JP2572808B2 - Torque detector - Google Patents

Torque detector

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JP2572808B2
JP2572808B2 JP63102603A JP10260388A JP2572808B2 JP 2572808 B2 JP2572808 B2 JP 2572808B2 JP 63102603 A JP63102603 A JP 63102603A JP 10260388 A JP10260388 A JP 10260388A JP 2572808 B2 JP2572808 B2 JP 2572808B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトルク検出装置に係り、特に高速回転時、あ
るいは微小トルクの検出に好適なトルク検出装置に関す
るものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque detection device, and more particularly to a torque detection device suitable for high-speed rotation or detection of a small torque.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の回転軸系のトルク検出装置は、特開昭57−1940
のように歪ゲージを貼つた弾性体をトルク伝達軸系内に
挿入し、スリツプリングを介して信号を取り出すものが
一般的である。
A conventional torque detecting device for a rotating shaft system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-1940.
In general, an elastic body having a strain gauge attached thereto is inserted into a torque transmission shaft system and a signal is taken out via a slip ring.

また、非接触でトルクを検出する方法としては、トル
クが付加されると回転軸の回転数の低下を起すことを測
定する方法が昭和59年度精機学会秋季大会学術講演会論
文集第723頁から第726頁に論じられており、比較的大き
いトルクが加わる時、あるいは回転数の小さい時には有
効な方法である。
In addition, as a method of detecting torque in a non-contact manner, a method of measuring that when the torque is added causes a decrease in the rotation speed of the rotating shaft is disclosed in the 1984 Annual Meeting of the Japan Society of Precision Engineers Autumn Meeting, page 723. It is discussed on page 726 and is an effective method when a relatively large torque is applied or when the number of revolutions is small.

さらに本発明出願人の出願に係る特開昭62−247222号
のように非接触センサで弾性体変形を検知する方式があ
るが、該方式の基本原理に係る発明であり、精度的には
尚改良の余地を残すものであつた。
Further, there is a method for detecting deformation of an elastic body by a non-contact sensor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-247222 filed by the applicant of the present invention. It leaves room for improvement.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来技術におけるスリツプリングによるトルク検出装
置では接触点が存在するため、高速回転では接触点での
熱発生等によりノイズが大きくなり正確な測定が困難と
なる。
In the conventional torque detecting device based on slipping, since a contact point exists, noise is increased due to heat generation at the contact point at high speed rotation, and accurate measurement becomes difficult.

また、主軸に作用するトルクによる主軸回転数の低下
を測定して非接触でトルクを検出する装置では、主軸の
慣性のため、トルクが主軸に作用してから主軸の回転数
が低下するまでの時間遅れが大きく、応答性が悪い等の
問題点があつた。
In a device that measures a decrease in the spindle speed due to the torque acting on the spindle and detects the torque in a non-contact manner, the inertia of the spindle causes the torque from acting on the spindle until the spindle speed decreases. There were problems such as a large time delay and poor response.

さらに非接触センサにより弾性体変形を検知する方式
では、トルク付加に伴う変形の検知を回転位相と無関係
に行つていたため、精密なトルク検出に欠けるという問
題があつた。
Further, in the method of detecting the deformation of the elastic body by the non-contact sensor, the detection of the deformation accompanying the addition of the torque is performed irrespective of the rotation phase.

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、高速回
転においても応答性が良く精度の高いトルク測定を可能
としたトルク検出装置を提供する事を目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a torque detection device which has high responsiveness and enables highly accurate torque measurement even at high speed rotation.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、本発明はトルクの大きさに
追従して半径方向に変形する弾性体を設けた回転軸系よ
り、トルク信号を抽出する装置において、該弾性体の変
形量を検知する第1の非接触式センサと、回転軸の各回
転ごとの回転位相を検知する第2のセンサと、該第1の
センサに基く出力信号を該第2のセンサに基づく出力信
号によりサンプリングしたトルク信号を得る手段と、該
サンプリングしたトルク信号のための所定の閾値を上記
回転軸の最新の無負時のサンプリング周期における上記
第1のセンサに基づく出力信号に基づいて補正した閾値
として得る手段と、該補正した閾値を、各回転ごとの負
荷時のサンプリング周期におけるトルク信号の閾値とす
る手段とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention detects a deformation amount of an elastic body in a device for extracting a torque signal from a rotating shaft system provided with an elastic body that deforms in a radial direction according to the magnitude of torque. A first non-contact sensor, a second sensor for detecting a rotation phase of each rotation of the rotation shaft, and a torque obtained by sampling an output signal based on the first sensor by an output signal based on the second sensor. Means for obtaining a signal, and means for obtaining a predetermined threshold value for the sampled torque signal as a corrected threshold value based on the output signal based on the first sensor in the latest non-negative sampling period of the rotating shaft. Means for setting the corrected threshold value as a threshold value of a torque signal in a sampling cycle at the time of load for each rotation.

〔作用〕[Action]

本発明の実施例により、その作用を具体的に示す。 The operation of the present invention will be specifically described with reference to embodiments of the present invention.

第1図において、ドリル穴あけ機の駆動軸3の下側に
つけた円筒状の弾性体5は後述するように、ドリル9に
よる切削トルクに追従して半径方向に弾性変形する。
In FIG. 1, a cylindrical elastic body 5 attached to a lower side of a drive shaft 3 of a drilling machine elastically deforms in a radial direction following a cutting torque by a drill 9 as described later.

この変形量を非接触式センサ6により検出した後、駆
動軸3の円周上に一定の角度を隔てて刻んだマーカ2に
有無を検出する非接式センサ4の回転位相信号でサンプ
リングする事によりドリル9に発生する切削トルクの時
間的変化を検出できる。
After the amount of deformation is detected by the non-contact type sensor 6, sampling is performed using the rotation phase signal of the non-contact type sensor 4 for detecting the presence or absence of the marker 2 engraved on the circumference of the drive shaft 3 at a predetermined angle. Thus, a temporal change in the cutting torque generated in the drill 9 can be detected.

この信号には、弾性体5の機械的初期偏心や、弾性体
5の外周面に対向配置する非接触式センサ6の取付位置
による初期電圧,センサ系の温度,時間的なドリフトが
含まれる。そこで、同信号を記憶,保持し、ドリフト信
号に重じようする、しきい値設定器13の設定値に等しい
切削トルクを検出する信号処理回路を設けている。
This signal includes the mechanical initial eccentricity of the elastic body 5 and the initial voltage, the temperature of the sensor system, and the time drift due to the mounting position of the non-contact type sensor 6 arranged facing the outer peripheral surface of the elastic body 5. Therefore, a signal processing circuit for storing and holding the same signal and detecting a cutting torque equal to the set value of the threshold value setter 13 to superimpose the drift signal is provided.

また、トルク信号のサンプリング回数を増やすため、
ドリフト信号の対称性を利用し、あるいは正弦波形とみ
なして補正計算を行う事により、トルク検出応答速度を
改善する事ができる。
Also, to increase the number of times the torque signal is sampled,
The torque detection response speed can be improved by using the symmetry of the drift signal or by performing the correction calculation while considering the waveform as a sine waveform.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面により、本発明の実施例を詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明実施例の概略的構成を示し、ドリル穴
あけ機につけた主軸回転用モータ1を高速回転(毎分5
万〜10万回転)させながら、軸系全体を所定速度で下降
させ、多層構造のプリント基板10に穴径φ0.3mm〜0.5mm
程度の微小穴をあける機構に、ドリル9に発生する切削
トルクを検出し処理する処理部7からなつている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of the present invention, in which a spindle rotating motor 1 mounted on a drilling machine is rotated at a high speed (5 rpm).
(100,000 to 100,000 rotations) while lowering the entire shaft system at a predetermined speed, and the hole diameter φ0.3mm to 0.5mm in the multilayer printed circuit board 10.
A processing unit 7 for detecting and processing a cutting torque generated in the drill 9 is provided for a mechanism for making a minute hole.

モータ1による回転力は駆動軸3へ伝達され、同軸の
円周上に所定の間隔をあけてマーキングしたマーカ2の
有無を検出する回転位相センサ4を同軸の外周面に対向
配置して、1回転毎の回転位相信号を検出する。
The rotational force of the motor 1 is transmitted to the drive shaft 3 and a rotational phase sensor 4 for detecting the presence or absence of the marker 2 marked at a predetermined interval on the coaxial circumference is disposed facing the coaxial outer peripheral surface. A rotation phase signal for each rotation is detected.

一方、駆動軸3の下側につけた弾性体5は、ドリル9
を保持するチヤツク8を介して伝達する切削トルクによ
つて半径方向に弾性変形する機能を有する。
On the other hand, the elastic body 5 attached to the lower side of the drive shaft 3 has a drill 9
Has the function of being elastically deformed in the radial direction by the cutting torque transmitted through the chuck 8 holding the shaft.

第2図(a),(b)にその詳細の構成と原理を示
す。同図(a)に示すように、弾性体5はすり割51,52
により、53,54,55の3部分に分かれており、チヤツク8
を介して負荷トルクが加わると第2図(b)に示すよう
に弾性変形する。(b)図はすり割51の中心部における
円筒中心線に対する垂直断面図であり、無負荷時には60
のように真円形状をしているが、負荷トルク61が加わる
と65のような楕円形に変形する。この変形量はトルクに
比例する事が確かめられている。トルクセンサ6により
この半径方向の変位を検出すれば切削トルクを検出でき
るためトルクセンサ6を弾性体5の外周面に対向配置す
る。
2 (a) and 2 (b) show the detailed configuration and principle thereof. As shown in FIG. 3A, the elastic members 5 are provided with slits 51, 52.
Is divided into three parts, 53, 54, and 55.
When a load torque is applied via the, it is elastically deformed as shown in FIG. 2 (b). (B) is a vertical cross-sectional view of the center of the slit 51 with respect to the center line of the cylinder.
However, when a load torque 61 is applied, the shape changes to an ellipse like 65. It has been confirmed that this deformation is proportional to the torque. If the radial displacement is detected by the torque sensor 6, the cutting torque can be detected. Therefore, the torque sensor 6 is arranged to face the outer peripheral surface of the elastic body 5.

第1図に示すように前記回転位相センサ4及び、トル
クセンサ6により検出した信号はアンプ11,アンプ12を
介して適当な倍率に増幅され、信号処理装置7に送られ
る。
As shown in FIG. 1, the signals detected by the rotation phase sensor 4 and the torque sensor 6 are amplified to an appropriate magnification via an amplifier 11 and an amplifier 12, and sent to a signal processing device 7.

ここで非接触センサ4,6は既知の静電容量式変位計が
用いられ、具体的にはつぎに示すようなものが適用され
る。
Here, as the non-contact sensors 4 and 6, known capacitance displacement meters are used, and specifically, the following ones are applied.

2つの金属体をコンデンサ板と見たてて、この物体
間の距離に反比例してコンデンサの容量が変る事を利用
した静電容量式非接触変位計。
Capacitance type non-contact displacement meter using two metal bodies as a capacitor plate and utilizing the fact that the capacitance of the capacitor changes in inverse proportion to the distance between the objects.

高周波交流を与えたセンサのヘツドを測定物に対向
させたとき、これに発生するうず電流の強弱によりセン
サと測定物の間隙を測定する、うず電流式非接触変位
計。
An eddy-current type non-contact displacement meter that measures the gap between the sensor and the object according to the strength of the eddy current generated when the head of the sensor to which high-frequency AC is applied is opposed to the object.

ある基準測定点からの変位を測定するレーザ式測定
器。
A laser-type measuring device that measures displacement from a reference measurement point.

投光−受光素子の組により構成された光フアイバー
式非接触変位計。
An optical fiber type non-contact displacement meter constituted by a set of light emitting and light receiving elements.

この中で、は、測定精度が0.1μ以下と高精度であ
るが、システムが大きく価格も高価であり、概して高級
測定器に適している。,,は性能,価格面ではほ
ぼ同等であるが、特には測定物体の反射率の関係で面
の汚れ等の影響を受け、測定結果に誤差を生じ易い。
Among them, the measurement accuracy is as high as 0.1 μ or less, but the system is large and the price is expensive, so that it is generally suitable for high-grade measuring instruments. ,, Are almost the same in terms of performance and price, but are particularly susceptible to surface contamination due to the reflectance of the measurement object, and are likely to cause errors in the measurement results.

,はコンパクト性にも秀れており、広い適用範囲
を有する。
, Have excellent compactness and wide application range.

信号処理装置7ではトルクセンサ6のトルク信号を回
転位相センサ4の回転位相信号でサンプリングし、位相
対応にトルクを検知できるため、同信号の経時変化を切
削トルクとして検出できる。この場合、トルク解徐すべ
き切削トルクに等しいしきい値を予めしきい値設定器13
で与えておくと、この設定値と等しくなつたとき、ドリ
ル9にオーバートルクが加わつたという信号を出すよう
に構成されている。このとき、ドリル9の先端をプリン
ト基板10の上側へ急速に引き上げる、軸系上下動用駆動
装置を有し、これにより、切削トルクの解除を行う。こ
のようにしてドリル9による切削,トルク解除をくり返
しながらプリント基板10の穴あけを行う。
In the signal processing device 7, the torque signal of the torque sensor 6 is sampled by the rotation phase signal of the rotation phase sensor 4, and the torque can be detected corresponding to the phase. Therefore, the change with time of the signal can be detected as the cutting torque. In this case, a threshold value equal to the cutting torque to be released is previously set in the threshold value setting unit 13.
When the value becomes equal to the set value, a signal indicating that over-torque is applied to the drill 9 is output. At this time, there is provided a driving device for vertically moving the shaft system, which rapidly raises the tip of the drill 9 to the upper side of the printed circuit board 10, thereby releasing the cutting torque. In this way, the drilling of the printed circuit board 10 is performed while the cutting and the torque release by the drill 9 are repeated.

次に、回転位相センサ4及び、トルクセンサ6によつ
て検出した信号の処理方法を第3図,第4図により詳述
する。
Next, a method of processing signals detected by the rotation phase sensor 4 and the torque sensor 6 will be described in detail with reference to FIGS.

第3図において、トルクセンサ6に発生する信号の経
時変化は同図(a)の61で示すように一定周期を有する
正弦波形の振幅が変化した形をとる。
In FIG. 3, the change over time of the signal generated in the torque sensor 6 takes a form in which the amplitude of a sine waveform having a constant cycle changes as indicated by 61 in FIG.

これは、(b)に示すような弾性体5の機械的初期偏
心による交流的ドリフト信号VDと該弾性体5とトルクセ
ンサ6の初期設定間隙δによる直流オフセツト電圧Vδ
の和に相当する信号62がベースになつている。61は、こ
れにセンサアンプ12の温度,時間的ドリフトを含む信号
に、同図(c)に示すような、弾性体5に与えられる切
削トルクにより発生する変形量に等しい信号63を加えた
ものである。
This DC offset voltage due to the initial set gap δ of the AC drift signal V D and the elastic body 5 and the torque sensor 6 by mechanical initial eccentricity of the elastic body 5 as shown in (b) V8
The signal 62 corresponding to the sum of. Numeral 61 denotes a signal obtained by adding a signal 63 equal to the amount of deformation generated by the cutting torque given to the elastic body 5 to the signal including the temperature and the time drift of the sensor amplifier 12 as shown in FIG. It is.

従つて、回転する弾性体5のトルク無負荷時は、前記
ドリフト信号による正弦波形62のみが現われ、ドリル切
削によるトルク付加時には前記ドリフト信号と純然たる
切削トルクによる信号の和となるため、この場合は
(b)の信号が(c)の信号によつて逆位相で打ち消さ
れて、次第に振幅が小さくなる。更に、切削トルクが増
加する場合、第3図(a)に示したように、切削トルク
信号が強く現われて信号の位相が逆転するようになる。
Therefore, when no torque is applied to the rotating elastic body 5, only the sine waveform 62 due to the drift signal appears, and when a torque is applied by drill cutting, the sum of the drift signal and the signal due to pure cutting torque is obtained. In (b), the amplitude of the signal (b) is gradually reduced by canceling the signal in the opposite phase by the signal (c). Further, when the cutting torque increases, as shown in FIG. 3A, the cutting torque signal appears strongly and the phase of the signal is reversed.

次に、トルクセンサ6に現われる信号から、切削トル
ク信号のみを抽出する方法の説明を第4図より行う。
Next, a method of extracting only the cutting torque signal from the signal appearing on the torque sensor 6 will be described with reference to FIG.

第4図において、トルクセンサ6の検出信号は第3図
の場合同様(a)のように一定周期を有する正弦波形の
振幅変化となつて表れるので、このままではトルク信号
に、あるしきい値を定めて、比較,判定するという事は
できない。
In FIG. 4, the detection signal of the torque sensor 6 appears as a change in the amplitude of a sinusoidal waveform having a constant period as shown in FIG. 3A as in the case of FIG. It cannot be determined, compared, or determined.

本実施例では、これを弾性体5の1回転中の或る一定
点に着目してその点の経時変化を監視することにより可
能とするものである。これを実現する基本的な方式とし
て、駆動軸の円周上に回転位相マーカを1つ付け、これ
を検知するセンサ4を設置することにより、回転位相信
号が主軸1回転につき1回発生するようにし、同回転位
相信号でトルクセンサ6の信号をサンプリングするもの
である。第4図(c)はこれにより検知した1回転中の
一定点のトルク信号の1回転ごとに変化する経時変化を
示したものである。さらに、トルク信号の検出応答速度
を改善するため、駆動軸の円周上に回転位相マーカを互
いに180度隔てて2つ付け、回転位相信号を1回転当り
2回発生させ、トルクセンサ6のサンプリング信号の増
減傾向を半周期毎に、設定しきい値と比較,判定するこ
とにより第4図(d)のような2倍の検出応答速度を実
現することができる。
In the present embodiment, this is made possible by focusing on a certain fixed point during one rotation of the elastic body 5 and monitoring the change over time at that point. As a basic method for realizing this, one rotation phase marker is attached on the circumference of the drive shaft, and a sensor 4 for detecting the rotation phase marker is installed, so that the rotation phase signal is generated once per main shaft rotation. The signal of the torque sensor 6 is sampled by the rotation phase signal. FIG. 4 (c) shows a temporal change in the torque signal at a fixed point detected during one rotation which changes every one rotation. Furthermore, in order to improve the detection response speed of the torque signal, two rotation phase markers are attached on the circumference of the drive shaft at 180 degrees apart from each other, and the rotation phase signal is generated twice per rotation, and the sampling of the torque sensor 6 is performed. By comparing and judging the increasing / decreasing tendency of the signal with the set threshold value every half cycle, a double detection response speed as shown in FIG. 4D can be realized.

このようにして、回転位相信号でサンプリングして得
たトルク信号VTがある設定しきい値に達した時、トルク
オーバーとして、これを表示したり、さらにこれにより
ドリルの先端を急速に引き上げるトルク解除信号を送出
することを行う。しかしこのとき前記弾性体5の初期偏
心による交流ドリフト,トルクセンサ6の取付位置等の
オフセツト信号等のため第4図の上記、(c),(d)
のトルク信号がドリフトすることとなりこの結果、トル
ク検出精度が著しく低下し、再現性のないものになつて
しまうので、本実施例では回転位相の1測定毎に設定し
きい値を変更する。
Thus, upon reaching the set threshold value with the torque signal V T which is obtained by sampling at the rotational phase signal, as a torque over, or display it, further raising thereby the tip of the drill rapidly torque It sends a release signal. However, at this time, due to the AC drift due to the initial eccentricity of the elastic body 5 and the offset signal such as the mounting position of the torque sensor 6, etc., (c) and (d) in FIG.
In this embodiment, the set threshold value is changed every time the rotational phase is measured.

つぎに、これについて詳述する。ここではトルク信号
の絶対値が単に設定しきい値に達したか否かということ
だけで検出するのではなく、設定しきい値A0そのものを
切削トルクの最大値との関連で設定するもので、これに
より、ドリフト信号の影響を排除する事ができる。すな
わち、トルク無負荷時のトルクセンサ6の信号、つま
り、V1,V2のドリフト信号を記憶,保持し、この値から
解除すべき切削トルク信号に等しい設定しきい値A0を加
算または減算し、この値と、トルク付加後のトルクセン
サ6の信号が所定の値となつたとき、トルク解除信号を
出す。
Next, this will be described in detail. Here intended to set in relation to the maximum value of the absolute value rather than simply detected only that whether reaches the set threshold, the set threshold A 0 itself cutting torque of the torque signal Thereby, the influence of the drift signal can be eliminated. That is, the signal of the torque sensor 6 when no torque is applied, that is, the drift signals of V 1 and V 2 are stored and held, and a set threshold value A 0 equal to the cutting torque signal to be released is added or subtracted from this value. Then, when this value and the signal of the torque sensor 6 to which the torque is added become a predetermined value, a torque release signal is issued.

これを式で表すと、 なる上下限を設定する。これに対し、トルク付加後のト
ルク信号Vrとなつたとき、ドリフト信号に重じようした設定しきい
値A0を切削トルクが越えた事を検出する。
Expressing this as an equation, Set upper and lower limits. In contrast, the torque signal V r after torque addition When bets has fallen, detects that the set threshold A 0 which is heavy nourishment to the drift signal cutting torque exceeds.

つぎにしきい値A0の設定方式の一例を示す。第5図
(a)は本発明のしきい値A0を設定する際のドリルの負
荷トルクT0を水晶圧電効果式切削動力計により計測した
結果であり、(b)図は該T0をセンサ6により検出した
値の増幅結果VHの実験データの一例を示したものであ
る。
Next an example of a setting method of the threshold A 0. Figure 5 (a) is a result of measurement by a crystal piezoelectric effect type cutting dynamometer load torque T 0 of the drill in setting the threshold A 0 of the present invention, the (b) figure the T 0 It illustrates an example of the experimental data of the amplification results V H of the detected value by the sensor 6.

この場合はドリル径0.5φ,ドリル回転数30,000rpmの
事例であるが、図示のように実切削トルクT0とセンサの
信号VHはほぼ比例している。実切削トルクのドリル切損
の限界値はTM(例えば0.98N・cm)であり、これに対応
するセンサ出力の増幅結果はVM(例えば2.2V)である。
この限界値におけるトルクー電圧比Rを算出すると となる。TMはドリル径によつて異り、0.5φのときは上
記の通り0.98N・cmであるが、0.3φのときは0.15N・cm
である。任意のドリル径に対する切削トルクの値をTMD
とするとそれに対応する出力電圧VHDは VHD=R・TMD …(4) となる。上記しきい値A0はこのドリル切損限界値に近い
値として選ばれ、例えばA0=0.8VHとして定められる。
ここで0.8は一種の安全係数である。
In this case, the drill diameter is 0.5φ and the drill rotation speed is 30,000 rpm. However, as shown in the figure, the actual cutting torque T 0 and the sensor signal V H are almost proportional. The limit value of the drill cutting loss of the actual cutting torque is T M (eg, 0.98 N · cm), and the corresponding amplification result of the sensor output is V M (eg, 2.2 V).
When calculating the torque-voltage ratio R at this limit value, Becomes T M differs depending on the drill diameter, and is 0.98 Ncm as described above for 0.5 φ, but 0.15 Ncm for 0.3 φ
It is. T MD shows the value of cutting torque for any drill diameter
Then, the corresponding output voltage V HD is V HD = R · T MD (4) The threshold value A 0 is selected as a value close to the drill Setsuson limit, defined as for example A 0 = 0.8 V H.
Here, 0.8 is a kind of safety factor.

つぎに上記のトルク検出方式の具体的回路構成を第6
図により説明する。図において信号処理装置7は専用処
理装置として示したが汎用のマイクロプロセツサでも良
い。
Next, the specific circuit configuration of the above torque detection method will be described in the sixth.
This will be described with reference to the drawings. In the figure, the signal processing device 7 is shown as a dedicated processing device, but may be a general-purpose microprocessor.

第6図において、トルクセンサ6の信号をセンサアン
プ12により増幅し、駆動軸より検出した回転位相センサ
4の出力を11で増幅し、回転位相信号をタイミング発生
器20のタイミング信号としてホールド器18へ送り、サン
プリング信号とする。
In FIG. 6, the signal of the torque sensor 6 is amplified by the sensor amplifier 12, the output of the rotational phase sensor 4 detected from the drive shaft is amplified by 11, and the rotational phase signal is used as the timing signal of the timing generator 20 by the hold unit 18. To a sampling signal.

タイミング発生器20は、11の出力をベースとして各機
能との時間的タイミングを合わせるために用いる。
The timing generator 20 is used to adjust the timing of each function based on the output of the eleventh function.

ホールド器18の信号のうち、トルク無負荷時に発生す
るトルク信号(=ドリフト信号)の上半周期分と下半周
期分をA/Dコンバータ19でデジタル信号に変換し、各々
のデータをDV1,DV2として初期値メモリ17に格納する。
Among the signals of the hold 18, and converted into a digital signal by the torque signal (= drift signal) on the half cycle and the lower half cycle A / D converter 19 that occurs when torque no load, DV 1 each data , DV 2 in the initial value memory 17.

このデータはトルク無負荷時−例えばドリル切削直前
に随時更新し、前記ドリフトによる影響を最小限に押え
る。
This data is updated at any time when no torque is applied, for example, immediately before drilling to minimize the influence of the drift.

一方、上述の切削トルクの上限例えば0.8TMに等し
い、しきい値設定器13の設定値A0を2進器15により2進
数に変換したものを、前記初期メモリ17のデータから減
算もしくは、加算して各々上述のα,αとしてドリ
フト補正器16に格納する。
On the other hand, the value obtained by converting the set value A 0 of the threshold value setting device 13 into a binary number by the binary device 15, which is equal to the upper limit of the above-described cutting torque, for example, 0.8 T M , is subtracted from the data of the initial memory 17, or The values are added and stored in the drift corrector 16 as α 1 and α 2 described above.

次に、前記αもしくはαとトルク付加後のトルク
信号のデジタル値DVTが、 DVT≦α,θ=π/2+2nπ(n=1,2,…) もしくは DVT≧α,θ=3/2π+2nπ(n=1,2,…) となつたことにより、コンパレータ21が設定しきい値と
同等以上の切削トルクの生じた事を検出する。
Next, the digital value DV T of the alpha 1 or alpha 2 and the torque-added torque signal, D VT ≦ α 1, θ = π / 2 + 2nπ (n = 1,2, ...) or D VT ≧ α 2, Since θ = 3 / 2π + 2nπ (n = 1, 2,...), the comparator 21 detects that a cutting torque equal to or more than the set threshold has occurred.

第7図は本発明の別の実施例を示す。 FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.

トルク検出応答速度を更に改善する方式として、第7
図のように波形の対称性を利用して弾性体一回転当り4
回のトルク信号サンプリングを行う。ここでは、駆動軸
につける回転位相マークを、θ,π−θ,π+θ,2π−
θの位置につける。この場合、ドリフト信号を記憶する
初期メモリのデータをθ及び、π+θの地点で抽出した
V3,V4のデータに、しきい値B0を加減したものを各々、
β,βとしてドリフト補正器に格納する。そして、
トルク付加後のトルク信号DVTが、 DVT≦β もしくは、 DVT≧β となつたとき、設定しきい値と同等以上の切削トルクが
生じた事を検出する。
As a method for further improving the torque detection response speed,
As shown in the figure, 4 rotations per elastic body rotation
The sampling of the torque signal is performed twice. Here, the rotational phase mark attached to the drive shaft is represented by θ, π-θ, π + θ, 2π-
At the position of θ. In this case, data of the initial memory for storing the drift signal was extracted at the points of θ and π + θ.
Data obtained by adding and subtracting the threshold value B 0 to the data of V 3 and V 4 respectively
The values are stored in the drift corrector as β 2 and β 1 . And
When the torque signal D VT after the addition of torque satisfies D VT ≦ β 1 or D VT ≧ β 2, it is detected that a cutting torque equal to or greater than the set threshold value has been generated.

更に他の実施例として、第8図に示すように、トルク
信号検出点を更に多くする方法として、トルク無負荷時
信号の最大/最小振幅点の電圧V5,V6を検出する位置に
回転位相信号を設け、V5,V6にしきい値C0を加減しか
つ、正弦波波の補正を行うために、 (V5−C0)=γ (V6+C0)=γ としてドリフト補正器に格納し、トルク付加後のトルク
信号VTが、コンパレータ21で、 VT≦γ・sinθ もしくは、 VT≧γ・sinθ となつた時、設定しきい値と超えて切削トルクが生じた
事を検出できる。
In yet another embodiment, as shown in FIG. 8 rotated, as a method for further increasing the torque signal detection point, at a position to detect the voltage V 5, V 6 of maximum / minimum amplitude point of a torque unloaded signal the phase signal is provided, acceleration vital threshold C 0 to V 5, V 6, in order to correct the sine wave wave, as (V 5 -C 0) = γ 1 (V 6 + C 0) = γ 2 cutting stored drift corrector, the torque signal V T after torque addition, the comparator 21, V T ≦ γ 1 · sinθ or when there was summer and V T ≧ γ 2 · sinθ, exceeds the set threshold value The occurrence of torque can be detected.

これにより、トルク検出のサンプリング回数を、信号
処理時間の許容範囲内でいくらでも増やし、高速回転軸
で発生する微少トルクを応答性良く検出できる。
As a result, the number of times of sampling for torque detection can be increased as much as possible within the permissible range of the signal processing time, and minute torque generated on the high-speed rotating shaft can be detected with good responsiveness.

但し、正弦波の腹部分と、節に近い部分の振幅変化量
が少ないので、トルク信号のデータとしては使わない等
サンプリング地点の回数や設定は該振幅の変化量などを
総合的に判断して採用する必要がある。
However, since the amplitude change amount of the antinode portion of the sine wave and the portion near the node is small, the number and setting of sampling points such as not being used as torque signal data are determined by comprehensively determining the change amount of the amplitude. It needs to be adopted.

以上の実施例においてはしきい値A0を外部から適宜与
えるものであるがしきい値設定器13に上記(4)式を記
憶しておくことにより、使用するドリル径に対してしき
い値を自動的に発生することも可能である。
By but those giving appropriate threshold A 0 from the outside to store the equation (4) to the threshold setting unit 13 in the above embodiment, thresholds for drill diameter used Can be automatically generated.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、高速回転においても応答が良く、微
小トルクに対しても分解能の高いトルク検出装置を得る
事ができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a torque detecting device which has a good response even at a high speed rotation and has a high resolution even for a small torque.

たとえば、回転数が数万(5〜10万)回転で、ドリル
径がφ0.3,φ0.4,φ0.5の場合従来のスリツプリング方
式のように接触点のためにノイズが発生して正確な測定
ができなかつたり、また、トルクによる主軸の回転数低
下検出方法のように主軸の慣性のため、応答性が悪かつ
たりということがない。また従来の弾性体変形方式に比
しても高精度であり、試作実験においては最小検出トル
ク0.1N・cm、分解能0.02N・cmなどの精度を得ることが
出来た。
For example, when the number of rotations is tens of thousands (50,000 to 100,000) and the drill diameter is φ0.3, φ0.4, φ0.5, noise is generated due to the contact point as in the conventional slipping method. Accurate measurement is not possible, and responsiveness is not bad due to the inertia of the spindle as in the method of detecting a decrease in the rotation speed of the spindle due to torque. In addition, the accuracy is higher than that of the conventional elastic body deformation method, and in a prototype experiment, the accuracy such as the minimum detection torque of 0.1 Ncm and the resolution of 0.02 Ncm was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す全体構成図、 第2図は本発明のトルクセンサの弾性体変形を示す説明
図、第3図,第4図は本発明の信号処理方法を説明する
波形図、第5図は本発明によるトルク測定結果の一例を
示す図、第6図は本発明の一実施例を示す回路構成図、
第7図は本発明の他の実施例を説明する信号波形図、第
8図は本発明の更に別の実施例を説明する説明図であ
る。 2……マーカ、4……回転位相センサ、5……弾性体、
6……トルクセンサ、7……信号処理装置、9……ドリ
ル、13……しきい値設定器、16……ドリフト補正器、17
……初期値メモリ、18……ホールド器、19……A/D変換
器、21……コンパレータ。
1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing deformation of an elastic body of the torque sensor of the present invention, and FIGS. 3 and 4 illustrate a signal processing method of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an example of a torque measurement result according to the present invention, FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing one embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a signal waveform diagram for explaining another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining still another embodiment of the present invention. 2 Marker 4 Rotation phase sensor 5 Elastic body
6: Torque sensor, 7: Signal processing device, 9: Drill, 13: Threshold setting device, 16: Drift correction device, 17
...... Initial value memory, 18 Hold device, 19 A / D converter, 21 Comparator.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】トルクの大きさに追従して半径方向に変形
する弾性体を設けた回転軸系より、トルク信号を抽出す
る装置において、該弾性体の変形量を検知する第1の非
接触式センサと、回転軸の各回転ごとの回転位相を検知
する第2のセンサと、該第1のセンサに基く出力信号を
該第2のセンサに基づく出力信号によりサンプリングし
たトルク信号を得る手段と、該サンプリングしたトルク
信号のための所定の閾値を上記回転軸の最新の無負荷時
のサンプリング周期における上記第1のセンサに基づく
出力信号に基づいて補正した閾値として得る手段と、該
補正した閾値を、各回転ごとの負荷時のサンプリング周
期におけるトルク信号の閾値とする手段とを有すること
を特徴とするトルク検出装置。
An apparatus for extracting a torque signal from a rotating shaft system provided with an elastic body which deforms in a radial direction according to the magnitude of a torque, wherein the first non-contact detecting means detects a deformation amount of the elastic body. A type sensor, a second sensor for detecting a rotation phase of each rotation of the rotation shaft, and means for obtaining a torque signal obtained by sampling an output signal based on the first sensor by an output signal based on the second sensor. Means for obtaining a predetermined threshold value for the sampled torque signal as a corrected threshold value based on the output signal based on the first sensor in the latest no-load sampling period of the rotating shaft; and the corrected threshold value. Means for setting a threshold of a torque signal in a sampling cycle at the time of load for each rotation.
【請求項2】トルクの大きさに追従して半径方向に変形
する弾性体を設けた回転軸系より、ドリルのトルク信号
を抽出する装置を有するドリル孔あけ桟において、該弾
性体の変形量を検知する第1の非接触式センサと、回転
軸の各回転ごとの回転位相を検知する第2のセンサと、
該第1のセンサに基く出力信号を該第2のセンサに基づ
く出力信号によりサンプリングしたトルク信号を得る手
段と、該サンプリングしたトルク信号のための所定の閾
値を上記回転軸の最新の無負荷時のサンプリング周期に
おける上記第1のセンサに基づく出力信号に基づいて補
正した閾値として得る手段と、該補正した閾値を、各回
転ごとの負荷時のサンプリング周期におけるトルク信号
の閾値とする手段と、上記ドリルによる切削加工時に上
記サンプリングしたトルク信号が、上記補正した閾値を
越えたとき、該ドリルを切削加工部より引き上げる手段
とを有することを特徴とするトルク検出装置。
2. The amount of deformation of an elastic body in a drilling bar having a device for extracting a torque signal of a drill from a rotating shaft system provided with an elastic body which deforms in the radial direction according to the magnitude of the torque. A first non-contact type sensor for detecting the rotation, a second sensor for detecting the rotation phase of each rotation of the rotating shaft,
Means for obtaining a torque signal obtained by sampling an output signal based on the first sensor by an output signal based on the second sensor; and setting a predetermined threshold value for the sampled torque signal at the time of the latest no-load of the rotating shaft. Means for obtaining a corrected threshold value based on the output signal based on the first sensor in the sampling cycle, and means for setting the corrected threshold value as a threshold value of a torque signal in a sampling cycle at the time of load for each rotation; Means for pulling up the drill from the cutting portion when the sampled torque signal exceeds the corrected threshold value during cutting by the drill.
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