JPH04259835A - トルク測定方法及びその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は回転軸が伝達する軸ト
ルクを測定するトルク測定方法とその装置に係り，特に
，被測定軸が有する自己共振による振動成分によって測
定値に誤差を生じることのない測定精度の高いトルク測
定方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に回転力を伝達する回転軸の軸伝達
トルクを測定するには，この回転軸に発生する歪み量を
計測し，この計測値から算出している。次に，従来のト
ルク測定手段を図によって説明する。図３において起動
装置３２によって制御される駆動装置である例えば誘導
電動機２から出力される回転力は，この駆動装置２の出
力軸１２がカップリング等の結合装置１３を介してトル
クセンサ１の入力軸１１に供給され，トルクセンサ１の
負荷側は，前記トルクセンサへの入力トルクがこのトル
クセンサの出力軸２１から結合装置２３を介して制御装
置３３によって制御される負荷装置３の入力軸２２に供
給され消費される。上述の機器構成において，電動機の
出力トルク特性を測定するには駆動装置２に測定対象で
ある電動機を用いて負荷装置３に所定の出力を吸収でき
る適切な負荷機能を用い，負荷機能のトルク吸収特性測
定するには，所望の駆動特性を有する駆動装置２に対し
て特性を測定すべき負荷機能を負荷装置３として結合し
，起動装置３２及び制御装置３３をそれぞれ操作して駆
動装置２及び負荷装置３をそれぞれ所定の測定条件に設
定作動し，トルクセンサによってそれぞれの条件におけ
る伝達軸トルクを測定している。

【０００３】また，トルクセンサには，一般に，前記入
力軸１１と出力軸２１の中間軸に発生するねじり歪み量
を計測するセンサが設けられている。このねじり歪み量
を計測するには，この中間軸における出力側の入力側か
らの遅れ量に対応する相対変位を光学的に検出する，磁
歪材料を中間軸に用いて磁歪センサによって検出する等
の手段が用いられるが，この中間軸に貼り付けたストレ
ンゲージによってこの中間軸に発生しているねじり歪み
量を計測し，この計測結果からこの中間軸の伝達トルク
値を算出する手段がもっとも一般的にもちいられており
，このトルクセンサの機械的条件と測定すべき条件によ
って，結合装置１３，２３にはギヤをもちいてトルク値
を変換する場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のトルク
測定手段によると，いずれの手段によっても，特に，動
的なトルクを測定しようとすると，この測定機械構造の
有する機械的特性が影響して精度のよい測定を妨害し困
難にしている。図４は軸トルク測定用のストレンゲージ
による計測信号の時間的出力変化の１部を取り出した１
例を示している。図４は横軸に時間を，縦軸に計測信号
の振幅を示している。ストレンゲージによる計測値は，
特に，回転軸の動的なデータを採取しようとすると，図
に示すように多くの振動信号成分を含んでいる。この信
号をＦＦＴ装置（高速フ−リェ変換装置）等によってフ
ーリエ展開してその周波数成分に分解すると，例えば，
図５に示したようになる。図５は横軸に周波数，縦軸に
その振幅を示している。図５に示すように多くの周波数
成分が含まれていて，測定域から外れた低周波成分や高
周波成分はフィルタによって除去が可能であるが，図５
に示すｆ０　のごとく測定域に含まれる成分は除去する
ことができず，測定値に悪影響をおよぼすことになる。 このｆ０　は主としてこの測定系に存在する図６に示す
ようなねじれ成分の自己共振周波数が影響している。即
ち，図６は自己共振周波数特性の１例を示していて，図
６の横軸には周波数，縦軸には各周波数成分の振幅比率
を示しており，図に示すｆ０がこの被測定系の自己共振
周波数である。上述の自己共振周波数は測定ひずみ量を
大きく取るために回転軸を細くすると共振周波数が低く
なって測定周波数領域にはいりやすくなり，共振周波数
を高くして測定周波数領域からずらそうとすると計測値
が小さくなってノイズとの分離が困難になる。また，ギ
ヤをトルクセンサの前後に入れると，ギヤのガタ成分が
これらの回転軸が有する自己共振周波数に加わわって計
測値を乱すことになる。本発明は従来の上記課題（問題
点）を解決するもので，その測定系に存在する自己共振
周波数による影響を受けない精度の良いトルクの測定方
法とその装置を得ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に基づくトルク測定方法においては，軸トルク
を測定すべき回転軸に衝撃的強制振動力を加え，該強制
力を除去した後の自由減衰振動を計測して得られた信号
をフーリエ解析処理して該回転軸の自己共振周波数成分
を算出記録し，該回転軸から所定の計測手段によって軸
トルクを計測して得られた信号をフーリエ解析処理して
得られた結果を前記記録した該回転軸の自己共振周波数
成分で除した後逆フーリエ処理を行って該回転軸の軸ト
ルクを算出するようにした。また，トルクの測定装置に
おいては，軸トルクを測定すべき回転軸に衝撃的強制振
動力を加える強制加振手段と，該回転軸のねじり歪み量
の動的変化を計測する手段と，該計測信号をフーリエ解
析処理する手段と，該フーリエ解析処理結果を記憶する
手段と，該回転軸の計測ねじり歪み量のフーリエ解析処
理結果を前記記憶手段の記憶データで除算する手段と，
該除算結果を逆フーリエ処理する手段と，該逆フーリエ
処理結果から該回転軸の軸トルク値を算出する手段とを
含むようにした。

【０００６】

【作用】本発明によると，トルクの測定方法においては
，軸トルクを測定すべき回転軸に衝撃的強制振動力を加
え，該強制力を除去した後の自由減衰振動を計測して得
られた信号をフーリエ解析処理して該回転軸の自己共振
周波数成分を算出記録し，該回転軸から所定の計測手段
によって軸トルクを計測して得られた信号をフーリエ解
析処理して得られた結果を前記記録した該回転軸の自己
共振周波数成分で除した後逆フーリエ処理を行って該回
転軸の軸トルクを算出するようにしたので，トルク測定
結果に含まれるその測定機械系に存在する自己共振によ
る測定値への影響を容易確実に除去することができる。 従って，該トルク測定方法によって得られたトルク測定
結果にはその測定機械系に含まれる自己共振特性の影響
がなく精度のよいトルク測定結果が得られる。また，ト
ルクの測定装置においては，軸トルクを測定すべき回転
軸に衝撃的強制振動力を加える強制加振手段と，該回転
軸のねじり歪み量の動的変化を計測する手段と，該計測
信号をフーリエ展開する手段と，該フーリエ展開結果を
記憶する手段と，該回転軸の計測ねじり歪み量のフーリ
エ展開結果を前記記憶手段の記憶データで除算する手段
と，該除算結果を逆フーリエ処理して該回転軸の軸トル
ク値を算出する手段とを含むようにしたので，容易にそ
の測定系に存在する自己共振周波数を検出し，さらに，
この検出結果を使用してトルクの計測信号の中から自己
共振振動成分を除去することができる。従って，該トル
ク測定装置によって得られたトルク測定結果にはその測
定機械系に含まれる自己共振特性の影響がなく精度のよ
いトルク測定結果が得られる。

【０００７】

【実施例】この発明に基づくトルク測定方法及びその装
置を図１，図２を参照して具体的かつ詳細に説明する。 図１は本発明に基づくトルク測定のための機器及び回路
構成を示す概要ブロック図である。図１において，１は
，例えば回転軸にストレンゲージを貼付したトルクセン
サ（以後このトルクセンサにはストレンゲージを用いて
いるとして説明する）であって，１１はこのトルクセン
サ１の入力軸，２１はこのトルクセンサ１の出力軸であ
る。また，２は，トルク測定における必要な駆動回転力
を得るための駆動装置であって，例えば，電動機の出力
特性を測定するにはその被測定用電動機が用いられ，こ
の駆動装置２の出力回転軸１２が，カップリング等の結
合装置１３を介して前記トルクセンサ１の入力軸１１に
結合する。また，３は，トルク測定の為に結合する，前
記駆動出力をトルクセンサ１を介して吸収する負荷装置
であって，ブレーキ等の性能を測定するためにはこの被
測定用のブレーキを負荷装置３として用い，前記電動機
の出力特性を測定するには所望の回転力吸収特性を備え
た負荷装置は，その入力軸２２を，カップリング等の結
合装置２３を介して前記トルクセンサの出力軸２１に結
合する。１０は本発明に基づくトルク測定の為の測定信
号処理装置であって，１４はこの測定信号処理装置の主
機能である演算装置，１７は演算装置１４が詳細を後述
する演算処理をするための処理プログラムを記録した記
憶装置，１８は計測データや演算途中のデータを一時記
録する記憶装置，１５は演算結果のトルク値やトルクの
動的データその他所望のデータをペーパ等に打ち出す記
録装置，１６は演算結果のトルク値その他所望の情報を
報知表示する表示装置，１９はこのトルク測定システム
を測定担当者が操作し，また，演算処理に必要なデータ
や処理命令を入力するための操作パネルであって，２０
はこれら各種の装置を結び情報を伝達するバスラインで
ある。また，７はこれら信号処理装置の入力インタフェ
ースであって，トルクセンサ１の計測値はこのトルクセ
ンサに用いているストレンゲージの前置回路４からこの
入力インタフェース７によって所定のデジタル信号に変
換され，バスライン２０を経由して所定の回路機能装置
に入力される。即ち，例えば，記憶装置１８に記録され
る。前述のトルクセンサに用いているストレンゲージの
前置回路４には，このストレンゲージの電源及び増幅回
路等が含まれている。また，測定担当者の操作処理によ
るトルク測定システムの制御信号に従ってこの測定信号
処理装置１０から出力する駆動装置２及び負荷装置３の
作動信号は，出力インタフェース８によってデジタル信
号から所定のアナログ信号等への変換処理及び分配操作
がなされ，駆動回路５を経由して駆動装置２または駆動
出力を負荷側に結合し伝達する結合装置としての電磁ク
ラッチ１３をそれぞれ作動させ，駆動回路６を経由して
負荷装置３または駆動出力を負荷側に結合し伝達する結
合装置としての電磁クラッチ２３をそれぞれ作動させる
。図１においては，各回路を作動させる電源及び電源ケ
ーブル，トルク測定に必要なストレンゲージ以外のセン
サを含む各種機器回路に関する詳細ケーブル類等本発明
の説明に直接必要とはしない機器回路の記載は省略して
いる。

【０００８】次に上述の回路及び機器の構成におけるト
ルク測定システムの本発明に基づく処理作業を図２に示
す概要フロー図によって説明する。本トルク測定システ
ムによって所望の測定作業を行う前に，図１に前述した
ようにそれぞれの装置及び回路を結合し，トルク演算及
びこのトルク測定システムの操作に必要な各種データを
操作パネル１９から入力して測定準備を完了させる（ス
テップ０）。ステップ１において，まず，トルクセンサ
軸（回転軸１１乃至回転軸２１）に衝撃加振する。この
加振手段としては，例えば，インパルスハンマを用い，
これに内蔵される圧電センサにより衝撃力を電気信号の
形で栓出するようにすれば良い（ステップ２）。次にス
テップ３において，上記記憶装置１８に取り込んだトル
クセンサの計測信号を演算装置１４により記憶装置１７
に記録された所定のプログラムに従ってフーリエ解析処
理演算を行ってこの信号の周波数成分を算出し記憶装置
１８に記録する。次にステップ４において，使用トルク
センサ１の適応手段によってこの伝達軸トルクを計測し
，その計測信号をトルクセンサ１から入力して記憶装置
１８に取り込む。次にステップ５において，ステップ４
において計測して記録した信号をステップ３と同様の手
段によってフーリエ解析処理演算を行ってこの信号の周
波数成分を算出する。次にステップ６において，上記ス
テップ５において得られたフーリエ解析処理の演算結果
を先にステップ３で得られ記憶装置１８に記録したフー
リエ解析処理の演算結果で除算し，この除算結果をステ
ップ７において逆フーリエ処理演算を行い，ステップ８
において，この処理結果を予め設定して記憶装置１８に
記録したこのトルク測定システムの諸条件及び図１には
図示を省略した計測手段によって得られた所定のデータ
を用いてトルク値を計算算出してこの測定を完了する。

【０００９】上述の説明では演算装置に汎用演算装置（
コンピュータ）を用いた実施例について説明したが，市
販のＦＦＴ処理装置とトルクセンサ等を組み合わせて測
定するようにしてもよいし，例えば，軸トルクを測定す
べき回転軸に衝撃的強制振動力を加える強制加振手段，
該回転軸のねじり歪み量の動的変化を計測する手段，該
計測信号をフーリエ展開する手段，該フーリエ展開結果
を記憶する手段，該回転軸の計測ねじり歪み量のフーリ
エ展開結果を前記記憶手段の記憶データで除算する手段
，該除算結果を逆フーリエ処理し該回転軸の軸トルク値
を算出する手段等の基本機能その他，所定の必要機能の
全てまたはどれかの機能を専用の装置や電子回路によっ
て構成して上記機能を実行できるようにしてもよい。ま
た本発明は，上述の測定信号処理手段と処理フローを適
用することにより，トルクセンサにストレンゲージ以外
を用いたトルク測定手段に対しても適切な前置回路等所
定の電子回路とトルク算出手段を用いることによって適
用が可能である。

【００１０】

【発明の効果】上述したように本発明によると，トルク
の測定方法においては，軸トルクを測定すべき回転軸に
衝撃的強制振動力を加え，該強制力を除去した後の自由
減衰振動を計測して得られる信号をフーリエ解析処理し
て該回転軸の自己共振周波数成分を算出記録し，該回転
軸から所定の計測手段によって伝達軸トルクを計測して
得られた信号をフーリエ解析処理して得られた結果を前
記記録した該回転軸の自己共振周波数成分で除した後逆
フーリエ処理を行って該回転軸の軸トルクを算出するよ
うにしたので，トルク測定結果に含まれるその測定機械
系に存在する自己共振による測定値への影響を容易確実
に除去することができる。従って，該トルク測定方法に
よって得られたトルク測定結果にはその測定機械系に含
まれる自己共振特性の影響がなく精度のよいトルク測定
結果が得られるという優れた効果が得られる。

【００１１】また，トルクの測定装置においては，軸ト
ルクを測定すべき回転軸に衝撃的強制振動力を加える強
制加振手段と，該回転軸のねじり歪み量の動的変化を計
測する手段と，該計測信号をフーリエ解析処理する手段
と，該フーリエ解析処理結果を記憶する手段と，該回転
軸の計測ねじり歪み量のフーリエ解析処理結果を前記記
憶手段の記憶データで除算する手段と，該除算結果を逆
フーリエ処理して該回転軸の軸トルク値を算出する手段
とを含むようにしたので，容易にその測定機械系に存在
する自己共振周波数を検出し，さらに，この検出結果を
使用してトルクの計測信号の中から自己共振振動成分を
除去することができる。従って，該トルク測定装置によ
って得られたトルク測定結果にはその測定機械系に含ま
れる自己共振特性の影響がなく精度のよいトルク測定結
果が得られるといいう優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくトルク測定方法及びその装置に
関する実施例のトルク測定システムを構成する機器及び
回路のブロック図である。

【図２】図１に示した実施例における本発明に基づくト
ルク測定方法及びその装置の説明用概要フロー図である
。

【図３】従来のトルク測定システム例の構成を示す概要
ブロック図である。

【図４】軸トルク測定用センサによるデータの１例図デ
ある。

【図５】軸トルク測定用センサによるデータをＦＦＴ装
置等によって解析し得られた周波数分布の１例図である
。

【図６】被トルク測定軸の自己共振特性を説明する周波
数分布の１例図である。

【符号の説明】

１：トルクセンサ ２：駆動装置（電動機） ３：負荷装置 １０：測定信号処理装置 １４：演算装置 １５：データ記録装置 １６：データ表示装置 １７：プログラム記憶装置 １８：データ記憶装置 １９：操作パネル ２０：バスライン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　軸トルクを測定すべき回転軸に衝撃的
   強制振動力を加え，該強制力を定常化した後の自由減衰
   振動を計測して得られた信号をフーリエ解析処理して該
   回転軸の自己共振周波数成分を算出記録し，該回転軸か
   ら所定の軸トルク計測手段によって得られた計測信号を
   フーリエ解析処理して得られた結果を前記記録した該回
   転軸の自己共振周波数成分で除した後逆フーリエ処理を
   行い，該処理信号から該回転軸の軸トルク値を算出する
   ようにしたことを特徴とするトルク測定方法。
2. 【請求項２】　　軸トルクを測定すべき回転軸に衝撃的
   強制振動力を加える強制加振手段と，該回転軸のねじり
   歪み量の動的変化を計測する手段と，該計測信号をフー
   リエ解析処理する手段と，該フーリエ解析処理結果を記
   憶する手段と，該回転軸の計測ねじり歪み量のフーリエ
   解析処理結果を前記記憶手段の記憶データで除算する手
   段と，該除算結果を逆フーリエ処理する手段と，該逆フ
   ーリエ処理結果から該回転軸の軸トルク値を算出する手
   段とを含むことを特徴とするトルク測定装置。