JPH03140831A - ねじれ角検出装置及びトルクセンサ - Google Patents

ねじれ角検出装置及びトルクセンサ

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JPH03140831A
JPH03140831A JP1279345A JP27934589A JPH03140831A JP H03140831 A JPH03140831 A JP H03140831A JP 1279345 A JP1279345 A JP 1279345A JP 27934589 A JP27934589 A JP 27934589A JP H03140831 A JPH03140831 A JP H03140831A
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JP
Japan
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torsion
encoder
torsion bar
encoders
angle
Prior art date
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Pending
Application number
JP1279345A
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English (en)
Inventor
Norio Okuya
奥谷 憲男
Koichi Nakazawa
中沢 弘一
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH03140831A publication Critical patent/JPH03140831A/ja
Priority to US07/999,668 priority patent/US5247839A/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はねしれ角検出装置及びトルクセンサに関するも
のである。
(従来の技術) 従来、トルクセンサとしては、トーションバーに歪ゲー
ジを貼着し、トーションバーの歪みによる抵抗値変化か
らトルク値を演算するようにしたものが一般的に知られ
ている。
又、トーションバーの両側部に一対の外歯歯車を固定し
、その外周に近接して内歯歯車を配置するとともにそれ
らの間に磁気回路を形成し、両歯車の歯の位相差を検出
コイルにて検出し、その位相差からトルク値を演算する
ようにした磁気位相差方式のトルクセンサも提案されて
いる。
(発明が解決しようとする課題) ところが、上記歪ゲージ方式では、あるトーションバー
を用いて最大測定値を5kgmとした場合、最小分解能
が0.5kgm程度と粗く、誤差は1%程度あり、応答
性は2.5kHz程度と遅いため、高精度で高速応答性
のトルクセンサを構成することはできないという問題が
あった。
また、磁気位相差方式のトルクセンサにおいては、同じ
(最大測定値が5kgmの場合、最小分解能はO,1k
gm、誤差は0.1%、応答性も20kHz程度まで向
上するが、さらに高精度で高速応答性のあるトルクセン
サを得ることはできず、又1回転当たりの検出信号の出
力密度が歯車の歯数にて制限を受け、トルク変化を精細
に検出することができず、さらに低速回転の場合には安
定した検出信号が得られず、これに対処するためには内
歯歯車の駆動手段が必要になり、構成が複雑になるとい
う問題があった。
又、同様の構成の被測定軸のねじれ角検出装置において
も同様の問題があった。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、高精度で高速応答性
のある検出が可能でかつ検出を精細に行うことができる
ねじれ角検出装置及びトルクセンサ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) 本発明のねしれ角検出装置は、軸心方向に適当4〜 間隔を設けて同−軸心上番こ一対の光学式エンコーダを
配置するとともに、その軸心位置に被測定軸を挿通して
各エンコーダの回転部に固定したことを特徴とする。
又、本発明のトルクセンサは、前記被測定軸に代えてト
ーションバーを用いるとともに、各エンコーダからの検
出信号に基づいてエンコーダ間でのねじれ角を演算する
手段とねじれ角からトルク値を演算する手段とを設けた
ことを特徴とする。
又、各エンコーダにトーションバーを着脱可能に固定す
る手段を設け、トルク値演算手段にトーションバーの種
類を入力する手段を設けてトーションバーを交換できる
ようにするのが好ましい。
又、ねじれ角を演算する手段は、各エンコーダから出力
されるパルス信号をカウントするカウンタ及びパルス信
号間において経過時間とパルス信号の周期から補間演算
を行う手段と、前記カウンタ及び補間演算手段の信号に
基づいて位置を演算する手段と、各エンコーダの位置演
算手段からの出力信号が入力されるねじれ演算手段にて
構成することができる。
(作 用) 本発明のねじれ角検出装置によれば、高分解能で高速応
答性の光学式エンコーダを用いることにより各エンコー
ダによる検出位置の差から被測定軸のねじれ角を高精度
にかつ高速応答性をもって検出することができる。また
、被測定軸が停止していても高速回転していても確実に
検出できるとともにエンコーダのコード板のスリット数
は歯車の場合に比して格段に多くでき、1回転当たりの
出力密度も高く、精細な検出が可能である。
又、本発明のトルクセンサによると、同様に検出された
ねじれ角とトーションバーのねじり剛性からトルク値が
演算されて出力され、高精度で高速応答性を有するトル
クセンサが得られる。
また、トーションバーを交換できるようにすることによ
って広範囲のトルクを精度良く検出することができる。
さらに、測定系が定速又は速度変化が緩やかで安定して
回転する系である場合には、エンコーダから出力される
パルス信号をカウントするとともに、パルス信号間は時
分割して位置検出することにより、簡単な回路構成にて
高精度の検出が可能となる。
(実施例) 以下、本発明をトルクセンサに適用した一実施例を第1
図〜第5図を参照しながら説明する。
まず、第1図によりトルクセンサの全体構成を説明する
と、1は本体ケースで、その両端に支持端板2が装着さ
れている。3.4は、本体ケース1内の両端部に同一軸
心上に位置するように配設された第1と第2の光学式の
エンコーダ3.4であり、支持端板2に適宜取付手段に
て固定されている。これらエンコーダ3.4の軸心位置
にトーションバー5が挿通されて固定されている。
次に、第1のエンコーダ3の構成を第2図により説明す
る。尚、第2のエンコーダ4も同一〇)構成である。6
は、トーションバー5に外嵌する中空回転軸であり、そ
の外周にコード板7の支持フランジ6aが設けられてい
る。この支持フランジ6aの一面の受は面にコード板7
の内周部が当接されて固着されている。中空回転軸6は
一対の玉軸受8を介して環状板から成る支持部材9にて
回転自在に支持されている。支持部材9にはコード板7
0回転位置を検出する検出ヘッド10が配設されている
。この検出ヘッド10は、レーザ光源からコード板7に
レーザ光を照射し、コート板7に規則的に形成されたス
リットにより生じたフラウンホーファ回折像の明暗縞を
スリットを介して光検出器に照射し、その光検出器から
の検出信号に基づいてスリット間隔に対応した矩形波の
検出信号が出力されるように構成されている。8aは、
軸受8の固定ナツトであり、中空回転軸6の外周に螺合
されている。9aは、コード板7及び検出器lOを覆う
カバーであり、外周部が支持部材9の外周に固定されて
いる。
11はトーションバー5の外周面と中空回転軸6の内周
面の間に介装され、トーションバー5を軸心調整可能に
中空回転軸6に固定する固定手段であり、締結ボルト1
3にて互いに引き寄せられ一 る一対のクサビ状スリーブ12a、12bと、これらク
サビ状スリーブ12a、12bの内周に係合する山形ス
リーブ14と、外周に係合する山形スリーブ15から成
るクランプ手段にて構成されている。外周の山形スリー
ブ15は軸心方向中央位置で2分割され、調整用デイス
タンスピース16が介装されている。
第1と第2のエンコーダ3.4からの検出信号は、第3
図に示すように、ねじれ角演算回路21に入力され、両
エンコーダ3.4間におけるトーションバー5のねじれ
角を演算され、その結果がトルク値演算回路22に入力
されている。又、トルク値演算回路22には、トーショ
ンバー選択回路23からの信号が入力されている。即ち
、第4図(a) 〜(C)に示すように、例えば1kg
m用、10kgm用、100kgm用等、検出すべきト
ルクの大きさに応じて設計された複数種類のトーション
バー5a〜5cから適当なトーションバー5を選択して
エンコーダ3.4に挿通・固定するように構成され、そ
の選択したトーションバーの種類を特定する信号がトル
ク値演算回路22に人力されている。トルク値演算回路
22では、ねじれ角と選択されたトーションバー5のね
じり剛性からトルク値が演算されて出力される。
ねじれ角演算回路21の構成を第5図により説明すると
、第1、第2のエンコーダ3.4から出力された矩形波
の検出信号がカウンタ25.26と時間測定部27.2
8に入力されている。カウンタ25.26は検出信号の
パルス数をカウントし、位置演算部31.32に入力し
ている。一方、時間演算部27.28では、検出信号の
周期Tと基準となる位相を検出してからの経過時間Aを
測定して補間演算部29.30に入力し、補間演算部2
9.30では、周期Tと経過時間AからA/Tを演算し
て位置演算部31.32に入力している。位置演算部3
1.32では、カウンタ25.26からの信号によりス
リットピッチ毎の位置を検出し、補間演算部29.30
から信号によりスリットピッチ内における位置を検出す
る。これら位置演算部31.32による演算結果はねじ
れ演算部33に入力され、このねじれ演算部33にて両
エンコーダ3.4により検出された位置の差からねじれ
角が演算されて出力される。
次に、トルク測定の動作を説明する。測定しようとする
トルクの大体の大きさに合わせてトーションバ−5を選
択し、トルクセンサの各エンコーダ3.4に挿通して固
定する。その際、トーションバー5を各エンコーダ3.
4の中空回転軸6内に挿通するとともに、締結ボルト1
3を緩めた状態の固定手段11を中空回転軸6の内周面
とトーションバー5の外周面の間に介装し、トーション
バ−5と中空回転軸6の軸心が一致するように調整しな
がら締結ボルト13を締め付けてトーションバー5を各
エンコーダ3.4に固定する。又、選択したトーション
バー5の種類を適宜入力手段にてトーションバー選択回
路23に入力する。尚、トーションバー5の両端はそれ
ぞれトルクを測定すべき回転系に連結される。
以上の設定を行った後、回転系が駆動されると、そのト
ルクがトーションバー5に作用し、トーションバー5に
そのトルクに応じたねじれが発生する。すると、このト
ーションバー5のねじれに応じて第1と第2のエンコー
ダ3.4による検出位置に差が生じるため、その検出位
置の差からねじれ力演算回路21にてトーションバーの
ねじれ角を演算することができる。このねじれ角の演算
に際して、回転系が定速又は回転速度の変化が緩やかで
、かつ安定した回転状態が維持されている場合には、コ
ード板7の各スリットピッチ内では高い精度で等速移動
していると見なすことができるので、第5図に示すよう
な回路構成のねじれ力演算回路21によりスリットピッ
チ内での位置検出を時間分割によって行っても高精度の
位置検出が可能である。また、スリット透過光による検
出信号の波形精度が悪くても、その影響を受けずに高精
度の位置検出が可能である。そのため、簡単な回路構成
で応答性良く高精度の位置検出が可能となる。こうして
演算されたねじれ角からトルク値演算回路22にてトル
クが演算され、そのトルク値が出力される。
11〜 以上のような光学式エンコーダ3.4を用いたトルクセ
ンサにおいては、1回転当たりの出力パルス数が3万パ
ルス程度の光学式エンコーダを用いると、従来例で例示
したものと同じトーションバーを用いて最大測定値を5
kgmとした場合に、最小分解能が0.04kgm、誤
差が0.01%、応答性が30〜300kHzの高精度
で高速応答のトルクセンサを得ることができる。
尚、上記実施例では、ねじれ力演算回路として、スリッ
トピッチ内の位置検出を等速移動と見なして時間分割に
て行う例を示したが、検出波形の位相分割等によって位
置検出するようにしてもよいことはいうまでもなく、そ
の場合は回転が停止している場合や低速回転でかつ不安
定な回転状態のときにも精細に精度の良いトルク検出が
可能である。
又、上記実施例では本発明をトルクセンサに適用した例
を示したが、トーションバーに代えて被測定軸を挿通・
固定するように構成することによって、ねじれ角検出装
置とすることもできる。
2 (発明の効果) 本発明によれば、高分解能・高速応答性の光学式エンコ
ーダを用いることにより各エンコーダによる検出位置の
差から被測定軸のねじれ角を高精度にかつ高速応答性を
もって検出することができる。また、被測定軸が停止し
ていても高速回転していても確実に検出できるとともに
エンコーダのコード板のスリット数は歯車の場合に比し
て格段に多くでき、1回転当たりの出力密度も高く、精
細な検出が可能である。
又、本発明のトルクセンサによると、同様に検出された
ねじれ角とトーションバーのねしり剛性からトルク値が
演算されて出力され、高精度で高速応答性を有するトル
クセンサが得られる。
また、トーションバーを交換できるようにすることによ
って広範囲のトルクを精度良く検出することができる。
さらに、測定系が定速又は速度変化が小さくかつ安定し
て回転する系である場合には、エンコーダから出力され
るパルス信号をカウントするとともに、パルス信号間は
時分割して位置検出することにより、簡単な回路構成に
て高精度の検出が可能となる等、大なる効果を発揮する
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるトルクセンサの全体
構成を示す縦断正面図、第2図は同トルクセンサに用い
られている光学式エンコーダの詳細構成を拡大断面正面
図、第3図は同トルクセンサの信号処理回路のブロック
図、第4図(a)〜(C)は交換用の各種トーションバ
ーの正面図、第5図はねじれ力演算回路のブロック図で
ある。 29. 31、 3 0 2 一−−−−−−−−補間演算部 位置演算部 ねじれ演算部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)軸心方向に適当間隔を設けて同一軸心上に一対の
    光学式エンコーダを配置するとともに、その軸心位置に
    被測定軸を挿通して各エンコーダの回転部に固定したこ
    とを特徴とするねじれ角検出装置。
  2. (2)各エンコーダから出力されるパルス信号をカウン
    トするカウンタ及びパルス信号間において経過時間とパ
    ルス信号の周期から補間演算を行う手段と、前記カウン
    タ及び補間演算手段の信号に基づいて位置を演算する手
    段と、各エンコーダの位置演算手段からの出力信号が入
    力されるねじれ演算手段を備えている請求項1記載のね
    じれ角検出装置。
  3. (3)軸心方向に適当間隔を設けて同一軸心上に一対の
    光学式エンコーダを配置するとともに、その軸心位置に
    トーションバーを挿通して各エンコーダの回転部に固定
    し、各エンコーダからの検出信号に基づいてエンコーダ
    間でのねじれ角を演算する手段とねじれ角からトルク値
    を演算する手段とを設けたことを特徴とするトルクセン
    サ。
  4. (4)各エンコーダは、トーションバーを着脱可能に固
    定する手段を備え、トルク値演算手段にトーションバー
    の種類を入力する手段を設けたことを特徴とする請求項
    3記載のトルクセンサ。
  5. (5)ねじれ角を演算する手段が、各エンコーダから出
    力されるパルス信号をカウントするカウンタ及びパルス
    信号間において経過時間とパルス信号の周期から補間演
    算を行う手段と、前記カウンタ及び補間演算手段の信号
    に基づいて位置を演算する手段と、各エンコーダの位置
    演算手段からの出力信号が入力されるねじれ演算手段か
    ら成ることを特徴とする請求項3又は4記載のトルクセ
    ンサ。
JP1279345A 1989-10-25 1989-10-25 ねじれ角検出装置及びトルクセンサ Pending JPH03140831A (ja)

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JP1279345A JPH03140831A (ja) 1989-10-25 1989-10-25 ねじれ角検出装置及びトルクセンサ
KR1019900017130A KR940000768B1 (ko) 1989-10-25 1990-10-25 비틀림각검출장치 및 토오크센서
US07/999,668 US5247839A (en) 1989-10-25 1992-12-30 Torsion angle detection apparatus and torque sensor

Applications Claiming Priority (1)

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JP1279345A JPH03140831A (ja) 1989-10-25 1989-10-25 ねじれ角検出装置及びトルクセンサ

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JP1279345A Pending JPH03140831A (ja) 1989-10-25 1989-10-25 ねじれ角検出装置及びトルクセンサ

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JP (1) JPH03140831A (ja)
KR (1) KR940000768B1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021076380A (ja) * 2019-11-05 2021-05-20 株式会社Ihi検査計測 ねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計、弾性係数測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021076380A (ja) * 2019-11-05 2021-05-20 株式会社Ihi検査計測 ねじれ計、スリットリング、軸馬力計、トルク計、弾性係数測定装置

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Publication number Publication date
KR910008394A (ko) 1991-05-31
KR940000768B1 (ko) 1994-01-29

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