JPH08507146A - 長さ及び角度を測定するための方法及びその機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、長さ又は角度を測定するための方法及び構造に関する。本方法においては、マーキングが設けられたテープ状又はディスク状の発信器要素（１）が使用される。発信器要素は、ハウジング（６）、ケーシングあるいは同様なものから引き出されたり、あるいは、該ハウジング等の中へ押し込まれたりするようになされている。ハウジング等には、発信器要素のマーキングを検知するための少なくとも１つのセンサ（４、５）と、上記センサからの信号を長さの測定値又は角度の測定値に変換するための電子回路ユニット（３３）とが設けられている。センサは、発信器要素のマーキングを検知する。マーキングは、反復されたエンボスのパターンを有するエンボス（２）の形態を有しており、該エンボスは、発信器要素に微細な波型のリボン状のゾーン（３）を形成する。上記微細な波型のゾーンは、上記センサを通過し、該センサは、微細な波型のゾーンの凸部及び／又は凹部の数を記録してカウントする。上記凸部及び／又は凹部は、ある出発位置からある測定点まで上記センサを通過し、その移動量は、電子回路ユニットにおいて、問題とする長さ又は角度の測定値に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】 長さ及び角度を測定するための方法及びその機器 技術分野 本発明は、長さ又は角度を測定するための方法に関する。この方法においては 、テープ状のあるいはディスク状の発信器要素が使用される。該発信器要素には 、マーキングが設けられている。上記発信器要素は、ハウジング、ケーシング又 は同様のものから引き出されまたそのようなハウジング等の中に押し込まれるよ うに設計されている。上記ハウジング等には、上記発信器要素のマーキングを検 知するための、少なくとも１つのセンサと、該センサからの信号を長さの測定値 又は角度の測定値に変換するための、電子回路ユニットとが設けられている。本 発明は、また、上記方法を実施するための機器にも関する。 従来技術 上述のタイプの機器の発信器ユニットに、磁性を有するマーキングを使用する ことは、一般に知られている。ＵＳ−Ａ−４，７４７，２１５は、測定テープを 備えた電子測定機器を記載している。上記測定テープは、組み込まれた磁気スト リップを有しており、該磁気ストリップには、磁気マーキングが記録されている 。該磁気マーキングは、テープハウジングの中のセンサに、信号を伝達すること ができる。このタイプの測定テープは、多数の欠点を有している。中でも、磁気 ストリップを機械的に保護するために、そのような磁気ストリップを測定テープ の中に埋め込まなければならいという事実を挙げることができる。これは、煩雑 であり、製品のコストをかなり増大させる。それにも拘わらず、ストリップが機 械的に損傷を受けるという危険性が依然としてある。更に、永久的な磁気のマー キングに基づく総ての機器においては、減磁の結果として、マーキングが失われ たり、変質したりする危険性がある。 ＵＳ−Ａ−４，３１６，０８１も、測定テープの中の永久的な磁気のマーキン グに基づいている。この場合には、マーキングは、互いにある距離に配列された 磁気的な球の形態である。この測定機器の欠点は、分解能が比較的低いことであ る。また、この場合にも、減磁の危険性がある。 長さ又は位置を測定するために、磁気抵抗の条件を用いることも知られている 。この技術の例は、米国特許第４，７１２，０６４号、第４，６１２，５０２号 、第４，０３９，９３６号、第４，７３１，５８０号，及び、第４，０５３，８ ２９号の各号明細書、英国特許第２，１５７，８３１号明細書、並びに、欧州特 許第０，１６４，８３２号（ＥＰ−Ｂ−０１６４８３２）明細書に記載されてい る。 発明の簡単な開示 本発明の１つの目的は、発信器要素に永久的な磁気のマーキングを何等使用し ない、請求の範囲の導入項に特定したタイプの方法及び機器を提供することであ る。本発明の特定の目的は、以下のように設計された発信器要素を有する機器を 提供することである。すなわち、永久的な磁気の性質を有するマーキングを発信 器要素に使用せずに、磁気抵抗による測定に適するが、本発明の範囲に含まれる 磁気抵抗による検知以外の検知の可能性を排除しない。例えば、発信器要素のマ ーキングを、レーザ、あるいは、他の光学的手段により検知することが考えられ る。 本発明の別の目的は、非常に低いコストで大量生産することができ、また、適 宜な電子回路と組み合わせることにより、極めて高い分解能、及び、これに対応 する測定精度を可能とする、発信器要素を提供することである。 図面の簡単な説明 好ましい実施例に関する以下の記載においては、添付の図面を参照するが、図 面において、 図１は、測定テープの形態の発信器要素の一部の斜視図であり、 図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩを通る長手方向の断面において、テープの一部を 拡大した状態で、測定技術の原理を概略的に示しており、 図３は、機器の主要な要素を概略的に示しており、 図４は、上記機器の電子回路要素をブロックダイアグラムの形態で示している 。 好ましい実施例の説明 図１乃至図３には、測定テープの全体が、参照符号１によって示されている。 測定テープは、冷間圧延された炭素鋼、すなわち、磁化された材料ではなく強磁 性材料から形成されている。テープ１は、測定テープの通常の幅（すなわち、約 １５ｍｍ）と、約０．１２ｍｍの厚みとを有している。この実施例によれば、上 記テープは、Ｓ字形状の断面を有しており、この断面は、良好な曲げ強度を与え る。他の形態も可能であるが、テープ１は、通常の湾曲した形態とすることがで き、また、完全に平坦な基本的な形態も考えることができる。また、中央ゾーン の両側に位置され、且つ、曲げ強度を更に改善するエンボスパターン（浮き出し 模様）が設けられた表面を考えることもできる。 本発明に特有の特徴は、テープ１には、反復するエンボス２のパターンの形態 のマーキングが設けられ、これらマーキングは、発信器要素１に微細な波型を有 するリボン状のゾーン３を形成していることである。上記微細な波型のゾーン３ は、測定の間に、テープハウジング６あるいは同様の手段の中の少なくとも１つ のセンサ（電子回路要素の好ましい実施例においては、２つのセンサ４、５が設 けられる）を通過するようになされている。電子回路ユニットには、参照符号３ ３が付されている。この実施例によれば、発信器要素は、テープの形態を有して いるが、本発明の範囲内で、ディスク状の発信器要素を考えることもできる。こ の場合には、微細な波型のエンボスを有するゾーンは、湾曲させることもでき、 そのような湾曲は、角度測定用の機器に対して、特に採用することができる。 ゾーン３のエンボス２は、問題としているテープの厚みの場合には、最少で０ ．０５ｍｍで、最大で１ｍｍの深さを有している。エンボスの深さは、テープの 厚みと同じ寸法であるのが都合が良い。図１及び図２から最も明瞭に分かるよう に、エンボス２は、規則的に交互に現れる凸部（山部）及び凹部（谷部）を形成 し、これら凸部及び凹部は、ゾーン３の長手方向に連続する波型の形状を呈して いる。この波型の顕著な特徴は、規則的に繰り返される最高点（山部）及び最低 点（谷部）を有しており、また、上記最高点と最低点の間の総ての点における波 型曲線の傾斜が、水平方向及び垂直方向の両方に対してある角度を形成している ことである。例えば、エンボスパターンは、正弦曲線の形態、あるいは、正弦曲 線に類 似する曲線の形態を有することができる。波型Ｖの長さは、問題としているテー プの厚みの場合には、最少０．５ｍｍで、最大５ｍｍである。波型の適正な長さ （波長）は、テープの厚みの約１０倍、すなわち約１ｍｍである。ゾーン３の幅 は、厳密なものではないが、テープ１の曲げ強度に重大な悪影響を及ぼさないよ うに、比較的小さくするべきである。ゾーンの適正な幅は、１乃至４ｍｍであり 、約２ｍｍであるのが都合が良い。ゾーン３のエンボス２は、圧延によって形成 されるが、テープ１には所望の形状が与えらえる。 発信器要素は、測定テープ１によって示されているので、測定精度に関する要 求は、概ね中間的なものである。発信器要素は、単一の又は複数のセンサ４、５ の助けを受けて、テープがテープハウジング６の中へ又は該テープハウジングか ら移動している時に、上記単一の又は複数のセンサを通過するエンボスの数をカ ウントする。すなわち、エンボス２の湾曲パターンの最高点及び最低点の数を記 録したり、あるいは、もし適する場合には、最高点（山部）又は最低点（谷部） の数だけを記録する。単一の又は複数のセンサは、磁気抵抗型であるのが好まし い。最高点及び/又は最低点からのインパルスは、電子回路ユニットの中で、ｍ ｍ又はインチに変換され、これらの値は、ディジタル液晶ディスプレイで読み取 られる。 測定精度に関する高い要求又は非常に高い要求に対して、どのように測定が行 われるかを、図４も参照して以下に詳細に説明し、同時に、電子回路機器も詳細 に説明する。本測定技術の基本的な原理は、２つの差動型の磁気抵抗センサ４、 ５からの信号を検知することである。エンボスの湾曲パターンの移動する最高点 及び最低点に対応する上記信号は、パルスに変換されてカウントされる。湾曲パ ターンの上記最高点と最低点との間の位置において、センサの個々の抵抗を決定 することにより、増分計算又は減分計算も行われる。その集合値すなわち積算値 は、ディジタル液晶ディスプレイ８上で、ｍｍ又はインチの単位で表示される。 図４に示すブロックダイアグラムにおいては、参照符号９、１０は、差動型の センサ４からの入力を表しており、一方、参照符号１１、１２は、差動型のセン サ５からの入力を表している。これらの入力は、Ｒ／Ｉ変換器１３−１６に接続 されており、これらＲ／Ｉ変換器においては、それぞれのセンサの変化する抵抗 が、電流値に変換される。いわゆるコンパレータ（比較器）である、パルス発生 器１７、１８において、各Ｒ／Ｉ変換器からの電流が比較され、どの入力が他の 入力よりも高いかに応じて、高い信号又は低い信号が出力される。オッシレータ すなわち発振子１９−２２が、Ｒ／Ｉ変換器によって制御され、入力電流に比例 する周波数を与える。各々のチャンネルの実際の周波数は、内部データバス２７ に接続されたカウンタ２３−２６によって計算される。また、一定の間隔で、カ ウンタが読み取られて、ゼロにリセットされる。この作業は、ユニット３４の中 で３２ｋＨｚの周波数で動作する水晶の助けを受けて行われる。２つのカウント されたパルスの間の時間も、上記内部データバスに接続されたカウンタにおいて 計算される。この実施例によれば、上記オッシレータは、３２ｋＨｚの周波数を 出す水晶で動作する。電圧制御装置２９が、上述のユニットへの電圧を制御する 。 電子機器は更に、制御ユニット３０と、論理演算装置（ＡＬＵ）３１と、記憶 装置３２とを備えている。これら種々のユニット又は装置がどのように接続され ているかは、図４のブロックダイアグラムから分かる。エンボスゾーン３の波型 パターンの形態に関係する情報が、記憶装置に記憶されている。２つの差動型磁 気抵抗センサ４、５の間の距離Ｘに関係する情報も使用可能である。この距離Ｘ は、波の長さの半分Ｖ／２よりも小さい。波型パターンの最高点及び最低点に対 応する、上記抵抗の最大値及び最小値に加えて、エンボスゾーン３におけるテー プまでのそれぞれの距離Ｄ１及びＤ２の測定値もディジタルの形態で得られる。 ロードされたプログラムに従って、入力信号を、増分的に又は減分的に、ディジ タル式に処理して調節値ＤＬを得ることができる。この調節値は、ある数ｎの半 波長に相当する測定近似値Ｌｎに加えられ、これにより、ある数のパルスに相当 する測定値（Ｌｎ＋ＤＬ）が得られ、この測定値は、ｍｍ又はインチの単位に変 換されて、ディジタルディスプレイ８上で読み取ることができる。 ゾーン３のエンボスパターンの歯（波型の長さ）の間は、比較的大きく分割さ れているにも拘わらず、一定程度の分解能、並びに、５−１０μｍ程度の測定精 度を得ることが可能であり、そのような分解能及び測定精度は、エンボスパター ンの微細な波型、及び、連続的な波型を、磁気抵抗測定技術と組み合わせること により可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 題とする長さ又は角度の測定値に変換される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マーキングが設けられたテープ状の又はディスク状の発信器要素（１）を 用いて、長さ又は角度を測定するための方法であって、前記発信器要素は、ハウ ジング（６）、ケーシング又は同様なものから引き出されたりあるいはそのよう なハウジング等の中へ押し込まれるようになされており、前記ハウジング等には 、前記発信器要素のマーキングを検知するための少なくとも１つのセンサ（４、 ５）と、該センサからの信号を長さの測定値又は角度の測定値に変換するための 電子回路ユニットとが設けられている、方法において、前記センサは、前記発信 器要素のマーキングを検知し、これらマーキングは、反復されたエンボスパター ンのエンボス（２）の形態を有しており、また、前記反復されたエンボスパター ンは、微細な波型のリボン形状のゾーン（３）を前記発信器要素に形成し、その ような波型のゾーンは、該波型のゾーンの凹部及び／又は凸部の数を記録してカ ウントする前記センサを通過し、前記凹部及び／又は凸部は、ある出発位置から ある測定点まで、前記センサを通過して、前記電子回路ユニットの中で、問題と する長さ又は角度の測定値に変換されることを特徴とする方法。 ２．請求項１の方法において、ある出発位置からある測定点まで前記センサ（ ４、５）を通過する凸部及び凹部の数が、記録されてカウントされ、該数が、前 記電子回路ユニットにおいて、問題とする長さ又は角度の近似的な測定値（Ｌｎ ＝（ｎ×Ｖ）／２）に変換され、前記測定点においては、前記微細な波型のゾー ンの前記発信器要素の表面までの距離が記録され、該距離、及び、前記電子回路 ユニットに記憶された前記波型の形状に関係する情報が、前記エンボスパターン の基準点に対する前記エンボスパターンにおいて、前記センサによって検知され た前記測定点の位置に関する情報、すなわち、前記基準点から前記測定点までの 距離をもたらし、前記情報は、前記電子回路ユニットにおいて、調節値（ＤＬ） に変換され、該調節値は、前記近似的な測定値に加えられ、これにより、問題と なる長さ又は角度に相当する測定値（Ｌｎ＋ＤＬ）が、高い精度で得られること を特徴とする方法。 ３．請求項１又は２の方法において、前記センサが、前記微細な波型のリボン 状のゾーン（３）における、前記発信器要素の表面までの距離を、磁気抵抗によ り検知することを特徴とする方法。 ４．長さ又は角度を測定するための機器であって、テーパ状の又はディスク状 の発信器要素と、前記発信器要素用のハウジング、ケーシング又は同様なものと を備え、前記発信器要素は、前記ハウジング等から引き出されたり、該ハウジン グ等の中へ押し込まれたり、あるいは、他の態様で前記ハウジング等と相対的に 動かされるようになされており、当該機器は更に、前記発信器要素に設けられる マーキングと、前記ハウジング等の中に設けられて、前記発信器要素のマーキン グを検知するための少なくとも１つのセンサと、前記ハウジング等の中に設けら れ、前記センサからの信号を長さの測定値又は角度の測定値に変換するための電 子回路ユニットとを備えており、前記マーキングが、前記テープ状の又はディス ク状の発信器要素に微細な波型のリボン状のゾーン（３）を形成する、エンボス （２）の反復パターンから構成されており、前記微細な波型のゾーンが、測定の 間に、前記ハウジング等の中のセンサ（４）を通過することを特徴とする、長さ 又は角度を測定するための機器。 ５．請求項４の機器において、前記パターンが、前記微細な波型のゾーンの長 手方向に連続する波形状を形成することを特徴とする機器。 ６．請求項４の機器において、前記センサは、差動型の磁気抵抗センサから構 成され、少なくとも２つのそのようなセンサが、互いにある距離を置いて配列さ れ、前記電子回路ユニットが、前記微細な波型のリボン状のゾーンのエンボスパ ターンに関する情報、及び、前記センサの間の距離に関する情報を保持する記憶 装置を備えていることを特徴とする機器。 ７．請求項４乃至６のいずれかの機器において、前記微細な波型のゾーンの波 状のパターンの波の長さが、最少０．５ｍｍで最大５ｍｍであることを特徴とす る機器。 ８．請求項７の機器において、前記発信器要素が、最少０．０５ｍｍで最大１ ｍｍの厚みを有することを特徴とする機器。 ９．請求項８の機器において、前記エンボスの深さも、最少０．０５ｍｍで最 大１ｍｍであることを特徴とする機器。 １０．請求項４乃至９のいずれかの機器において、前記微細な波型のゾーンが、 １乃至４ｍｍの幅を有することを特徴とする機器。