JP2965934B2

JP2965934B2 - 回転翼のブレード変位計測装置

Info

Publication number: JP2965934B2
Application number: JP8841997A
Authority: JP
Inventors: 収三木
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 1999-10-18
Anticipated expiration: 2017-04-07
Also published as: JPH10281750A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、回転翼の各ブレー
ドのトラッキングおよびリード・ラグを計測するための
ブレード変位計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転翼の製造過程における最終工程で
は、各回転翼を専用の回転試験装置またはヘリコプタの
機体に取付けて回転させ、各ブレードのトラッキングお
よびリード・ラグを計測して、この計測値が所定の規定
値内に存在するように、各ブレードに対して後述するよ
うな調整を行い、各回転翼の空力的均一性を得ている。
すなわち、回転翼を一定の回転速度で回転したときに
は、周方向全周にわたって均一な浮力を得ることができ
るように、各ブレードが等間隔で同一経路を通過するこ
とが好ましいけれども、各ブレード毎の僅かな重心の差
異などによって、各ブレードのトラッキングおよびリー
ド・ラグが発生してしまうので、前述の調整を行ってい
る。ここで、トラッキングとは、各ブレードの基準とな
るブレードに対する回転面に垂直な方向のずれであり、
リードとは、基準となるブレードに対する残余のブレー
ドの回転方向の進み、または各ブレードのそれぞれの基
準位置に対する回転方向の進みであり、ラグとは、基準
となるブレードに対する残余のブレードの回転方向の遅
れ、または各ブレードのそれぞれの基準位置に対する回
転方向の遅れである。また、トラッキングおよびリード
・ラグの調整は、各ブレードの後縁部に設けられる補助
板の角度調整、および翼弦方向のウエイト調整によって
行われる。この空力的均一性を目的とする各ブレードの
トラッキングおよびリード・ラグの計測装置としては、
以下に説明するようなブレード変位計測装置１，１０が
知られている。

【０００３】図１３は、従来技術のブレード変位計測装
置１の概略的な構成を示す正面図である。ブレード変位
計測装置１は、観察塔２を有し、この観察塔２には、図
示しない回転駆動手段が設けられており、回転翼３を鉛
直な回転軸線Ｌ１まわりに回転方向Ｅへ回転駆動する。
４枚ブレードの回転翼３の各ブレード４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ（ブレード４ｄは図示せず）には、図１４およ
び図１５に示すように、先端部から立下がる取付金具５
がそれぞれ設けられており、各取付金具５に、回転翼３
の半径方向内方に臨んで反射シール６ａ，６ｂ，６ｃ，
６ｄがそれぞれ貼着されている。各反射シール６ａ〜６
ｄには、相互に異なるマーク、たとえば、反射シール６
ａには横線、反射シール６ｂには縦線、反射シール６ｃ
には左下がりの斜線、反射シール６ｄには右下がりの斜
線が、それぞれ描かれている。また観察塔２には、スト
ロボ７が設けられており、各ブレード４ａ〜４ｄの先端
部の通過経路に向けて、回転翼３の各ブレード４ａ〜４
ｄの通過と同期させて、ストロボ光を発光する。

【０００４】これによって、観察塔２から各ブレード４
ａ〜４ｄの先端部を観察する観察者８には、図１６に示
すように、各反射シール６ａ〜６ｄが、あたかも各反射
シール６ａ〜６ｄ毎の同一位置にあるように見える。こ
のように見える各反射シール６ａ〜６ｄを観察者８が目
視して、各反射シール６ａ〜６ｄの寸法を基に、各ブレ
ード４ａ〜４ｄの位置関係を目測する。すなわち、各反
射シール６ａ〜６ｄの直径を１０ｍｍとして、図１６に
示すような場合には、反射シール６ａが貼着されている
ブレード４ａに対して、反射シール６ｂが貼着されるブ
レード４ｂは下方へ１０ｍｍずれ、かつ１０ｍｍ先行
し、反射シール６ｃが貼着されるブレード４ｃは下方へ
１０ｍｍずれ、かつ１０ｍｍ遅れが生じ、反射シール６
ｄが貼着されるブレード４ｄは下方へ２０ｍｍずれてい
る、と目測される。

【０００５】図１７は、他の従来技術のブレード変位計
測装置１０の計測原理を説明するための図である。図示
しない回転駆動手段によって、回転周期Ｔで回転駆動さ
れる回転翼の回転面の下方には、一対のフォトダイオー
ドから成る受光素子１１ａ，１１ｂを備えるブレード検
出センサ１２が設けられている。各受光素子１１ａ，１
１ｂは、その受光点１３ａ，１３ｂが間隔ｄ１をあけ、
各受光点１３ａ，１３ｂを含む仮想平面から距離ｈ１離
れた位置１５で、各受光素子１１ａ，１１ｂの受光軸１
４ａ，１４ｂが角度βを成して交わるように設置されて
いる。ブレード検出センサ１２は、各ブレード１６ａ，
１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ（ブレード１６ｃ，１６ｄは図
示せず）が、各受光素子１１ａ，１１ｂの受光軸１４
ａ，１４ｂを横切るように通過することによって、自然
光を遮ることによる各受光素子１１ａ，１１ｂにおける
受光量の変化から各ブレード１６ａ〜１６ｄの各受光軸
１４ａ，１４ｂの通過を検出する。また、一定波長の磁
化パターンで磁化されたスケールの前記磁化パターンを
ヘッドによって読み取ることによって、回転翼の角度位
置を検出するマグネティックピックアップセンサから成
る図示しない角度位置センサが設けられている。

【０００６】このようなブレード変位計測装置１０は、
たとえば４枚のブレード１６ａ〜１６ｄを有する回転翼
において、基準とするブレード、たとえばブレード１６
ａに対する残余のブレード１６ｂ〜１６ｄのずれを計測
する場合、図１８に示すように、各ブレード１６ａ〜１
６ｄの通過が各受光素子１１ａ，１１ｂの受光量の変化
から検出され、その検出信号がブレード検出センサ１２
から出力される。これとともに、角度位置検出センサか
ら回転翼の基準角度位置信号が出力される。

【０００７】これらの検出信号に基づいて、同一ブレー
ド、たとえばブレード１６ａの各受光素子１１ａ，１１
ｂによる検出時間差ｔ１ａから、ブレード１６ａの通過
経路における受光軸１４ａ，１４ｂ間の距離ｄ２ａが求
められる。詳しく述べると、角度位置検出センサからの
基準角度位置信号の出力時間差が、回転翼の回転周期Ｔ
として与えられ、これに基づいて回転翼の回転速度が算
出される。この回転翼の回転速度と各受光軸１４ａ，１
４ｂ間の通過時間差ｔ１ａとから、距離ｄ２ａが求めら
れる。さらに、この距離ｄ２ａに基づいて、三角形の比
から、受光軸１４ａ，１４ｂの交点１５とブレード１６
ａの通過経路との間の距離ｈ２ａが求められる。これと
同様の計算によって、各ブレード１６ｂ〜１６ｄの受光
軸１４ａ，１４ｂ間の通過時間差ｔ１ｂ，ｔ１ｃ，ｔ１
ｄから、各ブレード１６ｂ〜１６ｄの受光軸１４ａ，１
４ｂの交点１５からの距離ｄ２ｂ，ｄ２ｃ，ｄ２ｄ（距
離ｄ２ｃ，ｄ２ｄは図示せず）が求められる。これらの
距離ｄ２ｂ〜ｄ２ｄから、ブレード１６ａ，に対する各
ブレード１６ｂ〜１６ｄの回転面に垂直な方向のずれΔ
ｈｂ，Δｈｃ，Δｈｄ（Δｈｃ，Δｈｄは図示せず）が
求められる。

【０００８】また、各ブレード１６ａ〜１６ｃ間の各受
光軸１４ａ，１４ｂのうちいずれか一方、たとえば受光
軸１４ａの通過時間差、たとえばブレード１６ａとブレ
ード１６ｂとの受光軸１４ａの通過時間差ｔ２ｂから、
ブレード１６ａに対するブレード１６ｂの進み、または
遅れを求めることができる。詳しく述べると、角度位置
検出センサからの基準位置検出の間隔、すなわちロータ
の回転周期Ｔのブレード枚数分の１の時間から、各ブレ
ード１６ａ〜１６ｄが、たとえば受光軸１４ａを通過す
る時間の基準値Ｔ／４が求まり、この基準値Ｔ／４と、
通過時間差ｔ２ｂとから、前述のブレード１６ｂの進
み、または遅れを求めることができる。同様に、通過時
間差ｔ２ｃ，ｔ２ｄを基に、ブレード１６ｃ，１６ｄの
進み、または遅れを求めることができる。

【０００９】また、実開平４−１００９９７号に示され
る従来技術がある。この従来技術では、ヘリコプタの機
内に設けられるレーザ照射および受光器からレーザ光を
ブレード先端に照射し、その反射光をレーザ光照射およ
び受光器で受光し、ブレードの軌道のずれを計算の上検
知している。しかしブレードの軌道のずれの測定精度を
向上するための構成は、何ら開示されていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１３〜図１６に示す
従来技術では、測定者の目視によって測定しているの
で、高精度の測定を期待することができない。さらに測
定結果には、個人差によるばらつきが生じてしまう。こ
のように反射テープを用いて目視によって測定する装置
１では、高精度の測定が望めないので、図１７および図
１８に示す装置１０が、現在では主流である。

【００１１】また図１７および図１８に示す従来技術で
は、前述のように三角形の比を利用して、小さい三角形
の寸法に基づいて大きな三角形の寸法を求めているの
で、各受光軸１４ａ，１４ｂのそれぞれの仰角α１，α
２の誤差に起因する各受光軸１４ａ，１４ｂの交差角β
の僅かな誤差、および受光点１３ａ，１３ｂ間の僅かな
誤差が、増幅されて測定結果に大きく影響を与えてしま
う。また天候、たとえば晴れと曇りとによる回転翼背景
からの自然光の強弱に左右されて、測定が困難になった
り、または測定結果に影響を与える場合がある。このよ
うに、図１７および図１８に示す１対のフォトダイオー
ドを用いた装置１０でも、高精度で測定することができ
ない。

【００１２】したがって本発明の目的は、回転翼の各ブ
レードのトラッキングおよびリード・ラグを、高精度で
測定することができる回転翼のブレード変位計測装置を
提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、受光軸が回転翼の回転面に交差し、検出領域内を回
転翼の各ブレードの先端が通過するように設けられ、検
出領域からの受光量を検出する光学式変位センサと、回
転翼の角度位置を検出する角度位置センサと、光学式変
位センサおよび角度位置センサからの信号に基づいて、
各ブレードの基準位置に対する回転面に垂直な方向の変
位および回転方向の変位を表示する演算表示手段とを含
むことを特徴とする回転翼のブレード変位計測装置であ
る。本発明に従えば、光学式変位センサによって受光量
を検出し、その受光量の変化から検出領域内のどの位置
をブレードの先端が通過するか求めることができる。こ
のブレード先端の検出領域内の通過位置の差異から、基
準とするブレードに対する残余のブレードの回転面に垂
直な方向のずれ、すなわちトラッキングを、演算表示手
段によって求め、表示することができる。また、各ブレ
ードの通過時間差から、基準とするブレードに対する各
ブレードの回転方向の進み、または遅れ、すなわちリー
ド・ラグを、演算表示手段によって求め、表示すること
ができる。またこのような１枚のブレードを基準とする
リード・ラグとは異なり、光学式変位センサによる受光
量の変化の検出とともに、角度位置検出センサによっ
て、回転翼の角度位置を検出し、各ブレードのそれぞれ
の基準位置を求め、各基準位置に基づいて、各ブレード
のリード・ラグを、求めることもできる。このように測
定者の個人差などによる影響のないように、センサを用
いて計測するので、高い信頼性でトラッキングおよびリ
ード・ラグを求めることができる。また、１つの光学式
変位センサを用い、その検出領域内における各ブレード
の通過位置の差異および通過時間差からトラッキングお
よびリード・ラグを計測することが可能であるので、光
学式変位センサの回転翼に対する設置位置、たとえば回
転翼の回転面からの距離、また受光軸の仰角などの誤差
の影響が少なく、高精度で測定することができる。また
逆に、光学式変位センサの設置作業も容易である。

【００１４】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
発明の構成において、光学式変位センサは、受光軸また
はその延長線と、回転翼の回転軸線またはその延長線と
が同一平面上に存在するように設けられることを特徴と
する。本発明に従えば、光学式変位センサは、受光軸が
回転翼の回転軸線を含む平面内に存在するように設けら
れ、これによって、回転翼の各ブレードは、光学式セン
サの検出領域を通過するときには、受光軸に対してほぼ
垂直な方向に通過する。したがって、各ブレードの検出
領域の通過時間を短くし、各ブレードの検出領域の通過
を高精度で検出することができる。

【００１５】請求項３記載の本発明は、請求項１または
２記載の発明の構成において、回転翼の回転面に対して
光学式変位センサと反対側に、光学式変位センサに向け
て連続光を照射する光源が設けられることを特徴とす
る。本発明に従えば、光源から光学式変位センサに向け
て連続光が照射され、回転翼の各ブレードは、光源から
光学式変位センサに向けて照射される連続光を遮るよう
に通過する。これによって、光学式変位センサは、光源
からの連続光の受光量の変化から各ブレードの通過を検
出することができる。光源からの連続光は、自然光が天
候、たとえば晴れおよび曇りによって照度が強弱変化す
るのに対して、一定の照度で光学式変位センサに照射す
ることが可能であり、前記天候などの影響を受けること
なく、高い信頼性で計測することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態のブ
レード変位計測装置２０を示すブロック図であり、図２
はブレード変位計測装置２０の一部の構成を示す簡略化
した斜視図である。ブレード変位計測装置（以下、「計
測装置」と略記する場合がある）２０は、４枚ブレード
の回転翼２１の各ブレード２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２
２ｄの変位、すなわちトラッキングおよびリード・ラグ
を計測するための装置であって、回転駆動手段２３と、
光学式変位センサ２４と、ロータリエンコーダ２５と、
逓倍器２６と、Ａ／Ｄ変換器２７と、演算器２８と、表
示器２９と、光源３０とを備える。ここで、トラッキン
グとは、各ブレード２２ａ〜２２ｄのうち、基準とする
１枚のブレード、たとえばブレード２２ａに対する残余
の各ブレード２２ｂ〜２２ｄの回転翼２１の回転面３１
に垂直な方向Ａ１，Ａ２へのずれである。また、リード
・ラグとは、各ブレード２２ａ〜２２ｄの、それぞれの
基準位置に対するの回転翼２１の回転方向Ｂに関する進
みまたは遅れ、すなわちリードは、回転方向Ｂ下流側
（前縁側）へのずれ（進み）であり、ラグは、回転方向
Ｂ上流側（後縁側）へのずれ（遅れ）である。

【００１７】回転駆動手段２３は、たとえばエンジンに
よって実現される図示しない駆動源を内蔵しており、こ
の駆動源の動力によって、回転翼２１を鉛直な軸線Ｌ２
まわりに回転方向Ｂへ回転駆動する。回転翼２１を回転
駆動することによって、各ブレード２２ａ〜２２ｄは、
半径方向外方に向かうにつれて上方へ傾斜する円錐状の
回転面３１に沿って回転される。ここで、各ブレード２
２ａ〜２２ｄのそれぞれの回転面は、トラッキングによ
ってわずかに異なる場合があるけれども、基準とするブ
レード２２ａの回転面を回転翼２１の回転面３１とす
る。この回転駆動手段２３には、従来から利用されてい
る回転試験装置の回転駆動手段を利用してもよく、また
回転翼２１をヘリコプタの機体に取付けて、その駆動手
段を利用するようにしてもよい。

【００１８】光学式変位センサ２４は、受光量を検出す
るセンサであって、受光軸Ｃが回転翼２１の回転面３１
に対して、角度θ、たとえば約２．５〜５度を成して交
差し、さらに受光軸Ｃと回転翼２１の回転軸線Ｌ２と
は、同一の平面上にあり、交点３３で交差するように回
転翼２１の半径方向外方側に設けられている。さらに光
学式変位センサ２４は、その受光点３５と回転翼２１が
回転されたときに各ブレード２２ａ〜２２ｄの先端３４
ａ〜３４ｄがそれぞれ通る軌跡の円との距離、換言すれ
ば、各ブレード２２ａ〜２２ｄのいずれか１つの先端た
とえば先端３４ａが最も受光点３５に近付いたときの、
受光点３５と先端３４ａとの間の距離Ｄが約２ｍとなる
位置関係を有し、図３に示すように、視野３７内を各ブ
レード２２ａ〜２２ｄの先端３４ａ〜３４ｄが、それぞ
れ横切って通過するように配置されている。

【００１９】光学式変位センサ２４の視野３７は円形で
あり、回転翼２１に対して前述のような位置関係で配置
された状態で、各ブレード２２ａ〜２２ｄの先端３４ａ
〜３４ｄが通過する位置における視野３７内の領域の直
径ｄは約１００ｍｍである。光学式変位センサ２４は、
この視野３７の上下方向に沿った一直径線方向に延びる
検出領域３８を有し、この検出領域３８における受光量
を検出し、たとえば視野３７の１０万分の８の分解能を
有している。

【００２０】さらに詳しく述べると、たとえば図３に示
す位置にブレード２２ａがあるときには、ブレード２２
ａによって光が遮られ、検出領域３８の一部分（図３の
下側の部分）３８ａに到達する光量が残余の部分３８ｂ
に到達する光量に比べて少なくなり、検出領域３８内に
おいても受光量に差が生じる。光学式変位センサ２４
は、このような受光量の変化を検出し、その受光量に応
じた検出受光量信号Ｓ１を出力する。各ブレード２２ａ
〜２２ｄのトラッキングは、大きくても４０ｍｍ程度で
あり、約１００ｍｍの計測領域を有することによって、
トラッキングに確実に対応し、しかも高精度で受光量の
変化を検出することができる。

【００２１】角度位置検出センサであるロータリエンコ
ーダ２５は、回転駆動手段２３によって回転駆動される
回転翼２１の角度位置を検出するセンサである。このロ
ータリエンコーダ２５は、たとえば６０００パルス／回
転の検出角度信号Ｓ２を出力することができる。すなわ
ち回転翼２１が１回転する間に等間隔で６０００パルス
出力することができる。このロータリエンコーダ２５を
用いた場合には、パルス信号を出力することができるの
で、たとえば、マグネティックピックアップセンサなど
の正弦波を出力する角度位置検出センサに比べて、高精
度で角度位置を検出することができる。

【００２２】逓倍器２６は、ロータリエンコーダ２５か
らの検出角度信号Ｓ２が与えられ、その検出角度信号を
２０倍に逓倍して、１２００００パルス／回転の逓倍角
度信号Ｓ３を出力する。すなわち、検出角度信号Ｓ２に
基づいて、回転翼２１が１回転する間に１２００００パ
ルス出力することが可能である。この逓倍器２６は、こ
れらの１２００００個のパルスのうちの幾つか（１また
は複数）のパルスを任意に選択し、選択したパルスを出
力する回転翼２１の位置を基準位置とし、この基準位置
を表す信号を逓倍角度信号Ｓ３として出力することがで
きる。

【００２３】Ａ／Ｄ変換器２７は、光学式変位センサ２
４からの検出受光量信号Ｓ１が与えられ、デジタル信号
に変換して、変換された変換受光量信号Ｓ４を出力す
る。またＡ／Ｄ変換器２７は、逓倍器２６からの逓倍角
度信号Ｓ３が与えられ、デジタル信号に変換して、変換
された変換角度信号Ｓ５を出力する。このＡ／Ｄ変換器
２７には、たとえばクロック周波数が１ＭＨｚ程度の高
速変換器が用いられ、高速で処理することが可能であ
り、光学式変位センサ２４によって高分解能で検出され
た検出受光量信号Ｓ１、およびロータリエンコーダ２５
によって検出され、逓倍器２６によって逓倍された高分
解能の逓倍角度信号Ｓ３に、対応することができる。

【００２４】演算器２８は、Ａ／Ｄ変換器２７から変換
受光量信号Ｓ４および変換角度信号Ｓ５が与えられ、こ
れらの変換受光量信号Ｓ４および変換角度信号Ｓ５に基
づいて、各ブレード２２ａ〜２２ｄのトラッキングおよ
びリード・ラグを演算する。この演算器２８は、たとえ
ばワークステーションによって実現され、このワークス
テーションは、大容量であり、しかも高速で処理するこ
とができるので、光学式変位センサ２４によって高分解
能で検出された検出受光量信号Ｓ１に基づく変換受光量
信号Ｓ４、およびロータリエンコーダ２５によって検出
され、逓倍器２６によって逓倍された高分解能の逓倍角
度信号Ｓ３に基づく変換角度信号Ｓ５に対応して、演算
処理することができる。また、演算器２８として、パー
ソナルコンピュータなど、他の演算手段を利用するよう
にしてもよい。

【００２５】表示器２９は、たとえば陰極線管（ブラウ
ン管）、液晶表示パネルなどによって実現され、演算器
２８による演算結果を表す画像信号Ｓ６が与えられ、演
算結果を画面に表示することができる。前述の演算器２
８と表示器２９とを備えて、演算表示手段が構成され
る。

【００２６】光源３０は、回転翼２１の回転面３１に対
して光学式変位センサ２４と反対側に、さらに詳しく
は、光学式変位センサ２４の光軸Ｃ上に存在し、回転翼
２１の半径方向外方側に設けられている。この光源３０
は、上下方向を長手方向とする長方形状の発光面を有し
ており、光学式変位センサ２４に対向するように設けら
れ、この光源３０から連続光が光学式変位センサ２４に
照射される。この光源３０は、たとえばナトリウム燈、
ハロゲンランプなどによって実現される。また光源３０
としては、これらに代えて、連続光を照射することが可
能な光源であれば他のランプなどを用いるようにしても
よい。

【００２７】図３は、光学式変位センサ２４の視野３７
を模式的に示す図である。光学式変位センサ２４は、前
述のような視野３７を有し、その視野３７内の検出領域
３８の背景には、光源３０が存在する。回転翼２１と光
学式変位センサ２４と光源３０とは、各ブレード２２ａ
〜２２ｄが光学式変位センサ２４と光源３０との間を通
過する位置関係にある。これによって、各ブレード２２
ａ〜２２ｄが光学式変位センサ２４と光源３０との間に
存在しないときには、検出領域３８には、光源３０から
一定の光量で均一に連続光が照射され、検出領域３８で
は、全領域にわたって均一な光量で受光される。これに
対して、視野３７内を各ブレード２２ａ〜２２ｄの先端
３４ａ〜３４ｄが、それぞれ横切って通過していると
き、たとえば図３に示す位置にブレード２２ａがあると
きには、検出領域３８の一部分３８ａへの光源３０から
の光が、ブレード２２ａによって遮られ、この検出領域
３８の一部分３８ａにおける受光量は、各ブレード２２
ａ〜２２ｄが通過していないときの受光量に比べて低下
する。

【００２８】このように各ブレード２２ａ〜２２ｄの通
過によって、検出領域３８が、受光量の多い部分３８ｂ
と、受光量の少ない部分３８ａとに区分けされ、各ブレ
ード２２ａ〜２２ｄの先端３４ａ〜３４ｄの通過位置が
各部分３８ａ，３８ｂの境界として検出される。光学式
変位センサ２４は、このような各ブレード２２ａ〜２２
ｄの先端３４ａ〜３４ｄの通過による受光量の変化を検
出して、すなわち各部分３８ａ，３８ｂ境界の図３にお
ける上下の変位に基づいて、図４に示すような検出受光
量信号Ｓ１として出力する。ここで、図４の横軸は時間
経過を示し、図４の縦軸は検出領域３８の受光量が低下
する部分３８ａの増減を示している。このように、受光
量の変化を検出した検出受光量信号Ｓ１は、各ブレード
２２ａ〜２２ｄの先端３４ａ〜３４ｄの形状となる。

【００２９】図５は、光学式変位センサ２４からの検出
受光量信号Ｓ１および逓倍角度信号Ｓ３を示すグラフで
ある。横軸は時間経過を示す。縦軸は検出受光量信号Ｓ
１においては、検出領域３８の部分３８ａの増減を示
し、逓倍角度信号Ｓ３においては、各ブレード２２ａ〜
２２ｄの基準位置および非基準位置を示す。光学式変位
センサ２４は、回転翼２１が１回転する間に、各ブレー
ド２２ａ〜２２ｄの通過を、前述のような受光量の変化
から検出し、各先端３４ａ〜３４ｄの形状を表した信号
Ｓ１を出力する。

【００３０】前述のように、ロータリエンコーダ２５
は、６０００パルス／回転の検出角度信号Ｓ２を出力
し、さらに逓倍器２６で２０倍に逓倍して、逓倍器２６
は１２００００パルス／回転のパルスを得る。逓倍器２
６は、このパルスに対応させて、回転翼２１の１回転を
１２００００分の１に分割した角度位置を得ることがで
き、これらのうち４箇所を基準位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ４として、設定することができる。逓倍器２６は、こ
れらの基準位置Ｐ１〜Ｐ４を表す逓倍角度信号を出力す
る。

【００３１】これらの基準位置Ｐ１〜Ｐ４は、それぞれ
任意に設定することが可能であり、図５に示すように各
ブレード２２ａ〜２２ｄが光学式変位センサ２４の受光
軸Ｃを通過する直前の位置に設定してもよく、各ブレー
ド２２ａ〜２２ｄの回転方向Ｂ下流側の端面、すなわち
前縁部の端面４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ（図２に
図示）が受光軸Ｃを通過する位置に設定してもよく、各
ブレード２２ａ〜２２ｄの回転方向Ｂに沿った幅方向、
すなわち翼弦方向の中央に設定してもよい。また、各基
準位置Ｐ１〜Ｐ４は、各ブレード２２ａ〜２２ｄ毎に、
前述のような対応関係をそれぞれ取り、設定するように
してもよく、基準とするブレード、たとえばブレード２
２ａの基準位置Ｐ１を前述の対応関係から設定し、他の
ブレード２２ｂ〜２２ｄの基準位置Ｐ２〜Ｐ４は、基準
位置Ｐ１に基づいて等間隔に設定してもよい。本形態で
は、基準位置Ｐ１に基づいて等間隔に設定されている。

【００３２】Ａ／Ｄ変換器２７には、このような図５に
示す検出受光量信号Ｓ１および逓倍角度信号Ｓ３が与え
られる。これらの各信号Ｓ１，Ｓ３がデジタル信号にそ
れぞれ変換されて、変換後の変換受光量信号Ｓ４および
変換角度信号Ｓ５が演算器２８に与えられる。演算器２
８では、各基準位置Ｐ１〜Ｐ４を表す変換角度信号Ｓ５
と、各ブレード２２ａ〜２２ｄの通過を示す変換受光量
信号Ｓ４とに基づいて、各ブレード２２ａ〜２２ｄの各
基準位置Ｐ１〜Ｐ４からのずれ、つまりリード・ラグを
求めるとともに、基準とするブレード、たとえばブレー
ド２２ａに対する残余の各ブレード２２ｂ〜２２ｄの回
転面３１に垂直な方向Ａ１，Ａ２へのずれ、つまりトラ
ッキングを、各ブレード２２ａ〜２２ｄの通過時におけ
る受光量の低下する部分３８ａの変化量、すなわち図５
において縦軸の振幅の差から求める。このようにして、
演算器２８では、トラッキングおよびリード・ラグが演
算されて、その演算結果に基づく画像信号Ｓ６が、表示
器２９に与えられる。この演算器２８では、回転翼２１
の１回転毎に、変換受光量信号Ｓ４および変換角度信号
Ｓ５によって与えられるデータを更新し、リアルタイム
でトラッキングおよびリード・ラグを計算している。

【００３３】図６は、表示器２９の表示画面の一例を示
す図である。表示画面には、ブレード２２ａを「ＭＡＳ
ＴＥＲ」とし、ブレード２２ｂを「Ｎｏ．２」とし、ブ
レード２２ｃを「Ｎｏ．３」とし、ブレード２２ｄを
「Ｎｏ．４」として表示する。トラッキング表示部４１
では、トラッキングの演算結果、すなわちブレード２２
ａの先端３４ａの通過位置に対する残余のブレード２２
ｂ〜２２ｄの先端の通過位置のずれをｍｍ単位で表示す
るとともに、各ブレード２２ａ〜２２ｄを、回転翼２１
の外側で、かつ各ブレード２２ａ〜２２ｄの先端３４ａ
〜３４ｄ付近で見た状態で、模式的な抽象画を表示す
る。これによって、トラッキングを瞬時にイメージとし
て容易に理解することができる。また、リード・ラグ表
示部４２では、リード・ラグの演算結果、すなわち各基
準位置Ｐ１〜Ｐ４に対する各ブレード２２ａ〜２２ｄの
ずれをｍｍ単位で表示するとともに、各ブレード２２ａ
〜２２ｄを、回転翼２１の上側から状態で、模式的に抽
象画を表示する。これによって、リード・ラグを瞬時に
イメージとして容易に理解することができる。

【００３４】さらに、表示画面には、風速および風向き
を表示する風速表示部４３と、回転翼２１に対して直交
３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを取り、各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向へ作用する
外力を重力加速度に換算して表示する外力表示部４４
と、回転翼２１の回転速度を表示する回転速度表示部４
５と、コレクティブピッチ角を表示するコレクティブピ
ッチ角表示部４６と、サイクリックピッチ角を表示する
サイクリックピッチ角表示部４７と、遠隔制御で長さを
調整可能な機構を内蔵したピッチ・リンク（REMOTE ADJ
USTABLE PITCH LINK：略称ＲＡＰ）の長さを表示するＲ
ＡＰ表示部４８とを有している。このように、トラッキ
ングおよびリード・ラグだけでなく、その他の情報をも
表示することによって、たとえば風などの外乱をも考慮
し、トラッキングおよびリード・ラグを把握することが
できる。

【００３５】このように計測装置２０では、光学式変位
センサ２４によって検出される受光量の変化から検出領
域３８内の各ブレード２２ａ〜２２ｄの先端３４ａ〜３
４ｄの通過位置を求め、そのずれをトラッキングとして
求める。また光学式変位センサ２４による受光量の変化
から各ブレード２２ａ〜２２ｄの通過タイミングを求
め、ロータリエンコーダ２５および逓倍器２６による基
準角度位置と比較して、各ブレード２２ａ〜２２ｄのリ
ード・ラグを求めることができる。このように測定者の
個人差などによる影響のない、センサの出力に基づく測
定であり、高い信頼性で測定することができる。

【００３６】また変位計測装置２０では、１つの光学式
変位センサ２４を用いて、各ブレード２２ａ〜２２ｄの
通過を検出するので、光学式変位センサ２４の回転翼２
１に対する設置位置の誤差の影響が少なく、高精度で測
定することができる。また逆に、光学式変位センサ２４
の設置作業が容易である。また、光学式変位センサ２４
は、受光軸Ｃが回転翼２１の回転軸線Ｌ２を含む平面内
に存在するように設けられ、各ブレード２２ａ〜２２ｄ
の検出領域３８の通過時間を短くし、各ブレード２２ａ
〜２２ｄの通過、特に通過のタイミングを高精度で検出
することができる。したがって、トラッキングおよびリ
ード・ラグの検出精度が向上される。

【００３７】さらに、光源３０から連続光が光学式変位
センサ２４に向けて照射され、回転翼２１の各ブレード
２２ａ〜２２ｄは、光源３０から光学式変位センサ２４
に向けて照射される連続光を遮るように通過する。これ
によって、光学式変位センサ２４は、光源３０からの連
続光の受光量の変化から各ブレード２２ａ〜２２ｄの通
過を検出することができる。光源３０からの連続光は、
自然光が天候、たとえば晴れおよび曇りによって照度が
強弱変化するのに対して、一定の照度で光学式変位セン
サ２４に照射することが可能であり、前記天候などの影
響を受けることなく、高い信頼性で計測することができ
る。

【００３８】さらに、トラッキングおよびリード・ラグ
を表示するときに、回転翼２１の各ブレード２２ａ〜２
２ｄを模式的に示す図を表示することによって、トラッ
キングおよびリード・ラグをイメージとして捕え、容易
に把握することができる。また、光学式変位センサ２４
を、光軸Ｃが回転面３１に対して角度θ＝２．５〜５度
を成すように設けることによって、トラッキングおよび
リード・ラグを共に、高精度で計測することができる。
すなわち、角度θが２．５度未満であれば、視野３７内
に、各ブレード２２ａ〜２２ｄの基端部付近が存在し、
各ブレード２２ａ〜２２ｄの視野３７内の通過時間が長
くなったり、また、光学式変位センサ２４の前を通過す
るブレード２２ａ〜２２ｄ以外の他のブレード２２ａ〜
２２ｄが視野３７内に存在して、計測精度に影響を与え
てしまう。逆に、角度θが５度を超えると、リード・ラ
グの計測精度は高くなるけれども、視野３７内での各ブ
レード２２ａ〜２２ｄの通過位置の差が小さくなり、ト
ラッキングの計測精度が低下してしまう。したがって、
角度θを２．５〜５度に選択することによって、トラッ
キングおよびリード・ラグを共に、高精度で計測するこ
とが可能になる。

【００３９】図７はブレード２２ａを、一部を切欠いて
示す斜視図であり、図８は図７の切断面線ＶＩＩＩ−Ｖ
ＩＩＩから見た断面図であり、図９は図７の切断面線Ｉ
Ｘ−ＩＸから見た断面図である。以下、ブレード２２ａ
だけ図示するけれども、残余の各ブレード２２ｂ〜２２
ｄについても同様の構成を有するので、本文中では、各
ブレード２２ａ〜２２ｄを総称して説明する。各ブレー
ド２２ａ〜２２ｄには、長手方向中間部の後縁部に、補
助板４５を設けることが可能であるとともに、先端３４
ａ〜３４ｄ付近の翼弦方向両側部、すなわち前縁部およ
び後縁部に、ウエイト４６をそれぞれ装着することが可
能な装着部４７ａ，４７ｂが形成されている。

【００４０】上述のような計測装置２０によって計測さ
れたトラッキングおよびリード・ラグは、このような各
ブレード２２ａ〜２２ｄに設けられる補助板４５の角度
調整およびウエイト４６の移動の組合わせによって、規
定の範囲内に存在するように調整される。たとえば図１
０および図１１に示すように、各ブレード２２ａ〜２２
ｄの前縁部に装着されているウエイト４６を、後縁部に
移動させることによって、各ブレード２２ａ〜２２ｄの
迎角が大きくなり、揚力を受けてトラッキングが上方へ
修正されるとともに、抵抗を受けてリード・ラグは遅れ
る方向に修正される。またたとえば図１２に示すよう
に、各ブレード２２ａ〜２２ｄの後縁部に設けられる補
助板４５を、角度目盛板４８および角度補正治具４９を
用いて、下方へ変位することによって、各ブレード２２
ａ〜２２ｄの迎角が小さくなり、揚力が低下してトラッ
キングが下方へ修正されるとともに、抵抗が小さくな
り、リード・ラグは進む方向に修正される。ウエイト４
６の移動および補助板４５の角度を逆に修正することに
よって、トラッキングおよびリード・ラグを逆に修正す
ることができる。

【００４１】上述の形態において、４枚ブレードの回転
翼２１のトラッキングおよびリード・ラグを計測する形
態について説明したけれども、本発明の実施の他の形態
として、２枚ブレード、３枚ブレードなど、他の枚数の
ブレードを有する回転翼について、トラッキングおよび
リード・ラグを計測するようにしてもよい。また、角度
位置検出手段は、回転翼２１の周期を求めるために利用
し、リード・ラグは、各ブレード２２ａ〜２２ｄの検出
領域３８の通過時間差から、基準とするブレードたとえ
ばブレード２２ａに対するリード・ラグとして求めるよ
うにしてもよい。また、光学式変位センサ２４を、図１
に仮想線で示す回転翼２１の半径方向内方側の位置５０
に配置し、回転面３１を挟んだ図１に仮想線で示す位置
５１に光源３０配置するなど、光学式変位センサ２４お
よび光源３０の配置は、適宜選択することができる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、光学式
変位センサによって受光量を検出し、その受光量の変化
から検出領域内のどの位置をブレードの先端が通過する
か求めることができる。このブレード先端の検出領域内
の通過位置の差異から、基準とするブレードに対する残
余のブレードの回転面に垂直な方向のずれ、すなわちト
ラッキングを、演算表示手段によって求め、表示するこ
とができる。また、各ブレードの通過時間差から、基準
とするブレードに対する各ブレードの回転方向の進み、
または遅れ、すなわちリード・ラグを、演算表示手段に
よって求め、表示することができる。またこのような１
枚のブレードを基準とするリード・ラグとは異なり、光
学式変位センサによる受光量の変化の検出とともに、角
度位置検出センサによって、回転翼の角度位置を検出
し、各ブレードのそれぞれの基準位置を求め、各基準位
置に基づいて、各ブレードのリード・ラグを、求めるこ
ともできる。このように測定者の個人差などによる影響
のないように、センサを用いて計測するので、高い信頼
性でトラッキングおよびリード・ラグを求めることがで
きる。

【００４３】また、１つの光学式変位センサを用い、そ
の検出領域内における各ブレードの通過位置の差異およ
び通過時間差からトラッキングおよびリード・ラグを計
測することが可能であるので、光学式変位センサの回転
翼に対する設置位置、たとえば回転翼の回転面からの距
離、また受光軸の仰角などの誤差の影響が少なく、高精
度で測定することができる。また逆に、光学式変位セン
サの設置作業も容易である。

【００４４】請求項２記載の本発明によれば、光学式変
位センサは、受光軸が回転翼の回転軸線を含む平面内に
存在するように設けられ、これによって、回転翼の各ブ
レードは、光学式センサの検出領域を通過するときに
は、受光軸に対してほぼ垂直な方向に通過する。したが
って、各ブレードの検出領域の通過時間を短くし、各ブ
レードの検出領域の通過を高精度で検出することができ
る。

【００４５】請求項３記載の本発明によれば、光源から
光学式変位センサに向けて連続光が照射され、回転翼の
各ブレードは、光源から光学式変位センサに向けて照射
される連続光を遮るように通過する。これによって、光
学式変位センサは、光源からの連続光の受光量の変化か
ら各ブレードの通過を検出することができる。光源から
の連続光は、自然光が天候、たとえば晴れおよび曇りに
よって照度が強弱変化するのに対して、一定の照度で光
学式変位センサに照射することが可能であり、前記天候
などの影響を受けることなく、高い信頼性で計測するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のブレード変位計測装置
２０を示すブロック図である。

【図２】ブレード変位計測装置２０の一部を示す簡略化
した斜視図である。

【図３】光学式変位センサ２４の視野３７を模式的に示
す図である。

【図４】検出受光量信号Ｓ１を示すグラフである。

【図５】光学式変位センサ２４からの検出受光量信号Ｓ
１および逓倍角度信号Ｓ３を示すグラフである。

【図６】表示器２９の表示画面の一例を示す図である。

【図７】ブレード２２ａを、一部を切欠いて示す斜視図
である。

【図８】図７の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た断
面図である。

【図９】図７の切断面線ＩＸ−ＩＸから見た断面図であ
る。

【図１０】ブレード２２ａのウエイト４６によるウエイ
ト調整作業を示す斜視図である。

【図１１】図１０の切断面線ＸＩ−ＸＩから見た断面図
である。

【図１２】ブレード２２ａの補助板４５の角度調整作業
を示す斜視図である。

【図１３】従来技術のブレード変位計測装置１の概略的
な構成を示す正面図である。

【図１４】回転翼３のブレード４ａの翼先端部付近を示
す斜視図である。

【図１５】図１４の切断面線ＸＶ−ＸＶから見た断面図
である。

【図１６】各反射シール６ａ〜６ｄの計測結果の一例を
示す図である。

【図１７】他の従来技術のブレード変位計測装置１０の
測定原理を説明するための一部の構成を示す図である。

【図１８】ブレード変位計測装置１０が備える各受光素
子１１ａ，１１ｂによる各ブレード１６ａ〜１６ｄ通過
の検出信号を示すグラフである。

【符号の説明】

２０ブレード変位計測装置２１回転翼２２ａ〜２２ｄブレード２３回転駆動手段２４光学式変位センサ２５ロータリエンコーダ２６逓倍器２７Ａ／Ｄ変換器２８演算器２９表示器３０光源３４ａ〜３４ｄブレードの先端３７視野３８検出領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｂ 21/22 Ｇ０１Ｂ 21/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】受光軸が回転翼の回転面に交差し、検出
領域内を回転翼の各ブレードの先端が通過するように設
けられ、検出領域からの受光量を検出する光学式変位セ
ンサと、回転翼の角度位置を検出する角度位置センサと、光学式変位センサおよび角度位置センサからの信号に基
づいて、各ブレードの基準位置に対する回転面に垂直な
方向の変位および回転方向の変位を表示する演算表示手
段とを含むことを特徴とする回転翼のブレード変位計測
装置。
【請求項２】光学式変位センサは、受光軸またはその
延長線と、回転翼の回転軸線またはその延長線とが同一
平面上に存在するように設けられることを特徴とする請
求項１記載の回転翼のブレード変位計測装置。
【請求項３】回転翼の回転面に対して光学式変位セン
サと反対側に、光学式変位センサに向けて連続光を照射
する光源が設けられることを特徴とする請求項１または
２記載の回転翼のブレード変位計測装置。