(57)【要約】【課題】位置ずれによる測定精度の劣化を抑制する。【解決手段】測定子３が被計測物に当接された状態で、シャフト２がフレーム１に対して前後に移動すると、シャフト２にホルダ４を介して固定された第１スリット５が前後に移動する（ａ1-ａ３）。シャフト２、ホルダ４、第１スリット５の移動範囲は、前方向については、ホルダ４の前方端部とフレーム１の当接により制限され（ａ１）、後方向については、ホルダ４の後方端部とストッパ８との当接により制限される（ａ３）。ストッパ８は、くの字状に折れ曲がった部材であり、ホルダ４の後方端部との当接面より前方に距離ｄオフセットした位置においてフレーム１にネジ８１によってネジ止め固定されている（ａ１）。【選択図】図２
2011123022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物の一軸方向の変位を計測するリニアゲージであって、
前記一軸に沿った方向のうちの一方を前方向、他方を後方向として、
当該リニアゲージは、
フレームと、
前記フレームに対して前後方向に直動可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトの前端に固定された測定子と、
前記シャフトの後端に固定されたホルダと、
前記ホルダに支持されたスリット板と、
前記フレームの後部に連結された、前記スリット板の前後方向の移動を検出する検出ユニットと、
前記ホルダの後端に当接して、当該ホルダの後方向への移動を制限するストッパ部材とを有し、
前記ストッパ部材は、前記検出ユニットの前端近傍に配置された、前記ホルダの後端に当接する、前方を向いた当接部を有し、当該ストッパ部材は、当該当接部より前方にオフセットされた位置においてのみ前記フレームに固定されていることを特徴とするリニアゲージ。
【請求項２】
被計測物の一軸方向の変位を計測するリニアゲージであって、
前記一軸に沿った方向のうちの一方を前方向、他方を後方向として、
当該リニアゲージは、
前部フレームと、
後部フレームと、
前記前部フレームと前記後部フレームを前後に連結する連結ポールと、
前記前部フレームに前部が、前記後部フレームに後部が固定された第１スリットと、
前記前部フレームに対して前後方向に直動可能に支持されたシャフトと、
前記シャフトの前端に固定された測定子と、
前記シャフトの後端に固定された、前記スリットに対する相対的な移動を検出する検出ユニットと、
前記前部フレームに回動可能に支持されたローラと、前記後部フレームに一端が固定され、他端が前記検出ユニットに固定された、前記ローラに掛けられた弾性体とよりなる付勢ユニットと、
前記検出ユニットに固定されたガイド部材とを有し、
前記前後方向と垂直な一方向を上下方向として、前記検出ユニットは、前記第１スリットに対して光を照射する送光部と、前記第１スリットと上下方向に離間して平行に配置された第２スリットと、前記第１スリットと前記第２スリットとを透過した光を検出する光電素子とを備え、
前記ガイド部材は、上下方向について前記検出ユニットの前記連結ポールに沿った移動を案内することを特徴とするリニアゲージ。
【請求項３】
請求項２記載のリニアゲージであって、
前記ガイド部材は、上下に離間して配置された、その間に前記連結ポールが前後方向に挿入される二つの腕部を備えると共に、前記前後方向及び前記上下方向と垂直な左方向と右方向とのうちの一方の方向について、当該ガイド部材に対する前記連結ポールの移動を拘束しない形状を有することを特徴とするリニアゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測物の直動方向の変位を測定するリニアゲージの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニアゲージの構造としては、被計測物に当接する測定子が先端に設けられたシャフトと、シャフトに固定したスリットと、シャフトを直動可能に支持するフレームと、フレームに固定した検出部を備え、スリットに照射した光の反射光や透過光より、検出部において測定子の変位の検出を行う技術が知られている（たとえば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000-193491号公報
【特許文献２】特開平11-037746号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したリニアゲージによれば、フレームの変形や検出部の位置ずれなどによる、検出部とスリットとの位置関係の変化が発生し、これによる測定精度の劣化が生じる場合があった。
そこで、本発明は、検出部とスリットとの位置関係の変化による、測定精度の劣化を抑制する課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題達成のために、本発明は、被計測物の一軸方向の変位を計測するリニアゲージであって、前記一軸に沿った方向のうちの一方を前方向、他方を後方向として、フレームと、前記フレームに対して前後方向に直動可能に支持されたシャフトと、前記シャフトの前端に固定された測定子と、前記シャフトの後端に固定されたホルダと、前記ホルダに支持されたスリット板と、前記フレームの後部に連結された、前記スリット板の前後方向の移動を検出する検出ユニットと、前記ホルダの後端に当接して、当該ホルダの後方向への移動を制限するストッパ部材とを備えたリニアゲージを提供する。ここで、前記ストッパ部材は、前記検出ユニットの前端近傍に配置された、前記ホルダの後端に当接する、前方を向いた当接部を有し、当該ストッパ部材は、当該当接部より前方にオフセットされた位置においてのみ前記フレームに固定されているものである。
【０００６】
このようなリニアゲージによれば、フレームは、検出ユニットから前方に離れたストッパ部材の固定位置で、ホルダの後端とストッパ部材の当接部との当接による衝撃を受け止めることになる。したがって、当該衝撃による、検出ユニットやその内部の素子のフレームに対する位置ずれなどの悪影響が発生することが抑制される。
【０００７】
また、前記課題達成のために、本発明は、被計測物の一軸方向の変位を計測するリニアゲージであって、前記一軸に沿った方向のうちの一方を前方向、他方を後方向として、前部フレームと、後部フレームと、前記前部フレームと前記後部フレームを前後に連結する連結ポールと、前記前部フレームに前部が、前記後部フレームに後部が固定された第１スリットと、前記前部フレームに対して前後方向に直動可能に支持されたシャフトと、前記シャフトの前端に固定された測定子と、前記シャフトの後端に固定された、前記スリットに対する相対的な移動を検出する検出ユニットと、前記前部フレームに回動可能に支持されたローラと、前記後部フレームに一端が固定され、他端が前記検出ユニットに固定された、前記ローラに掛けられた弾性体とよりなる付勢ユニットと、前記検出ユニットに固定されたガイド部材とを備えたリニアゲージを提供する。ここで、前記前後方向と垂直な一方向を上下方向として、前記検出ユニットは、前記第１スリットに対して光を照射する送光部と、前記第１スリットと上下方向に離間して平行に配置された第２スリットと、前記第１スリットと前記第２スリットとを透過した光を検出する光電素子とを備え、前記ガイド部材は、上下方向について前記検出ユニットの前記連結ポールに沿った移動を案内するものである。
【０００８】
このようなリニアゲージによれば、付勢ユニットの付勢力やその他の力によりフレームが変形した場合にも、上下方向について、当該変形に従って変形する連結ポールに沿って検出ユニットが移動する。よって、前部フレームと後部フレームに固定されている第１スリットと、検出ユニットの内部の送光部や第２スリットや光電素子との上下方向の位置関係は、フレームが変形した場合にも一定に維持されることとなる。なお、左右方向については、スリットの左右方向の長さに余裕を持たせることにより、測定精度に影響が生じない一定の許容幅を設定することができる。
【０００９】
よって、本リニアゲージによれば、検出ユニットと第１スリットとの位置関係の変化による、測定精度の劣化を抑制することができる。
なお、このようなリニアゲージにおいて、前記ガイド部材を、上下に離間して配置された、その間に前記連結ポールが前後方向に挿入される二つの腕部を備えると共に、前記前後方向及び前記上下方向と垂直な左方向と右方向とのうちの一方の方向について、当該ガイド部材に対する前記連結ポールの移動を拘束しない形状を有するものとすることも好ましい。このようにすることにより、連結ポールとガイド部材との間に左右方向の逃げを確保して、検出ユニットのスムーズな移動を担保することができるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、検出部とスリットとの位置関係の変化による、測定精度の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニアゲージの構造を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るリニアゲージの構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るリニアゲージの検出ユニットの構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るリニアゲージの構造を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るリニアゲージの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１ａ-ｅに、本実施形態に係るリニアゲージの構造を示す。
前後左右上下方向を図１ａ、ｂに示すように定義するものとして、図１ａはリニアゲージの上面を、図１ｂはリニアゲージの右側面を、図１ｃはリニアゲージを右後上方の視点より見たようすを、図１ｄはリニアゲージを左前上方の視点より見たようすを、図１ｅはリニアゲージを右前上方の視点より見たようすを表している。
【００１３】
さて、図示するようにリニアゲージは、フレーム１、軸方向に移動可能にフレーム１に軸受されたシャフト２、シャフト２の一端に固定された測定子３、シャフト２の他端に固定されたホルダ４、ホルダ４に固定された第１スリット５、一端がフレーム１に他端がホルダ４に固定されホルダ４を測定子３の方向に付勢するバネ６、検出ユニット７、フレーム１に固定されたストッパ８とを備えている。
【００１４】
なお、リニアゲージには、実際には、図１ｅに破線で示すようにカバー９で覆われる。
ここで、検出ユニット７には前後方向に貫通した貫通孔７１が設けられており、第１スリット５は、この貫通孔７１に挿入されている。
そして、このような構成において、図２ａ１、ａ２、ａ３に示すように、測定子３が被計測物に当接された状態で、シャフト２がフレーム１に対して前後に移動すると、シャフト２にホルダ４を介して固定された第１スリット５が前後に移動することになる。
また、シャフト２、ホルダ４、第１スリット５の移動範囲は、前方向については、図２ａ１に示すようにホルダ４の前方端部とフレーム１の当接により制限され、後方向については、図２ａ３に示すようにホルダ４の後方端部とストッパ８との当接により制限されている。
【００１５】
ここで、ストッパ８は、くの字状に折れ曲がった部材であり、図２ａ１に示すように、ホルダ４の後方端部との当接面より前方に距離ｄオフセットした位置においてフレーム１にネジ８１によってネジ止め固定されている。
また、図２ｂ１、ｂ２に示すように、検出ユニット７は、検出ユニット７とフレーム１とにそれぞれ設けられたピン穴に挿入したピン１１を用いて連結される。
このように、本実施形態に係るリニアゲージは、シャフト２、ホルダ４、第１スリット５の後方への移動範囲を制限するストッパ８のフレーム１の連結箇所を、ホルダ４の後方端部との当接面より前方にオフセットさせることにより、検出ユニット７から離れた位置で、ホルダ４の後方端部とストッパ８との当接による衝撃をフレーム１で受け止めるように構成されている。したがって、当該衝撃による、検出ユニット７やその内部の素子のフレーム１に対する位置ずれなどの悪影響が発生することが抑制される。また、検出ユニット７とフレーム１は、一体として構成されていないので、この点からも、このように当接面からオフセットさせてフレーム１に固定したストッパ８によれば、当該衝撃による、検出ユニット７やその内部の素子のフレーム１に対する位置ずれなどの悪影響が発生することが抑制される。
【００１６】
次に、検出ユニット７の構成を図３に示す。
図３ａに模式的に示すように、検出ユニット７は、第１スリット５が前後方向に挿入されている貫通孔７１の下方に設けられた送光部７２と、貫通孔７１の上方に設けられた受光部７３とを有する。
そして、送光部７２は、下から順に、光源であるＬＥＤ７２１、レンズ７２２を有している。
そして、受光部７３は、下から順に、第２スリット７３１と、フォトダイオードアレイ７３２とを備えている。
フォトダイオードアレイ７３２の下面には、図３ｂ１に示すように、Ａ、Ｂ、invＡ、invＢの４つのフォトダイオードの受光面が形成されており、この４つのフォトダイオードの受光面は２行２列の格子状に配置されている。
また、第２スリット７３１には、図３ｂ２に示すように、９０°スリット領域、１８０°スリット領域、２７０°スリット領域、３６０°スリット領域の４つのスリット領域が２行２列の格子状に設けられている。ここで、第２スリット７３１の各スリット領域には、各々前後方向に並んだ同ピッチのスリットが形成されており、３６０°スリット領域のスリットに対して９０°スリット領域のスリットは位相が９０°異なり、３６０°スリット領域のスリットに対して１８０°スリット領域のスリットは位相が１８０°異なり、３６０°スリット領域のスリットに対して２７０°スリット領域のスリットは位相が２７０°異なる。
【００１７】
そして、９０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のＡのフォトダイオードを覆い、２７０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のinvＡのフォトダイオードを覆い、１８０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のＢのフォトダイオードを覆い、３６０°スリット領域が、フォトダイオードアレイ７３２のinvＢのフォトダイオードを覆うように、第２スリット７３１は、フォトダイオードアレイ７３２の下方に重ねて配置される。
【００１８】
なお、貫通孔７１に挿入されている第１スリット５には、図３ｂ３に示すように、第２スリット７３１と同じピッチのスリットが前後方向に形成されている。
一方、送光部７２において、レンズ７２２は、ＬＥＤ７２１から出射された光を上方に向かう平行光に変換する。
【００１９】
そして、このような検出ユニット７の構成において、送光部７２から上方に出射された平行光は、貫通孔７１に挿入されている第１スリット５を透過した後、第２スリット７３１を透過しフォトダイオードアレイ７３２の４つのフォトダイオードに到達し、電気信号に変換される。
【００２０】
ここで、第１スリット５が前後方向に移動している場合、第１スリット５と第２スリット７３１の各スリット領域のスリットの作用により、フォトダイオードアレイ７３２では、Ａ、Ｂ、invＡ、invＢの４つのフォトダイオードからは、第１スリット５の移動速度に応じた周期の正弦波の電気信号が出力される。また、第２スリット７３１の各スリット領域のスリットの位相差に応じて、Ａ、Ｂ、invＡ、invＢの４つのフォトダイオードが出力する正弦波の信号の位相は、当該順序で順次９０°ずつ、ずれることになる。また、これにより、（Ａ出力-invＡ出力）により生成したＡ相信号と、（Ｂ出力-invＢ出力）により生成したＢ相信号には、９０°の位相差が生じる。
【００２１】
そこで、このようなＡ相信号とＢ相信号とより、第１スリット５したがってシャフト２、測定子３、測定子３が当接している被計測物の移動速度や移動方向や、これらに基づく変位を測定することができる。
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４ａ１-ａ４に、本実施形態に係るリニアゲージの構造を示す。
前後左右上下方向を図４ａ１、ａ２に示すように定義するものとして、図４ａ１はリニアゲージの上面を、図４ａ２はリニアゲージの右側面を、図４ａ３はリニアゲージを右前上方の視点より見たようすを、図４ａ４はリニアゲージを右後上方の視点より見たようすを表している。
さて、図示するようにリニアゲージは、前部フレーム４１、後部フレーム４２、前部フレーム４１と後部フレーム４２の右側中央部を前後に連結する第１連結ポール４３１、前部フレーム４１と後部フレーム４２の左側上部を前後に連結する第２連結ポール４３２、前部フレーム４１と後部フレーム４２の左側下部を前後に連結する第３連結ポール４３３、前部フレーム４１に軸方向に移動可能にフレーム１に軸受された仮シャフト４４、仮シャフト４４の一端に固定された仮測定子４５、仮シャフト４４の他端に固定された仮検出ユニット４６、前部フレーム４１と後部フレーム４２に架け渡した形態で固定された仮第１スリット４７、バネユニット４８、第１連結ポール４３１に沿った仮検出ユニット４６の移動を案内するガイド４９とを備えている。
【００２２】
なお、リニアゲージには、実際には、図４ａ４に破線で示すように仮カバー５０で覆われる。
ここで、仮検出ユニット４６には前後方向に貫通した貫通孔７１が設けられており、仮第１スリット４７は、この貫通孔７１に挿入されている。また、仮検出ユニット４６の内部構成は先に図３に示した第１実施形態に係る検出ユニット７と同様である。
次に、バネユニット４８は、図４ｂ１に側方から見たようすを、図４ｂ２に上方から見たようすを示すように、一端が後部フレーム４２に他端が検出ユニット７に固定された仮バネ４８１と、前部フレーム４１に固定された、仮バネ４８１を折り返すローラ４８２とを備えており、仮バネ４８１の付勢力によって仮シャフト４４と仮検出ユニット４６とを仮測定子４５の方向に付勢する。
【００２３】
そして、このような構成において、図５ａ、ｂに示すように、仮測定子４５が被計測物に当接された状態で、仮シャフト４４が前部フレーム４１に対して前後に移動すると、仮シャフト４４に固定された仮検出ユニット４６がガイド４９によって案内されながら前後に移動することになる。したがって、仮検出ユニット４６と仮第１スリット４７との相対関係は、第１実施形態における検出ユニット７と第１スリット５との相対関係の前後を反転したものと同様となり、検出ユニット７において、仮シャフト４４、仮測定子４５、仮測定子４５が当接している被計測物の移動速度や移動方向や、これらに基づく変位を測定することができる。
【００２４】
さて、仮検出ユニット４６の第１連結ポール４３１に沿った移動を案内するガイド４９は、図５ｃ１に前後方向から見たようすを、図５ｃ２に上方から見たようすを、図５ｃ３に右方から見たようすを示すように、右方に開いたコの字状の形状をした部材であり、左方が仮検出ユニット４６に固定されている。そして、右方に開いたコの字形状の二つの腕４９０の間に第１連結ポール４３１が前後方向に滑動可能に挿入されている。
【００２５】
したがって、このガイド４９によれば、仮検出ユニット４６の上下方向について、第１連結ポール４３１に沿って案内されることになる。
また、このガイド４９は、右方に開いた形状をしておりガイド４９と第１連結ポール４３１の間には左右方向の逃げが存在するので、ガイド４９と第１連結ポール４３１との干渉により仮検出ユニット４６のスムーズな動きが阻害されることもない。
よって、本第２実施形態によれば、たとえば、バネユニット４８の付勢力やその他の力によりフレーム１が変形した場合にも、上下方向について、当該変形に従って変形する第１連結ポール４３１に沿って仮検出ユニット４６が移動する。よって、前部フレーム４１と後部フレーム４２に固定されている仮第１スリット４７と、仮検出ユニット４６の内部の送光部７２や受光部７３との上下方向の位置関係は、フレーム１が変形した場合にも一定に維持されることとなる。なお、左右方向については、仮第１スリット４７と、仮検出ユニット４６の内部の送光部７２や受光部７３との位置関係には、スリットの左右方向の長さに余裕を持たせることにより、測定精度に影響が生じない一定の許容幅を設定することができる。
【００２６】
したがって、本第２実施形態によれば、検出ユニット７と仮第１スリット４７との位置関係の変化による、測定精度の劣化を抑制することができる。
以上、本発明の第２の実施形態について説明した。
なお、本第２実施形態に係るガイド４９の形状は、図５ｃに示したコの字形状以外の形状としてもよい。
すなわち、たとえば、図５ｄに前後方向から見たようすを示すように、ガイド４９を右方に開いたＵの字状の形状をしたものとし、右方に開いたＵの字の腕の間に、第１連結ポール４３１を前後方向に挿入するようにしてもよい。
または、図５ｅ１に前後方向から見たようすを、図５ｅ２に右方から見たようすを示すように、仮検出ユニット４６に固定した基部４９１と、当該基部４９１に、左右方向を軸方向として、上下に離間して配置した円筒形の２本のピン４９２により構成し、２本のピン４９２の間に、第１連結ポール４３１を前後方向に挿入するようにしてもよい。
【００２７】
これらのようにしても、図５ｃに示したガイド４９と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…フレーム、２…シャフト、３…測定子、４…ホルダ、５…第１スリット、６…バネ、７…検出ユニット、８…ストッパ、９…カバー、１１…ピン、４１…前部フレーム、４２…後部フレーム、４４…仮シャフト、４５…仮測定子、４６…仮検出ユニット、４７…仮第１スリット、４８…バネユニット、４９…ガイド、５０…仮カバー、７１…貫通孔、７２…送光部、７３…受光部、８１…ネジ、４３１…第１連結ポール、４３２…第２連結ポール、４３３…第３連結ポール、４８１…仮バネ、４８２…ローラ、７２１…ＬＥＤ、７２２…レンズ、７３１…第２スリット、７３２…フォトダイオードアレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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