专利名称：测定器的制作方法
技术领域：
本发明涉及测定器，例如涉及通过使测杆进退而测定被测定物的尺寸等的测定器，例如以千分尺或测微头等为代表的测定器。
背景技术：
以往，通过以螺合旋转而使测杆进退来测定被测定物尺寸的千分尺或测微头等的测定器为人们所知(例如文献1实开昭49-80260号公报以及文献2特开昭54-130152号公报)。
这种测定器具有本体，其具有内螺纹；测杆，其具有与本体的内螺纹螺合的进给螺纹；旋转检测单元，其检测测杆的旋转；运算处理单元，其根据从旋转检测单元输出的信号来求测杆的移位量。
在这样的测定器中，由设置在测杆上的进给螺纹的螺距来规定测杆每旋转一圈的移位量，进给螺纹的螺距例如一般是设置成0.5mm。旋转检测单元，例如具有转子，其与测杆一体旋转；定子，其以与转子相对的状态固定在本体上；相位计算单元，其将根据转子的旋转而从定子输出的信号增量来计算转子的旋转相位。
图11A和图11B表示转子1和定子2相互的相对面。
如图11A所示，定子2具有发送电极21，其由在与转子1相对的面上在规定圆周上等间隔配置的多个电极板所构成；环状的接收电极22，其与发送电极21同心圆状地配置，从脉冲调制器将调制了相位的交流信号向发送电极21的各电极板发送。发送电极21由16个电极板构成，将各45度相位不同的交流信号施加在各电极板上。如图11B所示，转子1具备在与定子2相对的面上横跨定子2的发送电极21和接收电极22而相对配置并且与发送电极21的电极板中规定数量的电极板进行静电耦合的耦合电极11。
在这种结构中，当测杆旋转时，则通过本体与测杆的螺合旋转而使测杆在轴向上进退。这时的测杆的旋转由旋转检测单元进行检测。即，当测杆旋转时，则转子1与该测杆一体旋转。
当将规定的交流信号给予发送电极21的各电极时，则电位按发送电极21→耦合电极11→接收电极22的顺序交接。在转子1旋转的状态下，由于发送电极21与耦合电极11进行静电耦合的发送电极21的电极板的不同而耦合电极11的电位就不同，因此，与耦合电极11静电耦合的接收电极22的电位也就不同。通过将该接收电极22的电位以规定的采样间隔进行采样就得到脉冲信号，通过由相位计算单元对该脉冲信号进行计数来求转子的旋转相位。
由于转子1的旋转相位与测杆的旋转相位相等，所以根据测杆的旋转相位和进给螺纹的螺距(例如0.5mm)通过运算处理单元就能求出测杆的移位。
其中，当设置在测杆上的外螺纹的螺距是0.5mm或0.635mm时，则由于测杆每旋转一圈的移位量小，所以每当改变测定对象时就必须将测杆旋转多次，在操作性上有问题。
于是，考虑到例如为了增大测杆每旋转一圈的移位量，将进给螺纹的螺距增大到1mm乃至2mm，从而增大测杆每旋转一圈的进退量。
虽然，如果将进给螺纹的螺距增大到1mm乃至2mm，由于增大了测杆每旋转一圈的进退量，所以增大了测杆的移位速度而大大提高操作性。
然而，与进给螺纹的螺距增大的量相应地，必须提高旋转检测单元的检测精度和检测分辨率。这是由于例如进给螺纹的螺距变成原来的4倍而相位的检测分辨率保持原样，则使测杆移位量的检测分辨率简单地变成原来的1/4的缘故。
对此，为了提高测杆每旋转一圈的检测分辨率，考虑将发送电极21的电极板微细化而增加数量，来检测转子1微小的旋转角度变化。然而，当增加发送电极21的电极板时，则由于转子1的微小旋转而使与耦合电极11进行静电耦合的发送电极21的电极板不同，所以使接收电极22的电位变化的周期变短。
因此，在相位计算单元会常常出现跳读脉冲信号等的检测错误，从而产生无法准确地跟踪转子1的角度变化的问题。
而且也考虑到将对接收电极22的电位进行采样的采样周期缩短，但采样周期由于IC等的速度而本身受到限制。此外，当缩短采样周期时，由于噪声等干扰容易混入到脉冲信号中，所以存在由于来自外部的电干扰而使检测精度反而降低的问题。而且，当缩短采样周期时，存在耗电增大而电池寿命变短的问题。
因此，由于相对于进给螺纹的大导程化(ハイリ一 )而不能高精度且高分辨率地检测测杆的移位，所以希望提供出具有能够高速进给测杆的优良的操作性并且检测精度以及检测分辨率高的测定器。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种操作性好且检测精度和检测分辨率高的测定器。
本发明的测定器，其特征在于，具有本体；测杆，其螺合在所述本体上并且设置成通过旋转而在轴向上自由进退；相位信号发送单元，其根据所述测杆的旋转相对于测杆的不同旋转角度发送不同值的相位信号；以及运算处理单元，其对所述相位信号进行运算处理来求所述测杆的绝对位置，其中，所述相位信号发送单元按规定的间隔发送所述相位信号，所述运算处理单元具有旋转角度计算部，其根据所述相位信号计算所述测杆的旋转角度；旋转圈数计算部，其根据所述旋转角度计算部计算出的所述测杆的旋转角度来对所述测杆的旋转圈数进行计数；总旋转相位计算部，其根据由所述旋转圈数计算部计数的测杆的旋转圈数和所述旋转角度计算部计算出的测杆的旋转角度，计算所述测杆的总旋转相位；以及测杆位置计算部，其根据由所述总旋转相位计算部计算出的所述测杆的总旋转相位来计算所述测杆的绝对位置。
在这种结构中，当旋转测杆时，通过测杆与本体的螺合而使测杆相对于本体进退。这时，与测杆的旋转对应地从相位信号发送单元发送与该测杆的旋转角度对应的相位信号。该相位信号相对于测杆的不同的旋转角度是不同的值。另外，旋转角度θ是在0°≤θ＜360°的范围内，即称为旋转一圈以内的相位。根据该相位信号由旋转角度计算部唯一地确定测杆的旋转角度。此外，由于通过旋转角度计算部依次计算测杆的旋转角度，所以能够根据计算出的测杆的旋转角度通过旋转圈数计算部来计算测杆的旋转圈数。例如当由旋转角度计算部计算出的测杆的旋转角度是5°→95°→185°→275°→365°这样变化时，由于测杆旋转了一圈，所以旋转圈数计算部就计数测杆旋转了正的一圈。
根据由旋转圈数计算部计数的测杆的旋转圈数和由旋转角度计算部计算出的测杆的旋转角度，通过总旋转相位计算部来计算测杆的总旋转相位。例如，如果测杆的旋转圈数是2，旋转角度是45°，则总旋转相位是765°(＝360°×2+45°)。然后，根据由总旋转相位计算部计算出的总旋转相位通过测杆位置计算部来计算测杆的绝对位置。例如，在测杆每旋转一圈的进退螺距是2mm，总旋转相位是765°的情况下，测杆的绝对位置是4.25mm(＝765°÷360°×2mm)。
按照这种结构，在根据来自相位信号发送单元的相位信号来求测杆的旋转角度时，由于相对于测杆的不同的旋转角度而相位信号是不同的值，所以根据相位信号能够唯一地确定测杆的旋转角度。以往，由于通过将与测杆的旋转对应的脉冲信号增量来检测测杆的旋转相位，所以当相对测杆旋转的脉冲信号的变化过快时，则信号的跳读频繁发生而无法准确地检测测杆的旋转相位。因此，只能是限制测杆的旋转速度或是减少测杆每旋转一圈的信号变化次数而准确地进行增量。但由于当限制测杆的旋转速度时，限制了测杆的进退速度，所以测定器的操作性变差，而且，若减少测杆每旋转一圈的信号变化次数，则产生旋转角度的分辨率降低的问题。
而这点在本发明中，由于能够根据从相位信号发送单元发送的一个相位信号唯一地确定测杆的旋转角度，所以不需要象以往那样将信号增量。因此，由于在本发明中不会出现由于高速旋转而导致信号跳读等的问题，所以不需要限制测杆的转速，容许测杆的高速旋转，从而能够提高测定器的操作性。并且，即使测杆这样高速旋转，也能够利用来自相位信号发送单元的相位信号来求测杆的旋转角度。
而且，由于没有信号跳读的问题，所以能够使相对测杆的旋转的相位信号的变化细密化。
通过这样地使相对测杆的旋转的相位信号的变化细密化，能够提高对于测杆旋转角度的分辨率。此外，由于相位信号发送单元只要以在旋转圈数计算部中不会跳读测杆的旋转圈数的程度的间隔发送相位信号便可，而不需要象以往那样以增量的方式将信号全部进行增量，所以能够减少信号发送的定时，其结果能够降低耗电。
这样，在本发明中，由于具备相对于测杆不同的旋转角度而发送不同相位信号的相位信号发送单元，所以具有如下的划时代的效果，即，能够容许测杆的高速旋转，提高测杆的旋转角度的分辨率，进而能够降低耗电。
在本发明中，优选地所述相位信号发送单元具有与所述测杆一体地旋转的转子；以与所述转子相对的状态设置在所述本体上并发送与所述转子的旋转角度对应的相位信号的定子，所述定子，作为检测所述转子的旋转并发送相互不同的信号的两个检测通道，具有发送第一相位信号的第一通道和发送与第一相位信号进行不同的周期变化的第二相位信号的第二通道，相对于所述转子的不同的旋转角度而所述第一相位信号与所述第二相位信号的相位差是不同的，所述旋转角度计算部根据所述相位差来计算所述转子的旋转角度。
在这种结构中，当测杆旋转时，则转子与测杆一起旋转。于是，由定子检测该转子的旋转。
其中，当在定子中设置发送相位信号的第一通道和第二通道时，从第一通道输出第一相位信号，从第二通道输出第二相位信号。第一相位信号和第二相位信号相对于转子的旋转表示出不同的周期变化，由于第一相位信号与第二相位信号的相位差在转子旋转一圈以内相对于不同的转子旋转角度是不同的值，所以根据该相位差唯一地确定转子的旋转角度。
并且，由于转子与测杆一体旋转，所以转子的旋转角度就是测杆的旋转角度，根据该测杆的旋转角度就能求出测杆的绝对位置。
按照这种结构，根据相对于转子的旋转而表示不同周期变化的两个相位信号(第一相位信号、第二相位信号)的相位差，能唯一地确定转子的旋转角度。并且，由于两个相位信号(第一相位信号、第二相位信号)的相位差相对于转子不同的旋转角度是不同的值，所以如果对第一相位信号和第二相位信号进行采样并求出两个信号的相位差，就能求出转子的旋转角度。因此，由于不需要将信号依次增量，所以相位信号的周期变化快不是问题，容许测杆高速旋转，进而，通过使相对测杆的旋转的相位信号的变化细密化而能够提高对于测杆旋转角度的分辨率。
另外，由于只要能够利用多个相位信号的相位差来特定转子的旋转角度便可，所以当然也可以在第一相位信号、第二相位信号的基础上再加上第三、第四相位信号。
在本发明中，优选地所述定子具有被施加交流信号的发送电极和具有规定数量的与作为一个单位的一个周期的相位变化对应的检测图形的接收电极，所述转子具有与所述发送电极和所述接收电极进行电磁耦合并且具有与所述接收电极对应数量的检测图形的耦合电极。
在这种结构中，当向发送电极施加交流信号时，则通过该发送电极的电流而在发送电极的周围感应出感应磁场。而通过在该发送电极的周围感应出的感应磁场而在与发送电极进行电磁耦合的耦合电极中感应出感应电流。并由该耦合电极的感应电流而在耦合电极的周围感应出感应磁场。而通过在该耦合电极的周围感应出的感应磁场而在与耦合电极进行电磁耦合的接收电极中感应出感应电流。即，信号以发送电极→耦合电极→接收电极的顺序进行交接。这时，耦合电极与接收电极的检测图形的重叠程度由于转子的旋转角度而不同，所以与转子的旋转对应地在接收电极感应的信号周期性地进行变化。于是，通过对该接收电极的信号以规定的间隔进行采样，能够检测转子的旋转相位。
根据这种结构，耦合电极和接收电极是具有周期性变化的检测图形的电极通道，从而耦合电极和接收电极能够由通过电磁耦合而进行信号的发送接收的电极线来构成。例如，将耦合电极和接收电极的检测图形都由排列多个线圈而构成，通过耦合电极的线圈图形与接收电极的线圈图形的重叠程度不同而能够得到不同相位的信号。并且，在由电极线构成检测图形时，由于容易细密地形成电极线的图形，所以细密地形成线圈的一个一个的图形而容易将相对转子的旋转的相位信号的变化细密化。其结果，能够提高对于转子旋转角度的分辨率。
此外，在象以往那样在转子和定子的相对面上分别设置进行静电耦合的电极板，利用这些电极板的电位变化来检测转子的旋转角度的情况下，存在当转子与定子的间隙发生变化时，使电极板的电位发生变化而无法准确地检测转子的旋转角度的问题。
而这点在本发明中，由于定子的发送电极和接收电极与转子的耦合电极通过电磁耦合而进行信号交接，所以不受定子与转子之间的间隙变化的影响，从而能够准确地检测出转子的旋转角度。
另外，不仅限于在定子上设置发送电极和接收电极而在转子上设置耦合电极的情况，而且也可以相反地在转子上设置发送电极和接收电极，而在定子上设置耦合电极，进而，也可以将发送电极、耦合电极和接收电极分别设置在单独的部件上，也就是说只要发送电极、耦合电极和接收电极进行电磁耦合便可。
在本发明中，优选地所述本体具备能够用手动操作所述测杆旋转的测杆操作部，在由所述测杆操作部的手动操作能够达到的测杆的最高旋转速度下，所述相位信号发送单元以在测杆旋转一圈的时间内至少取得三次以上的所述相位信号的间隔来对所述相位信号进行采样。
在这种结构中，当用手动操作测杆操作部使测杆旋转时，则测杆进行旋转。于是，从相位信号发送单元输出相位信号。由旋转角度计算部根据该相位信号计算测杆的旋转角度，进而，通过依次监视由旋转角度计算部计算出的旋转角度，由旋转圈数计算部计算出测杆的旋转圈数。由于由旋转圈数计算部对测杆的旋转圈数进行计数，所以相位信号发送单元需要以旋转圈数计算部不会跳读测杆的旋转圈数程度的间隔发送相位信号。
而这点在本发明中，由于只要在以手动操作的测杆最高速度使测杆旋转一圈的期间内从相位信号发送单元输出三个相位信号，就能够跟踪测杆的旋转，所以在旋转圈数计算部不会跳读测杆的旋转圈数。另一方面，由于只要相位信号发送单元发送相位信号的间隔是在旋转圈数计算部不会跳读测杆的旋转圈数的程度便可，所以与现有的增量式相比，大大地减少了相位信号发送部发送相位信号的次数。并且，由于测杆每旋转一圈只要输出三次相位信号便可，所以反过来能够容许测杆的旋转速度达到与相位信号发送单元的相位检测速度相同的程度。其结果，能够容许测杆高速旋转，从而能够提高测定器的操作性。
在本发明中，优选地设置在所述接收电极和耦合电极上的检测图形的数量为9以上。
在这种结构中，当使测杆旋转时，则转子与测杆一起旋转，并与该转子的旋转角度对应地从定子输出相位信号。根据该相位信号来检测转子的旋转角度，即测杆的旋转角度。由于相位信号发送单元相对于测杆不同的旋转角度发送不同的相位信号，所以根据一个相位信号能够由旋转角度计算部唯一地计算出测杆的旋转角度。在此，在象以往那样通过将信号增量来计算测杆的相位信号的情况下，为了不将信号跳读，而减少测杆每旋转一圈的信号的变化次数来使增量准确地进行。因此，产生测杆旋转角度的分辨率被限制的问题。
而这点在本发明中，由于不需要象以往那样将信号增量，所以没有信号跳读的问题，从而能够使相对测杆旋转的相位信号的变化细密化。即，使接收电极和耦合电极的检测图形增多，而使相对转子旋转的相位信号的变化细密化，从而能够提高对于测杆旋转角度的分辨率。
在本发明中，优选地所述测杆每旋转一圈移位1mm以上。
具体说，优选地所述本体具有内螺纹，所述测杆具有与所述本体的内螺纹螺合的进给螺纹，所述内螺纹和所述进给螺纹的螺距为1mm以上。或者优选地所述进给螺纹是多条螺纹。
在这种结构中，由于当测杆旋转时，则测杆每旋转一圈就进退1mm以上，所以测杆的进退速度快，提高了测定器的操作性。
在此，以往是根据测杆的旋转而通过将发送的信号增量来计算测杆的相位信号，为了不将信号跳读，减少测杆每旋转一圈的信号的变化次数来使增量准确地进行。因此，产生测杆旋转角度的分辨率被限制的问题。
而这点在本发明中，由于不需要象以往那样将信号增量，所以没有信号跳读的问题，能够使相对测杆旋转的相位信号的变化细密化。因此，即使增大测杆每旋转一圈的进退螺距，也能够通过使相对测杆旋转的相位信号的变化细密化并提高测杆旋转角度的分辨率，来提高测杆的绝对位置的检测分辨率。即，能够具有增大测杆的进退螺距而提高操作性并且还能提高测杆绝对位置的分辨率这样划时代的效果。
在本发明中，优选地所述测杆具有沿轴向设置的卡合部，所述相位信号发送单元具有设置在所述转子上且与所述卡合部卡合的卡合销；以及将所述卡合销向所述卡合部进行预压的预压力给予机构。
在这种结构中，当旋转测杆时，则通过测杆的卡合部与转子的卡合销的卡合而将测杆的旋转传递到转子上。这样，转子仅与测杆的旋转角度相同地进行旋转，并且转子的旋转角度由定子读取。因此，能够知道测杆的旋转角度，并根据测杆每旋转一圈的螺距而能知道测杆的移位量。
根据这种结构，由于通过预压力给予机构将卡合销向卡合部进行预压，所以卡合销与卡合部可靠地无间隙地进行卡合，使测杆的旋转能够准确地传递到转子上。因此，通过由定子读取转子的旋转角度就能准确地检测测杆的旋转角度。例如，在测杆每旋转一圈的进退量大的情况下，由于不以高分辨率检测测杆的旋转角度，则不能提高测杆位置的检测分辨率，所以即使是卡合销与卡合部的微小间隙也给予检测大的影响。
而这点在本发明中，由于通过预压力给予机构而使卡合销与卡合部无间隙地卡合，所以能够将测杆的旋转准确地传递到转子上。其结果，能够提高测定精度。
在本发明中，优选地所述卡合销被设置成相对于所述转子在与所述测杆的轴向正交的方向上自由滑动，所述预压力给予机构具有被挂卡在所述转子上并且将所述卡合销向所述卡合部施力的板簧。
根据这种结构，由于利用板簧的弹性而将卡合销向卡合部进行预压，所以能够在确保卡合销与卡合部的滑动的同时使卡合销与卡合部无间隙地卡合。因此，测杆的旋转被准确地传递到转子上。其结果，能够降低测杆旋转角度的读取误差而提高测定精度。
另外，也可以将卡合销旋入转子，并将卡合销拧入到使卡合销的前端有力地抵接在测杆的卡合部上未知，而将卡合销向卡合部进行预压。
在本发明中，优选地所述相位信号发送单元具有将所述卡合销相对于所述转子卡定的卡合销支承机构。
根据这种结构，通过卡合销支承机构来将卡合销相对于转子卡定。这样，由于即使在将测杆从转子上卸下来时，也能维持卡合销的位置，所以再次将测杆相对于转子进行安装时就容易。例如，当将测杆从转子上卸下来时，卡合销从转子脱落后，则在将测杆再次安装到转子上时，卡合销就变成障碍，或者必须将卡合销重新插入转子而使其卡合在测杆的卡合部上，所以非常费事。
而这点在本发明中，由于利用卡合销支承机构而将卡合销相对于转子卡定，所以即使将测杆从转子上卸下也能够维持卡合销的位置，从而容易将测杆安装到转子上。因此，能够简便地进行测杆的更换等。
在本发明中，优选地所述本体具有用手动操作所述测杆的旋转的测杆操作部，所述测杆操作部具有盖筒，其被设置成在所述本体的外侧面能够转动；定压机构，其设置在所述盖筒与测杆之间，当作用于该盖筒与所述测杆之间的负荷小于规定值时，其将所述盖筒的转动向所述测杆传递，并且，当所述负荷为规定值以上时，其在所述盖筒与所述测杆之间空转。
在这种结构中，当使盖筒旋转时，在小于规定负荷时，则盖筒的旋转通过定压机构传递给测杆而使测杆旋转。于是，测杆进行进退。此外，在使盖筒旋转时当为规定负荷以上时，则定压机构进行空转而盖筒的旋转不会传递给测杆。由于例如通过定压机构的空转不会使测杆以规定负荷以上的力进行旋转，所以能够将测杆与被测定物接触时的接触压力限制在规定压力以下。因此不会由于测杆而使被测定物破损。
特别是在增大测杆每旋转一圈的进退螺距的情况下，虽然由于测杆以高速进行移位而有可能使被测定物破损，但这点在本发明中，由于通过定压机构使测杆不会以规定以上的负荷进行旋转，所以不会由于测杆而使被测定物破损。
图1是表示作为第一实施例的千分尺的整体结构的图；图2是第一实施例的剖面图；图3是表示第一实施例中测杆的进给螺纹的形状的图；图4是表示第一实施例中相位信号发送单元的结构的图；图5A和图5B是分别表示在剖面图中卡合销与卡合槽卡合状态的图；图6是表示在第一实施例中定子和转子的图；图7是表示第一变形例的图；图8是表示第二变形例的图；图9是表示第三变形例的图；图10是表示第四变形例的图；图11A是表示现有技术的静电电容式回转编码器的定子的图，图11B是表示该编码器的转子的图。
具体实施例方式
下面，对本发明的实施例参照图示以及图中各要素所附的标记进行说明。
(第一实施例)说明本发明测定器的第一实施例。
图1是作为第一实施例的千分尺100的整体图。
图2是该千分尺100的剖面图。
图3是表示测杆300的进给螺纹310的形状的图。
图4是表示相位信号发送单元400的结构的图。
千分尺100具有本体200，其在大致U形状的架212的一端具有测砧213；测杆300，其螺合在本体200的另一端并随着其螺合旋转而在轴向上且朝向测砧213进退；相位信号发送单元400，其根据测杆300的旋转量而输出相位信号；运算处理单元，其对相位信号进行运算处理而计算测杆300的绝对位置；数字显示部600，其作为显示计算出的测杆的绝对位置的显示单元。
本体200从一端侧依次具备前部筒210、后部筒220、测杆操作部230。前部筒210具备设置在一端侧开口部的微分筒211以及设置在外部的U形架212。U形架212在一端侧具有与测杆300相对配置的测砧213，而另一端固定在前部筒210上且表面具备数字显示部600。
后部筒220的一端侧连接在前部筒210上，而另一端侧内周具有与测杆300螺合的内螺纹221，并且，另一端侧加工有狭缝222，并从外侧用螺母223进行螺母固定。
测杆操作部230具有导引筒231，其相对于后部筒220叠层；外套筒232，其设置成相对于该导引筒231能够旋转；测微套筒234，在其与外套筒232之间设置有摩擦弹簧233；盖筒235，其设置在外套筒232和测微套筒234的另一端侧；定压机构240。
盖筒235通过螺纹螺合而与外套筒232连接。如图2所示，定压机构240具有支承轴241，其一端螺合在测杆300的外端；第一棘轮242，其固定在盖筒235的内周；第二棘轮243，其与第一棘轮242啮合；压缩螺旋弹簧245，其将第二棘轮243向第一棘轮242施力；挡板246，其固定在支承轴241上并与导引筒231的另一端抵接。
在第一棘轮242和第二棘轮243上以一定间距形成有相互啮合的细齿状的齿，在未达到规定压力时，则第一棘轮242与第二棘轮243的齿是啮合的状态，第一棘轮242与第二棘轮243成为一体地旋转，但当在第一棘轮242与第二棘轮243的啮合面施加一定程度以上的负荷时，则第一棘轮242相对于第二棘轮243空转。第二棘轮243被设置成通过键244能够相对于支承轴241向轴向进行移位但不能绕轴旋转，第二棘轮243与支承轴241一体地进行旋转。
测杆300插入贯通微分筒211而从本体200的一端侧向外部突出，在另一端侧的外周设置有进给螺纹310，并与后部筒220的内螺纹221螺合。测杆300的另一端侧缩径成锥状而嵌设在外套筒232的另一端。测杆300上沿轴向设置有卡合槽(卡合部)320。
如图3所示，进给螺纹310具有螺距P比较大而螺纹沟深度d比较浅的外螺纹。即，进给螺纹310的螺距P为外径R与螺纹内径r之差的2倍以上的大螺距，外径R与螺纹内径r的差为外径R的五分之一以下。沿螺杆轴线A看时，邻接的螺纹沟条(螺纹槽条)形成为具有规定的间隔，在邻接的螺纹沟条之间，在沿螺杆轴线A的剖面上存在有作为沿螺杆轴线A的直线而出现的沟间部(槽间部)。
进给螺纹310的尺寸是，例如外径R是7.25mm～7.32mm左右，螺纹内径r是6.66mm～6.74mm左右，螺距P是1mm～2mm左右，螺纹沟的顶角θ是55°～65°左右，导程角是5°左右。
进给螺纹310的尺寸没有特别的限定，测杆300每旋转一圈的进退量，即导程设定成怎样的程度可适当进行选择。
例如，进给螺纹310的螺距P也可以是外径R与螺纹内径r的差的3倍、5倍、10倍，外径R与螺纹内径r的差也可以是外径R的七分之一、十分之一。
内螺纹221以与进给螺纹310相同的螺距而具有螺纹牙条(ねじ山条)。沿螺杆轴线A看内螺纹221时，邻接的螺纹牙条形成为具有规定的间隔，在邻接的螺纹牙条之间在沿螺杆轴线A的剖面上存在有作为沿螺杆轴线A的直线而出现的牙间部。
如图4、图5A和图5B所示，相位信号发送单元400具有设置在本体200上的定子410、与该定子410相对配置的转子420、控制对于定子410的信号的发送接收的发送接收控制部430、沿轴向设置在测杆300上的卡合槽320、设置在转子420上而与卡合槽320进行卡合的卡合销421、将卡合销421向卡合槽320进行预压的预压力给予机构440、将卡合销421相对于转子420卡定并支承的卡合销支承机构450。
在图4中，为了将结构表示得容易明白，而将定子410和转子420描绘成比实际更离开。
定子410被固定设置在前部筒210的内部的后部筒220的一端侧，定子410的旋转是被限制的。在定子410与后部筒220之间介装有弹簧411，将定子410向一端侧施力。转子420具备设置成能够与测杆300独立旋转的转子衬套423，该转子衬套423的另一端侧与定子410相对配置。转子衬套423通过与微分筒211螺合的调整螺杆424而向另一端侧施力。测杆300被配置成插入贯通定子410和转子420的状态。
关于发送接收控制部430的结构和由发送接收控制部430对定子410的信号控制在后面叙述。
卡合槽320与测杆300的轴平行地直线状地设置。卡合槽320其剖面形状是大致V形，顶角是约从60°到90°(参照图5A和图5B)。
卡合销421插入转子衬套423上形成的通孔内，其前端部具有球状的前端球。前端球的直径是约0.8mm到1.5mm左右。前端球与卡合槽320卡合。
预压力给予机构440是由一片板簧卷绕而形成轮状的环状板簧441构成。环状板簧441也可以是一端与另一端分离的不连续的环形状，一端与另一端也可以是重叠的。环状板簧441嵌设在插入有卡合销421状态的转子衬套423的外侧面，而将卡合销421的根端向测杆300施力。这时，突出设置在卡合销421根端的小销422则插入到环状板簧441中而不能拔脱，卡合销421则挂卡在环状板簧441上。
通过这样将卡合销421挂卡在环状板簧441上，就构成了卡合销支承机构450。通过在该卡合销支承机构450上卡合销被挂卡在环状板簧441上，如图5B所示，即使在将测杆300从转子420中拔出的情况下，卡合销也不会从转子衬套423脱落，卡合销的位置大致被维持。
下面，简单说明相位信号发送单元400中利用定子410来检测转子420的旋转相位的原理。
该相位信号发送单元400是所谓的一圈旋转ABS(绝对检测)旋转式编码器。
图6(A)、(B)是表示定子410和转子420相互的相对面的图。
图6(A)部分是表示定子410的一个面，图6(B)部分是表示转子420的一个面。
在定子410上，在与转子420相对的面上设置有内侧和外侧双重配置的电极部，即内侧设置有第一定子电极部(第一通道)460，在第一定子电极部460的外侧设置有第二定子电极部(第二通道)470(参照图6(A))。
第一和第二定子电极部460、470连接在发送接收控制部430。在转子420上，在与定子410相对的面上设置有内侧和外侧双重配置的电极部，即内侧设置有与第一定子电极部460进行电磁耦合的第一耦合电极部480，在外侧设置有与第二定子电极部470进行电磁耦合的第二耦合电极部490(参照图6(B))。
发送接收控制部430具备发送控制部431和接收控制部432，发送控制部431向第一和第二定子电极部460、470发送规定的交流信号，接收控制部432接收来自第一和第二定子电极部460、470的信号。
首先，参照图6(A)说明第一定子电极部460和第二定子电极部470。
第一定子电极部460具有第一发送电极部461，其由环状配置的一根电极线所构成；以及第一接收电极部462，其位于第一发送电极部461的内侧，由以规定间距分别形成连续的菱形线圈的三根电极线462A～462C所构成，作为整体被配置成环状。
同样，第二定子电极部470具有第二发送电极部471，其由环状配置的一根电极线所构成；以及第二接收电极部472，其位于第二发送电极部471的内侧，由以规定间距分别形成连续的菱形线圈的三根电极线472A～472C所构成，作为整体被配置成环状。
构成第一接收电极部462的电极线(462A～462C)分别构成9个(9个周期)的菱形，构成第二接收电极部472的电极线(472A～472C)分别构成10个(10个周期)的菱形，各接收电极部462、472中三根电极线相位错开而重叠配置。
图6(A)中，可看出配线交叉的部分在与图面正交的方向上离开以确保绝缘。
第一接收电极部462和第二接收电极部472与将本来一个一个独立的环状线圈通过一根电极线连接的结构是同等的，即各菱形线圈起到与一个线圈等同的作用。
其中，第一和第二发送电极部461、471的各电极线连接在发送控制部431上，从发送控制部431向各电极线施加规定的交流信号。
第一和第二接收电极部462、472的各电极线连接在接收控制部432上，通过接收控制部432以规定的采样周期对第一和第二接收电极部462、472的信号进行采样。
下面参照图6(B)说明第一耦合电极部480和第二耦合电极部490。
第一耦合电极部480由形成矩形波状并且整体配置成环状的电极线构成。第二耦合电极部490也是同样，由形成矩形波状并且整体配置成环状的电极线构成。
另外，第一耦合电极部480是9个周期的矩形波，第二耦合电极部490是10个周期的矩形波。并且，第一耦合电极部480和第二耦合电极部490的矩形波与将本来一个一个独立的环状线圈通过一根电极线连接的结构是同等的，即各矩形波起到与一个线圈相等的作用。
该结构中，当从发送控制部431分别向第一发送电极部461和第二发送电极部471通入电流(交流电流)(i1)时，则在第一和第二发送电极部461、471的电极线周围产生感应磁场(B1)。
于是，由于第一定子电极部460与第一耦合电极部480进行电磁耦合，第二定子电极部470与第二耦合电极部490进行电磁耦合，所以在第一耦合电极部480和第二耦合电极部490中产生感应电流(i2)并且由该感应电流(i2)而产生感应磁场(B2、B3)。
而且，由于第一耦合电极部480与第一接收电极部462进行电磁耦合，第二耦合电极部490与第二接收电极部472进行电磁耦合，所以通过第一耦合电极部480和第二耦合电极部490的磁场图形(磁界パタ一ン)而使第一接收电极部462和第二接收电极部472的电极线产生感应电流(i3)。
在此，由于相对于第一耦合电极部480和第一接收电极部462的是9个周期，而第二耦合电极部490和第二接收电极部472是10个周期，所以相对于转子420每旋转一圈，第一接收电极部462的第一检测相位是表示10个周期的变化，第二接收电极部472的第二检测相位表示9个周期的变化。因此，相对于转子420的旋转角度θ(0°≤θ＜360°)，第一接收电极部462的第一相位信号φ1与第二接收电极部472的第二相位信号φ2是不同的，在转子420旋转一圈过程中，相对于不同的转子420的旋转角度θ，第一相位信号φ1与第二相位信号φ2的相位差Δφ不同。因此，相反地根据第一相位信号φ1与第二相位信号φ2的相位差Δφ能够唯一地确定转子420旋转一圈以内的旋转相位θ。
另外，由接收控制部432对于第一接收电极部462和第二接收电极部472进行的信号的采样周期设定为12.5ms左右。
下面，对运算处理部500进行说明。
运算处理部500具有计算转子420旋转角度θ的旋转角度计算部510、对转子420的旋转圈数进行计数并计算的旋转圈数计算部520、计算转子420总旋转相位的总旋转相位计算部530、计算测杆300的绝对位置的测杆位置计算部540。
旋转角度计算部根据由接收控制部432采样的第一接收电极部462和第二接收电极部472的信号，来求第一接收电极部462的第一相位信号φ1和第二接收电极部472的第二相位信号φ2，进而，根据第一相位信号φ1与第二相位信号φ2的差Δφ来计算转子420的旋转角度θ(0°≤θ＜360°)。
旋转圈数计算部520监视由旋转角度计算部510计算出的转子420的旋转角度θ，并对转子420的旋转圈数进行计数。例如，在旋转角度计算部510中，当转子420的相位θ是5°→95°→185°→275°→5°这样变化时，在从275°到5°的变化过程中，由于通过了360°，所以计数为转子420旋转了正的一圈。
同样，在转子420的相位θ是从5°→275°变化的情况下，由于反向旋转而通过了360°，所以计数为转子420旋转了负的一圈。
这样，旋转圈数计算部520将测杆300位于基准位置的状态作为旋转圈数是0，对从此开始的转子420的旋转圈数N进行计数。总旋转相位计算部530根据由旋转圈数计算部520计数的转子420的旋转圈数N和由旋转角度计算部510计算出的转子420的旋转角度θ，来计算转子420的总旋转相位。例如，在由旋转圈数计算部520计数的转子420的旋转圈数N是2，而由旋转角度计算部510计算出的转子420的旋转角度θ是45°的情况下，则由总旋转相位计算部530计算出的总旋转相位就是765°(＝360°×2+45°)。
测杆位置计算部540根据总旋转相位计算部530计算出的转子420的总旋转相位，来计算测杆300的绝对位置。在测杆300每旋转一圈的螺距是2mm，转子420的总旋转相位是765°的情况下，测杆300的绝对位置则是4.25mm(＝765°÷365°×2mm)。
其中，由相位信号发送单元400和运算处理部500构成检测测杆位置的检测装置。
数字显示部600显示由测杆位置计算部540计算出的测杆300的绝对位置。
下面，对具备这种结构的第一实施例的动作进行说明。
首先，当使测杆操作部230的盖筒235旋转后，则第一棘轮242与盖筒235一体旋转。通过第一棘轮242与第二棘轮243的啮合而将第一棘轮242的旋转传递给第二棘轮243，支承轴241则与第二棘轮243一起旋转。测杆300与该支承轴241一起旋转，并通过本体200(后部筒220)的内螺纹221与测杆300的进给螺纹310的螺合而使测杆300在轴向上进退。当测杆300旋转时，通过卡合在测杆300的卡合槽320内的卡合销421使转子420与测杆300一起旋转。
该转子420的旋转由定子410进行检测，来自定子410的第一接收电极部462和第二接收电极部472的各电极线的信号由接收控制部432进行采样。
然后，由旋转角度计算部510根据第一接收电极部462的第一相位信号φ1与第二接收电极部472的第二相位信号φ2的相位差来计算转子420的旋转角度。而旋转图数计算部520监视由旋转角度计算部510计算出的旋转角度θ，并由旋转圈数计算部520对转子420的旋转圈数进行计数。
由总旋转相位计算部530根据由旋转角度计算部510计算出的转子的旋转角度θ和由旋转圈数计算部520计数的转子420的旋转圈数，来计算转子420的总旋转相位。由于总旋转相位计算部530计算出的转子420的总旋转相位是测杆300的总旋转相位，所以根据该测杆300的总旋转相位和测杆每旋转一圈的进退螺距(例如2mm)，由测杆位置计算部540计算测杆300的绝对位置。
这样计算出的测杆位置在数字显示部600进行显示。
在此，当通过测杆操作部230的操作而使测杆300进行移位并使测杆300抵接到被测定物时，则测杆300不能进一步地推进。这时，若过度地旋转测杆300，则会在第一棘轮242与第二棘轮243之间施加规定以上的负荷。于是，第一棘轮242相对于第二棘轮243进行空转。由于通过该第一棘轮242的空转使得在规定负荷以上的情况下，测杆操作部230的旋转操作不会向测杆300传递，所以测杆300不会以规定以上的压力来按压被测定物，从而防止了被测定物的破损。
根据具备这种结构第一实施例，可具有如下的效果。
(1)当根据来自相位信号发送单元400的相位信号来求测杆300的旋转相位时，由于在测杆300旋转一圈以内时第一相位信号φ1与第二相位信号φ2的相位差Δφ相对于不同的旋转角度是不同的值，所以根据该相位差Δφ能够唯一地确定测杆300的旋转角度。
因此，不需要象以往那样将信号增量，并不会出现由于测杆300的高速旋转而产生信号跳读等问题，所以不需要限制测杆300的转速，容许测杆300的高速旋转，从而能够提高千分尺100的操作性。
(2)由于通过来自相位信号发送单元400的相位信号来唯一地确定测杆300的旋转角度，不会出现象以往那样的增量式的信号跳读的问题，所以能够使相对测杆300的旋转的相位信号的变化细密化。通过这样使相对测杆300的旋转的相位信号的变化细密化，能够提高对于测杆300的旋转角度的分辨率。特别是在本实施例中，为了使操作性变得良好而增大了测杆300每旋转一圈的进退螺距，结果通过使相对测杆300的旋转的相位信号的变化细密化，提高了测杆300的旋转角度的分辨率，从而能够以高分辨率来检测测杆的移位。
(3)由于相位信号发送单元400只要以在旋转圈数计算部520中不会将测杆300的旋转圈数跳读的程度的间隔发送相位信号便可，所以与现有的增量式相比，能够减少信号发送的定时，其结果能够减少耗电。
(4)由于第一与第二定子电极部460、470和第一与第二耦合电极部490由电极线462A～462C、472A～472C构成，所以易于细密地形成电极线的图形。因此，能够使相对转子420的旋转角度的相位信号的变化细密化而提高转子420的旋转角度的分辨率。此外，由于第一与第二定子电极部460、470和第一与第二耦合电极部490通过电磁耦合来进行信号交接，所以不受定子410与转子420之间的间隙变化的影响，从而能够准确地检测转子420的旋转角度。
(5)由于通过环状板簧441(预压力给予机构440)而将卡合销421向卡合槽320进行预压，所以能够可靠地使卡合销421与卡合槽320无间隙地卡合，而将测杆300的旋转准确地向转子420传递。因此，通过由定子410读取转子420的旋转角度就能准确地检测测杆300的旋转角度。当测杆300每旋转一圈的进退量大时，则关系到微小的旋转角度的读取误差大的测杆位置的检测误差，而由于能够准确地检测测杆300的旋转角度，所以能够提高测定精度。
(6)由于即使将测杆300从转子420上卸下来时也能够通过卡合销支承机构450维持卡合销421的位置，所以易于再次将测杆300对于转子420安装。因此能够简便地进行测杆300的更换等。
(7)由于设置了定压机构240，所以在使测杆操作部230的盖筒235旋转时，当达到规定负荷以上时，则定压机构240空转，使盖筒235的旋转不能向测杆300传递。这样，能够将测杆300接触被测定物时的接触压力限制在规定压力以下。因此，不会由于测杆300而使被测定物破损。特别是在增大测杆300每旋转一圈的进退螺距的情况下，虽然由于测杆300以高速进行移位而有可能使被测定物破损，但在本实施例中，由于通过定压机构240使测杆300不会以规定以上的负荷进行旋转，所以不会由测杆300而使被测定物破损。
(8)由于相位信号发送单元400是对测杆300旋转一圈以内的旋转角度进行绝对检测，且主要由与测杆300一起旋转的转子420和检测该转子420的旋转角度的定子410构成，所以能够使相位信号发送单元400小型化。例如，也可以考虑利用检测测杆300的绝对位置的编码器，但由于这种检测直线移动的绝对位置的编码器是直线式的，所以尺寸非常大，而难以适于作为小量具的千分尺100。但这点在本实施例中，由于仅对测杆300的旋转角度θ进行绝对检测，所以能够实现旋转式的相位信号发送单元400，从而能够实现非常小的尺寸。
(变形例)下面，参照图7～图10说明本发明的第一变形例～第四变形例。
第一变形例～第四变形例的基本结构与第一实施例相同，但在卡合销421的形状和预压力给予机构440的结构上有特点。
首先，参照图7说明第一变形例，卡合销421被旋入转子衬套423中。并且，卡合销421的前端从侧面看是成三角形前端细的形状。
参照图8说明第二变形例，卡合销421被旋入转子衬套423中。并且，卡合销421的前端是截头圆锥形状。此外，测杆300的卡合槽320在图8的剖面图中是具有从底面两端立设的侧壁的形状。
另外，在第一变形例和第二变形例中，通过卡合销421螺合在转子衬套423上而构成卡合销支承机构450。
参照图9说明第三变形例，卡合销421的前端是平坦面，测杆300的卡合部320也形成为平坦面。
另外，在作为预压力给予机构440是将环状板簧441从转子衬套423的外侧进行嵌设这一点上与第一实施例是相同的。
下面，参照图10说明第四变形例。
第四变形例的基本结构与第一实施例相同，但预压力给予机构440由一端固定在转子衬套423上而另一端将卡合销421向卡合槽320按压的板簧442构成。并且，通过设置在卡合销421根端侧的小销422挂卡在板簧442上而构成卡合销支承机构450。
本发明并不限定于上述的实施例，在能够达到本发明目的范围内的变形、改良等都包含在本发明内。
虽然以测杆的进给螺纹是1mm～2mm的大导程的情况为例进行了说明，但测杆的进给螺纹也可以是多条螺纹。
相位信号发送单元并不限定于是上述结构，只要是能够对测杆旋转一圈以内的旋转角度进行绝对检测的结构便可。
相位信号发送单元只要以规定的采样间隔检测转子的旋转角度便可，旋转圈数计算部只要能以不跳读转子的旋转圈数的程度来检测转子的旋转角度便可。例如在以能够手动操作的最高旋转速度使测杆旋转一圈的期间内，只要能够将转子的旋转角度检测三次以上便可。
优选地旋转圈数计算部在测定器的电源断开时能够存储旋转圈数。这样，当电源再次接通时，即使不将测杆返回的旋转圈数是零的基准位置，也能够继续计算测杆的绝对位置。
作为本发明的测定器并不限定于千分尺，当然也可以是测微头等，只要是作为可动部件的测杆通过进行旋转而在轴向上进退的测定器便可。
权利要求
1.一种测定器，其特征在于，具有本体；测杆，其螺合在所述本体上并且设置成通过旋转而在轴向上自由进退；相位信号发送单元，其根据所述测杆的旋转相对于测杆的不同旋转角度发送不同值的相位信号；以及运算处理单元，其对所述相位信号进行运算处理来求所述测杆的绝对位置，所述相位信号发送单元以规定的间隔发送所述相位信号，所述运算处理单元具有旋转角度计算部，其根据所述相位信号计算所述测杆的旋转角度；旋转圈数计算部，其根据由所述旋转角度计算部计算出的所述测杆的旋转角度来对所述测杆的旋转圈数进行计数；总旋转相位计算部，其根据由所述旋转圈数计算部计数的测杆的旋转圈数和由所述旋转角度计算部计算出的测杆的旋转角度，计算所述测杆的总旋转相位；以及测杆位置计算部，其根据由所述总旋转相位计算部计算出的所述测杆的总旋转相位来计算所述测杆的绝对位置。
2.如权利要求1所述的测定器，其特征在于，所述相位信号发送单元具有与所述测杆一体地旋转的转子；以及以与所述转子相对的状态设置在所述本体上并发送与所述转子的旋转角度对应的相位信号的定子，所述定子，作为检测所述转子的旋转并发送相互不同的信号的两个检测通道，具有发送第一相位信号的第一通道和发送与第一相位信号进行不同的周期变化的第二相位信号的第二通道，相对于所述转子的不同的旋转角度而所述第一相位信号与所述第二相位信号的相位差是不同的，所述旋转角度计算部根据所述相位差来计算所述转子的旋转角度。
3.如权利要求2所述的测定器，其特征在于，所述定子具有被施加交流信号的发送电极和具有规定数量的与一个周期的相位变化对应的检测图形的接收电极，所述转子具有与所述发送电极和所述接收电极进行电磁耦合并且具有与所述接收电极对应数量的检测图形的耦合电极。
4.如权利要求1到权利要求3的任一项所述的测定器，其特征在于，所述测杆每旋转一圈移位1mm以上。
5.如权利要求2所述的测定器，其特征在于，所述测杆具有沿轴向设置的卡合部，所述相位信号发送单元具有设置在所述转子上且与所述卡合部卡合的卡合销；以及将所述卡合销向所述卡合部进行预压的预压力给予机构。
6.如权利要求5所述的测定器，其特征在于，所述卡合销被设置成相对于所述转子在与所述测杆的轴向正交的方向上自由滑动，所述预压力给予机构具有被挂卡在所述转子上并且将所述卡合销向所述卡合部施力的板簧。
7.如权利要求5或权利要求6所述的测定器，其特征在于，所述相位信号发送单元具有将所述卡合销相对于所述转子卡定的卡合销支承机构。
8.如权利要求4所述的测定器，其特征在于，所述本体具有用手动操作所述测杆的旋转的测杆操作部，所述测杆操作部具有盖筒，其被设置成在所述本体的外侧面能够转动；定压机构，其设置在所述盖筒与测杆之间，当作用于该盖筒与所述测杆之间的负荷小于规定值时，其将所述盖筒的转动向所述测杆传递，并且，当所述负荷为规定值以上时，其在所述盖筒与所述测杆之间空转。
全文摘要
本发明提供一种测定器，其具备根据测杆(300)的旋转而相对测杆(300)的不同旋转角度发送不同值的相位信号的相位信号发送单元(400)和运算处理相位信号而求出测杆的绝对位置的运算处理部(500)。相位信号发送单元以规定的间隔发送相位信号。由于相对于测杆(300)不同的旋转角度而相位信号是不同的值，所以根据相位信号能够唯一地确定测杆(300)的旋转角度。由于与增量式不同而不会出现相位信号的跳读等问题，所以容许测杆(300)的高速旋转而能够提高测定器的操作性。而且，由于不会出现相位信号跳读的问题，所以能够使相对测杆(300)的旋转的相位信号的变化细密化。
文档编号G01B3/18GK1900649SQ20061010801
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月24日 优先权日2005年7月22日
发明者林田秀二, 辻胜三郎, 藤川勇二 申请人:三丰株式会社