JPS595841B2 - 相対位置検出装置 - Google Patents
相対位置検出装置Info
- Publication number
- JPS595841B2 JPS595841B2 JP52096913A JP9691377A JPS595841B2 JP S595841 B2 JPS595841 B2 JP S595841B2 JP 52096913 A JP52096913 A JP 52096913A JP 9691377 A JP9691377 A JP 9691377A JP S595841 B2 JPS595841 B2 JP S595841B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amplitude
- vibrating piece
- vibrating
- relative position
- vibration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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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】
この発明は対象物例えば型板等の周縁に倣い切断装置等
を誘導する相対位置検出装置に関する。
を誘導する相対位置検出装置に関する。
発明者はさきに振動片を用いて開発中心線と振動片保持
部との相対位置を検出する装置を提案しているが、まず
その構造を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□よりなる。振動片７は
その形状、材料、寸法に応じて第３図に示す共振１次モ
ード又は第４図に示す２次共振モードで共振し、この共
振する振動片７の自由端が位置検出をされる対象物１４
ａに近づき過ぎるとこの対象物のみに接触し、対象物か
ら離れると振幅制限板１５にのみ接触し、振動片７の固
定された側の振動中心位置が両者の中央にあるときは前
記自由端が交互にかつ前記両者に均等に接触することに
より生ずる電気信号を検知してその相対位置を検出する
ことができる。即ち前記開先面又はその中心線に対する
直流モータの軸の中心ひいては固定ブロック１、これに
接続するガス切断用トーチ又は溶接トーチ等の相対位置
を検出するものである。この振動片の接触は電路９、１
０により電気的に検出され、その信号により母材８の開
先中心線１３に検出器ひいては溶接トーチ等を倣い誘導
変位させることを可能とするものである。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。こ
の装置につ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。
部との相対位置を検出する装置を提案しているが、まず
その構造を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□よりなる。振動片７は
その形状、材料、寸法に応じて第３図に示す共振１次モ
ード又は第４図に示す２次共振モードで共振し、この共
振する振動片７の自由端が位置検出をされる対象物１４
ａに近づき過ぎるとこの対象物のみに接触し、対象物か
ら離れると振幅制限板１５にのみ接触し、振動片７の固
定された側の振動中心位置が両者の中央にあるときは前
記自由端が交互にかつ前記両者に均等に接触することに
より生ずる電気信号を検知してその相対位置を検出する
ことができる。即ち前記開先面又はその中心線に対する
直流モータの軸の中心ひいては固定ブロック１、これに
接続するガス切断用トーチ又は溶接トーチ等の相対位置
を検出するものである。この振動片の接触は電路９、１
０により電気的に検出され、その信号により母材８の開
先中心線１３に検出器ひいては溶接トーチ等を倣い誘導
変位させることを可能とするものである。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。こ
の装置につ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う。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、時間と共に振幅は増加し、
無限大となる。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９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
の振動片の共進周波数Ｆ。
ーとして振動片に加える場合において、振動片の持つ固
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う。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、時間と共に振幅は増加し、
無限大となる。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９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
の振動片の共進周波数Ｆ。
は下に示すに値の平方根に比例する。ＦｏｏｃＶｉ・・
・・・・・・・・・・（１）に＝−・・・・・・・・・
（２）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
と急速に振幅をＯに近づいてしまう。
・・・・・・・・・・（１）に＝−・・・・・・・・・
（２）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
と急速に振幅をＯに近づいてしまう。
例えば約２０１１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２ｍｍ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の定善状態に至るまでの過渡的現象をみると第９図の
ようになつている。
波数からずれると僅か２ｍｍ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の定善状態に至るまでの過渡的現象をみると第９図の
ようになつている。
いま、振動の中心を原点０とし、、更に或る時刻ｔ１に
おける振動片の位置は−Ｘ，（速度＝Ｏ）であつたとす
る。
おける振動片の位置は−Ｘ，（速度＝Ｏ）であつたとす
る。
振動の周期をＴ（Ｓｅｃ）とした場合、Ｉ／ＦＯ＝Ｔで
あるから、時刻ｔ１より時間１／２×１／ＦＯ即ち、半
周期後の振動片はＸ，＋ｆ（Ｘ，）＝Ｘ２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。
あるから、時刻ｔ１より時間１／２×１／ＦＯ即ち、半
周期後の振動片はＸ，＋ｆ（Ｘ，）＝Ｘ２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
の如く加振エネルギー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−Ｘ３＝一（Ｘ２＋ｆ（Ｘ２））
の位置に来る。
の如く加振エネルギー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−Ｘ３＝一（Ｘ２＋ｆ（Ｘ２））
の位置に来る。
同様にして振動片の振幅は、１周期につき往復分の加振
エネルギを振動エネルギーとして受け２ｆ（Ｘｎ）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８図、第１０図に示すようにその
振幅を制限する位置（−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
の振幅を保持しつつ共振様の振動をする。
エネルギを振動エネルギーとして受け２ｆ（Ｘｎ）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８図、第１０図に示すようにその
振幅を制限する位置（−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
の振幅を保持しつつ共振様の振動をする。
これは以下のような理由による。振幅Ｗで振動していた
振動片が制限面８ａ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８ａから
離れると再び加振エネルギーを受け、Ｘ２＝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。
振動片が制限面８ａ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８ａから
離れると再び加振エネルギーを受け、Ｘ２＝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Ｗ１−Ｘ１＋Ｘ２なる共振状態と同様
な振動ということができる。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Ｗ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。
な振動ということができる。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Ｗ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、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。つぎに第８図第１０
図を用いて相対向する面間の中心線例えば溶接開先中心
線の検出の仕方を具体的に説明する。
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。つぎに第８図第１０
図を用いて相対向する面間の中心線例えば溶接開先中心
線の検出の仕方を具体的に説明する。
第８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。
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。
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面）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。
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面）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。
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。
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。
この振動片の接触は電路９，１０により電気的に検出さ
れ、その信号により母材８の開先中心線１３に検出器ひ
いては溶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（又は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。前記のような装置は特に溶接開先の中心線の検出に
有用である。
れ、その信号により母材８の開先中心線１３に検出器ひ
いては溶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（又は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。前記のような装置は特に溶接開先の中心線の検出に
有用である。
一方型板等は周縁を倣い、しかもその接触抵抗は小さい
ことが要望されている。従来このような場合には球状の
端部をもつ接触棒を型板の周縁に接触させ、これを機械
的なまたは電気的な信号として検出器に伝えていた。し
かしそれでは接触摩擦抵抗が大であり精度の上からも問
題とするところである。この発明は型板等に倣い接触し
、しかも接触抵抗が少なく型板との相対位置を検出する
装置を提案することを目的とする。
ことが要望されている。従来このような場合には球状の
端部をもつ接触棒を型板の周縁に接触させ、これを機械
的なまたは電気的な信号として検出器に伝えていた。し
かしそれでは接触摩擦抵抗が大であり精度の上からも問
題とするところである。この発明は型板等に倣い接触し
、しかも接触抵抗が少なく型板との相対位置を検出する
装置を提案することを目的とする。
要するにこの発明は対象物とほぼ共振する振動片を接触
させこの接触を電気的信号に変換し検出器を誘導する装
置であることを特徴とする。
させこの接触を電気的信号に変換し検出器を誘導する装
置であることを特徴とする。
また振動片には共振または共振に近い振動数の振動を与
え、一方において振動片の端部振幅を望ましい振幅に制
限する振幅制限部材を設け検出精度の向上をはかること
を特徴とする。この発明を図面により説明する。
え、一方において振動片の端部振幅を望ましい振幅に制
限する振幅制限部材を設け検出精度の向上をはかること
を特徴とする。この発明を図面により説明する。
振動片及び振動付与装置は第１図、第２図に示すものと
同様のものを使用する。第５図は一定振幅で振動片７を
振動させておき対象物の表面例えば型板１４の周縁１４
ａとの接触の有無で倣い動作を行なうものである。
同様のものを使用する。第５図は一定振幅で振動片７を
振動させておき対象物の表面例えば型板１４の周縁１４
ａとの接触の有無で倣い動作を行なうものである。
フ
第６図は振動片端部の振幅を一定幅に制限しようとする
もので、振動片７を支える固定プロツク１より振幅制限
部材１５を展開させたものである。
もので、振動片７を支える固定プロツク１より振幅制限
部材１５を展開させたものである。
振動片は共振に近い状態にあつてもその端部の振幅は振
幅制限部材１５により容易に第６図に示すごとく制限さ
れる。実験の結果では、第５図に示す場合においては直
流モータ２への印加電圧の変化が少く、即ち電気的エネ
ルギ印加状態を定常に保つこと即ち好ましい共振状態の
保持をすることが精度向上の上から望ましいものである
ことが確められた。
幅制限部材１５により容易に第６図に示すごとく制限さ
れる。実験の結果では、第５図に示す場合においては直
流モータ２への印加電圧の変化が少く、即ち電気的エネ
ルギ印加状態を定常に保つこと即ち好ましい共振状態の
保持をすることが精度向上の上から望ましいものである
ことが確められた。
第６図に示すように振幅制限部材１５を設けるときは印
加電圧の変動等の変化により振動片の振幅に影響を受け
ることが少なく精度向上するということが実験で確めら
れた。
加電圧の変動等の変化により振動片の振幅に影響を受け
ることが少なく精度向上するということが実験で確めら
れた。
また振動片は第５図、第６図に示すように垂下の状態で
加振するほか、振動片を水平にするときは対象物の水平
に対する凹突を倣い検出することができる。
加振するほか、振動片を水平にするときは対象物の水平
に対する凹突を倣い検出することができる。
この発明を実施することにより対象物と検出器の相対位
置の検出が容易にされ、型板の周縁の倣い検出や、表面
の上下方向の凹凸も倣い検出でき精度の高い相対位置の
検出ができる等種々の効果を奏するものである。
置の検出が容易にされ、型板の周縁の倣い検出や、表面
の上下方向の凹凸も倣い検出でき精度の高い相対位置の
検出ができる等種々の効果を奏するものである。
第１図は振動片使用の検出器の正面図、第２図はその側
面図、第３図は一次共振モードを示す振動片、第４図は
２次共振モードの状態を示す振動片、第５図はこの発明
にかかる型板の倣い検出の状態を示す図面、第６図は振
幅制限板を使用したときの倣い検出の状態を示す図面、
第７図Ａは片持梁の側面図、第７図Ｂは第７図ＡＯ）Ｉ
−１断面図、第８図は振動片の共振時の自由端の振幅Ｗ
と制限面のあるときの振幅Ｗの関係を示す図面、第９図
、第１０図は本発明の作動原理を説明する図面である。 １・・・・・・固定プロツク、２・・・・・・直流モー
タ、３・・・・・・交流電源、７・・・・・・振動片、
１５・・・・・・振幅制限部材。
面図、第３図は一次共振モードを示す振動片、第４図は
２次共振モードの状態を示す振動片、第５図はこの発明
にかかる型板の倣い検出の状態を示す図面、第６図は振
幅制限板を使用したときの倣い検出の状態を示す図面、
第７図Ａは片持梁の側面図、第７図Ｂは第７図ＡＯ）Ｉ
−１断面図、第８図は振動片の共振時の自由端の振幅Ｗ
と制限面のあるときの振幅Ｗの関係を示す図面、第９図
、第１０図は本発明の作動原理を説明する図面である。 １・・・・・・固定プロツク、２・・・・・・直流モー
タ、３・・・・・・交流電源、７・・・・・・振動片、
１５・・・・・・振幅制限部材。
Claims (1)
- １ 最大共振振幅が、相対向する対象物間隔より大とな
る振動片を備なえた検出装置を二つの対象物間に配置し
、前記振動片を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と接触するこ
とによる信号により前記振動片と前記対象物との相対位
置を検出する検出装置において、前記検出器より振幅制
限部材を展出させ該部材を前記対象物の一方としたこと
を特徴とする相対位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52096913A JPS595841B2 (ja) | 1977-08-15 | 1977-08-15 | 相対位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52096913A JPS595841B2 (ja) | 1977-08-15 | 1977-08-15 | 相対位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5431771A JPS5431771A (en) | 1979-03-08 |
| JPS595841B2 true JPS595841B2 (ja) | 1984-02-07 |
Family
ID=14177592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52096913A Expired JPS595841B2 (ja) | 1977-08-15 | 1977-08-15 | 相対位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS595841B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0177240U (ja) * | 1987-11-12 | 1989-05-24 |
-
1977
- 1977-08-15 JP JP52096913A patent/JPS595841B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0177240U (ja) * | 1987-11-12 | 1989-05-24 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5431771A (en) | 1979-03-08 |
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