JP3676482B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールネジのナット部の位置をネジ部の回転数から精度よく検出する位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ボールネジはネジ部の回転運動によりナット部を直線運動させる装置で、正確な直線運動を行わせる装置に広く用いられる。例えば自動溶接機ではボールネジのナット部にアーク発生部を取り付け、正確な溶接を行うのに用いている。ボールネジのナット部は、ネジ部の回転方向により左方向、右方向へ移動し、ストローク左限L、ストローク右限R間を往復する。
【0003】
図7は従来の多回転ポテンショメータによりボールネジのナット部の位置を測定する方法を示す図である。ボールネジ1はネジ部2とナット部3からなり、ネジ部2はモータ4により左または右まわりに回転してナット部3を左方向、右方向に移動する。ネジ部2をn回転するとストローク左限Lからストローク右限Rまでナット部3が移動する。多回転ポテンショメータ5aは所定回転すると下限値から上限値までの電圧を発生するもので、n回転で下限値から上限値までの電圧を発生する場合、ストローク左限Lで下限値の電圧を発生するようにすれば、ストローク左限Lからストローク右限Rまでの位置に応じた電圧を発生することができ、ネジ部3の位置の測定することができる。
【0004】
図8はナット部の位置と多回転ポテンショメータ5aの発生電圧との関係を示す図である。発生電圧の下限値は−10V、上限値は+10Vでそれぞれストローク左限Lとストローク右限Rで発生し、この間は直線となるので、電圧と位置とは比例関係にあり、電圧からナット部3の位置を測定することができる。
【0005】
図9は従来の1回転2ワイパーポテンショメータ5bによりボールネジのナット部の位置を検出する装置を示す。本ポテンショメータ5bの原理は1回転で下限値(−10V)から上限値(10V)まで発生するポテンショメータを用い、ストロークの一方の限界(例えばストローク左限L)でネジ部2の回転数が0とし、他方の限界Rへゆくに従い回転数が増加するものとし、1回転当たりの移動距離は正確に分かるのでこの回転数を記憶しておき、この回転数による移動距離と1回転未満の移動距離を加算して移動距離を求める。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示した多回転ポテンショメータは、発生電圧がナット部3の位置と1対1で対応しており、長いストロークでも発生電圧の大きさからナット部3の位置を直接測定できる。しかし電圧の上限(+10V)と下限(−10V)とはストロークが長くなっても同じであるので、ストロークが長くなると、単位距離当たりの電圧変化量が小さくなり、位置測定精度が低下する。このため精度が低くてもよいものにしか使用できない。これに対して1回転2ワイパーポテンショメータは、ネジ部2の1回転によるナット部3の移動を上限(10V)から下限(−10V)までの電圧で測定しているため、単位距離当たりの電圧変化が大きく、高精度で位置の測定ができる。しかし、基準位置から現在位置まで移動したネジ部3の回転数と1回転未満の回転角による長さから距離を求めるため、ストロークの途中から起動する場合、基準位置から何回転目なのか判らない。このためこのような場合は、基準位置まで戻った後、そこからスタートするという原点復帰が不可欠となる。この戻り位置確認のためリミットスイッチ9などが用いられる。
【0007】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、原点復帰を必要とせず、かつ高精度で長いストロークの位置測定が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明では、ボールネジのネジ部の回転からナット部の移動位置を検出する位置検出装置において、ネジ部の所定回転数でナット部が一方の限界位置から他方の限界位置まで移動し、該所定回転数で発生電圧が下限値から上限値まで変化し、ナット部の一方の限界位置が発生電圧の下限値となるように設定された第1ポテンショメータと、該第1ポテンショメータの発生電圧とナット部の一方の限界位置からのネジ部の回転数との関係を表すテーブルと、ネジ部の1回の回転で発生電圧が下限値から上限値までの電圧を発生し、ナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整された第2ポテンショメータと、前記第1ポテンショメータの発生電圧より前記テーブルを用いてネジ部の回転数を求め、この回転数と前記第2ポテンショメータの発生電圧とからナット部の位置を算出する演算部とを備え、前記第2ポテンショメータは、前記ネジ部が1回転する毎に、発生電圧が下限から上限値に変化し、その後上限から下限値に移るまでの間、無電圧になる2つの電圧発生器を有し、この2つの電圧発生器の電圧位相は所定値ずれており、一方の電圧発生器はナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整されており、前記2つの電圧発生器のうち選択すべき電圧発生器が前記第1ポテンショメータの発生電圧から一義的に定められるように、第1ポテンショメータの発生電圧と前記2つの電圧発生器との関係がさらに前記テーブルに表されており、前記演算部は、前記テーブルを用い第1ポテンショメータの発生電圧に基づいて、第1ポテンショメータの発生電圧の上昇に伴い前記2つの電圧発生器の発生電圧範囲の中央部内の電圧を交互に選択し、これにより前記無電圧の不感帯を避けて、第1ポテンショメータの発生電圧と前記選択された電圧発生器の電圧とから前記ナット部の位置を算出するものである。
【0009】
第1ポテンショメータは一方の限界位置から移動した距離に比例する電圧を発生する。テーブルには第1ポテンショメータの電圧とネジ部の回転数との関係が表されているので、第1ポテンショメータの出力から回転数がわかる。演算部はこの回転数に相当する移動距離と、第2ポテンショメータの発生電圧から得られる距離とを加算することによりナット部の一方の限界位置からの移動距離を正確に算出する。1回転の移動距離は第2ポテンショメータで正確に測定できるので、この値を予め記憶しておき、この値を回転数に乗ずれば正確な長さがわかる。第1ポテンショメータは、現在の位置がネジ部の何回転目かを知ればよいので、精度は低くてもよい。第1ポテンショメータの現在位置を検知する能力と第2ポテンショメータの高精度の検出能力を組み合わせることにより、第1ポテンショメータの測定できるナット部の移動距離範囲内であれば、ストロークの途中から起動する場合も、原点復帰することなく精度よくナット部の位置を検出することができる。
【0011】
1回転で電圧が下限値から上限値まで変化する電圧発生器では、次の回転に移る時、上限値から下限値に一気に移れないため、360°より小さな範囲で電圧を発生するようにし、360°近傍は電圧を発生しない領域(これを不感帯と言う)を設ける。このようにすると1回転分の長さを測れなくなるので、電圧発生器を2つ設け、その発生する電圧の位相をずらし、一方が不感帯にかかるときは他方で測定するように2つの電圧発生器の発生電圧範囲の中央部内の電圧を交互に切り換えて測定する。これによりネジ部の1回転におけるナット部の移動距離を確実に測定することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は実施の形態の構成を示すブロック図である。ボールネジ1はネジ部2とナット部3より構成され、ネジ部2はモータ4によって左右両回りに回転する。ナット部3はモータ4の回転により、ストローク左限L、ストローク右限R間を往復する。ネジ部2の端部には多回転ポテンショメータ5aと1回転2ワイパーポテンショメータ5bとが取り付けられ、ネジ2の回転を検出する。ネジ部2を、例えば10回転するとナット部3がストローク左限Lからストローク右限Rへ移動するように設定されている場合、多回転ポテンショメータ5aは10回転で電圧の下限値(−10V)から上限値(10ボルト)まで直線に変化する。
【0013】
1回転2ワイパーポテンショメータ5bはほぼ1回転で電圧が下限値(−10V)から上限値(10V)まで変化する電圧発生器が2個設けられ、位相が180°ずれた2つの電圧を発生する。発生したアナログの電圧をディジタル値に変換するA/D変換部6により各ポテンショメータ5a,5bからの電圧がディジタル値に変換されてCPU7に入力される。多回転ポテンショメータ5aの発生電圧はストローク左限Lで−10V、ストローク右限Rで10Vとなるように調整してあり、発生電圧と、ストローク左限L(又はストローク右限R)からのネジ部2の回転数を表したテーブルをCPU7は内蔵している。CPU7は各ポテンショメータ5a,5bからの入力値とこのテーブルを用いてナット部3の位置を算出し、この位置が目標値とずれているときはコントローラ8に修正データを出力し、モータ4の動作を制御する。
【0014】
図2は1回転2ワイパーポテンショメータ5bの構成を示す図である。円環の一部を切り欠いた形状の抵抗11に切り欠き端から−10Vと10Vを印加する。中心から抵抗11上を摺動する第1アーム12aと、同様に抵抗11上を摺動する第2アームを12bが設けられ、これらは互いに180°位相がずれている。第1アーム12aはS1端に接続され、第2アーム12bはS2端に接続されており、各アーム12a,12bの回転位置に応じた電圧が発生する。円環の切り欠け部は電圧を発生しない不感帯となる。
【0015】
図3は1回転2ワイパーポテンショメータ5bの発生電圧を示し、(A)は電圧発生端S1,S2の発生電圧と不感帯とを示し、(B)は両電圧発生端S1,S2のうち、距離測定に使用する電圧の波形を示す。縦軸は発生電圧を示し、横軸はストローク左限Lからストローク右限Rまでの距離を示す。−10VとS1との間の電圧をS1端電圧、−10VとS2間との電圧をS2端電圧とすると両電圧は180°位相がずれて発生する。S1端電圧がS2端電圧より180°進んでいる。測定電圧はS1端、S2端発生電圧の下限と上限に近い電圧を用いず、中央部の電圧を用いる。これにより不感帯を避けることができる。CPU7はこのようにして両電圧を交互に選択する。(B)はこのようにして選択された波形を示す。なお、図2において、S2端に接続する第2アーム12bはナット部3がストローク左限Lにあるとき、下限電圧発生位置に設定し、第1アーム12aはこの下限電圧発生位置より180°進んだ位置、すなわち上限と下限電圧発生位置の中心位置(つまり電圧0Vとなる位置)に設定する。
【0016】
図4はS2端発生電圧とネジ部2の回転数をナット部3のストロークに対して表した図である。(A)はナット部3のストロークに対するS2端発生電圧を示し、(B)はナット部3のストロークに対する多回転ポテンショメータ5aの発生電圧とネジ部2の回転数を示す。S2端電圧がFとなった場合、ストローク下限Lからの距離K0は、電圧Fによって1回転以内の距離K1が得られ、この時の多回転ポテンショメータ5aの発生電圧発生から、この時までのネジ部2の回転数(この場合2回転)がわかり、この2回転に1回転当たりの長さを乗じて得たK2が得られ、K1とK2の和としてK0が得られる。しかし、この場合不感帯にかかったとき距離を測定できない。
【0017】
図5はS1端発生電圧とネジ部2の回転数をナット部3のストロークに対して表した図である。(A)はナット部(3)のストロークに対するS1端発生電圧を示し、(B)はナット部3のストロークに対する多回転ポテンショメータ5aの発生電圧とネジ部2の回転数を示す。図4に示したS2端発生電圧より距離を測定する場合は、ナット部3がストローク左限LのときS2端発生電圧が下限値となるように設定されている。これに対し、図5の場合はS1端の発生電圧はS2端発生電圧より180°進んでいるため、この0.5回転を考慮して、(B)に示すように回転数を0,0.5,1.5,2.5,……と言うように、多回転ポテンショメータ5aの出力と対応させる。これによりS1端の発生電圧がFのとき、ストローク下限Lからの距離K0は、電圧Fによって1回転以内の距離K1が得られ、この時の多回転ポテンショメータ5aの出力から、この時までの回転数(この場合2.5回転)がわかり、この2.5回転に1回転当たりの長さを乗じて得たK2が得られ、K1とK2の和としてK0が得られる。この場合も不感帯にかかったときの距離は測定できない。
【0018】
更に回転数が0と示されている範囲においては、S1端の発生電圧Cは0Vから10Vを示す。この電圧は180°、つまり0.5回転進んだ位置を示すので、この修正を行う。すなわちこの範囲においてはS1端発生電圧Cから10V減じた値の電圧を用いて距離を算出する。
【0019】
図6はナット部3のストロークに対する多回転ポテンショメータ5aと1回転2ワイパーポテンショメータ5aとの出力を表した図である。1回転2ワイパーポテンショメータ5bの波形は図3(B)に示す波形で、S1波とS2波共中央部の電圧(−5V〜5V)を発生する範囲を交互にとった状態を表す。多回転ポテンショメータ5aの電圧Eがわかるとその時S2波が対応しており、これにより多回転ポテンショメータ5aの電圧がわかれば、S1端電圧、S2端電圧のいずれを測定電圧にするかが一意に決まる。
【0020】
以上により、図4と図5の(B)に示す多回転ポテンショメータ5aの出力と回転数の関係および図6に示す多回転ポテンショメータ5aの出力とS1端、S2端との関係をテーブルにしておき、CPU7のメモリに記憶しておく。図4,図5に示す距離測定方法は不感帯にかかった場合、それぞれ単独では測定できなくなるが、図3で説明したようにS1端とS2端の発生電圧の内、中央部の電圧を測定電圧として用いることにより不感帯を回避した測定を行うことができる。本実施の形態の場合、S1端とS2端の電圧は180°ずれており、発生電圧は−10V〜10Vの範囲であるので、測定値として採用する電圧は−5V〜5Vの範囲となる。
【0021】
次にCPU7によりナット部3の位置を算出する方法を説明する。図6に示すように、多回転ポテンショメータ5aからは電圧Eが入力され、1回転2ワイパーポテンショメータ5bからはS1端電圧とS2端電圧が入力されている。CPU7は記憶しているテーブルから電圧Eに基づいてS1端またはS2端のいずれの電圧を用いるか決定し、その決定に応じて、図4、図5(B)に示した回転数を求め、S1端またはS2端の電圧とから図4、図5で説明した方法によりナット部3の位置を演算する。これにより従来の1回転2ワイパーポテンショメータ5b単独の場合のように原点復帰しなくても常にナット部3の位置を測定することができる。
【0022】
実施の形態では、S1端電圧とS2電圧は180°の位相を有する場合について説明したが、不感帯を避けるような位相差とすればよい。また多回転ポテンショメータ5aは10回転でナット部3の一方の限界Lから他方の限界Rに対応するとしたが、これに限定される必要はない。また発生電圧は−10V〜10Vの場合について説明したが、この電圧に限定される必要はない。
【0023】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、多回転ポテンショメータにより基準位置からの回転数を求め、1回転2ワイパーポテンショメータにより1回転以内の正確な位置を求め、回転数と1回転以内の位置とから基準位置からのナット部の位置を測定する。これによりストロークの大きい場合でも高精度の位置決めが可能となる。さらに1回転ポテンショメータを単独に使用した場合必要となる電源投入時等の原点復帰も不要であり、装置の取扱も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】1回転2ワイパーポテンショメータの構成を示す図である。
【図3】1回転2ワイパーポテンショメータの発生電圧を示し、(A)はS1端、S2端の発生電圧と不感帯を示し、(B)はS1端、S2端の発生電圧のうち、不感帯を避けた電圧を交互に取って合成した電圧を示す。
【図4】S2端発生電圧と多回転ポテンショメータの発生電圧および回転数との関係を示す図である。
【図5】S1端発生電圧と多回転ポテンショメータの発生電圧および回転数との関係を示す図である。
【図6】多回転ポテンショメータと1回転2ワイパーポテンショメータの出力を示した図である。
【図7】従来の多回転ポテンショメータを用いたボールネジのナット部の位置測定装置を示す図である。
【図8】多回転ポテンショメータのストロークと出力との関係を示す図である。
【図9】従来の1回転2ワイパーポテンショメータを用いたボールネジのナット部の位置測定装置を示す図である。
【符号の説明】
1 ボールネジ
2 ネジ部
3 ナット部
4 モータ
5a 多回転ポテンショメータ
5b 1回転2ワイパーポテンショメータ
6 アナログ/ディジタル変換器
7 CPU
8 コントローラ
9 リミットスイッチ
Claims (1)
- ボールネジのネジ部の回転からナット部の移動位置を検出する位置検出装置において、
ネジ部の所定回転数でナット部が一方の限界位置から他方の限界位置まで移動し、
該所定回転数で発生電圧が下限値から上限値まで変化し、ナット部の一方の限界位置が発生電圧の下限値となるように設定された第1ポテンショメータと、
該第1ポテンショメータの発生電圧とナット部の一方の限界位置からのネジ部の回転数との関係を表すテーブルと、
ネジ部の1回の回転で発生電圧が下限値から上限値までの電圧を発生し、ナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整された第2ポテンショメータと、
前記第1ポテンショメータの発生電圧より前記テーブルを用いてネジ部の回転数を求め、この回転数と前記第2ポテンショメータの発生電圧とからナット部の位置を算出する演算部とを備え、
前記第2ポテンショメータは、前記ネジ部が1回転する毎に、発生電圧が下限から上限値に変化し、その後上限から下限値に移るまでの間、無電圧になる2つの電圧発生器を有し、この2つの電圧発生器の電圧位相は所定値ずれており、一方の電圧発生器はナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整されており、
前記2つの電圧発生器のうち選択すべき電圧発生器が前記第1ポテンショメータの発生電圧から一義的に定められるように、第1ポテンショメータの発生電圧と前記2つの電圧発生器との関係がさらに前記テーブルに表されており、
前記演算部は、前記テーブルを用い第1ポテンショメータの発生電圧に基づいて、第1ポテンショメータの発生電圧の上昇に伴い前記2つの電圧発生器の発生電圧範囲の中央部内の電圧を交互に選択し、これにより前記無電圧の不感帯を避けて、第1ポテンショメータの発生電圧と前記選択された電圧発生器の電圧とから前記ナット部の位置を算出することを特徴とする位置検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05114896A JP3676482B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05114896A JP3676482B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 位置検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09243306A JPH09243306A (ja) | 1997-09-19 |
JP3676482B2 true JP3676482B2 (ja) | 2005-07-27 |
Family
ID=12878746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05114896A Expired - Lifetime JP3676482B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3676482B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11533988B2 (en) | 2019-10-28 | 2022-12-27 | Ergotron, Inc. | Systems and methods for lift force estimation |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6312077B2 (ja) * | 2014-01-08 | 2018-04-18 | アルプス電気株式会社 | 回転角検出装置 |
-
1996
- 1996-03-08 JP JP05114896A patent/JP3676482B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US11533988B2 (en) | 2019-10-28 | 2022-12-27 | Ergotron, Inc. | Systems and methods for lift force estimation |
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