JPS5951327A - Detector for detecting minute rotary torque - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To detect the minute rotary torque of an object to be measured and to detect the variation of the minute rotary torque during a measuring time, by utilizing such a phenomenon that the rotary number of a DC motor is almost inversely proportional to load torque. CONSTITUTION:A DC motor encoder is formed by a DC motor 101, a rotary encoder 102 rotated in synchronous relation to said motor to generate a pulse signal and a rotary shaft 103 for rotating an object to be measured. In addition, a motor constant rotary speed control circuit 105 for reducing the rotary variation of the motor 101 during no-load is mounted. In this case, the pulse signal from the DC motor encoder is applied to a torque detecting and judging circuit 104 and the rotary torque value and the variation of rotary torque of the object to be measured is judged. By this constitution, the minute rotary torque of the object to be measured and the variation of the minute rotary torque during a measuring time can be detected.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微小な回転トルク値（”ｒａｇ　−ｃｍ以下）
の検出、判定郊びに徒小トルク測定中に発生する微小な
トルク皆勤を検出寸石微小回転トルク検出器に関するも
のである。[Detailed Description of the Invention] The present invention is designed to reduce the rotational torque value (“rag −cm or less)”
This invention relates to a minute rotational torque detector that detects minute torques that occur during the measurement of minute torques.

本発明に入る前に従来の移々の測定方法を述べる。まず
、■バネ材の伸縮力を利用して、その変化量を回１トル
ク量に換算する方法。○直流モータに被測定物（回転体
）を接＃ジせ負荷の回転変動によりモータの回転、或い
けモータの駆動電流の変化を回転トルク量に換算する方
法。■正確な標章回転体に対して被測定物も同時に回転
させ、負荷が変動することにより両者の間にねじれが生
ずる。そのねじれをボテンシ璽メーターなどで電圧肇換
して回転トルク量に換Ｘ＋る方法など≠＋ある。Before entering into the present invention, conventional measurement methods will be described. First, ■ a method that uses the elastic force of the spring material and converts the amount of change into the amount of torque per rotation. ○A method in which the object to be measured (rotating body) is connected to a DC motor, and changes in the rotation of the motor or the drive current of the motor are converted into rotational torque due to fluctuations in the rotation of the load. ■The object to be measured is also rotated at the same time as the accurate symbol rotating body, and as the load fluctuates, twisting occurs between the two. There are ways to change the voltage using a potentiometer or the like and convert it into rotational torque.

従来の測定方法の欠点として、■はバネ材が検出器とな
るため機械的な変換ｂスが′大きく、ハンドワーク的に
使用するＫは適しているけれども、量産機などにセット
して連続判定するには不向きと思われる。また、■につ
いてはモータ自体の回転ドリフトにより経時的なデータ
変化が入られ、正確な判定は無理と思われる。更に、■
については高速判定に不向きであり、検出器自体が大き
く省スペース思考でないと思われるなど、それぞれの欠
点を有していた。A disadvantage of the conventional measurement method is that the mechanical conversion is large because the spring material is used as a detector.Although K is suitable for handwork, it cannot be used for continuous determination by setting it on a mass-produced machine. It seems unsuitable to do so. Regarding (2), the data changes over time due to the rotational drift of the motor itself, and it seems impossible to make an accurate determination. Furthermore,■
Each of these had its own drawbacks, such as being unsuitable for high-speed determination, and the detector itself being large and not thought to be space-saving.

本発明はかかる欠点を除去したもので、その目的は検出
部が小ざ〈量産機に滴しており、検出及び判定精度の高
い、かつ測定時間内における微小な回転トルク変動をも
検出することであり、その実施例に基づいて本発明を図
により詳しく説明する。尚、本システムの基本原理は直
流モータの回転数が負荷トルクにほぼ逆比例することを
利用したものであり、その変動をロータリーエンコーダ
で検出し、被測定物の回転トルク絶対値と測定期間内に
おけるトルク変動を検出するものである。The present invention eliminates such drawbacks, and its purpose is to have a small detection section (which is common in mass-produced machines), to have high detection and judgment accuracy, and to detect even minute rotational torque fluctuations within the measurement time. The present invention will be explained in detail with reference to the drawings based on the examples. The basic principle of this system is that the rotational speed of the DC motor is almost inversely proportional to the load torque, and the fluctuations are detected by a rotary encoder, and the absolute value of the rotational torque of the object to be measured and the measurement period are calculated. This is to detect torque fluctuations in the

第１図に本発明のブロック図を示す。１０１け直流モー
タ、１０１に同期して回転し、電気的な回転パルス信号
を発生するロータリーエンコーダ１０２、被測定物を回
転せしめる回転軸１０３、ここで１０１゜１０２．１０
３を総称して直流モータエンコーダと呼フ、更に、直流
モータエンコーダからの発生パルス信号よ杉林測定物の
回転トルク値、及び変化を判定するトルク検出、判定回
路１０４、無角荷時におはる直流モータエンコーダの回
転変動を極力押えるための定回転速度制御回路１０５か
ら成っている。FIG. 1 shows a block diagram of the present invention. 101 DC motor, rotary encoder 102 that rotates in synchronization with 101 and generates an electrical rotation pulse signal, and a rotating shaft 103 that rotates the object to be measured, where 101°102.10
3 are collectively referred to as a DC motor encoder, and a torque detection and determination circuit 104 that determines the rotational torque value and change of the Sugibayashi measurement object from the pulse signal generated from the DC motor encoder, and a torque detection and determination circuit 104 that determines the rotational torque value and change of the rotational torque of the object to be measured. It consists of a constant rotation speed control circuit 105 for suppressing rotational fluctuations of the DC motor encoder as much as possible.

次に第２図により詳細について説明する。本システム回
路の外部よね測定スタート制御回路２０７に信号が入る
と、水晶発振回路２０１、及び分周回路２０３で発生し
たシステムクロックにより外部信号に同期をかはる。そ
の後、同期スタート信号で測定時間設定回路２１０をト
リガーＬ　、　２０９で標準クロックをカウントして正
確な測定ゲート信号を形成する。一方、被測定物２１３
は直流モータエンコーダ２１４によね強制的に回転づせ
られる。Next, details will be explained with reference to FIG. When a signal enters the external bias measurement start control circuit 207 of this system circuit, synchronization with the external signal is achieved using the system clock generated by the crystal oscillation circuit 201 and the frequency dividing circuit 203. Thereafter, the measurement time setting circuit 210 is triggered L by the synchronization start signal, and the standard clock is counted by 209 to form an accurate measurement gate signal. On the other hand, the object to be measured 213
is forcibly rotated by the DC motor encoder 214.

尚、本システムにおいては微小な回転トルクの絶対値、
及びその変動を検出するために、被測定物２１３を回転
させる直流モータは軸摩擦トルク、及び電機子イナーシ
ャの極力小さなものを使用し、回転変動を押さえる必要
がある。そのために定回転速度制御回路２１５を設け、
測定期間外の直流モータエンコーダ２１４の回転数をチ
ェックしながら初期設定の回転数を保持させる機能を持
たせている。また、直流モータエンコーダ２１４よね発
生したエンコーダ出力パルス２１６は、直流モータの回
転速度に比例して出力してお秒、仮に直流モータ１回転
で４００パルス発生するタイプのものであれば、１秒間
に直流モータが１０回転すると４００×１０　＝　４０
００パル汐形となる。従って、直流モータ１回転でｎパ
ルス発生し、　Ｎ（ｒ７＋ｓ）　　で回転しているとき
のエンコーダ出力パルス数Ｐｎは、ｐｎ　＝　ｎ　Ｘ　
Ｎ　Ｃパルη秒〕・・・・・・・・・・■で表わすこと
ができる。In addition, in this system, the absolute value of minute rotational torque,
In order to detect this variation, it is necessary to use a DC motor that rotates the object to be measured 213 with a shaft friction torque and armature inertia as small as possible to suppress rotational variation. For this purpose, a constant rotation speed control circuit 215 is provided,
A function is provided to maintain the initially set rotation speed while checking the rotation speed of the DC motor encoder 214 outside the measurement period. In addition, the encoder output pulse 216 generated by the DC motor encoder 214 is output in proportion to the rotational speed of the DC motor, and if the DC motor is of the type that generates 400 pulses per rotation, then it will be output per second. When the DC motor rotates 10 times, 400 x 10 = 40
00 Pal Shiogata. Therefore, n pulses are generated in one rotation of the DC motor, and the number of encoder output pulses Pn when rotating at N(r7+s) is pn = n
N C pulse η seconds] can be expressed as ■.

エンコータ出力パルス２１６ｄシステムクロックの中で
も高周波数のもので同期させるための波形整形回路２１
７に送られ、昔の信号制御回路において正確な判定を可
能圧している。このようにシステムクロックに同期した
エンコーダ同期パルス２１８　Ｖｉ、直流モータが経時
的に回転変動（以下ドリフトという）を起こすため、判
定精度の向上を計ることを目的に、本測定に入る前Ｋま
ずスタン　５　− バイでのエンコーダ同期パルス２１８を測定して測定標
準値を決定する。具体的には被測定物２１３をセットし
ない状態、つまり直流モータエンコーダ２１４側から見
れば無角荷状態で、水晶発振回路２０１からの標準信号
を基準に発生した正確な測定ゲート信号２１２の基準時
間内に、エンコーダ同期パルス２１８が何発入るかを測
定し、そのデータを仮り測定データの格納レジスタ２１
９に言ｅ憶させる。Encoder output pulse 216d Waveform shaping circuit 21 for synchronizing with a high frequency one among the system clocks
7, making it possible to make accurate judgments in old signal control circuits. Since the encoder synchronization pulse 218 Vi synchronized with the system clock and the DC motor cause rotational fluctuations (hereinafter referred to as drift) over time, in order to improve the judgment accuracy, we first set the standby pulse 218 Vi before starting the actual measurement. Measure the encoder synchronization pulse 218 at 5-by to determine the measurement standard value. Specifically, the reference time of the accurate measurement gate signal 212 generated based on the standard signal from the crystal oscillation circuit 201 in a state where the object to be measured 213 is not set, that is, a square load state when viewed from the DC motor encoder 214 side. The number of encoder synchronization pulses 218 that are entered is measured, and the data is temporarily stored in the measurement data storage register 21.
Make 9 remember the words.

次に仮カ測定終了後、今度は被測定物２１３をセットし
た状態、つまｂ負荷状態で仮り測定時と同様な測定ｃ以
下本測定という）を寮行する。この本測定ｆよる測定デ
ータは本測定データの格納レジスタ２２０にｌＦ憶され
る。１ｉＦ’に、仮り測定データ２２１、及び本測定デ
ータ２２２Ｆｉ減算回路２２３に転送きれ、次の測定に
入るまでにデータ処理される。Next, after the provisional power measurement is completed, this time, with the object to be measured 213 set and the tab b loaded, the same measurements as in the provisional measurement c (hereinafter referred to as the actual measurement) are carried out in the dormitory. The measurement data from this actual measurement f is stored in the actual measurement data storage register 220 1F. 1iF', the provisional measurement data 221 and the actual measurement data 222 are transferred to the Fi subtraction circuit 223, and are processed before starting the next measurement.

このデータ処理は仮ね測定データ％　Ｎｂ、一方の本測
定データをＮαとすると通常Ｎｂ　＞　Ｎαが成立する
。In this data processing, if the provisional measurement data is %Nb and one of the actual measurement data is Nα, normally Nb>Nα holds true.

何故ならば、本測定時では負荷がセットこれ直流モータ
エンコーダの回転数が低下するためである（０式参照）
。従って、Ｎｂ　−Ｎα〉０とかゆ減算　６− 結果をｘｄとすると、Ｘｄ　＝　Ｎｂ　−Ｎｕとなる。This is because during this measurement, the load is set and the rotation speed of the DC motor encoder decreases (see formula 0).
. Therefore, if Nb - Nα>0 and the result of porridge subtraction 6- is xd, then Xd = Nb - Nu.

このときのｙｄの値が回転トルク平均値とかね、この値
が規格内に入っているかを判定するため、規格下限設定
回路２２４、及び上限設定回路２２６を設けている。ま
た、回転トルク平均値の良否判定信号２２８は判定表示
回路に送られ表示される。以上の測定回路、ならびに方
法が本シヌテムにおける被測定物２１３の回転トルク平
均値測定である。A standard lower limit setting circuit 224 and an upper limit setting circuit 226 are provided to determine whether the value of yd at this time is the rotational torque average value, and whether this value is within the standard. Further, the quality determination signal 228 of the rotational torque average value is sent to the determination display circuit and displayed. The above measurement circuit and method are used to measure the rotational torque average value of the object to be measured 213 in the present synutem.

次に本測定期間内におはる回転トルク受動の検出につい
て砦明する。Next, we will explain the detection of passive rotational torque during this measurement period.

直流モータエンコーダ２１４Ａ＋１回転する間に被測定
物の回転トルクが変化したとすると、エンコーダ同期パ
ルス２１８はその変化に応じて１パルスの同期を賛える
ことになる。１パルスの周期変化は直流モータエンコー
ダ２１４の回転速度に微妙に影響し、同一エンコーダ出
力パルスならば直流モータの回転速度を上昇させること
Ｋより、微妙な被測定物の回転トルク受動を検出しにく
くなる。If the rotational torque of the object to be measured changes during one rotation of the DC motor encoder 214A, the encoder synchronization pulse 218 can be synchronized by one pulse in accordance with the change. A change in the period of one pulse has a subtle effect on the rotational speed of the DC motor encoder 214, and if the same encoder output pulse is the same, it will increase the rotational speed of the DC motor, making it difficult to detect the subtle rotational torque of the object to be measured. Become.

これはエンコーダ同期パルス２１８の１パルス周期が短
くなるため、り動周期も短くなり枦準周期に対する変化
分が小−くなるからである。つまり、高回転になるにつ
れて微妙なトルク変化か回転スピードに吸収これてしま
うと考女てよい。従って覗更的に検出できる直流モータ
エンコーダの回転数を設定してやる必要がある。このよ
うに微小な回転トルクの変化を検出できる状態において
、以下に述べる検出回路を設けている。シｔ、検出及び
判定回路は判定精度の向上をｎ的に全てデジタル処理し
ている。This is because one pulse period of the encoder synchronization pulse 218 becomes shorter, so the sliding period also becomes shorter and the amount of change with respect to the quasi-period becomes smaller. In other words, it is safe to assume that as the rotation speed increases, subtle changes in torque will be absorbed by the rotation speed. Therefore, it is necessary to set a rotational speed of the DC motor encoder that can be visually detected. The detection circuit described below is provided in such a state that minute changes in rotational torque can be detected. The detection and determination circuits are all digitally processed to improve the determination accuracy.

まず、本測定期間内における測定データ２２２をピーク
検出回路に連送する。ピーク検出の方法は本測定期間内
のエン、コーダ同期パルス２１８の１パルス毎の周期を
全てチェックし、前の全てのチェックデータよりも次の
チェックデータの方が大き　　　　゛ければ、そのデー
タを新しく記憶するような動作を繰り返して行い、本測
定期間内での最大周期パルス、つまり（＋）ピークデー
タを、またそれとは逆に前の全てのチェックデータより
も次のチェックデータの方が小ζければ、同様な動作を
行い最小周期パルス、つまり（−）ビークデータをそれ
ぞれ検出し、←）ピークデータ格納レジスタ２３１、及
び（−）ピークデータ格納レジスタ２３０にラヤチジせ
ておく。これらのデータは次の測定に入るまでにデータ
処理これる。つまわ、（→ピークデータ２３３と（−）
ビークデータ２３２の差がどれくらいなのかを減算回路
２３６で求め、差データが所定の規格内にあるかをピー
ク値下限設定回路２３４、及びピーク値上限設定回路２
３７で決定する。従って、差データが知略設定値よりも
大きいと判定された場合は、本測定期間中に大きな回転
トルクの変動が生じたことＫなる。また、判定結果のデ
ータ２３９　＃−を判定表示回路２２９に送られ良否判
定表示、及び差データ表示を行う。更Ｋ、直流モータエ
ンコーダの回転数、及び測定パルス数の表示切換晃回路
２４０を設け、表示データ２４１を表示器２４２に送り
測定状態をモニターするようＫしている。First, the measurement data 222 within the main measurement period is continuously sent to the peak detection circuit. The peak detection method is to check all pulse-by-pulse cycles of the encoder and coder synchronization pulses 218 within this measurement period, and if the next check data is larger than all previous check data, that data is Repeat the operation of memorizing new data to determine the maximum periodic pulse within the measurement period, that is, the (+) peak data, and conversely, the next check data is smaller than all previous check data. If ζ, the same operation is performed to detect the minimum period pulse, that is, the (-) peak data, and store them in the ←) peak data storage register 231 and the (-) peak data storage register 230. These data will be processed before starting the next measurement. Tsuwa, (→ peak data 233 and (-)
The difference between the peak data 232 is determined by the subtraction circuit 236, and the peak value lower limit setting circuit 234 and the peak value upper limit setting circuit 2 determine whether the difference data is within a predetermined standard.
Decided at 37. Therefore, if it is determined that the difference data is larger than the estimated set value, it means that a large fluctuation in rotational torque has occurred during the main measurement period. Further, the judgment result data 239 #- is sent to the judgment display circuit 229 to display the pass/fail judgment and the difference data. Furthermore, a display switching circuit 240 for displaying the number of rotations of the DC motor encoder and the number of measurement pulses is provided, and display data 241 is sent to a display 242 to monitor the measurement status.

以上から本発明による微小回転トルク検出器はトルク検
出部が小言〈構造が簡単であること。検出精度が高く微
小トルク検ｔｔｉＫ適していること。From the above, the minute rotational torque detector according to the present invention has a torque detecting section which has a simple structure. High detection accuracy and suitable for minute torque detection.

更Ｋ、微小なトルク変化をも検出できる利点を有　９− しており、あらゆる回転トルクの検出器に提供できるも
のである。従って、その効果は非常に大きいものである
。Moreover, it has the advantage of being able to detect even minute torque changes, and can be applied to any rotational torque detector. Therefore, the effect is very large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図・・本発明のシステムブロック図第２図・・本発
明の詳細なブロック図（本文中、説明されていない部分
） ２０２・・・・・・標準発振信号 ２０４・・・・・・分周信号Ａ ２０５・・・・・・分周信号Ｂ ２０６・・・・・・分周信号Ｃ ２０８・・・・・・測定スタート制御信号２１１・・・
・・・測定時間設定信号 ２２５・・・・・・平）均値下限設定データ２２７・・
・・・・平均値上限設定データ２３５・・・・・・ピー
ク値下限設定データ２３８・・・・・・ピーク値上限設
定データ以　　上 １０−Fig. 1: System block diagram of the present invention Fig. 2: Detailed block diagram of the present invention (parts not explained in the text) 202...Standard oscillation signal 204... Frequency division signal A 205... Frequency division signal B 206... Frequency division signal C 208... Measurement start control signal 211...
...Measurement time setting signal 225...Average) Average value lower limit setting data 227...
...Average value upper limit setting data 235...Peak value lower limit setting data 238...Peak value upper limit setting data Above 10-

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 少なくともロータ回転により電気的信号を発生する回転
パルス発生器、肢回転パルス発生器を外部、若しくけ直
結により回転動作させるための毎−タ、トモータのトル
ク測定期間外の回転変動を減少ζせるためのモータ定回
転速度制御回路、及び回転トルクの検出、判定動作をす
る回転トルク検出回路よね構成され、トルク測定期間に
おいて前Ｆモータ、及び回転パルス発生器の回転変動に
よる出力パルス周期の変化を、トルクに換算する手段を
有することを特徴とする微小回転トルク検出器。At least, the rotational pulse generator that generates an electrical signal through rotor rotation, and the limb rotational pulse generator for rotational operation by external or direct connection to the mechanism, reduce rotational fluctuations outside the torque measurement period of the motor. It consists of a motor constant rotational speed control circuit for detecting and determining rotational torque, and a rotational torque detection circuit for detecting and determining rotational torque, and detects changes in the output pulse period due to rotational fluctuations of the front F motor and rotational pulse generator during the torque measurement period. , a minute rotational torque detector characterized by having means for converting into torque.