JPH11326032A - 振動を計測する方法および装置並びに異常検出装置 - Google Patents
振動を計測する方法および装置並びに異常検出装置Info
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- JPH11326032A JPH11326032A JP15212498A JP15212498A JPH11326032A JP H11326032 A JPH11326032 A JP H11326032A JP 15212498 A JP15212498 A JP 15212498A JP 15212498 A JP15212498 A JP 15212498A JP H11326032 A JPH11326032 A JP H11326032A
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Abstract
ず測定対象物の振動の状態を計測すること。 【解決手段】 レーザ共振器で発振するレーザ光を測定
対象物に照射する照射工程A1と、この照射工程A1に
よって照射されたレーザ光の戻り光を受光する受光工程
A2と、この受光工程A2で受光し共振器内で発信した
レーザ光と自己混合したレーザ光を光電変換する光電変
換工程A3と、この光電変換工程A3で変換されて出力
されるビート波の波形の状態を解析する信号処理工程と
を備えている。信号処理工程は、対称波抽出工程A4
と、折返し位置判定工程A5と、この折返し位置判定工
程A5で判定された折返し位置を基準として測定対象物
の振動周期を算出する振動周期算出工程A6とを備えて
いる。
Description
法および装置に係り、特に、レーザ光のドップラ効果を
利用して測定対象物の振動の状態を計測する方法および
装置に関する。本発明は、測定対象物の微小な振動から
大きい振幅の振動までを一貫して同一の手法で計測する
手法に関する。本発明はさらに、この振動の計測の原理
を利用して、測定対象物の異常を検出する異常検出装置
に関する。
どの実験解析分野に応用できる。具体的には、エンジン
の振動解析、車体伝搬振動解析、車室内騒音解析、さら
にマフラの振動解析などである。その他の製造分野での
応用は多岐に渡るが、非接触で極小領域の振動を精密に
測定できるため、例えばドリルなどの工具破損検出など
に好適に用いられる。さらに、モータを使ったプラント
の振動の検出や、水道管、ガス観の漏れ診断などの保守
に用いることもできる。さらに、西瓜等の大型果実の打
音による糖度の判定など、農業分野にも応用可能であ
る。本発明では特に、測定対象物の微小な振動を計測す
ることができるため、測定対象物の200nm 程度の振
幅であっても、その振動の周期を求めることができるた
め、半導体の製造の検査や、精密加工での異常の検出な
どにも好適に利用される。ここで、「測定対象物」とい
うときには、これらエンジンから西瓜まで振動測定の対
象となる物体をいう。
るには、測定対象物に加速度ピックアップを取り付け
て、測定対象物を打撃するなどして振動させ、加速度ピ
ックアップの出力を分析するようにしていた。しかし、
加速度ピックアップの場合、測定対象物と接触するた
め、測定対象物が微小である場合や、高温である場合に
は振動の測定を行うことができない。また、接触式であ
ると、測定対象物の振動に影響を及ぼしてしまう。
ザを使ってドップラ効果により振動を測定する装置があ
る。例えば、特開平10−9943号公報にて開示した
例では、レーザ光を発振し測定対象物に照射し、反射光
と発振光を混合させることで、振動により発生し反射光
に含まれたドップラ周波数を検出し、振動周波数を測定
する。
光と反射光との混合を、高級な光学素子を使い外部で行
うため、素子を配置するためのスペースが必要であり、
装置も高価になり質量も重くなってしまう。これに対し
て自己混合方式では、発振光と反射光との混合をレーザ
共振器(レーザダイオード)にて行なうため、光学素子
を殆ど必要とせず安価・小型・軽量にドップラ周波数を
検出でき振動周波数を測定できる。
情報を検出する手法として、ビート波をカウントして振
動変位に換算し振動情報を得る方法、ビート波を微分し
た振動速度情報から振動面の進行方向反転を判定し振動
変位の方向を得る方法などが提案されてきた。これら
は、振動面の進行方向が反転する間に生じた、いくつか
のビート波を計測することにより処理を行うものであ
る。
来例では、測定対象物の変位がレーザの波長λの半分の
長さを越えたときに生じる鋸歯状の波に基づいて振動の
解析を行っているため、測定対象物の変位量がλ/2を
下回ると、測定対象物の振動の状態を知ることができな
い、という不都合があった。
象物の微小な振動を計測したり、また、測定対象物自体
が微小である場合にも振動を計測したり、さらには、振
動が減衰していくときの状態の計測などを行うことがで
きない。これらのことが実現できると、今まで測定が困
難であった微小な測定対象物の微小な振動の状態を計測
することで、当該測定対象物の異常の検出が可能となる
が、このような微小な物体の異常を振動の状態により検
出する手法は、なんら知られていない。
回ったときのビート波の状態や、さらには、λ/4を下
回ったときのビート波の状態の研究・分析が必要とな
る。しかし、この状態のビート波がどのようになるのか
は、なんら知られていない。
改善し、特に、測定対象物の振動の変位の大きさにかか
わらず測定対象物の振動の状態を計測することのできる
振動計測方法および振動計測装置を提供することを、そ
の目的とする。さらに、本発明では、このような振動計
測の原理を使用して、微小な測定対象物の異常の検出を
行うことを、その目的とする。
により、測定対象物の変位がλ/2を下回ったときの波
形を観測した。すると、鋸歯状波が現れず、鋸歯状波の
半波分の波形が現れる。さらにλ/4近く又は下回る
と、測定対象物の振動そのものの波形となる。本発明の
発明者はさらに、これらのすべてのビート波において、
測定対象物の変位の折返し地点に対応したビート波は、
その折返し近辺で傾きが対称となっていることを見いだ
した。本発明は、このビート波の特性を利用して、測定
対象物の大きさおよび変位の大きさによらず、すなわ
ち、ビート波の波形の状態によらず、振動の周期を測定
しようとするものである。
するレーザ光を測定対象物に照射する照射工程と、この
照射工程によって照射されたレーザ光の戻り光を受光す
る受光工程と、この受光工程で受光し共振器内で発信し
たレーザ光と自己混合したレーザ光を光電変換する光電
変換工程と、この光電変換工程で変換されて出力される
ビート波の波形の状態を解析する信号処理工程とを備え
ている。しかも、信号処理工程は、ビート波の波形のう
ちビート波が折り返すときの波形が当該一波について当
該一波のピークを中心として対称である波を順次抽出す
る対称波抽出工程と、この対称波抽出工程で抽出した波
の位置を測定対象物の振動の折返し位置と判定する折返
し位置判定工程と、この折返し位置判定工程で判定され
た折返し位置を基準として測定対象物の振動周期を算出
する振動周期算出工程とを備えた構成を採っている。こ
れにより前述したを目的を達成しようとするものであ
る。
が、ビート波の波形のうちビート波が折り返すときの波
形が当該一波について当該一波のピークを中心として対
象である波を順次抽出する。すると、測定対象物の変位
がλ/2以上のとき、λ/2又はλ/4未満となったと
きであっても、振動の折返し地点でのビート波の波形は
一貫して対称形となるため、振動の折返しの位置とビー
ト波中の傾きが対称な波の位置とは正確に一致する。こ
の振動の折返し位置が判明すると、振動の周期や、振動
周波数の分布などの算出が容易となる。
る対称波抽出手段と、対称波の位置に基づいて測定対象
物の振動の周期を検出する周期検出手段とを備えたた
め、測定対象物の変位の大きさによらず、通常の振動か
ら微小な振動までを特別な処理を行わずに計測する。
を参照して説明する。
および装置の構成を示すフローチャートである。振動を
計測する方法は、レーザ共振器で発振するレーザ光を測
定対象物に照射する照射工程A1と、この照射工程A1
によって照射されたレーザ光の戻り光を受光する受光工
程A2と、この受光工程A2で受光し共振器内で発信し
たレーザ光と自己混合したレーザ光を光電変換する光電
変換工程A3と、この光電変換工程A3で変換されて出
力されるビート波の波形の状態を解析する信号処理工程
とを備えている。
ート波が折り返すときの波形が当該一波について当該一
波のピークを中心として対象である波を順次抽出する対
称波抽出工程A4と、この対称波抽出工程A4で抽出し
た波の位置を測定対象物の振動の折返し位置と判定する
折返し位置判定工程A5と、この折返し位置判定工程A
5で判定された折返し位置を基準として測定対象物の振
動周期を算出する振動周期算出工程A6とを備えてい
る。
対象物の折返し位置を判定している。対称波の位置とい
うのは、対称波のうち、ピークとなる位置が望ましい。
そして、対称波というときは、ビート波の振幅のうち、
ピークに近い一部分が対称となる波か、または、ビート
波の振幅の上の端点から下の端点までの全体の傾きが対
称となる波をいう。ピークに近い一部分のビート波の傾
きに基づいて対称波を抽出すると、測定対象物の振動が
複雑である場合であっても、折返し地点を反映した対称
波を確実に抽出することができる。一方、測定対象物の
振動が単振動に近い場合には、ビート波の一波づつ傾き
を求めるようにしても良い。すると、測定対象物がλ/
2を越えた変位を行い、ビート波に鋸歯状波が生じたと
きの鋸歯状波と折返し地点での対称波とを良好に振り分
けることができる。
度とに応じて上りと下りとで傾きが変化する。一方、対
称波は、測定対象物の変位の方向が折り返す地点で速さ
が遅くなり、一旦停止し、再度加速することを反映した
波であるから、そして、一般的に折り返し近くでの速度
の変化は対称的になるため、ビート波の傾きの変化をと
らえると、折返し点に対応したビート波を良好に抽出す
ることができる。
波の傾きの変化率を求めると共に当該変化率の正負が逆
転したときに当該逆転した位置での変化率の絶対値を比
較する工程を備えるとよい。ここで、変化率というの
は、回路で実現する場合には微分値となり、デジタル化
した後に離散的なデータの処理として実現する場合に
は、差分値となる。また、所定の時間での平均変化率で
も良い。
傾き値が増加から減少に転じた点又は減少から増加に転
じた点で生じる。この正負の変化は、鋸歯状波の下端ま
たは上端で生じ、さらに、対称波のピークで生じる。従
って、この変化率の正負が逆転した前後での変化率の絶
対値が略等しい場合には、ビート波の傾きの絶対値がほ
ぼ等しいこととなり、鋸歯状波の場合には速度の方向に
よってこの傾きが等しくならないから、対称波のみを良
好に抽出することができる。
や、デジタル処理する場合のサンプリング周波数などと
の関係で、対称波抽出工程A4が、変化率の正負が逆転
したときの当該変化率の絶対値が予め定められた値より
も小さい場合に対称波と判定する工程を備えるとよい。
一般的に、測定対象物の変位が折り返す場合には、速度
が低下する。すると、ビート波の傾きが緩やかになる。
これを利用して、上記手法のみでは対称波のみを良好に
抽出できず、鋸歯状波も抽出してしまう状態であれば、
この変化率の絶対値にしきい値を設定するとよい。
す説明図である。この図2に示す波形は、実験的に求め
たものではなく、ビート波の状態を説明するために一部
誇張して示したものである。実験的に求めた例は後述す
る。図2を参照すると、maxおよびminは鋸歯状波が生じ
る場合の上端と下端である。横軸は時間であり、t1,t2,
…tnは時間の経過を示す。縦軸はビート波の電圧値で
ある。さて、t1では、符号13で示す地点で鋸歯状波1
3が一波生じている。この鋸歯状波13が一波生じたこ
とは、測定対象物がλ/2変位したことを示す。しか
し、この鋸歯状波13が生じる状態であっても、測定対
象物の折返しがλ/2の間隔で生じるとは限らないた
め、折返し点にて符号111,112で示す対称波を生じ
る。区間t2では、ビート波は、鋸歯状波の半波分、す
なわち、maxからminまでの片道分生じている。これは、
測定対象物がλ/4以上、λ/2未満の変位をしたこと
を表す。その後、測定対象物は符号113で示す地点で
折り返し、対称波を生じさせる。
それ未満となると、ビート波はmaxおよびminに至らなく
なる。この状態を符号15で示す。この場合であって
も、符号115〜118で示すように、折返し地点で対称
波を生じさせる。本発明者は、自己混合型のレーザ振動
計にて、ビート波に鋸歯状波が現れなくなったのちは、
測定対象物の振動の状態をそのままビート波が現すこと
を発見した。すなわち、符号15で示すビート波が生じ
ている状態では、測定対象物の振動周期は、符号15で
示す波形と同様の振動周期となっている。
は、同一の周期で時間の経過と共に徐々に振動が減衰し
ている。ビート波の対称波の位置を振動の折返し点とす
ると、図2(B)で示すように、振動の周期を得ること
ができる。この図2に示す波形を周波数分析すると測定
対象物の振動周波数を得ることができる。
鋸歯状波が生じなくなるような変位となった測定対象物
であっても、対称波を抽出することによって、なんらア
ルゴリズムを変更することなく、連続的に測定対象物の
振動の周期を得ることができる点にある。すなわち、鋸
歯状波の状態から符号15で示す状態に至るまで、ビー
ト波の状態によらず、対称波を抽出することによって測
定対象物の振動の周期を求めることができる。ビート波
の状態によらず振動の周期を測定することができるた
め、測定対象物の振動が減衰していく状態や、また、通
常微小な振動を行うが、異常発生時には周期が大きくな
る場合であっても、良好に測定対象物の振動の状態を計
測することができる。そして、自己混合型であるため、
簡単な装置で質量も小さいため、移動する測定対象物で
あっても一体的に移動させることも容易で、生産現場へ
の応用がより広くなる。さらに、ビート波の変化率に基
づいて対称波の抽出を行うと、統計処理や周波数分析の
ようにコンピュータを利用して演算処理を行う必要がな
くなり、微分回路と比較回路を使用して測定対象物の振
動の状態をアナログで得ることができる。すると、処理
が極めて高速となり、これによっても、生産現場での応
用例が広くなる。
動測定装置の実施形態を説明する。図3は振動測定装置
の構成例を示すブロック図である。振動測定装置は、測
定対象物から反射したレーザ光を観測する光検出手段2
と、この光検出手段2から出力された波形信号を解析す
ると共にビート波を検出するビート波検出手段8と、こ
のビート波検出手段8によって検出されたビート波のう
ち一波のピーク前後の勾配がピークを中心に対称である
対称波を抽出する対称波抽出手段16と、この対称波抽
出手段16で抽出された対称波の位置に基づいて測定対
象物の振動の周期を検出する周期検出手段18とを備え
ている。
ザダイオード4と、このレーザダイオード4の共振器内
で発振光と戻り光とが自己混合した光を受光するフォト
ダイオード6とを備えている。このフォトダイオードの
出力(ビート波)3の例を図4(A)に示す。図3に示
す例では、ビート波検出手段8は、フォトダイオードの
出力を増幅する増幅器10と、この増幅器によって増幅
されたビート波をデジタルデータに変換するA/D変換
器12とを備えている。増幅されたビートは11の例を
図4(B)に示す。
8は、演算装置により実現する。演算装置は、ワークス
テーション又はパーソナルコンピュータもしくはマイク
ロコンピュータであり、主記憶装置やCPUなどを備え
る。対称波を抽出するためのプログラムがこのCPUで
実行されると、演算装置14は対称波抽出手段として動
作する。また、図3に示した構成にて測定対象物で発生
する異常の検出を行う場合には、演算装置は、ビート波
と予め定められたビート波とを比較する比較手段を備え
るとよい。また、対称波の位置を抽出した後、この対称
波の位置を予め定められた位置と比較するようにしても
よい。測定対象物に異常が生じた場合には、測定対象物
の振動の周期が変更され、ビート波およびこのビート波
から抽出する対称波の位置が変化するため、異常の検出
を良好に行うことができる。
や、特徴のある形の識別や、ビート波の微分値などを利
用してビート波中の対称波を抽出する。この対称波の抽
出の手法は、図1を参照して説明した事項と同様とな
る。また、ここでは演算装置により対称波の抽出を行う
構成を示したが、LSIやアナログ回路により実現する
ようにしてもよい。対称波が抽出されると、演算装置1
4は、この対称波の位置から振動の周期データを生成す
る。振動周期データの例を図4(C)に示す。この振動
周期データを周波数分析すると、測定対象物1の振動の
周波数スペクトルを得ることができる。また、図3に示
す例では、振動周期データ15や周波数スペクトル等を
表示する表示装置20を備えている。
が、ビート波の変化率を求める変化率算出機能と、この
変化率算出機能で算出した変化率の絶対値が当該変化率
の正負が反転した箇所を中心として略等しい場合に当該
変化率の正負が反転した箇所が対称波であると判定する
対称波判定機能とを備える。この場合、対称波抽出用プ
ログラムは、演算装置に変化率の算出をさせる指令と、
当該変化率の正負および変化率の絶対値とから対称波を
抽出させる指令とを備える。
細に説明する。
周波数成分をビート波として検出すると、図5の様な波
形になる。この時、ドップラ周波数fdと振動面の移動
速度vとの関係は次式1の関係である。そして、式
(1)より、振動速度のレーザ方向成分は式(2)で表
すことができる。よって、鋸歯状波一周期での振動面の
移動量はλ/2となる。また、振動面がλ/2移動した
ときに、鋸歯状波1波発生すると考えることが出来る。
り、振動面の変位、振動速度、振動加速度が求まる。し
かしながら、振動面の進行方向が反転するとき、一定の
形にならないため検出することは困難であった。簡単に
振動周波数を算出するには、この振動面の進行方向反転
時を知る必要があり、この検出が自己混合方式による振
動測定には不可欠であった。
出する方法として、鋸歯状波波長をそれぞれ算出してそ
の波長分布から検出する方法、鋸歯状波を微分し波形の
傾き情報から検出する方法などがある。しかし、いずれ
も進行方向が反転する間に多くの鋸歯状波が存在してい
ることが前提であり、鋸歯状波が少ない場合に振動面の
進行方向反転時を検出することが難しかった。振動面の
変位量が少なくなると、振動面の進行方向が反転する間
に現れる鋸歯状波が少なくなる。さらに、振動変位がλ
/2以下になると、従来提案していた内容では進行方向
反転時の判断が困難となった。
なり、鋸歯状波が一波生じなくなった例を示す。図6お
よび図7に示すように、振動変位がλ/2以下となると
ビート波は様々な形状になり、進行方向反転時の判断を
することが困難となる。
に鋸歯状と異なる形の部分が振動面の進行方向反転時で
あると容易に判定することができる。しかし、振動変位
がλ/2より小さくなってくると、図6乃至図8のよう
に複雑な波形になる。
が生じた理由を説明する。振動振幅が小さいと、鋸歯状
波が1波形出現する前に振動面の進行方向が変わり、鋸
歯状波の一部が振動変位に合わせて抽出される。例え
ば、鋸歯状波が一波抽出されると、図9(A)に示すよ
うな波形となるが、測定対象物がλ/2以下の変位とな
ると、例えば図9(B)に示す鋸歯状波の一部分の波が
繰り返され、図9(C)に示す波形を生じる。このと
き、鋸歯状波であれば、測定対象物の速度の方向に応じ
て、図9(A)に示すように鋸歯状波の上りの傾きと下
りの傾きとが異なる値となる。一方、測定対象物がλ/
2以下の変位となった場合には、図9(C)に示すよう
に、鏡像的な、対称的な波形となる。
該測定対象物がλ/2変位したときに一波生じる。しか
し、この鋸歯状波が生じるタイミングと、測定対象物の
変位がλ/2を下回るタイミングとでは、時間差が生じ
る。例えば図10(A)に示すタイミングで測定対象物
の変位がλ/2を下回りかつ折り返したとすると、ビー
ト波の波形は図10(C)に示す如くとなる。同様に、
図11(A)に示すタイミングでは、図11(B)に示
す波形が鏡像的に現れるため、図11(C)に示す如く
となる。すると、λ/2を下回ったときのビート波の波
形は、図6乃至図8に示す如く複雑な波形となる。
測定対象物の折返し地点ではビート波の波形が鏡像的で
あることが判明した。従って、ビート波のうち、鏡像的
な波形を捜し、そこで振動面の進行方向切り替わった
(進行方向反転)と判断し、進行方向反転の間隔を測定
することで、振動周期の測定が可能になる。また、図1
2を参照すると、λ/2を越える振動を行っている測定
対象物のビート波であっても、折返し近傍では符号40
および42で示すようにその傾きが対称的となる。
分は、振動体表面の位置(レーザ光が共振器から出て振
動体表面で反射し、共振器に戻るまでの光路長)によっ
て変わると考えられる。単振動の対象を自己混合方式で
測定する場合、図13の様に複雑な波形が生じたとして
も、周期性よく観測されるため、識別が比較的容易にな
る。図13に示す例では、ビート波の変化率の絶対値の
比較で精度良く求めることができる。
いる位置等が変わるため、図14に示すように、鋸歯状
波から抽出される部分や範囲が変化し、一定の波形とな
らない。しかし、折返し付近では波形の傾きが対称的と
なるため、これを利用して測定対象物の折返しを判定す
ることができる。また、鋸歯状波又は鋸歯状波の半波の
ピークと、測定対象物の折返しとが重なった場合には、
そのビート波のピークにて通常の鋸歯状波の数倍の時間
平坦な状態が継続する。従って、ビート波の各波のピー
クでの傾きが0に近づき、この状態が通常の鋸歯状波の
数倍の時間継続する。このため、対称波の抽出と共に、
このピークが平坦となる波の検出を行うと、測定対象物
の折返しを良好に抽出することができる。また、このよ
うなピークで平坦な波は、図14に示すように、左右の
傾きがほぼ等しい。これによっても、他の鋸歯状波と区
別して対称波として抽出することが可能となる。
を行うためには、例えば以下の3つの手法がある。
が、進行方向反転時に生じる波形は、鏡面的に波形が構
成されるため上りと下りの勾配がほぼ等しくなる。従っ
て、ビート波の勾配を調べることにより、進行方向反転
時を見つけることができる。
逆Mの字の波形が生じることが多い。これは、振動面が
λ/2分移動する前に進行方向を変えてしまうため、進
行方向反転時を境に波形が鏡像的になるのである。従っ
て、このM、逆Mの字になっている波形をパターン的に
識別し、進行方向反転時を見つけることができる。
いる部分を検出することができる。特に、傾きが正から
負またはその逆に変化している波形のピーク部分は、微
分値が大きくなる。進行方向反転時に生じるビート波の
ピークは、他に比べ変化がなだらかなため他の部分に比
べて、微分値が小さくなり比較検出できる。
まで、鋸歯状波がある程度発生するような振動変位でな
ければ自己混同方式を用いて測定することが難しかった
が、本提案によって大きな振動変位からλ/2以下の変
位になる振動まで測定することが可能になる。また、正
常な振動状態か否か判定することができる。
周期や振幅などが一定であるため、ビート波も一定の形
をしている。これは、単振動の場合、振動面の方向が切
り替わる位置がいつも同じであるため、抽出される鋸歯
状波部分もいつも一定となるのである。しかし、単振動
している対象に周波数の異なる振動が重乗したとき、振
動位置が変わることになる。鋸歯状波のどの範囲が抽出
されるかはレーザ光の光路長によるため、振動面の進行
方向反転位置が変わるとこれに応じて進行方向反転時の
ビート波形のピークも変化していく。
し、異常が生じると単振動している対象に周波数の異な
る振動が重乗する場合には、上記振動測定装置を用いて
異常の発生を検出することができる。次に、このような
測定対象物の異常の検出を行う異常検出装置について説
明する。
れた箇所にレーザ光を照射すると共に測定対象物からの
戻り光をレーザダイオードを受光する半導体レーザ素子
4と、この半導体レーザ素子4から出力されるビート波
の特徴を示す波形と予め定められたビート波の特徴を示
す波形とを比較する比較手段22と、この比較手段22
による比較結果が予め定められた範囲を越えて相違した
場合には測定対象物の異常であると判定する異常判定手
段24と、この異常判定手段24によって異常と判定さ
れたときに当該測定対象物が異常であることを外部表示
する表示手段26とを備えている。
を図15に示す。図15に示す例では、比較手段が、半
導体レーザ素子から出力されるビート波を微分する微分
回路22を備える。そして、異常判定手段は、この微分
回路22で微分した信号と予め定められた信号とを比較
する比較回路とを備える。微分回路は、アナログ、デジ
タルどちらの処理構成でもよい。アナログにより微分回
路を実現すると、測定対象物に異常が発生したときにリ
アルタイムに直ちに当該異常を検出することができる。
に、レーザ光を発振するレーザ共振器(レーザダイオー
ド)4と、このレーザ共振器4内で発振光と戻り光とが
自己混合した光を光電変換する受光素子(フォトダイオ
ード)6とを備えるとよい。
理により対称波を抽出する構成を採用しても良い。この
場合、比較手段が、半導体レーザ素子から出力されるビ
ート波のうち一波のピーク前後の勾配がピークを中心に
対称である対称波を抽出する対称波抽出部と、この対称
波抽出回路で抽出した対称波の位置を予め定められた位
置と比較する対称波比較回路部とを備える。ビート波お
よび対称波については、上述した振動測定装置での説明
と同様となる。
場合のレーザ素子の配置の例を示す。符号28で示すレ
ーザ素子は、ドリル本体34の振動を計測する。符号3
0で示すレーザ素子は、このドリル本体34を支持する
支持体36の微小な振動の状態を観測する。符号32で
示すレーザ素子は、被加工物の振動を計測する。
象物34,36,38の微小な振動から大きい振動まで
を同一の手法で連続的に計測することができるため、ド
リル本体34の振動のみならず、その支持体36のごく
微小な振動を観測することができる。また、本実施形態
による異常検出装置は、ドリルのみならず、微小な大き
さの測定対象物であっても、欠けや接合不良など振動と
関係する種々の項目の異常の判定を行うことができる。
ので、これによると、対称波抽出工程が、ビート波の波
形のうちビート波が折り返すときの波形が当該一波につ
いて当該一波のピークを中心として対称である波を順次
抽出するため、測定対象物の変位がλ/2以上のとき、
λ/2又はλ/4未満となったときであっても、振動の
折返し地点でのビート波の波形は一貫して対称形となる
ため、振動の折返しの位置をビート波から抽出すること
ができ、すると、測定対象物の振動の周期や、振動周波
数の分布などを容易に行うことができ、これにより、測
定対象物の振動が通常の状態から減衰して微小に至った
場合や、極微小な単振動をしている場合などであって
も、これらの振動の状態を簡単な構成で容易に検出する
ことができるという従来にない優れた振動を計測する方
法および装置を提供することができる。
称波を抽出する対称波抽出手段と、対称波の位置に基づ
いて測定対象物の振動の周期を検出する周期検出手段と
を備えたため、測定対象物の変位の大きさによらず、通
常の振動から微小な振動までを特別な処理を行わずに計
測することができる。
トである。
の変化の概念を誇張して示す説明図である。
示すブロック図である。
であり、図4(A)は光検出手段の出力の例を示す図
で、図4(B)は増幅されたビート波の一例を示す図
で、図4(C)は振動周期データの一例を示す図であ
る。
ある。
が生じなくなった場合のビート波の第1の例を示す波形
図である。
が生じなくなった場合のビート波の第2の例を示す波形
図である。
が生じなくなった場合のビート波の第3の例を示す波形
図である。
由を説明するための波形図であり、図9(A)は鋸歯状
波の一例を示す図で、図9(B)はこの鋸歯状波を所定
のタイミングで切り出した一例を示す図で、図9(C)
は図9(B)に示した切り出した波形を接続した波形の
例を示す図である。
歯状波の一部を切り出す場合の例を示す波形図であり、
図10(A)は鋸歯状波の一例を示す図で、図10
(B)はこの鋸歯状波を図9とは異なるタイミングで切
り出した一例を示す図で、図10(C)は図10(B)
で示した切り出した波形を接続した波形の例を示す図で
ある。
イミングで鋸歯状波の一部を切り出す場合の例を示す波
形図であり、図11(A)は鋸歯状波の一例を示す図
で、図11(B)はこの鋸歯状波を図9および図10と
は異なるタイミングで切り出した一例を示す図で、図1
1(C)は図11(B)で示した切り出した波形を接続
した波形の例を示す図である。
状態を示す波形図である。
いる場合のビート波の例を示す波形図である。
をしている場合のビート波の例を示す波形図である。
源の構成例を示すブロック図である。
異常を検出する場合の例を示す説明図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 レーザ共振器で発振するレーザ光を測定
対象物に照射する照射工程と、この照射工程によって照
射されたレーザ光の戻り光を受光する受光工程と、この
受光工程で受光し前記共振器内で前記発信したレーザ光
と自己混合したレーザ光を光電変換する光電変換工程
と、この光電変換工程で変換されて出力されるビート波
の波形の状態を解析する信号処理工程とを備え、 前記信号処理工程は、前記ビート波の波形のうちビート
波が折り返すときの波形が当該一波について当該一波の
ピークを中心として対称である波を順次抽出する対称波
抽出工程と、この対称波抽出工程で抽出した波の位置を
前記測定対象物の振動の折返し位置と判定する折返し位
置判定工程と、この折返し位置判定工程で判定された折
返し位置を基準として前記測定対象物の振動周期を算出
する振動周期算出工程とを備えたことを特徴とする振動
計測方法。 - 【請求項2】 前記対称波抽出工程は、前記ビート波の
傾きの変化率を求めると共に当該変化率の正負が逆転し
たときに当該逆転した位置での変化率の絶対値を比較す
る工程を備えたことを特徴とする請求項1記載の振動計
測方法。 - 【請求項3】 前記対称波抽出工程は、前記変化率の正
負が逆転したときの当該変化率の絶対値が予め定められ
た値よりも小さい場合に前記対称波と判定する工程を備
えたことを特徴とする請求項2記載の振動計測方法。 - 【請求項4】 測定対象物から反射したレーザ光を観測
する光検出手段と、この光検出手段から出力された波形
信号を解析すると共にビート波を検出するビート波検出
手段と、このビート波検出手段によって検出されたビー
ト波のうち一波のピーク前後の勾配がピークを中心に対
称である対称波を抽出する対称波抽出手段と、この対称
波抽出手段で抽出された対称波の位置に基づいて前記測
定対象物の振動の周期を検出する周期検出手段とを備え
たことを特徴とする振動計測装置。 - 【請求項5】 前記対称波抽出手段が、前記ビート波の
変化率を求める変化率算出機能と、この変化率算出機能
で算出した変化率の絶対値が当該変化率の正負が反転し
た箇所を中心として略等しい場合に当該変化率の正負が
反転した箇所が対称波であると判定する対称波判定機能
を備えたことを特徴とする請求項4記載の振動計測装
置。 - 【請求項6】 測定対象物の予め定められた箇所にレー
ザ光を照射すると共に測定対象物からの戻り光を前記レ
ーザダイオードで受光する半導体レーザ素子と、この半
導体レーザ素子から出力されるビート波の特徴を示す波
形と予め定められたビート波の特徴を示す波形とを比較
する比較手段と、この比較手段による比較結果が予め定
められた範囲を越えて相違した場合には前記測定対象物
の異常であると判定する異常判定手段と、この異常判定
手段によって異常と判定されたときに当該測定対象物が
異常であることを外部表示する表示手段とを備えたこと
を特徴とする異常検出装置。 - 【請求項7】 前記比較手段が、前記半導体レーザ素子
から出力されるビート波を微分する微分回路を備え、 前記異常判定手段が、前記微分回路で微分した信号と予
め定められた信号とを比較する比較回路とを備えたこと
を特徴とする請求項6記載の異常検出装置。 - 【請求項8】 前記比較手段が、前記半導体レーザ素子
から出力されるビート波のうち一波のピーク前後の勾配
がピークを中心に対称である対称波を抽出する対称波抽
出部と、この対称波抽出回路で抽出した対称波の位置を
予め定められた位置と比較する対称波比較回路部とを備
えたことを特徴とする請求項6記載の異常検出装置。
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---|---|---|---|
JP15212498A JP3658999B2 (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 振動を計測する方法および装置並びに異常検出装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11326032A true JPH11326032A (ja) | 1999-11-26 |
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JP15212498A Expired - Fee Related JP3658999B2 (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 振動を計測する方法および装置並びに異常検出装置 |
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JP (1) | JP3658999B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011117861A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Yamatake Corp | 振動振幅計測装置および振動振幅計測方法 |
KR20150040279A (ko) * | 2012-07-05 | 2015-04-14 | 모바 그룹 비.브이. | 난각 중 균열을 검출하기 위한 방법 및 장치 |
-
1998
- 1998-05-15 JP JP15212498A patent/JP3658999B2/ja not_active Expired - Fee Related
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KR20150040279A (ko) * | 2012-07-05 | 2015-04-14 | 모바 그룹 비.브이. | 난각 중 균열을 검출하기 위한 방법 및 장치 |
JP2015522158A (ja) * | 2012-07-05 | 2015-08-03 | モバ グループ ベー.フェー. | 卵殻のひびを検出するための方法及び装置 |
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