JP7017939B2

JP7017939B2 - 回転検出装置

Info

Publication number: JP7017939B2
Application number: JP2018008229A
Authority: JP
Inventors: 智夫五明; 博瀬尾
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2022-02-09
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: JP2019078735A

Description

本発明は、流量計に取り付けられて、流体の流量に応じて回転する針の位置を検出する回転検出装置に関する。

特許文献１の回転検出装置は、発光素子から針の裏側の文字盤に向けて光を照射し、その文字盤からの反射光を受光素子で検出する。

欧州特許公報第５４７８７９号（ＦＩＧ１，２）

特許文献１の回転検出装置では、光が照射されるポイントに針が存在するか否かが分かるだけであるため、光が１箇所に照射される場合には、照射箇所から外れた針の位置を検出することが困難であった。ここで、光の照射ポイントを移動させたり、画像認識させたりすれば、針の詳細な位置を検出可能となるが、装置が複雑になるという別の問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で針の位置を従来よりも詳細に検出可能な回転検出装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、流量計のうち透光板に覆われる文字盤上で流体の流量に応じて回転する針の位置を前記透光板の外側から検出する回転検出装置であって、前記透光板の外面に重ねられ、前記針の回転方向で分割された３つ以上の複数のセグメントを有して、それらセグメントを光を透過させる透過状態と透過させない非透過状態とに切り替え可能な遮蔽板と、前記文字盤に向けて光を照射しかつその反射光を受光すると共に、前記照射から前記受光までの光路の途中に前記複数のセグメントが位置するように前記透光板との間に前記遮蔽板を挟んで配置される測定部と、を備え、前記測定部により前記透過状態の前記セグメントと前記非透過状態の前記セグメントの位置が異なる２種類以上の透過パターンで前記照射及び前記受光を行う位置検出測定を実行し、各種類の透過パターンの前記受光の強度の相違に基づいて前記針の位置を検出する回転検出装置である。

請求項２の発明は、前記複数のセグメントは、前記遮蔽板を前記針の回転方向で均等に分割してなる請求項１に記載の回転検出装置である。

請求項３の発明は、前記測定部は、前記流量計が計測可能な最大流量の流体が流れたときに前記針の回転周期を前記複数のセグメントの総数で除した時間より短い間隔で、前記位置検出測定を実行する請求項２に記載の回転検出装置である。

請求項４の発明は、前記複数のセグメントは、前記遮蔽板を前記針の回転方向に４等分してなる請求項２又は３に記載の回転検出装置である。

請求項５の発明は、前記測定部の発光部位と受光部位とが、前記針の回転方向で１８０度離れて配置される請求項１乃至４のうち何れか１の請求項に記載の回転検出装置である。

請求項６の発明は、前記測定部の発光部位及び受光部位と前記針との間に配置される光拡散板を有する請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載の回転検出装置である。

［請求項１の発明］
本発明の回転検出装置は、流量計のうち透光板に覆われる文字盤上で回転する針の位置を、透光板の外側から検出するために、透光板の外面に重ねられる遮蔽板と透光板との間に遮蔽板を挟んで配置される測定部とを備える。測定部は、文字盤に向けて光を照射しかつその反射光を受光する。遮蔽板は、針の回転方向で分割された３つ以上の複数のセグメントを有し、それらセグメントは透過状態と非透過状態とに切り替え可能であると共に、測定部による照射から受光までの光路の途中に位置している。そして、測定部により透過状態のセグメントと非透過状態のセグメントの位置が異なる２種類以上の透過パターンで照射及び受光を行う位置検出測定が実行されて、各種類の透過パターンの受光の強度の相違に基づいて針の位置が検出される。このように、本発明によれば、簡易な構成を採用して、透光板の外側から透光板の内側の針の位置を従来よりも詳細に検出することが可能となる。

［請求項２の発明］
本発明では、遮蔽板を透過する光の量が透過状態のセグメントの数に比例することになるので、文字盤に照射する光の量の制御が容易となる。

［請求項３の発明］
本発明では、前回の位置検出測定と今回の位置検出測定の間に針が回転できる範囲がセグメント１つ分の範囲に収まるので、セグメントの境界を跨いで針が回転したときに、その針の回転方向が時計方向と反時計方向の何れであるかを判別可能となる。即ち、本発明によれば、針の位置だけでなく針の回転方向も検出することが可能となる。

［請求項４の発明］
本発明によれば、位置検出測定の回数を少なくすることが可能となる。

［請求項５の発明］
本発明では、文字盤からの反射光を測定部の受光部位に検出させ易くなる。

［請求項６の発明］
本発明によれば、測定部の発光部位からの光を文字盤に安定的に照射することができる。

回転検出装置が取り付けられる水道メータの斜視図メータ表示部の配置を説明するための図（Ａ）回転検出装置の内部構造を示す断面図、（Ｂ）第１支持部と遮蔽板の配置を示す平面図回転検出装置の電気的構成を示すブロック図遮蔽板の（Ａ）第１の透過パターンを模式的に示す図、（Ｂ）第２の透過パターンを模式的に示す図針の位置と各透過パターンにおける針の見え方との関係を示すテーブル他の実施形態に係る回転検出装置における遮蔽板の透過パターンを模式的に示す図他の実施形態に係る回転検出装置における遮蔽板の透過パターンを模式的に示す図他の実施形態に係る回転検出装置における遮蔽板の透過パターンを模式的に示す図

図１には、本実施形態の回転検出装置１０が取り付けられる流量計としての水道メータ５０が示されている。水道メータ５０は、メータ本体５１の下部に流入口５１Ａと流出口５１Ｂを備えている。メータ本体５１の上部には、メータ表示部６０が備えられている。メータ表示部６０は、水道の積算使用量などが表示される表示盤であり、ガラス板５２で覆われている。回転検出装置１０は、メータ表示部６０に上側から重なるように水道メータ５０に取り付けられる。

図２に示されるように、メータ表示部６０は、積算カウンタ６１、１リットル指示部６２、１０リットル指示部６３及び通水パイロット６４を備えている。積算カウンタ６１は、水道の積算使用量を表示する。１リットル指示部６２は、０～９までの数字が時計方向に記された円形の文字盤６２Ｂと、文字盤６２Ｂの中心を通る回転軸６２Ｊを有する指針６２Ｓと、を備え、指針６２Ｓは、１０リットルの通水で１回転する。１０リットル指示部６３は、０～９までの数字が時計方向に記された円形の文字盤６３Ｂと、文字盤６３Ｂの中心を通る回転軸６３Ｊを有する指針６３Ｓと、を備え、指針６３Ｓは、１００リットルの通水で１回転する。通水パイロット６４は、メータ表示部６０に垂直な回転軸６４Ｊを有し、通水に応じて回転する。なお、水道メータ５０の流入口５１Ａから流出口５１Ｂへと水が流れるとき（図１参照）、通水パイロット６４は時計方向に回転する。

図３（Ａ）に示されるように、回転検出装置１０は、１リットル指示部６２に対向配置され、１リットル指示部６２の文字盤６２Ｂへ向けて光を照射するための発光素子１１と、文字盤６２Ｂからの反射光を検出するための受光素子１２と、を備えている。発光素子１１と受光素子１２は、文字盤６２Ｂの周方向（即ち、指針６２Ｓの回転方向）で１８０度ずれて配置され、発光素子１１と文字盤６２Ｂとの間隔は、受光素子１２と文字盤６２Ｂとの間隔と略同じになっている。

回転検出装置１０には、発光素子１１及び受光素子１２と１リットル指示部６２の指針６２Ｓとの間に配置される遮蔽板１３が備えられている。遮蔽板１３は、例えば、液晶で構成され、光を透過する透過状態と光を透過させない非透過状態とに変化する。

詳細には、図３（Ｂ）に示されるように、遮蔽板１３は、文字盤６２Ｂよりも大径な円形状に形成され、文字盤６２Ｂと同心に配置される。遮蔽板１３は、指針６２Ｓの回転方向で複数のセグメント１３Ｓに分割され、各セグメント１３Ｓが透過状態と非透過状態に変化する。本実施形態では、遮蔽板１３は、４つのセグメント１３Ｓに均等に分割されている。

ここで、４つのセグメント１３Ｓを、時計方向に並ぶ順に、第１セグメント１３Ａ、第２セグメント１３Ｂ、第３セグメント１３Ｃ、第４セグメント１３Ｄと、適宜称して区別することにすると、第１セグメント１３Ａは、その周方向の中心が文字盤６２Ｂの「０」の指標と重なる。第２セグメント１３Ｂは、その周方向の中心が文字盤６２Ｂの「２」と「３」の指標の真ん中と重なる。第３セグメント１３Ｃは、その周方向の中心が文字盤６２Ｂの「５」の指標と重なる。第４セグメント１３Ｄは、その周方向の中心が文字盤６２Ｂの「７」と「８」の指標の真ん中と重なる。なお、セグメント１３Ｓの配置は上記したものに限定されるものでなく、例えば、第１セグメント１３Ａが文字盤６２Ｂの指標の０～２．５の範囲と重なり、第２セグメント１３Ｂが指標の２．５～５の範囲と重なり、第３セグメント１３Ｃが指標の５～７．５の範囲と重なり、第４セグメント１３Ｄが指標の７．５～０の範囲と重なってもよい。

図３（Ａ）に示されるように、回転検出装置１０には、発光素子１１及び受光素子１２と１リットル指示部６２の指針６２Ｓとの間に配置される光拡散板１４が備えられている。光拡散板１４は、表面が粗面となった透明な板材で構成され、発光素子１１から照射される光のムラを緩和する。本実施形態では、光拡散板１４は、遮蔽板１３に対して発光素子１１及び受光素子１２と反対側に配置されている。なお、光拡散板１４は、遮蔽板１３と同様に、文字盤６２Ｂより大径な円形状に形成されている。

図４に示されるように、回転検出装置１０は、遮蔽板１３における各セグメント１３Ｓの状態を制御する制御基板１５を備えている。制御基板１５は、発光素子１１と受光素子１２にも接続され、発光素子１１に光を照射させるための制御信号を発信し、受光素子１２から検出信号を受信する。そして、制御基板１５は、発光素子１１と遮蔽板１３（複数のセグメント１３Ｓ）とを制御して、１リットル指示部６２の指針６２Ｓの位置を検出するための位置検出測定を実行する。位置検出測定の結果は、送受信器１６を介して外部に送信される。

なお、制御基板１５は、位置検出測定に先立ってバックグラウンド測定を実行する。バックグラウンド測定では、発光素子１１に光を照射させないで受光素子１２が検出する光の量が測定される。バックグラウンド測定は、測定周期Ｔ１ごとに行われてもよいし、位置検出測定が所定の回数（例えば、１００回）実行されるごとに行われてもよい。

制御基板１５は、複数のセグメント１３Ｓの状態を制御して、遮蔽板１３に複数の透過パターンを形成し、各透過パターンにおいて位置検出測定を実行する。透過パターンは、指針６２Ｓの回転方向で連続する２以上のセグメント１３Ｓが共に透過状態又は非透過状態となるように形成される。

本実施形態では、制御基板１５が形成する透過パターンは、図５（Ａ）と図５（Ｂ）に示される２つとなっている。図５（Ａ）に示される第１の透過パターンでは、第２セグメント１３Ｂと第３セグメント１３Ｃが透過状態となり、第１セグメント１３Ａと第４セグメントＤが非透過状態となる。図５（Ｂ）に示される第２の透過パターンでは、第１セグメント１３Ａと第２セグメント１３Ｂが透過状態となり、第３セグメント１３Ｃと第４セグメント１３Ｄが非透過状態となる。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、非透過状態のセグメント１３Ｓにハッチングが施されている。

図６には、指針６２Ｓの位置と各透過パターンにおける指針６２Ｓの見え方の関係が示されている。同図における「指針の位置」は、文字盤６２Ｂ（図３（Ｂ）参照）の指標の位置に対応している。即ち、指針６２Ｓの位置が１．５であるとは、指針６２Ｓが文字盤６２Ｂの「１」と「２」の指標の真ん中に配置されていることを意味する。

また、図６における「指針の見え方」は、受光素子１２が検出する光の量に対応している。即ち、指針６２Ｓの全体が透過状態のセグメント１３Ｓと重なる場合、受光素子１２によって検出される光の量は指針６２Ｓによって減少される。指針６２Ｓの全体が非透過状態のセグメント１３Ｓと重なる場合、検出される光の量は指針６２Ｓによって減少されない。指針６２Ｓが透過状態のセグメント１３Ｓと非透過状態のセグメント１３Ｓの境界と重なる場合、検出される光の量は指針６２Ｓの一部によって若干減少される。同図において、受光素子１２によって検出される光の量が減少されない場合は、指針６２Ｓが検出されなかったとして「０」で表され、検出される光の量が若干減少する場合は、指針６２Ｓの一部が検出されたとして「０．５」で表され、検出される光の量が減少する場合は、指針６２Ｓの全体が検出されたとして「１」で表されている。

図６に示されるように、指針６２Ｓの位置が０～１．２５又は８．７５～０の範囲にある場合、第１の透過パターンでは指針６２Ｓが検出されず、第２の透過パターンで指針６２Ｓが検出される。指針６２Ｓの位置が１．２５～３．７５の範囲にある場合、第１の透過パターンと第２の透過パターンの両方で指針６２Ｓの全体が検出される。指針６２Ｓの位置が３．７５～６．２５の範囲にある場合、第１の透過パターンで指針６２Ｓの全体が検出され、第２の透過パターンでは指針６２Ｓが検出されない。指針６２Ｓの位置が６．２５～８．７５の範囲にある場合、第１の透過パターンと第２の透過パターンの両方で指針６２Ｓが検出されない。以上から、第１の透過パターンと第２の透過パターンのそれぞれにおける指針６２Ｓの検出・非検出によって、指針６２Ｓが文字盤６２Ｂのどの範囲に存在するかが分かる。

ここで、例えば、第１の透過パターンで指針６２Ｓの一部が検出される場合、その透過パターンでの検出結果だけからでは、指針６２Ｓが、第１セグメント１３Ａと第２セグメント１３Ｂの境界に存在するのか、又は、第３セグメント１３Ｃと第４セグメント１３Ｄの境界に存在するのか、が不明となるが、第２の透過パターンでの検出結果と合わせることで、何れの境界に指針６２Ｓが存在するのかを特定できる。同様に、第２の透過パターンで指針６２Ｓの一部が検出せれる場合も、第１の透過パターンでの検出結果と合わせることで指針６２Ｓの位置を特定することができる。

本実施形態の回転検出装置１０では、一定の測定周期Ｔ１ごとに、第１の透過パターンと第２の透過パターンの両方についての位置検出測定が実行される。ここで、水道メータ５０を流れる水の最大流量は予め決まっている。そして、測定周期Ｔ１は、水道メータ５０に最大流量の水が流れたときに指針６２Ｓが文字盤６２Ｂを１周するのに要する最短周回時間Ｔ２の４分の１以下となっている。従って、測定周期Ｔ１の間に指針６２Ｓが回転できる範囲がセグメント１３Ｓ１つ分の範囲に収まり、指針６２Ｓがセグメント１３Ｓの境界を跨いで回転したときに、その指針６２Ｓの回転方向が時計方向と反時計方向の何れであるかを判別可能となる。即ち、本実施形態の回転検出装置１０によれば、指針６２Ｓの位置だけでなく指針６２Ｓの回転方向も検出することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の回転検出装置１０は、遮蔽板１３のセグメント１３Ｓを透過状態又は非透過状態にして第１透過パターンと第２透過パターンを形成し、それぞれの透過パターンで位置検出測定を行うことで、指針６２Ｓの位置を検出する。このように、回転検出装置１０によれば、簡易な構成を採用して、指針６２Ｓの位置を従来よりも詳細に検出することが可能となる。

しかも、回転検出装置１０では、遮蔽板１３が４つのセグメント１３Ｓに分割されているので、透過パターンを２つ形成するだけで指針６２Ｓの位置を検出することが可能となり、位置検出測定の回数を少なくすることができる。

また、回転検出装置１０では、複数のセグメント１３Ｓが遮蔽板１３を均等に分割してなるので、遮蔽板１３を透過する光の量が透過状態のセグメント１３Ｓの数に比例することになり、文字盤６２Ｂに照射する光の量の制御が容易となる。

さらに、回転検出装置１０では、遮蔽板１３が４つのセグメント１３Ｓに均等に分割され、測定周期Ｔ１が、最大流量の水が水道メータ５０に流れたときに指針６２Ｓが文字盤６２Ｂを１周するのに要する最短周回時間Ｔ２の４分の１以下になっているので、指針６２Ｓの位置だけでなく回転方向も検出することが可能となる。

なお、本実施形態では、指針６２Ｓが本発明の「針」に相当し、制御基板１５が本発明の「測定部」に相当する。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態において、光拡散板１４は、遮蔽板１３に対して発光素子１１及び受光素子１２と同じ側に配置されてもよい。また、上記実施形態において、光拡散板１４を備えない構成としてもよい。

（２）上記実施形態では、回転検出装置１０が水道メータ５０に取り付けられる例を示したが、流量に応じて回転する指針を備えた流量計に取り付けられればよく、例えば、ガスメータに取り付けられてもよい。

（３）上記実施形態において、１つのセグメント１３Ｓを非透過状態にし、残りのセグメント１３Ｓを透過状態にすることで、透過パターンを形成し、非透過状態にするセグメント１３Ｓを替えることで、４つの透過パターンを形成してもよい。この場合、測定周期Ｔ１ごとに全ての透過パターンについて位置検出測定が行われる。

（４）上記実施形態において、遮蔽板１３は、３つのセグメント１３Ｓに均等に分割されてもよいし、５つ以上のセグメントに均等に分割されてもよい。３つのセグメント１３Ｓに分割される場合には、例えば、図７（Ａ）～図７（Ｃ）に示される３つの透過パターンを形成することで、指針６２Ｓの位置を検出することができる。また、５つのセグメント１３Ｓに分割される場合には、例えば、図８（Ａ）～図８（Ｃ）に示される３つの透過パターンを形成することで、指針６２Ｓの位置を検出することができる。なお、何れの場合においても、最短周回時間Ｔ２をセグメントの数で除した時間以下に測定周期Ｔ１を設定すれば、指針６２Ｓの回転方向を判別することができる。

（５）上記実施形態において、遮蔽板１３が均等に分割されず、複数のセグメント１３Ｓが異なる大きさであってもよい。この場合であっても、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示される第１と第２の透過パターンで位置検出測定が行われることで、指針６２Ｓの位置を検出することができる。なお、複数のセグメント１３Ｓが異なる大きさになると、複数の透過パターンの間で透過状態のセグメント１３Ｓの面積に差が生じるため、その面積の差を考慮して、検出される光量を補正すればよい。また、周方向に最も短いセグメント１３Ｓに合わせて測定周期Ｔ１を設定すれば、指針６２Ｓの回転方向を判別することも可能である。

１０回転検出装置
１１発光素子
１２受光素子
１３遮蔽板
１５制御基板（測定部）
５０水道メータ（流量計）
６０メータ表示部
６２１リットル指示部
６２Ｂ文字盤
６２Ｓ指針（針）

Claims

流量計のうち透光板に覆われる文字盤上で流体の流量に応じて回転する針の位置を前記透光板の外側から検出する回転検出装置であって、
前記透光板の外面に重ねられ、前記針の回転方向で分割された３つ以上の複数のセグメントを有して、それらセグメントを光を透過させる透過状態と透過させない非透過状態とに切り替え可能な遮蔽板と、
前記文字盤に向けて光を照射しかつその反射光を受光すると共に、前記照射から前記受光までの光路の途中に前記複数のセグメントが位置するように前記透光板との間に前記遮蔽板を挟んで配置される測定部と、を備え、
前記測定部により前記透過状態の前記セグメントと前記非透過状態の前記セグメントの位置が異なる２種類以上の透過パターンで前記照射及び前記受光を行う位置検出測定を実行し、各種類の透過パターンの前記受光の強度の相違に基づいて前記針の位置を検出する回転検出装置。
前記複数のセグメントは、前記遮蔽板を前記針の回転方向で均等に分割してなる請求項１に記載の回転検出装置。
前記測定部は、前記流量計が計測可能な最大流量の流体が流れたときに前記針の回転周期を前記複数のセグメントの総数で除した時間より短い間隔で、前記位置検出測定を実行する請求項２に記載の回転検出装置。
前記複数のセグメントは、前記遮蔽板を前記針の回転方向に４等分してなる請求項２又は３に記載の回転検出装置。
前記測定部の発光部位と受光部位とが、前記針の回転方向で１８０度離れて配置される請求項１乃至４のうち何れか１の請求項に記載の回転検出装置。
前記測定部の発光部位及び受光部位と前記針との間に配置される光拡散板を有する請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載の回転検出装置。