(57)【要約】【課題】歯数を確実に計測することのできる歯付ベルトの歯数計数方法及びその装置を提供する。【解決手段】長手方向に所定間隔で配置された複数の歯部を有する歯付ベルトの歯数を計計測するには、先ず、歯付ベルトを長手方向に移動させながら、歯付ベルトの歯部側に配置された光学式センサにより、歯部側表面までの距離を測定する（距離測定工程）。次に、距離測定工程により測定された前記距離に対して微分処理を行なう（微分処理工程）。そして、微分処理工程により算出された微分値が所定の閾値Ｒを超えた数を歯数として計測する（計数工程）。これにより、歯付ベルトの歯数を計測する。【選択図】図４
2009301176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に所定間隔で配置された複数の歯部を有する歯付ベルトの歯数計数方法であって、  
前記歯付ベルトを前記長手方向に移動させながら、前記歯付ベルトの前記歯部側の所定位置に配置された光学式センサにより、前記所定位置から前記歯部側表面までの距離を測定する距離測定工程と、
前記距離測定工程により測定された前記距離に対して微分処理を行なう微分処理工程と、
前記微分処理工程により算出された微分値が所定の閾値を超えた数を歯数として計測する計数工程と、
を備えることを特徴とする歯付ベルトの歯数計数方法。
【請求項２】
長手方向に所定間隔で配置された複数の歯部を有する歯付ベルトの歯数計数装置であって、  
前記歯付ベルトを前記長手方向に移動させる移動手段と、
前記歯付ベルトの前記歯部側の所定位置に配置され、前記所定位置から前記長手方向に移動している前記歯付ベルトの前記歯部側表面までの距離を測定する光学式センサと、
前記光学式センサより測定された前記距離に対して微分処理を行なう微分処理部と、
前記微分処理部により算出された微分値が所定の閾値を超えた数を歯数として計測する計数部と、
を備えることを特徴とする歯付ベルトの歯数計数装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手方向に所定間隔で配置された複数の歯部を有する歯付ベルトの歯数を計測する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、歯付ベルトを長手方向に移動させながら、歯付ベルトの歯数を計測する歯数計数方法が種々提案されている。例えば、特許文献１に開示されている歯数計数方法では、歯付ベルトを１対の歯付プーリによって走行移動させながら、歯付ベルトの歯部側上方に配置された光学式センサにより、歯部側表面に光を照射し、その反射光に基づいて歯部側表面までの距離を測定して、歯部側表面の凹凸形状の高さの変化を検出する。そして、検出された凹凸形状の高さに対して、予め設定された判別高さを用いて歯部の有無を判別している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６６４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歯数を計測する際に、歯付ベルトを長手方向に移動させる手段としては、歯付ベルトを１対の回転ローラで挟んで移動させたり、歯付ベルトをプーリに巻き掛けて走行移動させる手段が採用されている。しかしながら、回転ローラを用いた場合、走行速度の変化などによって、歯付ベルトが局部的に厚み方向に変位（うねり）する場合がある。また、プーリを用いた場合には、走行移動に伴って歯付ベルトが厚さ方向に振動する場合がある。
【０００５】
特許文献１の方法の場合、歯付ベルトに上述したような振れが生じると、光学式センサから歯部側表面までの距離が変動し、光学式センサによって検出された歯底面が、振動がない場合の歯先面と同程度の位置まで変位する場合がある。この場合、歯底部を歯部と誤判定してしまうため、歯数を確実に計測することが困難であった。また、このような誤判定は、特に、歯高さの小さい歯付ベルトで生じやすい。
【０００６】
そこで、本発明は、歯数を確実に計測することのできる歯付ベルトの歯数計数方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
請求項１の歯数計数方法は、長手方向に所定間隔で配置された複数の歯部を有する歯付ベルトの歯数計数方法であって、前記歯付ベルトを前記長手方向に移動させながら、前記歯付ベルトの前記歯部側の所定位置に配置された光学式センサにより、前記所定位置から前記歯部側表面までの距離を測定する距離測定工程と、前記距離測定工程により測定された前記距離に対して微分処理を行なう微分処理工程と、前記微分処理工程により算出された微分値が所定の閾値を超えた数を歯数として計測する計数工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、歯先面及び歯底面はそれぞれ凸状及び凹状の頂点部分であるため、歯先面及び歯底面における、前記所定位置から歯部側表面までの距離の変化量、即ち微分値は０となる。また、歯側面は、前記所定位置から歯部側表面までの距離の変化が最も大きい領域であるため、歯側面における前記距離の変化量、即ち微分値は、プラス側又はマイナス側のピーク値となる。従って、所定の閾値を、ピーク値と０との間の値に設定し、微分値が所定の閾値を超えた数を歯数としてカウントすることにより、歯数を計測することができる。
また、たとえ歯付ベルトにうねりや振れが生じて、歯付ベルトの歯部側表面の位置が厚み方向に変位した場合であっても、歯底面又は歯先面に対応する部分の微分値は、閾値を超えるほど大きくなりにくく、うねり等が生じていない場合と同様に、微分値は１歯ごとに閾値を１回超えることとなる。従って、歯数を確実に計数することができる。
【０００９】
請求項２の歯数計数装置は、長手方向に所定間隔で配置された複数の歯部を有する歯付ベルトの歯数計数装置であって、前記歯付ベルトを前記長手方向に移動させる移動手段と、前記歯付ベルトの前記歯部側の所定位置に配置され、前記所定位置から前記長手方向に移動している前記歯付ベルトの前記歯部側表面までの距離を測定する光学式センサと、前記光学式センサより測定された前記距離に対して微分処理を行なう微分処理部と、前記微分処理部により算出された微分値が所定の閾値を超えた数を歯数として計測する計数部と、を備えることを特徴とする
【００１０】
この構成によると、歯先面及び歯底面はそれぞれ凸状及び凹状の頂点部分であるため、歯先面及び歯底面における、前記所定位置から歯部側表面までの距離の変化量、即ち微分値は０となる。また、歯側面は、前記所定位置から歯部側表面までの距離の変化が最も大きい領域であるため、歯側面における前記距離の変化量、即ち微分値は、プラス側又はマイナス側のピーク値となる。従って、所定の閾値を、ピーク値と０との間の値に設定し、微分値が所定の閾値を超えた数を歯数としてカウントすることにより、歯数を計測することができる。
また、たとえ歯付ベルトにうねりや振れが生じて、歯付ベルトの歯部側表面の位置が厚み方向に変位した場合であっても、歯底面又は歯先面に対応する部分の微分値は、閾値を超えるほど大きくなりにくく、うねり等が生じていない場合と同様に、微分値は１歯ごとに閾値を１回超えることとなる。従って、歯数を確実に計数することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の歯数計数装置１は、第一ローラ２と、第二ローラ３と、ベルトガイド４と、光学式センサ５と、制御部６とを備えている。本実施形態では、オープンエンド歯付ベルト４０（以下、単に歯付ベルト４０という）の歯数を計測する場合について説明する。
【００１２】
図２に示すように、歯付ベルト４０は、長手方向に所定間隔で配置された複数の歯部４１を有する。歯付ベルト４０の歯部４１側の面を歯面４０ａとし、歯部４１と反対側の面を背面４０ｂとする。また、歯付ベルト４０の歯高さをＨ、ベルト厚さをＤとする。
【００１３】
歯面４０ａは、歯先面４２と、歯側面４３と、歯先面４２と歯側面４３との間の歯先側コーナー面４５と、歯底面４４と、歯側面４３と歯底面４４との間の歯底側コーナー面４６とから構成される。歯先面４２及歯底面４４は、それぞれ背面４０ｂと平行に平坦状に形成されている。歯側面４３は、平坦に形成されている。歯先側コーナー面４５及び歯底側コーナー面４６は、それぞれ曲面状に形成されている。なお、歯数計数装置１の計測対象となる歯付ベルト４０は、上記の形状のものに限定されない。例えば、歯先面４２又は歯側面４３が、曲面状に形成されている歯付ベルトであってもよい。
【００１４】
図１に示すように、第一ローラ２及び第二ローラ３は、歯付ベルト４０を長手方向に移動させる移動手段であって、それぞれ歯付ベルト４０の走行方向（長手方向）の上流側と下流側に配置されている。第一ローラ２及び第二ローラ３は、図示しないモータによって回転駆動される駆動ローラ２ａ、３ａと、回転自在に設けられた従動ローラ２ｂ、３ｂとからそれぞれ構成されている。なお、モータは、制御部６の速度制御部２０に接続され、回転数が制御されている（図示省略）。第一ローラ２及び第二ローラ３は、駆動ローラ２ａ、３ａと従動ローラ２ｂ、３ｂとの間で歯付ベルト４０を挟持しつつ、制御部６によって駆動ローラ２ａ、３ａの回転速度が制御されることにより、歯付ベルト４０を一定の速度で走行移動させる。
【００１５】
図１に示すように、ベルトガイド４は、第一ローラ２と第二ローラ３との間に配置されており、歯付ベルト４０が挿通される。図３（ａ）に示すように、ベルトガイド４は、両側面部１０、１１と上面部１２と底面部１３とから構成されている。上面部１２は、歯付ベルト４０の長手方向に延在する２つの板部材１２ａ、１２ｂで構成され、これら２つの板部材１２ａ、１２ｂは、ベルト幅方向に関して互いに隙間を空けて配置されている。これにより、歯付ベルト４０の歯面４０ａの幅方向中央部が外部に露出している。ベルトガイド４の内面のベルト厚み方向の長さ、即ち、上面部１２と底面部１３との間隔は、歯付ベルト４０の厚みＤとほぼ同じである。
【００１６】
また、ベルトガイド４は、ベルト幅方向の長さが調整可能となっている。具体的には、図３（ｂ）に示すように、底面部１３は、両側面部１０、１１にそれぞれ連結され、ベルト幅方向に延在する２つのラック部材１３ａ、１３ｂを有している。ラック部材１３ａ、１３ｂの対向する端面には、それぞれ複数の歯が形成されており、２つのラック部材１３ａ、１３ｂの間には、ピニオン１３ｃが配置されている。ピニオン１３ｃの回転角度は、ネジ１４によって調整される。ピニオン１３ｃを図３（ｂ）中の時計回り又はその反対方向に回転させることにより、側面部１１、１２が互いに近接又は離隔する方向に移動する。ベルトガイド４の内面の幅、即ち、側面部１１、１２の間隔は、歯付ベルト４０の幅とほぼ同じになるように設定されている。
【００１７】
ベルトガイド４は、例えば金属材料で構成されており、歯付ベルト４０が接触する内面には、摩擦係数を低減させる表面加工が施されているか、摩擦係数の小さい部材が貼り付けられている。
【００１８】
光学式センサ５は、公知のレーザー式変位センサが用いられている。図１に示すように、光学式センサ５は、ベルトガイド４の上面部１２側、即ち、歯付ベルト４０の歯面４０ａ側の所定位置に設置されている。光学式センサ５は、ベルトガイド４の２つの板部材１２ａ、１２ｂの間から外部に露出している歯面４０ａに光を照射し、その反射光に基づいて上記所定位置から歯面４０ａまでの距離を測定する。また、光学式センサ５は、制御部６に接続されており、測定された距離に応じた信号を制御部６に送信する。
【００１９】
制御部６は、速度制御部２０と、微分処理部２１と、判定部２２、カウンター２３とを備えており、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されている。制御部６には、図示しない入力部によって、歯付ベルト４０の歯高さＨ、歯ピッチ等の情報が入力される。制御部６は、入力された歯付ベルト４０の歯高さＨ等の情報に応じて、歯付ベルト４０の走行速度、及び、微分値の閾値Ｒを設定する。
【００２０】
速度制御部２０は、歯付ベルト４０の走行速度が設定速度となるように、プーリの回転速度をフィードバック制御する。微分処理部２１は、光学式センサ５から送信された距離信号を基に、微分処理を行う。判定部２２は、微分処理部２１によって算出された微分値が所定の閾値Ｒを超えるか否かを判定し、所定の閾値Ｒを超えた場合には、計数信号をカウンター２３へ送信する。カウンター２３は、判定部２２から送られた計数信号を累積して歯数を計数する。なお、本発明の計数部は、判定部２２とカウンター２３とによって構成されている。
【００２１】
次に、微分処理部２１による微分処理、及び、判定部２２による判定について詳細に説明する。
【００２２】
光学式センサ５から距離信号を受信した微分処理部２１は、歯面４０ａの凹凸形状の高さ（以下、歯面４０ａの凹凸高さという）を検出する。これにより、図４（ａ）に示すようなグラフを得ることができる。図４（ａ）の縦軸（ｙ軸）は、歯面４０ａの凹凸高さを示し、横軸（ｘ軸）は、歯付ベルト４０の走行時間と光学式センサ５の測定時刻から求められた歯付ベルト４０の長手方向の距離を示している。
【００２３】
なお、図４（ａ）中、Δｘ１は歯底面４４に対応しており、Δｘ２、Δｘ８はそれぞれ歯底側コーナー面４６に対応し、Δｘ３、Δｘ７は歯側面４３に対応し、Δｘ４、Δｘ６はそれぞれ歯先側コーナー面４５に対応し、Δｘ５は歯先面４２に対応している。
【００２４】
次に、微分処理部２１は、歯面４０ａの凹凸高さを時間で１次微分する。これにより、図４（ｂ）に示すようなグラフを得ることができる。図４（ｂ）の縦軸（ｙ´軸）は、歯面４０ａの凹凸高さの微分値を示し、横軸（ｘ軸）は、歯付ベルト４０の長手方向距離を示している。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、歯底面４４に対応するΔｘ１では、歯面４０ａの高さが一定であるため、図４（ｂ）に示すように、Δｘ１の微分値（傾き）は０となる。
また、歯底面４４から歯側面４３へ向かう歯底側コーナー面４６に対応するΔｘ２では、歯面４０ａの高さが右上がりに上昇し、且つ、歯面４０ａの傾きが徐々に大きくなるため、Δｘ２の微分値はプラス側で上昇する。
歯側面４３に対応するΔｘ３は、歯面４０ａの傾きが最も大きい領域であるため、Δｘ３の微分値はプラス側のピーク値を示す。さらに、歯側面４３は平坦状であり、傾きが一定であるため、Δｘ３の微分値は一定となる。
歯側面４３から歯先面４２へ向かう歯先側コーナー面４５に対応するΔｘ４では、歯面４０ａの高さが右上がりに上昇し、且つ、歯面４０ａの傾きが徐々に小さくなるため、Δｘ４の微分値はプラス側で低下する。
歯先面４２に対応するΔｘ５では、歯面４０ａの高さが一定であるため、Δｘ５の微分値は０となる。
歯先面４２から歯側面４３へ向う歯先側コーナー面４５に対応するΔｘ６では、歯面４０ａの高さが右下がりに低下し、且つ、歯面４０ａの傾きが徐々に小さくなるため、Δｘ６の微分値はマイナス側で低下する。
歯側面４３に対応するΔｘ７は、歯面４０ａの傾きが最も小さい領域であるため、Δｘ７の微分値はマイナス側のピーク値を示す。さらに、歯側面４３は平坦状であり、傾きが一定であるため、Δｘ７の微分値は一定となる。
歯側面４３から歯底面４４に向う歯底側コーナー面４６に対応するΔｘ８では、歯面４０ａの高さが右下がりに低下し、且つ、歯面４０ａの傾きが徐々に大きくなるため、Δｘ４の微分値はマイナス側で上昇する。
以上のように、歯面４０ａの凹凸高さの微分値は、歯先面４２と歯底面４４に対応する部分おいて０になり、歯側面４３に対応する部分において、プラス側とマイナス側のピーク値となる。つまり、微分値は１歯ごとにプラス側とマイナス側でピークが生じている。
【００２６】
判定部２２は、微分処理部２１によって算出された微分値と、予め設定された所定の閾値Ｒとを比較する。図４（ｂ）に示すように、閾値Ｒは、微分値のプラス側のピーク値と０との間の値の適切な値に予め設定される。従って、微分値は、１歯ごとにこの閾値Ｒを１回超えることとなる。判定部２２は、微分値が閾値Ｒを超えたときに、１歯をカウントするための計数信号をカウンター２３へ送信する。そして、カウンター２３は送信された計数信号を歯数として累積していく。
【００２７】
ここで、仮に、ベルトガイド４を設けずに歯付ベルト４０を走行移動させると、歯付ベルト４０にうねりが生じて、歯付ベルト４０の歯面４０ａの高さが変動する場合がある。この場合の歯面４０ａの凹凸形状の高さは、図５（ａ）に示すようなものとなり、うねりが生じている箇所の歯底面４４の高さが、うねりが生じていない箇所の歯先面４２の高さとほぼ同じになる場合がある。従来の歯数計数方法のように、歯面４０ａの凹凸高さについて予め閾値Ｓを設定して、歯部４１の有無を判定しようとすると、うねりが生じている箇所の歯底面４４の高さは閾値Ｓを超えるため、この歯底面４４を歯部４１として判定してしまい、歯数を確実に計測することができない。
一方、歯付ベルト４０にうねりが生じている場合の歯面４０ａの凹凸高さの微分値のグラフは、図５（ｂ）に示すようなものになる。うねりが生じた箇所の歯底面４４及び歯先面４２に対応する部分の微分値（傾き）は、閾値を超えるほど大きくならず、うねりが生じていない場合と同様に、微分値は１歯ごとに閾値を１回超えている。従って、たとえ歯付ベルト４０にうねりが生じた場合であっても、歯数を確実に計数することができる。
【００２８】
次に、歯数計数装置１を用いた歯数計数方法について説明する。
【００２９】
まず、歯付ベルト４０の歯数の計測を開始する歯部４１を、光学式センサ５の投光位置に設置する。歯数の計測は、歯付ベルト４０の先端（前端）の歯部４１から開始してもよいが、予め歯付ベルト４０の所定の歯部４１にマークを付しておき、マークが付された歯部４１から計測を開始してもよい。次に、第一ローラ２及び第二ローラ３を回転させて、歯付ベルト４０を長手方向に移動させながら、光学式センサ５により所定位置から歯面４０ａまでの距離を測定する（距離測定工程）。測定された距離に応じた信号は、制御部６に送信される。
【００３０】
次に、微分処理部２１によって、光学式センサ５から送信された距離信号を基に、歯面４０ａの凹凸高さを検出し、この歯面４０ａの凹凸高さを微分する（微分処理工程）。次に、判定部２２によって、算出された上記微分値が予め設定された閾値Ｒを超えるか否かを判定する。微分値が閾値Ｒを超えた場合には、計数信号がカウンター２３へ送信され、カウンター２３は、計数信号の数を歯数として累積する（計数工程）。これにより、歯付ベルト４０の歯数を計測する。
【００３１】
以上のような歯数計数方法によると、歯面４０ａの凹凸高さの微分値を用いて歯部４１の有無を判定するため、たとえ歯高さＨが小さい歯付ベルト４０であっても、歯数を確実に計測することができる。
【００３２】
また、歯付ベルト４０は、幅方向に関して、ベルトガイド４の側面部１０、１１によって挟まれているため、歯付ベルト４０の蛇行を抑制することができる。また、歯付ベルト４０は、厚み方向に関して、ベルトガイド４の上面部１２と底面部１３とによって挟まれているため、歯付ベルト４０のうねりや、歯付ベルト４０の先端（前端又は後端）の反りを抑制することができる。従って、歯付ベルト４０のうねり等に起因する歯数の有無の誤判定を防止することができ、より確実に歯数を計測することが可能となる。
【００３３】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
【００３４】
１］前記実施形態では、第一ローラ２及び第二ローラ３によって、歯付ベルト４０を長手方向に移動させているが、歯付ベルト４０を長手方向に移動させる移動手段はこれに限定されるものではない。例えば、計測対象が無端歯付ベルトの場合には、１対の歯付プーリ、または、外周面が平坦な１対のプーリに歯付ベルトを巻き掛けて、歯付ベルトを走行移動させる構成であってもよい。
【００３５】
２］前記実施形態では、光学式センサ５は、所定位置から歯面４０ａまでの距離を測定しているが、歯面４０ａの凹凸高さの変化を検出できれば、光学式センサ５は、必ずしも前記距離を測定しなくてもよい。例えば、光学式センサ５が位置検出素子（ＰＳＤ）を用いたものである場合、反射光を受光したときの位置検出素子上の光スポットの位置に基づいて、歯面の凹凸高さの変化を検出する構成であってもよい。また、光学式センサ５が歯面４０ａに光を照射してからその反射光を受光するまでの時間に基づいて、歯面４０ａの凹凸高さを検出する構成であってもよい。本発明の光学式センサによる「前記所定位置から前記歯部側表面までの距離を測定する」とは、上述したように、照射から反射光を受光するまでの時間を検出したり、位置検出素子上の光スポットの位置を検出することを含むものとする。
【００３６】
３］前記実施形態では、歯面４０ａの凹凸高さは、微分処理部２１によって検出されているが、光学式センサ５によって検出される構成であってもよい。
【００３７】
４］前記実施形態では、微分処理部２１は、歯面４０ａの凹凸高さを微分しているが、光学式センサ５によって測定された歯面４０ａまでの距離を微分する構成であってもよい。
【００３８】
５］前記実施形態では、閾値Ｒはプラス側の値に設定され、微分値がこの閾値Ｒを上回ったとき歯数をカウントする構成であるが、閾値を、微分値のマイナス側のピーク値と０との間の適切な値に設定し、微分値がこの閾値を下回ったときに歯数をカウントするように構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の歯数計数装置の概略図である。
【図２】歯付ベルトの断面図である。
【図３】（ａ）はベルトガイドの側面図であって、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は歯面の凹凸高さを示すグラフであって、（ｂ）は歯面の凹凸高さの微分値を示すグラフである。
【図５】歯付ベルトにうねりが生じたときの図４に相当する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  歯数計数装置
２  第一ローラ
３  第二ローラ
４  ベルトガイド
５  光学式センサ
６  制御部
２１  微分処理部
２２  判定部
２３  カウンター
４０  歯付ベルト
４１  歯部
４２  歯先面
４３  歯側面
４４  歯底面
４５  歯先側コーナー面
４６  歯底側コーナー面
【図１】
2009301176.tif 000003
【図２】
2009301176.tif 000004
【図３】
2009301176.tif 000005
【図４】
2009301176.tif 000006
【図５】
2009301176.tif 000007