JPS582605A - 測定方法および装置 - Google Patents

測定方法および装置

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JPS582605A
JPS582605A JP10090081A JP10090081A JPS582605A JP S582605 A JPS582605 A JP S582605A JP 10090081 A JP10090081 A JP 10090081A JP 10090081 A JP10090081 A JP 10090081A JP S582605 A JPS582605 A JP S582605A
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force
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length
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Masaji Isa
伊佐 正司
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B3/00Measuring instruments characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B3/002Details
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    • GPHYSICS
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    • G01B3/18Micrometers

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length-Measuring Instruments Using Mechanical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定方法及び装置に係り、特に、電子式長さ
測定装置に用いるに好適な、被測定物に測定力をかけた
状態で被測定物の長さ等を測定する測定方法及び装置の
改良に関する。
一般に、被測定物にスピンドル等の測定子を当接させ、
測定力をかけ走状態の測定子の移動変位から被測定物の
長さ等tm定する、マイクロメータ、ノギス、ダイヤル
ゲージ、或いはハイドゲージ等の長さ測定装置におかて
は、測定子と被測定物との接触圧力、即ち測定力がその
測定結果に与える影譬は極めて大である。従って従来は
、例えば、フレームと、測定時に先端が被測定物に当接
されるスピンドルとを有し、フレームに対するスピンド
ルの移動変位量を、スピンドルの後端に形成され喪、精
密に加工されたねじりの送り量を基準に、ねじの斜面に
よる拡大を利用して読み取る、いわゆる機械式マイクロ
メータにおいては、前記ねじの回転送り機構であるシン
プル等にラチェット機構を採用して、スピンドルが被測
定物に当接し、接触圧力が所定の設定圧以上となった時
には、シンプル等が空回りするようにして、スピンドル
と被測定物との接触圧力が一定となるようにしている。
又、スピンドルが上下方向に移動するようにされたハイ
ドゲージにおいては、スピンドルの自1が被測定物に加
わるようにしている。又、前記機械式マイクロメータの
寸法読み取り部分を、光電検出装置で置き換えた、例え
ば、フレームに固着された固定スケールと、スピンドル
と連動された可動スケールとを備え、スピンドルの変位
に伴なう可動スケールと固定スケール間の物理量の変化
、例えば、通過光量或いは反射光量の変化から、フレー
ムとスピンドル間に挾持された被測定物の長さを測定す
るようにされた。いわゆる電子式マイクロメータにおい
ては、スピンドルの自由戻りを阻止すると共に、測定力
を一定とするために、スピンドルを全ストロークに渡り
往復動させるための往復機構と、該往復機構を任意の位
置でロックするためのラチェット機構と、該ラチェット
機構が作動している時に前記スピンドルを被測定物に対
して一定の測定力で押圧するための、ばねを用いた定圧
機構とを設けることも考えられる。
しかしながら上記のいずれの測長器においても、従来は
、測定時のスピンドルと被測定物との接触圧力、即ち測
定力が機械的に定まって一定となってしまい、容易に変
更することができなかったので、所望の測定力における
測定値を得ることが困難であった。なお、測定力を調整
可能とすることも考えられるが、測定力を所望の測定力
丁度に調整するのに手間取るだけでなく、測定力の調整
範囲を超えた任意の測定力における被測定物の長さを得
ることはできなかった。特に、測定に際して、実際に測
定力を零とすることは、実用上不可能であるため、測定
力が零の場合の被測定物の長さ。
即ち、被測定物の真の長さを直接得ることはできなかっ
た。
本発明け、前記従来の欠点を解消するべくなされたもの
で、測定力を補正でき、零を含む任意の測定力における
長さ等を容Toに得ることができる測定方法及び装置管
提供することを目的とする。
本発明は、被測定物に測定力をかけた状態で被測定物の
長さ等を測定する測定方法において、少なくとも2種の
測定力に対応させて測定値を検出し、各測定力と測定値
との相関関係から、所望測定力に対応する長さ等を求め
るようにして、前記目的を達成したものである。
父、前記所望測定力管零としたものである。
更に、被111Jず物に測定子を当接させ、測定力をか
け友状態の測定子の移動変位から被測定物の長さ等を測
定するようにされた測定、装置において、少なくとも2
種の測定力で前記測定子を被測定物に当接させるための
測定力印加手段と、前記測定力印加手段によって印加さ
れる各測定力に対応させて前記測定子の移動変位を検出
する変位検出手段と、各測定力と測定値との相関関係か
ら、所望測定力に対応する長さ等を算出する測定力補正
演算手段とを設けることにより、同じく前記目的を達成
したものである。
又、前記測定力印加手段により、第1の測定力、及び、
該第1の測定力の2倍の大巻さの第2の測定力を前記測
定子に印加するようにしたものである。
以下、長さ測定装置を例にとって、本発明の原理tit
明する。一般に、測定力が零である場合の測定子の移動
変位をXo  とすると、任意の測定力Pfにおける測
定子の移動変位Xfは次式の如く表わせる。
Xf ”Xo+f (Pf)−・・・−(1)ここで、
関数fcPf)は、測定装置の形状、構造、構成要素の
材質、被測定物の表面粗さ、材質等多くの要因により決
まるものであるが、測定装置のフレーム及び被測定物の
弾性変形内においては、はぼ直線関係となり、次式で近
似することができる。
Xf=Xo+aPf  +・+・・++++  (2)
ここで係数aVi、前記の各要因によって決まる定数で
ある。この関係を図示すると第1図に示す如くとなる。
従って、今、少くとも2種の測定力P+、P意1’C対
応する測定子の移動変位X I、 Xoを測定すると、
この各測定力P+、P*と測定子の移動変位X、 、X
、の関には次式に示すような関係が成立する。
この(3)式を連立させて解くことにより、測定力が零
の時の測定子の移動変位Xoは次式のように求められる
又、園じ<(3)式を連立させてaVcついて解くこと
によって、係数aは次式に示す如く表わされる。
この(5)式と前出(4)式を前出(2)式に代入する
ことによって、任意の測定力Pfにおける測定子の移動
変位Xfは、次式に示す如く表わされる。
従って、少なくとも2種の測定力P+−PyK対応させ
て測定子の移動変位)+ 、 Xsを検出することによ
り、前出(4)式或いti(6)弐に示すような関係を
利用して、零を含む任意の測定力に対応する測定子の移
動変位Xf t−求めることができ、これから。
任意の測定力に対応する長さ等を求めることができる。
前記測定力P+、Pmは、互いに異なるものであれば任
意の値を設定することが可能であるが、所望測定力に近
い値とすることが望ましい。特に、第2の測定力Paを
第1の測定力P、02倍(= 2 P I)とした場合
には、前出(4)式及び(6)式は次式に示す如く簡略
化される。
Xo  ”  2  X+     X鵞     ・
・・・・・・・・ (4′)なお前記説明においては測
定力を2種とし、測定力と測定子の移動変位間に直線関
係が成立すると仮定してい九が、測定力の種類fr3個
以上とし、測定力Pf  と−1定子の移動変位Xfの
間に成立する関数関係f(Pf)を求めるようにすれば
、直線関係が成立しない場合においても本発明が同様に
適用できることは明らかである。
発明者の実験によると、測定力O〜1000j’、測定
力1000ノにおける発生誤差0.3uとして製作した
長さ測定装置において、誤差は測定力に比例するものと
した各測定力との誤差に対し、実測測定誤差は最大5%
以下であった。なおこの誤差は、測定子、フレーム等の
撓みftニ匹敵するものと判明した。従って、測定力1
000yとした時に生ずる撓み鎗を20μmとする長さ
測定装置においCは、前記のように補正して求められる
測定力0りの時の誤差は1μm以下となる。
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
本実施例は、@2図に示す如く、先端内側にアンビル1
2が配役された略U字形状のフレーム10と、前記フレ
ーム10に対して相対移動可能な状態で支持され、測定
時に先端14mが被測定物16に当接されるスピンドル
14とを備え、被測祭物16にスピンドル14の先端1
4mを当接させ、測定力をかけた状態のスピンドル14
の移動変位から被測定物16の長さを測定するようにさ
れた電子式マイクロメータにおいて、測定力が切換可能
とされ、例えば500tと1000Fの2種の測定力p
so−o、P 1000で前記スピンドル14t−被測
定物16に当接させるための測定力印加手段20と、該
測定力印加手段20によって印加される各測定力P50
0、P100OK対応させて前記スピンドル14の移動
変位を検出する変位検出器22と、所望測定力Pf を
設定するための測定力設定器24、前記測定力印加手段
20の出力に応じて各測定力P500、p 1oooに
対応させて変位検出器22出力のスピンドル移動変位x
soo−1xzooo t−記憶する記憶装[26、該
記憶装置26出力の測定子の移動変位x soo 。
X1000及び前記測定力設定力設定器24出力の所望
測定力Pfを用いて、前出(6′)式により所望測定力
Pfに対応するスピンドル移動変位Xt t算出する測
定力補正演算器28、該測定力補正演算器28の出力に
応じて所望測定力Pfに対応する長さを表示する表示装
置30からなる演算装置32とを設けたものである。
前記測定力印加手段20は、例えば、ばねとラチェット
機構の組合せにより、500Fと10001の2種の測
定力P500、P 1000を切換えて前記スピンドル
14に印加するようにされている。
父、前記変位検出器22は、例えば、光電式変位検出器
、一本式変位検出器、接点式変位検出器のいずれかが用
いられ、スピンドル14の変位を鬼気的に出力できるよ
うにされている。
以下、作用を説明する。、まず、測定力設定器24に所
望測定力、例え(工゛0、或いは任意の値Pf C1)
を設定し、測定力印加手段20を操作することによって
、所定の測定力P500.P100Oをかけた状態で、
スピンドル14の移動変位X500、X100Oを変位
検出器22により検出する。変位検出器22により検出
された測定力P500、p 1ooo K対応するスピ
ンドルの移動変位X500、X1000は、配憶装置2
6で記憶され、測定力補正演算器28に入力される。測
定力補正演算器28では、前記記憶装置26出力の測定
力P500(=P1)、P 1000(=Pt)[対応
する測定子の移動変位X 500 (=X+ )、X1
00O(”Pt)及び測定力設定器24出力の所望測定
力Pfを用いて、前出(6′)式により所望の測定力P
fに対応するスピンドルの移動変位Xfを算出する。表
示装置30Fi、該測定力補正演算器28出力の所望測
定力に対応する測定スピンドルの移動変位Xf K応じ
て所望測定力Pfに対応する長さを表示する。
本実絢例においては、wc2の測定力Pt(=P100
0)を第1の測定力P+(=P500)の2倍の大きさ
としているため、補正演算が簡略化され、特に、所望測
定力が零である場合にL、補正演算が極めて単純化され
る。
又、本実施例においては、本発明を、既に電子回路が組
込まれている電子式マイクロメータに適用しているので
、その電子回路を利用して、容1に本発明の機能を付加
することができる。
なお前記実施例においては、測定力印加手段20により
、500yと1000Fの2種の測定力P500、P 
1000がスピンドル14に印加するようにされていた
が、この測定力印加手段201Cおける測定力を調整可
能とすることにより、被測定物の性質に応じて測定力を
変えて測定を行なうことも可能である。或いは、測定力
印加手段における測定力を連続可変とし、測定力検出手
段を別に設けて、測定力印加手段により連続的に測定力
を印加して行く過程で、特定の測定力に対応する測定子
の移動変位を検出することも可能である。
又、前記実施例においては、測定力設定器24、記憶装
置26、測定力補正演算器28、表示装置30からなる
演算装置32がマイクロメータ本体と一体化されていた
が、この演算装置をマイクロメータ本体とは別置とする
ことも可能である。
更に、前記実施例においては、各測定力に対応する変位
検出522出力の測定値を直接演算に用いるようにして
いたが、各測定力に対応する測定子の移動変位の平均値
を求める機能を付加し、該平均値を用いて演算すること
により、更に精1を高めることも可能である。
前記実施例は、本発明を電子式マイクロメータに適用し
たものであるが、本発明の適用間′8Viこれに限定さ
れず、電子式或いは機械式のノギス、ダイヤルゲージ、
ハイドゲージ等の他の長さ測定装置、及び、長さ以外の
測定装置に本同様に適用可能である。
又以上説明した通り、本発明によれば、測定力を補正で
き、零を含む任意の測定力に対応する長さ等を容易に得
ることができ、測定精度が向上するという優れた効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
@1図は、本発明の原理を示す、測定力と測定値との相
関関係を示す線図、第2図は、本発明に係る測定方法が
採用され良電子式マイクロメータの実施例の構成を示す
ブロック線図である。 10・・・フレーム、12・・・アンビル、14・・・
スピンドル、16・・・被測定物、20・・・測定力印
加手段、22・・・変位検出器、24・・・測定力設定
器、26・・・記憶′装置、28・・・測定力補正演算
器、30・・・表示装置。 代理人  高 矢    論 (ほか1名) 第 /IZ PtP2 溪1迦カー 分 弗 2 副

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (り被測定物に測定力をかけた状態で被測定物の長さ等
    を測定する測定方法において、少なくとも2種の測定力
    に対応させて測定値を検出し、各測定力と測定値との相
    関関係から、所望測定力に対応する長さ等を求めるよう
    にしたことを特徴とする測定方法。 (2)前記所望測定力が零とされている特許請求の範囲
    wC1項に記載の測定方法。 (3)被測定物に測定子を当接させ、m定力をかけた状
    態の測定子の移動変位から被測定物の長さ等を測定する
    ようにされた測定装置において、少なくとも2種の測定
    力で前記測定子を被測定物に当接させるための測定力印
    加手段と、前記測定力印加手段によって印加される各測
    定力に対応させて前記測定子の移動変位を検出する変位
    検出手段と、各測定力と測定値との相関関係から、所望
    測定力に対応する長さ等を算出する測定力補正演算手段
    とを設けたことを特徴とする測定装置。 (4)前記測定力印加手段により、第1の測定力、及び
    、骸第1の測定力の2倍の大きさの第2の測定力を前記
    測定子に印加するようにされている特許請求の範囲票3
    項に記載の測定装置。
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