JP3780670B2 - ロータ識別装置を有した遠心機 - Google Patents
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Description
本発明は、遠心機のクラウン等に載置される複数個のロータの個々の種類を識別するロータ識別装置を有する遠心機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
遠心機チャンバ内のクラウン等に載置され使用されるロータが複数の種類に及ぶ場合、ロータ固有の最高回転数、慣性モーメント、ロータ内の試料の温度管理のためのロータの温度制御係数等の把握が遠心機側で必要なため、ロータの種類を識別する装置が必要とされていた。
【0003】
従来のアルミニューム等の非磁性体金属を材質とするロータアダプタに識別子となる凹凸を設け、この凹凸の感知を渦電流センサを用いて行い、凹凸の配置パターンによりロータを識別する装置では、凹凸による金属表面と渦電流センサヘッドとのエアギャップの変化により渦電流センサヘッドと協同して発振する発振回路の出力信号の発振周波数が変化するのを、フィルタの周波数に対する減衰特性を利用し周波数電圧変換器として用い、上記出力信号の周波数変化を電圧信号の変化に変換し、予め定められた比較電圧値との大小を比較することにより凹凸を検出し、この凹凸の配置パターンをコード化することによりロータを識別していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来におけるロータ識別装置では、上記発振回路の発振周波数の変化は、ロータアダプタに形成された凹凸と渦電流センサヘッドの間のエアギャップの変化以外に、渦電流センサヘッドが配置される遠心機チャンバ内の温度の変化、或いは製品のばらつきによるロータアダプタと渦電流センサヘッドとの相対距離の個々の違いに起因する環境、条件等の変化により、渦電流センサヘッドのインダクタンスが増減し発振周波数が変化するため、ロータアダプタに形成された凹凸による周波数の変化がフィルタの周波数減衰帯域から外れた領域にある場合は、周波数が変化しても周波数電圧変換器の出力電圧が変化せず、この凹凸が検知できないという問題があった。
【0005】
また、この発振周波数の変化がフィルタの周波数減衰帯域内で行われ、上記凹凸による周波数の変化が電圧の変化として変換される場合においても、上記検出環境、条件の変化により電圧が増減するため、予め定められた比較電圧値以外の電圧領域で変化する時には凹凸を検出することができず、配置パターンをコード化できないという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、上記問題を解消し、遠心機チャンバ内の温度の変化、或いは製品のばらつきによるロータアダプタと渦電流センサヘッドとの相対距離の個々の違い等の検出環境、条件が変化してもロータアダプタに形成された凹凸を確実に検知し、信頼性の高い且つ安定したロータ識別装置を有する遠心機を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、識別子となるロータの表面に設けられた凹凸を感知する渦電流センサヘッドと、上記渦電流センサヘッドと協同し発振する発振回路と、上記発振回路の発振周波数を電圧に変換する周波数電圧変換器と、上記周波数電圧変換器の出力信号から識別子を検出する識別子検出手段と、上記発振回路の発振周波数を測定する手段と、上記発振回路の発振周波数を制御する手段とを設け、ロータ識別動作開始直前に発振回路の発振周波数を測定し、この結果から発振周波数を制御する手段により前記発振回路の発振周波数をフィルタの周波数減衰帯域内の適切な所定の周波数に設定することにより達成される。
【0008】
また、上記目的は、前記識別子を感知するセンサヘッドを備え、前記ロータ識別子の配置パターンの認識は識別子検出手段とメモリを用い、前記センサヘッドのセンサ出力信号をA/Dコンバータでデジタル値に変換し、ロータ1周分の該デジタル値を前記メモリに記憶し、記憶した前記デジタル値を基に2値化コードを決定し、該2値化コードにより前記ロータ識別子のロータ回転円周上の配置パターンの識別を行うパターン識別手段を設けることにより達成される。
【0009】
本発明の具体的実施例を以下図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明になるロータ識別装置を有する遠心機を示すブロック回路図であり、1は識別するロータ、2はロータ1の底面に装着されたアルミニューム等を材質とした円筒形のロータアダプタ、3はロータアダプタ2の底面の円周上に設けた識別子となる穴識別子、4は穴識別子3と対向する位置に据え付けたインダクタで構成される識別子を感知するセンサヘッドとなる渦電流式のセンサヘッド、5は渦電流センサヘッド4と協同して発振する発振回路である。6は発振回路5の周波数を電圧に変換する周波数電圧変換器であり、発振回路5の発振出力を増幅器13で増幅し、シュミットトリガ14を介し振幅を一定とした方形波に変換し、方形波信号を分周器15により2分周し、バンドパスフィルタとなるフィルタ16で方形波信号の周波数の値に対応して減衰させ、積分器17を介し直流電圧に変換し、増幅器18で電圧の増幅を行う。周波数電圧変換器6の電圧出力は、穴識別子3が設けられた凹部とロータアダプタ2の平面のままの状態の凸部とから成る凹凸パターンを検出するマイクロコンピュータ(以下CPUと称す)から成る識別子検出手段7に入力される。8は発振回路5の発振周波数を計測する手段と成るカウンタであり、シュミットトリガ14が出力する方形波信号をカウントする、例えば日本電気製μPD71054等のプログラマブルカウンタで構成される。9は発振回路5の発振周波数を制御する手段と成るD/Aコンバータ等の出力電圧が制御可能な電圧制御器であり、カウンタ8及びD/Aコンバータ9の制御はCPU7により行われる。10は周波数電圧変換器6の出力電圧をデジタル値に変換し記憶する手段と成るCPU7に内蔵されたA/Dコンバータ及びメモリーであり、11はロータ1の回転角を検出するためのロータリエンコーダ19とカウンタ20から構成される角度検出器である。A/Dコンバータ及びメモリー10は角度検出器11の信号出力に同期して動作し、周波数電圧変換器6の出力電圧をデジタル値に変換し記憶する。CPU7はこのデジタル値を基にして2値化値を算出し、この2値化値により上記のデジタル値の2値化演算を行い識別子3の配置パターンを識別するパターン識別手段と成る。
【0010】
次に、本実施例におけるロータ識別装置を有する遠心機の動作を図2乃至図15を用いて説明する。なお、図2乃至図15においては、図1と同一の機能の部分には同一の番号を符してある。
【0011】
図2はロータ1の識別のためにロータ1の底面に取り付けられたロータアダプタ2に設けた穴識別子3の配置パターンを示しており、ロータ1の回転軸を中心としたロータアダプタ2の同一円周上に、例えば15等分した等角間隔の格子点上に穴識別子3が配置し、AからOの格子点上の塗りつぶした円で示したB、C、E、H、I、J、K、M、Oの位置に9個の穴識別子3が設け、破線の円で示したA、D、F、G、L、Nの位置は穴識別子を設けずロータアダプタ2のそのままの底面としている。
【0012】
図4は渦電流センサヘッド4と協同して発振する発振回路5の具体的実施例を示す構成図である。図4の25、26、27、28、29はそれぞれセンサヘッド4と共にコルピッツ形の発振器を構成するトランジスタ、抵抗器、コンデンサであり、24はキャパシタンスが調節可能な可変容量ダイオードである。D/Aコンバータ9の出力電圧を制御し、可変容量ダイオード24のバイアス電圧を調整することにより、可変容量ダイオード24のキャパシタンスを変化させ、発振回路5全体のキャパシタンスを変えるようになっており、センサヘッド4のインダクタとの共振において発振周波数を変更することができる。
【0013】
図5はフィルタ16の周波数に対する減衰率を示した一例であり、本実施例においては中心周波数f0を455KHzとしたバンドパスフィルタを使用し、P−Q間の太線で示した高減衰領域のサイドスロープを利用し、分周器15の出力方形波を減衰し積分器17を介し直流電圧に変換し、発振回路5の出力信号の周波数の変化を電圧の変化に変換する。図5に於いてfiはロータ識別動作開始前の分周器15の出力方形波の初期周波数を例示したものである。遠心機チャンバ内の温度変化、遠心機の個々の製品のばらつきによるロータアダプタ2とセンサヘッド4との相対距離の変化等による検出環境、条件の変化により、センサヘッド4のインダクタンスが変化し発振回路5の発振周波数が変化するためfiは常時一定の周波数とはならない。一例として、fiがバンドパスフィルタのPQ間以外の中心周波数f0の近傍にある状態から、穴識別子3の有無により発振回路5の発振周波数が変化する場合は、分周器15の出力方形波周波数はf0近傍の無減衰領域内で変化し変換後の直流電圧は変化せず、また、fiがP−Q間を外れた高い周波数領域にある状態から同様に発振回路5の発振周波数が変化する場合は、変換後の直流電圧の変化は微少なものとなり、識別子3の存在を電圧変化として検知することが困難となる。従って、穴識別子3の存在を検知する上で、分周器15の周波数の変動がこれらの環境、条件の変化により上記サイドスロープ上を外れず分周器15の周波数変化と積分器17の直流電圧変化との関係に直線性を持たせることが必要であり、本実施例では、ロータ識別動作直前に発振回路5の発振周波数をカウンタ8を介しCPU7により測定し、D/Aコンバータ9の出力電圧を調整し、分周器15の出力方形波の初期周波数fiが目標周波数となるfcとして例えば467KHzになるように、発振回路5の発振周波数をその2倍の934KHzに制御設定することにより、環境、条件が変化しても穴識別子3の有無の安定した検知を実現している。
【0014】
図6は本実施例によるD/Aコンバータ9の出力電圧に対する発振回路5の発振周波数を示している。可変容量ダイオード24は、アノードに対するカソードの電圧、即ち逆バイアス電圧が大きいほどキャパシタンスが小さくなるため、D/Aコンバータ9の出力電圧の大小により発振回路5の発振周波数を制御している。従って、D/Aコンバータ9の出力電圧が高い時は可変容量ダイオード24の逆バイアス電圧は低くなるから、可変容量ダイオード24のキャパシタンスは大きくなり発振回路5は低い周波数で発振し、逆にD/Aコンバータ9の出力電圧が低い時は発振回路5の発振周波数は高くなる。
【0015】
図7はCPU7によるロータ識別動作直前の発振回路5の発振周波数を目標設定周波数fcに制御する処理のフローチャートを示すものであり、ROM22に示す記憶装置に予め定められた処理手順が記憶されている。図7の処理101は発振回路5の発振周波数をカウントするカウンタ8のカウント値の初期化及びカウンタ8の起動処理であり、処理102により所定時間、例えば20msesのタイムインターバルを経た後、処理103に進み処理101での初期値からダウンカウントされたカウント値の読み出し処理を行い、処理104に進み処理103でのカウント値とカウント時間を基に発振回路5の発振周波数を算出する。処理105は目標補正周波数fcと発振回路5の発振周波数fとの差分Δfを演算し、判断106により周波数差分の絶対値が200Hz以下であれば発振回路5の発振周波数自動補正処理を終え、周波数差分Δfの絶対値が200Hzを超えている場合は処理107に進み、処理107では周波数差分Δfを基にD/Aコンバータ9の出力電圧のデジタル値の比例演算処理を行い、D/Aコンバータ9の出力電圧の増減デジタル値となるΔHvを、例えば発振回路5の発振周波数fが目標補正周波数fcよりも大きく周波数差分Δfが正の値であれば、発振回路5の発振周波数fを減少させるようにΔHvをΔfの大きさに応じた正の値とし、一方、fがfcよりも小さくΔfが負の値であれば、発振回路5の発振周波数を増加させるため、ΔHvを周波数差分の大きさに応じた負の値に決定し、処理108ではD/Aコンバータ9が出力する電圧の現在のデジタル値Hvに処理107で演算された増減デジタル値ΔHvを加算することによりD/Aコンバータ9に出力するデジタル値を確立し、処理109においてD/Aコンバータ9の出力電圧の変更処理を実行し、処理101に戻り以後上記の行程を繰り返すことにより発振回路5の発振周波数の自動補正を行う。
【0016】
本実施例では周波数の電圧変換手段としてフィルタ16をバンドパスフィルタを例に挙げ説明したが、これに限らずローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等の周波数に対して減衰特性を持つものやF/Vコンバータ等の周波数の電圧変換装置であれば利用可能であることは、本発明の思想から明白である。また、発振回路5の周波数の制御手段はD/Aコンバータ9に限らずデジタルポテンショメータ等の抵抗分圧比をCPU7から制御でき、電圧値が変えれるものであれば同様に本発明の目的が達成されるものである。
【0017】
図3において、VADは図2に示す穴識別子3の配置パターンに対応するCPU7のA/Dコンバータ10の入力信号波形を示すものであり、センサヘッド4の対向する位置に図2に示すAのロータアダプタ2のそのままの底面がある状態からインバータ23によりモータ21が回転駆動されロータ1が回転する場合のA/Dコンバータ10の入力信号の電圧変化の様子を図示するものである。ロータアダプタ2の底面Aとセンサヘッド4が対向する位置関係にある状態で、ロータ識別動作前に発振回路5の発振周波数の自動補正を行うことにより、図5に示した分周器15の出力方形波の初期周波数fiは目標補正周波数fcに近づき、この時のA/Dコンバータ10の入力電圧はVADiとなる。モータ21の回転駆動によるロータ1の回転に伴い、センサヘッド4の対向する位置にBの穴識別子が差し掛かると、エアギャプの増加により分周器15の出力方形波の周波数は減少しフィルタ16の減衰率も低下するためVADはVADiからVADHに増加する。一方、センサヘッド4の対向する位置にCの穴識別子3がある状態から回転駆動する場合も同様に発振回路5の発振周波数を初期化補正し、回転に伴いセンサヘッド4の対向する位置にロータアダプタ2の底面であるDが差し掛かかると、エアギャプの減少に伴い分周器15の出力方形波の周波数は増加するため、VADはVADiよりも減少した値となる。
【0018】
従って、VADは図2に示す識別子3の配置パターンを穴識別子では高い電圧として、ロータアダプタ2の底面では低い電圧として出力され、いずれの場合においてもフィルタ16の目標補正周波数となるfcを中心として高減衰領域のサイドスロープP−Q間の周波数の範囲内にあり、ロータアダプタ2の識別子3の凹凸の状態とセンサヘッド4のエアギャプに対応した電圧信号として出力され安定且つ確実な穴識別子3の検出が行われる。
【0019】
図8はロータ1及びロータアダプタ2の角度検出器11となるロータリエンコーダ19とその信号出力をカウントするカウンタ20の具体的実施例を示すブロック回路図であり、ロータリエンコーダ19の2相信号出力φA及びφBは積分回路30、31を経た後、シュミットトリガインバータ32、33を介して74HC175等のフリップフロップ34の1段目のD入力端子に入力され、フリップフロップ34のクロック入力端子には発振器35からクロック信号が供給されている。フリップフロップ34の2段目のD入力端子は1段目のQ出力にそれぞれ接続されており、1段目のQ出力と2段目のQ出力には74HC86等の排他的論理和を取るゲート(以下イクスクルーシブオアゲートと称す)36、38の入力端が接続されており、2相信号φA及びφBについての1段目のフリップフロップのQ出力にイクスクルーシブオアゲート37の入力端が接続され、これらのゲート36、38の出力は74HC158等のデータセレクタ39の入力端1A及び2B、2A及び1Bに接続され、ゲート37の出力はデータセレクタ39のセレクト入力端Sに入力されている。データセレクタ39の反転出力端1Y、2Yはイクスクルーシブオアゲート40に入力され、このゲートの出力端はCPU7の割り込み入力端子IRQに接続され、データセレクタ39の反転出力端1Y、2Yはそれぞれ74HC00等のナンドゲート41、42で構成されるRーSフリップフロップの入力端に接続され、ナンドゲート42の出力はCPU7のP0ポートに入力される。
【0020】
図9は図8のブロック回路図の動作状態を模擬的に示すタイムチャート図であり、ロータ1を識別するためにロータ1をオペレータの手、或いはモータ21を回転駆動させることにより回転させ、前記CPU7のA/Dコンバータ10の入力信号(図9のヘ)のA/D変換とロータアダプタ2の位置の確認をCPU7が行う時、図中のイ、ロで示すようにシュミットトリガインバータ32、33からロータリエンコーダ19の2相信号の反転信号がフリップフロップ34に入力されると、例えばロータ1が時計方向回転時にはデータセレクタ39の1Y出力端から図中のハに示すように2相信号のエッジが現れる度に発振器35のクロックパルス幅の論理「0」レベルの信号が出力され、この時のデータセレクタ39の2Y出力端は論理「1」レベルに保てたれている(図9のニ)から、CPU7の割り込み入力端子IRQにはイクスクルージブオアゲート40で論理が反転された図中のトに示す信号が送られ、一方P0ポート入力信号(図9のホ)は、ロータリエンコーダ19の回転方向を示す信号となり、この状態では論理「0」レベルの信号が送られる。
【0021】
図9のタイムチャートは図2に示す穴識別子のあるOの位置からロータ1を反時計方向に回転させ、ロータアダプタ2の底面となるAの位置で停止し、後に時計方向に回転させOの位置を通過した時の図8のブロック回路図の動作状態を示すものと同様であり、本実施例においてCPU7のA/Dコンバータ10は図9のヘに示すロータ1の回転時のA/Dコンバータ入力信号の電圧のサンプリング動作を、IRQ入力信号(図9のト)の立ち下がりエッジに同期して行うため、ロータ1の回転位置に対応した識別子3の存在をA/Dコンバータ入力信号の電圧の高低として検知することができる。
【0022】
図10はCPU7がその割り込み入力端子IRQ及び入力ポートP0を基にA/Dコンバータ10の入力信号のA/D変換処理と、ロータ1の回転角に対応したA/D変換値のサンプリング処理のフローチャートを示すものであり、ROM22に示す記憶装置に予め定められた処理手順が記憶されている。図10において処理201はA/Dコンバータ入力信号のA/D変換値とA/D変換値の大きさに関する頻度を格納するメモリ12(以下RAMと称す)のイニシャライズを実行する処理であり、A/D変換値のメモリ内格納状態を例示する図11を参照すると、ロータリエンコーダ19の1回転あたりの出力パルス数が例えば120パルス/1回転であれば、カウンタ20により4倍の480パルス/1回転の分解能となるため、2バイトのA/D変換値の1回転中で格納される960アドレスの0からN番地の範囲のRAM12のA/D変換値格納エリアを「0」で埋め、また、A/D変換値頻度のメモリ格納状態を示す図12を参照すると、A/D変換値頻度格納エリアは、A/D変換値の大きさを256段階に分け、A/D変換値の大きさに対応する頻度を記憶するためものであり、A/D変換値の大きさに対応したMからM+256番地までのRAM12の256バイトのA/D変換値頻度格納エリアを全て「0」で埋める処理を行い、この後に処理202によりIRQ入力端子の入力信号を発生要因とする割り込みを許可し、処理203のモータ21の回転起動処理を実行することにより、例えばロータ1が20min~1で回転し、CPU7は以降IRQ入力端子の入力信号の立ち下がりエッジに起因して割り込み処理を実行され、処理207によりCPU7のA/Dコンバータ10が起動される。A/Dコンバータ10のA/D変換動作が終了するとA/D変換終了割り込みが発生し、A/D変換終了割り込み処理の処理208でA/D変換値の確立処理が実行され、処理209はA/D変換値の大きさに関する頻度をRAM12のA/D変換値頻度格納エリアのA/D変換値の大きさに対応したアドレスのデータを+1インクリメントし書き込む処理であり、例えば「0」”から「3FF」までのA/D変換値を4で除算し、この結果をA/D変換値頻度格納エリア先頭アドレスとなるM番地に加算したアドレスのデータを+1インクリメントする処理を行い判断210に進む。判断210によりP0ポートの信号入力状態をチェックし、論理「0」であればロータ1が時計方向に回転しているから、処理211に進みRAM12のA/D変換値格納エリアのA/D変換値格納先アドレスの+2インクリメントを実行し、処理213に進み処理211により決定されたRAM12の格納先アドレスにA/D変換値を書き込む処理を実行する。同様にして、判断210によりP0ポートの信号入力状態をチェックし、論理「1」であればロータ1が反時計方向に回転しているから、処理212に進みA/D変換値の格納先アドレスの−2デクリメントを実行し、処理213に進む。なお、処理211でインクリメント前のアドレスが既にRAM12のA/D変換値格納エリアの最高段となるN番地であればアドレスを最小段となる0番地とし、同様に処理212でデクリメント前のアドレスが0番地の最小段であればアドレスをN番地の最高段とする処理が行われる。判断214はロータ1が1回転しRAM12のA/D変換値格納エリアの全エリアにA/D変換値が書き込まれたことをチェックし、全エリア書き込み完了時に処理215に進み、A/D変換値頻度格納エリアのA/D変換値の大きさの頻度を基にA/D変換値の最大、最小値の中間値となる図3のVSFに示すような2値化用比較値を求める。判断204はA/D変換値格納エリアの書き込みの完了と2値化用比較値の確立をチェックするものであり、処理205ではRAM12のA/D変換値格納エリアに格納された個々のA/D変換値と2値化用比較値との大小を比較し、A/D変換値が大きく穴識別子3を検知している時は論理値「1」とし、A/D変換値が小さくロータアダプタ2の底面を検知している時は論理値「0」とする2値化を実行し、図3のロータ1の回転に伴う2値化演算結果を図示した2値化信号に示すように穴識別子3の有無による配置パターンの2値化コードを確立する。処理206では上記の2値化コードを基にロータの識別コードを決定する処理を実行する。
【0023】
本実施例では、A/D変換値のヒストグラムを基にA/D変換値の最大、最小値の中間値となる2値化用比較値を生成することにより2値化コードを求めたが、ロータアダプタ2の回転位置に対する底面の面ぶれ、穴識別子3の偏心等に起因するA/Dコンバータ10の入力信号の変動に対応するため、図13のフローチャートに示すロータアダプタ2の同一円周上の等角間隔に分割された各々の角度間隔に対応するA/D変換値について、勾配の有無をチェックし穴識別子の存在を検知することにより2値化コードを求めることも可能であり、図13において処理301は穴識別子の存在によりA/D変換値が増大するため、RAM12のA/D変換値格納エリアのA/D変換値格納先アドレスの0番地から、n番地とn+2インクリメント番地とのデータの差分をチェックすることにより、ロータ1の回転に伴う最初の穴識別子3の存在を示すA/D変換値の立ち上がりを検出する処理を実行する。処理302はロータアダプタ2の同一円周上の等角間隔に分割された各々の等角間隔に対応するデータにおいて、立ち上がり、立ち下がりの有無を検知する処理であり、例えば1回転あたり15分割された等間隔角度中のA/D変換値は32データとなるため、15分割された各々の32個のA/D変換値について、立ち上がり及び立ち下がりを検知することで穴識別子3の存在を検出する。処理303は処理302に基づき穴識別子3を検知している時は論理値「1」とし、ロータアダプタ2の底面を検知している時は論理値「0」とし、穴識別子3の存在を記憶する処理であり、処理304では次の等角間隔に対応するためにA/D変換値格納先アドレスのインクリメントを実行する。なお、インクリメントされたA/D変換値格納先アドレスがA/D変換値格納エリアの最高段となるN番地を超える場合は、0番地に戻り超えた分を0番地に加算する処理を行い、処理301でのA/D変換値の立ち上がりを検出した時のアドレスまでインクリメントを実行する。判断305はA/D変換値格納先アドレスのインクリメントの結果により、全ての分割された等間隔角度のA/D変換値についての立ち上がり及び立ち下がりの検知の終了をインクリメントされたA/D変換値格納先アドレスにより判断する処理であり、終了と判断した場合に処理306に進み、未終了で処理302に戻る。処理306では処理303によるロータ1の回転位置に対応する穴識別子3の存在を示す論理値により、穴識別子の配置パターンの2値化コードを確立する。
【0024】
図14は図2に示す穴識別子の配置パターンの2値化コードを読み出し位置を異ならせて示した図であり、以下、図14により本実施例でのロータの識別方法を説明する。図14においてNo.1は読み出し位置が図2のAの場合、No.2は読み出し位置がBの場合、同様にしてNo.15はOにそれぞれ対応する。例えば図2に示す穴識別子の配置パターンをAから時計回りに読み出すと「01101 00111 10101」の「1」、「0」から構成される15ビットの2進数表現の識別コードとなる。この時先頭から5ビット単位で16進数で表現すると「0D 07 15」となり、先頭からの10ビット「0D 07」を分類コード、末尾5ビットの「15」を分類コードのチェックコードとする。計算チェックコードの生成は、2進数の「11111」から分類コードを構成する2つの2進数「01101」、「00111」を減算し、この場合「11111」−「01101」で「10010」、「10010」−「00111」で「01011」となり、「01011」の5ビットでの2の補数を取り「10101」となり、16進数表現で「15」とする計算方法により、この場合、チェックコードと計算チェックコードが一致するために識別コードとして正当性を持つ。
【0025】
しかし、識別コードの読み出し位置はAから開始するとは限定できず、例えばBの位置から読み出す場合もあるため、この場合は図14のNo.2で示したAの位置から読み出したNo.1の識別コードに対し15ビットの識別コードを1ビット左にローティトシフトした識別コードの構成となり、分類コードは「1A0F」チェックコードは「0A」と読み出され、上記の計算方法による計算チェックコードは「0A」となりチェックコードと計算チェックコードが一致し、一方Cの位置から読み出した場合は、分類コードは「14 1E」チェックコードは「15」と読み出され、計算チェックコードは「13」となりチェックコードと計算チェックコードが一致せず、Cの位置からの読み出しは不当であることが判る。同様にしてNo.15まで読み出し位置を順次変えて読み出すと、No.1、2、7、8、9でチェックコードと計算チェックコードが一致する。図4のこの例ではチェックコードと計算チェックコードがNo.1、2、7、8、9で一致するするため一意的に分類コードが特定できないが、「0D 07」、「1A 0F」、「0F 0A」、「1E 15」、「1D 0B」の5種類の識別コードを同一のロータのコードとして扱うことにより、穴識別子の配置パターンが異なる他のロータの識別コードとの区別が可能である。
【0026】
図15は5つの穴識別子で配置パターンを構成し、分類コードを図14とは異なる場合の例を示したものであり、この場合、上述の方法によるチェックコードと計算チェックコードはNo.1のみで一致するため、分類コードは「01 03」であると識別でき、通常はこの種のパターンを用いる。
【0027】
以上本実施例では、ロータアダプタ2がアルミニューム等の非磁性体金属の場合を例にとり説明したが、ロータアダプタ2が鉄等の磁性体の場合でも渦電流センサの周波数が変化するため、この方法が適用される。なお、渦電流センサヘッド4が磁性体に近接するときは磁性体の抵抗成分等が増大し発振信号の振幅が減衰するから、この場合には、増幅器13は出力信号の大きさが入力信号の大きさが変化してもほぼ一定になる自動利得調節機能を有する増幅器を用い、後段の分周器15による分周機能が損なわれないようにする構成にする。
【0028】
本発明の実施例を用いてロータの過回転防止を図った場合について以下に説明する。
【0029】
図16は、本発明になる遠心機のロータ識別装置と異なる他のロータ識別装置とを組み合わせ、安全性の確保のため、いかなる部品の単一故障に対してもロータの過回転防止を図る場合の実施例を示したものであり、図1と同一の機能を持つ部分には同一の番号が符してあり、上記した実施例と構成が異なる他方のロータ1のロータ識別装置としては、特開平8−108098号公報に記載されているものと同様である。ロータ1の回転軸中心には、角度θをなす角度にマグネット等の識別子43とこの識別子43を検出するホール素子、磁気抵抗素子等のマグネットセンサからなる識別子検出センサ44を設け、制御装置45に信号が送られている。
【0030】
図16において47は交流電源等の電源、55はモータ21とインバータ23を結ぶエネルギ供給線であり、49は電源47からのインバータ23への給電を遮断する第1の遮断装置であり、54はインバータ23からモータ21へのエネルギ供給を遮断する第2の遮断装置であり、遮断装置49、54はモータ21の回転エネルギの供給路に対して互いに直列に配置されている。50は上記実施例のロータ1の識別機能を含み、更にモータ21の回転数制御及びロータ1の過回転防止機能を有する制御装置であり、エンコーダ19の信号出力からモータ21すなわちロータ1の実回転数RRPMを計測、把握し、制御線51を介してインバータ23に制御信号を出力し所定の回転数にモータ21を制御すると共に、センサヘッド4及び穴識別子3からロータ1を識別した結果より求めたロータ1の最高許容回転数RMAX1をロータ1の回転数が超えたと判断すると、制御線52を介して49、54の遮断装置に接続されるノアゲート48、53に遮断信号を出力し、電源47からのインバータ23への給電を遮断すると共にインバータ23からモータ21を切り離すようになっている。
【0031】
図17は図16のA−A線に沿う断面図であり、図16と同一機能の部分には同一の番号が符してある。図18はロータ1が回転中の1回転に識別子検出センサ44が出力する信号の様子を表したものであり、マイクロコンピュータを内蔵する制御装置45は、ロータ1回転に於けるパルスの出力周期T、TH及びTLからロータ1の実回転数RRPM、種類コードID0、種類コードから割り出される最高許容回転数RMAX2(RMAX1に等しい)を演算し、実回転数RRPMが最高許容回転数RMAX2を超えたと判断すると、ノアドゲート48、53に接続される信号線46を介して遮断装置49により電源47からのインバータ23への給電を遮断し、及び遮断装置54によりインバータ23からのモータ21へのエネルギ供給を遮断するようになっている。
【0032】
従って、ロータ1の回転駆動を独立した2重の防護手段により保護し、いかなる部品の単一故障に対してもロータ1の過回転防止を図ることができる。
【0033】
本発明によれば、ロータ表面に設けられた識別子となる凹凸を感知する渦電流センサヘッドと、渦電流センサヘッドと協同し発振する発振回路と、発振回路の発振周波数を電圧に変換する周波数電圧変換器と、電圧の変動からこの凹凸を検知する装置と、発振回路の発振周波数を検出する周波数検出器と、前記発振回路の周波数を制御する手段とを設け、ロータ識別開始直前に周波数検出器により発振回路の発振周波数を検出し、発振回路の発振周波数を制御する手段により発振回路の発振周波数を予め定められた周波数に初期設定するようにしたので、センサヘッドの温度及びエアギャップの製品機体差による発振周波数のばらつきを補正し、凹凸による発振周波数の変動をフィルタの減衰特性のサイドスロープ上で行われるようになり、周波数の変動と電圧変動との関係に直線性を持たせることができるため、遠心機チャンバ内の温度の変化、或いは製品のばらつきによるロータアダプタと渦電流センサヘッドとの相対距離の個々の違い等の検出環境、条件が変化してもロータアダプタに形成された凹凸を確実に検知し、信頼性の高い且つ安定したロータ識別装置を有する遠心機を提供することができる。
【0034】
また、ロータ識別子を感知するセンサヘッドを備え、前記ロータ識別子の配列パターンの認識は識別子検出手段とメモリを用い、前記センサヘッドのセンサ出力信号をA/Dコンバータでデジタル値に変換し、ロータ1周期分の該デジタル値を前記メモリに記憶し、記憶した前記デジタル値を基に2値化コードを決定し、該2値化コードにより前記ロータ識別子のロータ回転円周上の配置パターンの識別を行うようにしたので、識別誤りを極力排除でき、識別の信頼性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になる遠心機のロータ識別装置を示すブロック回路図。
【図2】 本発明になる穴識別子の配置を示すパターン図。
【図3】 本発明になる穴識別子の配置パターンに対するA/Dコンバータの入力信号及び2値化用比較値、2値化演算結果を示す図。
【図4】 本発明になる渦電流センサヘッドと協同して発振する発振回路の具体的実施例を示す構成図。
【図5】 本発明になるフィルタの周波数に対する減衰率を示す図。
【図6】 本発明になるD/Aコンバータの出力電圧に対する発振回路の発振周波数の変化を示す図。
【図7】 本発明になるCPUによる発振回路の発振周波数の制御処理を示すフローチャート。
【図8】 本発明になるカウンタの具体的実施例を示すブロック回路図。
【図9】 本発明になるカウンタの動作状態を示すタイムチャート。
【図10】 本発明になるCPUのロータの識別処理を示すフローチャート。
【図11】 本発明になるA/D変換値のメモリ格納状態を示す図。
【図12】 本発明になるA/D変換値の頻度のメモリ格納状態を示す図。
【図13】 本発明になるCPUの2値化演算処理を示すフローチャート。
【図14】 本発明になる穴識別子の配置パターン読み出し位置を異ならせた場合を示す図。
【図15】 本発明になる穴識別子の他の配置パターン読み出し位置を異ならせた場合を示す図。
【図16】 本発明になる他の実施例を示す図。
【図17】 図16に示すA−A線断面図。
【図18】 本発明になるロータの回転中の1回転に出力される信号の様子を示す図。
【符号の説明】
1はロータ、3は識別子、4はセンサヘッド、5は発振回路、6は周波数電圧変換器、7は識別子検出手段、8は発振周波数を測定する手段、9は発振周波数を制御する手段、10は角度検出器の出力信号と同期してデジタル値に変換し記憶する手段、11は角度検出器である。
Claims (2)
- 遠心機に載置される複数のロータの個々の種類をロータ表面に設けた識別子を検出し識別するロータ識別装置を有する遠心機において、前記識別子を感知するセンサヘッドと、該センサヘッドと協同して発振する発振回路と、該発振回路の出力信号を電圧に変換する周波数電圧変換器と、該周波数電圧変換器の出力信号から識別子を検出する識別子検出手段と、前記発振回路の発振周波数を測定する手段と、前記発振回路の発振周波数を制御する手段とを備え、前記識別子検出手段によりロータ識別動作を開始する前に前記発振周波数を測定する手段及び前記発振回路の発振周波数を制御する手段とにより前記発振回路の発振周波数を予め定められた所定の周波数に設定することを特徴としたロータ識別装置を有する遠心機。
- 遠心機に載置される複数のロータの個々の種類をロータの回転中心を中心として同一円周上に設けられた識別子の配置パターンを識別するロータ識別装置を有する遠心機において、前記識別子を感知するセンサヘッドを備え、前記ロータ識別子の配置パターンの認識は、識別子検出手段とメモリを用い、前記センサヘッドのセンサ出力信号をA/Dコンバータでデジタル値に変換し、ロータ1周分の該デジタル値を前記メモリに記憶し、記憶した前記デジタル値を基に2値化コードを決定し、該2値化コードにより前記ロータ識別子の配置パターン識別を行うパターン識別手段を設けたことを特徴とするロータ識別装置を有する遠心機。
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