JP2009044888A - Actuator, and sensor characteristic correction method for actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサが搭載されたアクチュエータ及びアクチュエータのセンサ特性補正方法に関する。 The present invention relates to an actuator equipped with a sensor and a method for correcting sensor characteristics of the actuator.
モータ等の回転運動を直線運動に変換して駆動軸を直線移動させるアクチュエータが公知である(例えば、下記特許文献1参照)。例えば、アクチュエータのシャフトに回転角を検出するセンサを取り付けて駆動軸の位置を制御する場合には精度のよい回転角検出が必要とされる。
An actuator that converts rotational motion of a motor or the like into linear motion and linearly moves the drive shaft is known (for example, see
上述のようなアクチュエータにシャフトの回転角検出用等のセンサを取り付けるときには、従来、アクチェータとセンサの基準に従い、アクチュエータの位置関係が合致するように人の手で、または取り付け治具を使用して取り付けていた。また、センサ検出精度の向上を目的としてセンサに対する外部からのノイズを低減するためにノイズ対策部品を挿入したり、ノイズ源から遠いところにセンサを配置するということを行っていた。
上述の従来技術のように、アクチュエータに人の手でまたは取り付け治具を使用してセンサを取り付けると、人の手または取り付け治具の能力に応じて、センサとアクチュエータとの位置関係がずれてしまうため、その分、組み付け時にセンサの位置精度が悪化することがあった。また、個々のアクチュエータ毎にメカニカル特性の差(ボールねじのリードピッチ誤差、ギア列のバックラッシュなどによるがた、リニアリティ誤差)があるためセンサ特性がアクチュエータ毎に相違し、アクチュエータにがたが存在する場合、そのがた分がセンサの取り付け誤差として一定のばらつきを持ち、アクチュエータの駆動軸の位置精度がさらに悪化する可能性が生じてしまう。 When the sensor is attached to the actuator with a human hand or using an attachment jig as in the above-described prior art, the positional relationship between the sensor and the actuator is shifted depending on the ability of the human hand or the attachment jig. Therefore, the positional accuracy of the sensor may deteriorate at the time of assembly. In addition, because there is a difference in mechanical characteristics (linearity error due to ball screw lead pitch error, gear train backlash, etc.) for each actuator, the sensor characteristics differ from actuator to actuator, and there is rattling in the actuator. In this case, there is a possibility that the amount of variation has a certain variation as a sensor mounting error, and the position accuracy of the actuator drive shaft may be further deteriorated.
さらに、センサ検出精度を向上させて駆動軸の位置精度を改善するために、外部ノイズに対してセンサにノイズ対策部品を挿入することはコストの増大につながることと、他部品との干渉などシステムレイアウトの制約とにより、ノイズ源から遠い位置にセンサを設置することが必要なような困難な問題が生じることがあった。 Furthermore, in order to improve the sensor detection accuracy and improve the drive shaft position accuracy, inserting noise countermeasure parts into the sensor against external noise will lead to an increase in cost and interference with other parts of the system Due to layout restrictions, a difficult problem may arise where it is necessary to install the sensor at a position far from the noise source.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、アクチュエータにセンサを取り付ける場合に、組み付け誤差や個々のアクチュエータのメカニカル特性の差をより理想的なセンサ特性として補正可能でアクチュエータの出力精度を向上可能なアクチュエータ及びアクチュエータのセンサ特性補正方法を提供することを目的とする。 In the present invention, in view of the above-described problems of the prior art, when a sensor is attached to an actuator, assembly errors and differences in mechanical characteristics of individual actuators can be corrected as more ideal sensor characteristics, and the output accuracy of the actuator can be improved. It is an object of the present invention to provide an actuator that can be improved and a sensor characteristic correction method for the actuator.
上記目的を達成するために、本発明によるアクチュエータは、センサが搭載されたアクチュエータであって、前記センサはアクチュエータへの取り付け後にセンサ特性の書き換えが可能であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an actuator according to the present invention is an actuator on which a sensor is mounted, and the sensor characteristics can be rewritten after being attached to the actuator.
このアクチュエータによれば、センサをアクチュエータに取り付けた後に、センサ特性を書き換えることができるので、組み付け誤差や個々のアクチュエータのメカニカル特性の差をより理想的なセンサ特性として補正することができ、これにより、アクチュエータの出力精度(例えば、駆動軸の位置精度)を向上できる。なお、センサ特性とは、例えば、アクチュエータ出力(例えば、駆動軸の移動量)とセンサ出力との関係である。 According to this actuator, since the sensor characteristics can be rewritten after the sensor is attached to the actuator, the assembly error and the difference in mechanical characteristics of each actuator can be corrected as a more ideal sensor characteristic. The output accuracy of the actuator (for example, the position accuracy of the drive shaft) can be improved. The sensor characteristic is, for example, the relationship between the actuator output (for example, the moving amount of the drive shaft) and the sensor output.
上記アクチュエータにおいて前記アクチュエータを作動させてその移動量とセンサ出力とを測定して出力データを取得する手段と、前記出力データと書き換え前のセンサ特性とに基づいて理想のセンサ特性を算出する手段と、前記センサ特性を前記算出されたセンサ特性に書き換える手段と、を備えることで、センサ特性の書き換えを行うことができる。 Means for operating the actuator in the actuator and measuring its movement amount and sensor output to obtain output data; means for calculating ideal sensor characteristics based on the output data and sensor characteristics before rewriting; The sensor characteristics can be rewritten by providing means for rewriting the sensor characteristics with the calculated sensor characteristics.
この場合、前記出力データから得たアクチュエータのがたの中央値で前記センサ特性を近似して書き換えることで、より理想的なセンサ特性に書き換えることができる。 In this case, it is possible to rewrite the sensor characteristics more ideal by approximating the sensor characteristics with the median value of the actuator obtained from the output data.
すなわち、前記アクチュエータを往復駆動させて得た前記出力データを最小二乗法により近似することでアクチュエータのがたの中央値を通る直線に近似し、その直線を理想のセンサ特性の直線に近似することで前記がたの中央値で前記センサ特性を近似して書き換えることが好ましい。 That is, the output data obtained by reciprocating the actuator is approximated by a least square method to approximate a straight line passing through the median value of the actuator, and the straight line is approximated to a line of ideal sensor characteristics. Therefore, it is preferable to rewrite the sensor characteristics by approximating them with the median value of the above.
例えば、アクチュエータがギアのバックラッシュなどによりがたを持つ場合、往復駆動させて得た出力データを最小二乗法により近似することによってがたの中央値を通る直線に近似することで、メカニカル特性を含んだセンサ特性を直線近似することができ、さらにその直線を理想のセンサ特性の直線に近似することで、がたの中央値でセンサ特性を理想的なセンサ特性に近似して書き換えるとができる。 For example, when the actuator has backlash due to gear backlash, etc., the mechanical characteristics are approximated by approximating the output data obtained by reciprocating driving to a straight line passing through the median value of the backlash by approximating by the least square method. The sensor characteristics can be approximated by a straight line, and by approximating the straight line to the ideal sensor characteristic line, the sensor characteristic can be approximated to the ideal sensor characteristic and rewritten by the median value of the backlash. .
また、前記センサを囲うように導電性板を取り付けることで、導電性板が遮磁板として機能し、外部ノイズによる影響をいわゆるシールド効果により軽減することができ、センサの検出精度が向上することでアクチュエータの出力精度が向上する。 In addition, by attaching a conductive plate so as to surround the sensor, the conductive plate functions as a magnetic shielding plate, and the influence of external noise can be reduced by a so-called shielding effect, and the detection accuracy of the sensor is improved. This improves the output accuracy of the actuator.
また、前記センサは前記センサ特性を記憶し書き換え可能な記憶素子を備えることで、センサ特性の書き換えが可能となる。 Further, the sensor characteristics can be rewritten by providing a memory element that can store and rewrite the sensor characteristics.
また、上記アクチュエータは、船舶の前後進切り替えのギアシフトのための位置決めアクチュエータとして用いることができる。 Moreover, the said actuator can be used as a positioning actuator for the gear shift of a ship's forward / reverse switching.
本発明によるアクチュエータのセンサ特性補正方法は、センサが搭載されたアクチュエータにおいて前記センサを取り付けた後にセンサ特性を書き換えて補正するセンサ特性補正方法であって、前記アクチュエータを作動させてその移動量とセンサ出力とを測定して出力データを取得し、前記出力データと書き換え前のセンサ特性とに基づいて理想のセンサ特性を算出し、前記センサ特性を前記算出されたセンサ特性に書き換えることを特徴とする。 The sensor characteristic correction method for an actuator according to the present invention is a sensor characteristic correction method for rewriting and correcting a sensor characteristic after mounting the sensor in an actuator on which the sensor is mounted. Measuring output and obtaining output data; calculating ideal sensor characteristics based on the output data and sensor characteristics before rewriting; and rewriting the sensor characteristics to the calculated sensor characteristics .
このアクチュエータのセンサ特性補正方法によれば、センサをアクチュエータに取り付けた後に、センサ特性を書き換えることができるので、組み付け誤差や個々のアクチュエータのメカニカル特性の差をより理想的なセンサ特性として補正することができ、これにより、アクチュエータの出力精度を向上できる。 According to this sensor characteristic correction method of an actuator, the sensor characteristic can be rewritten after the sensor is attached to the actuator, so that an assembly error and a difference in mechanical characteristic of each actuator can be corrected as a more ideal sensor characteristic. Thus, the output accuracy of the actuator can be improved.
また、前記出力データからアクチュエータのがたを測定し、前記がたの中央値で前記センサ特性を近似して書き換えることで、より理想的なセンサ特性に書き換えることができる。 Further, by measuring the backlash of the actuator from the output data and approximating and rewriting the sensor characteristic with the median value of the backlash, it can be rewritten to a more ideal sensor characteristic.
また、前記アクチュエータを往復駆動させて得た出力データを最小二乗法により近似することでアクチュエータのがたの中央値を通る直線に近似し、その直線を理想特性の直線に近似することで前記がたの中央値で前記センサ特性を近似して書き換えることが好ましい。 Further, by approximating the output data obtained by reciprocating the actuator by the least square method, the actuator approximates a straight line passing through the median value of the actuator, and approximating the straight line to the ideal characteristic straight line. It is preferable to rewrite the sensor characteristic by approximating the median value.
本発明アクチュエータ及びアクチュエータのセンサ特性補正方法によれば、アクチュエータにセンサを取り付ける場合に、組み付け誤差や個々のアクチュエータのメカニカル特性の差をより理想的なセンサ特性として補正可能でアクチュエータの出力精度を向上できる。また、アクチュエータの製品としてのばらつきが小さくなる。 According to the actuator and the sensor characteristic correction method of the present invention, when a sensor is attached to the actuator, it is possible to correct an assembly error or a difference in mechanical characteristics of each actuator as a more ideal sensor characteristic, thereby improving the output accuracy of the actuator. it can. In addition, the variation in actuator products is reduced.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施の形態にかかるアクチュエータを用いる船外機の概略図である。図2は、本実施の形態のアクチュエータの正面図である。図3は、図2のアクチュエータを矢印III方向に見た図である。図4は、図3の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an outboard motor using the actuator according to the present embodiment. FIG. 2 is a front view of the actuator according to the present embodiment. FIG. 3 is a view of the actuator of FIG. 2 as viewed in the direction of arrow III. FIG. 4 is a view of the configuration of FIG. 3 taken along line IV-IV and viewed in the direction of the arrow.
図1において、船外機2は、船体1に固定されるケーシング2aと、その上部に取り付けられたカウリング2bとを有している。カウリング2bの内部には、出力軸3をケーシング2aに延在させてなるエンジン(不図示)が搭載されている。出力軸3の下端には、傘歯車3aが取り付けられている。
In FIG. 1, the
ケーシング2aの下部には、プロペラ軸4が水平に配置され、回転可能に支持されている。プロペラ軸4の図で右端側は、ケーシング2aから外部へ突出しており、その端部にプロペラ5が取り付けられている。
A propeller shaft 4 is horizontally disposed below the
プロペラ軸4は、傘歯車3aに噛合する前進用傘歯車6と後進用傘歯車7とを貫通しており、また傘歯車6,7の間にドグクラッチ8を配置している。プロペラ軸4に対して、ドグクラッチ8は軸線方向に相対移動可能であるが一体的に回転するようになっており、また傘歯車6,7は相対回転可能となっている。図示していないが、ドグクラッチ8は、軸線方向両方向に向いた突起を有しており、図で左方に移動することで突起が傘歯車6の凹部と係合し、ドグクラッチ8と傘歯車6とが一体で回転する。一方、図で右方に移動することで突起が傘歯車7の凹部と係合し、ドグクラッチ8と傘歯車7とが一体で回転する。
The propeller shaft 4 passes through a forward bevel gear 6 and a reverse bevel gear 7 that mesh with the
ドグクラッチ8は、カム軸9により軸線方向に駆動されるようになっている。カム軸9は、操作軸10の回転に応じて軸線方向に変位するように連結されている。操作軸10は、リンク部材11を介して、アクチュエータ100の駆動軸117に連結されている。
The dog clutch 8 is driven in the axial direction by a
図4において、アクチュエータ100の円筒状のハウジング101は、アルミ製のハウジング本体101Aと、その端面に対してボルトB(図3)により組み付けられた樹脂製または金属製のカバー部材101Bと、モータブラケット101Cとからなる。ハウジング本体101Aの内部には、モータ室101aとねじ軸室101bとを有する。モータ室101a内には、モータ102が配置されている。モータ102は、板状のモータブラケット101Cに固定されており、モータブラケット101Cは、後述する玉軸受114の外輪をハウジング本体101Aとの間に挟み込み、且つハウジング本体101Aのモータ室101aとねじ軸室101bをふさぐようにして取り付けられている。
In FIG. 4, a
電動のモータ102の回転軸102aは、モータブラケット101Cから突出しており、その端部には金属製の第1ギヤ103が圧入により相対回転不能に取り付けられている。モータブラケット101Cに植設された長軸104の周囲には、樹脂製の第2ギヤ105が回転自在に配置され、これは第1ギヤ103及び第3ギヤ106の大ギヤ部106aに噛合している。
A rotating
樹脂製の第3ギヤ106は、大ギヤ部106aと小ギヤ部106bとを同軸に形成しており、更にねじ軸107の端部に、セレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。第3ギヤ106の一部を覆うようにして、支持部材108がモータブラケット101Cに取り付けられている。ここで、第1ギヤ103,第2ギヤ105,第3ギヤ106が第1動力伝達機構を構成する。
The resin-made
第2ギヤ105に隣接して配置された第4ギヤ109が、長軸104の周囲に回転自在に支持されている。樹脂製の第4ギヤ109は、第3ギヤ106の小ギヤ部106bに噛合した大ギヤ部109aと、小ギヤ部109bとを同軸に形成している。
A
第4ギヤ109の小ギヤ部109bは、長軸104に平行して支持部材108に植設された短軸110に対して回転自在に支持された第5ギヤ111の大ギヤ部111aに噛合している。樹脂製の第5ギヤ111は、大ギヤ部111aと小ギヤ部111bとを同軸に形成している。小ギヤ部111bは、第5ギヤ111に隣接して配置され長軸104の周囲に回転自在に支持された第6ギヤ112に噛合している。尚、長軸104及び短軸110と各ギヤとの間には、回転を円滑に行うためのブッシュが配置されていてよい。
The
回転角検出用のセンサ113がカバー部材101Bの孔101cに配置され小ねじBS(図3)で固定されることで取り付けられている。センサ113の測定軸113aは第6ギヤ112に連結され、一体的に回転するようになっている。片持ち状に延在している長軸104の先端は、第6ギヤ112と測定軸113aとを介して、センサ113によって支持されることとなる。センサ113は、測定軸113aの所定範囲(例えば90度)の角度を精度良く検出できるものである。ここで、第1ギヤ103,第2ギヤ105,第3ギヤ106、第4ギヤ109,第5ギヤ111,第6ギヤ112が第2動力伝達機構を構成する。カバー部材101Bは、各ギヤに異物が侵入しないように密閉するギヤカバーとしての機能を有する。尚、噛合するギヤの樹脂素材を互いに異なるものにすると、摩滅を抑制できるので好ましい。
A rotation
図4において、ねじ軸107は、ハウジング本体101Aに対して、図で右端側を玉軸受114により回転自在に支持されている。ねじ軸107は、左端側に雄ねじ溝107aを形成している。
In FIG. 4, the
ねじ軸107は、円筒状のナット115を貫通している。ナット115の内周面には、雄ねじ溝107aに対向して、雌ねじ溝115aが形成され、両ねじ溝107a、115aによって形成される螺旋状の空間(転走路)には、多数のボール116が転動自在に配置されている。ナット115は、ハウジング本体101Aに対して回り止め(不図示)が設けられ、ねじ軸室101b内において、軸線方向に相対移動可能だが、相対回転不能となっている。尚、軸線方向移動要素であるナット115と、回転要素であるねじ軸107と、転動体であるボール116とでボールねじ機構を構成し、このボールねじ機構と、以下の駆動軸117とで駆動機構を構成する。
The
ねじ軸107の左端は、丸軸状の駆動軸117に形成された袋孔117a内に侵入している。駆動軸117の図で右端は、ナット115に対して同軸に嵌合しピンで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体101Aに対して、駆動軸117はブッシュ118により軸線方向に移動可能に支持されており、且つブッシュ118の左方(外部側)にはシール119が配置され、ハウジング本体101Aと駆動軸117との間から海水や塵埃等の異物が侵入することを防止している。尚、ハウジング本体101Aから突出した駆動軸117の端部には、リンク部材11に連結するための孔117bが形成されている。
The left end of the
図1において、モータ102の配線102bと、センサ113の配線113bは、ブリーザパイプ12を通ってカウリング2b側に延在し、更に制御装置(図示省略)に接続されている。
In FIG. 1, the
次に、本実施の形態のアクチュエータの動作について説明する。ここで、傘歯車3aが前進用傘歯車6と後進用傘歯車7のいずれにも常時噛合しているから、内燃機関が動作している限り、傘歯車3aから動力を伝達された傘歯車6,7は互いに逆方向に回転している。しかしながら、ニュートラルの状態においては、図1に示すように、ドグクラッチ8がいずれの傘歯車6,7と係合していないので、出力軸3の動力は、プロペラ軸4に伝達されずプロペラ5は回転しないこととなる。
Next, the operation of the actuator according to the present embodiment will be described. Here, since the
ここで、ニュートラルの状態から、操作者がシフトレバー(図示省略)を前進方向に操作したとすると、図4において、モータ102に所定の極性の電力が供給され、回転軸102aが所定の方向に回転する。回転軸102aの回転力は、第1ギヤ103,第2ギヤ105,第3ギヤ106を介してねじ軸107に伝達されるので、ねじ軸107の回転に応じてナット115が図4で左方へと変位する。ナット115が左方に変位すると、駆動軸117が突出する方向に移動するので、図1においてリンク部材11が枢動する。従って、操作軸10が所定の方向に回転し、不図示のカム機構を介してカム軸9が左方に移動し、ドグクラッチ8を前進用傘歯車6と係合させる。これにより出力軸3の動力を、傘歯車3a、6及びドグクラッチ8を介してプロペラ軸4に伝達し、プロペラ5を正回転させることができる。
Here, assuming that the operator operates the shift lever (not shown) in the forward direction from the neutral state, in FIG. 4, electric power having a predetermined polarity is supplied to the
一方、回転軸102aの回転力は、第1ギヤ103,第2ギヤ105,第3ギヤ106、第4ギヤ109,第5ギヤ111,第6ギヤ112を介してセンサ113の測定軸113aに伝達される。測定軸113aの回転に応じた信号は、センサ113から配線113bを介して制御装置(図示省略)に入力される。かかる信号に基づいてねじ軸107が所定の回転量だけ回転したと判断すれば、制御装置(図示省略)はモータ102への電力供給を停止させる。
On the other hand, the rotational force of the
これに対し、操作者がシフトレバー(図示省略)を後進方向に操作したときは、図4において、モータ102に逆極性の電力が供給され、回転軸102aが逆方向に回転するので、上述とは逆の動作で、アクチュエータ100の駆動軸117が引き込む方向に移動する。従って、図1においてリンク部材11を介して操作軸10が逆方向に回転し、不図示のカム機構を介してカム軸9が右方に移動し、ドグクラッチ8を後進用傘歯車7と係合させる。これにより出力軸3の動力を、傘歯車3a、7及びドグクラッチ8を介してプロペラ軸4に伝達し、プロペラ5を逆回転させることができる。
On the other hand, when the operator operates the shift lever (not shown) in the reverse direction, in FIG. 4, the electric power having the reverse polarity is supplied to the
上述のセンサ113について更に説明する。センサ113は、図4の測定軸113aに内蔵したマグネットの磁界をホールICにより検出し、測定軸113aの回転角に応じた電圧を出力するセンサであり、そのホールIC内部の記憶素子にセンサ特性に伴うパラメータ値を書き込むことにより、任意にセンサ出力特性を構成できる。
The above-described
センサ113は、センサの可能な機械角度に充分な余裕角を残した可動角度になるような減速比で構成されたセンサギアに測定軸113aを埋め込み、2箇所でねじBS(図3)により固定されて取り付けられている。
The
アクチュエータ100とセンサ113を取り付ける基準に関し、アクチュエータ100をシステム(船外機2)に取り付ける穴から駆動軸117の先端に形成された袋孔117aまでの寸法を基準にしており、センサ出力の中央の電圧に合わせた状態で2箇所のねじBS(図3)によりセンサ113を固定する。この場合、図5のように、アクチュエータ100の駆動軸117が直線移動する際に袋孔117aの基準点zが図の左右のストローク限界位置RとFとの間で移動するが、駆動軸117を基準点zが中立位置Nになるように位置決めてセンサ113を固定する。しかし、従来、人の手または組み付け治具でセンサを固定するため、その能力により組み付け誤差が発生してしまう。
Regarding the reference for attaching the
また、アクチュエータ100におけるメカニカル特性(図4のボールねじ機構のリニアリティ、センサギア列のがた・リニアリティ)の影響はそのまま残るため、アクチュエータ100のがた及び上記組み付け誤差に起因して、アクチュエータ100の精度が理論値からずれてしまう。
Further, since the influence of the mechanical characteristics (the linearity of the ball screw mechanism and the backlash / linearity of the sensor gear train in FIG. 4) remains as it is, the accuracy of the
上記アクチュエータのがた及び組み付け誤差の補正のために、アクチュエータ100にセンサ113を取り付けた後にセンサ特性を書き換える構成について図6を参照して説明する。
A configuration in which the sensor characteristics are rewritten after the
図6はセンサ113のセンサ特性を書き換えるセンサ特性書換装置の概略的構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensor characteristic rewriting device for rewriting the sensor characteristics of the
図6のセンサ特性書換装置20は、アクチュエータ100の駆動軸117のストローク量を検出しストローク信号hを出力するストロークセンサ21と、ストローク信号hが入力しアクチュエータ100のモータ102(図4)を作動させて駆動軸117を移動させるモータコントローラ22と、ストローク信号hから得たストローク量に対するセンサ電圧値を測定する測定器23と、センサ113との間でセンサの特性データを読み取りかつ書き込むセンサ書換治具24と、測定器23で測定したストローク量に対するセンサ電圧値c及びセンサ113から取得した書き換え前の特性データに基づいて理想値を近似演算する演算装置25と、測定器23でのセンサ電圧の測定モードとセンサの特性データの読み書きモードとを切り換える切換スイッチ26と、を備える。
The sensor
切換スイッチ26で測定モードとすると、駆動軸117の往復動データを取得するとき、モータコントローラ22にセンサ113からのセンサ信号gをフィードバック入力させて駆動軸117を移動させる。
When the
切換スイッチ26で特性データの読み書きモードとすると、センサ113からセンサ書き換え入力信号gがセンサ書換治具24に入力し、演算装置25で近似演算した理想値をセンサ書換治具24からセンサ書き換え出力信号eとしてセンサ113内の記憶素子に書き込み更新する。
When the
次に、図6のセンサ特性書換装置20によるセンサ特性の書き換えの手順について説明する。
Next, a procedure for rewriting sensor characteristics by the sensor
(1)図6のストロークセンサ21を使用してモータ102(図4)を駆動し、駆動軸117を図5のストローク限界位置R,F間で全ストローク往復移動する。
(1) The motor 102 (FIG. 4) is driven using the
(2)駆動軸117が往復移動したときのストローク量(移動量)とセンサ113からのセンサ電圧とをサンプリングし、図7のように、実線で示す往復のデータを基に最小二乗法によりがた中央の1次直線(図7の破線で示す)を算出し、次の直線近似式(1)を得る。
(2) The stroke amount (movement amount) when the
VRn=AXn+B ・・・(1)
ただし、
VRn:n点のセンサ電圧[V]
Xn:n点の駆動軸の位置[mm]
n:n番目のサンプル点
A:最小二乗近似での傾き
B:最小二乗近似での切片
VRn = AXn + B (1)
However,
VRn: n-point sensor voltage [V]
Xn: Position of drive shaft at point n [mm]
n: nth sample point A: slope in least square approximation B: intercept in least square approximation
なお、駆動軸117の往復データのうち、折り返し部分のデータは最小二乗法の重み付けにより近似歪みを生じるため、採用しない方が望ましい。
Of the reciprocating data of the
(3)上記算出した1次直線近似式(1)と書き換え前の特性データから、センサ113のホールIC内部での位置データに変換し、任意の位置データを理想直線のセンサ電圧値に最小二乗法で近似して所望の1次直線の傾きと切片を得る。なお、ホールIC内部での位置データは、ホールICのプレートで受けた磁界強度にあたり、測定軸113aに埋め込まれたマグネット回転角度のデジタル値となる。
(3) The calculated linear straight line approximation formula (1) and the characteristic data before rewriting are converted into position data inside the Hall IC of the
次に、上述のアクチュエータのがたの中央値を通る近似直線をさらに理想のセンサ特性の直線に近似することでがたの中央値で理想的なセンサ特性を近似する具体的な方法について説明する。 Next, a specific method for approximating the ideal sensor characteristic with the median value of the ratchet by further approximating the approximate straight line passing through the median value of the actuator with the median value of the ideal sensor characteristic will be described. .
上記(2)で算出されたストローク量Xnとセンサ電圧VRnとの関係式(1)は以下のとおりである。 The relational expression (1) between the stroke amount Xn calculated in the above (2) and the sensor voltage VRn is as follows.
VRn=AXn+B ・・・(1) VRn = AXn + B (1)
センサ113の記憶素子の書き換え前の特性データをセンサ書換治具24で読み込むことで得られる直線の傾きをXsense、切片をVpとし、例えばデジタル値のフルスケールは2048で5Vの分解能(デジタル値409.6/1V)を有するとすると、ホールIC内部の位置データSnを下記のように算出し、式(1)を用いて式(2)を得る。
The slope of the straight line obtained by reading the characteristic data before rewriting the storage element of the
下記式(2)により、式(1)のセンサ電圧VRnと書き換え前のセンサ特性値から、ストローク量Xnと測定軸113aに埋め込まれたマグネットからホールICのプレートで受けた磁界強度の関係が導出される。
Sn=2048/5{(VRn−Vp)/Xsence}
=2048/5{(AXn+B)−Vp}/Xsence ・・・(2)
From the following equation (2), the relationship between the stroke voltage Xn and the magnetic field strength received by the Hall IC plate from the magnet embedded in the
Sn = 2048/5 {(VRn-Vp) / Xsence}
= 2048/5 {(AXn + B) -Vp} / Xsence (2)
ここで、理想的な一次直線を次式(3)とする。
Vn=CXn+D ・・・(3)
ただし、Vn:n番目のセンサ電圧[V]
Xn:n番目のストローク値[mm]
C:1mmあたりのセンサ電圧[V]
D:0mm位置(中立位置)のセンサ電圧[V]
なお、理想直線は、アクチュエータの構成によってセンサ電圧との関係を任意に設定可能である。
Here, an ideal primary straight line is represented by the following equation (3).
Vn = CXn + D (3)
Vn: nth sensor voltage [V]
Xn: nth stroke value [mm]
C: Sensor voltage per mm [V]
D: Sensor voltage [V] at 0 mm position (neutral position)
The ideal straight line can be arbitrarily set in relation to the sensor voltage depending on the configuration of the actuator.
n個分のストローク位置での内部位置データSnと、近似したいセンサ電圧Vnを、上記式(2)、(3)に式より算出して、下記式(数1)に代入しa,bを算出する。(測定軸113aのマグネットの任意磁界を所望の任意センサ電圧値に補正する。)
The internal position data Sn at the n stroke positions and the sensor voltage Vn to be approximated are calculated from the equations (2) and (3) above, and are substituted into the following equation (Equation 1). calculate. (The arbitrary magnetic field of the magnet of the measuring
上記a,bをアクチュエータ100のがた及び組み付け誤差を補正したセンサ特性として書き換え治具24にて書き換えてセンサ書き換え出力信号fをセンサ113に送り、その内部の記憶素子に書き込んで更新する。
The above-mentioned a and b are rewritten by the rewriting
図8は、センサ113に対しセンサ特性を書き換えない場合(取り付けた状態)のストローク量とストローク誤差との関係でセンサ特性を示すグラフ(a)及び上述のようにがたの中央値で書き換えた場合のストローク量とストローク誤差との関係でセンサ特性を示すグラフ(b)である。 FIG. 8 is a graph (a) showing the sensor characteristics in relation to the stroke amount and the stroke error when the sensor characteristics are not rewritten with respect to the sensor 113 (attached state) and the median value of the backlash as described above. It is a graph (b) which shows a sensor characteristic by the relationship between the stroke amount and stroke error in the case.
図8(a)において、人の手にてセンサを組み付けたことで組み付け誤差やがたがあり、メカニカル特性(ボールねじのリニアリティ、センサギア列のがた・リニアリティ)の影響はそのままのため、取り付け誤差・アクチュエータのがたにより、理論値よりもずれたアクチュエータ精度となってしまっている。図8(a)、(b)においてX軸のストローク誤差0mm上が理想のセンサ特性であるが、図8(a)では往復移動のいずれもX軸上をなぞらず、往復移動のヒステリシスループがオフセットしており、波形の直線性も悪い。 In Fig. 8 (a), there is an assembly error and rattling due to the assembly of the sensor by human hand, and the influence of mechanical characteristics (ball screw linearity, sensor gear train rattling / linearity) remains the same. The accuracy of the actuator deviates from the theoretical value due to error and actuator backlash. 8 (a) and 8 (b), the ideal sensor characteristic is that the X-axis stroke error is 0 mm. In FIG. 8 (a), neither reciprocation moves on the X-axis, but the hysteresis loop of reciprocation. Is offset and the linearity of the waveform is also poor.
これに対し、図8(b)は、センサ113の組み付け後にセンサ特性をがたの中央値を理論値となるように近似して補正し書き換えた場合のセンサ特性を示し、メカニカル特性の補正を行うため、センサ特性のリニアリティが向上している。すなわち、往復移動のヒステリシスループのほぼ中央にX軸が位置しており、がたの中央値を理想値として近似できている。また、図8(b)の方が直線性においても理想特性に近い特性として近似されている。つまり、個々のアクチュエータにあったセンサ特性として書き換えられており、組み付け誤差とアクチュエータのメカニカル特性の直線性誤差が解消されている。
On the other hand, FIG. 8 (b) shows the sensor characteristics when the sensor characteristic is corrected by approximating the median of the characteristic after the
上述の本実施の形態のアクチュエータ100は、図1の船外機2に前後進切り替えのギアシフト用の位置決めアクチュエータとして取り付けられるが、センサ特性を書換え可能なセンサ113を搭載しているため、アクチュエータ100への取付後で書換前にアクチュエータ100の駆動軸117を往復駆動させて、アクチュエータが個々に持つリニアリティや組み付け誤差などのメカニカルな特性を把握した後にセンサ特性を理想的なセンサ特性に書き換えて補正できる。
The
すなわち、アクチュエータ100がギアのバックラッシュなどによりがたを持つ場合には往復駆動させたデータを最小二乗法により近似することでがたの中央値を通る直線に近似(メカニカル特性を含んだセンサ特性の直線近似)し、その直線を理想特性の直線に近似することでがたの中央値で理想的なセンサ特性を近似する。これにより、センサ113の記憶素子に記憶させるセンサ特性をアクチェータ個々のがたの中央値にセンサ特性を近似して理想的なセンサ特性に書き換えて補正できる。なお、センサへの書換え方法によっては近似手法を最小領域法で行うことも可能である。
That is, when the
以上のように、本実施の形態のアクチュエータ100によれば、従来、人の手あるいは組み付け治具の能力に応じた組み付け誤差、個々のアクチュエータのメカニカル特性の差(ボールねじのリードピッチ誤差、ギア列のバックラッシュなどによるがた、リニアリティ誤差)をより理想的なセンサ特性として補正が可能となり、駆動軸117の位置精度が向上し、アクチュエータの製品としてのばらつきも小さくなる。
As described above, according to the
次に、上述のアクチュエータにおいてセンサを囲うように導電性板を取り付けるセンサシールド構造について図9を参照して説明する。 Next, a sensor shield structure in which a conductive plate is attached so as to surround the sensor in the above-described actuator will be described with reference to FIG.
図9は、センサシールド構造を示す要部断面図(a)及びBB方向からみたセンサの要部平面図(b)である。 FIG. 9 is a cross-sectional view (a) of the main part showing the sensor shield structure and a plan view (b) of the main part of the sensor as seen from the BB direction.
図9(a)、(b)のように、図4と同様のセンサ113を包囲するようにセンサ113の側面側に複数の支柱201をカバー部材101Bに立設し、センサ113の側面及び上面を覆うように支柱201に金属製の導電性の高い導電性板202をボルト201aで固定し取り付けることで、センサシールド構造をアクチュエータ100に付与するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 9A and 9B, a plurality of
上述のセンサシールド構造によれば、導電性板202のシールド効果によりセンサ113に対する外部ノイズによる影響を軽減できるので、外部ノイズの影響によるセンサの出力変動を抑えることができ、センサ113の検出精度が向上し、アクチュエータ100の駆動軸117の位置精度が向上する。
According to the above-described sensor shield structure, since the influence of the external noise on the
また、センサの電気回路にノイズ対策部品を挿入したり、センサをノイズ源から遠いところに配置するといった対策が不要となる。また、センサ113の外面を複数の支柱201と導電性板202とで囲う構造とするので、アクチュエータ100において重要部品であるセンサ113を物理的に保護(落下などでの損傷保護)することができる。
Further, it is not necessary to take measures such as inserting noise countermeasure components in the electric circuit of the sensor or disposing the sensor far from the noise source. In addition, since the outer surface of the
なお、アクチュエータ100が船舶等の用途により、海水がかかるような場所に設置される場合には導電性板202に海水が付着し錆が発生することでシールド効果が薄れるおそれがあるので、導電性板202に関し、導電性を損なわない防錆塗装の適用や錆にくい材質(ステンレス鋼等)の採用が好ましい。
In addition, when the
図9のセンサシールド構造を上述のアクチュエータ100に加えることで、特に位置決めアクチュエータの精度誤差及び外部誘導ノイズに対する耐性の両方を改善することができ、位置決めアクチュエータの位置精度を向上できる。
By adding the sensor shield structure of FIG. 9 to the
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本発明のアクチュエータは、船舶の前後進切り替えのギアシフトに用いられる位置決めアクチュエータとして用いられて好適であるが、これに限定されず、他の用途であってもよいことはもちろんである。 As described above, the best mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the actuator of the present invention is preferably used as a positioning actuator used for a gear shift for forward / reverse switching of a ship, but is not limited to this and may be used for other purposes.
2 船外機
20 センサ特性書換装置
21 ストロークセンサ
22 モータコントローラ
23 測定器
24 センサ書換治具
25 演算装置
26 切換スイッチ
100 アクチュエータ
113 センサ
113a 測定軸
117 駆動軸
201 支柱
202 導電性板
2
Claims (10)
前記センサはアクチュエータへの取り付け後にセンサ特性の書き換えが可能であることを特徴とするアクチュエータ。 An actuator equipped with a sensor,
An actuator characterized in that the sensor characteristics can be rewritten after the sensor is attached to the actuator.
前記アクチュエータを作動させてその移動量とセンサ出力とを測定して出力データを取得し、前記出力データと書き換え前のセンサ特性とに基づいて理想のセンサ特性を算出し、前記センサ特性を前記算出されたセンサ特性に書き換えることを特徴とするアクチュエータのセンサ特性補正方法。 A sensor characteristic correcting method for rewriting and correcting a sensor characteristic after attaching the sensor in an actuator equipped with a sensor,
The actuator is actuated to measure its movement amount and sensor output to obtain output data, ideal sensor characteristics are calculated based on the output data and sensor characteristics before rewriting, and the sensor characteristics are calculated. A sensor characteristic correction method for an actuator, characterized in that the sensor characteristic is rewritten to a specified sensor characteristic.
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