JPS6014207Y2 - 回転体の運動測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は回転体、たとえば間歇的あるいは連続的に回転
する回転体等の運動状態を測定する測定装置に関するも
のである。

一般に交流モータやステップモータの開発およびそれら
のモータの特性試験において、起動時および過渡時にお
ける回転状態の変動を測定する必要が生じる。

しかし従来回転状態を遂時測定する有効な測定手段があ
まりみられず、通常はモータの回転をおおまかに測定し
、実測されない部分の回転状態は推測にたよらざるをえ
なかった。

一部ではロータにマークを付着し、この回転状態を高速
度カメラで撮影し、その現像写真上に分度器をあてて単
位時間当りの回転角を測定する手段があったが、これは
現像に時間を要する上に現像後に撮影に失敗したことが
判明したときには、再び撮影を繰り返さなければならず
、また撮影に成功しても上述したように回転角を分度器
で−々測測定なければならないという欠点があった。

本考案はマークを設けた回転体を撮像管で受像し、この
受像画を正方向または逆方向に円形走査し、その出力を
用いてマークの変位を検出しうるようにし、回転体の運
動状態を即座に検知しうる回転体の測定装置を提供する
ものである。

以下図面に基づいて本考案の一実施例を説明する。

第１図および第２図において、１はモータのロータであ
り、マーク１ａを付着しである。

２はカメラレンズである。

３は撮像管の一種であるイメージデセクタの概要図であ
り、３ａは集束コイル、３ｂおよび３ｃは互いに直角方
向に配設された垂直偏向コイルおよび水平偏向コイルで
あり、これらは偏向装置を構成する。

３ｄは光電面、３ｅは加速電極、３ｆはアパーチャプレ
ート、３ｇはブランキング電極、３ｈはダイノートであ
る。

４は増幅器、５はシュミット回路等の波形整形回路であ
る。

６はインバータであり、撮像管主の出力信号の極性が反
転して出力された場合に用いる。

７は増幅器である。Ｓ□は手動スイッチである。

８は減衰器、９は入力信号の位相を９０°だけ進める位
相器、１０は入力信号の位相を９０°だけ遅らせる位相
器である。

１１は減衰器、１２は正弦波発生器、１３はシュミット
回路等の波形回路、１４は単安定マルチバイブレータ、
１５は鋸歯状波を発生するランプ信号発生器である。

１６は観測用オシロスコープであり、その第１の入力に
はランプ信号発生器１５の出力である偏向入力が供給さ
れ、第２の入力にはスイッチＳ□の端子ａの出力である
輝度変調入力あるいはインバータ６の出力が供給される
。

次に本実施例の動作について、第３図をも参照しつつ説
明する。

イメージデセクタｌの光電面３ｄとアパーチャプレート
３ｆ間には集束コイル３ａによって磁場が作られ、光電
面３ｄの受像画に対応する電子像は静電偏向されている
。

そこで所定の円形走査をさせるために、正弦波発生器１
２の出力である正弦波信号を減衰器１１によってレベル
調整し、円形走査の径を設定する。

この波形を示したのが第３図Ｃの正弦波信号Ｃ２であり
、これは垂直偏向コイル３ｂに供給され、磁場を発生す
る。

減衰器１１を介した他の正弦波信号は位相器９によって
９００位相が進められ、第３図Ｃの正弦波信号Ｃ２に対
して図の信号波ｐ□となり、減衰器８を介して水平偏向
コイル３Ｃに供給される。

したがって水平偏向コイル３Ｃは、先の垂直偏向コイル
３ｂによって生じた磁界に対して直角方向に磁界を生じ
る。

以上の両磁界による電磁偏向によって光電面３ｄの受像
画は一方向に円形走査される。

ここで両磁界のバランスがくずれていると、長円歪みを
生じるが、これは減衰器８の減衰量を調整することによ
って補正される。

さて上記円形走査によってアパーチャプレート３ｆの中
心孔から取り出された電子はダイノード３ｈによって増
幅されたアノード３ｆから信号電流として出力される。

この出力電流は増幅器４によって増幅されくその信号波
形は第３図Ａとなる。

このような信号波形を描くのは第２図のロータ１の受像
画を走査しているためである。

すなわち黒色部ではほとんど電流の変化はないが白マー
ク１ａの受像画を走査したときに第３図Ａの波形のごと
く顕著な電流を生じる。

なおロータ１の地が白でマーク１ａが黒のときは極性の
反転した信号が生じるが、この場合はスイッチＳ□を端
子すに接続する。

さて第３図Ａの信号は波形整形回路５で第３図Ｂのパル
スに整形される。

これは増幅器７を介してオシロスコープ１６の第２の入
力に輝度変調入力として供給される。

一方正弦波発生器１２の出力信号は波形整形回路１３に
より、第３図Ｃのレベル也を基準としてパルスに変換さ
れ、このパルスによって単安定マルチバイブレーク１４
がトリガされ、第３図りのパルスが発生する。

ｄｌによってランプ信号発生器１５を働かせて鋸歯状波
を発生し、−周期後に発生する次のパルス鳴によってラ
ンプ信号発生器１５にリセットをかける。

したがってその出力は第３図Ｅの波形ｅとなり、この信
号がオシロスコープ１６の第１の入力に供給される。

そのため第３図Ｂのパルスが生じると、オシロスコープ
１６の管面が、第３図Ｅの位置ｅ□において発光する。

時間の経過に伴なってマーク１ａは変位するために、管
面上の発光位置ｅ□は周期的に発生する第３図Ｅの信号
ｅ上を移動する。

第４図はステップモータへの駆動パルスの供給を停止し
た場合におけるロータ１の変位を示しており、ブラウン
管面上の発光位置を時間の経過に伴なって描いたもので
ある。

これによりロータ１の回転角度θが時間ｔの経過に伴な
って変化する状態が明瞭に示されている。

このようにして運動状態の細部の変位を明瞭に観測する
ことができる。

なおモータのケースが透明であれば、ロータ１の近傍に
おけるケースの所要位置にマークを施こすことにより第
５図に示すように、横方向に輝点の軌跡１を描く。

したがってこれを基準にしてロータ１の回転角の絶対位
置も観測できる。

以上の測定例は、ロータの回転周波数が受像画の走査周
波数に比して十分に低い場合に適用されるが、ロータの
回転周波数がきわめて高くなった場合には問題が生じる
。

たとえばロータの回転周波数と走査周波数とが１：１の
ときは、マークと走査が同相で開始された場合には、常
にマークの受像画を走査することになり増幅器４の出力
は−定となってしまう。

そこでこのような場合には、円形走査の回転方向をロー
タのそれに対して逆方向に回転させることによって一周
期に一回マーク１ａを走査することが可能になる。

このときの操作は、第１図のスイッチＳ２を端子すに切
り換えて減衰器１１の正弦波信号を一９０°の位相器１
０を介して減衰器８に給する。

これにより偏向コイル３ｂと３ｃとに供給される正弦波
信号の位相関係は逆転し、光電面３ｄの受像画の走査方
向は逆転する。

この場合のオシロスコープ１６の管面の輝点Ｐ□〜Ｐｎ
は第６図のごとく一直線上に並ぶ。

同図において直線Ｘ１・・・・・・Ｘ□はロータの移動
特性を示し、直線為・・・・・・Ｘ２は円形走査特性を
示す。

両直線Ｘ□および島の交点において、マークが走査され
たことになり、このときの正弦波の周波数を読みとれば
、そのときのロータの回転数も分かる。

ロータの回転方向と走査のそれとを逆転させる場合の効
果は、上記例に限らず、ロータの回転周波数と走査周波
数とが近い場合には、ロータの回転と同方向に走査させ
たのでは、マークの受像画を走査するに要する時間が長
くなるが、このような場合逆走査することによってその
ような問題はなくなる。

次に円形走査の周波数がロータの回転周波数の整数倍の
ときは、第７図に示すようにマークの輝点ｒはロータの
回転に対応する線１□と円形走査に対応する線１゜との
交点上に表示され、水平に輝点列が形成される。

以上第６図および７図で説明したように、ロータに対す
る円形走査の周波数いかんによってマークの輝点形成は
種々の態様をとる。

このような種々の状態を観測する必要がある場合には、
正弦波発生器１２の周波数を可変にすることによってそ
の目的を遠戚することができる。

以上の実施例ではロータの回転角と時間との相関関係を
示したが、次に回転角を電圧に変換して出力させる場合
の実施例について第８図に基づいて説明する。

なおイメージデセクタ、カメラレンズおよび測定対象物
は第１図と同一のものを使用する。

１７は増幅および波形整形器、１８はインバータである
。

１９はカウンタおよび制御回路であり、パルス発生器２
０の出力パルスによって計時を開始し、スイッチＳ３の
端子ａの出力によって計時を停止すると共にその時の計
時出力を発生せしめる。

２１はＤ−Ａ変換器、２２は階段状の力信号を平滑化す
る平滑器、２３および２４は微分器である。

２５は水晶発振器、２６は分周器、２７は正弦波発生器
であり分周器２６の出力により位相制御されている。

２８は減衰器、２９および３０はれぞれ９０６および一
９０″だけ位相を変化する位相器である。

３１は減衰器である。Ｓｌ、Ｓ５はスイッチである。

以上の構成において、第９図りに示す正弦波信号ｄ１の
レベルＶ。

において同図Ｅのように周期的パルス信号がパルス発生
器２０から発生すると、カウンタ１９は分周期２６から
発生している第９図Ｃの高周波パルスの計数を開始する
。

そして第１図の実施例で説明したように増幅および波形
整形器１７の出力は第９図Ｂのパルスに整形される。

このパルスの立ち上がりによってカウンタおよび制御回
路１９の計数は停止されると共にその計数出力をＤ−Ａ
変換器２１によって電圧に変換し、平滑器２２を介して
オシロスコープ（図示せず。

）の第１の入力とする。かかる動作は第９図Ｂの信号パ
ルスが発生するごとにカウンタおよび制御回路１９の計
数出力が電圧に変換され、オシロスコープの管面上に表
示される。

また平滑器２２の出力を微分器２３を介すると、ｄｏ／
ｄｔなる出力が取り出される。

したがってスイッチＳ、を端子すに切り換えればｄ。

／ｄｔの表示が行なえる。さらに微分器２３の出力は微
分器２４で微分されｄ。

２／ｄｔ２が出力として得られる。これもスイッチ塩を
端子Ｃに接続することによりオシロスコープの管面上で
その特性を観測することができる。

以上の実施例では、オシロスコープで観測しうるように
したが、Ｘ−Ｙレコーダ等によって記録し観測すること
もできる。

観測の手段は上記の信号出力によってマークの変位を検
知するものであればよく、特定の手段に限定されるもの
ではない。

以上の実施例におて、マーク１ａはロータ１の面上に設
けた場合について示したが、これに限らず回転体の運動
と共に運動するように設けられた小部分であり、撮像管
で受像されたその小部分の画面上を走査したときに、そ
れを識別しうる電気信号として発生するものであればよ
い。

たとえば回転体をロニタとしたとき、ロータの軸の垂直
にピンを植設するようなものでもよい。

本明細書における“マーク°の用語は以上の場合をも意
味するものである。

以上詳述したように、本考案はマークを設けた回転体を
撮像管により受像し、マークの受像画を正方向または逆
方向に円形走査し、そのマークの走査信号が走査の一周
期間内のどの時点で発生したかを観測するようにしたの
で、経過時間に対する回転体の運動状態を速やかにかつ
容易に測定することができる。

回転体の運動速度に応じて走査速度を高速にすれば微少
時間における回転体の移動状態を測定できる。

また回転体の回転方向と逆方向に円形走査させることが
できるので、回転体の回転速度が接近している場合にお
いてもマークの移動をとらえることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す撮像管の概略図と電気
回路のブロックダイヤグラム、第２図は測定対象物であ
るマークを付着したロータの平面図、第３図は第１図要
部の波形図、第４図および５図はそれぞれ横軸に時間ｔ
１縦軸にマークの回転角θを示したロータの回転特性図
、第６図および第７図はそれぞれ横軸に時間ｔ１縦軸に
回転角θを示し、撮像管の走査方向をロータの回転に対
して逆方向にしたときのロータの回転特性図、第８図は
本考案の他の実施例を示した電気回路のブロックダイヤ
グラム、第９図は横軸に時間ｔをとった第８図要部の波
形図である。 １・・・ロータ、３・・・・・・イメージデセクタ、５
・・・・・・波形整形回路、８・・・・・・減衰器、９
・・・・・・位相器、１０・・・・・・位相器、１２・
・・・・・正弦波発生器、１４・・・・・・単安定マル
チバイブレータ、１５・・・・・・ランプ信号発生器、
１６・・・・・・オシロスコープ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転体に設けたマークを受像する撮像管と、この撮像管
   で受像された受像画を円形走査させるための正弦波信号
   を発生する信号発生装置と、上記円形走査の回転方向を
   正転または逆転させるために上記正弦波信号を進み位相
   または遅れ位相にする位相器と、上記位相のいずれか一
   方を選択する選択手段と、上記正弦波信号に相当する信
   号と上記選択手段の出力信号とのそれぞれの供給を受け
   る上記撮像管の垂直偏向コイルおよび水平偏向コイルと
   、上記受像画の走査によって得られた上記マークの対応
   信号が輝度変調入力として供給される表示装置と、上記
   正弦波信号に応答して周期的パルス信号を発生するパル
   ス発生器と、この回路の出力を上記表示装置の一つの偏
   向入力として供給する手段と、上記対応信号に応答する
   画像を上記表示装置に表示せしめる手段とからなる回転
   体の運動測定装置。