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JPS5937441B2 - center position detection device - Google Patents
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JPS5937441B2 - center position detection device - Google Patents

center position detection device

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Publication number
JPS5937441B2
JPS5937441B2 JP52096918A JP9691877A JPS5937441B2 JP S5937441 B2 JPS5937441 B2 JP S5937441B2 JP 52096918 A JP52096918 A JP 52096918A JP 9691877 A JP9691877 A JP 9691877A JP S5937441 B2 JPS5937441 B2 JP S5937441B2
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JP
Japan
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vibrating piece
center position
center
contact
objects
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JP52096918A
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JPS5431773A (en
Inventor
由英 近藤
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は中心位置検出装置の構造に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to the structure of a center position detection device.

発明者は振動片を用いて二つの対象物間の中心位置を検
出する装置を提案する。その構造を以下図面により説明
する。検出器の一部材たる固定ブロック1には振動系に
振動を与える振動付与装置例えば直流モータ2が固定さ
れる。この直流モータ2には交流電源3から交流電圧が
印加されその周波数に応じてモータ軸4は往復回動する
。このモータ軸4により振動される振動系は中心設定用
振動片5、前記モータ軸4に固定される締付治具6、振
動片Tよりなる。振動片Tはその形状、材料、寸法に応
じて第3図に示す1次共振モード又ク は第4図に示す
2次共振モードで振動し、対象物例えば左側開先面Ba
)右側開先面8b(以下二つの対象物を開先として説明
する。)の何れか、又はこれら双方の両面に接触し、前
記開先面又はその中心線に対する直流モータ軸の中心ひ
いてはo 固定ブロック1、これに接続する例えば溶接
トーチの2つの対象物に対する中心位置を検出するもの
である。この振動片の接触は電路9|1口により電気的
に検出され、その信号により溶接トーチと対象物との中
心位置例えば母材8の開先中心線513に検出器ひいて
は溶接トーチを倣い誘導変位させることを可能とするも
のである。この発明は前記のような振動片の接触による
電流の流れに代り、絶縁皮膜が存在しても振動片端部の
接触を音響により検知可能とする装置を提案0 するこ
とを目的とする。
The inventor proposes a device that uses a vibrating piece to detect the center position between two objects. The structure will be explained below with reference to the drawings. A vibration applying device, such as a DC motor 2, which applies vibration to the vibration system, is fixed to a fixed block 1 which is a part of the detector. An alternating current voltage is applied to the direct current motor 2 from an alternating current power source 3, and the motor shaft 4 reciprocates in accordance with the frequency of the alternating current voltage. The vibration system vibrated by the motor shaft 4 includes a center setting vibrating piece 5, a tightening jig 6 fixed to the motor shaft 4, and a vibrating piece T. Depending on its shape, material, and dimensions, the vibrating piece T vibrates in the primary resonance mode shown in Fig. 3 or in the secondary resonance mode shown in Fig. 4.
) The center of the DC motor shaft with respect to the groove surface or its center line, and thus the o. The center position of block 1 and a welding torch connected thereto, for example, with respect to two objects is detected. The contact of this vibrating piece is electrically detected by the electric circuit 9 | 1 port, and the signal causes the detector and the welding torch to follow the center position of the welding torch and the target object, for example, the groove center line 513 of the base material 8, and to induce displacement. This makes it possible to It is an object of the present invention to propose a device that can detect contact at the end of a vibrating element acoustically even if an insulating film is present, instead of the current flow caused by the contact of the vibrating element as described above.

要するにこの発明は振動片の基部又は振動片を固定する
軸又は固定ブロック等に音響素子を取り付け、音響を電
気信号に変換して取り出す検出装置であることを特徴と
する。
In short, the present invention is characterized in that it is a detection device in which an acoustic element is attached to the base of a vibrating piece, a shaft or fixing block for fixing the vibrating piece, and the sound is converted into an electric signal and extracted.

5 ここで、この発明にかかる装置の作動原理について
考察してみる。
5 Let us now consider the operating principle of the device according to the present invention.

この装置においてセンサとして機能する振動片は、片持
で共振状態にある。この共振状態とは、振動に寄与する
外力を加振エネルギーとして振動片に加える場合におい
て、振動ク片の持つ固有振動数Fと同一の振動数で加振
エネルギーを加えることにより振動している状態を言ラ
。この状態ではごく微量の加振エネルギーであつてもそ
の全てが振動エネルギーに変換されるため、5時間と共
に振幅は増加し、無限大となる。
The vibrating piece that functions as a sensor in this device is cantilevered and in a resonant state. This resonance state is a state in which the vibrating piece vibrates by applying excitation energy at the same frequency as the natural frequency F of the vibrating piece, when an external force that contributes to vibration is applied to the vibrating piece as excitation energy. Say it. In this state, even a very small amount of excitation energy is converted into vibration energy, so the amplitude increases over 5 hours and reaches infinity.

しかし実際の装置においては振動時の空気抵抗振動片の
変形歪み等によるエネルギーの’ロスが存在するため、
或る一定の最大振幅W(第8図)で定常状態となり、以
後振幅Wで振動することとなる。片持ちの振動片の共振
周波数F。は下に示すk値の平方根に比例する。片持ち
の振動片が共振するときは振動片の受ける振動エネルギ
ーは小さいものであつても、その自由端は大きく振れる
が共振周波数から振動数が僅かでもずれると急速に振幅
は0に近づいてしまう。
However, in actual equipment, there is a loss of energy due to deformation and distortion of the air resistance vibrating element during vibration.
It becomes a steady state at a certain maximum amplitude W (FIG. 8), and thereafter vibrates at the amplitude W. Resonance frequency F of a cantilevered vibrating piece. is proportional to the square root of the k value shown below. When a cantilevered vibrating piece resonates, even if the vibration energy received by the vibrating piece is small, its free end swings greatly, but if the frequency deviates even slightly from the resonant frequency, the amplitude rapidly approaches 0. .

例えば約2071!11の共振振幅をもつていたものが
共振周波数からずれると僅か21m程度のものとなつて
しまう。極く微少時間ではあるが、加振し始めてから最
大振幅Wの定常状態に至るまでの過渡的現象をみると、
第10図のようになつている。
For example, something with a resonant amplitude of about 2071!11 becomes only about 21 m if it deviates from the resonant frequency. Although it is an extremely short period of time, looking at the transient phenomenon from the start of vibration to the steady state with the maximum amplitude W, we find that
It looks like Figure 10.

いま、振動の中心を原点0とし、更に或る時刻tにおけ
る振動片の位置は−X,(速度v=0)であつたとする
Now, assume that the center of vibration is the origin 0, and that the position of the vibrating piece at a certain time t is -X, (velocity v=0).

振動の周期をT(Sec)とした場合、1/FO=Tで
あるから、時刻T,より時間1/2×1/FO即ち、半
周期後の振動片はX1+f(x1)=X,の位置に来る
。ここで、f(x)は振動エネルギーに変換される、加
振エネルギーによる振動片の振幅増加量である。前記の
如く加脹エネルギー5は一定であつても空気抵抗等が存
在するため、″F.(x)は減少関数となつている。更
に1/2F0後の振動片は−X,=−(X,+f(xl
))の位置に来る。同様にして振動片の振幅&ζ 1周
期につき往復分の加振エネルギーを振動エネルギーとし
て受け2f(XTl)の振幅を増しつつ最大振幅wに至
る。共振時における振動片はモータ等より受ける加振エ
ネルギーと空気抵抗等のエネルギーロスとのバランスに
より、その自由端は最大振幅wで振動するが、第7図に
示すようにその振幅を匍以する位置(−x1)に制限面
(例えば左側開先面8a)があるときは、これに軽く接
触しながらW1の振j幅を保持しつつ共振様の振動をす
る。
When the period of vibration is T (Sec), since 1/FO=T, time 1/2×1/FO from time T, that is, the vibrating piece after half a period is X1+f(x1)=X. come into position. Here, f(x) is the amount of increase in the amplitude of the vibrating element due to excitation energy, which is converted into vibration energy. As mentioned above, even if the added energy 5 is constant, there is air resistance, etc., so ``F. X, +f(xl
)) come to the position. Similarly, the amplitude &ζ of the vibrating element receives the reciprocating excitation energy per cycle as vibration energy and increases the amplitude of 2f (XTl) until it reaches the maximum amplitude w. During resonance, the vibrating piece vibrates at the maximum amplitude w due to the balance between the excitation energy received from the motor etc. and the energy loss due to air resistance, etc., but the free end vibrates at the maximum amplitude w, as shown in Figure 7. When there is a limiting surface (for example, the left side groove surface 8a) at the position (-x1), it makes resonance-like vibration while maintaining the amplitude of W1 while lightly contacting this.

これは以下のような理由による。振幅Wで振動していた
振動片が1!il銀面8&に当つた瞬間、振動片の有し
ていたエネルギーは制限面8aを押すエネルギー、熱エ
ネルギー等として消費される。そして振動片が制限面8
aから離れると再び加振エネルギーを受け、X,=X1
+f(X1)の位置に来る。即ち定常状態として振幅W
で共振していた振動片は制限面8aに当つた瞬間から共
振に至るまでの過渡的状態に移るのである。ところが一
周期の後には再度制限面8aに当り一往復分の加振エネ
ルギーは再び熱エネルギー等として消費され、以下同様
な運動を繰り返すこととなる。この状態は、振幅W,=
X1+X,なる共振状態と同様な振動を言いことができ
る。この様な共振様の振動においては数学的な正確さで
振幅W1の中心に原点0が存在せず、加振エネルギー分
(即ちX2−X1)だけ移動し、これが測定誤差として
表われるが、加振エネルギー自体が極く微少量であるた
め、この誤差は測定上無視できる程度の微少量である。
また、面8aと振動片の接触も6一往復分の加振エネル
ギーを消費するだけの接触であるため、ほとんど無接触
に近い状態での接触となつている。
This is due to the following reasons. The vibrating piece that was vibrating with amplitude W is 1! At the moment of contact with the silver surface 8&, the energy of the vibrating piece is consumed as energy for pushing the limiting surface 8a, thermal energy, etc. And the vibrating piece is the limiting surface 8
When moving away from a, it receives excitation energy again, and X,=X1
It comes to the +f(X1) position. That is, as a steady state, the amplitude W
The vibrating piece, which was resonating at , shifts to a transient state from the moment it hits the limiting surface 8a until it resonates. However, after one cycle, it hits the limiting surface 8a again, and the excitation energy for one round trip is again consumed as thermal energy, etc., and the same movement is repeated thereafter. This state has the amplitude W,=
It can be said that the vibration is similar to the resonance state of X1+X. In such resonance-like vibrations, the origin 0 does not exist at the center of the amplitude W1 with mathematical accuracy, but moves by the excitation energy (i.e., X2 - X1), and this appears as a measurement error, but the Since the vibration energy itself is extremely small, this error is so small that it can be ignored in measurement.
Further, since the contact between the surface 8a and the vibrating element is such that only the excitation energy for six one round trip is consumed, the contact is almost non-contact.

つぎに第7図、第9図を用いた例を溶接開先にとり、そ
の開先中心線の検出の仕方を具体的に説明する。第7図
のごとく自由端が左側開先面8aに接触して共振してい
るとき図示他の自由端位置70′は右側開先面(他の対
象物)8bに接触することはない。
Next, the method of detecting the groove center line will be specifically explained using an example using FIGS. 7 and 9 for a welding groove. When the free end contacts the left groove surface 8a and resonates as shown in FIG. 7, the other free end position 70' shown does not come into contact with the right groove surface (another object) 8b.

従つて左側開先面8aのみに接触しているということを
検知して電気的信号として取り出すことができる。同様
にして右側開先面8bに固定点4が近づきすぎると右側
開先面に近づきすぎるということを電気信号として取り
出すことができる。固定点が開先の中央面(CL(1)
に復帰するとその自由端70の振幅は共振していること
からwと大きいものとなり両開先面8a,8bにその共
振する振動数で交互に接触し、これを電気信号として取
り出し固定点4が常に開先の中央面内にあることを検知
できる。
Therefore, it is possible to detect that only the left side groove surface 8a is in contact and extract it as an electrical signal. Similarly, if the fixed point 4 comes too close to the right groove surface 8b, it can be taken out as an electrical signal that it is too close to the right groove surface. The fixing point is the center plane of the groove (CL (1)
When it returns to , the amplitude of the free end 70 becomes large as w because it resonates, and it contacts both groove surfaces 8a and 8b alternately at the resonant frequency, and this is taken out as an electric signal and the fixed point 4 is It can always be detected that it is within the center plane of the groove.

このことを第1表としてまとめて表示する。このような
共振する振動片の特性゛を利用することによりこの振動
片をセンサーとして使用し開先面の中心線に対する直流
モータの軸の中心ひいては固定プロツク1、これに接続
する溶接トーチの相対位置を検出するものである。
This is summarized in Table 1. By utilizing the characteristics of such a resonant vibrating piece, this vibrating piece is used as a sensor to determine the relative position of the center of the shaft of the DC motor with respect to the center line of the groove surface, and thus of the stationary block 1 and the welding torch connected to it. This is to detect.

この振動片の接触は電路9,10により電気的に検出さ
れ、その信号Gてより母材8の開先中心線13に検出器
ひいては醇接トーチを倣い誘導立位させることを可能と
するものである。また振動片は50サイクルαは60サ
イクル)で振動しているので振動片の振動状態を通して
の溶接ノズル又はアークの視認が容易にできるものとな
る。この発明にかかる検出器を図面により説明すると、
検出器の構造は第1図、第2図に示すものと同様である
The contact of this vibrating piece is electrically detected by electric circuits 9 and 10, and the signal G allows the detector and eventually the welding torch to follow the groove center line 13 of the base material 8 and guide it to a standing position. It is. Further, since the vibrating piece vibrates at 50 cycles α and 60 cycles, the welding nozzle or the arc can be easily seen through the vibrating state of the vibrating piece. The detector according to the present invention will be explained with reference to the drawings.
The structure of the detector is similar to that shown in FIGS. 1 and 2.

た〜第5図に示すごとく、リード線9,10に代り、振
動片7のつけ根部又はモータ軸4に近く振動片にピエゾ
効果で音響検出する音響検出素子14を取りつけ、振動
片端部が開先面の片側のみか、両側に接触しているかを
音響検出素子14からの電気信号としてリード線15に
より取り出しその電流波形等で検出するものである。こ
の場合においてオツシロスコープを有効に使用すること
ができる。振動片が片方の面にのみ接触するとき(支点
が、即ちモータ軸心が開先中心よりずれていることを意
味する。
As shown in FIG. 5, instead of the lead wires 9 and 10, an acoustic detection element 14 that detects sound using a piezo effect is attached to the vibrating piece near the base of the vibrating piece 7 or the motor shaft 4, and the end of the vibrating piece is open. Whether only one side or both sides of the tip are in contact is detected as an electric signal from the acoustic detection element 14 by a lead wire 15 and the current waveform. In this case, an oscilloscope can be used effectively. When the vibrating piece contacts only one surface (meaning that the fulcrum, that is, the motor shaft center is offset from the groove center).

)の単位時間の接触音の数は、振動片が両側面に接触し
ているときの単位時閲あたりの接触音の数の1/2であ
ることから容易に電気信号、音響を変換した電気信号と
してとらえその相違を検知できる。またこれをオツシロ
スコープのブラウン管面上に表示させることも容易にで
きる。また振動片に音響素子をつけることが望ましくな
いなら直流モータ軸4又は固定プロツク1に取り付けて
もよい。しかし振動片の接触点より遠くなるほど音の減
衰については注意を必要とする。この発明は近時音響検
出器の小形化に伴い効果的に振動片の端部の接触音を捕
えることが可能であり、装置としては他に補助的な装置
を必要とするが、破壊することのできないような絶縁皮
膜の形成されている対象物であつてもそれとの相対位置
は、接触音を信号とするため接触による電流を利用する
必要がなく非常に有効な精度の高い検出器となるという
効果を奏するものである。
) The number of contact sounds per unit time is 1/2 of the number of contact sounds per unit time when the vibrating piece is in contact with both sides, so it is easy to convert electric signals and sounds into electricity. It is possible to interpret this as a signal and detect the difference. This can also be easily displayed on the cathode ray tube of an oscilloscope. Furthermore, if it is not desirable to attach an acoustic element to the vibrating piece, it may be attached to the DC motor shaft 4 or the fixed block 1. However, the farther from the contact point of the vibrating piece, the more careful attention must be paid to attenuating the sound. With the recent miniaturization of acoustic detectors, this invention is capable of effectively capturing the contact sound at the end of the vibrating piece, and although the device requires additional auxiliary equipment, it is easy to destroy. Even if the object has an insulating film that cannot be detected, the sensor uses contact sound as a signal, making it an extremely effective and highly accurate detector as there is no need to use the current generated by contact. This has this effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は検出器の正面図、第2図はその側面図、第3図
は振動片の1次共振モード振動を示す図面、第4図は振
動片の2次共振モード振動を示す図面、第5図はこの発
明にかかる音響素子を取り付けた振動片を示す図面、第
6図は(1),(2)式に使用する片持梁の符号の説明
図、第7図は相対向する面間中心の検出する本発明の説
明図、第8図、第9図は本発明の作動の原理についての
説明図である。 1・・・・・・固定プロツク、2・・・・・・直流モー
タ、4・・・・・・モータ軸、7・・・・・・振動片、
14・・・・・・音響素子。
FIG. 1 is a front view of the detector, FIG. 2 is a side view thereof, FIG. 3 is a drawing showing the first resonance mode vibration of the vibrating element, and FIG. 4 is a drawing showing the second resonance mode vibration of the vibrating element. Fig. 5 is a diagram showing a vibrating piece to which an acoustic element according to the present invention is attached, Fig. 6 is an explanatory diagram of the symbols of the cantilever beams used in equations (1) and (2), and Fig. 7 is a diagram showing the opposite FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams of the present invention for detecting the center between surfaces, and are explanatory diagrams of the principle of operation of the present invention. 1...Fixed block, 2...DC motor, 4...Motor shaft, 7...Vibration piece,
14...Acoustic element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 最大共振振幅が、相対向する対象物間隔より大とな
る振動片を備えた検出器を二つの対象物間に配置し、前
記振動片を当該振動片の共振周波数で加振し、前記振動
片の自由端が前記二つの対象物のいずれか又は双方に接
触していることを検知することにより、前記振動片の支
点が前記二つの対象物間の中心にあるか否かの検出をす
るように構成した中心位置検出装置。 2 前記振動片の自由端と前記対象物との接触を検知す
る音響検出用の素子を前記検出器に設け、該素子からの
信号により前記二つの対象物間の中心に前記支点が位置
しているか否かを検出する特許請求の範囲第1項記載の
中心位置検出装置。
[Claims] 1. A detector equipped with a vibrating piece whose maximum resonance amplitude is larger than the distance between opposing objects is placed between two objects, and the vibrating piece is set at the resonant frequency of the vibrating piece. By applying vibration and detecting that the free end of the vibrating piece is in contact with either or both of the two objects, it is possible to determine whether the fulcrum of the vibrating piece is at the center between the two objects. A center position detection device configured to detect whether or not the center position is detected. 2. The detector is provided with an acoustic detection element that detects contact between the free end of the vibrating piece and the object, and a signal from the element causes the fulcrum to be located at the center between the two objects. The center position detecting device according to claim 1, which detects whether or not there is a center position detecting device.
JP52096918A 1977-08-15 1977-08-15 center position detection device Expired JPS5937441B2 (en)

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JPS5431773A JPS5431773A (en) 1979-03-08
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