JPS595842B2 - Relative position detection device - Google Patents
Relative position detection deviceInfo
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- JPS595842B2 JPS595842B2 JP52096920A JP9692077A JPS595842B2 JP S595842 B2 JPS595842 B2 JP S595842B2 JP 52096920 A JP52096920 A JP 52096920A JP 9692077 A JP9692077 A JP 9692077A JP S595842 B2 JPS595842 B2 JP S595842B2
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- vibrating piece
- detection device
- relative position
- vibrating
- vibration
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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】
この発明は振動片を対象物と接触させることによりその
対象物に対する検出器の相対位置を検出する装置、特に
振動片の構造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device for detecting the relative position of a detector to an object by bringing a vibrating piece into contact with the object, and particularly to a structure of the vibrating piece.
発明者はさきに振動片を用いて対象物との相対位置を検
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。The inventor has previously proposed a device for detecting the relative position of an object using a vibrating element, and the structure thereof will first be explained with reference to the drawings.
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7
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次共振モード又は第4図に示す2次共振モ
ードで共振し、共振する振動片7の自由端が一の対象物
Baに近づきすぎるとこの該対象物のみに接触し、他の
対象物8bに近づきすぎるとこの対象物のみに接触し、
二つの対象物の中央にあると両者に均等に接触すること
による電気信号でその相対位置を検出し、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、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
記のような装置を使用し厚板の狭開先に使用できる長さ
の長い振動片の構造を提案することを目的とする。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 this motor shaft 4 includes a center setting vibrating piece 5, a tightening jig 6 fixed to the motor shaft 4, and a vibrating piece 7.
It becomes more. The vibrating piece T resonates in the primary resonance mode shown in FIG. 3 or in the secondary resonance mode shown in FIG. 4 depending on its shape, material, and dimensions. If it gets too close to 8b, it will come into contact with only this object, and if it gets too close to another object 8b, it will come into contact with only this object,
When the two objects are in the center, their relative positions are detected by electrical signals generated by contacting both objects equally, and the center of the shaft of the DC motor relative to the groove surface or its center line, and thus the fixed block 1, is detected. It detects the relative position of the welding torch connected to the The contact of this vibrating piece is electrical circuit 9, 1
0 is electrically detected, and the signal allows the detector, and eventually the welding torch, to follow and guide the groove center line 13 of the base material 8. An object of the present invention is to propose a structure of a long vibrating piece that can be used in a narrow gap in a thick plate using the above-mentioned device.
要するにこの発明は振動片の支点について振動片を慣性
モーメントの小さい構造にして振動片の長さの長いもの
としかつ振動モードも好ましいものとすることを特徴と
する。In short, the present invention is characterized in that the vibrating element has a structure with a small moment of inertia about the fulcrum of the vibrating element, the length of the vibrating element is long, and the vibration mode is also favorable.
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。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、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い
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。The vibrating piece that functions as a sensor in this device is cantilevered and in a resonant state. This resonance state refers to 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. A state in which vibration is caused by applying excitation energy at the same frequency as . In this state, even a very small amount of excitation energy is converted into vibration energy, so the amplitude increases over time and becomes infinite.
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、
第9図に示すごとく或る一定の最大振幅Wで正常状態と
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。However, in actual equipment, there is energy loss due to air resistance during vibration, deformation distortion of the vibrating element, etc.
As shown in FIG. 9, the normal state is reached at a certain maximum amplitude W, and the vibration continues at the amplitude W thereafter. The resonant frequency F of the cantilevered vibrating element is proportional to the square root of the k value shown below.
l=振動片の長さ(第7図A,B参照)
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Oに近づいてしまう。l = Length of the vibrating piece (see Figure 7 A and B) When a cantilevered vibrating piece resonates, even if the vibration energy received by the vibrating piece is small, its free end can swing a lot, but it will not reach the resonant frequency. If the frequency deviates even slightly, the amplitude will rapidly approach O.
例えば約20m1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211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−X1(速度υ
=0)であつたとする。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(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。For example, a device with a resonance amplitude of about 20 m1 becomes only about 211 if it deviates from the resonance frequency. Although the time is extremely short, the transient phenomenon from the start of vibration to the steady state of the maximum amplitude W is as shown in FIG. 9. The center of vibration is now the origin 0, and the position of the vibrating piece at a certain time t1 is −X1 (velocity υ
=0). When the period of vibration is T (Sec), since 1/FO=T, the time 1/FO from time t
2×1/FO, that is, the vibrating element after half a cycle is x1+f(x)
= Comes to position X2. Here, f(x) is the amount of increase in the amplitude of the vibrating piece due to excitation energy, which is converted into vibration energy.
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1/2F後の振動片は−X8−一(X2+f(X2)
〕の位置に来る。As mentioned above, even if the excitation energy is constant, there is air resistance, etc., so f(x) is a decreasing function. Furthermore, the vibrating element after 1/2F is -X8-1 (X2+f(X2)
] position.
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W,の振幅を保
持しつつ共振様の振動をする。Similarly, the amplitude of the vibrating element reaches the maximum amplitude W while increasing the amplitude of 2f(Xn) by receiving the reciprocating excitation energy as vibration energy per cycle. During resonance, the free end of 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 as shown in Figure 10, there is a position that limits the amplitude. (-x1) is a restriction surface (for example, left groove surface 8a)
When there is a vibration, it vibrates in a resonance-like manner while maintaining the amplitude of W while lightly touching it.
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、(第8図、第10図
参照)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8
a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,=X,+X2なる共振状態と同
様な振動をいうことができる。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。This is due to the following reasons. At the moment when the vibrating piece that was vibrating with the amplitude W hits the limiting surface 8a (see Figures 8 and 10), the energy that the vibrating piece had is consumed as energy pushing the limiting surface 8a, thermal energy, etc. Ru. Then, when the vibrating piece separates from the limiting surface 8a, it receives the excitation energy again and comes to the position of X2=X1+f(X1). In other words, the vibrating piece that was resonating with the amplitude W in a steady state is on the limiting surface 8.
From the moment it hits point a, it enters a transient state until it reaches resonance. 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 can be said to be a vibration similar to a resonance state with amplitude W, =X, +X2. 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 energy itself is extremely small, this error is so small that it can be ignored in measurement.
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。Further, since the contact between the surface 8a and the vibrating element is a contact that only consumes the excitation energy for one round trip, the contact is almost non-contact.
なお振動片自体については、前記(2)式よりも判るよ
うに共振周波数Fは振動片の剛性が大であるほど換言す
れば固いほど、また前記2値(長さ)が短いほど大とな
る。つぎに第8図、第10図を用いて相対向する面間の
中心例えば開先を例にとりその中心線の検出の仕方を具
体的に説明する。Regarding the vibrating piece itself, as can be seen from equation (2) above, the resonant frequency F increases as the rigidity of the vibrating piece increases, in other words, the harder the vibrating piece becomes, and as the above binary value (length) decreases. . Next, using FIGS. 8 and 10, a method of detecting the center line between opposing surfaces, for example, a groove, will be specifically explained using an example.
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。When the free end contacts the left groove surface 8a and resonates as shown in FIG. 8, 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。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, the fact that it is fixed to the right side groove surface 8b can be taken out as an electrical signal. The fixing point is the center plane of the groove (CL
When the free end 70 returns to the surface), the amplitude of the free end 70 becomes as 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 sent to the fixed point. It can be detected that 4 is always 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 resonating vibrating piece, this vibrating piece can be used as a sensor to determine the relative position of the center of the shaft of the DC motor and the relative position of the stationary block 1 and the welding torch connected to it with respect to the center line of the groove surface. It is something 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。以上のような装置に対し、発明者は本出願前におい
て、単純な長方形の弾性のある材料を振動片として使用
していた。This contact between the vibrating pieces is electrically detected by electrical circuits 9 and 10, and the signals make it possible to follow the groove center line 13 of the base material 8 with the detector, and hence with the welding torch, and guide it to an upright position. Further, since the vibrating piece vibrates at 50 cycles (or 60 cycles), the welding nozzle or the arc can be easily seen through the vibrating state of the vibrating piece. In the above-described device, the inventor had used a simple rectangular elastic material as a vibrating element before filing this application.
しかしこれでは長さを長くすると支点に対する慣性モー
メントは大きいものとなりおのずからその長さも制限を
受けることとなる。この発明にかかる振動片の構造を図
面により説明する。However, in this case, if the length is increased, the moment of inertia relative to the fulcrum becomes large, and the length is naturally limited. The structure of the vibrating element according to the present invention will be explained with reference to the drawings.
第5図は支点部たるモータ軸4に対し、それから先端に
ゆくにつれその幅が狭くなる先細状の振動片7aを示す
ものである。第5図に示す様に直線状に幅を狭くするほ
か、同図に破線14で示す曲線状の縁をもつものであつ
てもよい。また第6図はモータ軸4に対する慣性モーメ
ントを小さなものにするため複数個の肉抜き孔15を設
けた場合の振動片7bを示すものである。この発明を実
施することにより支点たるモータ軸に対する慣性モーメ
ントを小さいものとすることができ好ましい振動モード
をもつ長さの長い振動片が得られ支点と対象物との相対
位置を精度良く検出ができるという効果を奏するもので
ある。FIG. 5 shows a tapered vibrating piece 7a whose width becomes narrower toward the tip of the motor shaft 4, which is a fulcrum. In addition to narrowing the width in a straight line as shown in FIG. 5, it may have a curved edge as shown by a broken line 14 in the same figure. Further, FIG. 6 shows the vibrating element 7b in which a plurality of lightening holes 15 are provided in order to reduce the moment of inertia relative to the motor shaft 4. By implementing this invention, the moment of inertia with respect to the motor shaft, which is the fulcrum, can be made small, a long vibrating piece with a preferable vibration mode can be obtained, and the relative position between the fulcrum and the object can be detected with high precision. This has this effect.
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
明にかかる一実施例を示す先細のτ振動片の側面図、第
6図は他の実施例を示す複数個の肉抜き孔をもつ振動片
の側面図、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図は振動片の制限面のある
ときの振幅W1の関係を示す図面、第9図及び第10図
は本ノ 発明にかかる装置の作動原理について説明する
図面である。
1・・・・・・固定プロツク、2・・・・・・直流モー
タ、4・・・・・・モータ軸(支点)、7・・・・・・
振動片、15・・・・・・肉抜き孔。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 side view of a tapered τ vibrating piece showing one embodiment of the present invention, FIG. 6 is a side view of a vibrating piece having a plurality of lightening holes showing another embodiment, and FIG. 7A is a side view of the cantilever beam, and Figure 7B is the 7th
Figure AO) I-1 sectional view, Figure 8 is a drawing showing the relationship between the amplitude W1 when there is a limiting surface of the vibrating element, and Figures 9 and 10 are for explaining the operating principle of the device according to the present invention. It is a drawing. 1...Fixed block, 2...DC motor, 4...Motor shaft (fulcrum), 7...
Vibration piece, 15... Lightening hole.
Claims (1)
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た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、前記振動片の支点につ
いて慣性モーメントが小さくなるような構造にしたこと
を特徴とする相対位置検出装置。 2 支点部より先端にゆくにつれてその幅が狭くなる先
細構造の振動片を有することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の相対位置検出装置。 3 抜き孔を複数個設け支点についての慣性モーメント
が小さくなるようにした振動片を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の相対位置検出装置。[Claims] 1. A detection device 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 excited at a resonant frequency. , a detection device that detects the relative position of the vibrating piece and the object based on a signal caused by the free end of the vibrating piece coming into contact with one or both of the two objects; A relative position detection device characterized by having a structure that reduces moment. 2. The relative position detection device according to claim 1, characterized in that the vibrating element has a tapered structure whose width narrows from the fulcrum part toward the tip. 3. The relative position detection device according to claim 1, further comprising a vibrating piece having a plurality of punch holes so as to reduce the moment of inertia about the fulcrum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52096920A JPS595842B2 (en) | 1977-08-15 | 1977-08-15 | Relative position detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52096920A JPS595842B2 (en) | 1977-08-15 | 1977-08-15 | Relative position detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5431774A JPS5431774A (en) | 1979-03-08 |
| JPS595842B2 true JPS595842B2 (en) | 1984-02-07 |
Family
ID=14177784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52096920A Expired JPS595842B2 (en) | 1977-08-15 | 1977-08-15 | Relative position detection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS595842B2 (en) |
-
1977
- 1977-08-15 JP JP52096920A patent/JPS595842B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5431774A (en) | 1979-03-08 |
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