JP2001330508A - ベルトの残留振動計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ベルトの残留振動を精度良く計測する。 【解決手段】計測用ベルト２を張設するプーリ３，４
と、その原動側プーリ３のプーリ軸５を回転駆動するス
テッピングモータ６と、従動側プーリ４のプーリ軸７に
固定されたアーム８と、このアーム８の先端に固定され
た慣性負荷９と、この慣性負荷９の回転原点位置Ｏにお
いて慣性負荷９に対向して配置され、その原点位置Ｏ付
近での慣性負荷９の揺れ幅を検出するレーザ変位計１１
と、各プーリ軸５，７に配置されたエンコーダ１３，１
４とを備え、ステッピングモータ６により原動側プーリ
３を所定角度だけ正逆回転させ、慣性負荷９を原点位置
Ｏで停止させたときのベルトの振動減衰をレーザ変位計
１１により計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力伝達装置や搬
送装置に使用される無端ベルトの加速あるいは減速停止
時に発生する残留振動を計測する計測装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術および課題】プリント基板や半導体デバイス
などの製造装置においては、無端ベルトをし様してプリ
ント基板などのワークを載置搬送するようにしている。
この場合の工程として、まず、プーリの駆動によりベル
トを加速し、所定速度まで加速されたならばワークの加
工に必要な時間だけ定速運転した後、減速停止させて必
要な一工程を終了するようにしている。

【０００３】ところで、無端ベルト自体がゴム状弾性体
から構成されているため、急加速、急停止をかけるとベ
ルトに伸び縮みが発生し、そのベルトの伸縮が残留振動
として現われる。この残留振動が残ると、次工程に直ぐ
に入ることができず、残留振動が収まるまで作業を中断
する必要があった。

【０００４】そのため、無端ベルトについても優れた応
答性が要求されるようになってきており、これに応える
べく種々の無端ベルトが開発されてきているが、無端ベ
ルトの応答性を計測する装置として精度の良いものは未
だ存在していないのが現状である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に着目し、計測精度のよいベルトの残留振動計測装置に
ついて鋭意研究した結果、以下のような計測装置を開発
した。すなわち、本発明に係るベルト残留振動計測装置
は、計測用ベルトを張設する原動側プーリ及び従動側プ
ーリと、原動側プーリのプーリ軸を回転駆動する駆動モ
ータと、従動側プーリのプーリ軸に固定されたアーム
と、該アームの先端に固定された慣性負荷と、該慣性負
荷の回転原点位置において慣性負荷に対向して配置さ
れ、その原点位置付近での慣性負荷の揺れ幅を検出する
変位計と、前記各プーリ軸に配置されたエンコーダとを
備え、前記駆動モータにより原動側プーリを所定角度だ
け正逆回転させ、前記慣性負荷を原点位置で停止させた
ときの振動減衰を前記変位計により計測するようにした
ものである。

【０００６】上記構成においては、従動側エンコーダの
みならず、原動側にもエンコーダを設置したので、駆動
モータの回転角度の確認が可能となると共に、原動側エ
ンコーダと従動側エンコーダとの回転変位差により慣性
負荷の停止原点位置を確認することにより、計測用ベル
トの経時変化によるズレを確認し、振動変位の原点位置
を割り出すことができ、振動減衰の計測が精度良く行え
る。

【０００７】この場合のエンコーダは１８０００パルス
／１回転（１パルスで０．０２°）の計測が可能なもの
を使用すれば、測定精度を上げることができる。また、
エンコーダは、各プーリ軸を軸方向に延長し、その延長
軸部に外嵌保持するホールドタイプのものを使用すれ
ば、エンコーダとプーリ軸とを繋ぐジョイントが不要と
なり、部品点数を削減できると共に、組付け精度を向上
させることできる。なお、駆動モータとしては、ステッ
ピングモータが好適に用いられる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は残留振動試験機の概略平面
図、図２はその正面図、図３は原動側エンコーダの組付
け状態を示す側面図である。

【０００９】図示のごとく、残留振動計測装置１は、２
軸計測装置であって、計測用ベルト２を張設するプーリ
３，４と、その原動側プーリ３のプーリ軸５を回転駆動
するステッピングモータ６と、従動側プーリ４のプーリ
軸７に固定されたアーム８と、このアーム８の先端に固
定された慣性負荷９と、この慣性負荷９の回転原点位置
Ｏにおいて慣性負荷９に対向して配置され、その原点位
置Ｏ付近での慣性負荷９の揺れ幅を検出するレーザ変位
計１１と、前記各プーリ軸５，７に配置されたエンコー
ダ１３，１４とを備え、ステッピングモータ６により原
動側プーリ３を所定角度（例えば４５°）だけ正逆回転
（回転数：３３ｒｐｍ）させ、慣性負荷９を原点位置Ｏ
で停止させたときのベルトの振動減衰をレーザ変位計１
１により計測するようにしたものである。

【００１０】図３のごとく、原動側プーリ３のプーリ軸
５は、架台１５にベアリング１６により回転自在に軸受
けされており、その一端側が軸方向に延長されて延長軸
部１７が形成され、この延長軸部１７にエンコーダ１３
が取り付けられている。

【００１１】延長軸部１７は、その基端側に外端側に向
けて先細となるテーパ状フランジ１８が形成され、ま
た、外端部に雄螺子１９が刻設され、この外端側にテー
パカラー２０を介して締め付けナット２１が螺合される
ようになっており、このナット２１の締め付けにより、
テーパフランジ１８とテーパカラー２０との間でエンコ
ーダ１３を軸方向に挟圧固定する構造となっている。

【００１２】なお、テーパフランジ１８及びテーパカラ
ー２０により挟圧固定する構造を採用したのは、エンコ
ーダ１３のセンター出しを容易に行えるようにするため
である。

【００１３】エンコーダ１３は、中心部に貫通孔２３を
有するホールドタイプのものであって、その中心貫通孔
２３を延長軸部１７に貫通し、ナット２１により締め付
けた後、エンコーダベース２４に固定するようになって
いる。

【００１４】エンコーダ１３としてホールドタイプのも
のを採用したのは、通常のエンコーダでは、その本体部
分より軸部が出ているため、その軸部とプーリ軸とを繋
ぐジョイント部分が必要となるのに対し、ホールドタイ
プのものは、プーリ軸を延長して、その延長軸部にエン
コーダを取り付けるだけでよく、部品点数を削減でき、
これに伴う組付け精度の向上が期待できるからである。

【００１５】このエンコーダ１３は、測定する精度に応
じて各種パルスのものを採用可能であるが、好ましくは
１８０００パルス（１パルスで０．０２°）以上のもの
を採用するのがよく、本実施形態では、２１６００パル
スのものを採用している。

【００１６】これは、２１６００パルスのエンコーダに
おいて、５パルスのズレが発生した場合には、０．０８
３°のずれになる（５×３６０／２１６００＝０．０８
３°）。しかし、５０００パルスのエンコーダの場合、
１パルスのズレが０．０７２°となり（１×３６０／２
１６００＝０．０７２°）、１パルス及び２パルスとい
ったデータしか出力できなくなり、誤差の発生原因がつ
かめない可能性があるからである。誤差の発生原因をつ
かむためには、最低でも１パルス当たりの測定角度が
０．０２°以下となる１８０００パルスのものが好適で
ある。

【００１７】ここで、エンコーダを従動側プーリ軸７の
みならず、原動側プーリ軸５にも取り付けたのは、ステ
ッピングモータ６の動作確認を行うためと、従動側エン
コーダとの差分をとり、ベルトの伸びによる変位計での
誤差をとるためである。つまり、原動側プーリ軸にエン
コーダがない場合、ステッピングモータ６を例えば４５
°回転させるよう指令したときに、従動側エンコーダに
よって５０°の回転角を検出した場合、そのズレ量５°
（５０°−４５°＝５°）がステッピングモータ６の性
能によるものなのか、あるいはベルトの伸びに起因して
起こったものなのか判断できない。

【００１８】これに対し、原動側にエンコーダ１３を取
り付ければ、先の例で実際には原動側プーリ軸が４６°
回転していることを検出でき、モータの動作確認が可能
となる。また、原動側プーリ軸が４６°回転しているに
も拘らず、従動側エンコーダ１４で回転角として５０°
を検出した場合、両者の回転角の差である４°（５０°
−４６°＝４°）がベルトの伸びに起因することが判断
できる。すなわち、従動側に現われる回転角のズレの発
生原因がベルトに起因するのか、あるいはモータに起因
するのか不明であるため、原動側にエンコーダを取り付
け、モータに起因する要素を除去し、ベルトの伸びによ
る影響のみをピックアップできるようにしている。

【００１９】従動側プーリ軸７にも原動側エンコーダ１
３と同様な構成のエンコーダ１４が取り付けられている
が、上記エンコーダ１３側の構成に付加して従動側プー
リ軸７には、従動側プーリ４とエンコーダ１４との間に
アーム８及び慣性負荷９が取り付けられている。このア
ーム８は、その基端側ボス部が従動側プーリ軸７に外嵌
固定され、先端に慣性負荷９が固定されたものである。

【００２０】慣性負荷９は、従動側プーリ軸の停止時に
プーリ軸７に慣性モーメントを作用させるために設置さ
れたもので、本実施形態ではベルトの振動減衰状態が明
確に判別できるような負荷（例えば荷重２．１ｋｇ）に
設定されている。

【００２１】レーザ変位計１１は、慣性負荷９の直立状
態（この位置を原点位置Ｏとする）で、これに対向する
ように配置された測距計であり、レーザ照射部（発光
部）と受光部とを備え、照射されたレーザが慣性負荷９
の反射面９ａで反射されて受光部に入射するまでの時間
を計測することで、慣性負荷９までの距離を測定できる
ようにした周知構造の変位計である。

【００２２】プーリ３，４は、各プーリ軸５，７に固定
されたものであって、その周面形状は、計測ベルトの種
類によって変更可能とされる。すなわち、計測ベルトが
平ベルトの場合は平滑な平面形状とされ、歯付きベルト
の場合にはその周面にプーリ歯が形成されたものを使用
するようにしている。

【００２３】上記構成において、計測用ベルトの残留振
動を計測するには、両プーリ３，４に計測ベルト２を張
設し、ステッピングモータ６により原動側プーリ３を所
定角度（例えば４５°）だけ正逆回転（回転数：３３ｒ
ｐｍ）させ、慣性負荷９を原点位置Ｏ付近で停止させた
ときの振幅及び減衰時間をレーザ変位計１１により計測
する。

【００２４】この際、原動側エンコーダ１３と従動側エ
ンコーダ１４との検出パルスの差をとり、ベルトの伸び
による影響のみをピックアップし、このベルトの伸びに
よる振動原点位置の補正を行って、原点位置Ｏにおける
振幅変動（絶対値）を算出するようにする。

【００２５】具体的には、従動側プーリ軸における原点
位置Ｏでのズレによる影響を補正し、原点位置での振幅
に補正するため、次の計算式でベルトの振幅を算出す
る。すなわち、図４において、慣性負荷９が原点位置Ｏ
から角度Θだけズレた位置Ｏ´で停止し、この位置Ｏ´
を中心に振動減衰したものと仮定すれば、 ズレ角Θ＝（従動側パルス数−原動側パルス数）×３６０°／２１６００パル ス …………式（１） ここで、２１６００パルスは、エンコーダの１回転当た
りのパルス数である。従動側パルス数と原動側パルス数
の差を取った場合、ベルトの伸びによる回転角誤差を算
出することができる。

【００２６】このズレ角Θを変位計による測定距離に換
算すると、 ズレ量ΔＬ＝ＴａｎΘ×Ｒ・………式（２） 但し、Ｒは図４におけるプーリ軸中心から原点位置まで
の距離である。

【００２７】変位計から原点位置までの距離Ｌ₀は既知
であるから、変位計１１によって計測される位置Ｏ´ま
での距離Ｌは、 Ｌ＝Ｌ₀＋ΔＬ ・・………式（３） となる。

【００２８】位置Ｏ´を中心とする振幅δＤと変位計１
１で計測される距離Ｌ１との関係は、 Ｌ１＝Ｌ±δＤ …………式（４） となるから、変位計１１とエンコーダ１３，１４を用い
て、距離Ｌ１及び距離Ｌを算出し、振幅±δＤを算出す
ることができる。また、変位計１１ではレーザ光の受発
光時間を計測できるから振動減衰時間も算出できる。

【００２９】図５は残留振動計測結果を示すもので、慣
性負荷の原点位置からの振幅±δＤ（絶対値）をアーム
の原点位置からの角度ズレとして縦軸に表し、振動時間
を横軸に表している。この場合の計測装置１は、原動側
及び従動側のプーリ３，４に、ベルト歯数が２７８歯、
歯幅が２０ｍｍの計測用ベルトを初期張力２８０Ｎで張
設し、運転時間０．４秒（加減速時間は０．２秒）、停
止時間２．０秒で行っている。図５では、プーリ歯数を
５ｍｍピッチ４０歯にした場合と、５ｍｍピッチ２０歯
にした場合とを比較して表している。

【００３０】なお、本発明の上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で多くの修正・変更を加
えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形
態では変位計としてレーザ変位計を使用したが、これに
限らず、他の変位計を使用してもよいことは勿論であ
る。また、上記実施形態では、２軸計測装置を示した
が、これに限らず、例えば３軸間に渡って計測ベルトを
張設し、そのうちの１軸に慣性負荷を配置した構成であ
ってもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、従動側エンコーダのみならず、原動側にもエン
コーダを設置し、その回転変位差により慣性負荷の停止
位置を確認するようにしたので、計測ベルトの経時変化
によるズレの確認が容易であり、精度の良い計測結果を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す残留振動計測装置の概
略平面図

【図２】その正面図

【図３】同じくエンコーダの取付状態を示す側面図

【図４】振動原点位置を補正する際の原理図

【図５】残留振動測定結果を示す図

【符号の説明】

１ 残留振動計測装置 ２ 計測用ベルト ３，４ プーリ ５ 原動側プーリ軸 ６ ステッピングモータ ７ 従動側プーリ軸 ８ アーム ９ 慣性負荷 １１ レーザ変位計 １３ 原動側エンコーダ １４ 従動側エンコーダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計測用ベルトを張設する原動側プーリ及び
   従動側プーリと、原動側プーリのプーリ軸を回転駆動す
   る駆動モータと、従動側プーリのプーリ軸に固定された
   アームと、該アームの先端に固定された慣性負荷と、該
   慣性負荷の回転原点位置において慣性負荷に対向して配
   置され、その原点位置付近での慣性負荷の揺れ幅を検出
   する変位計と、前記各プーリ軸に配置されたエンコーダ
   とを備え、前記駆動モータにより原動側プーリを所定角
   度だけ正逆回転させ、前記慣性負荷を原点位置で停止さ
   せたときの振動減衰を前記変位計により計測するように
   したベルトの残留振動計測装置。
2. 【請求項２】前記エンコーダは、１８０００パルス／１
   回転の計測が可能なエンコーダを使用した請求項１記載
   の残留振動計測装置。
3. 【請求項３】前記各プーリ軸が、その軸方向に延長さ
   れ、前記エンコーダは、その中心部を前記プーリ軸の延
   長軸部に外嵌保持するホールドタイプとした請求項１又
   は２記載の残留振動計測装置。
4. 【請求項４】前記変位計は、レーザ変位計である請求項
   １記載の残留振動計測装置。