(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転体の回転ヘッドから１個の静止ヘッドへ、ディジタル化したデータを光学式に伝送するデータ伝送システムであって、
送信するデータを変調するために用いるバースト波の周波数を前記回転ヘッドごとに違えておき、
複数の前記回転ヘッドはそれぞれ、
回転部分に関する物理量を検出する検出部と、
前記検出部により検出された物理量をデジタル化する変換部と、
前記変換部の変換結果が１のとき１０に及び０のとき００にコード変換し、変換された信号を設定された周波数のバースト波で変調する処理部と、
回転軸又はその近傍に配置され、前記処理部からの信号に従い光信号を出力する発光素子と、
前記処理部の処理プログラム、又は、計測するデータの順番の変更及び／又は計測する箇所の変更を含む測定条件を変更するための信号入力端子と
を備え、
前記静止ヘッドは、
前記回転ヘッドの中心軸の位置又は中心軸から所定の角度以内のずれた位置で、且つ、前記回転ヘッドから受光可能範囲内で離れた位置に配置され、
複数の前記回転ヘッドの各発光素子からの光信号を受光する受光素子と、
前記受光素子からの信号を出力するためのインタフェースと
を備え、
前記回転ヘッドの前記処理部は、前記信号入力端子からの設定に従い、処理又は測定条件を変更するようにし、
前記静止ヘッドは、前記回転ヘッドをバースト波の周波数で識別するデータ伝送システム。
【請求項２】
複数の回転体の回転ヘッドから１個の静止ヘッドへ、ディジタル化したデータを光学式に伝送するデータ伝送システムであって、
複数の前記回転ヘッドそれぞれに固有のチャンネル番号を付与しておき、
前記複数の回転ヘッドはそれぞれ、
回転部分に関する物理量を検出する検出部と、
前記検出部により検出された物理量をデジタル化する変換部と、
前記変換部の変換結果が１のとき１０に及び０のとき００にコード変換する処理部と、
回転軸又はその近傍に配置され、前記処理部からの信号及びチャンネル番号に従い光信号を出力する発光素子と、
前記処理部の処理プログラム、又は、計測するデータの順番の変更及び／又は計測する箇所の変更を含む測定条件を変更するための信号入力端子と
を備え、
前記静止ヘッドは、
前記回転ヘッドの中心軸の位置又は中心軸から所定の角度以内のずれた位置で、且つ、前記回転ヘッドから受光可能範囲内で離れた位置に配置され、
複数の前記回転ヘッドの各発光素子からの光信号を受光する受光素子と、
前記受光素子からの信号を出力するためのインタフェースと
を備え、
前記回転ヘッドの前記処理部は、前記信号入力端子からの設定に従い、処理又は測定条件を変更するようにし、
前記静止ヘッドは、チャンネル番号に従い、各データがどの回転ヘッドから伝送されたものであるかを判別するデータ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ伝送システムに係る。本発明は、特に、回転体の物理量（たとえば、温度、圧力、歪みなど）を回転体に設置した回転ヘッド内でディジタル量とし、このディジタル値を回転体の外部（以下、静止体側と呼ぶ）に光を用いて伝送する非接触光学式データ伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業技術の飛躍的進歩に伴い、転がり軸受主軸を用いた工作機械が近年かなりの高回転域で使用されるようになってきた。ここで、主軸部の熱膨張などによる加工精度の劣化が生じる場合があり、精度が上がるほど熱に対する対処の方法が難しくなってきている。この点を解決するため本発明者らは主軸部の温度を測定し、熱膨張を補正する温度計測システムを提案してきた（横山、鈴木、星名：回転軸における温度情報の光テレメータリングに関する研究（第１報）  −高速多チャンネル光テレメータシステムの開発−  精密工学会誌，第62巻，第7号，PP.1009-1014(1996)、小林、鈴木、横山：温度リモートセンシングシステムに関する研究  平成11年度電子情報通信学会信越支部大会講演論文集、p.187−p.188、等参照）。
【０００３】
また、ディジタル化したデータを光を用いて伝送する方法については、池崎らの提案と、本発明者の既出願の発明がある（池崎他、「光転送を使用した回転工具の切削抵抗測定」、精密機械、第48巻、第12号、91−96（1982）、池崎他、「光転送を使用した回転工具の切削抵抗測定（第２報）」、精密工学会誌、第53巻、第5号、73−79（1987）参照）、（公開特許公報「特開平９―１５５６９２」（1997）、公開特許公報「特開平９―１６７２９５」（1997）参照）。まず、池崎らの提案では、１対の光学素子（ＬＥＤ、フォトトランジスタ）を用い、数多くのディスクリートな部品（IC、トランジスタなど）を使用している。一方、本発明者が以前に出願した発明では、回転ヘッド上の１組の発光素子と受光素子、および静止ヘッド上の別の１組の発光素子と受光素子（合計４個の素子）を用いてディジタル化したデータの送受信を行う。回転ヘッドは、静止ヘッドからのチャンネル指定を受け、指定されたチャネル番号に相当するデータを静止ヘッドに送信する。
【０００４】
この他、アナログ的な方法としては、光の強度をデータの伝送に用いる北條らの提案（北條他、「光を用いた非接触スリップリングによる回転体の振動計測法」、精密工学会誌、第62巻、第6号、835−839（1996）参照）がある。さらに、同様の技術に関する特許出願としては、立山電子の光テレメータ（特公平４―８８４０（1992）参照）がある。これは、回転ヘッドに電力を非接触で供給できるため、バッテリの保守等の問題が解決されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来より本発明者らが提案した温度計測システム等では、回転側に取り付ける回転ヘッドが回転軸上にあり、かつ回転ヘッドと静止ヘッドが接近していなければならず、工作機械によっては、回転ヘッド、静止ヘッドの設置が困難な場合があった。
【０００６】
池崎らの提案では、回転ヘッドが大型で、消費電力が大きいものとなった。また、本発明者らが以前に出願した発明では、このための回転ヘッド側のハードウェアをすべてディスクリート部品で構成していたので、ハードウェアが複雑で消費電流が大きくなり回転ヘッドが比較的大型であった。また、ひとつのディジタルデータを得るためには、静止ヘッドから回転ヘッドへのチャンネル指令データの伝送および回転ヘッドから静止ヘッドへのデータ伝送という２回のデータ伝送を必要とした。
【０００７】
また、北條らの提案では、設置条件が緩和されているものの、受光素子が複数必要となる。また、数多くのディスクリート部品を必要とするため、池崎らの提案と同様の解決すべき課題がある。さらに、立山電子の光テレメータでは、ディスクリート部品を用いていることと、数多くの発光素子および受光素子を回転軸の周りに対向設置しているため、装置が大型であり、また、回転による遠心力が大きくなるので、超高速回転体への適用が困難となる。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、近年飛躍的に発展を遂げたワンチップマイクロコントローラーを用い、ディスクリート部品を極力減らした回転ヘッドを用いることにより、回転ヘッド内の基板数の削減、基板の小型化、電子回路の低消費電流化を図ることを目的とする。また、本発明は、部品数の削減と小型化に伴う遠心力の減少により、高回転域における不具合を生じにくくし、信頼性を著しく向上することを目的とする。また、本発明は、低消費電流化により、バッテリーの小型化を可能とし、回転ヘッドのさらなる小型化を図ることを目的とする。本発明は、回転ヘッド、静止ヘッドが回転軸上にない場合や、接近していない場合でも光学的に非接触で回転体内部の複数箇所の温度をモニタできるデータ伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、たとえば工作機械の構成要素である回転主軸やボールねじの温度をモニタすることができる非接触光学式データ伝送システムを提供することを目的とする。本発明は、光による非接触方式を用いることにより、工作機械の回転が如何に高速であろうともデータの伝送には影響を及ぼさないようにすることを目的とする。さらに、本発明は、モニタした温度データをもとに、主軸やボールねじの熱膨張を推定できるため、この熱膨張をフィードバック制御等によって補正することにより、加工精度を著しく向上することを目的とする。
【００１０】
他の例として、たとえば、振動する物体の物理量をモニタする等の場合、センサ測定部と受信部をケーブルで接続するシステムでは、ケーブルが疲労破壊するが、本発明は、このような点を解消することを目的とする。また、別の例として、たとえば液中にある物体の物理量を透明な隔壁の外部にある受信部へ伝送する等の場合、本発明は、受信部とこれに繋がるケーブルの材質の選定や耐液用のシールなどの特別な対策を不要とし、コストを低減することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、回転体側に取り付ける送信ヘッドは、ワンチップマイクロコントローラ（マイコン）を使用することにより、小型・低消費電力化・高機能化が図られている。このため、小型・小容量のバッテリを用いて十分実用的な長時間に渡る測定を行うことができる。また、本発明では、バッテリの代わりに電磁誘導による非接触電力供給が可能で、この場合は、スイッチをオンにしている限り常に測定できるので取扱いが非常に容易となっている。本発明では、回転ヘッド側には、1個の発光素子、静止ヘッド側には1個の受光素子を配置し、回転ヘッドから静止ヘッドに向かって一方向に複数チャンネルの物理量を繰り返し伝送できる。本発明では、チャンネルの選定や伝送の詳細な動作は、マイコンにインストールするプログラムで決定することができる。また、受光素子として、テレビのリモコン等で使用されているような受光モジュールを使用することにより、伝送距離を、例えば、数ｍにまで拡大することができ、発光素子と受光モジュール間の設置条件を大幅に緩和できる。
【００１２】
本発明では、一例として、回転ヘッド上の発光素子１個と静止ヘッド上の受光素子１個を用いて１２ビットのディジタルデータを伝送レート６．４kHzで伝送する。また、本発明は、受光素子として、世の中に広く普及し、価格も安価な光変調を用いた受光モジュール（たとえばテレビ・ラジオ用の光リモコン受光モジュール等）を用いることにより、１組の発光素子および受光素子のみで、回転ヘッド上の発光素子と静止ヘッド上の受光素子間の相対位置の制約を大幅に緩和した状態で、データ伝送を実現する。
【００１３】
本発明の解決手段によると、
回転ヘッドから静止ヘッドへデータを光学式に伝送するデータ伝送システムであって、
前記回転ヘッドは、
回転部分に関する物理量を検出する検出部と、
前記検出部により検出された物理量をデジタル化する変換部と、
回転軸又はその近傍に配置され、前記処理部からの信号に従い光信号を出力する発光素子と、
前記回転ヘッド内の各部に電力を供給する電力供給部と、
を備え、
前記静止ヘッドは、
前記回転ヘッドの中心軸の位置又は中心軸から所定の角度以内のずれた位置で、且つ、前記回転ヘッドから受光可能範囲内で離れた位置に配置され、
前記発光素子からの光信号を受光する受光素子と、
前記受光素子からの信号を出力するためのインタフェースと
を備えたデータ伝送システムを提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る非接触光学式データ伝送システムの第１の実施の形態の構成図を示す。このシステムは、対向設置型であり、回転ヘッド１０、静止ヘッド４０、Ｉ／Ｏインタフェース４及びパソコン５を備える。
【００１５】
回転ヘッド１０は、回転軸１１に嵌着されており、回転軸１１は、ハウジング１２内に設けられる。回転軸１１の内径面には例えば温度を測定するための熱電対１、２が測定手段として装着されている。熱電対１、２等の信号は、回転ヘッド１０内の多層プリント基板等で構成される回転側処理部２０に入力されている。回転ヘッド１０の端部には円板３０が設けられており、円板３０の表面には発光素子としての発光ダイオード３１が装着される。回転側処理部２０は、円板３０の裏面等の回転ヘッド１０内に取付けられているバッテリ３によって駆動される。また、回転ヘッド１０の電力は、電磁誘導を用いて非接触式に供給してもよい（詳細は後述）。
【００１６】
一方、回転ヘッド１０に対向するように静止ヘッド４０が配設されており、その対向面には、受光素子としてのフォトダイオード４２が取付けられている。フォトダイオード４２は固定側処理部５０で駆動・処理される。固定側処理部５０は、シリアル／パラレル変換回路やＩ／Ｏインタフェース４を介してパソコン（コンピュータ）５に接続される。
【００１７】
図２及び図３に、発光素子及び受光素子の配置構成図を示す。図２は、図１に相当するものであり、一方、図３は、各素子を中心軸から離れた箇所に配置した場合である。なお、発光素子又は受光素子のいずれか一方を中心軸に配置し、他方を中心軸から離れた箇所に配置してもよい。
【００１８】
図２のような構成において、回転軸１１の回転と一緒に回転ヘッド１０も回転するが、円板３０の中心軸ＣＬの位置にある回転側の発光ダイオード３１と静止ヘッド４０の中心軸ＣＬの位置にあるフォトダイオード４２はいづれも回転軸中心線上にあるので、円板３０が停止していてもいかなる速度で回転していても、回転側の発光ダイオード３１からの光信号を常に一定の強度で受光でき、データ伝送が誤りなく行われる。
【００１９】
また、図３（ａ）のように、固定側中心軸ＣＬに一致しない位置においたフォトダイオード４１を用いても、回転側の発光ダイオード３１は静止ヘッド４０を放射状に照射するため、固定側中心軸ＣＬからの距離が等しい点（例えば、図３（ａ）中円周３３Ａ上の点）では、光の強度は一定又はほぼ一定である。このため、円板３０がいかなる速度で回転しても、固定側フォトダイオード４１は回転側発光ダイオード３１からの光信号を常に一定の強度で受光でき、データ伝送が誤りなく行われる。
【００２０】
このように、回転軸ＣＬ上に、発光ダイオード３１を配置し（図２参照）、固定側中心軸上又はその近傍にフォトダイオード４１又は４２を配置する他にも、逆に図３（ｂ）のように、回転円板上の回転軸ＣＬ上の近傍の３２に発光ダイオード３２を配置し、固定側中心軸上又はその近傍にフォトダイオード４２又は４１を配置しても、データ伝送は可能である。
【００２１】
図４に、回転側処理部２０の構成図を示す。回転側処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器２２、マイクロコントローラ２４、送信回路２３、増幅器２０１を備える。マイクロコントローラ２４は、回転ヘッド１０内のワンチップマイクロコントローラ２４にインストールしてあるプログラムが記述する動作シーケンスに基づいて、制御バイトデータＤＴをＡ／Ｄ変換器２２に入力すると共に、制御バイトデータＤＴに対応する同期クロックＣＫを生成してＡ／Ｄ変換器２２に入力するようになっている。制御バイトデータＤＴに基づいて熱電対１、２等の信号は増幅器２０１（２０１１〜２０１ｎ）を経てＡ／Ｄ変換器２２に入力されてシリアルなディジタル測定値に変換され、そのディジタル測定値ＭＳ１が送信回路２３を経て発光ダイオード３１で発光出力される。
【００２２】
図５に、固定側処理部５０の構成図を示す。固定側処理部５０は、受信回路５１、シフトレジスタ５２、マイクロコントローラ５３を備える。固定側処理部５０では、回転側からのシリアルなディジタル測定値ＭＳ１の光信号が、フォトダイオード４２で受光され、受信回路５１を経て測定データＤＴ１が生成される。測定データＤＴ１は、シフトレジスタ５２に入力されると共に、マイクロコントローラ５３に入力されて測定データＤＴ１に基づいて、高周波数（例えば２５０ＫＨｚ）の同期クロックＣＬ１が生成されてシフトレジスタ５２に入力される。シフトレジスタ５２は、同期クロックＣＬ１に同期して、測定データＤＴ１をシリアル／パラレル変換して出力する。シフトレジスタ５２のパラレル出力データ（例えば１２ビット）は、Ｉ／Ｏインタフェース４及びパソコン５のプリンタポート５Ａを経てパソコン５に取り込まれる。
【００２３】
本発明の温度測定・非接触光学式データ伝送システムでは、回転側で得られた測定データをシリアルディジタル光信号に変換し、１組の発光素子と受光素子でディジタル信号を静止側に送信するためノイズにも強く、コンピュータ（パソコン）での処理も整合性が非常に高くなっている。また、本発明でのデータのサンプリングおよび伝送レートは、例えば、６．４kHz（即ち、毎秒６４００個のデータ）を達成しており、信号の送受信上ではいかなる高速回転においても使用が可能である。測定チャンネル数は、回転ヘッドに設置するワンチップマイコンにインストールするプログラムにより、複数にすることも単一にすることも可能である。
【００２４】
次に、図６に、本データ伝送システムを用いたスピンドル装置の構成図を示す。このスピンドル装置は、モ−タビルトインタイプのもであり、回転軸６０の外周に、回転軸６０と一体に回転するロ−タ６１と、ハウジング６２側に固定されるステ−タ６３とを備えたブラシレスモ−タが組み込まれている。回転軸６０は、このようなブラシレスモ−タによって回転される。また、ハウジング６２の軸方向両端側を形成する端部材６４、６５と回転軸６０の先端部及び基端側との間には、それぞれ複数個の転がり軸受６６、６７が取り付けられている。そして、回転軸６０には、各転がり軸受６６、６７の内輪が接する位置とロ−タ６１の取り付け端の位置に、軸線に直交して延びる貫通穴６８、６９が形成されている。各貫通穴６８、６９の外周面には熱電対１が配置され、その配線１Ａは回転軸６０の中空部に配線され、回転軸６０の先端に取り付けられた回転ヘッド１０に接続されている。尚、熱電対１を、回転軸６０の中心にあけられた穴の内面のひとつ又は複数箇所の温度を測定するように配置することもできる。
【００２５】
更に、図７に、ボ−ルネジ装置の構成図を示す。ネジ軸９０の中心線方向の中空部の内面の複数箇所には熱電対の高温接点９２が設置され、その配線９２Ａはネジ軸９０の中空部を通して端部の回転ヘッド１０に接続されている。ネジ軸９０はサポ−ト軸受９３、９４に支持され、他端のプ−リ９５でベルト、モ−タを介して回転駆動される。又は、９５の位置に継手を介して固定したサーボモータで直接回転駆動される。ネジ軸９０にはネジナット９７が螺合されており、ネジナット９７はスライドテ−ブルのハウジング９６に結合されている。この装置では、熱電対９２の測定による温度分布からネジ軸９０の熱膨張を求め、これに基づいて例えば座標原点補正又はピッチ誤差補正又はＮＣ命令を補正することにより、加工精度を向上することが可能である。また、熱電対９２は、ネジ軸９０の中心線に垂直方向に穴９１をあけて配置するようにしても良い。
【００２６】
このように、上述の各実施の形態のスピンドル装置又はボ−ルネジ装置によれば、回転ヘッドから静止ヘッドに向けて光信号がデイジタル伝送されるため、ノイズに強く、回転軸のいかなる回転速度においても光信号による送受信が確実に行われるので、回転軸の軸方向における温度分布等の測定や当該測定値に基づく制御が精度良く行われる。また、データの伝送レートは６．４ｋＨｚと高いので、高速の信号伝達ができる。また、シリアル伝送によって、複数デ−タの送受信が１組の発光ダイオ−ド及びフォトダイオ−ドで行うことができるため、システムを小さく、安価にすることができる。
【００２７】
図８に、本発明の非接触光学式データ伝送システムの第２の実施の形態の構成図を示す。第１の実施の形態の場合、発光素子は、例えば、回転軸の中心か、その近傍に設置される。しかし、この位置には、たとえば工具や工具ホルダ固定用のプルスタッドボルトなど他の部品が存在することもある。この場合の対策として、第２の実施の形態では、より発光強度の強い発光素子又は、より感度が高い受光素子を用いることで、設置条件が大幅に緩和された非対向設置型のシステム（アライメントフリーシステム）が構成できる。
【００２８】
非対向設置型のデータ伝送システムは、回転ヘッド１１０、静止ヘッド１２０、スピンドル１３０、信号処理回路１４０、パソコン１５０を備える。このシステムでは、スピンドル１３０の内部に検出部として温度センサを挿入し、スピンドル１３０の温度を計測する。この計測した温度のディジタル値を光を用いて非接触で回転ヘッド１１０から静止ヘッド１２０へ光学式に伝送しパソコン１５０に取りこむ。このとき、回転ヘッド１１０上の発光素子（ＬＥＤ等）は、回転軸の中心あるいはその近傍に設置する必要はない。また静止ヘッド１２０も回転軸の中心あるいはその近傍に設置する必要はなく、たとえば、システムから離れた位置に設置したり、壁などに掛けておくだけで使用する事ができる。ただし、回転ヘッド１１０と静止ヘッド１２０が離れている（例：数ｍ等）場合、光データを数ｍ先の静止ヘッド１２０側へ送信する際には、外乱光と信号を分離するため、伝送信号に対して周波数変調等の適宜の変調をかけて回転ヘッド１１０から静止ヘッド１２０へ信号を伝送するとよい。また回転ヘッド１１０側の温度センサ、駆動部等、光データを送出するために必要な構成部への電力供給は、回転ヘッド１１０側の内部に設置されたバッテリで供給したり、静止側と固定側とに電力伝送用コイルをさらに設けることで電磁誘導等により非接触で電力を供給したり（その一例を後述）、また、回転ヘッド１１０の外周部等の適宜の位置に設置した太陽電池等により供給することができる。
【００２９】
図９に、光学素子の配置の説明図を示す。図（ａ）は、第１の実施の形態における回転ヘッド、静止ヘッドの配置である。このシステムではデータ伝送を高速で行い、電磁誘導による電力供給を行える反面、両ヘッドを同一軸上にかつ近接して配置する必要があり、システムの設置条件に制約がある。一方、第２の実施の形態では、静止側にテレビ等のリモコンで使用される赤外リモコン受信モジュールを使用するため、図（ｂ）のように回転ヘッドと静止ヘッドが回転軸上にない場合や、回転ヘッドと静止ヘッドが接近していない場合でも通信できるなど、システムの設置条件は大きく緩和されている。回転ヘッド１１０と静止ヘッド１２０との間隔は、例えば１ｍ以上と長く設定することができる。
【００３０】
図１０に、第２の実施の形態における本発明のデータ伝送システムの信号処理についての構成図を示す。図中、回転軸１６０、回転ヘッド１１０、静止ヘッド１２０、信号処理回路１４０及びパソコン１５０が示される。回転軸１６０は、熱電対１６１を有する。回転ヘッド１１０は、熱電対起電力増幅回路１１１、Ａ／Ｄ変換回路１１２、マイコン（処理部）１１３、発光素子としてのＬＥＤ１１４、電力供給部としてのバッテリ１１５を備える。静止ヘッド１２０は、フォトＩＣ等の受光素子を含む受光モジュール１２１を有する。信号処理回路１４０は、シリアル／パラレル変換回路１４１を含む。センサ（検出部）としては、一例として、温度を電気信号に変換する熱電対１６１が使用されている。マイコン１１３はバースト波発生、測定指令・設定などの機能を持たせることができる。
【００３１】
熱電対１６１で得られた起電力は、熱電対起電力増幅回路１１１を通して増幅され、Ａ／Ｄ変換回路１１２へ入力される。Ａ／Ｄ変換回路１１２は、アナログデータを例えば、１２ビットのデジタルデータに変換する。このデジタルデータは、例えば、３８ｋＨｚのバースト波に変換され、ＬＥＤ１１４を介してシリアルなディジタルデータとして静止ヘッド１２０の赤外リモコン受信モジュール１２１へ送信される。赤外リモコン受信モジュール１２１は、一例として、ＬＥＤ１１４が光っていれば、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルの信号を、ＬＥＤ１１４が光っていないときはＬ（Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。
【００３２】
静止ヘッド１２０側へ送られた光データは、赤外リモコン受光モジュール１２１で電気信号となり、信号処理回路１４０内のシリアル／パラレル変換回路１４１でパラレルデータに変換されてパソコン１５０に取りこまれる。データの伝送レートが遅い場合は、パソコン１５０内でソフトウェアによりシリアル／パラレル変換処理を行うことができ、この場合、シリアル／パラレル変換回路１４１は省略でき、装置が簡単になる。また、熱電対起電力増幅回路１１１、Ａ／Ｄ変換回路１１２、マイコン１１３、ＬＥＤ１１４等への電力供給は、回転ヘッド１１０内部に挿入されたバッテリ１１５で行うことができる。さらに、回転ヘッド１１０側に太陽電池を設けてもよい。
【００３３】
このシステムでは、回転体内部の複数箇所の温度測定ができる為、順次連続的に送られてくる測定データと測定箇所の関連付けを行う必要がある。そこで、例えば、一連の送信データ群の間に空き時間を設け、この空き時間の有無を検出するなどして、データ群の先頭を検出し、測定データと測定箇所の関連付けを行うことができる。
【００３４】
ここで、図１１に、信号伝送方法についての説明図を示す。赤外リモコン受信モジュールのように受光素子を用いた場合、ＨレベルからＬレベルへの遷移などデータの遷移にの生ずることがある、遅れる（図（ａ）参照）。そのため、高速のデータ伝送を行おうとすると、送信データのＬレベルの間隔によっては、すべてＨレベルのデータが出力される場合がある（図（ｂ）参照）。この点を解決するため、Ｈレベルの信号を送るときＬＥＤ１１４は、元の信号よりも短いパルス幅の信号を印加送する（図（ｃ）参照）。このため、たとえば、Ａ／Ｄ変換結果で１が来た時に１０、０が来たときに００を送るようにマイコンがコード変換する。また、４５５ｋHz等の適宜の周波数で変調（バースト波による変調又は他の変調）がかけられ、ＬＥＤ１１４に入力されるようにしてもよい。
【００３５】
図１２に、リモコン用赤外LEDの順電流 If 対通信可能距離 Lの特性図を示す。距離Ｌは１ｍ以上の間隔でも十分通信可能であった。
【００３６】
図１３に、回転ヘッドと静止ヘッドの間の角度 θ 対通信可能距離 Lの特性図を示す。比較的指向性の強いLED（例、半値角±23.5°）を用い、図９（ｂ）のように、回転ヘッドと静止ヘッドをθの傾きで設置した。この例では、θ＝９０°の場合でも、50ｃｍの距離まで通信ができることがわかった。
【００３７】
図１４に、電磁誘導を用いた電力供給部を備えたデータ伝送システムの構成図を示す。この例では、回転軸１１０と静止ヘッド１２０が中心軸上に対向しているものを示す。
【００３８】
図１５に電磁誘導を用いた電力供給部を備えたデータ伝送システムの信号処理についての構成を示す。この図では、図１０におけるバッテリ１１５の代わりに定電圧回路１１７が設けられ、さらに、励磁回路１４２、電力伝送用コイル１１６及び１２２が設けられる。その他、同一番号を付した部分は図１０と同様である。
【００３９】
パソコン１５０から励磁回路１４２へ指令され、励磁回路１４２により電力伝送用コイル１２２が励磁される。回転ヘッド１１０の電力伝送用コイル１１６に伝わった電磁エネルギーは定電圧回路１１７で直流定電圧制御されＡ／Ｄ変換回路１１２及び熱電対起電力増幅回路１１１等に電力を供給する。Ａ／Ｄ変換回路１１２は指定されたチャンネルの熱起電力を１２ビットシリアルデータに変換する。このデータはＬＥＤ１１４を介して静止ヘッド１２０に光学式に伝送される。これをフォトＩＣ等の受光素子１２１で受信してシリアル／パラレル変換回路１４１を通し、パラレルデータとしてパソコン１５０に取り込む。なお、この例では、受光モジュール１２１が回転軸で電力伝送用コイル１２２の中心付近に配置されたが、図８のように配置しても良い。発光素子であるＬＥＤも電力伝送用コイル１１６の中心又は回転軸の中心以外の適宜の位置に配置することができる。
【００４０】
さらに、本発明では、マイコンの各種機能を利用することにより、以下のようなシステムの高機能化を実現できる。
【００４１】
（１）たとえば、本発明において、マイコンのオートパワーオフ機能を利用する事により、消費電流をさらに抑制し、バッテリ駆動の場合のバッテリ寿命を長くし、これに伴う連続計測時間を長くできる。
【００４２】
（２）本発明において、電気的書き込み・消去可能なE2−PROM内蔵型を使用し、回転ヘッドのケース部分にプログラム信号入力用の端子を設けておけば、マイコンにインストールするプログラム・測定条件等を変更して動作シーケンスを変更する際に、ケースを分解して回路基板とマイコンを取り出す必要がないので、取り扱いが容易で、故障も生じにくい。
【００４３】
（３）本発明において、マイコンの数値演算機能を用いる事により、計測データを外部に伝送する以前に、回転体内部で処理する事ができる。これにより、ある計測データを基にし、次に計測するデータの順番の変更、あるいは、計測する個所の変更などが可能なシステムを構成する事が可能となる。この効果は、たとえば、複数箇所の温度を計測中に、ある個所で異常な温度上昇が認められた際に、その個所を重点的に計測し、より詳細なデータを収集でいるといったインテリジェント型のリモートセンシングシステムの構築を可能にする。
【００４４】
（４）本発明において、Ａ／Ｄコンバータ内蔵型のマイコンを用いると、プログラムを変更するだけで、測定電圧範囲を変更することが容易になる。マイコンを使用しない場合は、回転ヘッド内の基板を分解し、回路中の抵抗を取り替える必要がある。
【００４５】
（５）また、本発明において、赤外リモコン受光モジュールを用いるシステムでは、通信可能な範囲が７〜８ｍ×半球（２πステラジアン）程度を実現できるので、複数の回転体からの送信データを1個の静止ヘッドで受信できる。この時、複数の回転ヘッドそれぞれに固有のチャンネル番号を付与しておけば、各データがどの回転ヘッドから伝送されたものであるかを判別する事ができる。このチャンネル番号の付与といった動作シーケンスはマイコンのプログラムで容易に実現できる。
【００４６】
（６）上記（５）で述べた複数の回転ヘッドからのデータ識別方法としては、赤外リモコン受光モジュールに送信するデータを変調するために用いるバースト波の周波数を回転ヘッドごとに違えておく方法も考えられる。ここで、バースト波の周波数はマイコンにインストールするプログラムによって容易に変更できる。これにより、回転ヘッドをバースト波の周波数で識別する事が可能となる。
【００４７】
また、発光素子、受光素子は上述以外にも適宜のデバイスを用いることができる。作用波長も赤外以外の可視光、非可視光領域を用いることができる。また、検出部（センサ）として熱電対を例に説明したが、温度、圧力、歪み、速度等適宜の物理量を検出するセンサを用いることができる。さらに、センサは適宜の種類、位置及び数を設置することができ、複数・多種類のデータを伝送することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、上述のように、特に、回転体の測定データを光信号で送受信する装置（光テレメータ）に関するものであり、ディジタルデータ及びその光信号で送受信をするためにノイズに強く、パソコン等のコンピュータとの整合性が極めて高く、伝送レートが高いので測定データの高速光伝送が可能である。また、複数チャネルの信号をシリアル信号として送受信しているので、複数点の測定を行なっても送受信用の発光素子及び受光素子は１組で良い利点がある。このため、装置のコンパクト化が可能であり、回転体にも装置を取付け易く、かなり安価にすることができる。
【００４９】
本発明のスピンドル装置及びボ−ルネジ装置によれば、高速回転する回転体であっても、その複数点での温度等の測定を精度良く、しかも高速で行うことができる。しかも、装置の構造を簡単にすることができるため、コストを低く抑えることができる。
【００５０】
本発明の効果は、第一に従来、ディスクリート（個々の、独立した、分離した）な部品で構成されていた電子回路をマイコンチップで置き換えることにより、回転ヘッドの小型化、低消費電流化、高機能化および高信頼化を図れることである。その結果、回転体や振動体の物理量を正確に静止側へ伝送するシステムを安価に構成する事ができる。回転ヘッドの小型化は、実用化を促進するとともに、遠心力の減少により、超高回転数条件への適用を可能にし、低消費電力化はバッテリーの小型化と、これに伴う回転ヘッドの小型化を可能にする。以上述べたような本発明による（特に、マイコンの使用による）効果の詳細は、以下のようになる。
【００５１】
１．システム構成上の効果：
（１）本発明によると、プリント基板の枚数を減らすことができ、回転ヘッドを小型化できる。従来の場合、例えば、８チャンネル測定用の回転ヘッド内のプリント基板は７枚で、回転ヘッドの全長は約１８０mmであったが、本発明の場合、８チャンネル測定用のプリント基板は３枚で済み、回転ヘッドの全長は７０mmと小型にできるので実用性が向上する。
【００５２】
（２）本発明によると、プリント基板の枚数を減らすことができるので、基板間の配線数が減少し、回転ヘッドの電気配線が極めて簡単になる。また、これに伴い、配線が多い場合必要であった配線工程やはんだ付け工程が簡単になるだけでなく、工程作業中に生ずる、すでに出来上がっている配線やはんだ付け部の不具合発生が減少する。これと同様の不具合発生は、電気回路の修理中にも生ずる可能性が高いので、基板間の配線数が減少すると電気回路の修理中の２次的な不具合発生も減少する。
【００５３】
（３）従来の場合には、かなり多数のディスクリート部品をプリント基板上に配置する必要があり、このためのプリント基板内のパターン設計が複雑になる。一方、本発明の場合には、プリント基板内のパターンの引き回しが減少して簡単になるので、基板の設計と製造にかかるコストが低減される。また、パターンの簡素化により、複数の異なる回路を１枚のプリント基板内に作り込むことが可能になるためプリント基板の共通化が図れ、システム全体の製造コストを低減する効果が期待できる。
【００５４】
（４）従来の場合は、かなりの数のディスクリート部品を基板上に配置するので、部品配置の半径位置が大きくなりがちであり、高回転数の条件下で使用する場合、部品に作用する遠心力が大きくなる。このため、部品と基板のはんだ付けによる接合部などに過大な応力が作用し、不具合や故障、場合によっては破損に至る可能性がある。一方、本発明の場合には、部品点数を著しく低減できるので、マイコンや少数のディスクリート部品を半径位置の小さい範囲あるいは最適な位置に配置でき、数万rpmから十数万rpm等の高回転数の使用条件においても遠心力に基づく不具合や故障、破損の可能性を低減することが期待できる。
【００５５】
２．システム運用上の効果：
（１）本発明によると、ディスクリート部品を著しく削減できるので、回転ヘッドにおける消費電力を大幅に少なくできる。たとえば、従来のシステムでは、５V×（５０〜６０）mAの電力が必要であったが、本発明では、５V×８mAとなった。このため、本発明によると、バッテリ駆動の場合、小型のバッテリで十数時間の計測が可能であり、同時にバッテリの小型化により、回転ヘッドの長さを８チャンネルで７０mmと小型化できた。（システム構成上の利点（１）参照）
【００５６】
（２）マイコンの各種機能を利用することにより、上述のように、システムの高機能化を実現できる。
本発明の効果は、第二に、１組の発光素子と受光素子のみで、設置条件を大幅に緩和したシステムを構築できることである。通常のテレビで使用されている受信モジュールを使用した場合、通信距離は、例えば、７ｍから８ｍ程度にもなり、かつ光学素子を対向設置する必要はなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非接触光学式データ伝送システムの第１の実施の形態の構成図である。
【図２】本発明による発光素子及び受光素子の配置構成図である。
【図３】本発明による発光素子及び受光素子の配置構成図である。
【図４】本発明による回転側処理部２０の構成図である。
【図５】本発明による固定側処理部５０の構成図である。
【図６】本発明によるデータ伝送システムを用いたスピンドル装置の構成図である。
【図７】本発明によるデータ伝送システムを用いたボールネジ装置の構成図である。
【図８】本発明による非接触光学式データ伝送システムの第２の実施の形態の構成図である。
【図９】本発明による光学素子の配置の説明図を示す構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の信号処理についての構成図である。
【図１１】本発明による第２の実施の形態における信号伝送方法についての説明図を示す構成図である。
【図１２】本発明によるリモコン用赤外LEDの順電流 If 対通信可能距離 Lの特性図を示す構成図である。
【図１３】本発明による回転ヘッドと静止ヘッドの間の角度 θ 対通信可能距離 Lの特性図を示す構成図である。
【図１４】本発明による電磁誘導を用いた電力供給部を備えたデータ伝送システムの構成図である。
【図１５】本発明による電磁誘導を用いた電力供給部を備えたデータ伝送システムの信号処理についての構成図である。
【符号の説明】
１、２、９２ 熱電対
３ バッテリ
４ Ｉ／Ｏインタフェース
５ パソコン
１０ 、１１０ 回転ヘッド
１１、６０ 回転軸
２０ 回転側処理部
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 送信回路
５１ 受信回路
３１、３２ 発光ダイオード
４１、４２ フォトダイオード
４０ 、１２０ 静止ヘッド
５０ 固定側処理部
５２ シフトレジスタ
６１ ロ−タ
６２ ハウジング
９０ ネジ軸
１３０ スピンドル
１４０ 信号処理回路
１５０ パソコン
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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