JP5742265B2 - Physical quantity measuring device for rotating member, machine tool and vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、フライス盤、マシニングセンタ等の各種工作機械の主軸、或いは、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する回転側軌道輪部材の如く、高荷重を受けつつ高速で回転する回転部材の変位量と、この回転部材に作用する荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を測定する為に利用する。 The present invention provides a displacement amount of a rotating member that rotates at a high speed while receiving a high load, such as a main shaft of various machine tools such as a milling machine and a machining center, or a rotating bearing member constituting a rolling bearing unit for supporting a wheel of an automobile. And a physical quantity of at least one of the load acting on the rotating member.
例えば、工作機械の主軸は、先端部に刃物等の工具を固定した状態で高速回転し、加工台上に固定した被加工物に、切削等の加工を施す。前記主軸を回転自在に支持したハウジングである主軸頭(ヘッド)は、この被加工物の加工の進行に伴って、所定方向に所定量だけ移動し、この被加工物を、所定の寸法及び形状に加工する。この様な加工作業時、前記主軸頭の移動速度を適正にする事が、加工能率を確保しつつ、前記工具の耐久性及び前記被加工物の品質を確保する為に必要である。即ち、前記移動速度が速過ぎると、前記工具に無理な力が加わり、この工具の耐久性が著しく損なわれるだけでなく、前記被加工物の表面性状が悪化したり、著しい場合にはこの被加工物に亀裂等の損傷が発生したりする。逆に、前記移動速度が遅過ぎると、前記被加工物の加工能率が徒に悪化する。 For example, the spindle of a machine tool rotates at a high speed with a tool such as a blade fixed at the tip, and performs processing such as cutting on the workpiece fixed on the processing table. A spindle head (head), which is a housing that rotatably supports the spindle, moves by a predetermined amount in a predetermined direction as the workpiece is processed, and the workpiece has a predetermined size and shape. To process. In such a machining operation, it is necessary to ensure the moving speed of the spindle head in order to ensure the durability of the tool and the quality of the workpiece while ensuring the machining efficiency. That is, if the moving speed is too high, an excessive force is applied to the tool, and not only the durability of the tool is remarkably impaired, but also the surface property of the work piece is deteriorated or, Damage such as cracks may occur in the workpiece. On the contrary, when the moving speed is too slow, the processing efficiency of the workpiece is easily deteriorated.
前記主軸頭の移動速度の適正値は一定ではなく、工具の種類(大きさ)、被加工物の材質や形状により大きく変わる為、前記移動速度を一定としたまま、この移動速度を適正値に維持する事は難しい。この為、前記工具を固定した主軸に加わる荷重を測定する事により、前記移動速度を適正値に調節する事が、従来から知られている。即ち、工具により被加工物に切削等の加工を施す際には、加工抵抗により、この工具及びこの工具を固定した主軸に荷重が加わる。この加工抵抗、延いてはこの主軸に加わる荷重は、前記移動速度が速くなる程大きくなり、逆に、この移動速度が遅くなる程小さくなる。そこで、前記荷重が所定範囲に収まる様に、前記移動速度を調節すれば、この移動速度を適正範囲に収める事ができる。 The appropriate value of the spindle head movement speed is not constant, but varies greatly depending on the type (size) of the tool and the material and shape of the work piece. Therefore, the movement speed is kept constant while keeping the movement speed constant. It is difficult to maintain. For this reason, it is conventionally known that the moving speed is adjusted to an appropriate value by measuring the load applied to the main spindle to which the tool is fixed. That is, when a work such as cutting is performed on a workpiece with a tool, a load is applied to the tool and the main shaft to which the tool is fixed due to processing resistance. The machining resistance, and hence the load applied to the main shaft, increases as the moving speed increases, and conversely decreases as the moving speed decreases. Therefore, if the moving speed is adjusted so that the load falls within a predetermined range, the moving speed can be kept within an appropriate range.
又、この移動速度等、他の条件を同じとした場合に前記荷重は、前記工具の切削性(切れ味)が劣化する程大きくなる。そこで、前記移動速度との関係で前記荷重の大小を観察すれば、前記工具が寿命に達した事を知る事ができて、寿命に達した不良工具で加工を継続する事による、歩留まりの悪化を防止できる。又、前記荷重を、前記移動速度等、他の加工条件と関連付けて継続的に観察する事により、最適な加工条件を見出して、省エネルギ化や工具の長寿命化に繋げる事もできる。更に、継続的観察により、工具破損等の事故発生時に、その原因を特定する事もできる。 In addition, when other conditions such as the moving speed are the same, the load increases as the cutting property (sharpness) of the tool deteriorates. Therefore, by observing the magnitude of the load in relation to the moving speed, it is possible to know that the tool has reached the end of its life, and deterioration in yield due to continuing processing with a defective tool that has reached the end of its life. Can be prevented. In addition, by continuously observing the load in association with other machining conditions such as the moving speed, it is possible to find the optimum machining conditions and lead to energy saving and long tool life. Furthermore, by continuous observation, the cause of an accident such as tool breakage can be identified.
この様な目的で、工作機械の主軸等の回転軸に加わる荷重(切削抵抗)を測定する為の装置として従来から、例えば特許文献1に記載された構造のものが知られている。この特許文献1に記載された荷重測定装置は、水晶圧電式の荷重センサを複数個、荷重の作用方向に対して直列に配置し、これら各荷重センサの測定信号に基づいて、切削工具を支持固定した回転軸に加わる荷重(切削抵抗)を測定する様に構成している。この様な特許文献1に記載された荷重測定装置の場合、高価な水晶圧電式の荷重センサを使用する為、荷重測定装置全体としてのコストが嵩む事が避けられない。
For such a purpose, a device having a structure described in
一方、特許文献2には、水晶圧電式の荷重センサに比べて低コストで調達できる、磁気式のエンコーダとセンサとにより構成する、荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関する発明が記載されている。例えば特許文献2の段落[0066]〜[0068]には、図33に示す様なエンコーダ1を使用して、このエンコーダ1を同心に支持した回転部材の軸方向に関する変位量、延いてはこの回転部材に加わるアキシアル荷重を測定する技術が記載されている。
On the other hand,
前記エンコーダ1は、鋼板等の磁性金属板を円筒状に形成して成るもので、それぞれが特性変化部である、1対ずつの透孔2a、2bから成る、複数の特性変化組み合わせ部3、3を、円周方向に関して等間隔に配置している。これら各特性変化組み合わせ部3、3を構成する、前記両透孔2a、2bの、前記エンコーダ1の軸方向に対する傾斜角度は、絶対値が互いに等しく、且つ、正負の符号(傾斜方向)が互いに逆になっている。この様なエンコーダ1は、工作機械の主軸の如き回転部材の一部に、この回転部材と同心に固定する。これと共に、この回転部材に隣接する部分に設けられた静止部材の一部に、磁気検知式のセンサを支持した状態で、このセンサの検出部を、前記エンコーダ1の外周面に微小隙間を介して近接対向させる。
The
この状態で、前記主軸と共に前記エンコーダ1が回転すると、前記センサの検出部が、被検出面である、このエンコーダ1の外周面を走査する。このエンコーダ1の外周面の磁気特性は、前記各透孔2a、2bの存在により円周方向に変化している為、前記エンコーダ1の回転に伴って前記センサの出力信号が変化する。例えば、このセンサの検出部が前記エンコーダ1の外周面のうち、図34の(a)の鎖線イ位置を走査すると、このセンサの出力信号が、この図34の(b)に示す様に変化する。この図34の(b)で、円周方向に隣り合う1対の特性変化組み合わせ部3、3の円周方向片側(同図に於ける左側)の透孔2a、2aに基づいて発生する1対のパルス間の周期を全周期L1とする。又、同じ特性変化組み合わせ部3を構成する1対の透孔2a、2bに基づいて発生する1対のパルス間の周期を部分周期δ1とする。前記センサの検出部が前記鎖線イ位置を走査する場合には、この部分周期δ1と前記全周期L1との比であるパルス周期比δ1/L1は、比較的小さな値となる。これに対して、前記センサの検出部が図34の(a)の鎖線ロ位置を走査すると、このセンサの出力信号が、この図34の(c)に示す様に変化する。そして、部分周期δ2と全周期L2との比であるパルス周期比δ2/L2は、比較的大きな値となる。
In this state, when the
この様に、前記センサの出力信号に関するパルス周期比δ/Lは、このセンサの検出部が走査する、前記エンコーダ1の外周面の軸方向位置(被検出面の幅方向位置)により変化する。そして、この軸方向位置は、エンコーダを固定した回転部材の軸方向変位により変化する。従って、前記センサの出力信号を処理する為の演算器に、前記回転部材の軸方向変位量を算出する為の式を組み込んだソフトウェアをインストールしておけば、前記演算器により、前記パルス周期比δ/Lに基づいて、前記回転部材の軸方向変位量を算出できる。又、この回転部材が、予圧を付与された転がり軸受により回転自在に支持されていた場合、この回転部材の軸方向変位量は、この回転部材に加わるアキシアル荷重の大きさに応じて変化する。言い換えれば、この回転部材に加わるアキシアル荷重と、この回転部材の軸方向変位量との間には、反復・再現性のある相関関係が存在する。そして、この相関関係は、転がり軸受の分野で広く知られている弾性接触理論により計算で求められる他、実験によっても求められる。従って、前記演算器に、前記相関関係を勘案した、前記アキシアル荷重を算出する為の式を組み込んだソフトウェアをインストールしておけば、前記演算器により、前記パルス周期比δ/Lに基づいて、前記回転部材に加わるアキシアル荷重を算出できる。 In this way, the pulse cycle ratio δ / L relating to the output signal of the sensor varies depending on the axial position of the outer peripheral surface of the encoder 1 (the width direction position of the detected surface) scanned by the detection unit of the sensor. And this axial position changes with the axial displacement of the rotating member which fixed the encoder. Accordingly, if software that incorporates an expression for calculating the axial displacement of the rotating member is installed in an arithmetic unit for processing the output signal of the sensor, the arithmetic unit calculates the pulse cycle ratio. Based on δ / L, the axial displacement amount of the rotating member can be calculated. Further, when the rotating member is rotatably supported by a rolling bearing to which a preload is applied, the axial displacement amount of the rotating member changes according to the magnitude of the axial load applied to the rotating member. In other words, there is a reproducible and reproducible correlation between the axial load applied to the rotating member and the axial displacement of the rotating member. And this correlation is calculated | required not only by calculation by the elastic contact theory widely known in the field of a rolling bearing but also by experiment. Therefore, if software that incorporates an equation for calculating the axial load in consideration of the correlation is installed in the calculator, the calculator calculates the pulse period ratio δ / L based on the pulse period ratio δ / L. An axial load applied to the rotating member can be calculated.
ところで、上述した様なエンコーダ1と組み合わせて使用するセンサの出力信号を、主軸等の回転部材の回転速度を測定する為に利用できれば、この回転速度を測定する為の装置を別途設ける必要がなくなり、その分だけ、省スペース化及び低廉化を図れる。そこで、かかる利用の可否に就いて検討する。先ず、前記エンコーダ1に設けられた各透孔2a、2bのうちで、それぞれが円周方向に関して1つ置きに設けられた複数の透孔2a、2a(又は2b、2b)は、円周方向に関して等間隔に配置されている。又、これら各透孔2a、2a(又は2b、2b)の、前記エンコーダ1の軸方向に対する正負の符号をも考慮した傾斜角度は、それぞれ等しくなっている。即ち、これら各透孔2a、2a(又は2b、2b)の円周方向に関する間隔は、等間隔になっており、この間隔の大きさは、前記エンコーダ1の軸方向の何れの位置に於いても等しくなっている。従って、前記各透孔2a、2a(又は2b、2b)に基づいて発生したパルスの周波数(又は周期)は、前記エンコーダ1の外周面の軸方向位置によらず、前記回転部材の回転速度に比例(又は反比例)したものとなる。この為、このパルスの周波数(又は周期)に基づいて、前記回転部材の回転速度を測定する事ができる。
By the way, if the output signal of the sensor used in combination with the
ところが、前記各透孔2a、2a(又は2b、2b)に基づいて発生したパルスの周波数(又は周期)は、前記回転部材の回転速度とは別に、この回転部材に作用するアキシアル荷重の変動によっても変動する。即ち、前記各透孔2a、2a(又は2b、2b)は、前記エンコーダ1の軸方向に対して傾斜している。別な言い方をすれば、これら各透孔2a、2a(又は2b、2b)の円周方向に関する配置の位相は、前記エンコーダ1の軸方向に関して漸次変化している。この為、前記回転部材に作用するアキシアル荷重(前記センサの検出部が走査する、前記エンコーダ1の外周面の軸方向位置)が変動すると、前記各透孔2a、2a(又は2b、2b)に基づいて発生したパルスの位相が変動し、これに伴い、このパルスの周波数(又は周期)が変動する。この様なパルスの周波数(又は周期)の変動は、前記回転速度の測定精度を低下させる原因となる為、好ましくない。従って、この様な不都合が生じない構造を実現する事が望まれる。
However, the frequency (or period) of the pulse generated based on each of the through
本発明は、上述の様な事情に鑑み、回転部材の変位量とこの回転部材に作用する荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を測定する為に使用するセンサの出力信号に基づいて、前記回転部材の回転速度を精度良く測定できる構造を実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention is based on an output signal of a sensor used for measuring at least one physical quantity of a displacement amount of a rotating member and a load acting on the rotating member. The invention was invented to realize a structure capable of measuring the rotational speed of a member with high accuracy.
本発明の回転部材用物理量測定装置は、静止部材と、回転部材と、エンコーダと、センサと、演算器とを備える。
このうちの静止部材は、使用時にも回転しない。
又、前記回転部材は、それぞれが予圧を付与された複数の転がり軸受により、前記静止部材に対して回転自在に支持されている。
又、前記エンコーダは、前記回転部材の一部に支持固定されており、この回転部材と同心の被検出面を有する。この被検出面は、複数の特性変化組み合わせ部を円周方向に関して等間隔に配置したもので、これら各特性変化組み合わせ部は、前記被検出面の幅方向に対する正負の符号をも考慮した傾斜角度が互いに異なる1対の特性変化部を、前記被検出面の円周方向に離隔した状態で設けたものである。
又、前記センサは、その検出部を前記被検出面に対向させた状態で、前記静止部材に支持されている。そして、前記各特性変化組み合わせ部を構成する前記各特性変化部が、前記被検出面のうちで前記検出部が対向する部分を通過する瞬間に、出力信号を変化させる。
更に、前記演算器は、前記センサの出力信号を処理する。具体的には、円周方向に隣り合う1対の特性変化組み合わせ部の円周方向片側の特性変化部に基づいて発生する1対のパルス間の周期である全周期と、これら両特性変化部のうちの一方の特性変化部及び円周方向に関してこれら両特性変化部同士の間に配置された別の特性変化部に基づいて発生する1対のパルス間の周期である部分周期との比である、パルス周期比に基づいて、それぞれが前記被検出面の幅方向に関する、前記回転部材の変位量と、この回転部材に加わる荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を算出する。
又、本発明の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記エンコーダを磁性金属から造っている。
又、前記各特性変化組み合わせ部を構成する1対の特性変化部をそれぞれ、直線状の透孔又は凹溝としている。更に、これら両特性変化部のうち、円周方向に関して何れか一方の側に配置される特性変化部を、前記被検出面の幅方向に形成された、非傾斜特性変化部としている。これと共に、同じく円周方向に関して他方の側に配置される特性変化部を、前記被検出面の幅方向に対して所定角度だけ傾斜した方向に形成された、傾斜特性変化部としている。
The physical quantity measuring device for a rotating member of the present invention includes a stationary member, a rotating member, an encoder, a sensor, and a calculator.
Of these, the stationary member does not rotate during use.
The rotating member is rotatably supported with respect to the stationary member by a plurality of rolling bearings each provided with a preload.
The encoder is supported and fixed to a part of the rotating member and has a detected surface concentric with the rotating member. This detected surface has a plurality of characteristic change combination portions arranged at equal intervals in the circumferential direction, and each of these characteristic change combination portions has an inclination angle that also takes into account positive and negative signs with respect to the width direction of the detected surface. Are provided with a pair of characteristic change portions different from each other in the circumferential direction of the detected surface.
Further, the sensor is supported by the stationary member in a state where the detection portion faces the detected surface. Then, each of the characteristic change units constituting each of the characteristic change combination units changes the output signal at the moment of passing through a portion of the detected surface where the detection unit faces.
Further, the computing unit processes an output signal of the sensor. Specifically, the entire period which is a period between a pair of pulses generated based on a characteristic change part on one side in the circumferential direction of a pair of characteristic change combination parts adjacent in the circumferential direction, and both of these characteristic change parts A ratio between a characteristic change part and a partial period which is a period between a pair of pulses generated on the basis of another characteristic change part arranged between these characteristic change parts with respect to the circumferential direction. Based on a certain pulse cycle ratio, each calculates a physical quantity of at least one of the displacement amount of the rotating member and the load applied to the rotating member with respect to the width direction of the detected surface.
In the physical quantity measuring device for a rotating member according to the present invention, the encoder is made of a magnetic metal.
Further, the pair of characteristic change portions constituting each of the characteristic change combination portions is a straight through hole or a concave groove. Furthermore, of these two characteristic change parts, the characteristic change part arranged on either side with respect to the circumferential direction is a non-inclined characteristic change part formed in the width direction of the detected surface. At the same time, the characteristic changing portion arranged on the other side in the circumferential direction is an inclined characteristic changing portion formed in a direction inclined by a predetermined angle with respect to the width direction of the detected surface.
又、本発明の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記演算器に、前記物理量を算出する機能に加え、前記非傾斜特性変化部に基づいて発生する1対のパルス間の周期である全周期から、前記回転部材の回転速度を算出する機能、及び、この全周期が経過する毎に前記物理量の算出処理を実行するか否かを選択可能な機能を持たせる。 Further, in the case of the physical quantity measuring device for a rotating member according to the present invention, in addition to the function of calculating the physical quantity in the computing unit, the period between a pair of pulses generated based on the non-tilt characteristic changing portion. A function for calculating the rotation speed of the rotating member from all the cycles and a function for selecting whether or not to execute the physical quantity calculation processing every time the whole cycle elapses are provided.
この為に、例えば請求項2に記載した発明の様に、前記演算器に、前記全周期が経過する毎に、この全周期の積算値を求めさせる。これと共に、この積算値と予め設定された閾値とを比較させる。そして、この積算値がこの閾値を超えている場合にのみ、前記物理量の算出処理を実行させる。この場合に、前記積算値は、この物理量の算出処理が実行される際に零に戻されるものとする。
又、この場合に、好ましくは、請求項3に記載した発明の構成を採用する。具体的には、前記回転部材が最高回転速度で回転している状態で、前記全周期が経過してからこの全周期中に取得した情報を利用して前記物理量の算出処理を1回実行し終わるまでの間に要する時間を基準として、前記閾値を、この時間よりも長い時間とする。
For this purpose, for example, as in the invention described in
In this case, the configuration of the invention described in
或いは、上述した請求項2に記載した発明の構成に代えて、例えば請求項4に記載した発明の構成を採用する。具体的には、前記演算器に、前記全周期が経過する毎に、この全周期の経過回数を計測させる。これと共に、この経過回数と予め設定された規定回数とを比較させる。そして、これら経過回数と規定回数とが一致した場合にのみ、前記物理量の算出処理を実行させる。この場合に、前記経過回数は、この物理量の算出処理が実行される際に零に戻されるものとする。
又、この場合に、好ましくは、請求項5に記載した発明の構成を採用する。具体的には、前記回転部材が所定の定常回転速度で回転している状態での前記全周期をLSとし、この状態でこの全周期LSが経過してからこの全周期LS中に取得した情報を利用して前記物理量の算出処理を1回実行し終わるまでの間に要する時間をTSとした場合に、前記規定回数を、これらの比TS/LSの値よりも大きい自然数とする。
Alternatively, instead of the configuration of the invention described in
In this case, preferably, the configuration of the invention described in
又、本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項6に記載した発明の様に、前記エンコーダとして、周面を被検出面とした第一のエンコーダと、軸方向側面を被検出面とした第二のエンコーダとを設ける。これと共に、前記センサとして、その検出部を前記第一のエンコーダの被検出面に対向させた第一のセンサと、その検出部を前記第二のエンコーダの被検出面に対向させた第二のセンサとを設ける。 Further, when carrying out the present invention, preferably, as in the invention described in claim 6 , as the encoder, a first encoder having a circumferential surface as a detected surface, and an axial side surface as a detected surface. The second encoder is provided. At the same time, as the sensor, a first sensor whose detection portion faces the detection surface of the first encoder, and a second sensor whose detection portion faces the detection surface of the second encoder. And a sensor.
又、本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項7に記載した発明の様に、前記エンコーダとして、軸方向側面を被検出面としたものを設ける。これと共に、前記センサとして、それぞれの検出部を、前記エンコーダの被検出面のうちで円周方向に関して互いに異なる部分に対向させた、1対のセンサを設ける。 Further, when the present invention is carried out, preferably, as in the invention described in claim 7 , an encoder having an axial side surface to be detected is provided. At the same time, as the sensor, a pair of sensors is provided in which each detection unit is opposed to a portion different from each other in the circumferential direction on the detected surface of the encoder.
又、本発明の回転部材用物理量測定装置を実施する場合には、例えば請求項8に記載した発明の様に、前記静止部材を、工作機械を構成するハウジングとする。これと共に、前記回転部材を、この工作機械を構成する主軸とする。
本発明の工作機械は、この様な請求項8に記載した回転部材用物理量測定装置を備える。
又、本発明の回転部材用物理量測定装置を実施する場合には、例えば請求項10に記載した発明の様に、前記静止部材を、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する静止側軌道輪部材、又は、車体の一部を構成する部材とする。これと共に、前記回転部材を、前記車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する回転側軌道輪部材とする。
本発明の車両は、この様な請求項10に記載した回転部材用物理用測定装置を備える。
When the physical quantity measuring apparatus for a rotating member according to the present invention is implemented, the stationary member is a housing constituting a machine tool, for example, as in the invention described in claim 8 . At the same time, the rotating member is used as a main shaft constituting the machine tool.
The machine tool according to the present invention includes the physical quantity measuring device for a rotating member described in claim 8.
Further, when the physical quantity measuring device for a rotating member of the present invention is implemented, for example, as in the invention described in
The vehicle according to the present invention includes the physical measuring device for a rotating member described in
上述の様に構成する本発明の回転部材用物理量測定装置によれば、回転部材の変位量とこの回転部材に作用する荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を測定する為に使用するセンサの出力信号に基づいて、この物理量の変化の影響を受ける事なく、前記回転部材の回転速度を精度良く測定できる。
即ち、エンコーダの被検出面には、複数の非傾斜特性変化部が、円周方向に関して等間隔に配置されている。これら各非傾斜特性変化部は、前記被検出面の幅方向と一致する方向に形成されている。つまり、これら各非傾斜特性変化部の円周方向に関する配置の位相は、前記被検出面の幅方向に関して変化していない。この為、前記センサの出力信号のうち、前記各非傾斜特性変化部に基づいて発生したパルスの周波数(又は周期)は、前記物理量の値(前記センサの検出部が走査する、前記被検出面の幅方向位置)によらず、前記回転部材の回転速度にのみ対応して変化する。しかも、この回転速度が一定であれば、前記パルスの周波数(又は周期)は、前記物理量の値が変動している最中であっても、変動する事はない。従って、このパルスの周波数(又は周期)に基づいて、前記物理量の変化の影響を受ける事なく、前記回転部材の回転速度を精度良く測定する事ができる。
According to the physical quantity measuring device for a rotating member of the present invention configured as described above, the output of a sensor used for measuring at least one of the displacement amount of the rotating member and the load acting on the rotating member. Based on the signal, the rotational speed of the rotating member can be accurately measured without being affected by the change in the physical quantity.
In other words, a plurality of non-inclination characteristic changing portions are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the detection surface of the encoder. Each of these non-inclined characteristic changing portions is formed in a direction that coincides with the width direction of the detected surface. That is, the phase of the arrangement in the circumferential direction of each of the non-tilt characteristic changing portions does not change in the width direction of the detected surface. For this reason, among the output signals of the sensor, the frequency (or period) of the pulse generated based on each non-tilt characteristic changing unit is the value of the physical quantity (the detected surface scanned by the detecting unit of the sensor). Regardless of the position in the width direction), it changes corresponding to only the rotational speed of the rotating member. Moreover, if the rotational speed is constant, the frequency (or period) of the pulse does not change even when the value of the physical quantity is changing. Therefore, based on the frequency (or period) of this pulse, the rotational speed of the rotating member can be accurately measured without being affected by the change in the physical quantity.
又、本発明によれば、回転部材が高速回転する状態での物理量(変位量、荷重)の算出処理に異常が発生する事を防止しつつ、この物理量の測定に関する応答性(単位時間当たりの、この物理量の算出回数)を、前記回転部材の総ての回転速度範囲で十分に確保できる。この点に就いて、以下に詳しく説明する。 In addition, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of an abnormality in the calculation processing of the physical quantity (displacement amount, load) in a state where the rotating member rotates at a high speed, and to respond to the measurement of the physical quantity (per unit time) , The number of times this physical quantity is calculated) can be sufficiently ensured in the entire rotational speed range of the rotating member. This point will be described in detail below.
先ず、本発明の回転部材用物理量測定装置を構成する演算器は、基本的には、全周期が経過する毎に、前記物理量の算出処理を実行する。従って、この全周期が短くなれば、その分だけ、この物理量の測定に関する応答性が良好になる。一方、この全周期の長さは、被検出面に設ける特性変化組み合わせ部の数が多く(少なく)なる程、短く(長く)なる。従って、この被検出面に設ける特性変化組み合わせ部の数を多くすれば、その分だけ、前記物理量の測定に関する応答性を良好にできる。但し、前記全周期の長さは、前記回転部材の回転速度によっても変化する。即ち、この全周期の長さは、この回転部材の回転速度が高く(低く)なる程、短く(長く)なる。従って、前記被検出面に設ける特性変化組み合わせ部の数を多くすると、前記回転部材が高速回転する状態での全周期が短くなり過ぎて、前記演算器の処理能力が追い付かなくなる可能性がある。具体的には、先に実行し始めた物理量の算出処理が完了する前に、次の物理量の算出処理が開始され、この物理量の算出処理が重複して実行される可能性がある。この結果、1回毎の物理量の算出処理時間が長くなったり、著しい場合には、この物理量の算出処理が全く行えなくなったりする可能性がある。この様な異常の発生は、前記被検出面に設ける特性変化組み合わせ部の数を少なくする事によって、回避する事ができる。但し、この被検出面に設ける特性変化組み合わせ部の数を少なくすると、前記回転部材が低速回転する状態での全周期の長さが徒に長くなり、この状態での前記物理量の測定に関する応答性を十分に確保する事が難しくなる。 First, the arithmetic unit constituting the physical quantity measuring device for a rotating member according to the present invention basically executes the physical quantity calculation process every time the entire period elapses. Therefore, if this total period is shortened, the responsiveness relating to the measurement of the physical quantity is improved accordingly. On the other hand, the length of this entire cycle becomes shorter (longer) as the number of characteristic change combination portions provided on the detection surface becomes larger (smaller). Therefore, if the number of characteristic change combination portions provided on the detection surface is increased, the responsiveness regarding the measurement of the physical quantity can be improved accordingly. However, the length of the whole cycle also changes depending on the rotation speed of the rotating member. That is, the length of this whole cycle becomes shorter (longer) as the rotational speed of the rotating member becomes higher (lower). Therefore, if the number of characteristic change combination portions provided on the detected surface is increased, the entire period when the rotating member rotates at high speed becomes too short, and the processing capability of the computing unit may not be able to keep up. Specifically, before the physical quantity calculation process started first is completed, the next physical quantity calculation process may be started, and this physical quantity calculation process may be executed redundantly. As a result, there is a possibility that the calculation process time of the physical quantity for each time becomes long or, if it is remarkable, the calculation process of the physical quantity cannot be performed at all. The occurrence of such an abnormality can be avoided by reducing the number of characteristic change combination portions provided on the detected surface. However, if the number of characteristic change combination portions provided on the detection surface is reduced, the length of the entire cycle in the state where the rotating member rotates at a low speed becomes long, and the responsiveness regarding the measurement of the physical quantity in this state. It becomes difficult to secure enough.
これに対して、本発明によれば、例えば、前記回転部材が低速回転する状態では、前記物理量の算出処理を、前記全周期が経過する毎に毎回実行し、前記回転部材が高速回転する状態では、前記物理量の算出処理を、前記全周期が経過する毎に毎回は実行せず、何回かに1回の割合(前記物理量の算出処理が重複して実行されない間隔)で実行する様にできる。この様にすれば、前記被検出面に設ける特性変化組み合わせ部の数を多くする事によって、前記回転部材が低速回転する状態での前記物理量の測定に関する応答性を十分に確保でき、しかも、前記回転部材が高速回転する状態で、前記演算器の処理能力が追い付かなくなる事を防止できる。従って、この様にすれば、前記回転部材が高速回転する状態での物理量の算出処理に異常が発生する事を防止しつつ、この物理量の測定に関する応答性を、前記回転部材の総ての回転速度範囲で十分に確保できる。 On the other hand, according to the present invention , for example, in a state where the rotating member rotates at a low speed, the physical quantity calculation process is executed every time the entire period elapses, and the rotating member rotates at a high speed. Then, the physical quantity calculation process is not executed every time the entire period elapses, but is executed once every several times (interval at which the physical quantity calculation process is not executed redundantly). it can. In this way, by increasing the number of characteristic change combination portions provided on the detected surface, it is possible to sufficiently ensure the responsiveness related to the measurement of the physical quantity in a state where the rotating member rotates at a low speed, and It is possible to prevent the processing capability of the computing unit from catching up with the rotating member rotating at a high speed. Therefore, in this way, while preventing the occurrence of an abnormality in the physical quantity calculation process in a state where the rotating member rotates at a high speed, the responsiveness relating to the measurement of the physical quantity can be improved with respect to all rotations of the rotating member. Sufficiently secured within the speed range.
又、本発明を実施する場合に、請求項6に記載した発明の構成を採用すれば、第一のセンサの出力信号のパルス周期比に基づいて、回転部材の軸方向変位量とこの回転部材に軸方向に加わるアキシアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を算出できる。これと共に、第二のセンサの出力信号のパルス周期比に基づいて、前記回転部材の径方向変位量とこの回転部材に径方向に加わるラジアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を算出できる。 Further, when the present invention is implemented, if the configuration of the invention described in claim 6 is adopted, the axial displacement amount of the rotating member and the rotating member are determined based on the pulse period ratio of the output signal of the first sensor. The physical quantity of at least one of the axial loads applied in the axial direction can be calculated. At the same time, the physical quantity of at least one of the radial displacement amount of the rotating member and the radial load applied to the rotating member in the radial direction can be calculated based on the pulse cycle ratio of the output signal of the second sensor.
又、本発明を実施する場合に、請求項7に記載した発明の構成を採用すれば、被検出面の中心軸を中心とする、1対のセンサの検出部の相対配置角度がα度である場合に、これら両センサの出力信号のパルス周期比に基づいて、それぞれが回転部材に関する物理量である、互いの交差角度がα度である2方向のラジアル変位量及びラジアル荷重を測定する事ができる。 Further, when the present invention is implemented, if the configuration of the invention described in claim 7 is adopted, the relative arrangement angle of the detection portions of the pair of sensors around the central axis of the detected surface is α degrees. In some cases, based on the pulse period ratios of the output signals of both sensors, the radial displacement amount and the radial load in two directions, each of which is a physical quantity related to the rotating member and whose crossing angle is α degrees, can be measured. it can.
[実施の形態の第1例]
図1〜12により、請求項1〜3、8、9に対応する、本発明の実施の形態の第1例に就いて説明する。本例は、工作機械を構成する、回転部材である主軸4の軸方向変位量と、この主軸4に加わるアキシアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を測定する為の構造に、本発明を適用した例である。前記工作機械は、静止部材であるハウジング(主軸頭)5の内径側に前記主軸4を、多列転がり軸受ユニット6により回転自在に支持すると共に、電動モータ7により、前記主軸4を回転駆動自在としている。前記多列転がり軸受ユニット6を構成する複数個の転がり軸受8a〜8dのうち、先端寄りに配置した2個の転がり軸受8a、8bと、基端寄りに配置した2個の転がり軸受8c、8dとには、互いに逆向きの接触角を付与すると共に、これら各転がり軸受8a〜8dに、予圧を付与している。これにより、前記主軸4を前記ハウジング5に対して、ラジアル荷重及び両方向のアキシアル荷重を支承する状態で、がたつきなく、回転自在に支持している。前記工作機械の運転時には、前記主軸4の先端部(図1の左端部)に固定した工具(図示省略)を、適切な回転速度で回転させつつ被加工物に押し付け、この被加工物に、切削等の加工を施す。この様にして加工を施す際に、前記主軸4には、この被加工物に前記工具を押し付ける事の反作用として、各方向の荷重が加わる。本例の構造では、このうちの前記主軸4の軸方向に作用する、前記アキシアル荷重に基づく、この主軸4の軸方向の変位量(更に必要に応じてこのアキシアル荷重)を求められる様にしている。
[First example of embodiment]
A first example of an embodiment of the present invention corresponding to
この為に本例の場合も、前述した従来構造の場合と同様、図3〜4に示す様なエンコーダ1aと、図5に示す様なセンサユニット9を構成する単一のセンサ10との組み合わせを使用する。このうちのエンコーダ1aは、前記主軸4の中間部先端寄り部分で、前記多列転がり軸受ユニット6を構成する転がり軸受8b、8c同士の間に外嵌固定している。このエンコーダ1aは、内輪間座を兼ねるもので、鋼等の磁性金属により造り、全体を円筒状としている。そして、このエンコーダ1aに、複数の特性変化組み合わせ部3a、3aを、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各特性変化組み合わせ部3a、3aは、それぞれが特性変化部である、1対の直線状の透孔11a、11bを、前記エンコーダ1aの円周方向に離隔配置して成る。本例の場合には、これら両透孔11a、11bのうち、円周方向に関して一方の側(図4に於ける左側)に配置した透孔11aを、前記エンコーダ1aの軸方向(図4に於ける上下方向)に形成した、非傾斜特性変化部としている。これと共に、同じく円周方向に関して他方の側(図4に於ける右側)に配置した透孔11bを、前記エンコーダ1aの軸方向に対して所定方向に所定角度(好ましくは45〜85度程度、より好ましくは60〜83度程度、更に好ましくは75〜81度程度)だけ傾斜した方向に形成した、傾斜特性変化部としている。
Therefore, also in this example, as in the case of the above-described conventional structure, the combination of the
又、前記センサユニット9は、合成樹脂製のホルダ12の先端部に、前記センサ10を包埋して成る。このセンサ10は、前記エンコーダ1aに形成した、前記各透孔11a、11bの存在に基づいて出力信号が変化するものであり、検出部を構成するホールIC、ホール素子、MR素子、GMR素子等の磁気検知素子と、永久磁石とから成る。この様なセンサユニット9は、前記センサ10の検出部を、被検出面である、前記エンコーダ1aの外周面に近接対向させた状態で、前記ハウジング5に支持固定している。
The sensor unit 9 is formed by embedding the
上述の様な構成を有する本例の回転部材用物理量測定装置の場合も、前述した従来構造の場合と同様、前記主軸4と共に前記エンコーダ1aが回転すると、前記センサ10の検出部が、被検出面である、このエンコーダ1aの外周面を走査する。このエンコーダ1aの外周面の磁気特性は、前記各透孔11a、11bの存在により円周方向に変化している為、前記エンコーダ1aの回転に伴って前記センサ10の出力信号が変化する。例えば、このセンサ10の検出部がこのエンコーダ1aの外周面のうち、図6の(a)の鎖線イ位置を走査すると、このセンサ10の出力信号が、この図6の(b)に示す様に変化する。この図6の(b)で、円周方向に隣り合う1対の特性変化組み合わせ部3a、3aの円周方向片側(図6に於ける左側)の透孔11a、11aに基づいて発生する1対のパルス間の周期を全周期L1とする。又、同じ特性変化組み合わせ部3aを構成する1対の透孔11a、11bに基づいて発生する1対のパルス間の周期を部分周期δ1とする。前記センサ10の検出部が前記鎖線イ位置を走査する場合には、この部分周期δ1と前記全周期L1との比であるパルス周期比δ1/L1は、比較的小さな値となる。これに対して、前記センサ10の検出部が図6の(a)の鎖線ロ位置を走査すると、このセンサ10の出力信号が、この図6の(c)に示す様に変化する。そして、部分周期δ2と全周期L2との比であるパルス周期比δ2/L2は、比較的大きな値となる。
Also in the case of the physical quantity measuring device for a rotating member of this example having the above-described configuration, when the
尚、本発明を実施する場合には、パルス周期比を求める際の部分周期δとして、円周方向に隣り合う1対の特性変化組み合わせ部3a、3aの、円周方向に隣り合う1対の透孔11b、11aに関するパルス間の周期を採用する事もできる。この場合には、前記パルス周期比の大小が変化する方向が、上述した場合とは逆になる。又、パルス周期比を求める際の全周期Lとして、円周方向に隣り合う1対の特性変化組み合わせ部3a、3aの透孔11b、11bに関するパルス間の周期を採用する事もできる。
In the case of carrying out the present invention, a pair of characteristic
何れにしても、前記センサ10の出力信号に関するパルス周期比δ/Lは、このセンサ10の検出部が走査する、前記エンコーダ1aの外周面の軸方向位置(被検出面の幅方向位置)により変化する。このパルス周期比δ/Lにより、前記エンコーダ1aを固定した前記主軸4に関する物理量(軸方向に関する変位量とアキシアル荷重との一方又は双方)を求める原理に就いては、前述の図33〜34で説明した通りである。即ち、前記センサ10の出力信号を、図示しない演算器に送ると、この演算器が、予めインストールされたソフトウェア中の式により、前記パルス周期比δ/Lに基づいて、前記主軸4の軸方向に関する変位量を求める。更に、必要に応じて、この主軸4に加わるアキシアル荷重を求める。
In any case, the pulse cycle ratio δ / L related to the output signal of the
又、本例の場合、前記被検出面には、それぞれが非傾斜特性変化部である、複数の透孔11a、11aが、円周方向に関して等間隔に配置されている。これら各透孔11a、11aは、前記被検出面の幅方向と一致する方向に形成されている。つまり、これら各透孔11a、11aの円周方向に関する位相は、前記被検出面の幅方向に関して変化していない。この為、前記センサ10の出力信号のうち、前記各透孔11a、11aに基づいて発生したパルスの周期である全周期Lは、図6の(b)(c)に示したL1、L2が互いに等しく(L1=L2)なっている事からも分かる様に、前記物理量の値(前記センサ10の検出部が走査する、前記被検出面の幅方向位置)によらず、前記主軸4の回転速度にのみ対応して変化する。しかも、この回転速度が一定であれば、前記全周期Lは、前記物理量の値が変動している最中であっても、変動する事はない。従って、前記全周期Lに基づいて、前記物理量の変化の影響を受ける事なく、前記主軸4の回転速度を精度良く測定する事ができる。
In the case of this example, a plurality of through
又、本例の場合、前記演算器は、基本的には、前記全周期Lが経過する毎に、前記物理量の算出処理を実行する。但し、この基本を徹底すると、前記主軸4の回転速度が高くなる事に伴って、前記全周期Lが短くなった場合に、前記演算器の処理能力が追い付かなくなり、先に実行し始めた物理量の算出処理が完了する前に、次の物理量の算出処理が開始され、この物理量の算出処理が重複して実行される可能性がある。この結果、1回毎の物理量の算出処理時間が長くなったり、著しい場合には、この物理量の算出処理が全く行えなくなったりする可能性がある。そこで、この様な異常が発生する事を回避すべく、本例の場合、前記演算器は、前記全周期Lが経過する毎に、前記物理量の算出処理を実行するか否かを選択可能な機能を備えている。この点に就いて、以下、図7〜12を参照しつつ、具体的に説明する。尚、以下の説明で使用する図面では、必要に応じて、前記被検出面の特性変化パターンを、例えば図7の上部に示す様に、複数の太線で簡略化して示す。これら各太線は、それぞれが前記被検出面の特性境界位置である、前記各透孔11a、11bの円周方向両側縁のうちの一方の側縁(本例の場合には、パルスの立ち上がりエッジを発生させる側縁)を示している。
In the case of this example, the arithmetic unit basically executes the physical quantity calculation process every time the entire period L elapses. However, if this basic is thoroughly implemented, the processing capacity of the computing unit will not be able to catch up when the total period L becomes shorter as the rotational speed of the spindle 4 becomes higher, and the physical quantity that has started to be executed first. Before the calculation process is completed, the next physical quantity calculation process is started, and this physical quantity calculation process may be executed in duplicate. As a result, there is a possibility that the calculation process time of the physical quantity for each time becomes long or, if it is remarkable, the calculation process of the physical quantity cannot be performed at all. Therefore, in order to avoid the occurrence of such an abnormality, in this example, the computing unit can select whether or not to execute the physical quantity calculation process every time the entire period L elapses. It has a function. This point will be specifically described below with reference to FIGS. In the drawings used in the following description, the characteristic change pattern of the detection surface is simplified by a plurality of thick lines as shown in the upper part of FIG. Each of these bold lines is one of the circumferential side edges of each of the through
本例の場合、前記演算器は、前記物理量を求める際の演算処理を、タスクAとタスクBとに分けて実行する。図7は、このうちのタスクAの処理内容を示している。このタスクAでは、前記各透孔11a、11bに基づいて発生するパルスを検出し、円周方向に隣り合う1対のパルス間の周期Ti(T1、T2、T3、T4、T5、T6・・・)を求める。そして、この周期Tiを、順次、パルス周期バッファ13に格納する。更に、それぞれが非傾斜特性部である、前記各透孔11a、11aに基づいて発生するパルスを検出する毎に、円周方向に隣り合うこれら各パルス間の周期である全周期L(T1+T2、T3+T4、T5+T6・・・)を求めると共に、それまでの全周期Lの積算値Sを求める。そして、この積算値Sを、演算周期レジスタ14に記憶させる。尚、この演算周期レジスタ14に記憶させる積算値Sは、新しい積算値Sが求まる度に更新する。更に、この演算周期レジスタ14に記憶させた積算値Sを、予め設定しておいた閾値Tthと比較する。そして、この積算値Sがこの閾値Tthを超えている(S>Tth)場合にのみ、前記タスクBの実行が開始される。又、これと同時に、前記演算周期レジスタ14に記憶させた前記積算値Sを零に戻す。つまり、それまでの全周期Lの積算値Sを零に戻す。尚、前記閾値Tthは、前記タスクBが重複して実行される事を防止する為に設定された時間である。この閾値Tthの設定の仕方に就いては、後述する。
In the case of this example, the arithmetic unit executes the arithmetic processing for obtaining the physical quantity separately for task A and task B. FIG. 7 shows the processing contents of task A among them. In this task A, a pulse generated based on each of the through
又、前記タスクBでは、前記パルス周期バッファ13に格納されている最新の情報を利用して、前記物理量の算出を行う。具体的には、前記パルス周期バッファ13に最後に格納された周期Tnと、その1つ前に格納された周期Tn-1とを利用して、パルス周期比δ/L(部分周期δ=Tn-1、全周期L=Tn-1+Tn)を求める。そして、このパルス周期比δ/Lに基づいて、前記物理量を算出する。
In the task B, the physical quantity is calculated using the latest information stored in the
上述したタスクA及びBに基づく最も基本的な動作は、図8に示す様に、前記全周期L(T1+T2)が経過する毎に、前記物理量の算出処理(前記タスクB)を実行する動作である。この場合には、前記主軸4の回転速度が比較的低くなっており、前記演算周期レジスタ14に記憶される全周期Lの積算値Sは、毎回T1+T2(>Tth)となる。尚、前記タスクBが実行されてから次のタスクBが実行されるまでの間に経過した前記全周期Lの回数を、パターン進み数と定義すると、この状態でのパターン進み数は1である。一方、前記主軸4の回転速度が高くなる事に伴い、前記全周期Lが前記閾値Tth以下(L≦Tth)になると、前記パターン進み数が2以上になる。例えば、今、図9の左端の透孔11aに基づいて発生したパルスを検出した際に、前記タスクBが実行されたとすると、その後、中央の透孔11aに基づいて発生したパルスを検出した際、即ち、1回目の全周期L(T1+T2)が経過した際に、前記積算値SはT1+T2となる。今、この積算値T1+T2が前記閾値Tth以下(T1+T2≦Tth)であったとすると、このタイミングでは、前記タスクBは実行されない(スキップされる)。その後、右端の透孔11aに基づいて発生するパルスを検出した際、即ち、2回目の全周期L(T3+T4)が経過した際に、前記積算値SはT1+T2+T3+T4となる。今、この積算値T1+T2+T3+T4が前記閾値Tthを超えている(T1+T2+T3+T4>Tth)とすると、このタイミングで前記タスクBが実行される。この場合の前記パターン進み数は2である。
As shown in FIG. 8, the most basic operation based on the tasks A and B described above executes the physical quantity calculation process (the task B) every time the entire period L (T 1 + T 2 ) elapses. It is an operation to do. In this case, the rotational speed of the spindle 4 is relatively low, and the integrated value S of the entire period L stored in the calculation period register 14 is T 1 + T 2 (> T th ) every time. In addition, if the number of the total period L that has passed between the execution of the task B and the execution of the next task B is defined as the pattern advance number, the pattern advance number in this state is 1. . On the other hand, as the rotational speed of the main shaft 4 increases, when the total period L becomes equal to or less than the threshold value T th (L ≦ T th ), the pattern advance number becomes 2 or more. For example, assuming that the task B is executed when a pulse generated based on the leftmost through
このパターン進み数は、前記主軸4の回転速度が高くなるに従って、段階的に大きくなる。図10の(a)〜(c)に、前記パターン進み数が3〜5の場合の前記タスクBの実行ポイントを示す。何れにしても、本例の場合、前記タスクBでは、前記パターン進み数の値によらず、常に、前記パルス周期バッファ13に最後に格納された周期Tnと、その1つ前に格納された周期Tn-1とを利用して、パルス周期比δ/L(部分周期δ=Tn-1、全周期L=Tn-1+Tn)を求める。従って、このパルス周期比δ/Lに基づいて前記物理量を算出する為の数式も、前記パターン進み数の値によらず、常に同じものを使用する事ができる。
The pattern advance number increases stepwise as the rotational speed of the main shaft 4 increases. 10A to 10C show execution points of the task B when the pattern advance number is 3 to 5. FIG. In any case, in the case of this example, the task B always stores the last cycle T n stored in the
尚、本例の場合、前記パルス周期バッファ13に格納された周期Tiのうち、前記タスクBでの処理に使用されるのは、このタスクBの実行直前の2つの周期Tn、Tn-1のみである。この為、前記パルス周期バッファ13の長さは、2以上確保する必要がある。この条件さえ満たせば、このパルス周期バッファ13として、図11に示す様な、長さ2の有限長キューを用いる事もできる。又、前記タスクAでは、前記各透孔11a、11bに基づいて発生したパルスを検出する毎に、何らかの処理(少なくとも、前記パルス間の周期Tiを求めて前記パルス周期バッファ13に格納する処理)を行う。この為、前記タスクAの処理時間は、前記主軸4が最高回転速度で回転する状態での前記パルス間の周期Ti(最短パルス周期Tmin)よりも短くなければならない。一方、前記タスクAの処理時間は、実際に使用する前記演算器の処理能力によって決まる。この為、前記最短パルス周期Tminがそれよりも長くなる様に、前記被検出面に配置する前記各透孔11a、11bの円周方向間隔を決定する必要がある。
In the case of this example, out of the cycles T i stored in the
次に、前記閾値Tthの設定の仕方に就いて説明する。この閾値Tthは、前記主軸4の総ての回転速度範囲で前記タスクBが重複して実行されない様に設定する時間である為、前記最短パルス周期Tminに基づいて設定する。尚、本例の場合、前記演算器は、シングルプロセッサを搭載している(マルチプロセッサ、或は、マルチコアプロセッサを搭載していない)。この為、前記タスクBの実行中に、前記タスクAの実行が開始されると、このタスクBの実行は、一時的に中断される。そして、このタスクAの実行が完了した時点で、前記タスクBの実行が再開される。又、前記タスクAを実行する時間間隔は、前記主軸4の最高回転速度で最短になる。この為、前記タスクBの実行中に前記タスクAが実行される回数は、前記主軸4の最高回転速度で最も多くなる。従って、前記全周期Lが経過してから、この全周期L中に取得した情報を利用して前記物理量の算出処理(前記タスクAの処理を優先させながらの前記タスクBの処理)を1回実行し終わるまでの間に要する時間は、前記主軸4の最高回転速度で最長になる。例えば、前記タスクAの処理時間が1単位時間であり、前記最短パルス周期Tminが3単位時間であり、前記タスクBの処理時間が10単位時間であるとする。又、タスク間の処理の移動に要する時間は、前記タスクA及びBの処理時間に含まれるとする。この様な条件下で、このタスクBを1回実行する際の処理の流れを、図12に示す。この図12中の1つのブロックの幅が、1単位時間である。上述した条件下では、前記全周期Lが経過してから、この全周期L中に取得した情報を利用して前記物理量の算出処理(前記タスクAの処理を優先させながらの前記タスクBの処理)を1回実行し終わるまでの間に、最大で15単位時間を要する事が分かる。従って、前記閾値Tthは15単位時間よりも大きくすれば良い。 Next, how to set the threshold value T th will be described. This threshold value T th is a time that is set so that the task B is not executed redundantly in the entire rotational speed range of the spindle 4, and is set based on the shortest pulse period Tmin. In the case of this example, the computing unit is equipped with a single processor (no multiprocessor or multicore processor is installed). Therefore, if the execution of the task A is started during the execution of the task B, the execution of the task B is temporarily interrupted. Then, when the execution of the task A is completed, the execution of the task B is resumed. The time interval for executing the task A is the shortest at the maximum rotational speed of the spindle 4. For this reason, the number of times that the task A is executed during the execution of the task B is the highest at the maximum rotational speed of the spindle 4. Accordingly, after the entire period L has elapsed, the physical quantity calculation process (the process of the task B while giving priority to the process of the task A) is performed once using the information acquired during the entire period L. The time required to complete the execution is the longest at the maximum rotational speed of the main spindle 4. For example, it is assumed that the processing time of the task A is 1 unit time, the shortest pulse period T min is 3 unit hours, and the processing time of the task B is 10 unit hours. Further, it is assumed that the time required for the movement of processing between tasks is included in the processing time of the tasks A and B. FIG. 12 shows the flow of processing when this task B is executed once under such conditions. The width of one block in FIG. 12 is one unit time. Under the above-described conditions, the physical quantity calculation process (the process of the task B while prioritizing the process of the task A is performed using the information acquired during the full period L after the entire period L has elapsed. It can be seen that a maximum of 15 unit hours are required until one) is executed once. Therefore, the threshold value T th may be larger than 15 unit times.
上述の様な閾値Tthの設定の仕方を一般化する。先ず、前記タスクAの処理時間をTAとし、TAで正規化した正規化最短パルス周期をTmin_A(Tmin_A>1)とし、TAで正規化した正規化タスクB処理時間をTB_Aとすると、前記閾値Tthは、次の式(1)を満たす値となる。
Tth>TA・RoundUp{TB_A/(Tmin_A−1)} −−−−−(1)
この式(1)中のRoundUp(x)は、xよりも大きい最小の整数を意味する。前記閾値Tthがこの式(1)を満たす値であり、前記タスクAによる前記全周期Lの積算値Sがこの閾値Tthを超えている(S>Tth)場合に、前記タスクBを実行すれば、このタスクBが重複して実行される事がなくなる。
The method of setting the threshold value T th as described above is generalized. First, the processing time of the task A and T A, the normalized minimum pulse period normalized by T A and T min_A (T min_A> 1) , the normalization task B processing time normalized by T A T B_A Then, the threshold value T th is a value that satisfies the following expression (1).
T th > T A · RoundUp {T B — A / (T min — A −1)} −−−−− (1)
RoundUp (x) in the equation (1) means the smallest integer larger than x. When the threshold value T th is a value satisfying the equation (1) and the integrated value S of the entire period L by the task A exceeds the threshold value T th (S> T th ), the task B is If executed, this task B will not be executed redundantly.
尚、前記演算器がマルチプロセッサ、或いは、マルチコアプロセッサを搭載している場合には、前記タスクAと前記タスクBとを、互いに独立して(並列に)実行する事が可能となる。従って、この場合には、前記閾値Tthを、タスクBの処理時間TBよりも大きく(Tth>TB)すれば良い。即ち、タスクBが開始できるかの条件判定処理は、前記各透孔11a、11aのタスクA内の所定のタイミングで実行される。ここでは、分かり易くする為に、タスクA終了と同時にタスクBの実行が開始されるとする。前記各透孔11a、11aのタスクAの開始タイミングの間隔は、全周期Lなので、同じく終了タイミングの間隔も、全周期Lとなる。この為、タスクA内の所定のタイミング同士の間隔、即ち、タスクBの開始タイミングの最短間隔も、全周期Lとなる。従って、この全周期L(の積算値S)がタスクBの実行時間Tbよりも長ければ、タスクBは重複して実行される事がなくなる。つまり、この場合には、前記閾値Tthを、Tth>TBに設定すれば良い。
又、前記物理量の測定に関する応答性を十分に確保する観点から、前記閾値Tthは、前記(1)式(前記演算器がマルチプロセッサ、或いは、マルチコアプロセッサを搭載している場合には、Tth>TB)を満たす値のうち、極力小さい値に設定するのが好ましい。
When the arithmetic unit is equipped with a multiprocessor or a multicore processor, the task A and the task B can be executed independently of each other (in parallel). Therefore, in this case, the threshold value T th may be set larger than the processing time T B of task B (T th > T B ). That is, the condition determination process for determining whether the task B can be started is executed at a predetermined timing within the task A of each of the through
Further, from the viewpoint of sufficiently ensuring the responsiveness related to the measurement of the physical quantity, the threshold value T th is calculated based on the equation (1) (when the arithmetic unit is equipped with a multiprocessor or a multicore processor, Among the values satisfying th > T B ), it is preferable to set the value as small as possible.
上述の様に、本例の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記主軸4の回転速度が比較的低く、前記全周期Lが前記閾値Tthを超えている状態では、前記物理量の算出処理(前記タスクB)を、この全周期Lが経過する毎に毎回実行する。これに対し、前記主軸4の回転速度が高くなる事に伴い、前記全周期Lが前記閾値Tth以下になった状態では、前記物理量の算出処理を、この全周期Lが経過する毎に毎回は実行せず、何回かに1回の間隔(前記物理量の算出処理が重複して実行されない間隔)で実行する。この為、前記被検出面に設ける特性変化組み合わせ部3a、3aの数を、前記タスクAの処理時間が前記最短パルス周期よりも短くならない程度に、十分に多くする事によって、前記主軸4が高速回転する状態での物理量の算出処理に異常が発生する事を防止しつつ、この物理量の測定に関する応答性を、前記主軸4の総ての回転速度範囲で十分に確保できる。
As described above, in the case of the physical quantity measuring device for a rotating member of this example, the calculation of the physical quantity is performed when the rotational speed of the spindle 4 is relatively low and the total period L exceeds the threshold value T th. The process (the task B) is executed every time the entire period L elapses. On the other hand, as the rotational speed of the spindle 4 increases, in the state where the total period L is equal to or less than the threshold value T th , the physical quantity calculation process is performed every time the total period L elapses. Is not executed, and is executed once every several times (interval where the physical quantity calculation process is not executed redundantly). For this reason, by increasing the number of characteristic
尚、本発明を構成する演算器に搭載するプロセッサは、比較的安価なシングルプロセッサに限らず、比較的高価なマルチプロセッサやマルチコアプロセッサとする事もできる。但し、何れのプロセッサを搭載する場合でも、上述した効果を得られる為、比較的安価なシングルプロセッサを搭載する事によって、コストパフォーマンスの高い構造を実現できる。 The processor installed in the arithmetic unit constituting the present invention is not limited to a relatively inexpensive single processor, but may be a relatively expensive multiprocessor or multicore processor. However, even if any processor is mounted, the above-described effects can be obtained, so that a structure with high cost performance can be realized by mounting a relatively inexpensive single processor.
[実施の形態の第2例]
図13〜16により、請求項1、4、5、8、9に対応する、本発明の実施の形態の第2例に就いて説明する。本例の場合には、演算器の構成のみが、上述した実施の形態の第1例の場合と若干異なる。即ち、本例の場合も、上述した第1例の場合と同様、シングルプロセッサを搭載した前記演算器は、主軸4(図1参照)が高速回転する状態で、物理量(軸方向に関する変位量、アキシアル荷重)の算出処理が重複して実行される事を防止する為に、全周期Lが経過する毎に、前記物理量の算出処理を実行するか否かを選択可能な機能を備えている。但し、本例の場合には、この機能の具体的な内容が、上述した第1例の場合と若干異なる。以下、この点に就いて、具体的に説明する。
[Second Example of Embodiment]
A second example of the embodiment of the present invention corresponding to
先ず、上述した第1例の場合との共通点に就いて説明すると、前記演算器は、前記物理量を求める際の演算処理を、タスクAとタスクBとに分けて実行する。このうちのタスクAでは、図13に示す様に、被検出面に配置した各透孔11a、11bに基づいて発生するパルスを検出し、円周方向に隣り合う1対のパルス間の周期Ti(T1、T2、T3、T4、T5、T6・・・)を求める。そして、この周期Tiを、順次、パルス周期バッファ13に格納する。又、前記タスクBでは、前記パルス周期バッファ13に格納されている最新の情報を利用して、前記物理量の算出を行う。具体的には、前記パルス周期バッファ13に最後に格納された周期Tnと、その1つ前に格納された周期Tn-1とを利用して、パルス周期比δ/L(部分周期δ=Tn-1、全周期L=Tn-1+Tn)を求める。そして、このパルス周期比δ/Lに基づいて、前記物理量を算出する。以上の点に就いては、上述した第1例の場合と同様である。
First, the common points with the case of the first example described above will be described. The arithmetic unit executes the arithmetic processing for obtaining the physical quantity separately for task A and task B. In task A, as shown in FIG. 13, a pulse generated based on each of the through
次に、上述した第1例の場合との相違点に就いて説明すると、本例の場合、前記タスクAでは、上述の処理を実行する事に加えて、それぞれが非傾斜特性部である、前記各透孔11a、11aに基づいて発生するパルスを検出する毎に、即ち、前記全周期Lが経過する毎に、それまでの全周期Lの経過回数Mを計測する。具体的には、この経過回数Mを表す、カウンタ15のカウント値Mを1ずつ増加させる。これと共に、この経過回数(カウント値)Mを、予め設定しておいた規定回数Nと比較する。そして、これら経過回数(カウント値)Mと規定回数Nとが一致(M=N)した場合にのみ、前記タスクBの実行が開始される。又、これと同時に、前記経過回数(カウント値)Mを零に戻す。尚、前記規定回数Nは、前記タスクBが重複して実行される事を防止する為に設定された自然数である。この規定回数Nの設定の仕方に就いては、後述する。
Next, the difference from the case of the first example described above will be described. In the case of this example, in the task A, in addition to executing the above-described processing, each is a non-gradient characteristic portion. Every time a pulse generated based on each of the through
上述したタスクA及びBに基づく最も基本的な動作は、前記規定回数Nが1に設定されている場合の動作である。この場合には、図14に示す様に、前記全周期L(T1+T2)が経過する毎に、前記物理量の算出処理(前記タスクB)を実行する。この場合のパターン進み数(前記タスクBが実行されてから次のタスクBが実行されるまでの間に経過した前記全周期Lの回数)は1である。即ち、本例の場合には、このパターン進み数が、前記規定回数Nと同じ値になる。図15は、この規定回数Nを2に設定した場合の前記タスクBの実行ポイントを示している。この場合には、図15の左端の透孔11aに基づいて発生したパルスを検出した際に、前記タスクBが実行されたとすると、その後、中央の透孔11aに基づいて発生したパルスを検出した際、即ち、1回目の全周期L(T1+T2)が経過した際に、この全周期の経過回数(カウント値)Mが1になる。但し、この際の経過回数(カウント値)Mは、前記規定回数N(=2)よりも小さく、この規定回数Nと一致しない為、このタイミングでは、前記タスクBは実行されない(スキップされる)。その後、右端の透孔11aに基づいて発生するパルスを検出した際、即ち、2回目の全周期L(T3+T4)が経過した際に、この全周期の経過回数(カウント値)Mは2になる。この際の経過回数(カウント値)Mは、前記規定回数N(=2)と一致する為、このタイミングで前記タスクBが実行される。この場合の前記パターン進み数は2である。
The most basic operation based on the tasks A and B described above is an operation when the specified number N is set to 1. In this case, as shown in FIG. 14, the physical quantity calculation process (the task B) is executed every time the total period L (T 1 + T 2 ) elapses. In this case, the pattern advance number (the number of times of the total period L that has elapsed between the execution of the task B and the execution of the next task B) is 1. That is, in the case of this example, the pattern advance number is the same value as the specified number N. FIG. 15 shows an execution point of the task B when the prescribed number N is set to 2. In this case, when the pulse generated based on the leftmost through
その他の例として、図16の(a)〜(c)に、前記規定回数N(前記パターン進み数)が3〜5の場合の前記タスクBの実行ポイントを示す。何れにしても、本例の場合には、上述した第1例の場合と同様、前記タスクBでは、前記規定回数Nの値によらず、常に、前記パルス周期バッファ13に最後に格納された周期Tnと、その1つ前に格納された周期Tn-1とを利用して、パルス周期比δ/L(部分周期δ=Tn-1、全周期L=Tn-1+Tn)を求める。従って、このパルス周期比δ/Lに基づいて前記物理量を算出する為の数式も、前記パターン進み数の値によらず、常に同じものを使用する事ができる。
As another example, FIGS. 16A to 16C show the execution points of the task B when the specified number N (the number of pattern advancements) is 3 to 5. FIG. In any case, in the case of this example, as in the case of the first example described above, the task B is always stored last in the
次に、前記規定回数Nの設定の仕方に就いて説明する。本例の場合、この規定回数Nは、工作機械による被加工物の加工作業を行う前に予め設定され、1回の運転サイクル内では値を変えない。工作機械の場合、被加工物の加工作業を行う際の前記主軸4の回転速度は、加工条件によって予め設定された一定の回転速度である、所定の定常回転速度に保持される事が殆どである。この為、本例の場合、前記規定回数Nは、前記主軸4が所定の定常回転速度で回転している状態で、前記タスクBが重複して実行されない様に設定する。尚、本例の場合も、上述した第1例の場合と同様、前記演算器は、シングルプロセッサを搭載している。この為、このタスクBの実行中に、前記タスクAの実行が開始されると、このタスクBの実行は、一時的に中断される。そして、このタスクAの実行が完了した時点で、前記タスクBの実行が再開される。又、前記タスクAを実行する時間間隔は、前記主軸4の回転速度が高くなる程短くなる。この為、前記タスクBの実行中に前記タスクAが実行される回数は、前記主軸4の回転速度が高くなる程多くなる。従って、前記タスクBを1回実行するのに要する時間は、前記主軸4の回転速度が高くなる程長くなる。今、前記主軸4が所定の定常回転速度で回転している状態での前記全周期をLSとする。又、この状態で、この全周期LSが経過してから、この全周期LS中に取得した情報を利用して前記物理量の算出処理(前記タスクAの処理を優先させながらの前記タスクBの処理)を1回実行し終わるまでの間に要する時間をTSとする。この場合に、これらの比TS/LSの値よりも大きい自然数を、前記規定回数Nに設定する。 Next, how to set the specified number N will be described. In the case of this example, the specified number N is set in advance before the workpiece is machined by the machine tool, and does not change within one operation cycle. In the case of a machine tool, the rotational speed of the spindle 4 when processing a workpiece is almost always maintained at a predetermined steady rotational speed, which is a constant rotational speed set in advance by processing conditions. is there. For this reason, in the case of this example, the specified number of times N is set so that the task B is not executed redundantly while the main shaft 4 is rotating at a predetermined steady rotational speed. In the case of this example as well, as in the case of the first example described above, the arithmetic unit is equipped with a single processor. Therefore, if the execution of the task A is started during the execution of the task B, the execution of the task B is temporarily interrupted. Then, when the execution of the task A is completed, the execution of the task B is resumed. Further, the time interval for executing the task A becomes shorter as the rotational speed of the spindle 4 becomes higher. For this reason, the number of times the task A is executed during the execution of the task B increases as the rotational speed of the spindle 4 increases. Therefore, the time required to execute the task B once increases as the rotational speed of the spindle 4 increases. Now, let the total period when the main shaft 4 is rotating at a predetermined steady rotational speed be L S. Further, in this state, from this entire period L S has elapsed, the task B while processing give priority to the full period L the utilizing information obtained in S physical quantity calculation processing (the task A Let T S be the time required to complete the process (1). In this case, a natural number larger than the value of these ratios T S / L S is set as the specified number N.
例えば、前記定常回転速度が比較的低く、前記全周期LSが30単位時間であり、前記時間TSが11単位時間である場合には、これらの比TS/LSの値が約0.37になる為、前記規定回数Nは1以上の自然数に設定する。又、前記定常回転速度が比較的高く、前記全周期LSが10単位時間であり、前記時間TSが13単位時間である場合には、これらの比TS/LSの値が1.3になる為、前記規定回数Nは2以上の自然数に設定する。又、前記定常回転速度が更に高く、前記全周期LSが6単位時間であり、前記時間TSが15単位時間である場合には、これらの比TS/LSの値が2.5になる為、前記規定回数Nは3以上の自然数に設定する。以上の様に規定回数Nを設定すれば、前記主軸4が所定の定常回転速度で回転している状態で、前記タスクBが重複して実行される事がなくなる。 For example, when the steady rotational speed is relatively low, the total period L S is 30 unit hours, and the time T S is 11 unit hours, the value of these ratios T S / L S is about 0. Therefore, the prescribed number N is set to a natural number of 1 or more. Further, when the steady rotational speed is relatively high, the total period L S is 10 unit hours, and the time T S is 13 unit hours, the value of these ratios T S / L S is 1. Therefore, the prescribed number N is set to a natural number of 2 or more. Further, when the steady rotational speed is higher, the total period L S is 6 unit hours, and the time T S is 15 unit hours, the value of these ratios T S / L S is 2.5. Therefore, the specified number N is set to a natural number of 3 or more. If the prescribed number N is set as described above, the task B will not be executed repeatedly while the spindle 4 is rotating at a predetermined steady rotational speed.
尚、前記演算器がマルチプロセッサ、或いは、マルチコアプロセッサを搭載している場合には、前記タスクAと前記タスクBとを、互いに独立して(並列に)実行する事が可能となる。従って、この場合には、前記規定回数Nが満たすべき条件式{N(自然数)>TS/LS}中の時間TSは、前記タスクBの処理時間TBとなる。
何れにしても、前記物理量の測定に関する応答性を十分に確保する観点から、前記規定回数Nは、前記比TS/LSの値よりも大きい自然数のうち、最小の自然数に設定するのが好ましい。
When the arithmetic unit is equipped with a multiprocessor or a multicore processor, the task A and the task B can be executed independently of each other (in parallel). Therefore, in this case, the time T S in the conditional expression {N (natural number)> T S / L S } to be satisfied by the specified number N is the processing time T B of the task B.
In any case, from the viewpoint of sufficiently ensuring the responsiveness related to the measurement of the physical quantity, the prescribed number N is set to the smallest natural number among the natural numbers larger than the value of the ratio T S / L S. preferable.
又、本例の場合、前記全周期LSに関連する、それぞれが非傾斜特性部である前記各透孔11a、11aの円周方向ピッチと、前記時間TSに関連する、前記演算器の処理能力とが既知である。この為、前記主軸4の定常回転速度さえ決まれば、前記工作機械の運転開始前に、前記規定回数Nとして設定すべき値を求める事ができる。又、本例を実施する場合、この規定回数Nとして設定すべき値を求める作業は、工作機械の操作者が行っても良いし、或いは、工作機械の制御部に入力した前記定常回転速度に基づいて、この制御部に行わせても良い。又、前記演算器に前記規定回数Nを入力する作業は、前記操作者が工作機械の操作盤等を介して行っても良いし、或いは、前記制御部に行わせても良い。
Further, in the case of this example, the calculation unit of the computing unit related to the circumferential pitch of each of the through
上述の様に、本例の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記主軸4の回転速度が比較的低く、前記規定回数Nが1に設定されている状態では、前記物理量の算出処理(前記タスクB)を、前記全周期Lが経過する毎に毎回実行する。これに対し、前記主軸4の回転速度が比較的高く、前記規定回数Nが2以上に設定されている状態では、前記物理量の算出処理を、前記全周期Lが経過する毎に毎回は実行せず、N回に1回の間隔(前記物理量の算出処理が重複して実行されない間隔)で実行する。この為、前記被検出面に設ける特性変化組み合わせ部3a、3aの数を、前記タスクAの処理時間が最短パルス周期(前記主軸4が最高回転速度で回転する状態でのパルス間の周期Ti)よりも短くならない程度に、十分に多くする事によって、前記主軸4が高速回転する状態での物理量の算出処理に異常が発生する事を防止しつつ、この物理量の測定に関する応答性を、前記主軸4の総ての回転速度範囲で十分に確保できる。その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第1例の場合と同様である。
As described above, in the case of the physical quantity measuring device for a rotating member of this example, when the rotational speed of the main shaft 4 is relatively low and the specified number N is set to 1, the physical quantity calculation process ( The task B) is executed every time the whole period L elapses. On the other hand, when the rotational speed of the spindle 4 is relatively high and the prescribed number N is set to 2 or more, the physical quantity calculation process should be executed every time the whole period L elapses. Instead, it is executed once every N times (an interval at which the physical quantity calculation process is not repeated). For this reason, the number of characteristic
[実施の形態の第3例]
図17〜19は、請求項1〜5、8、9に対応する、本発明の実施の形態の第3例を示している。本例の場合、被検出面である、エンコーダ1bの外周面に設けた複数の特性変化組み合わせ部3b、3bは、それぞれが特性変化部である、前記被検出面の幅方向である軸方向に亙り形成された直線状の凹溝16aと、この軸方向に対して所定方向に所定角度だけ傾斜した方向に亙り形成された凹溝16bとを、前記エンコーダ1bの円周方向に離隔配置して成る。この様に各特性変化部を透孔ではなく凹溝16a、16bとした点、及び、センサユニット9aを構成するホルダ12aの形状が若干異なる点を除き、その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第1例又は第2例の場合と同様である。
[Third example of embodiment]
Figure 17-19 claims 1-5, corresponding to 8,9 show a third example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, the plurality of characteristic
[実施の形態の第4例]
図20〜23は、請求項1〜5、8、9に対応する、本発明の実施の形態の第4例を示している。本例の場合、主軸4に外嵌固定したエンコーダ1cは、円筒部17と、この円筒部17の外周面の軸方向一端(図20に於ける右端)寄り部分に設けられた円輪部18とを備える。そして、被検出面である、この円輪部18の片側面(図20に於ける左側面)に、複数の特性変化組み合わせ部3c、3cを、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各特性変化組み合わせ部3c、3cは、それぞれが特性変化部である、前記被検出面の幅方向である径方向に亙り形成された直線状の凹溝19aと、この径方向に対して所定方向に所定角度だけ傾斜した方向に亙り形成された直線状の凹溝19bとから成る。又、ハウジング5(図1参照)にセンサユニット9bを支持固定した状態で、このセンサユニット9bを構成する合成樹脂製のホルダ12bの先端部に包埋したセンサ10aの検出部を、前記円輪部18の片側面に近接対向させている。
[Fourth Example of Embodiment]
Figure 20-23, according to
上述の様に構成する本例の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記主軸4の回転時に発生する、前記センサ10aの出力信号のパルス周期比δ/Lに基づいて、前記主軸4の径方向の変位量と、この主軸4に加わるラジアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を算出する事ができる。その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第1例又は第2例の場合と同様である。
In the case of the physical quantity measuring device for a rotating member of the present example configured as described above, based on the pulse period ratio δ / L of the output signal of the
[実施の形態の第5例]
図24〜26は、請求項1〜6、8、9に対応する、本発明の実施の形態の第5例を示している。本例の場合、エンコーダ1dは、円筒部17aの外周面に、前述した実施の形態の第3例のエンコーダ1b(図17〜18参照)の被検出面と同様の構成を有する被検出面を、円輪部18の片側面(図24に於ける左側面)に、上述した実施の形態の第4例のエンコーダ1c(図20〜22参照)の被検出面と同様の構成を有する被検出面を、それぞれ設けている。又、ハウジング5(図1参照)にセンサユニット9cを支持固定した状態で、このセンサユニット9cを構成する合成樹脂製のホルダ12cの先端部に包埋した1対のセンサ10、10aのうち、一方のセンサ10の検出部を、前記円筒部17aの外周面に設けた被検出面に、他方のセンサ10aの検出部を、前記円輪部18の片側面に設けた被検出面に、それぞれ近接対向させている。
[Fifth Example of Embodiment]
24 to 26 show a fifth example of the embodiment of the invention corresponding to
上述の様に構成する本例の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記一方のセンサ10の出力信号のパルス周期比δ/Lに基づいて、主軸4の軸方向の変位量と、この主軸4に加わるアキシアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を、図示しない第一の演算器により算出する事ができる。又、前記他方のセンサ10aの出力信号のパルス周期比δ/Lに基づいて、前記主軸4の径方向の変位量と、この主軸4に加わるラジアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を、図示しない第二の演算器により算出する事ができる。尚、本例の場合には、前記一方のセンサ10が、請求項7に記載した第一のセンサに、前記他方のセンサ10aが、同じく第二のセンサに、前記円筒部17aが、同じく第一のエンコーダに、前記円輪部18が、同じく第二のエンコーダに、それぞれ相当する。その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第1例又は第2例の場合と同様である。
In the case of the physical quantity measuring device for a rotating member of the present example configured as described above, based on the pulse cycle ratio δ / L of the output signal of the one
[実施の形態の第6例]
図27〜28は、請求項1〜3、10、11に対応する、本発明の実施の形態の第6例を示している。本例は、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する、回転側軌道輪部材であるハブ20の軸方向変位量と、このハブ20に加わるアキシアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を測定する為の構造に、本発明を適用した例である。尚、このハブ20に関する物理量は、例えば、自動車の走行安定性を確保する為に使用される、アンチロックブレーキシステム(ABS)、トラクションコントロールシステム(TCS)、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム(ESC)等の車両用走行安定化装置の制御を、より高度に行う為に利用可能である。
[Sixth Example of Embodiment]
27 to 28 show a sixth example of the embodiment of the invention corresponding to
前記車輪支持用転がり軸受ユニットは、使用時に懸架装置に支持固定された状態で回転しない、静止側軌道輪部材である外輪21の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する前記ハブ20を、複列に設けられた複数個の転動体22、22を介して回転自在に支持している。これら各転動体22、22には、背面組み合わせ型の接触角と共に、予圧を付与している。
The wheel-supporting rolling bearing unit does not rotate in a state where it is supported and fixed to a suspension device in use, and rotates together with the wheel while being supported and fixed to the inner diameter side of the
本例の場合、前記ハブ20の軸方向内端部(軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図27〜31の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図27〜31の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書の全体で同じ。)には、前述した実施の形態の第3例のエンコーダ1b(図17〜18参照)と同様の構成を有する円筒状のエンコーダ1eを、前記ハブ20と同心に外嵌固定している。又、前記外輪21の軸方向内端開口を塞ぐ金属板製のカバー23の内側に、合成樹脂製のホルダ24を保持固定すると共に、このホルダ24の一部に包埋したセンサ10の検出部を、被検出面である、前記エンコーダ1eの外周面に近接対向させている。
In the case of the present example, the inner end of the
上述の様に構成する本例の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記センサ10の出力信号のパルス周期比δ/Lに基づいて、前記ハブ20の軸方向の変位量と、このハブ20に加わるアキシアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を、図示しない演算器により算出する事ができる。その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第1例の場合と同様である。
In the case of the rotating member physical quantity measuring apparatus of the present example configured as described above, the axial displacement amount of the
[実施の形態の第7例]
図29〜30は、請求項1〜3、6、10、11に対応する、本発明の実施の形態の第7例を示している。本例の場合、ハブ20の軸方向内端部には、前述した実施の形態の第5例のエンコーダ1d(図24〜25参照)と同様の構成を有するエンコーダ1fを、前記ハブ20と同心に外嵌固定している。又、前記外輪21の軸方向内端開口を塞ぐ金属板製のカバー23の内側に、合成樹脂製のホルダ24を保持固定すると共に、このホルダ24の一部で前記エンコーダ1fと対向する部分に、1対のセンサ10、10aを包埋している。そして、このうちの一方のセンサ10の検出部を、被検出面である、前記エンコーダ1fを構成する円筒部17bの外周面に近接対向させている。又、他方のセンサ10aの検出部を、被検出面である、前記エンコーダ1fを構成する円輪部18の片側面(図29に於ける右側面)に近接対向させている。尚、本例の場合、前記両被検出面に対する、前記両センサ10、10aの検出部の近接対向位置は、これら両被検出面の下端位置としている。
[Seventh example of embodiment]
Figure 29-30 corresponds to claim 1-3, 6, 10, 11 show a seventh embodiment of the present invention. In the case of this example, an
上述の様に構成する本例の回転部材用物理量測定装置の場合には、前記一方のセンサ10の出力信号のパルス周期比δ/Lに基づいて、前記ハブ20の軸方向の変位量と、このハブ20に加わるアキシアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を、図示しない第一の演算器により算出する事ができる。又、前記センサ10aの出力信号のパルス周期比δ/Lに基づいて、前記ハブ20の上下方向(径方向)の変位量と、このハブ20に加わる上下方向のラジアル荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を、図示しない第二の演算器により算出する事ができる。その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第1例の場合と同様である。
In the case of the physical quantity measuring device for a rotating member of this example configured as described above, the displacement amount in the axial direction of the
[実施の形態の第8例]
図31は、請求項1〜3、6、10、11に対応する、本発明の実施の形態の第8例を示している。上述した実施の形態の第7例の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットが、従動輪用であるのに対し、本例の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットは、駆動輪用である。この為、ハブ20aの径方向中心部には、等速ジョイント用外輪25の外端面に固設した駆動軸26をスプライン係合させる為のスプライン孔27が、軸方向に形成されている。又、1対のセンサ10、10aは、センサユニット9dを構成する合成樹脂製のホルダ12d中に包埋している。本例の場合、このセンサユニット9dは、静止部材である、図示しない懸架装置を構成するナックル等の車体の一部に支持固定する。その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第7例の場合と同様である。
[Eighth Example of Embodiment]
FIG. 31 shows an eighth example of the embodiment of the present invention corresponding to
尚、図示は省略するが、本発明を実施する場合で、エンコーダの軸方向側面に被検出面を設ける場合には、請求項7に記載した発明の様に、1対のセンサを用意し、これら両センサの検出部を、前記被検出面のうちで円周方向に関して互いに異なる部分に近接対向させる構成を採用する事もできる。この場合に、例えば、前記被検出面の中心軸を中心とする、前記両センサの検出部の相対配置角度を90度(±10度)に設定すれば、これら両センサの出力信号のパルス周期比に基づいて、それぞれが回転部材に関する物理量である、互いの交差角度が90度(±10度)である2方向のラジアル変位量及びラジアル荷重を測定する事が可能となる。 Although not shown in the drawings, when implementing the present invention and providing a detected surface on the side surface in the axial direction of the encoder, a pair of sensors is prepared as in the invention described in claim 7 , It is also possible to adopt a configuration in which the detection units of these two sensors are close to and opposed to portions that are different from each other in the circumferential direction in the detected surface. In this case, for example, if the relative arrangement angle of the detection parts of the two sensors centered on the central axis of the detected surface is set to 90 degrees (± 10 degrees), the pulse period of the output signals of both sensors Based on the ratio, it is possible to measure a radial displacement amount and a radial load in two directions, each of which is a physical quantity related to the rotating member and whose crossing angle is 90 degrees (± 10 degrees).
前述の図17〜19に示した実施の形態の第3例を実施する場合には、エンコーダ1bとして、以下の諸元を採用する事が可能である(図17〜18に表されていない寸法記号に関しては、図32を参照)。
<材質>
S45C調質材<全体>
内径寸法Di:70mm
外径寸法Do:80mm
幅寸法(軸方向寸法)W1b:46mm
<凹溝16a、16b>
形成方法:エンドミル加工により形成
深さ寸法dp:2mm
<凹溝16a>
総数:16個(円周方向等配)
両側縁(直線部)の長さ寸法La:3mm
幅寸法Wa:2.5mm
<凹溝16b>
総数:16個(円周方向等配)
軸方向に対する傾斜角度θb:80.15度
両端の頂部同士の間隔Y:0.8mm
幅寸法Wb:1mm
<その他>
前記長さ寸法La(3mm)及び前記間隔Y(0.8mm)はそれぞれ、前記主軸4を支持する多列転がり軸受ユニット6に設計上許容される最大のアキシアル荷重が作用した場合の前記主軸4の軸方向変位よりも十分に長く設定された値である。
When the third example of the embodiment shown in FIGS. 17 to 19 is implemented, the following specifications can be adopted as the
<Material>
S45C tempered material <whole>
Inner diameter D i : 70 mm
Outer diameter D o : 80 mm
Width (axial dimension) W 1b : 46mm
<
Forming method: Formed by end milling Depth dimension d p : 2 mm
<
Total: 16 (circumferentially distributed)
Length dimension L a of both side edges (straight portion): 3 mm
Width dimension W a : 2.5 mm
<
Total: 16 (circumferentially distributed)
Inclination angle θ b with respect to the axial direction: 80.15 degrees Distance between tops of both ends Y: 0.8 mm
Width dimension W b : 1mm
<Others>
The length dimension L a (3 mm) and the distance Y (0.8 mm) are respectively the main shafts when the maximum axial load allowed by design is applied to the multi-row rolling bearing unit 6 that supports the main shaft 4. This value is set sufficiently longer than the axial displacement of 4.
1、1a〜1f エンコーダ
2a、2b 透孔
3、3a〜3c 特性変化組み合わせ部
4 主軸
5 ハウジング
6 多列転がり軸受ユニット
7 電動モータ
8a〜8d 転がり軸受
9、9a〜9d センサユニット
10、10a センサ
11a、11b 透孔
12、12a〜12d ホルダ
13 パルス周期バッファ
14 演算周期レジスタ
15 カウンタ
16a、16b 凹溝
17、17a、17b 円筒部
18 円輪部
19a、19b 凹溝
20、20a ハブ
21 外輪
22 転動体
23 カバー
24 ホルダ
25 等速ジョイント用外輪
26 駆動軸
27 スプライン孔
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記エンコーダの被検出面は、複数の特性変化組み合わせ部を円周方向に関して等間隔に配置したもので、これら各特性変化組み合わせ部は、前記被検出面の幅方向に対する正負の符号をも考慮した傾斜角度が互いに異なる1対の特性変化部を、前記被検出面の円周方向に離隔した状態で設けたものであり、
前記センサは、前記各特性変化組み合わせ部を構成する前記各特性変化部が前記被検出面のうちで前記検出部が対向する部分を通過する瞬間に出力信号を変化させるものであり、
前記演算器は、円周方向に隣り合う1対の特性変化組み合わせ部の円周方向片側の特性変化部に基づいて発生する1対のパルス間の周期である全周期と、これら両特性変化部のうちの一方の特性変化部及び円周方向に関してこれら両特性変化部同士の間に配置された別の特性変化部に基づいて発生する1対のパルス間の周期である部分周期との比である、パルス周期比に基づいて、それぞれが前記被検出面の幅方向に関する、前記回転部材の変位量とこの回転部材に加わる荷重とのうちの少なくとも一方の物理量を算出するものであり、
前記エンコーダは、磁性金属から造られており、
前記各特性変化組み合わせ部を構成する1対の特性変化部はそれぞれ、直線状の透孔又は凹溝であり、これら両特性変化部のうち、円周方向に関して何れか一方の側に配置される特性変化部を、前記被検出面の幅方向に形成された非傾斜特性変化部とすると共に、同じく円周方向に関して他方の側に配置される特性変化部を、前記被検出面の幅方向に対して所定角度だけ傾斜した方向に形成された傾斜特性変化部としており、
前記演算器は、前記物理量を算出する機能に加え、前記非傾斜特性変化部に基づいて発生する1対のパルス間の周期である全周期から、前記回転部材の回転速度を算出する機能を備えており、且つ、この全周期が経過する毎に前記物理量の算出処理を実行するか否かを選択可能な機能を備えている、
回転部材用物理量測定装置。 A stationary member that does not rotate, a rotating member that is rotatably supported by the stationary member, and a rotating member that is supported and fixed to a part of the rotating member by a plurality of rolling bearings each preloaded. An encoder having a detection surface concentric with the sensor, a sensor supported by the stationary member in a state where the detection unit faces the detection surface, and a calculator that processes an output signal of the sensor,
The detected surface of the encoder has a plurality of characteristic change combination portions arranged at equal intervals in the circumferential direction, and each of these characteristic change combination portions also considers positive and negative signs with respect to the width direction of the detected surface. A pair of characteristic change portions having different inclination angles are provided in a state of being separated in the circumferential direction of the detected surface,
The sensor is configured to change an output signal at a moment when each of the characteristic changing units constituting the characteristic changing combination unit passes through a portion of the detected surface that faces the detecting unit,
The computing unit includes a total period which is a period between a pair of pulses generated based on a characteristic change part on one side in a circumferential direction of a pair of characteristic change combination parts adjacent in the circumferential direction, and both the characteristic change parts. A ratio between a characteristic change part and a partial period which is a period between a pair of pulses generated on the basis of another characteristic change part arranged between these characteristic change parts with respect to the circumferential direction. there, based on the pulse period ratio are those respectively in the width direction of the surface to be detected, for calculating at least one physical quantity of the load applied to the rotating member and the displacement amount of the rotary member,
The encoder is made of magnetic metal,
Each of the pair of characteristic change portions constituting each of the characteristic change combination portions is a straight through hole or a concave groove, and is disposed on either side in the circumferential direction of both the characteristic change portions. The characteristic changing portion is a non-inclined characteristic changing portion formed in the width direction of the detected surface, and the characteristic changing portion disposed on the other side in the circumferential direction is also set in the width direction of the detected surface. has an inclined characteristic change portion formed in a direction inclined by a predetermined angle for,
In addition to the function of calculating the physical quantity, the computing unit has a function of calculating the rotation speed of the rotating member from the entire period that is a period between a pair of pulses generated based on the non-tilt characteristic changing unit. And having a function capable of selecting whether or not to execute the physical quantity calculation process every time this entire cycle elapses.
Physical quantity measuring device for rotating members.
前記センサとして、その検出部を前記第一のエンコーダの被検出面に対向させた第一のセンサと、その検出部を前記第二のエンコーダの被検出面に対向させた第二のセンサとを備えている、
請求項1〜5のうちの何れか1項に記載した回転部材用物理量測定装置。 The encoder includes a first encoder having a circumferential surface as a detected surface and a second encoder having an axial side surface as a detected surface,
As the sensor, a first sensor whose detection unit faces the detection surface of the first encoder, and a second sensor whose detection unit faces the detection surface of the second encoder Have
The physical quantity measuring device for a rotating member according to any one of claims 1 to 5 .
前記センサとして、それぞれの検出部を、前記エンコーダの被検出面のうちで円周方向に関して互いに異なる部分に対向させた、1対のセンサを備えている、
請求項1〜5のうちの何れか1項に記載した回転部材用物理量測定装置。 The encoder has an axial side surface as a detected surface,
The sensor includes a pair of sensors in which each detection unit is opposed to a portion different from each other in the circumferential direction in the detected surface of the encoder.
The physical quantity measuring device for a rotating member according to any one of claims 1 to 5 .
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