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2017年9月 3日 (日)

振動力学 究極のターンテーブル速度センサー編

Dp80もう17年も前になるが、dp80エディカレントモータを設計したモータ先輩に当時としたら考えられる究極のターンテーブルを設計してもらったコトがある。画像はその図面で、teacマグネフロートTT tn80cやテープデッキa4010の設計者の経験則がものを言う設計で、勿論acモータはエディカレントモータだった。先輩はとうにリタイアしており、あんぷおやじが根底の思想を引き継ぐ役目になっているが、しかしこの17年間にオーディオ思想に水晶粒防振構造とゆう激変があり、モータのみエディカレントモータであるべきと引き継いだ。

Pgxxさて、幾ら計算してもワウフラ0.05%が出ない論拠だが、0.05%を出すには0.01%の量子化幅(1/10000=13~14bit)を出す必要がある。画像のようなステンレスコードホイールを720パルスとしてエッチングで作る。720は360度の倍数でブラシレスdcモータ駆動には便利でそうする。ターンテーブルの場合(1/Tcq)は大きいから速度交差角周波数ωscは500rad/secと決める。サンプリング時間換算で12.5msec、これを10msecとして計算する。33.3333rpmは0.55555rpsでこれに760パルスを掛けると400hzと出る。これは2.5msec毎に速度情報が更新されるコトを意味して速度交差角周波数ωscは500rad/secに対して余裕がある。カウンター1パルス時間を40nsecとして2.5msecでは62500パルス(16bit)と高量子化幅、これならばワウフラ0.01%の量子化幅(1/10000=13~14bit)も出せる。ところが出力のdaコンバータやpwmの量子化幅が原価の関係で8~10bitになり、ここで埋もれてしまう。でありますから究極のターンテーブルでは16bitのdaコンバータを使用しcdと同じにする。この16bit量子化幅を小さくしてもロボットは問題なく動くが、超精密ターンテーブルでは譲れない条件なのだ。
Abse他のセンサーではどうだろうか?一番手に登場がロボットでは必需品のアブソリュートエンコーダで、1回転の分解能はmaxで23bit あり8388608パルスとなる。これを500rad/sec換算すると15bit以上で使える可能性はあるが、Φ30mmのガラス板に23bit印刷してフォトセンサーで検出する構造にチラツキが生じないか疑問は残る。lsbのチラツキが速度制御では大敵で、外乱となってしまう。
1続いてレゾルバ、これはアナログ検出器だからデジタル化の処理が必要となりrdコンバータを使うが、量子化幅は12bit あっても変換精度が±4lsbと悪くギャランティは8bitの精度しかなく使えない。磁気タイプでadコンバータを必要としているものも、必然的に落伍する。
Oisxx画像出展:多摩川精機
インクリメンタルエンコーダでパルスの多いタイプでは120000パルス(17bit程度)があり、これを500rad/sec換算すると9bit程度で使えない。昔は40万パルス/revとゆう凄いインクリメンタルもあったが速度制御に使えない、との記述は何となく理解できる。
Pgttx究極のターンテーブルは究極の速度センサーとなり、m製作所の開発業務で学んだ3次元測定器のイメージに必然的になる。最初に戻り、出力の量子化幅を16bitすると現役のdaコンバータdac712uがあり、内部バッファを使い±10vの出力とする。10v/32767(符号付16bit)=300μv/bitで我らの扱える電圧の限界値に思う。だからこれを24bitだの32bitのdaコンバータにしたら空気中のチリみたいな電圧では、扱う実感が涌かない。Φ650mmアウターロータターンテーブルで水晶粒防振構造にした場合(1/Tcq)は相当に大きくなるから、速度交差角周波数ωscは100~500rad/secと決めて、アウターロータへ彫るピットのサイズと間隔を16bitになるように決める。

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