专利名称：测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及测量装置以及测量方法。本申请基于2010年10月19日在日本申请的特愿2010-234583号以及2011年6月I日在日本申请的特愿2011-123263号来主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术：
在使用致动器来测量对测量对象施加的载荷的情况下，在致动器与测量对象之间设置测压元件(load cell)等的测量器具，并由测量器具来测量载荷(专利文献I)。在测量直线运动引导装置的滑动阻力的情况下，也同样地使用测压元件来进行滑动阻力的测量。图24是表示测量装置9的构成的概略框图。测量装置9对直线运动引导装置80的滑块81在导轨82上移动时的滑动阻力进行测量。测量装置9具备:作为致动器的线性电动机91、对线性电动机91进行控制的电动机控制部92、测压元件93、放大部94、以及记录部95。电动机控制部92驱动线性电动机91，使线性电动机91的动子91a运动来对滑块81施加载荷。测压兀件93设置于动子91a与滑块81之间。测压兀件93输出与动子91a施加至滑块81的载荷相应的信号。放大部94对测压兀件93所输出的信号进行放大并存储于记录部95。记录部95记录从放大部94输入的信号。测压元件93输出与所施加了的载荷相应的信号。通过基于记录部95中所记录的信号来计算直线运动引导装置80的滑动阻力，能测量滑动阻力。先行技术文献专利文献专利文献1:日本特开平6-124929号公报发明概要发明要解决的课题然而，若在致动器的动子处安装测压元件等，则存在装置整体大型化的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种不设置测压元件等的测量器具而能测量对测量对象施加的载荷的测量装置以及测量方法。用于解决课题的手段本发明的测量装置的特征在于具备:线性电动机；驱动部，其通过驱动所述线性电动机来使所述线性电动机所具有的动子移动，从而对测量对象施加载荷；以及载荷测量部，其通过对在使所述动子进行相对移动时所述线性电动机中流动的电流值乘以所述线性电动机的推力常数，来计算所述动子对所述测量对象施加的载荷。本发明的测量方法的特征在于具有:控制步骤，通过驱动线性电动机来使该线性电动机所具有的动子移动，从而对测量对象施加载荷；以及载荷测量步骤，通过对在使所述动子进行相对移动时所述线性电动机中流动的电流值乘以所述线性电动机的推力常数，来计算所述动子对所述测量对象施加的载荷。发明效果根据本发明，不设置测量器具而能测量对测量对象施加的载荷。
图1是表示本实施方式中的测量装置I的构成的概略框图。图2是表示同实施方式中的线性电动机11的立体图(部分截面图)。图3是表示同实施方式中的线圈保持器所保持的线圈组件的立体图。图4是表示同实施方式中的线性电动机10的磁铁103与线圈104的位置关系的图。图5是表示磁传感器的原理的立体图。图6是表不AMR传感器中的磁场的方向与电阻值的关系的图表。图7是表示在磁场强度为饱和灵敏度以上的情况下也对磁场的方向进行检测的磁传感器112的强磁性薄膜金属的形状例的图。图8是表示图7的磁传感器的等效电路(半桥)的图。图9A是表示对磁场的方向进行检测的磁传感器的强磁性薄膜金属的形状例的图。图9B是表示图9A的磁传感器的等效电路(半桥)的图。图10是表示磁传感器112与杆101的位置关系的图。图11是表不磁传感器112所输出的信号例的图。图12A是表示利用了二组的全桥构成的磁传感器的强磁性薄膜金属的形状例的图。图12B是表示图12A的磁传感器的等效电路(半桥)的图。图13是表不图12A以及图12B的磁传感器所输出的信号的图表。图14是表不杆101与磁传感器112的位置关系以及磁传感器112所输出的信号的概念图。图15是表示通过磁传感器112所输出的余弦波信号和正弦波信号来描制的利萨如图形的图。图16是表示安装于端部壳体109的磁传感器112的图。图17是表示安装于端部壳体109的轴衬108 (轴承)的图。图18是表示同实施方式中的电动机控制部20的构成的概略框图。图19是表示在对同实施方式中的直线运动引导装置80的滑动阻力进行测量时的线性电动机10的动作的概略图。图20是表示同实施方式中的电动机控制部20的第I控制过程的流程图。图21是表示在使同实施方式中的杆101从原点起移动开始起至动作完成信号变为有效为止的期间内的速度、电流、位置的对应关系的图表。图22是表示在从同实施方式中的动作完成信号变为有效起至杆101回到原点为止的期间内的速度、电流、位置的对应关系的图表。图23是表示同实施方式中的电动机控制部20的第2控制过程的流程图。图24是表示对直线运动引导装置80的滑块81在导轨82上移动时的滑动阻力进行测量的测量装置9的构成的概略框图。
具体实施例方式以下，参照附图来说明本发明的实施方式中的测量装置以及测量方法。图1是表示本实施方式中的测量装置I的构成的概略框图。测量装置I具备:杆式的线性电动机10、以及对线性电动机10进行控制的电动机控制部20。以测量装置I对直线运动引导装置80的滑块81在导轨82上移动时的滑动阻力进行测量的情况为例来进行说明。测量装置I通过使线性电动机10的杆101 (动子)的一端与直线运动引导装置80 (测量对象)的滑块81接触来施加载荷，从而对直线运动引导装置80的滑动阻力进行测量。图2是本实施方式中的线性电动机10的立体图(部分截面图)。线性电动机10是杆101相对于线圈收纳壳体102在轴线方向上移动的杆式线性电动机。在线圈收纳壳体102的内部，层叠(排列)多个线圈104。在线圈收纳壳体102的两端面的各端面，安装端部壳体109。在端部壳体109，安装用于引导杆101的直线运动的轴衬108 (轴承)。在2个端部壳体109当中的任一者，设置对来自杆101的磁场进行检测的磁传感器 112。杆101例如由不锈钢等的非磁性材构成。杆101像管子那样具有中空的空间。在杆101的中空空间，圆柱状的多个磁铁103(分段磁铁)按照同极相互对置的方式进行层叠。即按照N极与N极、S极与S极对置的方式进行层叠。在磁铁103之间，例如插入由铁等的磁性体构成的极靴107 (磁极块)。杆101贯穿所层叠的线圈104的内部。杆101以在轴线方向上可移动的方式由线圈收纳壳体102支撑。图3是表示本实施方式中的线圈保持器105所保持的线圈组件的立体图。线圈104是将铜线卷绕成螺旋状而得到的，由线圈保持器105保持。多个线圈104以对杆101的磁铁103进行排列的方向为中心，沿杆101的外周卷绕铜线而成。各线圈104被排列在与排列有磁铁103的方向为相同的方向上。在线圈104间插入有环状的树脂制间隔部105a，使相邻的线圈104绝缘。在线圈保持器105上设有印刷基板106。线圈104的绕组的端部104a与印刷基板106线连接。通过将线圈104以及线圈保持器105设置成模具、且将熔融的树脂或特殊陶瓷注入模具内的插入成型，来使线圈收纳壳体102与线圈104—体地成型。在线圈收纳壳体102，为了提高线圈104的散热性而形成多个散热片102a。可以将线圈保持器105所保持的线圈104收纳于铝制的线圈收纳壳体102，以粘接剂来填埋线圈104与线圈收纳壳体102之间的间隙，并将线圈104以及线圈保持器105固定至线圈收纳壳体102。图4是表示本实施方式中的线性电动机10的磁铁103与线圈104的位置关系的图。
在杆101的中空空间，圆盘状的多个磁铁103(分段磁铁)按照同极相互对置的方式进行排列。线圈104是以3个而构成的U 相为一组三相线圈。将一组三相线圈组合多个来构成线圈组件。若在划分为U V W相的三相的多个线圈104中流过相位两两相差120°的三相电流，则产生在线圈104的轴线方向上移动的移动磁场。杆101通过移动磁场来得到推力，与移动磁场的快慢同步地相对于线圈104进行相对直线运动。如图2所7]^，端部壳体109是磁传感器收纳壳体。在端部壳体109的一方，安装用于检测杆101的位置的磁传感器112。磁传感器112与杆101隔开给定的间隙而配置。磁传感器112对于因杆101的直线运动而产生的杆101的磁场的方向(磁矢量的方向)的变化进行检测。如图5所示，磁传感器112具有:Si或者玻璃基板121、以及形成于其上的以N1、Fe等的强磁性金属为主成分的合金的强磁性薄膜金属所构成的磁阻元件122。磁传感器112由于电阻值以特定的磁场方向而发生变化，因此被称为AMR(Anisotropic-Magnetro-Resistance)传感器(各向异性磁阻兀件)(参考文献:「垂直型MR传感器技术资料」，[online],2005年10月I日，浜松光电株式会社，「2010年8月25日检索」，互联网〈^1;11 ://冊界.hkd.c0.jp/technique/img/amr-notel.pdf 。图6是表不AMR传感器中的磁场的方向与电阻值的关系的图表。在磁阻元件122中流过电流，施加电阻变化量饱和的磁场强度，并对于该磁场(H)的方向，施加相对于电流方向Y的角度变化0。此时`，如图6所示，电阻变化量(AR)在电流方向与磁场的方向垂直(9 =90°、270° )时成为最大，在电流方向与磁场的方向平行(0=0°、180° )时成为最小。电阻值R根据电流方向与磁场方向的角度成分，如下述式⑴那样变化。若磁场强度为饱和灵敏度以上，则A R变为常数，电阻值R不受磁场强度的影响。R = RO- A Rsin2 0 …(I)RO:无磁场时的强磁性薄膜金属的电阻值AR:电阻变化量0:表不磁场方向的角度图7是表示在磁场强度为饱和灵敏度以上的情况下也对磁场的方向进行检测的磁传感器112的强磁性薄膜金属的形状例的图。成为将在纵向上所形成的强磁性薄膜金属元件(Rl)与在横向的元件(R2)串联连接而成的形状。对元件(Rl)促使最大的电阻变化的垂直方向的磁场对元件(R2)而言成为最小的电阻变化。电阻值Rl和R2以下式⑵、(3)来给出。Rl = RO- A Rsin2 0 …(2)R2 = RO- A Rcos2 0 …(3)图8是表示磁传感器的等效电路(半桥)的图。该等效电路的输出Vout以下式
(4)来给出。Vout = Rl Vcc/ (R1+R2)…(4)若将式(2)、(3)代入式(4)进行整理，则得到下式(5-1)、(5-2)。Vout = Vcc/2+a cos2 0 …(5-1)
a =A R Vcc/2 (2R0_ AR)...(5-2)图9是表示对磁场的方向进行检测的磁传感器的强磁性薄膜金属的形状例的图。若形成强磁性薄膜金属的形状，则能使用两个输出Vout+和Vout-来进行中点电位的稳定性的提闻和放大。针对在杆101直线运动时的磁场方向的变化和磁传感器112的输出来进行说明。图10是表示磁传感器112与杆101的位置关系的图。将磁传感器112在施加饱和灵敏度以上的磁场强度的间隙I的位置上、且磁场的方向变化影响到传感器面地进行配置。此时，在磁传感器112沿杆101相对地移动了位置A E的距离\的情况下，磁传感器112的输出变为如下。图11是表不磁传感器112所输出的信号例的图。在杆101直线移动了距离入时，在传感器面，磁场的方向呈旋转一周。此时，电压的信号成为I个周期的正弦波信号。更准确地说，由式(5-1)表示的电压Vout成为2个周期的正弦波信号。然而，若相对于磁传感器112的兀件的延伸方向以45°施加偏置磁场,贝U周期减半，在杆101直线移动了 \时得到I个周期的输出波形。如图12A所示，为了获知运动的方向，使二组的全桥构成的元件按照相互倾斜45°的方式来形成于一个基板上。如图13所示，由二组的全桥电路得到的输出VoutA和VoutB成为相互具有90°的相位差的余弦波信号以及正弦波信号。如图12B 所示，磁传感器112按照使二组的全桥构成的元件相互倾斜45°的方式形成于一个基板上。磁传感器112对杆101的磁场的方向的变化进行检测。故而,如图14所示，即便磁传感器112的安装位置从(I)偏离至(2)，在磁传感器112所输出的正弦波信号以及余弦波信号(输出VoutA以及VoutB)中变化也少。图15是表示通过磁传感器112的输出VoutA和VoutB而描制的利萨如图形的图。磁传感器112的输出的变化少，因此图15所示的圆的大小不易变化。故而，能准确地检测磁矢量24的方向0。即使不高精度地管理杆101与磁传感器112之间的间隙1，也能检测杆101的准确的位置。由此，磁传感器112的安装调整变得容易。另外，还能容许由轴衬108引导的杆101的安装的反冲。进而，还能容许杆101的些许弯曲。图16是表不安装于端部壳体109的磁传感器112的图。在端部壳体109,设置用于收纳磁传感器112的空间(磁传感器收纳部126)。在磁传感器收纳部126配置了磁传感器112后，以填充材127来填埋磁传感器112的周围。由此，磁传感器112被固定于端部壳体109。磁传感器112由于具有温度特性，因此基于温度的变化，输出发生变化。为了降低从线圈104所受的热的影响，对于端部壳体109以及填充材127使用热导率比线圈收纳壳体102低的材料。例如，对于线圈收纳壳体102使用环氧树脂系的树脂。对于端部壳体109以及填充材127使用聚苯硫醚(PPS)。图17是表示安装于端部壳体109的轴衬108 (轴承)的图。通过使端部壳体109具有轴承功能，能防止杆101与磁传感器112之间的间隙发生变动。图18是表示本实施方式中的电动机控制部20的构成的概略框图。电动机控制部20具备载荷测量部21以及驱动部22。
载荷测量部21具有:对线性电动机10中流动的电流的电流值乘以线性电动机10的推力常数来计算线性电动机10通过杆101而施加至滑块81 (测量对象)的载荷值的载荷计算部211、以及对载荷计算部211计算出的载荷值进行存储的载荷存储部212。驱动部22具有:位置控制部221、开关部222、速度控制部223、开关部224、电流控制部225、功率变换器226、变流器(Current Transformer ;CT) 227、速度计算部228、位置计算部229、以及位置判定部230。位置控制部221基于从外部输入的位置指令以及由位置计算部229计算的杆101的位置信息，来计算速度指令。位置控制部221预先存储第I 第4速度(FLlSro FL4SPD)，并输出基于了第I 第4速度的4个速度指令(第I速度指令 第4速度指令)。第I速度指令是表示杆101从预定的原点起，至杆101的两端之中离测量对象近的一端移动至直线运动引导装置80的滑块81的附近(位置FL2P0S)时的移动速度的指令。此时，预先规定使杆101移动的速度的上限值(第I速度(FLlSPD))。第2速度指令是表示杆101与测量对象接触、对测量对象施加载荷时的移动速度的指令。此时，预先规定使杆101移动的速度(第2速度(FL2SPD))。第2速度(FL2SPD)是比第I速度(FLlSPD)慢的速度。第2速度(FL2SPD)被设定为在杆101与滑块81接触时，使不需要的冲击不发生的速度以下。滑块81 (测量对象)的附近(位置FL2P0S)是按照杆101的一端与滑块81接触时杆101的移动速度成为第2速度的方式开始减速的位置。位置FL2P0S是与滑块81接触的位置，是基于第I速度指令(FLlSPD)、第2速度指令(FL2SPD)、线性电动机10的特性而预先确定的位置。第3速度指令是表示在对滑块81施加了载荷后使杆101朝原点方向移动时的移动速度的指令。此时，预先规定使杆101移动的速度(第3速度(FL3SPD))。第4速度指令是表示在对测量对象施加了载荷后使杆101朝原点方向移动时达到了预定的速度切换位置(FL3P0S)后的移动速度的指令。此时，预先规定使杆101移动的速度的上限值(第4速度(FL4SPD))。第4速度(FL4SPD)被设定为比第3速度(FL3SPD)快的速度。开关部222基于位置判定部230的控制，从位置控制部221所输出的4个速度指令之中选择任意一个。对于速度控制部223输入由开关部222选择出的速度指令以及表示由速度计算部228计算出的杆101的速度的速度信息。速度控制部223基于速度指令所示的速度和速度信息所示的速度的偏差，来计算将杆101进行移动的速度设为速度指令的速度时的电流值。速度控制部223输出计算出的电流值(非限流指令)。速度控制部223输出以预定的限流值(FL2I)为上限值的电流指令(限流指令)。在计算出的电流值为限流值(FL2I)以下的情况下，非限流指令与限流指令表示相同的电流值。另一方面，在计算出的电流值大于限流值(FL2I)的情况下，非限流指令表示计算出的电流值，限流指令表示限流值(FL2I)。开关部224基于位置判定部230的控制，来选择速度控制部223所输出的限流指令和非限流指令之中的任一者。电流控制部225基于由开关部224选择出的电流指令以及由变流器227测量出的线性电动机10中流动的电流值，来计算电压指令。功率变换器226将与电流控制部225计算出的电压指令相应的电压供应至线性电动机10。变流器227安装于对功率变换器226与线性电动机10进行连接的电力线。变流器227测量电力线中流动的电流值。变流器227将测量出的电流值输出至载荷测量部21的载荷计算部211、电流控制部225、以及完成信号生成部231。速度计算部228基于从线性电动机10的磁传感器112输出的正弦波信号以及余弦波信号(输出VoutA以及VoutB)的变化量，来计算杆101的移动速度。位置计算部229基于从磁传感器112输出的正弦波信号以及余弦波信号(输出VoutA以及VoutB)的变化量,计算距尚杆101的原点的移动量,并输出表不杆101的位置的
位置信息。位置判定部230基于从外部输入的位置指令和动作开始信号、以及由位置计算部229输出的表示杆101的位置的位置信息，进行使开关部222从位置控制部221输出的4个速度指令之中选择任一个的控制。位置判定部230基于位置指令、动作开始信号、位置信息，进行使开关部224从由速度控制部223输出的2个电流指令之中选择任一个的控制。在线性电动机10对滑块81施加了载荷时，若变流器227测量出的电流值达到预定的限流值(FL2I)，则完成信号生成部231将动作完成信号(U02)输出至外部。接下来，说明在对直线运动引导装置80的滑动阻力进行测量时的线性电动机10的动作。针对在直线运动引导装置80的可动范围的全范围测量滑动阻力、并测量滑动阻力的波动的情况进行说明。图19是表示在对直线运动引导装置80的滑动阻力进行测量时的线性电动机10的动作的概略图。示出状态(a) 状态(C)。将杆101向滑块81靠近的方向设为CW方向(图19中为右方向)。将杆101从滑块81远离的方向设为CCW方向(图19中为左方向)。如图19的状态(a)所示，在测量的开始时，杆101的直线运动引导装置80侧的一端的位置位于原点。若动作开始信号被输入，则开始测量动作。杆101基于第I速度指令而从原点向着动作目标位置开始(朝CW方向)移动。若杆101的一端到达滑块81的附近，则杆101减速至第2速度指令的速度。如图19的状态(b)所示，杆101 —边与滑块81接触来施加载荷，一边使滑块81以第2速度(FL2SPD)进行移动。其后，如图19的状态(C)所示，直线运动引导装置80的滑块81到达可动范围的端部，杆101变得不能移动。若线性电动机10中流动的电流的电流值达到限流值(FL2I)，则从电动机控制部20输出动作完成信号。在上述的一系列的动作中，载荷计算部211基于电流值来计算载荷值，并使计算出的载荷值存储至载荷存储部212。图20是表示本实施方式中的电动机控制部20的控制过程的流程图。若在电动机控制部20中开始控制，则位置判定部230判定动作开始信号出12)是否变为了有效(步骤S101)。位置判定部230直到动作开始信号变为有效为止都待机(步骤SlOl 否”)。在步骤SlOl中，若动作开始信号变为有效(步骤SlOl 是”)，则位置判定部230使开关部222选择第3速度指令或第4速度指令，并使线性电动机10进行原点返回的动作(步骤 S102)。接着，位置控制部221按照表示动作目标位置的位置指令来计算第I速度指令。位置判定部230使开关部222选择第I速度指令。位置判定部230使开关部224选择非限流指令(步骤S103)。位置判定部230使线性电动机10的杆101朝着直线运动引导装置80的滑块81开始(朝CW方向)移动(步骤S104)。位置判定部230判定杆101是否到达了位置FL2P0S (步骤S105)。位置判定部230在杆101到达位置FL2P0S为止通过第I速度指令来使线性电动机10驱动(步骤S105:“否”)。在步骤S105中，若杆101到达位置FL2P0S(步骤S105 是”)，则位置判定部230使开关部222选择第2速度指令。位置判定部230使开关部224选择限流指令(步骤S106)。此时，位置判定部230将表示杆101已到达位置FL2P0S的信号输出至载荷计算部211，并使载荷计算部211开始载荷的计算。完成信号生成部231判定变流器227所测量的电流值是否为限流值(FL2I)以上(步骤S107)。完成信号生成部231直到电流值达到限流值(FL2I)为止待机(步骤S107:“否”)。在步骤S107中，若判定为变流器227所测量的电流值达到了限流值(FL2I)(步骤S107 是”)，则完成信号生成部231使动作完成信号有效并输出至外部(步骤S108)。位置判定部230判定动作开始信号是否变为了无效(步骤S109)。位置判定部230直到动作开始信号变为无效为止待机(步骤S109 否”)。在步骤S109中，若判定为动作开始信号变为了无效(步骤S109 是”)，则位置控制部221按照以原点为移动目的地的位置指令来计算速度指令。位置判定部230使开关部222选择第3速度指令。位置判定部230使开关部224选择非限流指令(步骤S110)。位置判定部230使杆101向着原点开始(朝CCW方向)移动(步骤111)。位置判定部230判定杆101的一端是否已到达速度切换位置(FL3P0S)(步骤S112)。位置判定部230直到杆101的一端到达速度切换位置(FL3P0S)为止待机(步骤S112 否”)。在步骤S112中，位置判定部230若判定为杆101已到达速度切换位置(FL3P0S)(步骤S112 是”)，则使开关部222选择第4速度指令(步骤S113)。此时，位置判定部230将表示杆101已到达位置FL3P0S的信号输出至载荷计算部211，并使载荷计算部211结束载荷的计算。接下来，位置判定部230判定杆101的一端是否已到达原点(步骤S114)。位置判定部230直到杆101的一端到达原点为止待机(步骤S114 否”)。在步骤S114中，位置判定部230若判定为杆101的一端已到达原点(步骤S114:“是”)，则将表示杆101的一端已到达原点的信号输出至完成信号生成部231。位置判定部230由完成信号生成部231使动作完成信号无效(步骤S115)，结束控制的处理。接下来，使杆101移动的速度、线性电动机10中流动的电流、杆101的位置相对应地，说明电动机控制部20的处理。图21是表示使杆101从原点起开始移动起至动作完成信号变为有效为止的期间内的速度 电流 位置的对应关系的图表。在图21中，图表(a) (d)的横轴表不时间。图表(a)的纵轴表不速度。图表(b)的纵轴表示电流值。图表(C)的纵轴表示位置。图表(d)的纵轴表示输出电平。动作开始信号变为有效，进行原点返回(步骤S101、S102)。其后，在时刻tl，通过由电动机控制部20进行步骤S103的处理，杆101朝着直线运动引导装置80的滑块81开始移动(步骤S104)。在时刻t2，杆101的速度变为第I速度(FLlSPD)，继续移动。在时刻t3，若杆101的一端到达位置FL2P0S (步骤S105 是”)，则电动机控制部20进行步骤S106的处理，杆101的速度减速至第2速度(FL2SPD)。在时刻t4，一边使杆101的一端与滑块81接触，以第2速度(FL2SPD)进行移动，一边对滑块81施加载荷来使滑块81移动。在时刻t5，若滑块81到达可动范围的端部而杆101停止，则线性电动机10中流动的电流增加而达到限流值(FL2I)(步骤S107 是”)。通过由电动机控制部20进行步骤S108的处理，从而动作完成信号成为有效状态。接着，说明至杆101返回到原点为止的电动机控制部20的处理。图22是表示从动作完成信号变为有效起至使杆101返回至原点为止的期间内的速度 电流 位置的对应关 系的图表。在图22中，图表(a) (d)的横轴表不时间。图表(a)的纵轴表不速度。图表(b)的纵轴表示电流值。图表(C)的纵轴表示位置。图表(C)的纵轴表示输出电平。在时刻tll，外部的装置(未图示)对应于动作完成信号变为有效而使动作开始信号无效，而且设定以原点为移动目的地的位置指令(步骤S109:“是”)。电动机控制部20通过进行步骤SllO的处理，使杆101以第3速度(FL3SPD)朝着原点(朝CCW方向)移动(步骤 S111)。在时亥Ij tl2，若杆101的一端到达速度切换位置(FL3P0S)(步骤S112 是”)，则电动机控制部20通过进行步骤SI 13的处理，来由位置控制部221计算第4速度指令，使杆101的速度加速至第4速度(FL4SPD)。在时刻tl3，杆101移动的速度变为第4速度(FL4SPD)。在时刻tl4，电动机控制部20使杆101的速度减速，在时刻tl4，使杆101停止于原点，使动作完成信号成为无效状态(步骤SI 14、SI 15)。针对与图20所示的电动机控制部20的控制过程不同的控制过程来进行说明。图23是表示本实施方式中的电动机控制部20的其他的控制过程的流程图。在图23所示的控制过程中，步骤S201至步骤S204的处理与图20所示的控制过程中的步骤SlOl至步骤S104的处理相同，故省略其说明。位置判定部230判定杆101是否已到达位置FL2P0S (步骤S205)。位置判定部230在杆101已到达位置FL2P0S的情况下(步骤S205 是”)，不仅使开关部222选择第2速度指令，而且使开关部224选择限流指令(步骤S206)。此时，位置判定部230将表示杆101已到达位置FL2P0S的信号输出至载荷计算部211，并使载荷计算部211开始载荷的计算。
完成信号生成部231判定由变流器227测量的电流值是否为限流值(FL2I)以上(步骤S207)。完成信号生成部231直到电流值达到限流值(FL2I)为止待机(步骤S207:“否”)。在步骤S207中若判定为由变流器227测量的电流值达到了限流值(FL2I)(步骤S207 是”)，则完成信号生成部231使动作完成信号有效并输出至外部(步骤S208)，使处理前进至步骤S210。在步骤S205中，杆101未到达位置FL2P0S的情况下(步骤S205 否”)，位置判定部230不仅使开关部222继续选择第I速度指令，而且使开关部224继续选择非限流指令(步骤S209)，使处理前进至步骤S210。位置判定部230判定动作开始信号是否变为了无效(步骤S210)。位置判定部230在判定为动作开始信号还未变为无效的情况下(步骤S210:“否”)，使处理返回至步骤S205。位置判定部230反复进行步骤S205至步骤S210的处理。另一方面，在判定为动作开始信号变为了无效的情况下(步骤S210 是”)，位置控制部221按照以原点为移动目的地的位置指令来计算速度指令。位置判定部230不仅使开关部222选择第3速度指令，而且使开关部224选择非限流指令(步骤S211)。位置控制部221使杆101朝着原点(朝CCW方向)移动(步骤S212)。位置判定部230判定杆101的一端是否已到达速度切换位置(FL3P0S)(步骤S213)。位置判定部230直到杆101的一端到达速度切换位置(FL3P0S)为止待机(步骤S213 否”)。位置判定部230若判定为杆101的一端已到达速度切换位置(FL3P0S)(步骤S213 是”)，则使开关部222选择第4速度指令(步骤S214)。此时，位置判定部230将表示杆101已到达位置FL3P0S的信号输出至载荷计算部211，并使载荷计算部211结束载荷的计算。接下来，位置判定部230判定杆101的一端是否已到达原点(步骤S215)。位置判定部230直到杆101的一端到达原点为止待机(步骤S215 否”)。位置判定部230若判定为杆101的一端已到达原点(步骤S215 是”)，则将表示杆101的一端已到达原点的信号输出至完成信号生成部231。完成信号生成部231使动作完成信号无效(步骤S216)，结束控制的处理。本实施方式的测量装置I具备:具有按照同极相互对置的方式而排列的多个磁铁103的杆101 (动子)；以及具有包围杆101的多个线圈104的线圈收纳壳体102(定子)。测量装置I具备线性电动机10和电动机控制部20。线性电动机10通过多个磁铁103的磁场以及电流流过多个线圈104而产生的磁�。词瓜呷κ漳煽翘�102以及杆101在磁铁103的排列方向上相对移动。电动机控制部20进行使杆101相对移动来对滑块81 (测量对象)施加载荷的控制。电动机控制部20由变流器227对线性电动机10中流动的电流进行测量。电动机控制部20基于测量出的电流值，来由载荷计算部211计算线性电动机10对滑块81 (测量对象)施加的载荷(滑动阻力)。由此，测量装置I不设置测压元件等的测量器具而能测量对滑块81 (测量对象)施加的载荷(滑动阻力)。本实施方式的测量装置I由电动机控制部20直到使直线运动引导装置80的滑块81与杆101接触为止以第I速度(FLlSPD)来使杆101驱动后，以比第I速度(FLlSPD)慢的第2速度(FL2SPD)来对滑块81施加载荷。此时，电动机控制部20的载荷测量部21根据线性电动机10中流动的电流来计算载荷，从而测量滑动阻力。在测量装置I中，位置控制部221输出在杆101与测量对象未接触的情况下的非接触时速度指令以及在杆101与测量对象接触的情况下的接触时速度指令。非接触时速度指令是第I速度指令以及第4速度指令。接触时速度指令是第2速度指令以及第3速度指令。接触时速度指令是与非接触时速度指令相比表示慢的速度的速度指令。位置判定部230按照杆101的位置，基于杆101的一端是否处于预定的区域来选择非接触时速度指令和接触时速度指令之中的任一者，控制线性电动机10。预定的区域是比位置FL2P0S/FL3P0S离原点更远的区域。对滑块81施加载荷时的接触时速度指令表示比非接触时速度指令所示的速度(第I速度(FLlSPD)、第4速度(FL4SPD))慢的速度(第2速度(FL2SPD)、以及第3速度(FL3SPD))。由此，由于能使施加至滑块81的载荷的变化趋缓，因此能减小线性电动机10中流动的电流的变化。测量装置I能稳定地进行载荷的测量。其结果是，能抑制测量误差的发生，使测量精度得以提高。能防止在使杆101与滑块81接触时产生不需要的冲击。 在对滑块81施加载荷时，通过将输入至电流控制部225的电流指令所示的电流值设为限流值(FL2I)以下，能检测滑块81是否已到达可动范围的端部。能防止在杆101变得不能移动时线性电动机10中流动的电流急剧地增加。由此，能防止在线性电动机10的线圈104中流动过电流，从而防止线性电动机10的劣化。测量装置I在使杆101移动至与滑块81接触时，以比测量载荷时的移动速度更快的速度来使杆101移动，因此能缩短使杆101移动的时间。测量装置I能缩短测量所需的时间。测量装置I能仅具备线性电动机10和电动机控制部20来进行载荷的测量。测量装置I较之于设置测量器具的情况，能使装置变小，因此能抑制装置的成本。测量装置I使线性电动机10的杆101 (动子)与滑块81接触来测量载荷，因此不需要设置测量器具。测量装置I没有因设置测量器具所带来的载荷的损失，因此能测量准确的载荷。测量装置I在使杆101返回至原点时，对于杆101的一端到达速度切换位置(FL3P0S)为止进行移动的第3速度(FL3SPD)以及从速度切换位置(FL3P0S)起至原点为止进行移动的第4速度(FL4SDP)进行切换。在对弹性体施加了载荷后使弹性体恢复至原始的形状时的应力进行测量的情况下，使杆101以低速的第3速度(FL3SPD)朝着原点移动，并在弹性体恢复到原始的形状后以高速的第4速度(FL4SPD)朝着原点移动。此时，速度切换位置(FL3P0S)预先被设定于杆101与弹性体相分离的位置。第3速度设定为比弹性体的形状恢复的速度慢的速度。由此，测量装置I针对弹性体恢复成原始的形状的情况下的应力，也与使弹性体变形的情况同样地，能减小要计算的载荷中所含的误差，稳定地进行载荷的测量。测量装置I在弹性体恢复成原始的形状后，以比测量载荷时的移动速度快的第4速度(FL4SPD)来使杆101向原点移动，因此能缩短对杆101进行驱动的时间，能缩短测量所需的时间。在依次测量多个测量对象的情况下，测量装置I能缩短测量时间。测量装置I能缩短测量多个测量对象所需的时间，因此能削减制品的检查等情况下的成本。在本实施方式中，载荷计算部211使计算出的载荷存储于载荷存储部212，但不限于此。还可以将杆101移动的速度以及位置与计算出的载荷建立对应地存储至载荷存储部212。由此，能测量与移动速度、位置相应的载荷。尽管说明了为了引导杆101的直线运动而具备轴衬108的构成，但不限于此。还可以取代轴衬108而具备静压引导。由此，能使载荷的测量精度得以提高。还可以使用不对使测量对象移动造成障碍那种程度的推力常数小的线性电动机
10。这是由于，线性电动机10的推力常数越�。睾傻牟饬糠直媛试侥芴岣�。还可以使用利用了磁力弱的磁铁的杆101，或者使用于线圈104的绕组变粗来减少匝数。由此，能使载荷的测量精度得以提高。还可以对于线圈收纳壳体102使用热导率高的材料。由此，能抑制因在驱动线性电动机10时产生的发热所带来的线圈104等的温度上升。由此，能减少线性电动机10中流动的电流值的变动，能使载荷的测量精度得以提高。测量装置I通过变更线性电动机10的推力常数，能变更测量范围。准备磁力不同的多个杆101，按照测量对象来选择用于测量的杆101。由此，测量装置I能设定对于测量对象适当的测量范围。尽管说明了位置判定部230对载荷计算部211控制载荷的计算的开始以及结束的构成，但不限于此。载荷计算部211可以在线性电动机10进行驱动的期间始终计算载荷。在功率变换器226中使用PWM控制的情况下，可以在线性电动机10的各线圈104与功率变换器226之间串联地设置电感器。在使用PWM控制的情况下，在线性电动机10中流动的电流波形中包含噪声，因此通过设置电感器来抑制电流中所含的噪声，能使载荷的测量精度得以提高。在本实施方式中，说明了线性电动机10使用杆式的线性电动机的构成，但不限于此。还可以使用具有线圈的动子相对于具有磁铁的定子进行相对移动的平板式的线性电动机。在本实施方式中，说明了在步骤S107(图20)中线性电动机10的线圈104中流动的电流大于限流值(FL2I)的情况下进行步骤S108起以后的处理的构成，但不限于此。还可以判定杆101是否已到达预定的位置，在杆101已到达该位置的情况下，进行步骤S108起以后的处理。由此，杆101不会施加超过了给定的载荷的载荷来进行测量。在本实施方式中，针对第I速度(FLlSPD)比第2速度(FL2SPD)快的情况进行了说明，但不限于此。还可以将第I速度(FLlSPD)设定为与第2速度(FLSPD)相同的速度。可以将第3速度设定为与第4速度相同的速度。在本实施方式中，可以对速度控制部223计算的非限流指令，设置比限流值(FL2I)大的限流值(FLlI)。在此情况下，可以将线性电动机10的额定电流值设为限流值(FLlI)。
在本实施方式中说明了将载荷测量部21设置于电动机控制部20内的构成，但不限于此。还可以是线性电动机10、载荷测量部21、驱动部22独立，并由该3个独立的功能部来构成测量装置I。载荷测量部21可以使用计算机等来构成。本发明中记载的位置检测部与位置计算部229对应。在电动机控制部20的内部可以具有计算机系统。在此情况下，将载荷计算部211、载荷存储部212、位置控制部221、开关部222，224、速度控制部223、电流控制部225、速度计算部228、位置计算部229、位置判定部230、完成信号生成部231的处理的过程存储于能以程序的形式由计算机可读取的记录介质。而且，通过由计算机读取并执行该程序，来进行上述的处理。计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、⑶-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。上述的计算机程序既可以通过通信线路而分发至计算机，也可以由接受了该分发的计算机来执行该程序。标号说明1…测量装置、10…线性电动机、101…杆、103…磁铁、104…线圈、112…磁传感器、20…电动机控制部、21…载荷测量部、22…驱动部、211…载荷计算部、212…载荷存储部、221…位置控制部、2 22…开关部、223…速度控制部、224…开关部、225…电流控制部、226…功率变换器、227…变流器、228…速度计算部、229…位置计算部、230…位置判定部、23P"完成信号生成部
权利要求
1.一种测量装置，其特征在于具备: 线性电动机； 驱动部，其通过驱动所述线性电动机来使所述线性电动机所具有的动子移动，从而对测量对象施加载荷；和 载荷测量部，其通过对在使所述动子进行相对移动时所述线性电动机中流动的电流值乘以所述线性电动机的推力常数，来计算所述动子对所述测量对象施加的载荷。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于， 在所述动子对所述测量对象施加载荷时，所述驱动部以比所述动子对所述测量对象施加载荷前的移动速度慢的速度来使所述动子进行相对移动。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于， 所述驱动部具备； 位置检测部，其检测所述动子的位置； 位置控制部，其输出在所述动子与所述测量对象未接触的情况下使所述动子移动的非接触时速度指令、以及在所述动子与所述测量对象接触的情况下使所述动子移动的接触时速度指令，该接触时速度指令与所述非接触时速度指令相比表示慢的速度； 位置判定部，其根据由所述位置检测部检测出的位置，来选择所述非接触时速度指令和所述接触时速度指令之中的任一速度指令； 速度控制部，其基于由所述位置判定部选择出的速度指令，来生成电流指令；和 功率变换器，其基于由所述速度控制部生成的电流指令，来对所述线性电动机提供功率。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于， 在所述位置判定部选择所述接触时速度指令时，所述速度控制部将所述电流指令所示的电流值的上限设为预定的限流值。
5.根据权利要求3或4所述的测量装置，其特征在于， 所述非接触时速度指令包括第I速度指令，该第I速度指令表示使所述动子向接近所述测量对象的第I方向移动时的速度， 所述接触时速度指令包括第2速度指令，该第2速度指令表示使得向所述第I方向移动时的速度。
6.根据权利要求3 5中任一项所述的测量装置，其特征在于， 所述接触时速度指令包括第3速度指令，该第3速度指令表示使所述动子向远离所述测量对象的第2方向移动时的速度， 所述非接触时速度指令包括第4速度指令，该第4速度指令表示使得向所述第2方向移动时的速度。
7.一种测量方法，其特征在于具有: 控制步骤，通过驱动线性电动机来使该线性电动机所具有的动子移动，从而对测量对象施加载荷；和 载荷测量步骤，通过对在使所述动子进行相对移动时所述线性电动机中流动的电流值乘以所述线性电动机的推力常数，来计算所述动子对所述测量对象施加的载荷。
全文摘要
测量装置(1)具备线性电动机(10)、使线性电动机(10)的动子移动来对测量对象施加载荷的驱动部(22)、以及通过对在使动子移动时线性电动机(10)中流动的电流值乘以线性电动机(10)的推力常数来计算动子对测量对象施加的载荷的载荷测量部(21)。
文档编号G01L5/00GK103154688SQ20118004993
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月6日 优先权日2010年10月19日
发明者正田和男, 山中修平, 野村祐树 申请人:Thk株式会社
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