磁界測定調整装置
【課題】３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のための磁界を形成する。
【解決手段】Ｙ軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブル５６を備える。回転テーブル５６は、Ｙ軸に直角に交わる公転軸芯７０に垂直な支持面５７を持つ。磁石片は、回転テーブルの支持面に着脱可能な支持台５０により支持されている。支持台５０はＹ軸と公転軸芯７０を通る面に平行な対向面６３と、回転テーブル５６の支持面５７に平行で対向面６３に直角に交わる一対の支持側面６５を有する。これら一対の支持側面６５のうちのいずれの面を支持面５７に接するように支持台５６を支持しても、自転軸芯７８が対向面６３の同一位置にあるように、支持台５０を支持面５７に固定する位置決め機構（６４と６６）を設けた。
【解決手段】Ｙ軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブル５６を備える。回転テーブル５６は、Ｙ軸に直角に交わる公転軸芯７０に垂直な支持面５７を持つ。磁石片は、回転テーブルの支持面に着脱可能な支持台５０により支持されている。支持台５０はＹ軸と公転軸芯７０を通る面に平行な対向面６３と、回転テーブル５６の支持面５７に平行で対向面６３に直角に交わる一対の支持側面６５を有する。これら一対の支持側面６５のうちのいずれの面を支持面５７に接するように支持台５６を支持しても、自転軸芯７８が対向面６３の同一位置にあるように、支持台５０を支持面５７に固定する位置決め機構（６４と６６）を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度に３軸方向の磁界を測定するために使用される磁界測定調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、永久磁石が設計どおりのバタンに着磁されているかどうかを確認するために、磁気センサが使用される。この磁気センサをプローブ先端に取り付けて、測定対象物近傍の磁界を精密に測定するための装置が開発されている（特許文献１参照）（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８６７２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１６８７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
例えば、３軸方式の磁気センサは一辺が５０ミクロン程度の素子で、数ミリメートル幅の棒状の基板先端付近に搭載されている。この棒状の基板に磁気検出出力取り出し用の電極を取り付け、保護用の樹脂を被覆したものが磁気測定用プローブである。磁界測定機構中でこのプローブの先端を移動させて、測定対象物の近傍磁界を３次元的に測定する。
【０００５】
しかしながら、磁界測定機構中で設定された３軸に対して、磁気センサの検出素子の想定する測定系の３軸とが一致しないと、測定値に誤差が生じる。その調整に使用する磁界の形成が非常に重要になる。
上記の課題を解決するために、本発明は、３軸方向の磁界を精密に測定する磁界測定機構の調整のために使用する、磁気測定調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面に着脱可能な支持台により支持されており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に公転し、前記磁石片から前記基準となる軸に向かう磁力線の一部が、前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められており、前記支持台は前記基準となる軸と前記公転軸芯を通る面に平行な対向面と、前記回転テーブルの支持面に平行で前記対向面に直角に交わる一対の支持側面を有し、前記公転軸芯から前記対向面に向かう垂直な直線を自転軸芯としたとき、前記一対の支持側面のうちのいずれの面を前記支持面に接するように前記支持台を支持しても、前記自転軸芯が前記対向面の同一位置にあるように、前記支持台を前記支持面に固定する位置決め機構を設けたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【０００７】
〈構成２〉
構成１に記載の磁界測定調整装置において、前記回転テーブルの支持面には、前記３軸のうちの前記支持面に平行な軸と平行な位置決め面を備えたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【０００８】
〈構成３〉
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯とこの公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面の内部に埋め込まれており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に回転し、前記磁石片から前記支持面の外部に向かう磁力線の一部が前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められていることを特徴とする磁界測定調整装置。
【発明の効果】
【０００９】
〈構成１の効果〉
回転テーブルの支持面に磁石片を支持し、回転テーブルを回転させて、磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持し、磁界測定調整のための磁界を形成できる。
〈構成２の効果〉
回転テーブルの支持面に、磁界測定機構中で設定された３軸のうちの支持面に平行な軸と平行な位置決め面を設けると、磁石片の支持台を除去した後に、磁界測定のための試料を正確に位置決めして測定を開始できる。
〈構成３の効果〉
回転テーブルに磁石片が埋め込まれていると、磁石片が回転するときに３軸センサを支持するプローブ等に衝突することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】特許文献１の磁界測定装置の平面図である。
【図２】磁石の発生する磁力線と磁界測定値と３軸センサの傾きとの関係を説明する説明図である。
【図３】上記の測定誤差を補正することができる装置の原理図である。
【図４】第１の測定結果と第２の測定結果の比較説明図である。
【図５】磁界測定値の補正係数の求め方を示す説明図である。
【図６】具体的な磁界測定方法のフローチャートである。
【図７】補正係数の計算処理動作フローチャートである。
【図８】実施例１の磁界測定調整装置の説明図である。
【図９】実施例２の磁界測定調整装置の説明図である。
【図１０】実施例３の磁界測定調整装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図７は、本発明の磁界測定調整装置を使用する装置の動作例を示す説明図である。図８は、実施例１の磁界測定調整装置の説明図である。（ａ）はその斜視図、（ｂ）は磁石片が互いに鏡像の関係になる状態を示す平面図、（ｃ）は磁石片の自転軸芯を示す斜視図である。
【００１３】
図１〜図７については、後記の［参考使用例］の項で説明をする。その説明に先だって、図８〜図１０の実施例の装置を説明する。図８（ａ）の斜視図に示した装置は、互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサ１４の、支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものである。３軸センサ１４はアーム１６に支持されており、磁界測定機構中で設定された３軸方向に駆動されるよう構成されている。磁界測定機構中で設定された３軸を、図８（ａ）でＸ−Ｙ−Ｚと表示した。なお、３軸センサ１４やアーム１６を実線で示したが、これらは磁界測定調整装置を使用する磁界測定機構の一部で、磁界測定調整装置には含まれない。
【００１４】
実施例１の磁界測定調整装置は、磁界測定機構中で設定された３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうちのいずれかの基準となる軸（ここではＹ軸）を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８（図８（ｂ）中の破線）を支持するための回転テーブル５６を備える。回転テーブル５６の支持面５７上に、支持台５０が支持されている。図８（ｂ）に示すように、磁石片２８は、支持台５０の内部に埋め込まれている。支持台５０は、例えば、非磁性体のケースにより構成されている。
【００１５】
回転テーブル５６は、基準となるＹ軸に直角に交わる公転軸芯７０に垂直な支持面５７を持ち、公転軸芯７０を軸に回転駆動される。回転テーブル５６の回転軸６８は、図示しない磁界測定装置の軸受けにより支持されて、矢印７２の方向に自由に回転駆動される。この装置は、公転軸芯７０がＺ軸と一致するように、精密に調整されている。なお、回転テーブル５６を磁界測定調整のためにだけ使用する場合には、回転テーブル５６を軸受けに自由に着脱可能に支持しておくとよい。実際に磁界を測定する試料は回転テーブル５６を除去してから別の台に載せるようにするとよい。また、後で説明するように、回転テーブル５６から支持台５０を取り外して、回転テーブル５６に試料８８を載せてもよい。
【００１６】
磁石片２８は、回転テーブル５６の支持面５７に着脱可能な支持台５０により支持されている。磁石片２８は、回転テーブル５６の回転とともに公転軸芯７０を軸に公転する。磁石片２８から基準となるＹ軸に向かう磁力線の一部が、公転軸芯７０と交わるように、磁石片２８の位置が定められている。これにより、Ｚ軸上に配置された３軸センサ１４が磁石片２８により形成された磁界を検出できる。
【００１７】
図８（ｂ）や（ｃ）に示すように、支持台５０は、対向面６３と一対の支持側面６５を有する。対向面６３は、基準となるＹ軸と公転軸芯７０とを通る面に平行な面である。一対の支持側面６５は、回転テーブル５６の支持面５７に平行で対向面６３に直角に交わる面である。回転テーブル５６は、支持台５０の一対の支持側面６５のうちのいずれか一方の面と支持面５７が接するように支持台５０を支持する。
【００１８】
この実施例の装置は、支持台５０を自転させる機能を持つ。その自転軸芯７８を図８（ｃ）に示す。公転軸芯７０から対向面６３に向かう垂直な直線を自転軸芯７８と呼ぶことにする。このとき、一対の支持側面６５のうちのいずれの面を回転テーブル５６の支持面５７に接するように支持台５０を支持しても、自転軸芯７８が対向面６３の同一位置にあるように、支持台５０を支持面５７に固定する。例えば、支持台が精密に立方体もしくは直方体に加工されているとき、対向面６３の２ほんの対角線の交点を自転軸芯７８に設定するとよい。ピン６６と位置決め孔６４がその位置決め機構である。
【００１９】
図８の（ｂ）に示すように、例えば、回転テーブル５６を、Ｙ軸とＸ軸の交点５４を通る公転軸芯７０を軸に１８０度回転すると、左側に位置していた支持台５０が図のように右側に移動する。この図では、いずれも実線で描いたが、同一物が移動した前後の２種の状態を示している。磁石片２８の形成する磁力線がＸ−Ｚ平面上で、Ｚ軸の両側に対称に形成されるならば、そのままで、Ｙ軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８を支持したことになる。即ち、Ｘ−Ｚ平面上で、磁束に対する３軸センサ１４の傾きを調整できる。また、あるいは、測定値を補正する補正係数を取得できる。他の軸を基準にした場合も全く同様である。補正係数の計算方法は後で説明する。
【００２０】
一方、図８（ｂ）において、支持台５０の内部に埋め込まれた磁石片２８の形成する磁力線を、Ｙ軸に沿ってＹ軸の両側で対称に形成したい場合がある。Ｙ−Ｚ平面上に鏡を置いたとき、Ｙ軸の両側のどこででも、磁力線が対称に分布しているようにしたい場合である。この場合には、図８（ｂ）に示すように支持台５０を公転軸芯７０を軸に１８０度回転させてから、図８（ｃ）に示すように、支持台５０を自転軸芯７８を軸にして矢印７６方向に１８０度自転させる。矢印７４方向にみたとき、支持台５０の上下が反転する。
【００２１】
即ち、回転テーブル５６の支持面５７に接していた支持側面６５の代わりに、その反対側にある支持側面６５が支持面５７に接するように、支持台５０を自転させる。例えば、位置決め孔６４を自転軸芯７８に対して対称の位置に配置し、支持台５０の一対の支持側面６５にそれぞれ一対のピン６６を立設して、位置決め孔６４に嵌り合うようにしておく。これにより、支持台５０を簡単に自転軸芯７８を軸にして自転させることができる。一対のピン６６と位置決め孔６４とは正確に機械加工できるから、簡単な構造で精度の高い位置決め機構が実現する。
【実施例２】
【００２２】
図９は実施例２の磁界測定調整装置の説明図である。（ａ）は回転テーブル全体の斜視図、（ｂ）は回転テーブル上に試料を位置決めした状態の斜視図である。
図の回転テーブル５６の基本構造は、実施例１のものと同様である。実施例２の回転テーブル５６には、その支持面５７上に、Ｘ軸方向段部８４とＹ軸方向段部８６とが設けられている。Ｘ軸方向段部８４は、支持面５７に高低差のある段を設けることにより、Ｘ軸に平行な面を形成している。Ｙ軸方向段部８６は、支持面５７に高低差のある段を設けることにより、Ｙ軸に平行な面を形成している。いずれも、３軸のうちの支持面５７に平行なＸまたはＹ軸と平行な位置決め面である。
【００２３】
実施例２の回転テーブル５６は、調整終了後に支持台５０を除去してから、試料８８を回転テーブル５６に載せて、３軸センサ１４を用いて磁界分布の測定ができる。このとき、試料８８の基準面を、Ｘ軸方向段部８４またはＹ軸方向段部８６に密着させれば、試料８８の基準面を基準にした測定ができる。試料８８にＸ軸方向とＹ軸方向の２つの直交する基準面があれば、これらの基準面を、Ｘ軸方向段部８４とＹ軸方向段部８６に密着させて、試料８８の正確な位置決めができる。なお、Ｘ軸方向段部８４とＹ軸方向段部８６は、支持面５７上に、例えば、柱や壁、あるいはピン等により形成してもよい。
【実施例３】
【００２４】
図１０は実施例３の説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は主要部縦断面図である。
図１０の回転テーブル５６も、実施例１と同様の目的で使用される。しかしながら、実施例３の場合には、磁石片２８が回転テーブル５６の支持面５７の内部に埋め込まれている。従って、回転テーブル５６から磁石片２８を取り外すことができない構造になっている。故に、３軸センサの調整後は磁界測定装置から除去される。図１０の回転テーブル５６には非磁性体が使用される。
【００２５】
この回転テーブル５６も、回転軸６８を軸にして、図１０（ａ）の矢印８０に示す方向に回転できる。従って、例えば、図１で説明したＹ軸を挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８を支持することができる。回転テーブル５６は、実施例１と同様に、基準となる軸（Ｙ軸）に直角に交わる公転軸芯７０とこの公転軸芯７０に垂直な支持面５７を持ち、公転軸芯７０を軸に回転駆動される。磁石片２８は、回転テーブル５６の回転とともに公転軸芯７０を軸に回転する。
【００２６】
ここで、この実施例の場合、図１０の（ｂ）に示すように、磁石片２８の磁極が支持面５７の方向を向いているので、磁力線８２の多くは支持面５７に垂直な方向を向いている。しかしながら、磁石片２８から支持面５７の外部に向かう磁力線の一部が、公転軸芯７０と交わるように、磁石片２８の位置決めをする。これにより、磁石片２８を実施例１のように配置した場合と同様に、３軸センサ１４の調整をすることができる。また、図の（ｂ）に示すように、３軸センサ１４を支持するアーム１６を支持面５７に平行に配置することがある。このとき、回転テーブル５６に磁石片２８が埋め込まれていると、磁石片２８が回転するときにアーム１６等に衝突することがない。実施例１の支持台５０と比較してみると、それが良くわかる。
【００２７】
［使用例］
以下、上記の磁界測定調整装置の使用例を説明する。以下は、上記特許文献２に記載されたものである。３軸センサは、３個の磁気センサをそれぞれ測定系の３軸方向に向けて、プローブの先端に固定したものである。３個の磁気センサは、素子の製造段階で相互に精密に軸合わせ（角度合わせ）されている。一方、この磁気センサを用いて磁界測定をする磁界測定機構は、測定対象物を支持し、移動させたり回転したりする。その磁界測定機構中で設定された３軸も、相互に精密に軸合わせ（角度合わせ）されている。しかし、磁気センサの検出素子の想定する測定系の３軸とは必ずしも一致しない。両者が一致しないと、測定対象物の磁界測定機構のＸ軸方向の磁界を測定したはずなのに、実際に検出素子の想定する測定系のＸ軸方向の磁界の測定値を取得してしまう。そこで、測定対象物の磁界測定に先だって、磁石片を使用して調整をする。
【００２８】
図１は磁界測定装置を示す平面図である。図２はその測定値の性質を示す説明図である。
これらの図を用いて、磁界測定装置の動作原理を説明する。３軸センサ１４は、磁界測定機構１８中を３軸方向に自在に移動できるようにアーム１６に支持されている。磁界測定機構１８のアクチュエータ２０は、アーム１６を、磁界測定機構１８中で設定された互いに直交する３軸方向に移動させる機構群を備える。この機構群は、従来から、各種工作機械や測定装置に多用されているものであり、詳細な説明を省略する。
【００２９】
３軸センサ１４は、互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる検出素子１２を搭載したものである。ここでは、アーム１６を磁界測定機構１８のＸ軸方向に移動する例を説明する。この装置には、磁界測定値の補正処理のために、磁石片２８が設けられている。磁石片２８は、３軸センサ１４の側方からＹ軸方向に向けて磁力線を発生する磁石である。一点鎖線は、磁力線を示す。
【００３０】
図２は、磁石の発生する磁力線と磁界測定値と３軸センサ１４の傾きとの関係を説明する説明図である。
図のように、アーム１６をＸ軸方向に移動させて３軸センサ１４により磁石片２８の前方の磁界を測定する。Ｙ軸方向の磁界は、３軸センサ１４が磁石片２８の正面に位置したときに最大値になる。一方、Ｘ軸方向の磁界は、図のように、磁石片２８の正面でゼロになり、その前後では向きを反転して次第に絶対値が大きくなる。
【００３１】
ここで、３軸センサ１４の測定系のＸ軸方向がアーム１６の移動するＸ軸方向に対して傾斜していると、Ｘ軸方向磁界のゼロクロス点を測定する位置は、若干磁石片２８の正面の位置からシフトする。Ｙ軸方向磁界の最大値を測定する位置も、若干磁石片２８の正面の位置からシフトする。このとき、３軸センサ１４で測定したＸ軸方向の磁界測定値は、磁界測定機構１８のＸ軸方向の磁界を測定したものでなくなる。即ち、微妙に測定誤差が生じる。
【００３２】
図３は、上記の測定誤差を補正することができる装置の原理図である。
図に示すように、この装置は、３軸センサ１４を支持するアーム１６と、磁石片２８を支持する回転テーブル５６を備える。３軸センサ１４を図のＸ軸方向に移動させて上記の測定を行う。このとき、Ｘ軸上に、一対の基準点２２を設定する。一対の基準点２２間を結ぶ線を基準線２４とする。基準線２４と直交する線を交差直線２５とする。
この交差直線２５上に、基準線２４を間に挟んで第１固定点３０と第２固定点３２とを設定する。
【００３３】
磁石片２８は、基準線２４に並行で、基準線２４と交差直線２５を含む面に垂直な側面６２を持つ支持板６０に固定されている。基準線２４や交差直線に対して支持板６０の側面６２の向きを調整すると、磁石片２８を目的とする状態に正確に支持できる。
【００３４】
第１固定点３０と第２固定点３２に、磁石片２８を支持するように構成された第１固定手段３４と第２固定手段３６とを設ける。各固定手段は、磁石片２８を一定の方向に向けて一定の姿勢で保持する皿やピンやクランプにより構成するとよい。なお、全く同一の特性の磁石片２８を一対用意するのは困難である。従って、１個の磁石片２８を第１固定手段３４を用いて第１固定点３０に支持し第１の測定結果を得る。次に、磁石片２８を第２固定点３２側に移動し、第２固定手段３６を用いて支持して第２の測定結果を得る。
【００３５】
このとき、磁石片２８が発生する磁力線は、基準線２４に対して左右対称であることが好ましい。従って、磁石片２８を第１固定手段３４で固定したときと第２固定手段３６で固定したときとでは、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８の位置や向きを選定することが好ましい。磁石片２８が互いに鏡像の関係になるように支持できればよい。
【００３６】
センサ駆動手段２６は、アクチュエータ２０（図）を駆動して、基準線２４に沿って３軸センサ１４を直線的に移動させる。１回目は、第１固定点３０に磁石片２８を支持した状態で、基準線２４上を一方から他方に向かって３軸センサ１４を移動させる。これを元に戻して、第２固定点３２に磁石片２８を支持した状態で、同じ動作を繰り返す。この動作により、３軸センサ１４は、基準線２４の方向と交差直線２５の方向の磁界を測定した結果を、第１の測定結果３８及び第２の測定結果４０として測定結果記憶手段４２に記憶させることができる。
【００３７】
図４は、第１の測定結果と第２の測定結果の比較説明図である。
図のグラフの形式は図２と同様である。図のように、第１の測定結果３８と第２の測定結果４０とは、極性が反転しているが、ほぼ同レベルの磁界測定値が得られている。基準線２４と第１固定点３０との間の距離と基準線２４と第２固定点３２との間の距離が等しくなければ、磁界測定値の絶対値は若干相違するが、Ｙ軸方向磁界の最大値の位置とＸ軸方向磁界のゼロクロス点４４の位置は、一致するはずである。しかしながら、磁界測定機構１８中で設定された３軸方向と、３軸センサ１４の検出素子の想定する測定系の３軸とが一致しないと、図のようにゼロクロス点４４の位置にずれが生じる。
【００３８】
ここで、例えば、３軸センサ１４の支持角度を調整して、磁界測定機構１８中で設定された３軸方向と３軸センサ１４の検出素子の想定する測定系の３軸とを一致させることができる。図のゼロクロス点４４のＸ軸方向の位置が一致するように支持角度調整をするとよい。
【００３９】
しかし、この調整には熟練を要し、精度の高い調整機構が必要になる。機械的に角度を調整する方法のほかに、角度の狂いは許容してそのまま測定をし、磁界測定値をその後に数字的に補正すれば、高精度の測定が可能である。
【００４０】
図５は、磁界測定値の補正係数の求め方を示す説明図である。
図において、磁界測定機構１８中で設定されたＸ軸とＹ軸に対して、３軸センサ１４の測定系のＸ軸とＹ軸を、Ｐ、Ｑと表した。３軸センサ１４の測定系は、磁界測定機構１８中のＸ−Ｙ平面上でβだけ傾斜している。
【００４１】
このとき、磁界ベクトルＡを３軸センサ１４で測定すると、そのＸ軸方向磁界はＧｘ、Ｙ軸方向磁界はＧｙとなる。ベクトルＡは、磁界測定機構１８中のＸ軸に対してαだけ傾いている。このとき、Ｇｘ、Ｇｙと、ベクトルＡの絶対値と角度α、βの関係は、（ｂ）の式のようになる。真の測定値は、Ｈｘ、Ｈｙである。
【００４２】
（ｂ）の関係式から、Ｘ軸補正係数は（ｃ）に示すようになる。また、Ｙ軸補正係数は（ｄ）に示すようになる。これにより、基準線２４の方向と交差直線２５の方向の磁界測定値を求めるための補正係数４６が求められる。論理的にはこのとおりであるが、コンピュータが処理する場合には演算処理が比較的複雑になる。そこで、予めこのような角度ずれを想定した補正係数を多数算出して保持しておく。
【００４３】
βの考えられる最大値が５度とすれば、例えば、０．１度刻みで対応する補正値を準備しても、５０個程度である。すべての補正値を当てはめてみて、第１の測定結果３８と第２の測定結果４０の測定値のゼロクロス点４４がＸ軸方向にみて一致したとき、その補正値を採用するとよい。図３に示した補正係数演算手段４８は、こうした演算処理を実行するコンピュータにより構成するとよい。
【００４４】
なお、図３に示した回転テーブル５６は、基準線２４と交差直線の交点５４上に、基準線２４と交差直線を含む面に対して垂直な回転軸を持つものにすることができる。この回転テーブル５６は磁界測定の対象物を置いて回転させる等のために使用される。その周辺部に、第１固定手段を設ける。第１固定手段３４は皿やクランプ等の支持台５０である。回転テーブル５６を１８０度回転させて、回転テーブル５６の回転とともに支持台５０が移動すると、第１固定点３０から第２固定点３２に移動させることができる。これにより、位置精度調整済みの移動機構を用いれば、第１固定点３０と第２固定点３２における磁石片２８の位置決めをスピーディーに正確に行える。
【００４５】
図６は具体的な磁界測定方法のフローチャートである。
磁界測定は、具体的にはこの図に示すように進められる。まず、ステップＳ１１で、磁石を初期状態にセットする。即ち、磁石片２８を第１固定点３０に支持する。次に、ステップＳ１２で、３軸センサ１４を基準点２２にセットをする。続いて、ステップＳ１３で、３軸センサ１４をＸ軸に沿って移動する。即ち、基準線２４上を移動させる。ステップＳ１４では、Ｘ軸とＹ軸方向の磁界測定をする。
【００４６】
磁界測定が終了すると、第１の測定結果３８が取得される。ステップＳ１５では、中央のゼロクロス点４４（第１）の検出をする。ステップＳ１６では、磁石片２８を１８０度公転させる。こうして、磁石片２８を第２固定点３２の位置に支持する。ステップＳ１７では、磁石片２８の３軸センサ１４に面した面の向きは変えずに、交差直線２５を軸にして１８０度自転させる。これで、磁石片２８を鏡像関係にセットできる。ステップＳ１８で、磁石片２８を基準点２２にセットする。ステップＳ１９で、３軸センサ１４をＸ軸に沿って移動する。ステップＳ２０では、Ｘ軸とＹ軸方向の磁界測定をする。これで、第２の測定結果４０が取得できる。ステップＳ２１で、中央のゼロクロス点４４（第２）の検出をする。
【００４７】
図７は、補正係数の計算処理動作フローチャートである。
ステップＳ３１では、取得されたゼロクロス点（第１と第２）のＸ軸上の位置を比較する。ステップＳ３２では、Ｘ軸上の位置が一致しているかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときは補正の必要が無いから処理を終了する。ノーのときはステップＳ３３の処理に移行する。ステップＳ３３では、既に説明した多数の補正係数を保存した補正値テーブルを参照する。ステップＳ３４では、取得した補正係数で第１の測定結果３８と第２の測定結果４０の測定値を補正する。ステップＳ３５では、ゼロクロス点（第１と第２）の比較をする。ステップＳ３６では、Ｘ軸上の位置が一致しているかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップＳ３７の処理に移行し、使用した補正値を、実際の測定時に使用する補正係数としてセットする。ノーのときはステップＳ３３の処理に戻り、ステップＳ３３からステップＳ３６の処理で、補正係数の探索を繰り返す。
【００４８】
図６と図７のステップＳ３７までの処理で、３軸センサをＸ軸方向に移動させて、Ｘ−Ｙ平面上の３軸センサのＺ軸方向から見たときの角度ずれ補正係数を取得した。全く同様の要領で、３軸センサをＹ軸方向に移動させて、Ｙ−Ｚ平面上の３軸センサのＸ軸方向から見たときの角度ずれ補正係数を取得する（図７ステップＳ３８）。さらに、３軸センサをＺ軸方向に移動させて、Ｚ−Ｘ平面上の３軸センサのＹ軸方向から見たときの角度ずれ補正係数を取得する（図７ステップＳ３９）。なお、Ｚ軸方向から見たときの角度ずれは、Ｙ軸上に磁石片を配置してセンサをＸ軸方向に移動する。Ｘ軸方向から見たときの角度ずれは、Ｙ軸上に磁石片を配置してセンサをＺ軸方向に移動する。Ｙ軸方向から見たときの角度ずれは、Ｘ軸上に磁石片を配置してセンサをＺ軸方向に移動するとよい。この方法によれば、マグネットをＸ−Ｙ平面上にだけ配置して補正係数の取得ができる。従って、Ｚ軸上にマグネットを配置するための特別の機構は不用になり、特許文献１に記載されたような既知の構成の装置をそのまま使用できる。以上のようにして、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向からみたときの角度ずれ補正係数を取得して装置にセットする。
【００４９】
以上の演算処理で得られた補正係数を使用すると、実際の測定対象物を回転テーブル５６等の上に固定して、アクチュエータ２０を使用して、３軸センサ１４を移動させながら、得た磁界測定値を補正して、精密な３次元磁界を測定することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１２ 検出素子
１４ ３軸センサ
１６ アーム
１８ 磁界測定機構
２０ アクチュエータ
２２ 基準点
２４ 基準線
２５ 交差直線
２６ センサ駆動手段
２８ 磁石片
３０ 第１固定点
３２ 第２固定点
３４ 第１固定手段
３６ 第２固定手段
３８ 第１の測定結果
４０ 第２の測定結果
４２ 測定結果記憶手段
４４ ゼロクロス点
４６ 補正係数
４８ 補正係数演算手段
５０ 支持台
５４ 交点
５６ 回転テーブル
５７ 支持面
６０ 支持板
６２ 側面
６３ 対向面
６４ 位置決め孔
６５ 支持側面
６６ ピン
６８ 回転軸
７０ 公転軸芯
７２ 矢印
７４ 矢印
７６ 矢印
７８ 自転軸芯
８０ 矢印
８２ 磁力線
８４ Ｘ軸方向段部
８６ Ｙ軸方向段部
８８ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度に３軸方向の磁界を測定するために使用される磁界測定調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、永久磁石が設計どおりのバタンに着磁されているかどうかを確認するために、磁気センサが使用される。この磁気センサをプローブ先端に取り付けて、測定対象物近傍の磁界を精密に測定するための装置が開発されている（特許文献１参照）（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８６７２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１６８７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
例えば、３軸方式の磁気センサは一辺が５０ミクロン程度の素子で、数ミリメートル幅の棒状の基板先端付近に搭載されている。この棒状の基板に磁気検出出力取り出し用の電極を取り付け、保護用の樹脂を被覆したものが磁気測定用プローブである。磁界測定機構中でこのプローブの先端を移動させて、測定対象物の近傍磁界を３次元的に測定する。
【０００５】
しかしながら、磁界測定機構中で設定された３軸に対して、磁気センサの検出素子の想定する測定系の３軸とが一致しないと、測定値に誤差が生じる。その調整に使用する磁界の形成が非常に重要になる。
上記の課題を解決するために、本発明は、３軸方向の磁界を精密に測定する磁界測定機構の調整のために使用する、磁気測定調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面に着脱可能な支持台により支持されており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に公転し、前記磁石片から前記基準となる軸に向かう磁力線の一部が、前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められており、前記支持台は前記基準となる軸と前記公転軸芯を通る面に平行な対向面と、前記回転テーブルの支持面に平行で前記対向面に直角に交わる一対の支持側面を有し、前記公転軸芯から前記対向面に向かう垂直な直線を自転軸芯としたとき、前記一対の支持側面のうちのいずれの面を前記支持面に接するように前記支持台を支持しても、前記自転軸芯が前記対向面の同一位置にあるように、前記支持台を前記支持面に固定する位置決め機構を設けたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【０００７】
〈構成２〉
構成１に記載の磁界測定調整装置において、前記回転テーブルの支持面には、前記３軸のうちの前記支持面に平行な軸と平行な位置決め面を備えたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【０００８】
〈構成３〉
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯とこの公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面の内部に埋め込まれており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に回転し、前記磁石片から前記支持面の外部に向かう磁力線の一部が前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められていることを特徴とする磁界測定調整装置。
【発明の効果】
【０００９】
〈構成１の効果〉
回転テーブルの支持面に磁石片を支持し、回転テーブルを回転させて、磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持し、磁界測定調整のための磁界を形成できる。
〈構成２の効果〉
回転テーブルの支持面に、磁界測定機構中で設定された３軸のうちの支持面に平行な軸と平行な位置決め面を設けると、磁石片の支持台を除去した後に、磁界測定のための試料を正確に位置決めして測定を開始できる。
〈構成３の効果〉
回転テーブルに磁石片が埋め込まれていると、磁石片が回転するときに３軸センサを支持するプローブ等に衝突することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】特許文献１の磁界測定装置の平面図である。
【図２】磁石の発生する磁力線と磁界測定値と３軸センサの傾きとの関係を説明する説明図である。
【図３】上記の測定誤差を補正することができる装置の原理図である。
【図４】第１の測定結果と第２の測定結果の比較説明図である。
【図５】磁界測定値の補正係数の求め方を示す説明図である。
【図６】具体的な磁界測定方法のフローチャートである。
【図７】補正係数の計算処理動作フローチャートである。
【図８】実施例１の磁界測定調整装置の説明図である。
【図９】実施例２の磁界測定調整装置の説明図である。
【図１０】実施例３の磁界測定調整装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図７は、本発明の磁界測定調整装置を使用する装置の動作例を示す説明図である。図８は、実施例１の磁界測定調整装置の説明図である。（ａ）はその斜視図、（ｂ）は磁石片が互いに鏡像の関係になる状態を示す平面図、（ｃ）は磁石片の自転軸芯を示す斜視図である。
【００１３】
図１〜図７については、後記の［参考使用例］の項で説明をする。その説明に先だって、図８〜図１０の実施例の装置を説明する。図８（ａ）の斜視図に示した装置は、互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサ１４の、支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものである。３軸センサ１４はアーム１６に支持されており、磁界測定機構中で設定された３軸方向に駆動されるよう構成されている。磁界測定機構中で設定された３軸を、図８（ａ）でＸ−Ｙ−Ｚと表示した。なお、３軸センサ１４やアーム１６を実線で示したが、これらは磁界測定調整装置を使用する磁界測定機構の一部で、磁界測定調整装置には含まれない。
【００１４】
実施例１の磁界測定調整装置は、磁界測定機構中で設定された３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうちのいずれかの基準となる軸（ここではＹ軸）を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８（図８（ｂ）中の破線）を支持するための回転テーブル５６を備える。回転テーブル５６の支持面５７上に、支持台５０が支持されている。図８（ｂ）に示すように、磁石片２８は、支持台５０の内部に埋め込まれている。支持台５０は、例えば、非磁性体のケースにより構成されている。
【００１５】
回転テーブル５６は、基準となるＹ軸に直角に交わる公転軸芯７０に垂直な支持面５７を持ち、公転軸芯７０を軸に回転駆動される。回転テーブル５６の回転軸６８は、図示しない磁界測定装置の軸受けにより支持されて、矢印７２の方向に自由に回転駆動される。この装置は、公転軸芯７０がＺ軸と一致するように、精密に調整されている。なお、回転テーブル５６を磁界測定調整のためにだけ使用する場合には、回転テーブル５６を軸受けに自由に着脱可能に支持しておくとよい。実際に磁界を測定する試料は回転テーブル５６を除去してから別の台に載せるようにするとよい。また、後で説明するように、回転テーブル５６から支持台５０を取り外して、回転テーブル５６に試料８８を載せてもよい。
【００１６】
磁石片２８は、回転テーブル５６の支持面５７に着脱可能な支持台５０により支持されている。磁石片２８は、回転テーブル５６の回転とともに公転軸芯７０を軸に公転する。磁石片２８から基準となるＹ軸に向かう磁力線の一部が、公転軸芯７０と交わるように、磁石片２８の位置が定められている。これにより、Ｚ軸上に配置された３軸センサ１４が磁石片２８により形成された磁界を検出できる。
【００１７】
図８（ｂ）や（ｃ）に示すように、支持台５０は、対向面６３と一対の支持側面６５を有する。対向面６３は、基準となるＹ軸と公転軸芯７０とを通る面に平行な面である。一対の支持側面６５は、回転テーブル５６の支持面５７に平行で対向面６３に直角に交わる面である。回転テーブル５６は、支持台５０の一対の支持側面６５のうちのいずれか一方の面と支持面５７が接するように支持台５０を支持する。
【００１８】
この実施例の装置は、支持台５０を自転させる機能を持つ。その自転軸芯７８を図８（ｃ）に示す。公転軸芯７０から対向面６３に向かう垂直な直線を自転軸芯７８と呼ぶことにする。このとき、一対の支持側面６５のうちのいずれの面を回転テーブル５６の支持面５７に接するように支持台５０を支持しても、自転軸芯７８が対向面６３の同一位置にあるように、支持台５０を支持面５７に固定する。例えば、支持台が精密に立方体もしくは直方体に加工されているとき、対向面６３の２ほんの対角線の交点を自転軸芯７８に設定するとよい。ピン６６と位置決め孔６４がその位置決め機構である。
【００１９】
図８の（ｂ）に示すように、例えば、回転テーブル５６を、Ｙ軸とＸ軸の交点５４を通る公転軸芯７０を軸に１８０度回転すると、左側に位置していた支持台５０が図のように右側に移動する。この図では、いずれも実線で描いたが、同一物が移動した前後の２種の状態を示している。磁石片２８の形成する磁力線がＸ−Ｚ平面上で、Ｚ軸の両側に対称に形成されるならば、そのままで、Ｙ軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８を支持したことになる。即ち、Ｘ−Ｚ平面上で、磁束に対する３軸センサ１４の傾きを調整できる。また、あるいは、測定値を補正する補正係数を取得できる。他の軸を基準にした場合も全く同様である。補正係数の計算方法は後で説明する。
【００２０】
一方、図８（ｂ）において、支持台５０の内部に埋め込まれた磁石片２８の形成する磁力線を、Ｙ軸に沿ってＹ軸の両側で対称に形成したい場合がある。Ｙ−Ｚ平面上に鏡を置いたとき、Ｙ軸の両側のどこででも、磁力線が対称に分布しているようにしたい場合である。この場合には、図８（ｂ）に示すように支持台５０を公転軸芯７０を軸に１８０度回転させてから、図８（ｃ）に示すように、支持台５０を自転軸芯７８を軸にして矢印７６方向に１８０度自転させる。矢印７４方向にみたとき、支持台５０の上下が反転する。
【００２１】
即ち、回転テーブル５６の支持面５７に接していた支持側面６５の代わりに、その反対側にある支持側面６５が支持面５７に接するように、支持台５０を自転させる。例えば、位置決め孔６４を自転軸芯７８に対して対称の位置に配置し、支持台５０の一対の支持側面６５にそれぞれ一対のピン６６を立設して、位置決め孔６４に嵌り合うようにしておく。これにより、支持台５０を簡単に自転軸芯７８を軸にして自転させることができる。一対のピン６６と位置決め孔６４とは正確に機械加工できるから、簡単な構造で精度の高い位置決め機構が実現する。
【実施例２】
【００２２】
図９は実施例２の磁界測定調整装置の説明図である。（ａ）は回転テーブル全体の斜視図、（ｂ）は回転テーブル上に試料を位置決めした状態の斜視図である。
図の回転テーブル５６の基本構造は、実施例１のものと同様である。実施例２の回転テーブル５６には、その支持面５７上に、Ｘ軸方向段部８４とＹ軸方向段部８６とが設けられている。Ｘ軸方向段部８４は、支持面５７に高低差のある段を設けることにより、Ｘ軸に平行な面を形成している。Ｙ軸方向段部８６は、支持面５７に高低差のある段を設けることにより、Ｙ軸に平行な面を形成している。いずれも、３軸のうちの支持面５７に平行なＸまたはＹ軸と平行な位置決め面である。
【００２３】
実施例２の回転テーブル５６は、調整終了後に支持台５０を除去してから、試料８８を回転テーブル５６に載せて、３軸センサ１４を用いて磁界分布の測定ができる。このとき、試料８８の基準面を、Ｘ軸方向段部８４またはＹ軸方向段部８６に密着させれば、試料８８の基準面を基準にした測定ができる。試料８８にＸ軸方向とＹ軸方向の２つの直交する基準面があれば、これらの基準面を、Ｘ軸方向段部８４とＹ軸方向段部８６に密着させて、試料８８の正確な位置決めができる。なお、Ｘ軸方向段部８４とＹ軸方向段部８６は、支持面５７上に、例えば、柱や壁、あるいはピン等により形成してもよい。
【実施例３】
【００２４】
図１０は実施例３の説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は主要部縦断面図である。
図１０の回転テーブル５６も、実施例１と同様の目的で使用される。しかしながら、実施例３の場合には、磁石片２８が回転テーブル５６の支持面５７の内部に埋め込まれている。従って、回転テーブル５６から磁石片２８を取り外すことができない構造になっている。故に、３軸センサの調整後は磁界測定装置から除去される。図１０の回転テーブル５６には非磁性体が使用される。
【００２５】
この回転テーブル５６も、回転軸６８を軸にして、図１０（ａ）の矢印８０に示す方向に回転できる。従って、例えば、図１で説明したＹ軸を挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８を支持することができる。回転テーブル５６は、実施例１と同様に、基準となる軸（Ｙ軸）に直角に交わる公転軸芯７０とこの公転軸芯７０に垂直な支持面５７を持ち、公転軸芯７０を軸に回転駆動される。磁石片２８は、回転テーブル５６の回転とともに公転軸芯７０を軸に回転する。
【００２６】
ここで、この実施例の場合、図１０の（ｂ）に示すように、磁石片２８の磁極が支持面５７の方向を向いているので、磁力線８２の多くは支持面５７に垂直な方向を向いている。しかしながら、磁石片２８から支持面５７の外部に向かう磁力線の一部が、公転軸芯７０と交わるように、磁石片２８の位置決めをする。これにより、磁石片２８を実施例１のように配置した場合と同様に、３軸センサ１４の調整をすることができる。また、図の（ｂ）に示すように、３軸センサ１４を支持するアーム１６を支持面５７に平行に配置することがある。このとき、回転テーブル５６に磁石片２８が埋め込まれていると、磁石片２８が回転するときにアーム１６等に衝突することがない。実施例１の支持台５０と比較してみると、それが良くわかる。
【００２７】
［使用例］
以下、上記の磁界測定調整装置の使用例を説明する。以下は、上記特許文献２に記載されたものである。３軸センサは、３個の磁気センサをそれぞれ測定系の３軸方向に向けて、プローブの先端に固定したものである。３個の磁気センサは、素子の製造段階で相互に精密に軸合わせ（角度合わせ）されている。一方、この磁気センサを用いて磁界測定をする磁界測定機構は、測定対象物を支持し、移動させたり回転したりする。その磁界測定機構中で設定された３軸も、相互に精密に軸合わせ（角度合わせ）されている。しかし、磁気センサの検出素子の想定する測定系の３軸とは必ずしも一致しない。両者が一致しないと、測定対象物の磁界測定機構のＸ軸方向の磁界を測定したはずなのに、実際に検出素子の想定する測定系のＸ軸方向の磁界の測定値を取得してしまう。そこで、測定対象物の磁界測定に先だって、磁石片を使用して調整をする。
【００２８】
図１は磁界測定装置を示す平面図である。図２はその測定値の性質を示す説明図である。
これらの図を用いて、磁界測定装置の動作原理を説明する。３軸センサ１４は、磁界測定機構１８中を３軸方向に自在に移動できるようにアーム１６に支持されている。磁界測定機構１８のアクチュエータ２０は、アーム１６を、磁界測定機構１８中で設定された互いに直交する３軸方向に移動させる機構群を備える。この機構群は、従来から、各種工作機械や測定装置に多用されているものであり、詳細な説明を省略する。
【００２９】
３軸センサ１４は、互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる検出素子１２を搭載したものである。ここでは、アーム１６を磁界測定機構１８のＸ軸方向に移動する例を説明する。この装置には、磁界測定値の補正処理のために、磁石片２８が設けられている。磁石片２８は、３軸センサ１４の側方からＹ軸方向に向けて磁力線を発生する磁石である。一点鎖線は、磁力線を示す。
【００３０】
図２は、磁石の発生する磁力線と磁界測定値と３軸センサ１４の傾きとの関係を説明する説明図である。
図のように、アーム１６をＸ軸方向に移動させて３軸センサ１４により磁石片２８の前方の磁界を測定する。Ｙ軸方向の磁界は、３軸センサ１４が磁石片２８の正面に位置したときに最大値になる。一方、Ｘ軸方向の磁界は、図のように、磁石片２８の正面でゼロになり、その前後では向きを反転して次第に絶対値が大きくなる。
【００３１】
ここで、３軸センサ１４の測定系のＸ軸方向がアーム１６の移動するＸ軸方向に対して傾斜していると、Ｘ軸方向磁界のゼロクロス点を測定する位置は、若干磁石片２８の正面の位置からシフトする。Ｙ軸方向磁界の最大値を測定する位置も、若干磁石片２８の正面の位置からシフトする。このとき、３軸センサ１４で測定したＸ軸方向の磁界測定値は、磁界測定機構１８のＸ軸方向の磁界を測定したものでなくなる。即ち、微妙に測定誤差が生じる。
【００３２】
図３は、上記の測定誤差を補正することができる装置の原理図である。
図に示すように、この装置は、３軸センサ１４を支持するアーム１６と、磁石片２８を支持する回転テーブル５６を備える。３軸センサ１４を図のＸ軸方向に移動させて上記の測定を行う。このとき、Ｘ軸上に、一対の基準点２２を設定する。一対の基準点２２間を結ぶ線を基準線２４とする。基準線２４と直交する線を交差直線２５とする。
この交差直線２５上に、基準線２４を間に挟んで第１固定点３０と第２固定点３２とを設定する。
【００３３】
磁石片２８は、基準線２４に並行で、基準線２４と交差直線２５を含む面に垂直な側面６２を持つ支持板６０に固定されている。基準線２４や交差直線に対して支持板６０の側面６２の向きを調整すると、磁石片２８を目的とする状態に正確に支持できる。
【００３４】
第１固定点３０と第２固定点３２に、磁石片２８を支持するように構成された第１固定手段３４と第２固定手段３６とを設ける。各固定手段は、磁石片２８を一定の方向に向けて一定の姿勢で保持する皿やピンやクランプにより構成するとよい。なお、全く同一の特性の磁石片２８を一対用意するのは困難である。従って、１個の磁石片２８を第１固定手段３４を用いて第１固定点３０に支持し第１の測定結果を得る。次に、磁石片２８を第２固定点３２側に移動し、第２固定手段３６を用いて支持して第２の測定結果を得る。
【００３５】
このとき、磁石片２８が発生する磁力線は、基準線２４に対して左右対称であることが好ましい。従って、磁石片２８を第１固定手段３４で固定したときと第２固定手段３６で固定したときとでは、互いに鏡像の関係になるように、磁石片２８の位置や向きを選定することが好ましい。磁石片２８が互いに鏡像の関係になるように支持できればよい。
【００３６】
センサ駆動手段２６は、アクチュエータ２０（図）を駆動して、基準線２４に沿って３軸センサ１４を直線的に移動させる。１回目は、第１固定点３０に磁石片２８を支持した状態で、基準線２４上を一方から他方に向かって３軸センサ１４を移動させる。これを元に戻して、第２固定点３２に磁石片２８を支持した状態で、同じ動作を繰り返す。この動作により、３軸センサ１４は、基準線２４の方向と交差直線２５の方向の磁界を測定した結果を、第１の測定結果３８及び第２の測定結果４０として測定結果記憶手段４２に記憶させることができる。
【００３７】
図４は、第１の測定結果と第２の測定結果の比較説明図である。
図のグラフの形式は図２と同様である。図のように、第１の測定結果３８と第２の測定結果４０とは、極性が反転しているが、ほぼ同レベルの磁界測定値が得られている。基準線２４と第１固定点３０との間の距離と基準線２４と第２固定点３２との間の距離が等しくなければ、磁界測定値の絶対値は若干相違するが、Ｙ軸方向磁界の最大値の位置とＸ軸方向磁界のゼロクロス点４４の位置は、一致するはずである。しかしながら、磁界測定機構１８中で設定された３軸方向と、３軸センサ１４の検出素子の想定する測定系の３軸とが一致しないと、図のようにゼロクロス点４４の位置にずれが生じる。
【００３８】
ここで、例えば、３軸センサ１４の支持角度を調整して、磁界測定機構１８中で設定された３軸方向と３軸センサ１４の検出素子の想定する測定系の３軸とを一致させることができる。図のゼロクロス点４４のＸ軸方向の位置が一致するように支持角度調整をするとよい。
【００３９】
しかし、この調整には熟練を要し、精度の高い調整機構が必要になる。機械的に角度を調整する方法のほかに、角度の狂いは許容してそのまま測定をし、磁界測定値をその後に数字的に補正すれば、高精度の測定が可能である。
【００４０】
図５は、磁界測定値の補正係数の求め方を示す説明図である。
図において、磁界測定機構１８中で設定されたＸ軸とＹ軸に対して、３軸センサ１４の測定系のＸ軸とＹ軸を、Ｐ、Ｑと表した。３軸センサ１４の測定系は、磁界測定機構１８中のＸ−Ｙ平面上でβだけ傾斜している。
【００４１】
このとき、磁界ベクトルＡを３軸センサ１４で測定すると、そのＸ軸方向磁界はＧｘ、Ｙ軸方向磁界はＧｙとなる。ベクトルＡは、磁界測定機構１８中のＸ軸に対してαだけ傾いている。このとき、Ｇｘ、Ｇｙと、ベクトルＡの絶対値と角度α、βの関係は、（ｂ）の式のようになる。真の測定値は、Ｈｘ、Ｈｙである。
【００４２】
（ｂ）の関係式から、Ｘ軸補正係数は（ｃ）に示すようになる。また、Ｙ軸補正係数は（ｄ）に示すようになる。これにより、基準線２４の方向と交差直線２５の方向の磁界測定値を求めるための補正係数４６が求められる。論理的にはこのとおりであるが、コンピュータが処理する場合には演算処理が比較的複雑になる。そこで、予めこのような角度ずれを想定した補正係数を多数算出して保持しておく。
【００４３】
βの考えられる最大値が５度とすれば、例えば、０．１度刻みで対応する補正値を準備しても、５０個程度である。すべての補正値を当てはめてみて、第１の測定結果３８と第２の測定結果４０の測定値のゼロクロス点４４がＸ軸方向にみて一致したとき、その補正値を採用するとよい。図３に示した補正係数演算手段４８は、こうした演算処理を実行するコンピュータにより構成するとよい。
【００４４】
なお、図３に示した回転テーブル５６は、基準線２４と交差直線の交点５４上に、基準線２４と交差直線を含む面に対して垂直な回転軸を持つものにすることができる。この回転テーブル５６は磁界測定の対象物を置いて回転させる等のために使用される。その周辺部に、第１固定手段を設ける。第１固定手段３４は皿やクランプ等の支持台５０である。回転テーブル５６を１８０度回転させて、回転テーブル５６の回転とともに支持台５０が移動すると、第１固定点３０から第２固定点３２に移動させることができる。これにより、位置精度調整済みの移動機構を用いれば、第１固定点３０と第２固定点３２における磁石片２８の位置決めをスピーディーに正確に行える。
【００４５】
図６は具体的な磁界測定方法のフローチャートである。
磁界測定は、具体的にはこの図に示すように進められる。まず、ステップＳ１１で、磁石を初期状態にセットする。即ち、磁石片２８を第１固定点３０に支持する。次に、ステップＳ１２で、３軸センサ１４を基準点２２にセットをする。続いて、ステップＳ１３で、３軸センサ１４をＸ軸に沿って移動する。即ち、基準線２４上を移動させる。ステップＳ１４では、Ｘ軸とＹ軸方向の磁界測定をする。
【００４６】
磁界測定が終了すると、第１の測定結果３８が取得される。ステップＳ１５では、中央のゼロクロス点４４（第１）の検出をする。ステップＳ１６では、磁石片２８を１８０度公転させる。こうして、磁石片２８を第２固定点３２の位置に支持する。ステップＳ１７では、磁石片２８の３軸センサ１４に面した面の向きは変えずに、交差直線２５を軸にして１８０度自転させる。これで、磁石片２８を鏡像関係にセットできる。ステップＳ１８で、磁石片２８を基準点２２にセットする。ステップＳ１９で、３軸センサ１４をＸ軸に沿って移動する。ステップＳ２０では、Ｘ軸とＹ軸方向の磁界測定をする。これで、第２の測定結果４０が取得できる。ステップＳ２１で、中央のゼロクロス点４４（第２）の検出をする。
【００４７】
図７は、補正係数の計算処理動作フローチャートである。
ステップＳ３１では、取得されたゼロクロス点（第１と第２）のＸ軸上の位置を比較する。ステップＳ３２では、Ｘ軸上の位置が一致しているかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときは補正の必要が無いから処理を終了する。ノーのときはステップＳ３３の処理に移行する。ステップＳ３３では、既に説明した多数の補正係数を保存した補正値テーブルを参照する。ステップＳ３４では、取得した補正係数で第１の測定結果３８と第２の測定結果４０の測定値を補正する。ステップＳ３５では、ゼロクロス点（第１と第２）の比較をする。ステップＳ３６では、Ｘ軸上の位置が一致しているかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップＳ３７の処理に移行し、使用した補正値を、実際の測定時に使用する補正係数としてセットする。ノーのときはステップＳ３３の処理に戻り、ステップＳ３３からステップＳ３６の処理で、補正係数の探索を繰り返す。
【００４８】
図６と図７のステップＳ３７までの処理で、３軸センサをＸ軸方向に移動させて、Ｘ−Ｙ平面上の３軸センサのＺ軸方向から見たときの角度ずれ補正係数を取得した。全く同様の要領で、３軸センサをＹ軸方向に移動させて、Ｙ−Ｚ平面上の３軸センサのＸ軸方向から見たときの角度ずれ補正係数を取得する（図７ステップＳ３８）。さらに、３軸センサをＺ軸方向に移動させて、Ｚ−Ｘ平面上の３軸センサのＹ軸方向から見たときの角度ずれ補正係数を取得する（図７ステップＳ３９）。なお、Ｚ軸方向から見たときの角度ずれは、Ｙ軸上に磁石片を配置してセンサをＸ軸方向に移動する。Ｘ軸方向から見たときの角度ずれは、Ｙ軸上に磁石片を配置してセンサをＺ軸方向に移動する。Ｙ軸方向から見たときの角度ずれは、Ｘ軸上に磁石片を配置してセンサをＺ軸方向に移動するとよい。この方法によれば、マグネットをＸ−Ｙ平面上にだけ配置して補正係数の取得ができる。従って、Ｚ軸上にマグネットを配置するための特別の機構は不用になり、特許文献１に記載されたような既知の構成の装置をそのまま使用できる。以上のようにして、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向からみたときの角度ずれ補正係数を取得して装置にセットする。
【００４９】
以上の演算処理で得られた補正係数を使用すると、実際の測定対象物を回転テーブル５６等の上に固定して、アクチュエータ２０を使用して、３軸センサ１４を移動させながら、得た磁界測定値を補正して、精密な３次元磁界を測定することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１２ 検出素子
１４ ３軸センサ
１６ アーム
１８ 磁界測定機構
２０ アクチュエータ
２２ 基準点
２４ 基準線
２５ 交差直線
２６ センサ駆動手段
２８ 磁石片
３０ 第１固定点
３２ 第２固定点
３４ 第１固定手段
３６ 第２固定手段
３８ 第１の測定結果
４０ 第２の測定結果
４２ 測定結果記憶手段
４４ ゼロクロス点
４６ 補正係数
４８ 補正係数演算手段
５０ 支持台
５４ 交点
５６ 回転テーブル
５７ 支持面
６０ 支持板
６２ 側面
６３ 対向面
６４ 位置決め孔
６５ 支持側面
６６ ピン
６８ 回転軸
７０ 公転軸芯
７２ 矢印
７４ 矢印
７６ 矢印
７８ 自転軸芯
８０ 矢印
８２ 磁力線
８４ Ｘ軸方向段部
８６ Ｙ軸方向段部
８８ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、
磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、
前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、
前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面に着脱可能な支持台により支持されており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に公転し、前記磁石片から前記基準となる軸に向かう磁力線の一部が、前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められており、
前記支持台は前記基準となる軸と前記公転軸芯を通る面に平行な対向面と、前記回転テーブルの支持面に平行で前記対向面に直角に交わる一対の支持側面を有し、前記公転軸芯から前記対向面に向かう垂直な直線を自転軸芯としたとき、
前記一対の支持側面のうちのいずれの面を前記支持面に接するように前記支持台を支持しても、前記自転軸芯が前記対向面の同一位置にあるように、前記支持台を前記支持面に固定する位置決め機構を設けたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁界測定調整装置において、
前記回転テーブルの支持面には、前記３軸のうちの前記支持面に平行な軸と平行な位置決め面を備えたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【請求項３】
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、
磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、
前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯とこの公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、
前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面の内部に埋め込まれており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に回転し、前記磁石片から前記支持面の外部に向かう磁力線の一部が前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められていることを特徴とする磁界測定調整装置。
【請求項１】
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、
磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、
前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、
前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面に着脱可能な支持台により支持されており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に公転し、前記磁石片から前記基準となる軸に向かう磁力線の一部が、前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められており、
前記支持台は前記基準となる軸と前記公転軸芯を通る面に平行な対向面と、前記回転テーブルの支持面に平行で前記対向面に直角に交わる一対の支持側面を有し、前記公転軸芯から前記対向面に向かう垂直な直線を自転軸芯としたとき、
前記一対の支持側面のうちのいずれの面を前記支持面に接するように前記支持台を支持しても、前記自転軸芯が前記対向面の同一位置にあるように、前記支持台を前記支持面に固定する位置決め機構を設けたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁界測定調整装置において、
前記回転テーブルの支持面には、前記３軸のうちの前記支持面に平行な軸と平行な位置決め面を備えたことを特徴とする磁界測定調整装置。
【請求項３】
互いに直交する３軸方向の磁界を個別に測定できる３軸センサの支持位置と角度調整もしくは磁界測定値の補正のために使用するものであって、
磁界測定機構中で設定された３軸のうちのいずれかの基準となる軸を間に挟んで、互いに鏡像の関係になるように、磁石片を支持するための回転テーブルを備え、
前記回転テーブルは、前記基準となる軸に直角に交わる公転軸芯とこの公転軸芯に垂直な支持面を持ち、前記公転軸芯を軸に回転駆動されるもので、
前記磁石片は、前記回転テーブルの支持面の内部に埋め込まれており、前記回転テーブルの回転とともに前記公転軸芯を軸に回転し、前記磁石片から前記支持面の外部に向かう磁力線の一部が前記公転軸芯と交わるように、前記磁石片の位置が定められていることを特徴とする磁界測定調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４９９４２（Ｐ２０１２−１４９９４２Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６９８（Ｐ２０１１−７６９８）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（５０４００４９１３）株式会社アイエムエス (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（５０４００４９１３）株式会社アイエムエス (4)
【Ｆターム（参考）】
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