JP2021076380A - ねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計、弾性係数測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このねじれ計は、回転軸に独立して装着された検出リング間の変位を検出することによってネジレ角を求めるものである。
図1は、第1の実施形態に係る測定装置100の概略構成の一例を示す図である。
ここで、測定装置100は、回転軸Xのねじれ量δを検出する。第1の実施形態に係る測定装置100は、本発明の「ねじれ計」の一例である。
図1に示すように、測定装置100は、二つのスリットリング1、二つの光学式エンコーダ2及び演算装置3を備えている。
第1の実施形態のスリットリング1は、スリットリング1に形成されているスリット部11及び遮光部12の数には、特に限定されず、複数であればよい。
また、スリット部11及び遮光部12は、全周にわたって設けられていてもよいし、一部分のみに設けられてもよい。
例えば、光学式エンコーダ2は、図3に示すように、発光部21及び検出部22を有する。
なお、図3に示す光学式エンコーダ2は、透過型のフォトインタラプタである場合を例として説明したが、これに限定されず、反射型のフォトインタラプタであってもよい。
位相演算部42は、以下に示す式(2)を用いて、位相差Φ1を求める。
位相演算部42は、求めた位相差Φ1をねじれ量算出部43に出力する。
事前に、演算部4は、無負荷状態である回転軸Xが所定回転数Nth未満で回転している場合に、位相差Φ1を求め、その位相差Φ1をオフセット位相差Φ0として記憶している。
回転軸Xが所定回転数Nth以上で回転すると、演算部4は、第1の光学式エンコーダ2Aからのパルス信号P1と、第2の光学式エンコーダ2Bからのパルス信号P2とに基づいて、パルス信号P1とパルス信号P22との位相差Φ1を計測する(ステップS101)。そして、演算部4は、当該位相差Φ1からオフセット位相差Φ0を差し引くことでねじれ量δを求める(ステップS102)。また、軸馬力算出部5は、回転軸Xの回転数Nrpm及びねじれ量δに基づいて、回転軸Xに作用する軸馬力SHPを演算する(ステップS103)。さらに、軸トルク算出部6は、回転軸Xの回転数Nrpm及びねじれ量δに基づいて回転軸Xに作用する軸トルクQを演算する(ステップS104)。
第2の実施形態に係る測定装置200について説明する。図7は、測定装置200の概略構成の一例を示す図である。第2の実施形態の測定装置200は、第1の実施形態と比較して、スリットリング1における所定領域10の構成が異なる点で相違し、その他の構成については第1の実施形態と同様である。ここで、測定装置200は、本発明の「ねじれ計」、「軸馬力計」及び「トルク計」の一例である。
図7に示すように、測定装置200は、二つのスリットリング30、二つの光学式エンコーダ2及び演算装置3を備えている。
二つのスリットリング30は、回転軸Xに挿入され篏合されており、回転軸Xの軸方向に所定距離を隔てて平行対峙する円盤状の部材である。図8に示すように、スリットリング30は、円周方向に沿って所定領域10にスリット部13及び遮光部14が交互に形成されている。図8は、第2の実施形態に係るスリットリング30の展開図である。なお、図8における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されている。
第2のスリット16は、回転軸Xの軸方向の光を透過させるスリットであり、周方向における第1のスリット15の両端側にそれぞれ設けられている。第2のスリット16における円周方向の幅を「第2のスリット幅」と称する。第2のスリット幅は、第1のスリット幅よりも狭い。
遮光部17(第2遮光部)は、回転軸Xの軸方向の光を遮る部分であって、遮光幅がすべて同一である。遮光部17は、第1のスリット15と第2のスリット16との間に設けられ、遮光部14よりも遮光幅が狭い。
第2の実施形態のスリットリング30は、スリットリング30に形成されているスリット部13及び遮光部14の数には、特に限定されず、複数であればよい。
また、スリット部13及び遮光部14は、全周にわたって設けられていてもよいし、一部分のみに設けられてもよい。
第1の光学式エンコーダ2Aは、第1のスリットリング30Aに対応して設けられている。第2の光学式エンコーダ2Bは、第2のスリットリング30Bに対応して設けられている。
検出部22は、発光部21からの光の光量(相対光量)Iqを検出(受光)する。そして、検出部22は、その相対光量Iqが閾値Iqth以上である場合にはHiレベルのパルス信号を出力し、相対光量Iqが閾値Iqth未満である場合には、Loレベルのパルス信号を出力する。ここで、パルス信号PのHiレベルのパルス幅Pwは、所定領域10に形成されたスリット部11のスリット幅W1と等しいことが理想である。ただし、光学式エンコーダ2の特性上、スリット幅W1=パルス幅Pwとはならない。
すなわち、相対光量Iqを示す光電流信号は、所定領域10に形成されたスリットの幅と等しい矩形波とはならず、実際には、図9に示すように、フォトインタラプタの特性上、台形となる。検出部22は、この台形の光電流と閾値Iqthとを比較することでパルス信号Pを生成する。よって、実際に生成されるパルス信号Pのパルス幅Pwは、スリット幅W1と等しくならない。なお、閾値Iqthには、ヒステリシス幅が設定されてもよい。すなわち、閾値Iqthは、二つの第1閾値Iqth1及び第2閾値Iqth2を有してもよい。この場合には、相対光量Iqを示す光電流信号が第1閾値Iqth1を上回ると、パルス信号がHiレベルとなり、相対光量Iqを示す光電流信号が第1閾値Iqth1よりも低い第2閾値Igth2を下回るとパルス信号がLoレベルとなる。
これにより、第2のスリット16を透過してくる光量により、図10に示す相対光量Iqを示す光電流信号は、図9に示す光電流信号よりも早く立ち上がり、且つ、遅く立ち下がる。これにより、光学式エンコーダ2は、パルス幅Pwがスリット幅W1であるパルス信号Pを生成することができる。
次に、第1の実施形態に係る弾性係数測定装置について図11を参照して説明する。
1 スリットリング
2 光学式エンコーダ
3 演算装置
4 演算部(ねじれ量演算部)
5 軸馬力算出部
6 軸トルク算出部
Claims (6)
- 回転軸のねじれ量を測定するねじれ計であって、
前記回転軸の軸方向に所定距離を隔てて前記回転軸に篏合され、円周方向に沿って所定領域に第1遮光部及びスリット部が交互に形成された二つのスリットリングと、
前記スリットリングのそれぞれに対応して設けられ、前記第1遮光部及び前記スリット部を光学的に検出し、検出結果を示すパルス信号を出力する光学式エンコーダと、
各前記光学式エンコーダからのパルス信号に基づいて前記回転軸のねじれ量を演算するねじれ量演算部と、
を備えることを特徴とするねじれ計。 - 前記スリット部は、
第1のスリット幅を有する第1のスリットと、
前記第1のスリット幅よりも狭い第2のスリット幅を有し、前記円周方向における前記第1のスリットの両端側にそれぞれ設けられている第2のスリットと、
前記第1のスリットと前記第2のスリットとの間に設けられ、前記第1遮光部よりも幅が狭い第2遮光部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のねじれ計。 - 回転軸の周面に設けられ、前記回転軸のねじれ量を測定するために用いられるスリットリングであって、
所定領域において円周方向に第1遮光部及びスリット部が交互に形成され、
前記スリット部は、
第1のスリット幅を有する第1のスリットと、
前記第1のスリット幅よりも狭い第2のスリット幅を有し、円周方向における前記第1のスリットの両端側にそれぞれ設けられている第2のスリットと、
前記第1のスリットと前記第2のスリットとの間に設けられ、前記第1遮光部よりも幅が狭い第2遮光部と、
を有することを特徴とする、スリットリング。 - 請求項1又は請求項2に記載のねじれ計と、
前記ねじれ計の測定結果に基づいて前記回転軸に作用する軸馬力を演算する軸馬力算出部と、
を備えることを特徴とする軸馬力計。 - 請求項4に記載の軸馬力計と、
前記軸馬力算出部が演算した前記軸馬力に基づいて前記回転軸のトルクである軸トルクを演算する軸トルク算出部と、
を備えるトルク計。 - 第1の回転軸と第2の回転軸とを軸方向に相互接続する継手の横弾性係数を測定する弾性係数測定装置であって、
前記第1の回転軸の軸方向に所定距離を隔てて前記第1の回転軸に篏合され、円周方向に沿って所定領域に第1遮光部及びスリット部が交互に形成された第1,第2のスリットリングと、
前記第2の回転軸の軸方向に篏合され、前記第1の回転軸の前記円周方向に沿って所定領域に第1遮光部及びスリット部が交互に形成された第3のスリットリングと、
前記第1,第2,第3のスリットリングのそれぞれに対応して設けられ、前記第1遮光部及び前記スリット部を光学的に検出し、検出結果を示すパルス信号を出力する第1,第2,第3の光学式エンコーダと、
前記第1,第2の光学式エンコーダからのパルス信号に基づいて前記第1の回転軸のねじれ量である第1のねじれ量を演算し、前記第1のねじれ量及び第1の回転軸の回転数に基づいて前記第1の回転軸に作用する軸馬力を演算する演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、第1、第3の光学式エンコーダの各パルス信号に基づいて前記第2の回転軸のねじれ量である第2のねじれ量を演算し、前記軸馬力及び前記第2のねじれ量に基づいて前記横弾性係数を演算する、
ことを特徴とする弾性係数測定装置。
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JPH03140831A (ja) * | 1989-10-25 | 1991-06-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ねじれ角検出装置及びトルクセンサ |
JP2007240421A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 回転体のねじり剛性演算装置、原動機出力演算装置及びこれらの方法 |
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2019
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