JP2017032496A - 軸振動計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の中心軸の軸振動を計測することのできる軸振動計測装置を提供する。【解決手段】軸振動計測装置は、カメラ２１が撮影したプロペラ１１の撮影画像Ｐと、撮影画像Ｐを撮影したときのプロペラ１１の回転角度におけるプロペラ１１を示すテンプレートとのマッチングを行うマッチング部２５と、マッチングによって撮影画像Ｐのプロペラ１１とテンプレートのプロペラ１１との位置を一致させることで、テンプレートのプロペラ１１の中心軸に基づいてプロペラ１１の中心軸の位置を計測する位置計測部２６と、位置計測部２６が計測したプロペラ１１の中心軸の位置変化から軸振動を計測する軸振動計測部２７とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転体における中心軸の振動を計測する軸振動計測装置に関する。

回転体の回転角度を検出する検出装置としては、光学式回転角検出装置が知られている。光学式回転角検出装置の一例では、回転軸に結合された回転円盤と、発光素子と受光素子との対を有する検出ヘッド部とを備えている。回転円盤には、回転角を検出するための放射状格子パターンがスリット状に形成されている。発光素子から発せられた光は、回転円盤のスリットを透過して受光素子に達するように、発光素子と受光素子とは互いに対向して配置されている。光学式回転角検出装置は、受光素子に達した光の有無に基づいて回転角度を検出する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１４１４３３号公報

ところで、回転中心の周りや回転中心の軸方向において回転体の質量分布や剛性分布に偏りが生じると、回転体における中心軸の振動である軸振動が生じる。上記のような回転角度検出装置では、回転体の回転角度を検出することはできるが、回転体における中心軸の振動を計測することはできない。回転体が受ける負荷の程度や回転体による出力の程度などの特性は、こうした軸振動の形態や強度などの振動状態に応じて異なるため、回転体における中心軸の振動を計測することは強く求められている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転体における中心軸の振動を計測することのできる軸振動計測装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する軸振動計測装置は、回転体を撮影する撮影部と、前記回転体の回転角度に関する情報と前記撮影部が撮影した前記回転体の撮影画像とを取得する取得部と、複数のテンプレートを記憶する記憶部であって、前記複数のテンプレートの各々が互いに異なる回転角度での前記回転体の画像を示す前記記憶部と、前記取得部が取得した前記情報に基づいて、前記取得部が取得した前記撮影画像と、当該撮影画像を撮影したときの前記回転体の回転角度に対応する前記テンプレートとのマッチングを行うマッチング部と、前記テンプレートにおける前記回転体の中心軸に対する前記撮影画像における前記回転体の中心軸の位置を計測する位置計測部と、前記位置計測部が計測した前記回転体の中心軸の位置変化から軸振動を計測する軸振動計測部と、を備えることをその要旨としている。

上記構成によれば、撮影部が撮影した回転体を含む撮影画像と、撮影画像を撮影したときの回転角度におけるテンプレートとをマッチングさせることによって、回転体の中心軸の位置を計測し、それによって、軸振動を計測することができる。

上記軸振動計測装置について、前記テンプレートを作成するテンプレート作成部をさらに備え、前記テンプレート作成部は、前記撮影部が計測開始時に撮影した前記回転体の画像である基準画像を用い、前記回転体の中心軸を中心として前記基準画像を一定角度ずつ回転させる処理によって、前記テンプレートを作成することが好ましい。

上記構成によれば、軸振動の計測が行われる環境と同じ環境においてテンプレート用の撮影画像が撮影され、こうした撮影画像からテンプレートが作成される。このため、計測時における撮影画像と、テンプレートが示す画像との差異を抑制することができるため、マッチングの精度を高めることができる。

上記軸振動計測装置について、前記テンプレートを作成するテンプレート作成部をさらに備え、前記テンプレート作成部は、前記回転体の回転角度が一定角度ずつ進む毎に前記撮影部が撮影した前記回転体の画像を取得し、前記撮影部が計測開始時に撮影した前記回転体の画像である基準画像を用いて前記回転体の中心軸の位置を算出し、前記基準画像の前記回転体の中心軸の位置を用いて他の回転角度における前記画像の前記回転体の中心軸の位置を算出して、前記テンプレートを作成することが好ましい。

上記構成によれば、軸振動の計測が行われる環境と同じ環境においてテンプレート用の撮影画像が撮影され、こうした撮影画像からテンプレートが作成される。このため、計測時における撮影画像と、テンプレートが示す画像との差異を抑制することができるため、マッチングの精度を高めることができる。また、回転体の各回転角度の画像を取得してテンプレートを作成するので、画像の回転体の位置によって輝度が異なるときにマッチングの精度の低下を抑制することができ、ひいては計測時間を短縮することができる。

上記軸振動計測装置について、前記回転体の回転角度に関する情報は、前記回転体の回転角度が一定角度ずつ進む毎に生成されるパルス信号であり、前記取得部は、前記取得部が前記パルス信号を取得するタイミングに基づいて、前記撮影部が前記回転体を撮影するタイミングを定めることが好ましい。

上記構成によれば、回転角度に関する情報であるパルス信号に基づいて撮影部が駆動されるため、回転角度と撮影画像との対応付けが容易である。
上記軸振動計測装置について、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出部をさらに備え、前記回転体の回転に関する情報は、前記回転角度検出部の検出結果であることが好ましい。

上記構成によれば、軸振動計測装置が回転角度検出部を備えるため、回転角度検出部が設けられていない回転機器に対しても、軸振動を計測することができる。

本発明によれば、回転体の中心軸の振動を計測することができる。

軸振動計測装置の一実施形態において、その概略構成を示すブロック図。 （ａ）、（ｂ）は検出信号の一例を示す図、（ｃ）は駆動タイミング信号の一例を示す図、（ｄ）、（ｅ）は制御タイミング信号の一例を示す図。 同実施形態の軸振動計測装置によって撮影された撮影画像の一例を示す図。 （ａ）〜（ｄ）は同実施形態の軸振動計測装置がマッチングに用いるテンプレートの一例を示す図。 同実施形態の軸振動計測装置による回転体の計測を示す図。 （ａ）〜（ｄ）は同実施形態の軸振動計測装置によるテンプレートマッチングを示す図。 同実施形態の軸振動計測装置によって計測された中心軸の位置の軌跡を示す図。 軸振動計測装置の変形例において、その概略構成を示すブロック図。

以下、図１〜図７を参照して、軸振動計測装置の一実施形態について説明する。軸振動計測装置は、回転機器に設けられた回転体の中心軸の位置を計測し、それによって、中心軸の軸振動を計測する。本実施形態では、回転体の一例としてプロペラを備えた回転機器に対し、プロペラの中心軸の軸振動を計測する。

図１に示すように、回転機器１０は、プロペラ１１と、プロペラ１１に接続される回転軸１２と、回転軸１２を駆動させることでプロペラ１１を回転させるモータ等の駆動部１３と、回転軸１２の回転角度を検出するエンコーダ１４とを備えている。プロペラ１１は、３枚のブレード１１ａを有している。なお、エンコーダ１４が回転角度検出部として機能する。

エンコーダ１４は、回転軸１２に取り付けられる回転ディスクと、発光素子と、受光素子とを備える光学式のエンコーダである。エンコーダ１４は、光を透過する透過部と、光を透過しない不透過部とから構成されるパターンを有した回転ディスクを備える。エンコーダ１４は、回転ディスクが回転することで生成されるパルス信号である１回転１パルスの回転の基準信号Ｓｏと、所定の回転角度で出力される角度検出信号Ｓａとを回転体の回転角度に関する情報として出力する。

軸振動計測装置２０は、プロペラ１１を撮影する撮影部としてのカメラ２１と、計測に伴う各制御を行う制御部２２と、計測の結果及び計測の設定等を表示する表示部３１と、計測の指示等の入力を行う操作部３２とを備えている。

カメラ２１は、例えば、高速度カメラである。カメラ２１に設定されたシャッタースピードは、回転しているプロペラ１１をカメラ２１が撮影したときに、撮影時の回転角度でプロペラ１１が静止した画像をカメラ２１に生成させることができるスピードである。回転機器１０に取り付けられたエンコーダ１４から出力される基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａは、制御信号作成部３０に入力され、シャッターの駆動タイミング信号でカメラ２１のシャッターを駆動する。カメラ２１は、シャッターを駆動する毎にプロペラ１１を撮影し、プロペラ１１の画像が含まれる撮影画像Ｐを制御部２２に出力する。角度検出信号Ｓａは、プロペラ１１の回転角度が一定角度ずつ進む毎にエンコーダ１４から出力されるパルス信号である。

カメラ２１とエンコーダ１４との間には、エンコーダ１４から出力される基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａから、カメラ２１に入力されるシャッターの駆動タイミング信号Ｓｂ、制御部２２に入力される制御タイミング信号Ｓｃ（基準回転角度信号Ｓｃ０、回転角度信号Ｓｃ１）を生成、出力する制御信号作成部３０が設けられている。制御信号作成部３０は、信号のレベル調整（振幅の増幅・減衰調整）、分周・逓倍（パルス数の調整）、エッジ検出（パルス幅の固定化）を行う。制御部２２は、制御信号作成部３０の設定値を設定する機能を持っている。シャッターの駆動タイミング信号Ｓｂは、カメラ２１が使用可能な値まで増幅された信号である。カメラ２１は、駆動タイミング信号Ｓｂのパルスごとにシャッターを駆動する。すなわち、駆動タイミング信号Ｓｂは、プロペラ１１の回転角度が一定角度ずつ進む毎にパルスが出力されるため、プロペラ１１の回転角度が一定角度ずつ進む毎にシャッターは駆動され、それによって、プロペラ１１の回転角度が一定角度ずつ進む毎にプロペラ１１の撮影が行われる。

軸振動計測装置２０は、制御部２２、制御信号作成部３０、表示部３１、および、操作部３２を収納する筐体２０ａを備えている。カメラ２１は、筐体２０ａの外部に配置され、図示しない接続線を介して筐体２０ａ内の制御部２２と電気的接続されて制御部２２によって設定も行われる。

制御部２２は、制御信号作成部３０に接続される取得部２３を備えている。制御信号作成部３０は、エンコーダ１４から出力される基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａから、制御部２２に以降の処理を進めさせるための制御タイミング信号Ｓｃを生成し、この制御タイミング信号Ｓｃを制御部２２に出力する。なお、制御タイミング信号Ｓｃは、基準回転角度信号Ｓｃ０と、回転角度信号Ｓｃ１との２つの信号を含む。制御部２２が行う以降の処理には、例えば、撮影画像Ｐが制御部２２に入力されるタイミングと、当該撮影画像Ｐが撮影されたときのプロペラ１１の回転角度が制御部２２に入力されるタイミングとの同期を取る処理が含まれる。取得部２３は、制御信号作成部３０が出力する制御タイミング信号Ｓｃと、カメラ２１が撮影したプロペラ１１の撮影画像Ｐとを取得する。取得部２３は、制御タイミング信号Ｓｃに含まれるパルス数をカウントし、制御タイミング信号Ｓｃが入力されるごとにプロペラ１１の回転角度を更新する。また、取得部２３は、制御タイミング信号Ｓｃのパルスごとに、カメラ２１から入力された撮影画像Ｐと、そのときの回転角度とを対応付ける。

制御部２２は、撮影画像Ｐとのマッチングに用いられる複数のテンプレートを記憶する記憶部２４を備えている。記憶部２４が記憶する各テンプレートは、プロペラ１１を示す画像データであり、他のテンプレートが示すプロペラ１１の回転角度とは異なる回転角度でのプロペラ１１を示す。記憶部２４は、各テンプレートと、当該テンプレートが示すプロペラ１１の回転角度とを対応付けている。こうしたテンプレートは、例えば、計測開始時にカメラ２１が撮影した撮影画像Ｐに含まれるプロペラ１１の画像を基準画像とし、この基準画像の回転処理によって作成される。

制御部２２は、計測時の撮影画像Ｐに含まれるプロペラ１１の画像と、テンプレートが示す画像とのマッチングを行うマッチング部２５を備えている。マッチング部２５は、撮影画像Ｐに対応付けられた回転角度と、テンプレートに対応付けられた回転角度とを一致させる。マッチング部２５は、テンプレートが示す画像を撮影画像Ｐに対して走査させる。また、マッチング部２５は、テンプレートが示す画像の走査位置の中から、撮影画像Ｐに含まれるプロペラ１１の画像と、テンプレートが示すプロペラ１１の画像との間において、外形や特徴部分が一致するときの走査位置を探す。なお、マッチング部２５は、テンプレート作成部の一例であり、測定開始時の撮影画像Ｐからテンプレートを生成する機能を兼ね備える。

制御部２２は、位置計測部２６と軸振動計測部２７とを備える。位置計測部２６は、マッチングの結果に基づいて、撮影画像Ｐにおけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測する。すなわち、位置計測部２６は、撮影画像Ｐに含まれるプロペラ１１の画像と、テンプレートの画像とが一致したときの走査位置から、撮影画像Ｐに含まれるプロペラ１１の画像に対し、その中心軸１２ａの位置を計測する。軸振動計測部２７は、複数の撮影画像Ｐから得る中心軸１２ａの位置を用いて中心軸１２ａの振動を計測する。すなわち、軸振動計測部２７は、位置計測部２６が計測した中心軸１２ａの位置の変化である中心軸１２ａの軌跡から中心軸１２ａの振動を計測する。

続いて、図２〜図７を参照して、上記のように構成された軸振動計測装置２０によるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置計測について説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、エンコーダ１４から出力される基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａは、制御信号作成部３０において、カメラ２１のシャッターを駆動する駆動タイミング信号Ｓｂおよび制御部２２に入力される制御タイミング信号Ｓｃ（基準回転角度信号Ｓｃ０、回転角度信号Ｓｃ１）に変換される。カメラ２１は、駆動タイミング信号Ｓｂに基づいて、プロペラ１１の回転角度が一定角度（ここでは４５°）ずつ進む毎にプロペラ１１を撮影する。カメラ２１によって撮影された撮影画像Ｐの一例を図３に示す。

図３に示すように、撮影画像Ｐには、回転軸１２の中心軸１２ａを中心に回転するプロペラ１１と、回転機器１０に固定され、回転機器１０に対する位置が変化しない円形の枠１５とが含まれている。ここで、回転機器１０が駆動されるときには、プロペラ１１の中心軸１２ａの位置が、カメラ２１の撮影する空間内の定点に対して変化し、こうした定点に対してずれることがある。カメラ２１の撮影する空間内の定点は、中心軸１２ａの位置に対して基準となる基準位置であって、プロペラ１１の中心軸１２ａの基準位置に対する位置ずれが発生したときは、回転機器１０に固定された枠１５に対するプロペラ１１の中心軸１２ａの位置も変化する。なお、枠１５は、プロペラ１１の位置ずれが分かりやすいように記載している。軸振動計測装置２０は、このように、基準位置に対するプロペラ１１の位置ずれを計測することができる。

図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、記憶部２４が記憶するテンプレートは、例えば、４つのテンプレートＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４である。テンプレートＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の各々が示す画像は、エンコーダ１４によって検出される回転角度が一定角度（ここでは４５°）ずつ回転したプロペラ１１を示す画像である。図中左から右に向かって、各テンプレートＴが示すプロペラ１１のブレード１１ａは、中心軸１２ａを中心として、一定角度である４５°ずつ回転した位置に示されている。

続いて、図５〜図７を併せて参照して、軸振動計測装置２０の動作について説明する。
まず、ユーザは、軸振動計測装置２０によって計測を開始する前に、エンコーダ１４からの出力が得られる出力端子と軸振動計測装置２０とを接続する。また、ユーザは、軸振動計測装置２０に接続されるカメラ２１が回転機器１０のプロペラ１１を正面から撮影できる位置に、カメラ２１を設置する。そして、ユーザは、操作部３２を操作して、軸振動の計測を開始させる。

マッチング部２５は、軸振動の計測を開始する前に、静止状態のプロペラ１１の画像を含む撮影画像Ｐから、各テンプレートＴを生成する。例えば、マッチング部２５は、図３に示す撮影画像Ｐに含まれるプロペラ１１の画像に対して外接円Ｃを設定し、この外接円Ｃの中心ＣＰをプロペラ１１の中心軸１２ａとして設定する。そして、マッチング部２５は、撮影画像Ｐに含まれるプロペラ１１の画像を、中心軸１２ａを中心として、一定角度（ここでは４５°）ずつ回転させた画像から、上記各テンプレートＴを生成する。また、マッチング部２５は、中心ＣＰの位置を、各テンプレートＴにおけるプロペラ１１の中心軸１２ａの基準位置として予め保持する。

図５に示すように、軸振動計測装置２０は、回転するプロペラ１１をカメラ２１に撮影させる（ステップＳ１）。すなわち、軸振動計測装置２０は、計測が開始されると、制御信号作成部３０から出力された駆動タイミング信号Ｓｂにおけるパルス毎に、カメラ２１にプロペラ１１を撮影させる。また、軸振動計測装置２０は、エンコーダ１４から出力される基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａに基づいた回転角度と、その基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａに従って撮影された撮影画像Ｐとを対応付けて記憶する。各回転角度（０°，４５°，９０°，１３５°）においてカメラ２１によって撮影された撮影画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の一例を図６に示す。

そして、軸振動計測装置２０は、テンプレートマッチングを行う（ステップＳ２）。すなわち、制御部２２のマッチング部２５は、カメラ２１によって撮影された撮影画像Ｐ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）と、各回転角度（０°，４５°，９０°，１３５°）におけるテンプレートＴ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）とのマッチングを回転角度ごとに行う。この際に、マッチング部２５は、カメラ２１が撮影した撮影画像Ｐに対して、当該撮影画像Ｐに対応付けられた回転角度と同じ回転角度に対応付けられたテンプレートＴが示す画像を走査させ、これらにおいてプロペラ１１の画像が一致する走査位置を探す。

なお、マッチング部２５は、回転軸１２の位置がずれる範囲、すなわち、撮影画像Ｐとテンプレートとが一致するときの走査位置の範囲が予め推定される場合には、当該範囲に限定してテンプレートＴが示す画像を走査させることが好ましい。

続いて、軸振動計測装置２０は、各撮影画像Ｐにおけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測する（ステップＳ３）。すなわち、制御部２２の位置計測部２６は、各撮影画像Ｐ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）におけるプロペラ１１の画像と、テンプレートＴ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）が示す画像とが一致したときの走査位置から、各撮影画像Ｐにおけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測する。各撮影画像Ｐにおけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置は、上述した基準位置を基準とする位置である。

上記各ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３において行われる画像処理についてプロペラ１１の画像を用いて以下に説明する。
図６に示すように、マッチング部２５は、撮影画像Ｐに対してテンプレートＴが示す画像を一致させる。図６（ａ）に示すように、マッチング部２５は、回転角度０°に対応付けられた撮影画像Ｐ１に含まれるプロペラ１１の画像に対して、回転角度０°に対応付けられたテンプレートＴ１が示す画像を走査によって一致させる。そして、位置計測部２６は、テンプレートＴ１が示す画像の走査位置から、回転角度０°におけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測する。プロペラ１１の中心軸１２ａの位置は、表示部３１に表示される座標空間においてドットとして表示される。

図６（ｂ）に示すように、マッチング部２５は、回転角度４５°に対応付けられた撮影画像Ｐ２に含まれるプロペラ１１の画像に対して、回転角度４５°に対応付けられたテンプレートＴ２が示す画像を走査によって一致させる。そして、位置計測部２６は、テンプレートＴ２が示す画像の走査位置から、回転角度４５°におけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測する。プロペラ１１の中心軸１２ａの位置は、表示部３１に表示された上記座標空間においてドットとして表示される。

図６（ｃ）に示すように、マッチング部２５は、回転角度９０°に対応付けられた撮影画像Ｐ３に含まれるプロペラ１１の画像に対して、回転角度９０°に対応付けられたテンプレートＴ３が示す画像を走査によって一致させる。そして、位置計測部２６は、テンプレートＴ３が示す画像の走査位置から、回転角度９０°におけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測する。プロペラ１１の中心軸１２ａの位置は、表示部３１に表示された上記座標空間においてドットとして表示される。

図６（ｄ）に示すように、マッチング部２５は、回転角度１３５°に対応付けられた撮影画像Ｐ４に含まれるプロペラ１１の画像に対して、回転角度１３５°に対応付けられたテンプレートＴ４が示す画像を走査によって一致させる。そして、位置計測部２６は、テンプレートＴ４が示す画像の走査位置から、回転角度１３５°におけるプロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測する。プロペラ１１の中心軸１２ａの位置は、表示部３１に表示された上記座標空間においてドットとして表示される。

そして、軸振動計測部２７は、各回転角度（０°，４５°，９０°，１３５°）において上記ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返すことで、プロペラ１１の中心軸１２ａの位置の軌跡を得ることができる。軸振動計測部２７は、プロペラ１１の中心軸１２ａの位置の軌跡から軸振動を計測する。プロペラ１１の中心軸１２ａの位置の軌跡を示す軌跡画像Ｐｘを図７に示す。プロペラ１１の中心軸１２ａの位置の軌跡は、表示部３１に表示される。

図７に示すように、軸振動計測装置２０によって計測されたプロペラ１１の回転軸１２の位置は、一定ではなく、各回転角度（０°，４５°，９０°，１３５°）において異なっている。このように、軸振動計測装置２０によって回転機器１０のプロペラ１１において位置ずれが発生していることを計測することができる。すなわち、軸振動計測装置２０は、プロペラ１１の回転角度に応じた中心軸１２ａの周期的な変位を、中心軸１２ａの振動として計測することができる。

また、軸振動計測装置２０は、プロペラ１１をカメラ２１によって撮影するだけなので、例えば、プロペラ１１の画像を取得することを可能にした大きさにまで、カメラ２１とプロペラ１１との間の距離を大きくすることが可能であり、プロペラ１１の近傍にセンサを取り付ける作業がなく、計測時の準備作業が容易である。さらに、プロペラ１１の回転軸１２の変位が比較的大きいものであっても、回転軸１２の近傍にセンサ類が位置しないので、軸振動を計測することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）カメラ２１が撮影したプロペラ１１を含む撮影画像Ｐと、撮影画像Ｐを撮影したときの回転角度におけるテンプレートＴとをマッチングさせることによって、プロペラ１１の中心軸１２ａの位置を計測し、それによって、軸振動を計測することができる。

（２）軸振動の計測を行う同じ環境下においてカメラ２１によって撮影された撮影画像Ｐを使ってテンプレートＴが作成される。このため、撮影画像ＰとテンプレートＴとの画像の差異を抑制することができるので、マッチングの精度を高めることができる。

（３）基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａに基づいてカメラ２１を駆動させることができるので、プロペラ１１の回転角度に基づいて撮影させる制御部が必要なく、構成を簡略化することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
［マッチングの頻度］
・制御部２２が行うマッチングは、角度検出信号Ｓａに含まれるパルス毎に１回ずつ行われてもよいし、複数のパルス毎に１回ずつ行われてもよいし、１つのパルスごとに複数回ずつ行われてもよい。すなわち、制御部２２において、撮影画像Ｐと回転角度とを対応付ける処理と、その対応付けから中心軸１２ａの位置を計測する処理とは、角度検出信号Ｓａに含まれるパルス毎に１回ずつ行われてもよいし、複数のパルス毎に１回ずつ行われてもよいし、１つのパルスごとに複数回ずつ行われてもよい。

１つのパルスごとに複数回ずつマッチングが行われる具体例として、例えば、制御信号作成部３０は、基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａを逓倍させる。このようにすれば、角度検出信号Ｓａに含まれるパルスの時間間隔よりも短い時間間隔によって中心軸１２ａの位置を計測することが可能にもなる。

［回転角度に関する情報］
・軸振動計測装置は制御信号作成部３０が省略され、かつカメラ２１が、角度検出信号Ｓａから駆動タイミング信号Ｓｂを生成する機能を有してもよい。カメラ２１は、シャッターを駆動させる信号として基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａを処理できるように構成される。そして、エンコーダ１４からカメラ２１へ基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａが入力される。

・軸振動計測装置からは制御信号作成部３０が省略され、かつ制御部２２が、基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａから駆動タイミング信号Ｓｂを生成する機能を有してもよい。制御部２２は、撮影画像Ｐと回転角度とを基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａに従って対応付けるように構成される。そして、エンコーダ１４から制御部２２へ基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａが入力され、制御部２２からカメラ２１へ駆動タイミング信号Ｓｂが入力される。なお、こうした構成においては、上述した制御信号作成部３０の機能を制御部２２が備えてもよい。

・回転体の回転角度に関する情報を生成するエンコーダ１４は、回転機器１０に搭載されず、例えば、軸振動計測装置２０に搭載されてもよい。
・上記実施形態では、回転体の回転角度に関する情報を生成する構成として光学式のエンコーダ１４を説明したが、こうした構成は、例えば磁気式等のエンコーダであってもよい。

・回転体の回転角度に関する情報は、エンコーダ１４から出力されパルス信号である基準信号Ｓｏおよび角度検出信号Ｓａなどの測定値を示す情報に限らず、例えば、駆動部１３の駆動量を制御する制御信号などの目標値であってもよい。回転体の回転角度に関する情報が目標値である一例として、図８に示すように、回転機器１０の駆動部１３からは、プロペラ１１の回転角度の目標値を示す角度信号Ｓｄが制御部２２に入力される。制御部２２は、角度信号Ｓｄから駆動タイミング信号Ｓｂを生成する機能を備え、制御部２２からカメラ２１に駆動タイミング信号Ｓｂが入力される。要は、回転体の回転角度に関する情報は、撮影画像とテンプレートとを回転角度ごとに対応付けることの可能な情報であればよい。

なお、制御部２２の有する機能は、ハードウェアのみによって実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現されてもよい。この際に、計測プログラムは、コンピューターを、回転体の回転角度に関する情報を取得する取得部、複数のテンプレートを記憶する記憶部、上述したマッチングを行うマッチング部、回転体の中心軸の位置を計測する位置計測部、中心軸の位置変化から軸振動を計測する軸振動計測部として機能させる。

・上記実施形態では、軸振動計測装置２０の制御部２２において、カメラ２１が撮影したプロペラ１１（回転体）の画像を、即時にテンプレートＴとマッチングして、回転体の中心軸の位置と軸振動とを計測した。しかしながら、カメラ２１が撮影した回転体の画像を記憶装置に一旦蓄積しておいて、後ほどテンプレートＴとマッチングして、回転体の中心軸の位置を計測して、軸振動を計測してもよい。また、このときのテンプレートＴとマッチングと、回転体の中心軸の位置および軸振動の計測とを異なる演算装置で行ってもよい。

［テンプレート］
・上記実施形態では、軸振動の計測を開始する前に静止状態のプロペラ１１がカメラ２１によって撮影され、その撮影画像である基準画像の画像処理によって、制御部２２がテンプレートＴを作成する。これに限らず、テンプレート用の撮影画像を得るための撮影環境と、軸振動を計測する際の計測環境とが大きく異ならなければ、軸振動の計測に先駈けてテンプレート用の撮影画像が予め生成されてもよい。

・また、静止状態のプロペラ１１をカメラ２１が撮影してテンプレートＴを生成したが、回転状態のプロペラ１１をカメラ２１が撮影してテンプレートＴを生成してもよい。
・上記実施形態では、カメラ２１が撮影する撮影画像Ｐが基準画像として用いられ、基準画像を回転させる処理によって各テンプレートＴが生成される。テンプレートＴの生成される形態は、これに限らず、例えば、制御部２２は、プロペラ１１の回転角度が一定角度ずつ進む毎にカメラ２１が撮影したプロペラ１１の画像を取得し、カメラ２１が計測開始時に撮影した撮影画像Ｐを基準画像として用いる。制御部２２は、基準画像を用いてプロペラ１１の中心軸の位置を算出し、基準画像のプロペラ１１の中心軸の位置を用いて他の回転角度における撮影画像Ｐのプロペラ１１の中心軸の位置を算出して、テンプレートＴを作成してもよい。このようにすれば、プロペラ１１の各回転角度の撮影画像Ｐを取得してテンプレートを作成するので、撮影画像Ｐのプロペラ１１の位置によって輝度が異なるときにマッチングの精度の低下を抑制することができ、ひいては計測時間を短縮することができる。

・上記実施形態において、カメラ２１とは別のカメラによってプロペラ１１が撮影され、そのカメラの撮影画像から生成されたテンプレートが、記憶部２４に予め記憶されてもよい。

［計測対象］
・計測の対象である中心軸１２ａの位置は、撮影空間内の定点に限らず、例えば、上述した枠１５に相当する構造物であってもよいし、撮影空間内に位置する他の構造物であってもよいし、先に撮影された撮影画像Ｐから得られる中心軸１２ａの位置であってもよい。

・プロペラ１１が有するブレード１１ａの数量は、３枚に限らず、２枚以下であってもよいし、４枚以上であってもよく、適宜変更可能である。
・軸振動計測装置が計測する対象は、プロペラ１１の中心軸１２ａの軸振動に限らず、ホイール、歯車等の他の形状を有する部材の中心軸の軸振動であってもよい。また、回転体は、プロペラ等に限らず、回転するものであればよく、回転軸そのものであってもよい。また、中心軸に沿った視線方向において真円形状を有する構造体であっても中心軸の軸振動を計測できる。

１０…回転機器、１１…プロペラ（回転体）、１１ａ…ブレード、１２…回転軸、１２ａ…中心軸、１３…駆動部、１４…エンコーダ、１５…枠、２０…軸振動計測装置、２０ａ…筐体、２１…カメラ（撮影部）、２２…制御部、２３…取得部、２４…記憶部、２５…マッチング部、２６…位置計測部、２７…軸振動計測部、３０…制御信号作成部、３１…表示部、３２…操作部、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…撮影画像、Ｐｘ…軌跡画像、Ｓｏ…基準信号、Ｓａ…角度検出信号、Ｓｂ…駆動タイミング信号、Ｓｃ…制御タイミング信号、Ｓｃ１…回転角度信号、Ｓｃ０…基準回転角度信号、Ｓｄ…角度信号、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…テンプレート。

Claims (5)

1. 回転体を撮影する撮影部と、
   前記回転体の回転角度に関する情報と前記撮影部が撮影した前記回転体の撮影画像とを取得する取得部と、
   複数のテンプレートを記憶する記憶部であって、前記複数のテンプレートの各々が互いに異なる回転角度での前記回転体の画像を示す前記記憶部と、
   前記取得部が取得した前記情報に基づいて、前記取得部が取得した前記撮影画像と、当該撮影画像を撮影したときの前記回転体の回転角度に対応する前記テンプレートとのマッチングを行うマッチング部と、
   前記テンプレートにおける前記回転体の中心軸に対する前記撮影画像における前記回転体の中心軸の位置を計測する位置計測部と、
   前記位置計測部が計測した前記回転体の中心軸の位置変化から軸振動を計測する軸振動計測部と、を備える
   軸振動計測装置。
2. 前記テンプレートを作成するテンプレート作成部をさらに備え、
   前記テンプレート作成部は、前記撮影部が計測開始時に撮影した前記回転体の画像である基準画像を用い、前記回転体の中心軸を中心として前記基準画像を一定角度ずつ回転させる処理によって、前記テンプレートを作成する
   請求項１に記載の軸振動計測装置。
3. 前記テンプレートを作成するテンプレート作成部をさらに備え、
   前記テンプレート作成部は、前記回転体の回転角度が一定角度ずつ進む毎に前記撮影部が撮影した前記回転体の画像を取得し、前記撮影部が計測開始時に撮影した前記回転体の画像である基準画像を用いて前記回転体の中心軸の位置を算出し、前記基準画像の前記回転体の中心軸の位置を用いて他の回転角度における前記画像の前記回転体の中心軸の位置を算出して、前記テンプレートを作成する
   請求項１に記載の軸振動計測装置。
4. 前記回転体の回転角度に関する情報は、前記回転体の回転角度が一定角度ずつ進む毎に生成されるパルス信号であり、
   前記取得部は、前記取得部が前記パルス信号を取得するタイミングに基づいて、前記撮影部が前記回転体を撮影するタイミングを定める
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸振動計測装置。
5. 前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出部をさらに備え、
   前記回転体の回転に関する情報は、前記回転角度検出部の検出結果である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸振動計測装置。