JPS58180902A - 光学式非接触型変位測定の方法 - 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】 本発明は、回転物体上の変位を測定する光学式非接触型
変位測定方法に関する０ 従来、回転物体上の検測に物の変位を測定する場合、磁
気式や歪ゲージ式で行なっていた。磁気式の場合は、非
接触にて測定可能であるが、外部磁界や電気ノイズ等の
影響で、精度・耐ノイズ性か悪い０また高速応答性も悪
い。歪ゲージ式は、回転物体からの電気信号の取り出し
に、スリップリング等のプ２シ機構が必要であり、該ブ
ラシが発スるノイズや接触抵抗のバラツキ等にヨリ、耐
ノイズ性・精度・耐久性等が悪かった０このような欠点
を除去することが本発明の目的であり、以下、図によっ
て詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す平断面図である。不
実施例は空気圧式インノくクトレンテのネジ締めトルク
測定装置である。第２因は、第１図の実施例の、光ファ
イバ束０の斜視図である。第３図は、第１図の実施例の
、光７アイμ束■の斜視図である。第４図は、第１図の
実施例の、光フナイパ東Ｏの斜視図である。第５図は、
第１図の実施例の、トーションバーケース■に設けた光
反射部■の側方部分断面図である。

まず構造を説明する。■はエアモータであり、中上・部
に光ファイバ束０を有する。■にエアモータ■の軸とス
プラインにて結合したドライバである。■はドライバ■
により駆動されるノ・ンマである。■はハンマ■によシ
打撃されて回転するアン′ピルであり、一端にはトーシ
ョンバ一部■を形成しである。■はトーションバーケー
スであり、一端は、キー■によりトーションバ一部■に
固定されている。■ｔよトーションバ一部■の４部に装
着したネジ柿め用ノケノトである。■はトーンヨンパー
クース■の一部に設けた、光反射部であり、平坦で鏡面
に仕上げてあり、光を効率良く反射する。着たこの光反
射部は、別部材による銃を取りＨけても良い。［Ｆ］は
アンビル■に設けた光７アイμ束である。Ｕは、光ファ
イバ束０と光ファイバ束■とを回転自在に光学的に結合
するための光伝送路連結部であり、空ｌｌＪ＠を設けで
あるｏＱ３は、投光素子（発光素子）であり、［相］は
受光素子である。■は、光ファイバ束＠の投光路分岐部
であり、［株］は、光ファイバ束＠の受光路分岐部であ
る。光ファイバ束＠は、クーシング＠に固定されている
。

［株］は、エアモータ■に設けた光７アイノく束０と、
クージング＠に固定された光ファイバ束Ｏとを、回転自
在シ（光学的に結合するための光伝送路連結部であり、
空隙０を設けである０ 光７アイパ東■は、第２図に示す如く、投光路分岐部＠
と受光路分岐部■とを有し、投光路分岐部■は、他端に
おいては外周に円筒状に配列し、光ファイバ束［相］を
形成している。受光路分岐部■は、他端においては内周
に円筒状に配列し、光ファイバ束＠を形成している０ 光ファイバ束■は、第３図に示す如く、外周に円筒状に
投光路＠を形成し、内周に円筒状に受光路のを形成して
いる。

光ファイバ束Ｏは、第４図に示す如く片端においては、
外周に円筒状に投光路［相］を形成し、該投光路■は他
端においては、投光路分岐部■を形成している。また片
端の内周円筒部は受光路＠を形成し、他端では、受光路
分岐部［相］を形成している。

次に九の伝送路を説明する。発光素子■から発した光は
、投光路分岐■を伝搬し、光７アイμ束＠の外周（光フ
ァイバ束［株］）を経て、空隙０を通過し、たファイバ
束０の外周（光ファイバ束＠）に伝搬する。さら゛に投
光路［有］から空隙・を経て、光ファイバ束０の外周（
光ファイバ束＠）に伝搬し、投光路分岐のを通過し、空
隙０に達する。該空隙りは、光反射部■と共にトルク検
出部を構成している。

空隙０に達した九は、光反射部■で反射し、光ファイバ
束ωの受光路分岐部■に入る。さらに光ファイバ東■内
周（＃：７アイパ束■）を通過し、空隙のを伝搬し、光
ファイバ束０の内周（光７アイパ東Ｃ１０）を紅て、空
隙■に至る。空隙ωを通過した尤ぐよ、光ノアイパ束＠
の内周（光ファイノ（束東Ｃｊｆｉ）に達し、受光路分
岐部［相］を通過して、受光素子０に達する。以上が光
の伝送経路である。

次に空気圧イノバクトレンチの動作について説明する。

まず、空気圧によりエアモータ■が回転する。次にエア
モータ■の軸とスプラインにより連結されたドライバ■
が回転し、ドライノく■によす、・・ンマ■が回転し、
ノ・ンマ■がアンビル■を回転させる０アンビル■が回
転すると、アンビル■と一体に形成したトーションバ一
部■が回転し、トーションバ一部■の一端に装着された
ノケット■が回転し、ネジ＠が回転し、ネジが締められ
てゆく。

ネジの締め付は初めは、エアモータ■とアンビル■は一
体的に回転するが、ネジが締められるにしたかい、アノ
ビル■は、ネジ［株］により回転を妨げられ、・・ンマ
■がアンビル■を間欠的に打撃するようになるＱノ・ン
マ■が１回アンビル■を打撃すると、ノ・ンマ■爾、ア
ンビル■の打撃部を乗り越え、次の打撃のために１回転
空回りする。続いて再びアノビル■の打撃部に衝突し、
打撃することに々る。上記の動作を繰り返し、ネジは強
力に締め付けられてゆく。以上の如く、エアモータ■と
アンビル■とは、独立して回転する。

ネジ締め付はトルクが上昇してくると、トルクのイ直に
応じて、トーンヨン・く一部■がねじられる０トルクの
値とトーションバ一部■のねじれ角は比例する。トーシ
ョンバ一部■がねじれると、トーションバ一部■の端部
にキー■で固定されたトー７ヨ／パーケース■との間に
、回転方向にズレが生じる○ 第５図に示す如く、トー７ヨンノ（一部■にトルクが加
わっていない時は、投光路分岐部のから出た光は、光反
射部■で反射するが、受光路分岐部０には入射しない。

しかし、）−’７Ｍツノ（−ケース■との間にズレ角θ
が生じると、光は、光反射部■で、投光に対して２０の
角度で反射して、受光路分岐部０に入る。

このように、トルクの値に応じて、受光路分岐部０に入
射する光量か変化する。この光量変イヒを、九ノアイパ
束［Ｆ］、■、＠を経て受光素子［有］に導き、光量の
変化を電気変換して測定する。この電気量を知る仁とで
、トルクの値を知ることがてきるのである。また、トー
ションバーのねじれ角θに対して、光反射角は２θに拡
大され、検出精度が向ｌニする。

このような構成によれば回転体上の変位（本実施例の場
合はトーノヨンパーのネジレ）を非接触で測定でき、得
られた電気信号ｒｉ、トルクに換算できる。また、信号
ね、ノイズが少なく良質のものが得られる。さらに、上
記実施例の如く、光伝送路が、どんなに回路しようとも
、衝撃力等の突艷変位であろうとも、定常的に測定可能
となるＱ第６図に、本発明の一実施例を示す電子回路の
ブロック図を示す。

不実施例は、イ／ノくクトレンチのヒ゛−クトルク値を
１側し、該トルク値をディジタル表示し、予めセントし
たトルク値に達すると、インノ；り１し／チの駆動を停
止させるという回路を示す０φをユ発光素子（Ｌ　Ｅ　
Ｄ　）　、■は発光素子駆動回路、Ｑは受光素子（フォ
トトランジスタ）、■Ｃゴθに形部形回路、■はピーク
ホールド回路ツバ、） Ａ／Ｄ変換回路、■はディジタル表示回路、［相］は、
トルク値グリセッ）（Ｊ路、■は、比較回路で、■のプ
リセット値とΦのトルク値を比較する回路である。■は
制御回路であり、比較回路０の出方により、イノバクト
レンチの駆動バルブ０を制御する０ 第１図の実施例においては、反射型の検出部を示したか
、第７図に示す如く、透過型の検出部も可能である。

第７図を説明すると、替はアンビルである。Φは、アン
ビル替に設けた光ファイバ束であり、配列構造は、前記
実施例と同様に、外周に投光路部、内周に受光路部を設
けた構成である。光７アイパ東Ｏの他端は、投光路分岐
部＠、受光路分岐部ｅの各々に分岐している。

トーションバーケースＯの片端は、穴０を設け、アンビ
ル＠のトーションバ一部ｅの一部に設けた穴Ｏと？、Ｊ
向している。トーションバーｉ＠にトルクかυ１ｊわっ
ていない時には、穴Ｃと穴Ｑの重なシは零であり、トル
クが大きくなるにつれ、穴つと穴Ｏの重なりが多くなる
。穴■には投光路分岐部Ｃが、穴ωにｔｃ　、受光路分
岐部θが、それぞれ装着されている。Ｃはソケットであ
る。第８図に、穴Ｃと穴Ｏの側面図を示す。トルクが大
きくなり、八〇と穴Ｏとの重なりが多くなると、受光路
分岐部ＯＩＳ入射する光量が増大し、トルクが小さいと
、穴の重なりか少なくな９、受光路分岐部Ｏに入射する
光量か減少する。この光量の大小を、受光素−ｒ″ｃｃ
検知ば、トルクの値が測定できることになる。

もし、穴Φε穴■の形状を円形にすれば、光量の変ｆヒ
は、トーションバ一部Φのねじれ角に対して、３次曲線
で変化する。故に、変化の最初の都々、最後の部分をカ
ットすれは、はぼ直線的な変化と見なせる。このように
構成すれば、反射型に比較して光量か大きくなるので、
トルク信号も大きくなや扱い易い。

以上の実施例に於いては、イノバクトレンチのトルク測
定方法に関する例を示したが、イ／・〈りトレンチに限
らず、その他、ナツトランナ、グラインダ、各檀モータ
等、回転物体上の変位を計測する場合にも応用できる。

また、検出部や電子回路の構成如何により、長さ、速度
、ツノ１１速叢等の測定も可能である。

発光素子としては、ＬＥＤの他に、普通電球、レーサ発
振素子等檀々考見られる。受光素子としては、フォトト
ラ／ジメタ、フォトダイオード、Ｃｄ５１　／リコン太
隔電池等が適用できる。

また、本実施例においては、発光素子、受光素子、ＭＬ
ｒ−回路れ、製品に内蔵させなかったが、製品内部に内
蔵させても同様の効果か得られる。

本実施例にふいては、内周、外周の２層の光フアイバ例
を示したか、３層や４層あるいは、それ以上の多層構造
ｊｃ　して、何箇所もの検出部を設けることも可能であ
る。また、極細光７アイパを結束固定して用いず、円筒
状一体光ファイバを用いても同様の効果を発揮する。

１だ、本実施例にお・いてｒま、光ファイバ束の外周を
投光路、内周を受光路としたか、逆でめっても何らさし
つかえはない。

また、光フアイバ端部に、レンズ装置を設けると１効率
の良い１光伝送を実現できる。

以上述べた如く、本発明は、光伝送路の連結部の、投受
光路双方を円筒状に多層構造とした測定り法であり、回
転物体と相対的固定物体との光伝送を、物体の回転速度
、回転方向等にかかわらず、し 定常的（静的）Ｋ送受信可能とな會、種々の変位測定に
応用でき、効果も極めて大きいものである。

さらに本実施例においては、アノビルとトーンヨ／バ一
部は、一体に形成したが、別部材により形成し、トー７
ヨンバ一部のみを着脱可能にすることもできる。このよ
うに構成すれば、ネジ締め付はトルクの可変幅をさらに
拡張することができる０

【図面の簡単な説明】

第１図Ｌ１本発明の一実施例を示す平断面図である。 第２図は、第１図中の光ファイバ束０の斜視図である。 第３図は、第１図中の光７アイパ束０の斜視図である。 第４図は、第１図中の光ファイバ束＠の斜視図である。 第５図は、第１図中の光反射部■の側方部分断面図であ
る。 第６図は、本発明の一実施例を示す電子回路ブロック図
である。 第７図は、本発明の他の実施例を示す平断面図である。 第８図は、第７図中の穴Ｏの部分側面図である。 光７アーｊパ東・・　・・０．■、ｏ、＠トー７ヨンパ
一部・・　・■、＠ 発光素子　　・　　自０ 受光素子・・・　・　・０ ネジ・　・　・　　・・（２） 特許出願人 日本ニュー１テソク工業株式会社 １Ｉ Ｚｌ ＆−３Ｌａ円 １４−副

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）回転物体上の被測定部の変位を、光学的に非接触で
   測定する方法に於いて、回転物体および相対的固定物体
   の双方に光ファイバ束を光伝送手段として配置し、回転
   物体と相対的固定物体との光伝送連結部に空隙を設けた
   ことを特徴とする光学式非接触型変位測定の方法。 ２）上記光伝送連結部の投光路と受光路の各々の光ファ
   イバ束を、同心円筒状多層構造としたことを特徴とする
   特許請求の範囲ＪｌｌｌＩＩＸＡ記幀の光学式非接触型
   変位測定方法。 ３）上記光伝送連結部以外の光７アイパ束端部が、投光
   路光ファイバ束と受光路光ファイバ東の各々に分岐して
   成る特許請求の範囲第２項記載の光学式Ｊ１−接触型変
   位測定方法０４）投光素子、受光素子としてそれぞれ電
   子制御可能な発光素子、受光素子を用いたことを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の光学式非接触型変位測
   定方法。