JP4643782B2

JP4643782B2 - Eddy current displacement meter and distance measurement method using it

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Publication number: JP4643782B2
Application number: JP35247099A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎藤井
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: JP2001165603A

Description

【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（ｖ^３−１）・・・（０≦ｖ≦１）又は
【００４１】
ｅ＝−Ｅ（ｖ^３＋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
１４Ａ／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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, when a sensor head including a coil excited by an alternating current is brought close to a metal object, a primary measurement quantity (for example, a voltage) related to the impedance of the coil that changes due to the influence of eddy current generated in the object. ) And detecting the distance between the sensor head and the object by converting the primary measurement amount, and a distance measurement method using the eddy current displacement meter.
[0002]
[Prior art]
A cross section of the sensor head of such an eddy current displacement meter is shown in FIG. The sensor head 70 is configured by mounting a coil 72 and a core 73 each having a copper wire wound around a bobbin in a casing 71 having at least a tip end surface 71a formed of a nonmetal such as resin. Both ends of the winding of the coil 72 are drawn out by a cable 74.
[0003]
When the front end surface 71a of the sensor head 70 is brought close to a metal object (sometimes called a workpiece) W in a state where the coil 72 of the sensor head 70 is excited with an alternating current (usually a high-frequency current), the coil An eddy current is generated on the surface of the object W by the magnetic flux generated by 72. This eddy current is generated in a direction that hinders the change in magnetic flux generated by the coil 72 (Lenz's law). That is, the impedance of the coil 72 is equivalently changed by the influence of the eddy current generated on the surface of the object W, and the amount of change increases as the sensor head 70 including the coil 72 approaches the object W.
[0004]
Therefore, if a change in impedance of the coil 72 is detected when the front end surface 71a of the sensor head 70 is brought close to the metal object W, the distance between the front end surface 71a of the sensor head 70 and the metal object W is relative. Will be understood. As a method for detecting the impedance change of the coil 72, for example, there is a method of forming an oscillation circuit including the coil 72 and measuring a resonance voltage obtained from the oscillation circuit. The oscillation circuit and the resonance voltage measurement circuit (detection circuit, A / D converter, processing device, etc.) are provided in the main body 75 of the eddy current displacement meter connected to the sensor head 70 via the cable 74.
[0005]
The eddy current generated on the surface of the object W generates an eddy current loss due to the electric resistance of the object W, which equivalently increases the effective resistance of the coil 72 and lowers Q. As a result, the resonance voltage decreases. The decrease in the resonance voltage increases as the coil 72 of the sensor head 70 approaches the metal object W. Therefore, a curve (hereinafter, referred to as a relationship between the tip surface 71a of the sensor head 70 and the object W (hereinafter simply referred to as a distance) is shown on the horizontal axis and a resonance voltage (hereinafter simply referred to as a voltage) is indicated on the vertical axis (hereinafter referred to as a distance). For example, a graph as shown in FIG. 8 is obtained. However, in the graph of FIG. 8, the distance on the horizontal axis is a value (0 to 1) normalized by dividing by the maximum measurement distance (full scale FS). FIG. 8 shows a relationship curve cut out in the measurement range.
[0006]
The relationship curve between the distance and the voltage as shown in FIG. 8 changes depending on factors such as the type of the metal object W and the variation of the sensor head 70. In addition, the relationship curve includes the case where the relationship is a straight line (primary relationship), but in reality, it is almost always a relationship represented by a curve, and approximating this with a straight line results in poor measurement accuracy. It will be difficult.
[0007]
Therefore, prior to the distance measurement using the eddy current displacement meter, the voltage obtained while changing the distance between the object and the sensor head 70 is measured, and a relationship curve between the distance and the voltage is created (calibration). )Is required. For example, the distance is changed at a constant pitch using a movable stage that moves with the sensor head 70 or a gap gauge, the voltage at each distance is measured, and the coordinates of the distance and the voltage are plotted. When each measurement point is connected with a straight line, a relational curve approximated by a broken line is obtained. The distance and voltage data at each measurement point is stored in the main body 75 of the eddy current displacement meter as an array element constituting a voltage-to-distance conversion table.
[0008]
The calibration work as described above is a very time-consuming work. Further, in order to reduce the error due to the linear approximation between the measurement points, it is necessary to make the pitch of the measurement points finer, and the labor required for the calibration work becomes more and more. Although an apparatus for automatically performing such a calibration work has been devised, it is a very complicated and expensive apparatus.
[0009]
The following method has been proposed as a method for obtaining a relationship curve between a distance and a voltage, that is, a conversion table, without a user's effort and without requiring an expensive device.
[0010]
In this method, instead of performing calibration as described above for each distance measurement using an eddy current displacement meter, a plurality of relational curves assumed according to the type of object, sensor head variation, etc. A plurality of tables generated in advance are stored in the main body 75 of the eddy current displacement meter. Prior to measurement, the user measures each voltage at the minimum distance (contact state), maximum distance (full scale), and intermediate distance (half scale) within the measurement range. The processing device provided in the main body 75 of the eddy current displacement meter is located closest to the three coordinates defined by the minimum distance, the maximum distance, the intermediate distance, and the respective measurement voltages from among a plurality of relational curves. Select the relationship curve through. The table that defines the selected relationship curve is a conversion table used in actual measurement. According to this method, the user only needs to measure the voltage at three measurement points of the minimum distance, the maximum distance and the intermediate distance within the measurement range prior to the measurement.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the voltage is measured at the three measurement points as described above (hereinafter referred to as the three-point measurement method), and an optimum one of a plurality of relational curves stored in advance is determined based on the obtained measurement voltage. The method of selection has the following drawbacks.
[0012]
That is, the measurement voltages obtained at the three measurement points include not only fluctuations due to the difference in the type of the object (metal) but also fluctuations due to characteristic variations of the sensor head. Therefore, depending on the combination of the object and the sensor head, the variation due to the difference in the type of the object and the variation due to the characteristic variation of the sensor head may be offset. That is, as shown in FIG. 9, two different relationship curves 91 and 92 may have the same voltage at three measurement points A, B, and C. In such a case, the relationship curve should not be uniquely determined from the voltages obtained at the three measurement points, and the characteristic curve (conversion table) selected as described above may be inappropriate. There is sex.
[0013]
In addition, it is desirable that the plurality of relational curves (conversion tables) stored in advance include as many types as possible in consideration of the combination of the types of objects to be assumed and sensor head variations. For this reason, a large memory capacity for storing a large number of relational curves (conversion tables) is required, which hinders cost reduction of the apparatus.
[0014]
In view of the above-described conventional problems, the present invention eliminates the need to store a large number of relational curves (conversion tables), and allows vortices that can perform distance measurement with high accuracy by relatively simple correction. An object of the present invention is to provide a current displacement meter and a distance measuring method using the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The eddy current displacement meter according to the present invention relates to the impedance of a coil that changes due to the influence of eddy current generated on an object when a sensor head including a coil excited by an alternating current is brought close to the object made of metal. Detect primary measurement quantityIn addition, the correspondence between the distance between the sensor head and the object and the primary measurement amount is shown, and the distance is obtained from the primary measurement amount using a relationship curve that varies depending on the characteristics of the sensor head.An eddy current displacement meter,The relation curve corresponding to the sensor head having specific characteristics is used as an original relation curve.Storage means for storing;A ratio between a primary measurement amount when a sensor head having an arbitrary characteristic is in an open state away from an object and a primary measurement amount when the sensor head having the specific characteristic is in an open state away from the object A conversion relationship curve generating means for generating a conversion relationship curve used for conversion from the primary measurement amount to the distance between the sensor head having the arbitrary characteristics and the object by correcting the original relationship curve using The distance between the sensor head having the arbitrary characteristic and the object is obtained using the conversion relation curve generated by the conversion relation curve generation means.
[0016]
According to the above configuration,A ratio between a primary measurement amount when a sensor head having an arbitrary characteristic is in an open state away from an object and a primary measurement amount when a sensor head having a specific characteristic is in an open state away from the object Using this, the original relationship curve is corrected to generate a conversion relationship curve used for conversion from the primary measurement amount to the distance between the sensor head having an arbitrary characteristic and the object. Therefore,Conversion table by separating the variation factor due to sensor head characteristic variation from the variation factor due to the type of object(Conversion curve)Can be generated.
[0017]
Also,The conversion relationship curve generation means generates an original relationship curve based on a plurality of primary measurement amounts detected at a plurality of known distances when obtaining a distance between a sensor head having an arbitrary characteristic and an object, and the ratio described above. By correcting, a conversion relation curve used for conversion from the primary measurement amount to the distance between the sensor head having an arbitrary characteristic and the object may be generated.Correction parameter(Primary measurement when a sensor head with arbitrary characteristics is open from the object)Storage means and original table(Original relationship curve)You may provide in the same memory | storage device (memory) as the memory | storage means to memorize | store.
[0018]
According to the above configuration,The conversion table can be generated by separating the variation factor due to the characteristic variation of the sensor head from the variation factor due to the type of the object. If at least the same object is used, the conversion table can be generated from the same original table even if the sensor heads are different. Therefore, the original table (according to the measurement result in advance)OriginalThe relationship curve) may be one for at least the same type of metal object, and it is not necessary to store a large number of conversion tables as in the prior art.
[0019]
Further, the distance measuring method according to the present invention includes:A relation curve corresponding to a sensor head having specific characteristics is used as an original relation curve.Memorizing step;When determining the distance between a sensor head having an arbitrary characteristic and an object, a plurality of primary measurement amounts detected at a plurality of known distances, and a sensor head having an arbitrary characteristic as a correction parameter are separated from the object and opened. A step of measuring a primary measurement amount at a time, a ratio of a plurality of primary measurement amounts and a primary measurement amount when a correction parameter and a sensor head having specific characteristics are in an open state away from an object On the basis of,OriginalRelationship curveBy correcting theThe distance between the sensor head with the desired characteristics and the objectUsed to convert toRelationship curveGenerating steps, andHave.
[0020]
In a more specific configuration example of the distance measuring method according to the present invention,A sensor having an arbitrary characteristic is stored by storing a normalized element relation curve obtained by dividing the element relation curve by a primary measurement amount when a sensor head having a specific characteristic is in an open state away from an object. When measuring the primary measurement amount when the head is away from the object and in the open state and storing it as a correction parameter, the distance between the sensor head having an arbitrary characteristic and the object is obtained.Minimum distance, maximum distance and intermediate distance within the measurement rangeMeasuring a plurality of primary measurement quantities detected inNormalized primary measurements at minimum, maximum and intermediate distances with correction parametersNormalizationMinimum measurement,NormalizationMaximum measurement amount andNormalizationCalculate the intermediate measurement amount,Normalizer relationship curveupperNormalizationSet a fixed correction amount so that the distance corresponding to the minimum measurement amount is the minimum distance.Corresponds to the normalization relation curveIn addition to the distance data of each array element of the table,Normalizer relationship curveupperNormalizationAdd the correction amount obtained by proportional distribution so that the distance corresponding to the maximum measurement amount becomes the maximum distance to the distance data of each array elementDistance dataMake correctionsDistance dataCalculated from the curve obtained by correctionNormalizationThe distance corresponding to the intermediate measurement amountNormalizer relationship curveCalculated fromNormalizationFind the difference from the distance corresponding to the intermediate measurement amount as the maximum error,NormalizationAway from intermediate measurementNormalizationMinimum measurement amount orNormalizationBy adding a correction amount that gradually decreases from the maximum error to zero as the maximum measurement amount is approached, to the distance data of each array element,Transformation relationship curveIs generated.
[0021]
In addition, the distance measuring method of the eddy current displacement meter according to the present invention changes due to the influence of the eddy current generated in the object when the sensor head including the coil excited by the alternating current is brought close to the metal object. A method for obtaining a distance between a sensor head and an object by detecting a primary measurement amount related to the impedance of the coil and converting the primary measurement amount using a conversion table, using a reference sensor head Pre-stored as a base table a relationship curve obtained by normalizing a relationship curve between the measured primary measurement amount and distance data with the primary measurement amount in an open state where the coil of the reference sensor head is not affected by metal; Using the measurement sensor head provided in the eddy current displacement meter used for measurement, the coil of the sensor head used for the measurement is opened without being affected by metal. Measuring the primary measurement quantity in a state and storing the value as a correction parameter, and measuring the primary measurement quantity at the minimum distance, maximum distance, and intermediate distance within the measurable range of the sensor head used for the measurement. A step of calculating a minimum measurement amount, a maximum measurement amount, and an intermediate measurement amount normalized by a correction parameter; and distance data corresponding to the minimum measurement amount on a relational curve of the original table as a minimum distance of the measurement sensor head Replacing the distance data corresponding to the maximum measurement amount on the relationship curve with the maximum distance of the measurement sensor head and determining the maximum distance coordinate; and on the relationship curve of the original table Determining the intermediate distance coordinate indicated by the distance data corresponding to the intermediate measurement amount, the intermediate distance coordinate, the minimum distance coordinate and the maximum distance Obtaining a difference in distance direction from the intermediate distance point of the mark, and a correction amount that gradually decreases from the difference to zero as the distance from the intermediate distance coordinate approaches the minimum distance coordinate or the maximum distance coordinate. Generating the conversion table in addition to the table distance data;
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an eddy current displacement meter according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an eddy current displacement meter 10 measures a sensor head 11 disposed so as to face a measurement object (work) W that is a metal, an oscillation circuit 12 that supplies a high-frequency current thereto, and a resonance voltage. A detection circuit 13 and an A / D converter 14, a microprocessor 15 for executing a calculation for obtaining a distance from the obtained measured voltage data, a storage means (memory) 16 for storing a table used for the calculation, and the like. A display 17 for displaying the distance data output from the microprocessor is provided.
[0024]
As described in detail in the prior art, the sensor head 11 includes a coil, and the coil is excited by a high-frequency current supplied from the oscillation circuit 12. Strictly speaking, a self-excited oscillation circuit including the coil of the sensor head 11 is formed. When the impedance (that is, Q) of the coil of the sensor head 11 changes according to the distance between the sensor head 11 and the workpiece W, the resonance voltage obtained from the oscillation circuit changes. That is, the closer the sensor head 11 (coil) is to the workpiece W, the lower the Q of the coil and the lower the resonance voltage.
[0025]
The obtained resonance voltage (high frequency voltage) is detected by the detection circuit 13, and a DC voltage corresponding to the amplitude is obtained. This DC voltage is converted into a digital value by an A / D converter. This DC voltage or digital value corresponds to the primary measurement quantity, and the distance that is the final measurement quantity is obtained by converting the primary measurement quantity according to the conversion table described below. The microprocessor 15 executes generation of the conversion table and calculation of the distance using the conversion table.
[0026]
The memory 16 stores an original table used for generating a conversion table.
The distance, which is the final measurement amount calculated by the microprocessor 15, is displayed on the display unit 17 composed of, for example, a 7-digit LED of multiple digits. Instead of the display device 17 or in addition to the display device 17, the eddy current displacement meter 10 may include an output interface to an external device.
[0027]
Next, conversion table generation processing mainly executed by the microprocessor 15 will be described. The microprocessor 15 uses the original table (relation curve) stored in the memory 16 to generate a conversion table used for conversion from voltage to distance.
[0028]
First, a relational curve between distance and voltage is measured using a typical sensor head. This measurement is usually performed by the manufacturer of the eddy current displacement meter in an adjustment process before shipment. For example, the distance is changed at a constant pitch using a movable stage that moves with the sensor head or a gap gauge, the voltage at each distance is measured, and the coordinates of the distance and the voltage are plotted. Then, the sensor head is sufficiently separated from the metal (for example, about 15 cm or more), the voltage in the open state where the coil of the sensor head is not affected by the metal is measured, and the above relation curve is normalized with this voltage. That is, the voltage at each measurement point is divided by the voltage in the open state.
[0029]
As a result, a normalized relationship curve as shown in FIG. 2 is obtained. Actually, it becomes a line graph connecting each measurement point. A table defining the relationship curve obtained in this way is stored in the memory 16 as a source table. For example, the normalized values of 0 to 1 are divided into N equal parts, and the array of each voltage and the corresponding distance is used as the original table. The distance is also normalized by dividing by the maximum measurement distance (FS) as shown in FIG. 8 referred to in the description of the prior art. Therefore, for example, an original table as shown in FIG. 3 is obtained.
[0030]
When the distance is measured using the eddy current displacement meter in which the original table as described above is stored in the memory 16, the user can select the voltage in the open state, the voltage at the minimum distance in the measurement range, the maximum Measure the voltage at the distance and the voltage at the intermediate distance. As a matter of course, the sensor head used at this time is a sensor head of an eddy current displacement meter used by the user, not the manufacturer-owned sensor head used for generating the original table. The minimum distance means zero distance when the sensor head 11 is brought into close contact with the workpiece W, for example. The intermediate distance means, for example, half (half scale HS) of the maximum distance (full scale FS).
[0031]
The microprocessor 15 of the eddy current displacement meter 10 stores the voltage in the open state in the memory 16 as a correction parameter. The voltage VZ, voltage VF, and voltage VH normalized by dividing the voltage at the minimum distance, the voltage at the maximum distance, and the voltage at the intermediate distance within the measurement range by the correction parameters (the minimum measurement amount, the maximum measurement amount, and the intermediate amount, respectively). Corresponding to the measured amount).
[0032]
The voltage in the open state, that is, the voltage when the sensor head is sufficiently separated from the metal and the coil of the sensor head is not affected by the metal is considered to be determined mainly by the self-inductance of the sensor head. Therefore, as described above, by normalizing the measurement voltage at the three points of the minimum distance, the maximum distance, and the intermediate distance with the voltage (correction parameter) in the open state, the measurement result (voltage) due to the characteristic variation of the sensor head The variable element is separated and removed from the variable element of the measurement result according to the workpiece type. Next, the microprocessor 15 corrects the original table stored in the memory 16 by using the voltage VZ, the voltage VF, and the voltage VH (minimum measurement amount, maximum measurement amount, and intermediate measurement amount) described above, thereby correcting the voltage from the voltage. A conversion table used for conversion to distance is generated. The procedure will be described below.
[0033]
First, using the voltage VZ and the voltage VF (minimum measurement amount and maximum measurement amount), a use range (voltage range) of a relational curve (also referred to as an original curve) defined in the original table is determined. This voltage range (VZ to VF) is divided into, for example, n equal parts, and the arrangement of the voltage at each point and the corresponding distance becomes a new original table. Actually, by extracting an array element corresponding to the use range in the original table, a new original table cut out in the use range can be obtained.
[0034]
Next, bias correction is performed in which a fixed correction amount is added to the distance data of each array element of the original table so that the distance corresponding to the voltage VZ becomes 0 (minimum distance). In addition, proportional correction is performed by adding the correction amount obtained by proportional distribution so that the distance corresponding to the voltage VF is full scale (maximum distance) FS (see FIG. 4). In actual calculations, bias correction and proportional correction may be performed simultaneously.
[0035]
Here, the characteristic deviation of the sensor head and the deviation (factor of variation) from the original table due to the type of workpiece will be considered again. The structure of the sensor head is as described with reference to FIG. 7 in the description of the prior art, and the main characteristic variation factors are variations in the magnetic coupling degree between the core 73 and the copper wire (coil 72), and in the casing 71. Variations in the storage position of the core 73 can be mentioned. Of these, the former is considered to be directly related to the amplitude of the voltage, but this variation factor is due to normalizing the voltage obtained by the three-point measurement method with the voltage in the open state (correction parameter) as described above. Be countered. The latter variation factor is equivalent to the distance variation (bias) when the sensor head is in close contact with the workpiece W and the core 73 is closest to the workpiece, and the distance corresponding to the voltage VZ is 0. Is canceled by bias correction in which a certain correction amount is added to the distance data of each array element in the original table (see FIG. 5).
[0036]
Next, the variation due to the type of workpiece (deviation from the original table) is considered to be due to the difference in the magnetic permeability of the workpiece (metal). The variation factor is that the distance corresponding to the voltage VF becomes the full scale FS. Thus, the correction amount obtained by the proportional distribution can be almost canceled by the proportional correction that is added to the distance data of each array element. This is because, if the magnetic permeability of the workpiece is different, the influence on the coil changes even if the distance from the workpiece to the sensor head (coil) is the same. That is, a work having a small magnetic permeability has a small influence (decrease in Q) on the coil of the sensor head, which is equivalent to a distance between the work and the sensor head being separated. Therefore, this variation factor can be almost canceled by correcting the inclination of the relation curve.
[0037]
However, the variation factors depending on the type of work include not only the difference in magnetic permeability of the work but also the geometrical shape and the positional relationship with the sensor head. For this reason, the error cannot be completely eliminated only by correcting the inclination of the relation curve. Therefore, in order to further improve the measurement accuracy, the correction described below is performed using the voltage VH) obtained by normalizing the voltage at the intermediate distance with the correction parameter.
[0038]
As shown in FIG. 6, it is assumed that a curve shown by a solid line is obtained by performing the above-described use range determination, bias correction and proportional correction on a relation curve (original curve) drawn by a broken line. In this case, an error E occurs in the voltage (intermediate measurement amount) VH corresponding to the half scale (intermediate distance) HS. Therefore, this error is regarded as the maximum error, and the correction amount e that gradually decreases from the maximum error E to zero as it approaches the minimum measurement amount VZ or the maximum measurement amount VF away from the intermediate measurement amount VH is the distance between the array elements of the original table. Process to add to the data.
[0039]
For example, when the voltage v fluctuates in the range of ± 1 from the minimum measurement amount VZ to the maximum measurement amount VF with the intermediate measurement amount VH as the center (zero), the correction amount e expressed by the following equation is set as the array element of the original table. Add to distance data.
[0040]
e = E (v³-1) (0≤v≤1) or
[0041]
e = −E (v³+1) (-1 ≦ v ≦ 0)
[0042]
The microprocessor 15 of the eddy current displacement meter uses the table obtained in this way as the final conversion table, and obtains the distance from the voltage obtained as the primary measurement quantity.
[0043]
As shown by the equation (Equation 1), it was found that if the correction amount e is defined as an amount that decreases as the distance from the intermediate measurement amount VH increases according to a cubic function, the error in each element of the conversion table decreases. However, the present invention is not limited to this, and the correction amount e may be defined by an expression other than a cubic function.
[0044]
In the above embodiment, the conversion table for all cases corresponding to the variation in the characteristics of the sensor head and the type of the workpiece (object) is generated from one original table. However, the present invention is not limited to this embodiment. Instead, a plurality of original tables may be provided according to the type of workpiece. When the workpiece is made of a special metal (for example, aluminum, copper, etc.) or has a special shape (for example, a rod-shaped workpiece, an extremely thin plate-shaped workpiece, or a workpiece that is smaller than the sensor head), etc. This is because it may be assumed that there is a limit to the generation of a highly accurate conversion table with only one original table. Even in a configuration including a plurality of original tables according to the type of work, a conversion table with high accuracy can be generated from a single original table even if the sensor head is different for at least the same work. There is no need to prepare a conversion table.
[0045]
In addition, the present invention can be implemented by variously modifying the above-described embodiments or in different forms. For example, the present invention is not limited to an eddy current displacement meter that detects a resonance voltage as a primary measurement quantity, but also applies to an eddy current displacement meter that detects a change in resonance frequency due to eddy current loss as a primary measurement quantity. be able to.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the eddy current displacement meter and the distance measurement method of the present invention, the sensor is used by using the correction parameter that is the primary measurement amount when the coil of the sensor head is not affected by the metal. A conversion table can be generated by separating a variation factor due to variations in head characteristics from a variation factor due to the type of object. For example, by using a plurality of primary measurement amounts detected at a plurality of known distances and the above correction parameters from a pre-measured and stored original table, the accuracy according to the characteristic variation of the sensor head and the type of the object A high conversion table can be generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an eddy current displacement meter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship curve between a voltage and a distance in the generation process of the original table.
FIG. 3 is a diagram illustrating a generated original table.
FIG. 4 is a graph showing a process of correcting a relation curve defined by the original table.
FIG. 5 is a graph for explaining the principle of correction of a relation curve.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between an original relationship curve and a curve obtained by correcting the original relationship curve.
FIG. 7 is a view showing a cross section of a sensor head of a conventional eddy current displacement meter.
FIG. 8 is a graph illustrating the relationship between voltage and distance obtained with an eddy current displacement meter.
FIG. 9 is a graph for explaining problems of the conventional eddy current displacement meter.
[Explanation of symbols]
10 Eddy current displacement meter
11 Sensor head
12 Oscillator circuit
13 Detection circuit
14 A / D converter
15 Microprocessor (conversion table generation means)
16 Memory (memory means)
17 Display

Claims

When a sensor head including a coil excited by an alternating current is brought close to a metal object, a primary measurement amount related to the impedance of the coil that changes due to the influence of eddy current generated on the object is detected. An eddy current displacement meter that shows the correspondence between the distance of an object and the primary measurement amount, and uses the relationship curve that differs according to the characteristics of the sensor head to determine the distance from the primary measurement amount,
Storage means for storing the relationship curve corresponding to the first sensor head having specific characteristics as an original relationship curve;
A primary measurement amount when a second sensor head having an arbitrary characteristic different from the first sensor head is in an open state away from the object, and the first sensor head is in an open state away from the object. The second sensor head and the object are obtained from the primary measurement amount by correcting the original relationship curve related to the first sensor head stored in the storage unit using a ratio with a primary measurement amount at a certain time. Conversion relationship curve generating means for generating a conversion relationship curve used for conversion to a distance of
An eddy current displacement meter characterized in that a distance between the second sensor head and an object is obtained using a conversion relation curve generated by the conversion relation curve generation means.

The conversion relation curve generation means stores in the storage means on the basis of a plurality of primary measurement amounts detected at a plurality of known distances when obtaining the distance between the second sensor head and the object and the ratio. A conversion relationship curve used for conversion from the primary measurement amount to a distance between the second sensor head and an object is generated by correcting the original relationship curve related to the first sensor head. The eddy current displacement meter according to claim 1.

The conversion relation curve generation means is configured to obtain a plurality of primary measurement amounts detected at a plurality of known distances when the distance between the second sensor head and the object is obtained, and the second sensor head is separated from the object. using normalized primary measurement amount obtained by normalizing by dividing the primary measure of time in the open state, the primary measurement of when the original relationship curve, wherein the first sensor head is in the open state away from the object A conversion relationship curve used for conversion from the primary measurement amount to the distance between the second sensor head and the object is generated by correcting the normalized source relationship curve normalized by dividing by the amount. The eddy current displacement meter according to claim 2.

When a sensor head including a coil excited by an alternating current is brought close to a metal object, a primary measurement amount related to the impedance of the coil that changes due to the influence of eddy current generated on the object is detected. A distance using an eddy current displacement meter that shows the correspondence between the distance of the object and the primary measurement amount, and obtains the distance from the primary measurement amount using a relationship curve that varies depending on the characteristics of the sensor head. Measuring method,
Storing the relationship curve according to the first sensor head having specific characteristics as an original relationship curve;
A plurality of primary measurement amounts detected at a plurality of known distances when obtaining a distance between a second sensor head having an arbitrary characteristic different from that of the first sensor head and an object, and the second sensor as a correction parameter Measuring a primary measurement when the head is in an open state away from the object;
The stored first sensor based on the plurality of primary measurement quantities and the ratio of the correction parameter and the primary measurement quantity when the first sensor head is in an open state away from the object. by correcting the original relationship curves for head, eddy current, comprising the steps of: generating a conversion relationship curve used for the conversion to the distance of the second sensor head and the object from the primary measured quantity Distance measurement method using a displacement meter.

The source relationship curve, wherein the first sensor head stores the normalized normalized based relational curve divided by the primary measurement amount when in an open state away from the object,
The primary measurement amount when the second sensor head is away from the object and in the open state is measured and stored as a correction parameter, and within the measurement range when the distance between the second sensor head and the object is obtained. Measuring a plurality of primary measurement quantities detected at a minimum distance, a maximum distance and an intermediate distance,
Calculating a normalized minimum measurement amount, a normalized maximum measurement amount, and a normalized intermediate measurement amount obtained by normalizing the primary measurement amount at the minimum distance, the maximum distance, and the intermediate distance with the correction parameter;
A fixed correction amount is added to the distance data of each array element of the table corresponding to the normalization source relationship curve so that the distance corresponding to the normalized minimum measurement amount on the normalization source relationship curve becomes the minimum distance In addition, distance data correction is performed to add the correction amount obtained by proportional distribution so that the distance corresponding to the normalized maximum measurement amount on the normalized source relationship curve becomes the maximum distance to the distance data of each array element. ,
The difference between the distance corresponding to the normalized intermediate measurement amount obtained from the curve obtained by the distance data correction and the distance corresponding to the normalized intermediate measurement amount obtained from the normalization source relation curve is obtained as a maximum error. ,
Adding a correction amount that gradually decreases from the maximum error to zero as the normalization minimum measurement amount or the normalization maximum measurement amount moves away from the normalized intermediate measurement amount and approaches the distance data of each array element. The distance measurement method according to claim 4, wherein the conversion relation curve is generated by: