JP3009345B2 - 検出範囲が外部から設定される測定器及びそれを使用した自動加工システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気マイクロメー
タ等の検出部自体は広い検出範囲を有するが、電気的な
処理のために高分解能での検出を行える範囲が限られて
おり、バイアスをかける等により検出範囲を変えること
ができる測定器及びこのような測定器と工作機械を組み
合わせた自動加工システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】検出結果を電気信号の形で出力する測定
器では、測定部の検出量を電気信号に変換して出力す
る。電気信号の強度が検出量に比例する場合には、雑音
等の問題がないとすれば電気信号を増幅することにより
微小な検出量を大きな電気信号に変えることができ、分
解能が電気信号の単位強度で決定されるとすれば分解能
が向上することになる。しかし、電気信号の変動範囲
（レンジ）は限られており、あまり増幅率を高くすると
測定部の検出範囲の一部のみが電気信号の変動範囲にな
り、それ以外の範囲については検出できないことにな
る。そこで、検出量を示す電気信号にバイアスを与えて
電気信号の変動範囲を切り換えて検出範囲を変更するこ
とが行われている。

【０００３】図３は検出範囲の切り換えが行える測定器
の例を示す図であり、例として電気マイクロメータを示
した。以下、この電気マイクロメータを例として説明を
行うが、電気信号を処理する回路の変動範囲を切り換え
て検出範囲を変更する測定器であれば、どのような測定
器にも適用可能である。図３は表面粗さ計や真円度測定
器に電気マイクロメータを使用した例であり、図３にお
いて、参照番号１００は測定の対象物であり、１２は被
測定物の表面に接触する触針であり、１３は回転自在に
保持された棒であり、一方の先端に触針１２が取り付け
られており、被測定物１００の表面位置に応じて触針１
２の位置が上下に変動するともう一方の先端に取り付け
られた鉄心１４が変位する。鉄心は差動トランス１１を
構成する２本のコイル内を変位するようになっており、
２本のコイルには差動トランス１１内に設けられた発振
器１１から交流信号が印加される。鉄心の変位位置に応
じて２本のコイルに誘起される電圧に差が生じるので、
その電圧の差に対応した電気信号が差動トランス１１か
ら出力される。差動トランス１１の出力する電気信号は
鉄心１４の変位位置に比例するから、差動トランス１１
の出力する電気信号を読み取れば被測定物１００の表面
位置が検出できる。差動トランス１１は、出力が鉄心１
４の変位位置に比例するようにコイルの巻き状態や位置
を精密に調整している。また近年は、製作した差動トラ
ンス１１で触針１２の位置と差動トランス１１の出力の
対応関係をあらかじめ測定して記憶しておき、触針１２
の位置と差動トランス１１の出力が比例するように補正
することも行われている。いずれにしろ、差動トランス
１１の出力は微小な電気信号であり、増幅回路によって
大幅に増幅される。

【０００４】参照番号２１は、差動トランス１１の出力
する電気信号にバイアス信号を加算する加算回路であ
り、２２は加算回路２１の出力を増幅する増幅器であ
り、２３は増幅器２２の出力するアナログ信号をディジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、２５は加算回
路２１へバイアス信号を供給するバイアス設定回路であ
る。バイアス設定回路２５では、使用者がバイアス信号
の強度を設定でき、設定された強度のバイアス信号が出
力されるようになっている。増幅器２２の出力は、その
ままアナログ信号として出力されることも、Ａ／Ｄ変換
器２３からディジタル信号として出力されることもあ
る。通常、加算回路２１は増幅回路の機能を兼ね備えて
いるが、ここでは説明を簡単にするため、加算回路２１
は単に信号を加算するだけで、増幅は行わないとして説
明する。

【０００５】例えば、差動トランス１１は触針１２の１
０ｍｍの変位範囲について変位量と比例する電気信号を
出力できるとする。増幅器２２の出力範囲は０Ｖから＋
１０Ｖの１０Ｖであるとすると、０ｍｍと１０ｍｍの変
位がそれぞれ０Ｖと＋１０Ｖになるように増幅したとす
ると、１０μｍの変位は１０ｍＶの出力に相当すること
になる。ここで、出力信号の読み取れる範囲を１０ｍＶ
程度とすると、この場合の分解能は約１０μｍとなる。
このような分解能が問題になるのは、アナログ信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２３を使用する場
合で、例えば、１０ビットのＡ／Ｄ変換器２３を使用す
るとすると、１０２４段階に分解することが可能で、１
段階は約１０μｍになる。ここで、差動トランス１１の
出力は２μｍまでの変位に対して精度を有するとした場
合、この精度で読み取るには、増幅器の増幅率を更に５
倍に高める必要がある。例えば、０ｍｍと２ｍｍの変位
がそれぞれ０Ｖと＋１０Ｖになるように増幅したとする
と、２μｍの変位は１０ｍＶの出力に相当することにな
り、分解能は約２μｍになる。しかし、この場合の電気
信号の出力範囲及びＡ／Ｄ変換器２３の変換範囲は、フ
ルレンジでも０ｍｍと２ｍｍの変位範囲であり、それ以
外の２ｍｍから１０ｍｍの範囲については測定できない
ことになる。このように、分解能を高めると検出範囲が
縮小されることになる。

【０００６】しかし、広い範囲に亘って高分解能で測定
することが要望される場合もあり、そのような場合に
は、図３のバイアス設定回路２５の設定値を切り換えて
加算回路２１に供給するバイアス値を変化させる。例え
ば、０ｍｍと２ｍｍの変位に対して差動トランス１１が
出力する信号が０ｍＶから２０ｍＶである場合には、バ
イアスを０Ｖとして加算回路２１から０ｍＶから２０ｍ
Ｖが出力されるようにする。これを増幅回路２２で５０
０倍に増幅し、０Ｖから１０Ｖの信号にしてＡ／Ｄ変換
器２３に出力する。２ｍｍと４ｍｍの変位を測定する場
合には、差動トランス１１が出力する信号は２０ｍＶか
ら４０ｍＶになるので、バイアス設定回路２５の出力を
−２０ｍＶとして、加算回路２１の出力を０ｍＶから２
０ｍＶとして、増幅回路２２で５００倍に増幅する。こ
れにより、２ｍｍと４ｍｍの変位に対しても、０Ｖから
１０Ｖの信号になり、Ａ／Ｄ変換器２３で同様の分解能
の信号が得られる。以下、他の変位範囲についても同様
である。図３の回路では、バイアス設定回路２５の出力
するバイアス値の誤差に応じて各検出範囲での測定結果
がシフトすることになるため、検出範囲を変更する場合
には基準となるマスタを測定して、検出範囲間で誤差が
ないようにしている。

【０００７】上記のようにマスタを測定して検出範囲間
で誤差を測定し、使用者自身が補正することもあるが、
そのような作業は煩わしいという問題がある。そこで、
検出範囲を変更するためにマスタを測定すると、その測
定結果からバイアス値を算出して保持し、自動的に検出
範囲切り換えに伴う誤差を補正するようにした測定器が
ある。図４は図３の測定器にそのような機能を設けた例
である。

【０００８】図４の例においては、図３の構成からバイ
アス設定部制御２５を除き、Ｄ／Ａ変換器３２とサイズ
値メモリ３３と設定制御部３４とを設けた点が異なる。
サイズ値メモリ３３はバイアスのディジタル値を記憶す
るメモリであり、Ｄ／Ａ変換器３２はサイズ値メモリ３
３に記憶されたディジタル値をアナログ信号に変換して
加算回路２１に出力する。従って、このサイズ値メモリ
３３に記憶されたディジタル値をアナログ信号に変換し
た信号がバイアス信号に相当する。バイアス設定部制御
３４は、被測定物１００としてマスタがセットされた状
態で入力されるマスタセット信号に従って、マスタに応
じたバイアスを設定するための動作を制御する部分であ
り、例えば、増幅器２２の増幅率を変えてマスタに適し
た検出範囲を検出し、サイズ値メモリ３３の値を適当に
設定してマスタが所定値、例えばゼロになるように設定
する。これにより、マスタをセットする毎にマスタに適
した検出範囲にするためのバイアス値が自動的に設定さ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような測定器、
例えば電気マイクロメータを工作機械と組み合わせて、
加工中又は加工後に被加工物（ワーク）の寸法を測定
し、正確な加工を自動的に行えるようにしたシステムが
ある。図５はそのようなシステムの従来例の構成を示す
図である。

【００１０】図５に示すように、測定器１は、差動トラ
ンス１１と、加算回路２１と、増幅器２２と、Ａ／Ｄ変
換器２３と、Ｄ／Ａ変換器３２と、サイズ値メモリ３３
と、サイズ値設定制御部３４と、キー入力部３５とを備
えている。工作機械２は、測定器１からの測定値を受け
取り加工動作を制御する制御部３を有している。参照番
号１００はワークである。

【００１１】図５のシステムにおいて、図４に示す構成
の測定器を使用することも可能であるが、そのような測
定器を使用すると加工対象物を変更するたびにマスタを
セットしてマスタセット信号を入力し、サイズ値メモリ
にバイアス値を記憶させる必要があり、操作が煩雑で自
動化が難しいという問題があった。そこで、図５のシス
テムでは、キー入力部３５からの操作で、図４で説明し
たマスタに適したバイアス値の設定を複数のマスタにつ
いて行い、サイズ値メモリ３３が複数のバイアス値を記
憶できるようにしている。又は、１つのマスタについて
バイアス値を記憶させ、キー入力部３５からの操作で寸
法差を入力することにより、複数のバイアス値を記憶さ
せている。工作機械２では、加工する条件に応じてそれ
に適したマスタが判明するので、制御部３がバイアス値
のうちから１つを選択する信号をサイズ値メモリ３３に
出力し、サイズ値メモリ３３は指定されたバイアス値を
Ｄ／Ａ変換器３２に出力する。これが加算回路２１で差
動トランス１１の出力に加えられて検出範囲の変更が行
われる。

【００１２】しかし、図５のシステムで記憶できるバイ
アス値は、サイズ値メモリ３３に記憶できる分だけであ
り、あまり多くのバイアス値は記憶できないため、多種
類の寸法があり得るワークの測定は行えなかった。ま
た、バイアス値を記憶させるには複数のマスタを実際に
セットしてバイアス値を記憶させるか、キー操作でバイ
アス値を設定する必要があり、多種類のバイアス値を記
憶させるのは煩雑な作業であった。

【００１３】本発明は上記の問題点に解決するためにな
されたものであり、工作機械側では加工するワークの加
工情報に応じてそれに適したバイアス値を算出できるこ
とに着目して、より簡単な作業で多種類の寸法範囲に対
して高分解能で測定を行える測定器及びそれを使用する
自動加工システムの実現を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本構
成を示す図である。参照番号１は本発明の測定器であ
り、２は測定器１と組み合わされて自動加工システムを
構成する工作機械である。上記目的を達成するため、本
発明の測定器１は、対象物の物理量を広い範囲に亘って
検出可能な測定部１０と、測定部１０の検出結果を高感
度で出力可能である範囲は検出可能な範囲より狭い小範
囲であり、検出可能な範囲における小範囲の位置を変更
する検出範囲変更部２０と、検出範囲変更部２０での検
出範囲の変更値を外部から受け、検出範囲変更部２０に
出力する範囲変更値保持部３０とを備えることを特徴と
する。

【００１５】また、本発明の自動加工システムは、上記
のような測定器１と工作機械２とを備え、加工中の被加
工物の状態を測定器１で測定しながら前記被加工物が所
定状態になるように加工する自動加工システムであっ
て、工作機械２は、被加工物の種類が変更になる時に
は、測定器１の検出範囲が加工する被加工物に適合する
ように、測定器１に検出範囲の変更値を出力することを
特徴とする。

【００１６】本発明の自動加工システムでは、測定器１
は工作機械２から検出範囲の変更値を受け、その値に基
づいて検出範囲の変更を行う。従って、図５に示したシ
ステムのように、複数のバイアス値を記憶しておく必要
はなく、どのようなバイアス値を設定することも可能で
ある。工作機械２はワークを加工するための情報を有し
ているわけで、その情報から加工中又は加工後のワーク
の測定に適したバイアス値を算出することができるの
で、その値を範囲電光値保持部３０に記憶させれば、加
工中又は加工後のワークに適した検出範囲で測定を行う
ことが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図２は、本発明を図５に示したの
と同様の自動加工システムに適用した実施例の構成を示
す図である。図示のように、測定器１は、差動トランス
１１と、加算回路２１と、増幅器２２と、Ａ／Ｄ変換器
２３と、Ｄ／Ａ変換器３２と、サイズ値レジスタ３１
と、入出力ポート４１とを備えている。工作機械２は、
測定器１からの測定値を受け取り加工動作を制御する制
御部３を有している。参照番号１００はワークである。

【００１８】サイズ値レジスタ３１と入出力ポート４１
以外の部分は、これまで説明した従来例と同じであり、
ここでは説明を省略する。制御部３は、工作機械２で加
工するワークに応じてそれに適した測定器でのバイアス
値を算出し、その値を入出力ポート４１を介してサイズ
値レジスタ３１に書き込む。サイズ値レジスタ３１は書
き込まれた値をＤ／Ａ変換器３２に出力し、Ｄ／Ａ変換
器３２はそれをアナログ信号に変換し、加算回路２１に
バイアス値として供給する。これにより、加工するワー
ク１００に適した信号の出力範囲が設定され、高分解能
での測定が行えるようになる。このような動作をワーク
１００の種類が変更になり、検出範囲を変更する必要が
あるたびに行う。

【００１９】上記のように、バイアス値を変更して検出
範囲を変更すると、実際には測定値が連続せずにオフセ
ットを生じる。本実施例では、測定器１で複数のマスタ
を測定してバイアス値の変更によるオフセットを数点に
ついてあらかじめ測定して測定器の出力のオフセットを
補正する機能を制御部に設けてあり、設定したバイアス
値に応じて、Ａ／Ｄ変換器２３から受ける測定器１の出
力を補正している。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定器の検出範囲であれば、どのような検出値であって
も高精度の測定が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図である。

【図２】本発明の実施例の自動加工システムの構成を示
す図である。

【図３】検出範囲の切り換え可能な測定器（電気マイク
ロメータ）の従来の構成を示す図である。

【図４】マスタをセットしてバイアス値を設定する従来
の測定器の構成を示す図である。

【図５】キー入力で設定したバイアス値を工作機械側か
ら選択する従来の自動可能システムの構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…測定器 ２…工作機械 ３…制御部 １０…測定部 ２０…検出範囲変更部 ３０…範囲変更値保持部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物の物理量を広い範囲に亘って検出
   可能な測定部（１０）と、 該測定部（１０）の検出結果を高感度で出力可能である
   範囲は前記検出可能な範囲より狭い小範囲であり、前記
   検出可能な範囲における前記小範囲の位置を変更する検
   出範囲変更部（２０）と、 該検出範囲変更部（２０）での検出範囲の変更値を外部
   から受け、前記検出範囲変更部（２０）に出力する範囲
   変更値保持部（３０）とを備えることを特徴とする検出
   範囲が外部から設定される測定器。
2. 【請求項２】 前記検出範囲変更部（２０）は、前記範
   囲変更値保持部（３０）の出力するディジタル信号をア
   ナログ信号に変換するディジタル／アナログ変換器（３
   ２）と、前記測定部（１０）の出力に前記ディジタル／
   アナログ変換器（３２）の出力を加算する加算回路（２
   １）とを備える請求項１に記載の測定器。
3. 【請求項３】 前記検出範囲変更部（２０）の出力をデ
   ィジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器
   （２３）を備える請求項１又は２に記載の測定器。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の測定器（１）と工作機
   械（２）とを備え、加工中の被加工物の状態を前記測定
   器（１）で測定しながら前記被加工物が所定状態になる
   ように加工する自動加工システムであって、 前記工作機械（２）は、被加工物が種類が変更になる時
   には、前記測定器（１）の検出範囲が加工する被加工物
   に適合するように、前記測定器（１）に前記検出範囲の
   変更値を出力することを特徴とする自動加工システム。