JPH07260425A - Apparatus for measuring run out of rotor - Google Patents

Apparatus for measuring run out of rotor

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JPH07260425A
JPH07260425A JP7253594A JP7253594A JPH07260425A JP H07260425 A JPH07260425 A JP H07260425A JP 7253594 A JP7253594 A JP 7253594A JP 7253594 A JP7253594 A JP 7253594A JP H07260425 A JPH07260425 A JP H07260425A
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JP
Japan
Prior art keywords
light
shake
measured
rotation angle
light emitting
Prior art date
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Pending
Application number
JP7253594A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kimio Miyazawa
君男 宮澤
Ryuichi Yamada
隆一 山田
Kazuhisa Yanagi
柳  和久
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Union Tool Co
Original Assignee
Union Tool Co
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Filing date
Publication date
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Priority to JP7253594A priority Critical patent/JPH07260425A/en
Publication of JPH07260425A publication Critical patent/JPH07260425A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To detect run out of a rotor accurately by irradiating a rotating object with light from a plurality of directions, detecting the quantity of transmitted light at a quantity of light detecting section, and then detecting the rotational angle of the object at a rotational angle detecting section. CONSTITUTION:A gauge pin 10 is irradiated with a parallel light emitted from light emitting sections 50, 52. A photointerrupter 92 detects a mark put on the gauge pin 10 and a rotational angle operating section 94 operates the rotational angle of the gauge pin 10 based on the detection signal. Displacement of the detected rotational angle is then determined in two directions based on the variation in the quantity of light received by optical sensors 80-83 and a rotational angle outputted from the rotational angle operating section 94. The displacement thus operated is fed to a basic circle operating section 112 and a vector generating section 114. The operating section 112 determines the position and the eccentricity of the rotational shaft of gauge pin which are fed to the vector generating section 114. The vector generating section 114 operates the run out vector of the gauge pin based on the displacement in two directions and an output from the section 112. A printer/display 116 displays a Lissajous's figure, the eccentricity and the run out vector delivered from the sections 112, 114.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸などの回転体の
回転に伴う振れを計測する回転体の振れ測定装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shake measuring device for a rotating body such as a rotating shaft for measuring the shake caused by the rotation of the rotating body.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、各種装置、機器の高精度化、小型
化の進展に伴って、回転装置、回転体も振れの少ない、
高精度のものが要求されている。例えば、プリント配線
基板に配線用の穴をあけるドリルは、振れが大きいと穴
位置やあけた穴の精度に影響するばかりでなく、一度に
穴をあけることができる基板の枚数にも影響し、コスト
の上昇をもたらす。このため、回転体の回転に伴う振れ
を高い精度で検出する技術に対する要求が、ますます高
まっている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of high precision and miniaturization of various devices and equipment, the rotation device and the rotating body have little fluctuation,
High precision is required. For example, a drill that makes holes for wiring in a printed wiring board not only affects the hole position and the accuracy of the holes that are made when the runout is large, but also affects the number of boards that can be drilled at one time. Brings up costs. For this reason, there is an increasing demand for a technique for detecting a shake associated with the rotation of a rotating body with high accuracy.

【0003】従来、回転体の回転軸と直交した方向(ラ
ジアル方向)の振れは、一般に静電容量式または磁気式
により測定されていた。図8は、従来の静電容量式振れ
測定装置を示したものである。この静電容量式振れ測定
装置は、図8に示したように、被測定物となる丸棒状の
ゲージピン10に近接して電極14を配置し、ゲージピ
ン10を矢印aのように回転させ、ゲージピン10と電
極14との間の静電容量Cを検出するようになってい
る。両者間の静電容量Cは、ゲージピン10と電極14
との間の距離dによって変動し、
Conventionally, the shake in the direction (radial direction) orthogonal to the rotation axis of the rotating body has generally been measured by a capacitance type or a magnetic type. FIG. 8 shows a conventional capacitance type shake measuring device. As shown in FIG. 8, this capacitance type shake measuring apparatus has an electrode 14 arranged in the vicinity of a round bar-shaped gauge pin 10 as an object to be measured, and the gauge pin 10 is rotated as shown by an arrow a to A capacitance C between the electrode 10 and the electrode 14 is detected. The capacitance C between the two is the gauge pin 10 and the electrode 14
Fluctuates depending on the distance d between

【数1】C=f(d) として求められる。## EQU1 ## It is obtained as C = f (d).

【0004】ゲージピン10と電極14との間の静電容
量Cは、変換器16によって時間的に記憶され、変換器
16が静電容量に対応した時系列の関数信号C(t)に
変換して変換回路18に入力する。そして、変換回路1
8は、関数信号C(t)を距離の関数信号d(t)に変
換し、最大値保持回路20と最小値保持回路22とに送
出する。最大値保持回路20は変換回路18が出力した
距離の関数信号d(t)の最大値、すなわちゲージピン
10が電極14から最も遠くなったときの値を保持し、
最小値保持回路22は変換回路18の出力した距離の関
数信号d(t)の最小値を保持する。これらの最大値と
最小値とは、減算回路24に入力され、減算回路24が
両者の差を求めて振れ量として出力する。磁気式の振れ
測定装置の場合も、ほぼ同様にして行われる。
The capacitance C between the gauge pin 10 and the electrode 14 is temporally stored by the converter 16, which converts it into a time series function signal C (t) corresponding to the capacitance. Input to the conversion circuit 18. And the conversion circuit 1
8 converts the function signal C (t) into a distance function signal d (t) and sends it to the maximum value holding circuit 20 and the minimum value holding circuit 22. The maximum value holding circuit 20 holds the maximum value of the function signal d (t) of the distance output from the conversion circuit 18, that is, the value when the gauge pin 10 is farthest from the electrode 14,
The minimum value holding circuit 22 holds the minimum value of the distance function signal d (t) output from the conversion circuit 18. These maximum value and minimum value are input to the subtraction circuit 24, and the subtraction circuit 24 calculates the difference between the two and outputs it as the shake amount. The same applies to the case of the magnetic deflection measuring device.

【0005】ところで、回転体のラジアル方向の振れの
原因は、主として偏心量と軸心振れとからなっている。
偏心量は、回転中心が回転体の中心と一致しないことに
より生ずる。また、軸心振れは、回転体が回転すること
により回転中心が変動するもので、いわゆる回転精度を
示し、振れの大きさと方向(=振れベクトル)をもって
表すことができる。この回転精度の測定法としてよく用
いられているものにリサージュ法があり、その原理は図
9のようになっている。
By the way, the causes of the radial runout of the rotating body are mainly composed of the eccentricity and the axial runout.
The amount of eccentricity occurs when the center of rotation does not coincide with the center of the rotating body. In addition, the axial center runout is such that the center of rotation changes due to the rotation of the rotating body, and it indicates so-called rotational accuracy, and can be expressed by the magnitude and direction of the runout (= runout vector). The Lissajous method is often used as a method of measuring the rotation accuracy, and its principle is as shown in FIG.

【0006】リサージュ法は、例えばマスターボール2
6を僅かに偏心させて回転スピンドル28に取り付け、
矢印30のように回転させる。そして、マスターボール
26の近傍に、例えば上記のような静電容量式の電極1
4と変換器16とからなる検出部32、34を直交した
2方向に配置し、これらの検出部32、34によって測
定した静電容量Cに相当する電圧値または電流値を増幅
器36、38によって増幅したのち、演算器40、42
によってマスターボール26の直交した2方向の変位量
として求め、オシロスコープ44上に表示する方法であ
る。そして、回転精度は、2方向の測定データを離散化
してデータ中に含まれる偏心量を取り除いたのち、基礎
円に変動量を重畳させて描いた図10のようなリサージ
ュ図形を求めて評価する。このリサージュ図形による回
転精度の評価は、通常、複数回転により得たリサージュ
図形の幅が再現性を表し、基礎円の中心に対する最大半
径と最小半径との差が回転精度であるとしている。
The Lissajous method is, for example, a master ball 2
6 is slightly eccentric and attached to the rotary spindle 28,
Rotate as indicated by arrow 30. Then, in the vicinity of the master ball 26, for example, the capacitance type electrode 1 as described above.
The detectors 32 and 34 composed of the converter 4 and the converter 16 are arranged in two orthogonal directions, and the voltage value or the current value corresponding to the electrostatic capacitance C measured by the detectors 32 and 34 is set by the amplifiers 36 and 38. After amplification, the arithmetic units 40 and 42
This is a method of obtaining the displacement amount of the master ball 26 in two orthogonal directions and displaying it on the oscilloscope 44. Then, the rotation accuracy is evaluated by discretizing the measurement data in two directions to remove the eccentric amount contained in the data and then obtaining a Lissajous figure as shown in FIG. 10 in which the variation amount is superimposed on the basic circle. . In the evaluation of the rotation accuracy using this Lissajous figure, the width of the Lissajous figure obtained by a plurality of rotations usually represents reproducibility, and the difference between the maximum radius and the minimum radius with respect to the center of the basic circle is the rotation accuracy.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、図8に示し
たような従来の振れ測定装置は、測定原理上、ゲージピ
ン10と電極14との距離を小さくしなければならない
ため、電極14の設置が難しく、電極14を設置するの
に時間がかかる。また、電極14が正しくゲージピン1
0の回転中心の方向に向いていないと、高精度の測定が
できないという問題があった。一方、リサージュ図形に
よる回転精度の評価は、振れベクトルの始点と終点とが
明示されていない限り、回転体の任意の回転角における
振れの方向と大きさとを求めることが困難であり、振れ
の状態を正確に判断することができない。このため、リ
サージュ図形による場合、リサージュ図形の半径方向の
変動だけで軸心の振れを求めることは、振れの評価の正
確性を欠く。
However, in the conventional shake measuring device as shown in FIG. 8, the distance between the gauge pin 10 and the electrode 14 must be made small in view of the measuring principle. It is difficult and it takes time to install the electrode 14. In addition, the electrode 14 is correct and the gauge pin 1
There is a problem that high-precision measurement cannot be performed unless the direction of rotation is 0. On the other hand, in the evaluation of the rotation accuracy by the Lissajous figure, it is difficult to find the direction and magnitude of the shake at any rotation angle of the rotating body unless the start point and the end point of the shake vector are clearly indicated. Can't judge accurately. For this reason, in the case of using the Lissajous figure, determining the shake of the axial center only by the radial variation of the Lissajous figure lacks the accuracy of the shake evaluation.

【0008】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、回転体の振れを高精度で検出す
ることができる回転体の振れ測定装置を提供することを
目的としている。また、本発明は、回転体の振れの検出
時間を大幅に短縮することを目的としている。さらに、
本発明は、振れ量を偏心成分と振れベクトル成分とに分
離し、任意の回転角における振れベクトルを容易に得ら
れるようにすることを目的としている。そして、本発明
の目的は、回転体の形状精度の影響を小さくすること等
を目的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object of the present invention is to provide a shake measuring apparatus for a rotating body capable of detecting the shake of the rotating body with high accuracy. Another object of the present invention is to significantly reduce the detection time of shake of the rotating body. further,
An object of the present invention is to separate the shake amount into an eccentric component and a shake vector component so that a shake vector at an arbitrary rotation angle can be easily obtained. The object of the present invention is to reduce the influence of the shape accuracy of the rotating body.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る回転体の振れ測定装置は、回転する
被測定物の回転軸に直交した同一の平面内に配置した複
数の光出射部と、前記被測定物の前記各光出射部と反対
側において、各光出射部に対応した対向位置に設けら
れ、光出射部が出射した光を受光する複数の光量検出部
と、前記被測定物の回転角を検出する回転角検出部と、
この回転角検出部と前記各光量検出部との検出信号に基
づいて、前記被測定物の任意の回転角における振れ量を
求める振れ量演算部とを有する構成となっている。
In order to achieve the above-mentioned object, a shake measuring apparatus for a rotating body according to the present invention comprises a plurality of rotating bodies, which are arranged in the same plane orthogonal to the rotation axis of an object to be measured. A light emitting portion, a plurality of light amount detecting portions, which are provided at opposing positions corresponding to the respective light emitting portions on the side opposite to the respective light emitting portions of the DUT, and which receive the light emitted by the light emitting portion, A rotation angle detection unit that detects the rotation angle of the measured object,
It has a configuration including a shake amount calculation unit that obtains a shake amount at an arbitrary rotation angle of the object to be measured based on detection signals of the rotation angle detection unit and each of the light amount detection units.

【0010】振れ量演算部には、被測定物の任意の回転
角における振れの大きさと方向とを示す振れベクトルと
偏心量とに分離して求める基礎円演算部とベクトル生成
部とを設けるようにする。また、複数の光出射部は、出
射光の光軸を相互に直交させて配置した一対であってよ
し、被測定物の周囲に120度間隔で配置した3つにす
ることができる。そして、各光出射部は、光源と、この
光源が出射した光を平行光にするレンズとによって構成
するようにする。このレンズが出射する平行光は、被測
定物の幅より大きくし、各光量検出部は、対応する光出
射部が出射する光の光軸に対して線対象に配置した一対
の光センサから構成することが望ましい。
The shake amount calculation unit is provided with a basic circle calculation unit and a vector generation unit which are separately obtained into a shake vector indicating the magnitude and direction of the shake at an arbitrary rotation angle of the object to be measured and an eccentric amount. To Further, the plurality of light emitting portions are a pair in which the optical axes of the emitted light are orthogonal to each other, and three light emitting portions can be provided around the object to be measured at 120 degree intervals. Then, each light emitting unit is configured by a light source and a lens that converts the light emitted by the light source into parallel light. The parallel light emitted by this lens is made larger than the width of the object to be measured, and each light amount detection unit is composed of a pair of optical sensors arranged in line symmetry with respect to the optical axis of the light emitted by the corresponding light emission unit. It is desirable to do.

【0011】なお、光出射部を構成する光源としては、
発光ダイオードや半導体レーザ、各種レーザ装置さらに
は各種のランプを用いることができるが、出射光の安定
性やスペース、寿命などから発光ダイオードまたは半導
体レーザを用いることが望ましい。また、光量検出部を
構成する光センサとしては、フォトダイオードやフォト
トランジスタ、太陽電池、または光電導セルなどの使用
が可能であるが、受光量と出力との関係の安定性などか
ら、フォトダイオードまたはフォトトランジスタがよ
い。
As a light source forming the light emitting portion,
Although a light emitting diode, a semiconductor laser, various laser devices, and various lamps can be used, it is desirable to use the light emitting diode or semiconductor laser from the standpoint of stability of emitted light, space and life. Further, as the light sensor forming the light amount detection unit, a photodiode, a phototransistor, a solar cell, a photoconductive cell, or the like can be used. However, due to the stability of the relationship between the received light amount and the output, the photodiode is used. Alternatively, a phototransistor is preferable.

【0012】[0012]

【作用】上記のごとく構成した本発明に係る回転体の振
れ測定装置は、回転している被測定物に複数の方向から
光を照射し、被測定物の部分を通過してきた光を光量検
出部で受光する。そして、光量検出部の受光面積は、回
転によって被測定物が振れると変動し、検出値も変化す
る。そこで、回転角検出部によって検出した被測定物の
任意の回転角における複数の光量検出部の検出信号か
ら、被測定物の複数方向の変位量を求めることができる
ので、これらを合成することにより、任意の回転角にお
ける被測定物の振れを求めることができる。しかも、従
来の静電容量式や磁気式のように、電極などを被測定物
に近接して配置する必要がなく、検出部の配置が容易と
なり、振れの測定を高精度で極めて容易、迅速に求める
ことが可能となる。
The apparatus for measuring shake of a rotating body according to the present invention constructed as described above irradiates a rotating object to be measured with light from a plurality of directions, and detects the amount of light passing through the object to be measured. To receive light. Then, the light receiving area of the light amount detecting section changes when the object to be measured shakes due to the rotation, and the detected value also changes. Therefore, it is possible to obtain displacement amounts in multiple directions of the measured object from the detection signals of the plurality of light amount detection sections at any rotational angle of the measured object detected by the rotation angle detection section. , It is possible to obtain the shake of the measured object at an arbitrary rotation angle. Moreover, unlike the conventional capacitance type and magnetic type, it is not necessary to place electrodes and the like in close proximity to the object to be measured, and the detector can be placed easily, and the shake measurement can be performed with high accuracy and extremely easily and quickly. It is possible to ask.

【0013】また、振れ量演算部には基礎円演算部とベ
クトル生成部とを設けて、振れ量から偏心量を分離した
振れベクトルを求めるようにすると、被測定物の任意の
回転角における振れの大きさと方向とを容易に得ること
ができ、被測定物の振れの状態を詳細かつ正確に把握で
きる。
Further, when the shake amount calculation unit is provided with a basic circle calculation unit and a vector generation unit to obtain a shake vector in which the eccentric amount is separated from the shake amount, the shake of the object to be measured at an arbitrary rotation angle. It is possible to easily obtain the size and direction of the object, and to grasp the shake state of the object to be measured in detail and accurately.

【0014】[0014]

【実施例】本発明に係る回転体の振れ測定装置の好まし
い実施例を、添付図面に従って詳細に説明する。図1
は、本発明の実施例に係る回転体の振れ測定装置のブロ
ック図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a shaker for rotating body according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1
FIG. 3 is a block diagram of a shake measurement device for a rotating body according to an embodiment of the present invention.

【0015】図1において、一対の光出射部50、52
を構成している光源54、56は、被測定物である丸棒
状のゲージピン10の軸58に直交させた同一平面内に
設けてあり、図2に示したように、それぞれの出射光6
0、62の光軸64、66が相互に直交するように配置
してある。そして、各光源54、56の前方には、光出
射部50、52を構成しているコリメートレンズ68、
70が設けてあり、光源54、56が出射した光60、
62を平行光72、74にしてゲージピン10に照射で
きるようになっている。これらのコリメートレンズ6
8、70は、1枚のレンズによって構成してもよいし、
複数のレンズを組み合わせたレンズ系として構成しても
よく、被測定物であるゲージピン10の幅、すなわちゲ
ージピン10の直径より大きな平行光72、74を出射
するようにしてある。
In FIG. 1, a pair of light emitting portions 50 and 52 are provided.
The light sources 54 and 56 constituting the above are provided in the same plane orthogonal to the axis 58 of the round bar-shaped gauge pin 10 that is the object to be measured, and as shown in FIG.
The optical axes 64 and 66 of 0 and 62 are arranged so as to be orthogonal to each other. Then, in front of each of the light sources 54 and 56, a collimator lens 68 that constitutes the light emitting portions 50 and 52,
70 is provided, and the light 60 emitted from the light sources 54 and 56,
It is possible to irradiate the gauge pin 10 with 62 as parallel light 72, 74. These collimating lenses 6
8, 70 may be composed of one lens,
It may be configured as a lens system in which a plurality of lenses are combined, and collimated light 72, 74 larger than the width of the gauge pin 10 which is the object to be measured, that is, the diameter of the gauge pin 10 is emitted.

【0016】ゲージピン10の光源54、56と反対側
には、光量検出部76、78が配置してある。これらの
光量検出部76、78は、それぞれがフォトダイオード
などからなる一対の光センサ80、81と光センサ8
2、83とから構成してあり、光センサ80、81が光
軸64に対して線対称に配置され、光センサ82、83
が光軸66に対して線対称に配置してある。そして、こ
れらの光センサの検出信号は、振れ量演算部である信号
処理装置90の増幅器86〜89に入力するようになっ
ている。また、信号処理装置90には、反射型のフォト
インタラプタ92とともに、ゲージピン10の回転角を
検出する回転角検出部を構成している回転角演算部94
が設けてある。この回転角演算部94は、フォトインタ
ラプタ92の出力を波形整形する波形整形回路96と、
波形整形回路96が出力するパルスに基づいて、ゲージ
ピン10の回転角度を演算する回転角演算器98とから
構成してある。
Light amount detecting portions 76 and 78 are arranged on the side of the gauge pin 10 opposite to the light sources 54 and 56. The light amount detection units 76 and 78 are a pair of optical sensors 80 and 81 and a photo sensor 8 each of which is composed of a photodiode or the like.
2 and 83, the optical sensors 80 and 81 are arranged in line symmetry with respect to the optical axis 64, and the optical sensors 82 and 83 are arranged.
Are arranged in line symmetry with respect to the optical axis 66. The detection signals of these optical sensors are input to the amplifiers 86 to 89 of the signal processing device 90 which is the shake amount calculation unit. In addition, the signal processing device 90, together with the reflection type photo interrupter 92, a rotation angle calculation unit 94 that constitutes a rotation angle detection unit that detects the rotation angle of the gauge pin 10.
Is provided. The rotation angle calculation unit 94 includes a waveform shaping circuit 96 that shapes the output of the photo interrupter 92,
The rotation angle calculator 98 calculates the rotation angle of the gauge pin 10 based on the pulse output from the waveform shaping circuit 96.

【0017】信号処理装置90には、さらに差動増幅器
100、102が設けてある。差動増幅器100は増幅
器86、87の出力を差動増幅して出力し、差動増幅器
102は、増幅器88、89の出力を差動増幅して出力
する。これら各差動増幅器100、102の出力は、回
転角演算器98が出力するサンプリング信号に同期して
サンプリング回路104、106に取り込まれ、回転角
演算器98が求めた回転角度における変位信号として基
礎円演算部112とベクトル生成部114とに入力され
る。基礎円演算部112は、変位出力信号からゲージピ
ン10の偏心量を演算する。そして、ベクトル生成部1
14は、変位信号と基礎円演算部112が求めた偏心量
とより振れベクトルを演算する。また、変位信号はリサ
ージュデータとして、基礎円演算部112が求めた偏心
量とベクトル生成部114が求めた振れベクトルととも
にプリンタ・表示装置116に送られ、リサージュ図
形、偏心量、振れベクトルがプリンタおよび表示装置に
表示される。
The signal processing device 90 is further provided with differential amplifiers 100 and 102. The differential amplifier 100 differentially amplifies and outputs the outputs of the amplifiers 86 and 87, and the differential amplifier 102 differentially amplifies and outputs the outputs of the amplifiers 88 and 89. The outputs of the differential amplifiers 100 and 102 are taken into the sampling circuits 104 and 106 in synchronization with the sampling signal output from the rotation angle calculator 98, and are used as displacement signals at the rotation angle obtained by the rotation angle calculator 98 as a basis. It is input to the circle calculation unit 112 and the vector generation unit 114. The base circle calculation unit 112 calculates the eccentric amount of the gauge pin 10 from the displacement output signal. Then, the vector generation unit 1
Reference numeral 14 calculates a shake vector from the displacement signal and the eccentricity amount obtained by the basic circle calculation unit 112. Further, the displacement signal is sent as Lissajous data to the printer / display device 116 together with the eccentricity amount obtained by the basic circle calculation unit 112 and the shake vector obtained by the vector generation unit 114, and the Lissajous figure, the eccentricity amount, and the shake vector are sent to the printer and Displayed on the display device.

【0018】上記のごとく構成した実施例の作用は、次
のとおりである。まず、ゲージピン10の位置と変位出
力との関係を説明する。ゲージピン10の位置と変位出
力信号との関係は、例えば図4のように表される。すな
わち、ゲージピン10の中心が例えば光軸64上にある
と、光センサ80、81の受光量は等しく、変位出力信
号は0となる。そして、ゲージピン10が光軸64より
光センサ80側に移動するに従って、センサ80の受光
量が減少して出力信号が小さくなり、光センサ81の受
光量が増加して出力信号が増大し、両者の差を増幅する
差動増幅器102の出力信号が次第に大きくなって、出
力する変位信号も増大する。ゲージピン10がさらに光
センサ80側に振れて光センサ80の光センサ81側に
平行光72が照射されるようになると、変位信号は、最
大値VMAX から次第に減少する。ゲージピン10が光セ
ンサ81側に振れると、変位信号は、マイナス側に前記
と同様の変化をする。
The operation of the embodiment constructed as described above is as follows. First, the relationship between the position of the gauge pin 10 and the displacement output will be described. The relationship between the position of the gauge pin 10 and the displacement output signal is expressed as shown in FIG. 4, for example. That is, when the center of the gauge pin 10 is on the optical axis 64, for example, the light receiving amounts of the optical sensors 80 and 81 are equal, and the displacement output signal becomes zero. As the gauge pin 10 moves from the optical axis 64 to the optical sensor 80 side, the light receiving amount of the sensor 80 decreases and the output signal decreases, and the light receiving amount of the optical sensor 81 increases and the output signal increases. The output signal of the differential amplifier 102 that amplifies the difference between the two increases gradually, and the displacement signal that is output also increases. When the gauge pin 10 is further swung toward the optical sensor 80 side and the parallel light 72 is applied to the optical sensor 81 side of the optical sensor 80, the displacement signal gradually decreases from the maximum value V MAX . When the gauge pin 10 swings toward the optical sensor 81, the displacement signal changes to the minus side in the same manner as described above.

【0019】ゲージピン10の周面の1ヶ所には、回転
の基準信号を得るためのマークが付けてある。ゲージピ
ン10を回転装置のチャック等に装着して矢印aのよう
に回転させると、このマークがフォトインタラプタ92
により検出され、フォトインタラプタ92の検出信号が
回転角演算部94の波形整形回路96に入力される。波
形整形回路96は、フォトインタラプタ92からの信号
が入力すると、図3(1)に示したように、基準パルス
信号を出力する。そして、回転角演算器98は、波形整
形回路96が出力した基準信号を基にある時間間隔のサ
ンプリング信号を作り、これを回転角度Δθの信号に変
換してサンプリング回路104、106に入力する。
A mark for obtaining a rotation reference signal is provided at one location on the peripheral surface of the gauge pin 10. When the gauge pin 10 is attached to a chuck or the like of a rotating device and rotated as indicated by an arrow a, this mark is displayed on the photo interrupter 92.
The detection signal of the photo interrupter 92 is input to the waveform shaping circuit 96 of the rotation angle calculation unit 94. When the signal from the photo interrupter 92 is input, the waveform shaping circuit 96 outputs a reference pulse signal as shown in FIG. 3 (1). Then, the rotation angle calculator 98 creates a sampling signal at a certain time interval based on the reference signal output from the waveform shaping circuit 96, converts this to a signal of the rotation angle Δθ, and inputs it to the sampling circuits 104 and 106.

【0020】サンプリング回路104、106には、回
転角演算器98が出力したサンプリング信号に同期して
差動増幅器100、102の出力が入力する。そして、
回転角演算器98が求めたゲージピン10の回転角と、
差動増幅器100、102の出力とから、回転角演算器
98が求めたゲージピン10の回転角におけるゲージピ
ン10の変位、すなわちゲージピン10の回転軸58の
光軸64、66が交差する計測中心からのX軸方向、Y
軸方向の変位量Sxi、Syi(図3(3)、(4))を求
め、この変位量を基礎円演算部112とベクトル生成部
114とに入力する。
The outputs of the differential amplifiers 100 and 102 are input to the sampling circuits 104 and 106 in synchronization with the sampling signal output from the rotation angle calculator 98. And
The rotation angle of the gauge pin 10 obtained by the rotation angle calculator 98,
The displacement of the gauge pin 10 at the rotation angle of the gauge pin 10 determined by the rotation angle calculator 98 from the outputs of the differential amplifiers 100 and 102, that is, from the measurement center where the optical axes 64 and 66 of the rotation axis 58 of the gauge pin 10 intersect. X-axis direction, Y
Axial displacement amounts S xi and S yi (FIGS. 3 (3) and (4)) are obtained, and the displacement amounts are input to the basic circle calculation unit 112 and the vector generation unit 114.

【0021】基礎円演算部112は、ゲージピン10の
回転角度におけるゲージピンの変位量Sxi、Syiデータ
から、最小二乗法によって計測中心に対する回転中心の
偏位量(ずれ量)を演算し、偏心量(回転中心とゲージ
ピン10の断面中心との差)を演算して基礎円を求める
とともに、求めた回転中心の偏位量と偏心量とをベクト
ル生成部114に送出する。ベクトル生成部114は、
変位量と基礎円演算部112の出力とに基づいて、振れ
ベクトルを演算し、プリンタ・表示装置116に出力す
る。
The basic circle calculation unit 112 calculates the deviation amount (deviation amount) of the rotation center with respect to the measurement center by the least squares method from the displacement amounts S xi and S yi of the gauge pin at the rotation angle of the gauge pin 10, and calculates the eccentricity. The amount (difference between the rotation center and the cross-sectional center of the gauge pin 10) is calculated to obtain the basic circle, and the calculated deviation amount and eccentric amount of the rotation center are sent to the vector generation unit 114. The vector generation unit 114
The shake vector is calculated based on the displacement amount and the output of the basic circle calculation unit 112, and is output to the printer / display device 116.

【0022】図5は、振れベクトルEの求め方を示す図
である。実施例の場合、図5のX軸は光軸64と一致さ
せてあり、Y軸は光軸66と一致させてある。いま、回
転角θi において、光センサ82、83の検出信号に基
づいて求めたX軸方向のゲージピン10の変位量がSxi
であり、光センサ80、81の検出信号に基づいて得た
Y軸方向の変位量がSyiであったとする。そして、基礎
円演算部112が求めた測定中心Oに対する回転中心C
の位置が(Cx ,Cy )であったとすると、
FIG. 5 is a diagram showing how to obtain the shake vector E. In the case of the embodiment, the X axis of FIG. 5 is aligned with the optical axis 64, and the Y axis is aligned with the optical axis 66. Now, at the rotation angle θ i , the displacement amount of the gauge pin 10 in the X-axis direction obtained based on the detection signals of the optical sensors 82 and 83 is S xi.
Therefore , it is assumed that the displacement amount in the Y-axis direction obtained based on the detection signals of the optical sensors 80 and 81 is S yi . Then, the rotation center C with respect to the measurement center O obtained by the basic circle calculation unit 112
If the position of is (C x , C y ),

【数2】Sxi=Cx +e0 cosθi +Eix ## EQU2 ## S xi = C x + e 0 cos θ i + E ix

【数3】Syi=Cy +e0 sinθi +Eiy が成り立つ。ただし、ここに、e0 は偏心量(回転中心
とゲージピンの断面中心との距離)であり、Eix、Eiy
は、振れベクトルE、すなわち軸心の振れのX成分とY
成分とである。
## EQU3 ## S yi = C y + e 0 sin θ i + E iy holds. Here, e 0 is the amount of eccentricity (the distance between the rotation center and the cross-sectional center of the gauge pin), and E ix and E iy
Is a shake vector E, that is, the X component and Y of the shake of the shaft center.
With ingredients.

【0023】上式をEix、Eiyについて整理すると、When the above equation is rearranged for E ix and E iy ,

【数4】Eix=Sxi−Cx −e0 cosθi [ Equation 4] E ix = S xi −C x −e 0 cos θ i

【数5】Eiy=Syi−Cy −e0 sinθi となる。[ Equation 5] E iy = S yi −C y −e 0 sin θ i .

【0024】従って、振れの大きさ|E|と、振れの方
向(ベクトルの方向)αi は、
Therefore, the shake magnitude | E | and the shake direction (vector direction) α i are

【数6】|E|=(Eix 2 +Eiy 2)1/2 [Equation 6] | E | = (E ix 2 + E iy 2 ) 1/2

【数7】αi =tan-1(Eiy/Eix) として求めることができる。It can be obtained as α i = tan −1 (E iy / E ix ).

【0025】ただし、センサ原点Oから回転中心Cまで
のずれCx 、Cy と偏心量e0 は、任意の回転角θi
おける測定値Sxi、Syiを中心座標(Cx ,Cy )、半
径e0 の円に最小二乗法を適用することにより求める。
なお、図5の符号130は振れが描く軌跡を示す。
However, the deviations C x and C y from the sensor origin O to the center of rotation C and the eccentricity e 0 are measured values S xi and S yi at arbitrary rotation angles θ i , and the central coordinates (C x , C y). ), By applying the least squares method to a circle of radius e 0 .
Note that reference numeral 130 in FIG. 5 indicates a trajectory drawn by the shake.

【0026】上記のようにして変位量はリサージュデー
タとして、基礎円演算部112が求めた偏心量、ベクト
ル生成部114が求めた振れベクトルとともにプリンタ
・表示装置116に出力され、リサージュ図形、偏心
量、振れベクトルがプリンタおよびディスプレイに表示
され、また必要に応じて外部記憶装置に記憶される。
As described above, the displacement amount is output as Lissajous data together with the eccentricity amount obtained by the basic circle calculation unit 112 and the shake vector obtained by the vector generation unit 114 to the printer / display device 116, and the Lissajous figure, the eccentricity amount. The shake vector is displayed on the printer and the display, and is stored in the external storage device as needed.

【0027】なお、前記実施例においては、光軸64、
66を相互に直交させた一対の光出射部50、52を設
けた場合について説明したが、図6に示したように、3
つの光出射部134a、134b、134cと光量検出
部136a、136b、136cとをゲージピン10の
周囲に120度間隔で配置してもよい。このように3つ
の光出射部と光量検出部とを120度間隔で配置するこ
とにより、X軸に対する45度方向、135度方向の振
れベクトルの状態を詳細に知ることができ、より精度の
高い振れの測定をすることができる。また、前記実施例
においては、各光量検出部76、78が一対の光センサ
80、81、光センサ82、83によって構成した場合
について説明したが、各光量検出部76、78を図7に
示したように、1つの光センサ138によって構成し、
平行光140をゲージピン10の一端側に照射する、い
わゆる半径法によって振れ検出するようにしてもよい。
そして、前記実施例においては、被測定物がゲージピン
10である場合について説明したが、被測定物は各種の
駆動軸、球体などであってもよい。
In the above embodiment, the optical axis 64,
The case where the pair of light emitting portions 50 and 52 in which 66 is orthogonal to each other is provided has been described, but as shown in FIG.
The two light emitting portions 134a, 134b, 134c and the light amount detecting portions 136a, 136b, 136c may be arranged around the gauge pin 10 at intervals of 120 degrees. By arranging the three light emitting parts and the light amount detecting parts at 120-degree intervals in this way, the states of the shake vectors in the 45-degree direction and the 135-degree direction with respect to the X axis can be known in detail, and the accuracy is higher. A shake can be measured. Further, in the above-described embodiment, the case where each light amount detecting unit 76, 78 is configured by the pair of optical sensors 80, 81 and the optical sensors 82, 83 has been described, but each light amount detecting unit 76, 78 is shown in FIG. 7. As shown in FIG.
The shake may be detected by a so-called radius method in which the parallel light 140 is irradiated to one end side of the gauge pin 10.
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the object to be measured is the gauge pin 10 has been described, but the object to be measured may be various drive shafts, spheres and the like.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、回転している被測定物に複数の方向から光を照射
し、被測定物の部分を通過してきた光の量を光量検出部
で検出するとともに、回転角検出部によって被測定物の
回転角を検出することにより、被測定物の任意の回転角
における振れの測定を高精度で極めて容易、迅速に求め
ることができる。
As described above, according to the present invention, the rotating object to be measured is irradiated with light from a plurality of directions, and the amount of light passing through the part to be measured is detected. By detecting the rotation angle of the object to be measured by the rotation angle detecting unit while detecting the rotation angle of the object to be measured, the shake of the object to be measured at an arbitrary rotation angle can be highly accurately and extremely easily and quickly obtained.

【0029】また、偏心成分を分離し、振れ量演算部の
ベクトル生成部により、被測定物の任意の回転角におけ
る振れ大きさと方向とを求めているため、被測定物の振
れの状態を詳細に把握でき、回転装置の改善等に利用す
ることができる。また、レンズが出射する平行光を被測
定物の幅より大きくし、光軸に対して線対象に配置した
一対の光センサによって光量を検出するようにしている
ため、被測定物の形状精度の影響を小さくすることがで
き、測定精度をより向上することができる。
Further, since the eccentricity component is separated and the shake amount and direction at any rotation angle of the measured object are obtained by the vector generation section of the shake amount calculation section, the shake state of the measured object is detailed. It can be used to improve the rotating device. Further, since the parallel light emitted from the lens is made larger than the width of the object to be measured and the light amount is detected by a pair of optical sensors arranged in line symmetry with respect to the optical axis, the shape accuracy of the object to be measured can be improved. The influence can be reduced, and the measurement accuracy can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係る回転体の振れ測定装置の
構成ブロック図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram of a shake measurement device for a rotating body according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例の光出射部と光量検出部との配置状態を
示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement state of a light emitting portion and a light amount detecting portion of the embodiment.

【図3】実施例におけるサンプリングタイミングとX軸
方向、Y軸方向の変位量の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of sampling timings and displacement amounts in the X-axis direction and the Y-axis direction in the embodiment.

【図4】実施例に係るゲージピンの位置と変位信号との
関係の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a relationship between a position of a gauge pin and a displacement signal according to the embodiment.

【図5】振れベクトルの求め方を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method of obtaining a shake vector.

【図6】光出射部と光量検出部とを3つ設けた場合の、
それらの配置状態を示す平面図である。
FIG. 6 shows a case where three light emitting parts and three light quantity detecting parts are provided,
It is a top view which shows those arrangement states.

【図7】半径法による振れ測定の原理を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a principle of shake measurement by a radius method.

【図8】従来の静電容量式振れ測定方法の原理を説明す
る図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the principle of a conventional electrostatic capacitance type shake measuring method.

【図9】リサージュ法による振れ測定の原理を説明する
図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the principle of shake measurement by the Lissajous method.

【図10】振れを評価するためのリサージュ図形の一例
である。
FIG. 10 is an example of a Lissajous figure for evaluating shake.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 被測定物(ゲージピン) 50、52 光出射部 54、56 光源 68、70 コリメートレンズ 76、78 光量検出部 80〜83 光センサ 90 信号処理装置 92、94 回転角検出部(フォトインタラプタ、
回転角演算部) 112 基礎円演算部 114 ベクトル生成部
10 object to be measured (gauge pin) 50, 52 light emitting part 54, 56 light source 68, 70 collimating lens 76, 78 light amount detecting part 80 to 83 optical sensor 90 signal processing device 92, 94 rotation angle detecting part (photo interrupter,
Rotation angle calculation unit) 112 Basic circle calculation unit 114 Vector generation unit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転する被測定物の回転軸に直交した同
一の平面内に配置した複数の光出射部と、前記被測定物
の前記各光出射部と反対側において、各光出射部に対応
した対向位置に設けられ、光出射部が出射した光を受光
する複数の光量検出部と、前記被測定物の回転角を検出
する回転角検出部と、この回転角検出部と前記各光量検
出部との検出信号に基づいて、前記被測定物の任意の回
転角における振れ量を求める振れ量演算部とを有するこ
とを特徴とする回転体の振れ測定装置。
1. A plurality of light emitting portions arranged in the same plane orthogonal to the rotation axis of a rotating object to be measured, and a plurality of light emitting portions on the side opposite to the light emitting portions of the object to be measured. A plurality of light amount detection units which are provided at corresponding facing positions and receive the light emitted by the light emission unit, a rotation angle detection unit which detects the rotation angle of the object to be measured, the rotation angle detection unit and the respective light amounts. A shake measurement device for a rotating body, comprising: a shake amount calculation unit that obtains a shake amount at an arbitrary rotation angle of the measured object based on a detection signal from a detection unit.
【請求項2】 前記振れ量演算部は、前記被測定物の中
心が回転中心に一致しないことによる偏心量と任意の回
転角における振れの大きさと方向とを示す振れベクトル
を求める基礎円演算部とベクトル生成部とを有している
ことを特徴とする請求項1に記載の回転体の振れ測定装
置。
2. A basic circle calculation unit for obtaining a shake vector indicating an amount of eccentricity due to the center of the object to be measured not coinciding with the center of rotation and a shake magnitude and direction at an arbitrary rotation angle. The shake measurement device for a rotating body according to claim 1, further comprising: and a vector generation unit.
【請求項3】 前記複数の光出射部は、出射光の光軸を
相互に直交させて配置した一対であることを特徴とする
請求項1または2に記載の回転体の振れ測定装置。
3. The shake measuring apparatus for a rotating body according to claim 1, wherein the plurality of light emitting portions are a pair in which optical axes of emitted light are arranged to be orthogonal to each other.
【請求項4】 前記複数の光出射部は、前記被測定物の
周囲に120度間隔で配置した3つであることを特徴と
する請求項1または2に記載の回転体の振れ測定装置。
4. The shake measuring apparatus for a rotating body according to claim 1, wherein the plurality of light emitting portions are three arranged at intervals of 120 degrees around the object to be measured.
【請求項5】 前記各光出射部は、光源と、この光源が
出射した光を平行光にするレンズとからなり、前記レン
ズが出射する前記平行光を前記被測定物の幅より大きく
するとともに、前記各光量検出部は前記各光出射部が出
射する光の光軸に対して線対象に配置した一対の光セン
サからなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
か1に記載の回転体の振れ測定装置。
5. Each of the light emitting portions includes a light source and a lens that collimates the light emitted by the light source, and makes the parallel light emitted by the lens larger than the width of the object to be measured. 5. The light amount detecting section comprises a pair of optical sensors arranged in line symmetry with respect to the optical axis of the light emitted by each light emitting section. Rotational shake measurement device.
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