JPS60622B2 - 回転変動測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転軸の定常状態の回転速度を基準にした回転
変動を軸が微小回転するごとに測定する回転変動測定装
置に関する。

軸が微小回転することの速度値を算出する装置として、
本出願人は先に袴顔昭５１−５９７７７号を提案してい
る。

これは、鞠に歯車あるいはスリット円板等のパターン円
板を取付けると共に、それと対向して電磁検出器あるい
は光電検出器等を配談した回転パルス発生器によって得
られる回転パルスを入力とし、その各パルス周期の逆数
値、つまりパターンピッチごとの回転速度に比例した数
値を求めるようにしたものである。

以下、その逆数演算回路について簡単に説明する。

第１図において、１はクロックパルス発生器であり、周
波数ｆのクロツクパルスは、演算部１０内に導入され、
直列に接続された第１、第２の比率乗算器２，３を通っ
た後減算カウンタ４の減算入力機に導入されている。

減算カウンタ４は初期値Ｍを有しており、第２の比率乗
算器３からの減算パルスが導入されるごとにＭから１パ
ルスづつ減算され、その減算結果Ｎ‘ま第１、第２の比
率乗算器２，３の比率値設定端に印加され、その比率値
Ｎ／Ｍとなる。５は遅延時間がＭ／ｆに設定された遅延
回路であり、周波数Ｆの回転パルスの各パルスをＭ／ｆ
づっ遅延し、前記減算カウンタ４に減算動作開始と初期
値Ｍへの復旧指令を送出する。

６は減算カゥンタ４の減算結果Ｎが導入されているラッ
チ回路であり、回転パルスが印加されるごとにそのとき
のＮをラツチするようになっている。

したがって、減算カウンタ４の減算結果Ｎは次のように
変化することになる。

いま、ある時間ｔから△ｔ経過したときの減算結果の変
化量の変化量△Ｎを求めると、△Ｎ＝−（母）２‐ｆ‐
△ｔ （１） であり「 したがって、△Ｎ→ｄＮ、△ｔ→ｄｔとおい
て時間ｔにおける減算結果Ｎを求めると次のようになる
。

Ｎ＝￥‐ｔ＋（嘉川 （２） ところで、前記したように減算カウン夕４の減算動作は
回転パルスがＭ／ｆだけ遅延したパルス３の印加によっ
て始まり、回転パルスがラツチ回路６に印加されると、
そのときの減算結果Ｎがラッチされることになるので、
ラツチされるまでの時間ｔは次のようである。

ｔ＝・／Ｆ−Ｍ／ｆ 【３｝よしたが
って、ラツチ回路６にラッチされる減算結果Ｎは、‘３
｝式を‘２｝式に代入することにより次のようになる。

Ｎ＝学‐Ｆ‘４｝以下、次の回転パルスをＭ／ｆ遅延し
たパルスが減算開始指令として印加されると、減算カゥ
ンタ４は初期値Ｍに復旧して再び上記動作が繰返される
ことになり、結局ラッチ回路６には回転パルスの周期ご
とにその周期の逆数値、つまり、回転パルス発生器のパ
ターンピッチごとの回転速度がラツチされることになる
。

以下、回転変動を測定する際には、上記逆数演算回路に
よってえられる速度値を取り出すと共に、その変動分の
みに注目することによりパターンピッチごとの回転変動
を知ることができる。

ところで、回転パルス発生器のパターンにはピッチ誤差
が避けられず、また、軸にパターン円板を取付ける際に
も全く偏心なく装着することも困難である。そのため、
仮に回転速度が一定であっても回転パルスの各周期はパ
ターンピッチ誤差に対応して変動することになり、その
見掛上の変動と真の回転変動との識別が困難となる問題
点があつた。これを改善するものとして特関昭５０−６
６２７９号（回転ムラ検出装置）が提案されている。

これは、回転パルスを周波数弁別してその各周期に対応
した電圧信号に変換した後、それを積分して回転変動成
分を平均化し、それにより回転変動成分を含まない変動
成分、すなわち、パターンのピッチ誤差に基づく変動成
分の抽出を行なって記憶しておき、それと前記回転パル
ス周期に対応した電圧信号との差を算出することにより
パターンのピッチ誤差の影響を除去するものである。尚
、上記のものは測定中の電圧信号を用いてパターンのピ
ッチ誤差に基づく変動成分の抽出を行なうために積分操
作を必要とするが、あらかじめ定常回転状態において上
記の電圧信号を取り出せば、それはそのままパターンの
ピッチ誤差に基づく変動成分となるので積分操作は不要
となる。ところで、例えばレコードプレーャやカセット
の回転むら、精密モータの回転むらなど「一般の回転機
器における回転変動の評価は、変動の絶対量ではなく、
定常回転成分に対する変動成分の比に対して行なわれる
ことが多い。

このように比を算出する場合、上記装置においては、パ
ターンのピッチ誤差を補正して変動の絶対量を求めた後
、次に、それを定常速度成分により除算する必要があり
、それだけ回路が複雑化し、かつ演算に時・闇を要する
ので、実時間処理の行なえる周波数、すなわち回転数の
上限が低くなってしまう問題がある。

本発明は、このパターンピッチ誤差の補正と変動成分の
比を算出する演算を同時に実行しうる装置を提供するも
のであり、あらかじめ定常回転状態の回転パルスの周期
または速度を測定して、その発生したパターン番号と対
応させてそれを記億ておくと共に、測定時にＺは、その
ときの発生回転パルスと対応する記憶値を読み出し、そ
れで回転変動算出時にパターンピッチ誤差を補正すると
同時に、回転変動値を定常状態の速度値に対する比の形
に演算するようにしたものである。以下、第１発明を実
施例について詳細に説明する。

第２図において、１１は回転パルスＦが導入される分周
回路であり、その回転パルスが前記パターン円板のパタ
ーン数に一致すること、つまり、パターン円板が１回転
するごとに１パルスのタイミングパルスを発生し、パタ
ーン周期記憶器１４にその記憶０番地の指定信号として
印加している。

１２は周期カウンタであり、回転パルスＦがクロックパ
ルス発生器１から導入されているクロックパルスの計数
制御信号として印加され、回転パルスの各周期を計数値
に変換すると共に、それをスイッチ１３を介してパター
ン周期記憶器１４に導入している。

パターン周期記憶器１４は、前記タイミングパルスと共
に回転パルスＦも印加されていて、その記憶番地の０番
地と同期し、順次回転パルスが１パルス入るごとに前記
周期計数値を所定の番地に記憶させるようになっている
。次に「 １川ま前記第１図に示した逆数演算回路の演
算部であり、クロックパルスが導入されると共に、回転
パルスＦがその演算動作時間制御信号として印加され、
回転パルスＦの各周期ごとにその逆数値を算出している
。１５は乗算回路であり、前記演算部１０から回転パル
スＦの周期ごとに逆数値が導入されると共に、前記パタ
ーン周期１４からその発生回転パルスに対応した番地に
記憶された周期計数値が読み出されて導入され、両値の
乗算を行うようになっている。

以下、その動作を説明する。

先ず、定常回転状態において、スイッチ１３を閉成する
と、パターン周期記憶器１４には、タイミングパルスの
発生位置を０番地として以下、順次その位置から回転パ
ルスが１パルス入るごとに１、２・…・・番地にその回
転パルス周期に対応した計数値を記憶させることになる
。

次に、スイッチ１３を開成すると、その開成信号によっ
て新らたな記憶動作が停止され、以下各番地の記憶値は
そのまま保持されることになる。次に、変動測定状０態
においては、回転パ′ビスＦの逆数値が順次算出される
と共に、算出ごとに乗算回路１５に導入され、同時に回
転パルスがパターン周期記憶回路１４に藷出指令として
印加されてその回転パルスが発生したパターンと同一の
パターンによって定常タ状態に測定されたパターン周期
が読み出されて導入され、両値の乗算が行なわれる。す
なわち、いま、タイミングパルス位置からｉ番目とｉ＋
１番目のパターンのピッチ角を机とし、軸が定常状態で
は角速度ので回転していたと０すると、その周期記憶値
Ｃｉは次のようになる。Ｃｉニ（８ｊ／の〉，ｆ
【５）次に、変動測定状態において、前記
と同じパターン間の回転周期の逆数値は、角速度が（の
十△の）になったとすると、前記【４｝式より次のよう
に夕なる。Ｎｉ＝￥，ビ凶 【６） ‘１ したがって、乗算回路１５において乗算された結果は、
。

Ｃｊ・ＮｊニＭ２・（■＋△の） （７）と
なり、Ｍは一定値より定常状態を基準とした回転変動値
を比の形になったものとして求められることになる。タ
そして、パターンピッチ角８ｉに誤差があったとして
も、それは回転変動値を算出する過程で相殺されるので
、回転変動値には何等の誤差も生じさせないことになる
。次に、第３図は上記回路を更に簡易化した第２０発明
の実施例を示したものであり、以下、その実施例につき
詳細に説明する。

図において、１ １は前記第２図と同様の分周器であり
、軸が１回転するごとに１パルスのタイミングパルスを
送出している。１０【ま逆数演算回路の演算部であり、
そこに導入されるクロツクパルスは、スイッチ１６がａ
側に切換えられた際にはクロックパルス発生器１のクロ
ックパルスがそのまま導入され、ｂ側に切換えられた際
にはそのクロックパルスを第３の比率乗算器１７を介し
て比率値情したクロックパルスが導入されるようになっ
ている。

そして、演算部１川ま前記第２図と同様に回転パルスに
よってその動作時間が制御され、その出力は前記スイッ
チ１６と運動して切換えられるスイッチ１８を介してｂ
側に切換えられた際には記憶器１４′に導入され、また
、ａ側に切換えられた際にはそのまま回転変動出力とし
て取り出されるようになっている。記憶器１４′は、前
記タイミングパルスが印加されると共に回転パルスが導
入され、スイッチ１８がｂ側に切換えられた際には、演
算部１０からの逆数値を順次所定番地に記憶させ、また
、スイッチ１８がａ側に切換えられた際には、記憶され
た逆数値を回転パルスに対応して読み出し、それを第３
の比率乗算器１７の比率値設定端に印加するようになっ
ている。以下、その動作を説明する。

先ず、定常回転状態においては、連動するスイッチ１６
，１８がｂ側に切換えられ、クロックパルスｆが演算部
１０に導入され、回転パルスＦの周期の逆数値が算出さ
れると共に、それはタイミングパルスと同期して順次回
転パルスが入るごとに所定の番地に記憶される。

続いて、変動測定時には、スイッチ１６，１８がａ側に
切換えられ、記憶器１４′からそのときに演算部１０‘
こ導入されている回転パルスと同一のパターン番号に対
応した前記の記憶逆数値が読み出されて第３の比率乗算
器１７の比率値設定端に印加されると共に、クロツクパ
ルスを比率値倍したパルスが演算部１川こ導入され、回
転パルス周期ごとにその出力が取り出されることになる
。

いま、タイミングパルスの発生位置からｉ番目とｉ＋１
番目のパターンのピッチ角を８ｉとし、軸が定常状態で
は角速度ので回転していたとすると、記憶器１４′のｉ
番目の番地に記憶される逆数値Ｎｉは、前記｛４｝式か
ら次のようになる。Ｍ＝Ｍ２．の
（８）ｆ（ｉ 次に、変動測定状態において、第３の比率乗算器１７の
設定容量をＭ，、クロックバルス周波数をｆ，とすると
「パターンのｊ番目とｉ＋１番目の回転パルス周期が演
算部１川こ印加される際に導入されるクロックパルス周
波数は（Ｎｉ′／Ｍ，）・ｆ，となり、したがって、角
速度が（の十△の）であったとすると、演算部１０の出
力Ｎｉ″は次のようになる。

ＮｒニＭ・ｆｏの十△■ （９）ｆ，
■ここに、Ｍ１、ｆ、ｆ，は一定値であり、定常状態の
角速度のを基準にした回転変動値が比の形で求められる
ことになり、この場合も前記第１実施例と同様にパター
ンピッチ誤差は相殺され、回転変動値自体には全く影響
を及ぼさないことになる。

以上、第１、第２の発明は回転変動値を定常状態の回転
周期または速度と測定状態での回転周期または速度との
比の形で求めるに際し、その比の算出過程でパターンピ
ッチ誤差を相殺するようにしたものであるが、パターン
ピッチ誤差、回転変動値のいずれも小さい場合には、減
算を使った近似演算法により回転変動値を求めるように
してもよい。第４図はその近似演算法を採用した第３発
明の一実施例であり「図において分周回略１１「周期カ
ウンター２、スイッチ１３、周期パターン記憶器１４ク
ロツクパルス発生器１は、前記第２図に例示した第１実
施例と同様のものであり、同様に動作して定常状態にお
ける回転パルスＦの各周期計数値をその発生パターン番
号と対応させて周期パターン記憶器１４の所定番地に記
憶している。

１９は減算カゥンタであり、変動測定時にはそのときの
回転パルスと対応する前記周期パターン記憶器１４の番
地の周期計数値が読み出されてセットされると共に、回
転パルスの周期間、クロツクパルス発生器１からのクロ
ツクパルスが減算パルスとして導入され、そのセット値
から減算すると共に、１周期経過後の減算結果をラツチ
回路２０にラッチするようになっている。その動作は以
下のとおりである。いま、タイミングパルス発生位値か
らｉ番目とｉ十１番目のパターンのピッチ角を８ｉとし
、軸が定常状態では角速度ので回転していたとすると、
周期パターン記憶器１４のｉ番目の番地には、前記【５
）式に示す周期計数値（８ｉ／の）・ｆが記憶されてい
ることになる。

次に、変動測定状態において、それと対応するｉ番目の
回転パルスが発生すると、その周期計数値は減算カウン
夕１９にセットされると共に、クロックパルスｆが減算
パルスとして導入され、ｉ＋１番目の回転パルスが発生
した際、そのときの減算結果をラツチ回路２０１こラツ
チすることになる。

したがって、いま、変動測定状態の角速度を凶十△のと
すると、ラツチ回路２０にラツチされる数値Ｎｉ′′′
は次のようになる。Ｎｉ′〃＝ｆ・（；‐寸；） 。

■ここで、正確なパターンピッチ角をひとすると「その
ときのピッチ角ａｊは８十△ａで表わされ、いま、その
誤差率△８ｉ／８が１より極めて小さく、また、回転変
動率△の／のも１より極めて小さいとすると、‘１■式
は次のように近似できることになる。

〈Ｎｉ〃′ごｆ）・き〔（１十千）‐（１‐学〉・〜ｆ
，Ｌ，今２＝Ｋ，三２ ００の の の
ここに、ｆ、８‘ま一定であり、■は基準とする定常状
態の角速度であり、（ｆ・８／の）は定数Ｋとおけるの
で、結局ラツチ回路２０のラツチ値Ｎｉ川は回転変動率
△の／■の近似値となる。

なお、上記第１、第２、第３発明は、いずれも定常状態
の測定後、それに続いて回転変動状態を測定する場合に
つき例示したものであるが、定常状態での測定後一旦回
転を停止するような場合には、前記のように回転パルス
を分周してタイミングパルスを発生させる代りに、回転
パルス発生器自体に軸の所定位置ごとに１パルスのタイ
ミングパルスを発生させるための手段を設ける必要があ
ることは当然のことである。以上のとおりであり、本発
明は、回転パルス発生器のパターン誤差を変動値算出過
程で相殺するので、正確に回転変動値が得られると共に
、その誤差補正自体も簡便である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人が先に提案した逆数演算回路のブロッ
ク線図、第２、第３図はそれぞれ第１、第２発明の一実
施例を示すブロック線図、第４図は第３発明の近似変動
率算出回路の一実施例を示すブロック線図である。 １：クロックパルス発生器、１０：逆数演算回路の演算
部、１１：分周回路、１２：周期カゥンタ、１４，１４
′：記憶器、１５：乗算回路、１７：比率乗算器、１９
：減算カウンタ、２０：ラッチ回路。 滋１図 炎２図 多３図 努４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸に固着したパターン円板のパターンピツチごとに
   パルス信号を発生させる回転パルス発生器と、軸の定常
   回転状態において、回転パルスの各周期を測定すると共
   にその周期値を前記パターン円板のパターン番号と対応
   した番地に記憶させるパターン周期記憶器と、軸の回転
   変動測定時に測定回転パルスの各周期ごとに周期逆数値
   を演算する逆数演算回路と、その回転パルスと対応する
   前記番地の記憶周期値を読み出すと共に、それと前記逆
   数演算回路の出力とを乗算する乗算回路とからなるとこ
   ろの回転変動測定装置。 ２ 軸に固着したパターン円板のパターンピツチごとに
   パルス信号を発生させる回転パルス発生器と、軸の定常
   回転状態において、回転パルスの各周期を測定すると共
   にその周期値を前記パターン円板のパターン番号と対応
   した番地に記憶させるパターン周期記憶器と、軸の回転
   変動測定時に測定回転パルスの発生パターンと対応する
   前記番地の記憶周期値が読み出され、それがセツト値と
   して印加されると共に、回転パルスの周期間クロツクパ
   ルスが減算パルスとして入力される減算カウンタとから
   なるところの回転変動測定装置。 ３ 軸に固着したパターン円板のパターンピツチごとに
   パルス信号を発生させる回転パルス発生器と、入力クロ
   ツクパルスを第１、第２の比率乗算器により乗算して減
   算カウンタに減算パルスとして導入し、そのときの減算
   カウンタの初期値からの減算結果を前記第１、第２の比
   率乗算器の比率値設定端に印加すると共に、その減算時
   間を回転パルス周期に対応して制御し、回転パルス周期
   の逆数値を演算する逆数演算回路と、軸の定常状態にお
   いて、クロツクパルス発生器のパルスを前記逆数演算回
   路の入力クロツクパルスとして導入し、回転パルスの各
   周期の逆数値を算出すると共に、その算出した逆数値を
   前記パターン円板のパターン番号と対応した番地に記憶
   させるパターン周期の逆数値記憶器と、軸の回転変動測
   定時に、測定回転パルスの発生パターンと対応する前記
   番地の記憶逆数値を読み出すと共に、それが比率設定端
   に印加され、クロツクパルス発生器のクロツクパルスを
   比率値倍して前記逆数演算回路の入力クロツクパルスと
   する第３の比率乗算器とを有し、その際の逆数演算回路
   出力を測定するところの回転変動測定装置。