JPH0333659A - 回転数測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、空間フィルタ素子を用いた回転数測定装置
に関する。

（従来の技術） 一般に、空間フィルタは、移動する被１１１＋１定対象
物からの光を、その移動方向に等間隔に配列した櫛の歯
状の受光素子で検出し、その出力信号の周波数から非接
触で当該被測定対象物の移動量、移動速度を計測するこ
とができるようになっている。第１０図は、このような
空間フィルタを利用した回転数測定装置の従来例を示し
ている（「÷１測と制御ｊｐ、３５．昭和５５年６月）
。この回転数測定装置の空間フィルタ５は、複数の受光
素子６が、中心点７に対し円周方向に等ピッチで配列さ
れており、ピッチ角θＰの周期を持つように構成されて
いる。

被測定対象物の像が空間フィルタ５上を角速度ωで回転
すると、その角速度ωと出力信号の周波数ｆとの関係は
次式で与えられる。

ω＝θＰ−ｆ　　　　　　　　　　　　　　・・（１〉
したがって空間フィルタ５の出力信号の周波数ｆから、
被測定対象物の角速度ω、即ち回転数を測定することが
できる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、空間フィルタを用いて被ｆｌ［ｌＩ定対象物
の回転数を精度よく測定するためには、被測定対象物の
回転輔と空間フィルタの中心点とが一致していることが
必要となる。しかし、常に十分な位置合わせがされた上
で測定が行われるとは限らず、両者の間に偏心が生じて
いると、フィルタ特性の悪化を招き、出力信号の帯域幅
や中心周波数に影響をＪｊえ、精度のよい測定ができな
い。

そこで、この発明は、被測定対象物の回転軸と中心点と
の間に偏心が生じていても、その偏心の影響を受けずに
回転数を精度よく測定することのできる回転数測定装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、回転する被測定
対象物からの光を空間フィルタ素子で検出し、その出力
信号の周波数から非接触で当該被測定対象物の回転数を
求める回転数測定装置であって、前記空間フィルタ素子
は、前記被測定対象物の回転軸に対応する中心点を中心
とした所定半径の円上にその速度検出方向と直交する方
向を当該半径方向と一致させて２個以」二を配置すると
ともに、これらの空間フィルタ素子のうちの２佃の空間
フィルタ素子は前記中心点を通る直線」−に配置してな
ることを要旨とする。

（作用） 被測定対象物の回転輔と中心点とが一致しているときは
、何れかの空間フィルタ素子の出力信号の周波数から、
ド１上を移動する被測定対象物からの光の移動速度が求
められ、この移動速度に址づいて被測定対象物の回転数
が求められる。

また、被測定対象物の回転軸と中心点との間に偏心が生
じているときは、中心点を通る直線上に配置された２個
の空間フィルタ素子の各出力により、余弦効果が考慮さ
れた上でそれぞれ移動速度が求められ、この再移動速度
に基づいて、その直線上における回転軸と中心点との間
のすれ量が求められる。次いでこのずれ量と何れか一方
の移動速度に基づいて被測定対象物の回転数が求められ
る。

このようにして、被測定対象物の回転軸と中心点とが一
致しているとき及び偏心が生じているときの何れの場合
にも被測定対象物の回転数が精度よく測定される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第１図ないし第３図を用いて、この実施例の基本
的構成等から説明する。第１図は回転数測定装置１と回
転する被測定対象物４との位置関係を示す図、第２図は
回転数測定装置１における光学系及び空間フィルタ素子
の配置例を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）の■■線からみた図である。また、
第３図は空間フィルタ素子の余弦効果を説明するための
図である。

第２図中、２は光学系を構成する対物レンズであり、回
転数測定装置１には、この対物レンズ２の背面側に、次
のような配置態様で２個以上の空間フィルタ素子１０が
配設されている。即ち、被測定対象物４の回転軸Ｏに対
応する中心点Ｃを中心とした半径ｒの円３上に、各空間
フィルタ素子１０が、その速度検出方向１０ａと直交す
る方向がそれぞれ当該円３の半径方向と一致するように
配置されている。これらの空間フィルタ素子１０のうち
、２個の空間フィルタ素子は、中心点Ｃを通る直線上に
配置されている。

被測定対象物４の像は、対物レンズ２により空間フィル
タ素子１０上に結像するようになっている。そして被測
定対象物４がその回転軸Ｏの回りに回転すると、空間フ
ィルタ素子１０上の像も同じ回転数で回転し、その像の
回転数を知ることにより、被測定対象物４の回転数が測
定できるようになっている。

ここで、第３図に示すように、空間フィルタ素子１０は
、−次元の物の動きしかとらえることができない。この
ため、空間フィルタ素子１０の速度検出方向１０ａに対
し角度θだけ傾いた速度Ｖは、 Ｖ′　＝Ｖ　−ＣＯＳ　θ　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・（２）として測定される。これを空間フィ
ルタ素子１０の余弦効果という。

次に、第４図ないし第８図を用いてこの発明の一実施例
を説明する。この実施例では、２個の空間フィルタ素子
Ａ、Ｂが用いられ、その２個の空間フィルタ素子ＡＳＢ
が、中心点Ｃを通る直線Ｘ上に配置されている。各空間
フィルタ素子Ａ、　Ｂは、第５図に示すように、２個の
櫛の歯状の光電変換素子１１．１２が互いに噛合うよう
な形に形成されている。そして、第６図に示すように、
光電変換素子１１における１系列の櫛の歯に相当する各
光電変換素子１１ａ、１．１　ｂ、・・の出力の和０Ｐ
１１がとられ、他方の光電変換素子１２についても、そ
の１系列の櫛の歯に相当する各光電変換素子１２ａ％１
．２ｂ％・・の出力の和ＯＰ　、２がとられる。空間フ
ィルタ素子の外部へは、この両川力０ＰＩＩ、０ＰＩ２
の差が差動出力として取出されるようになっている。

空間フィルタ素子上を、被測定対象物４の明暗を持った
像が、櫛の歯の配列方向（速度検出方向）に１ピツチＰ
だけ動くと、１周期分の差動出力が取出される。

第７図は、回転数測定装置の全体構成をブロック図で示
している。

空間フィルタ素子Ａ（差動出力の端子）には、周波数測
定装置２　］、　ａ、移動速度計算装置２２ａが順次接
続され、また、他の空間フィルタ素子Ｂ（差動出力の端
子）には、周波数測定装置２１ｂ、移動速度計算装置２
２ｂが順次接続され、円移動速度計算装置２２ａ、２２
ｂの出力端子が回転数計算装置２３に接続されている。

空間フィルタ素子２１　ａ　（２ｌ　ｂ）の差動出力（
以下、単に出力という）により、周波数測定装置２２　
ａ　（２２ｂ）で周波数ｆが測定され、さらにその周波
数ｆから移動速度計算装置２２ａ（２２ｂ）により移動
速度■が、次のように計算される。

Ｖ−ｆ−１７ｍ　　　　　　　　　　　　　・・（３〉
ここに、Ｐは第６図に示したピッチであり、ｍは光学系
の倍率である。

そして、２個の空間フィルタ素子Ａ、Ｂの各出力から計
算された移動速度により、回転数計算装置２３で回転数
が求められる。次に、そのアルゴリズムを述べる。

第４図で、被測定対象物４の回転輔Ｏと中心点Ｃとが一
致しているときは、雨空間フィルタ素子Ａ、Ｂの各出力
から求められた移動速度は等しく、空間フィルタ素子Ａ
、Ｂの大きさが半径ｒに比べて十分に小さければ、空間
フィルタ素子Ａ、Ｂ上の像の動きは直線と考えることが
できる。したがって、移動速度Ｖが求められると、披δ
ＩＩＩ定対象物４の回転数Ｎは次式のように計算される
。

Ｎ＝２πｒ　／　Ｖ　　　　　　　　　　　　　・・・
（４）回転数の測定であるため、光学系の倍率ｍは関係
しない。

次に、第８図に示すように、回転軸Ｏと中心点Ｃとの間
に偏心が生じている場合を考える。

空間フィルタ素子Ａの出力から求められた移動速度をｖ
Ａ、他の空間フィルタ素子Ｂの出力から求められた移動
速度をＶＢとする。また、空間フィルタ素子Ａと回転軸
０間の距離をｒＡ、他の空間フィルタ素子Ｂと回転軸０
間の距離をｒＢとし、角度ＯＡＣをθＡ１角度ＯＢＯを
θＢとする。

このとき、余弦効果も考慮すると、まずＸ方向のずれ量
ΔＸが次式のようにして計算される。

ＶＡ／ｃｏｓθＡ：ＶＢ／ｃｏｓθＢ ＝ｒＡ　　：　　ｒＢ ＝（ｒ　　−ΔＸ）／ＣＯ８θＡ ＝　（ｒ　＋ΔＸ）／ｃｏｓ　　θＢ ＶＡ：ＶＢ＝（ｒ　　−ΔＸ）　　：　　（ｒ　　＋Δ
Ｘ）ΔＸ　−ｒ　　・（ＶＢ　　−ＶＡ　　）　　／　
　（ＶＡ　　−１−ｖｒｔ　　）・・　〈５〉 被測定対象物５の角速度をωとすると ＶＡ　＝（Ｌｌ−ｒＡ　：　ｃｏｓθＡ＝ω・ｒＡ　　
（ｒ−ΔＸ）’／ｒＡ ＝ω・　（ｒ−ΔＸ） したがって ω−ＶＡ／（ｒ−ΔＸ　）　　　　　　　　　　−（６
）で角速度ωが求まり、これより回転数Ｎは次式で計算
される。

Ｎ＝２ｙｒ　（ｒ−ΔＸ）／ＶＡ　　　　　　　−（７
）なお、回転数の５１算には、空間フィルタ素子Ｂの出
力から求められた移動速度ＶＢを用いてもよい。このと
き、上記（７）式中、（ｒ−ΔＸ）は、（ｒ＋ΔＸ）と
なる。

このようにして、各空間フィルタ素子Ａ、Ｂの出力から
求められた移動速度ＶＡ、ＶＢ及び半径ｒから回転数Ｎ
が計算され、またＸ方向のずれ量ΔＸも求められる。

次いで第９図には、この発明の他の実施例を示す。この
実施例では、上述した一実施例における２個の空間フィ
ルタ素子ＡＳＢにさらに他の空間フィルタ素子りが加え
られて、３個の空間フィルタ素子が用いられている。第
３の空間フィルタ素子りは中心点Ｃを通るＹ軸上に配置
されている。

いま、第９図に示すように、回転軸Ｏと中心点Ｃとの間
に偏心が生じている場合を考える。

空間フィルタ素子りの出力から求められた移動速度をＶ
Ｄ、空間フィルタ素子りと回転軸０間の１ 距離をｒＤ、角度ＯＤＣをθＤとする。

このとき、角速度ωは、前述のように、他の２個の空間
フィルタ素子ＡＳＢの情報から求められているとすると
、 ω◆ｒＤ＝ＶＤ／ＣＯ８θＤ ｒＤ＝（ｒ＋ΔＹ）／ｃｏｓθＤ ΔＹ＝（ＶＤ／ω）　−ｒ　　　　　　　　　・・・〈
８）となり、第３の空間フィルタ素子りも用いると、Ｖ
Ｄ、ω、ｒの値から、Ｙ方向のずれ量ΔＹも求められる
。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、空間フィルタ
素子は、被測定対象物の回転軸に対応する中心点を中心
とした所定半径の田土にその速度検出方向と直交する方
向を当該半径方向と一致させて２個以上を配置し、その
うちの２個の空間フィルタ素子は上記の中心点を通る直
線上に配置するようにしたため、被測定対象物の回転軸
と中心点との間に偏心が生じていても、中心点を通る直
線上に配置されたその２個の空間フィルタ素子の　２　
− 各出力から余弦効果が考慮された上でそれぞれ移動速度
が求められ、この両移動速度に基づいて、その直線上に
おける回転軸と中心点との間のずれ量が求められる。次
いで、このずれ量と上記の両移動速度のうちの何れか一
方の移動速度に基づいて被測定対象物の回転数を精度よ
く求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明に係る回転数測定装置の
実施例の基本的構成等を説明するためのもので、第１図
は回転数測定装置と回転する被測定対象物との位置関係
を示す図、第２図は回転数測定装置における光学系及び
空間フィルタ素子の配置例等を示す構成断面図、第３図
は空間フィルタ素子の余弦効果を説明するための図、第
４図ないし第８図はこの発明の一実施例を示すもので、
第４図は空間フィルタ素子の配置態様を示す図、第５図
は空間フィルタ素子の構成を示す斜視図、第６図は同上
空間フィルタ素子からの出力取出し例を説明するための
接続図、第７図は全体構成を示すブロック図、第８図は
回転軸と中心点との間に偏心が生じている場合の回転数
測定を説明するための図、第９図はこの発明の他の実施
例におりる空間フィルタ素子の配置態様等を示す図、第
１０図は従来の回転数７１１１１定装置における空間フ
ィルタの部分を示す図である。 １：回転数測定装置、　３：所定半径の円、４：被測定
対象物、 １０、Ａ、Ｂ、Ｄ　：空間フィルタ素子、１０ａ：速度
検出方向、　Ｃ：中心点、０：回転軸、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転する被測定対象物からの光を空間フィルタ素子で検
   出し、その出力信号の周波数から非接触で当該被測定対
   象物の回転数を求める回転数測定装置であって、 前記空間フィルタ素子は、前記被測定対象物の回転軸に
   対応する中心点を中心とした所定半径の円上にその速度
   検出方向と直交する方向を当該半径方向と一致させて２
   個以上を配置するとともに、これらの空間フィルタ素子
   のうちの２個の空間フィルタ素子は前記中心点を通る直
   線上に配置してなることを特徴とする回転数測定装置。