JP2005127728A - Method for diagnosing and displaying state of mounting of position detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体に対して着脱可能に取付けられ、該移動体を移動するサーボモータを閉ループ制御する際に該移動体の移動量(移動量)を検出する分離型センサーヘッドに設けられる位置検出装置の取付け状態診断表示方法に関する。 The present invention relates to a position provided in a separation type sensor head that is detachably attached to a moving body and detects a moving amount (moving amount) of the moving body when closed-loop control is performed on a servo motor that moves the moving body. The present invention relates to a detection state display method for a detection device.
従来の位置検出装置としては、例えば非特許文献1に示すように、サーボモータの回転軸に取付けられるディスクの同心位置に多数の光透過部及び光遮断部を交互に設け、ディスクの一方側から照射される光が光透過部を通過してディスクの他方側に設けられた複数の光受光部に受光された際に出力する電気信号によりディスクの回転量に基づいて移動体の移動位置を検出している。 As a conventional position detection device, for example, as shown in Non-Patent Document 1, a large number of light transmitting portions and light blocking portions are alternately provided at a concentric position of a disk attached to a rotation shaft of a servo motor, and from one side of the disk. The moving position of the moving body is detected based on the amount of rotation of the disk by an electrical signal output when the irradiated light passes through the light transmitting part and is received by a plurality of light receiving parts provided on the other side of the disk. doing.
この位置検出装置は、検出部が設けられるセンサーヘッドと被検出部を一体化して両者の平行度を確保して検出精度を維持しているが、低コスト化を図るため、センサーヘッドと被検出部を分離可能とし、移動体に取付ける際に両者の平行度や傾きを調整して検出精度を確保するようにしている。 In this position detection device, the sensor head provided with the detection unit and the detected part are integrated to ensure the parallelism between them and maintain the detection accuracy. However, in order to reduce the cost, the sensor head and the detected part are detected. The parts are separable, and the parallelism and inclination of both are adjusted when attaching to the moving body to ensure detection accuracy.
しかし、上記した分離型のセンサーヘッドにあっては、被検出体に対する平行度や傾きを調整するのに高い熟練度が要求されると共に取付け作業に手間と時間がかかり、移動体の運転効率が悪くなる問題を有している。 However, the above-described separation type sensor head requires a high level of skill to adjust the parallelism and inclination with respect to the detected object, and requires time and labor for the mounting work. Has a problem that gets worse.
また、センサーヘッド自体の移動体に対して分離式であるため、経時使用に伴う振動等によりセンサーヘッドの取付け位置がずれたり、経時使用や埃付着等に起因する検出部の特性劣化により高い精度で位置検出することができなくなる。前者にあっては、センサーヘッドの取付け位置を調整する必要があるが、この場合にあっても上記と同様に位置調整作業に高い熟練度が要求されると共に調整作業に手間と時間がかかる問題を有している。また、後者にあっては、位置検出が不良になった際に、センサーヘッドを取外して埃を除去したり、検出部材を交換した後に再度、位置決めしながら取付ける必要があり、この作業に多くの手間と時間がかかっていた。
解決しようとする問題点は、高精度で位置検出するには被検出体に対するセンサーヘッドの取付けを正規の状態で取付ける必要があるが、センサーヘッドを正規の状態で取付けたり、調整するには高い熟練度が要求されると共に作業に多くの手間や時間がかかり、作業性が悪い点にある。また、経時使用や埃付着等に起因する検出部の特性劣化により高い精度で位置検出することができなくなる点にある。 The problem to be solved is that in order to detect the position with high accuracy, it is necessary to attach the sensor head to the detection target in a normal state, but it is expensive to attach or adjust the sensor head in a normal state. The skill level is required, and the work takes a lot of time and effort, and the workability is poor. In addition, the position cannot be detected with high accuracy due to deterioration of the characteristics of the detection unit due to use over time, dust adhesion, or the like.
本発明は、被検出体に対してセンサーヘッドが正規の状態で取付けられた際に各検出部から出力される信号を基準値とし、センサーヘッドの検出部から出力される信号と基準値とを比較して診断し、その診断情報を表示手段に表示制御する。 The present invention uses, as a reference value, a signal output from each detection unit when the sensor head is attached to the detection target in a normal state, and a signal output from the detection unit of the sensor head and the reference value. The comparison is diagnosed, and the diagnostic information is displayed on the display means.
本発明は、センサーヘッドを簡易、かつ高い精度で取付けたり、調整することができ、組立て作業時間や位置調整作業を効率化することができる。また、埃の付着や検出部材の特性劣化の状態を確認でき、位置検出作業を効率的に行うことができる。 According to the present invention, the sensor head can be attached and adjusted easily and with high accuracy, and the assembly work time and the position adjustment work can be made efficient. Further, it is possible to check the state of dust adhesion and the deterioration of the characteristics of the detection member, and the position detection work can be performed efficiently.
本発明は、被検出体に対してセンサーヘッドが正規の状態で取付けられた際に各検出部から出力される信号を基準値とし、センサーヘッドの検出部から出力される信号と基準値とを比較してセンサーヘッドの取付け状態を診断し、その診断結果を少なくとも3段階で多段階表示する表示手段を表示制御することを特徴とする。 The present invention uses, as a reference value, a signal output from each detection unit when the sensor head is attached to the detection target in a normal state, and a signal output from the detection unit of the sensor head and the reference value. In comparison, the sensor head is diagnosed as to whether the sensor head is attached, and display means for displaying the diagnosis result in multiple stages in at least three stages is controlled.
以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
本実施例は、位置検出信号をイメージデータとして位置検出する例を示し、図1及び図2において、移動体1は本体フレーム3の長手方向に対して往復移動するように支持され、該移動体1はサーボモータ及び公知の回転往復駆動機構(例えばボールねじとナット、プーリとベルト、ラックギャとピニオンギャ等のような回転往復駆動機構、何れも図示せず)により数値制御可能に移動される。
The present invention will be described below with reference to the drawings showing embodiments.
The present embodiment shows an example of position detection using a position detection signal as image data. In FIGS. 1 and 2, the moving body 1 is supported so as to reciprocate in the longitudinal direction of the
本体フレーム3には長手方向へ延出し、移動体1の移動距離とほぼ一致する長さで被検出体を構成するスケール5が長手方向に沿って取付けられている。該スケール5には長手方向幅が、例えば後述するイメージセンサ9の2画素分からなる多数の光透過部5a及び光遮断部5bが交互に形成されている。
A
移動体1にはセンサーヘッド7が着脱できるように取付けられている。該センサーヘッド7は移動体1に対して分離可能に取付けられ、スケール5を挟んで相対する上下一対のアーム7a・7bを有し、例えば上方のアーム7aには長手方向に所定数の画素を有したCCDやフォトダイオード等の検出部を構成するイメージセンサ9が、また下方のアーム7bにはイメージセンサ9の長手方向中間部に応じた位置に向かって光を照射するLED等の光照射部11がそれぞれ取付けられている。
A
また、センサーヘッド7のアーム7a上面には、例えば青色、黄色及び赤色の光を発光する表示手段としての指示ランプ13a・13b・13cが設けられている。また、センサーヘッド7には検出制御手段15が内蔵されている。
In addition, on the upper surface of the
図3に示すように検出制御手段15はCPU17及びプログラムメモリ19と作業メモリ21を有し、プログラムメモリ19にはセンサーヘッド7の移動位置検出動作を実行するためのプログラムデータ及びスケール5に対するセンサーヘッド7の取付け位置状態を検出するためのプログラムデータがそれぞれ記憶されている。
As shown in FIG. 3, the detection control means 15 has a
また、作業メモリ21にはスケール5に対するセンサーヘッド7の位置ずれを検出する際の位置ずれ状態の基準イメージデータを記憶する記憶部としての基準データ領域21a及び位置調整時にイメージセンサ9からのイメージデータを記憶するバッファ領域21bを有している。
Further, the
基準データ領域21aに記憶される基準データとしては、センサーヘッド7がイメージセンサ9の画素配列方向とスケール5の長手方向が一致し、かつスケール5に対するイメージセンサ9のギャップが所定の間隔となるように正規状態に設定された際の第1基準イメージデータ、正規ではないが位置調整まで必要でない許容範囲の場合の第2基準イメージデータ、取付け位置が完全に正規の状態でない場合の第3基準イメージデータとする。
The reference data stored in the
尚、作業メモリ21にはイメージセンサ9による移動体1の移動量を検出するのに必要なデータを記憶するための各種領域を有しているが、その詳細は特願2002−361615号に記載されているため、その説明を省略する。
The
検出制御手段15にはイメージセンサ9及び光照射部11がインターフェース23を介して接続され、光照射部11は適宜パルス毎に照射駆動されると共にイメージセンサ9の各画素を構成するCCDやフォトダイオードから出力される電気信号は上記パルスに同期して読み込まれ、電気信号が予め設定された敷居値電圧以上の場合にA/D変換して位置検出データとしてのイメージデータを生成する。
An
また、検出制御手段15には各指示ランプ13a・13b・13cに接続された表示制御手段25が接続され、該表示制御手段25はセンサーヘッド7の取付け作業時や位置調整作業時にイメージセンサ9から出力されるイメージデータを基準データ領域21aに記憶された基準イメージデータと比較し、両者がほぼ一致するときには、例えば青色の指示ランプ13aを、また位置ずれとしては許容範囲の場合には黄色の指示ランプ13bを、完全に位置ずれしている場合には赤色の指示ランプ13cを選択的に点灯して取付け状態の診断結果を表示させる。
The detection control means 15 is connected to display control means 25 connected to the
尚、センサーヘッド7内には各指示ランプ13a・13b・13cをそれぞれ点灯させるための電池(図示せず)を収容してもよく、また図示しないセンサーヘッド7以外に設けられた電源により点灯させてもよいことは勿論である。また、移動体1を移動制御するコントローラ(図示せず)を移動体1の外部に設ける場合にあっては、該コントローラに上記した指示ランプ13a・13b・13cを設け、これらと検出制御手段15とを信号ケーブル27(図3に一点鎖線で示す)により接続した構成であってもよい。
The
次に、センサーヘッド7の取付け状態の診断表示方法を説明する。尚、本実施形態のイメージセンサ9からのイメージデータに基づいて移動体1の移動量を絶対値で検出する作用については、上記した特願2002−361615号に詳細に記載されているため、その説明を省略する。
Next, a diagnostic display method for the mounting state of the
先ず、本体フレーム3に組み付けられた移動体1に分離型のセンサーヘッド7を取付ける方法を説明すると、基準データ領域21aには移動体1のスケール5に対してセンサーヘッド7が正規の取付け位置、即ちセンサーヘッド7がイメージセンサ9の画素配列方向とスケール5の長手方向が一致し、かつスケール5に対するイメージセンサ9のギャップが所定の間隔となるように設定された際にイメージセンサ9から出力されるイメージデータを第1基準イメージデータ、正規ではないが位置調整まで必要でない許容範囲の場合にイメージセンサ9から出力されるイメージデータを第2基準イメージデータ、取付け位置が完全に正規の状態から逸脱して位置検出不良になる場合にイメージセンサ9から出力されるイメージデータを第3基準イメージデータとして予め記憶しておく(図4参照)。
First, a method of attaching the separation
そして移動体1に対してセンサーヘッド7を仮止めした後、図6に示すステップ51により所望のパルス毎に光照射部11を照射駆動すると共にこのパルスに同期してイメージセンサ9からのイメージデータを読み込んでバッファ領域21bに記憶させる。次に、ステップ52によりバッファ領域21bに記憶されたイメージデータが基準データ領域21aに記憶されたそれぞれの基準イメージデータの内、第1基準イメージデータと一致しているか否かを判定する。
Then, after temporarily fixing the
今、移動体1に対するセンサーヘッド7の仮止め状態では、例えば図5に示すようにスケール5に対してセンサーヘッド7が正規の取付け位置状態ではなく、長手方向に対して傾いているため、基準データ領域21aに記憶された第1基準イメージデータとバッファ領域21bに記憶されたイメージデータとが不一致になって上記ステップ52がNOになり、次にステップ53によりバッファ領域21bに記憶されたイメージデータが基準データ領域21aに記憶された第2基準イメージデータと一致しているか否かを判定する。
Now, in the temporarily fixed state of the
今、移動体1に対するセンサーヘッド7の取付け位置状態が許容範囲の場合には、ステップ53の判定がYESになり、ステップ54により黄色の指示ランプ13bを点灯させる。反対に、移動体1に対するセンサーヘッド7の取付け位置状態が許容範囲異常に位置ずれしている場合には、上記判定がNOになり、ステップ55により赤色の指示ランプ13cを点灯させる。
If the mounting position of the
尚、基準データ領域21aに記憶された第1基準イメージデータとバッファ領域21bに記憶されたイメージデータとが一致する場合には、ステップ52がYESになり、ステップ56により青色の指示ランプ13aを点灯させる。
If the first reference image data stored in the
作業者はこの指示ランプ13a・13b・13cの点灯状態によりセンサーヘッド7の取付け状態を判断し、少なくとも赤色の指示ランプ13cが点灯した場合には、青色の指示ランプ13aが点灯するようにセンサーヘッド7の向き(平行度や傾き)やギャップの調整を行って取付け作業を行なう。
The operator determines the mounting state of the
一方、移動体1の通常運転時においても、移動体1に対してセンサーヘッド7が分離可能に取付けられているため、移動体1の移動に伴う振動やガイドレールの磨耗等によりセンサーヘッド7が位置ずれすることがある。この通常運転時においても、上記ステップ51によりイメージセンサ9からのイメージデータを読込み、第1乃至第3基準イメージデータと比較照合し、それぞれに対応する指示ランプ13a・13b・13cを選択的に点灯表示させる。
On the other hand, since the
このため、作業者は指示ランプ13a・13b・13cの点灯状態によりセンサーヘッド7の取付け位置状態を知ることができる。そして少なくとも赤色の指示ランプ13cが点灯した際には、移動体1の移動を停止し、青色の指示ランプ13aが点灯するようにセンサーヘッド7の向きやギャップの調整を行い、正規の取付け位置状態に戻す。
For this reason, the operator can know the mounting position state of the
尚、通常の運転時においては、埃の付着やイメージセンサ9の特性が劣化した際には、該イメージセンサ9から出力される検出電圧が低下してイメージデータを生成できなくなる。この場合にあっても、それぞれの指示ランプ13a〜13cを点灯制御して埃の付着状態や特性劣化状態を確認して対処することができ、位置検出作業を効率的に行うことができる。
During normal operation, when dust adheres or the characteristics of the
本実施例は、センサーヘッド7を取付ける際には青色の指示ランプ13aが点灯するように取付け作業を行うことにより簡易に正規状態に取付けることができる。また、通常運転時においては、黄色又は赤色の指示ランプ13b・13cの点灯により位置ずれを容易に認識することができ、しかもその調整作業においても、青色の指示ランプ13aが点灯するように位置調整すれば正規状態に戻すことができ、調整作業を簡易、かつ効率的に行うことができる。
In the present embodiment, when the
実施例1は、光学式の位置検出装置としたが、実施例2は磁気式の位置検出装置として構成する。即ち、図7に示すように被検出体は所定幅のN極及びS極が交互に着磁された界磁スケール81として構成すると共にセンサーヘッド7に被検出体の磁気を検出する複数個のホール素子等を被検出体の長手方向へ配列した磁気検出部材83を設け、移動体の移動に伴って磁気検出部材83により被検出体の磁気を検出して位置データを出力するように構成される。
The first embodiment is an optical position detection device, but the second embodiment is configured as a magnetic position detection device. That is, as shown in FIG. 7, the detected object is configured as a
磁気式の場合、被検出体に対してセンサーヘッド7が正規の状態で取付けられていると、磁気検出信号としては必ずN極とS極の境界である磁気中和点が現れるが、被検出体に対してセンサーヘッド7が傾いて取付けられている場合には、上記磁気中和点が現れなくなる。また、磁気検出部材83と界磁スケール81の間隔が広がった場合には、磁力が距離の二乗で減衰して磁気検出信号が極端に低下して敷居値以下になる。
In the case of the magnetic type, if the
本実施例は、センサーヘッド7が正規の状態で取付けた場合に磁気検出部材83からの信号に基づくデータを第1基準イメージデータ、正規ではないが位置調整まで必要でない許容範囲の場合の第2基準イメージデータ、取付け位置が完全に正規の状態でない場合の第3基準イメージデータと、移動体1に対するセンサーヘッド7の取付け時や通常運転時に磁気検出部材83から出力される信号によるデータと上記した第1乃至第3基準データとを比較してセンターヘッドの取付け状態を診断し、それぞれの診断結果を対応する指示ランプ13a・13b・13cを選択的に点灯させて作業者にセンサーヘッド7の取付け状態を表示する。
In the present embodiment, when the
更に通常運転時においては、作業者はそれぞれの指示ランプ13a・13b・13cの点灯状態によりセンサーヘッド7の取付け状態を知ることができると共に黄色又は赤色の指示ランプ13b・13cが点灯して位置ずれした際には、青色の指示ランプ13aが点灯するように調整すればよい。
Further, during normal operation, the operator can know the mounting state of the
上記した実施例1及び2は、センサーヘッド7にイメージセンサ9を搭載し、イメージセンサ9からのイメージデータに基づいて位置ずれ状態を診断して表示する光学式及び磁気式の位置検出装置としたが、本実施例はフォトダイオード等の光受光部材からの電気信号に基づいてセンサーヘッドの取付け位置状態を診断表示する方法に関する。
In the first and second embodiments described above, the
図8に示すようにセンサーヘッド90の一方のアーム90bには光照射部11が、また他方のアーム90aには1個のフォトダイオード等の光受光部材91が取付けられ、光受光部材91は受光量に応じた電圧の電気信号を出力する。具体的には各光受光部材91はA相からsin波形の電気信号を、またB相からcos波形の電気信号を出力する。これらの電気信号は、後述するタイミングフェンス93との間隔(ギャップ)に応じた電圧で、そのsin波形及びcos波形は、タイミングフェンス93に対する光受光部材91の傾きに応じた曲線になる。
As shown in FIG. 8, a
また、光照射部11及び光受光部材91間には移動体1の移動方向へ延び、所定の幅の光透過部93a及び光遮断部93bが交互に配列された被検出体としてのタイミングフェンス93が移動体の移動方向へ一致するように設けられる。他の構成に付いては、実施例1及び2と同様であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
Further, the timing
今、移動体1に対してセンサーヘッド90が正規の状態、即ち光受光部材91がタイミングフェンス93に対する光照射部11及び光受光部材91の相互間が正規の間隔で、センサーヘッド90が長手方向と平行に取付けられている場合には、各光受光部材91は移動体1移動に伴って所定の基準電圧値で、基準になるsin及びcos曲線の電気信号を出力する。
Now, the
反対に、センサーヘッド90がタイミングフェンス93に対して変位(傾き)している場合には、光受光部材91から出力される電気信号のsin及びcos曲線の曲率が上記した基準になるsin及びcos曲線と曲率が異なると共にタイミングフェンス93に対する光受光部材91の間隔が変位すると、基準電圧値以上或いは以下の電圧の電気信号を出力する。
On the other hand, when the
そして制御手段は、各光受光部材91から出力されてA/D変換された電気信号をバッファ領域21bに記憶した後に基準電圧と基準になるsin及びcos曲線と比較し、これらが予め設定された所定の範囲内である場合には、移動体1にセンサーヘッド90が上記した正規の状態で取付けられていると診断して青の指示ランプ13aを、またこれらが予め設定された基準電圧と基準になるsin及びcos曲線より若干変位している場合には、移動体1に対してセンサーヘッド90が位置ずれしているが修正する必要のない範囲内であると診断して黄色の指示ランプ13bを、更にこれらが予め設定された基準電圧と基準になるsin及びcos曲線から大きく変位している場合には、移動体1に対してセンサーヘッド90が完全に位置ずれしていると診断して赤色の指示ランプ13cを選択的に点灯させる。(図9参照)
Then, the control means stores the electric signal output from each light receiving
このため、作業者は移動体1に対してセンサーヘッド90を取付ける際には、青色の指示ランプ13aが点灯するようにセンサーヘッド90を位置調整しながら取付ければよく、熟練度が低い場合であっても青色の指示ランプ13aが点灯するようにセンサーヘッド90を正規の状態に短時間で取付けることができる。また、通常運転時においては、作業者は指示ランプ13a・13b・13cの点灯状態によりセンサーヘッド90の取付け位置状態を確認することができ、センサーヘッド90が位置ずれしている場合には青色の指示ランプ13aが点灯するように位置調整して正規取付け状態に戻すことができる。
For this reason, when the operator attaches the
尚、通常の運転時においては、埃の付着や光照射部11及び光検出部材91の特性が劣化した際には、該光検出部材91から出力される検出電圧が低下してイメージデータを生成できなくなる。この場合にあっても、それぞれの指示ランプ13a〜13cを点灯制御して埃の付着状態や特性劣化状態を確認して対処することができ、位置検出作業を効率的に行うことができる。
During normal operation, when dust adheres or the characteristics of the
実施例3においては、各光受光部材91a〜91dの電気信号をアナログ処理してそれぞれの指示ランプを選択的に点灯させて取付け位置状態を診断表示可能にしたが、各光受光部材91a〜91cの電気信号をA/D変換によりデジタル処理して各指示ランプを選択的に点灯表示させてもよい。
In the third embodiment, the electrical signals of the respective
上記説明では、実施例1と同様に光学的にセンサーヘッドの取付け状態を検出して表示する方法としたが、実施例2と同様に磁気検出形式で取付け状態を表示する方法としてもよい。 In the above description, the sensor head mounting state is optically detected and displayed in the same manner as in the first embodiment. However, as in the second embodiment, the mounting state may be displayed in a magnetic detection format.
上記説明は、センサーヘッド90の取付け位置状態を3個の指示ランプを使用し、タイミングフェンス93に対する光受光部材91の相互間隔とタイミングフェンス93に対するセンサーヘッド90の傾きの状態を共通に表示するものとしたが、それぞれの取付け状態を個別に表示する方法であってもよい。
The above description uses three indicator lamps to indicate the mounting position of the
1.上記説明は、3個の指示ランプ13a・13b・13cを使用して取付け状態の適否を表示するようにしたが、表示手段である指示ランプを4個以上設けると共に基準データ領域に取付け位置状態の偏位を詳細化したそれぞれの基準データを記憶しておき、それぞれの指示ランプを選択的に、又は組み合わせて点灯制御して取付け位置状態の詳細を表示可能にしてもよい。4個の指示ランプを使用し、組合せて点灯表示する場合には、4ビットの情報を表示することができる。
1. In the above description, the use of the three
2.上記説明は、被検出体として移動体の移動距離とほぼ一致する長さのスケール5を使用し、直線移動する移動体の移動位置を検出する位置検出装置として説明したが、被検出体としては周方向へ光透過部及び光遮断部を交互に設けたり、または周方向へN極及びS極を交互に着磁した界磁ディスクとし、移動体の回転位置を検出部により検出する際にセンサーヘッドの取付け位置状態を検出して表示してもよい。
2. In the above description, the
3.上記説明は、表示手段を少なくとも3個の指示ランプとしたが、本発明の表示手段としては、位置ずれの程度に応じて光表示部が変位するインジケータ式の表示手段であってもよい。また、表示手段としては、位置ずれ状態に応じた文字情報を表示する表示パネルであってもよい。 3. In the above description, at least three indicator lamps are used as the display means. However, the display means of the present invention may be an indicator-type display means in which the light display unit is displaced according to the degree of displacement. Further, the display means may be a display panel that displays character information corresponding to the misalignment state.
1−移動体、5−被検出体としてのスケール、7−センサーヘッド、9−検出部としてのイメージセンサ、13a・13b・13c−指示ランプ、21a−記憶部としての基準データ領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1- Moving body, 5-Scale as a to-be-detected body, 7- Sensor head, 9- Image sensor as a detection part, 13a * 13b * 13c-Indicating lamp, 21a-Reference data area as a memory | storage part
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