KR940001737B1 - 변위 측정기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

변위 측정기
제1도는 종래의 변위 측정기의 외관도.
제2도, 제3도는 종래의 변위측정기에 있어서, 각 코일과 코어부재의 위치관계 표시도.
제4도는 종래의 변위측정기의 구성을 표시한 블록도.
제5도는 제4도에 도시한 발진기의 회로 구성도.
제6도는 발진기의 발진주파수의 변화량과 코어부재의 이동거리와의 관계 표시도.
제7도는 실제의 이동거리와 오차량과의 관계 표시도.
제8도는 본 발명의 일실시예인 변위측정기의 외관도.
제9도는 본 발명의 일실시예인 변위측정기의 구성을 표시한 블록도.
제10도는 본 발명의 변위측정기에 있어서, 각 코일과 코어부재와의 위치관계 표시도.
제11도는 제8도의 연산제어부에 포함되는 기억부의 기억내용 표시도.
제12도는 제9도의 연산제어부의 동작플로챠트.
제13도는 본 발명의 변위측정기에 의하여 측정된 실제의 이동거리와 오차량과의 관계 표시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2, 23 : 접촉자 7 : 발진기
10, 35 : 카운터 11, 36 : 연산제어부
12, 25 : 표시기 37 : 기억부
본 발명은 피측정물체에 접촉하는 접촉자의 이동거리를 발진기의 발진주파수의 변화량에서 산출하는 변위측정기에 관한 것으로, 특히 산출된 이동거리를 접촉자의 실이동거리에 근사하게 하기 위하여 2차곡선보정을 실행하는 변위측정기에 관한 것이다.
피측정물체의 매우 작은 이동거리를 예를들면 0.1㎜ 단위 또는 0.01㎜ 단위까지 정확하게 측정할 수 있는 휴대형 변위 측정기의 하나로서, 제1도에 도시한 바와같은 다이얼 게이지가 고려될 수 있다. 이러한 다이얼 게이지로 대표되는 변위측정기(1)는 접촉자(2)의 기준 위치에서의 이동거리를 표시부(3)에 디지털 표시한다. 또 접촉자(2)의 이동거리는 변위측정기에 내장되어 있는 발진기의 발진주파수의 변화량에 대응하는 전기신호로서 검출된다. 즉, 제2도에 도시한 바와같이 접촉자(2)를 지지하는 축에 코어부재(4)를 설치하고, 이 코어부재(4)를 권회하도록 일차코일(5)과 2개의 2차코일(6a, 6b)을 배치한다. 또 각 코일(5, 6a 및 6b)을 제3도에 도시한 바와같이 접속하고, 일차코일(5)에 발진기(7)에서 소정주파수의 교류신호를 인가하므로서, 2차코일(6a, 6b)의 출력단자(8a, 8b)에서 유도임피던스(L)를 검출한다. 따라서, 코어부재(4)의 위치가 상하로 이동하면, 출력단자(8a, 8b)간의 임피던스(L)가 변화한다.
제4도에 변위측정기(1)의 개략 구성도이다. 콜피츠형 발진기(9)는 제5도에 도시한 바와같이, 상기 2차 코일(6a, 6b)의 출력단자(8a, 8b)간의 유도임피던스(L)와 콘덴서(C1), 가변콘덴서(C2) 및 트랜지스터(Tr)로 구성되어 있다. 이 발진기(9)에 있어서, 접촉자(2)에 연동하는 코어부재(4)가 각 코일(5, 6a 및 6b)내를 이동하므로서 생기는 발진기의 발진주파수(f)의 변화량(
Figure kpo00001
f)은 제6도의 실선으로 표시하는 바와같이 코어부재(4)의 기준위치(중앙위치)에서의 이동거리(D)와 직선관계에 있으므로 변화량(
Figure kpo00002
f)에서 이동거리(D)를 산출할 수 있다. 발진기(9)의 발진주파수(f)는 카운터(10)에서 카운트되고, 연산부(11)에서 제6도의 실선으로 표시한 변환특성을 사용하여 이동거리(D)를 디지털적으로 산출한다. 산출결과는 표시기(12)에 디지털 표시된다.
그러나 전술한 바와같이 접촉자(2)에 연동하는 코어부재(4)가 코일(5, 6a 및 6b)내를 이동하므로서 생기는 발진기(9)의 발진주파수(f)의 변화량에서 접촉자(2)의 이동거리(D)를 산출하도록 하는 변위 측정기에 있어서는, 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 전술한 바와같이, 이 변위측정기로 접촉자(2)의 이동거리(D)가 정확하게 산출되는 조건으로서, 코어부재(4)의 기준위치에서 실제의 이동거리와 발진주파수(f)의 변화량(
Figure kpo00003
f)과의 사이의 관계가, 제6도의 실선으로 도시한 바와같이, 완전하게 직선관계를 유지하고 있는 것이 필요한 것이다.
그렇지만, 엄밀하게 검증한다면, 각 코일(5, 6a 및 6b)간에 있어서의 자력선의 문란이나, 코어부재(4)의 양단에 있어서의 에지효과등에 의하여, 제6도의 점선표시와 같이 접촉자(2)의 이동거리(D)와 발진주파수의 변화량(
Figure kpo00004
f)가 직선관계에 벗어나는 것이 된다. 제7도는 제6도의 이동거리(D)가 0근방에서의 코어부재(4), 즉 접촉자(2)의 실제의 이동거리(l)와, 이 실이동거리(l)에서 산출된 이동거리(D)를 공제한 오차량(l-D)과의 관계를 확대한 확대표시도이다. 도시한 바와같은 오차량(l-D)은 실이동거리(l)에 대하여 곡선상태로 변화하고, 최대오차량(l-D)은 약 20㎛(0.02㎜)가 된다. 더욱이 가변콘덴서(C2)의 용량을 변화시키면, 제6도의 직선경사는 변화하지만, 제7도에 있어서의 20㎛의 최대오차량은 거의 변화되지 않는다.
이 최대 0.02㎜의 오차량(l-D)은 길이를 측정하는 계량기에 정해진 통상규격을 충분히 만족 시킬 수 있는 것이다. 따라서 통상의 측정작업과정에 있어서 그 오차량(l-D)이 문제가 되는 일은 없다.
그러나, 초정밀부품의 회전축의 회전에 따라 진동량 측정등의 1/100㎜ 정도의 측정정밀도가 요구되는 경우에 있어서는 상술한 오차량에서는 대처할 수 없는 문제가 생긴다.
상기한 바에 있어서 종래의 측정 정밀도를 대폭으로 향상할 수 있는 변위 측정기의 개방이 요망되고 있다.
본 발명의 목적은 발진기의 발진주파수의 변화량에 산출된 이동거리를 다시 2차곡선보정하므로서, 얻어지는 이동거리를 보다 실이동거리에 근사하게 할 수 있고, 측정 정밀도를 대폭으로 향상할 수 있는 변위 측정기를 제공하고져 하는 것이다.
이하, 본 발명의 일실시예를 도면에 따라 설명한다.
제8도는 본 발명 실시예의 변위 측정기를 표시한 외관도이다. 대략 직방체상태로 형성된 함체(21)의 하면에 가이드축(22)을 끼워서 접촉자(23)가 함체(21)에 대하여 상하로 이동 가능하게 설치되어 있다. 또한 함체(21)의 하면에 가이드축(22)을 끼워서 접촉자(23)가 함체(21)에 대하여 상하로 이동 가능하게 설치되어 있다. 또한 함체(21)의 전면에는 모드 전환이나 영점 조정등의 각종 기능기(24) 및 액정 표시소자로 형성된 표시기(25)가 설치되어 있다.
더욱이, 이 표시기(25)는 측정된 접촉자(23)의 이동거리를 6자리로 세그멘트 표시를 할 수 있는 표시기능을 가지고 있다.
제9도는 변위 측정기의 개략 구성을 표시한 블록도이다. 도면중 주지구성의 콜피츠형의 발진기(26)에 있어서 트랜지스터(27)의 베이스 에미터간에 콘덴서(28, 29), 저항(30)이 접속되고, 더욱이 트랜지스터(27)의 베이스 일차코일(31)의 일단이 연속되어 있다. 이 일차코일(31)의 타단과 상기 저항(30)과의 사이에는 2차 코일(32a)과 스위치(33a)의 회로와 2차코일(32b)과 스위치(33b)의 회로가 병렬로 끼워져 있다. 상기 2차코일(32a, 32b)은 동일한 임피던스값을 가지고 있고, 1차코일(31)과 각 2차코일(32a, 32b)은 제10도에 도시한 바와같이 1차코일(31)의 상하에 2차코일(32a, 32b)이 배설된 위치 관계가 된다. 각 코일(31, 32a, 32b)의 중심에 접촉자(23)의 축에 설치된 코어부재(34)가 삽입된다. 상기 코어부재(34)는 축 및 스프링을 개재하여 함체(21)의 내측상방에 고정되어 있다. 따라서 접촉자(23)를 상방에 이동시키면 코어부재(34)는 2차코일(32a) 방향으로 이동하고, 1차코일(31)과 2차코일(32a)강간의 결합용량이 커지게 된다. 일방, 접촉자(23)를 하방에 이동시키면, 코어부재(34)는 2차코일(32b) 방향으로 이동하고 1차코일(31)과 2차코일(32b)간의 결합용량이 커지게 된다.
따라서 코어부재(34)가 1차코일(31)의 중심위치(기준위치)에 위치한 상태에 있어서, 스위치(33a)만을 닫았을 경우 이 콜피츠형의 발진기(26)의 발진주파수(fA)와 스위치(33b)만을 닫은 상태에서의 발진주파수(fB)와의 일치하지만 코어부재(34)가 어느 일측방향에 이동하면 각 발진주파수(fA, fB)간에 차가 발생하고, 그 주파수차(
Figure kpo00005
f(=fA-fB))가 코어부재(34)의 상기 기준위치에서의 이동거리에 대응한 값이 된다. 이 주파수차(
Figure kpo00006
f)와 이동량 거리간의 관계는 예를들어 상술한 제6도에 도시한 바와같이 대략 직선이 된다.
이 발진기(26)의 각 발진주파수(fA, fB)는 콘덴서(28, 29)의 중간점에 접속된 트랜지스터(27)의 에미터단자에서 검출되어서, 카운터(35)에서 카운터 된다. 그리고, 디지털 값(fA, fB)으로 변환되어서 다음의 연산제어부(36)에 입력된다. 연산제어부(36)는 예를들면 마이크로컴퓨터로 구성되어 있고, 각종 입출력포트, ROM, RAM 등으로 형성된 기억부(37)를 내장하고 있다.
또한, 연산제어부(36)의 상기 ROM에서 형성된 기억부(37)에는 제11도에 도시한 바와같이, 발진주파수의 변화량(
Figure kpo00007
f)에서 계산의 이동거리(D)를 산출하기 위한 일차식으로된 변환식,
D=F(
Figure kpo00008
f)
로 산출된 이동거리(D)를 다시 실이동거리(l)에 근사시키기 위하여,
Dl=a1D2+b1D+C1(+측)
Dl=a2D2+b2D+C2(-측)
의 2차곡선보정식이 기억되어 있다. 더욱이 a1, a2, b1, b2, c1, c2는 실험적으로 구해진다.
여기에서, 연산제어부(36)의 동작에 대하여 제12도에 도시한 플로챠트에 따라서 설명한다.
스텝(S1)에서는 일정시간마다 타이어(38)에서 입력되는 시간 인터럽트(interrupt) 신호로서 발진기(26)의 각 스위치(33a, 33b)를 교호하게 개폐하므로서 카운터(35)에서 입력된 각 발진주파수(fA, fB)에서 주파수차(
Figure kpo00009
=fA-fB))를 산출한다. 스텝(S2)에서는 기억부(37)에 기억되어 있는 변환기 D=F(
Figure kpo00010
f)를 사용하여 상기 접촉자(23)의 기준 위치에서의 이동거리(D)를 산출한다. 스텝(S3)에서는 산출된 이동거리(D)의 부호를 판정하여 그 부호에 대응하는 2차곡선보정식을 기억부(37)에서 판독하고, 판독된 2차곡선보정식을 사용하여 실 이동거리(l)에 의하여 근사한 이동거리(Dl)를 산출한다(스텝 S4, S5). 산출된 이동거리(Dl)는 표시기(25)에 입력된다(스텝 S6).
함체(21)내에는, 배터리(39)와 이 배터리(39)에 접속되며, 각 전자구성부재에 대하여 구동전압(VD)을 공급하는 전원회로(40)가 포함되어 있다.
이와같이 구성된 변위측정기라면, 카운터(35)에서 카운트된 발진주파수(FA, FB)에서 주파수와(
Figure kpo00011
f)가 산출되어, 이 주파수차(
Figure kpo00012
F)에서 직선일차식으로 표시되는 변환식 D=F(
Figure kpo00013
f)를 사용하여 개략적인 이동거리(D)가 산출된다. 그리고 산출된 이동거리(D), 기억부(37)에 기억된 2차곡선보정을 사용하여 실 이동거리(l)에 의하여 가까운 이동거리(Dl)가 산출된다.
이와같이 산출된 이동거리(D)를 2차곡선보정식을 사용하여 재보정하여 실이동거리(l)에 의하여 근사한 이동거리(Dl)를 얻을 수 있게 하고 있으므로 결과적으로 이 변위측정기의 측정 정밀도를 2차곡선보정을 실시하지 않는 종래의 변위 측정기의 측정밀도와 비교하여 대폭으로 향상할 수 있다.
제13도는 별도의 측정장치로 실측된 접촉자(23)의 실이동거리(l)와, 이 실이동거리(l)와 실시예의 변위 측정기로 산출된 이동거리(Dl) 사이의 오차량(l-Dl)간의 관계표시도이다. 이 도면에서 명백한 바와같이 최대오차량은 10㎛(0.01㎜) 이하로 저감된다. 따라서, 변위측정기의 측정정밀도가 대폭으로 향상되어 있다.
이상은 본 발명의 일실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 요지의 범위내에서 변형 실시가 가능한 것이다.

Claims (4)

  1. 피측정물체에 접촉하는 접촉자 수단(2, 23)과, 상기 접촉자 수단의 이동에 따라 발진주파수를 가지는 신호를 발생하는 발진기 수단(7)과, 상기 발진기수단에 의해 발생된 신호의 발진주파수를 카운트하는 카운터 수단(10, 35)과, 카운트된 발진주파수의 변화량에서 상기 접촉자 수단의 이동거리를 산출하고, 발진주파수의 변화량과 산출된 이동거리와의 사이의 2차곡선관계를 도시하는 2차 변환기를 이용하여 산출된 이동거리를 보정하는 연산제어수단(11, 36)과, 상기 연산제어수단에 의해 보정된 이동거리를 나타내는 거리데이터를 표시하는 표시수단(12, 25)을 구비한 것을 특징으로 하는 변위 측정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연산제어수단(11, 36)은 발진주파수의 변화량과 이동거리와의 비례관계를 나타내는 1차 변환식을 이용하여 상기 접촉자 수단(2, 23)의 이동거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 변위 측정기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연산제어수단(11, 36)은 상기 1차 변환식을 기억하는 수단(37)을 가지는 것을 특징으로 하는 변위 측정기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연산제어수단(11, 36)은 상기 2차 변환식을 기억하는 수단(37)을 가지는 것을 특징으로 하는 변위 측정기.
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