JP6472309B2 - 測定器の調整方法、調整装置、および測定器 - Google Patents

Description

本発明は、測定器本体に移動自在に設けられた測定子を備えた測定器の調整方法、調整装置、および測定器に関する。

従来、測定器として、ダイヤルゲージやリニアゲージ等、スピンドル（測定子）が測定器本体に直線移動自在に設けられた直線変位測定器が知られている（例えば、特許文献１参照）。この文献に記載の直線変位測定器は、フレーム（測定器本体）と測定子とを互いに線膨張係数が近似した素材（アルミニウム）から構成することで、温度環境が変化した場合でも測定器本体と測定子との相対位置が変化しにくくなり、温度による測定誤差（温度ドリフト）の発生が抑制されるようになっている。

しかし、従来の測定器では、測定器本体の内部に設けられて測定子の移動量を検出する変位検出器やその付随回路等が発熱し、その熱によって測定子やスケールが各々の線膨張係数や熱源からの距離等に応じて膨張するため、そのような各部材それぞれの熱による変形を制御することは困難であり、測定誤差をなくすことができなかった。

そこで、測定器本体の内部で発生する熱を外部に放出する放熱手段を設け、測定器の内部温度を周辺の環境温度に近づけることで、測定子やスケールに対する熱の影響を小さくすることが考えられる。この場合、放熱手段は、内部温度および環境温度をそれぞれ計測する温度センサーと、これらの温度センサーの温度差に基づいて放熱量を設定する設定手段と、設定手段で設定した放熱量となるように放熱部の運転を駆動制御する制御手段と、を備えた構成が考えられる。

特開平９−２８７９０３号公報

しかしながら、従来の測定器に対して前述のような放熱手段を設けようとすると、温度センサーやその付属回路、設定手段、制御手段など複数の機器が必要となり、測定器の構造が複雑になって大型化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、測定器の構造を簡単化しつつ内部発熱による測定誤差を小さくすることができる測定器の調整方法、調整装置、および測定器を提供することである。

本発明の測定器の調整方法は、測定器本体と、この測定器本体に移動自在に設けられた測定子と、前記測定器本体に設けられて前記測定子の移動量を検知して測定値として出力する測定手段と、前記測定器本体から外部に熱を放熱する放熱手段と、この放熱手段による放熱量を設定する放熱量設定手段と、を備えた測定器の調整方法であって、前記測定子を基準位置に位置させて測定値をゼロセットするセット工程と、前記基準位置から前記測定子を所定量だけ移動させて所定時間保持する移動保持工程と、前記測定子を基準位置に戻してから測定値を読み取る測定値読取工程と、前記測定値読取工程で読み取った測定値の誤差を判定する誤差判定工程と、前記誤差に基づいて前記放熱量設定手段の放熱量の設定値を増減させる放熱量設定工程と、を備え、前記セット工程、前記測定値読取工程、前記誤差判定工程、および、前記放熱量設定工程を前記誤差が収束するまで繰り返して実行することを特徴とする。

このような本発明によれば、測定器本体と、測定子と、測定手段と、放熱手段と、放熱量設定手段と、を備えた測定器に対し、セット工程、移動保持工程、測定値読取工程、誤差判定工程、および、放熱量設定工程を、測定子の熱膨張による誤差が収束するまで繰り返し実行することで、放熱量設定手段の設定値をある一定値に設定することができる。従って、放熱量設定手段の設定値を一定値に設定、すなわち測定手段等から発熱する熱量と放熱手段から放熱する熱量とがバランスする一定値に設定した後には、放熱量設定手段による放熱量を変更する必要がないので、放熱量を変更するための制御部や、測定器本体の内部温度および環境温度を検出するための温度センサー等を設けなくてもよくなり、測定器の構造を簡単化して小型化することができる。

また、測定手段等から発熱する熱量を放熱手段から放熱することで、測定子に対する熱の影響を排除することができ、測定誤差を極力小さくして測定精度を高めることができる。さらに、移動保持工程において、測定子を所定量だけ移動させた状態で所定時間だけ保持することで、所定量だけ移動させた状態における測定子に対する熱の影響を反映させ、その熱の影響による誤差を含んだ測定値に対して誤差判定工程および放熱量設定工程を実行することによって、放熱量の設定値を精度よく設定することができる。

本発明では、前記放熱手段は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電素子を有し、前記放熱量設定手段は、前記熱電素子に加える電気エネルギーの大きさにより放熱量の設定値を規定することが好ましい。

このような構成によれば、熱電素子に加える電気エネルギーの大きさにより放熱量を設定することで、放熱量を精度よく設定することができる。ここで、熱電素子としては、ペルチェ素子が例示できるが、このペルチェ素子は、加える電流値に応じて高温側から低温側へ移動させる熱量（放熱量）が決まることから、その電流値（電気エネルギーの大きさ）の設定により放熱量を簡単に設定することができるとともに、設定精度を向上させることができる。

本発明の測定器の調整装置は、前記いずれかの測定器の調整方法によって測定器を調整する測定器の調整装置であって、前記セット工程、前記移動保持工程、前記測定値読取工程、前記誤差判定工程、および、前記放熱量設定工程を実行する制御手段を備えることを特徴とする。

このような本発明によれば、制御手段によって、セット工程、前記移動保持工程、測定値読取工程、誤差判定工程、および、放熱量設定工程を実行することで、放熱量の設定を迅速かつ高精度で実施することができる。従って、測定器の製造工程のうち出荷前の調整工程において、調整装置を用いて放熱量の設定値を設定することで、人手による手間や時間を削減しつつ効率よく測定器の調整を実施することができる。

本発明の測定器は、測定器本体と、この測定器本体に移動自在に設けられた測定子と、前記測定器本体に設けられて前記測定子の移動量を検知して測定値として出力する測定手段と、前記測定器本体から外部に熱を放熱する放熱手段と、この放熱手段による放熱量を設定する放熱量設定手段と、を備えた測定器であって、前記いずれかの測定器の調整方法によって調整され、前記放熱手段からの放熱量が前記放熱量設定手段によって一定値に設定されていることを特徴とする。

このような本発明によれば、前述のように放熱量設定手段による放熱量の設定値を変更する必要がないので、放熱量を変更するための制御部や、測定器本体の内部および外部の温度を検出するための温度センサー等を設けなくてもよくなり、測定器の構造を簡単化することができる。また、測定子に対する熱の影響を排除することができ、測定誤差を極力小さくして測定精度を高めた測定器を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る測定器の概略構成図 前記測定器の調整方法を示すフローチャート

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る測定器としてのリニアゲージの概略構成図である。
リニアゲージ１は、図１に示すように、測定器本体２と、この測定器本体２に移動自在に設けられた測定子としてのスピンドル３と、測定器本体２の内部に設けられてスピンドル３の移動量を検知して測定値として出力する測定手段４と、測定器本体２から熱を放熱する放熱手段５と、測定手段４および放熱手段５を制御する計数ユニット６と、を備える。

測定器本体２は、測定手段４を内蔵するケース体２１と、このケース体２１から突没自在にスピンドル３を支持するスピンドルガイド部２２と、を有して構成される。ケース体２１は、全体箱状に形成され、その内部空間に測定手段４が設けられるとともに、スピンドルガイド部２２とは反対側の外部に放熱手段５が設けられている。スピンドルガイド部２２は、スピンドル３をケース体２１からの突没方向（図１の上下方向）に直動させるように支持するとともに、突出方向にスピンドル３を付勢する図示しないばねを有して構成されている。

スピンドル３は、ステンレス等の適宜な金属材料から円柱状に形成され、測定器本体２から外部に露出して測定対象物（ワーク）に当接する先端部３１と、測定器本体２の内部に設けられて測定手段４に対向するスケール部３２と、を有して構成されている。このスピンドル３は、先端部３１がワークに当接して測定器本体２に押し込まれることで、スケール部３２が測定手段４に対して相対移動するようになっており、この移動量を測定手段４が検知することで、スピンドル３の移動量が測定値となるものである。

測定手段４は、スピンドル３のスケール部３２に対向して設けられる検知部４１と、この検知部４１を駆動するための測定回路部４２と、を有して構成されている。検知部４１は、例えば、スケール部３２に向かって光を照射するとともに、スケール部３２から反射する反射光を受光することで、スケール部３２との相対移動を検知する光学センサーが利用可能である。測定回路部４２は、計数ユニット６から供給される駆動電流Ｉ_Ｇに基づいて検知部４１を駆動するとともに、検知部４１で検知した検知信号を計数ユニット６に出力する。

放熱手段５は、ケース体２１に取り付けられるペルチェ素子５１と、このペルチェ素子５１の外側に取り付けられるヒートシンク５２と、を有して構成されている。ペルチェ素子５１は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電素子であって、計数ユニット６から供給される駆動電流Ｉ_Ｐの大きさに応じて測定器本体２から外部に放熱する放熱部として機能する。ここで、ペルチェ素子５１に供給される駆動電流Ｉ_Ｐと、ペルチェ素子５１によって移動される熱量Ｑ_ＩＰ（放熱量）と、は比例関係にあることが知られている。ヒートシンク５２は、アルミ合金等の比熱の低い金属で形成され、ペルチェ素子５１によって移動された熱を外部に放出する。

計数ユニット６は、測定手段４の測定回路部４２に駆動電流Ｉ_Ｇを供給する測定駆動制御部６１と、放熱手段５のペルチェ素子５１に駆動電流Ｉ_Ｐを供給する放熱駆動制御部６２と、測定手段４の測定回路部４２からの検知信号に基づいて測定値を表示する測定値表示部６３と、を有して構成されている。また、計数ユニット６には、測定駆動制御部６１からの駆動電流Ｉ_Ｇの出力、停止を切り替えるスイッチと、放熱駆動制御部６２からの駆動電流Ｉ_Ｐの大きさを設定するための設定操作部と、が設けられている。すなわち、放熱駆動制御部６２は、駆動電流Ｉ_Ｐの大きさによりペルチェ素子５１からの放熱量を設定する放熱量設定手段として機能する。

以上のようなリニアゲージ１では、放熱駆動制御部６２からペルチェ素子５１に供給される駆動電流Ｉ_Ｐは、一定値に設定されている。すなわち、ペルチェ素子５１には一定の駆動電流Ｉ_Ｐが供給されることにより、ペルチェ素子５１によって測定器本体２から一定の熱量Ｑ_ＩＰが移動され、ヒートシンク５２から外部に放熱されるようになっている。放熱駆動制御部６２における駆動電流Ｉ_Ｐの大きさは、リニアゲージ１の製造工程における調整工程で設定され、この調整工程で設定された後、使用状態においては駆動電流Ｉ_Ｐが変更されることはなく、一定の駆動電流Ｉ_Ｐが供給されるようになっている。

このような駆動電流Ｉ_Ｐの大きさを設定する調整工程について、図２も参照して説明する。
先ず、リニアゲージ１の測定器本体２を支持し、この測定器本体２から突出したスピンドル３の先端部３１を測定基準面に当接させ、スピンドル３を基準位置に位置させる（ステップＳＴ１）。次に、計数ユニット６のスイッチをＯＮして、測定駆動制御部６１から駆動電流Ｉ_Ｇを測定手段４に出力し、測定手段４に通電することで温度慣らしを行う（ステップＳＴ２）。さらに、測定値表示部６３に表示される測定値をゼロセットする（ステップＳＴ３）。以上のステップＳＴ１〜ＳＴ３によって、セット工程が構成される。

次に、測定器本体２とスピンドル３とを所定量だけ相対移動させ、スピンドル３を測定器本体２に没入させる。このスピンドル３の所定移動量としては、スピンドル３の最大移動量であり、スケール部３２が検知部４１に対向しつつ測定回路部４２に最も接近する最上点まで移動する位置である。このようにスピンドル３を所定量だけ移動させたら、その位置にスピンドル３を所定時間だけ保持する（ステップＳＴ４：移動保持工程）。

移動保持工程で所定時間保持した後、スピンドル３が測定器本体２から突出する方向に測定器本体２とスピンドル３とを相対移動させ、スピンドル３を基準位置まで戻し、この基準位置にて測定を実行する（ステップＳＴ５）。そして、測定値表示部６３に表示される測定値を読み取る（ステップＳＴ６）。以上のステップＳＴ５，ＳＴ６によって、測定値読取工程が構成される。

次に、読み取った測定値と基準位置における値（ゼロ値）との誤差を算出し、誤差を判定する（ステップＳＴ７：誤差判定工程）。この誤差が閾値以下であれば（ステップＳＴ７でＹＥＳ）、調整工程を終了する。誤差が閾値を超えていれば（ステップＳＴ７でＮＯ）、次のステップＳＴ８を実行する。

誤差判定工程（ステップＳＴ７）で誤差が閾値を超えていれば、その誤差に基づいて放熱駆動制御部６２の設定操作部を操作し、ペルチェ素子５１に供給する駆動電流Ｉ_Ｐを増減させる（ステップＳＴ８：放熱量設定工程）。具体的には、読み取った測定値がゼロ値よりも大きく、誤差が「＋」である場合には、駆動電流Ｉ_Ｐを増加させ、読み取った測定値がゼロ値よりも小さく、誤差が「−」である場合には、駆動電流Ｉ_Ｐを減少させる。すなわち、誤差が「＋」の場合にはスピンドル３が熱の影響で膨張していると考えられるため、ペルチェ素子５１への駆動電流Ｉ_Ｐを増加させて放熱量を増やし、誤差が「−」の場合には放熱量が大き過ぎると考えられるため、ペルチェ素子５１への駆動電流Ｉ_Ｐを減少させる。

このように駆動電流Ｉ_Ｐを増減させたら、再びステップＳＴ２〜ＳＴ７を実行し、読み取った測定値の誤差が閾値以下となるまで、放熱量設定工程（ステップＳＴ８）によって駆動電流Ｉ_Ｐを増減させてからＳＴ２〜ＳＴ７を繰り返し実行する。以上によって調整工程が終了し、一定値としての駆動電流Ｉ_Ｐが設定される。このようにして設定された駆動電流Ｉ_Ｐは、当該リニアゲージ１における測定手段４等から発熱する熱量Ｑ_Ｇと放熱手段５から放熱する熱量Ｑ_ＩＰとがバランスする値であり、この駆動電流Ｉ_Ｐをペルチェ素子５１に供給し続けることによって、測定手段４等の発熱によるスピンドル３への熱の影響を排除することができるようになっている。

なお、以上の調整工程は、作業者の手作業によって実行されてもよいし、調整装置によって自動的に実行されてもよい。この調整装置としては、リニアゲージ１の測定器本体２を保持する保持部と、スピンドル３の先端部３１に当接する当接部と、保持部と当接部とを相対移動させる移動部と、この移動部を所定移動量だけ移動させる駆動部と、測定値を読み取る読取部と、読み取った測定値の誤差を算出する誤差算出部と、誤差を判定する誤差判定部と、判定した誤差に基づいて駆動電流Ｉ_Ｐを増減させる電流設定部と、以上の移動部、駆動部、読取部、誤差算出部、誤差判定部、および電流設定部を制御する制御手段と、を備え、この制御手段によって、セット工程、移動保持工程、測定値読取工程、誤差判定工程、および、放熱量設定工程を実行させる装置であればよい。

このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
（１）放熱駆動制御部６２における駆動電流Ｉ_Ｐの設定値が一定値に設定され、この駆動電流Ｉ_Ｐに基づく放熱量（Ｑ_ＩＰ）を変更する必要がないので、放熱量を変更するための制御部や、測定器本体２の内部温度および環境温度Ｔを検出するための温度センサー等を設けなくてもよくなり、リニアゲージ１の構造を簡単化して小型化することができる。

（２）測定手段４等から発熱する熱量Ｑ_Ｇとバランスのとれた放熱量Ｑ_ＩＰを放熱手段５から放熱することで、スピンドル３に対する熱の影響を排除することができ、測定誤差を極力小さくして測定精度を高めることができる。

（３）移動保持工程において、所定量だけ移動させたスピンドル３を所定時間だけ保持してから基準位置に戻すことで、スピンドル３に対する熱の影響を反映させ、その熱の影響による誤差を含んだ測定値に対して誤差判定工程（ステップＳＴ７）および放熱量設定工程（ステップＳＴ８）を実行することによって、放熱量の設定値を精度よく設定することができる。

（４）放熱手段５がペルチェ素子５１を備え、このペルチェ素子５１に供給する駆動電流Ｉ_Ｐの値により放熱量Ｑ_ＩＰを設定することで、放熱量を精度よく設定することができる。すなわち、ペルチェ素子５１は、駆動電流Ｉ_Ｐに応じて高温側から低温側へ移動させる熱量（放熱量Ｑ_ＩＰ）が決まることから、その駆動電流Ｉ_Ｐの値の設定により放熱量Ｑ_ＩＰを簡単に設定することができるとともに、設定精度を向上させることができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、測定器としてリニアゲージ１を例示したが、本発明の測定器は、リニアゲージに限らず、測定器本体に測定子が移動自在に支持された各種の測定機器に利用可能である。

前記実施形態では、放熱手段５がペルチェ素子（熱電素子）５１を備え、このペルチェ素子５１に供給する駆動電流Ｉ_Ｐの値により放熱量Ｑ_ＩＰを設定するように構成されていたが、放熱手段は熱電素子を備えたものに限られない。例えば、放熱手段は冷媒を循環させることにより放熱する水冷式のものであってもよく、この場合には、循環させる冷媒の量によって放熱量が設定可能に構成されていればよい。また、放熱手段は空気を吹き付けるファン等を備えた空冷式のものであってもよく、この場合には、ファン等の運転速度によって放熱量が設定可能に構成されていればよい。

以上のように、本発明は、測定器の内部発熱による測定誤差が影響するような高い測定精度が求められる測定器の調整方法、調整装置、および測定器に好適に利用できる。

１ リニアゲージ（測定器）
２ 測定器本体
３ スピンドル（測定子）
４ 測定手段
５ 放熱手段
５１ ペルチェ素子（熱電素子）
６２ 放熱駆動制御部（放熱量設定手段）

Claims (4)

1. 測定器本体と、この測定器本体に移動自在に設けられた測定子と、前記測定器本体に設けられて前記測定子の移動量を検知して測定値として出力する測定手段と、前記測定器本体から外部に熱を放熱する放熱手段と、この放熱手段による放熱量を設定する放熱量設定手段と、を備えた測定器の調整方法であって、
   前記測定子を基準位置に位置させて測定値をゼロセットするセット工程と、
   前記基準位置から前記測定子を所定量だけ移動させて所定時間保持する移動保持工程と、
   前記測定子を基準位置に戻してから測定値を読み取る測定値読取工程と、
   前記測定値読取工程で読み取った測定値の誤差を判定する誤差判定工程と、
   前記誤差に基づいて前記放熱量設定手段の放熱量の設定値を増減させる放熱量設定工程と、
   を備え、
   前記セット工程、前記移動保持工程、前記測定値読取工程、前記誤差判定工程、および、前記放熱量設定工程を前記誤差が収束するまで繰り返して実行することを特徴とする測定器の調整方法。
2. 請求項１に記載された測定器の調整方法において、
   前記放熱手段は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する熱電素子を有し、前記放熱量設定手段は、前記熱電素子に加える電気エネルギーの大きさにより放熱量の設定値を規定することを特徴とする測定器の調整方法。
3. 請求項１または請求項２に記載された測定器の調整方法によって測定器を調整する測定器の調整装置であって、
   前記セット工程、前記移動保持工程、前記測定値読取工程、前記誤差判定工程、および、前記放熱量設定工程を実行する制御手段を備えることを特徴とする測定器の調整装置。
4. 測定器本体と、この測定器本体に移動自在に設けられた測定子と、前記測定器本体に設けられて前記測定子の移動量を検知して測定値として出力する測定手段と、前記測定器本体から外部に熱を放熱する放熱手段と、この放熱手段による放熱量を設定する放熱量設定手段と、を備えた測定器であって、
   請求項１または請求項２に記載された測定器の調整方法によって調整され、前記放熱手段からの放熱量が前記放熱量設定手段によって一定値に設定されていることを特徴とする測定器。

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