JP2945885B2 - 非直線的な、とくに回転する機械部品を位置決めする方法および装置 - Google Patents

非直線的な、とくに回転する機械部品を位置決めする方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非直線的な、とく
に回転する機械部品を位置決めする方法および装置、と
くに、エミッタ（発信器）２０からの光学信号を、標線
マーク２１を備えたタイミング定規２２を通してセンサ
により受け、当該センサが標線マークに対応した電気信
号をカウンタに送る非直線的な、とくに回転する機械部
品を位置決めする方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ここに説明する種類の装置は米国特許第
5,508,088 号（PWB ）に開示されている。本発明のタイ
ミング定規は透明材料で構成され、その上に光学センサ
によるスキャニング用の標線マークが配置されている。
【０００３】この透明材料はトランスミッタから離れた
面に反射層を設けたものとすることができ、この場合に
はトランスミッタから発信される光線が光軸に沿って反
射され、レシーバにより記録される。そしてこのレシー
バがコントロール回路にパルスを送り出し、移動する機
械部品の前進を調節する。
【０００４】このパルスの波長と周波数は、タイミング
定規の所定の場所に“伝達性／不透明”の標線により設
けられた、いわゆる“窓開口部”により決定される。ト
ランスミッタから発信される光のビームはビームの光軸
上にあるレシーバによってパルスに変換されるが、この
パルスの種類は窓開口部の特性に応じたものとなる。
【０００５】移動する機械部品の位置決めには高精度が
要求されることから、タイミング定規の標線マークは高
価な機械を使用してワンピースで作らなければならな
い。したがってその製造コストは指数関数的に増大す
る。なぜならば長さが増大するほど製作許容誤差を小さ
く保つのが高価につくからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通常、プリントヘッ
ド、ロボットアームあるいはツール・キャリッジのコン
トロールには有限長さのタイミング定規が使用されてい
る。しかしながら、回転する機械部品を制御しなければ
ならない適用例も重要になってきている。従って、曲げ
られた、とくに弧状に形成されたタイミング定規をディ
スク、シリンダあるいは球体の周りに高い精度で、いか
に製造するかという問題が生じてきた。
【０００７】長さが短い複数のタイミング定規から、対
応してより大きな作動長さを有する１つの新しいタイミ
ング定規を作製することも問題である。何故なら、そこ
にできる接合部が光信号を歪曲し、位置の判定に誤差を
生じさせることになる。さらに別の問題として接合部の
標線刻印にズレが生じ、これが必然的に測定誤差につな
がり、ひいては位置の誤判定をもたらすこととなる。
【０００８】従って、本発明の目的は、空間的に曲がっ
て配置されたタイミング定規でも、また、相互に接合さ
れたより大きな長さのタイミング定規に関しても、位置
決めが可能で、一体成形タイミング定規を使用した場合
と同等の位置検出精度を保つことができるように上記の
方法および装置を改良することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１に
規定した特異な構成により達成することができる。２つ
のセンサと追加のコンパレータ・ユニット（比較測定
器）を使用すれば、タイミング定規の接合部（境界部）
を通過する際の誤差の発生を除去できることを究明した
ことに基づくものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、いくつかの実施態様を参照
しながら本発明を詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】
実施例１ 図１には、タイミング定規の接合部で移動機械部品の位
置を検出するための装置が示されており、該タイミング
定規は固定手段１８、１９によりシリンダ上に取り付け
ることができる。このタイミング定規は、接合端縁部２
を有するコード・キャリア部分１ａ、１ｂで構成されて
おり、それぞれのコード・キャリアには、等間隔の標線
マーク３ａ、３ｂがある。これら２つのタイミング定規
は１ｃ点で互いに接合され、１ｃは窓開口部となってい
る。
【００１２】センサ・キャリッジ７の上には２つのセン
サ４、８が配置されている。センサ・キャリッジは、た
とえばプリンタ・ヘッドに固定して一緒にタイミング定
規の上を走行するようにする。センサ４、８は、図１に
おけるこのセンサ・キャリッジ７の裏側（つまり、この
図の裏側の見えない部分）に配置されたトランスミッタ
から光学信号を受け取る。
【００１３】タイミング定規がが矢印方向に移動する
と、２つのセンサ４、８はキャリッジが横切る標線マー
クに対応した信号を受け取る。センサ４は配線６ａ、６
ｂによりカウンタ５に接続されており、起点位置２から
移動して横切る標線３ａを検知し、それらを記憶する。
【００１４】センサ８が窓開口部１ｃに到達すると、配
線９ａによりセンサ８の裏側に接続されたコンパレータ
１０が標線マークの間隔の変化を感知する。この変化
は、たとえばテスト信号と受取った標線マーク信号を比
較することにより得られる。この目的のために、テスト
手段１０’がコンパレータ１０に組込まれる。
【００１５】ここで、もしテスト手段１０’が変化した
標線マーク信号を配線９ａを通して受取ったことを確認
すると、カウンタ５が配線６ｂから遮断され、もう１つ
のカウンタ１１が配線１７を通してセンサ８に接続され
る。これはつまり、センサ・キャリッジ７が２つの標線
部分１ａ、１ｂの接合部を通過すると、信号はもはやカ
ウンタ５には蓄えられず、カウンタ１１の中に蓄えられ
ることを意味する。
【００１６】それと同時に、１つのタイミング定規から
次のタイミング定規へ移行すると、テスト信号と測定さ
れた標線信号の比較によって、偏差が検知され、この偏
差は、全体の標線マーク部分に均等に割当てられ、除去
される。
【００１７】この結果、あたかも偏差のない１つのタイ
ミング定規が存在するかのように、連続的なタイミング
・シーケンスが得られる。詳細は図５ａ、５ｂを参照し
て詳細に説明する。
【００１８】図５ａにおいて、Ｓ部の点は誤差＋ｆを含
む位置にある。ここで標線マークの間隔ｂは＋ｆ分だけ
大きくなり、Ｓ点を通過した後の標線カウンタの値は接
合部の誤差を補償するために＋ｆ分増加したものでなけ
ればならない。
【００１９】図５ｂにおいて、Ｓ部の点は誤差−ｆを含
む位置にある。その結果、標線マークの間隔ｂは接合部
の誤差を補償するためにｆ分だけ少なくしたものでなけ
ればならない。誤差ｆをそれぞれ加算または減算するこ
とにより、それぞれのカウンタの値はタイミング定規１
からタイミング定規２へ移行する時点で適切に補正され
る。
【００２０】さらにセンサ・キャリッジ７が窓開口部１
ｃを越えて移動すると、センサ４はまた変化した標線マ
ーク信号を受け取るが、これは対応するテスト手段１
２’を備えたコンパレータ１２のテスト信号と一致しな
い。この場合、カウンタ１１は停止し、それまでにこの
カウンタに加算された信号はトランスファ・ユニット１
３を経由してカウンタ５へ送られ、今度はこれが作動状
態となる。したがって、窓開口部１ｃを通過した後は、
カウンタ５がプリンタ・ヘッドのような移動部品の正確
な位置を追跡して検出する。このカウントは新しい標線
を持った次のタイミング定規がセンサ８により検出され
るまで続けられる。新しいタイミング定規の場合には、
新しいコーディイングがセンサ８により検出され、誤差
はキャリブレーションにより補正される。
【００２１】円筒状の機械部品の動き、たとえばシャフ
ト、中空シリンダまた駆動用ギアなどの動きも検出する
ことができる。この目的のためには曲面状のタイミング
定規を円筒部品の周りに固定し、放射状に適切に配置し
た位置読み取り用センサ・ユニットによりモニタするこ
とができる。もし円筒部品の周囲長さが大きい場合は、
いくつかのタイミング定規を直列に配置し、センサは移
動方向に連続的に配列して前述の例のように回路を形成
する。
【００２２】本発明による装置の精度は、センサ・キャ
リッジ７の始動および減速時に、その始動および減速操
作に応じて変化するテスト信号を受けるようにすること
によりさらに改善することができる。こうすれば加速状
態での受取り標線信号の形が変わるので、標線部分の変
化を示すものと間違って解釈することが防止できること
になる。
【００２３】センサ−・エミッタ装置のさらに他の態様
によれば、図２に示すように、移動キャリッジ上のセン
サ３２と３３の間にエミッタ３１を配置した構成とす
る。そして標線マークを刻んだ部品に反射層を設け、エ
ミッタ３１から発信される信号を反射させて、角度を付
けてセンサ３２、３３で受け取るようにする。
【００２４】図３は、タイミング定規とセンサ・キャリ
ッジの位置関係を示す断面図である。センサ３１から発
信される光線３１ａ、３１ｂは、標線マーク３５を刻ん
だタイミング定規３６の表面で反射され、センサ３２、
３３が受け取る。もちろん、図２のセンサ・キャリッジ
３４の上面図に示されているように、いくつかのセンサ
を配列することも可能である。
【００２５】実施例２ 図４は、種々の標線マーク２１を備えた移動式タイミン
グ定規２２を示す。エミッタ２０から発信される光学信
号はセンサ２３で受け止められ、これが標線マークに対
応した電気タイミング信号をカウンタへ送る。
【００２６】タイミング定規２２は、オフセット標線マ
ーク２１ａ、２１ｂを刻んだ２つのタイミング定規部分
２２ａ、２２ｂで構成されている。
【００２７】前述の実施例とほぼ同じように、センサ・
ユニットはタイミング定規の移動方向に沿って配列され
たセンサ２３ａ、２３ｂにより構成されている。
【００２８】移動方向の最前部にあるセンサ２３ｂが新
しいタイミング定規部分２１ｂに入ると、第１センサ２
３ａのカウンタ２５のスイッチを切り、次いで新しいタ
イミング定規部分２２ｂの標線マーク２１ｂをカウント
する。カウントされた部分はトランスファ・ユニット２
７に蓄えられる。
【００２９】第１センサ２３ａが新しいタイミング定規
部分２１ｂに到達した時点で、第２センサ２３ｂのカウ
ンタ２６は停止される。ここで第１カウンタ２５がカウ
ントを開始し、第２カウンタ２６からトランスファ・ユ
ニットに送られた信号は第１カウンタ２５の内容に加算
される。
【００３０】信号の流れを改善するために、カウンタ２
５、２６に加えてコンパレータ２８、２９をそれぞれの
センサ２３ａ、２３ｂに接続する。これらのコンパレー
タはテスト信号との比較で標線マークの変化を確認する
ことができ、カウンタ２５、２６およびトランスファ・
ユニット２７のそれぞれの対応スイッチ操作を始動す
る。
【００３１】ここで説明したスイッチ操作は単に一方向
だけでなく、いずれの移動方向においても作動する。唯
一要求されることは、窓開口部が検知・補正されること
なしにセンサを通過することのないように、センサの切
替え時間を十分にとることである。
【００３２】大きな加速度で早く移動する機械部品につ
いては、何本かの標線マークをまたぐ距離にセンサを配
列することが必要である。経験的には、信頼できる位置
検出法とするためには少なくとも３本の標線マーク分の
間隔をあけて配置しなければならない。
【００３３】図６ａ、６ｂは、曲面状タイミング定規と
曲面状タイミング定規をシャフトの周りに固定して誤差
を判定する場合を示す図であり、タイミング定規の長さ
Ｌは周囲の長さと略等しく、１、２、Ｘ−２、Ｘ−１、
Ｘは３６０の縞であり、ｔはプリントされた部分であ
る。また、ｔ±ｆは＋あるいは−の誤差ｆを持った最後
の部分である。Ｔは許容される場合の可能な間隙で、シ
ャフトの表面は反射しない。Ｓ1 、Ｓ2 はセンサであ
る。位置決めを完全にするために、±ｆは各段階に分割
され割当てられる。
【００３４】
【発明の効果】タイミング定規の手段によって非直線的
に移動する、とくに回転する機械部品を位置決めする方
法および装置において、いくつかのタイミング定規を組
み合わせることによって、より長い曲面状のタイミング
定規を形成することを可能とし、位置検出精度は一体成
形タイミング定規を使用した場合と同等の精度を保持す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動式センサ・キャリッジを備えた本発明によ
る装置の正面図である。
【図２】移動式センサ・キャリッジの他の実施例を示す
正面図である。
【図３】図１ａの移動式センサ・キャリッジとタイミン
グ定規の位置を示す断面図である。
【図４】移動式タイミング定規を備えた本発明による装
置の正面図である。
【図５ａ、ｂ】タイミング定規による誤差判定方法を示
す。
【図６ａ、ｂ】曲面状タイミング定規とこれをシャフト
の周りに固定して誤差を判定する場合を示す図である。
【符号の説明】
１a 標線部分 １b 標線部分 １c 接合部（窓開口部） ２ 標線マークの起点 ３ 標線マーク ３a 標線マーク ３b 標線マーク ４ センサ ５ カウンタ ６a 配線 ６b 配線 ７ キャリッジ ８ センサ ９a 配線 ９b 配線 １０ コンパレータ １０' テスト用手段 １２ コンパレータ １２' テスト用手段 １３ トランスファ・ユニット １４ 配線 １５ 配線 １６ 配線 １７ 配線 １８ 固定手段 １９ 固定手段 ２０ エミッタ ２１ 標線マーク ２２ タイミング定規 ２３ センサ ２４ 移動方向 ２５ カウンタ ２６ カウンタ ２７ トランスファ・ユニット ２８ コンパレータ ２９ コンパレータ ３１ センサ ３２ センサ ３３ センサ ３４ センサ・キャリッジ ３５ 標線マーク ３６ タイミング定規

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タイミング定規としてつくられ、窓開口
    部により等間隔に配置された標線マーク（３）を有し、
    該標線マーク（３）は配線（６ａ、６ｂ）によりカウン
    タ（５）に接続されたセンサ（４）によりスキャニング
    可能である、少なくとも１つのコード・キャリア（１）
    を備え、直線的に運動するのではなく、とくに回転する
    機械部品を位置決めする装置において、１つまたは複数
    のタイミング定規が、曲面状に形成されたキャリアに固
    定され、タイミング定規の端縁部は間隔を置いて隣接
    し、該間隔の幅は窓開口部と異なっており、追加センサ
    （８）がセンサ・キャリッジ（７）上に配置され、該追
    加センサは配線（９ａ）によってコンパレータ（１０）
    に接続され、該コンパレータ（１０）には配線（９ａ）
    を通して受けた、スキャニングされた窓開口部と一致し
    た標線信号のテスト手段（１０’）が含まれ、これらの
    標線信号が標線マークのピッチの幅と一致しない場合に
    は、標線信号は、第１のカウンタ（５）が配線（６ｂ）
    から遮断されて、第２のカウンタ（１１）に送られ、そ
    して、別のコンパレータ（１２）がセンサ（４）とカウ
    ンタ（５）の間に配置され、該コンパレータ（１２）に
    は、配線（６ａ）を通して受ける窓開口部の標線信号の
    テスト手段（１２’）が含まれ、これらの標線信号が標
    線マークのピッチの間隔と一致しない場合には、標線信
    号は、配線（１４）を通してこれらの標線信号がトラン
    スファ・ユニット（１３）に送られ、該トランスファ・
    ユニット（１３）は、第２のカウンタ（１１）から配線
    （１５）を通して受取った信号と合わせて、合計した信
    号を配線（１６）を通して第１のカウンタ（５）に発信
    し、第１のカウンタ（５）がセンサ（４）からの新たな
    信号を受けるために、配線（６ａ、６ｂ）と再接続され
    ることを特徴とする非直線的な、とくに回転する機械部
    品を位置決めする装置。
  2. 【請求項２】 タイミング定規としてつくられ、窓開口
    部により等間隔に配置された標線マーク（３）を有し、
    該標線マーク（３）は配線（６ａ、６ｂ）によりカウン
    タ（５）に接続されたセンサ（４）によりスキャニング
    可能である、少なくとも１つのコード・キャリア（１）
    を備え、回転または周期的な運動をする機械部品を位置
    決めする装置において、幅の変化する窓開口部を通して
    通過するとき、センサ・キャリッジ（７）上に配置され
    た第２センサ（８）が配線（９ａ）を通してコンパレー
    タ（１０）に接続され、該コンパレータ（１０）には配
    線（９ａ）を通して受ける標線信号のテスト手段（１
    ０’）が含まれており、標線信号が変化した場合、カウ
    ンタ（５）が配線（６ｂ）から遮断され、コンパレータ
    （１０）が配線（１７）を通してカウンタ（１１）に接
    続され、そして、変化した信号をセンサ（４）が受け取
    ると、カウンタ（１１）のスイッチが切れ、カウンタ
    （１１）に蓄えられた信号が配線（１５）を通してトラ
    ンスファ・ユニット（１３）に接続され、そこでカウン
    タ（５）内のそれまでの合計信号と、カウンタ（１１）
    の信号を加算することを特徴とする非直線的な、とくに
    回転する機械部品を位置決めする装置。
  3. 【請求項３】 エミッタ（２０）からの光学信号を、標
    線マーク（２１）を刻んだタイミング定規（２２）を通
    してセンサ（２３）により受け、当該センサ（２３）は
    標線マークにマッチした電気的タイム信号をカウンタに
    送るようにした移動する機械部品を位置決めする方法に
    おいて、タイミング定規（２２）は、回転可能なシリン
    ダ上に固定され、且つ少なくとも２つの互いに向き合う
    標線マーク（２１ａ、２１ｂ）を備え、センサ・ユニッ
    トが個別の２つのセンサ（２３ａ、２３ｂ）により構成
    され、移動方向（２４）の最前部にあるセンサ（２３
    ｂ）が、新しいタイミング定規部分（２１ｂ）に到達す
    ると、第１センサ（２３ａ）のカウンタ（２５）のスイ
    ッチを切り、第１センサ（２３ａ）が新しいタイミング
    定規部分（２１ｂ）に到達するまで、新しいタイミング
    定規部分（２２ｂ）の標線マーク（２１ｂ）をカウント
    し、蓄え、そして次に第２センサ（２３ｂ）のカウンタ
    （２６）を停止させ、一方第１カウンタ（２５）のカウ
    ントを続行し、第２カウンタにより蓄えられたタイミン
    グ信号を加算することを特徴とする非直線的な、とくに
    回転する機械部品を位置決めする方法。
JP9202383A 1996-07-17 1997-07-11 非直線的な、とくに回転する機械部品を位置決めする方法および装置 Expired - Fee Related JP2945885B2 (ja)

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JPH1082612A JPH1082612A (ja) 1998-03-31
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