WO2012053370A1 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

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WO2012053370A1
WO2012053370A1 PCT/JP2011/073123 JP2011073123W WO2012053370A1 WO 2012053370 A1 WO2012053370 A1 WO 2012053370A1 JP 2011073123 W JP2011073123 W JP 2011073123W WO 2012053370 A1 WO2012053370 A1 WO 2012053370A1
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WO
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speed
mover
load
linear motor
rod
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Application number
PCT/JP2011/073123
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English (en)
French (fr)
Inventor
和男 正田
山中　修平
野村　祐樹
Original Assignee
Thk株式会社
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
    • G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/027—Test-benches with force-applying means, e.g. loading of drive shafts along several directions

Definitions

  • the present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-234583 filed in Japan on October 19, 2010 and Japanese Patent Application No. 2011-123263 filed in Japan on June 1, 2011. Is hereby incorporated by reference.
  • a measurement instrument such as a load cell is provided between the actuator and the measurement object, and the load is measured by the measurement instrument (Patent Document 1).
  • the sliding resistance of the linear motion guide device the sliding resistance is measured using a load cell.
  • FIG. 24 is a schematic block diagram showing the configuration of the measuring device 9.
  • the measuring device 9 measures the sliding resistance when the slide block 81 of the linear motion guide device 80 moves on the track rail 82.
  • the measuring device 9 includes a linear motor 91 as an actuator, a motor control unit 92 that controls the linear motor 91, a load cell 93, an amplification unit 94, and a recorder unit 95.
  • the motor control unit 92 drives the linear motor 91 and moves the mover 91a of the linear motor 91 to apply a load to the slide block 81.
  • the load cell 93 is provided between the mover 91 a and the slide block 81.
  • the load cell 93 outputs a signal corresponding to the load applied to the slide block 81 by the mover 91a.
  • the amplifying unit 94 amplifies the signal output from the load cell 93 and stores it in the recorder unit 95.
  • the recorder unit 95 records the signal input from the amplification unit 94.
  • the load cell 93 outputs a signal corresponding to the applied load.
  • the sliding resistance can be measured by calculating the sliding resistance of the linear guide device 80 based on the signal recorded in the recorder unit 95.
  • An object of the present invention is to provide a measuring apparatus and a measuring method capable of measuring a load applied to a measuring object without providing a measuring instrument such as a load cell.
  • the measuring apparatus of the present invention includes a linear motor, a drive unit that drives the linear motor and moves a mover included in the linear motor, and applies a load to a measurement target.
  • a load measuring unit that calculates a load applied to the measurement object by the mover by multiplying a value of a current flowing through the linear motor by a thrust constant of the linear motor;
  • the measurement method of the present invention includes a control step of applying a load to a measurement target by driving a linear motor and moving a mover included in the linear motor, and a current flowing through the linear motor when the mover is relatively moved.
  • the load applied to the measurement object can be measured without providing a measuring instrument.
  • FIG. 9A It is a figure which shows the positional relationship of the magnetic sensor 112 and the rod 101.
  • FIG. It is a figure which shows the example of a signal which the magnetic sensor 112 outputs.
  • FIG. 12A It is a figure which shows the example of a shape of the ferromagnetic thin film metal of the magnetic sensor using two sets of full bridge structures. It is a figure which shows the equivalent circuit (half bridge) of the magnetic sensor of FIG. 12A. It is a graph which shows the signal which the magnetic sensor of FIG. 12A and 12B outputs. It is a conceptual diagram which shows the positional relationship of the rod 101 and the magnetic sensor 112, and the signal which the magnetic sensor 112 outputs. It is a figure which shows the Lissajous figure drawn by the cosine wave signal and sine wave signal which the magnetic sensor 112 outputs. It is a figure which shows the magnetic sensor 112 attached to the end case 109. FIG.
  • FIG. It is a figure which shows the bush 108 (bearing) attached to the end case 109.
  • FIG. It is a schematic block diagram which shows the structure of the motor control part 20 in the embodiment. It is the schematic which shows operation
  • FIG. 1 It is a flowchart which shows the 2nd control procedure of the motor control part 20 in the embodiment. It is a schematic block diagram which shows the structure of the measuring apparatus 9 which measures the sliding resistance when the slide block 81 of the linear guide apparatus 80 moves on the track rail 82.
  • FIG. 1 It is a flowchart which shows the 2nd control procedure of the motor control part 20 in the embodiment. It is a schematic block diagram which shows the structure of the measuring apparatus 9 which measures the sliding resistance when the slide block 81 of the linear guide apparatus 80 moves on the track rail 82.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the measuring apparatus 1 in the present embodiment.
  • the measuring device 1 includes a rod type linear motor 10 and a motor control unit 20 that controls the linear motor 10.
  • the case where the measuring apparatus 1 measures the sliding resistance when the slide block 81 of the linear motion guide device 80 moves on the track rail 82 will be described as an example.
  • the measuring device 1 slides the linear motion guide device 80 by applying a load by bringing one end of the rod 101 (movable element) of the linear motor 10 into contact with the slide block 81 of the linear motion guide device 80 (measurement target). Measure resistance.
  • FIG. 2 is a perspective view (partially sectional view) of the linear motor 10 in the present embodiment.
  • the linear motor 10 is a rod type linear motor in which the rod 101 moves in the axial direction with respect to the coil housing case 102.
  • a plurality of coils 104 are stacked (arranged) inside the coil housing case 102.
  • An end case 109 is attached to each of both end faces of the coil housing case 102.
  • a bush 108 (bearing) for guiding the linear motion of the rod 101 is attached to the end case 109.
  • One of the two end cases 109 is provided with a magnetic sensor 112 that detects a magnetic field from the rod 101.
  • the rod 101 is made of a nonmagnetic material such as stainless steel.
  • the rod 101 has a hollow space like a pipe.
  • a plurality of cylindrical magnets 103 (segment magnets) are stacked in the hollow space of the rod 101 so that the same poles face each other.
  • the N pole and the N pole are stacked so that the S pole and the S pole face each other.
  • a pole shoe 107 (magnetic pole block) made of a magnetic material such as iron is interposed between the magnets 103.
  • the rod 101 passes through the inside of the laminated coil 104.
  • the rod 101 is supported by the coil housing case 102 so as to be movable in the axial direction.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the coil unit held by the coil holder 105 in the present embodiment.
  • the coil 104 is a copper wire wound in a spiral shape and is held by a coil holder 105.
  • the plurality of coils 104 are obtained by winding a copper wire along the outer periphery of the rod 101 around the direction in which the magnets 103 of the rod 101 are arranged.
  • Each coil 104 is arranged in the same direction as the direction in which the magnets 103 are arranged.
  • a ring-shaped resin spacer 105 a is interposed between the coils 104 to insulate adjacent coils 104.
  • a printed circuit board 106 is provided on the coil holder 105.
  • a winding end 104 a of the coil 104 is connected to the printed circuit board 106.
  • the coil housing case 102 is formed integrally with the coil 104 by insert molding in which the coil 104 and the coil holder 105 are set in a mold and molten resin or special ceramics is injected into the mold. A plurality of fins 102 a are formed in the coil housing case 102 in order to improve the heat dissipation of the coil 104.
  • the coil 104 held by the coil holder 105 is housed in an aluminum coil housing case 102, the gap between the coil 104 and the coil housing case 102 is filled with an adhesive, and the coil 104 and the coil holder 105 are placed in the coil housing case. You may fix to 102.
  • FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between the magnet 103 and the coil 104 of the linear motor 10 in the present embodiment.
  • a plurality of disk-shaped magnets 103 (segment magnets) are arranged so that the same poles face each other.
  • Three coils 104 constitute a set of three-phase coils composed of U, V, and W phases.
  • a coil unit is configured by combining a plurality of sets of three-phase coils.
  • a three-phase current having a phase difference of 120 ° is passed through a plurality of coils 104 divided into U, V, and W phases, a moving magnetic field that moves in the axial direction of the coil 104 is generated.
  • the rod 101 obtains a thrust by the moving magnetic field and performs a linear motion relative to the coil 104 in synchronization with the speed of the moving magnetic field.
  • the end case 109 is a magnetic sensor housing case.
  • a magnetic sensor 112 for detecting the position of the rod 101 is attached to one end case 109.
  • the magnetic sensor 112 is arranged with a predetermined gap from the rod 101.
  • the magnetic sensor 112 detects a change in the magnetic field direction (magnetic vector direction) of the rod 101 caused by the linear motion of the rod 101.
  • the magnetic sensor 112 is a magnetoresistive element composed of a Si or glass substrate 121 and a ferromagnetic thin film metal of an alloy mainly composed of a ferromagnetic metal such as Ni or Fe formed thereon. Element 122.
  • the magnetic sensor 112 is referred to as an AMR (Anisotropic-Magnetro-Resistance) sensor (anisotropic magnetoresistive element) because the resistance value changes in a specific magnetic field direction (reference document: “Vertical type MR sensor technical document”, [ online], October 1, 2005, Hamamatsu Photoelectric Co., Ltd., “August 25, 2010 search”, Internet ⁇ URL; http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf >).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the direction of the magnetic field and the resistance value in the AMR sensor.
  • a current is passed through the magnetoresistive element 122 to apply a magnetic field intensity that saturates the amount of change in resistance.
  • the resistance value R changes according to the following formula (1) according to the angle component between the current direction and the magnetic field direction. If the magnetic field strength is equal to or higher than the saturation sensitivity, ⁇ R becomes a constant, and the resistance value R is not affected by the magnetic field strength.
  • R R0 ⁇ Rsin2 ⁇ (1)
  • R0 resistance value of the ferromagnetic thin film metal in the absence of a magnetic field
  • ⁇ R resistance change amount
  • ⁇ angle indicating the direction of the magnetic field
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the shape of the ferromagnetic thin film metal of the magnetic sensor 112 that detects the direction of the magnetic field even when the magnetic field strength is equal to or higher than the saturation sensitivity.
  • the ferromagnetic thin film metal element (R1) formed in the vertical direction and the horizontal element (R2) are connected in series.
  • the vertical magnetic field that causes the largest resistance change to the element (R1) is the smallest resistance change to the element (R2).
  • the resistance values R1 and R2 are given by the following equations (2) and (3).
  • R1 R0 ⁇ Rsin2 ⁇ (2)
  • R2 R0 ⁇ Rcos 2 ⁇ (3)
  • FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit (half bridge) of the magnetic sensor.
  • the output Vout of this equivalent circuit is given by the following equation (4).
  • Vout R1 / Vcc / (R1 + R2) (4)
  • Vout Vcc / 2 + ⁇ cos2 ⁇ (5-1)
  • ⁇ ⁇ R ⁇ Vcc / 2 (2R0- ⁇ R) (5-2)
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the shape of the ferromagnetic thin film metal of the magnetic sensor that detects the direction of the magnetic field. If the shape of the ferromagnetic thin film metal is formed, it becomes possible to improve and amplify the stability of the midpoint potential using the two outputs Vout + and Vout ⁇ .
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the positional relationship between the magnetic sensor 112 and the rod 101.
  • the magnetic sensor 112 is disposed at the position of the gap 1 where a magnetic field intensity equal to or higher than the saturation sensitivity is applied, and so that the change in the direction of the magnetic field contributes to the sensor surface.
  • the output of the magnetic sensor 112 is as follows.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a signal output from the magnetic sensor 112.
  • the direction of the magnetic field is one rotation on the sensor surface.
  • the voltage signal becomes a one-cycle sine wave signal.
  • the voltage Vout represented by the equation (5-1) is a sine wave signal for two cycles.
  • the cycle is halved, and an output waveform of one cycle is obtained when the rod 101 moves linearly along ⁇ .
  • the outputs VoutA and VoutB obtained by the two sets of full bridge circuits are a cosine wave signal and a sine wave signal having a phase difference of 90 ° from each other.
  • the magnetic sensor 112 is formed on one substrate so that two sets of full-bridge elements are inclined by 45 ° with respect to each other.
  • the magnetic sensor 112 detects a change in the direction of the magnetic field of the rod 101. For this reason, as shown in FIG. 14, even if the mounting position of the magnetic sensor 112 is shifted from (1) to (2), the sine wave signal and the cosine wave signal (outputs VoutA and VoutB) output from the magnetic sensor 112. There is little change.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a Lissajous figure drawn by the outputs VoutA and VoutB of the magnetic sensor 112. Since the change in the output of the magnetic sensor 112 is small, the size of the circle shown in FIG. 15 is difficult to change. For this reason, the direction ⁇ of the magnetic vector 24 can be accurately detected. An accurate position of the rod 101 can be detected without managing the gap 1 between the rod 101 and the magnetic sensor 112 with high accuracy. Therefore, the mounting adjustment of the magnetic sensor 112 is facilitated. In addition, it is possible to allow the mounting of the rod 101 guided by the bush 108 to be rattling. Further, it is possible to allow the rod 101 to bend slightly.
  • FIG. 16 is a view showing the magnetic sensor 112 attached to the end case 109.
  • the end case 109 is provided with a space for accommodating the magnetic sensor 112 (magnetic sensor accommodating portion 126).
  • the periphery of the magnetic sensor 112 is filled with a filler 127.
  • the magnetic sensor 112 is fixed to the end case 109. Since the magnetic sensor 112 has temperature characteristics, the output changes according to changes in temperature.
  • a material having a lower thermal conductivity than the coil housing case 102 is used for the end case 109 and the filler 127.
  • an epoxy resin is used for the coil housing case 102.
  • Polyphenylene sulfide (PPS) is used for the end case 109 and the filler 127.
  • FIG. 17 is a view showing the bush 108 (bearing) attached to the end case 109.
  • FIG. 18 is a schematic block diagram showing the configuration of the motor control unit 20 in the present embodiment.
  • the motor control unit 20 includes a load measurement unit 21 and a drive unit 22.
  • the load measuring unit 21 multiplies the current value of the current flowing through the linear motor 10 by the thrust constant of the linear motor 10 to calculate a load value that the linear motor 10 gives to the slide block 81 (measurement target) through the rod 101. 211, and a load storage unit 212 that stores the load value calculated by the load calculation unit 211.
  • the drive unit 22 includes a position control unit 221, a switch unit 222, a speed control unit 223, a switch unit 224, a current control unit 225, a power converter 226, a current transformer (CT) 227, a speed calculation unit 228, a position A calculation unit 229 and a position determination unit 230 are included.
  • a position control unit 221 a switch unit 222, a speed control unit 223, a switch unit 224, a current control unit 225, a power converter 226, a current transformer (CT) 227, a speed calculation unit 228, a position A calculation unit 229 and a position determination unit 230 are included.
  • CT current transformer
  • the position control unit 221 calculates a speed command based on a position command input from the outside and the position information of the rod 101 calculated by the position calculation unit 229.
  • the position control unit 221 stores the first to fourth speeds (FL1SPD to FL4SPD) in advance, and outputs four speed commands (first speed command to fourth speed command) based on the first to fourth speeds. To do.
  • the first speed command is a movement when the rod 101 moves from a predetermined origin to one of the ends of the rod 101 close to the measuring object to the vicinity of the slide block 81 (position FL2POS) of the linear motion guide device 80. This command indicates the speed. At this time, an upper limit value (first speed (FL1SPD)) for moving the rod 101 is determined in advance.
  • the second speed command is a command indicating a moving speed when the rod 101 is in contact with the measurement target and a load is applied to the measurement target.
  • the speed at which the rod 101 is moved (second speed (FL2SPD)) is determined in advance.
  • the second speed (FL2SPD) is slower than the first speed (FL1SPD).
  • the second speed (FL2SPD) is set to a speed that does not cause unnecessary impact when the rod 101 contacts the slide block 81.
  • the vicinity (position FL2POS) in the vicinity of the slide block 81 is a position at which deceleration starts so that the moving speed of the rod 101 becomes the second speed when one end of the rod 101 contacts the slide block 81.
  • the position FL2POS is a position determined in advance based on the position in contact with the slide block 81, the first speed command (FL1SPD), the second speed command (FL2SPD), and the characteristics of the linear motor 10.
  • the third speed command is a command indicating a moving speed when the rod 101 is moved in the home direction after a load is applied to the slide block 81.
  • the speed at which the rod 101 is moved (third speed (FL3SPD)) is determined in advance.
  • the fourth speed command is a command indicating a moving speed after reaching a predetermined speed switching position (FL3POS) when the rod 101 is moved in the home direction after a load is applied to the measurement target.
  • the upper limit value of the speed for moving the rod 101 (fourth speed (FL4SPD)) is determined in advance.
  • the fourth speed (FL4SPD) is set to a speed faster than the third speed (FL3SPD).
  • the switch unit 222 selects any one of the four speed commands output from the position control unit 221.
  • Speed information indicating the speed command selected by the switch unit 222 and the speed of the rod 101 calculated by the speed calculation unit 228 are input to the speed control unit 223.
  • the speed control unit 223 calculates a current value that sets the speed at which the rod 101 moves to the speed command speed.
  • the speed control unit 223 outputs the calculated current value (unrestricted current command).
  • the speed control unit 223 outputs a current command (limited current command) having a predetermined current limit value (FL2I) as an upper limit value.
  • a current command limited current command
  • FL2I predetermined current limit value
  • the non-limit current command and the limit current command indicate the same current value.
  • the non-limit current command indicates the calculated current value
  • the limit current command indicates the current limit value (FL2I).
  • the switch unit 224 selects one of the limited current command and the non-limited current command output by the speed control unit 223.
  • the current control unit 225 calculates a voltage command based on the current command selected by the switch unit 224 and the current value flowing through the linear motor 10 measured by the current transformer 227.
  • the power converter 226 supplies a voltage corresponding to the voltage command calculated by the current control unit 225 to the linear motor 10.
  • the current transformer 227 is attached to a power line connecting the power converter 226 and the linear motor 10.
  • the current transformer 227 measures the current value flowing through the power line.
  • the current transformer 227 outputs the measured current value to the load calculation unit 211, the current control unit 225, and the completion signal generation unit 231 of the load measurement unit 21.
  • the speed calculation unit 228 calculates the moving speed of the rod 101 based on the amount of change in the sine wave signal and cosine wave signal (outputs VoutA and VoutB) output from the magnetic sensor 112 of the linear motor 10.
  • the position calculation unit 229 calculates the amount of movement of the rod 101 from the origin based on the amount of change in the sine wave signal and cosine wave signal (outputs VoutA and VoutB) output from the magnetic sensor 112, and the position of the rod 101 is calculated.
  • the position information indicating is output.
  • the position determination unit 230 is based on four speed commands output from the position control unit 221 based on a position command and an operation start signal input from the outside and position information indicating the position of the rod 101 output from the position calculation unit 229. Control is performed to cause the switch unit 222 to select one of them.
  • the position determination unit 230 controls the switch unit 224 to select one of the two current commands output from the speed control unit 223 based on the position command, the operation start signal, and the position information.
  • the completion signal generation unit 231 performs an operation completion signal ( UO2) is output externally.
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating the operation of the linear motor 10 when measuring the sliding resistance of the linear motion guide device 80. State (a) to state (c) are shown. A direction in which the rod 101 approaches the slide block 81 is a CW direction (right direction in FIG. 19). The direction in which the rod 101 moves away from the slide block 81 is the CCW direction (left direction in FIG. 19).
  • the position of one end of the rod 101 on the linear motion guide device 80 side is at the origin.
  • the measurement operation is started.
  • the rod 101 starts to move from the origin toward the operation target position (in the CW direction) by the first speed command.
  • the rod 101 is decelerated to the speed of the second speed command.
  • the rod 101 moves the slide block 81 at the second speed (FL2SPD) while applying a load by contacting the slide block 81.
  • the slide block 81 of the linear motion guide device 80 reaches the end of the movable range, and the rod 101 does not move.
  • the motor control unit 20 outputs an operation completion signal.
  • the load calculation unit 211 calculates a load value based on the current value, and causes the load storage unit 212 to store the calculated load value.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a control procedure of the motor control unit 20 in the present embodiment.
  • the position determination unit 230 determines whether or not the operation start signal (UI2) is on (step S101).
  • the position determination unit 230 waits until the operation start signal is turned on (step S101: NO).
  • step S101 when the operation start signal is turned on (step S101: YES), the position determination unit 230 causes the linear motor 10 to return to the origin by causing the switch unit 222 to select the third speed command or the fourth speed command. (Step S102).
  • the position control unit 221 calculates a first speed command according to the position command indicating the operation target position.
  • the position determination unit 230 causes the switch unit 222 to select the first speed command.
  • the position determination unit 230 causes the switch unit 224 to select an unrestricted current command (step S103).
  • the position determination unit 230 starts to move the rod 101 of the linear motor 10 toward the slide block 81 of the linear motion guide device 80 (in the CW direction) (step S104).
  • the position determination unit 230 determines whether or not the rod 101 has reached the position FL2POS (step S105).
  • the position determination unit 230 drives the linear motor 10 with the first speed command until the rod 101 reaches the position FL2POS (step S105: NO).
  • step S105 when the rod 101 reaches the position FL2POS (step S105: YES), the position determination unit 230 causes the switch unit 222 to select the second speed command.
  • the position determination unit 230 causes the switch unit 224 to select a limit current command (step S106).
  • the position determination unit 230 outputs a signal indicating that the rod 101 has reached the position FL2POS to the load calculation unit 211, and causes the load calculation unit 211 to start calculating the load.
  • the completion signal generator 231 determines whether or not the current value measured by the current transformer 227 is equal to or greater than the current limit value (FL2I) (step S107). The completion signal generation unit 231 waits until the current value reaches the current limit value (FL2I) (step S107: NO).
  • step S107 If it is determined in step S107 that the current value measured by the current transformer 227 has reached the current limit value (FL2I) (step S107: YES), the completion signal generation unit 231 turns on the operation completion signal and outputs it to the outside. (Step S108).
  • the position determination unit 230 determines whether or not the operation start signal is off (step S109). The position determination unit 230 waits until the operation start signal is turned off (step S109: NO).
  • step S109 If it is determined in step S109 that the operation start signal is off (step S109: YES), the position control unit 221 calculates a speed command according to the position command with the origin as the movement destination.
  • the position determination unit 230 causes the switch unit 222 to select the third speed command.
  • the position determination unit 230 causes the switch unit 224 to select an unrestricted current command (step S110).
  • the position determination unit 230 starts to move the rod 101 toward the origin (in the CCW direction) (step 111).
  • the position determination unit 230 determines whether one end of the rod 101 has reached the speed switching position (FL3POS) (step S112).
  • the position determination unit 230 waits until one end of the rod 101 reaches the speed switching position (FL3POS) (step S112: NO).
  • step S112 when the position determination unit 230 determines that the rod 101 has reached the speed switching position (FL3POS) (step S112: YES), the position determination unit 230 causes the switch unit 222 to select the fourth speed command (step S113). At this time, the position determination unit 230 outputs a signal indicating that the rod 101 has reached the position FL3POS to the load calculation unit 211, and causes the load calculation unit 211 to finish calculating the load.
  • FL3POS speed switching position
  • the position determination unit 230 determines whether one end of the rod 101 has reached the origin (step S114). The position determination unit 230 waits until one end of the rod 101 reaches the origin (step S114: NO).
  • step S114 when the position determination unit 230 determines that one end of the rod 101 has reached the origin (step S114: YES), the position determination unit 230 outputs a signal indicating that one end of the rod 101 has reached the origin to the completion signal generation unit 231. . In the position determination unit 230, the completion signal generation unit 231 turns off the operation completion signal (step S115), and the control process ends.
  • FIG. 21 is a graph showing the correspondence between speed, current, and position from when the rod 101 starts to move from the origin until the operation completion signal is turned on.
  • the horizontal axes of graphs (a) to (d) indicate time.
  • the vertical axis of the graph (a) indicates the speed.
  • the vertical axis of the graph (b) indicates the current value.
  • the vertical axis of the graph (c) indicates the position.
  • the vertical axis of the graph (d) indicates the output level.
  • the operation start signal is turned on, and origin return (steps S101 and S102) is performed. Thereafter, at time t1, the motor control unit 20 performs the process of step S103, whereby the rod 101 starts to move toward the slide block 81 of the linear motion guide device 80 (step S104). At time t2, the speed of the rod 101 becomes the first speed (FL1SPD) and continues to move. When one end of the rod 101 reaches the position FL2POS at time t3 (step S105: YES), the motor control unit 20 performs the process of step S106 to reduce the speed of the rod 101 to the second speed (FL2SPD).
  • step S107 the current limit value (FL2I) (step S107: YES).
  • the motor control unit 20 performs the process of step S108, the operation completion signal is turned on.
  • FIG. 22 is a graph showing the correspondence of speed, current, and position from when the operation completion signal is turned on until the rod 101 is returned to the origin.
  • the horizontal axis of graphs (a) to (d) indicates time.
  • the vertical axis of the graph (a) indicates the speed.
  • the vertical axis of the graph (b) indicates the current value.
  • the vertical axis of the graph (c) indicates the position.
  • the vertical axis of the graph (c) indicates the output level.
  • an external device (not shown) turns off the operation start signal in response to the operation completion signal being turned on, and sets a position command with the origin as the movement destination (step S109: YES). ).
  • the motor control unit 20 moves the rod 101 toward the origin (in the CCW direction) at the third speed (FL3SPD) by performing the process of step S110 (step S111).
  • the motor control unit 20 performs the process of step S113, so that the position control unit 221 issues a fourth speed command.
  • the speed of the rod 101 is calculated and accelerated to the fourth speed (FL4SPD).
  • the speed at which the rod 101 moves is the fourth speed (FL4SPD).
  • the motor control unit 20 decelerates the speed of the rod 101, stops the rod 101 at the origin at time t14, and turns off the operation completion signal (steps S114 and S115).
  • FIG. 23 is a flowchart showing another control procedure of the motor control unit 20 in the present embodiment.
  • the processing from step S201 to step S204 is the same as the processing from step S101 to step S104 in the control procedure shown in FIG.
  • the position determination unit 230 determines whether or not the rod 101 has reached the position FL2POS (step S205). When the rod 101 has reached the position FL2POS (step S205: YES), the position determination unit 230 causes the switch unit 222 to select the second speed command and causes the switch unit 224 to select the limit current command (step S206). . At this time, the position determination unit 230 outputs a signal indicating that the rod 101 has reached the position FL2POS to the load calculation unit 211, and causes the load calculation unit 211 to start calculating the load.
  • the completion signal generator 231 determines whether or not the current value measured by the current transformer 227 is equal to or greater than the current limit value (FL2I) (step S207).
  • the completion signal generation unit 231 waits until the current value reaches the current limit value (FL2I) (step S207: NO). If it is determined in step S207 that the current value measured by the current transformer 227 has reached the current limit value (FL2I) (step S207: YES), the completion signal generation unit 231 turns on the operation completion signal and outputs it to the outside. (Step S208), and the process proceeds to Step S210.
  • step S205 when the rod 101 has not reached the position FL2POS (step S205: NO), the position determination unit 230 keeps the switch unit 222 selecting the first speed command, and also issues an unrestricted current command to the switch unit 224. The selection is continued (step S209), and the process proceeds to step S210. The position determination unit 230 determines whether or not the operation start signal is off (step S210).
  • step S210 determines that the operation start signal is not turned off (step S210: NO)
  • the process returns to step S205.
  • the position determination unit 230 repeats the processing from step S205 to step S210.
  • step S210: YES the position control unit 221 calculates a speed command according to the position command with the origin as the movement destination.
  • the position determination unit 230 causes the switch unit 222 to select the third speed command and causes the switch unit 224 to select a non-limit current command (step S211).
  • the position controller 221 moves the rod 101 toward the origin (in the CCW direction) (step S212).
  • the position determination unit 230 determines whether one end of the rod 101 has reached the speed switching position (FL3POS) (step S213).
  • the position determination unit 230 waits until one end of the rod 101 reaches the speed switching position (FL3POS) (step S213: NO). If the position determination unit 230 determines that one end of the rod 101 has reached the speed switching position (FL3POS) (step S213: YES), the position determination unit 230 causes the switch unit 222 to select the fourth speed command (step S214). At this time, the position determination unit 230 outputs a signal indicating that the rod 101 has reached the position FL3POS to the load calculation unit 211, and causes the load calculation unit 211 to finish calculating the load.
  • the position determination unit 230 determines whether one end of the rod 101 has reached the origin (step S215).
  • the position determination unit 230 waits until one end of the rod 101 reaches the origin (step S215: NO).
  • position determination unit 230 determines that one end of rod 101 has reached the origin (step S215: YES)
  • position determination unit 230 outputs a signal indicating that one end of rod 101 has reached the origin to completion signal generation unit 231.
  • the completion signal generator 231 turns off the operation completion signal (step S216), and ends the control process.
  • the measuring apparatus 1 of the present embodiment includes a rod housing 101 (movable element) having a plurality of magnets 103 arranged so that the same poles face each other, and a coil housing case 102 (stator) having a plurality of coils 104 surrounding the rod 101. ).
  • the measuring device 1 includes a linear motor 10 and a motor control unit 20.
  • the linear motor 10 relatively moves the coil housing case 102 and the rod 101 in the arrangement direction of the magnets 103 by the magnetic fields generated by flowing currents through the magnetic fields of the plurality of magnets 103 and the plurality of coils 104.
  • the motor control unit 20 performs control to apply a load to the slide block 81 (measurement target) by relatively moving the rod 101.
  • the motor control unit 20 measures the current that the current transformer 227 flows to the linear motor 10.
  • the motor control unit 20 calculates a load (sliding resistance) applied to the slide block 81 (measurement target) by the linear motor 10 by the load calculation unit 211 based on the measured current value.
  • the measuring apparatus 1 can measure the load (sliding resistance) applied to the slide block 81 (measurement target) without providing a measuring instrument such as a load cell.
  • the motor control unit 20 drives the rod 101 at the first speed (FL1SPD) until the rod 101 is brought into contact with the slide block 81 of the linear motion guide device 80, and then the first speed.
  • a load is applied to the slide block 81 at a second speed (FL2SPD) slower than (FL1SPD).
  • the load measuring unit 21 of the motor control unit 20 calculates the load from the current flowing through the linear motor 10 and measures the sliding resistance.
  • the position control unit 221 outputs a non-contact speed command when the rod 101 and the measurement target are not in contact and a contact speed command when the rod 101 and the measurement target are in contact.
  • the non-contact speed command is a first speed command and a fourth speed command.
  • the contact speed command is a second speed command and a third speed command.
  • the contact speed command is a speed command indicating a slower speed than the non-contact speed command.
  • the position determination unit 230 selects either the non-contact speed command or the contact speed command based on whether or not one end of the rod 101 is in a predetermined region according to the position of the rod 101.
  • the linear motor 10 is controlled.
  • the predetermined area is an area farther from the origin than the positions FL2POS / FL3POS.
  • the contact speed command is a speed (second speed (FL2SPD), second speed (FL2SPD), slower than the speed indicated by the non-contact speed command (first speed (FL1SPD), fourth speed (FL4SPD)). 3 speed (FL3SPD)).
  • the measuring apparatus 1 moves the rod 101 until it contacts the slide block 81, the measuring apparatus 1 moves the rod 101 at a speed faster than the moving speed for measuring the load. Therefore, the time for moving the rod 101 can be shortened. it can.
  • the measuring device 1 can reduce the time required for measurement.
  • the measuring device 1 can measure the load only by including the linear motor 10 and the motor control unit 20. Since the measuring apparatus 1 can be made smaller than the case where a measuring instrument is provided, the cost of the apparatus can be suppressed. Since the measuring apparatus 1 measures the load by bringing the rod 101 (movable element) of the linear motor 10 into contact with the slide block 81, there is no need to provide a measuring instrument. Since the measuring apparatus 1 has no load loss caused by providing the measuring instrument, it can measure the accurate load.
  • the measuring device 1 moves the third end (FL3SPD) until one end of the rod 101 reaches the speed switching position (FL3POS) and the fourth speed to move from the speed switching position (FL3POS) to the origin.
  • the third speed is set to a speed slower than the speed at which the shape of the elastic body is restored.
  • the measuring apparatus 1 also stabilizes the measurement of the load by reducing the error included in the calculated load for the stress when the elastic body is restored to the original shape, as in the case of distorting the elastic body. Can be done. Since the measuring apparatus 1 moves the rod 101 to the origin at a fourth speed (FL4SPD) faster than the moving speed when measuring the load after the elastic body is restored to the original shape, the time for driving the rod 101 is shortened. The time required for measurement can be shortened.
  • the measuring apparatus 1 can shorten the measurement time. Since the measuring apparatus 1 can reduce the time required for measuring a plurality of measurement objects, it can reduce the cost for product inspection and the like.
  • the load calculation unit 211 stores the calculated load in the load storage unit 212, but is not limited thereto.
  • the calculated load may be stored in the load storage unit 212 in association with the speed and position at which the rod 101 moves. Thereby, the load according to a moving speed or a position can be measured.
  • the present invention is not limited to this.
  • a static pressure guide may be provided. Thereby, the measurement accuracy of a load can be improved.
  • the linear motor 10 having a small thrust constant that does not hinder the movement of the measurement target may be used. This is because as the thrust constant of the linear motor 10 is smaller, the load measurement resolution is improved.
  • the rod 101 using a magnet having a weak magnetic force may be used, or the number of turns may be reduced by thickening the winding used for the coil 104. Thereby, the measurement accuracy of a load can be improved.
  • a material having high thermal conductivity may be used for the coil housing case 102. Thereby, the temperature rise of the coil 104 etc. by the heat_generation
  • the measuring apparatus 1 can change the measurement range by changing the thrust constant of the linear motor 10. A plurality of rods 101 having different magnetic forces are prepared, and the rod 101 used for measurement is selected according to the measurement target. Thereby, the measuring apparatus 1 can set a suitable measurement range with respect to a measuring object.
  • the load calculation unit 211 may always calculate the load during the period when the linear motor 10 is driven.
  • an inductor may be provided in series between each coil 104 of the linear motor 10 and the power converter 226.
  • PWM control When PWM control is used, noise is included in the current waveform flowing through the linear motor 10, so that noise included in the current can be suppressed by providing an inductor, and load measurement accuracy can be improved.
  • the linear motor 10 has been described with respect to the configuration using a rod-type linear motor, but is not limited thereto.
  • a flat type linear motor in which a mover having a coil moves relative to a stator having a magnet may be used.
  • step S107 when the current flowing through the coil 104 of the linear motor 10 is larger than the current limit value (FL2I), the configuration for performing the processing after step S108 has been described. Absent. It may be determined whether or not the rod 101 has reached a predetermined position, and when the rod 101 has reached that position, the processing after step S108 may be performed. As a result, the rod 101 can perform measurement without applying a load exceeding a predetermined load.
  • the first speed (FL1SPD) may be set to the same speed as the second speed (FLSPD).
  • the third speed may be set to the same speed as the fourth speed.
  • a current limit value (FL1I) larger than the current limit value (FL2I) may be provided for the non-limit current command calculated by the speed control unit 223.
  • the rated current value of the linear motor 10 may be the current limit value (FL1I).
  • the load measuring unit 21 is provided in the motor control unit 20
  • the present invention is not limited thereto.
  • the linear motor 10, the load measuring unit 21, and the driving unit 22 are independent, and the measuring device 1 may be configured by these three independent functional units.
  • the load measuring unit 21 may be configured using a computer or the like.
  • the position detection unit described in the present invention corresponds to the position calculation unit 229.
  • a computer system may be provided inside the motor control unit 20.
  • the process of the signal generation unit 231 is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program. Then, the above-described processing is performed by the computer reading and executing this program.
  • the computer-readable recording medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
  • the computer program described above may be distributed to a computer via a communication line, and the computer that has received this distribution may execute the program.

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Abstract

　測定装置（１）は、リニアモータ（１０）と、リニアモータ（１０）の可動子を移動させて測定対象に荷重を与える駆動部（２２）と、可動子を移動させる際にリニアモータ（１０）に流れる電流値とリニアモータ（１０）の推力定数を乗じて、可動子が測定対象に与える荷重を算出する荷重測定部（２１）と、を具備する。

Description

測定装置及び測定方法
　本発明は、測定装置及び測定方法に関する。
　本願は、２０１０年１０月１９日に日本に出願された特願２０１０－２３４５８３号及び２０１１年６月１日に日本に出願された特願２０１１－１２３２６３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　アクチュエータを用いて測定対象に加える荷重を測定する場合、アクチュエータと測定対象との間にロードセルなどの測定器具を設けて、測定器具により荷重を測定することが行われる（特許文献１）。
　直動案内装置の摺動抵抗を測定する場合も、同様に、ロードセルを用いて摺動抵抗の測定が行われる。
　図２４は、測定装置９の構成を示す概略ブロック図である。測定装置９は、直動案内装置８０のスライドブロック８１が軌道レール８２上を移動する際の摺動抵抗を測定する。測定装置９は、アクチュエータとしてのリニアモータ９１、リニアモータ９１を制御するモータ制御部９２、ロードセル９３、増幅部９４、レコーダ部９５を備える。
　モータ制御部９２が、リニアモータ９１を駆動して、リニアモータ９１の可動子９１ａを動かしてスライドブロック８１に荷重を与える。ロードセル９３は、可動子９１ａと、スライドブロック８１との間に設けられる。ロードセル９３は、可動子９１ａがスライドブロック８１に加える荷重に応じた信号を出力する。
　増幅部９４は、ロードセル９３が出力する信号を増幅してレコーダ部９５に記憶させる。レコーダ部９５は、増幅部９４から入力される信号を記録する。ロードセル９３は、与えられた荷重に応じた信号を出力する。レコーダ部９５に記録された信号に基づいて、直動案内装置８０の摺動抵抗を算出することにより、摺動抵抗を測定できる。
特開平６－１２４９２９号公報
　しかしながら、アクチュエータの可動子にロードセルなどを取り付けると、装置全体が大型化する問題があった。
　本発明の目的は、ロードセル等の測定器具を設けることなく、測定対象に与える荷重を測定できる測定装置及び測定方法を提供することである。
　本発明の測定装置は、リニアモータと、前記リニアモータを駆動して前記リニアモータが有する可動子を移動させることにより測定対象に荷重を与える駆動部と、前記可動子を相対移動させる際に前記リニアモータに流れる電流値と前記リニアモータの推力定数を乗じて、前記可動子が前記測定対象に与える荷重を算出する荷重測定部と、を具備することを特徴とする。
　本発明の測定方法は、リニアモータを駆動して該リニアモータが有する可動子を移動させることにより測定対象に荷重を与える制御ステップと、前記可動子を相対移動させる際に前記リニアモータに流れる電流値と前記リニアモータの推力定数を乗じて、前記可動子が前記測定対象に与える荷重を算出する荷重測定ステップと、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、測定器具を設けることなく、測定対象に与える荷重を測定できる。
本実施形態における測定装置１の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態におけるリニアモータ１１を示す斜視図（一部断面図）である。 同実施形態におけるコイルホルダに保持されたコイルユニットを示す斜視図である。 同実施形態におけるリニアモータ１０のマグネット１０３とコイル１０４の位置関係を示す図である。 磁気センサの原理を示す斜視図である。 ＡＭＲセンサにおける磁界の方向と抵抗値の関係を示すグラフである。 磁界強度が飽和感度以上の場合においても、磁界の方向を検出する磁気センサ１１２の強磁性薄膜金属の形状例を示す図である。 図７の磁気センサの等価回路（ハーフブリッジ）を示す図である。 磁界の方向を検出する磁気センサの強磁性薄膜金属の形状例を示す図である。 図９Ａの磁気センサの等価回路（ハーフブリッジ）を示す図である。 磁気センサ１１２とロッド１０１の位置関係を示す図である。 磁気センサ１１２の出力する信号例を示す図である。 二組のフルブリッジ構成を用いた磁気センサの強磁性薄膜金属の形状例を示す図である。 図１２Ａの磁気センサの等価回路（ハーフブリッジ）を示す図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂの磁気センサが出力する信号を示すグラフである。 ロッド１０１と磁気センサ１１２の位置関係及び磁気センサ１１２が出力する信号を示す概念図である。 磁気センサ１１２が出力する余弦波信号と正弦波信号により描かれるリサージュ図形を示す図である。 エンドケース１０９に取り付けられた磁気センサ１１２を示す図である。 エンドケース１０９に取り付けられたブッシュ１０８（軸受）を示す図である。 同実施形態におけるモータ制御部２０の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における直動案内装置８０の摺動抵抗を測定するときのリニアモータ１０の動作を示す概略図である。 同実施形態におけるモータ制御部２０の第１制御手順を示すフローチャートである。 同実施形態におけるロッド１０１を原点から移動開始させてから動作完了信号がオンになるまでにおける速度、電流、位置の対応を示すグラフである。 同実施形態における動作完了信号がオンになってからロッド１０１を原点に戻すまでにおける速度、電流、位置の対応を示すグラフである。 同実施形態におけるモータ制御部２０の第２制御手順を示すフローチャートである。 直動案内装置８０のスライドブロック８１が軌道レール８２上を移動する際の摺動抵抗を測定する測定装置９の構成を示す概略ブロック図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態における測定装置及び測定方法を説明する。
　図１は、本実施形態における測定装置１の構成を示す概略ブロック図である。測定装置１は、ロッドタイプのリニアモータ１０と、リニアモータ１０を制御するモータ制御部２０とを具備する。
　測定装置１が、直動案内装置８０のスライドブロック８１が軌道レール８２上を移動する際の摺動抵抗を測定する場合を例にして説明する。測定装置１は、リニアモータ１０のロッド１０１（可動子）の一端を、直動案内装置８０（測定対象）のスライドブロック８１に接触させて荷重を与えることにより、直動案内装置８０の摺動抵抗を測定する。
　図２は、本実施形態におけるリニアモータ１０の斜視図（一部断面図）である。リニアモータ１０は、コイル収容ケース１０２に対してロッド１０１が軸線方向に移動するロッドタイプリニアモータである。
　コイル収容ケース１０２の内部には、複数のコイル１０４が積層（配列）される。コイル収容ケース１０２の両端面のそれぞれには、エンドケース１０９が取り付けられる。エンドケース１０９には、ロッド１０１の直線運動を案内するためのブッシュ１０８（軸受）が取り付けられる。
　２つのエンドケース１０９のうちいずれか一方に、ロッド１０１からの磁界を検出する磁気センサ１１２が設けられる。
　ロッド１０１は、例えばステンレス等の非磁性材からなる。ロッド１０１は、パイプのように中空の空間を有する。ロッド１０１の中空空間には、円柱状の複数のマグネット１０３（セグメント磁石）が互いに同極が対向するように積層される。Ｎ極とＮ極が、Ｓ極とＳ極とが対向するように積層される。マグネット１０３の間には、例えば鉄等の磁性体からなるポールシュー１０７（磁極ブロック）が介在する。ロッド１０１は、積層されたコイル１０４の内部を貫通する。ロッド１０１は、コイル収容ケース１０２に軸線方向に移動可能に支持される。
　図３は、本実施形態におけるコイルホルダ１０５に保持されたコイルユニットを示す斜視図である。コイル１０４は銅線を螺旋状に巻いたものであり、コイルホルダ１０５に保持される。複数のコイル１０４は、ロッド１０１のマグネット１０３が配列される方向を中心として、ロッド１０１の外周に沿って銅線が巻かれたものである。各コイル１０４は、マグネット１０３が配列された方向と同じ方向に配列される。
　コイル１０４間にはリング状の樹脂製スペーサ１０５ａが介在して、隣接するコイル１０４を絶縁する。コイルホルダ１０５上には、プリント基板１０６が設けられる。コイル１０４の巻線の端部１０４ａは、プリント基板１０６に結線される。
　コイル１０４及びコイルホルダ１０５を金型にセットし、溶融した樹脂又は特殊セラミックスを金型内に注入するインサート成形によって、コイル収容ケース１０２をコイル１０４と一体に成形する。コイル収容ケース１０２には、コイル１０４の放熱性を高めるためにフィン１０２ａが複数形成される。
　コイルホルダ１０５に保持されたコイル１０４をアルミ製のコイル収容ケース１０２に収納し、コイル１０４とコイル収容ケース１０２との間のすきまを接着剤で埋めて、コイル１０４及びコイルホルダ１０５をコイル収容ケース１０２に固定してもよい。
　図４は、本実施形態におけるリニアモータ１０のマグネット１０３とコイル１０４の位置関係を示す図である。
　ロッド１０１の中空空間には、円盤状の複数のマグネット１０３（セグメント磁石）が互いに同極が対向するように配列される。コイル１０４は３つでＵ・Ｖ・Ｗ相からなる一組の三相コイルとなる。一組の三相コイルを複数組み合わせて、コイルユニットが構成される。Ｕ・Ｖ・Ｗ相の三相に分けた複数のコイル１０４に１２０°ずつ位相が異なる三相電流を流すと、コイル１０４の軸線方向に移動する移動磁界が発生する。ロッド１０１は、移動磁界により推力を得て、移動磁界の速さに同期してコイル１０４に対して相対的に直線運動を行う。
　図２に示すように、エンドケース１０９は磁気センサ収容ケースである。エンドケース１０９の一方には、ロッド１０１の位置を検出するための磁気センサ１１２が取り付けられる。磁気センサ１１２は、ロッド１０１から所定のすきまを開けて配置される。磁気センサ１１２は、ロッド１０１の直線運動によって生ずるロッド１０１の磁界の方向（磁気ベクトルの方向）の変化を検出する。
　図５に示すように、磁気センサ１１２は、Ｓｉ若しくはガラス基板１２１と、その上に形成されたＮｉ，Ｆｅなどの強磁性金属を主成分とする合金の強磁性薄膜金属で構成される磁気抵抗素子１２２とを有する。磁気センサ１１２は、特定の磁界方向で抵抗値が変化するためにＡＭＲ（Anisotropic-Magnetro-Resistance)センサ（異方性磁気抵抗素子）と呼ばれる（参考文献：「垂直タイプＭＲセンサ技術資料」、[online]、２００５年１０月１日、浜松光電株式会社、「２０１０年８月２５日検索」、インターネット＜ＵＲＬ；http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf＞）。
　図６は、ＡＭＲセンサにおける磁界の方向と抵抗値の関係を示すグラフである。
　磁気抵抗素子１２２に電流を流し、抵抗変化量が飽和する磁界強度を印加し、その磁界(Ｈ)の方向を電流方向Ｙに対して角度変化θを与える。このとき、図６に示すように、抵抗変化量（△Ｒ）は、電流方向と磁界の方向が垂直（θ＝９０°，２７０°）のときに最大となり、電流方向と磁界の方向が平行（θ＝０°，１８０°）のときに最小となる。
　抵抗値Ｒは、電流方向と磁界方向の角度成分に応じて、下記の式（１）のように変化する。
　磁界強度が飽和感度以上であれば、△Ｒは定数になり、抵抗値Ｒは磁界の強度には影響されなくなる。
　　Ｒ＝Ｒ0－△Ｒｓｉｎ2θ…（１）
　　　　Ｒ0：無磁界中の強磁性薄膜金属の抵抗値
　　　　△Ｒ：抵抗変化量
　　　　θ：磁界方向を示す角度
　図７は、磁界強度が飽和感度以上の場合においても、磁界の方向を検出する磁気センサ１１２の強磁性薄膜金属の形状例を示す図である。
　縦方向に形成された強磁性薄膜金属エレメント（Ｒ１）と横方向のエレメント（Ｒ２）が直列に結線した形状になる。
　エレメント（Ｒ１）に対して最も大きな抵抗変化を促す垂直方向の磁界は、エレメント（Ｒ２）に対し最小の抵抗変化となる。抵抗値Ｒ１とＲ２は次式（２）、（３）で与えられる。
　　Ｒ１＝Ｒ0－△Ｒｓｉｎ2θ…（２）
　　Ｒ２＝Ｒ0－△Ｒｃｏｓ2θ…（３）
　図８は、磁気センサの等価回路（ハーフブリッジ）を示す図である。この等価回路の出力Ｖoutは次式（４）で与えられる。
　　Ｖout＝Ｒ１・Ｖcc／（Ｒ１＋Ｒ２）…（４）
　式（４）に式（２）、（３）を代入し、整理すると、次式（５－１）、（５－２）が得られる。
　　Ｖout＝Ｖcc／２＋αｃｏｓ２θ　　　…（５－１）
　　α＝△Ｒ・Ｖcc／２（２Ｒ0－△Ｒ）　…（５－２）
　図９は、磁界の方向を検出する磁気センサの強磁性薄膜金属の形状例を示す図である。
　強磁性薄膜金属の形状を形成すれば、二つの出力Ｖout＋とＶout－を用いて中点電位の安定性の向上と増幅を行うことが可能になる。
　ロッド１０１が直線運動するときの磁界方向の変化と磁気センサ１１２の出力について説明する。
　図１０は、磁気センサ１１２とロッド１０１の位置関係を示す図である。
　磁気センサ１１２を、飽和感度以上の磁界強度が印加されるギャップ１の位置に、かつ磁界の方向変化がセンサ面に寄与するように配置する。このとき、磁気センサ１１２がロッド１０１に沿って位置Ａ～Ｅの距離λを相対的に移動した場合、磁気センサ１１２の出力は次のようになる。
　図１１は、磁気センサ１１２の出力する信号例を示す図である。
　ロッド１０１が距離λを直線移動したとき、センサ面では磁界の方向が１回転となる。このときに電圧の信号は、１周期の正弦波信号になる。より正確には、式（５－１）により表される電圧Ｖoutは、２周期分の正弦波信号となる。しかし、磁気センサ１１２のエレメントの延伸方向に対して４５°にバイアス磁界を掛けると周期が半減して、ロッド１０１がλを直線移動したときに１周期の出力波形が得られる。
　図１２Ａに示すように、運動の方向を知るためには、二組のフルブリッジ構成のエレメントを互いに４５°傾くように一つの基板上に形成する。
　図１３に示すように、二組のフルブリッジ回路によって得られた出力ＶoutＡとＶoutＢは、互いに９０°の位相差を持つ余弦波信号及び正弦波信号となる。
　図１２Ｂに示すように、磁気センサ１１２は、二組のフルブリッジ構成のエレメントを互いに４５°傾くように一つの基板上に形成される。磁気センサ１１２は、ロッド１０１の磁界の方向の変化を検出する。このため、図１４に示すように、仮に磁気センサ１１２の取付け位置が（1)から(2)にずれたとしても、磁気センサ１１２が出力する正弦波信号及び余弦波信号（出力ＶoutＡ及びＶoutＢ）には変化が少ない。
　図１５は、磁気センサ１１２の出力ＶoutＡとＶoutＢにより描かれるリサージュ図形を示す図である。
　磁気センサ１１２の出力の変化が少ないので、図１５に示す円の大きさが変化しにくくなる。このため、磁気ベクトル２４の方向θを正確に検出することができる。ロッド１０１と磁気センサ１１２との間のギャップ１を高精度に管理しなくても、ロッド１０１の正確な位置を検出できる。
　よって、磁気センサ１１２の取付け調整が容易になる。また、ブッシュ１０８によって案内されるロッド１０１の取付けのがたつきを許容することも可能になる。さらに、ロッド１０１の多少の曲がりを許容することも可能になる。
　図１６は、エンドケース１０９に取り付けられる磁気センサ１１２を示す図である。エンドケース１０９には、磁気センサ１１２を収容するための空間（磁気センサ収容部１２６）が設けられる。
　磁気センサ収容部１２６に磁気センサ１１２を配置した後、磁気センサ１１２の周囲を充填材１２７で埋める。これにより、磁気センサ１１２がエンドケース１０９に固定される。磁気センサ１１２は温度特性を持つので、温度の変化によって出力が変化する。コイル１０４から受ける熱の影響を低減するため、エンドケース１０９及び充填材１２７には、コイル収容ケース１０２よりも熱伝導率の低い材料が使用される。例えば、コイル収容ケース１０２にはエポキシ系の樹脂が使用される。エンドケース１０９及び充填材１２７には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が使用される。
　図１７は、エンドケース１０９に取り付けられたブッシュ１０８（軸受）を示す図である。エンドケース１０９に軸受機能を持たせることで、ロッド１０１と磁気センサ１１２との間のギャップが変動するのを防止できる。
　図１８は、本実施形態におけるモータ制御部２０の構成を示す概略ブロック図である。
　モータ制御部２０は、荷重測定部２１及び駆動部２２を備える。
　荷重測定部２１は、リニアモータ１０に流れる電流の電流値とリニアモータ１０の推力定数を乗じて、リニアモータ１０がロッド１０１を通じてスライドブロック８１（測定対象）に与える荷重値を算出する荷重算出部２１１と、荷重算出部２１１が算出した荷重値を記憶する荷重記憶部２１２と、を有する。
　駆動部２２は、位置制御部２２１、スイッチ部２２２、速度制御部２２３、スイッチ部２２４、電流制御部２２５、電力変換器２２６、変流器（Current Transformer；ＣＴ）２２７、速度算出部２２８、位置算出部２２９、位置判定部２３０を有する。
　位置制御部２２１は、外部より入力される位置指令及び位置算出部２２９が算出するロッド１０１の位置情報に基づいて、速度指令を算出する。位置制御部２２１は、第１～第４速度（FL1SPD～FL4SPD）を予め記憶しており、第１～第４速度に基づいた４つ速度指令（第1速度指令～第４速度指令）を出力する。
　第１速度指令は、ロッド１０１が予め定められた原点から、ロッド１０１の両端のうち測定対象に近い一端が、直動案内装置８０のスライドブロック８１の近傍（位置FL2POS）まで移動するときの移動速度を示す指令である。このとき、ロッド１０１を移動させる速度の上限値（第1速度（FL1SPD））は、予め定められる。
　第２速度指令は、ロッド１０１が測定対象に接触し、測定対象に荷重を与えるときの移動速度を示す指令である。このとき、ロッド１０１を移動させる速度（第２速度（FL2SPD））は、予め定められる。
　第２速度（FL2SPD）は、第1速度（FL1SPD）より遅い速度である。第２速度（FL2SPD）は、ロッド１０１がスライドブロック８１に接触する際に不要な衝撃を発生させない速度以下に設定される。
　スライドブロック８１（測定対象）の近傍（位置FL2POS）は、ロッド１０１の一端がスライドブロック８１に接触したときに、ロッド１０１の移動速度が第２速度になるように減速を開始する位置である。
　位置FL2POSは、スライドブロック８１と接触する位置、第１速度指令（FL1SPD）、第２速度指令（FL2SPD）、リニアモータ１０の特性に基づいて、予め定められる位置である。
　第３速度指令は、スライドブロック８１に荷重を与えた後に、ロッド１０１を原点方向に移動させるときの移動速度を示す指令である。このとき、ロッド１０１を移動させる速度（第３速度（FL3SPD））は、予め定められる。
　第４速度指令は、測定対象に荷重を与えた後に、ロッド１０１を原点方向に移動させる際に、予め定めた速度切替位置（FL3POS）に達した後の移動速度を示す指令である。このとき、ロッド１０１を移動させる速度の上限値（第４速度（FL4SPD））は、予め定められる。
　第４速度（FL4SPD）は、第３速度（FL3SPD）より速い速度に設定される。
　スイッチ部２２２は、位置判定部２３０の制御に基づいて、位置制御部２２１が出力する４つの速度指令のうちいずれか一つを選択する。
　速度制御部２２３には、スイッチ部２２２が選択した速度指令及び速度算出部２２８が算出するロッド１０１の速度を示す速度情報が入力される。速度制御部２２３は、速度指令が示す速度と速度情報が示す速度の偏差に基づいて、ロッド１０１が移動する速度を速度指令の速度にする電流値を算出する。
　速度制御部２２３は、算出した電流値（非制限電流指令）を出力する。速度制御部２２３は、予め定めた電流制限値（FL2I）を上限値にした電流指令（制限電流指令）を出力する。
　算出された電流値が電流制限値（FL2I）以下の場合、非制限電流指令と制限電流指令は、同じ電流値を示す。一方、算出された電流値が電流制限値（FL2I）より大きい場合、非制限電流指令は算出された電流値を示し、制限電流指令は電流制限値（FL2I）を示す。
　スイッチ部２２４は、位置判定部２３０の制御に基づいて、速度制御部２２３が出力する制限電流指令と非制限電流指令のうちいずれか一方を選択する。電流制御部２２５は、スイッチ部２２４が選択した電流指令及び変流器２２７が測定したリニアモータ１０に流れている電流値に基づいて電圧指令を算出する。
　電力変換器２２６は、電流制御部２２５が算出した電圧指令に応じた電圧をリニアモータ１０に供給する。変流器２２７は、電力変換器２２６とリニアモータ１０を接続する電力線に取り付けられる。変流器２２７は、電力線に流れている電流値を測定する。変流器２２７は、測定した電流値を、荷重測定部２１の荷重算出部２１１、電流制御部２２５、完了信号生成部２３１に出力する。
　速度算出部２２８は、リニアモータ１０の磁気センサ１１２から出力される正弦波信号及び余弦波信号（出力ＶoutＡ及びＶoutＢ）の変化量に基づいて、ロッド１０１の移動速度を算出する。
　位置算出部２２９は、磁気センサ１１２から出力される正弦波信号及び余弦波信号（出力ＶoutＡ及びＶoutＢ）の変化量に基づいて、ロッド１０１の原点からの移動量を算出して、ロッド１０１の位置を示す位置情報を出力する。
　位置判定部２３０は、外部より入力される位置指令と動作開始信号、及び位置算出部２２９が出力するロッド１０１の位置を示す位置情報に基づいて、位置制御部２２１が出力する４つの速度指令からいずれか一つをスイッチ部２２２に選択させる制御をする。
　位置判定部２３０は、位置指令、動作開始信号、位置情報に基づいて、速度制御部２２３が出力する２つの電流指令のうちいずれか一方をスイッチ部２２４に選択させる制御をする。
　完了信号生成部２３１は、リニアモータ１０がスライドブロック８１に荷重を与えているときに、変流器２２７が測定した電流値が予め定めた電流制限値（FL2I）に到達すると、動作完了信号（UO2）を外部に出力する。
　次に、直動案内装置８０の摺動抵抗を測定するときのリニアモータ１０の動作について説明する。直動案内装置８０の可動範囲のすべてに亘って摺動抵抗を測定し、摺動抵抗のばらつきを測定する場合について説明する。
　図１９は、直動案内装置８０の摺動抵抗を測定するときのリニアモータ１０の動作を示す概略図である。状態（ａ）～状態（ｃ）を示す。
　ロッド１０１がスライドブロック８１に近づく方向をＣＷ方向（図１９において右方向）とする。ロッド１０１がスライドブロック８１から遠ざかる方向をＣＣＷ方向（図１９において左方向）とする。
　図１９の状態（ａ）に示すように、測定の開始ときにおいて、ロッド１０１の直動案内装置８０側の一端の位置は原点にある。
　動作開始信号が入力されると測定動作を開始する。ロッド１０１は、第１速度指令にて、原点から動作目標位置に向かって（ＣＷ方向に）移動し始める。ロッド１０１の一端がスライドブロック８１の近傍に達すると、ロッド１０１は第２速度指令の速度まで減速する。
　図１９の状態（ｂ）に示すように、ロッド１０１は、スライドブロック８１に接触して荷重を与えつつ、スライドブロック８１を第２速度（FL2SPD）で移動させる。
　その後、図１９の状態（ｃ）に示すように、直動案内装置８０のスライドブロック８１が可動範囲の端に達してロッド１０１が動かなくなる。リニアモータ１０に流れる電流の電流値が電流制限値（FL2I）に到達すると、モータ制御部２０から動作完了信号が出力される。
　上述の一連の動作において、荷重算出部２１１は、電流値に基づいて荷重値を算出し、算出した荷重値を荷重記憶部２１２に記憶させる。
　図２０は、本実施形態におけるモータ制御部２０の制御手順を示すフローチャートである。
　モータ制御部２０において制御が開始されると、位置判定部２３０は、動作開始信号（UI2）がオンになっているか否かを判定（ステップＳ１０１）する。位置判定部２３０は、動作開始信号がオンになるまで待機する（ステップＳ１０１：ＮＯ）。
　ステップＳ１０１において、動作開始信号がオンになると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、位置判定部２３０は、第３速度指令又は第４速度指令をスイッチ部２２２に選択させて、リニアモータ１０に原点復帰の動作をさせる（ステップＳ１０２）。
　続いて、位置制御部２２１は、動作目標位置を示す位置指令に応じて第１速度指令を算出する。位置判定部２３０は、第１速度指令をスイッチ部２２２に選択させる。位置判定部２３０は、スイッチ部２２４に非制限電流指令を選択させる（ステップＳ１０３)。位置判定部２３０は、リニアモータ１０のロッド１０１を直動案内装置８０のスライドブロック８１に向けて（ＣＷ方向に）移動を開始させる（ステップＳ１０４)。
　位置判定部２３０は、ロッド１０１が、位置FL2POSに達しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。位置判定部２３０は、ロッド１０１が位置FL2POSに達するまで第１速度指令にてリニアモータ１０を駆動させる（ステップＳ１０５：ＮＯ）。
　ステップＳ１０５において、ロッド１０１が位置FL2POSに達すると（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、位置判定部２３０は、スイッチ部２２２に第２速度指令を選択させる。位置判定部２３０は、スイッチ部２２４に制限電流指令を選択させる（ステップＳ１０６)。このとき、位置判定部２３０は、ロッド１０１が位置FL2POSに達したことを示す信号を荷重算出部２１１に出力して、荷重算出部２１１に荷重の算出を開始させる。
　完了信号生成部２３１は、変流器２２７が測定する電流値が電流制限値（FL2I）以上か否かを判定する（ステップＳ１０７）。完了信号生成部２３１は、電流値が電流制限値（FL2I）に到達するまで待機する（ステップＳ１０７：ＮＯ）。
　ステップＳ１０７において、変流器２２７が測定する電流値が電流制限値（FL2I）に到達したと判定すると（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、完了信号生成部２３１は、動作完了信号をオンにして外部に出力する（ステップＳ１０８）。
　位置判定部２３０は、動作開始信号がオフになっているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。位置判定部２３０は、動作開始信号がオフになるまで待機する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。
　ステップＳ１０９において、動作開始信号がオフになっていると判定すると（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、位置制御部２２１は、原点を移動先とする位置指令に応じて速度指令を算出する。位置判定部２３０は、第３速度指令をスイッチ部２２２に選択させる。位置判定部２３０は、スイッチ部２２４に非制限電流指令を選択させる（ステップＳ１１０）。位置判定部２３０は、ロッド１０１を原点に向かって（ＣＣＷ方向に）移動を開始させる（ステップ１１１)。
　位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が速度切替位置（FL3POS）に達しているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が速度切替位置（FL3POS）に達するまで待機する（ステップＳ１１２：ＮＯ）。
　ステップＳ１１２において、位置判定部２３０は、ロッド１０１が速度切替位置（FL3POS）に達したと判定すると（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、第４速度指令をスイッチ部２２２に選択させる（ステップＳ１１３)。このとき、位置判定部２３０は、ロッド１０１が位置FL3POSに達したことを示す信号を荷重算出部２１１に出力して、荷重算出部２１１に荷重の算出を終了させる。
　次に、位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が原点に達したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が原点に達するまで待機する（ステップＳ１１４：ＮＯ）。
　ステップＳ１１４において、位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が原点に達したと判定すると（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、ロッド１０１の一端が原点に達したこと示す信号を完了信号生成部２３１に出力する。位置判定部２３０は、完了信号生成部２３１が動作完了信号をオフにして（ステップＳ１１５）、制御の処理を終了する。
　次に、ロッド１０１が移動する速度、リニアモータ１０に流れる電流、ロッド１０１の位置を対応させて、モータ制御部２０の処理を説明する。
　図２１は、ロッド１０１を原点から移動開始させてから動作完了信号がオンになるまでにおける速度・電流・位置の対応を示すグラフである。
　図２１において、グラフ（ａ）～（ｄ）の横軸は時間を示す。グラフ（ａ）の縦軸は速度を示す。グラフ（ｂ）の縦軸は電流値を示す。グラフ（ｃ）の縦軸は位置を示す。グラフ（ｄ）の縦軸は出力レベルを示す。
　動作開始信号がオンになり、原点復帰（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）が行われる。その後、時刻ｔ１において、モータ制御部２０がステップＳ１０３の処理を行うことにより、ロッド１０１が直動案内装置８０のスライドブロック８１に向かって移動し始める（ステップＳ１０４）。
　時刻ｔ２において、ロッド１０１の速度が第１速度（FL1SPD）になり、移動し続ける。
　時刻ｔ３において、ロッド１０１の一端が位置FL2POSに達すると（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、モータ制御部２０は、ステップＳ１０６の処理を行い、ロッド１０１の速度を第２速度（FL2SPD）まで減速させる。
　時刻ｔ４において、ロッド１０１の一端がスライドブロック８１に接触して、第２速度（FL2SPD）で移動しつつ、スライドブロック８１に荷重を与えてスライドブロック８１を移動させる。
　時刻ｔ５において、スライドブロック８１が可動範囲の端に達して、ロッド１０１が停止すると、リニアモータ１０に流れる電流が増加して電流制限値（FL2I）に達する（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）。モータ制御部２０がステップＳ１０８の処理を行うことにより、動作完了信号がオン状態となる。
　続いて、ロッド１０１を原点に戻すまでのモータ制御部２０の処理を説明する。
　図２２は、動作完了信号がオンになってからロッド１０１を原点に戻すまでにおける速度・電流・位置の対応を示すグラフである。
　図２２において、グラフ（ａ）～（ｄ）の横軸は時間を示す。グラフ（ａ）の縦軸は速度を示す。グラフ（ｂ）の縦軸は電流値を示す。グラフ（ｃ）の縦軸は位置を示す。グラフ（ｃ）の縦軸は出力レベルを示す。
　時刻ｔ１１において、外部の装置（不図示）が、動作完了信号がオンになったことに応じて動作開始信号をオフにするとともに、原点を移動先とする位置指令を設定する（ステップＳ１０９：ＹＥＳ)。モータ制御部２０は、ステップＳ１１０の処理を行うことにより、ロッド１０１を第３速度（FL3SPD）で原点に向かって（ＣＣＷ方向に）移動させる（ステップＳ１１１）。
　時刻ｔ１２において、ロッド１０１の一端が速度切替位置（FL3POS）に達すると（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、モータ制御部２０は、ステップＳ１１３の処理を行うことにより、位置制御部２２１が第４速度指令を算出してロッド１０１の速度を第４速度（FL4SPD）まで加速させる。
　時刻ｔ１３において、ロッド１０１が移動する速度が、第４速度（FL4SPD）になる。
　時刻ｔ１４において、モータ制御部２０は、ロッド１０１の速度を減速させ、時刻ｔ１４において、ロッド１０１を原点に停止させ、動作完了信号をオフ状態にする（ステップＳ１１４、Ｓ１１５）。
　図２０に示したモータ制御部２０の制御手順と異なる制御手順について説明する。
　図２３は、本実施形態におけるモータ制御部２０の他の制御手順を示すフローチャートである。図２３に示す制御手順において、ステップＳ２０１からステップＳ２０４までの処理は、図２０に示した制御手順におけるステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と同じであるので、その説明を省略する。
　位置判定部２３０は、ロッド１０１が位置FL2POSに達しているか否かを判定する（ステップＳ２０５）。位置判定部２３０は、ロッド１０１が位置FL2POSに達している場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、スイッチ部２２２に第２速度指令を選択させるとともに、スイッチ部２２４に制限電流指令を選択させる（ステップＳ２０６）。このとき、位置判定部２３０は、ロッド１０１が位置FL2POSに達したことを示す信号を荷重算出部２１１に出力して、荷重算出部２１１に荷重の算出を開始させる。
　完了信号生成部２３１は、変流器２２７が測定する電流値が電流制限値（FL2I）以上か否かを判定する（ステップＳ２０７）。完了信号生成部２３１は、電流値が電流制限値（FL2I）に到達するまで待機する（ステップＳ２０７：ＮＯ）。
　ステップＳ２０７において、変流器２２７が測定する電流値が電流制限値（FL2I）に到達したと判定すると（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、完了信号生成部２３１は、動作完了信号をオンにして外部に出力し（ステップＳ２０８）、処理をステップＳ２１０に進める。
　ステップＳ２０５において、ロッド１０１が位置FL2POSに達していない場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、位置判定部２３０は、スイッチ部２２２に第１速度指令を選択させ続けるとともに、スイッチ部２２４に非制限電流指令を選択させ続け（ステップＳ２０９）、処理をステップＳ２１０に進める。
　位置判定部２３０は、動作開始信号がオフになっているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。
　位置判定部２３０は、動作開始信号がオフになっていないと判定した場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、処理をステップＳ２０５に戻す。位置判定部２３０は、ステップＳ２０５からステップＳ２１０までの処理を繰り返して行う。
　一方、動作開始信号がオフになっていると判定した場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、位置制御部２２１は、原点を移動先とする位置指令に応じて速度指令を算出する。位置判定部２３０は、第３速度指令をスイッチ部２２２に選択させるとともにスイッチ部２２４に非制限電流指令を選択させる（ステップＳ２１１）。位置制御部２２１は、ロッド１０１を原点に向かって（ＣＣＷ方向に）移動させる（ステップＳ２１２）。
　位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が速度切替位置（FL3POS）に達しているか否かを判定する（ステップＳ２１３）。位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が速度切替位置（FL3POS）に達するまで待機する（ステップＳ２１３：ＮＯ）。
　位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が速度切替位置（FL3POS）に達していると判定すると（ステップＳ２１３：ＹＥＳ）、第４速度指令をスイッチ部２２２に選択させる（ステップＳ２１４）。このとき、位置判定部２３０は、ロッド１０１が位置FL3POSに達したことを示す信号を荷重算出部２１１に出力して、荷重算出部２１１に荷重の算出を終了させる。
　次に、位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が原点に達したか否かを判定する（ステップＳ２１５）。位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が原点に達するまで待機する（ステップＳ２１５：ＮＯ）。
　位置判定部２３０は、ロッド１０１の一端が原点に達したと判定すると（ステプＳ２１５：ＹＥＳ）、ロッド１０１の一端が原点に達したことを示す信号を完了信号生成部２３１に出力する。完了信号生成部２３１は、動作完了信号をオフにして（ステップＳ２１６）、制御の処理を終了する。
　本実施形態の測定装置１は、互いに同極が対向するように配列された複数のマグネット１０３を有するロッド１０１（可動子）及びロッド１０１を囲む複数のコイル１０４を有するコイル収容ケース１０２（固定子）を備える。
　測定装置１は、リニアモータ１０とモータ制御部２０を備える。
　リニアモータ１０は、複数のマグネット１０３の磁界と複数のコイル１０４に電流を流すことによって生じる磁界により、コイル収容ケース１０２及びロッド１０１をマグネット１０３の配列方向に相対移動させる。
　モータ制御部２０は、ロッド１０１を相対移動させてスライドブロック８１（測定対象）に荷重を与える制御をする。
　モータ制御部２０は、変流器２２７がリニアモータ１０に流れる電流を測定する。モータ制御部２０は、測定した電流値に基づいて、荷重算出部２１１がリニアモータ１０によりスライドブロック８１（測定対象）に与える荷重（摺動抵抗）を算出する。
　これにより、測定装置１は、ロードセル等の測定器具を設けることなく、スライドブロック８１（測定対象）に与える荷重（摺動抵抗）を測定できる。
　本実施形態の測定装置１は、モータ制御部２０が、直動案内装置８０のスライドブロック８１にロッド１０１を接触させるまで第１速度（FL1SPD）にてロッド１０１を駆動させた後に、第１速度（FL1SPD）より遅い第２速度（FL2SPD）にてスライドブロック８１に荷重を与える。このとき、モータ制御部２０の荷重測定部２１がリニアモータ１０に流れる電流から荷重を算出して、摺動抵抗を測定する。
　測定装置１において、位置制御部２２１は、ロッド１０１と測定対象が接触していない場合における非接触時速度指令及びロッド１０１と測定対象が接触している場合における接触時速度指令を出力する。
　非接触時速度指令は、第１速度指令及び第４速度指令である。接触時速度指令は、第２速度指令及び第３速度指令である。接触時速度指令は、非接触時速度指令より遅い速度を示す速度指令である。
　位置判定部２３０は、ロッド１０１の位置に応じて、非接触時速度指令と接触時速度指令のいずれか一方を、ロッド１０１の一端が予め定めた領域にあるか否かに基づいて選択して、リニアモータ１０を制御する。予め定めた領域は、位置FL2POS/FL3POSより原点から遠い領域である。
　スライドブロック８１に荷重を与える際の接触時速度指令は、非接触時速度指令が示す速度（第１速度（FL1SPD）、第４速度（FL4SPD））より遅い速度（第２速度（FL2SPD）、第３速度（FL3SPD））を示す。
　これにより、スライドブロック８１に与える荷重の変化を緩やかにするので、リニアモータ１０に流れる電流の変化を小さくすることができる。測定装置１は、荷重の測定を安定して行うことができる。その結果、測定誤差の発生を抑制して、測定精度を向上させることができる。ロッド１０１をスライドブロック８１に接触させる際に不要な衝撃が発生することを防ぐことができる。
　スライドブロック８１に荷重を与える際、電流制御部２２５に入力する電流指令が示す電流値を電流制限値（FL2I）以下にすることにより、スライドブロック８１が可動範囲の端に達したことを検出することができる。ロッド１０１の移動できなくなったときにリニアモータ１０に流れる電流が急激に増加することを防ぐことができる。これにより、リニアモータ１０のコイル１０４に過電流が流れることを防ぎ、リニアモータ１０の劣化を防ぐことができる。
　測定装置１は、ロッド１０１をスライドブロック８１に接触するまで移動させる際に、荷重を測定する際の移動速度より速い速度でロッド１０１を移動させるので、ロッド１０１を移動させる時間を短くすることができる。測定装置１は、測定に要する時間を短縮することができる。
　測定装置１は、リニアモータ１０とモータ制御部２０を具備するのみで荷重の測定ができる。測定装置１は、測定器具を設ける場合に比べて、装置を小さくすることができるので、装置のコストを抑えることができる。
　測定装置１は、リニアモータ１０のロッド１０１（可動子）をスライドブロック８１に接触させて荷重を測定するので、測定器具を設ける必要がない。測定装置１は、測定器具を設けることにより生じる荷重の損失がないので、正確な荷重を測定することができる。
　測定装置１は、ロッド１０１を原点に戻す際に、ロッド１０１の一端が速度切替位置（FL3POS）に達するまで移動させる第３速度（FL3SPD）と速度切替位置（FL3POS）から原点まで移動させる第４速度（FL4SDP）を切り替える。
　弾性体に荷重を加えた後に弾性体が元の形状に復元するときの応力を測定する場合に、ロッド１０１を低速な第３速度（FL3SPD）で原点に向けて移動させて、弾性体が元の形状に復元した後に高速な第４速度（FL4SPD）で原点に移動させる。このとき、速度切替位置（FL3POS）は、ロッド１０１が弾性体と離れる位置に予め設定される。第３速度は、弾性体の形状が復元する速度より遅い速度が設定される。
　これにより、測定装置１は、弾性体が元の形状に復元する場合の応力についても、弾性体をひずませる場合と同様に、算出する荷重に含まれる誤差を小さくして、荷重の測定を安定して行うことができる。測定装置１は、弾性体が元の形状に復元した後に、荷重を測定する際の移動速度より速い第４速度（FL4SPD）でロッド１０１を原点に移動させるので、ロッド１０１を駆動する時間を短くすることができ、測定に要する時間を短縮することができる。
　複数の測定対象を順に測定する場合において、測定装置１は、測定時間を短くすることができる。測定装置１は、複数の測定対象を測定に要する時間を短縮することができるので、製品の検査等におけるコストを削減することができる。
　本実施形態において、荷重算出部２１１は、算出した荷重を荷重記憶部２１２に記憶させたが、これに限らない。算出した荷重に、ロッド１０１が移動する速度及び位置を対応付けて、荷重記憶部２１２に記憶させるようにしてもよい。これにより、移動速度や位置に応じた荷重を測定することができる。
　ロッド１０１の直線運動を案内するためにブッシュ１０８を備えた構成を説明したが、これに限らない。ブッシュ１０８に代えて、静圧案内を備えるようにしてもよい。これにより、荷重の測定精度を向上させることができる。
　測定対象を移動させるのに支障がない程度の推力定数が小さいリニアモータ１０を用いるようにしてもよい。リニアモータ１０の推力定数が小さいほど、荷重の測定分解能が向上するからである。
　磁力の弱いマグネットが用いられたロッド１０１を用いたり、コイル１０４に用いる巻線を太くして巻き数を減らしたりしてもよい。これにより、荷重の測定精度を向上させることができる。
　コイル収容ケース１０２に熱伝導率の高い素材を用いるようにしてもよい。これにより、リニアモータ１０を駆動する際に生じる発熱によるコイル１０４等の温度上昇を抑えられる。これにより、リニアモータ１０に流れる電流値の変動を少なくすることができ、荷重の測定精度を向上させることができる。
　測定装置１は、リニアモータ１０の推力定数を変更することにより、測定レンジを変更できる。磁力の異なる複数のロッド１０１を用意し、測定対象に応じて測定に用いるロッド１０１を選択する。これにより、測定装置１は、測定対象に対して適切な測定レンジを設定することができる。
　位置判定部２３０が荷重算出部２１１に対して荷重の算出の開始及び終了を制御する構成について説明したが、これに限らない。荷重算出部２１１は、リニアモータ１０が駆動している期間に常に荷重を算出するようにしてもよい。
　電力変換器２２６においてＰＷＭ制御を用いる場合、リニアモータ１０の各コイル１０４と電力変換器２２６の間に、直列にインダクタを設けるようにしてもよい。ＰＷＭ制御を用いる場合、リニアモータ１０に流れる電流波形にはノイズが含まれるので、インダクタを設けることにより電流に含まれるノイズを抑圧して、荷重の測定精度を向上させることができる。
　本実施形態において、リニアモータ１０はロッドタイプのリニアモータを用いた構成について説明したが、これに限らない。コイルを有する可動子がマグネットを有する固定子に対して相対移動するフラットタイプのリニアモータを用いてもよい。
　本実施形態において、ステップＳ１０７（図２０）において、リニアモータ１０のコイル１０４に流れる電流が電流制限値（FL2I）より大きい場合に、ステップＳ１０８以降の処理をする構成を説明したが、これに限らない。ロッド１０１が予め定めた位置に達しているか否かを判定し、ロッド１０１がその位置に達している場合にステップＳ１０８以降の処理を行うようにしてもよい。これにより、ロッド１０１が所定の荷重を超えた荷重を与えることなく測定を行うことができる。
　本実施形態において、第１速度（FL1SPD）が第２速度（FL2SPD）より速い場合について説明したが、これに限らない。第１速度（FL1SPD）を第２速度（FLSPD）と同じ速度に設定してもよい。第３速度を第４速度と同じ速度に設定してもよい。
　本実施形態において、速度制御部２２３が算出する非制限電流指令に対して、電流制限値（FL2I）より大きい電流制限値（FL1I）を設けるようにしてもよい。この場合、リニアモータ１０の定格電流値を電流制限値（FL1I）としてもよい。
　本実施形態において、荷重測定部２１をモータ制御部２０内に設ける構成を説明したが、これに限らない。リニアモータ１０、荷重測定部２１、駆動部２２が独立しており、この３つの独立した機能部により測定装置１を構成するようにしてもよい。荷重測定部２１は、コンピュータなどを用いて構成するようにしてもよい。
　本発明に記載の位置検出部は、位置算出部２２９に対応する。
　モータ制御部２０の内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。この場合、荷重算出部２１１、荷重記憶部２１２、位置制御部２２１、スイッチ部２２２、２２４、速度制御部２２３、電流制御部２２５、速度算出部２２８、位置算出部２２９、位置判定部２３０、完了信号生成部２３１の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶される。そして、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上述した処理が行われる。
　コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。上述したコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがそのプログラムを実行するようにしても良い。
　１…測定装置、　１０…リニアモータ、　１０１…ロッド、　１０３…マグネット、１０４…コイル、　１１２…磁気センサ、　２０…モータ制御部、　２１…荷重測定部、　２２…駆動部、　２１１…荷重算出部、　２１２…荷重記憶部、　２２１…位置制御部、　２２２…スイッチ部、　２２３…速度制御部、　２２４…スイッチ部、　２２５…電流制御部、　２２６…電力変換器、　２２７…変流器、　２２８…速度算出部、　２２９…位置算出部、　２３０…位置判定部、　２３１…完了信号生成部

Claims (7)

  1. 　リニアモータと、
    　前記リニアモータを駆動して前記リニアモータが有する可動子を移動させることにより測定対象に荷重を与える駆動部と、
    　前記可動子を相対移動させる際に前記リニアモータに流れる電流値と前記リニアモータの推力定数を乗じて、前記可動子が前記測定対象に与える荷重を算出する荷重測定部と、
    を具備することを特徴とする測定装置。
  2. 　前記駆動部は、
    　前記可動子が前記測定対象に荷重を与えるとき、前記可動子が前記測定対象に荷重を与える前の移動速度より遅い速度で前記可動子を相対移動させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
  3. 　前記駆動部は、
    　前記可動子の位置を検出する位置検出部と、
    　前記可動子が前記測定対象に接触していない場合に前記可動子を移動させる非接触時速度指令及び前記可動子が前記測定対象に接触している場合に前記可動子を移動させる接触時速度指令であって前記非接触時速度指令より遅い速度を示す接触時速度指令を出力する位置制御部と、
    　前記位置検出部が検出した位置に応じて、前記非接触時速度指令と前記接触時速度指令のいずれかの速度指令を選択する位置判定部と、
    　前記位置判定部が選択した速度指令に基づいて電流指令を生成する速度制御部と、
    　前記速度制御部が生成した電流指令に基づいて前記リニアモータに電力を供給する電力変換器と、
    を備えることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  4. 　前記速度制御部は、
    　前記位置判定部が前記接触時速度指令を選択するとき、前記電流指令が示す電流値の上限を予め定められた電流制限値にする
    ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
  5. 　前記非接触時速度指令は、前記可動子を前記測定対象に接近させる第１方向に移動させる際の速度を示す第1速度指令を含み、
    　前記接触時速度指令は、前記第1方向に移動させる際の速度を示す第２速度指令を含む
    ことを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載の測定装置。
  6. 　前記接触時速度指令は、前記測定対象から前記可動子を遠ざける第２方向に移動させる際の速度を示す第３速度指令を含み、
    　前記非接触時速度指令は、前記第２方向に移動させる際の速度を示す第４速度指令を含む
    ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
  7. 　リニアモータを駆動して該リニアモータが有する可動子を移動させることにより測定対象に荷重を与える制御ステップと、
    　前記可動子を相対移動させる際に前記リニアモータに流れる電流値と前記リニアモータの推力定数を乗じて、前記可動子が前記測定対象に与える荷重を算出する荷重測定ステップと、
    を有することを特徴とする測定方法。
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