JPH0921604A - Method and apparatus for measuring displacement amount of axial center of cylindrical body - Google Patents

Method and apparatus for measuring displacement amount of axial center of cylindrical body

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JPH0921604A
JPH0921604A JP17094295A JP17094295A JPH0921604A JP H0921604 A JPH0921604 A JP H0921604A JP 17094295 A JP17094295 A JP 17094295A JP 17094295 A JP17094295 A JP 17094295A JP H0921604 A JPH0921604 A JP H0921604A
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JP
Japan
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sensor
cylindrical body
displacement
eddy current
sensor sensitivity
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Application number
JP17094295A
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Inventor
Tadashi Komai
正 駒井
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0921604A publication Critical patent/JPH0921604A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly measure the amount of displacement of the axial center of a cylindrical body, by solving an expression generated by the use of each output voltage value of eddy current displacement sensor, a calibrated sensor sensitivity by a sensor sensitivity operation part and coefficient of a term second degree according to the Newton-Raphson's method. SOLUTION: A displacement amount expression generation part 54 generated expressions determining unknown displacement amounts [X(n), X(n)] in directions of two orthogonal axes (X axis, Z axis) of a cylindrical body with the use of calibrated sensor sensitivities [aX(n), aZ(n)] by a sensor sensitivity operation part 53 and coefficients of a degree of second term (CX, CZ) registered in a tangential displacement output characteristic calibration part 52. A displacement amount calculation part 55 solves the expressions generated by the generation part 54 according to the Newton-Raphson's method. In this manner, displacement amounts [X(n), Z(n)] in two orthogonal axial directions (X axis, Z axis) of the cylindrical body are obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のドライブ
シャフトのような比較的細い円筒体の軸心変位をリアル
タイムに計測するための円筒体の軸心変位量計測方法及
び計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring an axial displacement of a cylindrical body for measuring the axial displacement of a relatively thin cylindrical body such as a drive shaft of an automobile in real time.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車の開発では、特に前輪駆動車の発
進時振動、ビート音などを改善するためにこれらの音振
現象の起振力の大きさに影響を及ぼすドライブシャフト
ジョイント部の最適設計が重要な課題である。そのため
には、実車走行時にドライブシャフトのジョイント角の
動的変化を定量的に把握しなければならない。そこで、
自動車の発進加速時のように暗振動が比較的厳しく、ほ
こり、水、泥、油、温度などの測定環境が悪い中で、ド
ライブシャフトのジョイント角を実車走行状態で計測で
きる装置の開発が求められている。
2. Description of the Related Art In the development of automobiles, the optimum design of the drive shaft joint portion that influences the magnitude of the vibrating force of these sound vibration phenomena in order to improve the start-up vibration, beat noise, etc., of a front-wheel drive vehicle in particular. Is an important issue. For that purpose, it is necessary to quantitatively grasp the dynamic change of the joint angle of the drive shaft when the vehicle is running. Therefore,
It is necessary to develop a device that can measure the joint angle of the drive shaft in the actual vehicle running condition under dark environment such as dust, water, mud, oil, temperature etc. Has been.

【0003】このようなドライブシャフトのジョイント
角の実走状態での計測には、円筒体のある断面の中心軸
の挙動を1ポイントあるいは複数ポイント測定する必要
がある。ある円筒体の挙動測定に用いることが考えられ
る非接触型センサーとしては超音波変位センサー、レー
ザー式変位センサー、光応用変位センサー、静電容量式
変位センサーを挙げることができる。しかしながら、上
記のような自動車の実走状態のような厳しい環境条件下
では、これらの各方式のセンサーはすべてほこり、水、
泥、油などがセンサーヘッド部に付着すると測定が不可
能であったり、温度の影響を受けやすくて正確な測定が
できない、サイズが大きすぎる、耐振性に乏しいなどの
理由で使用できず、実用可能なセンサーは渦電流変位セ
ンサーのみである。
In order to measure the joint angle of such a drive shaft in an actual running state, it is necessary to measure the behavior of the central axis of a cross section of the cylinder at one point or at a plurality of points. Examples of the non-contact type sensor that may be used to measure the behavior of a certain cylinder include an ultrasonic displacement sensor, a laser displacement sensor, an optical displacement sensor, and a capacitance displacement sensor. However, under severe environmental conditions such as the actual driving condition of the above-mentioned vehicle, all of these types of sensors can collect dust, water,
Measurement is impossible if mud, oil, etc. adheres to the sensor head part, or it cannot be used because it is easily affected by temperature and cannot be measured accurately, its size is too large, its vibration resistance is poor, etc. The only possible sensors are eddy current displacement sensors.

【0004】そこで従来から、図6に示すように渦電流
変位センサーを用いた円筒体の軸心変位量計測装置が知
られている。この従来の円筒体の軸心変位量計測装置
は、2個の渦電流変位センサー1x,1zを直交2軸方
向、x方向とz 方向(以下、車の垂直方向z軸とし、左
右方向にx軸、前後方向にy軸を設定して説明する。し
たがって、以下の説明で、x軸に代えてy軸とすること
もできる。またx,y2軸方向について考慮することも
可能である)に配置し、円筒体2の表面にセンサーヘッ
ド部を向け、円筒体2の表面とセンサーヘッド部との間
の距離dをそれぞれの方向で互いに独立に測定し、渦電
流変位センサー1x,1zそれぞれから出力されるその
距離dに比例した電圧信号(Vx,Vz)を増幅器(AM
P)3x,3zそれぞれで増幅し、さらにA/D変換器
4によってA/D変換、サンプリングし、演算処理装置
5にディジタル信号として入力し、ここで後述する所定
の演算処理によって円筒体2の軸心の直交2軸方向の変
位量(x,z)それぞれを算出して記憶すると共に、必
要に応じて演算結果のデータをD/A変換器6でD/A
変換して表示装置7に適宜の形態で表示させるようにし
ている。
Therefore, conventionally, there has been known an axial center displacement measuring device using a eddy current displacement sensor as shown in FIG. This conventional axial center displacement measuring device for a cylindrical body has two eddy current displacement sensors 1x and 1z in two orthogonal axes directions, an x direction and az direction (hereinafter, referred to as a vertical direction z axis of a vehicle, and x in the left and right directions). The description will be given by setting the y-axis in the axial direction and the front-back direction. Therefore, in the following description, the y-axis can be used instead of the x-axis, and the x- and y2-axis directions can also be considered). The sensor head portion is placed on the surface of the cylindrical body 2 and the distance d between the surface of the cylindrical body 2 and the sensor head portion is measured independently in each direction. The amplifier outputs the voltage signal (Vx, Vz) proportional to the output distance d.
P) Amplified by each of 3x and 3z, further A / D converted and sampled by the A / D converter 4, inputted to the arithmetic processing unit 5 as a digital signal, and subjected to a predetermined arithmetic processing to be described later to obtain the cylindrical body 2 The displacement amounts (x, z) in the two orthogonal axes directions are calculated and stored, and the data of the calculation result is D / A converted by the D / A converter 6 as necessary.
The information is converted and displayed on the display device 7 in an appropriate form.

【0005】この従来の円筒体の軸心変位量計測装置に
よる円筒体の軸心変位量の計測は図7に示すフローチャ
ートにしたがって、次のように行われている。まず初期
基準状態でセンサー1x,1zそれぞれの出力電圧値を
0にセットしておき、円筒体2のx方向の変位に対して
は渦電流変位センサー1xの出力する電圧信号Vxを増幅
器3xで増幅し、A/D変換器4によってA/D変換
し、所定周期でサンプリングして、そのサンプリングデ
ータVx(n) を演算処理装置5に入力し、同じく円筒体2
のz 方向の変位に対しては渦電流変位センサー1zの出
力する電圧信号Vzを増幅器3zで増幅し、A/D変換器
4によってA/D変換し、所定周期でサンプリングし
て、サンプリングデータVz(n) を演算処理装置5に入力
する(ステップS1)。
Measurement of the axial displacement of the cylindrical body by the conventional axial displacement measuring device for the cylindrical body is performed as follows in accordance with the flowchart shown in FIG. First, the output voltage value of each of the sensors 1x and 1z is set to 0 in the initial reference state, and for the displacement of the cylindrical body 2 in the x direction, the voltage signal Vx output from the eddy current displacement sensor 1x is amplified by the amplifier 3x. Then, A / D conversion is performed by the A / D converter 4, sampling is performed at a predetermined cycle, and the sampling data Vx (n) is input to the arithmetic processing unit 5, and the cylindrical body 2
For the displacement in the z direction, the voltage signal Vz output from the eddy current displacement sensor 1z is amplified by the amplifier 3z, A / D converted by the A / D converter 4, sampled at a predetermined cycle, and the sampling data Vz. (n) is input to the arithmetic processing unit 5 (step S1).

【0006】入力されたこれらの各サンプリングタイミ
ングのデータVx(n) [V],Vz(n)[V]に対して、単
位変位量に対するセンサー出力電圧を示す、あらかじめ
登録されているセンサー感度ax[V/mm],az[V/mm]で
割り算することによってx軸、z 方向それぞれの変位量
x(n) ,z(n) を算出する(ステップS2,S3)。こ
の各サンプリングタイミングでの変位量算出を繰り返し
実行し、その結果を順次記憶していく(ステップS
4)。そして必要に応じて、演算結果をD/A変換器6
を通してD/A変換し、表示装置7に表示させるように
している。
With respect to the input data Vx (n) [V], Vz (n) [V] at each sampling timing, the sensor sensitivity ax which is registered in advance and which indicates the sensor output voltage per unit displacement amount The displacement amounts x (n) and z (n) in the x-axis and z-direction are calculated by dividing by [V / mm] and az [V / mm] (steps S2 and S3). The displacement amount calculation at each sampling timing is repeatedly executed, and the results are sequentially stored (step S
4). Then, if necessary, the calculation result is converted into a D / A converter 6
D / A conversion is performed through the display device 7 and the display device 7 displays the data.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の円筒体の軸心変位量計測装置では、次のような問
題点がある。その1つの問題点は、円筒体2の断面が円
形であることに起因するセンサー出力誤差の影響が避け
られないことである。図8に示すように、円筒体2が破
線で示す状態2aから実線で示す状態2bまでz 方向に
Δzだけ変位した場合(この場合、z軸方向のセンサー
1zにとっては半径方向の変位、x軸方向のセンサー1
xにとっては切線方向の変位となる)、x方向のセンサ
ー1xのセンサーヘッド部に対する円筒体2の表面まで
のx方向の距離がεx だけ遠ざかる。したがって、理想
的な計測ではz 方向のセンサー1zのみがVz( Δz) を
出力すべきところが、x方向のセンサー1xもVx( εx)
を出力することになり、あたかもx方向に変位したよう
にみなしてしまい、これが誤差となって現れてしまうの
である。
However, such a conventional axial center displacement measuring device for a cylindrical body has the following problems. One of the problems is that the influence of the sensor output error due to the circular cross section of the cylindrical body 2 cannot be avoided. As shown in FIG. 8, when the cylindrical body 2 is displaced by Δz in the z direction from the state 2a shown by the broken line to the state 2b shown by the solid line (in this case, for the sensor 1z in the z-axis direction, radial displacement, x-axis Direction sensor 1
For x, the displacement is in the cutting line direction), and the distance in the x direction from the sensor head portion of the sensor 1x in the x direction to the surface of the cylindrical body 2 is increased by εx. Therefore, in the ideal measurement, only the z-direction sensor 1z should output Vz (Δz), but the x-direction sensor 1x also outputs Vx (εx).
Will be output, and it will be regarded as if it was displaced in the x direction, and this will appear as an error.

【0008】もう1つの問題点は、渦電流変位センサー
固有のものとして、計測対象の円筒体の直径の大きさに
より使用可能なセンサーのサイズが限定されることであ
り、通常、円筒体の直径の1/4以下の直径を持つ渦電
流変位センサーを使用しなければならない。例えば、φ
25のドライブシャフトの軸心挙動を計測するために
は、その1/4のφ6以下の直径を有するセンサーを使
用しなければ正確な計測ができないのである。この理由
は、図9に示すように計測対象の円筒体の直径が渦電流
変位センサーの直径の4倍以上ない場合にはセンサーの
出力感度(単位変位量あたりのセンサー出力電圧)を一
定に保つことができないためである。
Another problem is that the size of the sensor that can be used is limited by the size of the diameter of the cylinder to be measured, which is unique to the eddy current displacement sensor. An eddy current displacement sensor with a diameter less than or equal to 1/4 must be used. For example, φ
In order to measure the axial center behavior of the 25 drive shafts, accurate measurement cannot be performed unless a sensor having a diameter of φ6 or less, which is ¼ of that, is used. This is because the output sensitivity of the sensor (sensor output voltage per unit displacement amount) is kept constant when the diameter of the cylinder to be measured is not more than four times the diameter of the eddy current displacement sensor as shown in FIG. This is because it cannot be done.

【0009】そこで、自動車のドライブシャフトの直径
はφ25程度であり、このドライブシャフトを計測対象
の円筒体とする場合、その1/4以下とすればφ6以下
の直径のセンサーを用いる必要があるが、このような小
形のセンサーで、しかもドライブシャフトのように変位
の範囲が10mm程度ある円筒体のその変位範囲をカバー
することができる測定レンジを備えた渦電流変位センサ
ーは存在していない。
Therefore, the diameter of the drive shaft of an automobile is about φ25, and when this drive shaft is a cylindrical body to be measured, if it is ¼ or less of that, it is necessary to use a sensor with a diameter of φ6 or less. There is no eddy current displacement sensor having such a small sensor and a measuring range capable of covering the displacement range of a cylindrical body having a displacement range of about 10 mm like a drive shaft.

【0010】ドライブシャフトの変位範囲10mmを測定
レンジとしてカバーし得る渦電流変位センサーは、小さ
くても直径がφ20〜22程度の大きさのものである。
ところが、このような直径のセンサーを用いてドライブ
シャフトの変位量を測定する場合、図10に示すように
センサーの測定可能範囲(−5mm〜+5mm)内の−5mm
〜1mmまではほぼ一定のセンサー感度を示すが、1mm以
上になれば変位量が大きくなるにしたがって直線的に小
さくなる傾向を示す。
An eddy current displacement sensor which can cover a displacement range of the drive shaft of 10 mm as a measurement range has a diameter of about 20 to 22 at the smallest.
However, when the displacement amount of the drive shaft is measured using a sensor having such a diameter, as shown in FIG. 10, it is -5 mm within the measurable range (-5 mm to +5 mm) of the sensor.
The sensor sensitivity is almost constant up to 1 mm, but when it is 1 mm or more, it tends to decrease linearly as the displacement increases.

【0011】このために、従来、ドライブシャフトのよ
うに直径が細く、しかもその軸心変位量が大きい円筒体
を測定対象にして動的変位量を計測することができなか
った。
For this reason, conventionally, it has been impossible to measure the dynamic displacement of a cylindrical body having a small diameter and a large axial displacement, such as a drive shaft.

【0012】このような問題点を解決し、φ20〜22
のサイズの渦電流変位センサーで直径φ25程度の円筒
体の動的挙動を正確に計測するために、図11に示すよ
うに計測対象円筒体2の周りのx,z座標各点におい
て、x方向、z方向の変位量(xi,zj)と出力電圧
(Vxi,Vzj)との関係を実験的に求めておき、データ
テーブルとして演算処理装置5内に登録しておき、実際
の計測に当たっては、計測されるセンサー出力電圧(V
x,Vz)に対してこのテーブルを参照して実際の変位量
(x,z)を割り出す方法が考えられる。
By solving such problems, φ20 to φ22
In order to accurately measure the dynamic behavior of a cylindrical body having a diameter of about φ25 with an eddy current displacement sensor of size, as shown in FIG. 11, at each point of x and z coordinates around the cylindrical body 2 to be measured, in the x direction. , The relationship between the displacement amount (xi, zj) in the z direction and the output voltage (Vxi, Vzj) is experimentally obtained, and is registered in the arithmetic processing device 5 as a data table for actual measurement. Measured sensor output voltage (V
A method of determining the actual displacement amount (x, z) by referring to this table for x, Vz) can be considered.

【0013】しかしながら、この方法では0.1mmの精
度を要求される場合、テーブルに登録すべきデータが多
数に上り、その工数が膨大になる問題点がある。また、
実際の測定に先立って最初の(x,z)位置における出
力電圧(Vx,Vz))をテーブルの値と厳密に合わせる必
要があり、その作業もまた手間がかかる問題点がある。
However, this method has a problem in that, when an accuracy of 0.1 mm is required, a large amount of data should be registered in the table, resulting in a huge number of steps. Also,
Prior to the actual measurement, the output voltage (Vx, Vz) at the first (x, z) position needs to be exactly matched with the value in the table, and the work is also troublesome.

【0014】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、初期設定として少ない数のデータを校
正用のデータとして登録しておくだけで、比較的直径の
大きい渦電流変位センサーによってドライブシャフトの
ように直径の比較的細い円筒体の軸心変位量を正確に計
測することができる円筒体の軸心変位量計測方法及び計
測装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an eddy current displacement sensor having a relatively large diameter can be obtained by simply registering a small number of data as calibration data as an initial setting. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring the axial center displacement of a cylindrical body that can accurately measure the axial center displacement of a cylindrical body having a relatively small diameter such as a drive shaft.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の円筒体
の軸心変位量計測方法は、円筒体の軸心に垂直な面にお
ける直交2軸(以下、ここではx軸、z軸とするが、直
交3軸x,y,zのうち他の組合せの2軸であってもよ
い)方向に設置された渦電流センサーにより、円筒体の
周面までの距離を電圧値(Vx,Vz)として検出し、渦電
流変位センサーそれぞれに対して円筒体が半径方向(x
方向,z方向)に変位する際の当該円筒体の周面までの
任意の距離(x,z)における半径方向の単位変位量
(ax,az)と該当するセンサーの出力電圧値(Vx,Vz)
との関係式(ax=ax(Vx),az=az(Vz))をセンサー感度
校正式としてあらかじめ登録しておき、また渦電流変位
センサーそれぞれに対して円筒体が切線方向(z 方向,
x方向)に変位する際の当該円筒体の切線方向の変位量
dとセンサーの出力電圧値(Vx,Vz)との関係を二次
式、
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for measuring an axial center displacement amount of a cylindrical body, comprising: two orthogonal axes (hereinafter, x axis and z axis in a plane perpendicular to the axial center of the cylindrical body). However, the eddy current sensor installed in the direction of the orthogonal three axes x, y, z may be the other two axes). The distance to the peripheral surface of the cylinder is measured by the voltage value (Vx, Vz). ), The cylindrical body is moved in the radial direction (x
Direction, z direction), the unit displacement in the radial direction (ax, az) at an arbitrary distance (x, z) to the peripheral surface of the cylinder and the output voltage value (Vx, Vz) of the corresponding sensor )
The relational expressions (ax = ax (Vx), az = az (Vz)) with and are registered in advance as sensor sensitivity calibration formulas, and the cylindrical body has a cutting line direction (z direction,
The relation between the displacement amount d in the cutting line direction of the cylinder and the output voltage value (Vx, Vz) of the sensor when it is displaced in the x direction) is a quadratic equation,

【数3】 で近似することによって得られる、その二次式の二次項
係数(Cx,Cz)をあらかじめ登録しておき、実際の円筒
体の変位量計測に当たっては、渦電流変位センサーそれ
ぞれが検出する電圧値(Vx,Vz)それぞれをセンサー感
度校正式に代入することによって校正されたセンサー感
度(ax,az)を算出し、渦電流変位センサーそれぞれの
出力電圧値(Vx,Vz)と、センサー感度校正演算部によ
る校正されたセンサー感度(ax,az)と、二次項係数
(Cx,Cz)とを用いて円筒体の未知の直交2軸(x軸、
z軸)方向それぞれの変位量(x,z)を決定する連立
方程式、
(Equation 3) The quadratic coefficient (Cx, Cz) of the quadratic equation obtained by approximating with is registered in advance, and the voltage value detected by each eddy current displacement sensor ( Vx, Vz) is substituted into the sensor sensitivity calibration formula to calculate the calibrated sensor sensitivity (ax, az), and the output voltage value (Vx, Vz) of each eddy current displacement sensor and the sensor sensitivity calibration calculation unit Using the calibrated sensor sensitivities (ax, az) and the quadratic coefficient (Cx, Cz) according to
simultaneous equations that determine the amount of displacement (x, z) in each of the z-axis directions,

【数4】 を生成し、連立方程式をニュートンラプソン法によって
解くことにより円筒体の直交2軸方向それぞれの変位量
(x,z)を求めるものである。
(Equation 4) Is generated and the simultaneous equations are solved by the Newton-Raphson method to obtain the displacement amounts (x, z) in the directions of the two orthogonal axes of the cylindrical body.

【0016】請求項2の発明の円筒体の軸心変位量計測
装置は、円筒体の軸心に垂直な面における直交2軸方向
に設置され、円筒体の周面までの距離を電圧値として検
出する渦電流変位センサーと、渦電流変位センサーそれ
ぞれに対して円筒体が半径方向に変位する際の当該円筒
体の周面までの任意の距離における半径方向の単位変位
量と該当するセンサーの出力電圧値との関係式がセンサ
ー感度校正式として登録されたセンサー感度校正式登録
部と、渦電流変位センサーそれぞれに対して円筒体が切
線方向に変位する際の当該円筒体の切線方向の変位量と
センサーの出力電圧値との関係を二次式で近似して求め
られたその二次式の二次項係数が登録されたセンサー特
性校正部と、渦電流変位センサーそれぞれが検出する電
圧値それぞれをセンサー感度校正式登録部のセンサー感
度の関係式に代入することによって校正されたセンサー
感度を算出するセンサー感度校正演算部と、渦電流変位
センサーそれぞれの出力電圧値と、センサー感度校正演
算部による校正されたセンサー感度と、センサー特性校
正部に登録されている二次項係数とを用いて円筒体の未
知の直交2軸方向それぞれの変位量を決定する連立方程
式を生成する方程式生成部と、方程式生成部が生成した
連立方程式を解くことによって円筒体の直交2軸方向そ
れぞれの変位量を求める変位量算出部とを備えたもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cylindrical body axial center displacement measuring device which is installed in two directions orthogonal to a plane perpendicular to the central axis of the cylindrical body, and the distance to the peripheral surface of the cylindrical body is taken as a voltage value. The eddy current displacement sensor to detect, and the unit displacement in the radial direction at an arbitrary distance to the peripheral surface of the cylinder when the cylinder is displaced in the radial direction with respect to each eddy current displacement sensor and the output of the corresponding sensor The sensor sensitivity calibration formula registration unit in which the relational expression with the voltage value is registered as the sensor sensitivity calibration formula, and the displacement amount in the cutting line direction of the cylindrical body when the cylinder body is displaced in the cutting line direction with respect to each eddy current displacement sensor. And the output voltage value of the sensor are approximated by a quadratic equation, the sensor characteristic calibration unit in which the quadratic coefficient of the quadratic equation is registered, and the voltage value detected by each eddy current displacement sensor SE Sensor sensitivity calibration formula The sensor sensitivity calibration calculator that calculates the calibrated sensor sensitivity by substituting it in the sensor sensitivity relational expression, the output voltage value of each eddy current displacement sensor, and the calibration by the sensor sensitivity calibration calculator An equation generation unit that generates simultaneous equations that determine the displacement amounts of the cylindrical body in each of the unknown two orthogonal directions using the obtained sensor sensitivity and the quadratic coefficient that is registered in the sensor characteristic calibration unit, and an equation generation unit. And a displacement amount calculating unit that obtains displacement amounts of the cylindrical body in each of the two orthogonal directions by solving the simultaneous equations generated by the unit.

【0017】この請求項2の発明の円筒体の軸心変位量
計測装置では、実際の測定に先立って、円筒体の軸心に
垂直な面における直交2軸(x軸、z軸)方向に設置さ
れた渦電流センサーにより、円筒体の周面までの距離を
電圧値(Vx,Vz)として検出し、渦電流変位センサーそ
れぞれに対して円筒体が半径方向(x方向,z方向)に
変位する際の当該円筒体の周面までの任意の距離(x,
z)における半径方向の単位変位量(ax,az)と該当す
るセンサーの出力電圧値(Vx,Vz)との関係式(ax=ax
(Vx),az=az(Vz))をセンサー感度校正式としてあらか
じめセンサー感度校正式登録部に登録しておき、また渦
電流変位センサーそれぞれに対して円筒体が切線方向
(z 方向,x方向)に変位する際の当該円筒体の切線方
向の変位量dとセンサーの出力電圧値(Vx,Vz)との関
係を上記数3の二次式で近似することによって得られ
る、その二次式の二次項係数(Cx,Cz)をあらかじめセ
ンサー特性校正部に登録しておく。
In the axial center displacement measuring device for a cylindrical body according to the invention of claim 2, prior to actual measurement, in the two orthogonal axes (x axis, z axis) in the plane perpendicular to the axial center of the cylindrical body. The installed eddy current sensor detects the distance to the peripheral surface of the cylinder as a voltage value (Vx, Vz), and the cylinder is displaced in the radial direction (x direction, z direction) with respect to each eddy current displacement sensor. At any given distance (x,
z) the unit displacement in the radial direction (ax, az) and the output voltage value (Vx, Vz) of the corresponding sensor (ax = ax)
(Vx), az = az (Vz)) is registered in advance in the sensor sensitivity calibration formula registration section as a sensor sensitivity calibration formula, and the cylindrical body is in the cutting line direction (z direction, x direction) for each eddy current displacement sensor. ) Is obtained by approximating the relationship between the displacement amount d in the cutting line direction of the cylindrical body and the output voltage value (Vx, Vz) of the sensor when displacing to The quadratic coefficient (Cx, Cz) of is registered in the sensor characteristic calibration unit in advance.

【0018】実際の円筒体の変位量計測に当たっては、
渦電流変位センサーそれぞれが検出する電圧値(Vx,V
z)それぞれをセンサー感度校正演算部においてセンサ
ー感度校正式に代入することにより校正されたセンサー
感度(ax,az)を算出し、方程式生成部において渦電流
変位センサーそれぞれの出力電圧値(Vx,Vz)と、セン
サー感度校正演算部による校正されたセンサー感度(a
x,az)と、センサー特性校正部に登録されている二次
項係数(Cx,Cz)とを用いて円筒体の未知の直交2軸
(x軸、z軸)方向それぞれの変位量(x,z)を決定
する上記数4の連立方程式を生成する。そして、変位量
算出部においてこの連立方程式をニュートンラプソン法
によって解くことにより円筒体の直交2軸方向それぞれ
の変位量(x,z)を求める。
In measuring the actual displacement of the cylinder,
Voltage value detected by each eddy current displacement sensor (Vx, V
z) The calibrated sensor sensitivity (ax, az) is calculated by substituting each into the sensor sensitivity calibration formula in the sensor sensitivity calibration calculation unit, and the output voltage value (Vx, Vz of each eddy current displacement sensor is calculated in the equation generation unit. ) And the sensor sensitivity (a
x, az) and the quadratic coefficient (Cx, Cz) registered in the sensor characteristic calibration unit, the displacement amount (x, z) in each of the unknown two orthogonal axes (x axis, z axis) of the cylindrical body. The simultaneous equations of the above equation 4 for determining z) are generated. Then, the displacement amount calculating unit solves this simultaneous equation by the Newton-Raphson method to obtain the displacement amounts (x, z) in the two orthogonal axial directions of the cylindrical body.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図1は請求項2の発明の円筒体の軸
心変位量計測装置のシステム構成を示しており、図6に
示した従来例の装置とほぼ共通するが、演算処理装置5
0の内部構成を異にしている。したがって、従来例と共
通する部分には同一の符号を付すことによってその詳し
い説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of an axial center displacement measuring device for a cylindrical body according to a second aspect of the invention, which is almost the same as the conventional example device shown in FIG.
0 has a different internal configuration. Therefore, the same parts as those of the conventional example are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0020】本発明の特徴部分である演算処理装置50
は、図2に示すように、半径方向変位出力感度校正部5
1と、切線方向変位出力特性校正部52と、センサー感
度演算部53と、変位量方程式生成部54と、変位量算
出部55と、データ記憶部56から構成されている。
Arithmetic processing unit 50 which is a characteristic part of the present invention
Is the radial displacement output sensitivity calibration unit 5 as shown in FIG.
1, a disconnection direction displacement output characteristic calibration unit 52, a sensor sensitivity calculation unit 53, a displacement amount equation generation unit 54, a displacement amount calculation unit 55, and a data storage unit 56.

【0021】この演算処理装置50には、x方向、z方
向それぞれの渦電流変位センサー1x,1zそれぞれか
ら出力され、増幅器3x,3zで増幅されたアナログ出
力電圧Vx,VzがA/D変換器4においてA/D変換さ
れ、所定周期でサンプリングされてディジタル電圧デー
タVx(n) ,Vz(n) として入力され、またこの演算処理装
置50で算出され、データ記憶部56に保存されたデー
タがD/A変換器6によってD/A変換され、任意の表
示装置7に出力されるようになっている。
To the arithmetic processing unit 50, analog output voltages Vx and Vz output from the eddy current displacement sensors 1x and 1z in the x and z directions and amplified by the amplifiers 3x and 3z are A / D converters. 4, A / D converted, sampled at a predetermined cycle, input as digital voltage data Vx (n) and Vz (n), and calculated by the arithmetic processing unit 50 and stored in the data storage unit 56. It is D / A converted by the D / A converter 6 and output to an arbitrary display device 7.

【0022】演算処理装置50の半径方向変位出力感度
校正部51には、渦電流変位センサー1x,1zそれぞ
れに対して円筒体2が各軸に沿って半径方向(x方向,
z方向)に変位する際のセンサーヘッド部から円筒体2
の表面までの任意の距離(x,z)における半径方向の
単位変位量(ax,az)と該当するセンサーの出力電圧値
(Vx,Vz)との関係式(ax=ax(Vx),az=az(Vz))がセ
ンサー感度校正式としてあらかじめ登録されている。
In the radial displacement output sensitivity calibration unit 51 of the arithmetic processing unit 50, the cylindrical body 2 is arranged along each axis in the radial direction (x direction, x,
Cylindrical body 2 from the sensor head when it is displaced in the z direction)
Relational expression (ax = ax (Vx), az) between the unit displacement (ax, az) in the radial direction and the output voltage value (Vx, Vz) of the corresponding sensor at any distance (x, z) to the surface of the = Az (Vz)) is registered in advance as a sensor sensitivity calibration formula.

【0023】また切線方向変位出力特性校正部52に
は、渦電流変位センサー1x,1zそれぞれに対して円
筒体2が各軸に対して垂直な切線方向、つまりz 軸,x
軸それぞれの方向に変位する際の円筒体2の切線方向
(z方向,x方向)の変位量dとセンサーの出力電圧値
(Vx,Vz)との関係を二次式、
Further, in the cutting line displacement output characteristic calibration unit 52, the cylindrical body 2 is in the cutting line direction perpendicular to each axis for the eddy current displacement sensors 1x, 1z, that is, the z axis, x.
The relationship between the displacement amount d of the cylindrical body 2 in the cutting line direction (z direction, x direction) and the output voltage value (Vx, Vz) of the sensor when the cylinder body 2 is displaced in the respective directions of the quadratic equation,

【数5】 ここで、Ax,Azは定数 で近似することによって得られる、その二次式の二次項
係数(Cx,Cz)があらかじめ登録されている。
(Equation 5) Here, the quadratic coefficient (Cx, Cz) of the quadratic expression, which is obtained by approximating Ax and Az by constants, is registered in advance.

【0024】センサー感度演算部53は、実際の円筒体
の変位量計測時に、各サンプリングタイミングnにおい
て渦電流変位センサー1x.1zそれぞれが検出する電
圧値(Vx(n) ,Vz(n) )それぞれを半径方向変位出力感
度校正部51に登録されているセンサー感度校正式に代
入することによってセンサー感度(ax(n) ,az(n) )を
校正して出力する部分である。
The sensor sensitivity calculation unit 53 is configured to detect the eddy current displacement sensor 1x.x at each sampling timing n when actually measuring the displacement amount of the cylindrical body. By substituting the voltage values (Vx (n), Vz (n)) detected by the respective 1z into the sensor sensitivity calibration formula registered in the radial displacement output sensitivity calibration unit 51, the sensor sensitivity (ax (n), az (n)) is calibrated and output.

【0025】変位量方程式生成部54は、センサー感度
校正演算部53によって校正されたセンサー感度(ax
(n) ,az(n) )と、切線方向変位出力特性校正部52に
登録されている二次項係数(Cx,Cz)とを用いて円筒体
2の直交2軸(x軸、z軸)方向それぞれの未知の変位
量(x(n) ,z(n) )を決定する連立方程式、
The displacement amount equation generator 54 is provided with the sensor sensitivity (ax) calibrated by the sensor sensitivity calibration calculator 53.
(n), az (n)) and the quadratic term coefficients (Cx, Cz) registered in the tangential displacement output characteristic calibration unit 52, and are used as two orthogonal axes (x axis, z axis) of the cylindrical body 2. Simultaneous equations that determine unknown displacements (x (n), z (n)) in each direction,

【数6】 を生成する部分である。(Equation 6) Is the part that generates.

【0026】そして変位量算出部55は、この変位量方
程式生成部54が生成する数6の連立方程式を後述する
ニュートンラプソン法によって解くことにより円筒体2
の直交2軸(x軸,z軸)方向それぞれの変位量(x
(n) ,z(n) )を求めるものである。
The displacement amount calculation unit 55 solves the simultaneous equations of the equation 6 generated by the displacement amount equation generation unit 54 by the Newton-Raphson method, which will be described later.
Displacement of each of the two orthogonal axes (x-axis, z-axis) (x
(n), z (n)).

【0027】次に、上記構成の円筒体の軸心変位量計測
装置の動作について説明する。実際の計測に先立ってま
ず、半径方向変位感度校正部51にセンサー感度校正式
を登録する。
Next, the operation of the axial displacement measuring device for a cylindrical body having the above construction will be described. Prior to actual measurement, first, the sensor sensitivity calibration formula is registered in the radial displacement sensitivity calibration unit 51.

【0028】この校正式の登録手順は図3に示されてい
るが、x方向の渦電流変位センサー1xのヘッド部と円
筒体2の表面との距離を5mmにとり、これを基準位置0
mmの位置として、円筒体2をx方向に−5mm〜+5mmの
範囲で1mm刻みに移動させ、その時のセンサー出力電圧
Vxをグラフにプロットする(ステップ3a)。次に、こ
のステップ3aで得た渦電流変位センサー1xの出力電
圧−校正用変位量のグラフに対して、各測定点で電圧を
距離で割り、その割った値をグラフにプロットし、これ
を各校正用変位量x[mm]でのセンサー感度ax[V/mm]
とする(ステップ3b)。さらに、ステップ3cに示す
ように、ステップ3bで得たグラフにおいて各校正用変
位量x[mm]をそれに対応するセンサー出力電圧Vxに置
き換えてプロットする。
The procedure for registering this calibration formula is shown in FIG. 3, but the distance between the head portion of the eddy current displacement sensor 1x in the x direction and the surface of the cylindrical body 2 is set to 5 mm, and this is set as the reference position 0.
As the position of mm, the cylindrical body 2 is moved in the x direction in the range of -5 mm to +5 mm in 1 mm steps, and the sensor output voltage at that time
Plot Vx on the graph (step 3a). Next, with respect to the graph of the output voltage of the eddy current displacement sensor 1x-the displacement amount for calibration obtained in step 3a, the voltage is divided by the distance at each measurement point, and the divided value is plotted in the graph. Sensor sensitivity ax [V / mm] at each calibration displacement x [mm]
(Step 3b). Further, as shown in step 3c, each displacement amount for calibration x [mm] in the graph obtained in step 3b is replaced with the corresponding sensor output voltage Vx and plotted.

【0029】この後、ステップ3cで得たグラフを一次
式で近似し、センサー出力電圧Vxに対するセンサー感度
axを次の数7の関数式を得て、これを登録する(ステッ
プ3d,3e)。
After that, the graph obtained in step 3c is approximated by a linear expression to obtain the sensor sensitivity with respect to the sensor output voltage Vx.
For ax, the following functional expression of Equation 7 is obtained and registered (steps 3d and 3e).

【0030】以上の手順はz方向の渦電流変位センサー
1zについても別個に行うことができるが、同一のセン
サーを使用する場合、手続の複雑さを避けるためにほぼ
同じ感度特性を有するものとみなし、センサー出力電圧
Vzに対するセンサー感度azについても次の数7の関数式
を設定する。
The above procedure can be carried out separately for the z-direction eddy current displacement sensor 1z, but if the same sensor is used, it is considered that they have substantially the same sensitivity characteristics in order to avoid the complexity of the procedure. , Sensor output voltage
For the sensor sensitivity az with respect to Vz, the following functional expression of Equation 7 is set.

【0031】[0031]

【数7】出力電圧Vx,Vz=0.5 V未満(変位−5〜+1
mm未満): ax(Vx)=az(Vz)=0.52[V/mm] 出力電圧Vx,Vz=0.5 V以上(変位+1mm以上): ax(Vx)=az(Vz)=−0.011 ×(出力電圧)+0.52 [V/
mm] 次に、切線方向変位出力特性校正部52に上記数5を満
たす二次項係数Cx,Czを算出して登録する。その手順は
図4に示してあるが、まず渦電流変位センサー1xに対
して円筒体2を基準位置(センサーヘッド部から円筒体
2の表面までの距離が5mmだけ離れた位置で、x軸の延
長線上に円筒体2の中心軸が存在する位置)に置き、切
線方向(つまりz 方向)に−5mm〜+5mmの範囲で所定
刻み(例えば、1mm刻み)に変位させ、その変位量dに
対応するセンサ出力電圧Vxを測定し、グラフにプロット
する(ステップ4a)。そして得られたグラフに対し
て、変位量dとセンサーの出力電圧値Vxとの関係を上記
数5の二次式で近似し、得られた二次式の二次項係数Cx
を記憶する(ステップ4b,4c)。尚、数5の式で定
数Axは基準位置の測定で、キャリブレーションが厳密に
行われていればAx=0となり、演算が容易となる。
[Equation 7] Output voltage Vx, Vz = less than 0.5 V (displacement −5 to +1)
mm): ax (Vx) = az (Vz) = 0.52 [V / mm] Output voltage Vx, Vz = 0.5 V or more (displacement +1 mm or more): ax (Vx) = az (Vz) = − 0.011 × (output Voltage) +0.52 [V /
mm] Next, the quadratic term coefficients Cx and Cz that satisfy the above equation 5 are calculated and registered in the cut line direction displacement output characteristic calibration unit 52. The procedure is shown in FIG. 4, but first, the cylindrical body 2 is set at the reference position (the position from the sensor head to the surface of the cylindrical body 2 is 5 mm away from the eddy current displacement sensor 1x, and Place it on the extension line at the position where the center axis of the cylinder 2 exists, and displace it in the cut line direction (that is, z direction) in the range of -5mm to + 5mm in predetermined increments (for example, 1mm increments), and correspond to the displacement amount d. The sensor output voltage Vx is measured and plotted on a graph (step 4a). Then, with respect to the obtained graph, the relationship between the displacement amount d and the output voltage value Vx of the sensor is approximated by the quadratic equation of the above equation 5, and the quadratic coefficient Cx of the obtained quadratic equation is obtained.
Is stored (steps 4b and 4c). In the equation (5), the constant Ax is the measurement of the reference position, and if the calibration is strictly performed, Ax = 0 and the calculation becomes easy.

【0032】同じ手順で、渦電流変位センサー1zにつ
いても、円筒体2をその切線方向、つまりx方向に変位
させて各変位点での出力電圧Vzを測定し、変位量dとセ
ンサーの出力電圧値Vzとの関係を上記数5の二次式で近
似し、得られた二次式の二次項係数Czを記憶する。
Also in the eddy current displacement sensor 1z, the output voltage Vz at each displacement point is measured for the eddy current displacement sensor 1z by displacing the cylindrical body 2 in the cutting line direction, that is, the x direction, and the displacement amount d and the output voltage of the sensor are measured. The relationship with the value Vz is approximated by the quadratic equation of the above-mentioned equation 5, and the obtained quadratic coefficient Cz of the quadratic equation is stored.

【0033】こうして、センサー感度校正式とセンサー
出力特性の二次項係数が登録されると、次に、実際の計
測に移行することになる。この実際の計測は、図5に示
す手順にしたがって実行される。すなわち、測定対象と
なる円筒体2の軸心が任意の方向に変位すれば、渦電流
変位センサー1x,1zそれぞれはそのx方向、z方向
の変位成分に対応して出力電圧Vx,Vz を出力し、増幅器
3x,3zそれぞれを介してA/D変換器4に連続的に
入力される。
When the sensor sensitivity calibration formula and the quadratic coefficient of the sensor output characteristic are registered in this way, the actual measurement is started. This actual measurement is executed according to the procedure shown in FIG. That is, if the axis of the cylindrical body 2 to be measured is displaced in any direction, the eddy current displacement sensors 1x and 1z output the output voltages Vx and Vz corresponding to the displacement components in the x and z directions, respectively. Then, the signals are continuously input to the A / D converter 4 via the amplifiers 3x and 3z.

【0034】A/D変換器4は入力されるセンサー1
x,1zそれぞれの出力電圧Vx,VzをA/D変換し、所
定周期でサンプリングしてサンプリングタイミングnご
とにディジタル値Vx(n) ,Vz(n) として演算処理装置5
0に入力する(ステップ5a)。
The A / D converter 4 is an input sensor 1
The output voltages Vx and Vz of x and 1z are A / D converted, sampled at a predetermined cycle, and are digital values Vx (n) and Vz (n) for each sampling timing n.
Input 0 (step 5a).

【0035】演算処理装置50では、サンプリングタイ
ミングnごとに入力されるセンサー出力電圧値Vx(n) ,
Vz(n) それぞれに対して、センサー感度演算部53にお
いて、半径方向変位出力感度校正部51に登録されてい
る上記数7に示したセンサー感度校正式に基づき、セン
サー感度ax(n) ,az(n) を求める(ステップ5b,5
c)。
In the arithmetic processing unit 50, the sensor output voltage value Vx (n), which is input at every sampling timing n,
For each Vz (n), the sensor sensitivity calculation unit 53 uses the sensor sensitivity calibration expressions shown in the above formula 7 registered in the radial displacement output sensitivity calibration unit 51, based on the sensor sensitivity ax (n), az Find (n) (steps 5b, 5
c).

【0036】次に、変位量方程式生成部54において切
線方向変位出力特性校正部52に登録されている二次項
係数Cx,Cz と、入力された出力電圧Vx,Vzと、センサー
感度演算部53からのセンサー感度校正値ax(n) ,az
(n) とを用い、上記数6の式に基づき、次の数8に示す
連立方程式を生成する(ステップ5d)。
Next, in the displacement amount equation generating unit 54, the quadratic coefficient Cx, Cz registered in the cutting line displacement output characteristic calibrating unit 52, the input output voltages Vx, Vz, and the sensor sensitivity calculating unit 53 Sensor sensitivity calibration values of ax (n), az
(n) is used to generate the simultaneous equations shown in the following equation 8 based on the equation 6 (step 5d).

【0037】[0037]

【数8】 ここで、x(n),z(n)は未知の値である。(Equation 8) Here, x (n) and z (n) are unknown values.

【0038】そして変位量算出部55において、この数
8の連立方程式を未知の値、つまりx方向の変位量x(n)
とz方向の変位量z(n)について解く。この連立方程式の
解法は次による。
Then, in the displacement amount calculating section 55, the simultaneous equations of the equation 8 are unknown values, that is, the displacement amount x (n) in the x direction.
And the displacement amount z (n) in the z direction are solved. The solution of this simultaneous equation is as follows.

【0039】上記数8の連立方程式に対して、z(n)を消
去することにより、
By eliminating z (n) in the simultaneous equations of the above equation 8,

【数9】 となるx(n)についての4次方程式を作り、この数9の方
程式の根としてニュートンラプソン法を用いてx方向の
変位量x(n)を算出する(ステップ5e)。
[Equation 9] Then, a quartic equation for x (n) is created, and the displacement amount x (n) in the x direction is calculated using the Newton-Raphson method as the root of the equation (9) (step 5e).

【0040】このニュートンラプソン法によるx方向の
変位量x(n)の算出は次の通りである。すなわち、数10
の式に示すようにf(x)をおき、
The calculation of the displacement amount x (n) in the x direction by the Newton-Raphson method is as follows. That is, the number 10
Put f (x) as shown in the formula,

【数10】 これに対して、数11の式に示す1階微分関数f(x)´を
求める。
(Equation 10) On the other hand, the first-order differential function f (x) 'shown in the equation (11) is obtained.

【0041】[0041]

【数11】 これらの関数式を用いて、根の真値に対する近似値x
m+1 (n) ,xm (n) を次の数12の式に基づいて順次算
出する。
[Equation 11] Using these functional expressions, the approximate value x for the true value of the root
m + 1 (n) and x m (n) are sequentially calculated based on the following formula (12).

【0042】[0042]

【数12】 そして、近似値xm+1 (n) ,xm (n) の差が、(Equation 12) Then, the difference between the approximate values x m + 1 (n) and x m (n) is

【数13】 ここで、εは許容誤差 となるまで、新たに求めたxm+1 (n) をxm (n) と置き
換え、数12の式によって新たにxm+1 (n) を求め、数
13の条件式が成立するようになるまで繰り返すことに
より、x方向の変位量x(n)を算出するのである。
(Equation 13) Here, the newly obtained x m + 1 (n) is replaced with x m (n) until ε becomes a permissible error, and a new x m + 1 (n) is obtained by the equation (12). The displacement amount x (n) in the x direction is calculated by repeating until the conditional expression of is satisfied.

【0043】そしてz方向の変位量z(n)を算出するため
には、上記数8のVz(n) の式を次の数14のように変形
し、これに既知の値Vz(n) ,Cz,x(n),az(n) を代入す
る(ステップ5f)。
In order to calculate the displacement amount z (n) in the z direction, the equation of Vz (n) in the above equation 8 is transformed into the following equation 14 to obtain a known value Vz (n). , Cz, x (n), az (n) are substituted (step 5f).

【0044】[0044]

【数14】 こうして、サンプリングタイミングnに対応するx方向
変位量x(n)とz方向変位量z(n)をデータ記憶部56に記
憶する(ステップ5g)。以下、上記のステップ5a〜
5gを演算をサンプリングタイミングごとに繰り返し行
う。
[Equation 14] Thus, the x-direction displacement amount x (n) and the z-direction displacement amount z (n) corresponding to the sampling timing n are stored in the data storage unit 56 (step 5g). Hereinafter, the above steps 5a-
5g is repeatedly calculated at each sampling timing.

【0045】こうして得られたデータについては、D/
A変換器6を通してアナログデータに変換し、例えばオ
シロスコープのごとき表示装置7により円筒体2の軸心
の挙動をx−z座標表示することができる。また、デー
タ記憶部56に登録されているデータはその他、計測目
的に応じて二次加工し、ディジタル表示装置に表示する
こともできる。
For the data thus obtained, D /
It can be converted into analog data through the A converter 6, and the behavior of the axis of the cylindrical body 2 can be displayed in xz coordinates by a display device 7 such as an oscilloscope. In addition, the data registered in the data storage unit 56 can also be subjected to secondary processing according to the purpose of measurement and displayed on the digital display device.

【0046】このようにして、この実施の形態の円筒体
の軸心変位量計測装置によれば、計測対象の円筒体の直
径に対してその1/4よりもかなり大きな直径を有する
渦電流変位センサーを用いても正確に円筒体の軸心の挙
動を連続的に計測することができる。実験例によれば、
φ25のドライブシャフトを測定対象の円筒体として、
φ22の直径を有する渦電流変位センサーを用いて自動
車の実走行状態での軸心の挙動を測定したところ、基準
として設定した変位量と渦電流変位センサーの出力電圧
から求めた変位量との間の差異は約5〜9%(平均+3
σの値)であり、同じ軸径のドライブシャフトに対して
同じ直径の渦電流変位センサーを用いて従来の方法によ
り計測した場合に現れる約34%(平均+3σの値)の
差異に比べてその1/3〜1/7に測定精度が改善され
ることが実証された。
As described above, according to the axial displacement measuring device for a cylindrical body of this embodiment, the eddy current displacement having a diameter considerably larger than 1/4 of the diameter of the cylindrical body to be measured. Even if a sensor is used, the behavior of the axis of the cylindrical body can be continuously and accurately measured. According to the experimental example,
With a drive shaft of φ25 as the cylinder to be measured,
When the behavior of the shaft center in the actual running state of the automobile was measured using an eddy current displacement sensor with a diameter of φ22, the displacement between the displacement set as a reference and the displacement obtained from the output voltage of the eddy current displacement sensor was measured. Difference is about 5-9% (average +3
σ value), which is about 34% (average + 3σ value) difference when measured by a conventional method using an eddy current displacement sensor having the same diameter for a drive shaft having the same shaft diameter. It was proved that the measurement accuracy was improved to 1/3 to 1/7.

【0047】尚、上記実施の形態ではドライブシャフト
を計測対象の円筒体とし、その垂直方向をz方向、そし
てその軸心に対して垂直な断面の左右水平方向をx方向
として説明したが、例えばプロペラシャフトのような円
筒体(左右方向に架設されているシャフト)の軸心の挙
動を把握しようとする場合には、上記実施の形態のx方
向の代わりに垂直Z軸方向と前後y軸方向について計測
することになり、また、円筒体の軸方向によりx,y軸
方向につい測定することもあり得るが、それらの場合に
は、上記実施の形態の(x,z)の組合せに対して、
(y,z)、(x,y)の組合せに置き換えることによ
り同じ演算式を用いて計測することができる。
In the above embodiment, the drive shaft is the cylindrical body to be measured, the vertical direction is the z direction, and the horizontal horizontal direction of the cross section perpendicular to the axis is the x direction. When it is desired to grasp the behavior of the axis of a cylindrical body (a shaft extending in the left-right direction) such as a propeller shaft, the vertical Z-axis direction and the front-back y-axis direction are used instead of the x-direction in the above embodiment. For the combination of (x, z) in the above embodiment, the measurement may be performed in the x and y axis directions depending on the axial direction of the cylindrical body. ,
By replacing with the combination of (y, z) and (x, y), the same arithmetic expression can be used for measurement.

【0048】また上記の実施の形態ではセンサー感度校
正式をax,azについて共通としたが、センサー個々の特
性を考慮し、これらを別個に測定して設定することもで
きる。
Further, in the above embodiment, the sensor sensitivity calibration formula is common to ax and az, but it is also possible to separately measure and set these in consideration of the characteristics of each sensor.

【0049】加えて、上記実施の形態ではセンサー出力
特性を近似する二次式の二次項係数をCx,Cz別々に求め
たが、x方向又はz方向いずれか一方だけを実測して求
め、他方はそれと同じ値を流用することにより測定前段
階の校正作業を簡素化することができる。
In addition, in the above embodiment, the quadratic coefficient of the quadratic equation approximating the sensor output characteristic is obtained separately for Cx and Cz, but it is obtained by actually measuring only one of the x direction and the z direction, and the other By using the same value as, the calibration work in the pre-measurement stage can be simplified.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上のように請求項1の発明の円筒体の
軸心変位量計測方法によれば、計測対象の円筒体の直径
に対して比較的近い大きさの直径を有する渦電流変位セ
ンサーを用いて正確に円筒体の軸心挙動を測定すること
ができ、また渦電流変位センサーによって円筒体の軸心
挙動を測定するのでほこり、水、泥、油などが付着する
ような厳しい環境下でも測定することができ、特に従来
は実走行状態では容易に計測することができなかった自
動車のドライブシャフトの挙動を実走行状態でも正確に
計測することができる。
As described above, according to the axial center displacement measuring method of the invention of claim 1, the eddy current displacement having a diameter relatively close to the diameter of the cylinder to be measured. The sensor can be used to accurately measure the axial center behavior of the cylinder, and the eddy current displacement sensor can be used to measure the axial center behavior of the cylinder so that dust, water, mud, oil, etc. can adhere to a harsh environment. It is possible to measure even under the vehicle, and in particular, it is possible to accurately measure the behavior of the drive shaft of an automobile, which could not be easily measured in the actual traveling state in the past, even in the actual traveling state.

【0051】請求項2の発明の円筒体の軸心変位量計測
装置によれば、請求項1の発明の計測方法を実現して、
特に自動車のドライブシャフトの挙動を実走行状態でも
正確に計測するのに用いることができる。
According to the axial center displacement measuring device of the invention of claim 2, the measuring method of the invention of claim 1 is realized,
In particular, it can be used to accurately measure the behavior of a drive shaft of an automobile even in an actual traveling state.

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

【図1】本発明の一つの実施の形態のシステム構成を示
すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of one embodiment of the present invention.

【図2】上記実施の形態における演算処理装置の内部構
成を示す機能ブロック図。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an internal configuration of the arithmetic processing unit according to the above embodiment.

【図3】上記実施の形態における渦電流変位センサーの
出力感度校正手順のフローチャート。
FIG. 3 is a flowchart of an output sensitivity calibration procedure of the eddy current displacement sensor according to the above embodiment.

【図4】上記実施の形態における渦電流変位センサーの
出力特性校正手順のフローチャート。
FIG. 4 is a flowchart of an output characteristic calibration procedure of the eddy current displacement sensor in the above embodiment.

【図5】上記実施の形態による円筒体の軸心変位量の計
測手順のフローチャート。
FIG. 5 is a flowchart of a procedure for measuring the axial displacement of the cylindrical body according to the above embodiment.

【図6】従来例のシステム構成を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a system configuration of a conventional example.

【図7】従来例による円筒体の軸心変位量の計測手順の
フローチャート。
FIG. 7 is a flowchart of a procedure for measuring an axial displacement of a cylindrical body according to a conventional example.

【図8】渦電流変位センサの一般的な誤差特性を示す説
明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing general error characteristics of an eddy current displacement sensor.

【図9】渦電流変位センサーの一般的な出力特性を示す
グラフ。
FIG. 9 is a graph showing general output characteristics of an eddy current displacement sensor.

【図10】渦電流変位センサーの一般的なセンサー感度
特性を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing general sensor sensitivity characteristics of an eddy current displacement sensor.

【図11】渦電流変位センサーを用いた円筒体の軸心挙
動の計測方法を示す他の従来例の説明図。
FIG. 11 is an explanatory view of another conventional example showing a method of measuring the axial center behavior of a cylindrical body using an eddy current displacement sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1x,1z 渦電流変位センサー 2 円筒体 3x,3z 増幅器 4 A/D変換器 6 D/A変換器 7 表示装置 50 演算処理装置 51 半径方向変位出力感度校正部 52 切線方向変位出力特性校正部 53 センサー感度演算部 54 変位量方程式生成部 55 変位量算出部 56 データ記憶部 1x, 1z Eddy current displacement sensor 2 Cylindrical body 3x, 3z Amplifier 4 A / D converter 6 D / A converter 7 Display device 50 Arithmetic processing device 51 Radial displacement output sensitivity calibration unit 52 Cutting line displacement output characteristic calibration unit 53 Sensor sensitivity calculation unit 54 Displacement amount equation generation unit 55 Displacement amount calculation unit 56 Data storage unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒体の軸心に垂直な面における直交2
軸(直交3軸x,y,zの中から選ばれた任意の2軸と
して、以下、x,z軸とする)方向に設置された渦電流
センサーにより、前記円筒体の周面までの距離を電圧値
(Vx,Vz)として検出し、 前記渦電流変位センサーそれぞれに対して前記円筒体が
半径方向(x方向,z方向)に変位する際の当該円筒体
の周面までの任意の距離(x,z)における半径方向の
単位変位量(ax,az)と該当するセンサーの出力電圧値
(Vx,Vz)との関係式(ax=ax(Vx),az=az(Vz))をセ
ンサー感度校正式としてあらかじめ登録しておき、 前記渦電流変位センサーそれぞれに対して前記円筒体が
切線方向(z 方向,x方向)に変位する際の当該円筒体
の切線方向の変位量dとセンサーの出力電圧値(Vx,V
z)との関係を二次式、 【数1】 で近似することによって得られる、その二次式の二次項
係数(Cx,Cz)をあらかじめ登録しておき、 実際の円筒体の変位量計測に当たっては、前記渦電流変
位センサーそれぞれが検出する電圧値(Vx,Vz)それぞ
れを前記センサー感度校正式に代入することによって校
正されたセンサー感度(ax,az)を算出し、 前記渦電流変位センサーそれぞれの出力電圧値(Vx,V
z)と、センサー感度校正演算部による校正されたセン
サー感度(ax,az)と、前記二次項係数(Cx,Cz)とを
用いて前記円筒体の未知の直交2軸(x軸、z軸)方向
それぞれの変位量(x,z)を決定する連立方程式、 【数2】 を生成し、 前記連立方程式をニュートンラプソン法によって解くこ
とにより前記円筒体の直交2軸方向それぞれの変位量
(x,z)を求めることを特徴とする円筒体の軸心変位
量計測方法。
1. An orthogonal 2 in a plane perpendicular to the axis of the cylindrical body.
A distance to the peripheral surface of the cylindrical body by an eddy current sensor installed in the axis direction (arbitrary two axes selected from three orthogonal axes x, y, z, hereinafter referred to as x, z axes). Is detected as a voltage value (Vx, Vz), and an arbitrary distance to the peripheral surface of the cylindrical body when the cylindrical body is displaced in the radial direction (x direction, z direction) with respect to each of the eddy current displacement sensors. The relational expression (ax = ax (Vx), az = az (Vz)) between the unit displacement amount (ax, az) in the radial direction at (x, z) and the output voltage value (Vx, Vz) of the corresponding sensor It is registered in advance as a sensor sensitivity calibration formula, and the displacement amount d and the sensor in the cutting line direction of the cylindrical body when the cylindrical body is displaced in the cutting line direction (z direction, x direction) with respect to each of the eddy current displacement sensors. Output voltage value (Vx, V
z) is a quadratic equation, and The quadratic coefficient (Cx, Cz) of the quadratic equation obtained by approximating with is registered in advance, and when actually measuring the displacement of the cylindrical body, the voltage value detected by each of the eddy current displacement sensors The calibrated sensor sensitivities (ax, az) are calculated by substituting each of (Vx, Vz) into the sensor sensitivity calibration formula, and the output voltage values (Vx, Vx) of the eddy current displacement sensors are calculated.
z), the sensor sensitivity (ax, az) calibrated by the sensor sensitivity calibration calculation unit, and the quadratic coefficient (Cx, Cz), the two unknown orthogonal axes (x axis, z axis) of the cylindrical body. ) Simultaneous equations that determine the displacement amount (x, z) in each direction, Is generated and the simultaneous equations are solved by the Newton-Raphson method to obtain the displacement amounts (x, z) in the two orthogonal axial directions of the cylindrical body, respectively.
【請求項2】 円筒体の軸心に垂直な面における直交2
軸方向に設置され、前記円筒体の周面までの距離を電圧
値として検出する渦電流変位センサーと、 前記渦電流変位センサーそれぞれに対して前記円筒体が
半径方向に変位する際の当該円筒体の周面までの任意の
距離における半径方向の単位変位量と該当するセンサー
の出力電圧値との関係式がセンサー感度校正式として登
録されたセンサー感度校正式登録部と、 前記渦電流変位センサーそれぞれに対して前記円筒体が
切線方向に変位する際の当該円筒体の切線方向の変位量
とセンサーの出力電圧値との関係を二次式で近似して求
められたその二次式の二次項係数が登録されたセンサー
特性校正部と、 前記渦電流変位センサーそれぞれが検出する電圧値それ
ぞれを前記センサー感度校正式登録部のセンサー感度の
関係式に代入することによって校正されたセンサー感度
を算出するセンサー感度校正演算部と、 前記渦電流変位センサーそれぞれの出力電圧値と、セン
サー感度校正演算部による校正されたセンサー感度と、
前記センサー特性校正部に登録されている二次項係数と
を用いて前記円筒体の未知の直交2軸方向それぞれの変
位量を決定する連立方程式を生成する方程式生成部と、 前記方程式生成部が生成した連立方程式を解くことによ
って前記円筒体の直交2軸方向それぞれの変位量を求め
る変位量算出部とを備えて成る円筒体の軸心変位量計測
装置。
2. An orthogonal 2 in a plane perpendicular to the axis of the cylindrical body.
An eddy current displacement sensor that is installed in the axial direction and detects the distance to the peripheral surface of the cylindrical body as a voltage value, and the cylindrical body when the cylindrical body is displaced in the radial direction with respect to each of the eddy current displacement sensors. A sensor sensitivity calibration expression registration unit in which a relational expression between a unit displacement amount in the radial direction and an output voltage value of a corresponding sensor at an arbitrary distance to the peripheral surface of the sensor sensitivity calibration expression is registered as a sensor sensitivity calibration expression, and the eddy current displacement sensor, respectively. With respect to the quadratic term of the quadratic expression obtained by approximating the relationship between the displacement amount in the tangential direction of the cylinder and the output voltage value of the sensor when the cylinder is displaced in the tangential direction by a quadratic expression By substituting the sensor characteristic calibration unit in which the coefficient is registered and the voltage value detected by each of the eddy current displacement sensors into the relational expression of the sensor sensitivity of the sensor sensitivity calibration formula registration unit, And sensor sensitivity calibration calculation unit for calculating a calibrated sensor sensitivity was, each output voltage value the eddy current displacement sensor, and the sensor sensitivity is calibrated by the sensor sensitivity calibration calculation unit,
An equation generation unit that generates a simultaneous equation that determines the displacement amount of each of the unknown two orthogonal axial directions of the cylindrical body using the quadratic term coefficient registered in the sensor characteristic calibration unit, and the equation generation unit An axial displacement measuring device for a cylindrical body, comprising: a displacement amount calculating section for obtaining displacement amounts in the two orthogonal directions of the cylindrical body by solving the simultaneous equations.
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