JPH11156245A - 遠心機のロータ識別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、遠心機のクラウン等に載置される
複数のロータの個々の種類を識別する遠心機のロータ識
別装置に関するものであり、識別子を確実に検知し識別
誤りを極力排除し、信頼性の高い且つ安定した識別装置
を提供する。 【解決手段】 識別子３を感知するセンサヘッド４と、
センサヘッド４と協同し発振する発振回路５と、発振回
路５の発振周波数を電圧に変換する周波数電圧変換器６
と、周波数電圧変換器６の出力信号から識別子３を検出
する識別子検出手段７と、発振回路５の発振周波数を測
定する手段８と、発振回路５の周波数を制御する手段９
とを設け、ロータ識別動作開始直前に発振周波数を測定
する手段８により発振回路の発振周波数を測定し、発振
回路５の発振周波数を制御する手段９により発振回路５
の発振周波数を予め定められた所定の周波数に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心機のクラウン
等に載置される複数個のロータの個々の種類を識別する
遠心機のロータ識別装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】遠心機チャンバ内のクラウン等に載置さ
れ使用されるロータが複数の種類に及ぶ場合、ロータ固
有の最高回転数、慣性モーメント、ロータ内の試料の温
度管理のためのロータの温度制御係数等の把握が遠心機
側で必要なため、ロータの種類を識別する装置が必要と
されていた。

【０００３】従来のアルミニューム等の非磁性体金属を
材質とするロータアダプタに識別子となる凹凸を設け、
この凹凸の感知を渦電流センサを用いて行い、凹凸の配
置パターンによりロータを識別する装置では、凹凸によ
る金属表面と渦電流センサヘッドとのエアギャップの変
化により渦電流センサヘッドと協同して発振する発振回
路の出力信号の発振周波数が変化するのを、フィルタの
周波数に対する減衰特性を利用し周波数電圧変換器とし
て用い、上記出力信号の周波数変化を電圧信号の変化に
変換し、予め定められた比較電圧値との大小を比較する
ことにより凹凸を検出し、この凹凸の配置パターンをコ
ード化することによりロータを識別していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来におけるロータ識
別装置では、上記発振回路の発振周波数の変化は、ロー
タアダプタに形成された凹凸と渦電流センサヘッドの間
のエアギャップの変化以外に、渦電流センサヘッドが配
置される遠心機チャンバ内の温度の変化、或いは製品の
ばらつきによるロータアダプタと渦電流センサヘッドと
の相対距離の個々の違いに起因する環境、条件等の変化
により、渦電流センサヘッドのインダクタンスが増減し
発振周波数が変化するため、ロータアダプタに形成され
た凹凸による周波数の変化がフィルタの周波数減衰帯域
から外れた領域にある場合は、周波数が変化しても周波
数電圧変換器の出力電圧が変化せず、この凹凸が検知で
きないという問題があった。

【０００５】また、この発振周波数の変化がフィルタの
周波数減衰帯域内で行われ、上記凹凸による周波数の変
化が電圧の変化として変換される場合においても、上記
検出環境、条件の変化により電圧が増減するため、予め
定められた比較電圧値以外の電圧領域で変化する時には
凹凸を検出することができず、配置パターンをコード化
できないという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上記問題を解消し、遠心
機チャンバ内の温度の変化、或いは製品のばらつきによ
るロータアダプタと渦電流センサヘッドとの相対距離の
個々の違い等の検出環境、条件が変化してもロータアダ
プタに形成された凹凸を確実に検知し、信頼性の高い且
つ安定したロータ識別装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、識別子とな
るロータの表面に設けられた凹凸を感知する渦電流セン
サヘッドと、上記渦電流センサヘッドと協同し発振する
発振回路と、上記発振回路の発振周波数を電圧に変換す
る周波数電圧変換器と、上記周波数電圧変換器の出力信
号から識別子を検出する識別子検出手段と、上記発振回
路の発振周波数を測定する手段と、上記発振回路の発振
周波数を制御する手段とを設け、ロータ識別動作開始直
前に発振回路の発振周波数を測定し、この結果から発振
周波数を制御する手段により前記発振回路の発振周波数
をフィルタの周波数減衰帯域内の適切な所定の周波数に
設定することにより達成される。

【０００８】また、上記目的は、上記発振回路の発振周
波数を電圧に変換する周波数電圧変換器と、ロータの回
転角を検出する角度検出器と、上記発周波数電圧変換器
により出力される電圧信号を上記角度検出器の出力信号
と同期してデジタル値に変換し記憶する手段とを備え、
ロータの微少回転角毎に対応して記憶されたデジタル値
列から所望の２値化値を算出し、該２値化値により該デ
ジタル値列の２値化演算を行い、上記識別子のロータ回
転円周上の配置を認識することにより識別子の配置パタ
ーンを識別する識別手段を設けることにより達成され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の具体的実施例を以下図面
を用いて詳細に説明する。図１は本発明になる遠心機の
ロータ識別装置を示すブロック回路図であり、１は識別
するロータ、２はロータ１の底面に装着されたアルミニ
ューム等を材質とした円筒形のロータアダプタ、３はロ
ータアダプタ２の底面の円周上に設けた識別子となる穴
識別子、４は穴識別子３と対向する位置に据え付けたイ
ンダクタで構成される識別子を感知するセンサヘッドと
なる渦電流式のセンサヘッド、５は渦電流センサヘッド
４と協同して発振する発振回路である。６は発振回路５
の周波数を電圧に変換する周波数電圧変換器であり、発
振回路５の発振出力を増幅器１３で増幅し、シュミット
トリガ１４を介し振幅を一定とした方形波に変換し、方
形波信号を分周器１５により２分周し、バンドパスフィ
ルタとなるフィルタ１６で方形波信号の周波数の値に対
応して減衰させ、積分器１７を介し直流電圧に変換し、
増幅器１８で電圧の増幅を行う。周波数電圧変換器６の
電圧出力は、穴識別子３が設けられた凹部とロータアダ
プタ２の平面のままの状態の凸部とから成る凹凸パター
ンを検出するマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと称
す）から成る識別子検出手段７に入力される。８は発振
回路５の発振周波数を計測する手段と成るカウンタであ
り、シュミットトリガ１４が出力する方形波信号をカウ
ントする、例えば日本電気製μＰＤ７１０５４等のプロ
グラマブルカウンタで構成される。９は発振回路５の発
振周波数を制御する手段と成るＤ／Ａコンバータ等の出
力電圧が制御可能な電圧制御器であり、カウンタ８及び
Ｄ／Ａコンバータ９の制御はＣＰＵ７により行われる。
１０は周波数電圧変換器６の出力電圧をデジタル値に変
換し記憶する手段と成るＣＰＵ７に内蔵されたＡ／Ｄコ
ンバータ及びメモリーであり、１１はロータ１の回転角
を検出するためのロータリエンコーダ１９とカウンタ２
０から構成される角度検出器である。Ａ／Ｄコンバータ
及びメモリー１０は角度検出器１１の信号出力に同期し
て動作し、周波数電圧変換器６の出力電圧をデジタル値
に変換し記憶する。ＣＰＵ７はこのデジタル値を基にし
て２値化値を算出し、この２値化値により上記のデジタ
ル値の２値化演算を行い識別子３の配置パターンを識別
するパターン識別手段と成る。

【００１０】次に、本実施例における遠心機のロータ識
別装置の動作を図２乃至図１５を用いて説明する。な
お、図２乃至図１５においては、図１と同一の機能の部
分には同一の番号を符してある。

【００１１】図２はロータ１の識別のためにロータ１の
底面に取り付けられたロータアダプタ２に設けた穴識別
子３の配置パターンを示しており、ロータ１の回転軸を
中心としたロータアダプタ２の同一円周上に、例えば１
５等分した等角間隔の格子点上に穴識別子３が配置し、
ＡからＯの格子点上の塗りつぶした円で示したＢ、Ｃ、
Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｏの位置に９個の穴識別子３
が設け、破線の円で示したＡ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｌ、Ｎの位
置は穴識別子を設けずロータアダプタ２のそのままの底
面としている。

【００１２】図４は渦電流センサヘッド４と協同して発
振する発振回路５の具体的実施例を示す構成図である。
図４の２５、２６、２７、２８、２９はそれぞれセンサ
ヘッド４と共にコルピッツ形の発振器を構成するトラン
ジスタ、抵抗器、コンデンサであり、２４はキャパシタ
ンスが調節可能な可変容量ダイオードである。Ｄ／Ａコ
ンバータ９の出力電圧を制御し、可変容量ダイオード２
４のバイアス電圧を調整することにより、可変容量ダイ
オード２４のキャパシタンスを変化させ、発振回路５全
体のキャパシタンスを変えるようになっており、センサ
ヘッド４のインダクタとの共振において発振周波数を変
更することができる。

【００１３】図５はフィルタ１６の周波数に対する減衰
率を示した一例であり、本実施例においては中心周波数
ｆ₀を４５５ＫＨｚとしたバンドパスフィルタを使用
し、Ｐ−Ｑ間の太線で示した高減衰領域のサイドスロー
プを利用し、分周器１５の出力方形波を減衰し積分器１
７を介し直流電圧に変換し、発振回路５の出力信号の周
波数の変化を電圧の変化に変換する。図５に於いてfiは
ロータ識別動作開始前の分周器１５の出力方形波の初期
周波数を例示したものである。遠心機チャンバ内の温度
変化、遠心機の個々の製品のばらつきによるロータアダ
プタ２とセンサヘッド４との相対距離の変化等による検
出環境、条件の変化により、センサヘッド４のインダク
タンスが変化し発振回路５の発振周波数が変化するため
fiは常時一定の周波数とはならない。一例として、fiが
バンドパスフィルタのＰＱ間以外の中心周波数ｆ₀の近
傍にある状態から、穴識別子３の有無により発振回路５
の発振周波数が変化する場合は、分周器１５の出力方形
波周波数はｆ₀近傍の無減衰領域内で変化し変換後の直
流電圧は変化せず、また、fiがＰ−Ｑ間を外れた高い周
波数領域にある状態から同様に発振回路５の発振周波数
が変化する場合は、変換後の直流電圧の変化は微少なも
のとなり、識別子３の存在を電圧変化として検知するこ
とが困難となる。従って、穴識別子３の存在を検知する
上で、分周器１５の周波数の変動がこれらの環境、条件
の変化により上記サイドスロープ上を外れず分周器１５
の周波数変化と積分器１７の直流電圧変化との関係に直
線性を持たせることが必要であり、本実施例では、ロー
タ識別動作直前に発振回路５の発振周波数をカウンタ８
を介しＣＰＵ７により測定し、Ｄ／Ａコンバータ９の出
力電圧を調整し、分周器１５の出力方形波の初期周波数
fiが目標周波数となるfcとして例えば４６７ＫＨｚにな
るように、発振回路５の発振周波数をその２倍の９３４
ＫＨｚに制御設定することにより、環境、条件が変化し
ても穴識別子３の有無の安定した検知を実現している。

【００１４】図６は本実施例によるＤ／Ａコンバータ９
の出力電圧に対する発振回路５の発振周波数を示してい
る。可変容量ダイオード２４は、アノードに対するカソ
ードの電圧、即ち逆バイアス電圧が大きいほどキャパシ
タンスが小さくなるため、Ｄ／Ａコンバータ９の出力電
圧の大小により発振回路５の発振周波数を制御してい
る。従って、Ｄ／Ａコンバータ９の出力電圧が高い時は
可変容量ダイオード２４の逆バイアス電圧は低くなるか
ら、可変容量ダイオード２４のキャパシタンスは大きく
なり発振回路５は低い周波数で発振し、逆にＤ／Ａコン
バータ９の出力電圧が低い時は発振回路５の発振周波数
は高くなる。

【００１５】図７はＣＰＵ７によるロータ識別動作直前
の発振回路５の発振周波数を目標設定周波数ｆcに制御
する処理のフローチャートを示すものであり、ＲＯＭ２
２に示す記憶装置に予め定められた処理手順が記憶され
ている。図７の処理１０１は発振回路５の発振周波数を
カウントするカウンタ８のカウント値の初期化及びカウ
ンタ８の起動処理であり、処理１０２により所定時間、
例えば２０msesのタイムインターバルを経た後、処理１
０３に進み処理１０１での初期値からダウンカウントさ
れたカウント値の読み出し処理を行い、処理１０４に進
み処理１０３でのカウント値とカウント時間を基に発振
回路５の発振周波数を算出する。処理１０５は目標補正
周波数ｆcと発振回路５の発振周波数ｆとの差分Δｆを
演算し、判断１０６により周波数差分の絶対値が２００
Ｈｚ以下であれば発振回路５の発振周波数自動補正処理
を終え、周波数差分Δｆの絶対値が２００Ｈｚを超えて
いる場合は処理１０７に進み、処理１０７では周波数差
分Δｆを基にＤ／Ａコンバータ９の出力電圧のデジタル
値の比例演算処理を行い、Ｄ／Ａコンバータ９の出力電
圧の増減デジタル値となるΔＨｖを、例えば発振回路５
の発振周波数fが目標補正周波数ｆcよりも大きく周波数
差分Δｆが正の値であれば、発振回路５の発振周波数ｆ
を減少させるようにΔＨｖをΔｆの大きさに応じた正の
値とし、一方、ｆがｆcよりも小さくΔｆが負の値であ
れば、発振回路５の発振周波数を増加させるため、ΔＨ
ｖを周波数差分の大きさに応じた負の値に決定し、処理
１０８ではＤ／Ａコンバータ９が出力する電圧の現在の
デジタル値Ｈｖに処理１０７で演算された増減デジタル
値ΔＨｖを加算することによりＤ／Ａコンバータ９に出
力するデジタル値を確立し、処理１０９においてＤ／Ａ
コンバータ９の出力電圧の変更処理を実行し、処理１０
１に戻り以後上記の行程を繰り返すことにより発振回路
５の発振周波数の自動補正を行う。

【００１６】本実施例では周波数の電圧変換手段として
フィルタ１６をバンドパスフィルタを例に挙げ説明した
が、これに限らずローパスフィルタ、ハイパスフィルタ
等の周波数に対して減衰特性を持つものやＦ／Ｖコンバ
ータ等の周波数の電圧変換装置であれば利用可能である
ことは、本発明の思想から明白である。また、発振回路
５の周波数の制御手段はＤ／Ａコンバータ９に限らずデ
ジタルポテンショメータ等の抵抗分圧比をＣＰＵ７から
制御でき、電圧値が変えれるものであれば同様に本発明
の目的が達成されるものである。

【００１７】図３において、ＶADは図２に示す穴識別子
３の配置パターンに対応するＣＰＵ７のＡ／Ｄコンバー
タ１０の入力信号波形を示すものであり、センサヘッド
４の対向する位置に図２に示すＡのロータアダプタ２の
そのままの底面がある状態からインバータ２３によりモ
ータ２１が回転駆動されロータ１が回転する場合のＡ／
Ｄコンバータ１０の入力信号の電圧変化の様子を図示す
るものである。ロータアダプタ２の底面Ａとセンサヘッ
ド４が対向する位置関係にある状態で、ロータ識別動作
前に発振回路５の発振周波数の自動補正を行うことによ
り、図５に示した分周器１５の出力方形波の初期周波数
ｆiは目標補正周波数ｆcに近づき、この時のＡ／Ｄコン
バータ１０の入力電圧はＶADiとなる。モータ２１の回
転駆動によるロータ１の回転に伴い、センサヘッド４の
対向する位置にＢの穴識別子が差し掛かると、エアギャ
プの増加により分周器１５の出力方形波の周波数は減少
しフィルタ１６の減衰率も低下するためＶADはＶADiか
らＶADHに増加する。一方、センサヘッド４の対向する
位置にＣの穴識別子３がある状態から回転駆動する場合
も同様に発振回路５の発振周波数を初期化補正し、回転
に伴いセンサヘッド４の対向する位置にロータアダプタ
２の底面であるＤが差し掛かかると、エアギャプの減少
に伴い分周器１５の出力方形波の周波数は増加するた
め、ＶADはＶADiよりも減少した値となる。

【００１８】従って、ＶADは図２に示す識別子３の配置
パターンを穴識別子では高い電圧として、ロータアダプ
タ２の底面では低い電圧として出力され、いずれの場合
においてもフィルタ１６の目標補正周波数となるｆcを
中心として高減衰領域のサイドスロープＰ−Ｑ間の周波
数の範囲内にあり、ロータアダプタ２の識別子３の凹凸
の状態とセンサヘッド４のエアギャプに対応した電圧信
号として出力され安定且つ確実な穴識別子３の検出が行
われる。

【００１９】図８はロータ１及びロータアダプタ２の角
度検出器１１となるロータリエンコーダ１９とその信号
出力をカウントするカウンタ２０の具体的実施例を示す
ブロック回路図であり、ロータリエンコーダ１９の２相
信号出力φＡ及びφＢは積分回路３０、３１を経た後、
シュミットトリガインバータ３２、３３を介して７４Ｈ
Ｃ１７５等のフリップフロップ３４の１段目のＤ入力端
子に入力され、フリップフロップ３４のクロック入力端
子には発振器３５からクロック信号が供給されている。
フリップフロップ３４の２段目のＤ入力端子は１段目の
Ｑ出力にそれぞれ接続されており、１段目のＱ出力と２
段目のＱ出力には７４ＨＣ８６等の排他的論理和を取る
ゲート（以下イクスクルーシブオアゲートと称す）３
６、３８の入力端が接続されており、２相信号φＡ及び
φＢについての１段目のフリップフロップのＱ出力にイ
クスクルーシブオアゲート３７の入力端が接続され、こ
れらのゲート３６、３８の出力は７４ＨＣ１５８等のデ
ータセレクタ３９の入力端１Ａ及び２Ｂ、２Ａ及び１Ｂ
に接続され、ゲート３７の出力はデータセレクタ３９の
セレクト入力端Ｓに入力されている。データセレクタ３
９の反転出力端１Ｙ、２Ｙはイクスクルーシブオアゲー
ト４０に入力され、このゲートの出力端はＣＰＵ７の割
り込み入力端子ＩＲＱに接続され、データセレクタ３９
の反転出力端１Ｙ、２Ｙはそれぞれ７４ＨＣ００等のナ
ンドゲート４１、４２で構成されるＲーＳフリップフロ
ップの入力端に接続され、ナンドゲート４２の出力はＣ
ＰＵ７のＰ０ポートに入力される。

【００２０】図９は図８のブロック回路図の動作状態を
模擬的に示すタイムチャート図であり、ロータ１を識別
するためにロータ１をオペレータの手、或いはモータ２
１を回転駆動させることにより回転させ、前記ＣＰＵ７
のＡ／Ｄコンバータ１０の入力信号（図９のヘ）のＡ／
Ｄ変換とロータアダプタ２の位置の確認をＣＰＵ７が行
う時、図中のイ、ロで示すようにシュミットトリガイン
バータ３２、３３からロータリエンコーダ１９の２相信
号の反転信号がフリップフロップ３４に入力されると、
例えばロータ１が時計方向回転時にはデータセレクタ３
９の１Ｙ出力端から図中のハに示すように２相信号のエ
ッジが現れる度に発振器３５のクロックパルス幅の論理
「０」レベルの信号が出力され、この時のデータセレク
タ３９の２Ｙ出力端は論理「１」レベルに保てたれてい
る（図９のニ）から、ＣＰＵ７の割り込み入力端子ＩＲ
Ｑにはイクスクルージブオアゲート４０で論理が反転さ
れた図中のトに示す信号が送られ、一方Ｐ０ポート入力
信号（図９のホ）は、ロータリエンコーダ１９の回転方
向を示す信号となり、この状態では論理「０」レベルの
信号が送られる。

【００２１】図９のタイムチャートは図２に示す穴識別
子のあるＯの位置からロータ１を反時計方向に回転さ
せ、ロータアダプタ２の底面となるＡの位置で停止し、
後に時計方向に回転させＯの位置を通過した時の図８の
ブロック回路図の動作状態を示すものと同様であり、本
実施例においてＣＰＵ７のＡ／Ｄコンバータ１０は図９
のヘに示すロータ１の回転時のＡ／Ｄコンバータ入力信
号の電圧のサンプリング動作を、ＩＲＱ入力信号（図９
のト）の立ち下がりエッジに同期して行うため、ロータ
１の回転位置に対応した識別子３の存在をＡ／Ｄコンバ
ータ入力信号の電圧の高低として検知することができ
る。

【００２２】図１０はＣＰＵ７がその割り込み入力端子
ＩＲＱ及び入力ポートＰ０を基にＡ／Ｄコンバータ１０
の入力信号のＡ／Ｄ変換処理と、ロータ１の回転角に対
応したＡ／Ｄ変換値のサンプリング処理のフローチャー
トを示すものであり、ＲＯＭ２２に示す記憶装置に予め
定められた処理手順が記憶されている。図１０において
処理２０１はＡ／Ｄコンバータ入力信号のＡ／Ｄ変換値
とＡ／Ｄ変換値の大きさに関する頻度を格納するメモリ
１２（以下ＲＡＭと称す）のイニシャライズを実行する
処理であり、Ａ／Ｄ変換値のメモリ内格納状態を例示す
る図１１を参照すると、ロータリエンコーダ１９の１回
転あたりの出力パルス数が例えば１２０パルス／１回転
であれば、カウンタ２０により４倍の４８０パルス／１
回転の分解能となるため、２バイトのＡ／Ｄ変換値の１
回転中で格納される９６０アドレスの０からＮ番地の範
囲のＲＡＭ１２のＡ／Ｄ変換値格納エリアを「０」で埋
め、また、Ａ／Ｄ変換値頻度のメモリ格納状態を示す図
１２を参照すると、Ａ／Ｄ変換値頻度格納エリアは、Ａ
／Ｄ変換値の大きさを２５６段階に分け、Ａ／Ｄ変換値
の大きさに対応する頻度を記憶するためものであり、Ａ
／Ｄ変換値の大きさに対応したＭからＭ＋256番地まで
のＲＡＭ１２の２５６バイトのＡ／Ｄ変換値頻度格納エ
リアを全て「０」で埋める処理を行い、この後に処理２
０２によりＩＲＱ入力端子の入力信号を発生要因とする
割り込みを許可し、処理２０３のモータ２１の回転起動
処理を実行することにより、例えばロータ１が２０ｍｉ
ｎ~¹で回転し、ＣＰＵ７は以降ＩＲＱ入力端子の入力信
号の立ち下がりエッジに起因して割り込み処理を実行さ
れ、処理２０７によりＣＰＵ７のＡ／Ｄコンバータ１０
が起動される。Ａ／Ｄコンバータ１０のＡ／Ｄ変換動作
が終了するとＡ／Ｄ変換終了割り込みが発生し、Ａ／Ｄ
変換終了割り込み処理の処理２０８でＡ／Ｄ変換値の確
立処理が実行され、処理２０９はＡ／Ｄ変換値の大きさ
に関する頻度をＲＡＭ１２のＡ／Ｄ変換値頻度格納エリ
アのＡ／Ｄ変換値の大きさに対応したアドレスのデータ
を＋１インクリメントし書き込む処理であり、例えば
「０」”から「３ＦＦ」までのＡ／Ｄ変換値を４で除算
し、この結果をＡ／Ｄ変換値頻度格納エリア先頭アドレ
スとなるＭ番地に加算したアドレスのデータを＋１イン
クリメントする処理を行い判断２１０に進む。判断２１
０によりＰ０ポートの信号入力状態をチェックし、論理
「０」であればロータ１が時計方向に回転しているか
ら、処理２１１に進みＲＡＭ１２のＡ／Ｄ変換値格納エ
リアのＡ／Ｄ変換値格納先アドレスの＋２インクリメン
トを実行し、処理２１３に進み処理２１１により決定さ
れたＲＡＭ１２の格納先アドレスにＡ／Ｄ変換値を書き
込む処理を実行する。同様にして、判断２１０によりＰ
０ポートの信号入力状態をチェックし、論理「１」であ
ればロータ１が反時計方向に回転しているから、処理２
１２に進みＡ／Ｄ変換値の格納先アドレスの−２デクリ
メントを実行し、処理２１３に進む。なお、処理２１１
でインクリメント前のアドレスが既にＲＡＭ１２のＡ／
Ｄ変換値格納エリアの最高段となるＮ番地であればアド
レスを最小段となる０番地とし、同様に処理２１２でデ
クリメント前のアドレスが０番地の最小段であればアド
レスをＮ番地の最高段とする処理が行われる。判断２１
４はロータ１が１回転しＲＡＭ１２のＡ／Ｄ変換値格納
エリアの全エリアにＡ／Ｄ変換値が書き込まれたことを
チェックし、全エリア書き込み完了時に処理２１５に進
み、Ａ／Ｄ変換値頻度格納エリアのＡ／Ｄ変換値の大き
さの頻度を基にＡ／Ｄ変換値の最大、最小値の中間値と
なる図３のＶSFに示すような２値化用比較値を求める。
判断２０４はＡ／Ｄ変換値格納エリアの書き込みの完了
と２値化用比較値の確立をチェックするものであり、処
理２０５ではＲＡＭ１２のＡ／Ｄ変換値格納エリアに格
納された個々のＡ／Ｄ変換値と２値化用比較値との大小
を比較し、Ａ／Ｄ変換値が大きく穴識別子３を検知して
いる時は論理値「１」とし、Ａ／Ｄ変換値が小さくロー
タアダプタ２の底面を検知している時は論理値「０」と
する２値化を実行し、図３のロータ１の回転に伴う２値
化演算結果を図示した２値化信号に示すように穴識別子
３の有無による配置パターンの２値化コードを確立す
る。処理２０６では上記の２値化コードを基にロータの
識別コードを決定する処理を実行する。

【００２３】本実施例では、Ａ／Ｄ変換値のヒストグラ
ムを基にＡ／Ｄ変換値の最大、最小値の中間値となる２
値化用比較値を生成することにより２値化コードを求め
たが、ロータアダプタ２の回転位置に対する底面の面ぶ
れ、穴識別子３の偏心等に起因するＡ／Ｄコンバータ１
０の入力信号の変動に対応するため、図１３のフローチ
ャートに示すロータアダプタ２の同一円周上の等角間隔
に分割された各々の角度間隔に対応するＡ／Ｄ変換値に
ついて、勾配の有無をチェックし穴識別子の存在を検知
することにより２値化コードを求めることも可能であ
り、図１３において処理３０１は穴識別子の存在により
Ａ／Ｄ変換値が増大するため、ＲＡＭ１２のＡ／Ｄ変換
値格納エリアのＡ／Ｄ変換値格納先アドレスの０番地か
ら、ｎ番地とｎ＋２インクリメント番地とのデータの差
分をチェックすることにより、ロータ１の回転に伴う最
初の穴識別子３の存在を示すＡ／Ｄ変換値の立ち上がり
を検出する処理を実行する。処理３０２はロータアダプ
タ２の同一円周上の等角間隔に分割された各々の等角間
隔に対応するデータにおいて、立ち上がり、立ち下がり
の有無を検知する処理であり、例えば１回転あたり１５
分割された等間隔角度中のＡ／Ｄ変換値は３２データと
なるため、１５分割された各々の３２個のＡ／Ｄ変換値
について、立ち上がり及び立ち下がりを検知することで
穴識別子３の存在を検出する。処理３０３は処理３０２
に基づき穴識別子３を検知している時は論理値「１」と
し、ロータアダプタ２の底面を検知している時は論理値
「０」とし、穴識別子３の存在を記憶する処理であり、
処理３０４では次の等角間隔に対応するためにＡ／Ｄ変
換値格納先アドレスのインクリメントを実行する。な
お、インクリメントされたＡ／Ｄ変換値格納先アドレス
がＡ／Ｄ変換値格納エリアの最高段となるＮ番地を超え
る場合は、０番地に戻り超えた分を０番地に加算する処
理を行い、処理３０１でのＡ／Ｄ変換値の立ち上がりを
検出した時のアドレスまでインクリメントを実行する。
判断３０５はＡ／Ｄ変換値格納先アドレスのインクリメ
ントの結果により、全ての分割された等間隔角度のＡ／
Ｄ変換値についての立ち上がり及び立ち下がりの検知の
終了をインクリメントされたＡ／Ｄ変換値格納先アドレ
スにより判断する処理であり、終了と判断した場合に処
理３０６に進み、未終了で処理３０２に戻る。処理３０
６では処理３０３によるロータ１の回転位置に対応する
穴識別子３の存在を示す論理値により、穴識別子の配置
パターンの２値化コードを確立する。

【００２４】図１４は図２に示す穴識別子の配置パター
ンの２値化コードを読み出し位置を異ならせて示した図
であり、以下、図１４により本実施例でのロータの識別
方法を説明する。図１４においてＮｏ.１は読み出し位
置が図２のＡの場合、Ｎｏ.２は読み出し位置がＢの場
合、同様にしてＮｏ.１５はＯにそれぞれ対応する。例
えば図２に示す穴識別子の配置パターンをＡから時計回
りに読み出すと「０１１０１ ００１１１ １０１０
１」の「１」、「０」から構成される１５ビットの２進
数表現の識別コードとなる。この時先頭から５ビット単
位で１６進数で表現すると「０Ｄ ０７ １５」となり、
先頭からの１０ビット「０Ｄ ０７」を分類コード、末
尾５ビットの「１５」を分類コードのチェックコードと
する。計算チェックコードの生成は、２進数の「１１１
１１」から分類コードを構成する２つの２進数「０１１
０１」、「００１１１」を減算し、この場合「１１１１
１」−「０１１０１」で「１００１０」、「１００１
０」−「００１１１」で「０１０１１」となり、「０１
０１１」の５ビットでの２の補数を取り「１０１０１」
となり、１６進数表現で「１５」とする計算方法によ
り、この場合、チェックコードと計算チェックコードが
一致するために識別コードとして正当性を持つ。

【００２５】しかし、識別コードの読み出し位置はＡか
ら開始するとは限定できず、例えばＢの位置から読み出
す場合もあるため、この場合は図１４のＮｏ.２で示し
たＡの位置から読み出したＮｏ.１の識別コードに対し
１５ビットの識別コードを１ビット左にローティトシフ
トした識別コードの構成となり、分類コードは「１Ａ０
Ｆ」チェックコードは「０Ａ」と読み出され、上記の計
算方法による計算チェックコードは「０Ａ」となりチェ
ックコードと計算チェックコードが一致し、一方Ｃの位
置から読み出した場合は、分類コードは「１４ １Ｅ」
チェックコードは「１５」と読み出され、計算チェック
コードは「１３」となりチェックコードと計算チェック
コードが一致せず、Ｃの位置からの読み出しは不当であ
ることが判る。同様にしてＮｏ.１５まで読み出し位置
を順次変えて読み出すと、Ｎｏ.１、２、７、８、９で
チェックコードと計算チェックコードが一致する。図４
のこの例ではチェックコードと計算チェックコードがＮ
ｏ.１、２、７、８、９で一致するするため一意的に分
類コードが特定できないが、「０Ｄ ０７」、「１Ａ ０
Ｆ」、「０Ｆ ０Ａ」、「１Ｅ １５」、「１Ｄ ０Ｂ」
の５種類の識別コードを同一のロータのコードとして扱
うことにより、穴識別子の配置パターンが異なる他のロ
ータの識別コードとの区別が可能である。

【００２６】図１５は５つの穴識別子で配置パターンを
構成し、分類コードを図１４とは異なる場合の例を示し
たものであり、この場合、上述の方法によるチェックコ
ードと計算チェックコードはＮｏ.１のみで一致するた
め、分類コードは「０１ ０３」であると識別でき、通
常はこの種のパターンを用いる。

【００２７】以上本実施例では、ロータアダプタ２がア
ルミニューム等の非磁性体金属の場合を例にとり説明し
たが、ロータアダプタ２が鉄等の磁性体の場合でも渦電
流センサの周波数が変化するため、この方法が適用され
る。なお、渦電流センサヘッド４が磁性体に近接すると
きは磁性体の抵抗成分等が増大し発振信号の振幅が減衰
するから、この場合には、増幅器１３は出力信号の大き
さが入力信号の大きさが変化してもほぼ一定になる自動
利得調節機能を有する増幅器を用い、後段の分周器１５
による分周機能が損なわれないようにする構成にする。

【００２８】本発明の実施例を用いてロータの過回転防
止を図った場合について以下に説明する。

【００２９】図１６は、本発明になる遠心機のロータ識
別装置と異なる他のロータ識別装置とを組み合わせ、安
全性の確保のため、いかなる部品の単一故障に対しても
ロータの過回転防止を図る場合の実施例を示したもので
あり、図１と同一の機能を持つ部分には同一の番号が符
してあり、上記した実施例と構成が異なる他方のロータ
１のロータ識別装置としては、特開平８−１０８０９８
号公報に記載されているものと同様である。ロータ１の
回転軸中心には、角度θをなす角度にマグネット等の識
別子４３とこの識別子４３を検出するホール素子、磁気
抵抗素子等のマグネットセンサからなる識別子検出セン
サ４４を設け、制御装置４５に信号が送られている。

【００３０】図１６において４７は交流電源等の電源、
５５はモータ２１とインバータ２３を結ぶエネルギ供給
線であり、４９は電源４７からのインバータ２３への給
電を遮断する第１の遮断装置であり、５４はインバータ
２３からモータ２１へのエネルギ供給を遮断する第２の
遮断装置であり、遮断装置４９、５４はモータ２１の回
転エネルギの供給路に対して互いに直列に配置されてい
る。５０は上記実施例のロータ１の識別機能を含み、更
にモータ２１の回転数制御及びロータ１の過回転防止機
能を有する制御装置であり、エンコーダ１９の信号出力
からモータ２１すなわちロータ１の実回転数ＲＲＰＭを
計測、把握し、制御線５１を介してインバータ２３に制
御信号を出力し所定の回転数にモータ２１を制御すると
共に、センサヘッド４及び穴識別子３からロータ１を識
別した結果より求めたロータ１の最高許容回転数ＲＭＡ
Ｘ１をロータ１の回転数が超えたと判断すると、制御線
５２を介して４９、５４の遮断装置に接続されるノアゲ
ート４８、５３に遮断信号を出力し、電源４７からのイ
ンバータ２３への給電を遮断すると共にインバータ２３
からモータ２１を切り離すようになっている。

【００３１】図１７は図１６のＡ−Ａ線に沿う断面図で
あり、図１６と同一機能の部分には同一の番号が符して
ある。図１８はロータ１が回転中の１回転に識別子検出
センサ４４が出力する信号の様子を表したものであり、
マイクロコンピュータを内蔵する制御装置４５は、ロー
タ１回転に於けるパルスの出力周期Ｔ、ＴH及びＴLから
ロータ１の実回転数ＲＲＰＭ、種類コードＩＤ０、種類
コードから割り出される最高許容回転数ＲＭＡＸ２（Ｒ
ＭＡＸ１に等しい）を演算し、実回転数ＲＲＰＭが最高
許容回転数ＲＭＡＸ２を超えたと判断すると、ノアドゲ
ート４８、５３に接続される信号線４６を介して遮断装
置４９により電源４７からのインバータ２３への給電を
遮断し、及び遮断装置５４によりインバータ２３からの
モータ２１へのエネルギ供給を遮断するようになってい
る。

【００３２】従って、ロータ１の回転駆動を独立した２
重の防護手段により保護し、いかなる部品の単一故障に
対してもロータ１の過回転防止を図ることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ロータ表面に設けられ
た識別子となる凹凸を感知する渦電流センサヘッドと、
渦電流センサヘッドと協同し発振する発振回路と、発振
回路の発振周波数を電圧に変換する周波数電圧変換器
と、電圧の変動からこの凹凸を検知する装置と、発振回
路の発振周波数を検出する周波数検出器と、前記発振回
路の周波数を制御する手段とを設け、ロータ識別開始直
前に周波数検出器により発振回路の発振周波数を検出
し、発振回路の発振周波数を制御する手段により発振回
路の発振周波数を予め定められた周波数に初期設定する
ようにしたので、センサヘッドの温度及びエアギャップ
の製品機体差による発振周波数のばらつきを補正し、凹
凸による発振周波数の変動をフィルタの減衰特性のサイ
ドスロープ上で行われるようになり、周波数の変動と電
圧変動との関係に直線性を持たせることができるため、
遠心機チャンバ内の温度の変化、或いは製品のばらつき
によるロータアダプタと渦電流センサヘッドとの相対距
離の個々の違い等の検出環境、条件が変化してもロータ
アダプタに形成された凹凸を確実に検知し、信頼性の高
い且つ安定した識別装置を提供することができる。

【００３４】また、発振回路の発振周波数を電圧に変換
する周波数電圧変換器と、ロータの回転角を検出する角
度検出器と、上記発周波数電圧変換器により出力される
電圧信号を上記角度検出器の出力信号と同期してデジタ
ル値に変換し記憶する手段とを備え、ロータの微少回転
角毎に対応して記憶されたデジタル値列から所望の２値
化値を算出し、該２値化値により該デジタル値列の２値
化演算を行い、上記識別子のロータ回転円周上の配置を
認識し識別子の配置パターンをコード化するようにした
ので、識別誤りを極力排除でき、識別の信頼性をより向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる遠心機のロータ識別装置を示す
ブロック回路図。

【図２】 本発明になる穴識別子の配置を示すパターン
図。

【図３】 本発明になる穴識別子の配置パターンに対す
るＡ／Ｄコンバータの入力信号及び２値化用比較値、２
値化演算結果を示す図。

【図４】 本発明になる渦電流センサヘッドと協同して
発振する発振回路の具体的実施例を示す構成図。

【図５】 本発明になるフィルタの周波数に対する減衰
率を示す図。

【図６】 本発明になるＤ／Ａコンバータの出力電圧に
対する発振回路の発振周波数の変化を示す図。

【図７】 本発明になるＣＰＵによる発振回路の発振周
波数の制御処理を示すフローチャート。

【図８】 本発明になるカウンタの具体的実施例を示す
ブロック回路図。

【図９】 本発明になるカウンタの動作状態を示すタイ
ムチャート。

【図１０】 本発明になるＣＰＵのロータの識別処理を
示すフローチャート。

【図１１】 本発明になるＡ／Ｄ変換値のメモリ格納状
態を示す図。

【図１２】 本発明になるＡ／Ｄ変換値の頻度のメモリ
格納状態を示す図。

【図１３】 本発明になるＣＰＵの２値化演算処理を示
すフローチャート。

【図１４】 本発明になる穴識別子の配置パターン読み
出し位置を異ならせた場合を示す図。

【図１５】 本発明になる穴識別子の他の配置パターン
読み出し位置を異ならせた場合を示す図。

【図１６】 本発明になる他の実施例を示す図。

【図１７】 図１６に示すＡ−Ａ線断面図。

【図１８】 本発明になるロータの回転中の１回転に出
力される信号の様子を示す図。

【符号の説明】

１はロータ、３は識別子、４はセンサヘッド、５は発振
回路、６は周波数電圧変換器、７は識別子検出手段、８
は発振周波数を測定する手段、９は発振周波数を制御す
る手段、１０は角度検出器の出力信号と同期してデジタ
ル値に変換し記憶する手段、１１は角度検出器である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤津 勝則 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠心機に載置される複数のロータの個々
   の種類をロータ表面に設けた識別子を検出し識別する遠
   心機のロータ識別装置において、前記識別子を感知する
   センサヘッドと、該センサヘッドと協同して発振する発
   振回路と、該発振回路の出力信号を電圧に変換する周波
   数電圧変換器と、該周波数電圧変換器の出力信号から識
   別子を検出する識別子検出手段と、前記発振回路の発振
   周波数を測定する手段と、前記発振回路の発振周波数を
   制御する手段とを備え、前記識別子検出手段によりロー
   タ識別動作を開始する前に前記発振周波数を測定する手
   段及び前記発振回路の発振周波数を制御する手段とによ
   り前記発振回路の発振周波数を予め定められた所定の周
   波数に設定することを特徴とした遠心機のロータ識別装
   置。
2. 【請求項２】 遠心機に載置される複数のロータの個々
   の種類をロータの回転中心を中心として同一円周上に設
   けられた識別子の配置パターンを識別する遠心機のロー
   タ識別装置において、前記識別子を感知するセンサヘッ
   ドと、該センサヘッドと協同して発振する発振回路と、
   該発振回路の出力信号を電圧に変換する周波数電圧変換
   器と、ロータの回転角を検知する角度検出器と、前記周
   波数電圧変換器から出力される電圧信号を前記角度検出
   器の出力信号と同期してデジタル値に変換し記憶する手
   段とを備え、該デジタル値を基にして２値化値を算出し
   該２値化値により該デジタル値の２値化演算を行い前記
   識別子の配置パターンを識別するパターン識別手段を設
   けたことを特徴とした遠心機のロータ識別装置。