KR940000768B1 - 비틀림각검출장치 및 토오크센서 - Google Patents

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내용 없음.

Description

비틀림각검출장치 및 토오크센서

제1도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 토오크센서의 전체구성을 도시한 종단면도.

제2도는 동 토오크센서에 사용되고 있는 광학식 부호기의 상세구성의 확대단면정면도.

제3도는 동 토오크센서의 신호처리회로의 블록도.

제4도(a)-(c)는 교환용의 각종 토오션바아의 정면도.

제5도는 비틀림각 연산회로의 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3,4 : 부호기 5 : 토오션바아

11 : 고정수단 21 : 비틀림각 연산수단

22 : 토오크치 연산수단 23 : 토오션바아 선택회로

25,26 : 카운터 27,28 : 시간측정부

29,30 : 보간연산부 31,32 : 위치연산부

33 : 비틀림연산부

본 발명은 비틀림각 검출장치 및 토오크센서에 관한 것이다.

종래, 토오크센서로서는 토오션바아에 변형게이지를 점착하여, 토오션바아의 변형에 의한 저항치 변화로부터 토오크치를 연산하도록 한 것이 일반작으로 알려져 있다.

또, 토오션바아의 양쪽부에 1쌍의 외치기어를 고정하고, 그 바깥둘레에 근접해서 내치기어를 배치하는 동시에 그들의 사이에 자기회로를 형성하고, 양기어의 이빨의 위상차를 검출코일에 의해서 검출하고, 그 위상차로부터 토노크치를 연산하도록 한 자기위상차 방식의 토오크센서도 제안되고 있다.

그러나, 상기 변형게이지방식에서는 어떤 토오션바아를 사용해서 최대측정치를 5kgm로 하였을 겨우, 최소분해능이 0.5kgm 정도로 조잡하고, 오차는 1%정도이며 응답성은 2.5KHz 정도로 느리기 때문에 고정밀도이며 고속응답성의 토오크센서를 구성할 수는 없다는 문제가 있었다.

또, 자기위상차방식의 토오크센서에 있어서는, 마찬가지로 최대측정치가 5 kgm일 경우, 최소분해능은 0.1kgm, 오차는 0.1%, 응답성도 20KHz 정도까지 향상하나, 더욱더 고정밀도이며, 고속응답성이 있는 토오크센서를 얻을 수는 없고, 또 1회전당 검출신호의 출력밀도가 기어의 이빨수에서 제한을 받아, 토오크 변화를 정밀하게 검출할 수 없고, 또 저속회전의 경우에는 안정된 검출신호를 얻을 수 없으므로, 이에 대처하기 위해서는 내치기어의 구동수단이 필요하게 되어 구성이 복잡해진다는 문제가 있었다.

또, 마찬가지의 구성의 피측정축의 비틀림각 검출장치에 있어서도 마찬가지의 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점에 비추어, 고정밀도이며 고속응답성이 있는 검출이 가능하며 또한 검출을 정밀하게 행할 수 있는 비틀림각 검출장치 및 토오크센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 비틀림각 검출장치는, 축심방향으로 적당한 간격을 형성해서 동일축심상에 1쌍의 광학식부호기를 배치하는 동시에, 그 축심위치에 피측정축을 끼워서 각 부호기의 회전부에고정한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 토오크센서는 상기 피측정축에 대신해서 토오션바아를 사용하는 동시에, 각 부호기로부터의 검출신호에 의거해서 부호기 사이에서의 비틀림각을 연산하는 수단과 비틀림각으로부터 토오크치를 연산하는 수단을 설치한 것을 특징으로 한다. 또, 각 부호기에토오션바아를 착탈가능하게고정하는 수단을 설치하고 토오크치 연산수단에 토오션바아의 종류를 입력하는 수단을 설치해서 토오션바아를 교환할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또, 비틀림각을 연산하는 수단은 각 부호기로부터 출력되는 펄스신호를 카운트하는 카운터 및 철스신호사이에 있어서 경과시간과 펄스신호의 주기로부터 보간연산을 행하는 수단과, 상기 카운터 및 보간연산수단의 신호에 의거해서 위치를 연산하는 수단과, 각 부호기의 위치연산수단으로부터의 출력신호가 입력되는 비틀림연산수단으로 구성할 수 있다.

본 발명의 비틀림각 검출장치에 의하며, 고분해능이며, 고속응답성의 광학식 부호기를 사용하므로서 각 부호기에의한 검출위치의 차로부터 피측정축의 비틀림각을 고정밀도로 또한 고속 응답성을 가지고 검출할수 있다. 또, 피측정축이 정지하고 있어도 고속회전하고 있어도 확실하게 검출할 수 있는 동시에 부호기의 코우드판의 슬릿수는 기어의 경우에 비해서 현저하게 많이 생기고, 1회전당 출력밀도도 높아서 정밀한 검출이 가능하다.

또, 본 발명의 토오크센서에 의하면 마찬가지로 검출된 비틀림각과 토오션바아의 비틀림 강성으로부터 토오크치가 연산되어 출력되고, 고정밀도이며 고속응답성을 가진 토오크센서를 얻을 수 있다.

또, 토오션바아를 교환할 수 있도록 하므로서 광범위한 토오크를 정밀도좋게 검출할 수 있다.

또, 측졍계가 정속 또는 속도변화가 완만하고 안정되어 회전하는 계일 경우에는 부호기로부터 출력되는 펄스신호를 카운트하는 동시에, 펄스신호사이는 시분할해서 위치검출하므로서 간단한 회로구성에 의해서 고정밀도의 검출이 가능해진다.

이하, 본 발명을 토오크센서에 적용한 일실시예를 제1도~제5도를 참조하면서 설명한다.

먼저, 제1도에 의해 토오크센서의 전체구성을 설명하면, (1)은 본체케이스로서 그 양단부에 지지단부판(2)이 장착되어 있다. (3),(4)는 본체케이스(1)내의 양단부에 동일축심상에 위치하도록 배치된 제1과 제2광학식 부호기(3),(4)이며, 지지단부판(2)에 적당한 장착수단에 의해서 고정되어 있다. 이들 부호기(3),(4)의 축심위치에 토오션바아(5)가 끼워져서 고정되고 있다.

다음에, 제1부호기(3)의 구성을 제2도에 의해 설명한다. 또한 제2부호기(4)도 동일한 구성이다. (6)은 토오션바아(5)에서 밖에서 끼운 중공회전축이며 그 바깥둘레에 코우드판(7)의 지지플랜지(6a)가 형성되어 있다. 이 지지플랜지(6a)의 일면의 받침면에 코우드판(7)의 내주부가 맞닿게 되어 고착되어 있다. 중공회전축 (6)은 1쌍의 볼베어링(8)을 개재해서 환상판으로 이루어진 지지부재(9)에 의해서 회전가능하게 지지되고 있다. 지지부재(9)에는 코우드판(7)의 회전위치를 검출하는 검출헤드(10)가 배치되어 있다. 이 검출헤드(10)는 레이저광원으로부터 코우드판 (7)에 레이저광을 조사하고, 코우드판(7)에 규칙적으로 형성된 슬릿에 의해 발생한 프라운호퍼 회절상의 명암줄무늬를 슬릿을 개재해서 광검출기에 조사하고, 그 광검출기로부터의 검출신호에 의거해서 슬릿간격에 대응한 직사각형파의 검출신호가 출력되도록 구성되어 있다. (8a)는 베어링(8)의 고정너트이며, 중공회전축(6)의 바깥둘레에 나사맞춤되어 있다. (9a)는 코우드판(7) 및 검출기(10)를 덮는 커버이며, 외주부가 지지부재(9)의 바깥둘레에 고정되어 있다.

(11)은 토오션바아(5)의 외주면과 중공회전축(6)의 내주면의 사이에 끼워져서, 토오션바아(5)를 축심조정 가능하게 중공회전축(6)에 고정하는 고정수단이며, 체결볼트(13)에 의해서 서로 끌어당겨지는 1쌍의 쐐기형상 슬리이브(12a),(12b)와, 이들 쐐기형상슬리이브(12a),(12b)의 안둘레에 걸어맞추는 산형상슬리이브(14)와, 바깥둘레에 걸어맞추는 산형상슬리이브(15)로 이루어진 클램프수단으로 구성되어 있다. 바깥둘레의 선형상슬리이브(15)는 축심방향 중앙위치에서 2분할되고, 조정용 디스턴스피스(160가 그 사이에 끼어 있다.

제1과 제2부호기(3),(4)로부터의 검출신호는 제3도는 도시한 바와같이, 비틀림각 연산회로(21)에 입력되고, 양부호기(3),(4)사이에 있어서의 토오션바아(5)의 비틀림각을 연산하여, 그 결과가 토오크치연산회로(22)에 입력되고 있다. 또, 토오크치연산회로(22)에토오션바아 선택회로(23)로부터의 신호가 입력되고 있다. 또, 토오크치연산회로(22)에 토오션바아 선택회로(23)로부터의 신호가 입력되고 있다. 또, 토오크치연산회로(22)에 토오션바아 선택회로(23)로부터의 신호가 입력되고 있다. 즉, 제4도(a)~(c)에 도시한 바와같이, 예를들면 1kgm용, 10kgm용, 100kgm용 등, 검출해야할 토오크의 크기에 따라서 설계된 복수종류의 토오션바아(5a)~(5c)로부터 적당한 토오션바아(5)를 선택해서 부호기(3),(4)에 끼워 고정하도록 구성되고, 그 선택한 토오션바아의 종류를 특정하는 신호가 토오크치연산회로(22)에입력되고 있다. 토오크치 연산회로(22)에서는 비틀림각과 선택된 토오션바아(5)의 비틀림강성으로부터토오크치가 연산되어 출력된다.

비틀림각 연산회로(21)의 구성을 제5도에 의해 설명하면, 제1, 제2부호기 (3),(4)로부터 출력된 직사각형파의 검출신호가 카운터(25),(26)와 시간측정부 (27),(28)에 입력되어 있다. 카운터(25),(26)는 검출신호의 펄스수를 카운트하여 위치연산부(31),(32)에 입력하고 있다. 한편, 시간연산부(27),(28)에서는 검출신호의 주기 T와 기준이 되는 위상을 검출한 후의 경과시간 A를 측정해서 보간연산부 (29),(30)에 입력하고, 보간연산부(29),(30)에서는 주기 T와 경과시간 A로부터 A/T를 연산해서 위치연산부(31),(32)에 입력하고 있다. 위치연산부(31),(32)에서는 카운터(25),(26)로부터의 신호에 의해 슬릿피치마다의 위치를 검출하고, 보간연산부 (29),(30)로부터의 신호에 의해 슬릿피치내에 있어서의 위치를 검출한다. 이들 위치연산부(31),(32)에 의한 연산결과를 비틀림연산부(33)에 입력되고, 이 비틀림연산부 (33)에서 양부호기(3),(4)에 의해 검출된 위치의 차로부터 비틀림각이 연산되어 출력된다.

다음에, 토오크측정의 동작을 설명한다. 측정하려고 하는 토오크의 대체적크기에 맞추어서 토오션바아(5)를 선택하고, 토오크센서의 각 부호기(3),(4)에 끼워서 고정한다. 그때 토오션바아(5)를 각 부호기(3),(4)의 중공회전축(6)내에 끼우는 동시에, 체결볼트(13)를 느슨하게한 상태의 고정수단(11)을 중공회전축(6)의 내주면과 토오션바아(5)의 외주면의 사이에 끼우고, 토오션바아(5)와 중공회전축(6)의 축심이 일치하도록 조정하면서 체결볼트(13)를 조여서 토오션바아(5)를 각 부호기 (3),(4)에 고정한다. 또 선택한 토오션바아(5)의 종류를 적당한 입력수단에 의해서 토오션바아선택회로(23)에 입력한다. 또한, 토오션바아(5)의 양단부는 각각 토오크를 측정하기 위한 회전계에 연결된다.

이상의 설정을 행한 후, 회전게가 구동되면, 그 토오크가 토오션바아(5)에 작용하여, 토오션바아(5)에 그 토오크에 따른 비틀림이 발생한다. 그러면 이 토오션바아 (5)의 비틀림에 따라서 제1과 제2부호기(3),(4)에의한 검출위치에 차가 발생하기 때문에 그 검출위치의 차로부터 비틀림각 연산회로(21)에 의해서 토오션바아의 비틀림각을 연산할 수 있다. 이 비틀림각의 연산시에, 회전게가 정속 또는 회전속도의 변화가 완만하며, 또한 안정된 회전상태가 유지되고 있는 경우에는 코우드판(7)의 각 슬릿피치내에서는 높은 정밀도로 등속이동하고 있다고 간주할 수 있으므로, 제5도에 도시한 바와같은 회로구성의 비틀림각 연산회로(21)에 의해 슬릿피치 내에서의 위치검출을 시간분할에 의해서 행하여도 고정밀도의 위치검출이 가능하다. 또, 슬릿 투과공에 의한 검출신호의 파형정밀도가 나빠도, 그 영향을 받지 않고 고정밀도의 위치검출이 가능하다. 그 때문에 간단한 회로구성에 의해서 응답성좋고 고정밀도의 위치검출이 가능하게 된다. 이렇게해서 연산된 비틀림각으로부터 노오크치 연산회로(22)에의해서 토오크가 연산되어 그 토오크치가 출력된다.

이상과 같은 광학식부호기(3),(4)를 사용한 토오크센서에있어서는 1회전당 출력펄스가 3만펄스정도인 광학식부호기를 사용하면, 종래예에서 예시한 것과 동일한 토오션바아를 사용해서 최대측정치를 5kgm로 하였을 경우에, 최수분해능이 0.04 kgm 오차가 0.01%, 응답성이 30~300KHz의 고정밀도이며 고속응답의 토오크센서를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시에에서는 비틀림각 연산회로로서, 슬릿피치내의 위치검출을 등속이동으로 간주해서 시간분할에 의해서 행하는 예를 나타냈으나, 검출파형의 위상분할 등에 의해서 위치검출하도록 하여도 되는 것은 말할 나위도 없고, 그 경우는 회전이 정지하고 있는 경우나 저속회전이며, 또한 불안정한 회전상태일때에도 정밀하게정밀도 좋은 토오크검출이 가능하다.

또, 상기 실시예에서는 본 발명을 토오크센서에 적용한 예를 나타냈으나, 토오션바아에 대신해서 피측정축을 끼워 고정하므로서, 비틀림각 검출장치로 할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 고분해능, 고속응답성의 광학식부호기를 사용하므로서 각 부호기에 의한 검출위치의 차로부터 피측정축의 비틀림각을 고정밀도로 또한 고속응답성을 가지고 검출할 수 있다. 또, 피측정축이 정지하고 있어도 고속회전하고 있어도 확실하게 검출할 수 있는 동시에 부호기의 코우드판의 슬릿수는 기어의 경우에 비해서 현저하게 많이 생기고, 1회전당 출력밀도는 높아서 정밀한 검출이 가능하다.

또, 본 발명의 토오크센서에 의하면 마찬가지로 검출된 비틀림각과 토오션바아의 비틀림강성으로부터 토오크치가 연산되어 출력되고, 고정밀도이며 고속응답성을 가진 토오크센서를 얻을 수 있다.

또, 토오션바아를 교환할 수 있도록 하므로서 광범위한 토오크를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또, 측정계가 정속 또는 속도변화가 작고 안정되어 회전하는 계일 경우에는 부호기로부터 출력되는 펄스신호를 카운트하는 동시에, 펄스신호사이는 시분할해서 위치검출하므로서 간단한 회로구성에 의해서 고정밀도의 검출이 가능해지는 등 큰 효과를 발휘한다.

Claims (5)

1. 축심방향으로 적당한 간격을 형성해서 동일축심상에 1쌍의 광학식부호기 (3),(4) 배치하는 동시에, 그 축심위치에 피측정축(5)을 끼워서 각 부호기의 회전부에 고정한 것을 특징으로 하는 비틀림각 검출장치.
2. 제1항에 있어서, 각 부호기(3),(4)로부터 출력되는 펄스신호를 카운트하는 카운터(25),(26) 및 펄스신호 사이에 있어서 경과시간과 펄스신호의 주기(27),(28)로부터 보간연산을 행하는 수단(29),(30)과, 상기 카운터 및 보간연산수단의 신호에 의거해서 위치를 연산하는 수단(31),(32)과, 각 부호기의 위치연산수단으로부터의 출력신호가 입력되는 비틀림연산수단(33)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 비틀림각 검출장치.
3. 축심방향으로 적당한 간격을 형성해서 동일축심상에 1쌍의 광학식부호기 (3),(4) 배치하는 동시에, 그 축심위치에 토오션바아(5)를 끼워서 각 부호기의 회전부(6)에고정하고, 각 부호기로부터의 검출신호에 의거해서 부호기(3),(4) 사이에서의 비틀림각을 연산하는 수단(21)과 비틀림각으로부터 토오크치를 연산하는 수단 (22)을 설치한 것을 특징으로 하는 토오크센서.
4. 제3항에 있어서, 각 부호기(3),(4)는 토오션바아(5a),(5b),(5b)를 착탈가능하게 고정하는 수단(11)을 설치하고, 토오크치연산수단(22)에토오션바아의 종류를 입력하는 수단(23)을 설치한 것을 특징으로 하는 토오크센서.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 비틀림각을 연산하는 수단이 각 부호기(3),(4)로부터의 출력되는 펄스신호를 카운트하는 카운터(25),(26) 및 펄스신호사이에 있어서 경과시간과 펄스신호의 주기(27),(28)로부터 보간연산을 행하는 수단 (29) ,(30)과, 상기 카운터(25),(26) 및 보간연산 수단(29),(30)의 신호에 의거해서 위치를 연산하는 수단(31),(32)과 각 부호기(3),(4)의 위치연산수단(31),(32)으로부터의 출력신호가 입력되는 비틀림 연산수단(33)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 토오크센서.