JP2011117916A - Inclination/eccentricity detection device of rotor, and inclination/eccentricity detection method of the rotor - Google Patents

Inclination/eccentricity detection device of rotor, and inclination/eccentricity detection method of the rotor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inclination/eccentricity detection device of a rotor and an inclination/eccentricity detection method of the rotor capable of detecting inclination and eccentricity of the rotor simultaneously with a simple constitution. <P>SOLUTION: Three optical sensors 1a-1c are attached to a fixing part 3, and three detection objects 2a-2c are attached to the rotor 4. When inclination is generated in a rotating rotor 4, a clearance between the optical sensor 1a and the detection object 2a is narrowed to heighten a detection signal level of the optical sensor 1a, and a clearance between the optical sensor 1b and the detection object 2b is widened to lower a detection signal level of the optical sensor 1b. When eccentricity is generated in the rotor 4, since the detection object 2 is moved between a rotating shaft 5 and a circumferential direction, a passing time of the optical sensor 1 crossing an edge part formed on the detection object 2 is changed, and a time width of a detection signal is changed. An operation circuit part 7 detects inclination and eccentricity of the rotor 4 simultaneously based on change information of the detection signal level and change information of the detection signal time width. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、回転体の傾き及び偏心を検出する回転体の傾き・偏心検出装置、及び回転体の傾き・偏心検出方法に関する。   The present invention relates to a rotating body inclination / eccentricity detecting device and a rotating body inclination / eccentricity detecting method for detecting the inclination and eccentricity of a rotating body.

一般的に、回転体を精度よく滑らかに回転させるためには、回転体の傾きや偏心を抑える手段が必要となる。通常、回転体の傾きや偏心を抑えるためには、各種機構部品の寸法精度のばらつきを低減させたり、機構部品の寸法精度のばらつきを吸収する機構を導入したり、あるいは、回転構造物を組立てるときの組立て精度を向上させる必要がある。特に、回転構造物を組立てる際には、何らかの測定手段によって傾き量及び偏心量を測定しながら、序々に精度を上げて行く方法が必要であり、機構部品の寸法精度の向上が製品の最終的な性能に結びつくことが多い。例えば、航空管制等で使用される回転型のアンテナは、重量や慣性が大きいために、アンテナ部分に安定した回転性能を実現させるためには、アンテナを構成する回転体の傾きや偏心を抑えると共に組立て精度を上げる必要がある。   In general, in order to rotate the rotating body accurately and smoothly, means for suppressing the inclination and eccentricity of the rotating body is required. Usually, in order to suppress the inclination and eccentricity of the rotating body, it is possible to reduce the variation in dimensional accuracy of various mechanical parts, introduce a mechanism that absorbs the variation in dimensional accuracy of mechanical parts, or assemble a rotating structure. It is necessary to improve the assembly accuracy. In particular, when assembling a rotating structure, it is necessary to gradually increase the accuracy while measuring the amount of inclination and the amount of eccentricity by some measuring means. Often leads to high performance. For example, a rotary antenna used in air traffic control is heavy in weight and inertia, and in order to achieve stable rotation performance in the antenna part, while suppressing the tilt and eccentricity of the rotating body constituting the antenna It is necessary to increase the assembly accuracy.

一般的に行われている回転体の傾き検出の方法としては、水準器を用いて回転体の傾きを測定する機械的な測定方法や、レーザ光を回転体の表面に照射して入射光と反射光との光路差(又は時間差)を読み取る光学的な測定方法などが主流である。また、偏心を検出する方法としては、回転軸の周囲に隙間センサを配置し、回転軸と隙間センサとの間のギャップ変動を測定する測定方法や、回転体の横方向に複数の変位センサを配置する等の測定方法が用いられている。   Commonly used methods for detecting the tilt of a rotating body include a mechanical measurement method that measures the tilt of the rotating body using a level, and the surface of the rotating body that is irradiated with laser light. An optical measurement method that reads an optical path difference (or time difference) from reflected light is the mainstream. In addition, as a method of detecting eccentricity, a gap sensor is arranged around the rotation shaft, and a measurement method for measuring a gap variation between the rotation shaft and the gap sensor, or a plurality of displacement sensors in the lateral direction of the rotating body are used. Measurement methods such as placement are used.

また、回転体の傾きや偏心を検出する先行技術としては、例えば、測定歯車を使用した回転体の偏心検出方法が開示されている(特許文献1参照)。以下、図13を参照して、特許文献1における偏心検出方法について説明する。この技術では、回転体201に取り付けられた歯車202の位置を検出する電磁ピックアップ203を含む位置検出手段(検出回路204)と、この位置検出手段による回転状態時の検出信号と記憶手段であるRAM205やROM206に記憶された検出信号との時間ずれを測定し、回転状態時の検出信号とあらかじめ記憶されている検出信号との時間的な比較値に基づいて、回転体201の偏心量を算出するCPU(演算手段)207と、を備えて偏心検出装置の全体を構成している。そして、この位置検出手段による初期状態時の検出信号と回転状態時の検出信号との時間ずれを比較することにより、回転体の偏心量を検出している。   Moreover, as a prior art for detecting the tilt and eccentricity of a rotating body, for example, a method of detecting the eccentricity of the rotating body using a measurement gear is disclosed (see Patent Document 1). Hereinafter, the eccentricity detection method in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. In this technique, position detection means (detection circuit 204) including an electromagnetic pickup 203 for detecting the position of the gear 202 attached to the rotating body 201, and a detection signal and a storage means RAM 205 in the rotation state by the position detection means. Further, the time deviation from the detection signal stored in the ROM 206 is measured, and the eccentric amount of the rotating body 201 is calculated based on the temporal comparison value between the detection signal in the rotation state and the detection signal stored in advance. CPU (arithmetic unit) 207 and the entire eccentricity detection apparatus. Then, the eccentric amount of the rotating body is detected by comparing the time lag between the detection signal in the initial state and the detection signal in the rotation state by the position detection means.

また、回転体の偏心を検出する技術として、ラインカメラから得られる映像信号によって回転体の偏心角や偏心長を測定する方法も開示されている(特許文献2参照)。この技術によれば、光学的及び電気的に偏心量を測定しているので、分解能が高く高精度に偏心角や偏心長を測定することができる。また、カートリッジに収納されている光ディスク回転体のチルト量(偏心量)を検出する技術も開示されている(特許文献3参照)。この技術によれば、チルトセンサの受光面を、光ディスク回転体のラジアル方向及びタンジェンシャル方向に配置しているので、光ディスク回転体のチルト量をラジアル方向及びタンジェンシャル方向で同時に検出することができる。したがって、光ディスク回転体の偏心量を高精度に検出することが可能となる。   In addition, as a technique for detecting the eccentricity of the rotating body, a method of measuring the eccentric angle and the eccentric length of the rotating body using a video signal obtained from a line camera is also disclosed (see Patent Document 2). According to this technique, since the amount of eccentricity is measured optically and electrically, the eccentric angle and the eccentric length can be measured with high resolution and high accuracy. Also disclosed is a technique for detecting the tilt amount (eccentric amount) of an optical disk rotating body housed in a cartridge (see Patent Document 3). According to this technique, since the light receiving surface of the tilt sensor is arranged in the radial direction and the tangential direction of the optical disk rotating body, the tilt amount of the optical disk rotating body can be detected simultaneously in the radial direction and the tangential direction. . Therefore, it is possible to detect the eccentricity of the optical disk rotating body with high accuracy.

特開平07−253375号公報JP 07-253375 A 特開昭60−235003号公報JP 60-235033 特開平10−320804号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-320804

しかしながら、特許文献1の技術による回転体の傾き及び偏心の検出方式においては、次のようないくつかの課題がある。すなわち、第1の課題は、回転体の傾きと偏心とを同時に検出することができず、かつ、少なくとも独立した2つの検出系が必要である。近年では、多次元のレーザ変位計等が存在し、2方向以上の変位や角度が測定できることが可能であるが、このような2方向の測定には大掛かりな準備が必要となる。また、第2の課題は、レーザ光を使用する光学的な測定方法や、特許文献1における測定歯車を使用する測定方法などにおいては、検出機構に高価な測定器や歯車のような精密加工を要する構造体が必要となり、結果的に、低コストでの検出装置を構成することが難しい。さらに、第3の課題は、レーザ等を用いる測定方法では測定系自体の小型化が難しく、例えば、回転体の実動状態における傾き検出が極めて困難である。そため、回転体の動作状態における異常検出等の用途として使用することが難しい。   However, the method of detecting the tilt and eccentricity of the rotating body according to the technique of Patent Document 1 has the following problems. That is, the first problem is that it is impossible to detect the inclination and eccentricity of the rotating body at the same time, and at least two independent detection systems are required. In recent years, there are multi-dimensional laser displacement meters and the like, and it is possible to measure displacements and angles in two or more directions, but such two-direction measurement requires a large preparation. In addition, the second problem is that in an optical measurement method using laser light or a measurement method using a measurement gear in Patent Document 1, precision processing such as an expensive measuring instrument or gear is used for the detection mechanism. A required structure is required, and as a result, it is difficult to construct a detection device at a low cost. Furthermore, the third problem is that it is difficult to reduce the size of the measurement system itself by a measurement method using a laser or the like, and for example, it is extremely difficult to detect the inclination of the rotating body in the actual moving state. Therefore, it is difficult to use as an application for detecting an abnormality in the operating state of the rotating body.

また、前述の特許文献2の技術においては、カメラ等の光学系を用意しなければならないので、複雑な機構要素が高密度で実装されている回転体の傾き及び偏心を検出することは難しい。また、回転体の周囲にオイルなどが飛散するような雰囲気においては、光学系による検出方法では回転体の傾き及び偏心を正確に検出することはできない。さらに、前述の特許文献3の技術においては、光ディスク回転体のような精密な回転機構の傾き及び偏心を検出するため、検出機構が極めて高価なものとなってしまう。すなわち、回転体の傾き及び偏心を検出する検出機構を安価に実現することはできない。   Moreover, in the technique of the above-mentioned patent document 2, since it is necessary to prepare an optical system such as a camera, it is difficult to detect the tilt and eccentricity of a rotating body on which complicated mechanism elements are mounted at high density. Further, in an atmosphere where oil or the like scatters around the rotating body, the detection method using the optical system cannot accurately detect the inclination and eccentricity of the rotating body. Furthermore, in the technique of the above-mentioned patent document 3, since the inclination and eccentricity of a precise rotation mechanism such as an optical disk rotating body are detected, the detection mechanism becomes extremely expensive. That is, a detection mechanism for detecting the tilt and eccentricity of the rotating body cannot be realized at low cost.

以上を要約すると、回転体を安定して回転させるには、回転体の傾き及び偏心を抑える必要がある。特に、航空管制レーダ等で用いられる回転体のアンテナには傾きや偏心を充分に抑えることが要求されるので、その回転体を高い精度で組立てることが必要である。ところが、一般的に行われている回転体の傾き検出方法は、水準器を用いる機械的な検出方法や、レーザ光を回転体の表面に照射して入射光と反射光との光路差を読み取る光学的な検出方法などが主流である。また、偏心の検出方法は、回転軸の周囲に複数の隙間センサを配置して、回転軸と隙間センサとの間のギャップ変動を測定する測定方法や、回転体の横方向に複数の変位センサを配置する等の測定方法が用いられている。   In summary, in order to rotate the rotating body stably, it is necessary to suppress the inclination and eccentricity of the rotating body. In particular, since the antenna of a rotating body used in an air traffic control radar or the like is required to sufficiently suppress inclination and eccentricity, it is necessary to assemble the rotating body with high accuracy. However, a commonly used method for detecting the tilt of a rotating body is a mechanical detection method using a level or by irradiating the surface of the rotating body with a laser beam to read the optical path difference between incident light and reflected light. Optical detection methods are the mainstream. In addition, as a method for detecting eccentricity, a plurality of gap sensors are arranged around the rotating shaft to measure a gap variation between the rotating shaft and the gap sensor, or a plurality of displacement sensors are arranged in the lateral direction of the rotating body. A measuring method such as arranging the above is used.

しかしながら、これらの検出方法では、回転体の傾きと偏心を同時に検出することができず、少なくとも独立した二系統の検出系が必要である。一方、近年では、多次元のレーザ変位計などが存在し、2方向以上の変位や角度が測定できることが可能になったが、何れの方法にしても、回転体の傾きと偏心を測定(検出)するのに大掛かりな準備が必要となり、またコスト高の要因となるなどの問題がある。   However, these detection methods cannot simultaneously detect the tilt and eccentricity of the rotating body, and at least two independent detection systems are required. On the other hand, in recent years, there have been multi-dimensional laser displacement meters, etc., and it has become possible to measure displacements and angles in two or more directions, but any method can measure (detect) the tilt and eccentricity of a rotating body. ) Requires a large amount of preparation, and also causes a high cost.

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で回転体の傾きと偏心とを同時に検出することができる回転体の傾き・偏心検出装置、及び回転体の傾き・偏心検出方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can detect the inclination and the eccentricity of the rotating body and the detection of the inclination and the eccentricity of the rotating body that can simultaneously detect the inclination and the eccentricity of the rotating body with a simple configuration. It aims to provide a method.

上記目的を達成するために、この発明の第1の構成は、固定部に対して回転自在に搭載された回転体の傾き量及び偏心量を検出する回転体の傾き・偏心検出装置であって、前記固定部と前記回転体とに対向して搭載された複数の光センサ及び複数の被検出体と、前記回転体の回転中において、前記光センサが前記被検出体を検出したときの検出信号に基づいて、前記回転体の傾き量と偏心量とを同時に推定する推定手段とを備えてなることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a first configuration of the present invention is a tilt / eccentricity detection device for a rotator that detects an amount of tilt and an amount of eccentricity of a rotator mounted rotatably with respect to a fixed portion. , A plurality of optical sensors and a plurality of detection objects mounted opposite to the fixed portion and the rotating body, and detection when the optical sensor detects the detection object during rotation of the rotating body An estimation means for simultaneously estimating the amount of inclination and the amount of eccentricity of the rotating body based on the signal is provided.

この発明の第2の構成は、固定部に対して回転自在に搭載された回転体の傾き量及び偏心量を、前記固定部と前記回転体とに対向して搭載された複数の光センサ及び複数の被検出体を用いて検出する回転体の傾き・偏心検出方法であって、前記回転体の回転中において、前記光センサが前記被検出体を検出したときの検出信号に基づいて、前記回転体の傾き量と偏心量とを同時に推定することを特徴とする回転体の傾き・偏心検出方法を有してなることを特徴としている。   According to a second configuration of the present invention, a plurality of photosensors mounted so as to oppose the fixed portion and the rotating body are used to determine the amount of inclination and the amount of eccentricity of the rotating body that is rotatably mounted on the fixed portion, and A method of detecting tilt / eccentricity of a rotating body that is detected using a plurality of detected bodies, wherein the optical sensor detects the detected body during rotation of the rotating body, and The present invention is characterized in that it has a method of detecting the inclination / eccentricity of a rotating body, characterized by estimating the amount of inclination and the amount of eccentricity of the rotating body at the same time.

この発明の構成によれば、固定部及び回転体にそれぞれ搭載された複数の光センサと複数の被検出体のみで、回転体の傾きと偏心量を同時に推定することができる。したがって、簡単かつ安価な構成で回転体の傾きと偏心を同時に検出することが可能となる。さらに、小型で汎用的な光センサを用いているので、回転構造物のような複雑な装置に対しても、この発明による回転体の傾き・偏心検出装置を容易に実装することが可能となる。   According to the configuration of the present invention, it is possible to simultaneously estimate the inclination and the eccentricity of the rotating body using only the plurality of optical sensors and the plurality of detected bodies respectively mounted on the fixed portion and the rotating body. Therefore, it is possible to simultaneously detect the inclination and eccentricity of the rotating body with a simple and inexpensive configuration. Further, since a small and general-purpose optical sensor is used, the rotating body inclination / eccentricity detecting device according to the present invention can be easily mounted even on a complicated device such as a rotating structure. .

この発明に係る回転型アンテナ装置の全体構成を示す図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。It is a figure which shows the whole structure of the rotary antenna apparatus which concerns on this invention, (a) is the top view seen from the top, (b) is AA sectional drawing of (a). 図1に示す被検出体の形状を示す側面図である。It is a side view which shows the shape of the to-be-detected body shown in FIG. 図1に示す光センサと被検出体との位置関係を示す図であり、(a)は光センサの構成の一例を示す図、(b)は被検出体が光センサの上を通過する際の位置関係を示す上面図、(c)は被検出体が光センサの上を通過する際の位置関係を示す側面図である。It is a figure which shows the positional relationship of the optical sensor shown in FIG. 1, and a to-be-detected body, (a) is a figure which shows an example of a structure of an optical sensor, (b) is when a to-be-detected body passes on an optical sensor. FIG. 4C is a side view showing the positional relationship when the detected object passes over the optical sensor. 図3に示す光センサと被検出体におけるクリアランスと検出感度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the clearance and detection sensitivity in the optical sensor shown in FIG. 3, and a to-be-detected body. この発明の回転体の傾き・偏心検出装置における演算回路部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the arithmetic circuit part in the inclination / eccentricity detection apparatus of the rotary body of this invention. 図1に示すアンテナ装置において、回転体が傾いた場合における光センサと被検出体の相対的な高さ方向の位置関係を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は側面における仮想断面図を示す。In the antenna apparatus shown in FIG. 1, it is explanatory drawing which shows the positional relationship of the relative height direction of a photosensor and a to-be-detected body when a rotary body inclines, (a) is a top view, (b) is a side view The virtual sectional view in is shown. 図6に示すように回転体に傾きが生じた場合における各光センサからの検出信号を示す特性図であり、(a)はクリアランスが狭い光センサ1aの検出信号、(b)はクリアランスが広い光センサ1bの検出信号を示す。FIG. 7 is a characteristic diagram showing detection signals from the respective optical sensors when the rotating body is tilted as shown in FIG. 6, (a) is a detection signal of the optical sensor 1 a with a narrow clearance, and (b) is a wide clearance. The detection signal of the optical sensor 1b is shown. 回転体に偏心が生じたときの光センサと被検出体の相対位置の変化を示す図であり、(a)は被検出体が外周方向に振られた場合、(b)は回転体に偏心がない状態、(c)は被検出体が内周方向に振られた場合の光センサと被検出体との位置関係を示す。It is a figure which shows the change of the relative position of an optical sensor and a to-be-detected body when eccentricity arises in a rotary body, (a) is a case where a to-be-detected body is shaken in the outer peripheral direction, (b) is eccentric to a rotary body. (C) shows the positional relationship between the optical sensor and the detected object when the detected object is shaken in the inner circumferential direction. 回転体に偏心が生じたときの光センサからの検出信号を示す特性図であり、(a)は被検出体が外周方向に振られた場合、(b)は回転体に偏心がない場合、(c)は被検出体が内周方向に振られた場合の、それぞれの検出信号の特性図を示す。It is a characteristic view showing a detection signal from an optical sensor when eccentricity occurs in the rotating body, (a) when the detected body is shaken in the outer peripheral direction, (b) when there is no eccentricity in the rotating body, (C) shows a characteristic diagram of each detection signal when the detection target is shaken in the inner circumferential direction. 回転体が偏心したときの、各光センサ位置における相対位置と回転体の偏心量を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relative position and the eccentric amount of a rotary body in each optical sensor position when a rotary body is eccentric. この発明の回転体における、光センサと被検出体の相対位置と各諸元との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the relative position of a photosensor and a to-be-detected body, and each item in the rotary body of this invention. (a)は、この発明の実施形態2に係るアンテナ装置の側面における仮想断面図、(b)は、光センサと被検出体との位置関係を示す図である。(A) is a virtual sectional view in the side of an antenna device concerning Embodiment 2 of this invention, and (b) is a figure showing the positional relationship of a photosensor and a detected object. 先行技術における偏心検出方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the eccentricity detection method in a prior art.

この発明による回転体の傾き及び偏心の検出装置は、固定部に対して回転自在に搭載された回転体の傾き量及び偏心量を検出する回転体の傾き・偏心検出装置であって、固定部と回転体とに対向して搭載された複数の光センサ及び複数の被検出体と、回転体の回転中において、光センサが被検出体を検出したときの検出信号に基づいて、回転体の傾き量と偏心量とを同時に推定する推定手段とを備えることによって、簡単な構成で回転体の傾きと偏心とを同時に検出するという目的を実現した。   An apparatus for detecting tilt and eccentricity of a rotating body according to the present invention is a tilt / eccentricity detecting device for a rotating body that detects the amount of tilt and the amount of eccentricity of a rotating body that is rotatably mounted on a fixed section, A plurality of optical sensors and a plurality of detected objects mounted opposite to the rotating body, and a rotation signal of the rotating body based on a detection signal when the optical sensor detects the detected object during rotation of the rotating body. By providing estimation means for simultaneously estimating the amount of inclination and the amount of eccentricity, the object of simultaneously detecting the inclination and eccentricity of the rotating body with a simple configuration has been realized.

さらに具体的に説明すると、この発明による回転体の傾き及び偏心の検出装置は、固定部に取り付けられた複数(例えば、3個)の光センサと、回転体に取り付けられた複数(例えば、3個)の被検出体とを使用し、光センサの受光部にて検出された被検出体の検出信号から、回転体の傾き及び偏心を同時に検出することを特徴としている。このとき、被検出体の形状は、角部とその角部からテーパ状に延在するエッジ部とを有しており、前記エッジ部で挟まれた領域を光センサによって検出することを特徴としている。さらに、複数(例えば、3個)の光センサから検出されたそれぞれの検出信号に基づいて、回転体の傾き量及び偏心量を算出する演算回路部を有していることを特徴としている。   More specifically, the device for detecting tilt and eccentricity of the rotating body according to the present invention includes a plurality of (for example, three) optical sensors attached to the fixed portion and a plurality of (for example, 3) attached to the rotating body. ) To be detected, and the tilt and eccentricity of the rotating body are simultaneously detected from the detection signal of the detected object detected by the light receiving unit of the optical sensor. At this time, the shape of the detected object has a corner portion and an edge portion extending in a tapered shape from the corner portion, and a region sandwiched between the edge portions is detected by an optical sensor. Yes. Further, the present invention is characterized in that an arithmetic circuit unit that calculates the amount of tilt and the amount of eccentricity of the rotating body based on detection signals detected from a plurality of (for example, three) optical sensors is provided.

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、具体的な実施例として、アンテナ装置における回転機構(回転体)の傾き及び偏心の検出方法について、アンテナ装置の全体構成及び機能を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, as a specific example, a method for detecting the inclination and eccentricity of a rotating mechanism (rotating body) in an antenna device will be described in detail with reference to the overall configuration and functions of the antenna device.

実施形態1Embodiment 1

図1は、この発明に係る回転型アンテナ装置の全体構成を示す図であり、(a)は上部から見た平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。図1に示すように、一対の発光部と受光部とを備えた3つの光センサ1a、1b、1cは、回転軸5を中心とする同一円上に120°ずつ離れて配置されており、それぞれ固定部3に固定されている。一方、回転体4には、角部からテーパ状に延在するエッジ部を有する3つの被検出体2a、2b、2cが、回転軸5を中心とする同一円上に120°ずつ離れて取り付けられている。   1A and 1B are diagrams showing the overall configuration of a rotary antenna device according to the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view seen from above, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 1, the three optical sensors 1a, 1b, and 1c including a pair of light emitting units and light receiving units are arranged 120 degrees apart on the same circle with the rotation axis 5 as the center, Each is fixed to the fixing portion 3. On the other hand, three detected bodies 2a, 2b, 2c having edge portions extending in a tapered shape from corner portions are attached to the rotating body 4 at 120 ° intervals on the same circle centering on the rotating shaft 5. It has been.

また、被検出体2a、2b、2cは、回転体4の回転時において、光センサ1a、1b、1cの上を接触することなく通過することができ、かつ、両者の間隔は後述する光センサ1が持つ光学検出特性において、検出範囲内になるような高さに配置されている。さらに、回転体4にはアンテナ6が搭載されており、アンテナ6は、駆動モータ8及び旋回ベアリング9を介して回転軸5を中心として回転できる機構となっている。また、アンテナ6の回転時には、光センサ1a、1b、1cの上を被検出体2a、2b、2cが通過したときに検出される検出信号が演算回路7へ入力される。なお、この実施形態で使用する光センサ1は反射型のものである。   The detected bodies 2a, 2b, and 2c can pass through the optical sensors 1a, 1b, and 1c without contacting when the rotating body 4 is rotated, and the distance between them is an optical sensor described later. In the optical detection characteristic of 1, it is arranged at a height that falls within the detection range. Further, an antenna 6 is mounted on the rotating body 4, and the antenna 6 is a mechanism that can rotate around the rotating shaft 5 via a drive motor 8 and a swing bearing 9. Further, when the antenna 6 rotates, a detection signal detected when the detected bodies 2a, 2b, and 2c pass over the optical sensors 1a, 1b, and 1c is input to the arithmetic circuit 7. Note that the optical sensor 1 used in this embodiment is of a reflective type.

このような構成により、各被検出体2a、2b、2cが、各光センサ1a、1b、1cの上を通過した際に、それぞれの光センサ1a、1b、1cから出力される検出信号を演算回路部7へ入力すると、その演算回路部7は回転体4の傾きと偏心の算出を行う。   With such a configuration, when the detected objects 2a, 2b, and 2c pass over the optical sensors 1a, 1b, and 1c, the detection signals output from the optical sensors 1a, 1b, and 1c are calculated. When input to the circuit unit 7, the arithmetic circuit unit 7 calculates the inclination and eccentricity of the rotating body 4.

すなわち、回転体4に傾きが生じた場合は、各光センサ1a、1b、1cがそれぞれの被検出体2a、2b、2cから検出した検出信号は、それぞれ振幅レベルが異なる信号成分として検出される。また、回転体4に偏心が生じた場合は、各光センサ1a、1b、1cがそれぞれの被検出体2a、2b、2cから検出した検出信号は、一定振幅レベル以上の検出信号の検出時間の差として検出される。ここで、傾きと偏心はそれぞれ独立した現象であるため、傾きと偏心が同時に存在している場合には、傾きの検出信号と偏心の検出信号の和として検出される。すなわち、各光センサ1a、1b、1cから得られた検出信号に基づいて、回転体4の傾きと偏心をそれぞれ独立して算出することができる。   That is, when the rotator 4 is tilted, the detection signals detected by the optical sensors 1a, 1b, and 1c from the detected bodies 2a, 2b, and 2c are detected as signal components having different amplitude levels. . When the rotating body 4 is decentered, the detection signals detected by the optical sensors 1a, 1b, and 1c from the respective detection bodies 2a, 2b, and 2c are equal to the detection time of the detection signal having a certain amplitude level or more. Detected as a difference. Here, since the inclination and the eccentricity are independent phenomena, when the inclination and the eccentricity exist at the same time, they are detected as the sum of the inclination detection signal and the eccentricity detection signal. That is, the inclination and eccentricity of the rotating body 4 can be calculated independently based on the detection signals obtained from the optical sensors 1a, 1b, and 1c.

図2は、図1に示す被検出体2の形状を示す側面図である。また、図3は、図1に示す光センサ1と被検出体2との位置関係を示す図である、以下、図2及び図3を参照して、この発明の実施形態1における被検出体2の形状及び被検出体2と光センサ1との位置関係について説明する。図2に示すように、この実施形態における被検出体2は、所定の角度αを持つ角部21を有している。また、角部21からテーパ状に延在するエッジ部22、23は、前記角度αの中心線に対して対称な直線形状を有している。   FIG. 2 is a side view showing the shape of the detection object 2 shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship between the optical sensor 1 and the detected object 2 shown in FIG. 1. Hereinafter, the detected object in Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and the positional relationship between the detected object 2 and the optical sensor 1 will be described. As shown in FIG. 2, the detected object 2 in this embodiment has a corner portion 21 having a predetermined angle α. Moreover, the edge parts 22 and 23 extended from the corner | angular part 21 in a taper shape have a linear shape symmetrical with respect to the centerline of the said angle (alpha).

また、被検出体2は、光センサ1の発光部からの光を効率良く反射させるために、金属等の反射率の高い材料を使用するか、または、光センサ1の発光部から放射される光の波長に対して、充分な反射が得られる材料にて表面全体が均一にコーティングされていることが望ましい。   Further, in order to efficiently reflect the light from the light emitting part of the optical sensor 1, the detected object 2 uses a material having a high reflectance such as metal or is emitted from the light emitting part of the optical sensor 1. It is desirable that the entire surface be uniformly coated with a material capable of obtaining sufficient reflection with respect to the wavelength of light.

次に、図3を参照して、この実施形態を実現するための被検出体2と光センサ1との位置関係について説明する。図3(a)は、光センサ1の構成の一例を示す図であり、光センサ1には、一対の発光部11と受光部12とを備え、発光部11から発光された光は、図示しない反射物(被検出体)に当たり、反射して戻ってくる光を受光部12にて受光する構造を有している。   Next, the positional relationship between the detected object 2 and the optical sensor 1 for realizing this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical sensor 1. The optical sensor 1 includes a pair of light emitting units 11 and a light receiving unit 12, and the light emitted from the light emitting unit 11 is illustrated. The light receiving unit 12 receives the light that hits the reflecting object (object to be detected) and returns after being reflected.

図3(b)は、被検出体2が光センサ1の上を通過する際の位置関係を示す上面図であり、図3(c)は、被検出体2が光センサ1の上を通過する際の位置関係を示す側面図である。被検出体2は、回転時において、発光部11からの光が、被検出体2のエッジ部22、23を確実に捕らえることができるように配置される。また、光センサ1と被検出体2の高さ方向のクリアランスは、ある所定の範囲を確保するように配置されている。   FIG. 3B is a top view showing the positional relationship when the detected object 2 passes over the optical sensor 1, and FIG. 3C shows the detected object 2 passing over the optical sensor 1. It is a side view which shows the positional relationship at the time of doing. The detected body 2 is arranged so that the light from the light emitting unit 11 can reliably capture the edge portions 22 and 23 of the detected body 2 during rotation. Further, the clearance in the height direction between the optical sensor 1 and the detection object 2 is arranged to ensure a certain predetermined range.

図4は、図3に示す光センサ1と被検出体2におけるクリアランスと検出感度との関係を示す特性図であり、横軸にクリアランス、縦軸に検出感度を示している。すなわち、光センサ1と被検出体2とのクリアランス量は、図4に示すように、光センサ1が被検出体2に対して持つクリアランスと検出感度との関係において、リニアな検出範囲L0の中心付近になるようにクリアランスの設計値を設定することが望ましい。   FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the clearance and the detection sensitivity in the optical sensor 1 and the detection object 2 shown in FIG. 3, with the horizontal axis indicating the clearance and the vertical axis indicating the detection sensitivity. That is, as shown in FIG. 4, the clearance amount between the optical sensor 1 and the detection object 2 is a linear detection range L0 in the relationship between the clearance of the optical sensor 1 with respect to the detection object 2 and the detection sensitivity. It is desirable to set the clearance design value so that it is near the center.

図5は、この発明の回転体の傾き・偏心検出装置における演算回路部7の構成を示すブロック図である。図5を参照して、この実施形態における演算回路部7の構成について説明する。なお、各光センサ1a、1b、1cより得られた検出信号13a、13b、13cは、被検出体2からの反射光量に比例した光電流として演算回路部7へ出力される。   FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the arithmetic circuit unit 7 in the tilt / eccentricity detection device for a rotating body according to the present invention. With reference to FIG. 5, the structure of the arithmetic circuit part 7 in this embodiment is demonstrated. The detection signals 13a, 13b, and 13c obtained from the optical sensors 1a, 1b, and 1c are output to the arithmetic circuit unit 7 as photocurrents proportional to the amount of light reflected from the detection target 2.

演算回路部7において、I−V変換器71a、71b、71cは、前記光電流として出力された検出信号13a、13b、13cを電圧信号に変換する機能を有する。調整部72a、72b、72cは、各光センサ1a、1b、1cの出力感度や、被検出体2a、2b、2cの反射率にばらつきがある場合に、あらかじめゲインや電気的なオフセットを調整する機能を有する。A/D変換部73a、73b、73cは、検出信号13a、13b、13cにおける電圧信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換する機能を有する。   In the arithmetic circuit unit 7, the IV converters 71a, 71b, 71c have a function of converting the detection signals 13a, 13b, 13c output as the photocurrents into voltage signals. The adjusting units 72a, 72b, and 72c adjust the gain and the electrical offset in advance when the output sensitivity of each of the optical sensors 1a, 1b, and 1c and the reflectances of the detection objects 2a, 2b, and 2c vary. It has a function. The A / D converters 73a, 73b, and 73c have a function of converting voltage signals in the detection signals 13a, 13b, and 13c from analog signals to digital signals.

振幅検知部74a、74b、74cは、各光センサ1a、1b、1cからの検出信号の電圧振幅を出力する機能を有する。時間検知部75a、75b、75cは、一定振幅レベル以上の検出信号の検出時間を出力する機能を有する。傾き演算部76は、振幅検知部74a、74b、74cから得られた各光センサ出力の振幅に基づいて回転体4の傾きを算出する機能を有し、偏心演算部77は、時間検知部75a、75b、75cで得られた各光センサ1a、1b、1cの出力信号の検知時間に基づいて回転体4の偏心量を算出する機能を有する。記憶部78は、光センサ1(1a、1b、1c)と被検出体2(2a、2b、2c)のクリアランスと検出信号レベルとの相関関係や、光センサ1と被検出体2のエッジ位置と検出信号の検出時間との相関関係を記憶する機能を有している。   The amplitude detectors 74a, 74b, and 74c have a function of outputting voltage amplitudes of detection signals from the optical sensors 1a, 1b, and 1c. The time detection units 75a, 75b, and 75c have a function of outputting a detection time of a detection signal having a certain amplitude level or higher. The inclination calculating unit 76 has a function of calculating the inclination of the rotating body 4 based on the amplitude of each optical sensor output obtained from the amplitude detecting units 74a, 74b, and 74c, and the eccentricity calculating unit 77 is a time detecting unit 75a. , 75b, 75c, and the function of calculating the amount of eccentricity of the rotating body 4 based on the detection time of the output signal of each of the optical sensors 1a, 1b, 1c. The storage unit 78 stores the correlation between the clearance between the optical sensor 1 (1a, 1b, 1c) and the detected object 2 (2a, 2b, 2c) and the detection signal level, and the edge position of the optical sensor 1 and the detected object 2. And a function of storing a correlation between detection times of detection signals.

次に、回転体4に傾き及び偏心が生じた場合の、光センサ1と被検出体2による信号検出のメカニズムについて、図を参照して説明する。図6は、図1に示すアンテナ装置において、回転体4が傾いた場合における光センサ1と被検出体2の相対的な高さ方向の位置関係を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は側面における仮想断面図を示している。   Next, the mechanism of signal detection by the optical sensor 1 and the detected object 2 when the rotating body 4 is tilted and decentered will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is an explanatory view showing a relative height direction positional relationship between the optical sensor 1 and the detected object 2 when the rotating body 4 is tilted in the antenna device shown in FIG. The figure and (b) have shown the virtual sectional drawing in the side.

なお、この実施形態において、図6(a)では光センサ1a、1b、1cの配置間隔は120°間隔で配置されているが、同図(b)では、作図の関係上及び説明の便宜上から、光センサ1aと1b、及び被検出体2aと2bが180°対向する位置関係に配置されて図示されている。回転体4に図6(b)に示すような傾きがある場合には、光センサ1aと被検出体2aとのクリアランスは狭くなり、光センサ1bと被検出体2bとのクリアランスは広くなる。   In this embodiment, the arrangement intervals of the optical sensors 1a, 1b, and 1c are arranged at 120 ° intervals in FIG. 6A. However, in FIG. The optical sensors 1a and 1b and the detected bodies 2a and 2b are shown in a positional relationship facing each other by 180 °. When the rotating body 4 has an inclination as shown in FIG. 6B, the clearance between the optical sensor 1a and the detected body 2a is narrowed, and the clearance between the optical sensor 1b and the detected body 2b is increased.

図7は、図6に示すように回転体4に傾きが生じた場合における各光センサからの検出信号を示す特性図であり、(a)はクリアランスが狭い光センサ1aの検出信号、(b)はクリアランスが広い光センサ1bの検出信号を示している。なお、図7(a)、(b)は、何れも横軸に時間、縦軸に検出信号の信号レベルを示している。すなわち、図6に示すように回転体4に傾きが生じて、光センサ1aと被検出体2aとのクリアランスが狭くなり、光センサ1bと被検出体2bとのクリアランスが広くなるようなクリアランスの関係になると、図4に示すクリアランスと検出感度との関係から、図7(a)、(b)に示すような信号特性となる。言い換えると、図6に示すように光センサ1aのクリアランスは光センサ1bのクリアランスより狭いので、図7(a)に示す光センサ1aの検出信号13aは、同図(b)に示す光センサ1bの検出信号13bよりも大きな振幅を示している。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing detection signals from the respective optical sensors when the rotating body 4 is tilted as shown in FIG. 6, (a) is a detection signal of the optical sensor 1 a having a narrow clearance, and (b) ) Shows a detection signal of the optical sensor 1b having a wide clearance. 7A and 7B both show time on the horizontal axis and the signal level of the detection signal on the vertical axis. That is, as shown in FIG. 6, the rotating body 4 is inclined, the clearance between the optical sensor 1a and the detected body 2a is narrowed, and the clearance between the optical sensor 1b and the detected body 2b is increased. In relation, the signal characteristics as shown in FIGS. 7A and 7B are obtained from the relationship between the clearance and the detection sensitivity shown in FIG. In other words, since the clearance of the optical sensor 1a is narrower than the clearance of the optical sensor 1b as shown in FIG. 6, the detection signal 13a of the optical sensor 1a shown in FIG. 7A is the optical sensor 1b shown in FIG. The amplitude is larger than that of the detection signal 13b.

この実施形態では、光センサ1と被検出体2がそれぞれ120°ずつ隔てて3箇所存在するため、3箇所の位置情報と図7に示すような検出信号レベルの情報とに基づいて、回転体4の平面度を推定することができる。すなわち、120°ずつ隔てた各光センサ1a、1b、1cの検出信号の振幅レベルを検知して演算回路部7が演算することにより、回転体4の傾きを推定することができる。   In this embodiment, since the optical sensor 1 and the detected object 2 are present at three positions that are 120 ° apart from each other, based on the positional information of the three positions and the detection signal level information as shown in FIG. A flatness of 4 can be estimated. That is, the inclination of the rotating body 4 can be estimated by detecting the amplitude level of the detection signal of each of the optical sensors 1a, 1b, and 1c separated by 120 ° and calculating by the arithmetic circuit unit 7.

また、回転体4が偏心した場合には、被検出体2が、光センサ1に対して、回転面内に相対的な位置ずれを生ずる。図8は、回転体4に偏心が生じたときの光センサ1と被検出体2の相対位置の変化を示す図である。すなわち、図8(a)、(b)、(c)は、光センサ1と被検出体2が、図面左右方向に相対的にずれた場合の位置関係を示している。   When the rotating body 4 is decentered, the detected object 2 is displaced relative to the optical sensor 1 in the rotation plane. FIG. 8 is a diagram showing a change in the relative position between the optical sensor 1 and the detected object 2 when the rotating body 4 is decentered. That is, FIGS. 8A, 8B, and 8C show the positional relationship when the optical sensor 1 and the detection target 2 are relatively displaced in the horizontal direction of the drawing.

図8(a)は、回転体4の偏心により被検出体2が外周方向に振られた場合の光センサ1と被検出体2の位置関係を示している。また、図8(b)は、回転体4に偏心がない状態、または偏心があっても、被検出体2が設計位置を通過した場合の位置関係を示している。さらに、図8(c)は、図8(a)とは逆方向つまり内周方向に被検出体2が振られた場合の光センサ1と被検出体2の位置関係を示している。   FIG. 8A shows the positional relationship between the optical sensor 1 and the detected object 2 when the detected object 2 is shaken in the outer peripheral direction due to the eccentricity of the rotating body 4. FIG. 8B shows the positional relationship when the rotating body 4 has no eccentricity, or the detected object 2 passes the design position even when there is eccentricity. Further, FIG. 8C shows the positional relationship between the optical sensor 1 and the detected object 2 when the detected object 2 is swung in the opposite direction to that of FIG.

また、図9は、回転体4に偏心が生じたときの光センサからの検出信号を示す特性図であり、横軸に時間、縦軸に検出信号の信号レベルを示している。すなわち、図8(a)、(b)、(c)における光センサ1と被検出体2との位置関係が、それぞれ、図9(a)、(b)、(c)の検出信号の特性図に対応している。言い換えると、図9(a)は、図8(a)のように被検出体2が外周方向に振られた場合の検出信号の特性図、図9(b)は、図8(b)のように回転体4に偏心がない場合の検出信号の特性図、図9(c)は、図8(c)のように被検出体2が内周方向に振られた場合の検出信号の特性図を示している。   FIG. 9 is a characteristic diagram showing the detection signal from the optical sensor when the rotating body 4 is decentered. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the signal level of the detection signal. That is, the positional relationship between the optical sensor 1 and the detected object 2 in FIGS. 8A, 8B, and 8C is the characteristics of the detection signals in FIGS. 9A, 9B, and 9C, respectively. Corresponds to the figure. In other words, FIG. 9A is a characteristic diagram of a detection signal when the detected object 2 is shaken in the outer peripheral direction as shown in FIG. 8A, and FIG. 9B is a characteristic diagram of FIG. FIG. 9C is a characteristic diagram of the detection signal when the rotating body 4 is not eccentric, and FIG. 9C is a characteristic of the detection signal when the detected object 2 is swung in the inner circumferential direction as shown in FIG. The figure is shown.

すなわち、回転体4が偏心して回転した場合には、光センサ1の発光部11が被検出体2に当接する時間の長さは、図8(a)>図8(b)>図8(c)の関係にある。したがって、それぞれの検出信号を示すと、図9(a)、図9(b)、図9(c)のように、時間幅Ta、Tb、Tcがそれぞれ異なる台形波の検出信号が検出され、それぞれの検出信号の時間幅は、Ta>Tb>Tcの関係となる。   That is, when the rotating body 4 rotates eccentrically, the length of time for which the light emitting portion 11 of the optical sensor 1 is in contact with the detected body 2 is as shown in FIG. 8A> FIG. 8B> FIG. c). Accordingly, when each detection signal is shown, trapezoidal detection signals having different time widths Ta, Tb, and Tc are detected as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C. The time width of each detection signal has a relationship of Ta> Tb> Tc.

図10は、回転体4が偏心したときの、各光センサ1a、1b、1cの位置における相対位置と回転体4の偏心量を示す説明図である。すなわち、回転体4が偏心して回転し、図10に示すような偏心状態になった場合、光センサ1と被検出体2は、図8(a)、(b)、(c)のような位置関係になり、その結果、検出信号は図9(a)、(b)、(c)に示すような時間関係になる。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relative position and the amount of eccentricity of the rotating body 4 at the positions of the optical sensors 1a, 1b, and 1c when the rotating body 4 is eccentric. That is, when the rotating body 4 rotates eccentrically and enters an eccentric state as shown in FIG. 10, the optical sensor 1 and the detected object 2 are as shown in FIGS. 8 (a), 8 (b), and 8 (c). As a result, the detection signals have a time relationship as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C.

さらに詳しく説明すると、図10に示すように回転体4が偏心しているときの光センサ1aの位置においては、回転体4は理想位置4a(偏心のない場合の回転体4)よりも外周方向(図の左方向)に振られる。ところが、光センサ1cの位置においては、回転体4は理想位置4aよりも内周方向(図の斜め右上方向から斜め右下方向)に振れている。一方、光センサ1bは理想位置4aと回転体4の位置が一致していて偏心が生じていない。この実施形態では、光センサ1と被検出体2がそれぞれ3個存在するため、3箇所の位置情報から実際の回転体4の偏心円が決まる。すなわち、図9に示すように、各光センサ1a、1b、1cの検出信号13a、13b、13cの時間幅がTa>Tb>Tcとなる情報に基づいて、図10に示す偏心量Δを推定することができる。   More specifically, as shown in FIG. 10, at the position of the optical sensor 1a when the rotator 4 is eccentric, the rotator 4 is more in the outer peripheral direction than the ideal position 4a (the rotator 4 when there is no eccentricity). (Left direction in the figure). However, at the position of the optical sensor 1c, the rotator 4 swings in the inner circumferential direction (from the diagonally upper right direction to the diagonally lower right direction) than the ideal position 4a. On the other hand, in the optical sensor 1b, the ideal position 4a coincides with the position of the rotating body 4, and no eccentricity occurs. In this embodiment, since there are three optical sensors 1 and three detection objects 2, the actual eccentric circle of the rotating body 4 is determined from the three pieces of position information. That is, as shown in FIG. 9, the eccentricity Δ shown in FIG. 10 is estimated based on the information that the time widths of the detection signals 13a, 13b, and 13c of the optical sensors 1a, 1b, and 1c are Ta> Tb> Tc. can do.

次に、回転体4の傾き及び偏心を求めるための演算回路7の動作に関して、図5を参照して説明する。回転体4の傾きを算出するためには、振幅検知部74a、74b、74cへ各光センサ1a、1b、1cからの検出信号13a、13b、13cのA/D変換信号(つまり、デジタル信号)を入力する。すると、振幅検知部74a、74b、74cは、これら3つの検出信号13a、13b、13の台形波の振幅を検知し、その振幅データを傾き演算部76へ送信する。   Next, the operation of the arithmetic circuit 7 for obtaining the inclination and eccentricity of the rotating body 4 will be described with reference to FIG. In order to calculate the inclination of the rotating body 4, A / D conversion signals (that is, digital signals) of the detection signals 13a, 13b, and 13c from the optical sensors 1a, 1b, and 1c to the amplitude detection units 74a, 74b, and 74c. Enter. Then, the amplitude detectors 74 a, 74 b and 74 c detect the trapezoidal wave amplitudes of these three detection signals 13 a, 13 b and 13, and transmit the amplitude data to the inclination calculator 76.

ここで、検出信号13a、13b、13の台形波の振幅と、光センサ1と被検出体2のクリアランスとの関係については、図4に示す特性図よってその関係がわかるため、記憶部75に記憶されているクリアランスと検出信号レベルとの相関関係を参照することにより、3つの光センサ位置におけるクリアランス変動量が求められる。すなわち、回転体4の理想的な平面が決定されるため、回転体4の傾きは傾き演算部76によって一義的に傾き量を算出することができる。   Here, since the relationship between the amplitude of the trapezoidal wave of the detection signals 13a, 13b, and 13 and the clearance between the optical sensor 1 and the detected object 2 can be understood from the characteristic diagram shown in FIG. By referring to the correlation between the stored clearance and the detection signal level, the amount of clearance fluctuation at the three photosensor positions can be obtained. That is, since an ideal plane of the rotator 4 is determined, the tilt amount of the tilt of the rotator 4 can be uniquely calculated by the tilt calculator 76.

また、回転体4の偏心を算出するためには、時間検知部75に各光センサ1a、1b、1cからの検出信号13a、13b、13cのA/D変換信号(デジタル信号)を入力する。すると、時間検知部75は、これらの3つの検出信号の台形波がある一定レベルを超えている時間を検知する。なお、被検出体2のエッジ部22、23が、光センサ1(1a、1b、1c)の各発光部11を横切るとき、検出信号は理論上においては台形波ではなく矩形波であるが、現実的には反射率の急変動によって発光部11の光は有限の光束をもつため、図9に示すような台形波の検出信号となる。   In addition, in order to calculate the eccentricity of the rotating body 4, the A / D conversion signals (digital signals) of the detection signals 13 a, 13 b, and 13 c from the optical sensors 1 a, 1 b, and 1 c are input to the time detection unit 75. Then, the time detection part 75 detects the time when the trapezoidal wave of these three detection signals exceeds a certain level. In addition, when the edge parts 22 and 23 of the to-be-detected body 2 cross each light emission part 11 of the optical sensor 1 (1a, 1b, 1c), a detection signal is theoretically a square wave instead of a trapezoid wave, Actually, the light of the light emitting unit 11 has a finite luminous flux due to a sudden change in reflectivity, and thus becomes a trapezoidal detection signal as shown in FIG.

このため、光センサ1の発光部11に被検出体2が横切る時間は、等価的に台形波の振幅Aの半値A/2以上になる時間Ta、Tb、Tcの情報を利用すればよい。すなわち、図9の例では、各光センサ1a、1b、1cの検出信号13a、13b、13cの時間幅はTa>Tb>Tcとなっているので、これらの時間幅の情報を利用すれば回転体4の偏心を推定することができる。   For this reason, the time Ta, Tb, and Tc information equivalent to the half-value A / 2 of the amplitude A of the trapezoidal wave may be used as the time for the detected object 2 to cross the light emitting unit 11 of the optical sensor 1. That is, in the example of FIG. 9, the time widths of the detection signals 13a, 13b, and 13c of the optical sensors 1a, 1b, and 1c are Ta> Tb> Tc. The eccentricity of the body 4 can be estimated.

図11は、光センサ1と被検出体2の相対位置と各諸元との関係を示す図である。すなわち、図11(a)は、回転体に偏心がある場合の光センサ1と被検出体2の位置関係を示し、図11(b)は、回転体に偏心がない場合の光センサ1と被検出体2の位置関係を示している。   FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the relative positions of the optical sensor 1 and the detection target 2 and the respective specifications. That is, FIG. 11A shows the positional relationship between the optical sensor 1 and the detected object 2 when the rotating body is eccentric, and FIG. 11B shows the optical sensor 1 when the rotating body has no eccentricity. The positional relationship of the to-be-detected body 2 is shown.

ここで、被検出体2に光センサ1の発光体11が横切る距離La(m)は、被検出体2の回転軸からの半径をR(m)、回転体4の回転数がZ(rpm)、光センサ1の発光体11に被検出体2が横切る時間をTaとすれば、回転体4に偏心がある場合は、被検出体2に光センサ1の発光部が横切るための距離La(m)は、下記の式(1)で求まる。   Here, the distance La (m) that the light emitter 11 of the optical sensor 1 crosses the detected object 2 is R (m) from the rotation axis of the detected object 2, and the rotational speed of the rotating body 4 is Z (rpm ) If the time that the detected object 2 crosses the light emitting body 11 of the optical sensor 1 is Ta, the distance La for the light emitting unit of the optical sensor 1 to cross the detected object 2 when the rotating body 4 is eccentric. (M) is obtained by the following formula (1).

La=2πZTaR/60 (1)   La = 2πZTaR / 60 (1)

一方、回転体に偏心がない状態での、被検出体2に光センサ1の発光部が横切る距離をLとすれば、光センサ1がある位置での回転体の振れ量δは、次の式(2)で求まる。
δ=(La−L)/2tan(α/2) (2)
On the other hand, if the distance that the light emitting portion of the optical sensor 1 crosses the detected object 2 in a state where the rotating body is not eccentric is L, the shake amount δ of the rotating body at the position where the optical sensor 1 is located is It can be obtained from equation (2).
δ = (La−L) / 2 tan (α / 2) (2)

上記の振れ量δは、3つの光センサ1a、1b、1cの位置での値がそれぞれ算出される。このようにして3つの振れ量が推定できれば、実際に偏心して回転している回転体4の円の形状が求められるため、偏心量を求めることができる。なお、偏心がない状態での、被検出体2に光センサ1の発光体11が横切る距離Lは、演算回路7の中の記憶部75に記憶される。   The above-mentioned shake amount δ is calculated at each of the positions of the three optical sensors 1a, 1b, and 1c. If the three shake amounts can be estimated in this way, the shape of the circle of the rotating body 4 that is actually rotating eccentrically can be obtained, so that the eccentric amount can be obtained. Note that the distance L that the light emitter 11 of the optical sensor 1 crosses the detection target 2 in a state where there is no eccentricity is stored in the storage unit 75 in the arithmetic circuit 7.

実施形態2Embodiment 2

図12(a)は、この発明の実施形態2に係るアンテナ装置の側面における仮想断面図であり、(b)は、光センサ1aと被検出体2aとの位置関係を示す図である。すなわち、前述の実施形態1では、固定部3に光センサ1(1a、1b、1c)を実装し、回転体4に被検出体2(2a、2b、2c)を固定している。ところが、実施形態2では、固定部3に被検出体2を固定し、回転体4に光センサ1を実装している。このようにして、光センサ1と被検出体2とを実施形態1とは逆にした取付け構成にしても、実施形態1と同様の作用効果が得られる。   FIG. 12A is a virtual cross-sectional view of the side surface of the antenna device according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 12B is a diagram showing the positional relationship between the optical sensor 1a and the detected object 2a. That is, in the above-described first embodiment, the optical sensor 1 (1a, 1b, 1c) is mounted on the fixing unit 3, and the detected body 2 (2a, 2b, 2c) is fixed to the rotating body 4. However, in the second embodiment, the detection object 2 is fixed to the fixing unit 3, and the optical sensor 1 is mounted on the rotating body 4. In this way, even if the mounting configuration is such that the optical sensor 1 and the detection object 2 are reversed to those of the first embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

すなわち、図12(a)は、実施形態2における側面から見た回転構造物の仮想断面図であり、図12(b)は、光センサ1aと被検出体2aを下から見た位置関係を示す図である。一対の発光部と受光部を備えた3つの光センサ1a、1b、1cは、実施形態1と同様に、回転軸5を中心とする同一円上に120°離れて配置されていて回転体4に固定されている。   That is, FIG. 12A is a virtual cross-sectional view of the rotating structure as viewed from the side surface in the second embodiment, and FIG. 12B shows the positional relationship when the optical sensor 1a and the detection target 2a are viewed from below. FIG. The three optical sensors 1a, 1b, and 1c having a pair of light emitting units and light receiving units are arranged 120 degrees apart on the same circle with the rotation axis 5 as the center, as in the first embodiment, and the rotating body 4 It is fixed to.

一方、固定部3には、角部21からテーパ状に延在したエッジ部22、23を有する3つの被検出体2a、2b、2cが、回転軸5を中心とする同一円状に120°ずつ離れて取り付けられている。また、被検出体2a、2b、2cは、回転時において光センサ1a、1b、1cの上を接触することなく通過できる高さ関係に配置されている。さらに、回転体4は、駆動モータ8、旋回ベアリング9を介して、回転することができる機構となっている。   On the other hand, in the fixed portion 3, three detected bodies 2a, 2b, 2c having edge portions 22, 23 extending from the corner portion 21 in a tapered shape are 120 ° in the same circle centered on the rotating shaft 5. They are attached one by one. Further, the detected bodies 2a, 2b, and 2c are arranged in a height relationship that allows them to pass through without contacting the optical sensors 1a, 1b, and 1c during rotation. Further, the rotating body 4 is a mechanism that can rotate via a drive motor 8 and a swivel bearing 9.

このような構成により、回転体4の回転時には、光センサ1a、1b、1cの上を被検出体2a、2b、2cが通過したときに検出される検出信号13a、13b、13cを演算回路7へ入力する。尚、この実施形態2で使用する光センサ1は反射型のものである。   With such a configuration, when the rotating body 4 is rotated, the detection signals 13a, 13b, and 13c detected when the detected bodies 2a, 2b, and 2c pass over the optical sensors 1a, 1b, and 1c are calculated by the arithmetic circuit 7. To enter. Note that the optical sensor 1 used in the second embodiment is of a reflective type.

ここで、図1(b)及び図3(b)の実施形態1と比較すると、実施形態2では、図12に示すように、光センサ1と被検出体2の搭載場所と、搭載の向きが異なっているのみであり、回転体4に傾きや偏心が生じたとしても、光センサ1及び被検出体2の相対的な位置関係は実施形態1と同じである。したがって、以降の動作原理及び作用効果については、実施形態1と同じであるため、それらの説明は省略する。   Here, compared with Embodiment 1 of FIG.1 (b) and FIG.3 (b), in Embodiment 2, as shown in FIG. 12, the mounting location of the optical sensor 1 and the to-be-detected body 2, and mounting direction However, even if the rotating body 4 is tilted or decentered, the relative positional relationship between the optical sensor 1 and the detected object 2 is the same as in the first embodiment. Accordingly, the subsequent operation principle and operational effects are the same as those of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

以上述べたように、この発明による回転体の傾き・偏心検出装置によれば、以下に述べるような種々の効果を奏することができる。すなわち、第1の効果は、複数(たとえば、3つ)の光センサと複数(例えば、3つ)の被検出体のみで、回転体の傾きと偏心量を同時に推定することができることにある。その理由は、角部にエッジ部を有する被検出体を用いることにより、回転体の傾きによる光センサの検出信号の特徴と、偏心による光センサの検出信号の特徴との相違点を作り出すことができるためである。   As described above, according to the rotating body inclination / eccentricity detection device of the present invention, the following various effects can be achieved. That is, the first effect is that the inclination and the eccentricity of the rotating body can be estimated simultaneously with only a plurality (for example, three) of optical sensors and a plurality of (for example, three) detected bodies. The reason is that by using a detected object having an edge at the corner, it is possible to create a difference between the characteristics of the detection signal of the optical sensor due to the tilt of the rotating body and the characteristics of the detection signal of the optical sensor due to eccentricity. This is because it can.

第2の効果は、低コストで回転体の傾き及び偏心が検出可能であることにある。その理由は、従来のように特別なセンサや大型の測定器を用いる必要がないため、光センサとして汎用のフォトインタラプタなどのような低価格のものを使用することができるからである。また、第3の効果は、汎用の光センサは非常に小型であるため、常に回転構造物に実装した状態で使用できるという点である。これは、単に、傾きや偏心の検出のみに限らず、実稼動状態における異常や故障検出などに応用することができることを意味している。   The second effect is that the inclination and eccentricity of the rotating body can be detected at low cost. The reason is that it is not necessary to use a special sensor or a large measuring instrument as in the prior art, so that a low-priced optical sensor such as a general-purpose photo interrupter can be used as an optical sensor. The third effect is that a general-purpose optical sensor is very small and can always be used while mounted on a rotating structure. This means that the present invention can be applied not only to detection of inclination and eccentricity but also to detection of abnormality or failure in an actual operation state.

以上、この発明の2つの実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、この発明の具体的に構成は、これらの実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、それらはこの発明に含まれる。例えば、光センサ及び被検出体は、それぞれ3個ではなく、さらに多くの個数を回転体の円周上に配置すれば、回転体の傾き量及び偏心量をさらに高精度に測定することができる。また、複数の光センサ及び被検出体は、回転体の円周上に等角度で配置すれば、回転体の傾き量及び偏心量を円周に沿って均一に測定することができるが、回転体の傾きと偏心を簡易的に検出する場合は、複数の光センサ及び被検出体を回転体の円周上に不等角度で配置してもよい。   Although the two embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration of the present invention is not limited to these embodiments and does not depart from the spirit of the present invention. Any changes in the design of the range are included in the present invention. For example, if the optical sensor and the detected object are not three, but a larger number are arranged on the circumference of the rotating body, the amount of inclination and the amount of eccentricity of the rotating body can be measured with higher accuracy. . In addition, if the plurality of optical sensors and the detected object are arranged at equal angles on the circumference of the rotating body, the amount of tilt and eccentricity of the rotating body can be measured uniformly along the circumference. In the case of simply detecting the inclination and eccentricity of the body, a plurality of optical sensors and detected bodies may be arranged at unequal angles on the circumference of the rotating body.

この発明による回転体の傾き・偏心検出装置は、航空管制用の空中線回転装置(回転アンテナ)などのように、安定した回転運用が必要とされる回転構造物に有効に利用することができる。特に、回転構造物を組み立てるときの、精度追い込み作業時の傾きや偏心検出、あるいは運用時における回転動作の異常検出などに有効に利用することができる。   The tilt / eccentricity detection device for a rotating body according to the present invention can be effectively used for a rotating structure that requires stable rotating operation, such as an antenna rotating device (rotating antenna) for air traffic control. In particular, when assembling a rotating structure, it can be used effectively for detecting inclination and eccentricity during precision driving work, or detecting abnormalities in rotational operation during operation.

1、1a、1b、1c 光センサ
2、2a、2b、2c 被検出体
3 固定部
4、4a 回転体
5 回転軸
6 アンテナ
7 演算回路部(推定手段)
8 駆動モータ
9 旋回ベアリング
11 発光体
12 受光体
13a、13b、13c 検出信号
21 角部
22、23 エッジ部
71a、71b、71c I−V変換部
72a、72b、72c 調整器
73a、73b、73c A/D変換部
74a、74b、74c 振幅検知部
75a、75b、75c 時間検知部
76 傾き演算部
77 偏心演算部
78 記憶部
Δ 偏心量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b, 1c Optical sensor 2, 2a, 2b, 2c To-be-detected body 3 Fixed part 4, 4a Rotating body 5 Rotating shaft 6 Antenna 7 Calculation circuit part (estimating means)
8 Drive motor 9 Slewing bearing 11 Light emitter 12 Light receiver 13a, 13b, 13c Detection signal 21 Corner portion 22, 23 Edge portion 71a, 71b, 71c IV converter 72a, 72b, 72c Adjuster 73a, 73b, 73c A / D conversion unit 74a, 74b, 74c Amplitude detection unit 75a, 75b, 75c Time detection unit 76 Inclination calculation unit 77 Eccentric calculation unit 78 Storage unit Δ Eccentric amount

Claims (14)

固定部に対して回転自在に搭載された回転体の傾き量及び偏心量を検出する回転体の傾き・偏心検出装置であって、
前記固定部と前記回転体とに対向して搭載された複数の光センサ及び複数の被検出体と、
前記回転体の回転中において、前記光センサが前記被検出体を検出したときの検出信号に基づいて、前記回転体の傾き量と偏心量とを同時に推定する推定手段と
を備えることを特徴とする回転体の傾き・偏心検出装置。
A rotating body inclination / eccentricity detecting device for detecting the amount of inclination and the amount of eccentricity of a rotating body mounted rotatably with respect to a fixed part,
A plurality of optical sensors and a plurality of detected bodies mounted opposite to the fixed portion and the rotating body;
An estimation means for simultaneously estimating an inclination amount and an eccentricity amount of the rotating body based on a detection signal when the optical sensor detects the detected object during the rotation of the rotating body; Rotating body tilt / eccentricity detector.
前記被検出体は、先端に所定の角度を有する角部とその角部からテーパ状に延在するエッジ部とを備え、
前記光センサは、前記回転体の回転中において、前記被検出体の前記エッジ部で囲まれた領域を横切るように配置されている
ことを特徴とする請求項1記載の回転体の傾き・偏心検出装置。
The detected object includes a corner portion having a predetermined angle at a tip and an edge portion extending in a tapered shape from the corner portion,
2. The tilt / eccentricity of the rotating body according to claim 1, wherein the optical sensor is arranged so as to cross a region surrounded by the edge portion of the detected body during rotation of the rotating body. Detection device.
前記被検出体は、前記回転体の回転中における偏心量に応じて、前記回転体の軸心方向と円周方向との間を移動し、
前記光センサは、前記回転体の回転中における傾き量に応じて前記被検出体との間のクリアランスを変化させると共に、前記回転体の回転中における偏心量に応じて前記エッジ部で挟まれた領域を横切る時間を変化させる
ことを特徴とする請求項2記載の回転体の傾き・偏心検出装置。
The detected body moves between the axial direction and the circumferential direction of the rotating body according to the amount of eccentricity during the rotation of the rotating body,
The optical sensor changes the clearance with the detected object according to the amount of inclination during rotation of the rotating body, and is sandwiched between the edge portions according to the amount of eccentricity during rotation of the rotating body. The apparatus for detecting inclination / eccentricity of a rotating body according to claim 2, wherein the time for crossing the region is changed.
前記推定手段は、
前記光センサが前記被検出体から検出した検出信号の振幅レベルに応じて前記回転体の傾き量を推定し、
前記光センサが前記被検出体から検出した一定振幅レベル以上の検出信号の検出時間に応じて前記回転体の偏心量を推定する
ことを特徴とする請求項3記載の回転体の傾き・偏心検出装置。
The estimation means includes
Estimating the amount of tilt of the rotating body according to the amplitude level of the detection signal detected by the optical sensor from the detected object;
The tilt / eccentricity detection of the rotating body according to claim 3, wherein the optical sensor estimates an eccentricity amount of the rotating body according to a detection time of a detection signal of a certain amplitude level or more detected from the detected body. apparatus.
前記光センサは前記固定部に搭載され、前記被検出体は前記回転体に搭載されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の回転体の傾き・偏心検出装置。   5. The tilting / eccentricity detecting device for a rotating body according to claim 1, wherein the optical sensor is mounted on the fixed portion, and the detected body is mounted on the rotating body. 前記光センサは前記回転体に搭載され、前記被検出体は前記固定部に搭載されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の回転体の傾き・偏心検出装置。   5. The tilt / eccentricity detection device for a rotating body according to claim 1, wherein the optical sensor is mounted on the rotating body, and the detected object is mounted on the fixed portion. 6. 前記光センサ及び前記被検出体は、それぞれ、前記回転体の円周上においてほぼ等角度で配置されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の回転体の傾き・偏心検出装置。   The tilt of the rotating body according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical sensor and the detected body are arranged at substantially equal angles on the circumference of the rotating body. Eccentricity detection device. 前記光センサは、自己が放射した光信号を前記被検出体から反射させて受光する反射型の光センサであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1に記載の回転体の傾き・偏心検出装置。   The tilt of the rotating body according to any one of claims 1 to 7, wherein the optical sensor is a reflective optical sensor that receives and reflects an optical signal emitted by the self from the detected object.・ Eccentricity detection device. 前記光センサは、反射率の高い材料を用いるか、又は、その光センサから放射される光信号の波長に対して充分な反射率が得られる材料で表面全体がコーティングされていることを特徴とする請求項8記載の回転体の傾き・偏心検出装置。   The optical sensor is made of a material having a high reflectance, or the entire surface is coated with a material that provides a sufficient reflectance with respect to the wavelength of the optical signal emitted from the optical sensor. An apparatus for detecting tilt / eccentricity of a rotating body according to claim 8. 固定部に対して回転自在に搭載された回転体の傾き量及び偏心量を、前記固定部と前記回転体とに対向して搭載された複数の光センサ及び複数の被検出体を用いて検出する回転体の傾き・偏心検出方法であって、
前記回転体の回転中において、前記光センサが前記被検出体を検出したときの検出信号に基づいて、前記回転体の傾き量と偏心量とを同時に推定することを特徴とする回転体の傾き・偏心検出方法。
The amount of inclination and the amount of eccentricity of a rotating body mounted rotatably with respect to a fixed part are detected using a plurality of optical sensors and a plurality of detected objects mounted facing the fixed part and the rotating body. A method for detecting the tilt / eccentricity of a rotating body,
Inclination of the rotating body characterized by simultaneously estimating the amount of inclination and the amount of eccentricity of the rotating body based on a detection signal when the optical sensor detects the detected object during the rotation of the rotating body.・ Eccentricity detection method.
前記被検出体は、先端に所定の角度を有する角部とその角部からテーパ状に延在するエッジ部とを備え、
前記光センサは、前記回転体の回転中において、前記被検出体の前記エッジ部で囲まれた領域を横切るように配置されている
ことを特徴とする請求項10記載の回転体の傾き・偏心検出方法。
The detected object includes a corner portion having a predetermined angle at a tip and an edge portion extending in a tapered shape from the corner portion,
11. The tilt / eccentricity of the rotating body according to claim 10, wherein the optical sensor is disposed so as to cross a region surrounded by the edge portion of the detected body during rotation of the rotating body. Detection method.
前記被検出体は、前記回転体の回転中における偏心量に応じて、前記回転体の軸心方向と円周方向との間を移動し、
前記光センサは、前記回転体の回転中における傾き量に応じて前記被検出体との間のクリアランスを変化させると共に、前記回転体の回転中における偏心量に応じて前記エッジ部で挟まれた領域を横切る時間を変化させる
ことを特徴とする請求項11記載の回転体の傾き・偏心検出方法。
The detected body moves between the axial direction and the circumferential direction of the rotating body according to the amount of eccentricity during the rotation of the rotating body,
The optical sensor changes the clearance with the detected object according to the amount of inclination during rotation of the rotating body, and is sandwiched between the edge portions according to the amount of eccentricity during rotation of the rotating body. 12. The method of detecting tilt / eccentricity of a rotating body according to claim 11, wherein the time for crossing the region is changed.
前記光センサが前記被検出体から検出した検出信号の振幅レベルに応じて前記回転体の傾き量を推定し、
前記光センサが前記被検出体から検出した一定振幅レベル以上の検出信号の検出時間に応じて前記回転体の偏心量を推定する
ことを特徴とする請求項12記載の回転体の傾き・偏心検出方法。
Estimating the amount of tilt of the rotating body according to the amplitude level of the detection signal detected by the optical sensor from the detected object;
The tilt / eccentricity detection of the rotating body according to claim 12, wherein the optical sensor estimates an eccentricity amount of the rotating body in accordance with a detection time of a detection signal detected from the detected body by a certain amplitude level or more. Method.
前記光センサ及び前記被検出体は、それぞれ、前記回転体の円周上においてほぼ等角度で配置されていることを特徴とする請求項13記載の回転体の傾き・偏心検出方法。   The method according to claim 13, wherein the optical sensor and the detected object are arranged at substantially equal angles on the circumference of the rotating body.
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