmの1/10である0.1μm以下にするのは、以
下のようにして求められる。触針を間隙の中央部に挿入
した時の間隙1μmに対する角度変化量をf(R)とすると、 f(R)=Θ(0.100,R,0.05,0.201)-Θ(0.100,R,0.05,0.200) となり、挿入位置による角度検出誤差をg(R)とすると、 g(R)=Θ(0.05,R,0.05,0.200)-Θ(0.125,R,0.05,0.200) となり、触針の挿入位置による測定誤差をF(R)とする
と、 F(R)=g(R)/f(R) となる。

【０１０１】ここで、R=1.00,1.01,......,3.00とする
と、図１６に示すようになる。図１６より、触針の挿入
位置による測定誤差を目標検出精度1μmの1/10である0.
1μm以下にするには、触針の先端長さRを1.117mm以上と
すればよいことがわかる。 (2) 先端形状が軸方向に対して直角な端面を有する場合
(図１７参照) 図１７において、 触針５３の回転中心 : O 回転中心から先端までの長さ : R 触針の半径 : r 触針の初期挿入位置 : x 測定する間隙値 : D 回転角 : θ1,θ2 とすると、 x=Asinθ′より、θ1=asin(x/A)-atan(r/R) D-x=Asinθ″よりθ2=asin((D-x)/A)-atan(r/R) 尚、A=√(R×R+r×r) 求める総回転角Θ(θ1+θ2)は、 Θ=θ1+θ2 =(asin(x/A)-atan(r/R))+(asin((D-x)/A)-atan(r/R)) =asin(x/A)+asin((D-x)/A)-2atan(r/R) 例えば、D=0.3,R=3.5,r=0.075として、

【０１０２】

【数３】

【０１０３】と置き、触針の実測値を用いてx(0.075,0.
076,......,0.225)に対する総回転角(180Θ/π)を求め
ると、図１８に示すようになる。図１８からわかるよう
に、触針の挿入位置に対する総回転角の変化は、2.456
〜2.4575deg程度であり、1/1000degでの間隙値としての
測定誤差はおよそ0.1μmと非常に小さくなる。

【０１０４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載および
請求項２記載の発明によれば、触針を間隙の対向面に当
接するまで回転させ、触針の回転角から間隙値を測定す
ることにより、間隙を傷つけることなく、狭い間隙を高
精度に測定できる又、間隙内で先端側が略直角に折曲さ
れた触針を回転させることにより、深さ方向で間隔が変
化している間隙の所望の深さの間隙値を測定できる。

【０１０５】請求項３記載の発明によれば、触針が間隙
の対向面に接触すると、電位差が大きくなることによ
り、触針が対向面に切接触したことが判断できる。請求
項４記載の発明によれば、触針が間隙の対向面に接触す
ると、接触ノイズが発生し、この接触ノイズを検出する
ことで、触針が対向面に切接触したことが判断できる。

【０１０６】請求項５記載の発明によれば、 触針が間
隙の対向面と接触していない時には、交流電源からの信
号と、抵抗の両端の信号とに位相差が生じている。そし
て、触針が間隙の対向面に接触すると、位相差が無くな
る。これを検出することにより触針が対向面に接触した
ことが判断できる。

【０１０７】請求項６記載の発明によれば、触針が回転
することにより、ミラーも回転し、ミラーからの反射光
は移動する。この移動量を位置センサで検出することに
より、触針の回転角を検出することができる。

【０１０８】請求項７記載の発明によれば、エンコーダ
の出力パルスを計数することで、触針の回転角を検出す
ることができる。請求項８記載の発明によれば、ステッ
ピングモータの駆動パルスを計数することで、触針の回
転角を検出することができる。

【０１０９】請求項９記載の発明によれば、校正直線を
用いることで、測定したい間隙に合わせて触針を交換し
た場合でも、精度良く測定できる。請求項１０記載の発
明によれば、 触針の先端を略球状、軸に対して直交す
る平面のうち、どちらか一方とすることで、間隙を精度
良く測定できる。

【０１１０】請求項１１記載の発明によれば、昇降機構
を用いて触針を間隙の所望の深さまで移動させることが
でき、間隙の所望の深さの間隙値を測定できる。請求項
１２記載の発明によれば、間隙長手方向移動機構を用い
て、触針を間隙の長手方向の所望の位置まで移動させる
ことができ、間隙の長手方向の所望の位置の間隙値を測
定できる。

【０１１１】請求項１３記載の発明によれば、間隙幅方
向移動機構を設けたことで、触針を間隙の幅方向の中央
部に位置させることができる。請求項１４記載の発明に
よれば、回転動作および測定回数を任意に設定すること
により、測定時間を短縮したり、精度良く測定できる。

【０１１２】請求項１５記載の発明によれば、間隙の長
さを表示する手段を設けたことで、リアルタイムで良否
が判断できる。請求項１６記載の発明によれば、間隙の
長さを記録媒体へ出力する手段を設けたことで、分布デ
ータの保存や再測定データとの比較判断ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態例の正面から見た断面図で、図３の
切断A-Aにおける断面図である。

【図２】図１の切断線B-Bにおける断面図である。

【図３】図１の下面図である。

【図４】図１におけるC方向矢視図である。

【図５】図４の切断線D-Dにおける断面図である。

【図６】実施の形態例の装置の電気的構成を説明するブ
ロック図である。

【図７】図６における接触検出手段４０１を説明する図
である。

【図８】図７に示す接触検出手段の検出原理を説明する
図である。

【図９】実施の形態例の装置の動作を説明するフロー図
である。

【図１０】校正直線を説明する図である。

【図１１】回転角検出手段の他の例を説明する図であ
る。

【図１２】本発明の測定原理を説明する図である。

【図１３】図１２(b)において、周波数と位相差および
振幅との関係を示す図である。

【図１４】先端形状が略球形の触針を説明する図であ
る。

【図１５】図１４において触針の間隙への挿入位置と触
針の回転角との関係を示す図である。

【図１６】図１４において触針の先端長さと測定誤差と
の関係を示す図である。

【図１７】先端形状が軸方向に対して直角な端面を有す
る触針を説明する図である。

【図１８】図１７において触針の間隙への挿入位置と触
針の回転角との関係を示す図である。

【図１９】従来の間隙測定手法の問題点を説明する図で
ある。

【符号の説明】

４７ モータ(駆動手段) ５３ 触針 ５５ エンコーダ(回転角検出手段) ４０１ 接触検出手段 ４０３ 制御手段

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に回転可能で、その先端側が略直
   角に折曲された触針を間隙に挿入し、 前記触針を正および逆方向に回転し、 前記触針の先端が前記間隙の対向面に接触するまでの回
   転角を検出し、 該回転角より間隙値を測定することを特徴とする間隙測
   定方法。
2. 【請求項２】 軸方向に回転可能に設けられ、先端側が
   略直角に折曲され、導電性を有する触針と、 該触針を回転駆動する駆動手段と、 前記触針の先端が前記間隙の対向面に接触したことを検
   出する接触検出手段と、 前記触針の回転角を検出する回転角検出手段と、 前記駆動手段を介して前記触針を正および逆方向に回転
   し、前記接触検出手段および前記接触角検出手段の信号
   を取り込んで、前記触針の先端が前記間隙の対向面に接
   触するまでの回転角を検出し、該回転角より間隙値を測
   定する制御手段と、 を有したことを特徴とする間隙測定装置。
3. 【請求項３】 前記接触検出手段は、 前記触針,前記間隙を有する被測定物間に設けられた電
   源と、 該電源と直列に設けられた抵抗と、 前記抵抗の両端の電位差を検出する電位差検出部と、 該電位差検出部で得られた電位差の変化により前記触針
   が前記間隙の対向面に接触したことを判断する判断部
   と、 からなることを特徴とする請求項２記載の間隙測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記接触検出手段は、 前記触針,前記間隙が設けられた被測定物間に設けられ
   た抵抗と、 前記抵抗の両端の電位差を検出する電位差検出手段と、 該電位差検出部で得られた電位差の変化により前記触針
   が前記間隙の対向面に接触したことを判断する判断部
   と、 からなることを特徴とする請求項２記載の間隙測定装
   置。
5. 【請求項５】 前記間隙内に導電性を有する液体で満た
   されている場合、 前記接触検出手段は、 前記触針,前記間隙を有する被測定物間に設けられた交
   流電源と、 該電源と直列に設けられた抵抗と、 前記交流電源からの信号と、前記抵抗の両端の信号との
   位相差の変化を検出する位相差検出部と、 該位相差検出部で得られた位相差の変化により前記触針
   が前記間隙の対向面に接触したことを判断する判断部
   と、 からなることを特徴とする請求項２記載の間隙測地装
   置。
6. 【請求項６】 前記回転角検出手段は、 前記触針の回転軸上に設けられたミラーと、 該ミラーに光を出射する光源と、 前記ミラーからの反射光の移動を検出する位置センサ
   と、 からなることを特徴とする請求項２記載の間隙測定装
   置。
7. 【請求項７】 前記回転角検出手段は、 前記触針の回転角を検出するエンコーダであることを特
   徴とする請求項２記載の間隙測定装置。
8. 【請求項８】 前記駆動手段は、ステッピングモータで
   あり、 前記回転角検出手段は、前記ステッピングモータの駆動
   パルスを計数する手段であることを特徴とする請求項２
   記載の間隙測定装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段は、 予め距離のわかっているゲージ間隙を用いて作成された
   校正直線を用いて、前記回転角より前記間隙を換算する
   ことを特徴とする請求項２記載の間隙測定装置。
10. 【請求項１０】 前記触針の先端は、 略球状、軸に対して直交する平面のうち、どちらか一方
    であることを特徴とする請求項２記載の間隙測定装置。
11. 【請求項１１】 前記触針を間隙に任意の深さまで挿入
    する昇降機構を設けたことを特徴とする請求項２記載の
    間隙測定装置。
12. 【請求項１２】 前記触針を前記間隙に沿って移動させ
    る間隙長手方向移動機構を設けたことを特徴とする請求
    項２記載の間隙測定装置。
13. 【請求項１３】 前記触針を前記間隙の対向面と略直交
    する方向に移動させる間隙幅方向移動機構を設けたこと
    を特徴とする請求項２記載の間隙測定装置。
14. 【請求項１４】 前記触針の回転動作および測定回数は
    任意に設定可能であることを特徴とする請求項２記載の
    間隙測定装置。
15. 【請求項１５】 少なくとも間隙の長さを表示する表示
    手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の間隙測定
    装置。
16. 【請求項１６】 少なくとも間隙の長さを記録媒体へ出
    力する出力手段を設けたことを特徴とする請求項２記載
    の間隙測定装置。