JP3061111B2 - 寸法測定装置 - Google Patents

寸法測定装置

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JP3061111B2
JP3061111B2 JP8176252A JP17625296A JP3061111B2 JP 3061111 B2 JP3061111 B2 JP 3061111B2 JP 8176252 A JP8176252 A JP 8176252A JP 17625296 A JP17625296 A JP 17625296A JP 3061111 B2 JP3061111 B2 JP 3061111B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の寸法を
検出する寸法測定装置に関し、特に測定信号の測定範囲
内での線形性(リニアリティ)を補正する機能を有する
寸法測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】被測定物の寸法を測定し、電気信号とし
て出力する各種の測定装置が使用されている。例えば、
差動トランスを使用した電気マイクロメータや、空気圧
を利用したエアマイクロメータ等である。また、静電容
量センサや、渦電流センサ等もある。このような測定装
置の重要な性能項目として測定範囲がある。一般に、寸
法の変化に応じて測定信号が変化する範囲の寸法であれ
ば、寸法を測定することが可能である。一方、寸法測定
装置の別の性能項目としてリニアリティがある。これ
は、寸法に対する測定信号の変化具合が比例するかどう
かということである。以下、電気マイクロメータに使用
される差動トランスと例としてリニアリティについて説
明する。
【0003】図3は、差動トランスの基本構成を示す図
である。図3に示すように、一次コイル52と、同じ巻
数の二次コイル53、54の中を鉄心(コア)51が移
動可能に保持されている。一次コイル52には発振器5
5から交流信号が印加されており、一次コイル52から
コア51を介して二次コイル53、54に誘導される誘
導起電力には、コア51の位置に応じて差が生じるの
で、二次コイル53、54の誘導起電力の差を検出して
コア51の位置を検出する。誘導起電力の差はアンプ5
6で増幅された後、整流回路57で直流信号に変換され
る。例えば、コア51が二次コイル53、54のちょう
ど中間の位置にあるとすると、一次コイル52からコア
51を介して二次コイル53、54に誘導される誘導起
電力は等しくなるので、この位置をゼロ点とする。コア
51の変位方向により二次コイル53、54の一方の誘
導起電力が大きくなり、逆の方向に変位すればもう一方
の誘導起電力が大きくなり、誘導起電力の差はゼロ点か
らの変位が大きくなるに従って大きくなる。コアの変位
に応じて誘導起電力の差が単調に増加又は減少する範囲
が検出可能範囲である。
【0004】しかし、この検出可能範囲において、誘導
起電力の差とコアの変位は完全には比例しない。以前の
電気マイクロメータでは、整流回路57の出力を増幅し
た信号で、アナログメータの指針を駆動していたため、
誘導起電力の差とコアの変位が比例していないと、メー
タの読み取り値と寸法の間に差が生じ、測定誤差になっ
ていた。そのため、逆に十分なリニアリティがある範囲
を測定範囲としていた。
【0005】これに対して、測定信号をディジタル信号
に変換してディジタル表示する電気マイクロメータで
は、各電気マイクロメータ毎に、リニアリティに関する
情報をあらかじめ記憶しておき、測定値をこの情報に従
って補正した後出力するリニアリティの補正が行われ
る。図4は、リニアリティの補正が行われる従来の電気
マイクロメータの構成を示す図である。図示のように、
この電気マイクロメータは、測定ヘッド7と測定ヘッド
7の出力信号を処理する管制部9とで構成されている。
【0006】測定ヘッド7は、被測定物の径や幅を測定
するため、被測定物に接触する2個の測子71、72
と、各測子の変位をそれぞれ測定する2個の差動トラン
ス73、74と、整流回路75、76と、2つの整流回
路の出力の和を算出するアナログ加算回路77とを有し
ている。管制部9は信号処理のためのコンピュータで構
成される部分で、加算回路77の出力をディジタル信号
に変換するA/D変換器(ADC)91と、CPU92
と、ROM93と、RAM94と、リニアリティ補正デ
ータを記憶する補正用ROM95と、補正した測定値を
表示する表示器96とを有する。加算回路77の出力を
ADC91に伝送するケーブル8が設けられている。
【0007】図4の電気マイクロメータは、測定ヘッド
7と管制部9に分離されているが、一体に構成されてい
るものもある。但し、ここでは図4のように、測定ヘッ
ド7と管制部9が分離され、その間がケーブル8で接続
されているものが対象である。図4のように、測定ヘッ
ド7と管制部9が分離されているものは、測定ヘッド7
を小型にできるため、測定ヘッド7を狭いスペースに配
置できる等の利点がある。
【0008】補正データは、測定ヘッド毎に異なるの
で、所定の基準寸法を有するマスタを測定した時の測定
値と、基準寸法から補正データを算出する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】補正データは測定ヘッ
ド7毎に異なるので、図4の構成の場合、測定ヘッド7
の補正データを記憶した管制部9は、その測定ヘッド7
に接続して使用しなければならない。すなわち、測定ヘ
ッド7と管制部9は1対1に対応しており、測定ヘッド
7と管制部9の間で互換性はなかった。そのため、例え
ば、測定ヘッド7が故障した場合には、測定ヘッド7だ
けでなく、管制部9も一緒に交換する必要があり、修理
のためには測定ヘッド7と管制部9を一緒に送って修理
してもらう必要があった。また、一方が使用不能になっ
た場合には両方を廃棄する必要があり、費用の点で好ま
しくないという問題があった。このように、測定ヘッド
7と管制部9は物理的には分離可能であるにもかかわら
ず、実際には一体に取り扱う必要があり、分離可能であ
ることの利点を十分に生かしてはいなかった。
【0010】本発明は、上記問題点を解決するもので、
分離可能な測定ヘッドと管制部の特性を十分に生かした
使用が可能な寸法測定装置の実現を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の寸法測定装置は、補正データを記憶する不
揮発性メモリを測定ヘッド側に設け、測定の初期化時に
管制部からこの不揮発性メモリに記憶された補正データ
を読み取って記憶しておき、測定値をこの補正データに
従って補正するようにする。
【0012】すなわち、本発明の寸法測定装置は、被測
定物の測定部分の寸法を示すアナログ信号を出力する測
定ヘッドと、測定ヘッドから分離され、測定ヘッドの出
力する前記アナログ信号を処理する管制部と、アナログ
信号を測定ヘッドから管制部に伝送する伝送路とを備え
る寸法測定装置において、測定ヘッドは、測定信号の線
形性を補正するための補正データを記憶する不揮発性の
線形性補正データメモリを備え、管制部は、起動時に測
定ヘッドの線形性補正データメモリに記憶された補正デ
ータを読み出して記憶する補正データ記憶メモリを備
え、伝送路は、補正データと、管制部が測定ヘッドの線
形性補正データメモリをアクセスするための信号を伝送
することを特徴とする。
【0013】補正データは、外部の装置を使用して線形
性補正データメモリに書き込むことも可能であるが、管
制部から書き込むこともできる。更に、測定ヘッドで基
準寸法を有する複数の測定部分を測定した時の管制部が
検出した測定値を、補正データとして線形性補正データ
メモリに書き込むようにしてもよい。管制部は、この補
正データが基準寸法になるように、補間法等で補正を行
う。
【0014】本発明の寸法測定装置によれば、測定ヘッ
ド毎に異なる補正データは測定ヘッドと一体に保管され
る。使用する場合には、初期化時に管制部が伝送路を介
してこの補正データを読み出して記憶するので、線形性
補正データメモリからの補正データの読み出しは高速で
ある必要はなく、測定時にはこの管制部に記憶された補
正データに従って補正が行われるので、補正処理も十分
に高速に行える。補正データは測定ヘッドと一体に保管
されるので、管制部にどのような測定ヘッドを接続する
ことも可能であり、また逆に測定ヘッドをいずれの管制
部にも接続可能である。すなわち、測定ヘッドの互換性
が保てるようになる。
【0015】また、これは線形性(リニアリティ)補正
を行う場合の一般的な特徴であるが、リニアリティが良
好になるので、高精度化が可能になる。また、これまで
寸法毎に行っていた基準寸法を有するマスタを測定して
測定値のゼロ点を合わせるマスタ合わせを、1つのマス
タで1点についてのみ行えばよくなり、ワンマスタ化が
可能になる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例の寸法測
定装置の構成を示す図である。図1に示すように、測定
ヘッド1と管制部3は分離されており、その間で信号を
伝送するためのケーブル4が設けられている。測定ヘッ
ド1は、被測定物100の測定部分に接触する2個の測
子11、12と、測子11と12の変位を検出する検出
部13と、測定ヘッド特有の補正データを記憶するE2
PROM21とを有する。なお、ここでは管制部3から
記憶内容を書き換えられるように、E2PROM21を
使用したが、基本的には不揮発性のメモリであればよ
い。検出部13の構成は図4に示した従来のものと同一
である。管制部3は、信号処理のためのコンピュータで
構成される部分で、検出部13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31と、CP
U32と、ROM33と、RAM34と、測定ヘッド1
のE2 PROM21にアクセスするための信号ポート3
5と、補正した測定値を表示する表示器36とを有す
る。ケーブル4は、検出部13の出力するアナログ信号
をA/D変換器31に伝送する信号経路と、E2PRO
M21をアクセスするためのアドレス信号と制御信号を
ポート35からE 2 PROM21に伝送する制御経路
と、E2 PROM21から読み出したデータをポート3
5に伝送するデータ経路とで構成されている。なお、こ
こでは管制部3からE2 PROM21に補正データの書
込みが行えるように、ポート35はE 2 PROM21へ
もデータ伝送が行える双方向ポートになっている。ま
た、E2PROM21に記憶される補正データは複数ビ
ットのデータであるが、E2 PROM21へのデータの
書込みと読み出しはシリアル変換して1ビット単位で行
われるので、データ経路は1ビットである。
【0017】測定値のリニアリティの補正方法は各種考
えられる。例えば、ルックアップテーブルの形式で測定
値毎に補正値を記憶し、A/D変換器31の出力する測
定値に対応する補正値を読み出してくる方法である。測
定の分解能のレベルですべての補正値を記憶するのは記
憶容量が大きくなるので、ある間隔で補正値を記憶して
おき、その間の測定値については補間法で補正値を算出
する。また、測定した補正値から補正式を求めて記憶し
ておき、管制部3がこの補正式から補正値を算出するよ
うにしてもよい。
【0018】補正データの算出は、外部の装置を使用し
て行うこともできるが、ここでは管制部3を利用して補
正データの算出とE2 PROM21への補正データの書
込みを行う。本実施例の寸法測定装置では、リニアリテ
ィ補正モードと測定モードが設けられている。図2は、
管制部3によるリニアリティ補正モードと測定モードを
示すフローチャートである。
【0019】リニアリティ補正モードに設定した上で、
ステップ201から203で、マスタを交換しながらマ
スタの寸法の読み取りを行う。ここで、マスタは、例え
ば階段状に寸法の変化する円筒であったり、寸法が段階
的に変化する複数のマスタであったり、所定部分の寸法
が非常な高精度で段階的に変化する装置である。ステッ
プ201でこれらの寸法が測定される状態に設定した上
で、ステップ202でボタン操作により測定値の入力を
行う。管制部3はボタン操作された時の測定値を順次基
準寸法に対応する測定値として入力する。ステップ20
3では、すべてのマスタ、すなわち、すべての基準寸法
値について測定が終了したかを判定し、すべての基準寸
法値について測定が終了するまで、ステップ201から
203を繰り返す。すべての基準寸法値について測定が
終了すると、ステップ204で補正値を演算する。具体
的には、基準寸法値とそれに対応する測定値の差を算出
する。ステップ205では、この差を基準寸法値に対応
させてE2 PROM21に記憶する。
【0020】測定モードに設定すると、まず初期化動作
であるステップ211で、管制部3がE2 PROM21
に記憶された補正データを読み出し、RAM34に記憶
する。その後は、所定のサンプル間隔毎に、ステップ2
21でA/D変換器31の出力する測定値を読み取り、
ステップ222でRAM34に記憶された補正データに
従って測定値を補正し、ステップ223で補正した測定
値を表示器36等に出力する。
【0021】測定ヘッド1のリニアリティは、使用条件
に応じて変化する。従って、定期的にリニアリティ補正
モードに設定した上で、ステップ201から205を行
うことにより、最新の補正データに書き換える。これに
より、常時良好なリニアリティが維持できる。この場合
には、測定ヘッド1で補正データを記憶するメモリとし
て、電気的にデータの書換えが可能なE2 PROM21
を使用することが必要である。もし、出荷時点で記憶し
た補正データを書き換えることがなければ、E 2 PRO
M21の替わりにどのような不揮発性メモリでも使用可
能である。
【0022】また、上記の実施例では、管制部3を使用
して補正データを算出したが、別の専用の補正データ算
出用装置を使用して補正データを算出するようにしても
よい。更に、上記実施例では、管制部3から測定ヘッド
1のE2 PROM21をアクセスするためにアドレス信
号が印加される例を示したが、これではケーブルの本数
が多くなるという問題がある。そこで、E2 PROM2
1として、内部にカウンタ回路を有し、入力されるクロ
ック信号に従って順次カウント値を増加させて記憶され
たデータをシリアルに出力するメモリを使用すれば、管
制部3から測定ヘッド1へクロックを伝送する1ビット
の経路と、シリアルデータを伝送する1ビットの経路を
増加させるだけでよい。
【0023】以上、差動トランスを利用した電気マイク
ロメータを例として説明したが、本発明は測定ヘッドと
管制部が分離されており、ディジタル的にリニアリティ
を補正する寸法測定装置であればどのようなものにも適
用可能である。
【0024】
【発明の効果】本発明の寸法測定装置によれば、補正デ
ータは測定ヘッドと一体に保管されるので、測定ヘッド
と管制部の間で互換性が保てるようになり、測定ヘッド
と管制部を自由に組み合わせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の寸法測定装置の構成を示す図
である。
【図2】本発明の実施例の寸法測定装置の各動作モード
における処理を示す図である。
【図3】リニアリティを補正する必要のある寸法測定器
の例である差動トランスを説明する図である。
【図4】差動トランスを利用した従来の電気マイクロメ
ータの構成を示す図である。
【符号の説明】
1…測定ヘッド 3…管制部 4…伝送路 21…不揮発性メモリ(E2 PROM)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物(100)の測定部分の寸法を
    示すアナログ信号を出力する測定ヘッド(1)と、 該測定ヘッド(1)から分離され、前記測定ヘッド
    (1)の出力する前記アナログ信号を処理する管制部
    (3)と、 前記アナログ信号を前記測定ヘッド(1)から前記管制
    部(3)に伝送する伝送路(4)とを備える寸法測定装
    置において、 前記測定ヘッド(1)は、測定信号の線形性を補正する
    ための補正データを記憶する不揮発性の線形性補正デー
    タメモリ(21)を備え、 前記管制部(3)は、起動時に前記測定ヘッド(1)の
    前記線形性補正データメモリ(21)に記憶された前記
    補正データを読み出して記憶する補正データ記憶メモリ
    (34)を備え、 前記伝送路(4)は、前記補正データと、前記管制部
    (3)が前記測定ヘッド(1)の前記線形性補正データ
    メモリ(21)をアクセスするための信号を伝送するこ
    とを特徴とする寸法測定装置。
  2. 【請求項2】 前記管制部(3)は、前記伝送路(4)
    を介して、前記補正データを前記線形性補正データメモ
    リ(21)に書き込む請求項1に記載の寸法測定装置。
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