(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電圧の電圧値および被測定対象物との変位に応じて、発振周波数が変化する第１電圧波形を供給する渦電流式変位センサと、
前記第１電圧波形と前記第１電圧波形とは周波数が異なる第１基準電圧波形とを用いて変調された第２電圧波形を生成し、前記第２電圧波形の低周波側成分である第３電圧波形を供給する周波数変換部とを備え、
前記第３電圧波形の周波数に基づいて、前記渦電流式変位センサと前記被測定対象物との変位を算出することを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
前記周波数変換部は、第１モジュレータと第１バンドパスフィルタから成る第１変換回路を備え、
前記第１モジュレータは、所定周波数の第１クロック波形をもとに生成された第１基準電圧波形と前記第１電圧波形との周波数の差に相当する周波数成分を含む電圧波形である前記第２電圧波形を生成し、
前記第１バンドパスフィルタは、前記第２電圧波形に基づいて前記第３電圧波形を供給する請求項１に記載の変位測定装置。
【請求項３】
前記周波数変換部は、第２モジュレータと第２バンドパスフィルタから成る第２変換回路を備え、
前記第２モジュレータは、前記第１クロック波形の周波数より周波数が低い第２クロック波形をもとに、前記第１基準電圧波形の周波数より周波数が低く生成された第２基準電圧波形と、前記第３電圧波形との周波数の差に相当する周波数成分を含む電圧波形である第４電圧波形を生成し、
前記第２バンドパスフィルタは、前記第４電圧波形に基づいて第５電圧波形を供給する請求項２に記載の変位測定装置。
【請求項４】
前記周波数変換部は、第３モジュレータと第３バンドパスフィルタから成る第３変換回路を備え、
前記第３モジュレータは、前記第２クロック波形の周波数より周波数が低い第３クロック波形をもとに、前記第２基準電圧波形の周波数より周波数が低く生成された第３基準電圧波形と、前記第５電圧波形との周波数の差に相当する周波数成分を含む電圧波形である第６電圧波形を生成し、
前記第３バンドパスフィルタは、前記第６電圧波形に基づいて第７電圧波形を供給する請求項３に記載の変位測定装置。
【請求項５】
前記周波数変換回路は、前記第１クロック波形をもとに前記第１基準電圧波形を生成する第１ローパスフィルタと、前記第２クロック波形をもとに前記第２基準電圧波形を生成する第２ローパスフィルタと、前記第３クロック波形をもとに前記第３基準電圧波形を生成する第３ローパスフィルタとを備える請求項４に記載の変位測定装置。
【請求項６】
計数部基準クロック発振器によって生成される所定周波数の第２基準クロック波形にてカウントすることによって、前記周波数変換部により前記第１電圧波形の周波数に応じた周波数に変換された電圧波形の周期に対応するカウント数を計数する周期時間計数部と、
前記カウント数に対応した、前記変位を算出する変位算出部と、
を備える請求項２ないし５のいずれか１項に記載の変位測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の変位測定装置と、回転駆動する主軸と、切削工具が取り付けられるツールホルダとを備え、前記ツールホルダが装着される前記主軸を回転駆動させてワークを加工する工作機械であって、
前記変位測定装置によって、前記主軸に装着した前記ツールホルダのフランジ外周面までの変位を測定して、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の正常または異常を判定する工作機械。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の変位測定装置と、平行移動する被測定対象物を備える加工装置であって、
前記変位測定装置によって、前記変位測定装置と前記被測定対象物までの変位を測定して、前記被測定対象物の空間的な設置の状態を判定する加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサと被測定対象物（金属製）までの変位を測定する変位測定装置に関するものである。特に、マシニングセンタ（以下、「ＭＣ」と略す）のような自動工具交換装置を備えた工作機械にあっては、ロボットアーム等により、主軸に対してツールホルダを自動的に交換する際に、ツールホルダが主軸の回転中心にセットされたかを確認するため、ツールホルダのフランジ外周の変位を測定する変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流式変位センサは、各種産業分野で多くの回転機械に使われており、その中でも重要なものに関しては機械の状態、特に振動の定期的な監視や常時監視が行われ、効率的なメンテナンスや異常解析、診断などに利用されている。
【０００３】
新川電機株式会社、“Ｗｅｂマガジン、ＳＨＩＮＫＡＷＡ  Ｔｉｍｅｓ”、“Vol.2  No.1  2010年01月13日号”、“Ｃｏｌｕｍｎ”、“回転機械の状態監視 vol.2渦電流式変位センサの原理”のページ、［online］、平成２２年１月１３日、［平成27年5月11日検索］、イ  ン  タ  ー  ネ  ッ  ト  ＜  Ｕ  Ｒ  Ｌ：http://www.shinkawa.co.jp/magazine/vol.2_column_sst.html＞  （非特許文献１）には、図１に示すような、渦電流式変位センサの原理が示されている。基本的に渦電流式変位センサはセンサとターゲットとの変位(ギャップ)を測定する変位計である。この変位計で振動計測ができる理由は、渦電流式変位センサの周波数応答はDC〜10kHz程度までと広く、通常の回転する軸振動計測で対象となる数十Hzから数百Hzの範囲ではギャップ(センサ入力)の変化に対する変換器の出力は一対一で追従するからである。渦電流式変位計の静特性は図２（Ａ）に示すように使用するレンジ内で変位に比例した電圧を出力する。ターゲットがx2を中心にx1からx3の範囲で振動している場合、時間に対する変位は図２（Ｂ）のように示される。また、変換器の出力電圧は図２（Ｃ）のような時間に対する出力電圧の波形となって現れる。この時、出力電圧  y1、y2、y3に対する変位（ギャップ）x1、x2、x3は既知の値でほぼ比例関係にある。このため、振動モニタなどを用いてy3とy1の偏差(y3−y1)を演算処理することにより振動振幅を算出することができる。さらに、変位計の出力波形は振動波形を示しているため、波形を観測したり、振動を解析したりすることができる。
【０００４】
特開２００６−３１７３８７号公報（特許文献１）には、図３に示すように、工作機械において、測定対象物（金属）との間の変位にしたがってインダクタンスが変化するような渦電流式変位センサを使用して、回転軸を有する工作機械におけるツールホルダ３０２の装着状態異常を判定することが記載されている。その際、渦電流式変位センサの等価回路をインダクタンスＬ、キャパシタンスＣ、抵抗Ｒの直列回路と仮定することが記載されている。図３に示すように、ツールフランジ３０３と渦電流式変位センサ３１２との変位を測定するため、渦電流式変位センサ３１２と、様々な周波数（ｆ1〜ｆi）の交流電流を渦電流式変位センサ３１２に供給する発振回路３２１と、渦電流式変位センサ３１２に現れる交流電圧を整流する整流回路３２２と、該整流された電圧波形の直流成分を取り出すフィルタ回路３２３と、該直流成分をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器３２４（以下、「ＡＤＣ」と記す）と、当該デジタル信号に基づいてインダクタンスＬを算出するためのマイクロコンピュータ３２６およびメモリ３２５からなる機能モジュール３３０とで構成されている。図４に示すように、マイクロコンピュータ３２６には、発振周波数を指示する周波数変換部４００と、検波回路３２０からの信号に基づいてインダクタンスを算出するインダクタンス算出部４１０と、算出されたインダクタンスに基づいて、変位を算出する変位算出部４２０と、算出された変位に基づいて、異常を判定する異常判定部４３０が備えられている。当該機能モジュール３３０には、検波回路３２０から渦電流式変位センサ３１２に現れる交流電圧の振幅（Ｖ1〜Ｖi）を示すデジタル信号がインダクタンス算出部４１０に供給される。ｉ＝１〜ｎとして、数１に示すようなｎ個の連立方程式を解いて算出したインダクタンスＬに基いて、ツールフランジ３０３と渦電流式変位センサ３１２の変位（ギャップ）を測定して、ツールホルダの主軸への装着状態の異常を判定することが記載されている。
（数１）
Ｖi＝｜ｊωiＬ＋１／（ｊωiＣ）＋Ｒ｜×Ｅi  （ｉ＝１〜ｎ）
また、渦電流式変位センサ３１２に印加する交流信号の周波数の変化ステップを細かくして、ほぼ無段階に交流信号の周波数を掃引しながら、渦電流式変位センサ３１２に現れる信号の振幅Ｖを検出する。そして、掃引範囲（ｆs〜ｆe）の全てにおいて掃引を完了すると、インダクタンス算出４１０は、交流信号の周波数の変化に対する、渦電流式変位センサ３１２に現れる信号レベルＶの変化、すなわち微分値ｄＶ／ｄω（ω＝２πｆ）を算出する。続いて、上記数１のような、渦電流式変位センサ３１２に現れる信号を求める数式を、角周波数ωについて微分することによって導出した算出式に、微分値ｄＶ／ｄωを代入することによって、渦電流式変位センサ３１２のインダクタンス成分Ｌを算出することができる。最後に、変位算出部４２０は、インダクタンス成分Ｌに対応する渦電流式変位センサ３１２からツールフランジ３０３の外周面との変位（ギャップ）を決定することが記載されている。
【０００５】
特開２００４−２７６１４５号公報（特許文献２）には、工作機械に組み込まれたチャックエラー装置において、主軸に装着されたツールホルダのフランジ部の外周面までの変位を電気信号として検出する渦電流式変位センサと、渦電流式変位センサで測定された変位をメモリに記憶し、変位に基づいて、ツールホルダの偏心量を算出するデータ処理装置を備えることが記載されている。そして、データ処理装置におけるＣＰＵは、ツールホルダの各１周分の変位について、ＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）解析を行い、各周波数の成分に分解して基本波周波数成分の振幅値を２倍の偏心量として取得すること、そして、最初の１回転目の偏心量Ｔ１と２回転目の偏心量Ｔ２との差が所定の閾値以上である場合、チャックエラー（装着状態異常）と判定し、差が所定未満である場合は正常と判定することが記載されている。
【０００６】
特開２００５−３３３４２６号公報（特許文献３）には、インダクタンスとコンデンサの容量の積に基づいて発振周波数が決定される自己発振型の変位検出センサ５７０を用いて、発振しているインダクタ５６０から出力される磁束を対象物に当てて、対象物に発生する渦電流に起因する発振強度、または発振周波数の変化から対象物との変位（ギャップ）の変化を検出する変位検知システム（変位検知装置）が記載されている。図５は変位検知システム（変位検知装置）の構成例を模式的に示す説明図である。この変位検知装置は、可変発振器５２０および検出部５８０と接続されている制御回路５００内に記憶部５１０を備え、共振回路５７０について検知された共振周波数を記憶部５１０に記憶させる。制御回路５００は、記憶された共振周波数を駆動周波数として用いることによって、変位検知対象物Ｔの変位を検知する。この検知方法によって、変化後の共振周波数に合うように駆動周波数を見積もり、共振周波数の変化に起因した発振強度の低下を抑える技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１７３８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７６１４５号公報
【特許文献３】特開２００５−３３３４２６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】新川電機株式会社、“Ｗｅｂマガジン、ＳＨＩＮＫＡＷＡ  Ｔｉｍｅｓ”、“Vol.2  No.1  2010年01月13日号”、“Ｃｏｌｕｍｎ”、“回転機械の状態監視 vol.2渦電流式変位センサの原理”のページ、［online］、平成２２年１月１３日、［平成27年5月11日検索］、インターネット  ＜  Ｕ  Ｒ  Ｌ：http://www.shinkawa.co.jp/magazine/vol.2_column_sst.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１には一般的な渦電流式変位センサの原理が示されているが、共振周波数とセンサとターゲット間の変位の関係、および共振周波数の測定方法および構成については開示されていない。
【００１０】
特許文献１には、測定対象との間の変位にしたがってインダクタンスが変化する渦電流式変位センサを利用して、回転軸を有する工作機械におけるツールホルダの装着状態異常を判定する工作機械が記載されているが、渦電流式変位センサのインダクタンスを求める際、回路方程式に基づく連立方程式を解く処理が複雑であること、その処理のためのマイクロコンピュータが必要であることという問題がある。
【００１１】
特許文献２には、工作機械に組み込まれたチャックエラー装置において、主軸に装着されたツールホルダのフランジ部の外周面までの変位ｄを渦電流式変位センサで測定して、変位に基づいて、ツールホルダの偏心量を算出するデータ処理装置を備えることが記載されているが、渦電流式変位センサのどのような応答に着目し、どのような応答と関連付けて変位を算出するのかについての具体的な開示には乏しい。
【００１２】
特許文献３には、自己発振型の変位検出センサにおいて、対象物に発生する渦電流に起因する発振強度、発振周波数の変化から対象物との変位（ギャップ）の変化を検出する変位検知装置が記載されているところ、図６に示すように、変位検知部として機能するインダクタ（コイル）と対象物とのギャップが小さくなると、共振周波数は高くなり、共振電圧は低下することが記載されているが、発振周波数の測定精度または感度を高くするようなことについて開示されていない。
【００１３】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、渦電流式変位センサと被測定対象物との間の変位を測定する場合、単純かつ小規模であっても良好な精度・感度を有する変位測定装置を提供すること、特に、渦電流式変位センサが供給する電圧波形の発振周波数についての測定精度または感度を改善することによって、渦電流式変位センサと被測定対象物（例えば、ツールフランジ）との間の変位についての測定精度または測定感度を向上させる変位測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的は、制御電圧の電圧値および被測定対象物との変位に応じて、発振周波数が変化する第１電圧波形を供給する渦電流式変位センサと、前記第１電圧波形と前記第１電圧波形とは周波数が異なる第１基準電圧波形とを用いて変調された第２電圧波形を生成し、前記第２電圧波形の低周波側成分である第３電圧波形を供給する周波数変換部とを備え、前記第３電圧波形の周波数に基づいて、前記渦電流式変位センサと前記被測定対象物との変位を算出することにより達成される。
【００１５】
本発明の上記目的は、前記周波数変換部は、第１モジュレータと第１バンドパスフィルタから成る第１変換回路を備え、前記第１モジュレータは、所定周波数の第１クロック波形をもとに生成された第１基準電圧波形と前記第１電圧波形との周波数の差に相当する周波数成分を含む電圧波形である前記第２電圧波形を生成し、前記第１バンドパスフィルタは、前記第２電圧波形に基づいて前記第３電圧波形を供給することにより、
或いは、前記周波数変換部は、第２モジュレータと第２バンドパスフィルタから成る第２変換回路を備え、前記第２モジュレータは、前記第１クロック波形の周波数より周波数が低い第２クロック波形をもとに、前記第１基準電圧波形の周波数より周波数が低く生成された第２基準電圧波形と、前記第３電圧波形との周波数の差に相当する周波数成分を含む電圧波形である第４電圧波形を生成し、前記第２バンドパスフィルタは、前記第４電圧波形に基づいて第５電圧波形を供給することにより、
或いは、前記周波数変換部は、第３モジュレータと第３バンドパスフィルタから成る第３変換回路を備え、前記第３モジュレータは、前記第２クロック波形の周波数より周波数が低い第３クロック波形をもとに、前記第２基準電圧波形の周波数より周波数が低く生成された第３基準電圧波形と、前記第５電圧波形との周波数の差に相当する周波数成分を含む電圧波形である第６電圧波形を生成し、前記第３バンドパスフィルタは、前記第６電圧波形に基づいて第７電圧波形を供給することにより、
或いは、前記周波数変換回路は、前記第１クロック波形をもとに前記第１基準電圧波形を生成する第１ローパスフィルタと、前記第２クロック波形をもとに前記第２基準電圧波形を生成する第２ローパスフィルタと、前記第３クロック波形をもとに前記第３基準電圧波形を生成する第３ローパスフィルタとを備えることにより、
或いは、計数部基準クロック発振器によって生成される所定周波数の第２基準クロック波形にてカウントすることによって、前記周波数変換部により前記第１電圧波形の周波数に応じた周波数に変換された電圧波形の周期に対応するカウント数を計数する周期時間計数部と、前記カウント数に対応した、前記変位を算出する変位算出部と、を備えることにより、
或いは、変位測定装置と、回転駆動する主軸と、切削工具が取り付けられるツールホルダとを備え、前記ツールホルダが装着される前記主軸を回転駆動させてワークを加工する工作機械であって、前記変位測定装置によって、前記主軸に装着した前記ツールホルダのフランジ外周面までの変位を測定して、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の正常または異常を判定することにより、
或いは、変位測定装置と、平行移動する被測定対象物を備える加工装置であって、前記変位測定装置によって、前記変位測定装置と前記被測定対象物までの変位を測定して、前記被測定対象物の空間的な設置の状態を判定することより効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の渦電流式変位センサを利用した変位測定装置によれば、渦電流式変位センサが供給する電圧波形と渦電流式変位センサが供給する電圧波形とは周波数が異なる電圧波形とを用いて変調された電圧波形の低周波側成分を抽出するような周波数変換部を備えることにより、渦電流式変位センサと被測定対象物との間の変位に対して、応答する電圧波形の周波数の変化比が増大して、該変位についての測定精度または感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の高周波発振形近接センサの概略的構成図である。
【図２】（Ａ）は従来の高周波発振形近接センサにおける、センサとターゲットとの変位と出力波形との関係を示す。（Ｂ）は、センサとターゲットとの変位が時間変化する様子を示す。（Ｃ）はセンサとターゲットとの変位に対応して、出力電圧が時間変化する様子を示す。
【図３】従来例の渦電流式変位センサを用いたツール振れ（異常検出）変位測定器を備えた工作機械の概略構成図である。
【図４】図３に示すマイコン内部に備えられ、センサ（コイル）のインダクタンスから算出した変位に基づいて、ツールホルダの主軸への装着状態を判定する機能モジュールのブロック図を示す。
【図５】従来の変位検知システム（変位検知装置）の構成例を模式的に示す説明図である
【図６】従来の変位検知装置を用いて、共振周波数の変化に基づいて、変位検知対象物の変位の検出手法を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は本発明の第１実施形態における、ツールホルダの偏心量を検出するための渦電流式変位センサを用いた変位測定器を備えた工作機械の主軸ヘッド近傍の構成を示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）の下面図である。
【図８】本発明の第１実施形態における、渦電流式変位センサを用いた変位測定器を備えた工作機械の概略構成図である。
【図９】本発明の第１実施形態における、渦電流式変位センサを用いた変位測定器の周波数変換部までのブロック図である。
【図１０】本発明の第１実施形態における、カウンタを用いた周期時間計数部のブロック図である。
【図１１】本発明の第１実施形態における、渦電流式変位センサからの基本周波数ｆviに対する基本出力周波数ｆvoの変化率のグラフである。
【図１２】本発明の第１実施形態における、変換テーブル上の点Ａ(ｎk，ｄk）と点Ｂ(ｎk+1，ｄk+1）を用いたＡ−Ｂ間の直線補間を行いて、測定されたカウント値ｎmに対応する変位ｄmを算出する方法である。
【図１３】本発明の第１実施形態における、ツールホルダの偏心量を測定して、ツールホルダのチャックエラーを判定する処理の例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第１実施形態における、センサ部のセンサヘッドとツールホルダの外周面との変位ｄを測定するサブルーチン処理の例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第１実施形態における、ツールホルダの第１回転目〜第Ｎ回転目の各偏心量を算出する処理の例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１実施形態における、チャックエラーの有無を判定する処理の例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第２実施形態における、（Ａ）は微分回路と積分回路を直列接続したバンドパスフィルタの構成例である。（Ｂ）はオペアンプＡの入力側インピーダンスをＣＲ直列の微分回路、帰還側インピーダンスにＣＲ並列の積分回路を割り当てたバンドパスフィルタの構成例である。
【図１８】本発明の第２実施形態における、ローパスフィルタの構成例である。
【図１９】（Ａ）は本発明におけるＭＯＤについて、オペアンプの入力側に電圧制御の抵抗素子を配し、帰還ループに帰還抵抗Ｒｆを配して構成される乗算器によって実現した例である。（Ｂ）は電圧制御の抵抗素子として、ｎ型電界効果トランジスタを配した乗算器の構成例である。
【図２０】（Ａ）はＶＣＯ回路における、制御電圧Ｖcontに対する出力周波数ｆoutの関係を示す図である。（Ｂ）はバリキャップを含むＬＣの共振回路を利用したＶＣＯ回路の構成例である。
【図２１】本発明において主軸台の底面にセンサ部を設置した例である。
【図２２】本発明において平行移動する被測定対象物の変位測定に応用した例である。
【図２３】（Ａ）は本発明において渦電流式変位センサに対して左右方向に平行移動するターゲットの変位測定に応用した例である。（Ｂ）は本発明において渦電流式変位センサに対して前後方向に接近したり離れたりするように動くターゲットの変位測定に応用した例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の渦電流式変位センサを利用した変位測定装置においては、渦電流式変位センサが供給する電圧波形と渦電流式変位センサが供給する電圧波形とは周波数が異なる電圧波形とを用いて変調された電圧波形における低周波側成分を抽出するような周波数変換部を備え、渦電流式変位センサと被測定対象物との間の変位に対する電圧波形における周波数変化比を増幅させることによって、上記変位についての測定精度または測定感度を向上させる変位測定装置を提供することができる。特に、ＭＣのような自動工具交換装置を備えた工作機械においては、主軸とツールホルダとの間の異物付着等による偏心の検出に有効である。
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明に係る変位測定装置の第１実施形態について説明する。
【００２０】
図７（Ａ）は、第１実施形態において、本発明に係る変位測定装置の測定対象となる工作機械の主軸ヘッド近傍の概略構成図と当該工作機械における渦電流式変位センサ（全体を符号７２０で示す）の取り付け位置を示す図である。また、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の下面図である。
【００２１】
工作機械の主軸台７０４は、適宜のサドル等に取り付けられ、図示しないテーブルに対して相対移動する。主軸台７０４に支持される主軸７０３は、先端にシャンク穴を有し、２本のツメによりツールホルダ７０１に係合される。ツールホルダ７０１は適宜の外径のものが使用され、図示しない自動工具交換装置により、主軸７０４に対して交換される。ツールホルダ７０１は切削工具７００を有し、テーブル上のワークに対して必要な加工を施す。
【００２２】
渦電流式変位センサ７２０は、本体７２１に挿入されたセンサヘッド７２２を有する。本体７２１は、ナット７２６ａ、７２６ｂによりホルダアーム７２３により支持され、ホルダアーム７２３は、支持構体７２４に取り付けられる。センサヘッド７２２が検出する信号は、信号線７２５を介して後述する周波数変換部８１２へ送られる。
【００２３】
ツールホルダ７０１は、最大径を有するフランジ部７０５を備える。自動工具交換位置にあっては、このツールホルダ７０１のフランジ部７０５に対向する位置に、渦電流式変位センサ７２０のセンサヘッド７２２を配置する。このときに、センサヘッド７２２の先端とツールホルダのフランジ部７０５が形成する変位ｄ（ギャップ）は、例えば３ｍｍとしてもよい。なおフランジ７０５は取り外しが可能な構造になっている切削工具等の取付用具のことであり、その材質については、磁気反応が強い金属材料が用いられる。
【００２４】
この状態で主軸７０３を回転させると、ツールホルダのフランジ部７０５は、センサヘッド７２２に対して回転移動を行う。この回転運動に応じて、変位ｄが変化すると、ツールホルダのフランジ部７０５とセンサヘッド７２２との間で形成されるインピーダンス（インダクタンス）が変化し、後述する作用により、フランジ部７０５の偏心量を検知することができる。そして、偏心量が所定の値を越えたときには、ツールホルダ７０１と主軸７０３の間に切粉の噛み込み等の原因により、クランプ異常が発生したものと判断することができる。さらに、主軸７０３の回転を停止して、必要な処理を行ってもよい。
【００２５】
図８は、本発明に使用する変位測定装置８００の概略構成図である。本発明に係る変位測定装置８００は、渦電流式変位センサ７２０に制御電圧Ｖcontのデジタルデータを供給する制御電圧データ送信部８１０と、該制御電圧Ｖcontに基づいて発振して、金属製の被測定対象物（この場合、フランジ部７０５）の渦電流発生によるインピーダンス（インダクタンス）変化に応じた共振周波数を基本周波数ｆviとする電圧波形を周波数変換部８１２に供給する渦電流式変位センサ７２０と、該基本周波数ｆviを有する電圧波形をフィルタ処理、および低周波変換処理が施された基本出力周波数ｆvoを有する電圧波形を周期時間計数部８１３に供給する周波数変換部８１２と、測定された基本出力周波数ｆvoに基づいて、フランジ部７０５と渦電流式変位センサ７２０との変位ｄを算出する変位算出部８１４を備える。
【００２６】
さらに制御電圧データ送信部８１０、渦電流式変位センサ７２０および周波数変換部８１２についてのブロック図を図９に示す。制御電圧データ送信部８１０は、コンピュータ８１５の指令に従って、制御電圧Ｖcontに対応したデジタルの制御数値の並列データを直列データに変換するデジタル回路９１１によって変換し、インターフェース９１２を介して、渦電流式変位センサ７２０のインターフェース９１３に供給する。ＤＡＣ９１４は該制御数値の保持と数値に基づいてＤ／Ａ変換された制御電圧Ｖcontを出力する。制御電圧Ｖcontは、電圧／周波数変換回路９１５（以下、「ＶＣＯ回路」とする）に供給される。なお、ＶＣＯ回路には、後述するように渦電流発生によるインピーダンス変化を検出するためのセンサコイルが備えられている。
【００２７】
センサヘッド７２２と金属製の被測定対象物であるフランジ部７０５との間の変位ｄに応じた渦電流が発生して、渦電流式変位センサ７２０のインピーダンス（インダクタンス）を変化させるため、ＶＣＯ回路９１５の共振周波数が変化する。この共振周波数は、本発明において基本周波数ｆviと呼ぶが、変化する幅は、例えば、11415.2〜11416.3[kHz]であり、11415.2[kHz]を基準とした変化比率においては、０．０１％程度の幅に止まり、測定される物理量は変化に乏しく、十分な測定感度または精度が確保することは困難である。
【００２８】
そこで、本発明では、基本周波数ｆviを低周波側に周波数変換を行う周波数変換部８１２を設けることによって、基本周波数ｆviの変化比率に対して、変換後の周波数、すなわち基本出力周波数ｆvoの変化比率を拡大することを図る。
【００２９】
周波数変換部８１２の概略を示すブロック図を図９に示す。図９に示すように、この基本周波数ｆviを有する電圧波形ｖiが入力され、バンドパスフィルタ0９１７、バッファ９１８、モジュレータ1９１９、バンドパスフィルタ1９２０、バッファ９２１、モジュレータ2９２２、バンドパスフィルタ2９２３、バッファ９２４、モジュレータ3９２５、バンドパスフィルタ3９２６、バッファ９２７、およびゼロクロス回路（ＺＥＲＯ  ＣＲＯＳＳ）９２８を通して、電圧波形ｖzcを出力するように構成されている。この実施形態においては、バッファ（以下、「ＢＦ」とする）、モジュレータ（以下、「ＭＯＤ」とする）およびバンドパスフィルタ（以下、「ＢＰＦ」とする）により構成されたブロックを１つの変換回路とし、３つの変換回路で周波数変換を行う構成となっている。最初の変換回路に基本周波数ｆviを有する電圧波形ｖiを入力する前の処理として、ＢＰＦを介することでノイズ除去を行う。そして、ＢＰＦを通過した電圧波形をＢＦがインピーダンス変換を行う。そして、ＬＰＦ１を通過した基準信号であるＡ0ｓｉｎ（ω1）ｔと、最初のＢＦを通過した電圧波形であるＡ1ｓｉｎ（ω2）ｔとを最初のＭＯＤ１に入力すると、ＭＯＤ１によってｓｉｎ（ω1＋ω2）ｔ成分とｓｉｎ（ω1−ω2）ｔ成分を有する合成波形が生成される。このような変換処理回路として、例えば乗算回路を用いても良い。そして、合成波形は変換処理回路の次段のＢＰＦ１を通過すると、高周波成分は遮断されて低周波成分ｖo1のみが通過するようなフィルタ処理が行われる。このようにして順次に、第１段階で基本周波数ｆviの電圧波形は第１低周波変換周波数ｆvo1の電圧波形に変換され、第２段階で第１低周波変換周波数ｆvo1の電圧波形は第２低周波変換周波数ｆvo2の電圧波形に変換され、第３段階で第２低周波変換周波数ｆvo2の電圧波形は第３低周波変換周波数ｆvo3の電圧波形に変換される。なお、電圧波形ｖoの周波数ｆvo3は、本発明において基本出力周波数ｆvoと同一である。実施形態において、ＢＦ、ＭＯＤ、およびＢＰＦにより構成された変換回路を用いたが、上記変換回路の特性および性能によりＢＰＦに代えて、ＬＰＦを用いてもよい。また、ＢＦ、ＭＯＤ、およびＢＰＦにより構成された変換回路を３段に接続したが、例えば、１段、２段でも良く、４段以上に接続して周波数変換部を構成しても良く、接続段数は限定されるものではない。
【００３０】
なお、各ＭＯＤにおいて、周波数変調に用いられる周波数の固定された電圧波形（例えば、図９中のf1: 12MHz 、f2: 750kHz、およびf3: 187.5kHzが対応する）は、クロック発生器９３４が発生する高周波の基準クロックを分周して、さらに各ローパスフィルタ（図９中のＬＰＦ１、ＬＰＦ２、およびＬＰＦ３が対応する）を通して、基本のｓｉｎ波成分を抽出して生成され、対応する各ＭＯＤに供給される。
【００３１】
そして、本発明の第１実施形態において、基本周波数ｆviに基づいて周波数変換部８１２の各ＭＯＤ９１９、９２２、９２５は、電圧波形の周波数および基本出力周波数ｆvoに変換されるが、渦電流式変位センサからの基本周波数ｆviに基づいて、周波数変換部が順次変換した電圧波形の周波数、および基本出力周波数ｆvoの対応関係を表１に示す。基本周波数ｆviの変化比率については、１１４１５．２[ｋＨｚ]を基準として、０．００１％、０．００５％、および０．０１％であるのに対して、基本出力周波数ｆvoの変化比率については、２２.３[ｋＨｚ]を基準として、０．５１５％、２．６２７％および５．３９５％が対応する。そして、対応する変化比率を比較すると、それぞれ、５１５倍（０．５１５％：０．００１％）、５２５倍（２．６２７％：０．００５％）、５３９倍（５．３９５％：０．０１％）に変化比率を著しく増大している。さらに、基本周波数ｆviの変化比率に対する、基本出力周波数ｆvoの変化比率は、図示するとほぼ比例関係にある（図１１を参照）。
【００３２】
【表１】
0006545597.tif 000002
このように、周波数変換部８１２における、基本周波数ｆviの変化に対して、基本出力周波数ｆvoの変化比率の変化は大幅に増加して、測定感度が拡大されるように、基本周波数ｆviを低周波側に周波数変換することができる。この結果、基本出力周波数ｆvoの検出感度の向上にともない、センサヘッド７２２と金属製の被測定対象物であるフランジ部７０５との間の変位ｄを検出する感度を向上させることができる。
【００３３】
図８に示すように、コンピュータ８１５または変位算出部８１４と周波数変換部８１２との間に、周期時間計数部８１３を配置する。周期時間計数部８１３は、図１０に示すように、１５０ＭＨｚのクロックパルスφおよび周波数変換部８１２が出力する基本出力周波数ｆvoを有する矩形波の信号ｖzcが供給される。そして、周期時間計数部８１３は、信号ｖzcの１周期分に相当する期間に、クロックパルスφをカウンタ９４４で計数したカウント数を、変位算出部８１４に供給する。
【００３４】
そして、本発明の第１実施形態において、基本周波数ｆviに基づいて周波数変換部８１２が変換した基本出力周波数ｆvoを有する電圧波形の周期を周期時間計数部８１３でカウント値をカウントする。表２に渦電流式変位センサからの基本周波数ｆviに基づいた周期およびカウンタ数および基本出力周波数ｆvoの対応表を示す。ここで、１１４１５．２[ｋＨｚ]を基準とした場合の基本周波数ｆviの変化と基本出力周波数ｆvoを有する電圧波形の周期に対応するカウント数の増加分を比較すると、０．０１％、０．０５％、および０．１％に対して３６３カウント、２３１４カウントおよび７０５４カウントがそれぞれに対応し、いずれも大幅に変化すなわち感度が拡大している。
【００３５】
【表２】
0006545597.tif 000003
該カウント数は、基本出力周波数ｆvoとは反比例し、該カウント数を検出することで、変位ｄを算出することができる。本発明の第１実施形態において、その算出をする際、該カウント数と変位ｄとの対応関係を記憶する変換テーブルを設け、該変換テーブルにしたがって変換することにより、最終的な測定量である変位ｄが得られる。表３に、基本出力周波数ｆvoに基づいたカウンタ数ｎと変位ｄとの対応関係を示す変換テーブルを示す。
【００３６】
【表３】
0006545597.tif 000004
該変換テーブルの利用については、測定されるカウント値は、該変換テーブルで予め用意されているカウント値と通常は一致するわけではないから、図１２に示すように、測定された該カウント数を挟むような、該変換テーブルで予め記憶されている２つのカウント値ｎkおよびｎk+1を選択し、区間[ｎk，ｎk+1]について、それぞれ２つカウント数ｎと変位ｄ、すなわち点Ａ(ｎk，ｄk）と点Ｂ(ｎk+1，ｄk+1）を用いた、Ａ−Ｂ間の直線補間を行い、測定されたカウント数ｎmに対応する変位ｄmを算出することができるが、直線補間以外の補間法を用いてもよい。
【００３７】
次に、ツールホルダ７０１の偏心量Ｔを測定によって、ツールホルダ７０１のチャックエラーを判定する処理を図１３のフローチャートを参照して説明する。
【００３８】
まず、オートマチックツールチェンジ（AUTOMATIC  TOOL  CHANGE）を行うことから始める（Ｓ１００）。そして、ツールホルダ７０１の回転数、ツールホルダ１回転分の測定を何回行うか、すなわち測定回数Ｎを設定する（Ｓ２００）。設定された回転数でツールホルダ７０１を回転するようコンピュータ８１５が指示する（Ｓ３００）。偏心量を測定する処理の途中において、ツールホルダ７０１の回転した回数ｋを記憶する変数ｋを１に初期設定する（Ｓ４００）。その次に渦電流式変位センサ７２０のセンサヘッド７２２とツールホルダ７０１の外周面、すなわちフランジ部との変位ｄを測定するサブルーチンに飛び、一回転分の変位ｄ（後述するＬ個の変位ｄについてのデータ）を測定した後リターンし、ステップ６００に進み（Ｓ５００）、該変数ｋをカウントアップする（Ｓ６００）。測定終了を判定するため、該変数ｋが設定した測定回数Ｎを超えたか判定して超えない場合、ステップ５００に戻り、該変数ｋが設定した測定回数Ｎを超えたか判定して超えた場合、ステップ８００に進む（Ｓ７００）。ツールホルダ７０１の第１回転目〜第Ｎ回転目の対応する各偏心量Ｔkを算出するサブルーチンに飛び、算出後リターンし、ステップ９００に進む（Ｓ８００）。第１回転目〜第Ｎ回転目についての偏心量Ｔkの最大値、平均値、および最小値に基づいて、ツールホルダ７０１のチャックエラーを判定するため、サブルーチン（後述するＳ８００〜Ｓ８１０）に飛び、判定後リターンし、ステップ１０００に進む（Ｓ９００）。コンピュータ８１５の表示部に判定結果を表示する（Ｓ１０００）。
【００３９】
ここでステップ５００のサブルーチン処理、すなわちセンサ部のセンサヘッド７２２とツールホルダの外周面すなわちフランジ部７０５との一回転分の変位ｄを測定する処理について、図１４のフローチャートを参照して説明する。ツールホルダ１回転分（１周分）における変位ｄのデータの個数を管理するため変数Ｌを用い、測定前に変数Ｌ＝０に初期化する（Ｓ５０１）。そして、ツールホルダ７０１の回転角度（方位角）の基準を検出してから測定を開始するため、測定の第１回転目である場合（Ｓ５０２）、ツールホルダ７０１の回転角度の基準を検出するまで、変位ｄを変位算出部８１４から読み込まずステップ５０３のループで待つ（Ｓ５０３）。なお、当該基準については、フランジ部７０５に凹部または凸部を施し、凹部または凸部における変位ｄの増減から検出してもよいし、光学的センサを設けて上記基準を検出してもよく、検出手法について限定されるものではない。また、当該基準の検出に関して、例えば回転速度が一定になるまで検出を続け、一定と判断した時から検出を省略するようにしても良い。検出順序において、変位算出部８１４から回転角度に対応した変位ｄを読み込む（Ｓ５０４）後に検出するようにフローチャートを変形して、ツールホルダ７０１の一回転分の区切り（開始または終了）のタイミングを検出するようにしても良い。また後述する
次にツールホルダ７０１の回転角度の基準を検出して（Ｓ５０３）、変位算出部８１４から回転角度に対応した変位ｄを順次読み込む（Ｓ５０４）。第ｋ回転目の回転中の変数Ｌ番目に測定された変位ｄとして、配列変数Ｄ（ｋ、Ｌ）に変位ｄを記憶する（Ｓ５０５）。次の回転角度に変わるまで所定の時間待ち、変数Ｌをカウントアップする（Ｓ５０６）。未だツールホルダの回転角度の基準を検出しない場合、ステップ５０４に戻る（Ｓ５０７）。再度ツールホルダ７０１の回転角度の基準を検出した場合、ツールホルダ１周分における変位ｄのデータの測定を終了し（Ｓ５０７）ステップ５０８に進み、第ｋ回転目の変位データの個数に対応する配列変数Ｌ（ｋ）＝Ｌ−１を記憶し、サブルーチン処理を終了してリターンする  （Ｓ５０８)。なお、ステップ所定時間待つ処理であるが、回転速度に応じて該所定時間を変化させるようにして、１回転当たりの変位ｄのデータ数がほぼ同数に調整され規格化しやすいように該所定時間を制御するような構成を加えても良く、また変位測定開始からの一定期間は該所定時間を短縮し、一定期間経過後に該所定時間を伸張し、１回転当たりの変位ｄのデータ数の格差を設けるように制御することができる構成を追加しても良く、フローチャートにおいて該構成を制御するステップを配置するように対応する変形を加えても良い。
【００４０】
ステップ８００のサブルーチン処理、すなわちツールホルダ７０１の第１回転目〜第Ｎ回転目の各偏心量Ｔを算出する処理について、図１５のフローチャートを参照して説明する。この処理の概略については、センサ部から出力される変位ｄの測定データをツールホルダ７０１の回転角度θに対応させて配列変数Ｄ（ｋ、Ｌ）に記憶しているから、ツールホルダ７０１の１回転分の変位ｄにおける（最大値−最小値）、すなわち振幅値がツールホルダ７０１の偏心量Ｔの２倍と見なせるので、コンピュータ８１５は、第１回転目〜第Ｎ回転目の各ｋ回転目の各振幅値を算出して、ツールホルダ７０１の第１回転目〜第Ｎ回転目の各ｋ回転目の偏心量Ｔ（ｋ）を取得する。
【００４１】
この処理手続きとして、第ｋ回転目について配列変数Ｄ（ｋ、Ｌ）と隣接する配列変数Ｄ（ｋ、Ｌ＋１）とを順次比較して最大値、最小値を抽出しながら、配列変数Ｄ（ｋ、Ｌ）の総和を算出して、最後に第ｋ回転目の変位データ個数である配列変数Ｌ（ｋ）で割って、平均値を求める。
【００４２】
変数Ｌを初期化（Ｌ＝０）し、変数Ｍａｘ＝変数Ｍｉｎ＝配列変数Ｄ（ｋ、Ｌ）とする（Ｓ８０１）。配列変数（ｋ、Ｌ）＜配列変数（ｋ、Ｌ＋１）の関係の場合はステップ８０３に進み（Ｓ８０２）、変数Ｍａｘ＝配列変数（ｋ、Ｌ＋１）としステップ８０４に進む（Ｓ８０３）。配列変数（ｋ、Ｌ）＜配列変数（ｋ、Ｌ＋１）の関係ではない場合はステップ８０４に進む（Ｓ８０２）。
【００４３】
配列変数（ｋ、Ｌ）＜配列変数（ｋ、Ｌ＋１）の関係の場合、ステップ８０５（Ｓ８０４）、変数Ｍｉｎ＝配列変数（ｋ、Ｌ＋１）とし、ステップ８０６に進む（Ｓ８０５）。配列変数（ｋ、Ｌ）＜配列変数（ｋ、Ｌ＋１）の関係ではない場合、ステップ８０６に進む（Ｓ８０４）。
【００４４】
Ｌ＞配列変数Ｌ（ｋ）でない場合（Ｓ８０７）、ステップ８０２に戻る。Ｌ＞配列変数Ｌ（ｋ）の場合（Ｓ８０７）、すなわち第ｋ回転目の全ての変位ｄのデータ間の比較が終了した場合、配列変数Ｍｉｎ（ｋ）＝Ｍｉｎ、配列変数Ｍａｘ（ｋ）＝変数Ｍａｘとし、第ｋ回転目の偏心量に対応する配列変数Ｔ（ｋ）＝（変数Ｍａｘ−変数Ｍｉｎ）／２を算出し、記憶する（Ｓ８０８）。次の第（ｋ＋１）回転目の偏心量を記憶するため、変数ｋをカウントアップする（Ｓ８０９）。ｋ＞Ｎでない場合すなわち変数ｋが測定回数Ｎを超えず測定を続行する場合（Ｓ８１０）、ステップ８０２に戻る。ｋ＞Ｎの場合すなわち測定終了の場合、Ｓ９０１〜Ｓ９１２からなるサブルーチン処理を終了してステップ９００にリターンする。
【００４５】
次のステップ９００のサブルーチン処理、すなわちチャックエラーの有無を判定する処理について、図１６のフローチャートを参照して説明する。この処理における判定方法については、例として、ツールホルダの第１回転目〜第Ｎ回転目の各偏心量についての平均値がしきい値以上のものが存在する場合、チャックエラーと判定する。また、ツールホルダの第１回転目〜第Ｎ回転目の各偏心量における最大値（変数Ｔmax）と最小値（変数Ｔmin）＝の差がしきい値以上である場合、同様にチャックエラーと判定するものを挙げることができるが、この判定方法に限定されない。例えば、該各偏心量をそれぞれ所定のしきい値と比較し、しきい値を超えた偏心量の個数を基準としてチャックエラーを判定するように変形しても良く、さらに各偏心量について統計処理を行った統計データに基づいてチャックエラーを判定するような方法を採用しても良い。
【００４６】
サブルーチン９００における最初のステップとして、変数の初期化および初期値設定として、ｋ＝１なる初期値を行い、変数Ｔmax＝変数Ｔmin＝配列変数Ｔ（１）（第１回転目の偏心量に対応する変数）と設定する（Ｓ９０１）。各偏心量同士を順次比較して、Ｔ（ｋ）＜Ｔ（ｋ＋１）の関係でない場合（Ｓ９０２）、ステップ９０４に進む。Ｔ（ｋ）＜Ｔ（ｋ＋１）の関係である場合（Ｓ９０２）、変数Ｔmax＝配列変数Ｔ（ｋ＋１）と更新して、ステップ９０４に進む（Ｓ９０３）。次にＴ（ｋ）＞Ｔ（ｋ＋１）の関係でない場合、ステップ９０６に進む（Ｓ９０４）。Ｔ（ｋ）＞Ｔ（ｋ＋１）の関係である場合（Ｓ９０４）、Ｔmin＝配列変数Ｔ（ｋ＋１）と更新して、ステップ９０６に進む（Ｓ９０５）。偏心量の平均値を算出するため、変数Ｔsum＝変数Ｔsum＋配列変数Ｔ（ｋ＋１）の演算をして、配列変数Ｔ（ｋ）を順次加算をする（Ｓ９０６）。が終えて、１つ隣に隣接する偏心量同士の比較と偏心量合計処理を進めるため変数ｋをカウントアップする（Ｓ７）。
【００４７】
次に変数ｋが設定した測定回数Ｎを超えない場合、すなわち偏心量の最大値、最小値および合計を算出する処理が終わらない場合、ステップ９０２に戻りカウントアップしたｋを用いて処理を継続する。ｋ＞Ｎの場合、すなわちこの処理を終了する場合は、集計として、偏心量の平均値Ｔave（＝Ｓｕｍ／Ｎ）を算出する（Ｓ９０９）。最後にチャックエラーを判定するためＴaveおよび（Ｔmax-Ｔmin）とそれぞれ対応するしきい値とを比較する。具体的には、Ｔave  ＜  第１しきい値でない場合（Ｓ９１０）、またはＴmax−Ｔmin  ＜  第２しきい値でない場合（Ｓ９１１）、チャックエラーと判定し、サブルーチン処理を終了してリターンする（Ｓ９１３）。一方、Ｔave  ＜  第１しきい値の関係である場合（Ｓ９１０）、かつＴmax−Ｔmin  ＜  第２しきい値の関係である場合（Ｓ９１１）、チャックエラーではないと判定し、サブルーチン処理を終了して、ステップ９００にリターンする（Ｓ９１２）。サブルーチン９００では、第１しきい値および第２しきい値を固定値として設定したが、可変にしても良い。例えば、切削工具７００の種類、材質、使用年数等さらに個体の属性に基づいて可変としても良いし、ワークについての寸法、または材質に基づいて設定し、最適化しても良いものであり、限定されるものではない。また、実施形態において示された判定方法の例に限定されず、他の判定方法を採用しても良い。
【００４８】
次に、図面に基づいて本発明に係る変位測定装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、周波数変換器８１２におけるＢＰＦ、ＢＦ、ＭＯＤおよびＬＰＦについて、オペアンプを用いた構成例を示すとともに、ＢＰＦ、各ＬＰＦのカットオフ周波数に対応した抵抗Ｒおよび容量Ｃの回路定数の例を示す。また、渦電流式変位センサ７２０のＶＣＯ回路９１５には、可変容量ダイオード（バリキャップ）を用いて構成した例を示す。
【００４９】
まず、ＢＰＦの構成例を図１７に示し、図１７（Ａ）では、微分回路と積分回路を直列接続したもので、図１７（Ｂ）では、１段のオペアンプＡの入力側インピーダンスをＣＲ直列の微分回路、帰還側インピーダンスにＣＲ並列の積分回路を割り当て構成したものである。カットオフ周波数ｆc1とｆc2とはｆc1＜ｆc2の関係であり、ｆc1＝（２πＲ1Ｃ1）-1、ｆc2＝（２πＲ2Ｃ2）-1によって算出される。すなわち、ＢＰＦ１は、ｆc1以上、ｆc2以下の周波数帯の電圧波形を通過させる。同様に、ローパスフィルタの構成例は、図１８に示すように、オペアンプＡの帰還ループに積分回路を設けて構成され、カットオフ周波数はｆc＝（２πＲＣ）-1で決定される。表４に、本発明の第２実施形態における、図９に示されたＢＰＦ０〜ＢＰＦ３、ＬＰＦ１〜ＬＰＦ３についてのカットオフ周波数に対応した抵抗Ｒおよび容量Ｃの例を示す。
【００５０】
【表４】
0006545597.tif 000005
次に、ＭＯＤ９１９，９２２，９２５において、前述のようにオペアンプＡを利用した乗算器を用いることができるが、例えば、乗算器９６０の構成例は、図１９（Ａ）に示すように、オペアンプＡの入力側には、電圧制御の抵抗素子を配し、帰還ループに帰還抵抗Ｒｆを配して構成されるものが挙げられる。図１９（Ｂ）に示すように、電圧制御の抵抗素子Ｒvとして、例えばｎ型電界効果トランジスタまたはＭＯＳ型トランジスタを配してもよい。乗算器９６１においては、ｎ型電界効果トランジスタＱのドレイン側に入力された電圧波形ｖ1は、ゲート側に入力された電圧波形ｖ2の電圧レベルによって、振幅変調を受けて、Ｖ0〜Ｖ1*Ｖ2のような乗算結果が出力される。
【００５１】
次に、渦電流式変位センサ７２０におけるＶＣＯ回路９１５は、可変容量ダイオード（バリキャップ）を用いて構成することができる。なお、バリキャップ（可変容量ダイオード）は、ダイオードに印加される逆バイアス電圧の大きさを制御して、ＰＮ接合の逆バイアス空乏容量を変化させて、バリキャップ両端の静電容量ＶＣを変化させることができる素子である。逆バイアス電圧に対する容量ＶＣの関係は、バリキャップの両端に印加する逆バイアス電圧が小さいと容量ＶＣは大きくなり、逆バイアス電圧が大きいと容量ＶＣは小さくなるような特性を示す。
【００５２】
電圧／周波数変換回路９１５は、可変容量ダイオード（バリキャップ）に印加される電圧（制御電圧Ｖcontに等しい）が変わると、ダイオードの静電容量が変化するため、共振周波数が変化して発振周波数が変化する。通常の電圧／周波数変換回路の場合、電圧が高くなると発振周波数も高くなる特性を有する。
【００５３】
渦電流式変位センサ７２０のＶＣＯ回路９１５は、センサコイルＬVCOを有し、センサコイルＬVCOが発生する交流磁力線による高周波磁界は、金属製でつくられるターゲット（被測定対象物としてフランジ部）に渦電流を発生させ、センサコイルＬVCOの持つインピ−ダンス特性（特に、インダクタンス特性）を変化させる。
【００５４】
ＶＣＯ回路９１５の内部のセンサコイルＬVCOの持つ特性Ｌと可変容量ダイオード（バリキャップ）ＶＣおよび各コンデンサの特性Ｃ2〜Ｃ5は、ＬＣ共振回路を形成し、このＬＣ共振回路は、制御電圧ＶcontとセンサコイルＬVCOのインピーダンスに基づいた共振周波数を有する交流信号を供給する。
【００５５】
ＶＣＯ回路９１５は、図２０（Ａ）に示すように、制御電圧Ｖcontで発振出力周波数ｆoutを制御する回路である。制御電圧Ｖcontに対する発振出力周波数ｆoutの特性が単調な、すなわち直線に近い入出力特性のＶＣＯ回路が望ましい。ＶＣＯ回路９１５の回路構成例として、図２０（Ｂ）に示すような可変容量ダイオード（バリキャップ）を含むようなＶＣＯ回路９７０を挙げることができる。ＶＣＯ回路９７０は、上述のようなＬＣの共振回路を利用しており、インダクタンスＬは、本発明におけるセンサコイルに対応し、共振回路の容量Ｃには可変容量ダイオード（バリキャップ）の容量ＣVRの項が含まれ、上述のように制御電圧Ｖcontに基づいて容量ＣVRを変えることができるから、制御電圧ＶcontおよびセンサコイルＬVCOのインダクタンスに基づき、基本周波数ｆviは決定される。なお、ＶＣＯ回路（電圧制御発振器）は入力された制御電圧Ｖcontによって発振周波数を制御して、センサコイルを組み込めるようなものなら回路構成は限定されなくても良く、バリキャップを備えている必要はない。さらに、高性能なＶＣＯ回路ほどノイズのない静かな制御電圧が求められるため、デジタル制御の制御電圧Ｖcontで発振出力周波数ｆoutを制御することが好ましい。また、図２０（Ｂ）に示すＶＣＯ回路９７０は、発振周波数を特定するものではない。
【００５６】
渦電流式変位センサ部７２０に位置について、図２１に示すように主軸台７０４の底面に設置してもよいし、側面（図示しない）に設置してもよく、設置位置は特に制限されない。
【００５７】
また、本発明の変位測定装置は、図２２の概略図に示すように、平行移動する被測定対象物の変位測定等にも応用することができる。図２２に示すステージの水平度が加工品質に影響を与えるような装置９８０、例えば、印刷機、基板に薬液を塗布する塗布装置、基板の表面を研磨する、または擦る装置において、渦電流式変位センサ９８１、および金属製のｘ−ｙステージ９８２を備えていれば、渦電流式変位センサ９８１とｘ−ｙステージ９８２との距離ｄをｘ−ｙステージ９８２をｘ−ｙ平面上を平行移動させながら、渦電流式変位センサ９８１を用いて測定することによって、ｘ−ｙ面内の上述の距離ｄの分布を評価して、ｘ−ｙステージ９８２の水平度を調整するようなことにも使用することができる。
【００５８】
また、本発明の変位測定装置は、図２３（Ａ）の概略図に示すように渦電流式変位センサ９９３に対して、左右方向に平行移動するターゲット９９１の変位を測定することに使用することができ、図２３（Ｂ）の概略図に示すように、渦電流式変位センサ９９４に対して、前後方向に接近したり離れたりするように動くターゲット９９２の変位を測定することにも使用するができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００  ターゲット（金属）
１０１  センサ（コイル）
１０２  発振回路
１０３  共振回路
１０４  検波回路
１０５  増幅回路
１０６  リニアライザ回路
２００  ターゲット
２０１  センサ
３０１  工具
３０２  ツールホルダ
３０３  ツールフランジ
３０４  被嵌合部
３０６  ヘッド
３１０  主軸
３１１  ブラケット
３１２  渦電流式変位センサ
３２０  検波回路
３２１  発振回路
３２２  整流回路
３２３  フィルタ回路
３２４  ＡＤＣ
３２５  メモリ
３２６  マイクロコンピュータ
３２７  工作機械のＮＣ
３３０  機能モジュール
４００  周波数変換部
４１０  インダクタンス算出部
４２０  変位算出部
４３０  異常判定部
５００  制御回路
５１０  記憶部
５２０  可変発振回路
５３０  駆動回路
５４０  抵抗
５５０  コンデンサ
５６０  コイル
５７０  共振回路
５８０  検出部
７００  切削工具
７０１  ツールホルダ
７０２  ２本ツメ
７０３  主軸
７０４  主軸台
７０５  フランジ部
７２０  渦電流式変位センサ
７２１  本体
７２２  センサヘッド
７２３  ホルダアーム
７２４  支持体
７２５  信号線
７２６ａ、７２６ｂ  ナット
８００  変位測定装置
８１０  制御電圧データ送信部
８１２  周波数変換部
８１３  周期時間計測部
８１４  変位算出部
８１５  コンピュータ
８１６  メモリ
８１７  工作機械ＮＣ
９１１  デジタル回路（並列データを直列データに変換）
９１２  インターフェース
９１３  インターフェース
９１４  Ｄ／Ａコンバータ（データ保持機能有り）
９１５  ＶＣＯ回路
９１６  バッファ
９１７  バンドパスフィルタ０
９１８  バッファ
９１９  モジュレータ１
９２０  バンドパスフィルタ１
９２１  バッファ
９２２  モジュレータ２
９２３  バンドパスフィルタ２
９２４  バッファ
９２５  モジュレータ３
９２６  バンドパスフィルタ３
９２７  バッファ
９２８  ゼロクロス回路（パルス波形を出力）
９３０  分周器
９３１  ローパスフィルタ１
９３２  ローパスフィルタ２
９３３  ローパスフィルタ３
９３４  クロック発生器
９４０  計数部
９４１  クロック発生器
９４２  フリップフロップ（１／２分周器）
９４３  エッジ検出
９４４  カウンタ
９４５  ラッチ回路
９５０  バンドパスフィルタ
９５１  バンドパスフィルタ
９５２  ローパスフィルタ
９６０  乗算器
９６１  乗算器
９７０  ＶＣＯ回路
９８０  装置
９８１  渦電流式変位センサ
９８２  ｘ−ｙステージ  
９９１、９９２  ターゲット
９９３、９９４  渦電流式変位センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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