JPH01126506A - 電気式ダイヤルゲージの指針表示機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、寸度を計測し、それを量子化して（エンコー
ダー）計測値を表示するダイヤルゲージの指針表示装置
に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、エンコーダーからの信号を、デジタル的に処
理し、数値で表示するとともにその最小桁について機械
式の指針を動かして、最終的にアナログ表示を行うもの
であり、そのためにエンコーダーの信号と指針位置の比
較を行い、その制御回路に従って指針の駆動を行うもの
である。

〔従来の技術の問題点〕

従来のエンコーダーを有する、電気式ダイヤルゲージは
、液晶または、発光ダイオード等によるデジタルの数字
表示が用いられていた．また、これに加えアナログ的な
表示として、液晶または、発光ダイオードなどの素子を
、複数個配列した表示を設け、計測値に合わせて、その
点滅数を増減させアナログ的な表示をさせる方法も実用
化されている。

また、別のアナログ表示の方法として、従来の機械式の
ダイヤルゲージの機構はそのまま使用し、検出部のとこ
ろに連動するエンコーダーを組み込み、そのエンコーダ
ーからの出力信号を、外部の周辺機器に送れるようにす
るための信号処理部を持ったものも実用化されている。

しかしながら、前者は数字によるデジタル表示のため計
測値に対する定量的な把握がやりにくいという欠点があ
る。また、この問題を解決すべ（、複数個の発光素子を
配列したアナログ的な表示の場合でも、計測値の多い少
ないという程度の事は知ることができても、ある値に対
して、計測値がどの程度の差なのかといったことを定量
的に把握するのには適していない。

後者の場合は、こういったアナログ表示に対する要求に
最も適した従来の機械式のダイヤルゲージの指針表示を
、そのまま使用している点では、使いやすくなっている
が、内部に機械式の検出部と、エンコーダーの２系統の
検出部を持つために、これらの相関を取ることが難しく
、同時に１つのダイヤルゲージの中に２つの機構を持つ
ためにコストアップは避けられないという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

エンコーダーからのデジタル信号を、アナログ表示させ
るための方法としては、前記のごとく様々な試みがなさ
れたが、このデジタル信号を使って、直接機械式の指針
を動かすということは行われなかった。その理由として
は、 １）指針を高速で、かつ正回転、逆回転させなければな
らない。

２）指針１回転に、最低１００目盛り程度は必要であり
、そのためには高分解能で、高度な角度精度が要求され
る。

３）ダイヤルゲージの中に収容されるためには小型であ
ることが要求される。

４）消費電力が少ないことが要求される。

等がある。

機械式のダイヤルゲージの場合、検出部シリンダーは、
最大で数メートル７秒ものスピードで動作し、指針もこ
のスピードに追随して回転している。これに対して、電
気的にこの指針を動かそうとした場合、モータか、アク
チュエータを使用しなければならないが、表示の分解能
を高めるためには、ステップ数の多いものを使用しなけ
ればならない。その場合にはどうしてもスピードを速く
することが難しく、従来の機械式のものと全く同じ動作
をさせることは困難である。そこで、使用する人間が不
自然を惑じない程度の応答速度に、指針の回転速度を落
とすことと、検出部シリンダーが被測定物に到達するま
での間の無駄な指針の動きをなくす事によって、実用上
支障のないスピードでの指針表示を可能にした、電気式
ダイヤルゲージが実現できる。

即ち、本発明の目的は高速、高分解能な指針の駆動装置
を得て、その制御の方法を工夫し、改善した制御回路を
得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、正回転と逆回転の可能な小型の２極ステツ
ピングモータと、歯車群とを組み合わせることにより、
指針が１回転するのに１００ステップ以上の指示角度を
刻むことができ、かつ、その角度精度が高い値に保たれ
るようにした。しかし、この駆動装置だけでは、仮に１
００ステツプ／秒の速度で指針を回転したとしても、１
回転するのに１秒かかることになり、実用には適さない
ものとなる。しかし、従来の機械式のダイヤルゲージの
動きの中で、最も高速で指針が動くものは、検出部のシ
リンダーを、被測定物まで移動するときであり、その間
は、測定を行っているのではない。

又、人間が計測値を読み取る為のものである限り、その
読み取りスピード以上にする必要もない。そこで、検出
部シリンダーの動きの全てに対応させて指針を動かすこ
とを避け、検出部シリンダーが被測定物に当たってから
最短の距離を指針が移動して、指示するような制御を行
う制御回路を組み合わせ、人間が使用する上に於いて、
遅いと感じない動きをさせることができた。

〔実施例〕

第１図は、本発明を具体化した実施例で、電気式ダイヤ
ルゲージの外観図を示す６本実施例においては、このダ
イヤルゲージの測定情度の最小桁のみ指針で表示するも
のとし、それ以上の桁は液晶等の表示素子を使用し、デ
ジタル値で表示するようにした場合の例を示している。

ここで、ダイヤルゲージ本体１の表示部には、目盛り板
２と、指針３．それにデジタル表示用の液晶表示体４が
配置され、検出部シリンダー５は本体１の外側に取り付
けである。このダイヤルゲージにおける測定値の表示は
、従来の機械式のものと全く同じであり、指針が目盛り
板２の上を左右に移動して、指針と目盛りの一致した所
の値を読み取ればよい。

この指針３を回転させるための駆動装置について示した
のが第２図である。指針３は、歯車１１の軸に取り付け
である。そして、この歯車１１は伝達歯車１２と噛み合
い、伝達歯車１２はステッピングモータ１３のローター
１４の軸に取り付けられている。

このステッピングモータ１３には、２極のステッピング
モータを使用した。従って、このステッピングモータ１
３に、１ステツプの駆動信号を入力すると、ロータ１４
は、半回転しそれが伝達歯車１２を介し歯車１１を回転
させる為に、指針３は歯車１１と伝達歯車１２の歯数の
比に比例した分だけ移動する。

従って、指針３の１回転を何ステップとするか、または
、１ステップ当りの角度をいくらにするかは、この歯車
１１と伝達歯車１２の歯数を調整すれば良い。また、各
ステップの指示角度精度も歯車１１と、伝達歯車１２の
製造精度によって決まり、特に歯車１１に指針のステッ
プ数に近い歯数のものを使用すると、その歯車１１の製
造精度に近い指示精度を得ることができ、高精度化が容
易である。また、指針３が静止している時には、ステッ
ピングモータ１３のローター１４に永久磁石を使用する
ことによって、電力を加えなくとも静止トルクを得るこ
とができるため、省電力化ができる。

次に、第３図に制御回路のブロック図を示す。

本図において、制御回路ブロック２０に対する入力とし
て、エンコーダー３１からのデジタル信号を使用する。

そしてまた、制御回路ブロック２０からの出力として、
ステッピングモータ１３に駆動の為の信号を送るものと
する。この制御回路ブロック２０の動作は、まず、エン
コーダー３１から送られた信号を計数部２１で２進数か
ら、１６進数に変換させ比較回路２２に送る。この比較
回路２２にはもう１つの入力として、指針位置カウンタ
ー２５からの信号が入っている。比較回路２２ではこの
２つの入力を比較し、同じであれば何も出力しないで、
再度人力状態に戻る。もし、この２つの入力に差があれ
ばその差を、正逆回転判別回路２３に送る。正逆回転判
別回路２３では、送られてきた指針位置と測定値の差が
現在の指針位置から正回転した場合と、逆回転した場合
の両方のステップ数を計算し、少ない方の回転方向を選
び、次の駆動信号発生回路２４に送る。また同時に正逆
回転判別回路２３は、指針位置カウンター２５に対し正
回転の場合はプラス１゜逆回転の場合はマイナス１を加
算する。駆動信号発生回路２４は正逆回転判別回路２３
からの信号を受けて、正回転もしくは逆回転の駆動信号
を１ステツプ分だけ作り出し、ステッピングモータ１３
に出力する。これによって指針は１ステツプ運針をする
。この一連の動作が終わると再び比較回路２２は入力状
態となり、次の指針の動きに対する一連の判断、制御を
繰り返す。

尚、この電子的ダイヤルゲージに電源として、電池等を
入れた場合、指針位置カウンター２５は、リセット状態
となり０となるが、その時の指針位置がＯがあるとは限
らない、そこで、指針位置と、指針位置カウンター２５
の値を合わせる操作が必要とする。そこで、本制御回路
ブロック２０では、歩針回路２６を設けている。この歩
針回路２６は、外部に設けたプラス歩針キー３３と、マ
イナス歩針キー３４の押される回数、又は押されている
時間に応じた分だけ指針３を、現在位置から、プラス方
向、又はマイナス方向に運針するための信号を、駆動信
号発生回路２４に送る。これにより、指針を目盛り板２
の０位置に合わせ、この時点でリセットキー３５を押し
て指針位置カウンター２５をリセットすれば、指針３の
位置と指針位置カウンター２５の値とが一致したことに
なる。これを初期設定操作とし、これが終了した時点で
、前記一連の測定動作に入れば、支持値と測定値の相違
はなくなる。

又、この電気式ダイヤルゲージの使用を終わり、電源を
切る場合には、指針位置カウンター２５の内容が失われ
ないように、この部分のみを電池でバックアップするか
、もしくは不揮発性の記憶素子を使用することで、次に
使用する時の初期値設定を省くことができる。又、この
初期値設定を利用して、本体に何等かの大きな衝撃が加
わり、指針の位置がずれてしまったような場合のｌζ正
も可能である。

即ち、この制御回路ブロック２０では指針が、１ステッ
プ動くごとに、測定値との比較を行っており、仮に、今
の測定値と指針の位置が大幅に違っていたとしても、そ
の違っている方向に１ステツプしか動かないために、検
出部シリンダーの急激な動きには、追随せず検出部シリ
ンダーの動きが遅くなるか、静止した場合にはその測定
値に対して、指針の指示値が収束していくことになる。

この指針の駆動方法は、高速で動く測定値に対するアナ
ログ表示の方法として効果的なものであり、複雑な信号
処理を必要とせず、非常に簡単な回路でも実現できるこ
とから、他にも応用できるものであり、例えば、電子式
の重量ばかり、電子式ノギス、等。又、前記第２図にあ
る制御回路ブロック２０は、回路としての構成を示して
いるが、これを１つのマイクロプロセンサーに置き換え
ることも可能であり、それにより更に小型化が図れるも
のである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明においては、高速、かつ、高分解能
の指針の駆動装置と、制御回路を設けることにより、従
来の機械式ダイヤルゲージの持つアナログ表示の利点を
生かし、その上電気式エンコーダーの持つ高精度、デー
ターの汎用性といった特徴を１つの中に納めることがで
き、小型化。

ローコスト化にも貢献できる電気式ダイヤルゲージが得
られた。

また、本発明の制御の方法は単に、従来の機械式のダイ
ヤルゲージの動作を再現するものではなく、使用する人
間の立場から考え、無駄な動きを無くし、より実用性の
高いものとすることができ有益である。これにより、今
までのデジタルの測定器の持つ測定値は正確だが、測定
者が実感としてその量をつかみ難いといった問題を改善
するもので、この計測器を使用して計測をしながら物を
切削するような場合にも、その切削の進み具合が定量的
につかめ、目標値との関係もわかりやすくなる等の利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した状態の電気式ダイヤルゲージ
の正面図、第２図はそのダイヤルゲージの指針を動かす
ための駆動装置の斜視図、第３図はその制御回路のブロ
ック図である。 １・・・ダイヤルゲージ本体 ２・・・目盛り板 ３・・・指針 ４・・・液晶表示体 ５・・・検出部シリンダー １１・・・歯車 １２・・・伝達歯車 １３・・・ステッピングモータ １４・・・ローター ２０・・・制御回路ブロック ２１・・・計数部 ２２・・・比較回路 ２３・・・制逆回転判別回路 ２４・・・駆動信号発生回路 ２５・・・指針位置カウンター ２６・・・多針回路 ３Ｉ・・・エンコーダー ３２・・・表示体部 ３３・・・プラス多針キー ３４・・・マイナス多針キー ３５・・・リセシトキー 以上 本発明のτイ〜ルケ゛−ゾの正面図 本発明の指針、駆動式１の斜視図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンコーダーと、機械式の指針表示からなるダイ
   ヤルゲージに於いて、 その指針を、電気的に動かすための駆動装置と、指針が
   １ステップ動作する毎に、前記エンコーダーからの信号
   と指針位置の比較を行い、駆動装置に１ステップ分の駆
   動信号を送るための、制御回路を有することを特徴とす
   る電気式ダイヤルゲージの指針表示機構。
2. （２）前記駆動装置は、ステッピングモータと、歯車群
   とからなることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   記載の電気式ダイヤルゲージの指針表示機構。