JPH039402B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 相対配置された２つの軸３，４に関するその
中心軸線の整列状態またはその平行もしくは傾斜
状態および必要に応じ変位程度を確認するに際
し、一方の第１軸３からこれに対向固定された計
測器Ｓを他方の第２軸４に位置してこれに対向固
定された基準部材６へ指向させ、これらの軸をそ
れぞれ角度範囲360゜内に設けられた異なる計測位
置で互いに同角度だけ回転させて、計測器Ｓと基
準部材６との間における相対位置変化の大きさお
よび方向に対応する信号を発生させると共に、こ
れらの信号から整列誤差を測定する絶対位置変化
の確認方法において、計測器として光源５から発
した前記第１軸３の中心軸線に対しほぼ平行な若
干発散した光束としての光線Ｓを第２軸上に基準
部材として配置された直角反射プリズム６もしく
は対応の光学系に指向させ、前記光学系は90゜の
角度を形成するその反射平面を第２軸４の半径方
向面に対しほぼ垂直に位置せしめ、第１軸３上に
は光源５に関し固定配置された受光器７を固定し
て、これに他方の反射面から反射された光線S′を
入射させると共にこの受光器７により２つの信号
を発生させ、これら信号は第１軸３の中心軸線に
対しほぼ垂直な測定平面Ｍにおける軸固定された
基準点Ｏの受光器７に対する光線入射点Ａの座標
（ｘ、ｙ）に対応することを特徴とする相対位置
変化の確認方法。

２ 相対配置された２つの軸３，４に関するその
中心軸線の整列状態またはその平行もしくは傾斜
状態および必要に応じ変位程度を確認するため、
一方の第１軸３からこれに対向固定された計測器
Ｓを他方の第２軸４に位置してこれに対向固定さ
れた基準部材６へ指向させ、これらの軸を角度範
囲360゜内に設けられた異なる計測位置で回転させ
て計測器Ｓと基準部材６の間における相対位置変
化の大きさおよび方向に対応する信号を発生させ
ると共に、これらの信号から整列誤差を測定する
よう構成した相対位置変化の確認装置において、
若干発散した光線Ｓを発生するため第１軸３上に
固定しうる光射出器５と、第２軸４上に固定しう
る光線Ｓに指向される直角反射プリズム６もしく
は対応の光学系とを備え、この光学系は基準部材
として第２軸４上に配置されて90゜の角度を形成
するその反射平面を第２軸４の半径方向面に対し
ほぼ垂直に位置せしめ、さらに第１軸３上に固定
できかつ光射出器５に関し固定配置される受光器
７を備え、この受光器は第１軸３の中心軸線に対
しほぼ垂直な測定平面Ｍにおける軸固定された基
準点Ｏの受光器７に対する光線入射点Ａの座標
（ｘ、ｙ）に対応した２つの信号を発生すること
も特徴とする相対位置変化の確認装置。

３ 受光器７が二軸アナログ型の光電半導体位置
検出器であることを特徴とする請求の範囲第２項
記載の装置。

４ 受光器７の前に、光線S′の直径を縮小させる
レンズを配置したことを特徴とする請求の範囲第
３項記載の装置。

５ 光射出器５がレーザーダイオードを備えるこ
とを特徴とする請求の範囲第２項乃至第４項のい
ずれかに記載の装置。

６ 光射出器にはその光線、通路に分光路を配置
して、光線の１部を角度90゜だけ側方に偏位させ
ることを特徴とする請求の範囲第２項乃至第５項
のいずれかに記載の装置。

７ 光線が強度変調されることを特徴とする請求
の範囲第２項乃至第６項のいずれかに記載の装
置。

８ 受光器７から発した信号が直角座標系におけ
る基準点からの光線入射点の間隔の直角座標
（ｘ、ｙ）に対応し、前記直角座標系はその座標
軸が第１軸３の半径方向ラインと合致し、このラ
イン上に光射出器の光学中心配置線の測定平面に
対する通過点が位置することを特徴とする請求の
範囲第２項乃至第７項のいずれかに記載の装置。

９ 機械の初期整列後に軸の整列状態を持続監視
するため、受光器７から発した信号が装置の運転
に際し滑動環または回転中継器を介して計測装置
まで伝送され、この計測装置は回転数同期的に作
動する軸の瞬間的な所定角度位置を検知する走査
器と連携して、前記信号から平行変位および／ま
たは角度変位の実際に大きさを計測すると共に表
示し、許容整列誤差範囲を越えた際に信号を発生
することを特徴とする請求の範囲第２項乃至第８
項のいずれかに記載の装置。

明細書 この発明は請求の範囲第１項の前文に記載の装
置に関する。

かかる装置はその軸が相互に強固に結合される
べき２台の機械を、結合前に正確に整列さるため
に主として使用される。

起こり得る同軸度誤差の種類と量を検出するた
め既知の装置は、測定指針としての棒と測定受信
器としての機械的なダイヤルゲージ又は非接触に
作動する誘導形距離計とにより純粋に機械的に作
動し、この測定受信器は２軸が一緒に回転する際
に棒により働かされ且つ軸の同軸度誤差に対応す
る測定値を与える。軸の一緒の回転は、両軸が同
時に同期して回転されるか、又は最初に一つの軸
が続いて他の軸がそれぞれ同じ角度だけ回される
ことにより実施できる。それによつて何れの場合
においても各測定値読み取り時点において、先行
する読み取りの際に軸があつた角度位置に対して
両軸とも同じ角度だけ移動される。既知の装置に
おいてはシステムに起因する例えば重力によつて
起こる誤差が測定値に入つて来る。重力は種々の
形でなる角度位置において棒ないしはダイヤルゲ
ージ又は誘導形の距離計を支えるリンクに作用す
る。軸の同軸度は非常に正確でなければならない
ので、既知の装置においては測定値誤差を許容の
同軸度公差範囲に保つために大きい構造上の出費
が必要である。

この発明は、請求の範囲第１項の前文に記載の
目的のために、比較的少ない構造上の出費でもつ
て非常に高い測定精度が得られ、且つ更に平行ず
れ及び／又は角度ずれにより起こり得る誤差並び
に各誤差の量に就いて直接に認識することにより
敏速な作業を可能にするような、装置を提供する
と言う課題に基づいている。その場合に、軸の中
心線が相互に間隔を置いて交差しているときに
は、誤差が直ちに純粋な平行ずれ成分と純粋な角
度ずれ成分とに分解され、その結果２種類の誤差
が軸の360゜の回転の形における単一の測定過程に
より別々に認識され、且つその後に一つの機械に
おいて他の機械に対する単一の調整過程により誤
差を取り除くことができるように、同軸度誤差の
表示が行われるべきである。

この課題は請求の範囲第１項に記載の特徴によ
り解決される。

この発明に基づく装置においては各軸に配置さ
れた装置部分は相互に光学的に結合されているの
で、重力の影響の下に測定誤差を生じるような大
げさのリンクが存在しない。起こり得る軸の同軸
度誤差は、上記の二つの方式の内の一つに従い実
施される軸の360゜の一緒の回転の過程において、
軸に固定された基準点から光線入射点までの距離
の変化として第２の測定受信器において把握され
る。その際第１の軸の半径方向における距離変化
成分は純粋な平行ずれに対応し、これに垂直な成
分は純粋な角度ずれに対応する。このことは直角
の反射プリズムが有している三つの特性を同時に
この発明において利用してることに起因する。第
１の特性は、90゜の頂角の所にあるりよう線の回
りのプリズムの回動は第２の測定受信器への光線
の反射に影響を与えないと言う点にある。第２の
特性は、前記のりよう線に直角で且つ直角三角形
の斜面に平行な軸の回りのプリズムの回転はその
回転角の２倍のプリズムへの入射光とプリズムか
らの反射光の間の角度となつて現われるので、第
２の測定受信器における半径方向に直角な距離変
化成分は直接両軸の間の純粋な角度ずれに対応す
ると言う点にある。そして最後に第３の特性は、
りよう線に垂直で且つ直角三角形斜面に平行な前
記の軸の方向におけるプリズムの平行移働は、こ
の移動の大きさの２倍の量となつて入射する光線
と反射する光線の間の移動方向に測られた距離変
化に現われ、そして平行ずれを再現すると言う点
にある。従つてこの発明に基づく装置において
は、軸の360゜の回転の過程において距離変化の両
成分の形で測定値の二つのグループが得られ、こ
れらのグループの内で第１の軸の半径方向におけ
る距離成分（例えば基準点から光入射点までの）
の変化を含む第１のグループは純粋の平行ずれを
表示し、一方これに垂直な距離成分の変化を含む
第２のグループは純粋な角度ずれを再現する。そ
してこのことから容易に測定値が得られ、この測
定値に基づいて一つの機械を他の機械に対して、
例えば高さ及び横方向に前側および後側の支持点
において場合によつては異なる量だけずらさなれ
ばならないが、それにより部分的な調整を行なつ
た後に一気に、すなわち改めて測定をやり直すこ
と無く同軸度誤差が除去される。

反射プリズムを用い、測定指針としてプリズム
に向う光線と、プリズムの移動に対応して移動す
るプリズムからの反射光線を受ける測定受信器と
を利用することは、精密測定技術の分野において
それ自身既に知られている。しかしながら従来は
上記の三つの特性の内、平行ずれを再現する入射
光線と反射光線との間の距離変化、及びりよう線
に平行な軸の回りの回動に対する反射の不感性だ
けが測定の目的に利用され、一方前記の第３の特
性、すなわちりよう線に垂直で且つ直角三角形の
斜面に平行な軸の回りのプリズムの回動の際の入
射光線と反射光線の間の角度の変化に関する特性
は、妨害と見なされ適切な補助手段により抑制さ
れた（ドイツ連邦共和国図書、Kurt Raentsch
著、Carl Hanser書店発行、「精密技術における
光学」、特に第233ページないし第234ページ）。

請求の範囲の実施態様項はこの発明の請求範囲
第１項に記載の装置の有利な構成に関する。次に
実施例を示す図面を参照してこの発明を詳細に説
明する。

図面において、 第１図は一列に並ぶべき２台の機械の軸上に取
り付けられた装置の機械を含む側面図、 第２図は第１図に示す装置の軸上に取り付けた
状態における細部を示した拡大側面図、 第３ａ図は測定発信器の有利な実施例の平面
図、 第３ｂ図は第３ａ図に示す発信器の正面図（第
３ａ図を右から見る、） 第４ａ図は測定発信器として第２の機械の軸上
いおいて作動するプリズムの、90゜の頂角におけ
る図の紙面に対して垂直なりよう線に関する種々
の角度位置における側面図、 第４ｂ図は第４ａ図に示すプリズムの、りよう
線に垂直で且つ直角三角形斜面に平行な回転軸に
関する異なる二つの角度位置における平面図、 第５ａ図はこの発明において第２の測定受信器
として採用されたアナログ形の光電半導体位置検
出器の機能原理を示す断面図、 第５ｂ図は第５ａ図に示す検出器の二軸構造を
示す正面図、 第５ｃ図は第５ｂ図に示す検出器の切断線Vc
−Vcによる断面図、 第６ａ図は第２の測定受信器の他の実施例の正
面図、 第６ｂ図は第６ａ図に示す測定受信器の第６ａ
図おける切断線VIb−VIbによる断面図、 第６ｃ図は第６ａ図に示す測定受信器の第６ａ
図における切断線VIc−VIcによる断面図、 第７図は測定過程と、360゜の回転角範囲にわた
り90゜の間隔での軸の回転の際に現われる変位値
とを示す斜視図、 である。

第１図及び第２図には２台の回転機１と２が示
されており、これら回転機は結合されていると共
に軸の結合に先だつて軸の中心線が一列に並ぶよ
うに調整されている。後に生じる同軸度誤差を検
出するために回転機１と２は運転中に監視され、
そのために軸３上に強固に固定され測定発信器と
して作用する投光器５と、他の軸４上に強固に固
定され測定受信器として作用する直角プリズム６
と、投光器５と同様に軸３上に強固に固定された
第２の測定受信器７とから成る光学装置が、回転
の軸３と４の上に取り付けられている。

投光器５は第３ａ図及び第３ｂ図に示すように
レーザ結晶８とコリメータレンズ９を有し、且つ
１ミリラジアン未満の程度の大きさの非常に発散
の少ない光線Ｓを発生し、投光器は光線を軸３の
中心線に平行に軸３から間隔を置いて回転機２に
向かつて投射する。軸４の上で光線Ｓは直角プリ
ズム６に入射するが、このプリズムは回転機２の
中心線から適切な間隔を置いて、プリズム直角三
角形斜面６ａが回転機２の軸４の中心線に対して
直交し、且つプリズムの90゜の頂角の所にあるり
よう線が、プリズムのほぼ中央を横切る軸４を含
む放射線平面の一つに垂直に走るように、調整配
置されている。

プリズムは投光器５の光線６を回転機１に向か
つて光線S′として反射し、この光線S′は回転機１
の所で第２の測定受信器７に入射する。第２の測
定受信器は第５ａ図、第５ｂ図及び第５ｃ図に示
すように二軸のアナログ形光電半導体位置検出器
であるか、又は第６ａ図ないし第６ｃ図示すレン
ズと光検出器との組み合わせから成ることができ
る。

第５図ないし第５ｃ図に示す二軸のアナログ形
光電半導体検出器としての実施例においては、第
２の測定受信器６は金から成る被覆層１０とその
下に空乏領域１１と更にその下に高抵抗基板１２
とを有し、その際電流I_pが金被覆層１０に供給さ
れ、また高抵抗の基板にはその周辺の上下に接触
帯１３が基板のほぼ正方形の断面に沿つて配置さ
れており、供給された電流I_pがこの接触帯を経て
部分電流に分割されて放流される。電流I_pの配分
は光線が金被覆層にほぼ垂直に突き当たる光入射
位置によつて決まる。第５ｂ図及び第５ｃ図に示
す二軸の位置検出器としての実施例において、供
給された電流I_pは四つの部分電流に配分され、こ
れら部分電流は個々の接触帯１３を経て放流さ
れ、且つその大きさに就いては中心からの光入射
点の距離に関係する。従つて空乏領域及び基板と
合同の正方形の金被覆層の中心に正確に光線が突
き当たるときは、四つの部分電流は相互に大きさ
が等しい。接触帯１３の関連して相互に対向する
対において起こり得る電流差から、座標の中心か
ら偏心した光入射点までの距離の直交成分を読み
取ることができる。

前記の種類の位置検出器は周知であり且つ市場
で入手できる。

第５ａ図ないし第５ｃ図に示す位置検出器は、
第２の測定受信器７として一つの対象平面１４
（第５ｂ図）が軸３の一つの放射状平面と一致す
るように軸３の上に配置されており、また他の対
象平面１５がこれに対し垂直に位置し且つ軸３の
中心線に平行に置かれている。

第５ａ図ないし第５ｃ図に示す位置検出器によ
るのと同様の結果が第６ａ図ないし第６ｃ図に示
す検出器によつてもまた得ることができ、この検
出器は四つの円筒レンズ１５ａないし１５ｄと四
つの光検出器１６ａないし１６ｄから成り、この
光検出器は光入射方向に円筒レンズの後に間隔ｆ
を置いて配置されている。四つの円筒レンズ１５
ａないし１５ｄは二つづつ横に並び、且つ各対
は、一対の中では中心線が相互に平行に延びしか
しながら二対の間では相互に直交し、その際平面
−凸面から成るレンズがその平面側で脊合わせに
相互に接するように、相前後して配置されてい
る。入射する光線に向かう二つのレンズ１５ａ，
１５ｂは、それらに突き当たる光をレンズの後に
配置された光検出器１６ａ，１６ｃ並びに１６
ｂ，１６ｄの中心線にそれぞれ集束し、一方その
後にある円筒レンズ１５ｄ，１５ｃは、それに入
射する光をその後にある光検出器１６ａ，１６ｂ
並びに１６ｃ，１６ｄの共通の中心線に集束す
る。従つて前方からこのレンズ装置に入射する光
はレンズによつて四つのダイオードのある点に集
束され、ここで光の強さ従つて光検出器の出力信
号はそれぞれ二つの交差する半レンズから成る
個々のレンズ象限に分配される入射光線の割合に
よつて決まる。これら象限は第６ａ図において符
号１７により示されている。

第２の測定受信器７のこの実施例もまたダイオ
ード１６ａないし１６ｄから電流を供給し、円筒
レンズ装置への入射光が対称であるときはこれら
電流は相互に等しく、一方入射光が非対称のとき
は対ごとに電流差が生じ、この電流差は円筒軸の
方向に存在する座標に基づて中心位置からの光入
射位置の偏差によつて決まる。

第６ａ図ないし第６ｃ図に示す検出器もまた、
一つの検出方向が入射光の一つの変位座標に対応
して軸の半径方向に延び、他の検出方向がこれに
対し垂直に延びるように、軸３上に配置されてい
る。

第４ａ図及び第４ｂ図は種々の位置におけるプ
リズム６を示す。その際第４ａ図の紙面は軸４を
含む放射状平面の一つに一致し、且つプリズムの
直角な頂角におけるりよう線６ｂはこの放射状平
面に直交する。

投光器から発する光線Ｓがプリズムの直角三角
形斜面６ａに垂直に突き当たるときは、光線Ｓは
これと予め定められた間隔を置いて再び垂直に
S′として放出される。プリズムがりよう線６ｂに
平行な軸の回りに回動しても、このことは反射関
係に変化を与えない。従つて第４ａ図の紙面によ
り与えられた軸４の放射状平面の中における光入
射角の変化は、反射関係に何も影響を与えない。
しかしながら直角三角形斜面６ａに平行なプリズ
ムの変位は、入射光線Ｓと反射光線S′の間の距離
の上では２倍の量となつて現われる。

他方ではプリズムが、りよう線６ｂに対し垂直
で且つ直角三角形の斜面６ａに平行な光源の回り
に回動した際には、第４ａ図の紙面に垂直な方向
における反射角の変化が回動の２倍の量になる。
このことは、光線S′の第２の測定受信器７への入
射点Ａの軸３の半径方向への変動は軸３と４の平
行ずれだけが原因となり、これに直角な方向の入
射点の変動は軸３と４の角ずれだけが原因となる
ことを意味する。

平行ずれと角度ずれが存在するときは、両軸が
完全には同軸上になく且つ360゜にわたる完全な一
回転を実施したときに、前記の方向における方向
Ａにこのような変動が生じることになる。この際
初期位置から90゜づつずれた角度位置において生
じる対の測定値を読み取れば十分である。初期位
置及びその他の測定位置は一回転の間に標識を付
けられる（同期回転して作動する図示されていな
い角度位置発信器）。第７図においては回転機の
軸上に配置された光学装置の部分が360゜にわたつ
て延びる測定過程の際に経過する測定サイクルが
斜視図により示されており、ここでは一つの回転
機が他の回転機に対し平行ずれ並びに角度ずれを
有すると仮定されている。ｙで示した成分は平行
ずれの成分でありそれぞれ軸に対して半径方向に
測定され、これに垂直な成分ｘは角度ずれの成分
である。

ｘとｙに付けたインデツクスはその時々の測定
位置に対応し、この測定位置は時計の針の位置を
参考にして０時（初期位置）、３時、６時及び９
時と符号を付けてあり、これは軸の0゜における初
期位置から90゜、180゜及び270゜の回転に相当する。

この図で示されているのは、０時の位置にある
放射状平面の方向における平行とずれは P₀＝（y₀−y₆）／４ に等しく、これに垂直な方向の平行ずれは P₃＝（y₃−y₉）／４ に等しいと言うことである。

０時の方向、すなわち初期位置にあり投光器を
含む軸３の放射状平面に垂直な方向における角度
ずれに対しては W₀＝（x₃−x₉）／4a が適応され、これに垂直な方向における角度ずれ
に対しては W₃＝（x₀−x₆）／4a が適応される。

測定から得られたこれらの値から、場合により
上げ又は下げ並びに左又は右への移動により実施
すべき回転機据え付け時の補正が、下記の式によ
り容易に計算される。ここに記載の量は第２図及
び第７図から引用されている。

F₀＝−P₀−W₀・ｂ F₃＝−P₃−W₃・ｂ B₀＝−P₀−W₀・（ｂ＋ｄ） B₃＝−P₃−W₃・（ｂ＋ｄ） ここでF₀は鉛直方向における回転機２の前脚
の移動量を意味し、 F₃は横方向における回転機２の前脚の移動量
を意味し、 B₀は鉛直方向における回転機２の後脚の移動
量を意味し、 B₃は横方向における回転機２の後脚の移動量
を意味する。

ここでは投光器が存在する回転機１の放射状平
面は０時の測定位置において鉛直に立つていると
言うことが前提となつている。

補正量を求めるために測定平面Ｍと回転機２の
前脚の中心点間の距離ｂを知ることが必要なの
で、その確定を容易にするために投光器からの光
線Ｓの経路の中に光分割器２１が挿入され、この
光分割器は光線Ｓからそれに垂直な部分光線
S″を軸継手部分などのそばを通つて側方に偏向
するので、この光線S″の基礎上への投光点は測
定を実施するための標識として引用することがで
きる。

周囲の光の自然なちらつきによる誤差を除外す
るために、投光器５から放射された光線Ｓを高い
周波数で変調することが推奨される。

もちろもプリズムの代りに機能的に等価の光学
システムとして、適切な反射装置又はこれと同等
なものを採用することができる。

第２の測定受信器７の測定精度を高めるため
に、この受信器の前に光線Ｓの直径を小さくする
（実施例として４分の１）集束レンズ２０を配置
することが推奨される。

この発明に基づく装置は、軸を結合された２台
の回転機の運転前の初期の整列のために使用され
るか、又は必要に応じてそれに続いて運転中の同
軸度状態の監視のためにも使用できる。

第１の場合においては、軸は装置の取り付け
後、冒頭に述べた二つの方法の内の一つに従つて
測定過程のために回転機自身によらない別の方法
で、完全な一回転にわたつて回転され、その際
種々の角度位置において測定値対が決定される
が、これは例えば自動的に又はコンピユータに入
力することができ、回転機における必要な整列補
正が実施できるように求められた測定値から補正
値が計算され適切な方法で表示される。そして補
正を実施後に装置は再び取り外され、他の回転機
における調整過程のために再び利用される。

これに対して回転機を運転中に更に監視するた
めに、装置が永続的に回転機の運転中においても
軸上に取り付けられているときは、当初の調整に
続いて起こり得る補正値を常に計算する必要は無
く、測定値を常に表示するか及び／又は許容され
る同軸度誤差範囲を超過したときに測定値から警
報信号を導き出せば十分である。この目的のため
に、個々の測定位置においてたまたま存在する光
線入射点の検出器中心点からの変移の座標に対応
して第２の測定受信器７の中に発生した電気信号
が第１図に暗示したように、スリツプリング又は
回転する中継器など２２を経て場合によつては表
示装置を備えることができる計算機２３に続けて
伝送され、角度位置発信器と協働して表示ないし
警報信号を与えるために、専門家に周知の方法に
よりこの計算機の中で処理される。角度位置発信
器は同様に第１図の中に略示され符号２４が付け
られている。

当初に平衡を採られた不釣合いが回転部分にお
いて、同軸度誤差と同様に回転機の運転中に後に
なつて、再び現れることがある。このような新た
に起こつた不釣合いは軸の振動を発生するに至
り、この振動は両軸において通常幾分異なつて作
用し、従つてとりわけ特別な特性を有する変位信
号となつて現われ、そのために同軸度誤差からも
たらされる変位信号とは異なる場合があり、また
時によつてはこれと重畳することがある。従つて
原因の認識を含む危険診断が保証される。

かかる運転中の監視は軸が結合された回転機の
従来の運転中の監視に対する十分の価値がある代
案以上のものである。従来の監視においては、軸
受台の変動する振動が把握され、軸受隙間が監視
され、軸受温度が測定されるなどが行なわれた
が、或る損傷が既に存在して後初めて危険な状態
が現われることが多い。新しい監視方法は危険な
運転状態に対する種々の原因の識別可能性のため
に、また同軸度状態の常時作動する表示のため
に、周知の種類の連続監視方法に比べてかえつて
優れている。