【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば各種のＯＡ機
器における種々の要素の線的運動、ＸＹテーブルにおけ
るテーブルの移動やロボットの各部の動き、あるいは機
械や構造物の振動のような線的運動の状態を解析するた
めの運動解析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to linear motions of various elements in various OA equipments, movement of a table in an XY table, movements of various parts of a robot, or vibrations of machines or structures. The present invention relates to a motion analysis device for analyzing a motion state.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の運動解析装置としては、加速度計
で直接的に運動を検出して解析するもの、あるいはレー
ザー光や静電容量や渦電流等を用いて位置検出を行ない
間接的に運動を検出して解析するもの等が知られてい
る。2. Description of the Related Art Conventional motion analysis devices include those that directly detect and analyze motion with an accelerometer, or indirectly detect motion by using laser light, electrostatic capacitance, eddy current, or the like. Those that detect and analyze are known.
【０００３】しかし、これら従来の装置は、一長一短が
あり、必ずしも満足のゆくものでなかった。例えば、線
的運動の解析については、解析範囲（運動距離範囲）、
速度、加速度等の分析因子があるが、従来の装置は、こ
れらの因子の何れかについては優れた解析度を与えるこ
とができるものの他の因子については不十分な解析しか
与えることができない。However, these conventional devices have merits and demerits, and are not always satisfactory. For example, for the analysis of linear motion, the analysis range (movement distance range),
Although there are analytical factors such as velocity and acceleration, conventional devices can provide excellent resolution for any of these factors but insufficient analysis for other factors.
【０００４】また、加速度計を用いて直接的に運動の検
出を行なう運動解析装置の場合には、解析対象の運動体
の運動への加速度計自体の大きな質量による影響が大き
いため、余り高い解析精度を得られない。特に加速度を
伴わない運動乃至これに近い運動を解析を行なえないと
いう点は、例えばＯＡ機器等における機構要素、例えば
プリンタにおけるプリトヘッドのような機構要素の線的
運動の解析にとっては大きな欠点である。Further, in the case of a motion analysis device which directly detects a motion using an accelerometer, since the large mass of the accelerometer itself has a great influence on the motion of the moving body to be analyzed, the analysis is too high. I can't get the accuracy. In particular, the fact that it is not possible to analyze motions that do not involve acceleration or motions close to this is a major drawback for the analysis of linear motions of mechanical elements in, for example, OA equipment, such as printer heads in printers.
【０００５】すなわち、ＯＡ機器等における運動解析
は、機構要素の運動を理想運動状態に近づけるために行
なわれるものであり、理想運動状態においては本来あっ
てはならないイレギュラーな加速度要素が限り無くゼロ
に近づくことになるので、加速度を伴わない運動の解析
を行なえないと、理想運動状態のための解析を高精度で
行なえないことになる。That is, the motion analysis in the OA equipment or the like is carried out in order to bring the motion of the mechanical element close to the ideal motion state, and in the ideal motion state, the irregular acceleration elements that should not be present are infinitely zero. Therefore, if it is not possible to analyze the motion without acceleration, the analysis for the ideal motion state cannot be performed with high accuracy.
【０００６】また、レーザー光等を利用した運動解析装
置の場合には、解析範囲が狭く、また装置のセッテイン
グが面倒なため、セッテイング時間が掛るし、精度の維
持も難しく、さらに得られるデータがアナログ的である
ため処理速度が遅い、等の欠点がある。Further, in the case of a motion analysis device using a laser beam or the like, the analysis range is narrow and the setting of the device is troublesome, so it takes a long time for setting and it is difficult to maintain accuracy, and more data can be obtained. Since it is analog, the processing speed is slow.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】したがってこの発明
は、解析範囲、速度、加速度等の分析因子の何れにも広
範囲で高精度な解析を高速で行なえる運動解析装置の提
供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a motion analysis device capable of performing a high-precision analysis over a wide range with respect to all analysis factors such as analysis range, velocity and acceleration.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明による運動解析
装置は、解析対象の運動体の運動につれて一定の間隔で
位置情報をデジタル的に検出して出力する位置検出手段
を備えており、位置検出手段からの位置情報をクロック
信号と関連させて位置−時間データを作成し、この位置
−時間データについて所定の演算を施すことにより運動
体の運動の状態を解析するようにしてなるもので、この
ように運動体の運動状態を位置−時間データとしてデジ
タル的に検出し、このデジタル的な位置−時間データに
基づいて解析処理を行なうことにより、解析範囲、速
度、加速度等の分析因子の何れについても、例えば解析
範囲；３ｍｍ〜３ｍ、速度；０〜３ｍ／秒、加速度；０
〜１０Ｇというような広い範囲において、高解析精度且
つ高速処理を実現している。そして、特に優れた点は、
加速度が０状態の運動でも高精度で解析できるというこ
とである。A motion analysis apparatus according to the present invention comprises position detection means for digitally detecting and outputting position information at fixed intervals along with the motion of a moving body to be analyzed. The position information from the means is associated with the clock signal to create position-time data, and a predetermined operation is performed on the position-time data to analyze the motion state of the moving body. As described above, the motion state of the moving body is digitally detected as position-time data, and analysis processing is performed based on this digital position-time data to determine which of the analysis factors such as analysis range, velocity, and acceleration. Also, for example, analysis range: 3 mm to 3 m, velocity: 0 to 3 m / sec, acceleration: 0
It achieves high analysis accuracy and high-speed processing in a wide range such as 10G. And especially good point is
This means that even a motion with zero acceleration can be analyzed with high accuracy.
【０００９】所定の演算は、通常、運動解析装置内に予
め組み込まれた演算手段によりなされるものであるが、
このような演算手段は、運動解析の目的に応じて異なる
演算処理に応じ、適宜に選択されることになる。The predetermined calculation is usually performed by a calculation means incorporated in advance in the motion analysis device.
Such calculation means is appropriately selected according to different calculation processing depending on the purpose of the motion analysis.
【００１０】このような運動解析装置における位置検出
手段は、同一位置について９０°の位相差で位置情報を
２回検出することにより、９０°位相差の２信号を出力
するように形成するのが好ましい。すなわち、位相が９
０°異なる２信号の出現順序により運動の向きを知るこ
とができ、運動の向きの特定を簡単に行なえるものであ
る。The position detecting means in such a motion analysis device is formed so as to output two signals with a 90 ° phase difference by detecting the position information twice with a 90 ° phase difference for the same position. preferable. That is, the phase is 9
The direction of motion can be known from the order of appearance of two signals that differ by 0 °, and the direction of motion can be specified easily.
【００１１】この運動解析装置の位置検出手段は、位置
情報をデジタル的に検出できる構造が要求されるもので
あるが、そのようなものとしては磁気式のものが好適で
ある。具体的には、一定の間隔で着磁部が形成された磁
気記録媒体と、この磁気記録媒体に沿って移動しつつ着
磁部を検出する磁気センサとよりなる磁気式位置検出手
段が好ましい。The position detecting means of this motion analysis device is required to have a structure capable of digitally detecting position information, and a magnetic type is preferable as such a structure. Specifically, it is preferable to use a magnetic position detecting means including a magnetic recording medium having magnetized portions formed at regular intervals and a magnetic sensor that detects the magnetized portion while moving along the magnetic recording medium.
【００１２】この位置検出手段は、解析対象の運動体に
接続された磁気センサが運動体の運動につれて磁気記録
媒体に沿って移動しつつ磁気記録媒体の着磁部を検出す
ることにより、位置情報のデジタル的検出を行なう。こ
のため、小さくて軽い磁気センサを運動体に接続するだ
けなので、運動体の運動への影響も小さくて済み、した
がって高精度な解析が可能となり、またそのセッティン
グも極めて簡単に行なえる。The position detecting means detects the magnetized portion of the magnetic recording medium while the magnetic sensor connected to the moving body to be analyzed moves along the magnetic recording medium as the moving body moves, thereby detecting the position information. Digital detection of. Therefore, since only a small and light magnetic sensor is connected to the moving body, the influence on the movement of the moving body can be small, and therefore highly accurate analysis can be performed and the setting can be performed very easily.
【００１３】このような磁気的位置検出手段の磁気セン
サには、磁気抵抗効果型を用いるのが好ましい。It is preferable to use a magnetoresistive effect type magnetic sensor for the magnetic position detecting means.
【００１４】このような磁気的位置検出手段の磁気記録
媒体は、コバルト５〜２５重量％、クロウム１５〜３５
重量％、残部が実質的に鉄からなる合金で形成するのが
好ましい。すなわち、このような合金を用いることによ
り、着磁部により強力な磁気を与えることができるの
で、これを検出するための磁気センサをより小形・軽量
とすることができ、したがって運動体の運動への磁気セ
ンサの影響をより小さくでき、解析精度をより向上させ
ることができる。The magnetic recording medium of such magnetic position detecting means is composed of 5 to 25% by weight of cobalt and 15 to 35 of chromium.
It is preferable to form the alloy by weight, the balance being substantially iron. That is, by using such an alloy, a strong magnetism can be given to the magnetized portion, so that the magnetic sensor for detecting this can be made smaller and lighter, and therefore the movement of the moving body can be improved. The influence of the magnetic sensor can be further reduced, and the analysis accuracy can be further improved.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。この実
施例による運動解析装置は、図１に示すように、位置検
出手段１及び処理装置２よりなっている。Embodiments of the present invention will be described below. As shown in FIG. 1, the motion analysis device according to this embodiment comprises a position detection means 1 and a processing device 2.
【００１６】位置検出手段１は、図３に示すように一定
の間隔で多数の着磁部３、３、……が形成された磁気記
録媒体４と、この磁気記録媒体４の着磁部３を検出する
磁気センサ５よりなるもので、解析対象の運動体Ｍに機
械的に接続された磁気センサ５が運動体Ｍの運動Ａにつ
れて磁気記録媒体４に沿って移動しつつ着磁部３を検出
することにより、位置情報のデジタル的検出を行なうよ
うになっている。As shown in FIG. 3, the position detecting means 1 comprises a magnetic recording medium 4 having a plurality of magnetized portions 3, 3, ... Formed at regular intervals, and a magnetized portion 3 of the magnetic recording medium 4. A magnetic sensor 5 for mechanically detecting the moving body M to be analyzed, and the magnetic sensor 5 mechanically connected to the moving body M to be analyzed moves along the magnetic recording medium 4 as the moving body A moves. By detecting, the position information is digitally detected.
【００１７】磁気記録媒体４は、この例では細長いレー
ル状に形成されており、その材料にはコバルト５〜２５
重量％、クロウム１５〜３５重量％、残部が実質的に鉄
からなる合金が用いられている。尚、磁気記録媒体はこ
の例のようなレール状のものに限られず、丸棒状に形成
するようにしてもよい。The magnetic recording medium 4 is formed in a slender rail shape in this example, and its material is cobalt 5 to 25.
An alloy is used in which the weight percent is 15 to 35 weight percent chrome and the balance is essentially iron. The magnetic recording medium is not limited to the rail-shaped one as in this example, and may be formed in a round bar shape.
【００１８】磁気センサ５は、磁気抵抗効果を利用した
ものである。すなわち、図２に示すように、基板６に、
例えばパーマロイのような磁気抵抗効果を有する素材に
よる薄膜層を１μ程度の厚みに形成し、この薄膜層をレ
ーザ加工乃至エッチング加工によりジグザグパターンに
加工して得られる一対の素子７ａ、７ｂを例えばポリエ
ーテルアミドのような合成樹脂等の保護層で被覆してな
る検出部８と、磁気記録媒体４の外面形状に相応したガ
イド部９とを備えてなり、ガイド部９により磁気記録媒
体４に沿って移動できるようにされている。ここで、図
２は模式的に示したもので、ジグザグパターンの間隔は
実際には４０μｍ程度である。The magnetic sensor 5 utilizes the magnetoresistive effect. That is, as shown in FIG.
For example, a pair of elements 7a and 7b obtained by forming a thin film layer of a material having a magnetoresistive effect such as permalloy to a thickness of about 1 μm and processing the thin film layer into a zigzag pattern by laser processing or etching processing is made of, for example, poly-silicon. The magnetic recording medium 4 is provided with a detecting portion 8 covered with a protective layer such as a synthetic resin such as etheramide, and a guide portion 9 corresponding to the outer surface shape of the magnetic recording medium 4. It can be moved. Here, FIG. 2 is a schematic view, and the interval between the zigzag patterns is actually about 40 μm.
【００１９】処理装置２は、位置検出手段１で得られた
位置情報に基づいて運動体Ｍの運動解析を行なうもの
で、位置検出手段１から出力されるデジタル的な位置信
号を矩形波に整形する波形整形回路１１、波形整形回路
１１から出力される矩形波に基づいて位置信号の処理を
行なう処理器１２、所定のクロック信号を形成するクロ
ック回路１３、処理中のデータを保存するための記憶回
路１４、ＦＦＴ演算回路１５、全体の処理を制御するＣ
ＰＵ１６、及び処理結果を表示する表示手段１７を備え
てなっている。The processing device 2 analyzes the motion of the moving body M based on the position information obtained by the position detecting means 1, and shapes the digital position signal output from the position detecting means 1 into a rectangular wave. Waveform shaping circuit 11, a processor 12 that processes a position signal based on the rectangular wave output from the waveform shaping circuit 11, a clock circuit 13 that forms a predetermined clock signal, and a memory for storing data being processed. The circuit 14, the FFT operation circuit 15, and C for controlling the entire processing
It comprises a PU 16 and a display means 17 for displaying the processing result.
【００２０】このＦＦＴ演算回路１５を備えた処理装置
２は、例えばＸＹテーブルにおけるテーブルの移動運動
についてその滑らかさ、つまり移動速度や加速度の安定
性の解析、あるいは振動運動の解析等に適しており、そ
の解析は以下のようにしてなされる。The processing device 2 provided with the FFT calculation circuit 15 is suitable for the smoothness of the movement of the table in the XY table, that is, the stability of the movement speed and the acceleration, or the analysis of the vibration movement. , The analysis is done as follows.
【００２１】すなわち、位置検出手段１からは一対の素
子７ａ、７ｂにより着磁部３、３、……を９０°の位相
差で検出することにより、図４に示すような三角関数曲
線的な信号Ｓａ、Ｓｂが出力され、この信号が波形整形
回路１１により図５に示すような矩形波Ｓａ′、Ｓｂ′
に整形される。That is, the position detecting means 1 detects the magnetized portions 3, 3, ... With a phase difference of 90 ° by the pair of elements 7a, 7b, so that a trigonometric curve-like curve as shown in FIG. Signals Sa and Sb are output, and these signals are shaped by the waveform shaping circuit 11 into rectangular waves Sa 'and Sb' as shown in FIG.
Is shaped into
【００２２】この矩形波Ｓａ′、Ｓｂ′は、処理器１２
が備えているロジック回路により、図６に示すようなパ
ルス信号Ｄｆ、Ｄｂに加工される。この信号Ｄｆ、Ｄｂ
は、それぞれ、矩形波Ｓａ′及びＳｂ′を合成して得ら
れるもので、このように９０°の位相差を持つ信号Ｄ
ｆ、Ｄｂが合成されたものである故に、運動中の位置情
報と共に、それぞれにおけるパルスの発生状態の違いと
して、運動の方向についての情報も含んでいる。すなわ
ち、信号Ｄｆが前進運動についての位置情報を与え、一
方信号Ｄｂが後進運動についての位置情報を与える。The rectangular waves Sa 'and Sb' are processed by the processor 12
Are processed into the pulse signals Df and Db as shown in FIG. These signals Df and Db
Are obtained by synthesizing the rectangular waves Sa ′ and Sb ′ respectively, and thus the signal D having a phase difference of 90 ° is obtained.
Since f and Db are combined, the position information during movement is also included, and information about the direction of movement is included as a difference in pulse generation state in each. That is, the signal Df gives the position information for the forward movement, while the signal Db gives the position information for the backward movement.
【００２３】信号Ｄｆ、Ｄｂは、図７に示すように、処
理器１２が備えているアップダウンカウンタＣへクロッ
ク信号と共に入力され、そこでクロック信号と相関させ
ることにより、例えば図８に示すような位置−時間グラ
フとして概念化され得る位置−時間データが作成され
る。尚、図８中の想像線は理想運動の軌跡に対応し、実
線が実際の運動の軌跡に対応する。As shown in FIG. 7, the signals Df and Db are input to an up / down counter C included in the processor 12 together with a clock signal, and are correlated with the clock signal there, as shown in FIG. 8, for example. Position-time data is created that can be conceptualized as a position-time graph. The imaginary line in FIG. 8 corresponds to the locus of ideal movement, and the solid line corresponds to the locus of actual movement.
【００２４】より具体的には、信号Ｄｆ、Ｄｂとクロッ
ク信号とを対応させることにより、クロック信号に基づ
いたサンプリング時間ごとに前進また後進の有無が判断
され、その結果がサンプリング時間（図８の時間）に対
応させて出力される。More specifically, by associating the signals Df and Db with the clock signal, the presence or absence of forward movement or backward movement is determined at each sampling time based on the clock signal, and the result is determined as the sampling time (see FIG. 8). It is output according to (time).
【００２５】ここで、クロック信号の間隔を一定の間
隔、すなわち磁気記録媒体４の着磁部３、３、……に与
えられている間隔を運動の最高速度で除した値より小さ
い時間間隔に設定することにより、少なくとも１サンプ
リング時間において前進また後進を示すパルスが１個以
上出現することのないようにされている。このような処
理方式は、処理するデータを圧縮できるので、処理の高
速化にとって極めて有益である。Here, the interval of the clock signal is set to a constant interval, that is, a time interval smaller than a value obtained by dividing the interval given to the magnetized portions 3, 3, ... Of the magnetic recording medium 4 by the maximum speed of motion. By setting, one or more pulses indicating forward or backward are prevented from appearing in at least one sampling time. Since such a processing method can compress the data to be processed, it is extremely useful for speeding up the processing.
【００２６】このようにして得られた位置−時間データ
は、記憶回路１４に一旦保存された後、ＣＰＵ１６の制
御に基づいてＦＦＴ演算回路１５による演算処理を受
け、運動過程中にどのような周波数成分がどの程度含ま
れていたか等の解析がなされる。そして、この結果が表
示手段１７に示される。The position-time data thus obtained is temporarily stored in the memory circuit 14 and then subjected to arithmetic processing by the FFT arithmetic circuit 15 under the control of the CPU 16 to find out what frequency during movement process. Analysis such as how much the component was included is performed. The result is displayed on the display means 17.
【００２７】[0027]
【発明の効果】この発明による運動解析装置は、以上説
明してきた如く、解析対象の運動体の運動に応じて一定
の間隔で位置情報をデジタル的に検出して出力し、この
デジタル情報に基づいて解析処理を行なうようになって
いるので、解析範囲、速度、加速度等の各分析因子の何
れについても均く高解析精度を実現でき、またより高速
な処理を行なえる。また、位置情報をデジタル的に検出
する手段として磁気的位置検出手段を用いるようにして
いるので、位置検出手段のセッティングを簡単に行な
え、しかも運動体の運動への影響が極めて小さいという
点でも、解析の高精度化を図れる。As described above, the motion analysis apparatus according to the present invention digitally detects and outputs position information at fixed intervals according to the motion of the moving body to be analyzed, and based on this digital information. Since the analysis processing is performed according to the above, it is possible to achieve high analysis accuracy that is even for each analysis factor such as the analysis range, velocity, acceleration, etc., and it is possible to perform higher-speed processing. Further, since the magnetic position detecting means is used as means for digitally detecting the position information, the setting of the position detecting means can be easily performed, and the influence on the movement of the moving body is extremely small. The accuracy of analysis can be improved.
【図１】運動解析装置の構成図。FIG. 1 is a block diagram of a motion analysis device.
【図２】磁気センサの平面図。FIG. 2 is a plan view of a magnetic sensor.
【図３】磁気記録媒体と磁気センサの関係を示す斜視
図。FIG. 3 is a perspective view showing a relationship between a magnetic recording medium and a magnetic sensor.
【図４】位置検出手段からの出力の波形図。FIG. 4 is a waveform chart of an output from the position detecting means.
【図５】波形整形回路により整形された矩形波の波形
図。FIG. 5 is a waveform diagram of a rectangular wave shaped by a waveform shaping circuit.
【図６】矩形波より合成されたパルス信号の波形図。FIG. 6 is a waveform diagram of a pulse signal synthesized from rectangular waves.
【図７】アップダウンカウンタへの信号の入力状態を示
す部分回路図。FIG. 7 is a partial circuit diagram showing an input state of signals to an up / down counter.
【図８】位置−時間データのグラフ図。FIG. 8 is a graph of position-time data.
１ 位置検出手段 ３ 着磁部 ４ 磁気記録媒体 ５ 磁気センサ Ｍ 運動体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position detection means 3 Magnetization part 4 Magnetic recording medium 5 Magnetic sensor M Moving body
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35797991AJPH05180861A (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Motion analyzer |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35797991AJPH05180861A (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Motion analyzer |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180861Atrue JPH05180861A (en) | 1993-07-23 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35797991APendingJPH05180861A (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Motion analyzer |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05180861A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1466557A2 (en) | 2003-04-10 | 2004-10-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Physical movement analyzer and physical movement analyzing method |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1466557A2 (en) | 2003-04-10 | 2004-10-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Physical movement analyzer and physical movement analyzing method |
| US7387611B2 (en) | 2003-04-10 | 2008-06-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Physical movement analyzer and physical movement analyzing method |
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