JP4213541B2 - 変位測定器 - Google Patents

Description

本発明は、変位測定器に係り、特に３相信号に基づいて変位を測定する、電磁誘導式デジタルのハンドツール、ノギス及びマイクロメータ、光電式デジタルのハンドツール、ノギス、マイクロメータ及びスケール、磁気式デジタルのハンドツール、ノギス及びマイクロメータ、静電容量式デジタルのハンドツール、ノギス及びマイクロメータ等に適用して好適な変位測定器に関する。

光電式の変位測定器は、例えば特許文献１に開示されている。又、変位測定器としては、光電式以外にも、電磁誘導方式や磁気式、静電容量式のデジタルハンドツール等があり、これらの変位測定器には、センサから出力される３相信号に基づいて変位測定を行なうものがある。このような変位測定器では、アナログ系のゲイン設定を行なう際や、センサの欠陥検出等に使用するために、信号強度を検出し、その実効値の演算を行なっている。

通常、正弦波の実効値（信号強度）は、（最大振幅／√２）で算出するが、図４にイメージを示すような１２０°位相差信号を使った変位測定器では、センサから出力される３相信号の実効値を算出する際に、
｛２（ａ²＋ｂ²＋ｃ²）／３｝^1/2 …（１）
に、各信号の信号レベルａ、ｂ、ｃを代入して演算する処理をコンピュータで行なっている。

特開平６−１９４１６３号公報

しかしながら、掛算命令を持たないコンピュータで、上記（１）式に基づいて実効値の２乗計算を行なうには、乗数の全データビット（ｂｉｔ）が１の場合、１２０°位相差信号のデータｂｉｔを、１ｂｉｔずつシフトさせて計算し、その全部を加算する必要がある。

これを、理解し易くするために４ｂｉｔの場合を例に説明する。いま、１０進数で７（＝Ａ）×７（＝Ｂ）を、２進数の加算で行なう場合を考えると、次のようにＢの２桁目以上に１がある毎に、１桁目からの桁数のビット数分だけＡをシフト（矢印で示す）させて加算する処理を繰り返すことにより、Ｃ＝４９を求めることができる。

従って、掛算命令を持たないコンピュータが実効値の計算に必要とする命令数は、最大で
｛（データｂｉｔ数−１）×２（ｂｉｔシフト回数・加算回数）｝
×３（２乗計算回数） …（２）
となるため、２乗計算が多い場合には、命令数が増加し、演算に時間がかかることになり、結果として消費電力が大きくなるという問題が存在した。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、掛算命令を持たないコンピュータを備えている場合でも、振幅計算を行なう際の２乗計算の回数を低減させ、実効値の演算時間を短縮することができ、その結果消費電力を低減させることができる変位測定器を提供することを課題とする。

本発明は、センサから出力される１２０°位相差の３相信号に基づいて変位を測定する変位測定器において、信号レベルがそれぞれａ、ｂ、ｃの３相信号の実効値を、次式
｛３（ｃ−ｂ）²＋（２ａ−ｂ−ｃ）²｝^1/2／３ …（３）
に基づいて計算する演算機能を備えたことにより、前記課題を解決したものである。

即ち、本発明においては、１２０°位相差の３相信号の実効値を演算する際、振幅計算を２乗計算の少ないアルゴリズムを使用して演算できるようにしたことにより、プログラムの命令数を削減して、演算時間を短縮することができ、結果として消費電力を低減することができる。

本発明は、又、前記実効値に基づいて、計算を行い、（一定の振幅が得られるように）アナログ系のゲイン設定を行なうようにする場合には、ゲイン設定を迅速に行なうことが可能となる。

本発明は、又、前記実効値に基づいて、センサの欠陥検出を行なうようにする場合には、欠陥検出の処理を迅速に行なうことが可能となる。

本発明によれば、変位測定器が掛算命令を持たないコンピュータを備えている場合でも、振幅計算を行なう際の２乗計算の回数を低減させ、実効値の演算時間を短縮することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１には、本発明に係る一実施形態の変位測定器の概要を示す。本実施形態の変位測定器は、１２０°位相差の３相信号を出力する位置検出用センサ１０と、該センサ１０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器（ＩＣ）１２と、デジタル値に変換された３相の検出信号に基づいて対象までの変位を計算する位置計算用コンピュータ１４と、該コンピュータ１４により演算された計算結果（変位量）を表示する位置表示器１６とを備えている。

本実施形態の変位測定器では、位置計算用コンピュータ１４において、センサ１０からそれぞれａ、ｂ、ｃの信号レベルで出力される１２０°位相差の３相信号について、前記（３）式に基づいて、実効値の演算を行なっている。

そこで、前記（３）式により、各信号の位相差が１２０°である場合には、前記（１）式と同じ計算結果が得られることを説明する。

まず、前記（３）式を展開すると、
［４｛（ａ²＋ｂ²＋ｃ²）−（ａｂ＋ｂｃ＋ｃａ）｝／９］^1/2 …（４）
となる。

ここで、ａ、ｂ、ｃ各信号の最大レベルが等しいとすると、各信号は
ａ＝sinθ
ｂ＝sin（θ−１２０°）＝sinθcos１２０°−cosθsin１２０°
＝−（sinθ＋√３cosθ）／２
ｃ＝sin（θ−２４０°）＝sinθcos２４０°−cosθsin２４０°
＝−（sinθ−√３cosθ）／２
で表すことができる。

従って、
ａ²＝sin²θ
ｂ²＝（sin²θ＋３cos²θ＋２√３sinθcosθ）／４
ｃ²＝（sin²θ＋３cos²θ−２√３sinθcosθ）／４
ａｂ＝−（sin²θ＋√３cosθsinθ）
ｂｃ＝ （sin²θ＋３cos²θ）／４）
ｃａ＝−（sin²θ−√３cosθsinθ）
となる。

これらの各式を、前記（４）式を２乗した式に代入すると、最終的に
４｛６（sin²θ＋cos²θ）／４＋３（sin²θ＋cos²θ）／４｝／９＝１
となる。

一方、前記（１）を２乗した式に、同様に該当する式を代入すると、最終的に
２｛６（sin²θ＋cos²θ）／４｝／３＝１
となる。

以上のように、前記（３）式は、各信号の位相差が１２０°である場合には、前記（１）式と同じ結果が得られる。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

比較のために、前記（１）式による従来方法の場合について、演算の種類と個数について説明すると、２乗計算：３個、加減算：２個、定数の掛算：１個、定数の割算：１個である。

従って、本発明で採用するアルゴリズムの（３）式と、従来の（１）式について、演算の種類と個数を対比させると、次表

即ち、命令数を比較すると、加減算・掛算の増加によって、３命令増加するが、２乗計算が１回減ることから、最大で（ｂｉｔ数−１）×２命令数が減るため、１２ｂｉｔコンピュータの場合であれば、命令数の合計は従来式の約２／３となり、その分だけ演算時間が短縮され、結果として消費電力を低減することができる。

従って、本実施形態によれば、１２０°位相差の３相信号を出力するセンサ１０を用いて、位置情報の検出を行なう際に、信号強度を短時間で算出することができ、その際の消費電力を低減することができる。

図２には、本発明を適用してアナログ系のゲイン設定（調整）を行なう回路の具体例を示す。この実施例１は、センサ１０から出力される３相のアナログ信号について、ゲインを調整する可変増幅器２０がそれぞれ設置され、各可変増幅器２０から信号レベルがａ、ｂ、ｃに調整されて出力される３相信号が、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１２によりＡＤ変換された後、前記図１の場合と同様に、位置検出用コンピュータ１４に入力される。

そして、このコンピュータ１４が備えている振幅演算部２２により、前記（３）式により振幅（実効値）を演算し、その結果が比較器２４に入力されると、予め設定されている基準振幅と比較され、比較結果が前記可変増幅器２０にフィードバックされ、ゲイン調整・設定が行なわれるようになっている。

この実施例１によれば、１２０°位相差の３相信号を出力するセンサ１０を用いて、位置情報の検出を行なった際に、信号強度を算出し、信号振幅を調整するプログラムを実行する場合において、演算時間を短縮し、結果として消費電力を低減できる。

図３には、本発明を適用してセンサの欠陥検出を行なう回路の具体例を示す。この実施例２は、センサ１０から出力される３相の検出信号が、それぞれＡＤ変換器１２によりデジタル信号に変換された後、位置検出用コンピュータ１４に入力されると、前記実施例１の場合と同様に、該コンピュータ１４内の振幅演算部２２により、前記（３）式の演算が実行され、その演算結果が比較器２４に入力され、予め設定されている閾値と比較され、閾値から所定範囲以上外れている場合にエラー信号が出力されるようになっている。

この実施例２によれば、１２０°位相差の３相信号を出力するセンサを用いて、位置情報の検出を行なった際に、信号強度を算出し、例えば信号強度が閾値より１０％低下したスケール（センサ）の欠陥を検出するプログラムを実行する場合において、演算時間を短縮することが可能となり、消費電力を削減できる。

なお、本発明は、センサから１２０°位相差の３相信号が出力されるものであれば、電磁誘導式デジタルのハンドツール、ノギス及びマイクロメータ、光電式デジタルのハンドツール、ノギス、マイクロメータ及びスケール、磁気式デジタルのハンドツール、ノギス及びマイクロメータ等の任意の変位測定器に適用可能である。

以上説明したとおり、本発明によれば、変位測定器が掛算命令を持たないコンピュータを備えている場合でも、振幅計算を行なう際の２乗計算の回数を低減させ、実効値の演算時間を短縮することができ、その結果消費電力を低減させることができる。

本発明に係る一実施形態の変位測定器の概要を示すブロック図 本発明をアナログ系のゲイン調整に適用する場合の具体例を示す回路図 本発明をセンサの欠陥検出に適用する場合の具体例を示す回路図 本発明に適用される３相信号の特徴を示す線図

符号の説明

１０…センサ
１２…ＡＤ変換器
１４…コンピュータ
１６…位置表示器
２０…可変増幅器
２２…振幅演算部
２４…比較器

Claims (3)

1. センサから出力される１２０°位相差の３相信号に基づいて変位を測定する変位測定器において、
   信号レベルがそれぞれａ、ｂ、ｃの３相信号の実効値を、次式
   ｛３（ｃ−ｂ）²＋（２ａ−ｂ−ｃ）²｝^1/2／３
   に基づいて計算する演算機能を備えたことを特徴とする変位測定器。
2. 前記実効値に基づいて、アナログ系のゲイン設定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の変位測定器。
3. 前記実効値に基づいて、センサの欠陥検出を行なうことを特徴とする請求項１に記載の変位測定器。

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