JPH0432731A - 光学式トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の［１的］ （産業上の利用分野） 本発明は、トーションバーとモアレ縞を利用して回転軸
にトｊ与されたトルクを検出するための光学式トルク検
出装置に関する。

（従来の技術） トーションバーとモアレ縞を利用してトルクを検出する
ための光学式トルク検出装置が提案されている。この光
学式トルク検出装置１の従来例について第４図を用いて
説明する。

第４図に示されるように、両端部が中間部より拡径され
たトーションバー３の一端は固定軸５に、他端は回転軸
７に固定されている。固定軸５の外周には外筒ホルダー
９が固着されている。この外筒ホルダー９は第６図に示
されるように、筒状で外周表面に所定の角度に傾斜した
複数本のストライブパターンが等間隔に形成されている
。

この外筒ホルダー９と固定軸５との間には固定軸に固定
された内筒ホルダー１１が固着されている。この内筒ホ
ルダー１１は第７図に示されるように筒状て外筒ホルダ
ー９に形成されたストライブパターンと反対方向に傾斜
した複数本のストライブパターンが形成されている。

これらの外筒ホルダー９と内筒ホルダー１１はいずれも
光が透過する透過材質で成型されており、外筒ホルダー
９の中空部内径は内筒ホルダー１１の外径より大とされ
ている。外筒ホルダー９の中空部に内筒ホルダー１１を
挿入した状態では、第８図に示されるようにモアレ縞１
３が形成される。

一方、固定軸側には光源であるＬＥＤ１５が、照射方向
を固定軸側として配置されている。また外筒ホルダー９
の上部にはイメージセンサー１７が配置されている。こ
のイメージセンサ−１７へな、ＬＥＤ１５から照射され
て固定軸で反射し内筒ホルダー１１と外筒ボルダ−９を
透過した光か入射される。

イメージセンサ−１７へ入射される光はモアレ縞１３の
投影光で、この投影光がイメージセンサ−１７の検出素
子へ入射される。イメージセンサ−１７へ入射されるモ
アレ縞１３の投影光か捩じれにより変形する度合いによ
りトーションバー３へ負荷されたトルクが検出される。

ところが、ＬＥＤ１５が第５図に示されるようにスポッ
ト１９に近いのと、反射面（固定軸の表面）が円弧状な
ので、モアレ縞１３の照明範囲１９が狭いと同時に十分
な光量がｉＡＩられないという問題がある。

このような従来の光学式トルク検出装置によるトルクの
測定幅すなわちダイナミックレンジは、モアレ縞１３の
１間隔に比例する。第５図に示されるように、ストライ
ブパターンの間隔（格子定数）をＷとした２枚のストラ
イブパターンを傾き角φで重ね合わせたときにできるモ
アレ縞の縞間隔Ｗは Ｗ−ｗ／２＊　　ｓ　　ｉ　　ｎ　　（φ／２）で表さ
れる。

例えば格子定数ｗ−０，７ｍｍ、傾き角φ＝１５．９４
°の時のモアレ縞の間隔は Ｗ−０，７／２＊　　ｓ　　ｉ　　ｎ　　（１５，９４
／２）となる。従ってダイナミックレンジ（７１１Ｉ定
幅）を広くとるためには最低このＷの幅（２，５４ｒｏ
ｍ）以上の均一な照明により検出素子上にモア１ノ縞パ
ターンを投写する必要がある。

（発明が解決しようとする課題） ところか、従来の上記した方法では、第５図に示される
ようにスポット状の非常に狭い範囲に限られるため十分
なダイナミックレンジとることができない。このため十
分広いトルク測定範囲をとることが出来ないという問題
かある。

本発明は上記事実を考慮し、モワレ縞への照明範囲を広
くしてトルクの／ｌｐＩ定輻を広くすることが出来る光
学的式トルク検出装置を提供することが目的である。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明では、回転軸のトルクに
比例して移動するモアレ縞の移動方向に対してこのモア
レ縞全体を均一に光源で照明することにより、トルクの
７１−１定幅を拡大したことを特徴としている。

（作用） 上記構成の本発明によれば、モワレ縞の移動方向に対し
てモワレ縞を全体を均一に照明するのでモワレ縞の縞間
隔より十分広く照明範囲となり、トルクのΔｐＪ定幅を
広くとることか出来る。

（実施例） 次に本発明に係る光″ｙ式トルク検出装置の実施例につ
いて第１図、第２図及び第３図を用いて説明する。

第１図に示されるように、ｉ・−ンヨンハーー３の一端
は固定軸５に、他端は回転軸７に固定されている。固定
軸５の外周には外筒ホルダー９が固着されている。この
外筒ボルダ−９は第３図１Ｊ示されるように、筒状で外
周表面に所定の角度に傾斜した複数本のストライブパタ
ーンが等間隔に形成されている。

この外筒ホルダー９と固定軸５との間には固定軸に固定
された内筒ホルダー１１か固着されている。この内筒ホ
ルダー］］は筒状て外筒ホルダ９に形成されたストライ
ブパターンと反ス１方向に傾斜した複数本のストライブ
パターンが形成されている。

これらの外筒ホルダー９と内筒ボルダ−１１はいずれも
光が透過する材質で形成されており、外筒ホルダー９の
中空部に内筒ホルダー１１を挿入した状態では、第３図
に示されるようにモアレ縞１３が形成される。

また、外筒ホルダー９の外周には、光源であるラインフ
ィラメントランプ２３が固定金具２５を介して固定され
ている。このラインフィラメントランプ２３は外筒ルダ
ー９の外周へ向けて光が照射されている。またラインフ
ィラメントランプ２３と外筒ホルダー９の周方法にずれ
た位置に検出センサ２７が配置されている。また、この
検出センサ２７と外筒ホルダー９との間にはレンズ２９
が配置されている。さらに、内筒ホルダー１１の内側に
は、固定金具２５に反射板３１が配置され固定されてい
る。

従って、ラインフィラメントランプ２３から発射された
光はレンズ２９、モアレ縞１３を透過して反射板３１で
反射して、再びモアレ縞１３を透過して検出センサ２７
へ入射する。

この場合、第３図に示されるれように、ラインフィラメ
ントランプの照明範囲３５は、検出センサ２７の検出範
囲３３より広くなっており、トルクに比例してモワレ縞
１３が移動する方向に対して、モワレ縞１３全体を均一
に照明している。

このため、モワレ縞１３の縞間隔より十分広い範囲に光
を照射するので、モワレ縞の検出範囲が広くなり、トル
クの測定幅が拡大する。

上記検出センサ２７はモアレ縞の移動量を高分解能で検
出することが出来ＣＣＤイメージセンサ等を用いること
が出来る。

次に本実施例の作用について説明する。

以上のように構成された光学式トルク検出装置１では、
回転軸７にトルクが付与されると、トーションバー３が
回転トルクに比例して捩じれる。

これと同時に内筒ホルダー１１が回転すると、モアレ縞
１３が捩じれの方向へ移動する。すなわち内筒ホルダー
１１がトーションバー３のねじれ方向へ回転することに
よりモワレ縞１３が移動する。

ラインフィラメントランプ２３からの光はレンズ２９に
よって平行光に変換された後にモワレ縞１３が形成され
ていない部分を透過した後に、反射板３１に反射され、
モアレ縞１３を透過して、検出センサ２７にこのモアレ
縞１３を投写する。

これで得られた信号を処理してモアレ縞の移動量からト
ルクを検出する。

従って、ラインフィラメントランプ２３を用いて照明範
囲を広くすると共に平行光をモアレ縞に投写するので、
トルクの測定幅すなわちダイナミックレンジを広くする
ことが出来る。

なお、本実施例では、ラインフィラメントランプ２゛３
とレンズ２９を別体に設けた例を示したがこれに眼らず
、これらを一体としても良く、また光源であればレンズ
がなくても發検出効率を十分高めることができる。

さらに、本実施例では、固定軸５に外筒ホルダー９を固
定し、回転軸７に内向ホルダー１１を固定したが、これ
に限らず、固定軸５に内筒ホルダ１１を固定し、回転軸
７に外筒ホルダー９を固定しても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る光学式トルク検出装置
によれば、均一な光をモワレ縞に広い範囲で照明するの
で、トルクの測定幅を広くすることが出来るという優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式トルク検出装置の構成を示す断面図、第
２図は第１図の■−■線に沿って切断した断面図、第３
図はモアレ縞と照明範囲と検出センサの検出範囲の関係
を示す説明図、第４図乃至第８図は従来の光学式トルク
検出装置を示し第４図は従来の光学式トルク検出装置の
構成を示す断面図、第５図はモアレ縞と照明範囲と検出
センサの関係を示す説明図、第６図は外筒ホルダーのス
トライプパターンを示す図、第７図内筒ホルダーのスト
ライブパターンを示す図、第８図は外筒ホルダーに内筒
ホルダーを挿入して形成されたたモアレ縞を示す図であ
る。 ３・・・トーションバー ５・・・固定軸 ７・・・回転軸 ９・・・外筒ホルダー １１・・・内筒ホルダー １３・・・モアレ縞 １・・・光学式トルク検出装置 ２３・・・ラインフィラメ ントランプ ２７・・・検出センサ ２９・・・レンズ １・・・反射板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）トーションバーとモアレ縞により回転軸のトルク
   を検出する光学式トルク検出装置において、 前記回転軸のトルクに比例して移動するモアレ縞の移動
   方向に対してこのモアレ縞全体を均一に光源で照明する
   ことにより、トルクの測定幅を拡大したことを特徴とす
   る光学式トルク検出装置。