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技術 接触感知器及び接触感知システム

出願人 株式会社日本技研
発明者 柴田治郎
出願日 1996年8月19日 (24年2ヶ月経過) 出願番号 1996-217307
公開日 1997年9月9日 (23年1ヶ月経過) 公開番号 1997-236426
状態 未査定
技術分野 測定手段を特定しない測長装置 地球物理、対象物の検知
主要キーワード 接触感知器 傾斜検知器 IC化 バッファ材 ゴム線 信号波形解析 ゴム容器 感知点
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

簡単な構成で、被接触物接触感知を適切且つ確実に行うこと。

解決手段

弾性材料によって形成されたメカニカルフィルタ20の振動子の一部分である先端部の接触子21或いは22による被接触物40との接触によるメカニカルフィルタ20の特性の変化により、被接触物40に対する接触感知を行うようにしたので、接触感知を行うべき被接触物40の材質導体等に限定されず、絶縁体等であってもその接触感知を容易且つ確実に行うことができる。

概要

背景

接触子被接触物との接触感知は、接触子と被接触物との接触によって接触箇所に流れる電流や接触による接触子の変位によって発生する電気信号の変化等を検出することにより可能となっている。ちなみに、レーザ測長器CCDカメラ等の光計測によるものは、非接触による検出が主であり、対象物の位置や形状、有無等の検出が可能とされている。

概要

簡単な構成で、被接触物の接触感知を適切且つ確実に行うこと。

弾性材料によって形成されたメカニカルフィルタ20の振動子の一部分である先端部の接触子21或いは22による被接触物40との接触によるメカニカルフィルタ20の特性の変化により、被接触物40に対する接触感知を行うようにしたので、接触感知を行うべき被接触物40の材質導体等に限定されず、絶縁体等であってもその接触感知を容易且つ確実に行うことができる。

目的

本発明は、このような事情対処してなされたもので、簡単な構成で、被接触物の接触感知を適切且つ確実に行うことができる接触感知器及び接触感知システムを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

被接触物との接触を感知する接触感知器において、振動子の一部分を接触子としたメカニカルフィルタと、このメカニカルフィルタに信号を入力する入力手段と、前記接触子と前記被接触物との接触によってもたらされる前記メカニカルフィルタの特性の変化を出力する出力手段とを備えていることを特徴とする接触感知器。

請求項2

前記接触子は、前記被接触物の感知箇所の形状、寸法及び材質に合わせられたゲージとして設定されていることを特徴とする請求項1記載の接触感知器。

請求項3

前記接触子は、前記被接触物の接触感知箇所の環境に合わせられた形状、寸法及び材質に設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載の接触感知器。

請求項4

前記接触子は、弾性を有していることを特徴とする請求項1、2又は3記載の接触感知器。

請求項5

前記振動子には、前記接触子を着脱可能にするアダプタが形成されていることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の接触感知器。

請求項6

前記メカニカルフィルタの特性は、特性を調整する特性調整手段によって自動調整されることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の接触感知器。

請求項7

前記接触子あるいは前記被接触物は、移動手段によって互いに所定の位置に合わせられるとともに、測距手段及び計時手段によって移動開始点から前記被接触物との接触開始点までの移動距離及び移動時間が計られることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の接触感知器。

請求項8

前記接触子は、前記被接触物の接触感知箇所に対応させて複数個設けられていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の接触感知器。

請求項9

前記接触子は、前記被接触物の接触感知箇所の形状、寸法及び材質に対応させた数の接触部位が設けられていることを特徴とする請求項1、2、4、5、6、7又は8記載の接触感知器。

請求項10

前記接触子は、所定間隔離間されており、これら接触子間掛け渡されている細線接触機能がもたされていることを特徴とする請求項1記載の接触感知器。

請求項11

前記接触子は、所定間隔離間されており、これら接触子間に掛け渡されている板に接触機能がもたされていることを特徴とする請求項1記載の接触感知器。

請求項12

前記接触子の振動の平均速度が、前記被接触物の移動速度の2倍以上とされていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10又は11記載の接触感知器。

請求項13

前記メカニカルフィルタ特性の変化を、計測手段が前記振動子の振動周期の半分より短い周期で継続して採ったデータを用いて計測することで、前記接触子と前記被接触物との接触状態が感知されることを特徴とする請求項1、2、3、4、7、8、9、10、11又は12記載の接触感知器。

請求項14

前記接触感知器が複数個組み合わされており、更に制御手段によってそれぞれの接触感知器が関連づけられていることを特徴とする接触感知システム

技術分野

0001

本発明は、振動子の一部分を接触子としたメカニカルフィルタによって、固体液体気体等の被接触物接触感知を行う接触感知器及び接触感知システムに関する。

背景技術

0002

接触子と被接触物との接触感知は、接触子と被接触物との接触によって接触箇所に流れる電流や接触による接触子の変位によって発生する電気信号の変化等を検出することにより可能となっている。ちなみに、レーザ測長器CCDカメラ等の光計測によるものは、非接触による検出が主であり、対象物の位置や形状、有無等の検出が可能とされている。

発明が解決しようとする課題

0003

このように、上述した従来の接触による被接触物の接触検出は、接触点間に流れる電流検出や、接触子の変位によって発生する電気信号の変化等の検出によって可能とされている。

0004

ところが、電流検出による場合、接触子と被接触物との間に絶縁物が介在したり、被接触物自体が絶縁物であったりすると、接触点間に電流が流れないため、被接触物の接触感知は不可能となってしまう。

0005

また、接触子の変位による被接触物の接触感知の場合、接触子が被接触物に接触してから変位するまでに時間や接触圧力を要するため、感度鈍いばかりか、被接触物が変形してしまうおそれがある。更には、接触子が被接触物と接触する以前に外部からの振動による変位や電気的雑音によって感知ミスを招いてしまうおそれもある。

0006

一方、上述した光計測による非接触の検出方式では、構成が大がかりであるため、装置自体が大きなものとなってしまうばかりか、高価であるという不具合がある。更に、検出すべき対象物表面凸凹していたり透明であったり、光計測器自体に振動が発生した場合等においては、乱反射光や誤ったデータを採ってしまうことになり、対象物の検出ミスを起こしてしまうおそれがある。

0007

本発明は、このような事情対処してなされたもので、簡単な構成で、被接触物の接触感知を適切且つ確実に行うことができる接触感知器及び接触感知システム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

0008

請求項1記載の発明は、被接触物との接触を感知する接触感知器において、振動子の一部分を接触子としたメカニカルフィルタと、このメカニカルフィルタに信号を入力する入力手段と、前記接触子と前記被接触物との接触によってもたらされる前記メカニカルフィルタの特性の変化を出力する出力手段とを備えていることを特徴とする。

0009

この発明では、固有周波数で振動している接触子が被接触物に接触すると、その振動が抑制されて振動子の共振条件がずれ、メカニカルフィルタの濾波特性、すなわちメカニカルフィルタ特性が変化することを利用したものであり、メカニカルフィルタに入力された信号が、接触後に減衰等して出力手段に出力されることにより被接触物に対する接触感知が行われる。

0010

請求項2記載の発明は、前記接触子は、前記被接触物の感知箇所の形状、寸法及び材質に合わせられたゲージとして設定されていることを特徴とする。

0011

この発明では、接触子が被接触物の感知すべき形状等に合わせられたゲージとして設定されているため、種々の形状等に対し限界ゲージとして一度に検査することができる。

0012

請求項3記載の発明は、前記接触子は、前記被接触物の接触感知箇所の環境に合わせられた形状、寸法及び材質に設定されていることを特徴とする。

0013

この発明では、振動子の一部分を接触子として使用しているため、振動子の電気機械トランスジューサ等を高温高湿、薬品放射線等の厳しい環境下にさらされている接触子から隔離した場所に形成することが可能となるので、接触子は、被接触物の接触感知箇所の環境に合わせられた形状、寸法及び材質を設定して使用できる。

0014

請求項4記載の発明は、前記接触子は、弾性を有していることを特徴とする。

0015

この発明では、接触子が弾性を有しているため、接触子と被接触物との接触開始時から接触子の変形に応じたメカニカルフィルタ特性の変化が連続して現れるので、被接触物の移動量や被接触物の柔らかさ等の検出に有効である。弾性をもたせるために、バネ剛材やゴム材、気体や液体をクッション材としたもの等を用いることができる。

0016

請求項5記載の発明は、前記振動子には、前記接触子を着脱可能にするアダプタが形成されていることを特徴とする。

0017

この発明では、振動子には、アダプタが形成されているので、接触子の固着や取り外しが容易になる。

0018

請求項6記載の発明は、前記メカニカルフィルタの特性は、特性を調整する特性調整手段によって自動調整されることを特徴とする。

0019

この発明では、メカニカルフィルタ特性の共振鋭度(Q)が温度変化等によってずれた場合であっても、それぞれが自動的に調整されるので、長期間にわたり精度の高い接触感知が可能となる。また、自動調整された程度を知ることによって、異常の程度の診断が可能となる。

0020

請求項7記載の発明は、前記接触子あるいは前記被接触物は、移動手段によって互いに所定の位置に合わせられるとともに、測距手段及び計時手段によって移動開始点から前記被接触物との接触開始点までの移動距離及び移動時間が計られることを特徴とする。

0021

この発明では、位置の設定及び制御機能等を有する移動手段によって、接触子と被接触子とが互いに所定の位置に合わせられるようにしたので、被接触物の所定の位置の接触感知が可能となり、被接触物の複雑な形状や寸法、更には被接触物の移動速度、移動加速度及び移動軌跡等の計測も可能となる。

0022

請求項8記載の発明は、前記接触子は、前記被接触物の接触感知箇所に対応させて複数個設けられていることを特徴とする。

0023

この発明では、接触子が被接触物の接触感知箇所に合わせて複数個設けられているため、被接触物の接触感知箇所が多数ある場合であっても、短時間で不良個所の検出等が可能となる。

0024

請求項9記載の発明は、前記接触子には、前記被接触物の接触感知箇所の形状、寸法及び材質に対応させた数の接触部位が設けられていることを特徴とする。

0025

この発明では、被接触物の接触感知箇所が多数あって、それぞれの形状が異なる場合であっても、それぞれに対応させた接触子の接触部位によって接触感知が行われるため、一度の接触感知により、広範囲の不良個所検出等が可能となる。

0026

請求項10記載の発明は、接触子は、所定間隔離間されており、これら接触子間掛け渡されている細線接触機能がもたされていることを特徴とする請求項

0027

この発明では、所定間隔離間された接触子間に掛け渡した細線に接触機能をもたせたので、接触子の寸法や質量及び信号入力電力の増大を招くことなく、広範囲に渡った被接触物の接触感知を高感度、且つ高速に行うことが可能となる。

0028

請求項11記載の発明は、前記接触子は、所定間隔離間されており、これら接触子間に掛け渡されている板に接触機能がもたされていることを特徴とする。

0029

この発明では、所定間隔離間されている接触子間に掛け渡した板に接触機能をもたせているので、更に広範囲に渡った被接触物の接触感知を高感度、且つ高速に行うことが可能となる。

0030

請求項12記載の発明は、前記接触子の振動の平均速度が、前記被接触物の移動速度の2倍以上とされていることを特徴とする。

0031

この発明では、接触子の振動数振幅で定まる振動の平均速度を、被接触物の移動速度の2倍以上としたので、たとえば被接触物自体が高速に変化する振動であっても、その振動状態を検出することが可能となる。

0032

請求項13記載の発明は、前記メカニカルフィルタ特性の変化を、計測手段が前記振動子の振動周期の半分より短い周期で継続して採ったデータを用いて計測することで、前記接触子と前記被接触物との接触状態が感知されることを特徴とする。

0033

この発明では、メカニカルフィルタ特性の変化を、計測手段が振動子の振動周期の半分より短い周期で継続して採ったデータを用いて計測することで、接触子と被接触物との接触状態が感知されるようにしたので、振動子の振動周期に制約されることなく、高速に接触感知を行うことができる。

0034

請求項14記載の発明は、前記接触感知器が複数個組み合わされており、更に制御手段によってそれぞれの接触感知器が関連づけられていることを特徴とする。

0035

この発明では、接触感知器を複数個組み合わせ、更に制御手段によってそれぞれの接触感知器を関連づけるようにしたので、より複雑な形状、寸法、材質等の感知を高感度、高速に行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0036

以下、本発明の実施の形態の詳細を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の接触感知器の一実施の形態を示すものである。

0037

同図に示すように、メカニカルフィルタ20には、エリンバー等のQの高い恒弾性材料圧電セラミックス等のトランスジューサが固着された振動子22が形成されており、その一部分である先端部が接触子21となっている。

0038

ここで、信号源10からの電気信号fが入力抵抗Ri を通して上記の圧電セラミックス等のトランスジューサに接続された入力端子23と端子25との間に印加されると、機械共振子である振動子22が同調してその先端部分の接触子21と共に固有の周波数で振動する。更に、この機械振動が上記の圧電セラミックス等のトランスジューサに接続された出力端子24と端子25から同調した電気信号fとして出力抵抗RO から出力される。そして、この電気信号fが測定器30によって測定される。

0039

いま、接触子21が被接触物40に接触していない場合は、メカニカルフィルタ20の濾波特性、すなわちメカニカルフィルタ特性は変化しないので、信号源10からの電気信号fは殆ど減衰することなしに通過して測定器30によって測定されるが、接触子21が被接触物40に接触すると、機械共振子の振動が抑制され、メカニカルフィルタ特性が変化し、信号源10からの電気信号fは減衰等して測定器30によって測定される。このような相違から被接触物40に対する接触感知が可能となっている。メカニカルフィルタ特性は、一般的にメカニカルフィルタ20の周波数特性で周波数と位相及び利得等の関係が表現される。

0040

したがって、この実施の形態では、恒弾性材料によって形成されたメカニカルフィルタ20の振動子の一部分である先端部の接触子21による被接触物40との接触によるメカニカルフィルタ20の特性の変化により、被接触物40に対する接触感知を行うようにしたので、接触感知を行うべき被接触物40の材質が導体等に限定されず、絶縁体等であってもその接触感知を容易且つ確実に行うことができる。

0041

ちなみに、図2に示すようなマイクロスイッチ型の接触感知器によっても、被接触物40の接触感知を行うことはできるが、次の点で本実施の形態におけるメカニカルフィルタ20を有する接触感知器とは機能が異なる。

0042

すなわち、マイクロスイッチ型では、被接触物40に接触子26が接触していないとき、スイッチsは図示しない弾性部材付勢力によって端子a側に接続されており、被接触物40との接触によりスイッチsが押し込まれて端子bに接続されると、抵抗R1 及びR2 の抵抗値の違いによって測定器30の指示値が異なり、接触の有無が感知される。

0043

この場合、端子a,b間の距離dを大きくとることで、外部からの振動の影響を受け難くすることができるが、逆に端子a,b間の距離dを大きくとると感度が下がってしまう。これに対し、その距離dを小さくすることにより、感度を上げることは可能となるが、逆に外部からの振動の影響を受け易くなり、振動等の影響を受けて感知ミスを生じ易くなる。また、スイッチsを切り換えるために押圧力を必要とするが、被接触物40の接触箇所41に加わる押圧力で被接触物40に変形等の不都合を生じる場合がある。

0044

更には、このようなスイッチsと端子a,bとの接触式に限らず、電界磁界の変化の大きさで被接触物40を検出する非接触の方法でも同様の不具合を生じるおそれがある。

0045

この点、本実施の形態の接触感知器の場合、メカニカルスイッチを必要とせず、メカニカルフィルタ特性の変化によって接触感知が可能となるため、接触感度が高く、しかも耐震性もあるため、上述した不都合が解消されるものである。

0046

図3は、請求項2、3、5に係るものであり、図1のメカニカルフィルタ20の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、音叉型のメカニカルフィルタの接触子の形状、材質、着脱等に関するものであって、接触子21pは、耐磨耗性耐薬品性耐熱性等に優れた軽量のセラミックス材で、極めてQの高い恒弾性材料の振動子22aに取り外し可能な図示しないアダプタである治具に取り付けられたものである。なお、以下に説明する図において、図1と共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

0047

同図に示す振動子22a及び接触子21pは、上述したように、信号源10からの電気信号fに同調して振動する。このとき、接触子21pの振動の方向が矢印c方向である場合に、たとえば接触子21に対する上記の被接触物40との接触箇所を、たとえばP1 ,P2 , P3 等と選ぶことができる。

0048

ここで、それぞれの接触箇所P1 , P2 , P3 について説明すると、まずP1の場合、接触子21pの振動の方向である矢印c方向に対して直交する方向であり、この直交する方向では接触子21の位置の変化がないため、この方向でのメカニカルフィルタ20を用いた位置検出精度が高くされる。また、接触箇所P2においては、接触子21の振動方向にあるため、微妙な抗力も感知できる高感度部分であり、接触の程度によって出力信号が変化する部分となっている。更に、接触箇所P3 においては、その幅が狭くされているため、狭い場所にある物を感知する場合等に便利な部分である。

0049

図4は、請求項2又は3に係るものであり、図3の接触子21pの構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0050

すなわち、同図は、図3の接触子21pの形状を変えたものであって、同図(a)の接触子21aは角錐状であり、同図(b)の接触子21bは針状であり、同図(c)の接触子21cは球状であり、同図(d)の接触子21dは円筒状であり、同図(e)の接触子21eは細板状であり、同図(f)の接触子21fは曲板状であり、同図(g)の接触子21gは楔状であり、同図(h)の接触子21hは状であり、同図(i)の接触子21iは様々な被接触物の形状に合わせられた孔が設けられたものである。

0051

そして、これらの接触子21a〜iのいずれかを選択使用することにより、様々な形状等に合わせての接触感知を行うことができる。

0052

すなわち、たとえば図4(d)に示した円筒状の接触子21dを寸法の限界ゲージとして適合する形に組み上げることで、製品良否判別を行うことが可能である。また、図4(b)に示した針状の接触子21bを用いることで、細穴の深さ検査等も可能である。

0053

更に、材質においても、耐湿性耐寒性のあるもの、弾性のあるものや剛性のあるもの、さらには絶縁体や導体あるいは半導体等を使用目的に合わせて選定して接触子に形成することができる。

0054

また、図3に示した接触子22aには圧電音叉振動子に限らず、音片振動子あるいは磁歪振動子又はクリスタル振動子セラミック振動子等を用いてもよい。更に、これらに、接続用のアダプタを介して上記の各種接触子21a〜i,21p等を着脱自在に取り付けるようにしてもよい。

0055

図5は、請求項4に係るものであり、図3の接触子21pの構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであって、振動子22aの先端部には接着材27によりバネ性のある細線からなる接触子21jが固着されている。

0056

この場合、被接触物40と比べて接触子21jには弾力性があるので、被接触物40を移動させて接触子21jに接触させようとすると、接触子21jには接触開始からの移動量に応じた曲がり変形が与えられる。そして、その応力がメカニカルフィルタ20の振動子22aの振動を抑制してメカニカルフィルタ特性を変化させるので、上述した信号源10からの電気信号fは測定器30によってその減衰や位相等が測定され、被接触物40の移動量とその減衰量位相変化等の相関から被接触物40の移動量が計測される。

0057

更には、接触子21jの材質や寸法等を適宜選択することにより、被接触物の移動量や柔らかな被接触物40の柔らかさの計測、接触圧が問題となる生体や液体液体あるいは半導体表面等の位置や変位や寸法測定工作機械における振動部分の位置や変位や振動計測、たとえばオーバートラベルを大きくとったタッチスイッチやリミットスイッチ等にも適用が可能である。

0058

図6は、請求項6に係るものであり、図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであって、メカニカルフィルタ20の上記の入力手段と上記の出力手段の中にCPU等の電子デバイスで構成されている自動調整装置50,51が設けられていて、上記入力手段と上記出力手段の回路定数等を適正な状態に自動調整するものである。

0059

すなわち、この実施の形態では、メカニカルフィルタ20の共振鋭度Qのピークが温度変化等の原因でずれた場合であっても、自動調整装置50,51によって適正な状態に自動調整されるため、常に感度の良い接触感知が可能となる。また、メカニカルフィルタ特性の正常値と自動調整された値を比較することによって、接触感知器の異常状態等を診断することができる。

0060

図7は、図6の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、メカニカルフィルタ20の出力がA/Dコンバータ52によってディジタル信号に変換されると、制御部53がその変換されたデータに基づき、分周器54の分周動作コントロールし、測定器30の指示値が所定の値となるように制御する構成とされている。

0061

したがって、この実施の形態では、分周器54の分周動作をフィードバック制御するようにしているため、メカニカルフィルタ20の出力を所定の値とすることができ、たとえば接触感知器の初期設定を行う場合等に適している。

0062

図8は、図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、被接触物40と接触子21との接触状態を詳しく知るために、メカニカルフィルタ20の出力手段として、増幅器55、A/Dコンバータ52、信号波形解析器58が設けられている。

0063

すなわち、抵抗R3 を大きくすることで、メカニカルフィルタ特性の共振鋭度Qを下げている。また、接触子21に弾性をもたせて振動の振幅を大きく、しかも振動周波数を高く採っている。更に、増幅器55、A/Dコンバータ52及び信号波形解析器58は高速・高分解能動作を可能なものとしている。

0064

これにより、接触子21の振動周波数が高く、A/Dコンバータ52等が高速・高分解能であるため、被接触物40に対しての微妙な接触状態の感知が可能であり、被接触物40の移動距離や移動速度、更には移動の加速度等を厳密に知ることが可能となるため、被接触物40の移動解析等に適したものとなっている。

0065

図9は、図1に示した接触子21をバッファ材60を介して被接触物40に接触させるようにした場合の他の実施の形態を示すものである。

0066

すなわち、この実施の形態では、接触子21と被接触物40との接触を、バッファ材60を介して行わせるようにしているため、被接触物40が液体等のように流動的であるものに対しても有効であるばかりか、接触による接触子21の磨耗や汚れ対策等にも有効である。しかも、被接触物40が液体である場合には、バッファ材60を介して内部圧力の変動等も知ることができる。

0067

図10は、図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、メカニカルフィルタ20の出力側には感知の作動時間を制御するシーケンサ56が設けられている。また、この実施の形態のメカニカルフィルタ20は、4端子になっていて、入力端子23,25と出力端子24,26とを具備している。

0068

したがって、この実施の形態では、シーケンサ56によって接触感知の作動時間が制御されるため、たとえば雑音の多い工場等において、ロボット機構位置制御やLSIのリード線曲がりを感知する場合等、接触感知する必要のない感知工程での接触感知が作動しないため、外部雑音による感知ミス等の発生が抑制される。

0069

図11は、図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、メカニカルフィルタ20の出力側に、A/Dコンバータ52、A/Dコンバータ52aの出力が取り込まれる制御部53、制御部53の出力をアナログ信号に変換するD/Aコンバータ57によってディジタルフィルタ70が設けられている。

0070

したがって、この実施の形態では、接触子が自己振動しているために、外部から進入してくる振動のノイズに対して基本的に強いところに優位性があるが、更に、この実施の形態のように、ディジタルフィルタ70を適用すると、フィルタ特性の設定や波形解析等をソフトウェア上で容易にできるようになるので、雑音除去や濾波特性の設定や変更及び高周波振動解析等によって、接触感知器の性能を大幅に向上させることが可能となる。

0071

図12は、請求項7及び請求項13に係るものであり、たとえば図5に示した接触子21jをロボットに適用した場合の他の実施の形態を示すものであって、ロボット80の先端部に弾性を有した接触子21jが取り付けられている。

0072

このような構成では、ロボット80の先端部に取り付けられている接触子21jにより、測定したい被接触物40の所定の位置であるたとえばP4 ,P5 ,P6 をプログラミングしておくことで、被接触物40の位置や寸法等の計測において、従来のタッチセンサと比較し、約1/1000の接触圧と1000倍の高速感知が可能となる。

0073

この場合、被接触物40がテーブル81上を移動している場合であっても、位置の設定及び制御機能等を有する移動手段を用いてロボット80の動きを被接触物40の移動に同期させることができるので、所定の位置の接触感知が可能となるので、被接触物40の移動速度や振動状態、或いは被接触物40の形状等の計測も可能となる。

0074

図13は、請求項8に係るものであり、図1のメカニカルフィルタ20を複数設けた場合の他の実施の形態を示すものであって、駆動シャフト86に取り付けられているベース部85の下面側に上記のメカニカルフィルタ20の振動子の一部分である接触子21が複数取り付けられている。

0075

また、それぞれの接触子21の長さln や間隔uは、サーボモータ等の駆動力によって個別に設定されるようになっている。更に、各接触子21による検出信号は、信号線87によってコンピュータ機器等に与えられるようになっている。

0076

このような構成では、それぞれの接触子21の間隔uは、LSI等の電子部品90の端子91の間隔に合わせられ、しかも各接触子21が個別に振動するようになっている。

0077

したがって、この実施の形態では、何れかの接触子21に電子部品90の端子91が接触すると、メカニカルフィルタの特性が変化するため、端子91の不良個所を瞬時にして判断することが可能となる。

0078

ちなみに、図14に示すように、接触子21が単一のものとされている場合、電子部品90の端子91の配置に合わせて接触子21を移動制御する必要があるため、全ての端子91の高さh等の検出を行うためには時間或いは精度的に問題が発生する場合がある。

0079

図15は、請求項9に係るものであり、図1のメカニカルフィルタ20の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであって、加工品100の加工箇所101〜104に合わせて接触子21の形状・寸法が変えられている。

0080

すなわち、同図に示すメカニカルフィルタ20は、圧電音片振動子を用いたものであって、振動子22Aと接触子21Bとが一体に設けられている。接触子21Bの下端部側の接触部位は、加工品100の加工箇所101〜104に合わせた形状・寸法とされている。

0081

したがって、この実施の形態では、接触子21Bの下端部側の接触部位が加工品100の加工箇所101〜104のいずれかに接触することにより、振動子22Aの振動が妨げられるため、加工形状がマチマチであっても、これらの加工箇所の加工不良等の検出を瞬時に行うことができる。

0082

なお、この実施の形態では、接触子21B及び振動子22Aを単に一体的に設けた場合について説明したが、この例に限らず、たとえば接触子21B及び振動子22Aを分割線28に沿って分割させた構成としてもよく、この場合には加工品100の加工箇所101〜104との接触を個別に検出することが可能となるため、接触感度を上げることができる。

0083

図16は、図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0084

同図に示すように、駆動シャフト86に支持されているベース部85は対向配置されている。それぞれのベース部85には、3分割構成とされた入力端子23aを有する振動子22Aが設けられているとともに、それぞれの先端部に接触子21が設けられている。

0085

そして、たとえばコネクタピン120の曲がりを検査しようとする場合、駆動シャフト86の駆動によって、接触子21が基準位置であるP7 ,P8 の位置に合わせられた後、駆動シャフト86が矢印x方向に移動される。このとき、何れかのコネクタピン120が上下の何れかの接触子21に接触することにより、コネクタピン120の曲がりと曲がり方向とが同時に検出される。

0086

したがって、この実施の形態では、接触子21を分割して配置するようにしたので、接触子21が一体に設けられている場合に比べ接触感度が上げられるとともに、接触子21の幅寸法を1本のコネクタピン120の幅寸法とした場合に比べても横方向への移動距離を1/6程度とすることができる。

0087

ここで、接触子21の幅寸法を1本のコネクタピン120の幅寸法にすると、接触感知した接触子からの出力信号と駆動シャフト86の位置から、コネクタピン120の曲がり不良の場所と方向を特定することができる。接触子21を固定し、コネクタピン120を移動して曲がり不良を検査する場合でも、接触感知の出力信号が出る接触子21の場所とコネクタピンの移動時間から、曲がったコネクタピン120を分かるようにすることができる。なお、接触子の数と間隔や形状はこの例に限定されるものではない。

0088

図17は、図15の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0089

同図に示すように、駆動シャフト86に支持されているベース部85には、加工品100の個々の加工箇所105〜107の形状・寸法に合わせられた接触子21が設けられている。

0090

そして、駆動シャフト86の矢印x,y間の移動により、個々の接触子21が加工品100の加工箇所105〜107に沿って移動されることにより、加工箇所105〜107の加工寸法良否が連続的に検査される。

0091

したがって、この実施の形態における接触感知器は、たとえば加工寸法の良否を判定する基準ゲージとして用いることができ、CCDカメラ等の光学装置やマイクロスイッチ等のような他のセンサ等によって加工寸法の良否を検査するものと比較し、検査所要時間、精度、感度等において格段に優れたものとなっている。

0092

なお、この実施の形態では、駆動シャフト86の移動に伴い、個々の接触子21を同時に移動させる場合について説明したが、この例に限らず、それぞれの接触子21をそれぞれの加工箇所の位置や形状・寸法に合わせ、位置制御装置を用いて所定の軌跡で個別に移動させるようにしてもよい。

0093

図18は、図17の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0094

すなわち、同図においては、切削による加工品100の加工箇所108〜112の基準寸法に合わせられた接触子21が複数設けられている。これら接触子21は、図示しない自動位置制御装置によって所定の位置に配設されている。

0095

したがって、この実施の形態では、たとえば加工品100を軸回りに回転させることにより、切削された加工箇所108〜112のそれぞれの加工寸法の検査が併行的に行われるので、加工寸法の検査を短時間で行うことができる。

0096

図19及び図20は、図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0097

すなわち、これらの図においては、隔壁130,131によって区切られた空間の略中心部に接触子21が配設され、更にそれぞれの空間内には内部に液体を収容したゴム容器132が配設されており、これらゴム容器132によって多数のセルが構成されている。

0098

このような構成では、図20に示すように、たとえば上面側から押圧力Pが加えられると、その押圧力Pはゴム容器132の間隙133側に変位となって現れるため、押圧力Pの加えられた場所を知ることができるとともに、接触子21による感知により、押圧力Pの加えられた場所や大きさ等を知ることができる。

0099

このとき、それぞれのゴム容器132は、隔壁130,131によって互いに隔離されているため、相互に押圧力Pの変位による干渉を及ぼさないようになっていて、接触子21が固有の振動数で振動しているため、外部振動による影響をも受け難く、メカニカルフィルタ20特有の機能により、温度特性等においても優れたものとなっている。

0100

したがって、この実施の形態では、振動や温度特性等に優れているので、介護機器搬送設備ハンドリング部等に用いた場合に有効である。

0101

図21は、図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0102

すなわち、この実施の形態では、たとえば危険ガス噴射口135の近傍にメカニルフィルタ特性を有する図示しない圧電音叉型振動子の一部分である接触子21がそれぞれに対応させて配設されている。

0103

そして、何れかの噴射口135からガスが噴射された場合、その噴射力によってメカニカルフィルタ特性が変化するため、その特性の変化から該当する噴射口135を感知したり、ガスの圧力や湿度等を感知することができる。

0104

なお、この実施の形態においては、接触子21の材質を耐熱性、耐薬品性に優れたセラミックス等を用いることにより、他の方法では難しい感度の良いガス検知が可能となる。

0105

図22は、請求項10に係るものであり、図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0106

同図に示すように、メカニカルフィルタ20が2個設けられており、接触子21間に、軽量であり且つ強固で変形し難い円柱状の鋼細線137が掛け渡されて長い接触子を形成している。また、鋼細線137の長さは5cm、直径は0.5mmφとされている。

0107

このような構成では、信号源10からたとえば1KHzの周波数の入力信号fが両メカニカルフィルタ20の入力端子23と端子25との間に印加されると、上述したように、両メカニカルフィルタ20がその周波数に同調して振動する。

0108

このとき、鋼細線137に上述した被接触物40等が接触すると、両メカニカルフィルタ20の振動が抑制され、両メカニカルフィルタ20の出力端子24と端子25から出力される信号が変化することにより、被接触物40等との接触状態を感知することができる。

0109

このように、この実施の形態では、2個のメカニカルフィルタ20の接触子21間に鋼細線137を掛け渡した構成としたので、両メカニカルフィルタ20の質量・寸法・体積及びパワーを増加させることなく、鋼細線137上の広い範囲で被接触物40等との接触状態を高速・高感度で感知することができる。

0110

すなわち、たとえば図23に示す構成の接触感知器のように、メカニカルフィルタ20の接触子21を幅をもたせた構成とした場合、全体の寸法・質量が大きくなるため、振動子22の励振に高電力を要し、また振動子22が多モード振動になり易いので、振動波形解析が難しく高速感知が難しく、更には接触感度が著しく低下してしまうが、図22に示したように、2個のメカニカルフィルタ20の接触子21間に鋼細線137を掛け渡した構成とすることで、小電力及び軽量のままで、高速、高感度にして広範囲の接触感知が可能となる。

0111

また、ゴム線を掛け渡して使用する場合においては、ゴム張力で接触圧力が緩和されるので、柔らかい接触が得られ、また、被接触物の移動距離が長い場合でもこの間の接触感知が可能となる。掛け渡すものの形状、寸法及び材質等は被接触物の状態や計測する目的に合わせて選定すればよい。更に、両メカニカルフィルタの信号源10及び測定器30等はそれぞれ1回路になっているが、2回路にしてもよく、それぞれの振動子22の振動周波数が必ずしも同一である必要はない。

0112

なお、この実施の形態では、両メカニカルフィルタ20の接触子21間に直線状の鋼細線137を掛け渡した場合等について説明したが、この例に限らず、鋼細線137を曲線状としてもよく、更に凹凸形状等のように他の形状としてもよい。

0113

図24は、図22の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0114

同図に示す接触感知器の場合、2個のメカニカルフィルタ20の接触子21間にセラミックス製の細い角柱線138が掛け渡されている。また、角柱線138には、寸法精度の良い円柱の突起139が複数突設されている。

0115

そして、このような構成では、加工品140に形成された円柱状の穴141に、上記の角柱線138の突起139が差し込まれることにより、その穴141の直径と深さ等の精度が検出される。

0116

したがって、この実施の形態では、2個のメカニカルフィルタ20の接触子21間に張架された角柱線138に寸法精度の良い円柱の突起139を複数突設したので、たとえば加工品140に形成された複数の穴141の直径や深さ不良等を同時に検査することが可能となる。

0117

なお、この実施の形態では、角柱線138に突起139を複数突設した場合について説明したが、この例に限らず、突起139の形状や角柱線138の材質等においては、測定対象に合わせて適切なものを選択することで様々な形態をとることができる。

0118

図25は、図22の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、幅のある接触子22に穴22bが形成されることで、接触感知器の全体の質量が小さくされている。

0119

したがって、この実施の形態では、幅のある接触子22に穴22bを形成することで、図23の接触感知器における問題の殆どが解消されるので、図23の接触感知器に比べて高感度化、高速度化、高精度化が図れる。

0120

図26は、請求項11に係り図22の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであって、同一特性のメカニカルフィルタ20が4個設けられている。また、それぞれは、接触子21が面一となるように配設されているとともに、各接触子21間には薄板29が固定されている。

0121

したがって、この実施の形態では、各接触子21間に固定された薄板29により、面積の大きい接触子を形成することができるので、広い範囲での接触感知が可能となる。

0122

図27は、請求項12に係り、図26の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0123

すなわち、同図に示すように、薄板29には測定対象物40a〜40cの形状に合わせられた複数の突起29a〜29cが設けられている。

0124

このような構成では、たとえば測定対象物40a〜40cが1KHzの周波数で別個非同期)に移動している場合であっても、その振動状態を3KHzの周波数で振動する突起29a〜29cにより感知することができる。また、測定対象物40a〜40cの動きについては、サンプリング定理により検知可能である。

0125

図28は、図22の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0126

同図に示すように、ベース部85に配設されているメカニカルフィルタ20の接触子21間には、鋼細線137が固定されている。また、ベース部85には、弾性を有した複数の接触子21jが配設されている。

0127

このような構成の接触感知器では、LSI等の電子部品を基板実装する場合においての半田ボール寸法不良等の検出に適したものであって、メカニカルフィルタ20の接触子21間に固定されている鋼細線137がボールグリッドアレー上を移動することにより、半田ボールの寸法不良が検出される。但し、鋼細線137によって検出されるものは、基準より寸法の大きいものであって、基準より寸法の小さいものは弾性を有した複数のメカニカルフィルタの接触子21jによって検出される。

0128

したがって、この実施の形態では、接触感知により、半田ボールの寸法不良が検出されるので、光学的方法による検査において困難とされていた球状や円筒形状の検出を可能とするばかりか、検査の際には電子部品への通電を必要としないので、電子部品の破損防止も可能となる。

0129

なお、この実施の形態では、接触子21jを一列に配設した場合について示しているが、この例に限らず、接触子21jを二列以上配設させるようにしてもよく、この場合には、接触子21jの数が増やされるので、検出速度を上げることが可能となる。

0130

図29は、図26の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、たとえば3個のメカニカルフィルタ20の接触子21に薄板29が取り付けられている。

0131

このような構成では、加工品100に形成された溝113の幅Wを計測する場合、薄板29をその溝113に挿入する。このとき、薄板29の振動の振幅wは、入力端子23と端子25に印加する信号源10からの信号fで変わるので、溝113によって薄板29の振動が抑制されてメカニカルフィルタ特性が変わったときの入力信号fの大きさから溝113の幅Wが計測されるようになっている。

0132

したがって、この実施の形態では、溝113の幅Wを電気的に計測することができるので、溝幅の測定を高精度で行うことができる。また、図16図35で説明するピン曲がりやピッチ不良の検査において、薄板29の先端部分を平坦なものと櫛状に加工したものを2枚組み合わせて同図のピンの上下に配置させると、広範囲に渡った検査を一度に行うことが可能となる。

0133

図30は、請求項13に係るものであり、移動物体原点を出す場合に適した接触感知器を示すものである。同図に示すように、メカニカルフィルタ20がケース150内部に収納され、その一部の接触子21がケース150から露出している。ケース150は、バネ板151によって支持されている。ケース150には、メカニカルフィルタの出力回路の2つの異なる場所から引き出された信号線152〜154が設けられている。同図では、メカニカルフィルタの信号入出力回路の図示を省略してある。

0134

これらの信号線(152−153),(152−154)間での信号A,Bの出力波形は、図31に示す通りであり、接触子21がワーク160に接触し始めると、信号線152〜154からの信号波形はバネ板151の屈曲に応じた波形で出力される。すなわち、接触子21がワーク160に接触する前では、それぞれの信号A,Bの波高値がH1 ,H2 であるのに対し、接触子21がワーク160に接触し始めると、それぞれの波高値がh1 ,h2 に変化する。

0135

したがって、このような接触による交流波形の変化を、CPUやA/Dコンバータを用い、T1 /100のサンプリング周期で連続して高速に捕らえることにより、コンピュータによる推移データ数理的処理で接触開始時点t0 や接触の程度を示す波高値h1 等を精度よく計測することができる。

0136

また、計測に際して、接触前のデータの推移は、接触子21の振動に応じて緩やかであるが、接触開始時点t0 では波形が急激に変化し、接触の強さにより波高値h1 ,h2 等が決まってくる。このため、接触の前の1サイクルの波形と後の1サイクルのメカニカルフィルタ特性の差異、すなわち自己相関をとることにより、接触の状態を高精度且つ高速に捕らえることも可能である。

0137

更に、コンピュータによる推移データの数理的処理として、たとえば測定データの変化率の傾向を判断したり、雑音除去や信号強調したりする場合に、接触感知に伴う物理現象意味付けに基づいてデジタル信号処理を行う手法がある。

0138

このように、この実施の形態では、移動物体であるワーク160又は接触子21を移動させる移動手段と移動開始点から接触開始点までの移動距離を計測する測距手段とを備えることで、変位計厚み計等を構築することが可能であり、更に移動時間を計る計時手段を備えることで、移動物体の速度や加速度を計測できる装置の構築が可能である。

0139

ちなみに、図32及び図33に示すように、メカニカルフィルタの出力特性を信号線155,156から取り出す場合、これら信号線155,156からの交流信号は、CR平滑回路を通過すると直流出力電圧Va となるが、振動している接触子21への接触が始まってから時定数τ後に出力電圧Vb となる。但し、この実施の形態では、信号入出力回路の図示を省略している。

0140

したがって、接触を感知する場合には、予め設定した基準電圧、すなわち閾値電圧Vs と出力電圧Vb とをコンパレータ等で比較することにより、接触開始時点t0 等を計測することができるが、このCR平滑回路の時定数τで接触時間の精度が決まる。このため、接触時点等を高精度で感知することが困難となるばかりか、雑音による誤りを避けるために、余裕のある閾値電圧Vs を定める必要があることから、高感度を期待することが困難となっている。

0141

図34は、上述した接触感知器をプレス機下死点を検出する場合に適用した他の実施の形態を示すものである。

0142

すなわち、プレス機170のプレス板171は、矢印D方向に移動自在とされているとともに、接触子21は図示しないバネによって同方向に若干移動自在となるように配設されている。但し、同図においては、メカニカルフィルタの信号入力回路の図示を省略している。また、測定器30は高速電流計である。

0143

そして、プレス機170のプレス板171が下降し、プレス機170の突出片172が接触子21に接触することにより、接触による接触子21の弾性応力の変化が接触点からの変位量を示す電気信号として表される。

0144

そこで、メカニカルフィルタ特性の変化を出力する出力回路のインピーダンスZ1 ,Z2 の端子電圧V1 ,V2 の瞬時値デジタル信号として捕らえることにより、接触の始まり時点やプレス板171間の距離等の検知が可能となる。

0145

ここで、連続プレスの周期が1/10秒のとき、接触子21の振動周期を1ミリ秒、このデジタル信号のサンプリング周期を、接触子21の振動周期の半分以下、すなわちサンプリング定理によって定まる時間である500μ秒より短い5μ秒を周期として測定したデータをコンピュータ処理することによって、接触時点や変位量、接触子の汚れ、プレス機170の動き状態等を感知することができる。

0146

また、メカニカルフィルタ20の振動周波数を上げず、高速サンプリングとそのデータ解析等が可能な手段を用いることにより、接触に関する感知を高速・高感度で行うことができるため、振動子22の材質や寸法、構造等の選択肢広がり信頼性、耐久性、価格等にメリットが出せる。

0147

更に、たとえば基準面173に接触子21が接触する以前の高速サンプリングのデータから、この接触センサ20の振動周波数を有する端子電圧V1 、或いはV2 の1周期の平均実効値を計測して、正常値からのズレ許容範囲を越えたときのみ警報を出し、初期状態不備としてプレス機170を停止すること等も、デジタル信号処理技術によって可能となる。

0148

図35は、図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すもので、多数並んでいるICのリードピンのピッチ不良検査器に適用したものである。

0149

すなわち、振動子に恒弾性材料を用いずに、エッジモードで振動する圧電セラミックス190を櫛状に配置して用いており、その先端部分が接触子21となっている接触感知器の略図である。ここには、リードピンの接触を感知しフィルタ特性の変化をもたらすIC化したセラミックフィルタ回路Y1 〜Yn 及び出力端子y1 〜yn が設けられている。但し、同図においては、フィルタの信号入力回路の図示を省略している。

0150

そして、図示しない搬送システムにより、検査場所に選ばれてきたICのリードピン174のうち、ピッチ不良箇所は、所定の寸法に加工されているチタン酸鉛系のセラミックスの接触子21がリードピン174間に入ると、これに触れてセラミックフィルタ回路Y1 〜Yn の端子y1 〜yn の該当する場所にフィルタ特性の変化が出るので特定される。

0151

同図に示したテーパピン180やリニアイメージセンサ181は、リードピン174の基準位置合わせに用いられるものである。ピッチ間隔の検査等、検査対象物が平面に多数配列されている場合は、この接触子21の形状等を対応させて多数設けると、より高速の検査が可能となる。

0152

同図のICのリードピン174の配置において、リードピン174が規格範囲以上の上下の曲がりやピッチずれ等の不良検査の実施例として、リードピン174の上下の所定の位置と所定のピッチの位置にクリスタルフィルタの振動子の一部である接触子21を限界ゲージのように配設して接触感知する形態がある。

0153

したがって、同図のような平坦度やピッチ間隔の検査等の場合は、リードピン174の配置や形状及び寸法に合わせた接触子21を配設すると、より高速の検査が可能となる。

0154

図36は、請求項13に係るものであり、図1の接触感知器を液体の状態を感知する場合に適用した他の実施の形態を示すものである。

0155

同図に示すように、接触子21は、計測の対象になっている液体191の中に浸っている。

0156

定常状態の端子電圧V0 は、図37に示すように、時間t1 から時間t2 までのような波形を描いているが、気泡固形物等が混入していてパルス状の波形がhu ,hd のように、短時間ΔTの期間だけ現れた場合でも、更に短時間Δtの継続的なサンプリング及びコンピュータによる推移データの統計的処理等によって信号として捕らえることができる。

0157

そして、このような構成では、異物混入等による突発的な波形の異常を発見する場合、上記のように定常状態の波形の時間t1 から時間t2 までの値を基準に引き続き連続して監視した値と比較したり、殆ど同一の振動子を有する2つのメカニカルフィルタ回路の端子電圧V0 の差分をアナログ信号として捕らえることで、その異常感知が可能である。

0158

したがって、この実施の形態では、液体の流れや粘度、密度の不均一、気泡、不純物、汚れ等が時間的に変化する状態を高速・高感度に計測することができる。

0159

なお、この実施の形態では、液体に関する様々な状態を計測するようにした場合について説明したが、この例に限らず、粉体や気体の濃度や湿度等の状態を高速に計測する場合等にも同様に有効である。

0160

また、この実施の形態では、接触子21を液体中に浸して液体の状態を感知する場合について説明したが、この例に限らず、たとえば接触子21の代わりに半導体ウェハを上述したアダプタを介してエッチング溶液の中に浸すようにしてもよく、この場合には、メカニカルフィルタ特性の経時変化を高速解析手段によって連続して捕らえて、化学反応進行状態ウェハエッチング量等の変化を高速・高精度に観測することも可能である。

0161

図38は、図36の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0162

同図に示すように、振動子である接触子21A〜21Hは、円周上に配設されている。また、接触子21A,21D,21F,21Gは平板状をなし、接触子21B,21C,21E,21Hは湾曲形状をなしている。

0163

そして、これらの接触子21A〜21Hは、振動方向vと振動方向に直角の方向とでは同一の振動抑制力に対するメカニカルフィルタ特性の変化が著しく異なっており、また平面や半球面等、振動子である接触子21A〜21Hの形状によって同一の流れ方向Fでも振動抑制力の受け方がそれぞれ異なるので、予め、液体と個々の接触子21A〜21Hとの特性関係を捕らえておくと、それぞれの接触子21A〜21Hから出るフィルタ特性を総合して評価することにより液体の状況を把握することができる。

0164

このように、この実施の形態では、液体の粘度・速度・方向を高速に計測するセンサとして用いることができる。

0165

図39は、図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。但し、同図においては、メカニカルフィルタの信号入出力回路の図示を省略している。

0166

同図に示すように、傾斜検知器200には、上述した接触子21が対向配置されている。また、これら接触子21は、バネ20sによって傾斜検知器200の中心部側に付勢されている。

0167

傾斜検知器200に形成されているネジ部201には、三角形状のり202を支持した調整ネジ部203が噛み合うようになっており、調整ネジ部203の調整によって錘り202の基準面204からの高さ位置205が調整されること、錘り202と接触子21とのギャップ206が設定されるようになっている。

0168

そして、このような構成では、調整ネジ部203の調整によって錘り202と接触子21とのギャップ206を狭くすると、接触子21による感度が上げられる。逆に錘り202と接触子21とのギャップ206を広くすると、接触子21による感度が下げられる。

0169

したがって、この状態で、錘り202が左右の何れかに傾くき、接触子21に接触すると、接触子21の振動が抑制され、その接触子21によるメカニカルフィルタ特性の出力電圧を測定することによって基準面204の傾きの方向を検知することができる。このとき、接触子21は、バネ20sによって傾斜検知器200の中心部側に付勢されているため、傾きの連続的な計測が可能となる。

0170

なお、この実施の形態では、接触子21を2個設けた場合について説明したが、この例に限らず、錘り202を中心として放射方向に複数の接触子21を設けるようにしてもよく、この場合には、接触子21による感知点が増えるので、基準面204の傾斜方向の分解能を上げることができる。

0171

図40は、図13の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。同図に示すように、支持部212の上端部には、微細加工された複数の接触子21が円柱状に配設されている。これら接触子21の中心部には、流れ受け板211を支持する弾性部材210が配設されている。

0172

このような構成では、流れ受け板211が矢印方向に流れるたとえば液体の圧力Fを受けると、弾性部材210がその方向に傾き接触子21に接触する。これにより、メカニカルフィルタ特性が変化し、該当する出力端子e1 からの出力が変化することにより、液体の流れの有無及び方向を瞬時にして感知することができる。

0173

なお、この実施の形態では、液体の流れを感知する場合について説明したが、この例ような液体に限らず、ガス漏れ排気ダクトの空気の流れ、粉体の流れ等といった液体以外の感知も可能である。

0174

図41は、図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものである。

0175

同図に示すように、回転軸215の周囲には、複数の振動子である接触子21が配設されている。また、これら接触子21は、バネ20sにより回転軸215の中心部に向けて付勢されることにより、接触子21の先端部が回転軸215の周面に対し、略均等した力で弾接している。

0176

このような構成では、回転軸215に対して各接触子21が均等に弾接しているため、回転軸215の回転が正常である場合、各接触子21のメカニカルフィルタ特性による変化が現れない。一方、回転軸215にたとえば回転ブレが発生すると、各接触子21に対しての接触状態が変わってくるため、メカニカルフィルタ特性に変化が現れることから、回転軸215の異常を検知することができる。

0177

また、このような回転ブレに限らず、回転軸215が磨耗した場合などであっても、同様の変化が現れることから、回転軸215の異常を検知することができる。更に、各接触子21がバネ20sにより回転軸215の中心部に向けて付勢されているため、回転軸215の異常の程度を数値として計測することも可能となる。

0178

なお、この実施の形態では、回転軸215の異常を検知する場合について説明したが、この例に限らず、回転軸215の部分に液体を流すパイプを配設することで、内圧異常検知等も行うことができる。

0179

また、この実施の形態では、回転軸215の周囲に複数のメカニカルフィルタ20を配設した場合について説明したが、接触子21の数や配設箇所及び形状等は目的に応じて適宜設定可能である。

0180

図42は、図1のメカニカルフィルタ20の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すものであり、メカニカルフィルタ20の内側には円柱状の接触子21が2個配設されている。各接触子21の中心部には、たとえば光ファイバ220が挿通されている。但し、同図においては、メカニカルフィルタの信号入出力回路を省略している。

0181

このような構成では、光ファイバ220が各接触子21に接触しない状態で矢印方向に高速で送られているとき、それぞれの出力端子e2 ,e3 には変化が現れない。一方、光ファイバ220に断線或いは弛み等が発生して少なくとも一方の接触子21に接触すると、少なくとも一方の出力端子e2 ,e3 の出力に変化が現れるため、これら断線或いは弛み等を瞬時に検知することができる。

0182

図43は、図12の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示すもので、被接触物が固体ではなく、液状の堆積物であって、その堆積物の界面の位置をリアルタイムに観測する場合を示している。

0183

同図において、ロボット80には、図示しない移動手段、測距手段及び計時手段が備わっており、駆動シャフト86の先端部に付いている接触子21が液状の堆積物40a〜40dに挿入されている。

0184

そして、たとえば接触子21を粘度の異なる堆積物40aと40bとの界面に位置させ、メカニカルフィルタ特性が所定の値になるようにロボット80を用いて接触子21の位置をサーボ制御すると、堆積物40aと40bとの界面位置に経時変化や場所的分布があっても、連続的にその界面位置や変化量、変化速度変化時刻等を計測することが可能となる。

0185

なお、以上の各実施の形態においては、それぞれの目的に応じた接触感知器を用いることで、様々な接触感知による計測等を行わせる場合について説明したが、これらの例に限らず、上述したそれぞれの接触感知器を適宜組み合わせ、制御手段によってこれらの接触感知器に関連性をもたせるようにしてもよい。

0186

また、本発明の実施の形態においては、メカニカルフィルタについて説明したが、これに限らず、電気機械振動子コンデンサインダクタンス等で形成されるインピーダンス素子あるいは回路として用いた接触感知器に適用することも可能である。

発明の効果

0187

以上説明したように、本発明の接触感知器及び接触感知システムによれば、固有の周波数で振動している接触子が被接触物に接触すると、その振動が抑制されて振動子の共振条件がずれ、メカニカルフィルタの濾波特性、すなわちメカニカルフィルタ特性が変化することを利用したものであり、メカニカルフィルタに入力された信号が、接触後に減衰等して出力手段に出力されることにより被接触物に対する接触感知が行われるので、簡単な構成で、被接触物の接触感知を適切且つ確実に行うことができる。

図面の簡単な説明

0188

図1本発明の接触感知器の一実施の形態を示す図である。
図2図1の接触感知器の作用を示す図である。
図3図1の接触感知器のメカニカルフィルタを示す斜視図である。
図4図3のメカニカルフィルタの接触子の形状を変えた場合の他の実施の形態を示す斜視図である。
図5図3の接触子の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図6図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図7図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図8図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図9図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図10図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図11図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図12図5の接触子をロボットに適用した場合の他の実施の形態を示す図である。
図13図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図14図13の接触感知器の作用を説明するための図である。
図15図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図16図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図17図15の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図18図17の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図19図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図20図19の接触感知器を示す側面図である。
図21図19の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す斜視図である。
図22図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す概念図である。
図23図22の接触感知器の作用を説明するための概念図である。
図24図22の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図25図22の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図26図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図27図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す概念図である。
図28図22の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す概念図である。
図29図26の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す概念図である。
図30図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す斜視図である。
図31図30の接触感知器の動作を示す波形図である。
図32図30の接触感知器の作用を説明するための斜視図である。
図33図32の接触感知器の動作を説明するための波形図である。
図34図30の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図35図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図36図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図37図36の動作を説明するための波形図である。
図38図36の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図39図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図40図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図41図13の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図42図1の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。
図43図12の接触感知器の構成を変えた場合の他の実施の形態を示す図である。

--

0189

20A振動子
20b 穴
21,21a〜j,21p,21A〜H接触子
23,23a,24,25端子
27接着剤
28分割線
29a〜c,139突起
41接触箇所
52,52a,57 A/Dコンバータ
55増幅器
58信号波形解析器
60バッファ材
70ディジタルフィルタ
86駆動シャフト
113 溝
130,131隔壁
133間隙
135噴射口
138 角柱線
139 突起
140加工品
141円柱状の穴
150ケース
151バネ板
152〜156信号線
171プレス板
172突出片
173 基準面
181リニアイメージセンサ
190セラミックフィルタ
191液体
201ネジ部
203調整ネジ部
204 基準面
205 高さ位置
206ギャップ
210弾性部材
211 流れ受け板
212 支持部
220光ファイバ
a,b 端子
e1 ,e2 ,e3 ,y1 〜yn出力端子
f電気信号
s スイッチ
p1 ,p2 ,p3 接触箇所
Ri ,Ro ,R1 ,R2 ,R3抵抗
Y1 〜Yn セラミックフィルタ回路

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