JP5198920B2 - 動釣合試験機 - Google Patents

Description

本発明は、動釣合試験機に関する。

従来より、ワークの表面に基準位置を表すマークなどを設け、このマークを位置センサで検出して回転基準信号を発生させるとともに、この回転基準信号とワーク駆動用のサーボモータの駆動パルスとを比較して、ワークの回転位置（角度）を正確に検出するようにした動釣合試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の試験機では、サーボモータの駆動パルスをカウンタでカウントし、このカウント値に基づきワークを測定された不釣り合い角度や予め設定された一定の角度位置に自動停止させる。カウンタは、回転基準信号が発生される度にリセットされ、カウント値が基準位置からの角度に対応づけられる。

特開２００５−９１３１７号公報

ところで、上記特許文献１記載の試験機のようにワークをベルトを介してサーボモータで駆動する場合、サーボモータの回転とワークの回転との間に誤差が生じることがある。このため、例えば所定のカウント値でサーボモータを停止させる場合に、そのカウント値に到達する前にカウンタがリセットされ、サーボモータを停止することができないおそれがあった。

本発明による動釣合試験機は、ワークを回転駆動する駆動手段と、ワークが所定量回転する毎に回転基準信号を出力する基準信号出力手段と、駆動手段の駆動量に応じたパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、パルス信号出力手段から出力されたパルス信号をカウントするとともに、基準信号出力手段から出力された回転基準信号に同期してカウンタがリセットされる第１のカウンタ手段と、パルス信号出力手段から出力されたパルス信号をカウントするとともに、基準信号出力手段から出力された回転基準信号に同期してリセット前の第１カウンタ手段のカウント値にカウント値が書き換えられる第２のカウンタ手段と、第１のカウンタ手段のカウント値および第２のカウンタ手段のカウント値が目標カウント値に一致したか否かを判定する判定手段と、判定手段により少なくともいずれかのカウント値が目標カウント値に一致したと判定されると、駆動手段によるワークの回転を減速または停止させる駆動制御とを備える。
駆動手段をベルトを介してワークを駆動するベルト式駆動装置として構成し、パルス信号出力手段をベルトが掛け回された回転体の回転量を検出する回転式パルス発生器として構成することもできる。
第１のカウンタ手段のカウント値と目標カウント値とを比較する第１の比較器と、第２のカウンタ手段のカウント値と目標カウント値とを比較する第２の比較器と、第１のカウンタ手段のカウント値および第２のカウンタ手段のカウント値の少なくともいずれかと目標カウント値とが一致すると、駆動制御手段を動作させるための一致信号を出力する出力器とにより判定手段を構成してもよい。
駆動手段により回転駆動されたワークの不釣合量および不釣合角度を検出する不釣合検出手段と、不釣合検出手段により検出された不釣合量および不釣合角度と基準信号出力手段およびパルス信号出力手段からの信号に基づき、目標カウント値を設定する目標カウント値設定手段とをさらに有するものとしてもよい。

本発明によれば、回転基準信号に同期してリセットされる第１のカウンタ手段と、回転基準信号に同期してリセット前のカウント値に書き換えられる第２のカウンタ手段を設け、いずれかのカウント値が目標カウント値に一致するとワークの回転を減速または停止させるようにしたので、第１のカウンタ手段がリセットされた場合でも、ワークの現在位置を確実に検出することができる。

以下、図１〜図５を参照して本発明による動釣合試験機の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る動釣合試験機の概略構成を示す図である。ワークＷは、その両端部が軸受け１ａ，１ｂにより回転可能に支持されている。軸受け１ａ，１ｂは、ばね要素を介して試験機フレーム（不図示）に弾性支持され、ワークＷが回転すると、ワークＷの不釣り合いに応じて軸受け１ａ，１ｂが振動する。軸受け１ａ，１ｂの振動は、ムービングコイル式の振動検出センサや圧電素子式の力検出センサであるピックアップ２ａ，２ｂにより検出され、ワークＷの不釣り合いが測定される。

モータ３の出力軸３ａにはプーリ４が取り付けられ、このプーリ４の外周面からワークＷの外周面にかけてベルト５が掛け回されている。モータ３はパルス信号によって駆動するサーボモータであり、モータ３の駆動によりベルト５を介してワークＷが回転する。

ワークＷの表面には、基準位置を表すためのマークなどの基準部７が設けられ、この基準部７に面して非接触式の基準位置センサ８（例えばレーザセンサ）が配設されている。基準位置センサ８は、ワークＷが回転した際に、その前面を基準部７が通過する度にパルス上の回転基準信号を発生する。

プーリ４の回転はロータリーエンコーダ６により検出される。ロータリーエンコーダ６はモータ３に内蔵され、あるいはモータ３の外側に設けられ、プーリ４の回転量に応じたパルス信号を発生する。ワークＷの回転角とロータリーエンコーダ６のパルス数とは比例関係があり、例えばワークＷが１回転する度にロータリーエンコーダ６はＮ０個のパルス信号を発生する。以下では、Ｎ０を基準パルス数と呼ぶ。

基準パルス数Ｎ０はワークＷの大きさによって異なる。ワークＷの大きさを変更した場合には、動釣合試験を行う前にワークＷをゆっくりと１回転させて１回転分のパルス数を検出し、これを基準パルス数Ｎ０として記憶する。３６０°をこの基準パルス数Ｎ０で除算すれば、１パルス当たりのワークＷの回転角度が得られる。

ピックアップ２ａ，２ｂとロータリーエンコーダ６と基準位置センサ８からの信号は、それぞれ制御装置１０に入力される。制御装置１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路（ＡＤ変換器やアンプなど）を含んで構成され、予め基準パルス数Ｎ０が記憶されている。制御装置１０は、これら入力信号に基づき、ワークＷの左右両面における不釣り合いの大きさと方向（基準位置からの角度）を演算し、演算結果を表示器１１に出力する。

この演算結果に基づき、ワークＷの不釣合部を例えば不釣り合い修正用のドリルの位置まで回転させる。そして、ドリルによって不釣り合い量に応じた分だけワーク表面を孔開け加工し、ワークＷの不釣り合いを除去する。ワークＷを回転させる際には、制御装置１０でロータリーエンコーダ６からのパルス信号をカウントし、基準位置センサ８から回転基準信号が出力されると、カウンタをリセットする。これにより基準部７からの角度とカウント値とが対応づけられ、カウント値に基づきモータ３の回転速度を制御し、ワークＷを所定位置で停止させることができる。

この点について具体例を挙げて説明する。例えばワークＷの不釣り合い部の角度に相当するカウント目標値Ｎａ（＜Ｎ０）が２０００の場合にワークＷを目標位置に停止させる手順について説明する。このときプーリ４の回転角とワークＷの回転角の対応関係にずれが生じていなければ、図３（ａ）に示すように基準位置センサ８から回転基準信号が出力される前に、すなわちワークＷが１回転する前に、カウント値Ｎが目標値Ｎａ（＝２０００）に到達する。カウント値Ｎが目標値Ｎａに到達すると、制御装置１０は一致信号を出力し、モータ３の回転を停止する。

ところが、実際にはベルト５の伸び縮みや滑り、駆動部のがたつき等によりプーリ４の回転角とワークＷの回転角の対応関係の間にはずれがある。不釣合を除去する際のドリル加工の精度を考慮すると、このずれが基準パルス数Ｎ０の１０％程度であれば、許容される範囲の誤差であり、実用上は問題ない。

しかし、目標カウント値Ｎａが基準パルス数Ｎ０に近い場合には、誤差が許容範囲内であっても、誤差によってワークＷの回転角がロータリーエンコーダ６のパルス数を上回り、図３（ｂ）に示すようにカウント値Ｎが目標値Ｎａに到達する前に回転基準信号が出力されることがある。この場合、回転基準信号が出力されるとカウンタがリセットされるため、制御装置１０はいつまでたっても一致信号を出力せず、モータ３の回転を停止することができない。このような問題を解決するため、本実施の形態は以下のように制御装置１０を構成する。

図２は、本実施の形態に係る動釣合試験機の要部構成を示すブロック図である。制御装置１０は、第１カウンタ１１および第２カウンタ１２と、第１比較器１３および第２比較器１４と、目標値設定回路１５と、論理和回路１６とを有する。なお、以下では第１カウンタ１１のカウント値をＮ１で、第２カウンタ１２のカウント値をＮ２でそれぞれ表す。

第１カウンタ１１および第２カウンタ１２は、それぞれロータリーエンコーダ６からのパルス信号をカウントする。第１カウンタ１１のカウント値Ｎ１は、基準位置センサ８からの回転基準信号に同期してゼロリセットされる。第２カウンタ１２のカウント値Ｎ２は、基準位置センサ８からの回転基準信号に同期して、第１カウンタ１１のカウント値Ｎ１（リセット前の現在値）に書き換えられる。

目標値設定回路１５は、カウント目標値Ｎａを設定する。このカウント目標値Ｎａは、例えば予めワークＷの不釣合を測定することによって自動的に設定され、基準部７から不釣合部までのロータリーエンコーダ６がカウントするパルス数に相当する。基準部７から停止目標位置までの角度をユーザが直接入力し、固定のカウント値Ｎａを設定することもできる。

第１比較器１３は、第１カウンタ１１のカウント値Ｎ１と目標値Ｎａとを比較し、両者が一致すると、すなわちカウント値Ｎ１が目標値Ｎａに達すると一致信号を出力する。第２比較器１４は、第２カウンタ１２のカウント値Ｎ２と目標値Ｎａとを比較し、両者が一致すると、すなわちカウント値Ｎ２が目標値Ｎａに達すると一致信号を出力する。

論理和回路１６は、第１比較器１３または第２比較器１４の少なくとも一方から一致信号が出力されると、一致信号を出力する。論理和回路１６から一致信号が出力されると、モータ３の回転停止が指令され、モータ３の回転が停止する。

本実施の形態の主要な動作を説明する。目標カウント値Ｎａを２０００としてモータ３を駆動し、ワークＷの回転がプーリ４の回転よりも先行する場合を想定する。この場合、図４に示すようにカウント値Ｎ１が目標値Ｎａに到達する前（例えばＮ１＝１９９７）に、基準位置センサ８から回転基準信号が出力され、第１カウンタ１１がリセットされる。このため、第１比較器１３から一致信号は出力されない。

このとき回転基準信号に同期して第２カウンタ１２のカウント値Ｎ２が第１カウンタ１１のカウント値Ｎ１に書き換えられ、第２カウンタ１２はこのカウント値Ｎ１に続けてパルス数をカウントする。その後、第２カウンタ１２のカウント値Ｎ２が目標値Ｎａ（＝２０００）に達すると、第２比較器１４は一致信号を出力する。これにより論理和回路１６が一致信号を出力し、モータ３の回転が停止される。

なお、ワークＷの回転がモータ３の回転よりも遅れる場合は、基準位置センサ８から回転基準信号が出力される前に、第１カウンタ１１のカウント値Ｎ１が目標値Ｎａに到達し、第１比較器１３が一致信号を出力する。これにより論理和回路１６が一致信号を出力し、モータ３の回転が停止する。

カウント目標値ＮａでワークＷを停止させるようにしたが、停止目標値の例えば１８０°手前のカウント値をカウント目標値Ｎａとして設定し、カウント値Ｎ１，Ｎ２がこの目標カウント値Ｎａに一致したときにカウント目標値Ｎａを停止目標値に書き換えるとともに、ワークＷの減速を開始させ、その後、カウント値Ｎ１，Ｎ２がカウント目標値Ｎａに一致するとワークＷの回転を停止させるようにしてもよい。すなわち停止位置の検出だけでなく、減速開始位置の検出を行うようにしてもよい。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）モータ３の回転に応じたパルス信号をカウントするカウンタ１１，１２、およびカウンタ１１，１２のカウント値Ｎ１，Ｎ２と目標値Ｎａとを比較する比較器１３，１４をそれぞれ二重に設け、回転基準センサ８から回転基準信号が出力されると、第１カウンタ１１をリセットするとともに、第２カウンタ１２のカウント値Ｎ２を第１カウンタ１１のカウント値Ｎ１に書き換えるようにした。これにより、一方のカウンタ１１がリセットされた場合にも他方のカウンタ１２により一致信号を出力することができ、プーリ４の回転よりワークＷの回転が先行した場合であっても、モータ３の減速開始位置や停止位置を確実に検出し、ワークＷの回転を停止することができる。

（２）いずれかの比較器１３，１４から一致信号が出力されるとモータ３の回転を変更するので、ワークＷの回転が先行した場合だけでなく、プーリ４の回転が先行した場合にも、モータ３の回転を変更することができる。
（３）ワークＷとプーリ４の間にベルト５を掛け回し、ロータリーエンコーダ６によりプーリ４の回転を検出するので、ベルト式動釣合試験機におけるワークＷの位置検出が容易である。
（４）ピックアップ２ａ，２ｂとロータリーエンコーダ６と基準位置センサ８からの信号に基づき、制御装置１０でワークＷの不釣合を除去するための目標カウント値Ｎａを設定するので、ワークＷの不釣合を容易に除去できる。

基準信号出力手段の構成は上述したものに限らない。ロータリーエンコーダ６によりプーリ４の回転を検出するようにしたが、モータ３の駆動量に応じたパルス信号を出力するのであれば、パルス信号出力手段の構成はこれに限らない。

上記実施の形態では、ロータリーエンコーダ６のパルス信号をカウントするとともに、回転基準信号に同期してリセットされる第１カウンタ１１（第１のカウンタ手段）およびパルス信号をカウントするとともに、回転基準信号に同期して第１カウンタ１１のカウント値Ｎ１に書き換えられる第２カウンタ１２（第２のカウンタ手段）を設け、比較器１３，１４でカウント値Ｎ１，Ｎ２と目標値Ｎａを比較するようにしたが、いずれかのカウント値Ｎ１，Ｎ２が目標カウント値Ｎａに一致したか否かを判定するのであれば、判定手段の構成はいかなるものでもよい。論理和回路１６（出力器）から一致信号が出力されると、制御装置１０からの信号によりモータ３の駆動速度を変化させるようにしたが、駆動制御手段の構成はいかなるものでもよい。

不釣合検出手段としてのピックアップ２ａ，２ｂによりワークＷの不釣合量および不釣合角度を検出し、検出された不釣合量および不釣合角度とロータリーエンコーダ６および回転基準センサ８からの信号に基づき、制御装置１０（目標値設定回路１５）で目標カウント値Ｎａを設定するようにしたが、目標カウント値設定手段の構成はこれに限らない。ワークＷとプーリ４にベルト５を掛け回し、モータ駆動によりワークＷを回転させるようにしたが、駆動手段の構成はこれに限らない。

例えば図５（ａ）に示すように基台１００に対して舟形架台１０１を弾性支持し、この舟形架台１０１によりワークＷを回転可能に支持するとともに、プーリ１０２ａ〜１０２ｃにベルト１０３を掛け回し、このベルト１０３をワークＷに摺接させ、プーリ１０２ａをモータ１０４で駆動してワークＷを回転させ、その際の舟形架台の振動をセンサで検出してワークＷの不釣合量を測定するようにしてもよい。この場合には回転体としてのプーリ１０２ａの回転量を、パルス式センサであるロータリーエンコーダ等により検出すればよい。ベルト１０３が掛け回される他の回転体１０２ｂ，１０２ｃの回転量を検出してもよい。図５（ｂ）に示すように基台１００から弾性支持された一対のローラ１０５により、ワークＷの回転軸１１０を支持し、ローラ１０５の回転駆動によりワークＷを回転させるようにしてもよい。すなわち動釣合試験機をベルト駆動方式でなくローラ駆動方式としてもよい。

上記実施の形態では、ワークＷを横置きに支持したが、縦置きに支持してもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の動釣合試験機に限定されない。

本発明の実施の形態に係る動釣合試験機の概略構成を示す図。 本発明の実施の形態に係る動釣合試験機の要部構成を示すブロック図。 従来の動釣合試験機の問題点を説明する図。 本発明の実施の形態に係る動釣合試験機の動作を説明する図。 本発明による動釣合試験機の変形例を示す図。

符号の説明

１ 試験体
２ａ，２ｂ ピックアップ
３ モータ
４ プーリ
５ ベルト
６ ロータリーエンコーダ
８ 回転基準センサ
１０ 制御装置
１１ 第１カウンタ
１２ 第２カウンタ
１３ 第１比較器
１４ 第２比較器
１５ 目標値設定回路
１６ 論理和出力回路
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークを回転駆動する駆動手段と、
   ワークが所定量回転する毎に回転基準信号を出力する基準信号出力手段と、
   前記駆動手段の駆動量に応じたパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、
   前記パルス信号出力手段から出力されたパルス信号をカウントするとともに、前記基準信号出力手段から出力された回転基準信号に同期してカウンタがリセットされる第１のカウンタ手段と、
   前記パルス信号出力手段から出力されたパルス信号をカウントするとともに、前記基準信号出力手段から出力された回転基準信号に同期してリセット前の前記第１カウンタ手段のカウント値にカウント値が書き換えられる第２のカウンタ手段と、
   前記第１のカウンタ手段のカウント値および前記第２のカウンタ手段のカウント値が目標カウント値に一致したか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により少なくともいずれかのカウント値が目標カウント値に一致したと判定されると、前記駆動手段によるワークの回転を減速または停止させる駆動制御手段とを備えることを特徴とする動釣合試験機。
2. 請求項１に記載の動釣合試験機において、
   前記駆動手段は、ベルトを介してワークを駆動するベルト式駆動装置であり、
   前記パルス信号出力手段は、前記ベルトが掛け回された回転式パルス発生器であることを特徴とする動釣合試験機。
3. 請求項１または２に記載の動釣合試験機において、
   前記判定手段は、
   前記第１のカウンタ手段のカウント値と前記目標カウント値とを比較する第１の比較器と、
   前記第２のカウンタ手段のカウント値と前記目標カウント値とを比較する第２の比較器と、
   前記第１のカウンタ手段のカウント値および前記第２のカウンタ手段のカウント値の少なくともいずれかと前記目標カウント値とが一致すると、前記駆動制御手段を動作させるための一致信号を出力する出力器とを有することを特徴とする動釣合試験機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の動釣合試験機において、
   前記駆動手段により回転駆動されたワークの不釣合量および不釣合角度を検出する不釣合検出手段と、
   前記不釣合検出手段により検出された不釣合量および不釣合角度と前記基準信号出力手段および前記パルス信号出力手段からの信号に基づき、前記目標カウント値を設定する目標カウント値設定手段とをさらに有することを特徴とする動釣合試験機。

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