(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサゲインをＡ、出力オフセットをＢ、測距対象物との距離をＸとしたとき、センサの出力ｙがｙ＝ＡＸ＋Ｂとなる同一特性の２つの測距センサを、制御対象物を挟むようにして対向配置し、前記２つの測距センサによる前記制御対象物からの距離がそれぞれ所定値になるように前記制御対象物の位置を制御する位置制御装置において、
前記２つの測距センサの出力を加算する加算手段と、
前記加算結果によって前記測距センサの故障判定を行う故障判定手段と、を具備することを特徴とする測距センサの故障検出装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、
前記加算結果が所定範囲を逸脱したとき、前記測距センサ故障と判定することを特徴とする請求項１に記載の測距センサの故障検出装置。
【請求項３】
センサゲインをＡ、出力オフセットをＢ、測距対象物との距離をＸとしたとき、センサの出力ｙがｙ＝ＡＸ＋Ｂとなる同一特性の２つの測距センサを、制御対象物を挟むようにして対向配置し、前記２つの測距センサによる前記制御対象物からの距離がそれぞれ所定値になるように前記制御対象物の位置を制御する位置制御装置において、
前記２つの測距センサの出力を加算する過程と、
前記加算結果が所定範囲を逸脱したことによって前記測距センサの故障判定を行う過程と、を有することを特徴とする測距センサの故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転機の磁気軸受装置、鋼板の電磁制振装置に使用される測距センサの故障検出装置および故障検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転機の磁気軸受装置や鋼板の電磁制振装置などにおいて、回転軸や鋼板等の制御対象物の位置検出のために制御対象物をはさんで２つの測距センサを対向配置し、これらのセンサ出力の差分信号から制御対象物の位置を測定して制御対象物が所定位置になるように制御している。
【０００３】
図８は、従来の技術による鋼板の位置・振動制御装置の構成を示すブロック図である。この図において厚さｔの鋼板１０に対向して電磁石１および電磁石２が配置され、各電磁石にはこれらの電磁石と同位置に測距センサ１ａおよび測距センサ２ａが配設されている。
センサ１ａおよびセンサ２ａの測距出力ｙ１およびｙ２は、減算器３に入力され、差分出力（ｙ１−ｙ２）が位置・振動制御コントローラ４に与えられる。
位置・振動制御コントローラ４は、減算器３の差分出力（ｙ１−ｙ２）の値がゼロになるように電磁石１および電磁石２の励磁電流を制御して鋼板１０を所定位置に保持する。
測距センサの出力特性は、図９に示すようにセンサゲインをＡ、出力オフセットをＢとすると、距離Ｘとセンサ出力ｙとの関係は、一般に、
ｙ＝ＡＸ＋Ｂ
で表すことができる。
【０００４】
また、特開２０００−１０９２１１においては、鋼板の表裏両面側に配設した変位計（上述の測距センサに相当）により測定した、鋼板表裏両面側の変位の差分と該鋼板表裏両面側の変位計間距離に基づいて前記各々の電磁石の駆動電流を制御しながら鋼板の位置制御を行うことを特徴とする鋼板の形状制御装置が開示されている。
【０００５】
さらに、特許２５７３９９５号においては、軸受等の回転軸が挿入される貫通穴の周縁を形成する壁部を有する搭載部を備え、貫通穴の軸に対称な位置に形成された複数の穴部に、周縁を基準にして変位センサ、発振回路、およびフィルタ回路を一体化して嵌着したことを特徴とする磁気軸受装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら上述の装置では、センサが故障して、得られるセンサゲインが変化しても、センサの出力値の変化がセンサと鋼板間の距離の変動によるものなのか、センサ自体の故障によるものかを識別することができないという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような背景の下になされたもので、２つの測距センサの出力の加算値を監視することによって測距センサの故障を確実に検出することができる測距センサの故障検出装置および故障検出方法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】
請求項１に記載の発明は、制御対象物をはさんで同一特性の２つの測距センサを対向配置し、前記２つの測距センサによる前記制御対象物からの距離がそれぞれ所定値になるように前記制御対象物の位置を制御する位置制御装置において、
前記２つの測距センサの出力を加算する加算手段と、
前記加算結果によって前記測距センサの故障判定を行う故障判定手段と、
を具備することを特徴とする測距センサの故障検出装置を提供する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測距センサの故障検出装置において、
前記故障判定手段は、前記加算結果が所定範囲を逸脱したとき、前記測距センサ故障と判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、制御対象物をはさんで同一特性の２つの測距センサを対向配置し、前記２つの測距センサによる前記制御対象物からの距離がそれぞれ所定値になるように前記制御対象物の位置を制御する位置制御装置において、
前記２つの測距センサの出力を加算する過程と、
前記加算結果が所定範囲を逸脱したことによって前記測距センサの故障判定を行う過程と、
を有することを特徴とする測距センサの故障検出方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図を参照しながら説明する。図１はこの発明の一実施形態による測距センサの故障検出装置の原理的構成を示す図である。
この図において、板厚ｔの鋼板１０をはさんで測距センサ１ａおよび２ａが距離Ｘ０だけ離れて対向して配置されている。センサ１ａと鋼板１０との距離をＸ１、センサ２ａと鋼板１０との距離をＸ２とすると、
Ｘ１＋Ｘ２＝Ｘ０−ｔ
となる。
【００１２】
センサ１ａの出力ｙ１およびセンサ２ａの出力ｙ２は、加算器５で加算され、加算結果が故障判定器６に入力される。
加算器５による加算値は、センサ１ａおよび１ｂが正常であれば、鋼板１０と各々のセンサ間の距離の平均値（Ｘ１＋Ｘ２）／２に相当する各センサの出力値の２倍となる。
すなわち、センサゲインをＡ、出力オフセット値をＢとすると、
｛Ａ（Ｘ０−ｔ）／２＋Ｂ｝×２＝ｙ１＋ｙ２
となる。
なお、図４に示されているように、鋼板１０を磁気軸受等の軸受１１に置き換えても同様である。
【００１３】
たとえば図１において、（Ｘ１＋Ｘ２）＝１ｍｍとなるような場合について説明する。このとき、図２に示すような特性（Ａが２０Ｖ／ｍｍ、Ｂが−１０Ｖ、すなわち、ｙ＝２０Ｘ−１０）のセンサを使用すると、センサ１ａ鋼板１０との距離Ｘ１に対するセンサ出力ｙ１およびｙ２は、図３に示すようになる。
このとき、２つのセンサ１ａおよび１ｂが正常動作を行っていれば、２つのセンサの出力値の和（ｙ１＋ｙ２）は、鋼板１０の位置Ｘ１に無関係に０Ｖとなる。
もし、出力値の和（ｙ１＋ｙ２）が０Ｖにならないときは、どちらか一方のセンサが故障していると判断できる。
【００１４】
実際には、測距センサは飽和特性やヒステリシス特性により完全な線形特性となることは少なく、非線形特性を持っていると考えられ、この非線形特性による検出装置の誤動作を回避するために、出力特性の線形部分に対して（または、出力特性を線形特性に近似して）正常と判定する値に幅を持たせることによって、誤判定をなくす手法が使われる。
正常と判定する判定幅は、測距センサの非線形特性、ノイズレベルなどを考慮して決定される。たとえば、基準値の０．８倍から１．１倍までを正常と判定し、この範囲を逸脱するとセンサ故障を検出する。
【００１５】
図５は、上述の測距センサの故障検出装置を適用した鋼板の位置・振動制御装置の構成を示すブロック図である。
この図が図８に示した従来の技術による鋼板の位置・振動制御装置と異なる箇所は、センサ１ａの出力ｙ１とセンサ２ａの出力ｙ２を加算する加算器５と、この加算出力によってセンサ故障を判定する故障判定器６を付加した点である。
その動作は図１から図３によって上述したとおりである。
【００１６】
また、図６は、図１の加算器５の出力側にローパスフィルタ（ＬＰＦ）７を介挿した構成であり、各センサの出力信号またはその加算値をローパスフィルタを通すことにより、センサノイズの影響を除去して安定した検出動作をさせることが可能となる。
なお、図７に示されているように、鋼板１０を軸受１１に置き換えても同様である。
【００１７】
以上、本発明の一実施形態の動作を図面を参照して詳述してきたが、本発明はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
ただし、鋼板の位置・振動制御装置では一方向の制御のみで十分であるが、磁気軸受装置では上述した軸受とセンサ間の距離検出手段および加算手段の他、詳述はしないが回転軸を所定位置で維持して回転させるために、回転軸方向の直交する二方向について回転軸の両端を個別に制御することが必要になる。
【００１８】
【発明の効果】
これまでに説明したように、この発明によれば、対向配置された２つの測距センサの出力信号の加算値を監視することによってセンサ故障を判定するようにしたので、測距センサの故障を確実に検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態による測距センサを用いた鋼板の故障検出装置の原理的構成を示した図。
【図２】  測距センサの出力特性を示す図。
【図３】  対向配置された２つの測距センサの出力の加算値を示す図。
【図４】  この発明の一実施形態による測距センサを用いた磁気軸受の故障検出装置の原理的構成を示した図。
【図５】  この発明の一実施形態による測距センサの故障検出装置を適用した鋼板の位置・振動制御装置の構成を示すブロック図。
【図６】  図１の加算器５の出力側にローパスフィルタ（ＬＰＦ）７を介挿した構成を示す図。
【図７】  図４の加算器５の出力側にローパスフィルタ（ＬＰＦ）７を改装した構成を示す図。
【図８】  従来の技術による鋼板の位置・振動制御装置の構成を示すブロック図。
【図９】  測距センサの一般的な出力特性を示す図。
【符号の説明】
１、２…電磁石
１ａ、２ａ…測距センサ
３…減算器
４…位置・振動制御コントローラ
５…加算器
６…故障判定器
７…ＬＰＦ
１０…鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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