(57)【要約】【課題】回転体の角速度や角変位を計測する回転計測システムの計測精度の検証を行うための装置を提供する。【解決手段】定常回転手段に取り付けられ、相対的に大きなピッチ角Plargeで配置された複数の大ピッチ被検出要素１１１ａからなる第一の被検出要素群１１１及び相対的に小さなピッチ角Psmallで配置された複数の小ピッチ被検出要素１１２ａからなる第二の被検出要素群１１２が回転方向交互に設けられたパルサーリング１１と、回転に伴う前記被検出要素１１１ａ，１１２ａの通過に対応したパルスを出力するセンサ１２と、前記パルスの周期と前記被検出要素１１１ａ，１１２ａのピッチ角Plarge，Psmallから捩れ角の理論値を演算する計測手段を備えるものである。【選択図】図１
2014006106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定常回転手段に取り付けられ、相対的に大きなピッチ角で配置された複数の大ピッチ被検出要素からなる第一の被検出要素群及び相対的に小さなピッチ角で配置された複数の小ピッチ被検出要素からなる第二の被検出要素群が回転方向交互に設けられたパルサーリングと、回転に伴う前記被検出要素の通過に対応したパルスを出力するセンサと、前記パルスの周期と前記被検出要素のピッチ角から捩れ角の理論値を演算する計測手段を備えることを特徴とする回転計測システムの検証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の角速度や角変位の角度を計測する回転計測システムの精度を機械的に検証するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータリエンコーダにより回転体の角速度や角変位の角度を計測する回転計測システムとしては、図８に示すように、計測対象の回転体に同心に取り付けられ外周に一定のピッチ角で被検出歯１０１ａを形成した回転板１０１と、この回転板１０１の外周側に配置されて、回転に伴う前記被検出歯１０１ａの通過に対応したパルス（電圧信号）を出力する電磁ピックアップ等からなるセンサ１０２と、このセンサ１０２からのパルスが入力され、このパルスの周期と、予め記憶された回転板１０１の被検出歯１０１ａのピッチ角から角速度を演算し、この角速度と電圧信号の周期の積分によって変位角度を演算する演算装置１０３を備えるものが知られている。
【０００３】
すなわちこの種の回転計測システムは、回転板１０１とセンサ１０２によってロータリエンコーダを構成しており、計測対象の回転体が捩り振動が生じていない定常回転状態にある場合は、センサ１０２から出力されるパルスは回転数に対応した一定の周期となるのに対し、前記回転体に捩り振動が生じた場合は、センサ１０２からのパルスの周期が、捩じり振動によって生じる回転体の角速度の繰り返し変化に対応して正負に増減することになる。そしてこのパルスの周期の変化と、計測対象の回転体の回転数に応じた周波数の基準信号との位相差が、その周期ごとに演算装置１０３により演算されることによって、捩り振動を計測することができる（例えば下記の先行技術文献参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３３５１０２号公報
【特許文献２】特開平６−３０７９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような回転計測システムにあっては、メーカーや機種によって計測値の精度に僅かな誤差があるため、正確な計測を行うには、計測精度を検証し、計測値の誤差を補正することが重要である。そして従来、このような検証においては回転速度に比例した正確な周期のパルスを出力するジェネレータを用い、このジェネレータからのパルスをセンサ１０２からの検出パルスの代用信号として入力し、計測精度を検証している。しかし、この方法ではセンサ１０２が取り外されるため回転計測システム全体の検証ができず、信頼性が低いといった問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、回転体の角速度や角変位を計測する回転計測システムの計測精度の検証を行うための装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る回転計測システムの検証装置は、定常回転手段に取り付けられ、相対的に大きなピッチ角で配置された複数の大ピッチ被検出要素からなる第一の被検出要素群及び相対的に小さなピッチ角で配置された複数の小ピッチ被検出要素からなる第二の被検出要素群が回転方向交互に設けられたパルサーリングと、回転に伴う前記被検出要素の通過に対応したパルスを出力するセンサと、前記パルスの周期と前記被検出要素のピッチ角から捩れ角の理論値を演算する計測手段を備えるものである。
【０００８】
上記構成においては、定常回転手段によるパルサーリングの定常回転に伴い、第一の被検出要素群における大ピッチ被検出要素の通過に伴う周期の長いパルスと、第二の被検出要素群における小ピッチ被検出要素の通過に伴う周期の短いパルスがセンサから繰り返し出力されるため、定常回転しているにもかかわらず、捩り振動を生じているのと同様の出力波形のパルスが得られる。この場合、１回転あたりのパルス数は、パルサーリングにおける大ピッチ被検出要素及び小ピッチ被検出要素の総数に依存され、回転速度に関係なく一定であるため、回転数とは無関係に捩れ角の理論値が出力される。このため、１回転あたり周期の長いパルスと周期の短いパルスが何回繰り返されたかによって、特定の回転次数の捩れ角の理論値が求められ、捩れ角度の実測値の精度を検証するための基準データを得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る回転計測システムの検証装置によれば、複数の大ピッチ被検出要素からなる第一の被検出要素群及び複数の小ピッチ被検出要素からなる第二の被検出要素群が回転方向交互に設けられたパルサーリングを定常回転させるだけで、周期の長いパルスと周期の短いパルスがセンサから繰り返し出力されることによって特定の回転次数における捩れ角の理論値が求められるため、回転計測システムによる捩れ角度の実測値の精度を機械的に検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る回転計測システムの検証装置の好適な第一の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図２】第一の実施の形態において、センサとして用いた電磁ピックアップの概略構成を示す説明図である。
【図３】第一の実施の形態におけるパルスの出力波形の例を示す説明図である。
【図４】Ａ社製回転計測システム及びＢ社製回転計測システムによる捩れ角度の実測値と理論値を比較した例を示す説明図である。
【図５】回転３次の捩り振動を対象とする出力波形の例を示す説明図である。
【図６】大ピッチ被検出要素及び小ピッチ被検出要素を徐変ピッチで形成した場合の出力波形の例を示す説明図である。
【図７】本発明に係る回転計測システムの検証装置の好適な第二の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図８】ロータリエンコーダによる回転計測システムの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る回転計測システムの検証装置の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。まず図１は、第一の実施の形態を概略的に示すものである。
【００１２】
図１に示す検証装置１は、捩り振動を殆ど生じることなく円滑に回転（定常回転）可能な不図示の回転軸に内周の軸孔１１ａにおいて取り付けられる歯切り板１１を備える。この歯切り板１１は、外周面に被検出歯が不等ピッチで形成された円盤状の磁性体金属板からなるものであって、すなわち相対的に大きなピッチ角Plarge（図示の例ではPlarge＝7.2deg）で配置された複数（図示の例では12個）の大ピッチ被検出歯１１１ａからなる第一の被検出歯群１１１と、相対的に小さなピッチ角Psmall（図示の例ではPsmall＝3.6deg）で配置された複数（図示の例では26個）の小ピッチ被検出歯１１２ａからなる第二の被検出歯群１１２が、円周方向へ約90°間隔で交互に２組形成されている。
【００１３】
なお、歯切り板１１は請求項１に記載のパルサーリングに相当するものであり、大ピッチ被検出歯１１１ａ、第一の被検出歯群１１１、小ピッチ被検出歯１１２ａ、第二の被検出歯群１１２は、それぞれ請求項１に記載の複数の大ピッチ被検出要素、第一の被検出要素群、小ピッチ被検出要素、第二の被検出要素群に相当するものである。
【００１４】
歯切り板１１の外周側には、この歯切り板１１の回転に伴う大ピッチ被検出歯１１１ａ及び小ピッチ被検出歯１１２ａの通過を電磁的に検出する電磁ピックアップ１２が配置され、この電磁ピックアップ１２の出力端子は計測器本体１３に接続されている。
【００１５】
電磁ピックアップ１２は請求項１に記載のセンサに相当するものであって、例えば図２に示すように、マグネット１２１と、このマグネット１２１から延びて先端が歯切り板１１の外周と対向した磁性体金属製のポールピース１２２と、このポールピース１２２の外周に巻回された検出コイル１２３を備え、磁性体金属板からなる歯切り板１１の回転に伴って正面を大ピッチ被検出歯１１１ａ又は小ピッチ被検出歯１１２ａが通過すると、マグネット１２１及びポールピース１２２を通る磁束が周期的に変化するので、電磁誘導によって検出コイル１２３に交流の誘導起電力を生じ、これを検出パルスとして導線１２４を介して出力するものである。
【００１６】
計測器本体１３は請求項１に記載の計測手段に相当するものであって、電磁ピックアップ１２から出力されるパルスの周期と、歯切り板１１の大ピッチ被検出歯１１１ａ及び小ピッチ被検出歯１１２ａのピッチ角Plarge，Psmallから、捩れ角の理論値Δθを演算するものである。
【００１７】
詳しくは、図１に示す実施の形態によれば、歯切り板１１にはピッチ角の異なる第一の被検出歯群１１１と第二の被検出歯群１１２が円周方向交互に２組形成されているため、電磁ピックアップ１２からは、歯切り板１１の回転によって第一の被検出歯群１１１における大ピッチ角Plargeの大ピッチ被検出歯１１１ａに対応する波長の長いパルスと、第二の被検出歯群１１２における小ピッチ角Psmallの小ピッチ被検出歯１１２ａに対応する波長の短いパルスが、図３に示すように１回転につき２回繰り返して出力されることになる。したがって、波長の長いパルスの出力においては見かけ上の回転数が低くなり、波長の短いパルスの出力においては見かけ上の回転数が高くなり、このような変動が１回転につき２回生じることで、見かけ上、回転２次の回転変動による波形が得られることになる。
【００１８】
すなわち、歯切り板１１の全周の歯数をTmax、歯切り板１１の実回転数をRevとすると、第一の被検出歯群１１１の大ピッチ被検出歯１１１ａに対応する周期の長いパルスによって見かけ上低回転となる回転数Lo(rev) と、第二の被検出歯群１１２の小ピッチ被検出歯１１２ａに対応する周期の短いパルスによって見かけ上高回転となる回転数Hi(rev)と、このような見かけ上の回転変動による平均回転数Ave(rev)は、それぞれ次式で表わされる。
【数１】
2014006106.tif 000003
【００１９】
また、歯切り板１１の実回転数Revは、次式で表わされる。
【数２】
2014006106.tif 000004
【００２０】
そして、見かけ上の回転変動数ΔRev及び見かけ上の捩れ角Δθは、計測器本体１３によってそれぞれ次のように演算される。なお、odは見かけ上の回転次数である。
【数３】
2014006106.tif 000005
【００２１】
すなわち、上記構成によれば、歯切り板１１を任意の回転数Revで定常回転させ、その外周の第一の被検出歯群１１１及び第二の被検出歯群１１２によるパルスを発生させることで、１回転あたり何回のパルス波長の変化を繰り返すか（回転次数）によって、歯切り板１１の実回転数Revとは無関係に幾何学的な一定の捩れ角Δθが演算されるので、これに基づいて実機の回転計測システムの計測精度を検証することができる。
【００２２】
ここで、図１に示す実施の形態において、例えば歯切り板１１が1000rpmで回転している場合、1sec当たりの回転数は、1000rpm/60sec＝16.667rev/secであり、1revに要する経過時間は、1/16.667＝60000μsecである（図３参照）。
【００２３】
また、歯切り板１１における大ピッチ被検出歯１１１ａのピッチ角Plargeは7.2deg、小ピッチ被検出歯１１２ａのピッチ角Psmallは3.6degであるから、大ピッチ被検出歯１１１ａに対応する波長の長いパルスの周期は1200μsec/7.2deg、小ピッチ被検出歯１１２ａに対応する波長の短いパルスの周期は600μsec/3.6degである。また、大ピッチ被検出歯１１１ａの歯数が12×2、小ピッチ被検出歯１１２ａの歯数が26×2であるから、歯切り板１１の全周の歯数は76であり、したがって理論ピッチ角度α（＝360/歯数）は、α＝360/76＝4.7368degとなる。
【００２４】
そして、歯切り板１１（回転軸）の角速度ωは、パルスの１周期に要する時間をΔtとすると、ω＝α/Δtであるから、この例の場合、大ピッチ被検出歯１１１ａに対応する周期の長いパルスによる見かけ上低回転側の角速度は、
4.7368deg/600μsec＝7895 deg/sec＝21.9rev/sec＝1316rpm
また、小ピッチ被検出歯１１２ａに対応する周期の短いパルスによる見かけ上高回転側の角速度は、
4.7368deg/1200μsec＝3947 deg/sec＝11.0rev/sec＝658rpm
となるので、次式の関係（幾何学的回転変動）が成立する。
4.7368deg/3.6 deg×1000rpm＝1316rpm
4.7368deg/7.2deg×1000rpm＝658rpm
これを一般化すれば、
【数４】
2014006106.tif 000006
であり、図示の例では、幾何学的回転変動は、
1000rpm+316rpm/−342 rpm＝987rpm±329rpm
である。
【００２５】
図４及び下記の表１は、Ａ社製回転計測システム及びＢ社製回転計測システムによる捩れ角度（回転数；約680rpm）の実測値と理論値を比較した例を示すものである。この演算結果からも明らかなように、実測値の誤差を高精度で検証することができ、したがってこの検証結果に基づいて実測値の補正を行うことで、計測値を高い精度で校正することが可能となる。
【表１】
2014006106.tif 000007
【００２６】
なお、図１に示す例では、歯切り板１１にはピッチ角の異なる第一の被検出歯群１１１と第二の被検出歯群１１２が円周方向交互に２組形成されていることによって、図３に示すように、見かけ上、回転２次の回転変動による波形のパルスが得られるが、例えば第一の被検出歯群１１１と第二の被検出歯群１１２を円周方向交互に３組以上形成した場合は、図５に示すように回転３次以上の回転変動による波形のパルスを得ることができ、第一の被検出歯群１１１から第二の被検出歯群１１２へ、及び第二の被検出歯群１１２から第一の被検出歯群１１１へ、ピッチ角を徐々に変化させることによって（徐変ピッチ）、図６に示すように波長が徐々に変化する波形のパルスを得るようにしても良い。
【００２７】
また、第一の実施の形態では、歯切り板１１と電磁ピックアップ１２を用いたが、例えば図７に示すように、パルサーリングとして外周面にゼブラテープ１４を貼着した円盤１５を用い、センサとして前記ゼブラテープ１４（円盤１５の外周面）と対向配置したフォトセンサ又はレーザセンサ１６を用いても良い。ゼブラテープ１４は白黒など反射率の異なる色彩による縞状の被検出パターンが付されたもので、フォトセンサ又はレーザセンサ１６は、ゼブラテープ１４からの反射強度の変化に応じた起電力を生じ、これを検出パルスとして出力するものである。
【００２８】
そしてこの場合、ゼブラテープ１４の縞状パターンが不等ピッチで形成され、すなわち相対的に大きなピッチ角Plargeで配置された複数の大ピッチ被検出子１４１ａからなる第一の縞状パターン１４１と、相対的に小さなピッチ角Psmallで配置された複数の小ピッチ被検出子１４２ａからなる第二の縞状パターン１４２が、交互に任意の組数形成されたものとすることで、円盤１５の定常回転において、フォトセンサ又はレーザセンサ１６から、第一の縞状パターン１４１の大ピッチ被検出子１４１ａに対応する波長の長いパルスと、第二の縞状パターン１４２の小ピッチ被検出子１４２ａに対応する波長の短いパルスが、１回転ごとに任意の回数繰り返して出力されるので、第一の実施の形態と同様の効果を実現することができる。
【００２９】
そのほかにも、スリットパターンを開設したパルサーリングと、前記スリットパターンを介して対向配置されたＬＥＤとフォトセンサからなるフォトカプラを用いたもの等についても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  検証装置
１１  歯切り板（パルサーリング）
１１１  第一の被検出歯群（第一の被検出要素群）
１１１ａ  大ピッチ被検出歯（大ピッチ被検出要素）
１１２  第二の被検出歯群（第二の被検出要素群）
１１２ａ  小ピッチ被検出歯（小ピッチ被検出要素）
１２  電磁ピックアップ（センサ）
１３  計測器本体（計測手段）
１４  ゼブラテープ
１４１  第一の縞状パターン（第一の被検出要素群）
１４１ａ  大ピッチ被検出子（大ピッチ被検出要素）
１４２  第二の縞状パターン（第二の被検出要素群）
１４２ａ  小ピッチ被検出子（小ピッチ被検出要素）
１５  円盤（パルサーリング）
１６  フォトセンサ又はレーザセンサ
【図１】
2014006106.tif 000008
【図２】
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【図３】
2014006106.tif 000010
【図４】
2014006106.tif 000011
【図５】
2014006106.tif 000012
【図６】
2014006106.tif 000013
【図７】
2014006106.tif 000014
【図８】
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