JPH10206445A - 駆動軸の回転速度計測方法及び同装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定系のコンパクト化を可能にしつつ、回転
軸の回転速度の計測とそれに基づく加速度の算出を迅速
に、しかも精度良く行なうことができるようにする。 【解決手段】 駆動軸に連結された回転軸２２に、その
軸心と直交し、かつ互いに略直交する２方向の貫通孔２
５，２６を形成するとともに、この回転軸２２の貫通孔
形成個所の外方に、発光部２３と受光部２４とを回転軸
２２を挟んで対向するように配置することにより回転セ
ンサ２０を構成する。この回転センサ２０を用い、上記
回転軸２２の回転中に、発光部２３から貫通孔２５また
は２６を透過して受光部２４に達する光を検出し、この
検出に基づいて回転軸の１／４回転毎に回転速度を計測
する。さらに、その少なくとも２回分の回転速度計測デ
ータから加速度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モーターによ
って回転駆動される駆動軸の回転速度を計測してモータ
を制御等に利用する駆動軸の回転速度計測方法及び同装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から電動モータにより各種機器、部
材等を駆動する場合に、エンコーダ等により回転速度や
加速度を計測し、それに基づいてモータのトルク等を制
御することは種々の分野で行なわれている。

【０００３】例えば、最近、簡単な操作で能率良くネジ
穴検査を行うことができる動力ネジゲージが開発されて
おり（例えば特開平７−３０１５０５号公報参照）、こ
の動力ネジゲージにおいても回転速度の計測に基づき、
動力源としての電動モータに対する供給電流が制御され
るようになっている。すなわち、この動力ネジゲージ
は、各ネジ穴径について規定トルク（人が無理なくネジ
ゲージを回すことができる程度のトルク値）を設定し、
電動モータによりネジゲージを回転させながらこれをネ
ジ穴に螺合せしめてネジ穴探さを同時に計測し、該ネジ
ゲージのトルクが規定トルクに達した時点でネジゲージ
を停止させ、そのとき表示されるネジ探さによってネジ
穴の検査を行うようにしたものであリ、その電動モータ
に対して回転センサが設けられ、この回転センサにより
検出される回転速度に応じてモータ駆動を制御してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の一般的なエンコ
ーダ等による計測の手法によると、回転軸の周囲に被検
出用の切欠円板等が付設されるとともに、これに対して
さらに検出手段が配設されるため、上記動力ネジゲージ
等に適用した場合に装置が大型化して取扱いが不便にな
る。しかも、被検出用の切欠等を所定回転角毎に設けて
おいても、加工誤差があった場合、１回転するまで回転
速度を正確に検出することができず、上記動力ネジゲー
ジ等において１回転より小さい回転角毎の計測、制御の
精度を高めることが難しいといった問題がある。

【０００５】ところで、上記動力ネジゲージでは、規定
トルクに達すると回転を停止させるようになっていて、
回転軸に規定トルク以上の大きなトルクが加わることが
ないので、回転軸の剛性は比較的小さくても実用上差し
支えない。そこで、上記公報にも示されるように、モー
タ出力軸に連結される回転軸にその軸心と直交する１方
向の直線的な貫通孔を形成するとともに、その両側に発
光部と受光部とを配設して回転センサを構成し、回転軸
の１／２回転毎に上記貫通孔を透過する光を検出し、そ
れに基づいて回転速度を検出することも考えられてい
る。

【０００６】このようにすると、従来の一般的な手法と
比べて装置が小型化されるとともに、１／２回転毎に比
較的精度良く回転速度を検出することができる。ただ
し、上記回転速度に基づいてさらに加速度を算出しよう
とする場合、１回転以上の測定データが必要となり、制
御性向上等のためには、速度の計測とそれに基づく加速
度の算出をより一層す早く行なうことが望まれる。

【０００７】本発明は、上記の事情に鑑み、測定系のコ
ンパクト化を可能にしつつ、回転軸の回転速度の計測と
それに基づく加速度の算出を迅速に、しかも精度良く行
なうことができる駆動軸の回転速度計測方法及び同装置
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に係る計測方法
の発明は、駆動軸に連結された回転軸に、その軸心と直
交し、かつ互いに所定角度をもって交差する複数方向の
貫通孔を形成するとともに、この回転軸の貫通孔形成個
所の外方に、発光部と受光部とを回転軸を挟んで対向す
るように配置することにより回転センサを構成し、上記
回転軸の回転中に上記発光部から上記貫通孔を透過して
受光部に達する光を検出し、この検出に基づいて回転軸
の所定回転角毎に回転速度を計測し、その少なくとも２
回分の回転速度計測データから加速度を算出するように
したものである。

【０００９】具体的には、複数方向の貫通孔として、互
いに略直交する２方向の貫通孔を回転軸に形成するよう
にし、この場合、発光部から貫通孔を透過して受光部に
達する光の検出に基づく回転速度の計測は、回転軸の１
／４回転毎に行なう（請求項２）。

【００１０】このような方法によると、回転速度及び加
速度を１回転未満の測定データから求めることが可能と
なる。例えば、互いに略直交する２方向の貫通孔が回転
軸に形成されている場合、回転軸の１／４回転毎に回転
速度が求められるとともに、その少なくとも２回分のデ
ータ、つまり１／２回転の間の回転速度のデータに基づ
いて加速度が算出される。

【００１１】そして、上記のように回転軸を貫通する複
数方向の貫通孔が用いられると、その加工誤差があった
場合でも後述のように理論的に１／２回転で誤差の影響
がなくなり、充分に精度良く回転速度及び加速度が求め
られる。

【００１２】この方法において、今回の回転速度計測デ
ータと前回の回転速度計測データとに基づく加速度の算
出を回転軸の１／４回転毎に行なうとともに、その加速
度の移動平均を求め、その平均値をもって加速度の最終
演算値とすれば（請求項３）、上記回転速度に基づいて
算出される加速度の精度が高められる。

【００１３】上記発光部から受光部に向けて照射される
光を略平行光とすれば（請求項４）、計測の精度が高め
られる。

【００１４】また、請求項５に係る計測装置の発明は、
駆動軸に連結される回転軸にその軸心と直交するととも
に互いに所定角度をもって交差する複数方向の貫通孔を
形成するとともに、上記回転軸の貫通孔形成個所の外方
に貫通孔を挟んで対向するように発光部及び受光部を配
置して、上記回転軸の回転中に上記発光部から受光部に
向かう光の断続に応じた回転パルス信号を出力するよう
に構成された回転センサと、この回転パルス信号を入力
してその周期に基づき所定回転角毎の回転速度を算出す
るとともに、その少なくとも２回分の回転速度データか
ら加速度を算出する演算手段とを有するものである。

【００１５】この装置によると、上記回転軸の回転中
に、上記計測方法が自動的に実行されて、上記演算手段
で回転速度及び加速度のデータが得られ、上記駆動軸を
駆動する電動モータ等の制御に有効に利用される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の適用の一例として動力ネ
ジゲージの構成を示すブロック図であり、同図に示すよ
うに、この動力ネジゲージは、制御部１とゲージ作動部
２とを含んで構成されている。制御部１はＭＣＵ（マイ
クロコンピュータユニット）３と、このＭＣＵ３に電気
的に接続されたネジ径スイッチ４と、モータ駆動部５
と、直列通信インターフェイス６と、電源回路７を有し
ている。

【００１７】また、ゲージ作動部２は、ネジゲージ１０
を回転駆動する電動モータ１１と、該電動モータ１１の
回転数を検出する回転センサ２０と、電動モータ１１の
回転を減速してネジゲージ１０に伝達する減速機１２
と、所定値以上のトルクのネジゲージ１０への伝達を遮
断するトルクリミッタ１３を備え、さらに、直列通信イ
ンターフェイス１４と、表示部１５と、操作スイッチ１
６を含んでいる。

【００１８】上記電動モータ１１は制御部１のモータ駆
動部５に接続されており、上記ＭＣＵ３とモータ駆動部
５との間では電流がフィードバックされつつＰＷＭ制御
信号が与えられるようになっている。また、各直列通信
インターフェイス６，１４は互いに通信可能となるよう
に接続されており、上記操作スイッチ１６からの信号お
よびトルクリミッタ１３からの後記停止信号が直列通信
インターフェイス１４，６を介してＭＣＵ３に入力され
る一方、ＭＣＵ３からの後記ネジ深さ計測値を示す信号
等が直列通信インターフェイス６，１４を介して表示部
１５に送られるようになっている。

【００１９】上記回転センサ２０の具体的構造を図２〜
図４に基づいて説明する。これらの図に示す回転センサ
２０は、電動モータ１１と減速機１２との間に介設され
た略円筒状のハウジング２１と、その中心部に回転自在
に挿通支持された回転軸２２と、その両側外方に配置さ
れた光学的検知手段とで構成されている。この光学的検
知手段は、発光素子（ＬＥＤ）２３ａを回路基板２３ｂ
に実装した発光部２３と、受光素子（フォトトランジス
ター）２４ａを回路基板２４ｂに実装した受光部２４と
を備え、これら発光部２３および受光部２４が回転軸２
２を挟んで対向配置されている。

【００２０】上記回転軸２２の一端は電動モータ１１の
出力軸１１ａに連結され、他端は減速機１２の入力軸１
２ａに連結されている。

【００２１】上記回転軸２２には、その軸心と直交する
方向に回転軸２２を貫通する２つの貫通孔２５，２６が
形成されている。これらの貫通孔２５，２６は、断面円
形で、互いに略直角な２方向に延び、回転軸２２の内部
で交差している。また、ハウジング２１には、上記貫通
孔２５，２６に対応する軸方向位置に、光路を構成する
穴２７，２８が軸心と直角する方向（図３及び図４の上
下方向）に形成されており、各穴２７，２８に前記発光
素子２３ａと受光素子２４ａがそれぞれ臨んでいる。な
お、発光素子２３ａから穴２７、貫通孔２５または２６
および穴２８を通過して受光素子２４ａに到達する光は
略平行光線となるように構成されている。

【００２２】動力ネジゲージの制御、計測系統の構成
を、図５および図６によって説明する。図５は制御、計
測系統全体を示し、この図において、３１はトルク制御
手段であり、制御部１（図１参照）内のＭＣＵ３に機能
的に含まれ、モータ駆動手段３２（図１中のモータ駆動
部５に相当）を介してモータ１１を制御するものであ
る。また、ＭＣＵ３は、回転センサ２０からの回転パル
スを読み込む回転数検出手段３３や、後述のような回転
速度および加速度の演算を行なう演算手段３４を機能的
に含むとともに、半回転検出３５およびネジ深さの計測
３６等を行なうようになっている。

【００２３】そして、作業者によりネジゲージ１０が検
査対象であるネジ穴に嵌合されるとともに操作スイッチ
１６が操作されたときに、先ずネジゲージ１０をネジ穴
に噛み込ませるための準備動作として半回転だけモータ
１１が低速で駆動され、半回転検出後に、回転数の検出
値とネジ径スイッチからの情報とに基づくネジ深さの計
測と、回転数検出に基づく回転速度、加速度の演算が行
なわれつつ、これらのデータに基づいて設定される目標
トルクに応じ、トルク制御手段３１によりモータ駆動手
段３２を介してモータ１１の駆動トルクが制御される。
この場合、電流検出３７によるデータがフィードバック
され、その検出値と目標トルクに見合う目標電流との比
較に基づき、モータ１１に対する供給電流が制御され
る。

【００２４】さらに、上記トルクリミッタ１３により、
ネジゲージ１０の回転トルクが規定値に達したときに停
止信号が出力され、この停止信号に応じてモータ１１の
駆動が停止される。そして、そのときのネジ深さ（検査
対象であるネジ穴の有効ネジ深さ）が表示され、このネ
ジ深さが基準値以上か否かにより合格か不合格かが判別
されるようになっている。

【００２５】図６はモータ制御部分の構成を示し、当実
施形態においてこのモータ制御部分は、半回転の検出が
行なわれてから停止信号があるまでの間の制御を、図７
に示すようなモータトルク特性に従って行なうようにな
っている。

【００２６】すなわち、図６中の回転速度−トルク変換
部４１には、予め定められた最高回転速度Ｒmax と回転
速度が０付近のときの要求トルクであるトルク限界値Ｔ
ｏとが入力されるとともに、回転パルスに基づいた回転
速度計算４２による回転速度が入力される。そして、図
７中に実線で示す要求トルクＴｍの特性から、回転速度
に応じた要求トルクＴｍが出力される。この要求トルク
Ｔｍは、モータ１１の低速時に大きく、高速になるにつ
れて小さくなる。

【００２７】また、回転速度の微分計算４３によって加
速度が求められ、この加速度と予め調べられたモータ１
１の回転部分の慣性質量Ｊとが乗算されることによりイ
ナーシャトルクＴｊが求められ、このイナーシャトルク
Ｔｊに１より小さい係数ｋ（例えば０．５）が乗じられ
た値が、上記要求トルクＴｍに補正値として加算され
る。一方、トルク限界値ＴｏにイナーシャトルクＴｊが
加算されることにより、トルク限界値も補正される。そ
して、要求トルクＴｍに補正値（ｋ・Ｔｊ）を加算した
値と補正されたトルク限界値とのうちで小さい方の値を
目標トルクＴｒとする最小値選択４４が行なわれた上
で、その目標トルクＴｒに見合う電流をモータに供給す
る電流制御４５が行なわれる。

【００２８】このようなモータ制御部分の構成により、
イナーシャトルクＴｊが正となる加速時には図７中の破
線のように目標トルクＴｒが要求トルクＴｍより大きく
され、イナーシャトルクＴｊが負となる減速時には図７
中の一点鎖線のように目標トルクＴｒが要求トルクＴｍ
より小さくされる。トルク限界値も加速時に高められ、
減速時に引き下げられる。このように目標トルクＴｒを
調整しているのは、ネジゲージ１０に加わるトルクが加
速時や減速時にモータ１１のイナーシャによって要求か
らずれることを防止し、とくに、停止時にイナーシャで
ネジゲージ１０が回り過ぎてネジ深さの計測値に誤差が
生じるといった事態を防止するためである。

【００２９】次に、このようなモータ制御の中で図２〜
図４の回転センサ２０を用いて行なわれる回転速度の計
測および加速度の演算の具体的方法を、図８および図９
を参照しつつ説明する。

【００３０】図８（ａ）は回転軸２２が矢印方向に略半
回転する間の光線断続状況を，，…の各過程で示
している。なお、この図では回転軸２２の軸心と直交す
る断面において光線５０の方向にＸ軸、これと直交する
方向にＹ軸をとっている。

【００３１】この図のの過程では発光部２３からの光
線が回転軸２２の外周面で遮断され、の過程では光線
５０が貫通孔２５内に入射されるものの内部壁面で遮断
されることにより、これら，の過程では光線５０が
受光部２４に到達しない。第１の貫通孔２５の対角線Ｌ
1 がＸ軸と平行となるの過程では発光部２３からの光
線５０が貫通孔２５を通過して受光部２４に到達し始
め、光線５０の大部分が貫通孔２５を通過するの過程
を経て、の過程では光線が遮断される寸前となる。つ
まり、〜の間では第１の貫通孔２５を通過した光線
５０が受光される。

【００３２】の過程では光線が遮断される。それか
ら、第２の貫通孔２６の対角線Ｌ2 がＸ軸と平行となる
の過程では、発光部２３からの光線５０が貫通孔２６
を通過して受光部２４に到達し始める。そして、の過
程からの過程を経て、光線が遮断されるまでは、第２
の貫通孔２６を通過した光線５０が受光される。次に
の過程で光線が遮断された後、１０番目の過程では、再
び光線５０が第１の貫通孔２５を通過して受光部２４に
到達し始める。この１０番目の過程は、第１の貫通孔２
５の対角線がＸ軸と平行となったときであって、３番目
の過程（の過程）から正確に１８０°回転したときで
ある。

【００３３】このように回転軸２２の回転に伴って光線
５０が断続されることにより、光線遮断時に「１」、光
線到達時に「０」の信号が受光部から出力されるとする
と、図８（ｂ）に示すようなパルス信号が得られる。つ
まり、回転軸２２の１回転中に４周期分のパルス信号が
得られ、１周期のパルス信号が回転軸の略１／４回転
（回転角でπ／２）に対応するものとなる。

【００３４】このパルス信号の周期の計測に基づき、回
転軸２２の略１／４回転毎に回転速度が求められるとと
もに、その回転速度の今回の値と前回の値とに基づいて
加速度が求められ、さらにその２回分の加速度の移動平
均が求められることで正確な加速度（加速度の最終演算
値）が求められる。つまり、パルス信号の１周期毎の各
時点をＰ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 とし、Ｐ0 〜Ｐ1
，Ｐ1 〜Ｐ2 ，Ｐ2 〜Ｐ3 ，Ｐ3 〜Ｐ4 の各時間をＴ1
，Ｔ2 ，Ｔ3 ，Ｔ4 とすると、Ｐ0 時点での速度ω0
および加速度ａ0 を０として、Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4
の各時点の速度、加速度および移動平均による正確な加
速度は、次の表のようになる。

【００３５】

【表１】

【００３６】ところで、上記貫通孔２５，２６に加工誤
差がある場合、両貫通孔２５，２６の分割角度（パルス
信号の１周期分の回転角度）に誤差が生じるが、このよ
うな分割角度誤差があっても、前述のように図８（ａ）
中の３番目の過程と１０番目の過程との間は正確に１８
０°となり、回転軸２２の半回転で分割角度誤差の影響
をなくすことができる。

【００３７】この点をより具体的に説明する。例えば図
９に示すように、互いに直交するＸ軸およびＹ軸が回転
軸２２の中心を通ることとし、第１の貫通孔２５の中心
線が上記Ｙ軸と平行となる状態において、Ｙ軸に対して
第１の貫通孔２５の中心線がＸ軸方向にａだけずれ、ま
た、第２の貫通孔２６の中心線がＸ軸に対してψだけ傾
き、かつ、Ｙ軸上でｂだけずれているとする。この場
合、以下の（１）〜（６）のような計算により、分割誤
差とその影響が調べられる。なお、回転軸２２の半径を
ｒ、貫通孔２５，２６の半径をｄとする。

【００３８】（１）貫通孔２５の対角線Ｌ1 とｙ軸との
交差角度θ1 貫通孔２５の対角線Ｌ1 の両端の点A1およびA3の座標を
(x1，y1)および(x3，y3)とすると、これらの値は次のよ
うになる。

【００３９】

【数１】

【００４０】そして、(ａ²＋２ａ・ｄ)／(ｒ²−ｄ²)≪
１であれば、交差角度θ1 は次のようにもとめられる。

【００４１】

【数２】

【００４２】ここで、理想状態のときの交差角度をθ0
とし、θ1＝θ0＋αとすると、

【００４３】

【数３】

【００４４】となるので、数２の式は

【００４５】

【数４】

【００４６】となる。また、

【００４７】

【数５】tan(θ0＋α)＝tanθ0＋tanα(１＋tan²θ0) であるので、これと数４の式とから、交差角度のずれ分
であるαは、次のように求められる。

【００４８】

【数６】

【００４９】（２）貫通孔２６の対角線Ｌ2 とｙ軸との
交差角度θ2 貫通孔２６の対角線Ｌ2 の両端の点A2およびA4の座標を
(x2，y2)および(x4，y4)とすると、

【００５０】

【数７】ｙ4＝−(ｄ−ｂ)＋x4・tanψ ｒ²＝x4²＋{(ｄ−ｂ)＋x4・tanψ}² であるので、点A4の座標は

【００５１】

【数８】

【００５２】となり、また、

【００５３】

【数９】ｙ2＝(ｄ＋ｂ)＋ｘ2・tanψ ｒ＝x2²＋{(ｄ＋ｂ)＋x2・tanψ}² であるので、点A2の座標は

【００５４】

【数１０】

【００５５】となる。従って、交差角度θ2 は次のよう
に求められる。

【００５６】

【数１１】

【００５７】ψ≪１であれば、cosψ≒１、cos²ψ≒
１、sinψ≒０であるので、交差角度θ2 は次のように
なる。

【００５８】

【数１２】

【００５９】ここで、理想状態のときの交差角度をθ0
とし、θ2＝θ0＋β＋γとすると、

【００６０】

【数１３】

【００６１】となるので、ψ≪１であれば、

【００６２】

【数１４】

【００６３】となる。従って、交差角度のずれ分である
βは、次のように求められる。

【００６４】

【数１５】

【００６５】（３）略直交する貫通孔２５，２６の分割
角度誤差 図９中に示すように点Ａ1から点Ａ2までの角度をφ1、
点Ａ2から点Ａ3までの角度をφ2、点Ａ3から点Ａ4まで
の角度をφ3、点Ａ4から点Ａ1までの角度をφ4とする。
φ1は貫通孔２５，２６の対角線Ｌ1，Ｌ2の交差角度に
相当であるから、

【００６６】

【数１６】

【００６７】となる。また、φ2，φ3，φ4は、

【００６８】

【数１７】φ3＝φ1 φ2＝φ4＝π−φ1 となる。

【００６９】分割誤差は、π／２［rad］からのずれで
あるから、δ＝(φ-π/2)／(π/2)を分割誤差率とする
と、φ1，φ2，φ3，φ4の分割誤差率δ1，δ2，δ3，
δ4は、次のようになる。

【００７０】

【数１８】

【００７１】（４）分割誤差による計測時間変動 回転軸が一定の角速度ωで回転していると仮定すると、
分割誤差がないときの回転パルスの周期Ｔは、回転軸が
π／２［rad］回転する時間であるから、

【００７２】

【数１９】Ｔ＝(π／２)／ω となる。

【００７３】分割誤差があるときのパルス時間間隔Ｔ
1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4は次のようになる。

【００７４】

【数２０】 Ｔ1＝φ1／ω＝{(π／２)・(１＋δ1)}／ω＝Ｔ・(１＋δ
1) Ｔ2＝φ2／ω＝{(π／２)・(１＋δ2)}／ω＝Ｔ・(１＋δ
2) Ｔ3＝φ3／ω＝{(π／２)・(１＋δ3)}／ω＝Ｔ・(１＋δ
3) Ｔ4＝φ4／ω＝{(π／２)・(１＋δ4)}／ω＝Ｔ・(１＋δ
4) 従って、計測した時間から計算した回転軸の角速度ω
1，ω2，ω3，ω4は次のようになる。

【００７５】

【数２１】 ω1＝(π／２)／Ｔ1＝(π／２)／{Ｔ・(１＋δ1)}＝ω／
(１＋δ1) ω2＝(π／２)／Ｔ2＝(π／２)／{Ｔ・(１＋δ2)}＝ω／
(１＋δ2) ω3＝(π／２)／Ｔ3＝(π／２)／{Ｔ・(１＋δ3)}＝ω／
(１＋δ3) ω4＝(π／２)／Ｔ4＝(π／２)／{Ｔ・(１＋δ4)}＝ω／
(１＋δ4) そして、δ1＝δ3、δ2＝δ4であるから、

【００７６】

【数２２】 ω1＝ω3＝(π／２)／Ｔ1＝(π／２)／{Ｔ・(１＋δ1)}
＝ω／(１＋δ1) ω2＝ω4＝(π／２)／Ｔ2＝(π／２)／{Ｔ・(１＋δ2)}
＝ω／(１＋δ2) となる。

【００７７】（５）角速度の微分演算誤差 時間的に隣り合った角速度の計算値の差をとり、それを
最新の回転パルス周期で除した値である次のＤ12，Ｄ2
3，Ｄ34，Ｄ41を、角速度のデジタル微分値とする。

【００７８】

【数２３】 Ｄ12＝(ω2−ω1)／Ｔ2 Ｄ23＝(ω3−ω2)／Ｔ3 Ｄ34＝(ω4−ω3)／Ｔ4 Ｄ41＝(ω1−ω4)／Ｔ1 この数２３と数２０，数２１とから、Ｄ12は次のように
計算される(Ｄ23，Ｄ34，Ｄ41の計算もこれに準じる)。

【００７９】

【数２４】 Ｄ12＝ω・{１／(１＋δ2)−１／(１＋δ1)}／{Ｔ・(１＋
δ2)} ＝(２・ω²／π)・(δ1−δ2)／{(１＋δ1)・(１＋δ2)²} δ1≪１、δ2≪１、δ3≪１、δ4≪１であれば、１秒当
りの回転数をｎとすると２・ω²／π＝８・π・ｎ²である
ので、Ｄ12〜Ｄ41は次のようになる。

【００８０】

【数２５】 Ｄ12＝８・π・ｎ²・(δ1−δ2) Ｄ23＝８・π・ｎ²・(δ2−δ3) Ｄ34＝８・π・ｎ²・(δ3−δ4) Ｄ41＝８・π・ｎ²・(δ4−δ1) さらに、数１８から、

【００８１】

【数２６】

【００８２】となる。また、軸加工上、一般に

【００８３】

【数２７】

【００８４】であるから、

【００８５】

【数２８】 Ｄ12＝Ｄ34＝３２・ｎ²・ψ Ｄ23＝Ｄ41＝−３２・ｎ²・ψ と近似することができる。

【００８６】（６）２個の微分値の移動平均 最新の微分値と１個前の微分値との移動平均は次のよう
になる。

【００８７】

【数２９】 (Ｄ12＋Ｄ23)／２＝４・π・ｎ²・(δ1−δ3) (Ｄ23＋Ｄ34)／２＝４・π・ｎ²・(δ2−δ4) (Ｄ34＋Ｄ41)／２＝４・π・ｎ²・(δ3−δ1) (Ｄ41＋Ｄ12)／２＝４・π・ｎ²・(δ4−δ2) ここで、Ｄ12＝Ｄ34＝−Ｄ23＝−Ｄ41であるから、

【００８８】

【数３０】 (Ｄ12＋Ｄ23)／２＝０ (Ｄ23＋Ｄ34)／２＝０ (Ｄ34＋Ｄ41)／２＝０ (Ｄ41＋Ｄ12)／２＝０ となる。

【００８９】つまり、前述の図２〜図４に示す回転数セ
ンサ２０を用いて回転速度を計測するとともに微分値で
ある加速度を求める場合に、デジタル微分値の２個の移
動平均をとれば、原理的には、分割誤差の影響をなくす
ことができる。

【００９０】しかも、１／４回転毎に回転速度が求めら
れるとともに、その回転速度の２個のデータ(１／２回
転分のデータ)からデジタル微分値が得られるので、そ
の２個の移動平均をとったとしても回転軸の１回転以内
で加速度が精度良く求められ、従来と比べると加速度を
正しく求めるために必要な最小限の回転量が半分に減少
する。従って、動力ネジゲージにおけるモータ１１の制
御の応答性および精度が高められる。

【００９１】もっとも、上記微分値の移動平均の計算と
しては、最新の微分値とそれ以前の３個の微分値の移動
平均をとるようにしてもよく、このようにすると、角速
度一定の場合の演算値(分割誤差の影響)は次のようにな
り、Ｄ12＝Ｄ34＝−Ｄ23＝−Ｄ41の条件を満足しなくて
も分割誤差の影響をなくすことができる。

【００９２】

【数３１】(D12+D23+D34+D41)/4＝8・π・n²・{(δ1-δ2)+
(δ2-δ3)+(δ3-δ4)+(δ4-δ5)}＝０ なお、上記実施形態では、回転センサの回転軸に略直交
する２方向の貫通孔２５，２６を設けているが、３方向
以上の貫通孔を所定角度(例えば３方向の場合は６０°)
をもって交差するように配設してもよい。

【００９３】

【発明の効果】以上のように本発明は、回転軸にその軸
心と直交し、かつ互いに交差する複数方向の貫通孔を形
成するとともに、この回転軸の両側に発光部と受光部と
を配置して回転センサを構成し、回転軸の回転中に発光
部から上記貫通孔を透過して受光部に達する光の検出に
基づいて所定回転角毎に回転速度を計測し、その少なく
とも２回分の回転速度計測データから加速度を算出する
ようにしているため、回転センサのコンパクト化を可能
にしつつ、回転軸の回転速度および加速度を、従来と比
べて少ない回転量で速やかに、かつ正確に求めることが
できる。例えば、互いに略直交する２方向の貫通孔を回
転軸に形成することにより、回転軸の１／４回転毎に回
転速度が求められ、その少なくとも２回分のデータに基
づいて加速度が算出され、回転軸の１回転以内でも加速
度の検出が可能となる。

【００９４】従って、回転速度および加速度の計測に基
づいてモータ等を制御する場合に、その制御の応答性お
よび精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される動力ネジゲージの構成を示
すブロック図である。

【図２】回転センサの分解状態斜視図である。

【図３】回転センサの断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】上記動力ネジゲージの計測、制御系統を示す機
能ブロック図である。

【図６】モータ制御部分の構成を示す機能ブロック図で
ある。

【図７】モータのトルク特性を示す図である。

【図８】（ａ）は回転センサの回転軸の回転の各過程に
おける状態を示す説明図であり、（ｂ）は回転センサか
ら出力される回転パルスの説明図である。

【図９】回転数センサの分割誤差とその影響を示すため
の説明図である。

【符号の説明】

１ 制御部 ２ ゲージ作動部 １１ モータ ２０ 回転センサ ２３ 発光部 ２４ 受光部 ２５，２６ ２方向の貫通孔 ３３ 回転数検出手段 ３４ 演算手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸に連結された回転軸に、その軸心
   と直交し、かつ互いに所定角度をもって交差する複数方
   向の貫通孔を形成するとともに、この回転軸の貫通孔形
   成個所の外方に、発光部と受光部とを回転軸を挟んで対
   向するように配置することにより回転センサを構成し、
   上記回転軸の回転中に上記発光部から上記貫通孔を透過
   して受光部に達する光を検出し、この検出に基づいて回
   転軸の所定回転角毎に回転速度を計測し、その少なくと
   も２回分の回転速度計測データから加速度を算出するこ
   とを特徴とする駆動軸の回転速度計測方法。
2. 【請求項２】 複数方向の貫通孔として互いに略直交す
   る２方向の貫通孔を回転軸に形成し、発光部から貫通孔
   を透過して受光部に達する光の検出に基づいて回転軸の
   １／４回転毎に回転速度を計測することを特徴とする請
   求項１記載の駆動軸の回転速度計測方法。
3. 【請求項３】 今回の回転速度計測データと前回の回転
   速度計測データとに基づく加速度の算出を回転軸の１／
   ４回転毎に行なうとともに、その加速度の移動平均を求
   め、その平均値をもって加速度の最終演算値とすること
   を特徴とする請求項２記載の駆動軸の回転速度計測方
   法。
4. 【請求項４】 上記発光部から受光部に向けて照射され
   る光を略平行光としたことを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載の駆動軸の回転速度計測方法。
5. 【請求項５】 駆動軸に連結される回転軸にその軸心と
   直交するとともに互いに所定角度をもって交差する複数
   方向の貫通孔を形成するとともに、上記回転軸の貫通孔
   形成個所の外方に貫通孔を挟んで対向するように発光部
   及び受光部を配置して、上記回転軸の回転中に上記発光
   部から受光部に向かう光の断続に応じた回転パルス信号
   を出力するように構成された回転センサと、この回転パ
   ルス信号を入力してその周期に基づき所定回転角毎の回
   転速度を算出するとともに、その少なくとも２回分の回
   転速度データから加速度を算出する演算手段とを有する
   ことを特徴とする駆動軸の回転速度計測装置。