JP5213327B2 - 振動機械の変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定方向以外に振動する振動機械の変位測定装置に係り、特に、プレス機のラム位置をリニアエンコーダで直接制御する際に用いるのに好適な、振動機械の変位測定装置に関する。

工作機械の相対変位部材の直線的な変位を検出するものとして、例えば特許文献１に記載されたようなユニット型のリニアエンコーダが知られている。これは、図１（横断面図）及び図２（要部の縦断面図）に示す如く、相対移動部材の一方、例えば、工作機械のベッド１０に固定される、断面がＣ字状のフレーム２２の内部に、例えば透過型の光学スケール２４が保持されたスケールユニット２０と、相対移動する他方の部材に固定されるヘッド３０が備えられている。該ヘッド３０の動きは、腕部３２、及び、検出器３６をスケール２４に対して押付けるための片持ばね３４を介して、検出器３６に伝えられる。該検出器３６は、ローラベアリング３８により前記スケール２４上を案内される。

一方近年、プレス機のような振動機械においても、リニアエンコーダでラム位置を直接制御することによって、負荷の変化によらず安定したラムの位置制御を可能にすることが考えられている（非特許文献１参照）。

特開昭５８−１６１８１０号公報 林精一「曲げ角度センサ付きＡＣサーボドライブプレスブレーキ」プレス技術第４２巻第６号（２００４年６月号）５０−５３頁

しかしながら、従来のユニット型リニアエンコーダをプレス機械に取付けると、ベース側の振動エネルギに対して片持ばね３４の押付力が負けて、検出器３６が浮き上がり、誤計数が発生することがあるという問題を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、プレス機のような測定方向以外に振幅の大きな振動が発生する振動機械であっても、誤計数を発生することなく測定可能な変位測定装置を提供することを課題とする。

本発明は、測定方向以外に振動する振動機械の変位測定装置において、相対変位部材の一方に固定されるスケール及び直動ガイドと、前記スケールと対向するよう、前記直動ガイドのスライダに固定される検出器と、前記スライダと相対変位部材の他方を回動自在に連結するリンクと、を備え、前記スライダに回動自在に連結された前記リンクを、更に回動面に対して垂直方向に傾動可能として、この傾動によりプレス機等の振動機械の測定方向以外の振動を吸収可能にすることにより前記課題を解決したものである。

又、前記相対変位部材の他方に回動自在に連結された前記リンクを、さらに回動面に対して垂直方向に傾動可能として、この傾動によりプレス機等の振動機械の測定方向以外の振動を吸収可能としたものである。

又、前記スライダ及び前記相対変位部材の他方に回動自在に連結されたリンクにおける各回転軸は、互いにほぼ直交する関係として、プレス機等の振動機械の測定方向以外の直交する２方向の振動成分を吸収可能としたものである。即ち、リンクが長いほど吸収できる振動を大きくでき、ｄ（振動変位）≒ｒ（リンクの長さ）×θ（傾動可能角度）となる。このとき、リンクがリニアエンコーダの測定方向と平行になっている状態からｄだけ振動変位すると、リンクの傾動角度θ＝ｄ／ｒとなり、従って、測定方向にリンクが変位する量δは、δ＝tanθとなる。このδが測定誤差となる。

本発明は、又、前記スケールと検出器からなるエンコーダをアブソリュートエンコーダとしたものである。

本発明によれば、ユニット型リニアエンコーダの代りに、スケールと検出器が別体とされたセパレート型リニアエンコーダを用いて、スケールを相対変位部材の一方に固定し、検出器を該相対変位部材の一方にレールが固定された直動ガイドのスライダに固定したので、片持ばねが不要となり、スケールと検出器が非接触で、検出器が直動ガイドと剛構造で結合され、その剛性分まで、検出器とスケール間に振動による相対変位は発生しない。従って、測定方向以外の振動による誤計数を発生することなく振動機械の変位を測定可能となる。

同様に、プレス機械のように激しい衝撃により、アブソリュートエンコーダの電源が瞬間的に切れてしまう等、電源や電気回路上の不具合が発生したとしても、プレス機械の上死点等の所定位置に戻った際に再起動させれば、アブソリュートエンコーダは直ちに絶対位置の検出が可能であるので、プレス機械等の振動機械をリセット動作させる必要もなく続けて稼動させることができる。また、アブソリュートエンコーダであれば、インクリメンタルエンコーダのようにミスカウントが生じたまま、それに気が付かずプレス機械等の製造装置を運転し続けて、不良品を大量に製造してしまうという恐れも無く、高い信頼性の製造装置を構成することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図３に示す如く、プレス機４０の下金型４２に対する上金型４４の変位を検出するべく、プレス時に振幅の大きな相対変位が発生するアプライト４６とラム４８間に、図４（横断面図）、図５（正面図）及び図６（側面図）に詳細に示す如く設けられる。

即ち、図４に良く示される如く、プレス機４０のラム４８に取付けられるラム側ブラケット４９には、反射型のスケール５０及び直動ガイドのレール５２が固定される。一方、検出器５６は、前記レール５２上を摺動する直動ガイドのスライダ５４に固定される。

そして、該スライダ５４は、図５及び図６に良く示される如く、両端が回動自在とされたリンク６０を介してプレス機４０のアプライト４６に取付けられるアプライト側ブラケット４７に連結される。

前記リンク６０の両端には、ジョイントとして、平面型のロッドエンドベアリング６２、６４が設けられるとともに、その中間には該ロッドエンドベアリング６２、６４の向きを変えるための回転角調整用ジョイント６６、６８が設けられている。

本実施形態において、例えばアプライト４６側にプレスによる振動があっても、スケール５０と検出器５６は非接触であり、スケール５０は直動ガイドのスライダ５４と剛構造で連結されているため、リンク６０の揺動で吸収され、直動ガイドの剛性分まで、スケール５０と検出器５６間に、振動による変位は発生せず、誤計数も発生しない。又、ラム４８側に振動がある場合は、スケール５０をアプライト４６側に取付けることにより同様な効果が得られる。

本実施形態においては、リンク６０の両端にロッドエンドベアリング６２、６４を設けるとともに、中間に回転角調整用ジョイント６６、６８を設けているので、取り付けが容易である。なお、ジョイント６６、６８を省略したり、ロッドエンドベアリング６２、６４をいずれか一方のみとすることも可能である。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態は、図７に示す如く、リンク６０両端のジョイントとして、第１実施形態のロッドエンドベアリング６２、６４の代りに、滑り軸受の球面ジョイント７２、７４を用いて、回転角調整用ジョイント６６、６８を不要としたものである。図において、７０は球面ジョイント保持用のブラケットである。

前記球面ジョイント７２、７４は、図８に詳細に示す如く、リンク６０の端部に螺合される受け座７６と、該受け座７６内側の錐状面と係合する半球状部７８と、該半球状部７８を前記受け座７６と係合させるためのヒンジピン８０と、該ヒンジピン８０と半球状部７８の間に介装された皿ばね８２と、前記半球状部７８のカバー８４とから主に構成される。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。

本実施形態は、図９に示す如く、リンク６０両端のジョイントとして、第１実施形態のロッドエンドベアリング６２、６４の代りに、滑り軸受の球面ジョイント９２、９４を用いて、回転角調整用ジョイント６６、６８を不要としたものである。図において、９０は球面ジョイント保持用のブラケットである。

前記球面ジョイント９２、９４は、図１０に詳細に示す如く、リンク６０の端部に螺合される球面部９６と、該球面部９６の球面９６Ａと係合する受け座９８と、前記球面部９６の先端に設けられたねじ９６Ｂと螺合するナット１００と、該ナット１００と受け座９８の間に介装された皿ばね１０２と、固定用のボルト１０４とから主に構成される。

なお、スケールと検出器から構成されるリニアエンコーダは、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ（絶対位置エンコーダ）で構成できる。特にアブソリュートエンコーダで構成した場合は、スケールと検出器の相対速度にかかわらず絶対位置を検出可能である。従って、例えばプレス機械のように激しい衝撃により瞬間的に大きな振動が発生して、スケールと検出器間に極めて大きな相対速度が生じたとしても、アブソリュートエンコーダであれば常に正しい位置を検出可能であるという極めて顕著な効果が得られる。

又、適用対象もプレス機に限定されず、測定方向以外に振動が発生する振動機械一般に同様に適用できる。

従来のユニット型エンコーダの構成を示す横断面図 同じく要部を示す縦断面図 本発明の適用対象の一例であるプレス機の構成を示す正面図 本発明の第１実施形態のプレス機への取り付け状態を示す横断面図 同じく正面図 同じく側面図 本発明の第２実施形態のプレス機への取り付け状態を示す横断面図 第２実施形態の球面ジョイントを示す断面図 本発明の第３実施形態のプレス機への取り付け状態を示す横断面図 第３実施形態の球面ジョイントを示す断面図

符号の説明

４０…プレス機
４２…下金型
４４…上金型
４６…アプライト
４７…アプライト側ブラケット
４８…ラム
４９…ラム側ブラケット
５０…スケール
５２…レール（直動ガイド）
５４…スライダ（直動ガイド）
５６…検出器
６０…リンク
６２、６４…ロッドエンドベアリング
６６、６８…回転角調整用ジョイント
７２、７４、９２、９４…球面ジョイント

Claims (11)

1. 測定方向以外に振動する振動機械の変位測定装置において、
   相対変位部材の一方に固定されるスケール及び直動ガイドと、
   前記スケールと対向するよう、前記直動ガイドのスライダに固定される検出器と、
   前記スライダと相対変位部材の他方を回動自在に連結するリンクと、
   を備え、
   前記スライダに回動自在に連結された前記リンクは、更に回動面に対して垂直方向に傾動可能であることを特徴とする振動機械の変位測定装置。
2. 前記相対変位部材の他方に回動自在に連結された前記リンクは、更に回動面に対して垂直方向に傾動可能であることを特徴とする請求項１に記載の振動機械の変位測定装置。
3. 前記スライダ及び前記相対変位部材の他方に回動自在に連結されたリンクにおける各回転軸は、互いにほぼ直交する関係であることを特徴とする請求項２に記載の振動機械の変位測定装置。
4. 前記リンクの少なくとも一端にジョイントが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の振動機械の変位測定装置。
5. 前記ジョイントがロッドエンドベアリングであることを特徴とする請求項４に記載の振動機械の変位測定装置。
6. 前記リンクの中間に、前記ジョイントの向きを変えるための回転角調整用ジョイントが設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の振動機械の変位測定装置。
7. 前記ジョイントが球面ジョイントであることを特徴とする請求項４に記載の振動機械の変位測定装置。
8. 前記振動機械がプレス機である請求項１乃至７のいずれかに記載の振動機械の変位測定
   装置。
9. 前記相対変位部材の一方がアプライト、他方がラムである請求項８に記載の振動機械の変位測定装置。
10. 前記スケールと検出器からなるエンコーダがアブソリュートエンコーダであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の振動機械の変位測定装置。
11. 前記スケールと検出器からなるエンコーダがインクリメンタルエンコーダであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の振動機械の変位測定装置。

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