JPS6282329A - 振動計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式振動計測装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

第５図乃至第７図に、従来知られている光学式振動計測
装置の主要部の一例を示す。

従来知られている光学式振動計測装置の光学系は、第５
図に示すように、発光器２１と集光レンズ２２とから成
る投光器２３と、投光器２３からの光束２４を反射する
被測定物２５と、被測定物２５からの反射光２６を受光
する受光器２７と、反射光２６を受光器２７の受光面に
合焦する結像レンズ２８とから成る。上記受光器２７は
、第６図に示すように、４分割された光電変換素子２７
ａ。

２７ｂ、２７ｃ、２７ｄとから構成されている。

また、従来知られている光学式振動計測装置の電気系は
、第７図に示すように、上記受光１ｍ２７と、受光器２
７を構成する各光電変換素子２７ａ。

２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの出力端に接続された増幅器２
９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄと、差′ｌｊＪ増幅器３
０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ。

３０ｆと１割り算器３１とから成る。ここで、上記差動
増幅型３０　ａ　＋　３０　ｂ　＋　３０　ｃ　＋　３
０　ｄ　＋３０ｃ、３０ｆは、光電変換素子２７ａに接
続された増幅器２９ａの出力をＡ、光電変換素子２７ｂ
に接続さ九た増幅器２９ｂの出力を８．光電変換素子２
７ｃに接続された増幅器２９ｃの出力をＣ１光市変換素
子２７ｄに接続された増幅器２９ｄの出力をＤとした場
合１割り算器３１において。

（（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）・・
・・・・　（１） という演算がなされるように接続されろ。

上記した従来の振動計測装置は、投光器２３から照射さ
れた光束２４が被測定物２５によって反射され、その反
射光２６が結像レンズ２８を介して受光器２７に照射さ
れる。受光器２７を構成する光電変換索子２７　ａ、２
７　ｂ＋　　２７ＣＴ　　２７ｄは、照かｊされた光束
の照射面積に比例した電気低抗の変（ヒを生じ、バイア
ス電流により電圧として出力が取り出される６割り算Ｄ
３１においては。

上ｉａ　（＋　）式の演算が行われ、受光器２７の全受
光量に対する第６図における上半分の光電変換素子２７
ａ、２７ｄの受光量の比、即ち、反射光束の中心の位置
を知ることができる。従って、振動する被測定物２５上
に光束２４を照射し、経時的に割り算器３１の出力を測
定することによって、測定点における振幅を計測するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、磁気ディスク駆動装置においては、磁気ヘッ
ドと磁気ディスクとの！＆適なヘッドタッチを実現する
ため、ジンバルばねを介してヘッドキャリッジ上に搭載
された磁気ヘッドの振動を計測し、主としてジンバルば
ねの弾性に起因する磁気ヘッドの回転振動、および、主
として上部キャリッジを下部キャリッジ側に抑圧する抑
圧ばねの弾性に起因する上下振動を解析する必要がある
。

かかる回転振動および上下振動の合成振動モードを有す
る被測定物の振動計測に上記した従来の振動計測装置を
適用した場合、第８図に示すように、被測定物２５の上
下方向の変位ｄに基づく受光器２７の出力ｐ１と、被測
定物２５の回転方向の変位Ｏに基づく受光器２７の出力
Ｐ２との合成された出力値Ｐが読み出され、当該被測定
物２５に含まれる上下方向成分と回転方向成分とを分離
して計＆Ｍすることができない。

かように、従来の振動計測装置は、被測定物に含まれろ
上下方向成分と回転方向成分とを分離して計測すること
ができないので、必要な振動解析を行うことが難しく、
当該振動体を含む装置等の撮動対策が難しいという問題
がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記した従来技術の問題点を解消し。

被測定物に含まれる上下振動モートと回転振動モードと
を各別に計測可能な振動計測装置を提供するため、投光
器からの光束を２つの平行な光束に分割し、被測定物に
よって反射されたこれら２つの光束の反射光を含む平面
上にあり、がっ、これら２つの反射光と互いに交わる方
向に延びる直線を軸として円柱レンズを配設し、該円柱
レンズを介して被測定物と反対側に、上記２つの反射光
を各別に受光する２つの受光器を配設したことを特徴と
するものである。

〔実施例〕

以下５本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
説明する。

本実施例に係る振動計側袋はの光学系は、第１図を示す
ように、投光器１と、ハーフミラ−２と、反射鏡３と、
被測定物４と１円柱レンズ５と、受光器６，６ａとから
構成される。

投光器１は、詳細なる図示は省略するか、筒口に示した
従来の投光＠２３と同様に、発光器と集束レンズとから
成り、単一の光束７を照射するようになっている。

また２ハーフミラ−２および反射鏡３は、ハーフミラ−
２を介して被測定物４に照射ｆｉ　ｄｌ、ろ光束８と、
ハーフミラ−２および反射鏡３を介して被測定物４に照
射される光束８　、ｊとが平行光線になるように調整さ
れている。

被測定物４を介して投光器１と反対側に配でされる円柱
レンズ５は、被測定物４によって反射さＪした平行な反
射光９，９ａを含む平面上にあって、これら２つの反射
光９，９ａと互いに交わる方向に延びる直線ＩＯ上に配
設される。

受光器６，６ａは、上記した従来の受光器２７と全く同
様のものであって１図示は省略するが、４分割さ九た光
電変換素子によって構成されている。そして、これら２
つの受光器６．６８は、円柱レンズ５を介し・て被測定
物４と反対側の、反射光９，９ａの延長上であって、か
つ、上記円柱レンズ５の設定軸１０と平行な直線１１上
に配設される。

また２本実施例に係る振動計測装置の電気系は、第２図
を示すように、上記受光Ｉｇ６．６ｇと、演算回路１２
．１２ａと、差動増幅ｒＩ１３とから構成さ九る。

上記演算回路１２．１２ａは、それぞれ第　図において
説明した従来の振動計側袋ぼに適用されろ演算回路と全
く同様のものである。従って、ここでは詳細な説明を省
略する４差動増幅器１３の（＋）端子には、上記２つの
演算回路１２．１２ａのうちの一方の演算回路１２の出
力が接続され。

（−）端子には他方の演算回路１２ａの出力が接続され
る。

以下、上記実施例の振動計測装置の動作について説明す
る。

上記した従来の振動計測装置は、投光器１から照射され
た光束７がハーフミラ−２および反射鏡３によって２条
の平行な光束８，８ａに分割される。これらの平行な光
束８，８ａは、被測定物４によって反射され、その平行
な反射光９．９ａが円柱レンズ５を介して受光器６，６
ａに各別に受光される。

このときの光路と、被測定物４および受光ｒＩ６゜６ａ
の配置を第３図に示す。

受光器６，６ａの受光面を結ぶ直線１１と被測定物４の
回転軸４ａとの距離をｈ、入射光束８゜８ａの距離をＣ
とし、被測定物４が角度θだけ傾斜したとすると１反射
光束９，９ａは受光器６゜６ａの受光面で、入射光束８
，８ａに対して、それぞれｓｌ、ｓｚだけ振れる。この
とき、５１゜ｓｚは次式で表わされる。

Ｓ　１＝　（ｈ　　（ｃ／２）　ｔａｎθ）　ｊａｎ２
θ・・（２）ｓ　　ｚ　　＝　　（ｈ　　＋（ｃ／２）
　　ｔａｎ　θ　）ｔａｎ２　　θ　・　・　（３）従
って、ｓ、！−ｓ１：ｃ　ｔａｎθ−ｊａｎ２θ−＋（
４）（４）式において、入射光束８，８ａの距Ｒｃは定
数であるから、（ｓ＝−ｓｌ）は角度のみの関数となる
。

演算回路１２．１２ａの出力から、入射光束８゜８ａに
対する反射光束９，９ａの振れ９ｘ、３ｚは容易に求ま
る。従って、差動ｉｑ！幅器１３によって２これらの出
力の差を求めろことによって、振動の角度成分のみを求
めることができる。このとき、被測定物４が、第１図に
おけるｙ軸を中心とする回転振動成分のみならずｙ軸を
中心とする回転振動成分を含んでいたとしても１円柱レ
ンズ５の作用によって反射光９，９ａは受光器６，６ａ
の中心部にそれぞれ照射され、上記ｙ軸を中心とする回
転振動成分が測定データに影響を及ぼすことがない。従
って、被測定物４に対する振動計測装置の設定角度を種
々変更することによって、被測定物４の主振動方向を測
定することもできる。

受光器６，６ａの受光面を結ぶ直線１１と被測定物４と
の回転軸４ａとの距離りを４０ｍｍ、２条の入射光束８
，８ａの距離Ｃを１０ｍｍとし、被測定物４の傾斜角度
θを変化させて差動増幅器１３の出力を測定したところ
、第４図に示す出力特性を得た。このグラフから明らか
なように、被測定物４の傾斜角度０に対して差動増幅器
１３の出力電圧は直線とならないが、３°以上の傾斜角
度についてはほぼ直線に近似することができろ。そして
、このｗ４′ｆ！ｉにおいては、傾斜角度０１°当り０
．４３　ｍＶの出力変化が得られ、充分な実用性がある
ことが判った。また、被測定物４を平行移動した場合の
出力変化は１１当りわずか５μＶ程度であり１本発明に
係る振動測定装置の効果を確認することができた。

尚、上記差動増幅器１３のあとにリニヤライザを付設す
れば出力特性を一層直線に近似することができ、より実
用的な振動計測装置とすることができることは勿論であ
る。

また、上記実施例においては９回転振動成分および上下
振動成分を含む振動モードにて振動する被測定物から回
転振動成分のみを検出するようにした場合について説明
したが１本発明の要旨はこれに限定されるものではなく
、演算回路１２゜１２ａの出力端と差動増幅器１３の入
力端を結ぶ回路中に切換スイッチを設定し、演算回路１
２゜１２ａからの出力と差動増幅ｒｉ！１３からの出力
を任意に取り出すようにすることもできる。この場合に
は、まず：寅算回路１２．１２ａからの出力を得て測定
点における全損幅を求め１次いで、差動増幅器１３から
の出力を得て該測定点におけろ回転振動成分を求め、両
者の差から該測定点におけろ上下摂動成分をも知ること
ができる。

さらに、上記実施例においては、４分割された光電変換
素子からなる受光器を用いた場合について説明したが１
本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、例えば
２分割された光電変換素子からなる受光器を用いた場合
においても、全く同様にして被測定物の振動を計測する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の振動計副装置は、２条の
平行光束を被側定物に照射し、それぞれの反射光の振れ
の差を求めることによって被測定物の上下４７ｔｌａに
よる影響を除去するとともに１円柱レンズを設けろこと
によって円柱レンズ設定方向を軸とする回転振動の影響
をも除去するようにしたので、任意の方向に任意のモー
ドで振動する被測定物から特定の方向の回転振動成分の
みを検出することができる。従って、任意の方向に任意
のモードで振動する被測定物の振動解析を容易に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る振動計測装置の光学系を示す回路
図、第２図は本発明に係る振動計測装置の電気系を示す
回路図、第３図は本発明の振動計測装置の原理を説明す
る説明図、第４図は本発明の振動計測装置の特性を説明
するグラフ、第５図は従来の振動計測装置の光学系を示
す回路図、第６図は従来の振動計測装置の電気系を示す
回路図、第７図は受光器の構成を示す平面図、第８図は
従来の振動計測装置の問題点を説明する説明図である。 ｌ：投光器、２：ハーフミラ−，３：反射鏡。 ４：被１１１１Ｉ定物、５：円柱レンズ、６．５ａ：受
光器、’７，８．８ａ：光束、９＋９ａ：反射光、＋２
，１．ａ：演算回路、１３：差動増幅器、２９ａ−２９
ｄ：増幅器、３０ａ−３０ｆ：差動増幅器、３１　：割
り算８； 代理へヲｆ−ふＩＩ！丁　　　　八　　旧凰仄用５　”
第１図 ９．９ａ７５ｊ財尤束 第２図 第３図 第４図 Ａ彦θ（側 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物に光束を照射する投光器と、被測定物からの反
   射光を受光する受光器と、受光器を構成する複数の光電
   変換素子の出力の差を検出する差動増幅器とを備えた光
   学式の振動計測装置において、上記投光器からの光束を
   ２つの平行な光束に分割し、被測定物によつて反射され
   たこれら２つの光束の反射光を含む平面上にあり、かつ
   、これら２つの反射光と互いに交わる方向に延びる直線
   を軸として円柱レンズを配設し、該円柱レンズを介して
   被測定物と反対側に、上記２つの反射光を各別に受光す
   る２つの受光器を配設したことを特徴とする振動計測装
   置。