TWI521221B - 測定裝置及測定方法 - Google Patents

Description

測定裝置及測定方法

本發明係關於測定裝置及測定方法。

本申請案係基於且主張2010年10月19日提出申請的先前日本專利申請案第2010-234583號及2011年6月1日提出申請的先前日本專利申請案第2011-123263號之優先權的權利；該案之全部內容以引用之方式併入本文中。

使用驅動器並測定施加於測定對象之載荷之情形，於驅動器與測定對象之間設置荷重元等測定器具，藉由測定器具進行載荷之測定(專利文獻1)。

測定直動導引裝置之滑動阻力之情形，亦同樣使用荷重元進行滑動阻力之測定。

圖24係顯示測定裝置9之構成之概略方塊圖。測定裝置9係測定直動導引裝置80之滑動塊81在軌道82上移動時之滑動阻力。測定裝置9具備：作為驅動器之線性馬達91；控制線性馬達91之馬達控制部92；荷重元93；放大部94；及記錄部95。

馬達控制部92驅動線性馬達91，使線性馬達91之可動件91a移動而對滑動塊81賦予載荷。荷重元93設置於可動件91a與滑動塊81之間。荷重元93輸出對應於可動件91a施加於滑動塊81之載荷之信號。

放大部94係放大荷重元93輸出之信號並使其記憶於記錄部95。記錄部95係記憶自放大部94輸入之信號。荷重元93輸出對應於所賦予之載荷之信號。基於記錄於記錄部95之信號，算出直動導引裝置80之滑動阻力，可測定滑動阻力。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平6-124929號公報

然而，若將荷重元等安裝於驅動器之可動件，則存在裝置整體大型化之問題。

本發明之目的在於提供一種測定裝置及測定方法，其無需設置荷重元等測定器具，即可測定賦予測定對象之載荷。

本發明之測定裝置之特徵在於具備：線性馬達；驅動部，其藉由驅動上述線性馬達，使上述線性馬達所含有之可動件移動，而對測定對象賦予載荷；及載荷測定部，其在使上述可動件相對移動時，將流入上述線性馬達之電流值與上述線性馬達之推力常數相乘，而算出上述可動件給予上述測定對象之載荷。

本發明之測定方法之特徵在於包含：控制步驟，其藉由驅動線性馬達並使該線性馬達所含有之可動件移動，而對測定對象賦予載荷；及載荷測定步驟，其在使上述可動件相對移動時，將流入上述線性馬達之電流值與上述線性馬達之推力常數相乘，而算出上述可動件賦予上述測定對象之載荷。

根據本發明，無需設置荷重元等測定器具，即可測定賦予測定對象之載荷。

以下，參照圖面，說明本發明之實施形態之測定裝置及測定方法。

圖1係顯示本實施形態之測定裝置1之構成之概略方塊圖。測定裝置1具備：桿型之線性馬達10；及控制線性馬達10之馬達控制部20。

以測定裝置1中測定直動導引裝置80之滑動塊81於軌道82上移動時之滑動阻力之情形為例進行說明。測定裝置1藉由使線性馬達10之桿101(可動件)之一端接觸直動導引裝置80(測定對象)之滑動塊81並賦予載荷，而測定直動導引裝置80之滑動阻力。

圖2係顯示本實施形態中線性馬達10之立體圖(部分剖面圖)。線性馬達10係其桿101相對於線圈收納外殼102於軸線方向上移動之桿型線性馬達。

於線圈收納外殼102之內部積層(排列)有複數個線圈104。於線圈收納外殼102之兩端面分別安裝有端殼109。於端殼109上安裝有用以導引桿101之直線運動之軸襯108(軸承)。

於2個端殼109中之任意一方設置有檢測來自桿101之磁場之磁性感測器112。

桿101包含例如不鏽鋼等非磁性材料。桿101具有如管件般中空之空間。於桿101之中空空間內，以同極相對向之方式積層圓柱狀之複數個磁體103(扇形磁鐵)。以N極與N極、S極與S極相對向之方式積層。於磁體103之間介置包含例如鐵等磁性體之磁極靴107(磁極塊)。桿101貫通積層之線圈104內部。桿101可於軸線方向上移動地被支持於線圈收納外殼102。

圖3係顯示本實施形態之保持於線圈支架105之線圈單元之立體圖。線圈104係將銅線螺旋狀捲繞而成者，並保持於線圈支架105。複數個線圈104係以桿101之磁體103排列之方向為中心，沿桿101之外周捲繞銅線而成者。各線圈104係排列於與磁體103排列之方向相同之方向。

於線圈104間介置環狀之樹脂製間隔物105a，將鄰接之線圈104絕緣。於線圈支架105上設置有印刷基板106。線圈104之捲線之端部104a係接線於印刷基板106。

將線圈104及線圈支架105設置於金屬模具，藉由將溶融之樹脂或特殊陶瓷注入金屬模具內之插入成形，使線圈收納外殼102與線圈104一體化成形。為提升線圈104之散熱性，於線圈收納外殼102形成有複數散熱片102a。

亦可將保持於線圈支架105之線圈104收納於鋁製線圈收納外殼102，以粘合劑填充線圈104與線圈收納外殼102之間之間隙，而將線圈104及線圈支架105固定於線圈收納外殼102。

圖4係顯示本實施形態之線性馬達10之磁體103與線圈104之位置關係之圖。

在桿101之中空空間，將圓盤狀之複數個磁體103(扇形磁鐵)以同極相對向之方式排列。線圈104係一組包含3個U‧V‧W相之三相線圈。將一組三相線圈組合複數組，構成線圈單元。若在分成U‧V‧W相三相之複數個線圈104中，流通相位各相差120°之三相電流，會產生於線圈104之軸線方向移動之移動磁場。桿101藉由移動磁場獲得推力，與移動磁場之速度同步地相對於線圈104進行相對之直線運動。

如圖2所示，端殼109係收納磁性感測器之外殼。於端殼109之一方，安裝有用以檢測桿101之位置之磁性感測器112。磁性感測器112係自桿101空開特定間隙而配置。磁性感測器112係檢測藉由桿101之直線運動而產生之桿101之磁場之方向(磁性向量之方向)之變化。

如圖5所示，磁性感測器112具有Si或玻璃基板121，及以形成於其上之Ni、Fe等鐵磁性金屬作為主成分之合金之鐵磁性薄膜金屬構成之磁性電阻元件122。磁性感測器112會因電阻值在特定之磁場方向發生變化而被稱為AMR(Anisotropic-Magnetro-Resistance)感測器(異向性磁阻元件)(參考文獻：「垂直型MR感測器技術資料」、[online]、2005年10月1日、浜松光電株式會社、「2010年8月25日檢索」、網際網路<URL:http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf>)。

圖6係顯示AMR感測器之磁場方向與電阻值之關係之圖表。

使電流流動於磁性電阻元件122，施加電阻變化量飽和之磁場強度，對該磁場(H)之方向賦予相對於電流方向Y之角度變化θ。此時，如圖6所示，電阻變化量(ΔR)係在電流方向與磁場方向垂直(θ=90°，270°)時最大，電流方向與磁場方向平行(θ=0°，180°)時最小。

電阻值R對應於電流方向與磁場方向之角度成分，以如下公式(1)之方式變化。

若磁場強度在飽和感度以上，則ΔR為常數，電阻值R成為不受磁場強度影響。

R=R0-ΔRsin2θ…　(1)

R0：無磁場中之鐵磁性薄膜金屬之電阻值

ΔR：電阻變化量

θ：顯示磁場方向之角度

圖7係顯示在磁場強度為飽和感度以上之情形中，亦檢測磁場方向之磁性感測器112之鐵磁性薄膜金屬之形狀例之圖。

形成於縱方向之鐵磁性薄膜金屬元件(R1)與橫方向之元件(R2)成串聯連接之形狀。

相對於元件(R1)促成最大電阻變化之垂直方向之磁場，相對於元件(R2)則成為最小電阻變化。電阻值R1與R2由如下公式(2)、(3)定出。

R1=R0-ΔRsin2θ…　(2)

R2=R0-ΔRcos2θ…　(3)

圖8係顯示磁性感測器之等價電路(半橋式電路)圖。該等價電路之輸出Vout由如下公式(4)定出。

Vout=R1‧Vcc/(R1+R2)…　(4)

將公式(2)、(3)代入公式(4)並加以整理，得到如下公式(5-1)、(5-2)。

Vout=Vcc/2+αcos2θ　…(5-1)

α=ΔR‧Vcc/2(2R0-ΔR)　…(5-2)

圖9係顯示檢測磁場方向之磁性感測器之鐵磁性薄膜金屬之形狀例示圖。

若形成鐵磁性薄膜金屬之形狀，則可使用二個輸出Vout+與Vout-進行中點電位之穩定性之提升與放大。

針對桿101直線運動時之磁場方向之變化與磁性感測器112之輸出進行說明。

圖10係顯示磁性感測器112與桿101之位置關係圖。

將磁性感測器112配置在施加飽和感度以上之磁場強度之間隙1之位置，且以磁場方向變化有助於感應面之方式配置。此時，磁性感測器112沿桿101相對移動位置A至E之距離λ之情形時，磁性感測器112之輸出如下所示。

圖11係顯示磁性感測器112之輸出信號例之圖。

桿101直線移動距離λ時，感應面中磁場之方向旋轉1次。此時電壓之信號成為1週期之正弦波信號。較正確而言，藉由公式(5-1)表示之電壓Vout成為2週期之正弦波信號。然而，若相對於磁性感測器112之元件之延伸方向偏離45°施加偏壓磁場，則週期減半，於桿101直線移動λ時，獲得1週期之輸出波形。

如圖12A所示，為得知運動方向，將二組之全橋式構成之元件以相互傾斜45°之方式形成於一塊基板上。

如圖13所示，藉由二組之全橋式電路而得之輸出VoutA與VoutB成為相互保持90°之相位差之餘弦波信號及正弦波信號。

如圖12B所示，磁性感測器112係將二組之全橋式構成之元件相互傾斜45°之方式形成於一塊基板上。磁性感測器112檢測桿101之磁場方向之變化。因此，如圖14所示，假設即使磁性感測器112之安裝位置自(1)偏移到(2)，磁性感測器112輸出之正弦波信號及餘弦波信號(輸出VoutA及VoutB)亦少有變化。

圖15係顯示藉由磁性感測器112之輸出VoutA與VoutB而繪製之利薩如(Lissajous)圖形之圖。

因磁性感測器112之輸出變化較少，如圖15所示圓之大小不易變化。因此，可正確檢測磁性向量24之方向θ。即使未高精度管理桿101與磁性感測器112之間之間隙1，亦可檢測出桿101之正確位置。

藉此，磁性感測器112之安裝調整變得簡單。又，在藉由軸襯108導引桿101之安裝時亦可容許振動。再者，亦可容許桿101稍微彎曲。

圖16係顯示安裝於端殼109之磁性感測器112之圖。於端殼109中設置有用以收納磁性感測器112之空間(磁性感測器收納部126)。

將磁性感測器112配置於磁性感測器收納部126後，以填充材料127填充磁性感測器112周圍。藉此，將磁性感測器112固定於端殼109。因磁性感測器112具有溫度特性，故輸出會因溫度之變化而變化。因受來自線圈104之熱之影響降低，故端殼109及填充材料127使用熱傳導率比線圈收納外殼102低之材料。例如，線圈收納外殼102使用環氧樹脂系之樹脂。端殼109及填充材料127使用聚苯硫醚(PPS)。

圖17係顯示安裝於端殼109之軸襯108(軸承)之圖。藉由使端殼109具備軸承功能，可防止桿101與磁性感測器112之間之間隙產生變動。

圖18係顯示構成本實施形態之馬達控制部20之概略方塊圖。

馬達控制部20具備載荷測定部21及驅動部22。

載荷測定部21具備：載荷算出部211，其將流入上述線性馬達10之電流之電流值與線性馬達10之推力常數相乘，而算出線性馬達10通過桿101賦予滑動塊81(測定對象)之載荷值；及載荷記憶部212，其記憶載荷算出部211所算出之載荷值。

驅動部22具備：位置控制部221、開關部222、速度控制部223、開關部224、電流控制部225、電力轉換器226、變流器(Current Transformer CT)227、速度算出部228、位置算出部229、及位置判定部230。

位置控制部221基於由外部輸入之位置指令及由位置算出部229算出之桿101之位置資訊，算出速度指令。位置控制部221預先記憶第1至第4速度(FL1SPD至FL4SPD)，並輸出基於第1至第4速度之四個速度指令(第1速度指令至第4速度指令)。

第1速度指令表示自桿101所預先設定之原點起，使桿101之兩端中靠近測定對象之一端移動至直動導引裝置80之滑動塊81附近(位置FL2POS)時之移動速度之指令。此時，使桿101移動之速度之上限值(第1速度(FL1SPD))係預先設定。

第2速度指令係表示桿101接觸測定對象並對測定對象賦予載荷時之移動速度之指令。此時，使桿101移動之速度之上限值(第2速度(FL2SPD))係預先設定。

第2速度(FL2SPD)比第1速度(FL1SPD)慢。第2速度(FL2SPD)係設定為於桿101接觸滑動塊81時不會發生不必要的衝擊之速度以下。

滑動塊81(測定對象)附近(位置FL2POS)係於桿101之一端接觸滑動塊81時，使桿101之移動速度以成為第2速度之方式開始減速之位置。

位置FL2POS係基於與滑動塊81接觸之位置、第1速度指令(FL1SPD)、第2速度指令(FL2SPD)、及線性馬達10之特性而預先設定之位置。

第3速度指令係表示對滑動塊81賦予載荷後，使桿101於原點方向移動時之移動速度之指令。此時，使桿101移動之速度(第3速度(FL3SPD))係預先設定。

第4速度指令係表示對測定對象賦予載荷後，使桿101於原點方向移動時到達預先設定之速度切換位置(FL3POS)後之移動速度之指令。此時，使桿101移動之速度之上限值(第4速度(FL4SPD))係預先設定。

第4速度(FL4SPD)設定為比第3速度(FL3SPD)快。

開關部222係基於位置判定部230之控制，從位置控制部221輸出之4個速度指令中選擇其一。

對速度控制部223輸入表示開關部222所選擇之速度指令及速度算出部228所算出之桿101之速度之速度資訊。速度控制部223基於表示速度指令之速度與表示速度資訊之速度之偏差，算出以桿101移動之速度作為速度指令之速度之電流值。

速度控制部223輸出算出之電流值(非限制電流指令)。速度控制部223輸出以預先設定之電流控制值(FL2I)作為上限值之電流指令(控制電流指令)。

當算出之電流值為電流限制值(FL2I)以下之情形，非限制電流指令與限制電流指令表示相同電流值。另一方面，當算出之電流值大於電流限制值(FL2I)之情形，非限制電流指令表示算出之電流值，限制電流指令表示電流限制值(FL2I)。

開關部224係基於位置判定部230之控制，從速度控制部223輸出之限制電流指令與非限制電流指令中選擇任意一方。電流控制部225係基於開關部224所選擇之電流指令及變流器227所測定之流動於線性馬達10之電流值，而算出電壓指令。

電力轉換器226係將對應於電流控制部225所算出之電壓指令之電壓供給至線性馬達10。變流器227被安裝於連接電力轉換器226與線性馬達10之電力線。變流器227係測定流動於電力線之電流值。變流器227係將所測定之電流值輸出至載荷測定部21之載荷算出部211、電流控制部225、及完成信號產生部231。

速度算出部228係基於由線性馬達10之磁性感測器112輸出之正弦波信號及餘弦波信號(輸出VoutA及VoutB)之變化量，算出桿101之移動速度。

位置算出部229係基於由磁性感測器112輸出之正弦波信號及餘弦波信號(輸出VoutA及VoutB)之變化量，算出自桿101原點起之移動量，並輸出表示桿101位置之位置資訊。

位置判定部230基於由外部輸入之位置指令與動作開始信號、及位置算出部229輸出之表示桿101之位置之位置資訊，控制使開關部222從位置控制部221輸出之4個速度指令中選擇任一者。

位置判定部230基於位置指令、動作開始信號、及位置資訊，控制使開關部224從速度控制部223輸出之2個電流指令選擇任一者。

完成信號產生部231係在線性馬達10對滑動塊81賦予載荷時，若變流器227所測定之電流值到達預先設定之電流限制值(FL2I)，則向外部輸出動作完成信號(UO2)。

其次，說明測定直動導引裝置80之滑動阻力時之線性馬達10之動作。在直動導引裝置80之整體可動範圍內測定滑動阻力，並說明關於測定滑動阻力偏差之情形。

圖19係顯示測定直動導引裝置80之滑動阻力時之線性馬達10之動作之概略圖。顯示狀態(a)至狀態(c)。

將桿101靠近滑動塊81之方向作為CW方向(圖19中右方向)。將桿101遠離滑動塊81之方向作為CCW方向(圖19中左方向)。

如圖19之狀態(a)所示，測定開始時，桿101之直動導引裝置80側之一端之位置位在原點。

當動作開始信號輸入則開始測定動作。桿101根據第1速度指令，自原點朝向動作目標位置(CW方向)開始移動。當桿101之一端到達滑動塊81附近時，桿101減速至第2速度指令之速度。

如圖19之狀態(b)所示，桿101接觸滑動塊81並對其賦予載荷，且以第2速度(FL2SPD)使滑動塊81移動。

其後，如圖19之狀態(c)所示，直動導引裝置80之滑動塊81到達可動範圍之邊端，桿101停止移動。若流動於線性馬達10之電流之電流值到達電流限制值(FL2I)，則自馬達控制部20輸出動作完成信號。

於上述一連串動作中，載荷算出部211基於電流值算出載荷值，並使算出之載荷值記憶於載荷記憶部212。

圖20係顯示本實施形態之馬達控制部20之控制程序之流程圖。

當馬達控制部20開始進行控制時，位置判定部230判定動作開始信號(UI2)是否開啟(步驟S101)。位置判定部230待機直至動作開始信號開啟(步驟S101：NO)。

步驟S101中，若動作開始信號開啟(步驟S101：YES)，則位置判定部230使開關部222選擇第3速度指令或第4速度指令，並使線性馬達10進行原點歸位動作(步驟S102)。

接著，位置控制部221對應於表示動作目標位置之位置指令而算出第1速度指令。位置判定部230使開關部222選擇第1速度指令。位置判定指令230使開關部224選擇非限制電流指令(步驟S103)。位置判定部230使線性馬達10之桿101開始朝向直動導引裝置80之滑動塊81(CW方向)移動(步驟S104)。

位置判定部230判定桿101是否到達位置FL2POS(步驟S105)。位置判定部230在桿101到達位置FL2POS前，以第1速度指令驅動線性馬達10(步驟S105：NO)。

步驟S105中，若桿101到達位置FL2POS(步驟S105：YES)，則位置判定部230使開關部222選擇第2速度指令。位置判定部230使開關部224選擇限制電流指令(步驟S106)。此時，位置判定部230將表示桿101到達位置FL2POS之信號輸出至載荷算出部211，使載荷算出部211開始算出載荷。

完成信號產生部231判定變流器227所測定之電流值是否為電流限制值(FL2I)以上(步驟S107)。完成信號產生部231待機直至電流值達到電流限制值(FL2I)(步驟S107：NO)。

步驟S107中，若判定變流器227所測定之電流值達到電流限制值(FL2I)(步驟S107：YES)，則完成信號產生部231將動作完成信號設為開啟並輸出至外部(步驟S108)。

位置判定部230判定動作開始信號是否關閉(步驟S109)。位置判定部230待機直至動作開始信號關閉(步驟S109：NO)。

步驟S109中，若判定動作開始信號關閉(S109：YES)，則位置控制部221對應於以原點作為移動目標之位置指令而算出速度指令。位置判定部230使開關部222選擇第3速度指令。位置判定部230使開關部224選擇非限制電流指令(步驟S110)。位置判定部230使桿101開始朝向原點(CCW方向)移動(步驟S111)。

位置判定部230判定桿101之一端是否到達速度切換位置(FL3POS)(步驟S112)。位置判定部230待機直至桿101之一端到達速度切換位置(FL3POS)。(步驟S112：NO)。

步驟S112中，位置判定部230若判定桿101到達速度切換位置(FL3POS)(步驟S112：YES)，則使開關部222選擇第4速度指令(步驟S113)。此時，位置判定部230將表示桿101到達位置FL3POS之信號輸出至載荷算出部211，並使載荷算出部211結束載荷之算出。

其次，位置判定部230判定桿101之一端是否到達原點(步驟S114)。位置判定部230待機直至桿101之一端到達原點(步驟S114：NO)。

步驟S114中，位置判定部230若判定桿101之一端到達原點(步驟S114：YES)，則將表示桿101之一端到達原點之信號輸出至完成信號產生部231。位置判定部230使完成信號產生部231將動作完成信號設為關閉(步驟S115)，而結束控制之處理。

其次，對應於桿101之移動速度、流動於線性馬達10之電流、及桿101之位置，說明馬達控制部20之處理。

圖21係顯示自使桿101自原點開始移動起至動作完成信號開啟之期間之速度、電流、位置之對應圖表。

圖21中，圖表(a)至(d)之橫軸表示時間。圖表(a)之縱軸表示速度。圖表(b)之縱軸表示電流值。圖表(c)之縱軸表示位置。圖表(d)之縱軸表示輸出位準。

動作開始信號開啟，進行原點歸位(步驟S101、S102)。其後，在時刻t1中，藉由馬達控制部20進行步驟S103之處理，桿101開始向直動導引裝置80之滑動塊81移動(步驟S104)。

在時刻t2中，桿101之速度變成第1速度(FL1SPD)，並繼續移動。

在時刻t3中，當桿101之一端到達位置FL2POS(步驟S105：YES)時，則馬達控制部20進行步驟S106之處理，使桿101之速度減速至第2速度(FL2SPD)。

在時刻t4中，桿101之一端接觸滑動塊81，以第2速度(FL2SPD)繼續移動並對滑動塊81賦予載荷，而使滑動塊81移動。

在時刻t5中，當滑動塊81達到可動範圍之邊端而桿101停止時，則流動於線性馬達10之電流增加並達到電流限制值(FL2I)(步驟S107：YES)。藉由馬達控制部20進行步驟S108之處理，使動作完成信號成為開啟狀態。

其次，說明桿101返回原點為止之馬達控制部20之處理。

圖22係顯示動作完成信號開啟直至桿101返回原點之期間之速度、電流、位置之對應圖表。

圖22中，圖表(a)至(d)之橫軸表示時間。圖表(a)之縱軸表示速度。圖表(b)之縱軸表示電流值。圖表(c)之縱軸表示位置。圖表(d)之縱軸表示輸出位準。

在時刻t11中，外部裝置(未圖示)對應於動作完成信號開啟，而將動作開始信號設為關閉，並設定將原點作為移動目標之位置指令(步驟S109：YES)。馬達控制部20藉由進行步驟S110之處理，以第3速度(FL3SPD)使桿101向原點(CCW方向)移動(步驟S111)。

在時刻t12中，當桿101之一端到達速度切換位置(FL3POS)(步驟S112：YES)時，則馬達控制部20藉由進行步驟S113之處理，使位置控制部221算出第4速度指令並使桿101之速度加速至第4速度(FL4SPD)。

在時刻t13中，桿101移動之速度變為第4速度(FL4SPD)。

在時刻t14中，馬達控制部20使桿101之速度減速，並在時刻t14中，使桿101於原點停止，且將動作完成信號設為關閉之狀態(步驟S114、S115)。

針對與圖20中顯示之馬達控制部20之控制程序不同之控制程序進行說明。

圖23係顯示本實施形態之馬達控制部20之另一控制程序之流程圖。圖23所示之控制程序中，步驟S201至步驟S204之處理因與如圖20所示之控制程序中之步驟S101至S104之處理相同，故省略說明。

位置判定部230判定桿101是否到達位置FL2POS(步驟S205)。當桿101到達位置FL2POS之情形(步驟S205：YES)時，位置判定部230使開關部222選擇第2速度指令，並使開關部224選擇限制電流指令(步驟S206)。此時，位置判定部230將表示桿101到達位置FL2POS之信號輸出至載荷算出部211，且使載荷算出部211開始算出載荷。

完成信號產生部231判定變流器227所測定之電流值是否為電流限制值(FL2I)以上(步驟S207)。完成信號產生部231待機直至電流值達到電流限制值(FL2I)(步驟S207：NO)。

在步驟S207中，若判定變流器227所測定之電流值達到電流限制值(FL2I)(步驟S207：YES)，則完成信號產生部231將動作完成信號開啟並輸出至外部(步驟S208)，且進行步驟S210之處理。

在步驟S205中，若桿101未到達位置FL2POS之情形(步驟S205：NO)，位置判定部230繼續使開關部222選擇第1速度指令，且使開關部224繼續選擇非限制電流指令(步驟S209)，並進入步驟S210之處理。

位置判定部230係判定動作開始信號是否關閉(步驟S210)。

位置判定部230判定動作開始信號未關閉之情形(步驟S210：NO)時，返回進行步驟S205之處理。位置判定部230反復進行步驟S205至步驟S210之處理。

另一方面，判定動作開始信號關閉之情形(步驟S210：YES)時，位置控制部221對應於將原點作為移動目標之位置指令而算出速度指令。位置判定部230使開關部222選擇第3速度指令，並使開關部224選擇非限制電流指令(步驟S211)。位置控制部221使桿101向原點(CCW方向)移動(步驟S212)。

位置判定部230判定桿101之一端是否到達速度切換位置(FL3POS)(步驟S213)。位置判定部230待機直至桿101之一端到達速度切換位置(FL3POS)(步驟S213：NO)。

位置判定部230判定桿101之一端到達速度切換位置(FL3POS)(步驟S213：YES)時，使開關部222選擇第4速度指令(步驟S214)。此時，位置判定部230將表示桿101到達位置FL3POS之信號輸出至載荷算出部211，並使載荷算出部211結束載荷之算出。

其次，位置判定部230判定桿101之一端是否到達原點(步驟S215)。位置判定部230待機直至桿101之一端到達原點(步驟S215：NO)。

當位置判定部230判定桿之一端到達原點(步驟S215：YES)時，將表示桿101之一端到達原點之信號輸出至完成信號產生部231。完成信號產生部231將動作完成信號設為關閉(步驟S216)，並結束控制處理。

本實施形態之測定裝置1具備：桿101(可動件)，其係具有以同極相對向之方式排列之複數個磁體103；及線圈收納外殼102(固定件)，其具有環繞桿101之複數個線圈104。

測定裝置1具備線性馬達10與馬達控制部20。

線性馬達10藉由複數個磁體103之磁場與流動於複數個線圈104中之電流所產生之磁場，使線圈收納外殼102及桿101於磁體103之排列方向上相對移動。

馬達控制部20進行使桿101相對移動而對滑動塊81(測定對象)賦予載荷之控制。

馬達控制部20係使變流器227測定流動於線性馬達10之電流。馬達控制部20基於測定之電流值，使算出載荷算出部211算出由線性馬達10賦予滑動塊81(測定對象)之載荷(滑動阻力)。

藉此，測定裝置1無需設置荷重元等測定器具，即可測定賦予滑動塊81(測定對象)之載荷(滑動阻力)。

本實施形態之測定裝置1係由馬達控制部20在直到使桿101接觸直動導引裝置80之滑動塊81之前以第1速度(FL1SPD)驅動桿101後，以比第1速度(FL1SPD)慢之第2速度(FL2SPD)賦予滑動塊81載荷。此時，馬達控制部20之載荷測定部21自流動於線性馬達10之電流算出載荷，並測定滑動阻力。

在測定裝置1中，位置控制部221輸出在桿101未接觸測定對象之情形之非接觸時速度指令，及桿101接觸測定對象之情形之接觸時速度指令。

非接觸時速度指令係第1速度指令及第4速度指令。接觸時速度指令係第2速度指令及第3速度指令。接觸時速度指令係表示比非接觸時速度指令慢之速度指令。

位置判定部230係對應於桿101之位置，基於桿101之一端是否位於預先設定之區域，來選擇非接觸時速度指令與接觸時速度指令中之任一者，並控制線性馬達10。預先設定之區域係比位置FL2POS/FL3POS遠離原點之區域。

對滑動塊81賦予載荷時之接觸時速度指令係表示比非接觸時速度指令所示之速度(第1速度(FL1SPD)、第4速度(FL4SPD))慢之速度(第2速度(FL2SPD)、第3速度(FL3SPD))。

藉此，因給予滑動塊81之載荷係緩慢變化，故可使流動於線性馬達10之電流變化減小。測定裝置1可穩定進行載荷測定。其結果，可抑制測定誤差之產生，而提升測定精度。可防止使桿101接觸滑動塊81時產生不必要之衝擊。

對滑動塊81賦予載荷時，藉由將輸入至電流控制部225之電流指令所示之電流值設在電流限制值(FL2I)以下，可檢測滑動塊81到達可動範圍之邊端。可防止桿101無法再移動時流動於線性馬達10之電流急速增加。藉此，可防止過電流流入線性馬達10之線圈104，而防止線性馬達10劣化。

測定裝置1使桿101移動直至接觸滑動塊81時，因以比測定載荷時之移動速度快之速度使桿101移動，故可縮短使桿101移動之時間。測定裝置1可縮短測定所需之時間。

測定裝置1僅具備線性馬達10與馬達控制部20，即可測定載荷。由於測定裝置1與設置測定器具之情形相比可縮小裝置，故可抑制裝置之成本。

由於測定裝置1係使線性馬達10之桿101(可動件)接觸滑動塊81而測定載荷，故無需設置測定器具。由於測定裝置1會會產生藉由設置測定器具所產生之載荷損失，故可正確測定載荷。

測定裝置1在桿101返回原點時，切換桿101之一端移動直到到達速度切換位置(FL3POS)之第3速度(FL3SPD)、與自速度切換位置(FL3POS)移動至原點之第4速度(FL4SPD)。

在對彈性體施加載荷後測定彈性體恢復原狀時之應力之情形時，使桿101以低速之第3速度(FL3SPD)向原點移動，在彈性體恢復原狀後以高速之第4速度(FL4SPD)移動至原點。此時，速度切換位置(FL3POS)係預先設定為桿101與彈性體遠離之位置。第3速度係設定為比彈性體恢復原狀之速度慢之速度。

藉此，測定裝置1對於彈性體恢復原狀之情形之應力，亦與使彈性體變形之情形相同，可減小算出載荷中所含之誤差，而穩定進行載荷測定。由於測定裝置1在彈性體恢復原狀後以比測定載荷時之移動速度快之第4速度(FL4SPD)使桿101移動至原點，故可縮短驅動桿101之時間，而縮短測定所需時間。

在依序測定複數個測定對象之情形，測定裝置1可縮短測定時間。由於測定裝置1可縮短測定複數測定對象所需之時間，故可削減製品檢查等之成本。

在本實施形態中，雖然載荷算出部211係使算出之載荷記憶於載荷記憶部212，但並不限定於此。亦可將所算出之載荷與桿101移動之速度及位置建立關聯，而記憶於載荷記憶部212。藉此，可測定對應於移動速度或位置之載荷。

雖然說明為引導桿101之直線運動而具備軸襯108之構成，但並不限定於此。亦可以具備靜壓引導之方式來代替軸襯108。藉此，可提升載荷測定之精度。

亦可使用不會阻礙使測定對象移動之程度之推力常數小之線性馬達10。因為線性馬達10之推力常數越小，則載荷之測定解析能力越為提升。

亦可使用利用弱磁力之磁體之桿101，或將使用於線圈104之捲線加粗而減少捲數。藉此，可提升載荷之測定精度。

亦可使用高熱傳導率之素材作為線圈收納外殼102。藉此，抑制藉由驅動線性馬達10時產生之發熱而導致線圈104等之溫度上升。藉此，可減少流動於線性馬達10之電流值之變動，而提升載荷之測定精度。

測定裝置1可藉由變更線性馬達10之推力常數而變更測定範圍。準備磁力不同之複數個桿101，對應於測定對象選擇用於測定之桿101。藉此，測定裝置1可針對測定對象設定合適之測定範圍。

雖然已針對由位置判定部230對載荷算出部211控制載荷算出之開始及結束之構成進行說明，但並不限定於此。載荷算出部211亦可在線性馬達10之驅動期間持續算出載荷。

於電力轉換器226中使用PWM控制之情形，亦可在線性馬達10之各線圈104與電力轉換器226之間串聯設置感測器。使用PWM控制之情形，因流動於線性馬達10之電流波形中含有雜訊，故藉由設置感測器來抑制電流中所含之雜訊，可提升載荷之測定精度。

在本實施形態中，雖已針對線性馬達10使用桿型之線性馬達之構成進行說明，但並不限定於此。亦可使用具有線圈之可動件相對於具有磁體之固定件相對移動之扁平型線性馬達。

在本實施形態中，於步驟S107(圖20)中，雖已說明當流動於線性馬達10之線圈104之電流比電流限制值(FL2I)大之情形時進行步驟S108以後之處理之構成，但並不限定於此。亦可判定桿101是否到達預定之位置，並在桿101到達該位置之情形時進行步驟S108以後之處理。藉此，桿101無需賦予超過特定載荷之載荷即可進行測定。

在本實施形態中，雖已針對第1速度(FL1SPD)比第2速度(FL2SPD)快之情形進行說明，但並不限定於此。亦可將第1速度(FL1SPD)設定為與第2速度(FL2SPD)相同之速度。亦可將第3速度設定為與第4速度相同之速度。

在本實施形態中，對於速度控制部223所算出之非限制電流指令，亦可設定比電流限制值(FL2I)大之電流限制值(FL1I)。該情形下，亦可將線性馬達10之額定電流值作為電流限制值(FL1I)。

在本實施形態中，雖已說明將載荷測定部21設置於馬達控制部20內之構成，但並不限定於此。亦可為線性馬達10、載荷測定部21、驅動部22獨立，藉由三個獨立功能部而構成測定裝置1。載荷測定部21亦可使用電腦等構成。

本發明描述之位置檢測部係對應於位置算出部229。

於馬達控制部20之內部，亦可具有電腦系統。該情形下，載荷算出部211、載荷記憶部212、位置控制部221、開關部222、開關部224、速度控制部223、電流控制部225、速度算出部228、位置算出部229、位置判定部230、及完成信號產生部231之處理過程係以程式之形式記憶於電腦可讀取之記錄媒體中。且，藉由電腦讀出並執行該程式而進行上述處理。

電腦可讀取之記錄媒體是指磁碟、磁光碟、CD-ROM、DVD-ROM、及半導體記憶體等。亦可將上述電腦程式藉由通訊線路傳輸至電腦，由接受該傳輸之電腦執行該程式。

1．．．測定裝置

9．．．測定裝置

10．．．線性馬達

11．．．線性馬達

20．．．馬達控制部

21．．．載荷測定部

22．．．驅動部

24．．．磁性向量

80．．．直動導引裝置

81．．．滑動塊

82．．．軌道

82．．．線性馬達控制部

91．．．線性馬達

93．．．荷重元

94．．．放大部

95．．．記錄部

101．．．桿

102．．．線圈收納外殼

103．．．磁體

104．．．線圈

105．．．線圈支架

105a．．．間隔物

106．．．印刷基板

107．．．磁極靴

108．．．軸襯

109．．．端殼

112．．．磁性感測器

121．．．玻璃基板

122．．．磁性電阻元件

126．．．磁性感測器收納部

127．．．填充材料

211．．．載荷算出部

212．．．載荷記憶部

221．．．位置控制部

222．．．開關部

223．．．速度控制部

224．．．開關部

225．．．電流控制部

226．．．電力轉換部

227．．．變流器

228．．．速度算出部

229．．．位置算出部

230．．．位置判定部

231．．．完成信號產生部

圖1係顯示本實施形態中測定裝置1之構成之概略方塊圖。

圖2係顯示同實施形態中線性馬達10之立體圖(部分剖面圖)。

圖3係顯示同實施形態中保持於線圈支架之線圈單元之立體圖。

圖4係顯示同實施形態中線性馬達10之磁體103與線圈104之位置關係圖。

圖5係顯示磁性感測器之原理之立體圖。

圖6係顯示AMR感測器中磁場方向與電阻值關係之圖表。

圖7係顯示磁場強度達到飽和感度以上之情形，檢測磁場方向之磁性感測器112之鐵磁性薄膜金屬之形狀例示圖。

圖8係顯示圖7之磁性感測器之等價電路(半橋式電路)圖。

圖9A係顯示檢測磁場方向之磁性感測器之鐵磁性薄膜金屬之形狀例示圖。

圖9B係顯示圖9A之磁性感測器之等價電路(半橋式電路)圖。

圖10係顯示磁性感測器112與桿101之位置關係圖。

圖11係顯示磁性感測器112之輸出信號例示圖。

圖12A係顯示使用二組之全橋式構成之磁性感測器之鐵磁性薄膜金屬之形狀例示圖。

圖12B係顯示圖12A之磁性感測器之等價電路(半橋式電路)圖。

圖13係顯示圖12A及圖12B之磁性感測器輸出信號之圖表。

圖14係顯示桿101與磁性感測器112之位置關係及磁性感測器112輸出信號之概念圖。

圖15係顯示藉由磁性感測器112輸出之餘弦波信號與正弦波信號繪製利薩如圖形(Lissajous)之圖。

圖16係顯示安裝於端殼109之磁性感測器112之圖。

圖17係顯示安裝於端殼109之軸襯108(軸承)之圖。

圖18係顯示構成同實施形態之馬達控制部20之概略方塊圖。

圖19(a)-(c)係顯示同實施形態之測定直動導引裝置80之滑動阻力時之線性馬達10之動作(狀態(a)至狀態(c))之概略圖。

圖20係顯示同實施形態中馬達控制部20之第1控制程序之流程圖。

圖21(a)至(d)係顯示同實施形態中使桿101自原點開始移動，直至動作完成信號開啟，所對應於之速度、電流、位置之圖表，(a)係速度、(b)係電流、(c)係位置、(d)係動作完成信號。

圖22(a)至(d)係顯示自動作完成信號開啟直至桿101返回原點，所對應於之速度、電流、位置之圖表，(a)係速度、(b)係電流、(c)係位置、(d)係動作完成信號。

圖23係顯示同實施形態中馬達控制部20之第2控制程序之流程圖。

圖24係顯示測定直動導引裝置80之滑動塊81移動於軌道82上時之滑動阻力之測定裝置9之構成之概略方塊圖。

10．．．線性馬達

20．．．馬達控制部

21．．．載荷測定部

22．．．驅動部

112．．．磁性感測器

211．．．載荷算出部

212．．．載荷記憶部

221．．．位置控制部

222．．．開關部

223．．．速度控制部

224．．．開關部

225．．．電流控制部

226．．．電力轉換部

227．．．變流器

228．．．速度算出部

229．．．位置算出部

230．．．位置判定部

231．．．完成信號產生部

Claims (7)

1. 一種測定裝置，其特徵在於具備：線性馬達；驅動部，其藉由驅動上述線性馬達，使上述線性馬達所含有之可動件移動，而對測定對象賦予載荷；及載荷測定部，其在使上述可動件相對移動時，將流入上述線性馬達之電流值與上述線性馬達之推力常數相乘，而算出上述可動件給予上述測定對象之載荷；其中上述驅動部係在上述可動件對上述測定對象賦予載荷時，以比上述可動件對上述測定對象賦予載荷前之移動速度慢之速度，使上述可動件相對移動。
2. 如請求項1之測定裝置，其中上述驅動部具備：位置檢測部，其檢測上述可動件位置；位置控制部，其輸出上述可動件未接觸上述測定對象之情形時使上述可動件移動之非接觸時速度指令，及上述可動件接觸上述測定對象之情形時使上述可動件移動之接觸時速度指令、即表示速度比上述非接觸時速度指令慢之接觸時速度指令；位置判定部，其對應於上述位置檢測部所檢測之位置，選擇上述非接觸時速度指令與上述接觸時速度指令中任一者之速度指令；速度控制部，其基於上述位置判定部所選擇之速度指令而產生電流指令；及電力變換器，其基於上述速度控制部所產生之電流指 令，將電力供給至上述線性馬達。
3. 如請求項2之測定裝置，其中上述速度控制部於上述位置判定部選擇上述接觸時速度指令時，將表示上述電流指令之電流值之上限設為預先設定之電流限制值。
4. 如請求項2或3之測定裝置，其中上述非接觸時速度指令包含表示於使上述可動件接近上述測定對象之第1方向上移動時之速度之第1速度指令；上述接觸時速度指令包含表示於上述第1方向上移動時之速度之第2速度指令。
5. 如請求項2或3之測定裝置，其中上述接觸時速度指令包含表示於使上述可動件自上述測定對象遠離之第2方向上移動時之速度之第3速度指令；上述非接觸時速度指令包含表示於上述第2方向上移動時之速度之第4速度指令。
6. 如請求項4之測定裝置，其中上述接觸時速度指令包含表示於使上述可動件自上述測定對象遠離之第2方向上移動時之速度之第3速度指令；上述非接觸時速度指令包含表示於上述第2方向上移動時之速度之第4速度指令。
7. 一種測定方法，其特徵在於包含：控制步驟，其藉由驅動線性馬達並使該線性馬達所含有之可動件移動，而對測定對象賦予載荷；及載荷測定步驟，其在使上述可動件相對移動時，將流入上述線性馬達之電流值與上述線性馬達之推力常數相 乘，而算出上述可動件賦予上述測定對象之載荷；其中上述控制步驟係在上述可動件對上述測定對象賦予載荷時，以比上述可動件對上述測定對象賦予載荷前之移動速度慢之速度，使上述可動件相對移動。