(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールネジのネジ部の回転からナット部の移動位置を検出する位置検出装置において、
ネジ部の所定回転数でナット部が一方の限界位置から他方の限界位置まで移動し、
該所定回転数で発生電圧が下限値から上限値まで変化し、ナット部の一方の限界位置が発生電圧の下限値となるように設定された第１ポテンショメータと、
該第１ポテンショメータの発生電圧とナット部の一方の限界位置からのネジ部の回転数との関係を表すテーブルと、
ネジ部の１回の回転で発生電圧が下限値から上限値までの電圧を発生し、ナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整された第２ポテンショメータと、
前記第１ポテンショメータの発生電圧より前記テーブルを用いてネジ部の回転数を求め、この回転数と前記第２ポテンショメータの発生電圧とからナット部の位置を算出する演算部とを備え、
前記第２ポテンショメータは、前記ネジ部が１回転する毎に、発生電圧が下限から上限値に変化し、その後上限から下限値に移るまでの間、無電圧になる２つの電圧発生器を有し、この２つの電圧発生器の電圧位相は所定値ずれており、一方の電圧発生器はナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整されており、
前記２つの電圧発生器のうち選択すべき電圧発生器が前記第１ポテンショメータの発生電圧から一義的に定められるように、第１ポテンショメータの発生電圧と前記２つの電圧発生器との関係がさらに前記テーブルに表されており、
前記演算部は、前記テーブルを用い第１ポテンショメータの発生電圧に基づいて、第１ポテンショメータの発生電圧の上昇に伴い前記２つの電圧発生器の発生電圧範囲の中央部内の電圧を交互に選択し、これにより前記無電圧の不感帯を避けて、第１ポテンショメータの発生電圧と前記選択された電圧発生器の電圧とから前記ナット部の位置を算出することを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールネジのナット部の位置をネジ部の回転数から精度よく検出する位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールネジはネジ部の回転運動によりナット部を直線運動させる装置で、正確な直線運動を行わせる装置に広く用いられる。例えば自動溶接機ではボールネジのナット部にアーク発生部を取り付け、正確な溶接を行うのに用いている。ボールネジのナット部は、ネジ部の回転方向により左方向、右方向へ移動し、ストローク左限Ｌ、ストローク右限Ｒ間を往復する。
【０００３】
図７は従来の多回転ポテンショメータによりボールネジのナット部の位置を測定する方法を示す図である。ボールネジ１はネジ部２とナット部３からなり、ネジ部２はモータ４により左または右まわりに回転してナット部３を左方向、右方向に移動する。ネジ部２をｎ回転するとストローク左限Ｌからストローク右限Ｒまでナット部３が移動する。多回転ポテンショメータ５ａは所定回転すると下限値から上限値までの電圧を発生するもので、ｎ回転で下限値から上限値までの電圧を発生する場合、ストローク左限Ｌで下限値の電圧を発生するようにすれば、ストローク左限Ｌからストローク右限Ｒまでの位置に応じた電圧を発生することができ、ネジ部３の位置の測定することができる。
【０００４】
図８はナット部の位置と多回転ポテンショメータ５ａの発生電圧との関係を示す図である。発生電圧の下限値は−１０Ｖ、上限値は＋１０Ｖでそれぞれストローク左限Ｌとストローク右限Ｒで発生し、この間は直線となるので、電圧と位置とは比例関係にあり、電圧からナット部３の位置を測定することができる。
【０００５】
図９は従来の１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂによりボールネジのナット部の位置を検出する装置を示す。本ポテンショメータ５ｂの原理は１回転で下限値（−１０Ｖ）から上限値（１０Ｖ）まで発生するポテンショメータを用い、ストロークの一方の限界（例えばストローク左限Ｌ）でネジ部２の回転数が０とし、他方の限界Ｒへゆくに従い回転数が増加するものとし、１回転当たりの移動距離は正確に分かるのでこの回転数を記憶しておき、この回転数による移動距離と１回転未満の移動距離を加算して移動距離を求める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した多回転ポテンショメータは、発生電圧がナット部３の位置と１対１で対応しており、長いストロークでも発生電圧の大きさからナット部３の位置を直接測定できる。しかし電圧の上限（＋１０Ｖ）と下限（−１０Ｖ）とはストロークが長くなっても同じであるので、ストロークが長くなると、単位距離当たりの電圧変化量が小さくなり、位置測定精度が低下する。このため精度が低くてもよいものにしか使用できない。これに対して１回転２ワイパーポテンショメータは、ネジ部２の１回転によるナット部３の移動を上限（１０Ｖ）から下限（−１０Ｖ）までの電圧で測定しているため、単位距離当たりの電圧変化が大きく、高精度で位置の測定ができる。しかし、基準位置から現在位置まで移動したネジ部３の回転数と１回転未満の回転角による長さから距離を求めるため、ストロークの途中から起動する場合、基準位置から何回転目なのか判らない。このためこのような場合は、基準位置まで戻った後、そこからスタートするという原点復帰が不可欠となる。この戻り位置確認のためリミットスイッチ９などが用いられる。
【０００７】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、原点復帰を必要とせず、かつ高精度で長いストロークの位置測定が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、ボールネジのネジ部の回転からナット部の移動位置を検出する位置検出装置において、ネジ部の所定回転数でナット部が一方の限界位置から他方の限界位置まで移動し、該所定回転数で発生電圧が下限値から上限値まで変化し、ナット部の一方の限界位置が発生電圧の下限値となるように設定された第１ポテンショメータと、該第１ポテンショメータの発生電圧とナット部の一方の限界位置からのネジ部の回転数との関係を表すテーブルと、ネジ部の１回の回転で発生電圧が下限値から上限値までの電圧を発生し、ナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整された第２ポテンショメータと、前記第１ポテンショメータの発生電圧より前記テーブルを用いてネジ部の回転数を求め、この回転数と前記第２ポテンショメータの発生電圧とからナット部の位置を算出する演算部とを備え、前記第２ポテンショメータは、前記ネジ部が１回転する毎に、発生電圧が下限から上限値に変化し、その後上限から下限値に移るまでの間、無電圧になる２つの電圧発生器を有し、この２つの電圧発生器の電圧位相は所定値ずれており、一方の電圧発生器はナット部が一方の限界位置にあるとき下限電圧を発生するように調整されており、前記２つの電圧発生器のうち選択すべき電圧発生器が前記第１ポテンショメータの発生電圧から一義的に定められるように、第１ポテンショメータの発生電圧と前記２つの電圧発生器との関係がさらに前記テーブルに表されており、前記演算部は、前記テーブルを用い第１ポテンショメータの発生電圧に基づいて、第１ポテンショメータの発生電圧の上昇に伴い前記２つの電圧発生器の発生電圧範囲の中央部内の電圧を交互に選択し、これにより前記無電圧の不感帯を避けて、第１ポテンショメータの発生電圧と前記選択された電圧発生器の電圧とから前記ナット部の位置を算出するものである。
【０００９】
第１ポテンショメータは一方の限界位置から移動した距離に比例する電圧を発生する。テーブルには第１ポテンショメータの電圧とネジ部の回転数との関係が表されているので、第１ポテンショメータの出力から回転数がわかる。演算部はこの回転数に相当する移動距離と、第２ポテンショメータの発生電圧から得られる距離とを加算することによりナット部の一方の限界位置からの移動距離を正確に算出する。１回転の移動距離は第２ポテンショメータで正確に測定できるので、この値を予め記憶しておき、この値を回転数に乗ずれば正確な長さがわかる。第１ポテンショメータは、現在の位置がネジ部の何回転目かを知ればよいので、精度は低くてもよい。第１ポテンショメータの現在位置を検知する能力と第２ポテンショメータの高精度の検出能力を組み合わせることにより、第１ポテンショメータの測定できるナット部の移動距離範囲内であれば、ストロークの途中から起動する場合も、原点復帰することなく精度よくナット部の位置を検出することができる。
【００１１】
１回転で電圧が下限値から上限値まで変化する電圧発生器では、次の回転に移る時、上限値から下限値に一気に移れないため、３６０°より小さな範囲で電圧を発生するようにし、３６０°近傍は電圧を発生しない領域（これを不感帯と言う）を設ける。このようにすると１回転分の長さを測れなくなるので、電圧発生器を２つ設け、その発生する電圧の位相をずらし、一方が不感帯にかかるときは他方で測定するように２つの電圧発生器の発生電圧範囲の中央部内の電圧を交互に切り換えて測定する。これによりネジ部の１回転におけるナット部の移動距離を確実に測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は実施の形態の構成を示すブロック図である。ボールネジ１はネジ部２とナット部３より構成され、ネジ部２はモータ４によって左右両回りに回転する。ナット部３はモータ４の回転により、ストローク左限Ｌ、ストローク右限Ｒ間を往復する。ネジ部２の端部には多回転ポテンショメータ５ａと１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂとが取り付けられ、ネジ２の回転を検出する。ネジ部２を、例えば１０回転するとナット部３がストローク左限Ｌからストローク右限Ｒへ移動するように設定されている場合、多回転ポテンショメータ５ａは１０回転で電圧の下限値（−１０Ｖ）から上限値（１０ボルト）まで直線に変化する。
【００１３】
１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂはほぼ１回転で電圧が下限値（−１０Ｖ）から上限値（１０Ｖ）まで変化する電圧発生器が２個設けられ、位相が１８０°ずれた２つの電圧を発生する。発生したアナログの電圧をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部６により各ポテンショメータ５ａ，５ｂからの電圧がディジタル値に変換されてＣＰＵ７に入力される。多回転ポテンショメータ５ａの発生電圧はストローク左限Ｌで−１０Ｖ、ストローク右限Ｒで１０Ｖとなるように調整してあり、発生電圧と、ストローク左限Ｌ（又はストローク右限Ｒ）からのネジ部２の回転数を表したテーブルをＣＰＵ７は内蔵している。ＣＰＵ７は各ポテンショメータ５ａ，５ｂからの入力値とこのテーブルを用いてナット部３の位置を算出し、この位置が目標値とずれているときはコントローラ８に修正データを出力し、モータ４の動作を制御する。
【００１４】
図２は１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂの構成を示す図である。円環の一部を切り欠いた形状の抵抗１１に切り欠き端から−１０Ｖと１０Ｖを印加する。中心から抵抗１１上を摺動する第１アーム１２ａと、同様に抵抗１１上を摺動する第２アームを１２ｂが設けられ、これらは互いに１８０°位相がずれている。第１アーム１２ａはＳ１端に接続され、第２アーム１２ｂはＳ２端に接続されており、各アーム１２ａ，１２ｂの回転位置に応じた電圧が発生する。円環の切り欠け部は電圧を発生しない不感帯となる。
【００１５】
図３は１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂの発生電圧を示し、（Ａ）は電圧発生端Ｓ１，Ｓ２の発生電圧と不感帯とを示し、（Ｂ）は両電圧発生端Ｓ１，Ｓ２のうち、距離測定に使用する電圧の波形を示す。縦軸は発生電圧を示し、横軸はストローク左限Ｌからストローク右限Ｒまでの距離を示す。−１０ＶとＳ１との間の電圧をＳ１端電圧、−１０ＶとＳ２間との電圧をＳ２端電圧とすると両電圧は１８０°位相がずれて発生する。Ｓ１端電圧がＳ２端電圧より１８０°進んでいる。測定電圧はＳ１端、Ｓ２端発生電圧の下限と上限に近い電圧を用いず、中央部の電圧を用いる。これにより不感帯を避けることができる。ＣＰＵ７はこのようにして両電圧を交互に選択する。（Ｂ）はこのようにして選択された波形を示す。なお、図２において、Ｓ２端に接続する第２アーム１２ｂはナット部３がストローク左限Ｌにあるとき、下限電圧発生位置に設定し、第１アーム１２ａはこの下限電圧発生位置より１８０°進んだ位置、すなわち上限と下限電圧発生位置の中心位置（つまり電圧０Ｖとなる位置）に設定する。
【００１６】
図４はＳ２端発生電圧とネジ部２の回転数をナット部３のストロークに対して表した図である。（Ａ）はナット部３のストロークに対するＳ２端発生電圧を示し、（Ｂ）はナット部３のストロークに対する多回転ポテンショメータ５ａの発生電圧とネジ部２の回転数を示す。Ｓ２端電圧がＦとなった場合、ストローク下限Ｌからの距離Ｋ０は、電圧Ｆによって１回転以内の距離Ｋ１が得られ、この時の多回転ポテンショメータ５ａの発生電圧発生から、この時までのネジ部２の回転数（この場合２回転）がわかり、この２回転に１回転当たりの長さを乗じて得たＫ２が得られ、Ｋ１とＫ２の和としてＫ０が得られる。しかし、この場合不感帯にかかったとき距離を測定できない。
【００１７】
図５はＳ１端発生電圧とネジ部２の回転数をナット部３のストロークに対して表した図である。（Ａ）はナット部（３）のストロークに対するＳ１端発生電圧を示し、（Ｂ）はナット部３のストロークに対する多回転ポテンショメータ５ａの発生電圧とネジ部２の回転数を示す。図４に示したＳ２端発生電圧より距離を測定する場合は、ナット部３がストローク左限ＬのときＳ２端発生電圧が下限値となるように設定されている。これに対し、図５の場合はＳ１端の発生電圧はＳ２端発生電圧より１８０°進んでいるため、この０．５回転を考慮して、（Ｂ）に示すように回転数を０，０．５，１．５，２．５，……と言うように、多回転ポテンショメータ５ａの出力と対応させる。これによりＳ１端の発生電圧がＦのとき、ストローク下限Ｌからの距離Ｋ０は、電圧Ｆによって１回転以内の距離Ｋ１が得られ、この時の多回転ポテンショメータ５ａの出力から、この時までの回転数（この場合２．５回転）がわかり、この２．５回転に１回転当たりの長さを乗じて得たＫ２が得られ、Ｋ１とＫ２の和としてＫ０が得られる。この場合も不感帯にかかったときの距離は測定できない。
【００１８】
更に回転数が０と示されている範囲においては、Ｓ１端の発生電圧Ｃは０Ｖから１０Ｖを示す。この電圧は１８０°、つまり０．５回転進んだ位置を示すので、この修正を行う。すなわちこの範囲においてはＳ１端発生電圧Ｃから１０Ｖ減じた値の電圧を用いて距離を算出する。
【００１９】
図６はナット部３のストロークに対する多回転ポテンショメータ５ａと１回転２ワイパーポテンショメータ５ａとの出力を表した図である。１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂの波形は図３（Ｂ）に示す波形で、Ｓ１波とＳ２波共中央部の電圧（−５Ｖ〜５Ｖ）を発生する範囲を交互にとった状態を表す。多回転ポテンショメータ５ａの電圧Ｅがわかるとその時Ｓ２波が対応しており、これにより多回転ポテンショメータ５ａの電圧がわかれば、Ｓ１端電圧、Ｓ２端電圧のいずれを測定電圧にするかが一意に決まる。
【００２０】
以上により、図４と図５の（Ｂ）に示す多回転ポテンショメータ５ａの出力と回転数の関係および図６に示す多回転ポテンショメータ５ａの出力とＳ１端、Ｓ２端との関係をテーブルにしておき、ＣＰＵ７のメモリに記憶しておく。図４，図５に示す距離測定方法は不感帯にかかった場合、それぞれ単独では測定できなくなるが、図３で説明したようにＳ１端とＳ２端の発生電圧の内、中央部の電圧を測定電圧として用いることにより不感帯を回避した測定を行うことができる。本実施の形態の場合、Ｓ１端とＳ２端の電圧は１８０°ずれており、発生電圧は−１０Ｖ〜１０Ｖの範囲であるので、測定値として採用する電圧は−５Ｖ〜５Ｖの範囲となる。
【００２１】
次にＣＰＵ７によりナット部３の位置を算出する方法を説明する。図６に示すように、多回転ポテンショメータ５ａからは電圧Ｅが入力され、１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂからはＳ１端電圧とＳ２端電圧が入力されている。ＣＰＵ７は記憶しているテーブルから電圧Ｅに基づいてＳ１端またはＳ２端のいずれの電圧を用いるか決定し、その決定に応じて、図４、図５（Ｂ）に示した回転数を求め、Ｓ１端またはＳ２端の電圧とから図４、図５で説明した方法によりナット部３の位置を演算する。これにより従来の１回転２ワイパーポテンショメータ５ｂ単独の場合のように原点復帰しなくても常にナット部３の位置を測定することができる。
【００２２】
実施の形態では、Ｓ１端電圧とＳ２電圧は１８０°の位相を有する場合について説明したが、不感帯を避けるような位相差とすればよい。また多回転ポテンショメータ５ａは１０回転でナット部３の一方の限界Ｌから他方の限界Ｒに対応するとしたが、これに限定される必要はない。また発生電圧は−１０Ｖ〜１０Ｖの場合について説明したが、この電圧に限定される必要はない。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、多回転ポテンショメータにより基準位置からの回転数を求め、１回転２ワイパーポテンショメータにより１回転以内の正確な位置を求め、回転数と１回転以内の位置とから基準位置からのナット部の位置を測定する。これによりストロークの大きい場合でも高精度の位置決めが可能となる。さらに１回転ポテンショメータを単独に使用した場合必要となる電源投入時等の原点復帰も不要であり、装置の取扱も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】１回転２ワイパーポテンショメータの構成を示す図である。
【図３】１回転２ワイパーポテンショメータの発生電圧を示し、（Ａ）はＳ１端、Ｓ２端の発生電圧と不感帯を示し、（Ｂ）はＳ１端、Ｓ２端の発生電圧のうち、不感帯を避けた電圧を交互に取って合成した電圧を示す。
【図４】Ｓ２端発生電圧と多回転ポテンショメータの発生電圧および回転数との関係を示す図である。
【図５】Ｓ１端発生電圧と多回転ポテンショメータの発生電圧および回転数との関係を示す図である。
【図６】多回転ポテンショメータと１回転２ワイパーポテンショメータの出力を示した図である。
【図７】従来の多回転ポテンショメータを用いたボールネジのナット部の位置測定装置を示す図である。
【図８】多回転ポテンショメータのストロークと出力との関係を示す図である。
【図９】従来の１回転２ワイパーポテンショメータを用いたボールネジのナット部の位置測定装置を示す図である。
【符号の説明】
１  ボールネジ
２  ネジ部
３  ナット部
４  モータ
５ａ  多回転ポテンショメータ
５ｂ  １回転２ワイパーポテンショメータ
６  アナログ／ディジタル変換器
７  ＣＰＵ
８  コントローラ
９  リミットスイッチ
【図１】
0003676482.tif 000002
【図２】
0003676482.tif 000003
【図３】
0003676482.tif 000004
【図４】
0003676482.tif 000005
【図５】
0003676482.tif 000006
【図６】
0003676482.tif 000007
【図７】
0003676482.tif 000008
【図８】
0003676482.tif 000009
【図９】
0003676482.tif 000010