JPS63237848A

JPS63237848A - ボ−ルネジの駆動量検出装置

Info

Publication number: JPS63237848A
Application number: JP7341987A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Uemura; 和樹植村; Toshihiko Inoue; 利彦井上
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-04

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】（ａ）、産業上の利用分針本発明は、簡単な構成で、ボールネジの熱膨張の影響を
考慮したかたちで駆動量をアブソリュート値で求めるこ
とが出来る、ボールネジの駆動量検出装置に関する。

（ｂ）、従来の技術従来から、工作機械のテーブル等の移動駆動機構として
ボールネジが用いられているが、ボールネジによる被駆
動体の駆動量の検出装置としては各種の物が用いられて
きた。

例えば、ボールネジを駆動するモータにロータリエンコ
ーダやレゾルバを用いたものや、被駆動体側にリニアス
ケールを装着したもの等が知られている。

（Ｃ）０発明が解決しようとする問題点しかし、ボール
ネジの移動量をアブソリュート値で検出するためには、
モータに装着されるロータリエンコーダでは、発生パル
ス数が極めて大きいために、大容量メモリが必要となる
ばかりか、ボールネジ自体に発生する熱膨張の影響を考
慮することが出来ない不都合がある。

また、レゾルバをモータに装着した場合には、レゾルバ
からの出力は位相のズレな複数の正弦波なので、それ等
を合成した合成波の１周期以内ではアブソリュート値の
検出が出来るが、それ以上となると不可能となる。また
、前記したボールネジ自体に発生する熱膨張の影響を考
慮することが出来ないことは勿論である。

また、被駆動体側にリニアスケールを装着した場合には
、ボールネジの熱膨張の影響を考慮することは出来るが
、デジタル式のリニアスケールの場合には、発生パルス
数が極めて大きいために、大容量メモリが必要となる欠
点が有り、アナログ式のリニアスケールの場合には、レ
ゾルバと同様に合成波の１周期以内ではアブソリュート
値の検出が出来るが、それ以上となると不可能となる。

本発明は、前述の欠点を解消すべく、少ないメモリ容量
でボールネジの熱膨張を考慮しつつ正確な駆動量を測定
することが出来るボールネジの駆動量検出装置を提供す
ることを目的とするものである。

（ｄ）０問題点を解決するための手段即ち、本発明は、ボールネジ（３）に該ボールネジ（３
）により移動駆動される形でアナログ式リニアスケール
（５）を設け、咳アナ四グ式リニアスケール（５）から
構成される装置検出信号（Ｓｌ）のＪ周期（ＴＡ）中に
駆動される区間内距離（Ｌ２）を演算する区間距離演算
手段（６）を設け、前記ボールネジ（３）の回転駆動手
段（２）に、前記１周期（ＴＡ）に対応しｔこ形でパル
ス（ＰＳｎ）が出力される回転数検出手段（１１）を設
け、該回転数検出手段（１１）に前記パルス（ＰＳｎ）
を積算し、ボールネジ（３）の回転による概算移動量（
Ｌｌ）をアブソリュート値で演算する概算距離演算手段
（９）を設け、それ等区間距離演算手段（６）で演算さ
れた区間内距離（Ｌ２）　、概算距離演算手段（９）に
より演算された概算移動量（Ｌｌ）から、ボールネジ（
３）の駆動量（Ｌ３）をアブソリュート値にて演算する
駆動量演算手段（７）を設けて構成される。

なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を
示す、便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の
記載に限定拘束されるものではない。以下の７　（ｅ）
　、作用」の欄についても同様である。

（θ）０作用即ち、本発明は、ボールネジ（３）による概算移動量（
Ｌｌ）が、位置検出信号（Ｓｌ）の１周期毎に出力され
ろパルス（ＰＳｎ）によって概算距離演算手段（９）に
より積算演算され、更に該位置検出信号（Ｓｌ）の周期
内における区間内距離（Ｌ２）は、該位置検出信号（Ｓ
ｌ）に基づいて区間距離演算手段（６）により演算され
、それ等演算された値からボールネジ（３）による駆動
量がアブソリュート値で演算されるように作用する。

（ｆ）、実施例以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明によるボールネジの駆動量検出装置の一
実施例を示す制御ブロック図、第２図は回転数カウンタ
とアナログ式リニアスケールから構成される装置検出信
号相互間の相関を示す図である。

ボールネジの位置検出装置１は、第１図に示すように、
駆動モータ２を有しており、駆動モータ２にはボールネ
ジ３が駆動モータ２により正逆方向に回転駆動自在に接
続されている。ボールネジ３にはアナログ式リニアスケ
ール５を構成する検出部５ａ及び図示しないテーブル等
の被駆動体が螺合しており、検出部５ａ及び被駆動体は
ボールネジ３が正逆方向に回転駆動される度に、矢印Ａ
、Ｂ方向に、ボールネジ３の回転角度量に対応した距離
だけ移動駆動される。

検出部５ａにはリニアスケール制御部６が接続しており
、リニアスケール制御部６には計測制御部７が接続して
いる。計測制御部７にはエンコーダ制御部９及び表示部
１０等が接続しており、エンコーダ制御部９には駆′動
モータ２に装着された回転数カウンタ１１が設けられて
いる。

ボールネジの位置検出装置１は、以上のような構成を有
するので、ボールネジ３を用いて工作機械のテーブル等
の被駆動体を移動駆動させる場合には、駆動モータ２を
正逆方向に適宜な角度量だけ移動駆動する。すると、ボ
ールネジ３も駆動モータ２と共に、正逆方向に所定角度
量、回転駆動され、該ボールネジ３に螺合している被駆
動体も該ボールネジ３の回転角度量に対はする量だけ、
ボールネジ３が回転駆動されると、該ボールネジ３に螺
合しているアナログ式リニアスケール５の検出部５ａも
、被駆動体と同期する形でスケール本体５ｂ内を同方向
に同じ距離だけ移動駆動される。すると、該検出部５ａ
からは、第２図（ｂｌに示す、位置検出信号Ｓ１がアナ
ログ値でリニアスケール制御部６に出力される。一方、
ボールネジ３を回転駆動する駆動モータ２も、その回転
と共に、回転数カウンタ１１から、第２図（ａｌに示す
、位置検出信号Ｓ２が出力され、エンコーダ制御部９に
入力される。この位置検出信号Ｓ１、Ｓ２は、ボールネ
ジ３の熱膨張がない場合には、アナログ信号である位置
検出信号Ｓ１の１周期ＴＡ毎に１パルスの位置検出（８
号Ｓ２がパルスＰＳｎ　（ｎ：数字）として出力される
関係にある（即ち、位置検出信号Ｓ２の周期ＴＤ＝ＴＡ
である）。従って、エンコーダ制御部９は、回転数カウ
ンタ１１から構成される装置検出信号Ｓ２のパルスＰＳ
ｎを、その方向も考慮した形で加減算することにより積
算し、更にその積算された値と、該パルスＰＳｎの１周
期ＴＤ間に、ボールネジ３が回転駆動される単位角度量
α、従ってボールネジ３による被駆動体及び検出部５ａ
の単位移動量Ｃから、基準点ＺＰを基準とした、トータ
ルな概算移動量Ｌ１を演算して求め、その値を計測制御
部７に出力する。

一方、リニアスケール制御部６は、第２図に示すように
、回転数カウンタ１１から構成される装置検出信号Ｓ２
の直前に出力されたパルスＰＳｍと、当該パｋ　Ｘ　Ｐ
　Ｓ　ｍの、−周期ＴＢ　（＝ＴＡ）の後に出力される
であろうパルスＰ　Ｓ　ｍ　＋　１の間におけるアブソ
リュート位置を、位置検出信号Ｓ１に基づいて演算する
。即ち、駆動モータ２からは、周期ＴＤ毎にしかパルス
ＰＳｎ　（ｎは数字）が出力されないので、位置検出信
号Ｓ２に基づいて当該パルスＰＳｎのみを積算していた
のでは、正確なボールネジ３のアブソリュート駆動量を
検出することが出来ない。そこで、リニアスケール制御
部６においては、検出部５ａが周期ＴＡ中において移動
される、単位移動量ｅ中の区間内距離Ｌ２を、パルスＰ
Ｓｎに対応する基準点Ｐ１を基準に演算して求め、計測
制御部７に出力する。

これを受けて計測制御部７は、エンコーダ制御部９及び
リニアスケール制御部６から入力される、概算移動量Ｌ
１及び区間自互！Ｌ２の両者を足し合わせて、ボールネ
ジ３による全体的なアブソリュート駆動量Ｌ３を求め、
表示部１０上に表示する。今、エンコーダ制御部９によ
り演算された概算移動量Ｌ１が１２３４単位（例えば、
ここで言う、１単位は１ｍｍ）で、リニアスケール制御
部６により演算された区間内距離Ｌ２は、０．５３１単
位とすると、計測制御部７では両者の和である、１２３
４．５３１単位をボールネジ３のアブソリュート駆動量
Ｌ３として表示部１０上に表示する。

なお、ボールネジ３における熱膨張を考慮しない場合に
は、位置検出信号Ｓ１とＳ２の周期ＴＡとＴＤは一致す
るが（即ち、パルスＰＳｎと信号Ｓ１の基準点Ｐ１が一
致する）、ボールネジ３が熱膨張すると、駆動モーフ２
の回転角度を検出している位置検出信号Ｓ２は、ボール
ネジ３の熱膨張を考慮することが出来ない。しかし、ボ
ールネジ３により直接駆動されるアナログ式リニアスケ
ール５の検出部５ａは、ボールネジ３の熱膨張を含んだ
形で移動駆動されるので、回転数カウンタ１１から構成
される装置検出信号Ｓ２の周期ＴＤは検出部５ａから出
力されろ位置検出信号Ｓ１の周期ＴＡに対して変化する
ことになる。

今、例えば、第２図（ｃ）、（ｄ）に示すように、ボー
ルネジ３が熱膨張しない状態で、位置検出信号Ｓ２のパ
ルスＰ　Ｓ’　ｎと実線で示す位置検出信号Ｓ１の基準
点Ｐ１が対応していたとすると、パスルＰＳｎが出力さ
れた時点では、熱膨張が無い場合には、区間自互ｇｌＬ
２はＯとなり、アブフリュー１〜駆動量Ｌ３はＬｌとな
るが、熱膨張が存在すると、位置検出信号Ｓ１はパルス
ＰＳｎに対して想像線で示すように変化し、パルスＰＳ
ｎが出力された時点における対応する位置検出信号Ｓ１
の点は基準点Ｐ１から図中想像線、で示す点Ｐ２に移動
し、その位相差に対応する距離ΔＬ分が熱膨張による移
動量となる（即ち、検出部５ａは、ボールネジ３の熱膨
張によりΔしたけ余分に移動駆動される０）０そこで、
リニアスケール制御部６Ｎよ、区間内距離Ｌ２を、パル
スＰＳｎの周期変動に拘わらず、本来対応する基準点Ｐ
１から演算することにより、区間内距離Ｌ２を、ボール
ネジ３の熱膨張ΔＬを含んだ形で演算することが出来る
。

こうして、熱膨張を含んだ区間自互ｊ＠Ｌ２が演算され
たところで、計測制御部７は、概算移動量Ｌ１、区間内
距離Ｌ２から、ボールネジ３のアブソリュート駆動量Ｌ
３を熱膨張を含んだ基準点ＺＰからのアブソリュート値
として、Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ２の演算により求め、その結果
を表示部１０に表示する。

なお、上述の実施例は、ボールネジ３を回転駆動する駆
動モータ２の回転数検出手段として回転数カウンタ１１
を用いた場合についてのべたが、回転数検出手段として
は、アナログ式リニアスケール５の１周期ＴＡに対応し
た形でパルスが出力され、るかぎりどのような手段を用
いてもよく、例えば、回転数カウンタ１１の他にロータ
リエンコーダを用いて、該エンコータから出力されるパ
ルス信号を所定数毎にサンプリングすることにより位置
検出信号Ｓ２を求めてもよいことは勿論である。

（ｇ）９発明の効果以上、説明したように、本発明によれば、ボールネジ３
に該ボールネジ３により移動駆動される形でアナログ式
リニアスケール５を設け、該アナログ式リニアスケール
５から構成される装置検出信号Ｓ１の１周期ＴＡ中に駆
動される区間内距離Ｌ２を演算するリニアスケール制御
部６等の区間距離演算手段を設け、前記ボールネジ３の
回転駆動手段に、前記１周期ＴＡに対応した形でパルス
ＰＳｎが出力される回転数カウンタ１１、ロータリエン
コーダ等の回転数検出手段を設け、該回転数検出手段に
前記パルスＰＳｎを積算し、ボールネジ３の回転による
概算移動量Ｌ１をアブソリュト値で演算するエンコーダ
制御部９等の概算距離演算手段を設け、それ等区間距離
演算手段で演算された区間内距離Ｌ２、概算距離演算手
段により演算された概算移動量Ｌ１から、ボールネジ３
の駆動量をアブソリュート値にて演算する計測制御部７
等の駆動量演算手段を設けて構成したので、概算移動量
が位置検出信号Ｓ１の１周期毎に出力されるパルスＰＳ
ｎから積算演算され、更に該位置検出信号Ｓ１の周期内
においては、該位置検出信号Ｓ１に基づいて区間内距離
Ｌ２がボールネジ３の熱膨張を含んだ形で演算され、も
って全体のボールネジ３によるアブソリュート駆動量Ｌ
３が演算される。なお、カウントすべきパルスＰＳｎは
アナログ位置検出信号Ｓ１の１周期ＴＡに対応すること
から、パルスを積算するためのメモリ容量を大幅に、少
なくした形で駆動量検出装置１を構成することが出来、
しかも、ボールネジ３のアブソリュート駆動量をボール
ネジ３の熱膨張を考慮した形で求めることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるボールネジの駆動量検出装置の一
実施例を示す制御ブロック図、第２図は回転数カウンタ
とアナログ式リニアスケールから構成される装置検出信
号相互間の相関を示す図である。１・・・・・・ボールネジの駆動量検出装置２・・・・
・・回転駆動手段（駆動モータ）３・・・・・ボールネ
ジ５・・・・・・アナログ式リニアスケール６・・・・・
・区間距離演算手段（リニアスケール制御部）７・・・・・・駆動量演算手段（計測制御部）９・・・
・・・概算距離演算手段（エンコーダ制御部）１１・・
・・・・回転数検出手段（回転数カウンタ）Ｓｌ・・・
・・位置検出信号ＴＡ・・・・・・周期Ｌｌ・・・・・・概算移動量Ｌ２・・・・・・区間内距離Ｌ３・・・・・・駆動量

Claims

【特許請求の範囲】回転駆動手段、及び該回転駆動手段により回転駆動自在に設けられたボールネジを有する装置にお
いて、ボールネジに該ボールネジにより移動駆動される形でアナログ式リニアスケールを設け、該アナロ
グ式リニアスケールから出力される位置検出信号の１周期中に駆動される区間内距離を演
算する区間距離演算手段を設け、前記ボールネジの回転駆動手段に、前記１周期に対応した形でパルスが出力される回転数検出手段
を設け、該回転数検出手段に前記パルスを積算し、ボールネジの回転による概算移動量をアブソリュート値
で演算する概算距離演算手段を設け、それ等区間距離演
算手段で演算され区間内距離、概算距離演算手段により演算された概算移動量
から、ボールネジの駆動量をアブソリュート値にて演算
する駆動量演算手段を設けて構成したボールネジの駆動
量検出装置。