JP2002139374A - 回転捩り振動計測方法及び装置 - Google Patents
回転捩り振動計測方法及び装置Info
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- JP2002139374A JP2002139374A JP2000330195A JP2000330195A JP2002139374A JP 2002139374 A JP2002139374 A JP 2002139374A JP 2000330195 A JP2000330195 A JP 2000330195A JP 2000330195 A JP2000330195 A JP 2000330195A JP 2002139374 A JP2002139374 A JP 2002139374A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転軸系の捩り固有振動数を適切に検出する
ことができる回転捩り振動計測方法を提供する。 【解決手段】 回転軸１の周方向に関して所定間隔δだ
け離れた２点に配設した２個の変位センサである電磁式
センサ２、３で、回転軸１の回転に伴うその表面粗さを
それぞれ検出して表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 を得、次にかか
る表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 のうち特定の周波数ｆs （Ｈ
ｚ）成分を抽出するとともにパルス化してパルス信号Ｓ
4、Ｓ5 を得、このパルス信号Ｓ4、Ｓ5 が電磁式センサ
２、３の間隔δを反映した時間差を有するとともに、回
転捩り振動が発生している場合、この時間差が変動する
ことを利用して、この時間差の変動周波数を検出するこ
とにより回転捩り振動周波数を検出するようにしたもの
である。
ことができる回転捩り振動計測方法を提供する。 【解決手段】 回転軸１の周方向に関して所定間隔δだ
け離れた２点に配設した２個の変位センサである電磁式
センサ２、３で、回転軸１の回転に伴うその表面粗さを
それぞれ検出して表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 を得、次にかか
る表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 のうち特定の周波数ｆs （Ｈ
ｚ）成分を抽出するとともにパルス化してパルス信号Ｓ
4、Ｓ5 を得、このパルス信号Ｓ4、Ｓ5 が電磁式センサ
２、３の間隔δを反映した時間差を有するとともに、回
転捩り振動が発生している場合、この時間差が変動する
ことを利用して、この時間差の変動周波数を検出するこ
とにより回転捩り振動周波数を検出するようにしたもの
である。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転捩り振動計測方
法及び装置に関し、特にタービン等の捩り振動の解析に
用いて有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】インバータにより可変速制御されるイン
バータモータは、始動時、低回転運転時に大きなトルク
を得られるとともに、回転変動、負荷変動等に対する追
従性等が良好であることから、近年、各駆動系として広
く用いられている。また、従来から、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関や、ガスタービン等が様々な分野で駆動
源として広範に活用されていることは周知である。 【０００３】一方、これら各種駆動源に備えられた回転
軸は、質量分布を有する弾性体からなり、無限の自由度
の振動系を形成している。したがって、回転軸に対して
何らかのトルク変動が作用すると、回転軸には、いわゆ
る捩り振動が発生することになる。この場合、トルク変
動周波数と回転軸の捩り固有振動数とが一致すると共振
現象を生じ、大きな捩り振動が発生する。 【０００４】このように、回転軸を回転駆動する各種駆
動系では、回転軸に捩り振動が発生することを回避する
ことはできない。駆動源の作動中に、回転軸の捩り振動
が発生すると、回転軸には大きな捩り応力が発生する。
かかる捩り応力は、回転軸の疲労を促進させ、クラック
や損傷等の原因となる。また、回転軸に捩り振動が発生
すると、回転軸の外周面には、その軸方向に関する２点
で回転速度が異なる、いわゆる回転むらが発生する。そ
して、かかる回転むらは、各駆動源の効率等を悪化させ
る原因ともなる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】各種の回転駆動系で
は、上述の如く回転軸の疲労状態を監視し、クラック、
損傷等による被害の発生を未然に防止する上で、その捩
り固有振動を把握しておくことが肝要である。ところ
が、回転軸系の捩り固有振動数を検出するための適切な
検出方法乃至検出装置は未だ存在しない。ちなみに、こ
の種の検出方法乃至検出装置を開発するに当たり、当該
回転軸系の捩り固有振動数は、実機における計測が不可
欠である点にも留意しなければならない。当該固有振動
数は、駆動系と負荷側とを結合して決まる固有値である
からである。 【０００６】本発明は、上記従来技術に鑑み、回転軸系
の捩り固有振動数を適切に検出することができる回転捩
り振動計測方法及び装置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
る本発明の構成は次の通りである。 【０００８】１） 回転軸の周方向に関して所定間隔離
れた２点で、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを２
個の変位検出手段でそれぞれ検出して前記回転軸の表面
粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ得、回転軸の円周長
及び回転数並びに両変位検出手段の間隔から一義的に定
まる両表面粗さ信号の時間差である基準時間差に対する
各表面粗さ信号に基づき検出した両者の時間差の変動周
波数を検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検
出すること。 【０００９】２） 回転軸の回転に伴うその表面粗さを
変位検出手段で検出して前記回転軸の表面粗さを表す表
面粗さ信号を得、前記回転軸の１回転１パルスの基準信
号を基準として表面粗さ信号の周波数分析を行うととも
に任意の周波数成分に関してその位相を連続的に検出
し、この位相の変動周波数を検出することにより当該回
転軸の捩り周波数を検出すること。 【００１０】３） 回転軸の周方向に関して所定間隔離
れた２点で、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを２
個の変位検出手段でそれぞれ検出して前記回転軸の表面
粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ得るとともに、両表
面粗さ信号同士の相関をとって両信号の相関を表す相関
信号を得、前記回転軸の１回転１パルスの基準信号を基
準として相関信号の周波数分析を行うとともに両変位検
出手段の間隔に基づき決定される特定の卓越周波数成分
に関してその位相を連続的に検出し、この位相の変動周
波数を検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検
出するとともに位相の変位量を検出することにより当該
回転軸の捩り変位量を検出すること。 【００１１】４） 回転軸の周方向に関して所定間隔離
した２点に配設され、この回転軸の回転に伴うその表面
粗さを検出してこの表面粗さを表す表面粗さ信号をそれ
ぞれ発生する２個の変位検出手段と、各表面粗さ信号に
基づき両者の位相のズレによる時間差を検出する時間差
演算手段と、回転軸の円周長及び回転数並びに両変位検
出手段の間隔から一義的に定まる両表面粗さ信号の時間
差である基準時間差に対する前記時間差演算手段で検出
する時間差の変動周波数を検出することにより当該回転
軸の捩り周波数を検出する周波数分析手段とを有するこ
と。 【００１２】５） 回転軸の１回転１パルスの基準信号
を発生する回転パルス発生手段と、回転軸の回転に伴う
その表面粗さを検出してこの表面粗さを表す表面粗さ信
号を発生する変位検出手段と、前記基準信号を基準とし
て表面粗さ信号の周波数分析を行うとともに、任意の周
波数成分に関してその位相差を連続的に検出する位相差
演算手段と、この位相差に基づき表面粗さ信号の位相の
変動周波数を検出することにより当該回転軸の捩り周波
数を検出する周波数分析手段とを有すること。 【００１３】６） 回転軸の１回転１パルスの基準信号
を発生する回転パルス発生手段と、回転軸の周方向に関
して所定間隔離した２点に配設され、この回転軸の回転
に伴うその表面粗さを検出してこの表面粗さを表す表面
粗さ信号をそれぞれ発生する２個の変位検出手段と、各
表面粗さ信号同士の相関をとって、このときの相関を表
す相関信号を出力する相関処理手段と、前記基準信号を
基準として相関信号の周波数分析を行うとともに、両変
位検出手段の間隔に基づき決定される特定の卓越周波数
に関してその位相差を連続的に検出する位相差演算手段
と、この位相差に基づき前記相関信号の位相の変動周波
数を検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出
する周波数分析手段と、前記位相差に基づき前記相関信
号の位相の変位量を検出することにより当該回転軸の捩
り変位量を検出する変位量分析手段とを有すること。 【００１４】７） 〔請求項４〕乃至〔請求項６〕の何
れか一つに記載する回転捩り振動計測装置において、変
位検出手段は、磁性体である回転軸との間のミクロンオ
ーダの距離の変化を磁束の変化として検出する電磁式セ
ンサであること。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。なお、各図中、同一部分には
同一番号を付し、重複する説明は省略する。 【００１６】＜第１の実施の形態＞図１は本発明の第１
の実施の形態を示す図で、（ａ）はその原理を示す説明
図、（ｂ）は各変位検出センサの出力信号である表面粗
さ信号を示す波形図、（ｃ）はその所定の処理の後のパ
ルス信号を示す波形図である。同図に基づき本形態の計
測原理を説明する。 【００１７】本形態では、回転軸１の周方向に関して所
定間隔δだけ離れた２点に配設した２個の変位センサで
ある電磁式センサ２、３を用いる。この電磁式センサ
２、３で、回転軸１の回転に伴うその表面粗さをそれぞ
れ検出する。この結果、各電磁式センサ２、３の出力信
号として回転軸１の表面粗さを表す表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ
3 を得る。次に、かかる表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 のうち特
定の周波数ｆs （Ｈｚ）成分を抽出するとともにパルス
化してパルス信号Ｓ4、Ｓ5 を得る。このパルス信号Ｓ4、
Ｓ5 は電磁式センサ２、３の間隔δを反映した時間差を
有するものとなる。これを基準時間差ΔＴとすると、こ
の基準時間差ΔＴは次式（１）で与えられる。 ΔＴ＝ｆs ／｛ｆR ×（Ｌ／δ）｝ ・・・・（１） ただし、ｆR は回転軸１の回転周波数、ｆs は特定周波
数、Ｌは回転軸１の円周長（＝Ｄ（直径）×π）であ
る。 【００１８】ここで、回転軸１に回転捩り振動を生じて
いない場合には、時間差は基準時間差ΔＴとなり一定で
ある。一方、回転軸１に回転捩り振動を生じている場
合、パルス信号Ｓ4、Ｓ5 に基づく時間差ΔＴ’は、この
ときの回転捩り振動に対応した固有の周波数で時間軸方
向に変位する。したがって、この基準時間差ΔＴに対す
る時間差ΔＴ’の変位周波数を検出すれば当該回転軸系
の回転捩り振動数を検出することができる。 【００１９】図２は本発明の第１の実施の形態に係る回
転捩り振動計測装置を示すブロック線図である。同図に
示すように、電磁式センサ２、３は、回転軸１（図１参
照。以下同じ。）の回転に伴い、その表面粗さを検出す
るよう、回転軸１の周方向に関して所定間隔δだけ離れ
た２点で、回転軸１の表面にそれぞれ相対向して配設し
てある。回転軸１の表面は機械加工されていて、巨視的
にみれば、すなわち目視している限りでは、平滑な表面
となっているが、微視的に見た場合、機械加工の結果の
ミクロンオーダの凹凸が存在し、これに基づく表面粗さ
は固有の性状を表す信号として検出される。 【００２０】本形態で用いる電磁式センサ２、３は、か
かる表面粗さを検出するセンサとして好適である。電磁
式センサ２、３は、磁性体である回転軸との間のミクロ
ンオーダの距離の変化に応じて磁束が変化することを利
用したものであり、この磁束の変化に基づく信号で、回
転軸の表面荒さ等の性状を反映した表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ
3 を出力することができる。ただ、ミクロンオーダの回
転軸１の表面の粗さを反映した信号を得ることができる
変位検出センサであれば、電磁式センサ２、３に限定す
るものではない。また、「回転軸１の表面の粗さを反映
した信号」とは、ミクロンオーダの凹凸形状に精確に対
応した信号である必要はなく、回転軸１の一回点毎にそ
の各表面位置に対応した同一形状の信号が得られれば良
い。すなわち、全体として回転軸１の表面の凹凸形状に
対応する信号を再現し得るものであれば良い。 【００２１】バンドパスフィルタ４、５は電磁式センサ
２、３が出力する表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 の特定周波数ｆ
s をそれぞれ抽出し、増幅器６、７を介してそれぞれパ
ルス発生器８、９に送出する。パルス発生器８、９で
は、特定周波数ｆs の表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 のゼロクロ
ス点に基づきそれぞれに対応するパルス信号Ｓ4、Ｓ5 を
形成する。 【００２２】時間差演算部１０では、パルス信号Ｓ4、Ｓ
5 間の時間差を検出する。これは、電磁式センサ２、３
で検出する回転軸１の同一位置に対応するパルス同士
（図１（ｃ）中に斜線を付して示す。）の時間差であ
り、回転軸１に回転捩り振動を生じていない場合には、
基準時間差ΔＴとなり一定である。一方、回転捩り振動
を生じている場合、実測される時間差ΔＴ’は、このと
きの回転捩り振動に対応した固有の周波数で時間軸方向
に変位する。そこで、時間差演算部１０では基準時間差
ΔＴと時間差ΔＴ’との差を演算してこの差を表す時間
差信号Ｓ6 を周波数分析部１１に送出している。周波数
検出部１１では、時間差信号Ｓ6 を周波数分析してその
周波数に基づき当該回転軸１の回転捩り振動数を検出す
る。 【００２３】＜第２の実施の形態＞図３は本発明の第２
の実施の形態を示す図で、（ａ）はその原理を示す説明
図、（ｂ）は回転軸の１回転を表すパルス信号及び変位
検出センサの出力信号である表面粗さ信号を示す波形図
である。同図に基づき本形態の計測原理を説明する。 【００２４】本形態では、回転軸１の１回転を表す基準
信号Ｓ1 を発生する回転パルス発生器１２と変位センサ
である電磁式センサ２とを用い、基準信号Ｓ1 を基準と
して表面粗さ信号Ｓ2 を周波数分析し、その任意の周波
数成分における位相を連続して検出する。この位相は、
回転軸１に回転捩り振動を生じていない場合には変化し
ない。一方、回転軸１に回転捩り振動を生じている場合
には、その回転捩り振動に応じて変化する。そこで、こ
の位相の変動周波数を検出することにより当該回転軸系
の回転捩り振動数を検出することができる。 【００２５】図４は本発明の第２の実施の形態に係る回
転捩り振動計測装置を示すブロック線図である。同図に
示すように、本形態では電磁式センサ２は一個である
が、回転パルス発生器１２を有しているおり、表面粗さ
信号Ｓ2 とともに、回転軸１の１回転１パルスの基準信
号Ｓ1 である基準信号Ｓ1 を発生するようになってい
る。周波数分析／位相差演算部１３は、基準信号Ｓ1 を
基準として表面粗さ信号Ｓ 2 の周波数分析を行うととも
に、任意の周波数（例えば、回転軸１の回転周波数ｆR
又はその高調波の周波数ｎｆR ）成分に関してその位相
差を連続的に検出する。この周波数分析／位相差演算部
１３の出力信号として、回転軸１の回転捩り振動を反映
した位相差信号Ｓ7 を得る。周波数検出部１４では、位
相差信号Ｓ7に基づき表面粗さ信号Ｓ2 の位相の変動周
波数を検出することにより当該回転軸１の捩り周波数を
検出する。 【００２６】＜第３の実施の形態＞図５は本発明の第３
の実施の形態を示す図で、（ａ）はその原理を示す説明
図、（ｂ）は回転軸の１回転１パルス及び各変位検出セ
ンサの出力信号を示す波形図、（ｃ）は各表面粗さ信号
の相関を表す相関信号を示す波形図である。同図に基づ
き本形態の計測原理を説明する。 【００２７】本形態では、回転軸１の１回転を表す基準
信号Ｓ1 を発生する回転パルス発生器１２と回転軸１の
周方向に関して所定間隔θだけ離れた２点に配設した２
個の変位センサである電磁式センサ２、３を用いる。そ
して、電磁式センサ２、３の出力信号である表面粗さ信
号Ｓ2、Ｓ3 の相関をとることにより相関信号Ｓ8 を得、
基準信号Ｓ1 を基準として相関信号Ｓ8 を周波数分析
し、その特定の卓越周波数成分に関してその位相を連続
して検出する。 【００２８】この位相は、回転軸１に回転捩り振動を生
じていない場合には変化しない。一方、回転軸１に回転
捩り振動を生じている場合には、その回転捩り振動に応
じて変化する。そこで、この位相の変動周波数を検出す
ることにより当該回転軸系の回転捩り振動数を検出す
る。 【００２９】また、このときの位相の変位量は回転捩り
振動の振幅を反映している。そこで、この位相の変位量
（０°〜３６０°）に応じて電磁式センサ２、３の間隔
θを割り振れば当該回転軸系の回転捩りによる変位量も
検出し得る。 【００３０】図６は本発明の第３の実施の形態に係る回
転捩り振動計測装置を示すブロック線図である。同図に
示すように、本形態は、図４に示す第２の実施の形態に
電磁式センサ３を追加し、電磁式センサ２、３がそれぞ
れ出力する表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 の相関をとるようにし
たものである。すなわち、相関処理部１５は、各表面粗
さ信号Ｓ2、Ｓ3 同士の相関をとって、このときの相関を
表す相関信号Ｓ8 を出力する。 【００３１】周波数分析／位相差演算部１６は、回転パ
ルス発生器１２が発生する基準信号Ｓ1 を基準として相
関信号Ｓ8 の周波数分析を行うとともに、電磁式センサ
２、３の間隔θに基づき決定される卓越周波数ｆs に関
してその位相差を連続的に検出する。卓越周波数ｆs は
次式（２）で与えられる特定の周波数である。 ｆs ＝ｆR ×（３６０／θ） ・・・・（２） ただし、ｆR は回転軸１の回転周波数、θは電磁式セン
サ２、３の間隔である。 【００３２】周波数分析／位相差演算部１６の出力信号
として、回転軸１の回転捩り振動を反映した位相差信号
Ｓ9 を得る。周波数検出部１７では、位相差信号Ｓ9 に
基づき相関信号Ｓ8 の位相の変動周波数を検出すること
により当該回転軸１の捩り周波数を検出する。また、変
位検出部１８では、位相差信号Ｓ9 に基づき相関信号Ｓ
8 の位相の変位量を検出することにより当該回転軸の捩
り変位量を検出する。具体的には、当該位相の変位量
（０°〜３６０°）に応じて電磁式センサ２、３の間隔
θを割り振れば良い。相関信号Ｓ8 の位相の上記変位量
は、回転軸１の捩り変位量を反映しており、その０°〜
３６０°は回転軸１の機械的変位を機械角で表した場合
の０〜θ°（電磁式センサ２、３間の間隔）に対応する
からである。 【００３３】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、〔請求項１〕に記載する発明は、回転軸の周方
向に関して所定間隔離れた２点で、この回転軸の回転に
伴うその表面粗さを２個の変位検出手段でそれぞれ検出
して前記回転軸の表面粗さを表す表面粗さ信号をそれぞ
れ得、回転軸の円周長及び回転数並びに両変位検出手段
の間隔から一義的に定まる両表面粗さ信号の時間差であ
る基準時間差に対する各表面粗さ信号に基づき検出した
両者の時間差の変動周波数を検出することにより当該回
転軸の捩り周波数を検出するようにしたので、回転軸の
表面粗さに基づく情報を処理して当該回転軸の捩り周波
数を検出することができる。この結果、本発明によれ
ば、駆動系と負荷側とを結合した状態で、回転軸に何の
加工（磁化等も含む。）も施すことなく、その捩り固有
振動数を非接触で検出することができる。また、このと
き、回転軸系に加工を施すことなく、独立した形態で所
望の計測を行うことができる。 【００３４】〔請求項２〕に記載する発明は、回転軸の
回転に伴うその表面粗さを変位検出手段で検出して前記
回転軸の表面粗さを表す表面粗さ信号を得、前記回転軸
の１回転１パルスの基準信号を基準として表面粗さ信号
の周波数分析を行うとともに任意の周波数成分に関して
その位相を連続的に検出し、この位相の変動周波数を検
出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出するよ
うにしたので、回転軸の表面粗さに基づく情報を処理し
て当該回転軸の捩り周波数を検出することができる。こ
の結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載する発明
と同様の効果を得る。しかも、かかる効果を一個の変位
検出手段で得ることができるので、その分コストの低減
を図ることもできる。 【００３５】〔請求項３〕に記載する発明は、回転軸の
周方向に関して所定間隔離れた２点で、この回転軸の回
転に伴うその表面粗さを２個の変位検出手段でそれぞれ
検出して前記回転軸の表面粗さを表す表面粗さ信号をそ
れぞれ得るとともに、両表面粗さ信号同士の相関をとっ
て両信号の相関を表す相関信号を得、前記回転軸の１回
転１パルスの基準信号を基準として相関信号の周波数分
析を行うとともに両変位検出手段の間隔に基づき決定さ
れる特定の卓越周波数成分に関してその位相を連続的に
検出し、この位相の変動周波数を検出することにより当
該回転軸の捩り周波数を検出するとともに位相の変位量
を検出することにより当該回転軸の捩り変位量を検出す
るようにしたので、回転軸の表面粗さに基づく情報を処
理して当該回転軸の捩り周波数を検出することができ
る。この結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載す
る発明と同様の効果を得る。さらに、本発明では、回転
軸の捩り変位量も検出することができるので、その分よ
り適切な振動解析を行うことができる。ちなみに、回転
軸に作用する捩り振動のうち、捩り変位量が大きければ
大きいほど回転軸の耐久性に悪影響を及ぼす。すなわ
ち、捩り周波数が高くても捩り変位が小さければ、当該
振動強度を評価する上でそれ程問題とはならないが、捩
り周波数が低くても捩り変位が大きければ、問題となる
場合がある。本発明は、これを見極めるのに資すること
ができるパラメータを提供することができる。 【００３６】〔請求項４〕に記載する発明は、回転軸の
周方向に関して所定間隔離した２点に配設され、この回
転軸の回転に伴うその表面粗さを検出してこの表面粗さ
を表す表面粗さ信号をそれぞれ発生する２個の変位検出
手段と、各表面粗さ信号に基づき両者の位相のズレによ
る時間差を検出する時間差演算手段と、回転軸の円周長
及び回転数並びに両変位検出手段の間隔から一義的に定
まる両表面粗さ信号の時間差である基準時間差に対する
前記時間差演算手段で検出する時間差の変動周波数を検
出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出する周
波数分析手段とを有するので、回転軸の表面粗さに基づ
く情報を処理して当該回転軸の捩り周波数を検出するこ
とができる。この結果、本発明によれば、駆動系と負荷
側とを結合した状態で、回転軸に何の加工（磁化等も含
む。）も施すことなく、その捩り固有振動数を非接触で
検出することができる。また、このとき、回転軸系に加
工を施すことなく、独立した形態で所望の計測を行うこ
とができる。 【００３７】〔請求項５〕に記載する発明は、回転軸の
１回転１パルスの基準信号を発生する回転パルス発生手
段と、回転軸の回転に伴うその表面粗さを検出してこの
表面粗さを表す表面粗さ信号を発生する変位検出手段
と、前記基準信号を基準として表面粗さ信号の周波数分
析を行うとともに、任意の周波数成分に関してその位相
差を連続的に検出する位相差演算手段と、この位相差に
基づき表面粗さ信号の位相の変動周波数を検出すること
により当該回転軸の捩り周波数を検出する周波数分析手
段とを有するので、回転軸の表面粗さに基づく情報を処
理して当該回転軸の捩り周波数を検出することができ
る。この結果、本発明によれば、〔請求項４〕に記載す
る発明と同様の効果を得る。しかも、かかる効果を一個
の変位検出手段で得ることができるので、その分コスト
の低減を図ることもできる。 【００３８】〔請求項６〕に記載する発明は、回転軸の
１回転１パルスの基準信号を発生する回転パルス発生手
段と、回転軸の周方向に関して所定間隔離した２点に配
設され、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを検出し
てこの表面粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ発生する
２個の変位検出手段と、各表面粗さ信号同士の相関をと
って、このときの相関を表す相関信号を出力する相関処
理手段と、前記基準信号を基準として相関信号の周波数
分析を行うとともに、両変位検出手段の間隔に基づき決
定される特定の卓越周波数に関してその位相差を連続的
に検出する位相差演算手段と、この位相差に基づき前記
相関信号の位相の変動周波数を検出することにより当該
回転軸の捩り周波数を検出する周波数分析手段と、前記
位相差に基づき前記相関信号の位相の変位量を検出する
ことにより当該回転軸の捩り変位量を検出する変位量分
析手段とを有するので、回転軸の表面粗さに基づく情報
を処理して当該回転軸の捩り周波数を検出することがで
きる。この結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載
する発明と同様の効果を得る。さらに、本発明では、回
転軸の捩り変位量も検出することができるので、その分
より適切な振動解析を行うことができる。ちなみに、回
転軸に作用する捩り振動のうち、捩り変位量が大きけれ
ば大きいほど回転軸の耐久性に悪影響を及ぼす。すなわ
ち、捩り周波数が高くても捩り変位が小さければ、当該
振動強度を評価する上でそれ程問題とはならないが、捩
り周波数が低くても捩り変位が大きければ、問題となる
場合がある。本発明は、これを見極めるのに資すること
ができるパラメータを提供することができる。 【００３９】〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項
４〕乃至〔請求項６〕の何れか一つに記載する回転捩り
振動計測装置において、変位検出手段は、磁性体である
回転軸との間のミクロンオーダの距離の変化を磁束の変
化として検出する電磁式センサであるので、〔請求項
４〕乃至〔請求項６〕の効果を安価で堅牢なセンサで得
ることができ、この面から当該装置のコストの低減及び
耐久性の向上に貢献し得る。
法及び装置に関し、特にタービン等の捩り振動の解析に
用いて有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】インバータにより可変速制御されるイン
バータモータは、始動時、低回転運転時に大きなトルク
を得られるとともに、回転変動、負荷変動等に対する追
従性等が良好であることから、近年、各駆動系として広
く用いられている。また、従来から、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関や、ガスタービン等が様々な分野で駆動
源として広範に活用されていることは周知である。 【０００３】一方、これら各種駆動源に備えられた回転
軸は、質量分布を有する弾性体からなり、無限の自由度
の振動系を形成している。したがって、回転軸に対して
何らかのトルク変動が作用すると、回転軸には、いわゆ
る捩り振動が発生することになる。この場合、トルク変
動周波数と回転軸の捩り固有振動数とが一致すると共振
現象を生じ、大きな捩り振動が発生する。 【０００４】このように、回転軸を回転駆動する各種駆
動系では、回転軸に捩り振動が発生することを回避する
ことはできない。駆動源の作動中に、回転軸の捩り振動
が発生すると、回転軸には大きな捩り応力が発生する。
かかる捩り応力は、回転軸の疲労を促進させ、クラック
や損傷等の原因となる。また、回転軸に捩り振動が発生
すると、回転軸の外周面には、その軸方向に関する２点
で回転速度が異なる、いわゆる回転むらが発生する。そ
して、かかる回転むらは、各駆動源の効率等を悪化させ
る原因ともなる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】各種の回転駆動系で
は、上述の如く回転軸の疲労状態を監視し、クラック、
損傷等による被害の発生を未然に防止する上で、その捩
り固有振動を把握しておくことが肝要である。ところ
が、回転軸系の捩り固有振動数を検出するための適切な
検出方法乃至検出装置は未だ存在しない。ちなみに、こ
の種の検出方法乃至検出装置を開発するに当たり、当該
回転軸系の捩り固有振動数は、実機における計測が不可
欠である点にも留意しなければならない。当該固有振動
数は、駆動系と負荷側とを結合して決まる固有値である
からである。 【０００６】本発明は、上記従来技術に鑑み、回転軸系
の捩り固有振動数を適切に検出することができる回転捩
り振動計測方法及び装置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
る本発明の構成は次の通りである。 【０００８】１） 回転軸の周方向に関して所定間隔離
れた２点で、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを２
個の変位検出手段でそれぞれ検出して前記回転軸の表面
粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ得、回転軸の円周長
及び回転数並びに両変位検出手段の間隔から一義的に定
まる両表面粗さ信号の時間差である基準時間差に対する
各表面粗さ信号に基づき検出した両者の時間差の変動周
波数を検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検
出すること。 【０００９】２） 回転軸の回転に伴うその表面粗さを
変位検出手段で検出して前記回転軸の表面粗さを表す表
面粗さ信号を得、前記回転軸の１回転１パルスの基準信
号を基準として表面粗さ信号の周波数分析を行うととも
に任意の周波数成分に関してその位相を連続的に検出
し、この位相の変動周波数を検出することにより当該回
転軸の捩り周波数を検出すること。 【００１０】３） 回転軸の周方向に関して所定間隔離
れた２点で、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを２
個の変位検出手段でそれぞれ検出して前記回転軸の表面
粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ得るとともに、両表
面粗さ信号同士の相関をとって両信号の相関を表す相関
信号を得、前記回転軸の１回転１パルスの基準信号を基
準として相関信号の周波数分析を行うとともに両変位検
出手段の間隔に基づき決定される特定の卓越周波数成分
に関してその位相を連続的に検出し、この位相の変動周
波数を検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検
出するとともに位相の変位量を検出することにより当該
回転軸の捩り変位量を検出すること。 【００１１】４） 回転軸の周方向に関して所定間隔離
した２点に配設され、この回転軸の回転に伴うその表面
粗さを検出してこの表面粗さを表す表面粗さ信号をそれ
ぞれ発生する２個の変位検出手段と、各表面粗さ信号に
基づき両者の位相のズレによる時間差を検出する時間差
演算手段と、回転軸の円周長及び回転数並びに両変位検
出手段の間隔から一義的に定まる両表面粗さ信号の時間
差である基準時間差に対する前記時間差演算手段で検出
する時間差の変動周波数を検出することにより当該回転
軸の捩り周波数を検出する周波数分析手段とを有するこ
と。 【００１２】５） 回転軸の１回転１パルスの基準信号
を発生する回転パルス発生手段と、回転軸の回転に伴う
その表面粗さを検出してこの表面粗さを表す表面粗さ信
号を発生する変位検出手段と、前記基準信号を基準とし
て表面粗さ信号の周波数分析を行うとともに、任意の周
波数成分に関してその位相差を連続的に検出する位相差
演算手段と、この位相差に基づき表面粗さ信号の位相の
変動周波数を検出することにより当該回転軸の捩り周波
数を検出する周波数分析手段とを有すること。 【００１３】６） 回転軸の１回転１パルスの基準信号
を発生する回転パルス発生手段と、回転軸の周方向に関
して所定間隔離した２点に配設され、この回転軸の回転
に伴うその表面粗さを検出してこの表面粗さを表す表面
粗さ信号をそれぞれ発生する２個の変位検出手段と、各
表面粗さ信号同士の相関をとって、このときの相関を表
す相関信号を出力する相関処理手段と、前記基準信号を
基準として相関信号の周波数分析を行うとともに、両変
位検出手段の間隔に基づき決定される特定の卓越周波数
に関してその位相差を連続的に検出する位相差演算手段
と、この位相差に基づき前記相関信号の位相の変動周波
数を検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出
する周波数分析手段と、前記位相差に基づき前記相関信
号の位相の変位量を検出することにより当該回転軸の捩
り変位量を検出する変位量分析手段とを有すること。 【００１４】７） 〔請求項４〕乃至〔請求項６〕の何
れか一つに記載する回転捩り振動計測装置において、変
位検出手段は、磁性体である回転軸との間のミクロンオ
ーダの距離の変化を磁束の変化として検出する電磁式セ
ンサであること。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。なお、各図中、同一部分には
同一番号を付し、重複する説明は省略する。 【００１６】＜第１の実施の形態＞図１は本発明の第１
の実施の形態を示す図で、（ａ）はその原理を示す説明
図、（ｂ）は各変位検出センサの出力信号である表面粗
さ信号を示す波形図、（ｃ）はその所定の処理の後のパ
ルス信号を示す波形図である。同図に基づき本形態の計
測原理を説明する。 【００１７】本形態では、回転軸１の周方向に関して所
定間隔δだけ離れた２点に配設した２個の変位センサで
ある電磁式センサ２、３を用いる。この電磁式センサ
２、３で、回転軸１の回転に伴うその表面粗さをそれぞ
れ検出する。この結果、各電磁式センサ２、３の出力信
号として回転軸１の表面粗さを表す表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ
3 を得る。次に、かかる表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 のうち特
定の周波数ｆs （Ｈｚ）成分を抽出するとともにパルス
化してパルス信号Ｓ4、Ｓ5 を得る。このパルス信号Ｓ4、
Ｓ5 は電磁式センサ２、３の間隔δを反映した時間差を
有するものとなる。これを基準時間差ΔＴとすると、こ
の基準時間差ΔＴは次式（１）で与えられる。 ΔＴ＝ｆs ／｛ｆR ×（Ｌ／δ）｝ ・・・・（１） ただし、ｆR は回転軸１の回転周波数、ｆs は特定周波
数、Ｌは回転軸１の円周長（＝Ｄ（直径）×π）であ
る。 【００１８】ここで、回転軸１に回転捩り振動を生じて
いない場合には、時間差は基準時間差ΔＴとなり一定で
ある。一方、回転軸１に回転捩り振動を生じている場
合、パルス信号Ｓ4、Ｓ5 に基づく時間差ΔＴ’は、この
ときの回転捩り振動に対応した固有の周波数で時間軸方
向に変位する。したがって、この基準時間差ΔＴに対す
る時間差ΔＴ’の変位周波数を検出すれば当該回転軸系
の回転捩り振動数を検出することができる。 【００１９】図２は本発明の第１の実施の形態に係る回
転捩り振動計測装置を示すブロック線図である。同図に
示すように、電磁式センサ２、３は、回転軸１（図１参
照。以下同じ。）の回転に伴い、その表面粗さを検出す
るよう、回転軸１の周方向に関して所定間隔δだけ離れ
た２点で、回転軸１の表面にそれぞれ相対向して配設し
てある。回転軸１の表面は機械加工されていて、巨視的
にみれば、すなわち目視している限りでは、平滑な表面
となっているが、微視的に見た場合、機械加工の結果の
ミクロンオーダの凹凸が存在し、これに基づく表面粗さ
は固有の性状を表す信号として検出される。 【００２０】本形態で用いる電磁式センサ２、３は、か
かる表面粗さを検出するセンサとして好適である。電磁
式センサ２、３は、磁性体である回転軸との間のミクロ
ンオーダの距離の変化に応じて磁束が変化することを利
用したものであり、この磁束の変化に基づく信号で、回
転軸の表面荒さ等の性状を反映した表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ
3 を出力することができる。ただ、ミクロンオーダの回
転軸１の表面の粗さを反映した信号を得ることができる
変位検出センサであれば、電磁式センサ２、３に限定す
るものではない。また、「回転軸１の表面の粗さを反映
した信号」とは、ミクロンオーダの凹凸形状に精確に対
応した信号である必要はなく、回転軸１の一回点毎にそ
の各表面位置に対応した同一形状の信号が得られれば良
い。すなわち、全体として回転軸１の表面の凹凸形状に
対応する信号を再現し得るものであれば良い。 【００２１】バンドパスフィルタ４、５は電磁式センサ
２、３が出力する表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 の特定周波数ｆ
s をそれぞれ抽出し、増幅器６、７を介してそれぞれパ
ルス発生器８、９に送出する。パルス発生器８、９で
は、特定周波数ｆs の表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 のゼロクロ
ス点に基づきそれぞれに対応するパルス信号Ｓ4、Ｓ5 を
形成する。 【００２２】時間差演算部１０では、パルス信号Ｓ4、Ｓ
5 間の時間差を検出する。これは、電磁式センサ２、３
で検出する回転軸１の同一位置に対応するパルス同士
（図１（ｃ）中に斜線を付して示す。）の時間差であ
り、回転軸１に回転捩り振動を生じていない場合には、
基準時間差ΔＴとなり一定である。一方、回転捩り振動
を生じている場合、実測される時間差ΔＴ’は、このと
きの回転捩り振動に対応した固有の周波数で時間軸方向
に変位する。そこで、時間差演算部１０では基準時間差
ΔＴと時間差ΔＴ’との差を演算してこの差を表す時間
差信号Ｓ6 を周波数分析部１１に送出している。周波数
検出部１１では、時間差信号Ｓ6 を周波数分析してその
周波数に基づき当該回転軸１の回転捩り振動数を検出す
る。 【００２３】＜第２の実施の形態＞図３は本発明の第２
の実施の形態を示す図で、（ａ）はその原理を示す説明
図、（ｂ）は回転軸の１回転を表すパルス信号及び変位
検出センサの出力信号である表面粗さ信号を示す波形図
である。同図に基づき本形態の計測原理を説明する。 【００２４】本形態では、回転軸１の１回転を表す基準
信号Ｓ1 を発生する回転パルス発生器１２と変位センサ
である電磁式センサ２とを用い、基準信号Ｓ1 を基準と
して表面粗さ信号Ｓ2 を周波数分析し、その任意の周波
数成分における位相を連続して検出する。この位相は、
回転軸１に回転捩り振動を生じていない場合には変化し
ない。一方、回転軸１に回転捩り振動を生じている場合
には、その回転捩り振動に応じて変化する。そこで、こ
の位相の変動周波数を検出することにより当該回転軸系
の回転捩り振動数を検出することができる。 【００２５】図４は本発明の第２の実施の形態に係る回
転捩り振動計測装置を示すブロック線図である。同図に
示すように、本形態では電磁式センサ２は一個である
が、回転パルス発生器１２を有しているおり、表面粗さ
信号Ｓ2 とともに、回転軸１の１回転１パルスの基準信
号Ｓ1 である基準信号Ｓ1 を発生するようになってい
る。周波数分析／位相差演算部１３は、基準信号Ｓ1 を
基準として表面粗さ信号Ｓ 2 の周波数分析を行うととも
に、任意の周波数（例えば、回転軸１の回転周波数ｆR
又はその高調波の周波数ｎｆR ）成分に関してその位相
差を連続的に検出する。この周波数分析／位相差演算部
１３の出力信号として、回転軸１の回転捩り振動を反映
した位相差信号Ｓ7 を得る。周波数検出部１４では、位
相差信号Ｓ7に基づき表面粗さ信号Ｓ2 の位相の変動周
波数を検出することにより当該回転軸１の捩り周波数を
検出する。 【００２６】＜第３の実施の形態＞図５は本発明の第３
の実施の形態を示す図で、（ａ）はその原理を示す説明
図、（ｂ）は回転軸の１回転１パルス及び各変位検出セ
ンサの出力信号を示す波形図、（ｃ）は各表面粗さ信号
の相関を表す相関信号を示す波形図である。同図に基づ
き本形態の計測原理を説明する。 【００２７】本形態では、回転軸１の１回転を表す基準
信号Ｓ1 を発生する回転パルス発生器１２と回転軸１の
周方向に関して所定間隔θだけ離れた２点に配設した２
個の変位センサである電磁式センサ２、３を用いる。そ
して、電磁式センサ２、３の出力信号である表面粗さ信
号Ｓ2、Ｓ3 の相関をとることにより相関信号Ｓ8 を得、
基準信号Ｓ1 を基準として相関信号Ｓ8 を周波数分析
し、その特定の卓越周波数成分に関してその位相を連続
して検出する。 【００２８】この位相は、回転軸１に回転捩り振動を生
じていない場合には変化しない。一方、回転軸１に回転
捩り振動を生じている場合には、その回転捩り振動に応
じて変化する。そこで、この位相の変動周波数を検出す
ることにより当該回転軸系の回転捩り振動数を検出す
る。 【００２９】また、このときの位相の変位量は回転捩り
振動の振幅を反映している。そこで、この位相の変位量
（０°〜３６０°）に応じて電磁式センサ２、３の間隔
θを割り振れば当該回転軸系の回転捩りによる変位量も
検出し得る。 【００３０】図６は本発明の第３の実施の形態に係る回
転捩り振動計測装置を示すブロック線図である。同図に
示すように、本形態は、図４に示す第２の実施の形態に
電磁式センサ３を追加し、電磁式センサ２、３がそれぞ
れ出力する表面粗さ信号Ｓ2、Ｓ3 の相関をとるようにし
たものである。すなわち、相関処理部１５は、各表面粗
さ信号Ｓ2、Ｓ3 同士の相関をとって、このときの相関を
表す相関信号Ｓ8 を出力する。 【００３１】周波数分析／位相差演算部１６は、回転パ
ルス発生器１２が発生する基準信号Ｓ1 を基準として相
関信号Ｓ8 の周波数分析を行うとともに、電磁式センサ
２、３の間隔θに基づき決定される卓越周波数ｆs に関
してその位相差を連続的に検出する。卓越周波数ｆs は
次式（２）で与えられる特定の周波数である。 ｆs ＝ｆR ×（３６０／θ） ・・・・（２） ただし、ｆR は回転軸１の回転周波数、θは電磁式セン
サ２、３の間隔である。 【００３２】周波数分析／位相差演算部１６の出力信号
として、回転軸１の回転捩り振動を反映した位相差信号
Ｓ9 を得る。周波数検出部１７では、位相差信号Ｓ9 に
基づき相関信号Ｓ8 の位相の変動周波数を検出すること
により当該回転軸１の捩り周波数を検出する。また、変
位検出部１８では、位相差信号Ｓ9 に基づき相関信号Ｓ
8 の位相の変位量を検出することにより当該回転軸の捩
り変位量を検出する。具体的には、当該位相の変位量
（０°〜３６０°）に応じて電磁式センサ２、３の間隔
θを割り振れば良い。相関信号Ｓ8 の位相の上記変位量
は、回転軸１の捩り変位量を反映しており、その０°〜
３６０°は回転軸１の機械的変位を機械角で表した場合
の０〜θ°（電磁式センサ２、３間の間隔）に対応する
からである。 【００３３】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、〔請求項１〕に記載する発明は、回転軸の周方
向に関して所定間隔離れた２点で、この回転軸の回転に
伴うその表面粗さを２個の変位検出手段でそれぞれ検出
して前記回転軸の表面粗さを表す表面粗さ信号をそれぞ
れ得、回転軸の円周長及び回転数並びに両変位検出手段
の間隔から一義的に定まる両表面粗さ信号の時間差であ
る基準時間差に対する各表面粗さ信号に基づき検出した
両者の時間差の変動周波数を検出することにより当該回
転軸の捩り周波数を検出するようにしたので、回転軸の
表面粗さに基づく情報を処理して当該回転軸の捩り周波
数を検出することができる。この結果、本発明によれ
ば、駆動系と負荷側とを結合した状態で、回転軸に何の
加工（磁化等も含む。）も施すことなく、その捩り固有
振動数を非接触で検出することができる。また、このと
き、回転軸系に加工を施すことなく、独立した形態で所
望の計測を行うことができる。 【００３４】〔請求項２〕に記載する発明は、回転軸の
回転に伴うその表面粗さを変位検出手段で検出して前記
回転軸の表面粗さを表す表面粗さ信号を得、前記回転軸
の１回転１パルスの基準信号を基準として表面粗さ信号
の周波数分析を行うとともに任意の周波数成分に関して
その位相を連続的に検出し、この位相の変動周波数を検
出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出するよ
うにしたので、回転軸の表面粗さに基づく情報を処理し
て当該回転軸の捩り周波数を検出することができる。こ
の結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載する発明
と同様の効果を得る。しかも、かかる効果を一個の変位
検出手段で得ることができるので、その分コストの低減
を図ることもできる。 【００３５】〔請求項３〕に記載する発明は、回転軸の
周方向に関して所定間隔離れた２点で、この回転軸の回
転に伴うその表面粗さを２個の変位検出手段でそれぞれ
検出して前記回転軸の表面粗さを表す表面粗さ信号をそ
れぞれ得るとともに、両表面粗さ信号同士の相関をとっ
て両信号の相関を表す相関信号を得、前記回転軸の１回
転１パルスの基準信号を基準として相関信号の周波数分
析を行うとともに両変位検出手段の間隔に基づき決定さ
れる特定の卓越周波数成分に関してその位相を連続的に
検出し、この位相の変動周波数を検出することにより当
該回転軸の捩り周波数を検出するとともに位相の変位量
を検出することにより当該回転軸の捩り変位量を検出す
るようにしたので、回転軸の表面粗さに基づく情報を処
理して当該回転軸の捩り周波数を検出することができ
る。この結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載す
る発明と同様の効果を得る。さらに、本発明では、回転
軸の捩り変位量も検出することができるので、その分よ
り適切な振動解析を行うことができる。ちなみに、回転
軸に作用する捩り振動のうち、捩り変位量が大きければ
大きいほど回転軸の耐久性に悪影響を及ぼす。すなわ
ち、捩り周波数が高くても捩り変位が小さければ、当該
振動強度を評価する上でそれ程問題とはならないが、捩
り周波数が低くても捩り変位が大きければ、問題となる
場合がある。本発明は、これを見極めるのに資すること
ができるパラメータを提供することができる。 【００３６】〔請求項４〕に記載する発明は、回転軸の
周方向に関して所定間隔離した２点に配設され、この回
転軸の回転に伴うその表面粗さを検出してこの表面粗さ
を表す表面粗さ信号をそれぞれ発生する２個の変位検出
手段と、各表面粗さ信号に基づき両者の位相のズレによ
る時間差を検出する時間差演算手段と、回転軸の円周長
及び回転数並びに両変位検出手段の間隔から一義的に定
まる両表面粗さ信号の時間差である基準時間差に対する
前記時間差演算手段で検出する時間差の変動周波数を検
出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出する周
波数分析手段とを有するので、回転軸の表面粗さに基づ
く情報を処理して当該回転軸の捩り周波数を検出するこ
とができる。この結果、本発明によれば、駆動系と負荷
側とを結合した状態で、回転軸に何の加工（磁化等も含
む。）も施すことなく、その捩り固有振動数を非接触で
検出することができる。また、このとき、回転軸系に加
工を施すことなく、独立した形態で所望の計測を行うこ
とができる。 【００３７】〔請求項５〕に記載する発明は、回転軸の
１回転１パルスの基準信号を発生する回転パルス発生手
段と、回転軸の回転に伴うその表面粗さを検出してこの
表面粗さを表す表面粗さ信号を発生する変位検出手段
と、前記基準信号を基準として表面粗さ信号の周波数分
析を行うとともに、任意の周波数成分に関してその位相
差を連続的に検出する位相差演算手段と、この位相差に
基づき表面粗さ信号の位相の変動周波数を検出すること
により当該回転軸の捩り周波数を検出する周波数分析手
段とを有するので、回転軸の表面粗さに基づく情報を処
理して当該回転軸の捩り周波数を検出することができ
る。この結果、本発明によれば、〔請求項４〕に記載す
る発明と同様の効果を得る。しかも、かかる効果を一個
の変位検出手段で得ることができるので、その分コスト
の低減を図ることもできる。 【００３８】〔請求項６〕に記載する発明は、回転軸の
１回転１パルスの基準信号を発生する回転パルス発生手
段と、回転軸の周方向に関して所定間隔離した２点に配
設され、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを検出し
てこの表面粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ発生する
２個の変位検出手段と、各表面粗さ信号同士の相関をと
って、このときの相関を表す相関信号を出力する相関処
理手段と、前記基準信号を基準として相関信号の周波数
分析を行うとともに、両変位検出手段の間隔に基づき決
定される特定の卓越周波数に関してその位相差を連続的
に検出する位相差演算手段と、この位相差に基づき前記
相関信号の位相の変動周波数を検出することにより当該
回転軸の捩り周波数を検出する周波数分析手段と、前記
位相差に基づき前記相関信号の位相の変位量を検出する
ことにより当該回転軸の捩り変位量を検出する変位量分
析手段とを有するので、回転軸の表面粗さに基づく情報
を処理して当該回転軸の捩り周波数を検出することがで
きる。この結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載
する発明と同様の効果を得る。さらに、本発明では、回
転軸の捩り変位量も検出することができるので、その分
より適切な振動解析を行うことができる。ちなみに、回
転軸に作用する捩り振動のうち、捩り変位量が大きけれ
ば大きいほど回転軸の耐久性に悪影響を及ぼす。すなわ
ち、捩り周波数が高くても捩り変位が小さければ、当該
振動強度を評価する上でそれ程問題とはならないが、捩
り周波数が低くても捩り変位が大きければ、問題となる
場合がある。本発明は、これを見極めるのに資すること
ができるパラメータを提供することができる。 【００３９】〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項
４〕乃至〔請求項６〕の何れか一つに記載する回転捩り
振動計測装置において、変位検出手段は、磁性体である
回転軸との間のミクロンオーダの距離の変化を磁束の変
化として検出する電磁式センサであるので、〔請求項
４〕乃至〔請求項６〕の効果を安価で堅牢なセンサで得
ることができ、この面から当該装置のコストの低減及び
耐久性の向上に貢献し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、（ａ）
はその原理を示す説明図、（ｂ）は各変位検出センサの
出力信号である表面粗さ信号を示す波形図、（ｃ）はそ
の所定の処理の後のパルス信号を示す波形図である。 【図２】本発明の第１の実施の形態を示すブロック線図
である。 【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）
はその原理を示す説明図、（ｂ）は回転軸の１回転を表
すパルス信号及び変位検出センサの出力信号である表面
粗さ信号を示す波形図である。 【図４】本発明の第２の実施の形態を示すブロック線図
である。 【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図で、（ａ）
はその原理を示す説明図、（ｂ）は回転軸の１回転１パ
ルス及び各変位検出センサの出力信号を示す波形図、
（ｃ）は各表面粗さ信号の相関を表す相関信号を示す波
形図である。 【図６】本発明の第３の実施の形態を示すブロック線図
である。 【符号の説明】 １ 回転軸 ２、３ 電磁式センサ ８、９ パルス発生器 １０ 時間差演算部 １１ 周波数検出部 １２ 回転パルス発生器 １３ 周波数分析／位相差演算部 １４ 周波数検出部 １５ 相関処理部 １６ 周波数分析／位相差演算部 １７ 周波数検出部 １８ 変位検出部 Ｓ1 基準信号 Ｓ2、Ｓ3 表面粗さ信号 Ｓ4、Ｓ5 パルス信号 Ｓ8 相関信号
はその原理を示す説明図、（ｂ）は各変位検出センサの
出力信号である表面粗さ信号を示す波形図、（ｃ）はそ
の所定の処理の後のパルス信号を示す波形図である。 【図２】本発明の第１の実施の形態を示すブロック線図
である。 【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）
はその原理を示す説明図、（ｂ）は回転軸の１回転を表
すパルス信号及び変位検出センサの出力信号である表面
粗さ信号を示す波形図である。 【図４】本発明の第２の実施の形態を示すブロック線図
である。 【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図で、（ａ）
はその原理を示す説明図、（ｂ）は回転軸の１回転１パ
ルス及び各変位検出センサの出力信号を示す波形図、
（ｃ）は各表面粗さ信号の相関を表す相関信号を示す波
形図である。 【図６】本発明の第３の実施の形態を示すブロック線図
である。 【符号の説明】 １ 回転軸 ２、３ 電磁式センサ ８、９ パルス発生器 １０ 時間差演算部 １１ 周波数検出部 １２ 回転パルス発生器 １３ 周波数分析／位相差演算部 １４ 周波数検出部 １５ 相関処理部 １６ 周波数分析／位相差演算部 １７ 周波数検出部 １８ 変位検出部 Ｓ1 基準信号 Ｓ2、Ｓ3 表面粗さ信号 Ｓ4、Ｓ5 パルス信号 Ｓ8 相関信号
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 柴田 昌明
長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三
菱重工業株式会社長崎研究所内
Ｆターム(参考） 2G064 AA17 AB10 BA15 BB11 CC17
CC41
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 回転軸の周方向に関して所定間隔離れた
２点で、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを２個の
変位検出手段でそれぞれ検出して前記回転軸の表面粗さ
を表す表面粗さ信号をそれぞれ得、 回転軸の円周長及び回転数並びに両変位検出手段の間隔
から一義的に定まる両表面粗さ信号の時間差である基準
時間差に対する各表面粗さ信号に基づき検出した両者の
時間差の変動周波数を検出することにより当該回転軸の
捩り周波数を検出することを特徴とする回転捩り振動計
測方法。 【請求項２】 回転軸の回転に伴うその表面粗さを変位
検出手段で検出して前記回転軸の表面粗さを表す表面粗
さ信号を得、 前記回転軸の１回転１パルスの基準信号を基準として表
面粗さ信号の周波数分析を行うとともに任意の周波数成
分に関してその位相を連続的に検出し、 この位相の変動周波数を検出することにより当該回転軸
の捩り周波数を検出することを特徴とする回転捩り振動
計測方法。 【請求項３】 回転軸の周方向に関して所定間隔離れた
２点で、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを２個の
変位検出手段でそれぞれ検出して前記回転軸の表面粗さ
を表す表面粗さ信号をそれぞれ得るとともに、両表面粗
さ信号同士の相関をとって両信号の相関を表す相関信号
を得、 前記回転軸の１回転１パルスの基準信号を基準として相
関信号の周波数分析を行うとともに両変位検出手段の間
隔に基づき決定される特定の卓越周波数成分に関してそ
の位相を連続的に検出し、 この位相の変動周波数を検出することにより当該回転軸
の捩り周波数を検出するとともに位相の変位量を検出す
ることにより当該回転軸の捩り変位量を検出することを
特徴とする回転捩り振動計測方法。 【請求項４】 回転軸の周方向に関して所定間隔離した
２点に配設され、この回転軸の回転に伴うその表面粗さ
を検出してこの表面粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ
発生する２個の変位検出手段と、 各表面粗さ信号に基づき両者の位相のズレによる時間差
を検出する時間差演算手段と、 回転軸の円周長及び回転数並びに両変位検出手段の間隔
から一義的に定まる両表面粗さ信号の時間差である基準
時間差に対する前記時間差演算手段で検出する時間差の
変動周波数を検出することにより当該回転軸の捩り周波
数を検出する周波数分析手段とを有することを特徴とす
る回転捩り振動計測装置。 【請求項５】 回転軸の１回転１パルスの基準信号を発
生する回転パルス発生手段と、 回転軸の回転に伴うその表面粗さを検出してこの表面粗
さを表す表面粗さ信号を発生する変位検出手段と、 前記基準信号を基準として表面粗さ信号の周波数分析を
行うとともに、任意の周波数成分に関してその位相差を
連続的に検出する周波数分析／位相差演算手段と、 この位相差に基づき表面粗さ信号の位相の変動周波数を
検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出する
周波数分析手段とを有することを特徴とする回転捩り振
動計測装置。 【請求項６】 回転軸の１回転１パルスの基準信号を発
生する回転パルス発生手段と、 回転軸の周方向に関して所定間隔離した２点に配設さ
れ、この回転軸の回転に伴うその表面粗さを検出してこ
の表面粗さを表す表面粗さ信号をそれぞれ発生する２個
の変位検出手段と、 各表面粗さ信号同士の相関をとって、このときの相関を
表す相関信号を出力する相関処理手段と、 前記基準信号を基準として相関信号の周波数分析を行う
とともに、両変位検出手段の間隔に基づき決定される特
定の卓越周波数に関してその位相差を連続的に検出する
周波数分析／位相差演算手段と、 この位相差に基づき前記相関信号の位相の変動周波数を
検出することにより当該回転軸の捩り周波数を検出する
周波数分析手段と、 前記位相差に基づき前記相関信号の位相の変位量を検出
することにより当該回転軸の捩り変位量を検出する変位
量分析手段とを有することを特徴とする回転捩り振動計
測装置。 【請求項７】 〔請求項４〕乃至〔請求項６〕の何れか
一つに記載する回転捩り振動計測装置において、 変位検出手段は、磁性体である回転軸との間のミクロン
オーダの距離の変化を磁束の変化として検出する電磁式
センサであることを特徴とする回転捩り振動計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000330195A JP2002139374A (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 回転捩り振動計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000330195A JP2002139374A (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 回転捩り振動計測方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002139374A true JP2002139374A (ja) | 2002-05-17 |
Family
ID=18806761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000330195A Withdrawn JP2002139374A (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 回転捩り振動計測方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002139374A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010156564A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Ihi Corp | ねじり振動測定装置及び方法 |
| KR20150124099A (ko) * | 2014-04-28 | 2015-11-05 | 한국수력원자력 주식회사 | 비틀림 진동의 진단 및 평가 장치와 그 방법 |
| CN105171778A (zh) * | 2015-10-13 | 2015-12-23 | 西安交通大学 | 一种工业机器人关节减速器扭振提取与分析方法 |
| CN109070297A (zh) * | 2016-04-28 | 2018-12-21 | 株式会社捷太格特 | 机床系统以及表面粗糙度检测方法 |
| CN113358203A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-09-07 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院 | 一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法和系统 |
-
2000
- 2000-10-30 JP JP2000330195A patent/JP2002139374A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010156564A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Ihi Corp | ねじり振動測定装置及び方法 |
| KR20150124099A (ko) * | 2014-04-28 | 2015-11-05 | 한국수력원자력 주식회사 | 비틀림 진동의 진단 및 평가 장치와 그 방법 |
| KR101633972B1 (ko) * | 2014-04-28 | 2016-06-27 | 한국수력원자력 주식회사 | 비틀림 진동의 진단 및 평가 장치와 그 방법 |
| CN105171778A (zh) * | 2015-10-13 | 2015-12-23 | 西安交通大学 | 一种工业机器人关节减速器扭振提取与分析方法 |
| CN109070297A (zh) * | 2016-04-28 | 2018-12-21 | 株式会社捷太格特 | 机床系统以及表面粗糙度检测方法 |
| CN109070297B (zh) * | 2016-04-28 | 2021-07-09 | 株式会社捷太格特 | 机床系统以及表面粗糙度检测方法 |
| CN113358203A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-09-07 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院 | 一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法和系统 |
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