(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流で励磁されたコイルを含むセンサヘッドを金属製の対象物に近づけたときに、対象物に生ずる渦電流の影響によって変化するコイルのインピーダンスに関係する一次測定量を検出し、センサヘッドと対象物の距離と前記一次測定量との対応関係を示し、かつ、センサヘッドの特性に応じて異なる関係曲線を用いて、前記一次測定量から前記距離を求める渦電流式変位計であって、
特定の特性を有する第１のセンサヘッドに応じた前記関係曲線を元関係曲線として記憶する記憶手段と、
前記第１のセンサヘッドと異なる任意の特性を有する第２のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量と、前記第１のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量との割合を用いて、前記記憶手段に記憶された前記第１のセンサヘッドに関する元関係曲線を補正することにより、前記一次測定量から前記第２のセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成する変換関係曲線生成手段と、を備え、
前記変換関係曲線生成手段によって生成された変換関係曲線を用いて、前記第２のセンサヘッドと対象物の距離を求めることを特徴とする渦電流式変位計。
【請求項２】
前記変換関係曲線生成手段は、前記第２のセンサヘッドと対象物の距離を求める際に複数の既知の距離において検出した複数の一次測定量と、前記割合とに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記第１のセンサヘッドに関する元関係曲線を補正することにより、前記一次測定量から前記第２のセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成することを特徴とする請求項１記載の渦電流式変位計。
【請求項３】
前記変換関係曲線生成手段は、前記第２のセンサヘッドと対象物の距離を求める際に複数の既知の距離において検出した複数の一次測定量を、前記第２のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量で割って正規化した正規化一次測定量を用いて、前記元関係曲線を、前記第１のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量で割って正規化した正規化元関係曲線を補正することにより、前記一次測定量から前記第２のセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成することを特徴とする請求項２記載の渦電流式変位計。
【請求項４】
交流電流で励磁されたコイルを含むセンサヘッドを金属製の対象物に近づけたときに、対象物に生ずる渦電流の影響によって変化するコイルのインピーダンスに関係する一次測定量を検出し、センサヘッドと対象物の距離と前記一次測定量との対応関係を示し、かつ、センサヘッドの特性に応じて異なる関係曲線を用いて、前記一次測定量から前記距離を求める渦電流式変位計を用いた距離測定方法であって、
特定の特性を有する第１のセンサヘッドに応じた前記関係曲線を元関係曲線として記憶するステップと、
前記第１のセンサヘッドと異なる任意の特性を有する第２のセンサヘッドと対象物の距離を求める際に複数の既知の距離において検出した複数の一次測定量と、補正パラメータとして前記第２のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量とを測定するステップと、
前記複数の一次測定量と、前記補正パラメータと前記第１のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量との割合とに基づいて、前記記憶された前記第１のセンサヘッドに関する元関係曲線を補正することにより、前記一次測定量から前記第２のセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成するステップと、を有することを特徴とする渦電流式変位計を用いた距離測定方法。
【請求項５】
前記元関係曲線を、前記第１のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量で割って正規化した正規化元関係曲線を記憶しておき、
前記第２のセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量を測定して補正パラメータとして記憶するとともに、前記第２のセンサヘッドと対象物の距離を求める際の測定範囲内の最小距離、最大距離及び中間距離において検出した複数の一次測定量を測定し、
前記最小距離、前記最大距離及び前記中間距離における一次測定量を前記補正パラメータで正規化した正規化最小測定量、正規化最大測定量及び正規化中間測定量を算出し、
前記正規化元関係曲線上の前記正規化最小測定量に対応する距離が前記最小距離となるように一定の補正量を前記正規化元関係曲線に対応するテーブルの各配列要素の距離データに加えると共に、前記正規化元関係曲線上の前記正規化最大測定量に対応する距離が前記最大距離になるように比例配分で求めた補正量を前記各配列要素の距離データに加える距離データ補正を行い、
前記距離データ補正により得られた曲線から求めた前記正規化中間測定量に相当する距離と前記正規化元関係曲線から求めた前記正規化中間測定量に相当する距離との差を最大誤差として求め、
前記正規化中間測定量から離れて前記正規化最小測定量又は前記正規化最大測定量に近づくにつれて、前記最大誤差からゼロへ段階的に減少する補正量を前記各配列要素の距離データに加えることにより、前記変換関係曲線を生成することを特徴とする請求項４記載の距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電流で励磁されたコイルを含むセンサヘッドを金属製の対象物に近づけたときに、対象物に生ずる渦電流の影響によって変化するコイルのインピーダンスに関係する一次測定量（例えば電圧）を検出し、この一次測定量を変換することによってセンサヘッドと対象物との距離を求める渦電流式変位計とそれを用いた距離測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような渦電流式変位計のセンサヘッドの断面を図７に示す。このセンサヘッド７０は、少なくとも先端面７１ａが樹脂等の非金属で形成されたケーシング７１内に、銅線をボビンに巻回したコイル７２とコア７３を装着して構成されている。コイル７２の巻線両端部は、ケーブル７４によって引き出されている。
【０００３】
上記のようなセンサヘッド７０のコイル７２を交流電流（通常は高周波電流）で励磁した状態でセンサヘッド７０の先端面７１ａを金属製の対象物（ワークということもある）Ｗに近づけると、コイル７２が発生する磁束によって対象物Ｗの表面に渦電流が生ずる。この渦電流はコイル７２が発生する磁束の変化を妨げる方向に生ずる（レンツの法則）。つまり、対象物Ｗの表面に生ずる渦電流の影響によってコイル７２のインピーダンスが等価的に変化し、その変化量はコイル７２を含むセンサヘッド７０が対象物Ｗに近づくほど大きくなる。
【０００４】
したがって、センサヘッド７０の先端面７１ａを金属製の対象物Ｗに近づけたときのコイル７２のインピーダンス変化を検出すれば、センサヘッド７０の先端面７１ａと金属製の対象物Ｗとの距離が相対的に分かることになる。コイル７２のインピーダンス変化を検出する方法として、例えば、コイル７２を含む発振回路を形成し、この発振回路から得られる共振電圧を測定する方法がある。この発振回路と共振電圧の測定回路（検波回路、Ａ／Ｄコンバータ、処理装置等）は、ケーブル７４を介してセンサヘッド７０に接続される渦電流式変位計の本体部７５に備えられる。
【０００５】
対象物Ｗの表面に生ずる渦電流は、対象物Ｗの電気抵抗による渦電流損を発生するが、これは等価的にコイル７２の実効抵抗を増加させ、Ｑを低下させることになる。その結果、共振電圧が低下する。そして、共振電圧の低下は、センサヘッド７０のコイル７２が金属製の対象物Ｗに近づくほど大きくなる。したがって、センサヘッド７０の先端面７１ａと対象物Ｗとの距離（以下、単に距離という）を横軸にとり、共振電圧（以下、単に電圧という）を縦軸にとって両者の関係を示す曲線（以下、関係曲線という）を描くと、例えば図８に示すようなグラフが得られる。但し、図８のグラフにおいて、横軸の距離は最大測定距離（フルスケールＦＳ）で割って正規化した値（０〜１）である。また、図８は測定範囲で切り取った関係曲線を示している。
【０００６】
図８に示すような距離と電圧との関係曲線は、金属製の対象物Ｗの種類、センサヘッド７０のばらつき等の要因によって変化する。また、関係曲線というときは、関係が直線になるとき（一次の関係）をも含むが、実際にはほとんどの場合曲線で表される関係となり、これを直線で近似することは測定精度が悪くなるのでむずかしい。
【０００７】
このため、渦電流式変位計を用いた距離測定に先立って、対象物とセンサヘッド７０との距離を変化させながら得られる電圧を測定し、距離と電圧との関係曲線を作成する作業（校正）が必要となる。例えば、センサヘッド７０と共に移動する可動ステージや隙間ゲージを用いて一定のピッチで距離を変化させ、それぞれの距離における電圧を測定し、距離と電圧との座標をプロットしていく。各測定ポイント間を直線で結ぶと、折れ線で近似した関係曲線が得られることになる。この各測定ポイントにおける距離と電圧のデータは、電圧から距離への変換テーブルを構成する配列要素として渦電流式変位計の本体部７５に記憶される。
【０００８】
上記のような校正作業は非常に手間のかかる作業である。また、各測定ポイント間の直線近似による誤差を小さくするには、測定ポイントのピッチを細かくする必要があり、ますます校正作業に要する手間が多くなる。このような校正作業を自動的に行う装置も考案されているが、非常に複雑で高価な装置である。
【０００９】
使用者が手間を掛けずに、かつ、高価な装置を必要とせずに、距離と電圧との関係曲線、つまり変換テーブルを求める方法として、次のような方法が提案されている。
【００１０】
この方法では、渦電流式変位計を用いた距離測定距離測定のたびに上記のような校正を行う代わりに、対象物の種類、センサヘッドのばらつき等に応じて想定される複数の関係曲線をあらかじめ生成し、それらに対応する複数のテーブルを渦電流式変位計の本体部７５に記憶しておく。使用者は、測定に先立って、測定範囲内の最小距離（密着状態）、最大距離（フルスケール）及び中間距離（ハーフスケール）における各電圧を測定する。渦電流式変位計の本体部７５に備えられた処理装置は、複数の関係曲線の中から、最小距離、最大距離及び中間距離とそれぞれの測定電圧とで規定される３つの座標の最も近くを通る関係曲線を選択する。この選択された関係曲線を規定するテーブルが、実際の測定で使用される変換テーブルとなる。この方法によれば、使用者は、測定に先立って、測定範囲内の最小距離、最大距離及び中間距離の３つの測定ポイントにおいて電圧を測定するだけでよい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように３つの測定ポイントにおいて電圧を測定し（以下、３点測定法という）、得られた測定電圧に基づいて、あらかじめ記憶されている複数の関係曲線のうちから最適のものを選択する方法は、次のような欠点を有している。
【００１２】
つまり、３つの測定ポイントにおいて得られた測定電圧は、対象物（金属）の種類の違いによる変動だけでなく、センサヘッドの特性ばらつきによる変動をも含んでいる。したがって、対象物とセンサヘッドとの組合せによっては、対象物の種類の違いによる変動分とセンサヘッドの特性ばらつきによる変動分とが相殺される場合がある。すなわち、図９に示すように、異なる２つの関係曲線９１及び９２が、３つの測定ポイントＡ，Ｂ，Ｃで同じ電圧となる場合があり得る。このような場合は、３つの測定ポイントにおいて得られた電圧から一義的に関係曲線を決めることができないはずであり、上記のようにして選択された特性曲線（変換テーブル）は不適切である可能性がある。
【００１３】
また、あらかじめ記憶する複数の関係曲線（変換テーブル）は、想定される対象物の種類及びセンサヘッドのばらつきの組合せを考慮して、できるだけ多くの種類を含むことが望ましい。このため、多数の関係曲線（変換テーブル）を記憶しておくための大きなメモリ容量が必要となり、装置のコスト低減にとって支障となる。
【００１４】
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑み、多数の関係曲線（変換テーブル）を記憶しておく必要がなく、しかも比較的簡単な補正によって高い精度の距離測定を行うことができる渦電流式変位計とそれを用いた距離測定方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による渦電流式変位計は、交流電流で励磁されたコイルを含むセンサヘッドを金属製の対象物に近づけたときに、対象物に生ずる渦電流の影響によって変化するコイルのインピーダンスに関係する一次測定量を検出し、センサヘッドと対象物の距離と前記一次測定量との対応関係を示し、かつ、センサヘッドの特性に応じて異なる関係曲線を用いて、前記一次測定量から前記距離を求める渦電流式変位計であって、特定の特性を有するセンサヘッドに応じた前記関係曲線を元関係曲線として記憶する記憶手段と、任意の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量と、前記特定の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量との割合を用いて、前記元関係曲線を補正することにより、前記一次測定量から前記任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成する変換関係曲線生成手段と、を備え、前記変換関係曲線生成手段によって生成された変換関係曲線を用いて、前記任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離を求める。
【００１６】
上記のような構成によれば、任意の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量と、特定の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量との割合を用いて、元関係曲線を補正することにより、一次測定量から任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成する。したがって、センサヘッドの特性ばらつきによる変動要因を対象物の種類による変動要因から分離して変換テーブル（変換関係曲線）を生成することが可能となる。
【００１７】
また、変換関係曲線生成手段は、任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離を求める際に複数の既知の距離において検出した複数の一次測定量と、上述した割合とに基づいて、元関係曲線を補正することにより、一次測定量から任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成するようにしてもよい。なお、補正パラメータ（任意の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量）を記憶する記憶手段と元テーブル（元関係曲線）を記憶する記憶手段とは同じ記憶装置（メモリ）内に設けてもよい。
【００１８】
上記のような構成によれば、センサヘッドの特性ばらつきによる変動要因を対象物の種類による変動要因から分離して変換テーブルを生成することができる。少なくとも同じ対象物であれば、センサヘッドが異なっても同じ元テーブルから変換テーブルを生成することができる。したがって、あらかじめ測定した結果にしたがって記憶しておく元テーブル（元関係曲線）は少なくとも同じ種類の金属対象物については１つでよく、従来のように多数の変換テーブルを記憶しておく必要はない。
【００１９】
また、本発明による距離測定方法は、特定の特性を有するセンサヘッドに応じた関係曲線を元関係曲線として記憶するステップと、任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離を求める際に複数の既知の距離において検出した複数の一次測定量と、補正パラメータとして任意の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量とを測定するステップと、複数の一次測定量と、補正パラメータと特定の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量との割合とに基づいて、元関係曲線を補正することにより、一次測定量から任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離への変換に用いる変換関係曲線を生成するステップと、を有する。
【００２０】
本発明による距離測定方法の更に具体的な構成例では、元関係曲線を、特定の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量で割って正規化した正規化元関係曲線を記憶しておき、任意の特性を有するセンサヘッドが対象物から離れて開放状態にあるときの一次測定量を測定して補正パラメータとして記憶するとともに、任意の特性を有するセンサヘッドと対象物の距離を求める際の測定範囲内の最小距離、最大距離及び中間距離において検出した複数の一次測定量を測定し、最小距離、最大距離及び中間距離における一次測定量を補正パラメータで正規化した正規化最小測定量、正規化最大測定量及び正規化中間測定量を算出し、正規化元関係曲線上の正規化最小測定量に対応する距離が最小距離となるように一定の補正量を正規化元関係曲線に対応するテーブルの各配列要素の距離データに加えると共に、正規化元関係曲線上の正規化最大測定量に対応する距離が最大距離になるように比例配分で求めた補正量を各配列要素の距離データに加える距離データ補正を行い、距離データ補正により得られた曲線から求めた正規化中間測定量に相当する距離と正規化元関係曲線から求めた正規化中間測定量に相当する距離との差を最大誤差として求め、正規化中間測定量から離れて正規化最小測定量又は正規化最大測定量に近づくにつれて、最大誤差からゼロへ段階的に減少する補正量を各配列要素の距離データに加えることにより、変換関係曲線を生成する。
【００２１】
また、本発明による渦電流式変位計の距離測定方法は、交流電流で励磁されたコイルを含むセンサヘッドを金属製の対象物に近づけたときに、対象物に生ずる渦電流の影響によって変化する前記コイルのインピーダンスに関係する一次測定量を検出し、該一次測定量を変換テーブルを用いて変換することによってセンサヘッドと対象物との距離を求める方法であって、基準のセンサヘッドを用いて測定した一次測定量と距離データとの関係曲線を前記基準のセンサヘッドのコイルが金属の影響を受けない開放状態での一次測定量で正規化した関係曲線を元テーブルとして予め記憶するステップと、測定に使用する渦電流式変位計に備えられた測定用センサヘッドを用いて、前記測定に使用するセンサヘッドのコイルが金属の影響を受けない開放状態での前記一次測定量を測定しかつその値を補正パラメータとして記憶すると共に、該測定に使用するセンサヘッドの測定可能な範囲内の最小距離、最大距離、および中間距離における一次測定量を前記補正パラメータで正規化した最小測定量、最大測定量、および中間測定量を算出するステップと、前記元テーブルの関係曲線上の前記最小測定量に対応する距離データを前記測定用センサヘッドの最小距離に置き換えて最小距離座標を決め、前記関係曲線上の前記最大測定量に対応する距離データを前記測定用センサヘッドの最大距離に置き換えて最大距離座標を決めるステップと、前記元テーブルの関係曲線上の前記中間測定量に対応する距離データが示す中間距離座標を決定し、前記中間距離座標と、前記最小距離座標と最大距離座標の中間距離点との距離方向の差を求めるステップと、前記中間距離座標から離れて前記最小距離座標または前記最大距離座標に近づくにつれて前記差からゼロへ段階的に減少する補正量を前記元テーブルの距離データに加え前記変換テーブルを生成するステップを有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る渦電流式変位計の構成を示すブロック図である。図１において、渦電流式変位計１０は、金属である測定対象物（ワーク）Ｗに対向するように配置されたセンサヘッド１１、これに高周波電流を供給する発振回路１２、共振電圧を測定するための検波回路１３及びＡ／Ｄコンバータ１４、得られた測定電圧データから距離を求める演算を実行するマイクロプロセッサ１５、その演算に使用されるテーブル等を記憶する記憶手段（メモリ）１６、及び、マイクロプロセッサから出力される距離データを表示する表示器１７を備えている。
【００２４】
従来の技術で詳しく説明したように、センサヘッド１１はコイルを内蔵し、発振回路１２から供給される高周波電流によってコイルが励磁される。厳密に言えば、センサヘッド１１のコイルを含めて自励式の発振回路が形成されている。センサヘッド１１とワークＷとの距離に応じてセンサヘッド１１のコイルのインピーダンス（すなわちＱ）が変化すると、発振回路から得られる共振電圧が変化する。つまり、センサヘッド１１（コイル）がワークＷに近づくほど、コイルのＱが低下し、共振電圧が小さくなる。
【００２５】
得られた共振電圧（高周波電圧）は検波回路１３によって検波され、その振幅に対応する直流電圧が得られる。この直流電圧は、Ａ／Ｄコンバータによってディジタル値に変換される。この直流電圧又はディジタル値が一次測定量に相当し、この一次測定量を下記に説明する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距離が得られる。変換テーブルの生成と、変換テーブルを用いた距離の算出はマイクロプロセッサ１５が実行する。
【００２６】
メモリ１６には、変換テーブルの生成に使用される元テーブルが記憶される。
マイクロプロセッサ１５が算出した最終的な測定量である距離は、例えば複数桁の７セグメントＬＥＤで構成された表示器１７に表示される。表示器１７の代わりに、又は表示器１７に加えて、外部機器への出力インターフェイスを渦電流式変位計１０が備えてもよい。
【００２７】
つぎに、マイクロプロセッサ１５が主として実行する変換テーブルの生成処理について説明する。マイクロプロセッサ１５は、メモリ１６に記憶された元テーブル（関係曲線）を利用して、電圧から距離への変換に用いる変換テーブルを生成する。
【００２８】
まず、代表的なセンサヘッドを用いて、距離と電圧との関係曲線を測定する。この測定は、通常は渦電流式変位計の製造者が出荷前の調整工程で行うことになる。例えば、センサヘッドと共に移動する可動ステージや隙間ゲージを用いて一定のピッチで距離を変化させ、それぞれの距離における電圧を測定し、距離と電圧との座標をプロットしていく。そして、センサヘッドを金属から十分に（例えば１５ｃｍ程度以上）離して、センサヘッドのコイルが金属の影響を受けない開放状態での電圧を測定し、この電圧で上記の関係曲線を正規化する。つまり、各測定ポイントにおける電圧を開放状態での電圧で割る。
【００２９】
この結果、図２に示すような正規化された関係曲線が得られる。実際には、各測定ポイントを結ぶ折れ線グラフになる。このようにして得られた関係曲線を規定するテーブルが元テーブルとして、メモリ１６に記憶される。例えば、正規化後の電圧である０〜１の値をＮ等分し、各電圧と対応する距離との配列を元テーブルとする。なお、距離についても、従来技術の説明で参照した図８に示したように、最大測定距離（ＦＳ）で割ることにより正規化される。したがって、例えば図３に示すような元テーブルが得られる。
【００３０】
上記のような元テーブルがメモリ１６に記憶されている渦電流式変位計を使用して距離の測定を行うに際し、使用者は、開放状態での電圧、測定範囲内の最小距離における電圧、最大距離における電圧、及び中間距離における電圧を測定する。このとき使用されるセンサヘッドは、当然のことながら、使用者が使用する渦電流式変位計のセンサヘッドであり、上記の元テーブルの生成に用いた製造者所有のセンサヘッドではない。最小距離は、例えばセンサヘッド１１をワークＷに密着させたときの距離ゼロを意味する。中間距離は、例えば最大距離（フルスケールＦＳ）の２分の１（ハーフスケールＨＳ）を意味する。
【００３１】
渦電流式変位計１０のマイクロプロセッサ１５は、開放状態での電圧を補正パラメータとしてメモリ１６に記憶する。そして、測定範囲内の最小距離における電圧、最大距離における電圧、及び中間距離における電圧を補正パラメータで割って正規化した電圧ＶＺ、電圧ＶＦ及び電圧ＶＨ（それぞれ、最小測定量、最大測定量及び中間測定量に相当する）を求める。
【００３２】
開放状態での電圧、すなわち、センサヘッドが金属から十分に離れ、センサヘッドのコイルが金属の影響を受けない状態での電圧は、主にセンサヘッドの自己インダクタンスによって決まると考えられる。したがって、上記のように、最小距離、最大距離及び中間距離の３点における測定電圧を開放状態での電圧（補正パラメータ）で正規化することにより、センサヘッドの特性ばらつきによる測定結果（電圧）の変動要素がワークの種類による測定結果の変動要素から分離されて除かれる。つぎにマイクロプロセッサ１５は、上記の電圧ＶＺ、電圧ＶＦ及び電圧ＶＨ（最小測定量、最大測定量及び中間測定量）を用いて、メモリ１６に記憶された元テーブルを補正することにより、電圧から距離への変換に用いる変換テーブルを生成する。その手順を以下に説明する。
【００３３】
最初に、電圧ＶＺ、電圧ＶＦ（最小測定量及び最大測定量）を用いて、元テーブルで規定される関係曲線（元曲線ということもある）の使用範囲（電圧範囲）を決める。この電圧範囲（ＶＺ〜ＶＦ）を例えばｎ等分し、各点の電圧と対応する距離との配列が新たな元テーブルとなる。実際には、元テーブルのうちの使用範囲に相当する配列要素を抽出することによって、使用範囲に切り取られた新たな元テーブルが得られる。
【００３４】
つぎに、電圧ＶＺに対応する距離が０（最小距離）になるように一定の補正量を元テーブルの各配列要素の距離データに加えるバイアス補正を行う。これに加えて、電圧ＶＦに対応する距離がフルスケール（最大距離）ＦＳとなるように比例配分で求めた補正量を各配列要素の距離データに加える比例補正を行う（図４参照）。なお、実際の演算では、バイアス補正と比例補正を同時に行ってもよい。
【００３５】
ここで、センサヘッドの特性ばらつき及びワークの種類による元テーブルからのずれ（変動要因）について再度考察する。センサヘッドの構造は従来技術の説明で図７を用いて述べた通りであり、主たる特性ばらつき要因として、コア７３と銅線（コイル７２）との磁気結合度のばらつき、及び、ケーシング７１内でのコア７３の収納位置のばらつきを挙げることができる。このうち、前者は電圧の振幅に直接関係すると考えられるが、この変動要因は、前述のように３点測定法で得られた電圧を開放状態での電圧（補正パラメータ）で正規化することにとって打ち消される。また、後者の変動要因は、センサヘッドをワークＷに密着させてコア７３がワークに最も接近しているときの距離のばらつき（バイアス）と同等であり、上記の電圧ＶＺに対応する距離が０になるように一定の補正量を元テーブルの各配列要素の距離データに加えるバイアス補正によって打ち消される（図５参照）。
【００３６】
つぎに、ワークの種類による変動（元テーブルからのずれ）は、ワーク（金属）の透磁率の違いによると考えられ、この変動要因は、上記の電圧ＶＦに対応する距離がフルスケールＦＳとなるように比例配分で求めた補正量を各配列要素の距離データに加える比例補正によってほぼ打ち消すことができる。ワークの透磁率が異なれば、ワークからセンサヘッド（コイル）までの距離が同じであっても、コイルに及ぼす影響が変化するからである。つまり、透磁率が小さいワークはセンサヘッドのコイルに及ぼす影響（Ｑの低下）が小さく、これは、ワークとセンサヘッドとの距離が離れていることと等価である。したがって、関係曲線の傾きを補正することによって、この変動要因をほぼ打ち消すことができる。
【００３７】
しかし、ワークの種類による変動要因には、ワークの透磁率の違いだけでなく、その幾何学的形状やセンサヘッドとの位置関係も含まれている。このため、上記の関係曲線の傾き補正のみでは誤差を完全に無くすることができない。そこで、測定精度の更なる向上のために、中間距離における電圧を補正パラメータで正規化した電圧ＶＨ）を用いて、つぎに説明する補正を行う。
【００３８】
図６に示すように、破線で描かれた関係曲線（元曲線）に対して上述の使用範囲決定、バイアス補正及び比例補正を施したことにより、実線で示す曲線が得られたとする。この場合、ハーフスケール（中間距離）ＨＳに相当する電圧（中間測定量）ＶＨにおいて、誤差Ｅが生じている。そこで、この誤差を最大誤差とし、中間測定量ＶＨから離れて最小測定量ＶＺ又は最大測定量ＶＦに近づくにつれて最大誤差Ｅからゼロへ段階的に減少する補正量ｅを元テーブルの配列要素の距離データに加える処理を行う。
【００３９】
例えば、電圧ｖが中間測定量ＶＨを（ゼロ）中心に最小測定量ＶＺから最大測定量ＶＦまで±１の範囲で変動する場合、次式で表される補正量ｅを元テーブルの配列要素の距離データに加える。
【００４０】
ｅ＝Ｅ（ｖ３−１）    ・・・（０≦ｖ≦１）  又は
【００４１】
ｅ＝−Ｅ（ｖ３＋１）  ・・・（−１≦ｖ≦０）
【００４２】
渦電流式変位計のマイクロプロセッサ１５は、このようにして得られたテーブルを最終的な変換テーブルとして使用し、一次測定量として得られる電圧から距離を求める。
【００４３】
なお、式（数１）で示すように、補正量ｅを三次関数にしたがって中間測定量ＶＨから離れるほど小さくなる量として定義すれば、変換テーブルの各要素における誤差が小さくなることが分かった。但し、本発明はこれに限るわけではなく、三次関数以外の式で補正量ｅを定義してもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、１つの元テーブルからセンサヘッドの特性ばらつき及びワーク（対象物）の種類の違いに応じたすべての場合の変換テーブルを生成するが、本発明はこの実施形態に限らず、ワークの種類に応じて複数の元テーブルを備えるように構成してもよい。ワークが特殊な金属（例えばアルミニウム、銅等）で作られている場合や特殊な形状を有する場合（例えば棒状のワーク、極めて薄い板状のワーク、あるいはセンサーヘッドに比べてワークが小さい場合）等、１つの元テーブルだけでは精度の高い変換テーブルの生成に限界がある場合も想定されるからである。ワークの種類に応じて複数の元テーブルを備える構成においても、少なくとも同じワークであればセンサヘッドが異なっても１つの元テーブルから精度の高い変換テーブルを生成することができ、従来のように多数の変換テーブルを用意しておく必要はない。
【００４５】
その他にも、本発明は上記の実施形態を様々に変形して、あるいは異なる形態で実施することができる。例えば、本発明は、一次測定量として共振電圧を検出する方式の渦電流式変位計に限らず、渦電流損による共振周波数の変化を一次測定量として検出する渦電流式変位計にも適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の渦電流式変位計及び距離測定方法によれば、センサヘッドのコイルが金属の影響を受けない状態にあるときの一次測定量である補正パラメータを用いてセンサヘッドの特性ばらつきによる変動要因を対象物の種類による変動要因から分離して変換テーブルを生成することができる。例えば、あらかじめ測定され記憶された元テーブルから、複数の既知の距離において検出した複数の一次測定量と上記の補正パラメータとを用いて、センサヘッドの特性ばらつき及び対象物の種類に応じた精度の高い変換テーブルを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る渦電流式変位計の構成を示すブロック図である。
【図２】元テーブルの生成処理における電圧と距離との関係曲線を示すグラフである。
【図３】生成された元テーブルを例示する図である。
【図４】元テーブルで規定される関係曲線を補正する過程を示すグラフである。
【図５】関係曲線の補正の原理を説明するためのグラフである。
【図６】元の関係曲線とこれを補正して得られた曲線との関係を示すグラフである。
【図７】従来の渦電流式変位計のセンサヘッドの断面等を示す図である。
【図８】渦電流式変位計で得られる電圧と距離との関係を例示するグラフである。
【図９】従来例の渦電流式変位計の問題点を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１０  渦電流式変位計
１１  センサヘッド
１２  発振回路
１３  検波回路
１４  Ａ／Ｄコンバータ
１５  マイクロプロセッサ（変換テーブル生成手段）
１６  メモリ（記憶手段）
１７  表示器
【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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