JP6652820B2 - 接触式変位センサ用コントローラ及びそれを用いた変位ゲージ - Google Patents

Description

本発明は、アナログ信号を出力するトランス方式及びデジタル信号を出力するスケール方式検出器による接触式変位センサに用いられる管制部（コントローラ）及びそれを用いた変位ゲージに関する。特に、スケール方式検出器で基準位置を確認し、差動トランス方式で微小ずれを求める大型ワーク径を測定する変位ゲージに好適である。

接触方式の電気式測定として、機械的な接触子（コンタクト）が測定部に接触し計測する接触式変位センサが知られている。コンタクトは検出器（測長器又はセンサヘッド）に設けられた可動部であり、その機械的な変位量が電気信号に変換され、最終的にデジタルに変換、演算されて要求される測定値として処理される。接触式変位センサにはコイルを用いたトランス方式と、目盛（スケール）とスケールから位置情報を取得する検出器で構成されたスケール方式が広く使用されている。
トランス方式は、低測定力、高分解能で微小変位を高精度に測定することに適し、スケール方式は、幅広い測定範囲において正確に測定することに適している。

トランス方式は、検出器と本体（増幅指示部）とから構成され、検出器は被測定物の機械的変位量を接触子の動きとして捉える。そして、内蔵の差動変圧器により電気信号に変換して管制部である本体に送り、本体は検出器から送られた電気信号を増幅し、変位量をアナログやデジタル等で表示するもので、例えば特許文献１に記載されている。

また、スケール方式は、ガラススケールを長さの基準として、その格子目盛から発光素子、受光デバイスを用いて光量変化を検出し、受光デバイスからＡＢ２相の正弦波信号を得る。そして、得られたＡＢ相の正弦波を管制部の内挿回路で電気分割し方形波（パルス）をカウントするもので、例えば特許文献２に記載されている。

特開平８−２１０８０４号公報 特開平１−２１０８２３号公報

上記従来技術において、トランス方式は管制部の入力としてアナログ信号であり、管制部は発振器と検波回路を必要とする。一方、スケール方式は管制部の入力としてデジタル信号である９０°の位相差を有するＡ相電圧とＢ相電圧である。したがって、トランス方式の測長器とリニアエンコーダを用いたスケール方式の測長器が混在する場合、それぞれ別の複数の管制部を用意する必要があり、コスト増加となるばかりでなく、利便性が著しく低い。

また、単に、２種類の管制部を設けたものでは、入力の切り替えにスイッチ、ジャンパ線、リレー等が必要になり、回路規模が肥大したり、端子数が増大したりする。

さらに、大型ワーク径を測定する変位ゲージ等では、幅広い測定範囲を持つスケール方式で基準位置を確認し、高感度な差動トランス方式で微小ずれを求めることが望ましいが、より簡単な回路構成で切り替え、または同時に検出することが求められている。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、トランス方式検出器（本発明においては、差動トランス検出器とも称する）とスケール方式検出器（本発明においては、リニアエンコーダ検出器とも称する）による測長器が混在する場合においても、複数の管制部（コントローラ）を用意する必要がなく、両検出器に一つの管制部で対応可能で、回路構成もより簡単とした接触式変位センサ用コントローラ及びそれを用いた変位ゲージを得ることにあり、より一層の利便性と信頼性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、コイルを用いたトランス方式検出器と、スケールを用いたスケール方式検出器とが接続可能とされ、前記トランス方式検出器及びスケール方式検出器によって検出された信号をデジタル変換された測定値として処理する接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記スケール方式検出器へ電源を供給する直流電源と、前記トランス方式検出器へ交流信号を供給する励磁信号源と、差動入力線路によって前記スケール方式検出器の出力を受信する平衡接続トランシーバと、前記平衡接続トランシーバで受信した出力信号に基づいたパルスを計数するカウンタＩＣと、前記トランス方式検出器の出力が入力され、変位の変化量に応じたアナログ信号を出力する差動トランス検出回路と、前記アナログ信号をデジタル変換するＡＤコンバータと、前記励磁信号源を前記差動入力線路の両方に接続するカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサが接続された前記差動入力線路に接続され、前記トランス方式検出器へ前記交流信号を供給するように前記トランス方式検出器を接続可能とした端子と、を備えたものである。

また、上記に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、２相の信号を出力するスケール方式検出器が接続可能とされ、２組の差動入力線路によって接続されるトランシーバを有した前記平衡接続トランシーバと、前記２組の差動入力線路のうち一方の組に接続された二つのカップリングコンデンサと、を備えたことが望ましい。

さらに、上記に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記平衡接続トランシーバで受信した出力信号の位相差に基づいて逓倍したパルスを計数するカウンタＩＣを備えたことが望ましい。

さらに、上記に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記直流電源が接続された第１端子と、前記励磁信号源及び前記差動入力線路が接続された第２及び第３端子と、前記差動入力線路及び差動トランス検出回路の入力が接続された第４及び第５端子と、前記スケール方式検出器及び前記トランス方式検出器の接地線が接続される第６端子と、を備えたことが望ましい。

さらに、上記に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記平衡接続トランシーバ及び前記差動トランス検出回路の入力側に接続され、前記トランス方式検出器の断線を検出する差動トランス断線検出回路を備えたことが望ましい。

さらに、上記に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記スケール方式検出器と前記トランス方式検出器のどちらが接続されているかを判別することが望ましい。

さらに、上記に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記差動トランス断線検出回路の出力に応じて、前記励磁信号源の出力を停止することが望ましい。

さらに、本発明は、コイルを用いたトランス方式検出器と、スケールを用いたスケール方式検出器とが接続可能とされ、前記トランス方式検出器及びスケール方式検出器によって検出された信号をデジタル変換された測定値として処理する接触式変位センサ用コントローラを用いた変位ゲージにおいて、前記接触式変位センサ用コントローラへ接続された前記トランス方式検出器及び前記スケール方式検出器と、前記スケール方式検出器へ電源を供給する直流電源と、前記トランス方式検出器へ交流信号を供給する励磁信号源と、差動入力線路によって前記スケール方式検出器の出力を受信する平衡接続トランシーバと、前記平衡接続トランシーバで受信した出力信号に基づいたパルスを計数するカウンタＩＣと、前記トランス方式検出器の出力が入力され、変位の変化量に応じたアナログ信号を出力する差動トランス検出回路と、前記アナログ信号をデジタル変換するＡＤコンバータと、前記励磁信号源を前記差動入力線路の両方に接続するカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサが接続された前記差動入力線路に接続されて前記交流信号が供給される前記トランス方式検出器と、を備えたものである。

さらに、上記に記載の変位ゲージにおいて、２相の信号を出力するスケール方式検出器が接続可能とされ、２組の差動入力線路によって接続されるトランシーバを有した前記平衡接続トランシーバと、前記２組の差動入力線路のそれぞれに接続された四つのカップリングコンデンサと、を備えたことが望ましい。

さらに、上記に記載の変位ゲージにおいて、前記直流電源が接続された第１端子と、前記スケール方式検出器の接地線が接続される第２端子と、前記励磁信号源及び前記差動入力線路が接続された第３ないし第６端子と、前記差動トランス検出回路の入力が接続された第７及び第８端子と、を備えたことが望ましい。

本発明によれば、スケール方式検出器の出力を受信する平衡接続トランシーバの差動入力線路の両方にカップリングコンデンサを接続し、差動入力線路を介してトランス方式検出器へ励磁信号源を供給するようにしたので、励磁信号源が平衡接続トランシーバへ影響することを無くすことができる。これにより、コントローラはスケール方式検出器とトランス方式検出器との接続を共有することができる。したがって、トランス方式検出器とスケール方式検出器による測長器が混在する場合においても、複数の管制部を用意する必要がなく、回路構成もより簡単とすることができる。

本発明の一実施形態に係る概略図 一実施形態におけるコントローラのブロック図 一実施形態におけるスケール方式検出器がコントローラへ接続された場合のブロック図 一実施形態におけるトランス方式検出器がコントローラへ接続された場合のブロック図 本発明の他の実施形態に係る変位ゲージを示すブロック図 他の実施の形態におけるスケール方式検出器を単独使用した場合のブロック図 他の実施の形態におけるＨＢＴ方式検出器を単独使用した場合のブロック図 他の実施の形態におけるＬＶＤＴ方式検出器を単独使用した場合のブロック図

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
接触式変位センサとしてコイルを用いたトランス方式は、コイルに電流を通すことで生じる磁界でのコイルの動きを、検出可能な電気信号に変換するものであり、ＬＶＤＴ（線形電圧差動変圧器）方式とＨＢＴ（ハーフブリッジトランスデューサ）方式とが広く使用されている。

ＬＶＤＴ方式は、一次側と二次側コイル内を接触子に設けられた磁気コアが移動することにより相互インダクタンス変化を電圧として出力する。磁気コアは、円筒状のコイルの空洞内部を移動する構造となり、一次コイルがＡＣ電源に接続され、二次コイルに電圧を発生し、磁気コアの位置によって電圧差が起こることを利用する。

通常、二次コイルのＡとＢとを一次コイルをはさんで反対側に位置させ、二次コイルＡの電圧ＶＡと二次コイルＢの電圧ＶＢとは逆位相となり、検出器の出力はＶＡ-ＶＢとなる。磁気コアが中央部に位置するとき、両二次コイルの電圧は等しいが、逆位相であるため、出力電圧はゼロとなる。磁気コアがどちらかの方向に移動すると、移動した側にある二次コイルの出力電圧が高くなり、反対側の二次コイルの出力電圧は同じだけ低くなる。つまり、実質的な出力電圧は、アナログ信号であり、変位の変化量に比例する。

ＨＢＴ方式は、二つのコイルＡ、Ｂを設け、磁気コアがコイルの空洞内部の位置により、二つのコイルのインダクタンスのアンバランスをホイートストン・ブリッジ回路で検出する。二つのコイルは、ホイートストン・ブリッジ回路の片側を形成し、ブリッジのもう片方は増幅器に組み込む。磁気コアがコイルの中央部にあるとき、コイルＡの電圧ＶＡとコイルＢの電圧ＶＢの両電気信号は等しくなり、磁気コアが移動すると、ホイートストン・ブリッジ回路で検出された電圧が変化する。

接触式変位センサとしてスケールを用いたスケール方式としては透過形光電式スケールと反射形光電式スケールとが使用されている。いずれも、ガラススケールを長さの基準として、その格子目盛から発光素子、受光デバイスを用いて光量変化を検出し変位量をデジタル出力するリニアエンコーダを構成する。ガラススケールの透過光量変化を電気信号に変換する方式を透過形光電式、反射光を用いるものを反射形光電式スケールと呼んでいる。いずれも、受光デバイスからＡＢ２相の正弦波信号を得て、管制部で方形波（パルス）をカウントする。

リニアエンコーダの信号は周期的性質をもっているので、一定期間におけるごくわずかなスケール変位も確実に測定することができる。また、基準点を記録に残すことができるので、システム電源を切った後も変位位置が曖昧になることがない。

図１は、本発明の実施形態に係る接触式変位センサ及びそのコントローラの構成を示す概略図を示している。１はスケール方式のスケール方式検出器（本発明においては、リニアエンコーダ検出器とも称する）であり、２はトランス方式のトランス方式検出器（本発明においては、差動トランス検出器とも称する）であり、いずれか一方がコントローラ３に接続される。

コントローラ３はリニアエンコーダ検出器１が接続されたとき、ＡＢ２相の正弦波信号あるいは整形された方形波を平衡接続トランシーバ４で受信し、位相が互いに１／４周期ずれた方形波として整形する。そして、カウンタＩＣ５は、整形されたＡＢ２相を位相差に基づいて逓倍して分割したパルスを計数する。

つまり、Ａ相、Ｂ相のそれぞれの立ち上がり、立ち下り波形を微分したパルスを計数して分解能が４倍の出力を得る。計数値は、インクリメンタル型のリニアエンコーダであればＡ相に対するＢ相の位相の進み又は遅れに応じて加算又は減算される。インクリメンタル型では、基準とする位置でカウンタの計数値をリセットし、その位置からのパルス数を累積加算するので、基準位置を任意に選ぶことができる。また、図１で示したように、平衡接続トランシーバ４で出力される信号は２相のデジタル信号となる。

一方、コントローラ３はＬＶＤＴ方式による差動トランス検出器２が接続されたとき、そのことを差動トランス検出回路６で自動判別する。差動トランス検出回路６には、二次コイルＡの電圧ＶＡと二次コイルＢの電圧ＶＢが入力され、出力はその差である変位の変化量に比例したアナログ信号である。したがって、差動トランス検出回路６の出力をＡＤコンバータ７でデジタル変換する。

コントローラ３は、リニアエンコーダ検出器１、差動トランス検出器２のいずれが接続された場合においても、デジタルに変換された測定値として次の処理を行うＣＰＵやネットワークへインターフェイスを介して伝送する。そして、演算されて要求される測定値として処理される。また、必要であれば統計処理や加工機への補正信号とされる。

また、コントローラ３は、リニアエンコーダ検出器１と差動トランス検出器２との両方を取り扱うため、リニアエンコーダ検出器１と差動トランス検出器２とでコントローラ３との接続端子を共有する。さらに、切り替えはスイッチ、ジャンパ、リレー等を用いず自動で行う。

図２はコントローラ３の詳細な構成を示すブロック図である。８は直流電源であり、２相出力のリニアエンコーダ検出器１へ端子１２-１を介して電源を供給する。９は励磁信号源であり、差動トランス検出器２の一次コイルを一定周波数（８ｋＨＺ）で励磁し、二次コイルに誘起電圧を発生させる。１０は二つのカップリングコンデンサであり、交流信号である励磁信号源９を差動トランス検出器２の一次コイルへ端子１２-２を介して供給する。１１は差動トランス断線検出回路であり、差動トランス検出器２の二次コイルへ端子１２-４、１２-５を介して接続され、二次コイルの断線を検出する。

４は平衡接続トランシーバであり、２本の線路による電圧の差動によってデジタル信号が受信される差動入力線路による通信インターフェイスであり、ＡＢ２相の通信を行うため、２組の差動入力線路及びトランシーバを有している。２組の差動入力線路のうち一方の組に二つのカップリングコンデンサ１０が接続されている。また、平衡接続通信としているため、リニアエンコーダ検出器１のＡＢ２相の正弦波信号に対してノイズ除去を行うことができる。

６は差動トランス検出回路であり、差動トランス検出器２の二次コイルＡの電圧ＶＡと二次コイルＢの電圧ＶＢが端子１２-４、１２-５を介して、トランス方式の検出器の出力が入力され、変位の変化量に比例したアナログ信号を出力する。５はカウンタＩＣであり、平衡接続トランシーバ４で受信した２相の信号の位相差に基づいて逓倍したパルスを計数する。

図３は、リニアエンコーダ検出器１がコントローラ３へ接続された場合のブロック図である。リニアエンコーダ検出器１は、直流電源８が端子１２-１を介して、送信部１３及びエンコーダ１４へ接続される。端子１２-６は、エンコーダ１４及び送信部１３の接地線となるＧＮＤとなる。

エンコーダ１４は発光素子、受光デバイスを用いた格子目盛による光量変化をＡＢ２相の正弦波信号として出力する。送信部１３はエンコーダ１４の出力をＡＢ相ごとに1本の線に元の信号を、もう1本の線に位相を反転させた（逆位相の）信号、つまり差動信号を送る。２本の信号線はどちらも接地されない平衡回路で接続され、正弦波信号を整形してデジタル信号とする。これにより、グランドループが出来ず、ノイズが低減されるので、リニアエンコーダ検出器１とコントローラ３との距離を１０ｍ程度まで長くすることができる。また、送信部１３はエンコーダ１４のＡ相を端子１２-２及び１２-３に、Ｂ相を端子１２-４及び１２-５へ接続する。また、送信部１３は差動信号を送信するので高出力インピーダンスであり、電流は小さいので、低入力インピーダンスの差動トランス検出回路６では検出されない。

Ａ相、端子１２-２、１２-３には差動トランス検出器２の一次コイルを励磁する励磁信号源９が接続されているが、端子１２-２と１２-３で差動信号となっているため、励磁信号源９の平衡接続トランシーバ４に対する影響を打ち消すことができる。これにより、端子１２-２、１２-３はリニアエンコーダ検出器１が接続された場合と、差動トランス検出器２が接続された場合とで共有することができる。これにより、差動トランス検出器２の二次コイルＡの電圧ＶＡと二次コイルＢの電圧ＶＢのコントローラ３への入力端子を改めて設ける必要がない。また、励磁信号源９はリニアエンコーダ検出器１には不要であるが、特に停止する必要はない。

平衡接続トランシーバ４で受信した信号は位相が互いに１／４周期ずれたＡＢ２相のデジタル信号としてカウンタＩＣ５へ出力する。カウンタＩＣ５は、ＡＢ２相を位相差に基づいて逓倍して分割したパルスを計数する。計数された測定値は、次の処理を行うＣＰＵやネットワークへインターフェイスを介して、コントローラ３の出力として伝送する。

以上、コントローラ３は、直流電源８が接続された第１端子１２-１と、励磁信号源９及び平衡接続トランシーバ４の差動入力線路が接続された第２端子１２-２及び第３端子１２-３と、差動入力線路及び差動トランス検出回路６の入力が接続された第４端子１２-４及び第５端子１２-５と、リニアエンコーダ検出器１及び差動トランス検出器２の接地線ＧＮＤが接続される第６端子１２-６と、だけを必要としている。

図４は、差動トランス検出器２がコントローラ３へ接続された場合のブロック図である。差動トランス検出器２の一次コイル１５へは励磁信号源９がカップリングコンデンサ１０、端子１２-２を介して直流分が遮断され、交流分のみが一次コイル１５へ供給される。端子１２-６は、一次コイル１５及び二次コイル１６、１７の接地線ＧＮＤとなる。

また、励磁信号源９はカップリングコンデンサ１０を介して端子１２-３にも接続、つまり平衡接続トランシーバ４のＡ相の差動入力の両方に接続され、同相であるので、打ち消されて平衡接続トランシーバ４で出力されない。

接触子に設けられた磁気コアは、一次コイル１５及び二次コイル１６、１７内を移動することにより、二次コイル１６、１７に電圧を誘起し、磁気コアの位置によって電圧差が起こる。二次コイル１６の電圧ＶＡと二次コイル１７の電圧ＶＢとは逆位相となる。

二次コイル１６の出力は端子１２-４、二次コイル１７の出力は端子１２-５へそれぞれ接続され、平衡接続トランシーバ４と差動トランス検出回路６へ接続される。しかし、二次コイル１６、１７の直流抵抗、インピーダンスは小さく、平衡接続トランシーバ４の入力インピーダンスは十分高いので、二次コイル１６、１７に誘起された電流は入力インピーダンスの小さい差動トランス検出回路６へ流れる。

差動トランス検出回路６は、二次コイル１６の電圧ＶＡと二次コイル１７の電圧ＶＢとの差、ＶＡ-ＶＢを変位の変化量に比例したアナログ信号としてＡＤコンバータ７へ出力する。アナログ信号はＡＤコンバータ７でデジタル変換され、測定値としてＣＰＵやネットワークへインターフェイスを介して、コントローラ３の出力として伝送される。

また、同時に二次コイル１６、１７の出力は、差動トランス断線検出回路１１に入力され、つまり、差動トランス断線検出回路１１の入力側は平衡接続トランシーバ４と差動トランス検出回路６と同様に、端子１２-４及び端子１２-５へそれぞれ接続される。つまり、差動トランス断線検出回路１１の入力側は平衡接続トランシーバ４及び差動トランス検出回路６の入力側に接続される。いずれかの二次コイル１６、１７で断線が有った場合、異常出力、例えば断線が無い場合、１を出力し、断線が有った場合、０を出力して断線を生じていること判別できる。

さらに、リニアエンコーダ検出器１が接続されているときは、差動トランス断線検出回路１１へ電流が流れないので、差動トランス検出器２がコントローラ３に接続されていないことが判別できる。このことを利用して、リニアエンコーダ検出器１がコントローラ３に接続されていないときは、励磁信号源９の出力を停止することとしても良い。さらに、スケール方式検出器（リニアエンコーダ検出器）１とトランス方式検出器（差動トランス検出器）２のどちらが接続されているかを判別して、そのことを表示するようにできる。

図５は、他の実施形態を示し、大径のワーク径を測定する変位ゲージの例を示すブロック図である。大型ワーク径を測定する変位ゲージでは、二つの接触子２４、２５を用い、初めにほぼ径の中心位置から外径方向に接触子２４、２５を移動させ、最大径付近まで移動したら、より高感度な方式で微小ずれを求める。

ほぼ中心位置からほぼ外径となる基準位置までは幅広い測定範囲を持つスケール方式で測定する。図５においては、接触子２５は固定し、接触子２４を外径方向に移動する。そして、固定支点２２からサイズ変更支点２３までの移動距離をスケール２１と発光素子、受光デバイスを有したエンコーダ１４により測定し、エンコーダ１４は、位相が１／４周期ずれたＡＢ２相の信号として出力する。接触子２４、２５はレバー式で右側がワークの外径に接触し、それぞれサイズ変更支点２３、固定支点２２を中心として回動する。

接触子２４のワーク側に対してサイズ変更支点２３の反対側にはコイル２０-１、２０-２が設けられ、その空洞内部を接触子２４に固定された磁気コアが移動する。同様に、接触子２５における固定支点２２の反対側にはコイル１９-１、１９-２が設けられ、その空洞内部を接触子２５に固定された磁気コアが移動する。つまり、ＨＢＴ方式の検出器を構成している。

二つのコイル２０-１、２０-２内の磁気コア位置により、二つのコイル２０-１、２０-２のインダクタンスのアンバランスをホイートストン・ブリッジ回路で検出する。二つのコイル２０-１、２０-２は、ホイートストン・ブリッジ回路の片側を形成し、ブリッジのもう片方は差動トランス検出回路６に組み込まれる。磁気コアがコイル２０-１、２０-２の中央部にあるとき、コイル２０-１の電圧ＶＡとコイル２０-２の電圧ＶＢの両電気信号は等しくなり、磁気コアが移動すると、ホイートストン・ブリッジ回路で検出された電圧が変化する。二つのコイル１９-１、１９-２側も同様である。

コントローラ３は、直流電源８を有し、端子３０-１を介して、送信部１３及びエンコーダ１４の発光素子、受光デバイスへ供給する。端子３０-２は、エンコーダ１４及び送信部１３の接地線ＧＮＤとなる。

エンコーダ１４は発光素子、受光デバイスを用いたスケール２１による光量変化をＡＢ２相の正弦波信号として出力する。送信部１３はエンコーダ１４の出力をＡＢ相ごとに一方の線に元の信号を、他方の線に逆位相の差動信号をコントローラ３の平衡接続トランシーバ４へ送信する。２本の信号線はどちらも接地されない平衡回路で接続され、正弦波信号を整形してデジタル信号とする。

平衡接続トランシーバ４に受信された信号は位相が互いに１／４周期ずれたＡＢ２相のデジタル信号としてカウンタＩＣ５へ出力される。カウンタＩＣ５は、ＡＢ２相を位相差に基づいて逓倍して分割したパルスを計数する。計数された測定値は、次の処理を行うＣＰＵやネットワークへインターフェイスを介して、コントローラ３の出力として伝送する。

９は励磁信号源であり、ＨＢＴ方式の検出器を構成する二つのコイルへの一定周波数（８ｋＨＺ）の交流励磁信号源である。接触子２４側と接触子２５側の両方へ励磁信号を供給する。そして、コイル２０-１へ端子３０-６を介して通電し、コイル２０-２から端子３０-４を介して戻る。また、同時に、コイル１９-１へ端子３０-５を介して通電し、コイル１９-２から端子３０-３を介して戻る。

コイル２０-１、２０-２の中点は端子３０-７を介して差動トランス検出回路６へ入力される。同様に、コイル１９-１、１９-２の中点は端子３０-８を介して差動トランス検出回路６へ入力される。したがって、差動トランス検出回路６は２入力に対応して増幅器を二つ有している。

励磁信号源９は、カップリングコンデンサ１０を介して平衡接続トランシーバ４と送信部１３との通信線と接続され、検出側カップリングコンデンサ１８を介して検出器の各コイルへ供給される。平衡接続トランシーバ４は、２組の差動入力線路によって接続されるトランシーバを有し、２組の差動入力線路のそれぞれに四つのカップリングコンデンサ１０が接続されている。平衡接続トランシーバ４の入力インピーダンス、及び送信部１３の出力インピーダンスは高いので、励磁信号は平衡接続トランシーバ４及び送信部１３側へは流れない。

以上の構成により、コントローラ３は、二つの接触子２４、２５を径の中心位置から外径方向に接触子を移動させるときから最大径付近まで移動するときまで、エンコーダ１４からの出力の受信及び接触子２４、２５の移動量、つまり回動角に相当する検出値を得ることができる。したがって、コントローラ３は、エンコーダ１４からの入力とＨＢＴ方式の検出器を構成する二つのコイルからの入力の切り替えに特別な操作を必要とせず、スイッチ、ジャンパ線、リレー等を必要としない。また、平衡接続トランシーバ４と送信部１３との通信線とＨＢＴ方式の検出器を構成する二つのコイルへの励磁信号の供給とを共有するので、端子数も、単に二つの機能を複合したものに比べ少なくすることができる。

また、図５の実施形態によるコントローラ３は、エンコーダ１４とＨＢＴ方式検出器の同時使用を可能としているが、それぞれ単独使用及びＬＶＤＴ方式の検出器の単独使用にも対応できる。

さらに、変位ゲージにおいて、コントローラ３とエンコーダ１４とＨＢＴ方式検出器との接続は、直流電源８が接続された第１端子３０-１と、スケール方式検出器の接地線をＧＮＤへ接続する第２端子３０-２と、励磁信号源９及び平衡接続トランシーバ４の２組の差動入力線路が接続された第３端子３０-３、第４端子３０-４、第５端子３０-５、第６端子３０-６と、差動トランス検出回路６の入力が接続された第７端子３０-７、第８端子３０-８と、が必要である。

図６は、エンコーダ１４を単独使用した場合のブロック図を示し、スケール方式のリニアエンコーダ検出器１を単独で使用できることを示している。図６の場合、励磁信号源９は必要ない。しかし、平衡接続トランシーバ４は２相のそれぞれが、２本の線路による電圧の差動によってデジタル信号が受信される通信インターフェイスであり、各相で励磁信号源９からの励磁信号は同相となるので、打ち消され影響はない。また、差動トランス検出回路６への入力がないので、そのことを判別して、励磁信号源９を停止しても良い。

エンコーダ１４は発光素子、受光デバイスを用いたスケール２１による光量変化をＡＢ２相の正弦波信号として出力し、送信部１３はエンコーダ１４の出力を一方と他方の入力線に逆位相の差動信号としてコントローラ３の平衡接続トランシーバ４へ送信する。

平衡接続トランシーバ４で受信した信号は位相が互いに１／４周期ずれたＡＢ２相のデジタル信号としてカウンタＩＣ５へ出力され、カウンタＩＣ５は、ＡＢ２相を逓倍して分割したパルスを計数する。計数された測定値は、次の処理を行うＣＰＵやネットワークへインターフェイスを介して、コントローラ３の出力として伝送する。

図７は、ＨＢＴ方式検出器を単独使用した場合のブロック図を示している。励磁信号源９は、カップリングコンデンサ１０を介して平衡接続トランシーバ４と送信部１３との通信線と接続され、検出器のコイル２０-１、２０-２へ供給される。

平衡接続トランシーバ４は２相のそれぞれが、２本の線路による電圧の差動によってデジタル信号が受信される通信インターフェイスであり、入力インピーダンスが高いうえ、各相で励磁信号源９からの励磁信号は同相となるので、励磁信号は打ち消され平衡接続トランシーバ４は何も出力しない。

励磁信号源９は、ＨＢＴ方式検出器を構成するコイル２０-１へ端子３０-６を介して通電し、コイル２０-２から端子３０-４を介して戻る。コイル２０-１、２０-２の中点は端子３０-７を介して差動トランス検出回路６へ入力される。二つのコイル２０-１、２０-２内の磁気コア位置により、二つのコイルのインダクタンスのアンバランスが差動トランス検出回路６で検出される。磁気コアが移動すると、検出された電圧が変化する。

図８は、ＬＶＤＴ方式検出器を単独使用した場合のブロック図を示している。励磁信号源９は、カップリングコンデンサ１０を介して平衡接続トランシーバ４と送信部１３との通信線と接続され、端子３０-６を介して一次コイル１５へ供給され、端子３０-４を介して戻る。二次コイル１６、１７の中点は、端子３０-２を介してＧＮＤに戻り、接触子に設けられた磁気コアは、一次コイル１５及び二次コイル１６、１７内を移動することにより、二次コイル１６、１７に電圧を誘起し、磁気コアの位置によって電圧差が起こる。

二次コイル１６の電圧ＶＡと二次コイル１７の電圧ＶＢとは逆位相となり、二次コイル１６の出力は端子３０-７、二次コイル１７の出力は端子３０-８へそれぞれ接続され差動トランス検出回路６へ接続される。差動トランス検出回路６は、二次コイル１６の電圧ＶＡと二次コイル１７の電圧ＶＢとの差、ＶＡ-ＶＢを出力し、変位の変化量に比例したアナログ信号となる。アナログ信号は図４で示したものと同様に、デジタル変換され、測定値としてＣＰＵやネットワークへインターフェイスを介して、コントローラ３の出力として伝送される。

以上のように、本実施形態のコントローラ３を用いれば、スケール方式検出器であるエンコーダ１４とＨＢＴ方式の検出器の同時使用、エンコーダ１４の単独使用、ＨＢＴ方式検出器の単独使用、ＬＶＤＴ方式検出器の単独使用をスイッチ、ジャンパ線、リレー等で切り替えることなく行うことができる。

１ リニアエンコーダ検出器（スケール方式検出器）
２ 差動トランス検出器（トランス方式検出器）
３ コントローラ
４ 平衡接続トランシーバ
５ カウンタＩＣ
６ 差動トランス検出回路
７ ＡＤコンバータ
８ 直流電源
９ 励磁信号源
１０ カップリングコンデンサ
１１ 差動トランス断線検出回路
１２-１、１２-２、１２-３、１２-４、１２-５、１２-６ 端子
１３ 送信部
１４ エンコーダ
１５ 一次コイル
１６、１７ 二次コイル
１８ 検出側カップリングコンデンサ
１９-１、１９-２、２０-１、２０-２ コイル
２１ スケール
２２ 固定支点
２３ サイズ変更支点
２４、２５ 接触子
３０-１、３０-２、３０-３、３０-４、３０-５、３０-６、３０-７、３０-８ 端子

Claims (10)

1. コイルを用いたトランス方式検出器と、スケールを用いたスケール方式検出器とが接続可能とされ、前記トランス方式検出器及びスケール方式検出器によって検出された信号をデジタル変換された測定値として処理する接触式変位センサ用コントローラにおいて、
   前記スケール方式検出器へ電源を供給する直流電源と、
   前記トランス方式検出器へ交流信号を供給する励磁信号源と、
   差動入力線路によって前記スケール方式検出器の出力を受信する平衡接続トランシーバと、
   前記平衡接続トランシーバで受信した出力信号に基づいたパルスを計数するカウンタＩＣと、
   前記トランス方式検出器の出力が入力され、変位の変化量に応じたアナログ信号を出力する差動トランス検出回路と、
   前記アナログ信号をデジタル変換するＡＤコンバータと、
   前記励磁信号源を前記差動入力線路の両方に接続するカップリングコンデンサと、
   前記カップリングコンデンサが接続された前記差動入力線路に接続され、前記トランス方式検出器へ前記交流信号を供給するように前記トランス方式検出器を接続可能とした端子と、
   を備えたことを特徴とする接触式変位センサ用コントローラ。
2. 請求項１に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、
   ２相の信号を出力するスケール方式検出器が接続可能とされ、２組の差動入力線路によって接続されるトランシーバを有した前記平衡接続トランシーバと、
   前記２組の差動入力線路のうち一方の組に接続された二つのカップリングコンデンサと、
   を備えたことを特徴とする接触式変位センサ用コントローラ。
3. 請求項２に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記平衡接続トランシーバで受信した出力信号の位相差に基づいて逓倍したパルスを計数するカウンタＩＣを備えたことを特徴とする接触式変位センサ用コントローラ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、
   前記直流電源が接続された第１端子と、
   前記励磁信号源及び前記差動入力線路が接続された第２及び第３端子と、
   前記差動入力線路及び差動トランス検出回路の入力が接続された第４及び第５端子と、
   前記スケール方式検出器及び前記トランス方式検出器の接地線が接続される第６端子と、
   を備えたことを特徴とする接触式変位センサ用コントローラ。
5. 請求項１から４いずれか１項に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記平衡接続トランシーバ及び前記差動トランス検出回路の入力側に接続され、前記トランス方式検出器の断線を検出する差動トランス断線検出回路を備えたことを特徴とする接触式変位センサ用コントローラ。
6. 請求項５に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記スケール方式検出器と前記トランス方式検出器のどちらが接続されているかを判別することを特徴とする接触式変位センサ用コントローラ。
7. 請求項５に記載の接触式変位センサ用コントローラにおいて、前記差動トランス断線検出回路の出力に応じて、前記励磁信号源の出力を停止することを特徴とする接触式変位センサ用コントローラ。
8. コイルを用いたトランス方式検出器と、スケールを用いたスケール方式検出器とが接続可能とされ、前記トランス方式検出器及びスケール方式検出器によって検出された信号をデジタル変換された測定値として処理する接触式変位センサ用コントローラを用いた変位ゲージにおいて、
   前記接触式変位センサ用コントローラへ接続された前記トランス方式検出器及び前記スケール方式検出器と、
   前記スケール方式検出器へ電源を供給する直流電源と、
   前記トランス方式検出器へ交流信号を供給する励磁信号源と、
   差動入力線路によって前記スケール方式の検出器出力を受信する平衡接続トランシーバと、
   前記平衡接続トランシーバで受信した出力信号に基づいたパルスを計数するカウンタＩＣと、
   前記トランス方式検出器の出力が入力され、変位の変化量に応じたアナログ信号を出力する差動トランス検出回路と、
   前記アナログ信号をデジタル変換するＡＤコンバータと、
   前記励磁信号源を前記差動入力線路の両方に接続するカップリングコンデンサと、
   前記カップリングコンデンサが接続された前記差動入力線路に接続されて前記交流信号が供給される前記トランス方式検出器と、
   を備えたことを特徴とする変位ゲージ。
9. 請求項８に記載の変位ゲージにおいて、
   ２相の信号を出力するスケール方式検出器が接続可能とされ、２組の差動入力線路によって接続されるトランシーバを有した前記平衡接続トランシーバと、
   前記２組の差動入力線路のそれぞれに接続された四つのカップリングコンデンサと、
   を備えたことを特徴とする変位ゲージ。
10. 請求項８又は９に記載の変位ゲージにおいて、
    前記直流電源が接続された第１端子と、
    前記スケール方式検出器の接地線が接続される第２端子と、
    前記励磁信号源及び前記差動入力線路が接続された第３ないし第６端子と、
    前記差動トランス検出回路の入力が接続された第７及び第８端子と、
    を備えたことを特徴とする変位ゲージ。