JPH07120341A - トルクセンサの零点誤差の補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルクセンサの零点誤差を補正するに際し、
零点の近傍の所定範囲でトルクが連続パルス状に印加さ
れた場合などにも、正確に零点を補正できるようにし、
また零点が上記所定範囲を越える程度に大きく変動する
という異常が発生した場合に、即座に正常状態に復帰で
きるようにする。 【構成】 トルク信号を一定時間（ｔ）ごとにサンプリ
ング計測する。隣り合う一対の計測値どうしの差が一定
値（±ａ）を越えたときにトルクの印加を認識する。こ
れら一対の計測値のうちの真に零点に近い方を基準点と
して、それ以降の零点を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業機器などにおいて
使用される磁歪式トルクセンサやひずみゲージ式トルク
センサなどのトルクセンサの零点誤差の補正方法に関
し、特に、ねじ締め機用パルスツールやナットランナな
どに印加されるパルス状のトルクを計測するのに適した
トルクセンサの零点誤差の補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のトルクセンサの零点誤差の補正
方法として、たとえば特願平５−106314号に提案される
ものがある。これは、真の零点の近傍の正負の一定値
（以下、「Ａ」と称する）以内のトルク計測値を測定
し、そのトルク計測値の複数個の平均値を新たな零点と
して設定することで、それまでの零点データを補正する
ものである。また一定値Ａを越えるトルク計測値が一定
時間以上持続した場合には、これを異常と判定し、処理
プログラムをリセットしたうえで、その零点誤差を補正
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のものでは、トルクセンサにヒステリシスが存在する
などの理由によって、一定値Ａの範囲を比較的大きくと
っておかなければならない。すると、この一定値Ａの範
囲内の大きさのトルクが連続パルス状に印加されたとき
に、このトルク計測値を零点誤差としてとらえてしま
い、実際には零点の変動がないにもかかわらず零点補正
が行われて、零点が不適当に補正されてしまうという問
題点がある。

【０００４】また上述のようにリセットがかけられる
と、トルク印加中であってもプログラムが初めから起動
するため、正常な動作を行えなくなるという問題点があ
る。そこで本発明はこのような問題点を解決し、上述の
一定値Ａの範囲内でトルクが連続パルス状に印加された
場合などにも、正確に零点誤差を補正でき、また上述の
ように零点が一定値Ａを越える程度に大きく変動すると
いう異常が発生した場合に、即座に正常状態に復帰でき
るようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、トルク信号を一定時間ごとにサンプリング計
測し、隣り合う一対の計測値どうしの差が一定値を越え
たときにトルクの印加を認識し、この一対の計測値のう
ちの真の零点に近い方を基準点として、それ以降の零点
を設定するものである。

【０００６】また本発明は、基準点からの差が一定値以
内である一定数の計測値の平均値を新たな零点として設
定するものである。また本発明は、トルクの印加が認め
られないときに、サンプル数が所定値に達したなら、計
測動作をリセットして同様の処理を繰り返すものであ
る。

【０００７】また本発明は、基準点から正負の方向に一
定値を越える計測値を連続して所定数だけ計測したとき
には、この所定数の計測値のうちの最新の一定数の計測
値の平均値を新たな零点として設定するものである。

【０００８】さらに本発明は、基準点から正負の方向に
一定値を越える計測値を連続して所定数だけ計測するこ
とが断続的に複数回起こったときに、最新の所定数の計
測値のうちの最新の一定数の計測値の平均値を新たな零
点として設定するものである。

【０００９】

【作用】このようにすると、複数のサンプリングデータ
のうちの隣り合う一対の計測値どうしの間の「傾き」に
よりトルクの印加を認識することになる。この場合に一
定値は、従来における零点補正の基準となる一定値Ａに
比べ、はるかに小さくすることができる。しかも、無負
荷状態の計測値の方を基準点として零点が補正されるた
め、印加トルクを零点誤差であると認識して補正を行っ
てしまうおそれがない。

【００１０】また所定数の計測値の平均値を新たな零点
として設定するため、正確に零点が求められ、さらにサ
ンプル数が所定値に達してもトルクの印加が認められな
いときは計測動作をリセットして同様の処理を繰り返す
ため、最新のデータにもとづく零点が常に得られる。

【００１１】また、計測値が大きく変動するという異常
が発生して、基準点から正負の方向に一定値を越える計
測値を連続して計測したときには、そのうちの最新の一
定数の計測値の平均値を新たな零点に設定して零点補正
が行われるため、即座に正常状態への復帰が行われる。

【００１２】さらに、基準点から正負の方向に一定値を
越える計測値を連続して計測することが断続的に複数回
起こったときに、すなわち計測値が大きく変動するとい
う異常が発生しているときに、複数のパルス状の計測対
象トルクが印加された場合は、最新の一定数の計測値の
平均値を新たな零点に設定して零点補正が行われるた
め、即座に正常状態への復帰が行われる。

【００１３】

【実施例】図８は、磁歪式トルクセンサの回路構成の一
例を示す。ここで10はトルク検出軸で、その外周面に
は、軸心に対し傾斜した磁気異方性部12が一箇所だけ形
成されている。この磁気異方性部12の周囲には、コイル
14が配置されている。

【００１４】コイル14は、抵抗16と、図中において実線
で示されて、温度変化にともなう零点変動を粗く補正す
るための感温抵抗18とを介して、このコイル14に交流電
流を供給するための発振回路20に接続されている。感温
抵抗18は、図中において破線で示すように、抵抗16とコ
イル14との間などに設置することもできる。抵抗16は、
コイル14のインピーダンスにほぼ等しい抵抗値を有す
る。発振回路20と感温抵抗18との間には、整流回路とロ
ーパスフィルタとを有した励磁電圧検出回路22が並列に
接続されている。

【００１５】コイル14からの出力ラインは、整流回路と
ローパスフィルタとを備えたトルク検出回路24を構成し
ている。このトルク検出回路24の出力側と、励磁電圧検
出回路22の出力側とは、ともに差動増幅器26の入力側に
接続されている。差動増幅器26の出力側は、零点変動を
細かく補正するための差動増幅器28に接続されている。
後述のようにして零点の補正データが求められ、その補
正データが、定電圧発生回路30を並設したＤ／Ａ変換器
32を介して差動増幅器28に入力されることで、この差動
増幅器28は、そのときのトルク検出出力を零にするよう
に機能する。

【００１６】差動増幅器28の出力側は、増幅器34を介し
て、トルク検出軸10に印加されるトルクの方向を公知の
方法で検出する極性判定回路36と、ゲイン切換回路38と
に接続されている。ゲイン切換回路38は、極性判定回路
36の出力信号にもとづき、トルク検出軸10への印加トル
クの方向に対応してトルク検出信号のゲインを切換え可
能とされている。40はトルク信号ラインであり、トルク
出力値が現れる。

【００１７】Ｄ／Ａ変換器32およびゲイン切換回路38に
は、演算制御回路42からの出力ラインが接続されてい
る。この演算制御回路42には、メモリ44が並設されると
ともに、データ入出力ライン46が接続されている。48は
温度センサで、感温抵抗18と同様に温度変動にともなう
零点変動を粗く補正するために、その出力ラインがＡ／
Ｄ変換器50を介して演算制御回路42に接続されている。
52はフィードバックラインで、トルク信号ライン40から
Ａ／Ｄ変換器54を介して演算制御回路42に接続されてい
る。

【００１８】次に、トルクの印加を認識する方法につい
て説明する。図１において、横軸は時間、縦軸はトルク
計測値である。ここで、時刻１から、一定のサンプリン
グ周期ｔでトルクの計測を行う。このトルクの計測は、
図８におけるトルク信号ライン40の信号であるトルク出
力値を、フィードバックライン52を介して演算制御回路
42に入力することによって行われる。このサンプリング
周期ｔは、印加されるトルクの最短の持続時間よりも短
くなるように設定される。またサンプリング継続回数を
ｎとすると、ｎ・ｔは、印加されるトルクの最長の持続
時間よりも長くなるように設定される。また、単位時間
内に変動するトルクの大きさの限界を一定値±ａとす
る。

【００１９】図１において、時刻１でトルクの計測を開
始し、一定周期ｔごとに計測を行う。時刻２では時刻１
に比べトルク計測値は一定値±ａの範囲内である。よっ
て何ら処理を行うことなく、時刻３で次の計測を行う。
この時刻３でも時刻２に比べ計測トルク値は一定値±ａ
の範囲内であるため、何ら処理を行うことなく、時刻４
で次の計測を行う。時刻４では、計測値は時刻３に比べ
＋ａを越える。そこでトルクの印加があったとの判断が
なされる。

【００２０】このとき、時刻３の計測値と時刻４の計測
値とが比較される。すると、時刻３の計測値の方が真の
零点（出力０Ｖ）に近いため、それ以後はこの時刻３の
計測値を基準点として、零点の設定のための次の処理が
行われる。

【００２１】図２では、時刻１で、一定周期ｔのトルク
の計測が開始される。次の時刻２でのトルク計測値は、
時刻１での計測値に比べ、−ａよりもさらに小さい。そ
こで、トルクの印加ありと判断する。このとき時刻１と
時刻２とでトルク計測値を比較すると、時刻２における
計測値の方が真の零点（出力０Ｖ）に近いため、それ以
後はこの時刻２の計測値を基準点として、零点の設定の
ための次の処理が行われる。

【００２２】これら図１および図２のようにすると、隣
り合う一対の計測値どうしの間の「傾き」によりトルク
の印加が認識されるが、一定値±ａは、前述の従来の零
点補正の基準となる一定値Ａに比べ、はるかに小さくす
ることができる。しかも、真の零点に近い方の計測値を
基準点としてそれ以降の零点が設定されるため、換言す
れば無負荷状態の計測値の方を基準点として零点が補正
されるため、印加トルクを零点誤差であると誤って認識
して補正を行ってしまうおそれがない。

【００２３】図３では、同様に時刻１で計測が開始され
る。ここでは、隣り合う計測値が±ａの範囲内のデータ
が連続してｎ個測定されたので、計測動作をリセットし
て、同様の次の処理が繰り返される。この次の処理にお
いては、時刻ｎにおける計測値が基準点となる。

【００２４】次に、零点補正のための計測処理について
説明する。まず、図４は、パルス状のトルクが印加され
た場合を示す。ここでは、時刻１で計測を開始したとき
に、時刻１、ｉにおいて処理条件が発生し、時刻１にお
ける計測値が基準点となる。そこで、時刻１から、この
時刻１における計測値を含めて、この計測値から一定値
±ａの範囲内のデータをｍ個測定する。そして時刻１〜
ｍにおける計測値の平均値を求め、それが新たな零点と
なるように補正を行う。この補正は、図８に示される零
点補正用のＤ／Ａ変換器32への設定変更という形で行わ
れる。このようにｍ個の計測値の平均を新たな零点とし
て設定するため、その零点が正確に求められる。なお、
零点補正の際には、上述のようにトルク印加を認識する
ときの一定値±ａを同様に採用するほかに、これとは別
の値ｂを用いて一定値±ｂを設定することもできる。

【００２５】図５は、図４に比べトルクの印加時間の幅
が長くなっている場合を示す。図４の場合と同様に時刻
１における計測値が基準点になるとともに、この計測値
から一定値±ａの範囲内のデータをｍ個測定して、その
平均値が新たな零点となるように補正を行う。

【００２６】図６は、零点がプラス側にシフトした場合
の事例を示す。このようなシフトは、トルク以外の要因
によって発生する。ここでは、時刻１で計測を開始した
ときに、時刻１、ｉにおいて処理条件が発生し、時刻１
における計測値が基準点となる。そして、この基準点か
ら＋ａを越えた計測値を、時刻ｉにおける計測値を含め
て連続でｐ個測定する。そして、時刻（ｐ−ｍ＋１）か
ら時刻ｐまでの平均値、すなわち最新のｍ個の平均値を
新たな零点として設定し、補正を行う。

【００２７】図７は、図６と同様に零点が＋側にシフト
した状態で、さらにマイナス向きにパルス状のトルクが
複数印加された場合を例示する。このようなトルクパタ
ーンは、ねじ締め機用パルスツールにおいて異常が発生
した場合に見られるものである。ここでは、時刻１、ｉ
において処理条件が発生し、時刻１における計測値が基
準点となる。時刻ｉ以降において、基準点から＋ａを越
えた計測値を連続でｑ回測定する。この連続ｑ回の測定
の間には、次のパルス状のトルクはまだ印加されないも
のとする。たとえば図７における左側のシフト状態の場
合は、基準点から＋ａを越えた計測値が連続して（ｑ＋
５）回発生し、同様に右側の場合は（ｑ＋１）回発生し
ている。そして図示のように、この基準点から＋ａを越
えた計測値を連続ｑ回測定することがｋ回発生するもの
とする。ただしｋ＜（ｍ−１）である。そして、時刻
（ｑ−ｍ＋１）から時刻ｑまでの最新のｍ個の平均値を
新たな零点として設定し、補正を行う。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、トル
ク信号を一定時間ごとにサンプリング計測し、隣り合う
一対の計測値どうしの差が一定値を越えたときにトルク
の印加を認識し、この一対の計測値のうちの真の零点に
近い方を基準点として、それ以降の零点を設定するた
め、複数のサンプリングデータのうちの隣り合う一対の
計測値どうしの間の「傾き」によりトルクの印加を認識
することになり、前記一定値を、従来における零点補正
の基準となる一定値に比べ、はるかに小さくすることが
できる。しかも一対の計測値のうち無負荷状態の計測値
の方を基準点として零点を補正するため、印加トルクを
零点誤差であると認識して補正を行ってしまうことを防
止できる。

【００２９】また本発明によると、一定数の計測値の平
均値を新たな零点として設定するため、零点を正確に求
めることができ、またサンプル数が所定値に達してもト
ルクの印加が認められないときは計測動作をリセットし
て同様の処理を繰り返すため、常に最新のデータにもと
づく零点を得ることができる。

【００３０】また本発明によると、計測値が大きく変動
するという異常が発生し、基準点から正負の方向に一定
値を越える計測値を連続して計測したときには、そのう
ちの最新の一定数の計測値の平均値を新たな零点として
設定するため、その異常発生を認識した時点における最
新のデータを用いて新しい零点を設定できて零点補正が
可能となって、即座に正常状態への復帰を行うことがで
きる。

【００３１】さらに本発明によると、基準点から正負の
方向に一定値を越える計測値を連続して計測することが
断続的に複数回起こったときに、すなわち計測値が大き
く変動するという異常が発生しているときに、複数のパ
ルス状の計測対象トルクが印加された場合は、その異常
発生を認識した時点における最新のデータを用いて新し
い零点を設定できて零点補正が可能となるため、即座に
正常状態への復帰を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トルク印加の認識の条件を説明するための、本
発明にもとづくトルクカーブの一例を示す図である。

【図２】トルク印加の認識の条件を説明するための、本
発明にもとづくトルクカーブの他の例を示す図である。

【図３】トルクの印加がないときの状態を説明するため
の、本発明にもとづくトルクカーブのさらに他の例を示
す図である。

【図４】パルス状のトルクが印加されたときの零点補正
のための計測処理の一例を示す図である。

【図５】他のパルス状のトルクが印加されたときの零点
補正のための計測処理の例を示す図である。

【図６】零点がシフトしたときの零点補正のための計測
処理の例を示す図である。

【図７】零点がプラス側にシフトした状態でパルス状の
トルクが複数印加されたときの零点補正のための計測処
理の例を示す図である。

【図８】本発明を適用した磁歪式トルクセンサの回路構
成の一例を示す図である。

【符号の説明】

28 作動増幅器 32 Ｄ／Ａ変換器 40 トルク信号ライン 52 フィードバックライン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク信号を一定時間（ｔ）ごとにサン
   プリング計測し、隣り合う一対の計測値どうしの差が一
   定値（±ａ）を越えたときにトルクの印加を認識し、こ
   の一対の計測値のうちの真の零点に近い方を基準点とし
   て、それ以降の零点を設定することを特徴とするトルク
   センサの零点誤差の補正方法。
2. 【請求項２】 基準点からの差が一定値（±ａ、±ｂ）
   以内である一定数（ｍ）の計測値の平均値を新たな零点
   として設定することを特徴とする請求項１記載のトルク
   センサの零点誤差の補正方法。
3. 【請求項３】 トルクの印加が認められないときに、サ
   ンプル数が所定値（ｎ）に達したなら、計測動作をリセ
   ットして同様の処理を繰り返すことを特徴とする請求項
   １または２記載のトルクセンサの零点誤差の補正方法。
4. 【請求項４】 基準点から正負の方向に一定値（±ａ、
   ±ｂ）を越える計測値を連続して所定数（ｐ）だけ計測
   したときには、この所定数（ｐ）の計測値のうちの最新
   の一定数（ｍ）の計測値の平均値を新たな零点として設
   定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか
   １項記載のトルクセンサの零点誤差の補正方法。
5. 【請求項５】 基準点から正負の方向に一定値（±ａ、
   ±ｂ）を越える計測値を連続して所定数（ｑ）だけ計測
   することが断続的に複数回（ｋ）起こったときに、最新
   の所定数（ｑ）の計測値のうちの最新の一定数（ｍ）の
   計測値の平均値を新たな零点として設定することを特徴
   とする請求項１から４までのいずれか１項記載のトルク
   センサの零点誤差の補正方法。