JP2017161432A - 光計測装置、光計測方法及び回転機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光の発光波長を変更可能なレーザ11と、レーザ11から出力された光をロータ22に照射する発光ファイバ13と、ロータ22に凹設され、発光ファイバ13から照射された光を反射する凹面24と、凹面24により反射された光を受光する受光ファイバ14と、受光ファイバ14で受光した光の強度を検出するフォトディテクタ16と、レーザ11を制御すると共に、フォトディテクタ16で検出した強度に基づいて、光計測を行う制御装置10とを有し、レーザ11の発光波長を変更させながら、フォトディテクタ16により強度を検出して、強度が最大となる発光波長を選択し、選択した発光波長による出射角度の光を用いて、凹面24により反射された光の強度を検出して、光計測を行う。
【選択図】図7
Description
光を出力すると共に当該光の発光波長を変更可能な波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射する第1の光ファイバと、
前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなり、前記第1の光ファイバから照射された前記光を反射する凹面と、
前記凹面により反射された前記光を受光する第2の光ファイバと、
前記第2の光ファイバで受光した前記光の強度を検出する強度検出手段と、
前記波長可変光源を制御すると共に、前記強度検出手段で検出した前記強度に基づいて、光計測を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする。
上記第1の発明に記載の光計測装置において、
前記凹面は、着色面、鏡面、拡散反射面及び琺瑯加工面のいずれか1つである
ことを特徴とする。
上記第1又は第2の発明に記載の光計測装置において、
更に、前記回転体の温度を検出する温度検出手段と、前記回転体の回転数を検出する回転数検出手段とを有し、
前記制御手段は、
前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第1の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
設定した前記発光波長による前記出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする。
上記第3の発明に記載の光計測装置において、
前記制御手段は、
前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第1の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
設定した前記発光波長を中心波長とする波長領域において、前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする。
上記第1〜第4のいずれか1つの発明に記載の光計測装置を備えた
ことを特徴とする。
光の発光波長を変更可能な波長可変光源から前記光を出力し、
第1の光ファイバを用いて前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射し、
前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなる凹面により、前記第1の光ファイバから照射された前記光を反射し、
第2の光ファイバを用いて前記凹面により反射された前記光を受光し、
強度検出手段を用いて前記第2の光ファイバで受光した前記光の強度を検出し、
前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、光計測を行う
ことを特徴とする。
本実施例の光計測装置は、図1に示すように、制御装置10、レーザ11、光ファイバ群12、センサヘッド15、フォトディテクタ16を有している。そして、そのセンサヘッド15が回転機械20のケーシング21に取り付けられている。静止部であるケーシング21の内部には、回転部(回転体)であるロータ22と、ロータ22を回転可能に支持するシャフト23が設けられており、ケーシング21に取り付けられたセンサヘッド15は、ロータ22の円筒面22a(外周面)を望むように配置されている。
制御装置10は、クリアランスdの初期値である初期クリアランスd0に合わせて、レーザ11の発光波長λ=λ0を選択する。図5(a)に示すように、初期クリアランスd0は、回転機械20の運転前において、発光ファイバ13(センサヘッド15)の先端とロータ22の円筒面22aとの間の距離である。また、発光波長λ0のときの発光ファイバ13からの出射角度θ=θ0とする。
発光波長λ0の選択後、回転機械20の運転を行う。回転機械20の運転に伴い、ロータ22の回転数の変化や温度変化により、クリアランスdが初期クリアランスd0からd1へ変化する。
そこで、本実施例において、制御装置10は、レーザ11の発光波長を変更(スキャン)しながら、フォトディテクタ16で反射強度を検出し、反射強度が最も大きい発光波長を計測における発光波長λ=λ1として選択している。
制御装置10は、ステップS4で選択した発光波長λ1を用いて、凹面24により反射された反射強度を検出し、検出した反射強度に基づいて、所望の計測を行う。
本実施例の光計測装置は、上記実施例1に示した光計測装置を前提としている。そのため、ここでは、図1〜図3に示した実施例1の光計測装置と同様の構成には、同じ符号を付し、重複する構成については、その説明を省略する。
実施例1におけるステップS1と同様に、制御装置10は、初期クリアランスd0に合わせて、レーザ11の発光波長λ=λ0を選択する。
実施例1におけるステップS2と同様に、発光波長λ0の選択後、回転機械20の運転を行う。回転機械20の運転に伴い、回転数の変化や温度変化により、クリアランスdが初期クリアランスd0からd1へ変化する。
制御装置10は、温度センサ17及び回転数計18を用いて、温度及び回転数を計測する。
制御装置10は、温度センサ17及び回転数計18で計測した温度及び回転数に基づく解析により、変化後のクリアランスd1を予測する。例えば、熱力学的、運動力学的にロータ22の変位を解析し、当該解析に基づいて、クリアランスd1を予測する。
制御装置10は、予測したクリアランスd1に基づいて、予測したクリアランスd1に対応する出射角度を有する発光波長λ=λ1を設定する。例えば、クリアランスd1における凹面24での受光幅がクリアランスd0における凹面24での受光幅と同じになる出射角度を求め、当該出射角度となる発光波長λ1を求めれば良い。
制御装置10は、ステップS15で設定した発光波長λ1を用いて、凹面24により反射された反射強度を検出し、検出した反射強度に基づいて、所望の計測を行う。
本実施例の光計測装置は、上記実施例2に示した光計測装置と同じ装置で良く、その光計測方法に相違があるものである。そのため、本実施例の光計測装置の図示や説明は省略し、その光計測方法を図10に示し、図8も参照して説明を行う。
実施例1におけるステップS1及び実施例2におけるステップS11と同様に、制御装置10は、初期クリアランスd0に合わせて、レーザ11の発光波長λ=λ0を選択する。
実施例1におけるステップS2及び実施例2におけるステップS12と同様に、発光波長λ0の選択後、回転機械20の運転を行う。回転機械20の運転に伴い、回転数の変化や温度変化により、クリアランスdが初期クリアランスd0からd1へ変化する。
実施例2におけるステップS13と同様に、制御装置10は、温度センサ17及び回転数計18を用いて、温度及び回転数を計測する。
実施例2におけるステップS14と同様に、制御装置10は、温度センサ17及び回転数計18で計測した温度及び回転数に基づく解析により、変化後のクリアランスd1を予測する。
実施例2におけるステップS15と同様に、制御装置10は、予測したクリアランスd1に基づいて、予測したクリアランスd1に対応する出射角度を有する発光波長λ=λ1を求めるが、これに加えて、制御装置10は、更に、この発光波長λ1を中心波長とする波長領域を設定する。
制御装置10は、設定した波長領域において、レーザ11の発光波長を変更(スキャン)しながら、フォトディテクタ16で反射強度を検出し、反射強度が最も大きい発光波長を最終的な発光波長λ=λ1として選択する。
制御装置10は、ステップS27で設定した発光波長λ1を用いて、凹面24により反射された反射強度を検出し、検出した反射強度に基づいて、所望の計測を行う。
11 レーザ
12 光ファイバ群
13 発光ファイバ
14 受光ファイバ
15 センサヘッド
16 フォトディテクタ
17 温度センサ
18 回転数計
20 回転機械
22 ロータ
22a 円筒面
24 凹面
Claims (6)
- 光を出力すると共に当該光の発光波長を変更可能な波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射する第1の光ファイバと、
前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなり、前記第1の光ファイバから照射された前記光を反射する凹面と、
前記凹面により反射された前記光を受光する第2の光ファイバと、
前記第2の光ファイバで受光した前記光の強度を検出する強度検出手段と、
前記波長可変光源を制御すると共に、前記強度検出手段で検出した前記強度に基づいて、光計測を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする光計測装置。 - 請求項1に記載の光計測装置において、
前記凹面は、着色面、鏡面、拡散反射面及び琺瑯加工面のいずれか1つである
ことを特徴とする光計測装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の光計測装置において、
更に、前記回転体の温度を検出する温度検出手段と、前記回転体の回転数を検出する回転数検出手段とを有し、
前記制御手段は、
前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第1の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
設定した前記発光波長による前記出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする光計測装置。 - 請求項3に記載の光計測装置において、
前記制御手段は、
前記温度検出手段で検出した前記温度と前記回転数検出手段で検出した前記回転数に基づいて、前記第1の光ファイバの先端から前記回転体の表面までの距離を予測し、
予測された前記距離に対応する出射角度を有する前記発光波長を設定し、
設定した前記発光波長を中心波長とする波長領域において、前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、
選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、前記光計測を行う
ことを特徴とする光計測装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の光計測装置を備えた
ことを特徴とする回転機械。 - 光の発光波長を変更可能な波長可変光源から前記光を出力し、
第1の光ファイバを用いて前記波長可変光源から出力された前記光を回転体に照射し、
前記回転体に凹設された楕円面又は放物面からなる凹面により、前記第1の光ファイバから照射された前記光を反射し、
第2の光ファイバを用いて前記凹面により反射された前記光を受光し、
強度検出手段を用いて前記第2の光ファイバで受光した前記光の強度を検出し、
前記波長可変光源の前記発光波長を変更させながら、前記強度検出手段により前記強度を検出して、前記強度が最大となる前記発光波長を選択し、選択した前記発光波長による出射角度の前記光を用いて、前記凹面により反射された前記光の前記強度を検出して、光計測を行う
ことを特徴とする光計測方法。
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