JPS6395371A - 回転ムラ測定器 - 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〕 この発明は、光のドツプラ効果を利用して、音響機器、
情報機器、工作機械等の回転体及び鉄鋼。

非鉄金属、フィルム等製造ラインの移動物体の回転ムラ
、速度ムラを計測する回転ムラ測定器に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

音＃！Ｊ８１器であるレコードプレーヤ、テープレコー
ダ、ＶＴｒｔの回転ムラは録音・録画、再生時の音質２
画質を左右する重要な要素であり２回転ムラいわゆるワ
ウ・フラッタの良し悪しがこれら機器の商品価値を決定
する。

また、複写機、印刷機、レーザプリンタなどでは、ｔＲ
送されろフィルト等印画紙の速度ムラがある場合、得ら
れた印画に濃淡２色ずれ２分解能の甘さなど種々の問題
が生じる。

したがって、このような分野における回転ムラ。

速度ムラの測定はこれら機器の検査等に必要不可欠なも
のとなっている。

−Ｓに２回転ムラ、速度ムラは、第（１）式に示すワウ
・フラッタＷ／Ｆという指標で示される。

■ ここで　Ｖ；　回転速度（ｒｐ＋ｍ又は１７分）△■；
　回転ムラ速度ｆｒｐ園又は１７分）第（１）式は２回
転速度Ｖに対する回転ムラ速度Δ■の比の百分率で示さ
れ２通常周波数成分として０．２　Ｈｚ以上の回転ムラ
速度について評価される。

第３図は、従来の非接触光学式速度センサを用い２回転
体の回転ムラを計測する回転ムラ測定器を示す構成図で
あり、（１）はモータ等に直結して回転する回転体、（
２）はレーザ装置、（３）はレーザ装置（２）からのレ
ーザ光を二分割するビームスプリッタ。

（４ａ）　、　（４ｂ）　、　（４ｃ）はレーザ光の方
向を変えるためのミラー、（５）は回転体（１）から散
乱された光を受信するためのレンズ、（６）は受信光を
電気信号に変換する光検出器、（７）は交流増幅器、（
８）は周波数追跡器、（９）は周波数追跡器（８）の出
力周波数をこの周波数に比例したアナログ電圧に交換す
る周波数−電圧変換器（以下Ｆ−Ｖ変換器という。）　
、　Ｕｒ：Ｊは周波数追跡器（８）の出力パルス周波数
をカウントする周波数カウンタ、　（１１）はＦ−Ｖ変
換器（９）の出力電圧を可変する可変抵抗器等で代表さ
れる可変減衰器、　（＋２）は可変減衰器（１１）の出
カイ８号のうち直流成分をカットする高域フィルタ、　
（１３１は可変減衰器（１１）の出力信号のうち高周波
成分をカットする低域フィルタである。

以上の構成の回転ムラ測定器において、レーザ装置（２
）から発信したレーザ光はビームスプリッタ（３）で二
分割され、一方のレーザビームはミラー（４ｂ）　、　
（４ｃ）で他方のレーザビームはミラー（４ａ）で方向
を変えて２回転体（１）上の回転半径、　（、）に交差
させて照射すると、各々の照射ビームに対応した回転体
（１）の散乱光の波長は回転体（１）の回転半径「（ｍ
）におけろ回転速度Ｖ（ｒｎ１分）に応じていわゆる正
負のドツプラシフトを起こす。

この二つの正負のドツプラシフトを受けた散乱光をレン
ズ（５）で集光し光検出器（６）に導き電気信号に変換
すると、この電気４８号の中には、受信光の強さに比例
する直流信号と第（２）式に示すドツプラ周波数ｆｄの
交流信号（以下ドツプラ信号という）が存在する。

ここに ■＝　回転体の回転半径ｒ（１１１）における回転速度 λ：　　レーザ光の波長 ψ：　二つの照射ビームの交差角 光検出器（６）で電気信号に変換されたドツプラ信号は
、微弱で且つＳ／Ｎが低いため交流増幅器（７）で増幅
され２周波数追跡器（８）でＳ／Ｎ改善すると第（３）
式に示す回転体（１）の回転半径、　（、）における回
転速度Ｖに比例したドツプラ周波数ｆｄがパルス信号と
して検出できる。回転速度■の中の回転ムラ速度ΔＶは
２周波数追跡器（８）のドツプラ周波数ｆｄの中の周波
数変調量Δｆｄとして検出される。

この周波数変調信号である周波数追跡器（８）の出力信
号をＦ−Ｖ変換器（９）に入力すると、Ｆ−Ｖ変換器（
９）の出力はドツプラ周波数ｆｄに比例した大きさの直
流電圧Ｅとその直流電圧Ｅを中心に回転ムラの大きさに
比例して上下する交流電圧ΔＥの両方を重畳したアナロ
グ信号となる。

一方円波数追跡器（８）の出力信号は２周波数カウンタ
０ωにも接続されており、ドツプラ信号ｆｄを計数表示
し直読できろようになっている。

Ｆ−Ｖ変換器（９）の出力側に接続された可変減衰器（
１１）は、減衰量が周波数値で目盛られ、変換出力を入
力周波数に比例して減衰させる働きを有しており、可変
減衰器（１１）の目盛周波数を周波数カウンタ００）で
測定した表示周波数に会わせろことにより、可変減衰器
（１１）の出力には２回転体（１）の回転速度Ｖの大き
さに関係なく回転ムラ速度ΔＶ成分を第（１）式に示す
ように回転速度Ｖとの比率関係で取り出し得ることにな
る。

高域フィルタ（１２）は０．２　Ｈｚ以上のワウ・フラ
ッタ成分のみを通過させるものであり、低域フィルタ（
１３）は、Ｆ−Ｖ変換器（９）の出力のうちドツプラ周
波数成分１送波）の影響を除去するためのもので回転体
（１）の回転速度Ｖに応じてカットオフ周゛波数が可変
できるようになっている。このようにして１回転体（１
）の回転ムラ速度ΔＶを第（１）式に示すワウ・フラッ
タＷ／Ｆとして求めることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の回転ムラ測定器で得られるドツプラ信号は、
二つの照射ビームの交差角ψと照射ビームの拡がりに依
存してドツプラ周波数ｆｄを中心とした周波数の拡がり
を持った信号となる。

このドツプラ周波数ｆｄの周波散拡がりがＦ　−■変換
器（９）でＦＭ検波した回転ムラ信号の中にホワイトノ
イズとして存在するため２回転体（１）の回転ムラが小
さくなる場合は２回転ムラ化号が上記ホワイトノイズに
マスクされて検出できないという問題を有していた。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので２回転体（１１の回転ムラの測定分解能を向上させ
かつ２回転ムラの周波数成分も合わせ計測する回転ムラ
測定器を“得ろことを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る回転ムラ測定器は、低域フィルタ（］３
）の後に２周波数分析を行う高速フーリエ変換器を設け
たものである。

〔作　用〕

この発明においては２回転ムラの時間波形を高速フーリ
エ変換処理することにより時間領域から周波数領域に変
換して回転ムラの周波数ごとの回転ムラの大きさをパワ
ースペクトラム密度の形で求めるとともに、平均化処理
することで、ドツプラ周波数ｆｄの周波散拡がりに依存
するホワイトノイズを除去し低レベルの回転ムラ計測を
可能としている。

〔実施例〕

第１図はこの発明による一実施例を示す回転ムラ測定器
の構成図であり、以下図面に従い説明する。

図中、（１）〜（１３）は上記従来と同じものであり。

（１４）は回転ムラ信号を時間領域から周波数領域に変
換する高速フーリエ変換器である。

以上の構成の回転ムラ測定器において、低域フィルタ（
１３）の出力信号である回転ムラ信号の時間波形ｘ　（
ｔ）は第２図（ａ）に示すごとく２回転体（１）の回転
周期Ｔに依存して周期的波形ｘＴ（ｔ）にホワイトノイ
ズｎ（１）が重畳した信号となる。

ｘ　（ｔ）　＝　ＸＴ　（ｔ）十ｎ　（ｔ）　　　　　
　　　　（３］上記回転ムラの時間波ｘ　（ｔ）を高速
フーリエ変換器（１４）で次式に示すフーリエ変換し２
周波数領域のパワースペクトラムＰ（ω）に変換すると
。

第２図（ｂ）に示す回転ムラのパワースペクトラム密度
が得られる。この図で、Ｐｌ（ωｘ）、Ｐｔ（ω２）、
　　・・・・・はそれぞれ周波数ω８．ω２・・・・に
おける回転ムラの大きさを示し、Ｎ（ω）はホワイトノ
イズのパワースペクトラム密度を示す。Ｎ（ω）は、単
位周波数当たりのパワスペクトラムとして見れば低レベ
ルとなる。

回転ムラの時間波形を高速フーリエ変換器（１４）で単
位周波数当たりのパワースペクトラｌ、に変換すること
で、卓越周波数ω１．ω２ごとのパワースペクトラム密
度ｐｔ（ωｔ）　、Ｐｉ（ω２）・・・・を測定するこ
とができ２回転ムラ周波数ω！、ω２・・・・と回転ム
ラ周波薮に対応した回転ムラの大きさｐ＋（ω１）　、
　ｐｉ（ω２）、　　・　を同時に計測できる回転ムラ
測定器となる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば２回転ムラの時間波形を
高速フーリエ変換することで２周波数領域のパワースペ
クトラムに変換し、従来、ホワイトノイズにマスクされ
た低レベルの回転ムラ信号でも１回転体（１）の回転ム
ラ周波数と回転ムラ周波数に対応した回転ムラの大きさ
を同時に計測できる回転ムラ測定器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回転ムラ測定器の構
成図、第２図は回転ムラ信号を示す図。 第３図は従来の回転ムラ測定器の構成図である。 図中、　（１４）は高速フーリエ変換器である。 なお２図中同一行号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 特定の波長の光を出力するレーザと、上記レーザの出力
   ビームを二分割するビームスプリッタと、上記二分割し
   たレーザビームの方向を回転体上に交差させて照射し得
   るための複数のミラーと、上記二つの照射ビームの各々
   について回転体の速度に応じてドップラシフトを起こし
   た散乱光を一緒に受信するレンズと、上記レンズで受信
   したドップラ信号を含む散乱光を電気変換する光検出器
   と、上記光検出器の出力を増幅する交流増幅器と、上記
   交流増幅器により増幅された信号からドップラ周波数を
   検出する周波数追跡器と、上記周波数追跡器の出力信号
   であるドップラ周波数をドップラ周波数に比例したアナ
   ログ電圧に変換する周波数−電圧変換器と、上記ドップ
   ラ周波数を計数する周波数カウンタと、上記周波数−電
   圧変換器の出力信号を上記周波数カウンタで計数された
   ドップラ周波数に比例して減衰し得る可変減衰器と、上
   記可変減衰器の出力信号のうち直流成分と高周波成分を
   それぞれ除去する高域フィルタと低域フィルタと、上記
   低域フィルタの出力信号を時間領域から周波数領域に変
   換する高速フーリエ変換器を備えたことを特徴とする回
   転ムラ測定器。