JP2006022919A - Camera platform - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、搭載した監視カメラやテレビカメラ等をパン方向、チルト方向に回転させて、その撮影方向を上下左右に変位させる雲台装置に関するものである。 The present invention relates to a pan / tilt head device that rotates an installed surveillance camera, a television camera, or the like in a panning direction or a tilting direction to displace the shooting direction in the vertical and horizontal directions.
ビルの屋上やビル内の天井等には監視カメラが雲台装置を介して設置されている。この監視カメラは雲台装置の作動に基づいてパン方向およびチルト方向に回転し、上下左右方向の被写体を撮影する機能を有する。 Surveillance cameras are installed on the rooftop of the building, the ceiling in the building, etc. via a pan head device. This surveillance camera rotates in the pan direction and the tilt direction based on the operation of the pan head device, and has a function of photographing a subject in the vertical and horizontal directions.
従来の雲台装置の駆動機構について図5を参照して説明する。駆動モータを有する駆動発生部1より発生したトルクは小歯車2に伝達される。小歯車2は駆動発生部1と締結されるか、又は駆動発生部内のベアリングによって保持される。駆動発生部1は雲台本体3に締結されているアルミ材質、厚さ6mm以上の支持板4と締結されている。多くの雲台装置の総重量は10kg以上になる事から、厚さ6mm以上の支持板4を用いなければ強度が弱く、変形してしまうため問題となる。支持板4の中心部にはベアリング5の外周部下部を嵌合させる穴を設けて、ベアリング5の外周下部を嵌め込む。ベアリング5外周上部の押えには支持板4に締結されている押えリング8を用いて保持する。また支持板4には歯車の回転数を検知する為のセンサ部6が締結される。大歯車7と軸受10はベアリング5内周部を保持している。小歯車2から伝達されるトルクは台座9と締結されている軸受10と組合わさっている大歯車7に伝達される。
A drive mechanism of a conventional pan head apparatus will be described with reference to FIG. Torque generated from the
次に従来の雲台装置の組立て順序について説明する。図6は組立て順序の説明図である。
(1)支持板4の中心にある嵌合面に対してベアリング5の外周部下部を嵌め込む。
(2)ベアリング5外周部上部を押さえ込む為、押えリング8を支持板4に締結し、ベアリング5を固定する。
(3)大歯車7をベアリング5の嵌合面に挿入する。次に軸受10も同様にベアリング5に挿入し、大歯車7と軸受10を締結する。
(4)上記の組み込まれた部品を台座9、雲台本体3に締結する。
(5)小歯車2を構成する駆動発生部1とセンサ部6を支持板4に取り付ける。
Next, the assembly order of the conventional pan head apparatus will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram of the assembly order.
(1) The lower part of the outer peripheral portion of the
(2) The presser ring 8 is fastened to the
(3) Insert the large gear 7 into the fitting surface of the
(4) Fasten the assembled parts to the
(5) The drive generating
以上の方法を用いて、駆動機構は雲台本体3に取り付けられていた。大歯車7と小歯車2の間のバックラッシュ調整は駆動機構を雲台本体3に取り付けないとできない。
The drive mechanism was attached to the pan head
また、雲台装置は製品仕様にて温度条件−20℃〜+40℃域でパン・チルト動作する事が要求されている。一般的に雲台装置を構成する部品材料は温度変化により膨張および収縮する為、雲台装置の駆動機構を構成する部品にも大きな熱膨張、熱収縮が生じる。従来は歯車部において、線膨張係数9.6〜12.0×10−6/℃の鉄系の材質が用いられ、軸受部の中に構成される支持板には線膨張係数2.15〜2.36×10−5/℃アルミ、アルミニウム鋳物用合金、アルミニウムダイカスト用合金を用いていた。 The pan / tilt head device is required to perform a pan / tilt operation in a temperature range of −20 ° C. to + 40 ° C. in the product specifications. In general, since the component material constituting the pan head device expands and contracts due to a change in temperature, large thermal expansion and contraction also occur in the parts constituting the drive mechanism of the pan head device. Conventionally, an iron-based material having a linear expansion coefficient of 9.6 to 12.0 × 10 −6 / ° C. is used in the gear portion, and a linear expansion coefficient of 2.15 to a support plate formed in the bearing portion. 2.36 × 10 −5 / ° C. aluminum, an alloy for aluminum casting, and an alloy for aluminum die casting were used.
バックラッシュの問題は従来からよく知られており、一例として電動式パワーステアリング装置の補助操舵トルクを発生させる電動モータが挙げられる(特許文献1)。この文献では、電動モータの回転出力を伝える歯車装置の被駆動歯車に、円筒形の芯金の周りに樹脂製の歯を形成した芯金樹脂製の歯車を使用している。樹脂製の歯を用いることにより駆動歯車と被駆動歯車間で騒音が発生することを防止するためである。しかし、芯金樹脂製の歯車では、樹脂部の線膨張係数が金属に比べて非常に大きいため、温度環境が大きく変化した際にはバックラッシュ許容範囲を越えてしまうという課題を生じていた。この課題に対して特許文献1では、樹脂部の肉厚を適当に決定することによりバックラッシュ量をほぼ一定に保つことができる事が開示されている。
The problem of backlash has been well known, and an example is an electric motor that generates an auxiliary steering torque of an electric power steering device (Patent Document 1). In this document, a core metal resin gear having resin teeth formed around a cylindrical core metal is used as a driven gear of a gear device that transmits the rotational output of an electric motor. This is to prevent the generation of noise between the driving gear and the driven gear by using resin teeth. However, in the gear made of the core metal resin, the linear expansion coefficient of the resin portion is much larger than that of the metal, so that there is a problem that the backlash allowable range is exceeded when the temperature environment changes greatly. With respect to this problem,
特許文献2は同様に電動式舵取装置のバックラッシュに関するものである。金属製のウォームのピッチ円直径φd、合成樹脂製の環状歯体及び該環状歯体の内側に嵌合された金属製の嵌合体を有するウォームホイールの嵌合体の直径φD、前記環状歯体の内側から前記ピッチ円までの厚さt、アルミニウム製のハウジングの支持孔の中心間距離L、ウォーム及び嵌合体の線膨張係数α、環状歯体の線膨張係数β、ハウジングの線膨張係数γとした場合、
γL≒α(φD/2+φd/2)+βt
となるように前記環状歯体及び嵌合体を形成することが開示されている。
γL≈α (φD / 2 + φd / 2) + βt
It is disclosed that the annular tooth body and the fitting body are formed so that
前述したようにパン・チルト動作が可能な雲台は製品仕様にて温度条件−20℃〜+40℃域における動作が要求されている。しかし、このような60℃の温度範囲において部品が熱膨張および収縮することにより雲台装置の正常な動作が妨げられる場合がある。従来の雲台装置の駆動機構においては、歯車部は比較的小さな線膨張係数を有する一方、歯車部を支持する支持板の線膨張係数は比較的大きな値を有する。このように線膨張係数が互いに異なる場合、温度変化による膨張量の違いから相互の位置関係が変化してしまう。このため従来は常温27℃で歯車部を組立てる際に2〜7分のバックラッシュを考慮して、常温でバックラッシュが生じるように設計していた。これは比較的小さな線膨張係数を有するアルミニウム系の支持板が低温時に収縮することにより、歯車部の軸間距離が狭くなって歯車間の抵抗が増大するのを避けるためである。しかし、常温時における歯車部の2〜7分のバックラッシュ量によって、雲台に搭載されるレンズ装置から提供される映像にはガタが生じてしまっていた。高温時になるとそれ以上のガタを生じることとなる。 As described above, a pan head capable of pan / tilt operation is required to operate in a temperature range of −20 ° C. to + 40 ° C. according to product specifications. However, normal operation of the pan / tilt head device may be hindered by the thermal expansion and contraction of components in such a temperature range of 60 ° C. In the drive mechanism of the conventional pan head apparatus, the gear portion has a relatively small linear expansion coefficient, while the linear expansion coefficient of the support plate that supports the gear portion has a relatively large value. When the linear expansion coefficients are different from each other in this way, the mutual positional relationship changes due to a difference in expansion amount due to a temperature change. For this reason, conventionally, when assembling the gear portion at a normal temperature of 27 ° C., the backlash is designed to occur at normal temperature in consideration of the backlash of 2 to 7 minutes. This is to avoid the fact that the distance between the shafts of the gear portion becomes narrow and the resistance between the gears increases due to the shrinkage of the aluminum-based support plate having a relatively small linear expansion coefficient at a low temperature. However, the backlash amount of the gear portion at normal temperature for 2 to 7 minutes has caused a backlash in the image provided from the lens device mounted on the pan head. At high temperatures, more backlash will occur.
また、従来の歯車部のバックラッシュの測定においては、雲台本体に支持板および歯車部を組立てた状態で測定を行うため、バックラッシュの測定は雲台に搭載された撮影装置の映像から判断する、又は雲台本体に測定箇所を設けてバックラッシュを測定していた。このように、従来の雲台装置では雲台本体に歯車部を組立てなければバックラッシュの測定ができなかった。 In addition, since the measurement of the backlash of the conventional gear unit is performed with the support plate and the gear unit assembled on the pan head body, the backlash measurement is judged from the image of the imaging device mounted on the pan head. Or measuring a backlash by providing a measurement point on the pan head body. Thus, in the conventional pan head apparatus, the backlash cannot be measured unless the gear section is assembled to the pan head main body.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、歯車部のバックラッシュを低減し、バックラッシュの測定方法を簡易にした雲台装置の駆動機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a drive mechanism for a pan head apparatus that reduces backlash of a gear portion and simplifies a backlash measurement method.
上記目的を達成する本発明の雲台装置は、パン方向及びチルト方向に駆動可能な駆動機構を有する雲台装置であって、該駆動機構を構成する歯車部の線膨張係数と該歯車部を支持する支持板の線膨張係数が等しいことを特徴としている。温度変化による部品の熱膨張量および収縮量が同等であるため、バックラッシュ変動量を低減する作用を有する。 A pan head apparatus of the present invention that achieves the above object is a pan head apparatus having a drive mechanism that can be driven in a pan direction and a tilt direction, and includes a linear expansion coefficient of a gear part constituting the drive mechanism and the gear part. The support plates to be supported are characterized by equal linear expansion coefficients. Since the thermal expansion amount and shrinkage amount of the parts due to temperature change are equal, it has the effect of reducing the backlash fluctuation amount.
さらに本発明の雲台装置は、パン方向及びチルト方向に駆動可能な駆動機構を有する雲台装置であって、該駆動機構を構成する駆動発生部、歯車部、センサ部、軸受部を一体化することを特徴としている。雲台本体に支持板および歯車部を組立てることなくバックラッシュの測定を行うことができ、従来よりも容易にバックラッシュ測定を行うことができるようになる。 Furthermore, the pan head device of the present invention is a pan head device having a drive mechanism that can be driven in the pan direction and the tilt direction, and the drive generating portion, the gear portion, the sensor portion, and the bearing portion constituting the drive mechanism are integrated. It is characterized by doing. The backlash measurement can be performed without assembling the support plate and the gear portion on the pan head body, and the backlash measurement can be performed more easily than in the past.
本発明によれば、駆動機構に含まれる歯車部の線膨張係数と支持板の線膨張係数がほぼ同一である材料を選択することにより、バックラッシュ変動量を低減する事が可能となる。さらに駆動機構を一体化する事により簡易にバックラッシュの測定ができるようになる。 According to the present invention, it is possible to reduce the backlash fluctuation amount by selecting a material in which the linear expansion coefficient of the gear portion included in the drive mechanism and the linear expansion coefficient of the support plate are substantially the same. Furthermore, the backlash can be easily measured by integrating the drive mechanism.
本発明の詳細について図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。 The details of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
(第1実施例)
本発明の雲台装置の駆動機構について図1を参照し、説明する。
(First embodiment)
The drive mechanism of the pan head apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
駆動機構は駆動モータを有する駆動発生部1よりトルクを発生し、小歯車2に伝達する。小歯車2は駆動発生部1と締結されるか、又は駆動発生部1内のベアリングによって保持される。駆動発生部1は雲台本体3に締結されている鉄系の材質、厚さ3mmの支持板11と締結されている。鉄系の材質はアルミより高強度であるため、3mmの厚さで十分な強度を有する。支持板11の中心部にはベアリング5の外周部下部を嵌合させる穴を設けて、ベアリング5の外周下部を嵌め込む。ベアリング5外周上部の押えには支持板11に締結されている押えリング8を用いて保持する。また支持板11には歯車の回転数を検知する為のセンサ部6が締結される。大歯車7と軸受10はベアリング5内周部を保持している。小歯車2から伝達されるトルクは台座9と締結されている軸受10と組合わさっている大歯車7に伝達される。
The drive mechanism generates torque from a
図2は歯車部と支持板11の関係を説明する概略斜視図である。また、表1は本実施例における大歯車7、小歯車2の形状に関する仕様である。さらに表2に各種材料の線膨張係数を示す。 FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the relationship between the gear portion and the support plate 11. Table 1 shows the specifications regarding the shapes of the large gear 7 and the small gear 2 in the present embodiment. Table 2 shows the linear expansion coefficients of various materials.
図2は温度変化によるバックラッシュ量の変動に関し大きな要因を占める小歯車2、支持板11、大歯車7の3種類の構成部品を示している。温度条件の変動によって支持板11が熱膨張及び収縮し、小歯車および大歯車の軸間距離を変動させるためである。本実施例においてはこの3種類の構成部品について、材質の組み合わせを3通り用意し、それぞれについて温度条件を変化させた場合のバックラッシュ量を計算した。3通りの材質の組み合わせは以下のとおりである。雲台装置の歯車は鉄系の材料が用いられることが多いため小歯車2と大歯車7には中炭素鋼を用いた。また支持板11には、従来用いられていたアルミニウム、実施例1−1はSUS304、実施例1−2はSCM440を使用した。 FIG. 2 shows three types of components, a small gear 2, a support plate 11, and a large gear 7, which occupy a large factor with respect to fluctuations in the amount of backlash due to temperature changes. This is because the support plate 11 is thermally expanded and contracted due to a change in temperature condition, and the distance between the shafts of the small gear and the large gear is changed. In this example, three combinations of materials were prepared for these three types of components, and the backlash amount when the temperature condition was changed was calculated for each. The combinations of the three materials are as follows. Since the iron head material is often used for the gear of the pan head device, medium carbon steel is used for the small gear 2 and the large gear 7. For the support plate 11, conventionally used aluminum was used, SUS304 was used for Example 1-1, and SCM440 was used for Example 1-2.
バックラッシュ量の計算においては、歯車の軸間距離を50mmとして表1に記載されている仕様の大歯車7と小歯車2を噛み合わせ、温度の初期値を−20℃として+40℃まで温度変化させた。 In the calculation of the backlash amount, the gear distance between the gears is set to 50 mm, the large gear 7 and the small gear 2 having the specifications shown in Table 1 are meshed, and the temperature is changed to + 40 ° C. with an initial value of −20 ° C. I let you.
図4は上記計算条件において−20℃〜40℃の温度範囲で温度変化させた時のバックラッシュ量を示したものである。小歯車および大歯車に中炭素鋼を用い、支持板に従来と同様にアルミニウムを使用した時のバックラッシュ量は2分であった。一方、支持板にSUS304を用いた実施例1−1では1.1分となり、支持板にSCM440を用いた実施例2−2では0.2分であった。以上の結果から歯車部と支持板11の材料の線膨張係数をほぼ等しくする事でバックラッシュ量を大きく低減できることがわかる。 FIG. 4 shows the amount of backlash when the temperature is changed in the temperature range of −20 ° C. to 40 ° C. under the above calculation conditions. The amount of backlash was 2 minutes when medium carbon steel was used for the small and large gears and aluminum was used for the support plate as in the conventional case. On the other hand, in Example 1-1 using SUS304 as the support plate, the time was 1.1 minutes, and in Example 2-2 using SCM440 as the support plate, the time was 0.2 minutes. From the above results, it can be seen that the backlash amount can be greatly reduced by making the linear expansion coefficients of the gear portion and the support plate 11 substantially equal.
支持板11の材質としては、線膨張係数9.0〜18.0×10−6/℃のステンレス鋼、耐熱鋼、炭素鋼、Cr−Mo鋼、Ni−Cr鋼、Ni−Cr−Mo鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼、硫黄複合快削鋼、軸受鋼、珪素磁性鋼、ニッケル基合金、コバルト基合金と鉄系材料を用いることが望ましい。 As the material of the support plate 11, stainless steel, heat resistant steel, carbon steel, Cr—Mo steel, Ni—Cr steel, Ni—Cr—Mo steel having a linear expansion coefficient of 9.0 to 18.0 × 10 −6 / ° C. It is desirable to use carbon tool steel, alloy tool steel, high speed tool steel, sulfur composite free-cutting steel, bearing steel, silicon magnetic steel, nickel base alloy, cobalt base alloy and iron-based materials.
また歯車の材料が鉄系以外でも、支持板11の材料を歯車の線膨張係数に近い値の材料を用いることでバックラッシュ量を少なくすることも可能である。 Even if the gear material is other than iron, it is possible to reduce the backlash amount by using a material having a value close to the linear expansion coefficient of the gear for the material of the support plate 11.
(第2実施例)
本発明に係る雲台装置の組立て順序について説明する。図3は組立て順序の説明図である。
(1)支持板11の中心にある嵌合面に対してベアリング5の外周部下部を嵌め込む。
(2)外周部を上から押さえ込む為、押えリング8を支持板11に締結し、ベアリング5を固定する。
(3)大歯車7をベアリング5のカンゴウ面に挿入する。次に軸受10も同様にベアリング5に挿入し、大歯車7と軸受10を締結する。
(4)小歯車2を構成する駆動発生部1とセンサ部6を支持板11に取り付ける。この時、二点鎖線の内側に示す部品が駆動機構となり、ユニット化の状態を示す。
(5)上記の組み込まれた部品を雲台本体3と台座9に組み込む。
(Second embodiment)
The assembly order of the pan / tilt head device according to the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of the assembly order.
(1) The lower part of the outer peripheral portion of the
(2) The presser ring 8 is fastened to the support plate 11 and the
(3) Insert the large gear 7 into the surface of the
(4) The
(5) The above-described assembled parts are assembled into the
以上の組立て順序となるように駆動機構を設計することにより、駆動機構のユニット化が可能になる。このため、組立て順序(4)の時点で雲台本体に駆動機構が取り付けることなく、駆動機構のユニットのみを用いてバックラッシュ調整が可能であるため、本発明によれば従来よりもバックラッシュの測定が簡易になる。 The drive mechanism can be unitized by designing the drive mechanism so that the assembly order is as described above. For this reason, since the backlash adjustment can be performed using only the unit of the drive mechanism without attaching the drive mechanism to the pan head main body at the time of the assembly sequence (4), according to the present invention, the backlash can be reduced more than before. Measurement is simplified.
1 駆動発生部
2 小歯車
3 雲台本体
4 支持板
5 ベアリング
6 センサ部
7 大歯車
8 押えリング
9 台座
10 軸受
11 支持板
DESCRIPTION OF
Claims (2)
A pan head device having a drive mechanism that can be driven in a pan direction and a tilt direction, wherein a drive generation unit, a gear unit, a sensor unit, and a bearing unit constituting the drive mechanism are integrated. .
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