JP2003075463A - Three-dimensional movement measuring instrument for ball of ball screw - Google Patents
Three-dimensional movement measuring instrument for ball of ball screwInfo
- Publication number
- JP2003075463A JP2003075463A JP2001269234A JP2001269234A JP2003075463A JP 2003075463 A JP2003075463 A JP 2003075463A JP 2001269234 A JP2001269234 A JP 2001269234A JP 2001269234 A JP2001269234 A JP 2001269234A JP 2003075463 A JP2003075463 A JP 2003075463A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ball
- axis
- ball screw
- dimensional
- coordinate system
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 101000622137 Homo sapiens P-selectin Proteins 0.000 description 1
- 102100023472 P-selectin Human genes 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじの玉の
3次元運動計測装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional movement measuring device for balls of a ball screw.
【0002】[0002]
【従来の技術】駆動・伝達系の機械的要素であるボール
ねじは、機械効率と負荷容量と作動長期安定性の点で優
れている。こような優れた特性を更に有効に活用するた
めに、一層の高速化と高負荷化が図られている。そのよ
うな高速化と高負荷化は、玉の焼き付きを招く。玉の焼
き付きは、高速公転時の三次元運動の挙動に起因する。
高速化のためには、玉の焼き付きが現れる速度限界を解
明することが重要である。2. Description of the Related Art A ball screw, which is a mechanical element of a drive / transmission system, is excellent in mechanical efficiency, load capacity, and long-term stability of operation. In order to make more effective use of such excellent characteristics, higher speed and higher load have been achieved. Such speeding up and load increase lead to seizure of balls. The seizure of balls is due to the behavior of three-dimensional movement during high-speed revolution.
For speeding up, it is important to elucidate the speed limit at which sticking of balls appears.
【0003】玉軸受の玉に関しては、その三次元運動解
析が古くから理論と実験の両面で精力的に行われてき
た。玉の自転と公転を光学的に知る技術は、もっとも古
く知られている。玉を磁化し玉の磁軸を計測する磁気的
技術が、次に知られている。磁気的技術としては、2つ
が知られている。その1つは、磁化玉の磁軸をコイルセ
ンサーで計測する技術である。他の1つは、磁軸をホー
ル素子で計測する技術である。ホール素子を用いる計測
技術は、もっとも優れてた技術として知られている。With regard to balls of ball bearings, three-dimensional motion analysis has been vigorously carried out for a long time both theoretically and experimentally. The technology for optically knowing the ball's rotation and revolution is the oldest known. The magnetic technique of magnetizing the ball and measuring the magnetic axis of the ball is then known. Two magnetic techniques are known. One of them is a technique of measuring the magnetic axis of a magnetized ball with a coil sensor. The other one is a technique for measuring the magnetic axis with a Hall element. The measurement technique using the Hall element is known as the most excellent technique.
【0004】ホール素子を用いる計測は、回転座標系で
計測する回転系計測と、静止定座標系で計測する静止系
計測とが知られている。静止系計測は、固定側の外側輪
に3次元座標軸上にそれぞれにホール素子を配置し、磁
化玉が1周する間の特定点で固定側の外側輪に配置した
3つのホール素子により磁化玉の磁軸の向きを計測する
ことにより、磁化玉の自転運動を計測する技術である。
この技術では、ホール素子の配置の都合により、特定位
置の磁化玉の中心を原点とする3次元斜交座標系が選ば
れる。As the measurement using the hall element, there are known a rotary system measurement for measuring in a rotary coordinate system and a static system measurement for measuring in a stationary fixed coordinate system. In stationary system measurement, Hall elements are arranged on the outer ring on the fixed side on the three-dimensional coordinate axes respectively, and three Hall elements are arranged on the outer ring on the fixed side at a specific point while the magnetized ball makes one revolution. Is a technique for measuring the rotation motion of a magnetized ball by measuring the direction of the magnetic axis of.
In this technique, a three-dimensional oblique coordinate system with the center of the magnetized ball at a specific position as the origin is selected due to the arrangement of the Hall elements.
【0005】工作機械、航空機のような精密機械には、
玉軸受とともにボールねじが用いられる。ボールねじを
介して線形に駆動される機械要素は、その位置精度が一
層に向上することが求められる。ボールとその機械要素
は、軸周りの回転運動だけでなく、軸方向の相対的運動
が僅かに存在する。ホール素子を用いてボールねじの玉
の挙動を解析する技術を確立することが求められる。For precision tools such as machine tools and aircraft,
Ball screws are used with ball bearings. A mechanical element that is linearly driven through a ball screw is required to have further improved positional accuracy. The ball and its mechanical elements have not only rotational movement about the axis, but also slight relative movement in the axial direction. It is required to establish a technique to analyze the behavior of balls in a ball screw by using a Hall element.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ホー
ル素子を用いる技術をボールねじの玉の挙動の解析に適
用する技術を確立することができるボールねじの玉の3
次元運動計測装置を提供することにある。The object of the present invention is to establish a technique for applying the technique of using a Hall element to the analysis of the behavior of a ball screw ball.
It is to provide a dimensional motion measuring device.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。Means for solving the problem Means for solving the problem are expressed as follows. The technical matters appearing in the expression are accompanied by parentheses (), and numbers, symbols and the like are added. The numbers, symbols and the like are technical matters constituting at least one embodiment or plural examples of the embodiments or plural examples of the present invention, particularly the embodiment or examples. It corresponds to the reference numbers, reference symbols, etc. attached to the technical matters expressed in the drawings corresponding to. Such reference numbers and reference symbols clarify correspondences and bridges between the technical matters described in the claims and the technical matters of the embodiments or examples. Such correspondence / bridge does not mean that the technical matters described in the claims are limited to the technical matters of the embodiment or the examples.
【0008】本発明によるボールねじの玉の3次元運動
計測装置は、軸受(2)と、軸受(2)に支持されるボ
ールねじ(1)と、線形に運動する運動体(6)と、運
動体(6)に固定されボールねじ(1)に磁化玉(1
2’)を介して螺合するナット(8)と、ナット(8)
の周面部位に配置される3つの磁気センサー(13
X’,13Y’,13Z)とから構成されている。3つ
の磁気センサー(13X’,13Y’,13Z)は、ナ
ット(8)に対して相対的に固定されている3次元座標
系上で3次元的に配置されている。軸方向に磁化玉と並
進するようにナット(8)に配置される磁気センサによ
り、ボールの3次元運動が詳細に検出される。The ball-screw ball three-dimensional motion measuring apparatus according to the present invention comprises a bearing (2), a ball screw (1) supported by the bearing (2), and a moving body (6) that moves linearly. It is fixed to the moving body (6) and the magnetized ball (1
2 ′) and a nut (8) screwed together, and a nut (8)
Three magnetic sensors (13
X ', 13Y', 13Z). The three magnetic sensors (13X ', 13Y', 13Z) are three-dimensionally arranged on a three-dimensional coordinate system fixed relative to the nut (8). A three-dimensional movement of the ball is detected in detail by means of a magnetic sensor arranged in the nut (8) so as to translate axially with the magnetized ball.
【0009】3次元座標系の原点(O又はO1)は、3
次元座標系で定義される特定位置の磁気玉(12’)の
中心点に一致している。このような座標系の設定は、磁
気ベクトル(14)の3次元的検出を簡素化し、結果的
に検出されて得られるデータの精度を高くすることがで
きる。The origin (O or O1) of the three-dimensional coordinate system is 3
It coincides with the center point of the magnetic ball (12 ') at a specific position defined by the dimensional coordinate system. Such setting of the coordinate system can simplify the three-dimensional detection of the magnetic vector (14) and increase the accuracy of the data obtained as a result.
【0010】3次元座標系は、3次元斜交座標系であ
り、3次元斜交座標系の3軸は、Z軸と、X’軸と、
Y’軸とで形成され、3つの磁気センサー(13X’,
13Y’,13Z)は、Z軸上に配置されるZ軸磁気セ
ンサー(13Z)と、X’軸上に配置されるX’軸磁気
センサー(13X’)と、Y’軸上に配置されるY’軸
磁気センサー(13Y’)とを備えている。このような
配置は、合理的である。The three-dimensional coordinate system is a three-dimensional oblique coordinate system, and the three axes of the three-dimensional oblique coordinate system are the Z axis and the X'axis.
It is formed by Y'axis and three magnetic sensors (13X ',
13Y ′, 13Z) are arranged on the Z axis, a Z axis magnetic sensor (13Z), an X ′ axis magnetic sensor (13X ′) arranged on the X ′ axis, and a Y ′ axis. It is provided with a Y′-axis magnetic sensor (13Y ′). Such an arrangement is rational.
【0011】3つの磁気センサー(13X’,13
Y’,13Z)は、それぞれにホール素子で形成され、
3つのホール素子は、斜交座標系で原点にある磁化玉
(12’)の磁軸ベクトル(14)の斜交座標成分(V
−Z,V−X’,V−Y’)を直接的に検出することが
できる。その原点を原点とする直交座標系は、Z軸と、
X軸と、Y軸とで表され、斜交座標成分(V−Z,V−
X’,V−Y’)は、直交座標成分(V−Z,V−X,
V−Y)に変換される。Three magnetic sensors (13X ', 13
Y ′, 13Z) are each formed of a Hall element,
The three Hall elements are the oblique coordinate component (V) of the magnetic axis vector (14) of the magnetizing ball (12 ′) at the origin in the oblique coordinate system.
-Z, V-X ', V-Y') can be directly detected. The Cartesian coordinate system with its origin as the origin is the Z-axis,
It is represented by an X-axis and a Y-axis, and has oblique coordinate components (V-Z, V-
X ′, V−Y ′) are orthogonal coordinate components (V−Z, V−X,
V-Y).
【0012】Z軸とX軸とY軸の単位ベクトルがそれぞ
れにkとjとiとで表され、磁化玉の滑り自転の回転運
動は、定数Jが用いられて表現され原点を通るベクトル
J(iVx+jVy+kVz)に基づいて解析される。The unit vectors of the Z-axis, the X-axis, and the Y-axis are represented by k, j, and i, respectively, and the rotational movement of the sliding rotation of the magnetized ball is expressed using a constant J and a vector J passing through the origin. It is analyzed based on (iVx + jVy + kVz).
【0013】運動体(6)の線形運動を案内するリニア
ガイド(7)と、ボールねじ(1)に軸結合するサーボ
モータ(5)と、サーボモータ(5)の出力軸とボール
ねじ(1)の間に介設されるボール軸受(4)とが更に
追加され、様々な回転数で高精度の測定実験を実行する
ことができる。A linear guide (7) for guiding the linear movement of the moving body (6), a servomotor (5) axially coupled to the ball screw (1), an output shaft of the servomotor (5) and the ball screw (1). 2) and a ball bearing (4) interposed between the two), so that highly accurate measurement experiments can be performed at various rotation speeds.
【0014】ナット(8)の外周面は、ボールねじ
(1)の回転軸心線に交叉する向きを持つ面(9)に形
成され、3つの磁気センサー(13X’,13Y’,1
3Z)のうちの1つは外周面(9)に配置されている。
ナットの外周面(9)は、ボールねじの回転軸心線に交
叉する向きを持つ面に形成され、3つの磁気センサー
(13X’,13Y’,13Z)のうちの2つは外周面
(9)に配置されている。このような外周面上の配置
は、磁気ベクトル(14)の高感度な測定を可能にす
る。The outer peripheral surface of the nut (8) is formed on a surface (9) having a direction intersecting with the axis of rotation of the ball screw (1), and the three magnetic sensors (13X ', 13Y', 1).
3Z) is arranged on the outer peripheral surface (9).
The outer peripheral surface (9) of the nut is formed in a surface having a direction intersecting with the axis of rotation of the ball screw, and two of the three magnetic sensors (13X ′, 13Y ′, 13Z) are the outer peripheral surface (9). ) Is located. Such an arrangement on the outer peripheral surface enables highly sensitive measurement of the magnetic vector (14).
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】図に対応して、本発明によるボー
ルねじの実施の形態は、支持軸受がボールねじとともに
設けられている。そのボールねじ1は、図1に示される
ように、その一端部位が支持軸受2に回転自在に支持さ
れ、その他端部位はサポートユニット3に回転自在に支
持されている。サポートユニット3に軸受されているボ
ールねじ1の端部は、ボールジョイント4を介して、サ
ーボモータ5の出力軸に軸結合している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Corresponding to the drawings, in an embodiment of a ball screw according to the present invention, a support bearing is provided together with the ball screw. As shown in FIG. 1, the ball screw 1 has one end rotatably supported by a support bearing 2 and the other end rotatably supported by a support unit 3. The end of the ball screw 1 supported by the support unit 3 is axially coupled to the output shaft of the servomotor 5 via a ball joint 4.
【0016】線形運動機械的要素6は、ボールねじ1に
螺合している。線形運動機械的要素6は、内部にナット
(図示されず)を備えている。そのナットは、線形運動
機械的要素6の内部で線形運動機械的要素6に固定され
ている。ボールねじ1は、そのナットに直接に螺合して
いる。線形運動機械的要素6がボールねじ1と共まわり
することを阻止するために、線形運動機械的要素6は両
側のリニアガイド7に支持されて案内される。線形運動
機械的要素6の線形運動を案内するリニアガイド7の両
側案内面は、ボールねじ1の回転軸心線に平行に形成さ
れている。The linear kinematic mechanical element 6 is screwed onto the ball screw 1. The linear kinematic mechanical element 6 comprises a nut (not shown) inside. The nut is fixed to the linear motion mechanical element 6 inside the linear motion mechanical element 6. The ball screw 1 is directly screwed into the nut. In order to prevent the linear motion mechanical element 6 from co-rotating with the ball screw 1, the linear motion mechanical element 6 is supported and guided by the linear guides 7 on both sides. Linear guides Both side guide surfaces of the linear guide 7 for guiding the linear movement of the mechanical element 6 are formed parallel to the axis of rotation of the ball screw 1.
【0017】図2は、そのナット8の外観を示してい
る。周知の通り、ナット8には軸直角断面又はこれに交
叉する面上の1円周上に複数のボールの転動を案内する
複数条の案内周溝が形成されている。ボールねじ1に形
成されている螺旋ねじ溝とナット8の案内周溝との間に
挟まれて転動するボールは、軸方向には理論的には同体
に前進後退的に運動する。ボールねじ1と線形運動機械
的要素6とナット8の3体間の機械的精度とボールの球
面精度とによれば、各ボールとボールねじ1のねじ溝の
間に滑動が生じ、更に、各ボールとナット8の案内周溝
の間の間に滑動が生じ、各ボールには自己の公転に伴う
自然な自転運動以外の自転運動が無理的に生じる。この
ような無理な自転運動の計測が高精度ボールねじの玉の
3次元運動計測装置開発のために重要である。FIG. 2 shows the appearance of the nut 8. As is well known, the nut 8 is formed with a plurality of guide circumferential grooves for guiding the rolling of a plurality of balls on one circumference on a cross section orthogonal to the axis or a surface intersecting with the nut. The ball, which is sandwiched between the spiral thread groove formed in the ball screw 1 and the guide circumferential groove of the nut 8 and rolls, theoretically moves forward and backward in the same body in the axial direction. According to the mechanical accuracy between the ball screw 1, the linear motion mechanical element 6 and the nut 8 and the spherical accuracy of the ball, sliding occurs between each ball and the thread groove of the ball screw 1, and Sliding occurs between the ball and the guide circumferential groove of the nut 8, and each ball is forced to undergo a rotation motion other than the natural rotation motion associated with its own revolution. The measurement of such unreasonable rotation motion is important for developing a three-dimensional motion measuring device for a ball of a high precision ball screw.
【0018】ナット8には、図2に示されるように、少
なくとも2条の斜交V溝面9と円筒面11とが外周面と
して形成されている。ボール12は、ボールねじ1の螺
旋ねじ溝に沿って配列され、規定数のボール群は、ナッ
ト8の案内周溝の中で転動して公転する。規定数のうち
の特定のボール12は、磁化されている。磁化されたボ
ールは、以下、磁化玉12’といわれる。ナット8の案
内周溝の軸周りの中心線は、図に示される実施の形態で
は、軸直交面上になくボールねじ1の回転軸心線に交叉
する交叉面上にある。As shown in FIG. 2, the nut 8 is formed with at least two oblique V groove surfaces 9 and a cylindrical surface 11 as outer peripheral surfaces. The balls 12 are arranged along the spiral thread groove of the ball screw 1, and a prescribed number of ball groups roll and revolve in the guide circumferential groove of the nut 8. Certain balls 12 of the defined number are magnetized. The magnetized balls are hereinafter referred to as magnetized balls 12 '. In the embodiment shown in the drawings, the center line around the axis of the guide circumferential groove of the nut 8 is located not on the plane orthogonal to the axis but on the intersecting surface intersecting with the axis of rotation of the ball screw 1.
【0019】案内周溝内で1周するボール12のうちの
1つのボールは、参照番号12’で示されている。ボー
ル12’の中心を通り円筒面11に直交する直線が円筒
面11と交叉する交点の軌跡は、図中に、線A1−A2
で表されている。線A1−A2は、今の場合、円ではな
く楕円である。斜交V溝面9の最外側線(軸方向に最外
側にある楕円線)は、円筒面11の一端線に一致してい
る。斜交V溝面9の最内側線上にありその最内側線に直
交し、且つ、斜交V溝面9の最外側線上にありその最外
側線に直交する線分の集合は、斜交V溝面9を形成して
いる。One of the balls 12 making one revolution in the guide circumferential groove is designated by the reference numeral 12 '. A locus of an intersection point where a straight line passing through the center of the ball 12 'and orthogonal to the cylindrical surface 11 intersects with the cylindrical surface 11 is a line A1-A2 in the figure.
It is represented by. The line A1-A2 is now an ellipse rather than a circle. The outermost line (the elliptical line on the outermost side in the axial direction) of the oblique V groove surface 9 coincides with one end line of the cylindrical surface 11. A set of line segments on the innermost line of the oblique V groove surface 9 and orthogonal to the innermost line thereof, and on the outermost line of the oblique V groove surface 9 and orthogonal to the outermost line thereof are the oblique V The groove surface 9 is formed.
【0020】ボール12’の中心点から斜交V溝面9に
下した垂線の足は、点B1で示されている。移動するボ
ール12’の中心から斜交V溝面9に下した垂線の足の
軌跡は、線B1−B2で示されている。線C1−C2
は、線B1−B2と同様にもう1つの斜交V溝面9にあ
る。The foot of the perpendicular line from the center point of the ball 12 'to the oblique V-groove surface 9 is shown by the point B1. The locus of the foot of the perpendicular line that descends from the center of the moving ball 12 ′ to the oblique V-groove surface 9 is shown by line B1-B2. Line C1-C2
Is on the other oblique V-groove surface 9 similarly to the line B1-B2.
【0021】原点Oは、図2に参照記号O1で示される
ボールの中心点で定義されている。原点Oを通り、線A
1−A2に直交する線は、Z軸として定義される。原点
Oを通り斜交V溝面9に直交する線(又は、原点Oを通
り斜交V溝面9に一定角度で斜交する線)は、X軸’と
して定義される。X’軸と斜交V溝面9との交点を規定
角度だけ回転軸心線の周りに線B1−B2上で移動した
点と原点とを結ぶ線は、図2と図3に示されるように、
Y’軸として定義される。X’とY’とZとは、3次元
斜交座標系を形成する。The origin O is defined by the center point of the ball indicated by the reference symbol O1 in FIG. Line A, passing through origin O
The line orthogonal to 1-A2 is defined as the Z axis. A line passing through the origin O and orthogonal to the oblique V groove surface 9 (or a line passing through the origin O and obliquely intersecting the oblique V groove surface 9 at a constant angle) is defined as an X axis'. The line connecting the origin and the point moved on the line B1-B2 around the rotation axis center line by the specified angle at the intersection of the X'axis and the oblique V groove surface 9 is as shown in FIGS. 2 and 3. To
Defined as the Y'axis. X ', Y', and Z form a three-dimensional oblique coordinate system.
【0022】図4は、既述の3次元斜交座標系と3次元
直交座標系の位置関係を示している。図4中に示される
3次元直交座標系Z−X−Yの原点は、既述の原点Oに
一致している。3次元斜交座標系のZ軸は、3次元直交
座標系のZ軸に一致している。ホール素子群は、Z軸上
ホール素子13Zと、X’軸上ホール素子13X’と、
Y軸上ホール素子13Yとを含んでいる。Z軸上ホール
素子13Zは、Z軸上にあり線A1−A2上に配置され
ている。X’軸上ホール素子13X’は、X’軸上にあ
り線B1−B2上に配置されている。Y’軸上ホール素
子13Y’は、Y’軸上にあり線B1−B2上に配置さ
れている。Z軸上ホール素子13Zに対して等間隔に線
A1−A2上で、他の2つの素子が配置されることは好
ましい。X’軸上ホール素子13X’に対して等間隔に
線B1−B2上で、他の2つの素子が配置されることは
好ましい。Y’軸上ホール素子13Y’に対して等間隔
に線B1−B2上で、他の2つの素子が配置されること
は好ましい。FIG. 4 shows the positional relationship between the above-mentioned three-dimensional oblique coordinate system and the three-dimensional orthogonal coordinate system. The origin of the three-dimensional orthogonal coordinate system Z-XY shown in FIG. 4 coincides with the origin O described above. The Z-axis of the three-dimensional oblique coordinate system coincides with the Z-axis of the three-dimensional Cartesian coordinate system. The Hall element group includes a Z-axis Hall element 13Z, an X′-axis Hall element 13X ′,
The Y-axis Hall element 13Y is included. The Z-axis hall element 13Z is on the Z-axis and is arranged on the line A1-A2. The X′-axis Hall element 13X ′ is on the X′-axis and is arranged on the line B1-B2. The Hall element 13Y 'on the Y'axis is on the Y'axis and is arranged on the line B1-B2. It is preferable that the other two elements are arranged on the line A1-A2 at equal intervals with respect to the Z-axis Hall element 13Z. It is preferable that the other two elements are arranged on the line B1-B2 at equal intervals with respect to the X′-axis Hall element 13X ′. It is preferable that the other two elements are arranged on the line B1-B2 at equal intervals with respect to the Y′-axis Hall element 13Y ′.
【0023】Z軸とX’軸との間の角度は、θ−ZX’
で示されている。図中、θ−ZX’のハイフンは省略さ
れ、ZX’は下付き添字で示されている。Z軸とY’軸
との間の角度は、θ−ZY’で示されている。X軸と
Y’軸との間の角度は、θ−XY’で示されている。X
軸とX’軸との間の角度は、θ−XX’で示されてい
る。Y軸とX’軸との間の角度は、θ−YX’で示され
ている。X軸とX’軸との間の角度は、θ−XX’で示
されている。Y軸とY’軸との間の角度は、θ−YY’
で示されている。The angle between the Z axis and the X'axis is θ-ZX '
Indicated by. In the figure, the hyphen of θ-ZX ′ is omitted, and ZX ′ is indicated by a subscript. The angle between the Z axis and the Y ′ axis is indicated by θ−ZY ′. The angle between the X axis and the Y ′ axis is indicated by θ−XY ′. X
The angle between the axis and the X'axis is shown as θ-XX '. The angle between the Y-axis and the X'-axis is indicated by θ-YX '. The angle between the X-axis and the X′-axis is indicated by θ−XX ′. The angle between the Y axis and the Y ′ axis is θ−YY ′.
Indicated by.
【0024】Z軸上ホール素子13ZとX’軸上ホール
素子13XとY軸上ホール素子13Yとは、ともにナッ
ト8に固着されているから、磁化玉12”は、Z軸上ホ
ール素子13ZとX’軸上ホール素子13XとY軸上ホ
ール素子13Yとに対して回転運動しながら、理想的に
は軸方向に磁化玉12”と同体に並進運動する。磁化玉
12”の中心点は、ボールねじ1の回転軸心線の周りに
1回転し、回転しないナット8に対して1回転する間
に、原点Oを1回通過する。Since the Z-axis Hall element 13Z, the X'-axis Hall element 13X, and the Y-axis Hall element 13Y are both fixed to the nut 8, the magnetized ball 12 "is the Z-axis Hall element 13Z. While rotating with respect to the X′-axis Hall element 13X and the Y-axis Hall element 13Y, ideally, the translational movement is performed in the same body as the magnetized ball 12 ″ in the axial direction. The center point of the magnetized ball 12 ″ makes one revolution around the axis of rotation of the ball screw 1 and makes one pass through the origin O during one revolution of the nut 8 which does not rotate.
【0025】図2で、次のように各点が幾何学的に設定
されている。
O1A1=O1B1=O1C1=O2A2=O2B2=
O2C2
それの中心点が原点Oを通る瞬間の磁化玉12”の磁化
ベクトル14が、Z軸上ホール素子13ZとX’軸上ホ
ール素子13XとY軸上ホール素子13Yとにより計測
される。各ホール素子はその磁化ベクトルの方向余弦に
正比例する電圧を出力することができる。磁化ベクトル
14の物理的に仮想点である両端点は、必ず原点Oを通
っている。3つのホール素子が計測する3つの電圧V’
は、斜交座標系で測定されており、その電圧V’は、直
交座標系では電圧Vに換算され、その換算は次式で示さ
れる。In FIG. 2, each point is geometrically set as follows. O1A1 = O1B1 = O1C1 = O2A2 = O2B2 =
O2C2 The magnetization vector 14 of the magnetizing ball 12 ″ at the moment when its center passes through the origin O is measured by the Z-axis Hall element 13Z, the X′-axis Hall element 13X, and the Y-axis Hall element 13Y. The Hall element can output a voltage that is directly proportional to the direction cosine of its magnetization vector, and both end points that are physically virtual points of the magnetization vector 14 always pass through the origin O. Three Hall elements measure. Three voltage V '
Is measured in an oblique coordinate system, and its voltage V ′ is converted to a voltage V in a rectangular coordinate system, and the conversion is represented by the following equation.
【0026】[0026]
【数1】
電圧Vと電圧V’は、一次結合の次の式(2)で表され
る。[Equation 1] The voltage V and the voltage V ′ are represented by the following equation (2) of the linear combination.
【数2】 式(2)の行列Aは、次式で示される。[Equation 2] The matrix A of Expression (2) is expressed by the following expression.
【数3】 [Equation 3]
【0027】磁気軸ベクトルの端点が、原点Oに中心点
が位置する磁気玉の球面上にあると仮定される磁気軸ベ
クトルNは、次式で示される。
N=r/K(iVx+jVy+kVz)
ここで、iはX軸上の単位ベクトル、jはY軸上の単位
ベクトル、kはZ軸上の単位ベクトルである。rは磁気
玉の半径、Kは定数である。出力電圧の組(Vx,V
y,Vz)が検出されれば、磁気ベクトルNの端点の球
面上の運動が分かる。The magnetic axis vector N, which is assumed to be on the spherical surface of the magnetic ball whose center point is located at the origin O, is given by the following equation. N = r / K (iVx + jVy + kVz) Here, i is a unit vector on the X axis, j is a unit vector on the Y axis, and k is a unit vector on the Z axis. r is the radius of the magnetic ball, and K is a constant. Output voltage pair (Vx, V
If y, Vz) is detected, the movement of the end point of the magnetic vector N on the spherical surface can be known.
【0028】磁気玉の中心点が原点Oに一致する時刻点
列は、磁気玉の公転周期から求められる。磁気玉に滑り
があって、磁気玉の現実の1周の周期と公転周期が微妙
にずれることが考慮される場合には、磁気玉の中心点が
原点Oに一致する時刻点列は、磁気ベクトルNのスカラ
ーが最大値になる時刻点列として求められる。このよう
な時刻点列上で計測される磁気玉の磁気ベクトルNの自
転は、公転に基づく自然な自転の角速度ベクトルと滑り
に基づく無理な自転の角速度ベクトルとの合成である。
このような合成ベクトルが計測される。その合成ベクト
ルから自然な自転の角速度ベクトルを引いた残りの自転
の角速度ベクトルに基づいて、ボールねじの玉の3次元
運動計測装置ボールに作用する無理な外力の存在が定量
的に求められる。The time point sequence in which the center point of the magnetic ball coincides with the origin O is obtained from the revolution cycle of the magnetic ball. When it is considered that there is slippage in the magnetic ball and the actual revolution cycle of the magnetic ball and the revolution cycle are slightly deviated, the time point sequence at which the center point of the magnetic ball coincides with the origin O is It is obtained as a time point sequence in which the scalar of the vector N has the maximum value. The rotation of the magnetic vector N of the magnetic ball measured on the time point sequence is a combination of the natural rotation angular velocity vector based on the revolution and the unreasonable rotation angular velocity vector based on the slip.
Such a composite vector is measured. Based on the remaining angular velocity vector of the rotation obtained by subtracting the natural angular velocity vector of the rotation from the composite vector, the existence of an unreasonable external force acting on the ball of the ball screw three-dimensional movement measuring device is quantitatively obtained.
【0029】図5は、ナット8の正面断面を示してい
る。その断面上で、ボールねじ1に形成されている螺旋
溝の中心線21に対して、ナット8の内周面に形成され
ている案内周溝の中心線22は、その断面上に投影され
て交叉している。図6は、ナット8の正面断面を示し、
ナット8の案内周溝は、回転軸心線に直交する軸直角面
に対して交叉している。螺旋溝と案内周溝の交叉は、ボ
ールねじ1に対するナット8の軸方向推進力の発生の原
因である。このように交叉する両溝に挟まれるボールに
は、玉軸受のボールに作用する外力とは比べることがで
きないほどに複雑である外力が結果的に作用する。この
ような結果的外力が、磁気玉の無理な自転を計測するこ
とにより、定量的に推定され得る。FIG. 5 shows a front cross section of the nut 8. On the cross section, the center line 21 of the guide groove formed on the inner peripheral surface of the nut 8 is projected on the cross section with respect to the center line 21 of the spiral groove formed on the ball screw 1. Crossing. FIG. 6 shows a front cross section of the nut 8,
The guide circumferential groove of the nut 8 intersects a plane perpendicular to the axis orthogonal to the axis of rotation. The intersection of the spiral groove and the guide circumferential groove is a cause of generation of the axial thrusting force of the nut 8 with respect to the ball screw 1. An external force, which is so complicated as to be incomparable with the external force acting on the ball of the ball bearing, eventually acts on the balls sandwiched between the intersecting grooves. Such resultant external force can be quantitatively estimated by measuring the unreasonable rotation of the magnetic ball.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明によるボールねじの玉の3次元運
動計測装置は、ナットとともに並進しながら複雑な外力
を受けるボールの3次元運動を詳細に解析することがで
きる。The three-dimensional movement measuring device of the ball of the ball screw according to the present invention can analyze the three-dimensional movement of the ball which receives a complicated external force while translating with the nut in detail.
【図1】図1は、本発明によるボールねじの玉の3次元
運動計測装置の実施の形態を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a three-dimensional movement measuring device for balls of a ball screw according to the present invention.
【図2】図2はナットを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a nut.
【図3】図3は、ホール素子の配置座標系を示す側面図
である。FIG. 3 is a side view showing an arrangement coordinate system of Hall elements.
【図4】図4は、ホール素子の配置座標系を示す平面図
である。FIG. 4 is a plan view showing an arrangement coordinate system of Hall elements.
【図5】図5は、ナットの溝を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a groove of a nut.
【図6】図6は、ナットとねじの溝を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a sectional view showing a groove of a nut and a screw.
1…ボールねじ 2…軸受 5…サーボモータ 6…運動体 7…リニアガイド 8…ナット 9…面(外周面) 12’…磁化玉 13X’,13Y’,13Z…磁気センサー 13X’…X’軸磁気センサー 13Y’…Y軸磁気センサー 13Z…Z軸磁気センサー 14…磁軸ベクトル 1 ... Ball screw 2 ... Bearing 5 ... Servo motor 6 ... moving body 7 ... Linear guide 8 ... Nut 9 ... Surface (outer peripheral surface) 12 '... Magnetized balls 13X ', 13Y', 13Z ... Magnetic sensor 13X '... X'axis magnetic sensor 13Y '... Y-axis magnetic sensor 13Z ... Z-axis magnetic sensor 14 ... Magnetic axis vector
フロントページの続き (72)発明者 鍵本 良実 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 中島 晃 佐賀県佐賀市本庄町1番地 佐賀大学理工 学部内 (72)発明者 馬渡 俊文 佐賀県佐賀市本庄町1番地 佐賀大学理工 学部内 Fターム(参考) 2F034 AA08 DC01 DC02 3J062 AB22 AC07 BA16 CD12 CD62Continued front page (72) Inventor Yoshimi Kagimoto 3-5-1, 717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Hishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Research Center (72) Inventor Akira Nakajima 1 Honjo-cho, Saga City, Saga Prefecture Saga University Science and Engineering Undergraduate (72) Inventor Toshifumi Mawatari 1 Honjo-cho, Saga City, Saga Prefecture Saga University Science and Engineering Undergraduate F term (reference) 2F034 AA08 DC01 DC02 3J062 AB22 AC07 BA16 CD12 CD62
Claims (10)
螺合するナットと、 前記ナットの周面部位に配置される3つの磁気センサー
とを含み、 前記3つの磁気センサーは、前記ナットに対して相対的
に固定されている3次元座標系上で3次元的に配置され
ているボールねじの玉の3次元運動計測装置。1. A bearing, a ball screw supported by the bearing, a moving body that moves linearly, a nut fixed to the moving body and screwed into the ball screw via a magnetized ball, and A ball screw including three magnetic sensors arranged at a peripheral surface portion, wherein the three magnetic sensors are three-dimensionally arranged on a three-dimensional coordinate system fixed relative to the nut. 3D motion measuring device
標系で定義される特定位置の前記磁気玉の中心点に一致
しているボールねじの玉の3次元運動計測装置。2. A three-dimensional movement measuring device for a ball of a ball screw, wherein an origin of the three-dimensional coordinate system coincides with a center point of the magnetic ball at a specific position defined by the three-dimensional coordinate system.
あり、前記3次元斜交座標系の3軸は、Z軸と、X’軸
と、Y’軸とで形成され、 前記3つの磁気センサーは、 前記Z軸上に配置されるZ軸磁気センサーと、 前記X’軸上に配置されるX’軸磁気センサーと、 前記Y’軸上に配置されるY’軸磁気センサーとを備え
ている請求項2のボールねじの玉の3次元運動計測装
置。3. The three-dimensional coordinate system is a three-dimensional diagonal coordinate system, and the three axes of the three-dimensional diagonal coordinate system are formed by a Z axis, an X ′ axis, and a Y ′ axis. The three magnetic sensors include a Z-axis magnetic sensor arranged on the Z-axis, an X′-axis magnetic sensor arranged on the X′-axis, and a Y′-axis magnetic sensor arranged on the Y′-axis. The three-dimensional movement measuring device for balls of a ball screw according to claim 2, further comprising a sensor.
ール素子で形成され、 前記3つのホール素子は、前記斜交座標系で前記原点に
ある前記磁化玉の磁軸ベクトルの斜交座標成分(V−
Z,V−X’,V−Y’)を検出する請求項3のボール
ねじの玉の3次元運動計測装置。4. The three magnetic sensors are each formed of a Hall element, and the three Hall elements each have an oblique coordinate component of a magnetic axis vector of the magnetized ball at the origin in the oblique coordinate system ( V-
Z, V-X ', V-Y') is detected. The three-dimensional movement measuring device of the ball of the ball screw according to claim 3.
と、X軸と、Y軸とで表され、前記斜交座標成分(V−
Z,V−X’,V−Y’)は、直交座標成分(V−Z,
V−X,V−Y)に変換される請求項4のボールねじの
玉の3次元運動計測装置。5. An orthogonal coordinate system whose origin is the origin is represented by a Z-axis, an X-axis and a Y-axis, and the oblique coordinate component (V-
Z, V−X ′, V−Y ′) are orthogonal coordinate components (V−Z,
A three-dimensional movement measuring device for balls of a ball screw according to claim 4, which is converted into V-X, V-Y).
れぞれにkとjとiとで表され、 前記磁化玉の滑り自転の回転運動は、定数Jが用いられ
て表現され前記原点を通るベクトルJ(iVx+jVy
+kVz)に基づいて解析される請求項5のボールねじ
の玉の3次元運動計測装置。6. The unit vectors of the Z-axis, the X-axis and the Y-axis are represented by k, j and i, respectively, and the rotational movement of the magnetic ball sliding and rotating is expressed by using a constant J. Vector J (iVx + jVy) that passes through the origin
+ KVz) The three-dimensional movement measuring device of the ball of the ball screw according to claim 5, which is analyzed based on + kVz).
イドと、 前記ボールねじに軸結合するサーボモータと、 前記サーボモータの出力軸と前記ボールねじの間に介設
されるボール軸受とを更に含む請求項1〜6から選択さ
れる1請求項のボールねじの玉の3次元運動計測装置。7. A linear guide for guiding the linear movement of the moving body, a servomotor axially coupled to the ball screw, and a ball bearing interposed between the output shaft of the servomotor and the ball screw. A three-dimensional movement measuring device for balls of a ball screw according to claim 1, further selected from claims 1 to 6.
回転軸心線に交叉する向きを持つ面に形成され、前記3
つの磁気センサーのうちの1つは前記外周面に配置され
ている請求項3のボールねじの玉の3次元運動計測装
置。8. The outer peripheral surface of the nut is formed in a surface having a direction intersecting with the axis of rotation of the ball screw.
The ball-screw ball three-dimensional motion measuring device according to claim 3, wherein one of the two magnetic sensors is arranged on the outer peripheral surface.
回転軸心線に交叉する向きを持つ面に形成され、前記3
つの磁気センサーのうちの2つは前記外周面に配置され
ている請求項3のボールねじの玉の3次元運動計測装
置。9. The outer peripheral surface of the nut is formed in a surface having a direction intersecting with the axis of rotation of the ball screw.
The ball-screw ball three-dimensional motion measuring device according to claim 3, wherein two of the magnetic sensors are arranged on the outer peripheral surface.
等距離にある請求項4のボールねじの玉の3次元運動計
測装置。10. The three-dimensional movement measuring device for balls of a ball screw according to claim 4, wherein the three Hall elements are equidistant from the origin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269234A JP2003075463A (en) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | Three-dimensional movement measuring instrument for ball of ball screw |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269234A JP2003075463A (en) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | Three-dimensional movement measuring instrument for ball of ball screw |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003075463A true JP2003075463A (en) | 2003-03-12 |
Family
ID=19095091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001269234A Withdrawn JP2003075463A (en) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | Three-dimensional movement measuring instrument for ball of ball screw |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003075463A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100649428B1 (en) * | 2005-07-08 | 2006-11-27 | 박진수 | Apparatus and method for detecting the direction of movement of an object |
| DE102010017113A1 (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | Hiwin Technologies Corp. | Gearbox, has sensor device for detecting circulation rate of rolling bodies per unit time at constant moving velocity of gearbox, where circulation rate per unit time is defined as circulation speed |
| CN103287484A (en) * | 2012-02-24 | 2013-09-11 | 万都株式会社 | Rack-driven power steering apparatus |
| CN104179912A (en) * | 2014-08-15 | 2014-12-03 | 北京工业大学 | Device for measuring ball movement state of ball screw pair |
-
2001
- 2001-09-05 JP JP2001269234A patent/JP2003075463A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100649428B1 (en) * | 2005-07-08 | 2006-11-27 | 박진수 | Apparatus and method for detecting the direction of movement of an object |
| DE102010017113A1 (en) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | Hiwin Technologies Corp. | Gearbox, has sensor device for detecting circulation rate of rolling bodies per unit time at constant moving velocity of gearbox, where circulation rate per unit time is defined as circulation speed |
| DE102010017113B4 (en) * | 2010-05-27 | 2013-07-18 | Hiwin Technologies Corp. | Transmission with a sensor device |
| CN103287484A (en) * | 2012-02-24 | 2013-09-11 | 万都株式会社 | Rack-driven power steering apparatus |
| KR101450325B1 (en) * | 2012-02-24 | 2014-10-22 | 주식회사 만도 | Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus |
| CN103287484B (en) * | 2012-02-24 | 2015-09-23 | 万都株式会社 | Rack driven electric power steering apparatus |
| CN104179912A (en) * | 2014-08-15 | 2014-12-03 | 北京工业大学 | Device for measuring ball movement state of ball screw pair |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103527620B (en) | Spherical hinge and the method for measurement of angle of revolution measurement can be realized | |
| Lee et al. | A real-time optical sensor for simultaneous measurement of three-DOF motions | |
| US20130019488A1 (en) | Metrology apparatus | |
| CN109955286A (en) | Rope-driven flexible robot experimental platform | |
| CN108458824B (en) | Linear Motor Normal Force Test Device | |
| CN206160963U (en) | A appearance measuring device that lateral deflection song was experimental in was used for head | |
| CN205496575U (en) | High-precision non-contact movable radial runout detector | |
| Lou et al. | A self-calibration method for rotary tables’ five degrees-of-freedom error motions | |
| CN105892687A (en) | Novel single-freedom-degree force feedback handle device and working method thereof | |
| JP2003075463A (en) | Three-dimensional movement measuring instrument for ball of ball screw | |
| Wang et al. | Development of a novel long range piezoelectric motor based on double rectangular trajectories driving | |
| CN110231010A (en) | A kind of three coordinate measuring machine and measurement method based on Delta parallel mechanism | |
| Li et al. | An orientation measurement system of the two-DOF permanent magnet spherical motor based on hall ring detectors | |
| CN104454963A (en) | Ball hinge capable of measuring spatial revolution angle and offset in three degrees of freedom | |
| Laryushkin et al. | Virtual and Physical Prototyping of the 4-DOF Delta-type Parallel Robot Based on the Criteria of Closeness to Singularity | |
| Honegger et al. | A hybrid methodology for kinematic calibration of micro/meso-scale machine tools (mMTs) | |
| JP4155546B2 (en) | Spherical ultrasonic motor | |
| CN209623716U (en) | A kind of auxiliary conditioning unit of stay-supported measuring system | |
| CN103528529A (en) | Detection device of stroke deviation and stroke variation of nut-driven ball screw pair | |
| JPH07159382A (en) | In-pipe inspection device | |
| CN204327745U (en) | The spherical hinge of measurable space Three Degree Of Freedom angle of revolution and side-play amount | |
| JPH0854202A (en) | Sphere shape measuring instrument | |
| Meitz | UNITEST-A new device for the static and dynamic testing of unconventional machine structures | |
| Li et al. | A Novel Kinematic Model of Spatial Five-Bar Linkage PPSPS for Testing Accuracy of Two-Axis Moving Table with Ball-Bar | |
| TWI787081B (en) | Portable three-dimensional measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20051222 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060106 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20051222 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060222 |
|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081202 |