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DIAGNOSTIC METHOD FOR SYNCHRONIZATION ACCURACY OF ROTATING BIAXIAL MOTION

Patent code P180015712
File No. DP1756
Posted date Nov 29, 2018
Application number P2016-084340
Publication number P2017-193012A
Date of filing Apr 20, 2016
Date of publication of application Oct 26, 2017
Inventor
  • (In Japanese)廣垣 俊樹
  • (In Japanese)青山 栄一
  • (In Japanese)呉 魏
  • (In Japanese)水谷 優太
Applicant
  • (In Japanese)学校法人同志社
Title DIAGNOSTIC METHOD FOR SYNCHRONIZATION ACCURACY OF ROTATING BIAXIAL MOTION
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a synchronization accuracy of rotating biaxial motion can be easily and quantitatively diagnosed at a low cost.
SOLUTION: A plate is rotationally moved around one of two axes orthogonal to each other at an angle which is given at an amplitude of a first sinusoidal function so that a sphere draws a trajectory of a Lissajous figure which has one or plural cross points on a plate surface. Simultaneously, the plate is rotationally moved around the other axis at an angle which given at an amplitude of a second sinusoidal function. Based on a deviation between a reference Lissajous figure obtained by a simulation such that rotational movements around two axes are accurately synchronized and respective cross points of two axes and a Lissajous figure drawn on the plate surface and respective cross points of two axes, and a deviation between the cross point of the reference Lissajous figure and a corresponding cross point of the Lissajous figure drawn on the plate surface, an amplitude and a synchronization error of a phase difference of the rotational movements around two axes are respectively quantitatively detected, thereby diagnosing a synchronization accuracy of rotational movements around two axes.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

回転2軸運動の同期精度を低コストで簡単に診断する方法として、例えば、特許文献1に記載された方法がある。
特許文献1に記載の方法では、回転2軸のまわりに互いに独立に回転可能に支持された平坦なプレート面上に球を置き、プレートを回転2軸のまわりに互いに位相が90°ずれたサイン関数の振幅で与えた角度で周期的に回転運動させ、プレート面上における球の運動の軌跡の基準円からの偏差を検出することで、回転2軸運動の同期精度を診断する。

そして、プレート面上における球の運動の軌跡が楕円となり、楕円の長軸および短軸が回転2軸に整合するとき、回転2軸のまわりの回転運動の振幅に誤差が生じているものと判定し、振幅の誤差が楕円の長軸および短軸の長さの差と比例関係にあることに基づき、振幅の誤差を定量的に検出する。

また、プレート面上における球の運動の軌跡が楕円となり、かつ、楕円の長軸または短軸が回転2軸に整合しないとき、回転2軸のまわりの回転運動の振幅および位相差に誤差が生じているか、または回転2軸のまわりの回転運動の位相差のみに誤差が生じているものと判定し、位相差の誤差が、長軸または短軸が回転2軸のうちの近い方の軸となす角度と比例関係にあることに基づき、位相差の誤差を定量的に検出する。

こうして、この従来法によれば、DBB(Double Ball Bar)や高精度ジャイロセンサー等の高価な装置を使用することなく、極めて簡単にかつ低コストで診断が行える。

しかしその一方で、この従来法によれば、プレート面上に球が描く図形を観察(実際には撮影)し、この図形が基準円が一致するか、あるいはどの程度ずれているかを検出しなければならないが、この検出精度はそれほど良くない。
それ故、この従来法では、回転2軸運動の同期精度の定性的な診断、すなわち、回転2軸運動の振幅のみに誤差が生じているのか、回転2軸運動の振幅および位相差または位相差のみに誤差が生じているのかの判定は正確に行えるが、この従来法によって同期精度の定量的な診断を行うことは難しかった。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、回転2軸運動(直交する2軸のまわりの回転運動)の同期精度を診断する方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
(1)直交する2軸のまわりに互いに独立に回転可能に支持された平坦なプレート面上に球を置き、
(2)前記球が前記プレート面上において1つまたは複数の交差点もつリサージュ図形となる軌跡を描くように、前記プレートを、前記2軸のうちの一方の軸のまわりに第1の正弦関数の振幅で与えた角度でもって周期的に回転運動させると同時に、前記2軸のうちの他方の軸のまわりに第2の正弦関数の振幅で与えた角度でもって周期的に回転運動させ、
(3)前記2軸のまわりの回転運動が正確に同期しているとしてシミュレーションによって得た基準リサージュ図形と前記2軸のそれぞれとの交点からの、前記プレート面上に描かれたリサージュ図形と前記2軸のそれぞれとの対応する交点の偏差に基づいて、前記2軸のまわりの回転運動の振幅の同期誤差を定量的に検出するとともに、前記基準リサージュ図形の交差点からの前記プレート面上に描かれたリサージュ図形の対応する交差点の偏差に基づいて、前記2軸のまわりの回転運動の位相差の同期誤差を定量的に検出することによって、前記2軸のまわりの回転運動の同期精度を定量的に診断することを特徴とする方法。

【請求項2】
 
前記ステップ(3)において、前記基準リサージュ図形と前記2軸のそれぞれとの交点からの、前記プレート面上に描かれたリサージュ図形と前記2軸のそれぞれとの対応する交点の前記偏差として、当該偏差の平均値をとり、前記基準リサージュ図形の交差点からの前記プレート面上に描かれたリサージュ図形の対応する交差点の前記偏差として、当該偏差の平均値をとることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項3】
 
前記ステップ(2)において、前記一方の軸および前記他方の軸をそれぞれy軸およびx軸とするxy座標系を設定し、前記第1の正弦関数をθy(t)=θy0sin(ω1t+α)、ここで、θy0は最大傾斜角であり、ω1は角速度であり、tは時間であり、αは位相差である、とする一方、前記第2の正弦関数をθx(t)=θx0sin(ω2t)、ここで、θx0は最大傾斜角であり、ω2は角速度であり、tは時間である、とし、εa=ω21=1/2、およびεb=θx0y0=1、およびα=0と設定して、前記球が、前記プレート面上に、交差点が前記xy座標系の原点に位置し、かつ前記xy座標の原点以外で前記y軸を2回横切る八の字状のリサージュ図形となる軌跡を描くように前記プレートを前記2軸のまわりに回転運動させ、
前記ステップ(3)において、
(3-1)前記xy座標の原点を除いた前記基準リサージュ図形と前記y軸との交点からの、前記プレート面上に描かれたリサージュ図形と前記y軸との対応する交点の偏差がゼロのとき、前記2軸のまわりの回転運動の振幅の同期誤差はないと判定する一方、当該偏差がゼロでないときは、前記球のxy平面における運動方程式から導出した伝達関数に基づきボード線図を描き、前記ボード線図のうちのゲイン特性のグラフから、角速度ω1におけるゲインと角速度ω2におけるゲインとのゲイン差を求め、当該ゲイン差から前記振幅の同期誤差を定量的に検出するとともに、
(3-2)前記基準リサージュ図形の交差点からの前記プレート面上に描かれたリサージュ図形の対応する交差点の偏差がゼロのとき、前記2軸のまわりの回転運動の位相差の同期誤差はないと判定する一方、当該偏差がゼロでないときは、予めシミュレーションによって得た、前記第2の正弦関数のαの変化に伴う前記基準リサージュ図形の交差点の位置の変化を表すグラフから、前記位相差の同期誤差を定量的に検出することを特徴とする請求項1に記載の方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016084340thum.jpg
State of application right Published
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