特許 6262512 力感知キャリパーにおいて測定力閾値を設定するシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6262512

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】力感知キャリパーにおいて測定力閾値を設定するシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 3/20 20060101AFI20180104BHJP

【ＦＩ】

   G01B3/20 101B

【請求項の数】22

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-252470(P2013-252470)

(22)【出願日】2013年12月5日

(65)【公開番号】特開2014-115287(P2014-115287A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2016年11月10日

(31)【優先権主張番号】13/706,225

(32)【優先日】2012年12月5日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】マイケル ネイハム

(72)【発明者】

【氏名】ジョセフ ディー． トバイアソン

(72)【発明者】

【氏名】ケイシー イー． エムトマン

【審査官】 池田 剛志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１１８８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０１２６０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６１−１５８８１２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０３−０７８２０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０４２３３７４３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００４７００９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ３／００− ３／０８

３／１１− ７／３４

２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定中にワークピースに当接される第１の測定面を含むスケール部材と、
測定中にワークピースに当接される第２の測定面を含むスライダと、
前記スケール部材に沿った前記スライダの位置に応じて位置信号を提供するように構成された変位センサと、
前記スライダに配置され、測定中、前記第１及び第２の測定面のうちの少なくとも一方を通して、ユーザがワークピースに対して及ぼす測定力の変化に応じて、力信号を提供するように構成された力感知装置と、
前記位置信号を受信し、前記スライダの前記位置を示すように構成された信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記力信号を受信し、前記スライダの各位置に対応する各力を特定し、
前記各力及び対応する前記スライダの各位置を含む力データを取得し、
前記測定力の変動に依らない前記力信号に含まれる少なくとも１つの力成分に対応する補償力を超えるように最小力閾値を決定し、
前記最小力閾値により許容可能測定力範囲を定義するように構成される、キャリパー。

【請求項2】

前記最小力閾値は、組立時、及びユーザがワークピースに力を及ぼさずに前記スライダを動かして前記力データを取得する工程を含む較正時のうちの一方の間に、前記キャリパーに記憶される力較正データに基づく静的閾値である、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項3】

前記力較正データは、前記較正時に記憶され、
前記信号処理部は、前記ユーザが前記スライダを動かしている間に取得される前記力データを解析して、解析された前記力データに基づいて前記最小力閾値を設定するように構成される、請求項２に記載のキャリパー。

【請求項4】

前記信号処理部は、解析された前記力データに基づいて補償力を決定し、その補償力に基づいて前記最小力閾値を設定するように構成される、請求項３に記載のキャリパー。

【請求項5】

前記最小力閾値は動的閾値であり、
前記信号処理部は、測定中に取得される前記力データを解析して、前記第１及び第２の測定面の少なくとも一方と前記ワークピースとの接触前データを識別し、その接触前データに基づいて前記最小力閾値を設定するように構成される、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項6】

前記信号処理部は、前記接触前データに基づいて現在の補償力を決定し、前記現在の補償力に基づいて前記最小力閾値を設定するように構成される、請求項５に記載のキャリパー。

【請求項7】

前記信号処理部は、
ユーザが外側測定を行う場合、前記測定力の変動に依らない前記力信号に含まれる少なくとも１つの力成分に対応する第１の補償力を超えるように外側測定用の前記最小力閾値を決定し、
ユーザが内側測定を行う場合、前記測定力の変動に依らない前記力信号に含まれる少なくとも１つの力成分に対応する第２の補償力を超えるように内側測定用の前記最小力閾値を決定するように構成される、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項8】

前記許容可能測定力範囲は、最大力閾値によりさらに定義される、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項9】

前記最大力閾値は静的閾値である、請求項８に記載のキャリパー。

【請求項10】

前記信号処理部は、前記最小力閾値に応じて前記最大力閾値を定義するように構成される、請求項８に記載のキャリパー。

【請求項11】

前記信号処理部は、測定中に取得される前記力データを解析し、前記最大力閾値が、比較的軟らかいワークピースの場合には前記最小力閾値に近い値となり、比較的硬いワークピースの場合には前記最小力閾値から離れた値となるように前記最大力閾値を動的に定義するように構成される、請求項８に記載のキャリパー。

【請求項12】

前記信号処理部は、測定中に取得される前記力データを解析し、ワークピースのばね定数を特徴付け、前記ばね定数に基づいて、前記最小力閾値に応じた前記最大力閾値を定義するように構成される、請求項１１に記載のキャリパー。

【請求項13】

前記スライダに配置される力アクチュエータをさらに含み、前記力アクチュエータは、寸法の変動により前記測定力を変更するばねを含む、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項14】

前記力感知装置は、変形可能部材と、前記変形可能部材の変形を感知する歪みセンサと、を含み、
前記力アクチュエータ及び前記力感知装置は、前記変形が、前記ばねの寸法に対応するように構成される、請求項１３に記載のキャリパー。

【請求項15】

前記信号処理部により制御される力状態インジケータをさらに含み、
前記信号処理部は、測定中に取得される前記力データを解析して、前記力状態インジケータを制御するように構成され、
前記力状態インジケータは、現在の測定力が前記許容可能測定力範囲内にあるように前記測定力を増大させなければならないことを示す第１の状態、及び、現在の測定力が前記許容可能測定力範囲内にあり、前記スライダの現在の位置が、前記信号処理部により使用される基準に従った有効なワークピース測定であることを示す第２の状態を示し得る、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項16】

前記許容可能測定力範囲は、最大力閾値によりさらに定義され、
前記力状態インジケータは、現在の測定力が前記許容可能測定力範囲内にあるように前記測定力を低減させなければならないことを示す力過大状態を示し得る、請求項１５に記載のキャリパー。

【請求項17】

前記基準は、力逆転基準を含み、
前記信号処理部は、取得される前記力データの前記解析が、前記基準に従って力逆転が発生したことを示す場合、前記スライダの位置が有効なワークピース測定ではないことを示す力逆転状態を、力変更動作及び位置変更動作のうちの少なくとも一方が前記ユーザにより実行されて、前記力逆転状態が解除されるまで続けさせる、請求項１６に記載のキャリパー。

【請求項18】

前記信号処理部は、前記キャリパーのディスプレイを使用して、前記力変更動作及び前記位置変更動作のうちの少なくとも一方を実行するに当たり、前記ユーザをガイドするユーザプロンプトを表示するように構成される、請求項１７に記載のキャリパー。

【請求項19】

前記力状態インジケータの前記第１の状態は、オンのインジケータ灯を含まず、前記力状態インジケータの前記第２の状態は、第１の色のインジケータ灯を含み、前記力状態インジケータの前記力過大状態は、第２の色のインジケータ灯を含み、前記力状態インジケータの前記力逆転状態は、明滅しているインジケータ灯を含む、請求項１８に記載のキャリパー。

【請求項20】

前記少なくとも１つの力成分は、前記スケール部材への前記スライダの摩擦に依存するスライダ摩擦力成分を含む、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項21】

前記少なくとも１つの力成分は、前記キャリパーの向き及び前記スライダと共に移動するスライダアセンブリの質量に依存する重力成分を含む、請求項１に記載のキャリパー。

【請求項22】

加速度計をさらに含み、前記信号処理部は、前記重力成分の特定に当たり、前記加速度計からの出力を利用する、請求項２１に記載のキャリパー。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

背景
電子位置エンコーダを使用する様々な電子キャリパーが知られている。これらのエンコーダは一般に、低電力の電磁誘導式、容量式、又は磁気式の位置感知技術に基づく。一般に、エンコーダは読み取りヘッド及びスケールを含み得る。読み取りヘッドは一般に、読み取りヘッドセンサ及び読み取りヘッド電子回路を含み得る。読み取りヘッドは、測定軸に沿った、スケールに対する読み取りヘッドセンサの位置に応じて変化する信号を出力する。電子キャリパーでは、スケールは一般に、細長いスケール部材に固定され、スケール部材は、第１の測定ジョーを含み、読み取りヘッドはスライダに固定され、スライダは、スケール部材に沿って移動可能であり、第２の測定ジョーを含む。したがって、２つの測定ジョー間の距離の測定は、読み取りヘッドからの信号に基づいて特定し得る。

【0002】

例示的な電子キャリパーは、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第ＲＥ３７４９０号、同第５，５７４，３８１号、及び同第５，９７３，４９４号に開示されている。力を測定可能な従来技術による電子キャリパーが、米国特許出願公報第２００３／００４７００９号に開示されている。’００９号公報に記載されているように、従来のキャリパーの使用における一欠点は、測定ジョーにより加えることができる力の変動及びその結果生じ得る測定の差である。これは特に、軟質の物体が測定されている場合に当てはまり、その場合、物体の測定は、高レベルの力をキャリパーのジョーに加える一測定者により変化し、それにより、軟質の物体を部分的に窪ませ得、その一方で、別の測定者は、軟質の物体が窪まないように低レベルの力を加える。解決策として、’００９号公報は、物体のサイズ及び物体に加えられる力の両方を測定可能なキャリパーを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第ＲＥ３７４９０号明細書

【特許文献2】米国特許第５，５７４，３８１号明細書

【特許文献3】米国特許第５，９７３，４９４号明細書

【特許文献4】米国特許出願公報第２００３／００４７００９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、’００９号公報のキャリパーは、力測定を行うが、正確な測定を得るために加えるべき適切なレベルの力を決定せず、示していない。さらに、’００９号公報は、所定の圧力が加えられる場合、サイズを測定し得、圧力及び対応するサイズを報告し得ることを示唆するが、これは、典型的なキャリパーユーザにとって人間工学的又は知覚的に様式化されるか、又は都合のよい動作モードではないため、直観的に理解不可能である。例えば、ユーザは、キャリパースライダ位置を追跡する、特定の圧力で急にフリーズしないキャリパー位置表示（最小サイズを有し、大量の情報を同時に表示することができない）を予期する。さらなる例として、’００９号公報は、摩擦が力の読み取りに影響し得ることを示すが、この問題に対処する人間工学的又は知覚的に様式化されるか、又は都合のよい方法を示唆していない。人間工学的に好都合であり、且つ直観的に理解可能なように、キャリパーを用いて物体の測定に利用すべき適切なレベルの力を確立して示す方法が必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

スケール部材と、スライダと、変位センサと、スライダに配置された力感知装置と、信号処理部と、を含む電動キャリパーが提供される。スケール部材は、測定中にワークピースに当接して配置される第１の測定面を含み、スライダは、測定中にワークピースに当接して配置される第２の測定面を含む。変位センサは、スケール部材に沿ったスライダの位置変化に応答して位置信号を提供するように構成される。力感知装置は、測定手順中、第１及び第２の測定面のうちの少なくとも一方を通して、ユーザがワークピースに対して及ぼす測定力の変化に応答して、力信号を提供するように構成される。信号処理部は、位置信号を受信し、スケール部材に沿ったスライダの各位置を示すように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】単方向力センサを有するハンドツール型キャリパーの第１の例示的な実施形態の分解組立図である。

【図2】双方向力センサを有するハンドツール型キャリパーの第２の例示的な実施形態の分解組立図である。

【図3】力アクチュエータ用のばね定数ばねのばね定数よりも高いことが予期されるばね定数を有するワークピースを測定する、図２のハンドツール型キャリパーの分解組立図である。

【図4A】硬質ワークピースの測定データを示すグラフである。

【図4B】軟質ワークピースの測定データを示すグラフである。

【図5】軟質ワークピースの測定データ及び関連付けられた較正プロセスを示すグラフである。

【図6】１つ又は複数の測定力閾値の一般的なルーチンの例示的な一実施形態を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

一態様によれば、信号処理部は、少なくとも第１の動作モードを含み、第１の動作モードでは、力信号を受信し、スライダの各位置に対応する各力を特定するように構成される。複数の各力及び対応するスライダの各位置を含む力データが取得される。信号処理部は、許容可能測定力範囲の最小力閾値を、測定力のユーザ変動から独立した力信号に含まれる少なくとも１つの力成分に対応する補償力を超えるように決定し、少なくとも最小力閾値により定義される許容可能測定力範囲を定義するようにさらに構成される。本明細書において使用される場合、補償力という用語は特定の信号処理を暗示しない。むしろ、補償力は単に、ワークピースに力として必ずしも伝達されない力信号の力成分を含むものと考えられ、したがって、測定中のワークピースへの実際の力が所望の範囲内にあるように、何らかの様式で力信号又は力信号閾値の補償又は調整が必要なことがある。

【0008】

別の態様によれば、いくつかの実施形態では、最小力閾値は、工場での組立時及びユーザがワークピースに力を及ぼさずにスライダを動かして、力データを取得する工程を含む現場での較正処理時のうちの一方の間に、キャリパーに記憶される力較正データに基づく静的閾値である。一実施形態では、信号処理部は、ユーザがスライダを動かしている間に取得される力データを解析して、解析された力データに基づいて最小力閾値を決定し設定するように構成される。一実施形態では、信号処理部は、解析された力データに基づいて補償力を決定し、その補償力に基づいて最小力閾値を設定するように構成される。

【0009】

別の態様によれば、いくつかの実施形態では、最小力閾値は動的閾値であり、信号処理部は、現在の測定手順中に取得された力データを解析して、第１及び第２の測定面の少なくとも一方とワークピースとの接触前データを識別し、その接触前データに基づいて現在の測定手順の最小力閾値を設定するように構成される。

【0010】

いくつかの実施形態では、信号処理部は、外側測定に第１の許容可能測定力範囲を定義し、内側測定に第２の許容可能測定力範囲を定義するように構成される。

【0011】

別の態様によれば、いくつかの実施形態では、許容可能測定力範囲は、最大力閾値よりさらに定義される。いくつかの実施形態では、最大力閾値は静的な閾値であり、他の実施形態では、信号処理部は、最小力閾値に相対して最大力閾値を定義するように構成される。

【0012】

別の態様によれば、いくつかの実施形態では、信号処理部は、現在の測定手順中に取得された力データを解析し、比較的より軟らかいワークピースの場合には最小力閾値に近い値に、比較的より剛性のワークピースの場合には最小力閾値から離れた値に、現在の測定手順の最大力閾値を動的に定義するように構成される。例えば、一実施形態では、信号処理部は、現在の測定手順中に取得された力データを解析し、ワークピースのばね定数を特徴付け、特徴付けられたワークピースばね定数に基づいて、最小力閾値に対する現在の測定手順の最大力閾値を定義するように構成される。

【0013】

別の態様によれば、いくつかの実施形態では、キャリパーは、スライダに配置される力アクチュエータを含み得、力アクチュエータは、ユーザにより変更されて、測定力を変更する寸法を有するばね定数ばねを含む。いくつかの実施形態では、ばね定数ばねは、最大で６Ｎ／ｍｍ且つ最小で０．２５Ｎ／ｍｍのばね定数を有する。いくつかの実施形態では、力感知装置は、変形可能部材と、変形可能部材の変形を感知する歪みセンサと、を含み得、力アクチュエータ及び力感知装置は、変形が、ばね定数ばねの変更された寸法に対応するように構成し得る。

【0014】

別の態様によれば、キャリパーは、信号処理部により制御される力状態インジケータを含み、信号処理部は、現在の測定手順中に取得された力データを解析して、力状態インジケータを制御するように構成され、力状態インジケータは、現在の各測定力を許容可能測定力範囲内にあるように増大させなければならないことを示す第１の状態、及び、現在の各測定力が許容可能測定力範囲内にあり、スライダの現在の各指示位置が、信号処理部により使用される基準に従った有効なワークピース測定であることを示す第２の状態を示し得る。許容可能測定力範囲は、最大力閾値によりさらに定義され、力状態インジケータは、第１及び第２の状態とは異なり、現在の各測定力が許容可能測定力範囲を超え、許容可能測定力範囲内にあるように低減しなければならないことを示す力過大状態を示し得る。別の態様によれば、いくつかの実施形態では、力状態インジケータの状態を制御するために信号処理部により使用される基準は、力逆転基準を含み、信号処理部は、取得された力データの解析が、基準に従って力逆転が発生したことを示す場合、第１及び第２の状態とは異なり、スライダの示される現在の各位置が有効なワークピース測定ではないことを示す力状態インジケータの力逆転状態を、力変更動作及び位置変更動作のうちの少なくとも一方が、ユーザにより実行されて、力逆転状態を解除するまで続けさせる。いくつかの実施形態では、信号処理部は、キャリパーのディスプレイを使用して、力逆転状態を解除するために必要な力変更動作及び位置変更動作のうちの少なくとも一方を実行するに当たり、ユーザをガイドするユーザプロンプトを表示するように構成される。特定の一実施形態では、力状態インジケータの第１の状態は、オンのインジケータ灯を含まず、力状態インジケータの第２の状態は、第１の色のインジケータ灯を含み、力状態インジケータの余剰力状態は、第２の色のインジケータ灯を含み、力状態インジケータの力逆転状態は、明滅しているインジケータ灯を含む。

【0015】

別の態様では、補償力の少なくとも１つの力成分は、スケール部材へのスライダの摩擦に依存するスライダ摩擦力成分を含み得る。代替又は追加として、少なくとも１つの力成分は、キャリパーの向き及びスライダと共に移動するスライダアセンブリの質量に依存する重力成分を含み得る。いくつかの実施形態では、キャリパーは、加速度計を含み、信号処理部は、重力成分の特定に当たり、加速度計からの出力を利用する。

【0016】

いくつかの実施形態では、信号処理部は、少なくとも２つの動作モードをキャリパーに提供するように構成し得る。２つのモードのうちの一方は、通常動作モード（例えば、ユーザに、力測定に関連する特別な動作を実行せず、寸法測定を特定するために、力測定を使用する必要がない、従来技術による市販のキャリパーに知られている動作を実質的に提供する）であり得る。そのようなモードは、比較的硬質のワークピースに適し、ユーザは、この場合、測定力に関連する動作に悩む必要がない。２つのモードのうちの他方は、力制御動作モード（例えば、キャリパーが有効測定力状況を示すか、又は有効測定力状況に対応する有効寸法測定を示す動作を提供する）である。力制御動作モードは、略して力モードと呼び得る。

【0017】

本発明の様々な実施形態について後述する。以下の説明は、完全な理解及びこれらの実施形態の可能な説明についての特定の詳細を提供する。しかし、当業者は、多くのこれらの詳細な説明がなくても本発明を実施し得ることを理解するだろう。さらに、周知の構造又は機能については、様々な実施形態の関連する説明を不必要に曖昧にしないように、詳細に示さず、又は説明しないことがある。以下に提示される説明において使用される用語は、本発明の特定の具体的な実施形態の詳細な説明と併せて使用されている場合であっても、最も広義の妥当な様式で解釈されることが意図される。

【0018】

図１は、単方向力センサを有するハンドツール型キャリパー１００の第１の例示的な実施形態の分解組立図である。この例では、キャリパー１００は、磁気式又は電磁誘導式のセンサアセンブリ１５８を含み、スケールトラック１２６（それぞれの切り欠き部が示される）を含むスケール基板１２５が、細長いスケール部材１０２に沿った溝１２７内に位置決めされる。他の実施形態では、他の種類のセンサアセンブリ１５８（例えば、容量式）を利用してもよいことが理解されるだろう。スライダアセンブリ１７０は、スライダ１３０に取り付けられた電装部１６０を含む。センサアセンブリ１５８は電装部１６０内に含まれる。キャリパー１００の全体の機械的構造及び物理的動作は、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第５，９０１，４５８号等の特定の従来の電子キャリパーの機械的構造及び物理的動作と同様であり、この特許を参照により本明細書に援用する。スケール部材１０２は、様々な溝及び／又は概して矩形の断面に組み込まれる他の特徴を含み得る剛性又は半剛性のバーである。スケール基板１２５は溝１２７に固く結合し得、スケールトラック１２６はスケール要素を含み得、スケール要素は、既知の電子キャリパーに使用され、先に援用したＲＥ３７４９０号特許及び５，９０１，４５８号特許並びに本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，４００，１３８号に記載されるのと同様に、電装部１６０に含まれるセンサアセンブリ１５８の対応する要素（図示せず）と協働し、米国特許第６，４００，１３８号を参照により本明細書に援用される。

【0019】

一対のジョー１０８及び１１０が、スケール部材１０２の第１の端部近傍に一体形成される。対応する対のジョー１１６及び１１８がスライダ１３０に形成される。ワークピースの外寸は、ワークピースをジョー１０８及び１１６の一対の係合面１１４間に配置することにより測定される。同様に、ワークピースの内寸は、ジョー１１０及び１１８の一対の係合面１２２をワークピースの対向する内面に当接して配置することにより測定される。ゼロ位置と称されることもある位置において、係合面１１４は互いに当接し、係合面１２２は位置合わせされ、キャリパー１００により測定される外寸及び内寸は両方とも、ゼロと示し得る。

【0020】

測定された寸法はデジタルディスプレイ１４４に表示し得、デジタルディスプレイ１４４は、キャリパー１００の電装部１６０のカバー１４０内に搭載される。電装部１６０は、押しボタンスイッチ１４１（例えば、「原点」スイッチ）」、力状態インジケータ１４２（例えば、２つ又は３つの色灯）、及び信号処理・表示回路基板１５０も含み得る。より詳細に後述するように、押しボタンスイッチ１４１は、一実施態様では、力閾値を設定するためにプロセスの一環として利用し得、力状態インジケータ１４２は、力閾値信号を提供するために利用し得る（例えば、力が所望の測定範囲内にある場合には「緑」、力が所望の測定範囲を超えた場合には「赤」）。信号処理・表示回路基板１５０は、加速度計１５６及び読み取りヘッド信号処理・制御回路１５９を含み得る。より詳細に後述するように、いくつかの実施形態では、加速度計１５６からの出力を、少なくとも１つの力成分の特定に利用し得る。いくつかの実施形態では、加速度計からの出力を利用して、キャリパーが有効な力測定の正確な向きにない場合を判断し得、その場合、警告信号をユーザに提供し得る。図１に示されるように、信号処理・表示回路基板１５０の底面は、スケール部材１０２の片側でスライダ１３０の上面に当接するように搭載し得る。

【0021】

力測定アセンブリ１８０がスライダ１３０に搭載される。この特定の実施形態では、力測定アセンブリ１８０は力感知装置を含み、この特定の実施形態では、力感知装置は歪み測定アセンブリ１８１により提供され、力測定アセンブリ１８０は、この特定の実施形態では、力アクチュエータアセンブリ１８２を含む。歪み測定アセンブリ１８１は、歪みセンサ１８３、歪み要素１８４、及び歪み要素アクチュエータ１８６を含む。歪みセンサ１８３は、歪み要素アクチュエータ１８６と係合することにより歪み要素１８４が湾曲する際、該歪み要素１８４に与えられる歪みの量を示す電気信号を生成する。歪み要素アクチュエータ１８６は、力アクチュエータアセンブリ１８２又はその一部に機械的に結合される。力アクチュエータアセンブリ１８２は、サムホイール１９１、力アクチュエータ本体１９２、ガイドロッド／軸受１９４、及び力アクチュエータ用のばね定数ばね１９６を含む。ユーザがサムホイール１９１を押して、スライダ１３０をスケール部材１０２の第１の端部に向けて移動させると、歪み要素アクチュエータ１８６が前方に押されて、歪み要素１８４をさらに湾曲させ、歪みセンサ１８３はこれを電気信号に変換する。

【0022】

力アクチュエータ用のばね定数ばね１９６は、スライダ１３０のガイドロッド／軸受穴１９５内に受けられるガイドロッド／軸受１９４の周囲に配置される。ユーザがサムホイール１９１を押して、スライダ１３０をスケール部材１０２の第１の端部に向けて移動させると、力アクチュエータ用のばね定数ばね１９６が圧縮される。より詳細に後述するように、力アクチュエータ用のばね定数ばね１９６の利用により、より広範な位置にわたって、より緩やかに力を増大又は低減させることができる。重要なことは、これが、測定プロセス中に所望量の力を提供するように制御を及ぼそうとする場合、ユーザにより正確な制御及びよりよい「感覚」を生じさせるということである。

【0023】

図２は、双方向力センサを有するハンドツール型キャリパー２００の第２の例示的な実施形態の分解組立図である。その他の点では、キャリパー２００はキャリパー１００と同様であり得、そのため、重要な違いのみについて図２に関して説明する。キャリパーの特定の部分は、双方向力センサの様々な構成要素をより明確に示し得るように、図２から省かれている。

【0024】

キャリパー２００とキャリパー１００との主な違いは、ガイドロッド／軸受１９４が力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６の２つの部分２９６Ａと２９６Ｂとの間をつないでいることであり、力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６もまた、いくつかの実施形態では、２つの別個のばねであり得る。図２に示されるように、２つの力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６Ａ及び２９６Ｂは、ガイドロッド／軸受１９４の周囲に配置され、ガイドロッド／軸受１９４に固定される仕切り２９６Ｃ（例えば、Ｃクリップリング）に当接する。この構成では、ユーザがサムホイール１９１を押して、スライダ１３０をスケール部材１０２の第１の端部に向けて移動させると、力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６Ａが、図１の力アクチュエータ用のばね定数ばね１９６の動作と同様に、圧縮する（例えば、ワークピースの外寸を測定する場合）。しかし、ユーザがサムホイール１９１を逆方向に移動させると（すなわち、スケール部材１０２の逆端部に向けてスライダ１３０の方向を逆にする）、アクチュエータばね定数ばね２９６Ｂが圧縮する（例えば、ワークピースの内寸を測定する場合）。このようにして、双方向測定構成が、ばね定数ばね２９６Ａ及び２９６Ｂを用いて達成される。

【0025】

一構成例では、キャリパー２００の全般動作は以下のように説明し得る。キャリパーは、ゼロセット位置において開始し得る。ゼロセット位置において、キャリパーは一般に、双方向測定範囲の中間にあり、ここで、力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６Ａ及び２９６Ｂはそれぞれ、おおよそ等しく付勢される。歪み要素１８４も、ゼロセット位置においてその範囲の中間付近に付勢される。ユーザがサムホイール１９１を押して、ばね定数ばね２９６Ａを圧縮する場合、限度位置Ｌ−外測に達し得る。限度位置Ｌ−外測は、外側測定力限度に対応し得る（例えば、ワークピースの外寸を測定する場合）。例えば、圧縮されたばね２９６Ａは、その密着高さに達し得、加えられる力の増大に伴う歪み要素１８４のさらなる偏向を阻止し、意味のある力測定を阻止する。同様に、ユーザがサムホイール１９１を逆方向に移動させる場合、限度位置Ｌ−内測に達し得る。限度位置Ｌ−内測は、内側測定限度に対応し得る（例えば、ワークピースの内寸を測定する場合）。一実施態様では、限度位置Ｌ−外側及びＬ−内測は、ばね２９６Ａ、２９６Ｂ、及び／又は歪み要素１８４がいつ望ましくない範囲に入るかに従って決定し得る。望ましくない範囲は、ばねがおおよそ密着高さに達しているため、力の感度が比較的ないか、又は出力が許容できないほど非線形になりつつあるポイントに達するばねにより定義し得る。一実施形態では、他のいかなる力限度にも達していない場合、限度位置Ｌ−外側又はＬ−内測に到達すると、歪み要素から、「赤」力状態インジケータ灯１４２の作動を引き起こして、力が所望の測定範囲を超えたことを示す出力を生成し得る（例えば、キャリパー信号処理において実施されるトリガ限度に基づいて）。

【0026】

図２の双方向測定構成が、２つの力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６Ａ及び２９６Ｂを用いて達成されるものとして示されるが、他の構成を実施してもよいことが理解されるだろう。例えば、代替の実施形態では、両端部が取り外せないように取り付けられた単一の力アクチュエータ用のばね定数ばねを利用してもよい。そのような構成では、同じばねを引っ張るか、又は押すことにより、必要な力を達成することができる。測定がワークピースの外寸の測定である特定の一例の説明では、そのようなばねは、３Ｎ〜５Ｎの範囲の力を用いて２ｍｍ〜４ｍｍ圧縮することができる。ワークピースの内寸の測定の場合、ばねは、３Ｎ〜５Ｎの範囲の力で２ｍｍ〜４ｍｍ伸ばすことができる。一般に、そのような実施形態及び／又は図２の実施形態に関して、特定の実施態様では、本発明者は、特定の人間工学特徴を提供するために、０．２５Ｎ／ｍｍ〜６Ｎ／ｍｍの範囲を有するばねの使用が望ましいと判断した。制御された力を加えながらキャリパーを使うとき、一般に片手のいくつかの指でキャリパースケールを把持し（したがって、キャリパーに対して手の大部分を固定する）、１本の指はスライダも包み得、そして親指を手に対して移動させて、力アクチュエータをスライダに対して調整し得ることを理解されたい。したがって、手の他の部分に対する親指の好都合の移動量が制限される。一般に、０．２５Ｎ／ｍｍ限度により、有用な量の力変動を、手の他の部分に対する親指の好都合で快適な移動量内で提供し得ることが保証され、その一方で、測定力を受けて曲がったり、且つ／又はクリープが生じるおそれがあるワークピースに対しても、上限６Ｎ／ｍｍにより、親指の小さな動きでの力変動が、ユーザが容易で安定した制御にとって高感度すぎると感じるほど大きくはないことが保証される。換言すれば、本発明者は、このばね定数範囲が、望ましい測定感触をユーザに提供することを発見した。レバー、ギア、又は他の既知の機械要素の使用を通して、他の実施形態では他のばね定数（例えば、０．０５Ｎ／ｍｍ〜２０Ｎ／ｍｍの範囲内）を使用し得るように、指の変位と力との関係を変更し得ることが理解されるだろう。いくつかの実施形態では、他のばねタイプ（例えば、弾性ポリマー材料）を使用して、ばね定数ばねを提供し得る。

【0027】

図３は、力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６Ａのばね定数よりも高いワークピースばね定数を有する、ワークピース３１０を測定する図２のハンドツール型キャリパーの分解組立図である。図３に示されるように、ワークピース３１０は、ジョー１０８に向かって移動しているジョー１１６に係合され、且つ／又はジョー１１６により圧縮される。ワークピース３１０の圧縮量は、寸法ＤＩＳＰｗｐにより示され、これは、ワークピースが圧縮される際のワークピースの変位量を示す。アクチュエータ本体１９２の対応する移動及びアクチュエータばね定数ばね２９６Ａの圧縮（ワークピースの圧縮の増分を提供する力の増分を提供する）は、寸法ＤＩＳＰａｃｔにより示される。以下の式は、寸法、加えられる力、及び各ばねのばね定数の間の様々な関係を示す。
ＤＩＳＰａｃｔ＝ΔＦ／Ｋａｃｔ （式１）
ＤＩＳＰｗｐ＝Δｍｅａｓ＝ΔＦ／Ｋｗｐ （式２）
ＤＩＳＰａｃｔ／ＤＩＳＰｗｐ＝［ΔＦ／Ｋａｃｔ］／［ΔＦ／Ｋｗｐ］＝Ｋｗｐ／Ｋａｃｔ （式３）

【0028】

式１に示されるように、アクチュエータの変位ＤＩＳＰａｃｔは、力差ΔＦをアクチュエータばねの定数Ｋａｃｔで割ったものに等しい。式２に示されるように、ワークピースＤＩＳＰｗｐの圧縮変位は、測定差Δｍｅａｓに等しく、Δｍｅａｓは、力差ΔＦをワークピースの圧縮定数Ｋｗｐで割ったものに等しい。式３に示されるように、アクチュエータの全体変位ＤＩＳＰａｃｔを、ワークピースの圧縮変位ＤＩＳＰｗｐで割ったものは、ワークピースの圧縮定数Ｋｗｐを、アクチュエータばねの圧縮のばね定数Ｋａｃｔで割ったものに等しい。

【0029】

式１〜３の上記関係から、いくつかの実施形態では、アクチュエータばね２９６Ａ及び２９６Ｂが、予期されるワークピースばね定数よりも低いこと（すなわち、ワークピースばね定数圧縮定数Ｋｗｐよりも低いアクチュエータばね定数圧縮定数Ｋａｃｔ）が望ましい。非常に剛性が高い硬質の金属製ワークピースの場合、そのようなワークピースはあまり圧縮されず、加えられる力を上手く制御する必要がないため、高い力アクチュエータばね定数又はさらに剛性の高い力アクチュエータが許容可能であり得る。しかし、これは、加えられる測定力に応じた測定寸法まで圧縮される軟らかいワークピースには当てはまらない。そのようなワークピースの場合、アクチュエータばね２９６Ａ及び２９６Ｂのばね定数は、測定再現性及び人間工学的考察の両方により重要である。これらは一般に、上で概説したように、サムホイール１９１のユーザによる移動に対する「親指感度」の変位許容差に関連する。換言すれば、サムホイール１９１の移動が、許容可能な「測定感覚」をユーザに提供することを保証することが望ましい。上述したように、特定の一実施態様例では、力アクチュエータ用のばね定数ばね２９６Ａ及び２９６Ｂが０．２５Ｎ／ｍｍ〜６Ｎ／ｍｍの範囲内にあることが望ましいことがある（例えば、特定の一実施態様例では、０．６Ｎ／ｍｍばねが許容可能な測定感覚を提供した）。

【0030】

図４Ａ及び図４Ｂは、硬質及び軟質ワークピースのそれぞれの測定データ及び関連する考慮事項を示すグラフ４００Ａ及び４００Ｂである。図１に関して上述したように、特定の実施態様では、信号をユーザに提供して、測定力読み取り値が所望の範囲に入ったときを示し得る（例えば、所望の測定力範囲に入ると、図１の力状態インジケータ１４２において緑色光を提供し得る）。さらに、いくつかの実施態様では、大きすぎる力が加えられている場合、別のインジケータを提供することが望ましいこともある（例えば、図１の力状態インジケータ１４２において赤色光を提供して、大きすぎる力が加えられているとき（力過大状態）を示す）。これに関して、許容可能な測定力範囲の最小力閾値（下限値）を確立し得（例えば、緑色光を作動せる）、最大力閾値（上限値）を確立得る（例えば、赤色光を作動させる）。図４Ａに示されるように、最小力閾値ＴｍｉｎＯは、いくつかの実施形態では、力測定データポイントでの接触前変動を超えるレベルに設定し得、接触前変動はワークピースとの接触前に生じ、一般に、スライダの摩擦力（そして、いくつかの場合では、重力）を表す。最大力閾値ＴｍａｘＨｗｐは、キャリパーの力感知範囲内にあるレベルに設定し得、予期される「硬質」ワークピースが過度に変形しない許容可能な力レベルの上限を示す。寸法ＲａｎｇｅＨｗｐは、最小力閾値ＴｍｉｎＯでの測定と最大力閾値Ｔｍａｘ−Ｈｗｐでの測定との測定位置差を示す。一般に、図４Ａに示されるような硬質ワークピース（すなわち、高ばね定数ワークピース）の場合、Ｔｍａｘを比較的高く設定して、広範囲の許容可能測定力を提供し得、ＴｍｉｎとＴｍａｘとの間のいかなる力もなお、所望の再現性範囲ＤＲｅｐ内（例えば、いくつかの実施形態では、測定値の下位１~２ビット内又はこれら未満）の測定を生成し得る。逆に、図４Ｂに関してより詳細に後述するように、軟質（すなわち、軟らかい）ワークピースの場合、測定に同様の所望の再現性ＤＲｅｐを達成するために、異なるＴｍａｘを利用する必要があり得る。

【0031】

図４Ａに示される硬質ワークピースの場合よりも軟らかいワークピースの場合、図４Ｂに示されるように、ワークピースと接触すると、力曲線の傾きは大きく異なる。換言すれば、ばね定数がより低く、力曲線の傾きがより漸次的であるため、仮に最大力閾値Ｔｍａｘ−Ｈｗｐが、図４Ａの硬質ワークピースに利用されたものと同じレベルである場合、ワークピースはキャリパーのジョー内ではるかに大きく圧縮／変形することになり得、それにより、力変動による測定変化はより大きい。図４Ｂに示されるように、寸法ＲａｎｇｅＣｗｐは、最小力閾値ＴｍｉｎＯでの測定と、「硬質ワークピース」最大力閾値ＴｍａｘＣＨｗｐでの測定との測定位置差を示す。ＲａｎｇｅＣｗｐが所望の再現性ＤＲｅｐを超えてしまうことが分かり得る。図４Ａにおいて達成された所望の再現性ＤＲｅｐを達成するために、より低い最大力測定閾値ＴｍａｘＣｗｐを利用し得る。より低い最大力閾値Ｔｍａｘ−Ｃｗｐを利用することにより、より望ましい再現性Ｒａｎｇｅ’Ｃｗｐを達成し得、これは所望の再現性ＤＲｅｐにおおよそ一致する。この説明に基づいて、使いやすさの考慮と正確性の考慮とのバランスをとるために、いくつかの実施形態では、力キャリパーが、硬質ワークピース及び軟らかいワークピースのそれぞれに適する異なる最大力基準を有する少なくとも２つの測定モードを有することが有利であり得ることが分かるだろう。図５及び図６に関してより詳細に後述するように、軟質、又は軟らかいワークピースの最大力閾値の設定に、様々な技法を利用し得る。信号力レベルとは対照的に、許容可能測定力範囲が、寸法測定が許容可能なことを示す基準として好ましいことがあることを理解し得る。そのような場合、ユーザは、示される許容可能（且つ／又は非許容）範囲内の様々な力を適用し得、ディスプレイにおいて変化する測定の感度をリアルタイムで観測し得、一般に、所望の測定値を読み取るために馴染みがあり直観的に理解可能なようにキャリパーを操作し得る。

【0032】

図５は、比較的軟らかいワークピースに関連する理想化された測定データ並びに関連する信号処理及び動作の検討を示すグラフ５００である。図５においてポイントＡに示されるように、力は加えられておらず、測定位置は開始位置にある。ユーザが、アクチュエータ（例えば、力アクチュエータアセンブリ１８２’）を通して力の付与を開始して、スライダを移動させると、スライダの摩擦力をまず克服しなければならず、そのために、グラフはポイントＢに移る。ポイントＢからＣまで、スライダはワークピースに向かって移動し、この間のスライダ移動中のデータポイントは、ジョーとワークピースとの接触前の微小な力変動の平均レベルがＴｃｏｍｐであることを示しており、この力変動の主な成分は、この例では、スライダの摩擦力である。ポイントＣにおいて、ワークピースに接触し、力が増大する。ポイントＤにおいて、力閾値ＴｍｉｎＯまで力が増大し、許容可能測定力範囲のインジケータが作動し得る（例えば、緑色光を図１の力状態インジケータ１４２において提供し得る）。ポイントＤとＥとの間で、ユーザは、アクチュエータ力を増大させることにより、引き続き、軟らかいワークピースをキャリパーのジョーに押し付け、力が増大するにつれて、位置読み取り値を増大させる。ポイントＥにおいて、力閾値ＴｍａｘＣｗｐまで力が増大し、非許容測定力範囲のインジケータが作動し得る（例えば、赤色光を図１の力状態インジケータ１４２において提供し得る）。ポイントＥとＥ’との間で、ユーザはアクチュエータ力を増大させないが、この特定の例では、ワークピースクリープが生じるおそれがある（すなわち、力が一定に保たれる場合であっても、ワークピースが圧縮され続ける）。

【0033】

ポイントＥ’とＦとの間で、ユーザは、アクチュエータ力を低減し始め得、この力低減はなお、逆方向への摩擦力を克服せず、摩擦力範囲内の「力緩和」を構成する範囲内にあるため、関連する位置変化を有さないことがある。しかし、変位を伴わない力低減をポイントＦにおいて感知し得、いくつかの実施形態及び／又は特定の場合では、さらに後述する実施形態等の力逆転信号処理モードを始動させ得る。ポイントＦとＧとの間では、ユーザはアクチュエータ力を引き続き低減し得、これは、ポイントＧまで関連する位置変化を有さないことがあり、摩擦力は逆方向において克服され、スライダは逆方向に移動を開始する。ポイントＧとＨとの間では、ユーザは、アクチュエータ力を低減し続け得、次に、逆方向にアクチュエータ力を提供し得（正から負の力極性への変化）、キャリパーのジョー内の軟らかいワークピースは、元の形状に戻り始め、アクチュエータ力が低減されるにつれて、位置読み取り値を低減させる。ワークピースに残りの「セット」がないと仮定すると、ポイントＨにおいて、ジョーはワークピースから離れ、スライダはポイントＪに向かって移動し、ユーザはアクチュエータ（例えば、力アクチュエータアセンブリ１８２’）を通して比較的一貫した負極性の力を及ぼして、スライダを移動させ、該スライダ移動中のデータポイントは、接触前の微小な力変動の平均レベルがＴｃｏｍｐ−ｎｅｇであることを示しており、この例では、主な成分はここでも、スライダの摩擦力である。

【0034】

従来技術によるキャリパーに関連して考慮されないいくつかのポイントを図５に関連して考慮し得る。第１の「力／変位曲線」がポイントＣとＥとの間で観測され、この曲線が部分的にスライダの移動履歴に依存することを理解されたい（例えば、ポイントＣには、おおよそ力レベルＴｃｏｍｐにおいて図の左から連続して近づく）。逆に、この例では、摩擦の影響により、ポイントＣとＥとの間とおおよそ同じ力範囲である、ポイントＥ（又はＦ）とポイントＧの間で第２の力／変位曲線が観測され、力ＴｍｉｎＯにおいて、例えば、２つの大きく異なる位置測定値が、第１及び第２の力／変位曲線から取得し得る。これらの位置測定値の潜在的な差は、摩擦力（この特定の例では、共におおよそＴｃｏｍｐにＴｃｏｍｐ−ｎｅｇに加えたものに等しい）と、軟らかいワークピースのばね定数との関係に依存し得る。場合によっては、この差は、所望の再現性よりも大きくなり得る（例えば、比較的より軟らかいワークピース及び／又は比較的高い摩擦の場合）。したがって、いくつかの実施形態では、信号処理が、これらの２つの力／変位曲線を区別し、「許容可能測定力の閾値又は範囲」を所望のワークピース測定を示すための基本のみとして単に示すだけではないことが望ましい。これ及び下に概説する他の理由により、いくつかの実施形態では、信号処理電子回路は、対になった力データサンプルと位置データサンプルの履歴（例えば、一実施形態では、所定の長さの常時更新されるシーケンス）を保持し得、力逆転感知・指示ルーチンを含む。

【0035】

信号処理電子回路は、履歴（例えば、時間期間、移動量、又はこれら両方に基づく頻度）を頻繁に解析し、その解析に基づいて様々な動作を統制するように構成し得る。例えば、いくつかの実施形態では、信号処理電子回路は、閾値ＴｍｉｎＯを超えることを検出するルーチンを含むとともに、「ＴｍｉｎＯ」を超えるデータを解析してワークピースばね定数を特定する「ばね定数」特定ルーチンを含み、力及び位置は、連続サンプル間で力及び位置変化との一貫した関係を有する（例えば、両方とも、図５のＤとＥとの間の塗りつぶされていない四角データポイントで示されるように増大する）。図５に示されるように、上で概説したように適格な（例えば、力に関してＴｍｉｎＯを超え、力と位置変化との一貫した関係を有する）データから特定されるワークピースばね定数に基づいて、所望の再現性又は許容差を使用して、その特定のワークピースばね定数に所望の「自動的にカスタマイズされる」力上限ＴｍａｘＣｗｐを決定し得る。これをリアルタイム（又は準リアルタイム）で行い得、それにより、ユーザが新しい軟らかいワークピースを圧縮する際であっても、固定の力上限閾値を使用するのではなく、おおよそ、自動的にカスタマイズされた力上限ＴｍａｘＣｗｐを超える場合、非許容可能測定力範囲のインジケータを作動させ得る（例えば、赤色光を図１の力状態インジケータ１４２において提供し得る）ことが理解されるだろう。図示の例では、力上限ＴｍａｘＣｗｐは、［（ＴｍａｘＣｗｐ）−（ＴｍｉｎＯ）］^*［ワークピースばね定数］＝所望の再現性であるように設定される。当然、上で概説した動的な力上限ではなく、固定の力上限閾値、動的若しくは固定のＴｍｉｎＯに対する固定力量での、又はユーザにより入力される力上限閾値での力上限閾値、或いは固定の現場又は工場で較正又は再較正される閾値を、力キャリパーの様々な他の実施形態又は動作モードで使用してもよい。

【0036】

いくつかの実施形態では、信号処理電子回路は、閾値ＴｍｉｎＯを超えていることを検出するルーチンを含むとともに、連続サンプル間での力と位置変化との予期される関係の変化について、ＴｍｉｎＯを超えるデータを監視する「力逆転」ルーチンを含み得る。例えば、データポイントＤとＥとの間の複数の連続データ（例えば、図５の塗りつぶされていない四角のデータポイント）を解析することにより、ルーチンは、力及び位置の両方が、サンプル間で正方向（又は極性）に有意な量だけ変化する関係を特定し得る。逆に、Ｅ’とＦとの間（そしてＧに続く）では、力は大きく低減し（変化の前の極性が逆転する）、その一方で、位置は、図５のＥ’、Ｆ、及びＧの間の塗りつぶされた四角いデータポイントで示されるように、大きく変化しない。したがって、これらの差に基づいて、ルーチンは、第２の力／変位曲線に対応するＥ’とＦ（及び／又はそれを超えて）の間での逆転力変化極性を特定し得、それに従って信号処理動作及び／又はユーザへの表示を変更し得る。そのようなルーチンでは、力状態インジケータを使って有効な測定条件であるか否かを示すために、許容可能力範囲内にある力信号の単純な基準（許容可能力範囲の上限／下限を示す基準）に加えて、有効なワークピース測定のために満たさなければならない別の基準（力逆転が生じたことを判断するための基準）も適用される。いくつかの実施形態では、力逆転ルーチンの基準は、上で概説された原理により、特定されたワークピースばね定数、及び／又は所望の再現性、及び／又は摩擦若しくは補償力の量、及び／又は逆転前のワークピースの見掛け圧縮量の考慮を含み得る。したがって、いくつかの実施形態では、力逆転基準は、いくつかのワークピース及び／又は測定手順中、力逆転の場合に力逆転表示を表示させ得、その他の手順中には表示させ得ない。

【0037】

ＴｍａｘＣｗｐが力逆転前に超えられていない場合、位置読み取り値はなお所望の再現性又は許容限度内にあり得るため、信号処理動作及び／又はユーザへの表示を変更する必要がないことがあることが理解されるだろう。しかし、この場合、実際の再現性はいくらか、第１及び第２の力／変位曲線での測定を区別できないことにより劣化し得る。逆に、図５を参照して分かり得るように、力がＴｍａｘＣｗｐを超えた場合、第２の力／変位曲線に沿って、力範囲インジケータは必ずしも、単純にＴｍａｘＣｗｐ未満に戻る力に基づいて再び許容可能（例えば、緑色）に切り替える必要はない。例えば、軟らかいワークピースの場合、図５に示されるように、摩擦量に応じて、Ｅ’とＧとの間の垂直線に対応する「無効力範囲」寸法は、力読み取り値がＴｍａｘＣｗｐ未満に戻るにも拘わらず永続し得る（例えば、ポイントＦとＦ’との間の「有効力範囲」内で）。したがって、いくつかの実施形態では、信号処理電子回路は、閾値ＴｍａｘＣｗｐを超えることを検出し、「範囲外」表示をオンにするルーチンを含み得るとともに、閾値ＴｍａｘＣｗｐが特定のばね定数及び／又は摩擦力で超える場合、力がＴｍｉｎＯとＴｍａｘＣｗｐとの間の元の「許容可能範囲」に戻りつつあるにも拘わらず、「範囲内」表示（例えば、緑色インジケータ灯）を差し止め、且つ／又はエラー状況を示し、且つ／又はユーザに特定の行動をとるように促す「力逆転」ルーチンを含む。例えば、一実施形態では、力がこのようにして逆転する場合、且つ／又はユーザがスライダをある方向に移動させて、第１の力／変位曲線に戻ることができる（例えば、矢印プロンプトの方向に移動することにより）位置を達成すべきことを示すプロンプト（例えば、矢印）がキャリパーディスプレイに提供される場合、第３の色灯（例えば、黄色）が提供されるか、又は点滅光が作動する。そのような一実施形態では、第１の力／変位経路に沿った第１の位置読み取り値（例えば、ＴｍｉｎＯを超える最初のデータポイント）は特にメモリに保持され、位置が最終的にこの値未満になった場合（例えば、ポイントＨにおいて）、新しいプロンプト及び／又は表示（例えば、インジケータ灯がオフになり、且つ／又は矢印が消えて通常表示になるか、又は矢印が方向を逆にする）が、ユーザが再びスライダを移動させて、ワークピースに近付け、第１の力／変位曲線に沿った所望の測定を達成し得ることを示す。

【0038】

上述したように、信号処理電子回路は、対になった力データサンプルと位置データサンプルの履歴を保持し得、履歴を頻繁に解析し、その解析に基づいて様々な動作を統制し得る。例えば、いくつかの実施形態では、信号処理電子回路は、位置が大きく変化していない（例えば、最後の力変化が、最後の位置変化に鑑みて最小ばね定数に予期される量未満である）か、又は所定若しくは最近解析された力ノイズレベル、若しくは摩擦レベル等の範囲外にない間、位置が大きな量、変化しているか、又は高速で変化していることを検出するルーチンを含む。この状況は、図５のＢとＣとの間、又は別の場合では図５のＨとＪとの間に示される接触前データポイントに対応する。この状況が所定数のデータポイントにわたって満たされる場合は常に、信号処理ルーチンは平均値（又は中央値、又は最大、又は他の所望の値）を計算し得、この値がＴｃｏｍｐ（又は移動方向に応じてＴｃｏｍｐ−ｎｅｇ）に使用される。そのような場合、ルーチンは、接触前データポイントの散乱（例えば、３標準偏差又は最も極端な力データポイントを少し超えてなど）に基づいて、Ｔｃｏｍｐ又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇに相対してノイズ閾値を決定することもできる。一実施形態では、ＴｍｉｎＯ（及び／又はその逆極性の相手方のＴｍｉｎＯ−ｎｅｇ）の動的な値を自動的に、対応するノイズ閾値又はそれをわずかに超えて設定し得る。あるいは、ノイズ閾値は、Ｔｃｏｍｐ（又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇ）に使用すべき代表的な値としてみなすことができ、ＴｍｉｎＯ（及び／又はその逆極性の相手方のＴｍｉｎＯ−ｎｅｇ）の動的な値を自動的に、Ｔｃｏｍｐ（又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇ）又はそれをわずかに超えて設定し得る。当然、力キャリパーの様々な他の実施形態又は動作モードにおいて、上で概説した動的な値ではなく、工場で較正されたか、又はユーザにより入力されるか、又は現場での較正若しくは再較正手順により確立される固定値をＴｃｏｍｐ（又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇ）に使用してもよい。

【0039】

接触前移動方向逆転が、大きな位置変化なしで「Ｂ〜Ｃ」データ力レベルと「Ｈ〜Ｊ」データ力レベルとの間をジャンプする力変化を生み出すことが理解されるだろう。信号処理電子回路は、この状況を検出して、適切なデータポイントでＴｃｏｍｐ又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇの特定を開始し終了するルーチンを含み得る。いくつかの実施形態及び／又は動作モードでは、信号処理電子回路はＴｃｏｍｐ又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇを自動的に更新し得る。当然、いくつかの実施形態及び／又は動作モードでは、信号処理電子回路は、Ｔｃｏｍｐ又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇを、工場において決定されるか、ユーザにより決定されるか、又は単一の現場較正に基づいて決定される固定レベルに設定し得る。

【0040】

いずれの場合でも、Ｔｃｏｍｐ（又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇ）が、ワークピースと接触していない場合に存在し、ワークピースに対する測定力が増大する際に変化しないという点で、測定力から独立した力成分であることが理解されるだろう。したがって、ワークピースに加えられる実際の力に関連する１つ又は複数の測定力閾値（例えば、許容可能力範囲限度）を設定するために、独立力成分Ｔｃｏｍｐ（及び／又はＴｃｏｍｐ−ｎｅｇ）及び、いくつかの実施形態では関連するノイズを推定し、これらの「補償力」に対してそのような力限度を設定することが望ましい。別の言い方をすれば、ユーザがワークピースに加える力の量の変動に依存しないこれらの「補償力」を使用して、力測定閾値を設定し、ワークピースに実際に加えられる測定力成分を統制し、寸法測定のために関連付けられた許容可能力範囲を示し得る。

【0041】

許容可能力下限ＴｍｉｎＯに関して、様々な実施形態では、Ｔｃｏｍｐに相対して設定することが望ましい。例えば、上で概説したように、いくつかの実施形態では、ＴｍｉｎＯを、Ｔｃｏｍｐをわずかに超えて、且つ／又は摩擦ノイズが大きい場合には、「摩擦力ノイズ」マージンを設けて若しくはこのマージンをわずかに超えて設定することが望ましいことがある。これは、比較的より軟らかいワークピースの場合に特に望ましいことがあり、その理由は、より軟らかいワークピースが比較的低いワークピース変形及び／又はクリープに対応するためである。比較的剛性のあるワークピース（例えば、金属ブロック）の場合、ＴｍｉｎＯを、Ｔｃｏｍｐ及び／又は「摩擦力ノイズ」マージンを大きく超えて設定することが望ましいことがあり、その理由は、この場合、ワークピース変形及び再現性が損なわれないためであり、ＴｍｉｎＯを独立力成分からより広いマージンで設定することにより、不要な高感度力範囲表示等なしで、ワークピースをキャリパージョーに対してより容易又はロバストに位置合わせすることに関して、ユーザ経験をよりよくすることができ得る。

【0042】

非常に軟らかいワークピースの場合、キャリパーが許容可能な測定力範囲及び有効なワークピース測定に関連する追加の動作、モード、並びに／或いはルーチン及び／又は特徴を含むことが望ましいことがある。非常に軟らかいワークピースの場合、ＴｍｉｎＯのＴｃｏｍｐを超えるマージンを小さく設定しても、ＴｍｉｎＯにおいて大きなワークピース変形が生じるおそれがある（例えば、薄い壁のプラスチック管）。又は、別の場合では、ＴｍｉｎＯでの非常に軟らかいワークピース測定再現性は、力信号の摩擦力成分の「ランダム」な変動（摩擦「ノイズ」）により不良であり得、これは、ＴｍｉｎＯ（及び他の力レベル）でワークピースに実際に加えられる力及びその結果生じるワークピース変形をその「摩擦ノイズ」に対応して変動させる。この状況は、上で概説したデータのいくつかに基づいて代表的な測定を計算する「超軟質」ワークピースモード又は信号処理ルーチンを含むことにより改良することができる。上述したように、キャリパーは、力及び位置が、力及び位置の変化との一貫した関係を有する、「ＴｍｉｎＯを超える」データを解析して、ばね定数を特定する「ばね定数」特定ルーチンを含み得る。例えば、いくつかのデータポイントに基づいて、ばね定数である傾きを有する最良近似力／変位線を特定し得る。これも上で示したように、Ｔｃｏｍｐは複数のデータポイントに基づいて決定してもよい。理想的な場合、Ｔｃｏｍｐに対応する最良近似力／変位線上の点が、ワークピースに正に接触するが、ワークピースが変形しないようにワークピースに加えられる力がおおよそゼロである場所にあることが理解されるだろう。これは、ワークピースの真の寸法を近似する。Ｔｃｏｍｐ及び最良近似力／変位線は両方とも複数のデータポイントに基づくため、最良近似力／変位線上の「ゼロ力」測定の再現性は、ＴｍｉｎＯ等における１回の測定から向上する。したがって、いくつかの実施形態では、データは、許容可能測定力範囲内で収集し得、許容可能測定力範囲は、この動作モード及び／又はルーチンのために固定範囲であってもよく、拡大されるか、又は所定の固定範囲であってもよく、上で概説した（又は同様の原理に基づく）処理を実行し得る。次に、ユーザは、対応する動作モード又は検索動作（例えば、キャリパーの対応するボタン又は一連のボタンを押す）等に基づいて、「ゼロ力」測定を検索し、且つ／又は表示し得る。当然、様々な実施形態では、キャリパーは、ユーザが望む場合には、ゼロ力レベル（Ｔｃｏｍｐに対応する）ではなく、代表的な柔らかいワークピース測定の検索に使用すべき別の力レベルを入力又は定義することができるように構成し得る。

【0043】

上の説明は、キャリパーを開き、ワークピースの「内側」寸法を測定することに対応する、増大する力及び位置測定に関連するポイントＣ〜Ｈの周囲の力／変位曲線を参照する。キャリパーを閉じ、ワークピースの「外側」寸法を測定することに対応する、逆極性の力の増大（図５での「−」力）及び低減する位置測定に関連する類似の力／変位曲線が、ポイントＣとＨとの間のデータと同様に見えるが、ポイントＣがポイントＨとＪとの間の線に一致した状態で１８０度回転することが理解されるだろう。上で概説した様々な原理、挙動、及びルーチンを、キャリパーを閉じ、ワークピースの「外側」寸法を測定する場合に同様の動作を提供するように適宜構成し得ることが理解されるだろう。ＴｍｉｎＯについて説明したものと同様の考慮事項に従ってＴｍｉｎＯ−ｎｅｇを設定し得、他の同様の閾及び値についても同様であることが理解されるだろう。

【0044】

図６は、１つ又は複数の測定力閾値を設定する全体ルーチン６００の例示的な一実施形態を示す流れ図である。ブロック６１０において、力信号が受信され、スライダの各位置に対応する各力が示される。ブロック６２０において、スライダの各位置に対応する複数の各力を含む力データが取得される。ブロック６３０において、力データが解析されて、測定力から独立した少なくとも１つの力成分を含む補償力が推定される（例えば、図５を参照して上で概説したように、接触前データを解析することにより）。ブロック６４０において、１つ又は複数の測定力閾値が、補償力に相対して設定される。

【0045】

図６に関して上述したように力測定読み取り値を取得することにより、測定精度の向上を達成し得ることが理解されるだろう。そのような技法により対処される一側面は、キャリパーの摺動力（例えば、図５の補償力Ｔｃｏｍｐにより示されるような）が一般に経時変動し得る（例えば、通常使用又はユーザが変更することにより）ことである。そのような場合、いずれの工場設定の最小／最大力閾値ももはや、示されるワークピース測定力を補正するために必要な正しい力成分を表さない。上述したように力測定読み取り値を取得し、閾値を設定することにより（新しい較正として、又は各測定手順に伴って動的に）、力が変化したかもしれず、且つ／又は異なる軟質レベルのワークピースが測定中である状況において、より正確な測定が生成される。

【0046】

本明細書に記載される力測定アセンブリは、歪み測定アセンブリ及び力アクチュエータアセンブリを含む。他の種類の力センサが本明細書において開示されるいくつかの特徴に適合し、ケース又はより単純にはサムホイールアセンブリ等を通してユーザが及ぼす力を感知するように構成し得ることが理解されるだろう。本明細書において開示される歪み測定アセンブリ及び／又は力アクチュエータアセンブリは、人間工学的に有利であり得るが、意図されるすべての実施形態において必要とされるわけではない。したがって、構成自体により除外される場合を除き、力の適用並びに信号処理及びルーチン等に関する様々な教示をそのような構成に適用し得、様々な実施形態において、本明細書において開示される特徴のすべて又はいくつかを組み合わせ得、本明細書において概説される付随する特徴及び利点の多くが保持されることを理解されたい。

【0047】

上記から、本発明の特定の実施形態が本明細書において例示のために説明されたが、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を行い得ることが理解されるだろう。フローチャートのステップ及び本明細書において他の様式で説明される動作及びルーチンを様々な方法で変更し得ることを当業者は理解するだろう。より詳細には、ステップの順序を再構成し得、ステップを並列に実行し得、ステップを省略し得、他のステップを含み得、ルーチンの様々な組み合わせ又は省略を行い得る等である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による以外、限定されない。

【符号の説明】

【0048】

１００、２００ キャリパー
１０２ スケール部材
１０８、１１０、１１６、１１８ ジョー
１１４、１２２ 一対の係合面
１２５ スケール基板
１２６ スケールトラック
１２７ 溝
１３０ スライダ
１４０ カバー
１４１ 押しボタンスイッチ
１４２ 力状態インジケータ
１４４ デジタルディスプレイ
１５０ 信号処理・表示回路基板
１５６ 加速度計
１５８ センサアセンブリ
１５９ 読み取りヘッド信号処理・制御回路
１６０ 電装部
１７０ スライダアセンブリ
１８０ 力測定アセンブリ
１８１ 歪み測定アセンブリ
１８２、１８２’ 力アクチュエータアセンブリ
１８３ 歪みセンサ
１８４ 歪み要素
１８６ 非泉要素アクチュエータ
１９１ サムホイール
１９２ 力アクチュエータ本体
１９４ ガイドロッド／軸受
１９５ ガイドロッド／軸受穴
１９６ 力アクチュエータ用のばね定数ばね
２９６Ａ、２９６Ｂ 力アクチュエータ用のばね定数ばねの部分
２９６Ｃ 仕切り
３１０ ワークピース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】