JP2010066166A

JP2010066166A - 自動平衡式波面計の補正方法

Info

Publication number: JP2010066166A
Application number: JP2008233867A
Authority: JP
Inventors: Mikishige Kezuka; 幹栄毛塚
Original assignee: Tokyo Keiso Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiso Co Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP5204596B2

Abstract

【課題】フロートを吊り下げたワイヤの張力を検出し、ドラムを回転してフロート位置による液位を求める機構において、構成部品の誤差を補正し、正確な液位を求める。
【解決手段】制御回路はドラムの回転角Ａに対するセンサの出力値Ｂを検出する。例えば、回転角９０゜においては、既知の軽重２つの出力Ｃ、Ｄ間を結ぶ補正直線Ｅが得られ、各ドラム回転角Ａごと、例えば１゜ごとについて補正直線Ｅが得られる。
従って、得られた張力に対して各回転角ごとに張力補正値Ｆが得られ、実測時にセンサの出力を補正することで、正確な測定用ワイヤの張力が得られる。このセンサの出力を用いてモータを駆動すれば、ドラムは真値による張力値に従って回転制御されることになる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ワイヤにより吊り下げたフロートが液体から受ける浮力が一定になるようにフロートの位置を制御し、ワイヤの繰り出し量、巻き上げ量によって液面の位置を計測する自動平衡式波面計の補正方法に関するものである。

一般的な自動平衡式液面計では、例えば特許文献１のように、ドラムには繰り出し、巻き上げ自在にワイヤが巻回され、ワイヤの先端には液面上で浮上するフロートが取り付けられている。そして、ワイヤのドラムからの繰り出し量、巻き上げ量を計測することにより液面位置を検出する。

特開平９−１９６７３６号公報

しかし、ワイヤを巻回するドラムを含めて、機構の同軸性における不平衡特性はなかなか避けられない。この不平衡特性は動力の伝達経路を構成する部品の機械的な加工精度、同軸度、平行度や直角度の良否によるものと考えられる。このような加工誤差を完全になくすことは困難であり、より高精度の部品を製作するには、加工手順や管理などに時間とコストを必要とするものになっている。

不平衡特性の主要な要因と考えられるワイヤを巻き取るドラムに関しては、常用する極低速度を考慮して、ドラム単体の静的な回転バランス調整を行っている。しかし、調整作業にコストを費やしても、ドラムを回転させる主軸と、ワイヤを巻き取るドラムとの同軸性や平行度に対しては調整が及ばない。

構成部品単体で加工精度を確保し、かつ一部部品の補正調整を行っても、機構の性能に関わる部品を全て組み立てた結果を想定することはできない。従って、部品の加工精度と単品の調整によって所定の性能を確保する手法には限界がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、機構要素の誤差を補正し、精度の良い測定値が得られる自動平衡式波面計の補正方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る自動平衡式波面計の補正方法は、液面の位置を検出するためのフロートを吊り下げた測定用ワイヤを繰り出し、巻き上げるドラムを有し、前記フロートに生ずる浮力の変化を前記測定用ワイヤの張力の変化として捉え、前記張力が所定の大きさとなるように繰り出し、巻き上げた前記測定用ワイヤの長さを基に液位を測定する自動平衡式液面計において、前記測定用ワイヤに所定の張力を加えて前記ドラムの回転に伴って発生する張力検出値の変化を前記ドラムの回転角に対応して求めておき、測定時に得られた前記測定用ワイヤの張力値を前記ドラムの回転角に応じて補正することを特徴とする。

本発明に係る自動平衡式波面計の補正方法によれば、製品に用いる構成部品は通常の工作機械で普通に製作できる範囲の精度が許容でき、部品の製作・管理コストを抑制できると共に、部品の組合わせなどに起因する誤差要因を全て包括して除外することで、より高精度で信頼性の高い製品が得られる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施例の自動平衡式液面計の構造図である。基台２１の片側に、主軸２２に軸支されたドラム２３が回転自在に保持され、主軸２２を介して回転力が伝達されるようになっている。ドラム２３には繰り出し自在に測定用ワイヤ２４が巻回され、測定用ワイヤ２４の先端にはフロート２５が取り付けられている。また、基台２１の他側にはモータ２６が固定されており、モータ２６の回転軸の回転は、プーリ２７、ベルト２８を介してウォームギア２９の回転に伝達されるようになっている。

ウォームギア２９はドラム２３と同軸に回転するウォームホイール３０の周囲の歯部と噛合されているが、ウォームホイール３０はドラム２３の主軸２２に対し連結していない。ウォームホイール３０の側面には、剛性が大きい例えば板ばねから成り金属製の条片状の板体３１の一端が固定されている。板体３１は主軸２２と平行に配置され、その平面方向はウォームホイール３０の半径方向と一致している。板体３１の他端には、連結杆３２の一端が取り付けられ、この連結杆３２の他端にはドラム２３の主軸２２が連結されている。

また、板体３１の片面又は両面には、板体３１の撓み量を検出するための歪ゲージから成るセンサ３３が張り付けられ、センサ３３の出力は図示しない制御回路を経てモータ２６に接続されている。

液面の測定に際しては、フロート２５の浮力は測定用ワイヤ２４の張力として把えられ、この張力はドラム２３を介し、更に主軸２２、連結杆３２を経て板体３１に伝達される。しかし、板体３１からウォームホイール３０にこの張力が伝達されても、ウォームホイール３０はウォームギア２９を回転することはない。

板体３１に連結杆３２から下方への力が作用し、例えば図１において板体３１が下方に撓むと、フロート２５は液中に十分に浸されていない状態であり、測定用ワイヤ２４の張力が大きいためにフロート２５を降下させて測定用ワイヤ２４を緩める必要がある。

板体３１を撓ませる測定用ワイヤ２４の張力はセンサ３３により検出され、制御回路によりモータ２６を駆動し、プーリ２７、ベルト２８、ウォームギア２９を介してウォームホイール３０を回転する。この回転力は板体３１、連結杆３２を介して主軸２２に伝達され、ドラム２３を回転して、測定用ワイヤ２４を繰り出してフロート２５を降下し、板体３１の撓み量が所定の大きさになると回転を停止する。

また、板体３１の所定量よりも小さな撓みによるセンサ３３の出力によって、フロート２５を上昇させるべき場合には、モータ２６を逆回転してウォームギア２９を介してウォームホイール３０を回転し測定用ワイヤ２４を巻き上げてフロート２５の位置を調整すればよい。このように、測定用ワイヤ２４の繰り出し量、巻き上げ量は、ドラム２３の回転を図示しない回転センサにより検出することにより検出され、液面の測定がなされる。

しかし、上述の液面計をもってしても、機構要素の誤差は十分に回避できないために、次のような手順で補正を行う。

図２は一定の張力で測定用ワイヤ２４によりフロート２５を吊り下げた状態で、ドラム２３を回転させた場合に、測定用ワイヤ２４の張力を検出するセンサ３３の本来直線であるべき出力が、ドラム２３の径、機構部品の同軸度、平行度などの要因によって、ドラム２３の回転角の変位に伴って変化している様子を示している。

このように検出される張力値の変動は、ドラム２３の回転角や張力の大きさに依存し、ドラム２３の１回転ごとの周期性を有するものであることが確認されている。従って、高精度の液面計を得るためには、測定時にこの変動を補正する必要がある。

そこで、個々の液面計ごとに、機構部品を組み立てた後に、既知張力を機構に与えた状態、つまりフロート２５の代りに既知質量の錘を吊り下げて、所定の張力を与えることで、ドラム２３の回転角度を変化させながらセンサ３３の出力を記録する。そして、少なくとも軽重２つの既知張力を真値として、各真値におけるセンサ３３の出力値とドラム２３の回転角度の関係を求める。

図３は真の張力値を加えたときのセンサ３３の出力値とドラム２３の回転角度の関係についての説明図である。補正データを得るには、先ず制御回路はセンサ３３の出力を読み取ると同時に、ドラム２３の回転角を確認し、読み取ったセンサ３３の出力値とその位置での記録から後述する補正直線を算出する。液位測定時には、この補正直線を照合して、検出した測定用ワイヤ２４の張力値を補正する。

図３により上記手順を追うと、制御回路はドラム２３の回転角Ａに対するセンサ３３の出力値Ｂを検出する。例えば、回転角９０゜においては、既知の軽重２つの出力Ｃ、Ｄ間を結ぶ補正直線Ｅが得られ、各ドラム回転角Ａごと、例えば１゜ごとについて補正直線Ｅが得られる。

従って、得られた張力に対して各回転角ごとに張力補正値Ｆが得られ、実測時にセンサ３３の出力を補正することで、正確な測定用ワイヤ２４の張力が得られる。このセンサ３３の出力を用いてモータ２６を駆動すれば、ドラム２３は真値による張力値に従って回転制御されることになる。

なお、既知の張力として３つの質量の異なる錘りを使用すれば、補正は直線でなく曲線となることも予想され、更に精度の良い補正が可能となる。

実施例の液面計の構成図である。既知の張力を加えた場合のセンサの出力値とドラム回転角との関係のグラフ図である。センサ出力値とドラム回転角との関係、及び補正手順の説明図である。

符号の説明

２１基台
２２主軸
２３ドラム
２４測定用ワイヤ
２５フロート
２６モータ
３０ウォームホイール
３１板体
３２連結杆
３３センサ

Claims

液面の位置を検出するためのフロートを吊り下げた測定用ワイヤを繰り出し、巻き上げるドラムを有し、前記フロートに生ずる浮力の変化を前記測定用ワイヤの張力の変化として捉え、前記張力が所定の大きさとなるように繰り出し、巻き上げた前記測定用ワイヤの長さを基に液位を測定する自動平衡式液面計において、前記測定用ワイヤに所定の張力を加えて前記ドラムの回転に伴って発生する張力検出値の変化を前記ドラムの回転角に対応して求めておき、測定時に得られた前記測定用ワイヤの張力値を前記ドラムの回転角に応じて補正することを特徴とする自動平衡式波面計の補正方法。
前記所定の張力は少なくとも２つの大きさとして加えて、前記ドラムの回転角に対する補正直線を求め、該補正直線により該当回転角での前記張力の補正値を求めることを特徴とする請求項１に記載の自動平衡式波面計の補正方法。