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JP2008064577A - ノギス - Google Patents

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JP2008064577A JP2006242083A JP2006242083A JP2008064577A JP 2008064577 A JP2008064577 A JP 2008064577A JP 2006242083 A JP2006242083 A JP 2006242083A JP 2006242083 A JP2006242083 A JP 2006242083A JP 2008064577 A JP2008064577 A JP 2008064577A
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Osamu Kawatoko
修 川床
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

【課題】本尺の熱膨張による測定誤差を安価かつ簡易に補正することができ、高精度の測定が可能なノギスを提供する。
【解決手段】スライダ11に設けられ本尺10の温度を検出する温度センサ13と、この温度センサ13により検出された本尺10の温度と、この温度の検出と同時にエンコーダ12によって検出されたスライダ11の本尺10に対する移動変位量とを、本尺10の温度情報として記憶する温度情報記憶部14と、この温度情報記憶部14に記憶された本尺10の温度情報を基に、本尺10の熱膨張量を算出し、この熱膨張量によりエンコーダ12によって検出されたスライダ11の本尺10に対する移動変位量を補正する演算部16とを備えるノギス1。
【選択図】図1

Description

本発明は、ノギスに関する。詳しくは、温度センサによって本尺の温度を検出し、本尺の熱膨張による測定誤差を補正するノギスに関する。
デジタル式ノギスは、一方の測定ジョー(内側および外側測定ジョー)を有する本尺と、他方の測定ジョー(内側および外側測定ジョー)を有し本尺に対して移動自在に設けられたスライダと、このスライダの本尺に対する移動変位量を電気的信号として検出するエンコーダと、このエンコーダからの電気信号をもとにスライダの移動量を表示するデジタル表示部とから構成されている。
測定に当たっては、片手で本尺を握り、その親指をスライダに当てがいながらスライダを本尺に沿って移動させ、本尺およびスライダに設けられた内側、または、外側ジョーを被測定物の測定部位間に当接させる。この状態において、デジタル表示部の表示値から被測定物の寸法などを求めることができる。
しかし、このような測定方法によると、本尺を直接手で握ることになるので、手の熱によって本尺が熱膨張し、測定誤差が生じる。そこで、高い測定精度が求められる場合には、本尺の熱膨張を排除する方法が用いられる。たとえば、恒温室において、本尺を治具に固定し、断熱材を介してスライダを移動させることにより、本尺の熱膨張を排除することができる。
また、測定器自体の熱膨張による測定誤差は、ノギス以外の測定器でも問題になっており、熱膨張による測定誤差を回避するために種々の提案がなされている。たとえば、特許文献1には、弓状の本体に三つの温度センサを設け、これら三点の温度の平均値を本体の温度として本体の熱膨張量を求め、測定誤差を補正するマイクロメータが提案されている。この方法は、デジタル式ノギスにも適用可能と考えられる。
特開2000−346601号公報
しかし、恒温室における測定では、測定が煩雑になり、ノギスの使いやすさが損なわれる。特許文献1においては、温度センサを三つ使用しているため、部品数が増えるとともに配線が複雑になってコストが増加する。また、本体上の三点の温度の平均値を本体の温度としており、本体の温度分布を考慮していない。
本発明の目的は、本尺の熱膨張による測定誤差を安価かつ簡易に補正することができ、高精度の測定が可能なノギスを提供することである。
本発明のノギスは、一方の測定ジョーを有する本尺と、この本尺に対して移動自在に設けられ前記一方の測定ジョーとともに被測定物の測定部位間に当接される他方の測定ジョーを有するスライダと、このスライダの本尺に対する移動変位量を電気的信号として検出するエンコーダとを備えたノギスであって、前記スライダに設けられ前記本尺の温度を検出する温度センサと、前記スライダが前記本尺に対して任意の位置に移動された際、前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量を、前記温度センサにより検出された前記本尺の温度を基に補正する演算部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、スライダが本尺に対して任意の位置に移動された際、スライダに設けられた温度センサが本尺の温度を検出し、演算部がこの本尺の温度を基に、エンコーダによって検出されたスライダの本尺に対する移動変位量を補正する。
すなわち、演算部が本尺の温度情報を基に本尺の熱膨張量を算出し、この熱膨張量をエンコーダによって検出されたスライダの本尺に対する移動変位量から差し引いて、本尺の熱膨張による測定誤差を補正する。したがって、本尺の熱膨張による測定誤差を回避することができ、高精度な測定が可能になる。
本発明のノギスは、本尺の熱膨張による測定誤差を補正することができるから、測定を恒温室で行い本尺の熱膨張を排除する等の特別な方法を用いなくても、高精度の測定をすることができる。したがって、従来のノギスと同様に本尺を手で握って使用することができ、簡易に高精度な測定を行うことができる。
また、本発明のノギスは、温度センサが、スライダに設けられているので、温度センサをスライダとともに本尺に沿って移動させることができる。これにより、一つの温度センサで、本尺の測定に係る部分の温度を測定することできるので、部品点数が少なくなり、配線を簡略化でき、コストを低く抑えることができる。
本発明において、前記温度センサにより検出された前記本尺の温度と、この温度の検出と同時に前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量とを、前記本尺の温度情報として記憶する温度情報記憶部を備え、前記演算部は、前記温度情報記憶部に記憶された前記本尺の温度情報を基に、前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動位置における前記本尺の熱膨張量を算出し、この熱膨張量により前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量を補正することが好ましい。
このような構成によれば、本尺の温度と、温度の検出と同時にエンコーダによって検出されたスライダの本尺に対する移動変位量とが、本尺の温度情報として温度情報記憶部に記憶される。そして、演算部は、温度情報記憶部に記憶された本尺の温度情報を基に、スライダの移動位置における本尺の熱膨張量を算出し、スライダの本尺に対する移動変位量から本尺の熱膨張量を差し引いて、本尺の熱膨張による測定誤差を補正する。したがって、本尺の熱膨張による測定誤差を回避することができ、より高精度な測定が可能になる。
温度情報記憶部に本尺の複数点で測定した温度情報を記憶しておくことができるので、たとえば、複数の温度情報の平均値を用いて、本尺の熱膨張による測定誤差を補正することができ、より正確な補正を行うことができる。また、複数の温度情報から得られる本尺の温度分布を考慮し、各温度測定点間の熱膨張量を積分して本尺全体の熱膨張量を算出すれば、一層正確な補正が可能である。さらに、本発明のノギスは、温度センサが、スライダに設けられているので、温度の測定点数を増やすことが容易であり、測定点数を増やすことにより簡単に測定精度を向上することができる。
なお、本尺の熱膨張量を算出する方法としては、温度毎の本尺の熱膨張量を記録したテーブルを用いる方法や、本尺の熱膨張率を用いる方法などが挙げられる。
本発明において、前記演算部は、前記温度情報記憶部に記憶された前記本尺の複数点の温度情報と前記温度情報記憶部に予め記憶されている前記本尺の線膨張率とを基に、前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動位置における前記本尺の熱膨張量を積分により算出し、この熱膨張量により前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量を補正することが好ましい。
このような構成によれば、演算部が、本尺の複数点の温度情報と本尺の熱膨張率とを基に、積分により本尺の熱膨張量を算出するので、本尺の温度分布を考慮した正確な補正が可能である。
積分により本尺の熱膨張量を算出する方法としては、以下のような方法が例示できる。
本尺の温度分布の例を図3に示す。本尺の温度測定を複数回行い、n番目の温度測定点での温度をT、その温度測定点の位置をPとする。TおよびPはスライダを本尺の測定ジョーの設けられた側の一端まで移動させたときに測定した温度および位置である。ここで、測定ジョーを被測定物に当接させたときのスライダの位置が、m番目の温度測定点とm+1番目の温度測定点の間の位置Xであったとすると、位置Xにおける本尺の温度Tは下記の式(1)により近似的に求められる。
Figure 2008064577
このようにして得た位置Xにおける本尺の温度Tと、被測定物の温度Tを用い、下記の式(2)によって計測誤差Err、すなわち本尺の熱膨張量が求められる。なお、式中のαは、温度情報記憶部に予め記憶されている本尺の熱膨張率である。
Figure 2008064577
このようにして求めた計測誤差Errを位置Xから差し引くことにより、本尺の熱膨張による測定誤差を補正することができる。
本発明において、前記スライダが前記本尺上を所定距離進むごとに、前記温度センサに前記本尺の温度を検出させ、前記温度センサにより検出された前記本尺の温度と、この温度の検出と同時に前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量とを、前記本尺の温度情報として、自動的に前記温度情報記憶部に記憶させる測定制御部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、測定制御部が、スライダが本尺上を所定距離進むごとに、本尺の温度を自動的に温度情報記憶部に記憶させるので、本尺の温度分布を記憶するにあたって、スライダの移動と温度測定の操作とを繰り返す必要がなく、簡易に測定を行うことができる。
本発明のノギスにおいて、前記エンコーダは、前記本尺に設けられたスケールと、前記スライダに設けられた検出ヘッドとを有する電磁誘導式エンコーダであり、前記温度センサは、前記検出ヘッド近傍に設けられ、前記本尺の前記スケール近傍の温度を検出することが望ましい。
スケールと検出ヘッドとを有する電磁誘導式エンコーダにより、スライダの相対移動量を求めるノギスにおいては、本尺の熱膨張のうち特にスケール付近の熱膨張が、測定値に大きな影響を与える。本発明の温度センサは、本尺のスケール近傍の温度を測定するので、スケールに近い部分の本尺の温度分布をもとに、熱膨張による測定誤差を補正することができる。したがって、本尺の熱膨張による測定誤差をより高精度に補正することができる。
本発明において、前記温度センサは、物体表面からの赤外放射を基に、非接触で物体表面の温度を検出する赤外放射温度センサであることが好ましい。
このような構成によれば、温度センサと本尺が非接触であるから、スライダの移動を円滑に行うことができる。また、赤外放射温度センサは、他の温度センサと比べ、温度測定を短時間で行うことができるので、作業時間を短縮することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態のノギス1は、本尺10と、この本尺10に対して移動自在に設けられるスライダ11と、このスライダ11の本尺10に対する移動変位量を電気的信号として検出するエンコーダ12とを備える。
本尺10は、長手の一端側に設けられた外側用測定ジョー101および内側用測定ジョー102を備えて構成されている。
スライダ11は、その一端側に設けられ本尺10の外側用測定ジョー101および内側用測定ジョー102とともに被測定物の被測定部位に当接される外側用測定ジョー111および内側用測定ジョー112と、測定結果を表示する表示装置113とを備えて構成されている。
エンコーダ12は、本尺10の長手に沿って設けられた電磁誘導式のスケール121と、スライダ11に設けられスケール121と協働してスライダ11のスケール121に対する移動変位量を検出する検出ヘッド122とを備えて構成されている。
また、スライダ11は、本尺10の温度を検出する温度センサ13と、本尺10の温度情報を記憶する温度情報記憶部14と、スライダ11の移動に伴い自動的に温度情報記憶部14に本尺10の温度情報を記憶させる測定制御部15と、本尺10の温度情報を基にスライダ11の移動変位量を補正する演算部16と、操作ボタン17とを備える。
図2に、スライダ11の内部構成を示す。
温度センサ13は、物体表面からの赤外放射を基に、非接触で物体表面の温度を検出する赤外放射温度センサである。温度センサ13は、スライダ11の検出ヘッド122近傍に設けられ、本尺10のスケール121近傍の温度を検出可能に配置されている。
温度情報記憶部14は、温度センサ13により検出された本尺10の温度と、この温度の検出と同時にエンコーダ12によって検出されたスライダ11の本尺10に対する移動変位量とを本尺10の温度情報として記憶する。また、温度情報記憶部14は、本尺10の線膨張率を記憶している。
測定制御部15は、スライダ11が本尺10上を所定距離進むごとに、温度センサ13に本尺10の温度を検出させ、検出された本尺10の温度と、この温度の検出と同時にエンコーダ12によって検出されたスライダ11の移動変位量とを、本尺10の温度情報として、自動的に温度情報記憶部14に記憶させる。
演算部16は、温度情報記憶部14に記憶された本尺10の複数点の温度情報と温度情報記憶部14に予め記憶されている本尺10の線膨張率とを基に、エンコーダ12によって検出されたスライダ11の本尺10に対する移動位置における本尺10の熱膨張量を積分により算出し、この熱膨張量をエンコーダ12によって検出されたスライダ11の本尺10に対する移動変位量から差し引いて表示装置113に表示する。
操作ボタン17は、温度情報記憶部14から本尺10の温度情報を消去するためのボタンである。操作ボタン17が操作されると、測定制御部15が、それまで温度情報記憶部14に記憶されていた本尺10の温度情報を消去するとともに、その時のスライダ11の位置での本尺10の温度情報を新たに温度情報記憶部14に記憶させる。
このようなノギス1を用い、被測定物の寸法などを測定する際の操作について説明する。
測定に先立って本尺10の温度情報の測定を行う。
まず、片手で本尺10を握り、その親指をスライダ11に当てがいながらスライダ11を本尺10の外側用測定ジョー101および内側用測定ジョー102の設けられた側の一端まで移動させる。この状態で、操作ボタン17を操作し、それまで温度情報記憶部14に記憶されていた本尺10の温度情報を消去するとともに、その時のスライダ11の位置における本尺10の温度情報を新たに温度情報記憶部14に記憶させる。
次に、スライダ11を、本尺10に沿って、本尺10の他端まで移動させる。この時、測定制御部15は、スライダ11が本尺10上を所定距離進むごとに、温度センサ13に本尺10の温度を検出させ、検出された本尺10の温度と、この温度の検出と同時にエンコーダ12によって検出されたスライダ11の移動変位量とを、本尺10の温度情報として、自動的に温度情報記憶部14に記憶させる。これにより、図3に示すような本尺10の温度分布を温度情報記憶部14に記憶させたことになる。なお、図3において、Tは、n番目の温度測定点での温度を、Pは、その温度時のスライダ11の移動変位量を表す。TおよびPは、スライダ11を本尺10の外側用測定ジョー101および内側用測定ジョー102の設けられた側の一端まで移動させたときに測定した、本尺10の温度およびスライダ11の位置である。
測定に当たっては、スライダ11を本尺10の他端から移動させ、本尺10およびスライダ11に設けられた外側用測定ジョー101、111、または、内側用測定ジョー102、112を被測定物の測定部位間に当接させる。すると、演算部16が、温度情報記憶部14に記憶された本尺10の複数点の温度情報と温度情報記憶部14に予め記憶されている本尺10の線膨張率とを基に、本尺10の熱膨張量を算出し、この熱膨張量をスライダ11の移動変位量から差し引いて表示装置113に表示する。表示装置113に表示された値から被測定物の寸法などを求めることができる。
なお、演算部16は、以下の手順によって本尺10の熱膨張量を算出している。
図3において、外側用測定ジョー101、111、または、内側用測定ジョー102、112を被測定物の測定部位間に当接させた時のスライダ11の位置が、m番目の温度測定点とm+1番目の温度測定点の間の位置Xであったとすると、位置Xにおける本尺10の温度Tは下記の式(1)により近似的に求められる。
Figure 2008064577
このようにして得た位置Xにおける本尺の温度Tと、被測定物の温度Tを用い、下記の式(2)によって計測誤差Err、すなわち本尺10の熱膨張量が求められる。なお、式中のαは、温度情報記憶部14に予め記憶されている本尺10の熱膨張率である。
Figure 2008064577
このようにして求めた計測誤差Errを位置Xから差し引くことにより、本尺10の熱膨張による測定誤差を補正することができる。
本実施形態によれば、以下に示すような効果がある。
(1) 演算部16が、本尺10の熱膨張量を算出し、エンコーダ12によって検出されたスライダ11の本尺に対する移動変位量から本尺10の熱膨張量を差し引いて、本尺10の熱膨張による測定誤差を補正するから、本尺10の熱膨張による測定誤差を回避することができ、高精度な測定が可能になる。
(2)演算部16が、本尺10の熱膨張による測定誤差を補正するから、測定を恒温室で行い本尺10の熱膨張を排除する等の特別な方法を用いなくても、高精度の測定をすることができる。すなわち、従来のノギス1と同様に本尺10を手で握って使用することができ、簡易に高精度な測定を行うことができる。
(3)温度センサ13が、スライダ11に設けられているので、温度センサ13をスライダ11とともに本尺10に沿って移動させることができる。これにより、一つの温度センサ13で、本尺10の測定に係る部分の温度を測定することできるので、部品点数が少なくなり、配線も簡略化でき、コストを低く抑えることができる。
(4)演算部16が、本尺10の温度情報と本尺10の熱膨張率とを基に、本尺10の熱膨張量を算出するので、一定温度毎の本尺10の熱膨張量しか記録していないテーブルを用いて本尺10の熱膨張量を求める方法よりも、正確な熱膨張量を算出することができる。
(5)演算部16が、本尺10の複数点の温度情報と本尺10の熱膨張率とを基に、積分により本尺10の熱膨張量を算出するので、本尺10の温度分布を考慮した正確な補正が可能である。
(6)温度センサ13は、本尺10のスケール121近傍の温度を測定するので、スケール121に近い部分の本尺10の温度分布をもとに、熱膨張による測定誤差を補正することができる。したがって、本尺10の熱膨張による測定誤差をより高精度に補正することができる。
(7)前記温度センサ13が、赤外放射温度センサで、温度センサ13と本尺10が非接触なので、スライダ11の移動を円滑に行うことができる。また、赤外放射温度センサは、他の温度センサ13と比べ、温度測定を短時間で行うことができるので、作業時間を短縮することができる。
(8)測定制御部15が、スライダ11が本尺10上を所定距離進むごとに、本尺10の温度を自動的に温度情報記憶部14に記憶させるので、本尺10の温度分布を記憶するにあたって、スライダ11の移動と温度測定の操作とを繰り返す必要がなく、簡易に測定を行うことができる。
なお、本発明は、前記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他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
(i)エンコーダ12は、本尺10とスライダ11との相対的な移動変位量を検出できるものであればよく、本実施形態で述べた電磁誘導式エンコーダに限定されない。たとえば、光学式や静電容量式などでもよい。
(ii)本尺10の熱膨張量の算出方法は、本実施形態に限定されない。たとえば、積分を使用せず、本尺10の複数点で測定した温度の平均値を用いて、本尺10の熱膨張による測定誤差を補正してもよい。
(iii)本尺10の温度測定は複数点でなく、一点のみとしてもよい。たとえば、本尺10およびスライダ11に設けられた外側用測定ジョー101、102または内側用測定ジョー102、112を被測定物の測定部位間に当接させた時に、エンコーダ12が、スライダ11の本尺10に対する移動変位量を検出するとともに、温度センサ13が、本尺10のスライダ11の位置に相当する部分の温度を検出するようにしてもよい。
この場合でも、本尺10のスライダ11の位置に相当する部分、すなわち、本尺10の測定に係る部分の温度を基に、本尺10の熱膨張による測定誤差を補正することができるので、正確な補正を行うことができる。また、高い測定精度が不要で、つねに一点の温度測定のみを行う場合においては、温度情報を記憶する必要がないので、温度情報記憶部14を設けなくてもよい。
(iv)本実施形態において、測定制御部15は、スライダ11が本尺10上を所定距離進むごとに、本尺10の温度情報を自動的に温度情報記憶部14に記憶させるが、この所定距離を操作ボタン17の操作によって変更可能に構成してもよい。この場合、任意に本尺10の温度測定点の数を増減させることができる。測定点数を増やせば、詳細な温度分布を基にして、より正確な補正を行うことができ、測定点を減らせば、演算部16で行われる補正の計算が単純になり、測定結果の表示装置113への表示が早くなる。
本発明は、被測定物の寸法などを求めるノギスとして利用できる。
本実施形態のノギスの正面図。 本実施形態のスライダの構成の略図。 本実施形態のノギスの本尺の温度分布を示す図。
符号の説明
1 ノギス
10 本尺
11 スライダ
12 エンコーダ
13 温度センサ
14 温度情報記憶部
15 測定制御部
16 演算部
101、111 外側用測定ジョー
102、112 内側用測定ジョー
113 表示装置
121 スケール
122 検出ヘッド

Claims (7)

  1. 一方の測定ジョーを有する本尺と、この本尺に対して移動自在に設けられ前記一方の測定ジョーとともに被測定物の測定部位間に当接される他方の測定ジョーを有するスライダと、このスライダの本尺に対する移動変位量を電気的信号として検出するエンコーダとを備えたノギスであって、
    前記スライダに設けられ前記本尺の温度を検出する温度センサと、
    前記スライダが前記本尺に対して任意の位置に移動された際、前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量を、前記温度センサにより検出された前記本尺の温度を基に補正する演算部とを備えることを特徴とするノギス。
  2. 請求項1に記載のノギスにおいて、
    前記温度センサにより検出された前記本尺の温度と、この温度の検出と同時に前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量とを、前記本尺の温度情報として記憶する温度情報記憶部を備え、
    前記演算部は、前記温度情報記憶部に記憶された前記本尺の温度情報を基に、前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動位置における前記本尺の熱膨張量を算出し、この熱膨張量により前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量を補正することを特徴とするノギス。
  3. 請求項2に記載のノギスにおいて、
    前記演算部は、前記温度情報記憶部に記憶された前記本尺の温度情報と前記温度情報記憶部に予め記憶されている前記本尺の線膨張率とを基に、前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動位置における前記本尺の熱膨張量を算出し、この熱膨張量により前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量を補正することを特徴とするノギス。
  4. 請求項2に記載のノギスにおいて、
    前記演算部は、前記温度情報記憶部に記憶された前記本尺の複数点の温度情報と前記温度情報記憶部に予め記憶されている前記本尺の線膨張率とを基に、前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動位置における前記本尺の熱膨張量を積分により算出し、この熱膨張量により前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量を補正することを特徴とするノギス。
  5. 請求項2ないし請求項4のいずれかに記載のノギスにおいて、
    前記スライダが前記本尺上を所定距離進むごとに、前記温度センサに前記本尺の温度を検出させ、前記温度センサにより検出された前記本尺の温度と、この温度の検出と同時に前記エンコーダによって検出された前記スライダの前記本尺に対する移動変位量とを、前記本尺の温度情報として、自動的に前記温度情報記憶部に記憶させる測定制御部を備えることを特徴とするノギス。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のノギスにおいて、
    前記エンコーダは、前記本尺に設けられたスケールと、前記スライダに設けられた検出ヘッドとを有する電磁誘導式エンコーダであり、
    前記温度センサは、前記検出ヘッド近傍に設けられ、前記本尺の前記スケール近傍の温度を検出することを特徴とするノギス。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のノギスにおいて、
    前記温度センサは、物体表面からの赤外放射を基に、非接触で物体表面の温度を検出する赤外放射温度センサであることを特徴とするノギス。
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