軸振れ計測装置
【課題】 回転軸体の軸線方向および径方向における軸振れ量を非接触にて簡単に測定できる軸振れ計測装置を提供する。
【解決手段】 本発明の軸振れ計測装置は、回転軸体の周方向に光反射性部分と光非反射性部分とが交互に配置されて当該方向に幅変化部の列が環状に形成されてなる反射パターンと、前記回転軸体の回転中に前記反射パターンの所定位置に照射される第１および第２の光線と、前記所定位置からのこれら各光線の反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して受光、不受光のタイミングに応じて生成された電気パルス信号に現れる該第１の光線の受光時間の変化に基づいて前記回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分を求めるとともに、前記第２の光線の照射角度、前記電気パルス信号に現れる前記第２の光線の反射光の受光時間の変化、および前記軸線方向の軸振れ量成分に基づいて前記回転軸体の径方向の軸振れ量成分を求める受光・演算部とを備える。
【解決手段】 本発明の軸振れ計測装置は、回転軸体の周方向に光反射性部分と光非反射性部分とが交互に配置されて当該方向に幅変化部の列が環状に形成されてなる反射パターンと、前記回転軸体の回転中に前記反射パターンの所定位置に照射される第１および第２の光線と、前記所定位置からのこれら各光線の反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して受光、不受光のタイミングに応じて生成された電気パルス信号に現れる該第１の光線の受光時間の変化に基づいて前記回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分を求めるとともに、前記第２の光線の照射角度、前記電気パルス信号に現れる前記第２の光線の反射光の受光時間の変化、および前記軸線方向の軸振れ量成分に基づいて前記回転軸体の径方向の軸振れ量成分を求める受光・演算部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測対象である回転軸体の軸線方向および径方向における軸振れ（振動）量を光学的に非接触にて計測可能な軸振れ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水や蒸気の保有するエネルギーを利用してタービンを回転させて発電を行なう発電タービンプラントなどでは、高効率であるとともに、高い運用性および安全性が要求される。特に高速回転するタービンに軸ねじれ、軸たわみ、軸振れなどの変形が生じた場合には、非常に危険な事態を引き起こしかねず、前記のような安全性などを確保するためにも、タービンなどの回転軸体の軸振れなどを定量的に把握し、異常が認められた場合0には所定の対策を確実に講じることが重要であり、そのために簡単かつ高い精度にてこれらを計測可能な計測装置や計測方法が望まれている。これらのうち、軸振れの測定技術については、従来より多くの提案がなされてきているところである。
【０００３】
被計測対象である回転軸体の軸振れ計測技術としては、例えば特許文献１において提案されている。この提案は、回転軸を中心として回転する回転体と、直角に折り返された隣り合う反射面を挟角側に有するとともに、該折り返し側が前記回転軸と同軸平行状態となるように前記回転体に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に任意の入射方向から光ビームを照射する検出用照射器と、前記光ビームにおける前記反射面から反射された反射光ビームを検出する検出素子とを備えた軸振れ計測装置に関するものである。この計測装置を使用すれば、検出用照射器により反射鏡へ照射する光ビームとその反射鏡からの反射光ビームとが回転体の回転角にかかわらず常に平行となるため、従来のように検出用照射器による光ビームの入射角を考慮しながら位置検出器を配置させた状態での調整が不要となり、光ビームの入射角に依存せずに各構成部の位置関係が決まって調整が楽になる利点がある。
【０００４】
また、従来の回転軸体のたわみ測定技術は、例えば特許文献２において提案されている。特許文献１記載の技術は、回転軸体の曲げモーメント測定装置に関するものであり、回転軸体の曲げモーメントを求めるために、当該回転軸体の外周面に取り付けられた円板とその端面に対向して設けられ、当該円板までの距離を測定する距離測定器とを備えており、前記回転軸体の回転中にこれにたわみが生じたことによる前記距離の変化から当該円板の傾き角（前記回転軸体のたわみ角）を求めるようにしたものである。なお、本明細書では、以下、用語「軸振れ」を「軸のたわみ」をも含む意味で使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３９６２０号公報
【特許文献２】特開昭５７−１２３３７号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５９７７号公報
【特許文献４】特開２００２−３３３３７６号公報
【特許文献５】特開２００６−８４４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１記載の技術では、回転軸体において軸線方向に生じた軸振れを計測することが困難であるばかりでなく、ある程度のサイズの反射鏡を用いる必要があるので、回転軸体の外周面に設置する反射鏡の数に制限があり、結果として高い精度で軸振れ量を計測するのは困難である。また、特許文献２記載のたわみ計測技術では、直接距離測定器によって回転軸体外周面の円板までの距離を測定するので、回転軸体の軸線方向に直角な方向に軸振れを生じる場合には、当該軸振れを検出するのは困難である。また、回転軸体の軸たわみ角が小さい場合には距離測定器によって非常に微小な距離を測定しなければならず、そのため当該測定器に高い測定精度が必要とされ、結果として距離測定器が高額になってしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献３〜５などで提案されているトルク計測装置は、回転軸体に加えられるトルクを測定するには良好な方法であるが、そもそも回転中に生じる回転軸体の軸振れ量を測定することを想定したものではなく、当該軸振れ量を測定できない。
【０００８】
本発明は、前記問題を解決すべくなされたものであり、簡単に回転軸体の軸線方向および当該方向に直角な径方向における軸振れ量を非接触にて測定できる軸振れ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の軸振れ計測装置は、被計測対象である回転軸体の周方向に光反射性部分と光非反射性部分とが交互に配置されて当該方向に幅変化部の列が形成されてなる環状の反射パターンと、前記回転軸体の回転中に前記反射パターンの所定位置に照射される第１の光線および第２の光線と、前記各所定位置からのこれら各光線の反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して受光、不受光のタイミングに応じた電気パルス信号を生成し、当該電気パルス信号に現れる該第１の光線の受光時間の変化に基づいて前記回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分を求めるとともに、前記第２の光線の前記外周面に対する照射角度、前記電気パルス信号に現れる前記第２の光線の反射光の受光時間の変化、および前記軸線方向の軸振れ量成分に基づいて前記回転軸体の径方向の軸振れ量成分を求める受光・演算部とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
前記第１の光線または前記第２の光線は、前記反射パターンに照射された前記第２の光線または前記第１の光線が、そこから反射されて光誘導手段によってその光路を変更された反射光として構成することができる。また、前記反射パターンに照射される前記第１の光線および前記第２の光線の入射角は互いに相違する値に設定することができ、そのなかでも前記第１の光線は、前記回転軸体の外周面に対して略直角とされるのが好ましい。
【００１１】
前記光反射性部分もしくは前記光非反射性部分、またはこれら双方は適宜の面積を有する領域に形成してもよく、適宜の線幅を有する線状に形成してもよい。また、前記光反射性部分若しくは前記光非反射性部分、またはこれら双方は、それ自体が幅変化部として形成できる。ここで、幅変化部とは、これら各部分またはこれらの双方において前記両部分の配置方向に直交する方向の位置（距離）に応じて前記各部分の当該配置方向における幅（距離）が一定の割合で変化するように構成された部分を指している。すなわち、幅変化部は、これら両方向の位置関係（距離）が１対１に対応しており、いずれか一方の距離の変化が得られれば、他方の距離の変化が必然的に求まるように構成されている。前記光非反射性部分としては、任意の面積を有する領域または適宜の線幅を有する線状に形成されたものなどが含まれる。所定の領域を有する光反射性部分または光非反射性部分を中間にして前記配置方向両側からこれを線状の光非反射性部分または光反射性部分で挟み込むように組み合わせた領域を幅変化部として形成することもできる。
【００１２】
前記環状の反射パターンは、前記各光線がそれぞれ照射されるように各別に形成することができる。また、前記反射パターンは、前記回転軸体の外周面に環状に取り付け可能なターゲット体に設けられた少なくとも１つの被照射面に形成することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、被計測対象である回転軸体の外周面にその周方向に幅変化部が形成された環状の反射パターンを設け、これに第１の光線および第２の光線を照射し、これらの反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して各反射光についての受光、不受光のタイミングの変化から演算により回転軸体の軸線方向および径方向の軸振れ量成分を求めることとしたので、当該回転軸体の回転中に生じた回転軸体の軸線方向および径方向の軸振れ量成分を非接触にて簡単に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の軸振れ計測装置の実施形態の一例を示す図である。
【図２】図１に示す実施形態の一部を変形した変形例を示す図である。
【図３】図１に示す軸振れ計測装置の計測原理を説明する図である。
【図４】図１に示す軸振れ計測装置の計測原理を説明する図である。
【図５】本発明の軸振れ計測装置に用いられる反射パターンの一例を示す図である。
【図６】本発明の軸振れ計測装置に用いられる反射パターンの別の例を示す図である。
【図７】本発明の軸振れ計測装置に用いられる反射パターンのさらに別の例を示す図である。
【図８】本発明の軸振れ計測装置の実施形態の別の例を模式的に示す図である。
【図９】図８に示す軸振れ計測装置の実施形態の変形例を示す図である。
【図１０】図８に示す軸振れ計測装置の実施形態のさらに別の変形例を示す図である。
【図１１】図８〜図１０に示す実施形態の２つの反射パターンの位置関係と、これらから反射する反射光の波形を示す図である。
【図１２】図４〜図６の反射パターンを被照射面に備える帯状のターゲット体の一例を示す図である。
【図１３】本発明の軸振れ計測装置の実施形態のさらに別の例に適用可能なターゲット体の例を示す図である。
【図１４】図１３のターゲット体の使用例を示す図である。
【図１５】本発明の軸振れ計測装置の実施形態のさらに別の例に適用可能なターゲット体の例を示す図である。
【図１６】図１５のターゲット体の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の軸振れ計測装置の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、以下の各図では、同一または共通の各部については同一の符号を用いて示しており、重複した説明は以下では省略する。
【００１６】
実施形態１
図１は、本発明の軸振れ計測装置の実施形態の一例を示す図である。この図に示す軸振れ計測装置１は、被計測対象である回転軸体１０の外周面にその周方向に沿って環状に形成された反射パターン２０と、回転軸体１０のｙ軸方向における回転軸体１０の軸線方向および径方向の軸振れ量成分をそれぞれ求めるための発光部３および受光・演算部４を備えている。また、図１では、さらに、反射パターン２０を共用し、不図示の発光部および受光・演算部３４を備えた構成とされ、回転軸体１０のｘ軸方向における軸振れ量を計測するようになっている。回転軸体１０のｘ軸方向については図示を簡略化しているが、これらｘ軸方向およびｙ軸方向における各機器はいずれも同じ構成であるものとし、以下では、ｙ軸方向の軸振れ計測についてのみ説明することとする。
【００１７】
本実施形態における反射パターン２０は、回転軸体１０の周方向に光反射性部分２１および光非反射性部分２２が交互に配置されて帯状に形成されている。反射性部分２１および非反射性部分２２は、それぞれ同形、同サイズの略直角三角形の平面形状を有し、帯状の反射パターン２０の長さ方向（両部分の配置方向）両側の平行な両側縁と、これら両側縁のそれぞれに対して略直角な直線状の境界線（長辺に相当）と、この長辺に相当する境界線と鋭角をなし、かつ当該境界線と前記一方の側縁とを結ぶ直線状の境界線（斜辺に相当）とで画定されて幅変化部として形成されている。なお、以下では、幅変化部としての光反射性部分を単に「反射性幅変化部」といい、幅変化部としての光非反射性部分を単に「非反射性幅変化部」ということとする。そして、反射パターン２０は、これら反射性幅変化部２１および非反射性幅変化部２２をそれぞれ斜辺に相当する境界線を共通にして反対向きに組み合わせたものを１単位とし、その隣り合う単位同士長辺に相当する境界線を共通にして繰り返し配列されている。
【００１８】
反射パターン２０は、その長さ方向が回転軸体１０の周方向に向き、各単位の長辺が回転軸体１０の軸線方向に略平行となるように当該回転軸体１０の外周面にその周方向に環状に形成される。これにより、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量（距離）と、回転軸体１０の回転に伴い反射パターン２０上をその周方向に走査する反射性幅変化部の幅（反射光の反射時間）とが１対１に対応し、後者を求めれば、簡単な演算により前者が求められるようになる。
【００１９】
反射性幅変化部２１には、例えば通常のミラーの他、可とう性のある反射ミラーや反射シート、所定形状に塗布して得られる反射性塗料の塗膜などを使用できる。また、非反射性幅変化部２２には光非反射性の板状体やシート状体の他、所定形状に塗布して得られる非反射性塗料の塗膜などを使用できる。
【００２０】
発光部３としては、連続発光可能な光源を有するものが使用される。この光源としては、各種のレーザー、発光ダイオードまたはランプのほか、これらの１種とレンズ、スリット、ピンホールなどとを適宜組み合わせたものなどを使用できる。好ましくは、これらの光源のうち、指向性のある光線を出射可能な各種レーザーを用いるのがよい。本実施形態では、２条の光線（第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３）をそれぞれ出射可能な構成のものを使用している。ここで、第１の光線Ｌ１は回転軸体１０の軸線方向における軸振れ量成分計測用であり、第２の光線Ｌ３は回転軸体１０の径方向における軸振れ量成分計測用である。なお、このような２条の光線を出射可能な発光部３を用いる以外に、例えば１条の光線を出射可能な発光部を２基用いるようにしてもよい。
【００２１】
この発光部３には、必要に応じて、図１に示すように、その光線出射口にそれぞれ接続可能な光ファイバーケーブルなどの光伝送手段１１、２５を用いることができる。このような光伝送手段１１、２５を用いることで、発光部３を回転軸体１０の周囲の任意の位置に設置できる利点がある。図１ではまた、光伝送手段１１直後の第１の光線Ｌ１の光路上にレンズ１２を設置するとともに、光伝送手段２５直後の第２の光線L２の光路上にレンズ２６を設置し、反射パターン２０への照射前に第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３をそれぞれ平行光に整えている。
【００２２】
本実施形態においては、第１の光線Ｌ１がその光路上斜め４５［°］に設置された光誘導手段としてのハーフミラー１３を透過して回転軸体１０上の反射パターン２０に対して略垂直に照射される。第１の光線Ｌ１が反射パターン２０の所定位置に照射されると、回転軸体１０の回転方向に非反射性幅変化部２２を横断する間は当該位置からの反射はなく、反射性幅変化部２１を横断する間、そこから反射光Ｌ２が反射する。この反射光Ｌ２は、光線Ｌ１と同一の光路を逆方向に進行し、ハーフミラー１３によりその光路を直角に曲げられ、受光部５において受光される。なお、受光部５の設置位置によって反射光Ｌ２を受光部５で直接受光可能な場合には、このハーフミラー１３を設置する必要はない。なお、第１の光線Ｌ１の反射パターンへの照射角度は、略垂直に限定されず適宜の角度に設定できるが、精度低下などの問題を考慮すると、略垂直に設定するのが好ましい。この照射角度を略垂直以外の適宜の角度に設定する場合には、精度低下を抑制するために必要に応じてレンズなどを用いた光線の調光を行うなどの配慮が必要となる。
【００２３】
また、第２の光線Ｌ３は、反射パターン２０上、前記第１の光線と実質的に同じ照射位置に入射角（９０−θ）［°］で照射される。ここで、θは回転軸体１０の軸線方向の外周面に対する光線Ｌ３の照射角を示している。この第２の光線Ｌ３も第１の光線Ｌ１と同様に、回転軸体１０の回転方向に非反射性幅変化部２２を横断する間は当該位置からの反射はなく、反射性幅変化部２１を横断する間、そこから反射光Ｌ４が反射角（９０−θ）［°］で反射する。この反射光Ｌ４は、受光部６において受光される。
【００２４】
この第２の光線Ｌ３およびその反射光Ｌ４は、例えば１枚または複数枚の反射ミラー（反射面を備えていればその他の板材料（反射材）であってもよい。以下、「反射ミラー」という場合、このような反射材も含んでいるものとする。）やハーフミラーをそれぞれ組み合わせて用いることで、受光部６に至るまで図１の場合とは異なる光路を適宜変更することができる。図２は、このようにして第２の光線L３およびその反射光Ｌ４の光路を変更した変形例を示している。なお、この図においても、ｘ軸方向およびｙ軸方向の双方の軸振れ量を計測するようにそれぞれの方向に機器を配置しているが、図１の場合と同様に、ｙ軸方向の軸振れ計測についてのみ説明することとする。また、図２におけるその他の構成については、図１に示す実施形態におけるものと本質的に変わるところはない。
【００２５】
図２の例では、反射ミラー１４ａおよびハーフミラー１４ｂを各１枚用い、前者は反射光Ｌ４の光路に対して直角に設けられ、ハーフミラー１４ｂは第２の光線Ｌ３の光路に対して斜め４５［°］となるように設けられている。反射パターン２０の所定位置に所定の入射角で第２の光線Ｌ３が照射されると、反射パターン２０の反射性幅変化部２１を横断する間、そこから反射する反射光Ｌ４は反射ミラー１４ａにより再び反射され、その光路を逆行し、さらに反射パターン２０で反射する。この反射光Ｌ９は、光線Ｌ３の光路上を逆行し、ハーフミラー１４ｂによって実質的に直角な方向にその光路が変更され、受光部６において受光される。このような構成とすることで、回転軸体１０の軸振れが大きく、反射光Ｌ４の平行移動がレンズ２８に収まらないため、結果として計測不能となるのを防止することができる。
【００２６】
本発明における受光部５，６は、前記した断続的な反射光Ｌ２、Ｌ４を受光し、その受光、不受光のタイミングに応じて光電変換により受光エネルギーに相当する所定の大きさの電気信号を出力するように構成されている。このような受光部５，６としては、受光（光電変換）素子、またはこれらを含んだ受光機器などが好適に使用できる。ここで、受光素子の具体例としては、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトマルチメータなどが挙げられる。また、受光機器の具体例としてはＣＣＤカメラなどの撮像装置などが挙げられる。受光部５は、図１に示すように２条の光線をそれぞれ受光可能な構成であってもよく、１条の光線のみを受光可能な構成であってもよい。また、必要であれば、１つの受光部５に前記例示の受光素子を複数組み込んでさらに複数条の光線を受光でき、それぞれの受光エネルギーの大きさに応じた電気信号を出力可能な構成であってもよい。
【００２７】
演算部７は、図１に示すように、それぞれ回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分△Ｚを求める第１演算系統および径方向の軸振れ量成分△Ｙを求める第２演算系統を有している。第１演算系統は、演算器８ａを含んでいる。また、第２演算系統は、演算器８ｂ、減算器９ａおよび乗算器９ｂを含む一連の信号ラインを有している。ここで、演算器８ａ、８ｂは、回転軸体１０の軸線方向の距離と反射性幅変化部をその配置方向に横断する光線の走査距離（反射光の反射時間、ひいては電気パルス信号の各パルス幅に相当。）との関係に基づいて、回転軸体１０に軸振れが生じた場合には、光線の走査距離（反射光の反射時間）の変化から回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分を算出するために所定の演算を行う機能を備えた機器を指している。また、減算器９ａは２つの入力の減算機能を備えた機器であり、乗算器９ｂは、２つの入力を乗算し、またはあらかじめ設定されている定数と入力とを乗算する機能を備えた機器である。なお、演算部７では、さらに回転軸体１０の回転数信号の入力を受けるようにし、そのばらつきから回転軸体１０の回転速度が一定であるか否か（所定の回転速度の範囲内にあるか否か）を判定するようにしてもよい。なお、本明細書では以下、回転軸体の「回転」は、一定速度範囲での回転を指すものとする。
【００２８】
なお、図１では、乗算器９ｂに入力される正接値ｔａｎθは、それぞれ受光部６が反射光Ｌ４の回転軸体１０の外周面に対する反射角θを読み取って演算を行い、信号線３０を介してそれぞれ乗算器９ｂに送出されるように構成されているが、このような構成には限定されない。例えば、回転軸体１０の回転に伴う軸振れによって軸線の水平方向とのなす角度が非常に小さく無視できる場合などには、光線の入射角および反射角は略一定となるので、乗算器９ｂに予め公知の方法により一定値として入力しておくこともできる。また、演算部７は、表示部を有していても良く、その場合、回転速度（回転周期）などの他の情報を演算、表示可能なものであってもよい。このような演算部７は、ＣＰＵや記憶装置を含む公知の構成を用いることができる。電気信号の入力から前記各演算に至る一連の演算制御は、前記記憶部（不図示）に予め格納された設定プログラムを実行することによって行うことができる。また、この記憶部には受光部５からの電気信号にノイズなどの影響により異常が生じた結果、軸振れ量の計測結果に異常値が含まれる場合に当該異常値を廃棄するように実行されるプログラムも含めることができる。
【００２９】
次に、図３および図４を参照して本実施形態の軸振れ計測装置の使用方法および計測原理について説明する。図３（ａ）は、図１に示す回転軸体１０の外周面における反射パターンの同一の照射位置に対して第１の光線Ｌ１が垂直に照射されるとともに、第２の光線Ｌ３が入射角（９０−θ）［°］で照射されているものとする。回転軸体１０の回転に伴い反射性幅変化部２１も回転運動し、第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３はそれぞれ反射性幅変化部２１のＯＳ線上を走査し、その間そこから反射光Ｌ２およびＬ４が反射される。これらの反射光Ｌ２（反射時間）およびＬ４（反射時間）は、受光部５，６で受光され、光電変換により、それぞれの反射光の受光、不受光に対応する電気パルス信号に変換され、当該信号のパルス幅の基準値（または反射時間の基準値）が求められる。それとともに、演算器８ａ、８ｂにはそれぞれ反射性幅変化部２１を横断する光線の走査距離（反射時間）と回転軸体１０の軸線方向の距離との間の関係から、距離ＯＰが求められる。これらの演算結果は、それぞれ演算部７内の所定の記憶部に格納される。
【００３０】
回転軸体１０の回転に伴う軸振れは軸線方向および径方向の軸振れ量成分の合成値として把握できるので、回転軸体１０が軸線方向に軸振れし、その後に径方向に軸振れしたものとし、前記各軸振れ量成分を算出する方法について説明する。まず、回転軸体１０が軸線方向、図３の左から右に向って△Ｚほど軸振れを生じ、これにより、反射性幅変化部２１は頂角ＰがＰ’の位置まで移動したと仮定する。この場合、第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３は反射性幅変化部２１のＯＳ’線上を走査することになり、その結果、回転軸体１０に軸線方向の軸振れが生じていない場合よりもより反射時間の長い反射光Ｌ２およびＬ４が反射される。受光部５，６では、これらの反射光Ｌ2及びＬ4を受光し、それぞれの反射光Ｌ２およびＬ４の受光、不受光に対応して生成された電気パルス信号が演算部７に入力される。演算器８ａ、８ｂにはそれぞれ反射性幅変化部２１を横断する光線の走査距離（反射時間）と回転軸体１０の軸線方向の距離との間の関係が記憶されているので、基準値に対する距離ＯＰと、パルス幅ＯＳ’に対する距離ＯＰ’とがそれぞれ得られる。そして、これらのから、次式（式１）にしたがい、△Ｚが求められる。
【００３１】
【数１】
式１中、
は、それぞれの線分ＯＰ、ＯＳ、ＯＳ’の長さを、またｔ１１およびｔ１２は反射光の反射時間を指している。
【００３２】
回転軸体１０に軸線方向逆方向に軸振れが生じた場合にも、同様の方法により△Ｚを求めることができる。このように、回転軸体１０に軸線方向にのみ軸振れが生じている（径方向の軸振れが生じていない）場合には、演算部７、３４でそれぞれ演算器８ａ、８ｂの演算結果及び演算器３５ａ、３５ｂの演算結果は同値となるため、減算器９ａ、３６ａでの演算結果はいずれも０となり、結果として△Ｙ＝０となる。
【００３３】
次に、回転軸体１０が前記軸線方向に軸振れしている状態から径方向に△Ｙだけ軸振れを生じたものとする。このとき、図３（ｂ）に示すように、第１の光線Ｌ１はＯ”にて、また第２の光線Ｌ３はＴ”にて回転軸体１０の外周面における反射性幅変化部２１に照射されることになる。第２の光線３の光路は固定状態とされ、当該光路の回転軸体１０の外周面に対する角度はθで維持されるものとする。また、この場合、回転軸体１０は軸線方向にさらに軸振れを起こしていないので、第１の光線Ｌ１の反射光に対応する電気信号が演算器８ａに入力されることで、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分の演算結果は△Ｚのままとなる。それに対して、第２の光線Ｌ３は反射性幅変化部２１のＴ”Ｓ”線上を走査することになるので、そこでの反射光Ｌ４はＴ”Ｓ”の線分に対応する反射時間だけ受光部６で受光され、それに対応する電気信号が演算器８ｂに入力されることで、演算器８ａ、８ｂにて演算結果が異なってくる。減算器９ａにおいて演算器８ｂの演算結果から演算器８ａの演算結果を減算し、さらに乗算器９ｂで正接値ｔａｎθを乗ずることで、△Ｙを求めることができる。
【００３４】
具体的には、図３（ｂ）において、線分ＯＯ”の長さは△Ｙであり、三角形ＯＯ”Ｔ”における線分Ｏ”Ｔ"の長さは、次式（式２）で求められる。
【００３５】
【数２】
また、回転軸体１０の軸線方向および径方向の双方の軸振れに起因する軸線方向の軸振れ量成分の合計をＲとすると、このＲは上式（式２）を用いて以下式（式３）にように表わされる。
【００３６】
【数３】
この式３を変形することで、△Ｙは以下の式（式４）のように求めることができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
本実施形態の軸振れ計測装置についての以上の計測原理の説明をまとめたものを図４に示す。第２の光線Ｌ３については、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分△Ｚおよび径方向の軸振れ量成分△Ｙの双方をそれぞれ演算で求めるため、図３および式４に示すように、演算器８ｂにおける軸線方向および径方向の双方を加味した軸振れ量の演算結果（Ｒ）から、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分（△Ｚ）を減じ、得られた結果に正接値（ｔａｎθ）を乗ずることで、回転軸体１０の径方向における軸振れ量成分（△Ｙ）を求めることができる。なお、回転軸体１０が図３に向って右から左に向って△Ｚほど軸線方向の軸振れを生じた場合については説明を省略するが、この場合にも上式（式４）により同様に求めることができる。
【００３９】
このようにして得られる演算結果は、演算部７が所定の表示部を備えている場合には当該表示部で表示され、またこれらの演算結果が制御に用いられる場合には、相手方の制御機器に有線または無線にて送信することができる。
【００４０】
[反射パターンのバリエーション]
図１に示した反射パターン２０は、反射性幅変化部２１および非反射性幅変化部２２を備えた構成であるが、これらの幅変化部は同図に示した同形、同サイズの略直角三角形の平面形状を有するものに限定されない。例えば、これらの幅変化部２１，２２は、二等辺三角形などを含む山形形状の略三角形や略台形などの平面形状のなかからも適宜選択できる。また、反射性幅変化部２１の平面形状と非反射性幅変化部２２のそれとは、互いに異なるように選択でき、例えば一方を略三角形状などとし、他方を略台形形状などとすることもできる。また、これらの平面形状のなかから選択した隣り合う幅変化部の斜辺および長辺にそれぞれ相当する共通の境界線を、例えば２次関数や指数関数で表わされる曲線状とすることもできる。
【００４１】
反射パターンはまた、反射性幅変化部および非反射性幅変化部の組合せからなる構成に限定されず、第１および第２の２条の光線の反射パターン上での照射位置が実質的に同じか否かなどによってさらに多くのバリエーションを採用できる。図５〜図７は、そのような反射パターンのバリエーションの幾つかの例を示している。
【００４２】
図５に示す反射パターンの例では、その長さ方向に沿って２条の光線の照射ゾーン（以下、単に「ゾーン」という。）２３、４０がそれぞれ個別に併設されている。ゾーン２３は、図１に示した直角三角形の平面形状を有する非反射性幅変化部２２と、その斜辺を共通にして反対向きに配置した台形の平面形状を有する反射性幅変化部２４との組合せを１単位とし、この単位を反射パターンの長さ方向に繰り返し配置したものである。
【００４３】
また、ゾーン４０は、反射パターンの全長にわたり少なくともこのゾーンの幅で光反射性を備える領域に、該反射パターンの幅方向に形成された直線状の非反射性部分（以下、この部分を「非反射性区画線」と呼ぶこととする。）４２と、隣り合う非反射性区画線４２，４２の一端同士を斜めに連結するように形成された直線状の非反射性区画線４３とが鋸刃状に配置されたものである。この鋸刃状の配置は、図５に示すように、反射パターンの長さ方向に繰り返し形成されているのが好ましい。また、複数の鋸刃状の配置によって囲まれた個々の光反射性部分４１は互いに同形、同サイズの幅変化部として形成され、その配置方向に均等な間隔で配置される。
【００４４】
反射パターン４０の長さ方向における非反射性区画線４３のピッチは、反射パターン２０における各単位の配置方向における長さ（繰り返しピッチ）よりも大きく設定することが好ましい。本実施形態においては、後述するように、各反射パターン２３、４０からの反射光を受光部にて受光し、それぞれの受光、不受光のタイミングを求めるのに好都合だからである。なお、本実施形態では、非反射性区画線４２、４３を直線状とするが、２条の非反射性区画線４２，４３によって区画される光反射性部分が幅変化部として形成されれば、前記非反射性区画線４２，４３のうちの一方または双方は曲線であってもよい。
【００４５】
この例の反射パターンを回転軸体１０の外周面にその周方向に形成する場合には、非反射性区画線４２、４３のうちの一方は、回転軸体１０の径方向に実質的に一致させることが好ましい。この反射パターンの例では、ゾーン２３の幅方向略中央領域の所定位置（例えば、図５中、符号２３１で示した１点鎖線上の任意の点）に第１の光線を照射することができる。この場合、回転軸体１０の回転に伴い、第１の光線はこのゾーン２３の１点鎖線２３１上を走査することになる。また、第２の光線は、ゾーン４０の幅方向略中央領域の所定位置（例えば、図５中、符号４０１で示した1点鎖線上の任意の点）に照射することができる。この場合にも、回転軸体１０の回転に伴い、第２の光線はこのゾーン４０の１点鎖線４０１上を走査することになる。
【００４６】
図６および図７は、反射パターンのバリエーションの更に別の例を示している。これらのバリエーションは、１の反射パターンの２つの異なる位置にそれぞれ第１および第２の光線を照射するような場合に用いられるものである。図６に示す反射パターン４５の例では、帯状の反射パターン４５の被照射面全面が光反射性とされており、そこに幅方向に互いに略平行に設けられた二重線状の非反射性区画線４７，４７、・・・と、隣り合う非反射性区画線４７、４７の一端同士を斜めに連結するよう設けられた非反射性区画線４８とが鋸刃状に配置されている。この鋸刃状の配置は、図６に示すように、反射パターン４５の長さ方向に繰り返し形成されるのが好ましい。なお、二重線状の非反射性区画線４７は、必要であれば、回転軸体１０の回転運動の基準点などとして、また回転速度や角速度を求めるのに用いることができる。
【００４７】
この反射パターン４５では、その長さ方向に第１および第２の２条の光線をそれぞれ照射する２つのゾーン４５ａ、４５ｂが設定される。ゾーン４５ａは、その幅方向略中央領域に略垂直に第１の光線が照射される領域であり、回転軸体１０の軸振れが生じていない場合には、当該光線が走査線４５２上を走査するようにする。また、ゾーン４５ｂは、その幅方向略中央領域に第２の光線が入射角（９０−θ）［°］で照射される領域であり、回転軸体１０に軸振れが生じていない場合には、当該光線が走査線４５１上を走査するようにする。
【００４８】
また、図７に示す反射パターン４５の例では、図６に示す反射パターンにおいてその幅方向にゾーン４５ａ、４５ｂのそれぞれをこれらが一部重複するように互いに接近させて設定している。それ以外の構成については、図５に示すものと本質的に変わりはない。この図７に示す反射パターン４５の場合、各ゾーン４５ａ、４５ｂをこのように重複して配置することで、図６に示した場合よりも反射パターン４５の幅３を小さく設定できる利点がある。
【００４９】
図５〜図７に示す反射パターンにおける各ゾーンの幅（計測範囲）は、以下のようにして算定することができる。この算定方法を図６に示す反射パターン４５を例にとり説明する（図３及び図５に示す例でも同様である。）。なお、説明の便宜上、第１および第２の各光線はそれぞれ、回転軸体１０の回転中に軸振れが生じていない場合、反射パターン４５の１点鎖線４５１、４５２上を走査するものとする。
（１）第１の光線が垂直に照射される反射パターンのゾーン４５ａの幅
回転軸体１０の軸線方向のいずれか一方向に軸振れが生じた場合に予想される最大軸振れ量をｌＶ（反対方向に対しては−ｌＶ）とすると、このゾーン４５ａにおける計測範囲は±ｌＶで表わされ、ゾーン４５ｂの幅は２ｌｖとなる。したがって、好適には、ゾーン４５ｂの幅は２ｌＶ以上に設定するのがよいことが分かる。なお、ここでは、反射パターンに第１の光線を垂直に照射する場合について説明するが、第１の光線を垂直（入射角０[°]）以外の入射角で反射パターン４５に照射した場合にも同じ結果が得られることはいうまでもない。
（２）第２の光線を所定の角度で斜めに照射する場合の反射パターンのゾーン４５ｂの幅
回転軸体１０の径方向内外いずれかの方向に生じうる最大軸振れ量をｌＨ（反対方向に対しては−ｌＨ）とした場合、回転軸体１０の軸線方向および径方向の双方に軸振れが生じた場合の一方向における照射位置の走査線４５１からの最大移動距離は、前記（１）を加味すると、（ｌＶ+ｌＨ・cotθ）によって求められる。よって、計測範囲は、±（ｌＶ+ｌＨ・cotθ）で求められ、したがって、ゾーン４５ｂの幅は２（ｌＶ+ｌＨ・cotθ）以上に設定することが好ましい。
【００５０】
実施形態２
図８は、本発明の軸振れ計測装置の実施形態の別の例を示す図である。回転軸体１０の外周面には、図５に示した反射パターン２３、４０が回転軸体１０の軸線方向に所定の距離だけ離してそれぞれ形成されているものとする。なお、以下に示す各図では、演算部７およびこれと受光部５との信号のやり取りについては図１に示す実施形態と共通であり、また光伝送手段などは必須の構成ではないので、これらの機器及び信号線については図示を省略している。本実施形態では、１の発光部３から出射された１の光線を回転軸体１０の外周面におけるいずれか一方の環状の反射パターンに照射し（照射位置については前記のとおり。）、そこからの反射光をハーフミラー５０，５１や反射ミラー５２などからなる光誘導手段によって誘導して、他方の環状の反射パターン４０を照射するように構成されている。なお、反射パターン２０は、実施形態１と同様の構成のものを用いることとしている。また、図８において、説明の簡略化のために、θ＝４５［°］としている。
【００５１】
光誘導手段におけるハーフミラー５０は、光線Ｌ１１がこれに垂直に照射されるように配置されている。また、ハーフミラー５１は、ハーフミラー５０との組み合わせが逆くの字状を呈するようにハーフミラー５０の下端側にこれとは直角な向きに配置されている。また、反射ミラー５２は、光線Ｌ１１が反射パターン４０に照射され、そこから角度θ＝４５［°］（反射角と一致）で反射する反射光Ｌ１２の光路上にこれに垂直に配置固定される。
【００５２】
本実施形態によれば、発光部３から出射された光線Ｌ１１はハーフミラー５０をこれに垂直に透過し、反射パターン４０にθ＝４５［°］（入射角に一致）で照射され、当該反射パターン４０の非反射性区画線４２，４３を除いた反射性部分４１を走査する間に反射光Ｌ１２として反射され、反射ミラー５２に垂直に照射されるように進行する。そこで反射された反射光Ｌ１３は光線Ｌ１２の光路を逆行し、反射パターン４０における光線Ｌ１１の照射位置に照射され、反射性部分４１を走査する際に反射される反射光Ｌ１４が光線Ｌ１１とは反対側からハーフミラー５０に照射され、略鉛直方向下方に反射光Ｌ１５が反射される。反射光Ｌ１５は、反射パターン２０に略垂直に照射され、そこで反射性幅変化部２１上を走査する間反射する点滅反射光Ｌ１６は光線Ｌ１５の光路を逆行する。この点滅反射光Ｌ１６はハーフミラー５１で直角に反射され、受光部５において受光される。
【００５３】
受光部５では、光電変換によって点滅反射光Ｌ１６の受光、不受光のタイミングに応じた電気パルス信号を不図示の演算部に出力する。この演算部は、これへの入力信号線路において入力される電気信号が分岐され、第１演算系統および第２演算系統にそれぞれ入力されるように構成されている点で異なるが、その他の構成については図１に示したものと本質的に変わりはない。この演算部では、前記したように、実施形態１の場合と同様な演算処理が行われ、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分△Ｚおよび径方向の軸振れ量成分△Ｙが求められる。
【００５４】
図９は、図８に示した本発明の軸振れ計測装置の実施形態において、光線が照射する反射パターンの順を入れ替えた一変形例を示している。この図に示す実施形態は、図８に示す実施形態２より発光部３、受光部５および光誘導手段５０、５１の配置を変更したものであり、それ以外は本質的に変わるところはない。また、この図に示す実施形態においても、実施形態２の場合と同様に説明を簡略化するために、θ＝４５［°］とする。
【００５５】
本変形例では、回転軸体１０の外周面に対して光線を垂直に照射する位置に発光部３が配置され（前記のように光伝送手段を用いる場合には、発光部３の位置はこの位置に限定されない。）、そこからの光線Ｌ１１の光路上にこれに対して斜め４５［°］となるようにハーフミラー５０が配置されている。また、ハーフミラー５０からの反射光Ｌ１３の反射パターン４０に向けた光路上には、これに対して斜め４５［°］となるようにハーフミラー５１が配置されている。なお、反射ミラー５２の固定位置については、図８に示した実施形態と同様である。
【００５６】
発光部３からの第１の光線Ｌ１１は、ハーフミラー５０を透過して反射パターン２３の幅方向略中央の照射位置に垂直に照射され、回転軸体１０の回転に伴い当該照射位置を回転方向に走査し、反射性幅変化部２４上を走査する際に反射される。この反射光Ｌ１２は光線Ｌ１１の光路上を逆行し、ハーフミラー５０において反射光Ｌ１３としてこれに垂直に反射される。反射光（第２の光線に相当）Ｌ１３は、ハーフミラー５１を透過し、反射パターン４０の幅方向略中央の照射位置に４５［°］の入射角で照射される。反射パターン４０では、非反射性区画線４２，４３を横断するとき以外は、反射角４５［°］で反射された反射光Ｌ１４が、反射ミラー５２にて折り返されるように反射される。この反射光Ｌ１５は、光線Ｌ１４の光路を逆行し、反射パターン４０の反射性領域４１を走査する間に反射され、さらに点滅状態の点滅反射光Ｌ１６となる。点滅反射光Ｌ１６は、ハーフミラー５１によって直角に反射し、受光部５において受光される。受光部５において光電変換により点滅反射光の受光、不受光に対応した電気パルス信号は二分され、不図示の演算部に入力され、そこで前記方法と同様の方法により回転中の回転軸体１０の軸線方向および径方向における軸振れ量の各成分を求めることができる。
【００５７】
図１０は、図８および図９に示した本発明の軸振れ計測装置の実施形態の別の変形例を示しており、光誘導手段としてハーフミラー５０と反射ミラー５２とを各１個用いることとした以外は、図８および図９に示した例と本質的に変わりはない。この図に示す例でも、回転軸体１０の外周面に形成された２種類の反射パターンのいずれに光線を先に照射してもよいことを示している。
【００５８】
図１０に示した例では、回転軸体１０の外周面に対して光線を垂直に照射する位置に発光部３が配置され、そこからの光線Ｌ１１の光路上にこれに対して斜め４５［°］となるようにハーフミラー５０が配置されている。また、ハーフミラー５０からの反射光Ｌ１３が入射角４５［°］で反射パターン４０の所定の照射位置に向けた光路上にこれに対して斜め４５［°］となるように配置されている。また、反射ミラー５２は、反射光Ｌ１３の反射パターン４０から反射角４５［°］で反射する反射光Ｌ１４の光路に対して垂直に配置固定されている。図１０に示した２つの例についての光路などを以下簡単に説明する。
【００５９】
図１０（ａ）の例では、まず発光部３からの光線（第１の光線）Ｌ１１はハーフミラー５０を透過して反射パターン２３に略垂直に照射され、そこからの反射光Ｌ１２がハーフミラー５０反射され（反射光Ｌ１３）、反射パターン４０の走査線４０１上に第２の光線として４５［°］の入射角で照射される。反射パターン４０では、非反射性区画線４２，４３上を横断するとき以外は、反射光Ｌ１４が反射角４５［°］で反射される。この反射光は、反射ミラー５２およびハーフミラー５１を経て受光部５によって受光される。
【００６０】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した実施形態と同様の反射パターンおよび光誘導手段（５０、５１）を回転軸体１０に対して同様に配置した実施形態において、発光部３からの光線（第１の光線）Ｌ１１をまず反射パターン４０の走査線４０１上に照射し、次いでその反射光を反射パターン２０に照射するように構成したものである。具体的な説明については、前記と重複するところもあり煩雑となるので、説明を省略する。
【００６１】
図１１は、図８および図１０（ｂ）に示した実施形態において、回転軸体１０の軸線方向の各反射パターンの回転方向の位置関係と、当該反射パターンからの反射光の波形を示したものである。この図において、（ａ）は、鋸刃状の反射パターン４０の長辺と他方の反射パターン２３の長辺とが回転軸体１０の同一の軸線方向に一致した構成であり、（ｂ）は鋸刃状の反射パターン４０の長辺と他方の反射パターン２３の長辺とが回転軸体１０の軸線方向にすれている構成である。図１１（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ発光部からの光線の波形であり、（ｅ）、（ｆ）は、反射パターン４０からの反射光の波形である。また、（ｇ）、（ｈ）は、反射パターン４０および反射パターン２３からともに反射された反射光の波形である。なお、図９および図１０（ａ）に示した実施形態の場合、図１１（ｅ）、（ｆ）の波形には反射パターン２３からの反射光のそれを示す必要があるが、（ｇ）、（ｈ）については共通となることはいうまでもない。
【００６２】
図１１（ａ）における２つの反射パターンの位置関係では、光線が反射パターン４０の走査線４０１上を走査し、非反射性区画線４２，４３をそれぞれ横断する際には反射されず、同図（ｅ）に示すように、波形にはこれらの区画線の横断に対応して短時間の不通電部分がｔ１時間ごとに周期的に現れる。続いて、このような波形を有する反射光が反射パターン２３に照射され、回転軸体１０の回転に伴い走査線２３１上、交互に繰り返される反射性幅変化部２１と非反射性幅変化部２２とを順次横断するように走査する。非反射性幅変化部２２を横断する際には反射されないので、結果として、図１１（ｇ）の波形に示すように、周期ｔ１にて現れる不通電部分に１つおきに非反射性幅変化部２２によって生じる不通電部分が重ね合される。このとき、重ね合わされる不通電部分の立下りと非反射性幅変化部によって生じる不通電部分のそれは、時間的に一致する。
【００６３】
一方、図１１（ｂ）における２つの反射パターンの位置関係では、光線が反射パターン４０の走査線４０１上を走査し、同図（ｆ）に示すように、波形には短時間の不通電部分がｔ１時間ごとに周期的に現れる。続いて、このような波形を有する反射光が反射パターン２３に照射され、走査線２３１上を交互に繰り返される反射性幅変化部２１と非反射性幅変化部２２とを順次横断するように走査する。非反射性幅変化部２２を横断する際には反射されないので、結果として、図１１（ｈ）の波形に示すように、周期ｔ１にて現れる不通電部分を１つおきに非反射性幅変化部２２により生じる不通電部分が完全に覆うように重ね合される。このとき、重ね合わされる不通電部分の立下りと非反射性幅変化部によって生じる不通電部分のそれは、時間的に一致しない。
【００６４】
［ターゲット体の種々の形態］
反射パターンは、回転軸体１０の外周に嵌装可能なターゲット体（基材）を用い、これを回転軸体１０に嵌装した場合に外部から光線を照射できる少なくとも１つの被照射面上に形成することができる。ターゲット体の被照射面は、その回転軸体１０の軸線方向に沿った断面にて、当該軸線に対して適宜の角度で形成されたものであればよい。ここで、「少なくとも１つの被照射面」とは、前記反射パターンが各光線が各別に照射されるように形成されている場合に、それらを１つの被照射面に、または複数の被照射面に各別に形成することができることを意味している。
【００６５】
このようなターゲット体としては、例えば、回転軸体に周方向に巻回可能な程度の可とう性を備え、適宜の厚さを有する帯状体や筒状体のほか、当該回転軸体に直接嵌装可能な種々の形状の環状体や鍔状体などが挙げられる。図１２は、帯状または筒状のターゲット体の幾つかの具体例を示している。この図に示すいずれの帯状のターゲット体の具体例についても、その長さ方向が図に向って手前から奥へ向かう方向となっている。また、これらのターゲット体６０は、いずれも接着層６２を備えた基部６１の当該接着層６２とは反対側の面を被照射面とされている。その幅方向中央領域には、図１２（ａ）のターゲット体６０の例では、図５に示したもの同様の形状の反射パターン４５が、また図１２（ｂ）の例には、図６に示したものと同様の形状の反射パターン２３、４０が反射パターンがターゲット体６０の長さ方向に形成されている。
【００６６】
反射パターン２３における反射性幅変化部２４もしくは非反射性幅変化部２２またはその双方は、光反射性または光非反射性の素材を適宜裁断し、貼付（接着）、埋め込み、溶接などの手段により、または光反射性や光非反射性の塗料組成物などを塗布することにより被照射面の所定の位置に形成することができる。また、反射パターン４０、４５における反射性部分（反射性領域）４１、４６や非反射性区画線４２，４３；４７，４８についても前記と同様の手段により各ターゲット体６０の被照射面に形成することができる。また、回転軸体１０が光沢のある金属材料などで形成され、外周面が光反射性を備えている場合には、透明なシート状の基部６１の被照射面６１ａに非反射性幅変化部２２や非反射性区画線４２，４３；４７，４８を配置することで、反射パターンを形成するようにしてもよい。またこれとは反対に、回転軸体１０の外周面が光非反射性である場合には、前記とは逆に反射性幅変化部２４、２４、・・・や反射性部分４１，４１、・・・；４８，４８、・・・を透明なシート状の基部表面に配設して反射パターンを形成するようにしてもよい。
【００６７】
実施形態３
図１３は、本発明の軸振れ計測装置に適用可能な環状のターゲット体の別の具体例の一部を示している。この図に示すターゲット体６０は、２つの帯状部材をこれらのなす角度が鋭角となるようにその一側縁同士を当接接合した略Ｌ字状をなし、その一方の外面に接着層６２が設けられている。この図に向かって手前から奥へ向かう方向がこのターゲット体の長さ方向に相当する。ターゲット体６０の鋭角に向き合う内面はそれぞれ被照射面６１ａ，６１ｂとされている。図１３（ａ）に示すターゲット体の例では、その長さ方向に沿ってこれら各被照射面６１ａ、６１ｂに反射パターン６５、６８がそれぞれ設けられている。また、図１３（ｂ）の例では、この２つの反射パターン６５、６８は、接着層６２を備えた側の基部の被照射面６１ａに長さ方向に沿って併設されており、他方の被照射面６１ｂは反射面とされている。２つの反射パターン６５、６８はそれぞれ、図１２（ａ）に示した反射パターン２３、４０と同様の形状であるので、説明を省略する。反射パターン２３、４０が形成された被照射面６１ａまたは６１ｂにおいて、これらの反射パターン２３、４０を除く部分は反射性であると非反射性であるとを問わない。
【００６８】
図１４は、図１３（ａ）または（ｂ）に示したターゲット体６０を回転軸体１０に取り付け、本発明の軸振れ計測装置として使用する場合の使用状態を示す図である。図１３（ａ）に示した例の場合、反射光Ｌ１４が被照射面６１ｂに形成された反射パターン６５に略垂直に照射され、図１３（ｂ）に示した例の場合には、反射光Ｌ１３が被照射面６１ａに形成された反射パターン６５に入射角（９０−θ）［°］で照射されることになる。本実施形態の使用状態については、図１０（ａ）に示した形態における反射ミラー５２を、上方に鋭角に延在し、被照射面６１ｂを備える基部６１の一部に変えたのみであり、その他の構成については本質的に変わりはないので、その説明を省略する。受光部５では、点滅反射光Ｌ１６を受光し、その受光、不受光に応じて生成される電気パルス信号が二分された上で、不図示の演算部にそれぞれ入力され、前記計測原理にしたがい回転軸体１０の軸線方向および径方向の軸振れ量成分が求められる。
【００６９】
実施形態４
図１５は、本発明の軸振れ計測装置に適用可能なターゲット体の別の具体例を示しており、（ａ）および（ｂ）はこれをそれぞれ図に向かって左方向および右方向から回転軸体１０の軸線方向に沿って見た斜視図である。この図に示すターゲット体は、回転軸体１０の径方向に延設され、回転軸体１０の軸線方向に直交する被照射面７３ａを有する鍔状部７３と、回転軸体１０に嵌装可能であり、回転軸体１０の軸線方向に沿って被照射面７３ａの付け根から離隔する方向に連続的に拡径され、４５［°］の傾斜の斜面を有する円錐筒状を呈し、その斜面に全周にわたり被照射面７４ａが形成された円錐鍔状部７４とからなる。被照射面７３ａには、回転軸体１０の回転中心を共通にし、当該回転軸体１０よりも大径の同心円に沿って反射性幅変化部６９と非反射性幅変化部７０とが交互に繰り返し配置された反射パターン６８（図１３における反射パターン６８と同様の構成である。）が形成されている。また、円錐斜面である被照射面７４ａには、光反射性の領域にその周方向に沿って非反射性区画線６６，６７が鋸刃状に繰り返し配置された反射パターン６５（図１３における反射パターン６５と同様の構成である。）が形成されている。
【００７０】
図１６は、図１５に示したターゲット体を本発明の軸振れ計測装置に適用した場合の使用状態を示す図である。この図に示すように、発光部３から出射された第１の光線Ｌ１は、光路の途中に当該光路に対して斜め４５［°］に固定されたハーフミラー５０を透過し、被照射面７４ａにおける反射パターン６５の幅方向略中央位置に斜面に対して４５［°］の角度にて照射される。回転軸体１０とともにこのターゲット体が回転運動し、第１の光線Ｌ１はそれぞれの非反射性区画線６６，６７を横断する間は反射せず、それ以外の領域を走査する間、そこから反射する反射光Ｌ２は、鍔状部７３の被照射面における反射パターン６８の幅方向略中央位置に垂直に照射される。この反射パターン６８では、光線が非反射性幅変化部７３を走査する間は反射せず、反射性幅変化部６９上を走査する間反射され、反射光Ｌ２の光路上を逆行し、再度反射パターン６５において反射され、第１の光線Ｌ１の光路上を逆行し、ハーフミラー５０によってその光路が直角に変更され、受光部５にて受光されるようになっている。受光部５では、点滅反射光の受光、不受光に応じた電気パルス信号を出力し、これを二分して演算部に入力することで、前記したように回転軸体１０の回転中における軸線方向および径方向の軸振れ量成分が求められる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の軸振れ量計測装置は、電動機などの回転機などが備える回転軸体から、発電プラントなどにおけるタービン軸に至る広範な回転軸体の軸線方向および径方向の軸振れ量、さらには軸ねじれ量を計測するのに有効に使用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 軸振れ計測装置
３ 発光部
４ 受光・演算部
５、６、３０、３２ 受光部
７、３４ 演算部
８ａ、８ｂ、３５ａ、３５ｂ 演算器
９ａ、３６ａ 減算器
９ｂ、３６ｂ 乗算器
１０ 回転軸体
１１、２５ 光伝送手段（光ファイバーケーブル）
１２、２６ レンズ
１３、１４ｂ、３１、３１１、５０、５１ ハーフミラー
１４ａ、３１２ 反射ミラー（反射材）
１５，２７、２８ 集光レンズ
１６、２９、３０ 信号線
２０、２３、４０、４５、６５ 反射パターン
２１、２４ 反射性幅変化部
２２ 非反射性幅変化部
４１、４６ 反射性領域（被照射面）
４２、４３、４８、６６、６７ 光非反射性区画線
４５ａ、４５ｂ ゾーン
４７ 二重線状の光非反射性区画線
５０、５１ ハーフミラー
５２ 反射ミラー（反射材）
６０、７２ ターゲット体
６１ 基材
６２ 接着層
７３、７４ 鍔状部
７３ａ、７４ａ 被照射面
Ｌ１〜Ｌ１０ 光線（または反射光）
Ｌ１１〜Ｌ１７ 光線（または反射光）
Ｒ 回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分の合計値
θ 回転軸体の外周面に対する第２の光線の照射角度
△Ｙ 回転軸体の径方向の軸振れ量成分
△Ｚ 回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測対象である回転軸体の軸線方向および径方向における軸振れ（振動）量を光学的に非接触にて計測可能な軸振れ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水や蒸気の保有するエネルギーを利用してタービンを回転させて発電を行なう発電タービンプラントなどでは、高効率であるとともに、高い運用性および安全性が要求される。特に高速回転するタービンに軸ねじれ、軸たわみ、軸振れなどの変形が生じた場合には、非常に危険な事態を引き起こしかねず、前記のような安全性などを確保するためにも、タービンなどの回転軸体の軸振れなどを定量的に把握し、異常が認められた場合0には所定の対策を確実に講じることが重要であり、そのために簡単かつ高い精度にてこれらを計測可能な計測装置や計測方法が望まれている。これらのうち、軸振れの測定技術については、従来より多くの提案がなされてきているところである。
【０００３】
被計測対象である回転軸体の軸振れ計測技術としては、例えば特許文献１において提案されている。この提案は、回転軸を中心として回転する回転体と、直角に折り返された隣り合う反射面を挟角側に有するとともに、該折り返し側が前記回転軸と同軸平行状態となるように前記回転体に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に任意の入射方向から光ビームを照射する検出用照射器と、前記光ビームにおける前記反射面から反射された反射光ビームを検出する検出素子とを備えた軸振れ計測装置に関するものである。この計測装置を使用すれば、検出用照射器により反射鏡へ照射する光ビームとその反射鏡からの反射光ビームとが回転体の回転角にかかわらず常に平行となるため、従来のように検出用照射器による光ビームの入射角を考慮しながら位置検出器を配置させた状態での調整が不要となり、光ビームの入射角に依存せずに各構成部の位置関係が決まって調整が楽になる利点がある。
【０００４】
また、従来の回転軸体のたわみ測定技術は、例えば特許文献２において提案されている。特許文献１記載の技術は、回転軸体の曲げモーメント測定装置に関するものであり、回転軸体の曲げモーメントを求めるために、当該回転軸体の外周面に取り付けられた円板とその端面に対向して設けられ、当該円板までの距離を測定する距離測定器とを備えており、前記回転軸体の回転中にこれにたわみが生じたことによる前記距離の変化から当該円板の傾き角（前記回転軸体のたわみ角）を求めるようにしたものである。なお、本明細書では、以下、用語「軸振れ」を「軸のたわみ」をも含む意味で使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３９６２０号公報
【特許文献２】特開昭５７−１２３３７号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５９７７号公報
【特許文献４】特開２００２−３３３３７６号公報
【特許文献５】特開２００６−８４４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１記載の技術では、回転軸体において軸線方向に生じた軸振れを計測することが困難であるばかりでなく、ある程度のサイズの反射鏡を用いる必要があるので、回転軸体の外周面に設置する反射鏡の数に制限があり、結果として高い精度で軸振れ量を計測するのは困難である。また、特許文献２記載のたわみ計測技術では、直接距離測定器によって回転軸体外周面の円板までの距離を測定するので、回転軸体の軸線方向に直角な方向に軸振れを生じる場合には、当該軸振れを検出するのは困難である。また、回転軸体の軸たわみ角が小さい場合には距離測定器によって非常に微小な距離を測定しなければならず、そのため当該測定器に高い測定精度が必要とされ、結果として距離測定器が高額になってしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献３〜５などで提案されているトルク計測装置は、回転軸体に加えられるトルクを測定するには良好な方法であるが、そもそも回転中に生じる回転軸体の軸振れ量を測定することを想定したものではなく、当該軸振れ量を測定できない。
【０００８】
本発明は、前記問題を解決すべくなされたものであり、簡単に回転軸体の軸線方向および当該方向に直角な径方向における軸振れ量を非接触にて測定できる軸振れ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の軸振れ計測装置は、被計測対象である回転軸体の周方向に光反射性部分と光非反射性部分とが交互に配置されて当該方向に幅変化部の列が形成されてなる環状の反射パターンと、前記回転軸体の回転中に前記反射パターンの所定位置に照射される第１の光線および第２の光線と、前記各所定位置からのこれら各光線の反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して受光、不受光のタイミングに応じた電気パルス信号を生成し、当該電気パルス信号に現れる該第１の光線の受光時間の変化に基づいて前記回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分を求めるとともに、前記第２の光線の前記外周面に対する照射角度、前記電気パルス信号に現れる前記第２の光線の反射光の受光時間の変化、および前記軸線方向の軸振れ量成分に基づいて前記回転軸体の径方向の軸振れ量成分を求める受光・演算部とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
前記第１の光線または前記第２の光線は、前記反射パターンに照射された前記第２の光線または前記第１の光線が、そこから反射されて光誘導手段によってその光路を変更された反射光として構成することができる。また、前記反射パターンに照射される前記第１の光線および前記第２の光線の入射角は互いに相違する値に設定することができ、そのなかでも前記第１の光線は、前記回転軸体の外周面に対して略直角とされるのが好ましい。
【００１１】
前記光反射性部分もしくは前記光非反射性部分、またはこれら双方は適宜の面積を有する領域に形成してもよく、適宜の線幅を有する線状に形成してもよい。また、前記光反射性部分若しくは前記光非反射性部分、またはこれら双方は、それ自体が幅変化部として形成できる。ここで、幅変化部とは、これら各部分またはこれらの双方において前記両部分の配置方向に直交する方向の位置（距離）に応じて前記各部分の当該配置方向における幅（距離）が一定の割合で変化するように構成された部分を指している。すなわち、幅変化部は、これら両方向の位置関係（距離）が１対１に対応しており、いずれか一方の距離の変化が得られれば、他方の距離の変化が必然的に求まるように構成されている。前記光非反射性部分としては、任意の面積を有する領域または適宜の線幅を有する線状に形成されたものなどが含まれる。所定の領域を有する光反射性部分または光非反射性部分を中間にして前記配置方向両側からこれを線状の光非反射性部分または光反射性部分で挟み込むように組み合わせた領域を幅変化部として形成することもできる。
【００１２】
前記環状の反射パターンは、前記各光線がそれぞれ照射されるように各別に形成することができる。また、前記反射パターンは、前記回転軸体の外周面に環状に取り付け可能なターゲット体に設けられた少なくとも１つの被照射面に形成することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、被計測対象である回転軸体の外周面にその周方向に幅変化部が形成された環状の反射パターンを設け、これに第１の光線および第２の光線を照射し、これらの反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して各反射光についての受光、不受光のタイミングの変化から演算により回転軸体の軸線方向および径方向の軸振れ量成分を求めることとしたので、当該回転軸体の回転中に生じた回転軸体の軸線方向および径方向の軸振れ量成分を非接触にて簡単に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の軸振れ計測装置の実施形態の一例を示す図である。
【図２】図１に示す実施形態の一部を変形した変形例を示す図である。
【図３】図１に示す軸振れ計測装置の計測原理を説明する図である。
【図４】図１に示す軸振れ計測装置の計測原理を説明する図である。
【図５】本発明の軸振れ計測装置に用いられる反射パターンの一例を示す図である。
【図６】本発明の軸振れ計測装置に用いられる反射パターンの別の例を示す図である。
【図７】本発明の軸振れ計測装置に用いられる反射パターンのさらに別の例を示す図である。
【図８】本発明の軸振れ計測装置の実施形態の別の例を模式的に示す図である。
【図９】図８に示す軸振れ計測装置の実施形態の変形例を示す図である。
【図１０】図８に示す軸振れ計測装置の実施形態のさらに別の変形例を示す図である。
【図１１】図８〜図１０に示す実施形態の２つの反射パターンの位置関係と、これらから反射する反射光の波形を示す図である。
【図１２】図４〜図６の反射パターンを被照射面に備える帯状のターゲット体の一例を示す図である。
【図１３】本発明の軸振れ計測装置の実施形態のさらに別の例に適用可能なターゲット体の例を示す図である。
【図１４】図１３のターゲット体の使用例を示す図である。
【図１５】本発明の軸振れ計測装置の実施形態のさらに別の例に適用可能なターゲット体の例を示す図である。
【図１６】図１５のターゲット体の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の軸振れ計測装置の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、以下の各図では、同一または共通の各部については同一の符号を用いて示しており、重複した説明は以下では省略する。
【００１６】
実施形態１
図１は、本発明の軸振れ計測装置の実施形態の一例を示す図である。この図に示す軸振れ計測装置１は、被計測対象である回転軸体１０の外周面にその周方向に沿って環状に形成された反射パターン２０と、回転軸体１０のｙ軸方向における回転軸体１０の軸線方向および径方向の軸振れ量成分をそれぞれ求めるための発光部３および受光・演算部４を備えている。また、図１では、さらに、反射パターン２０を共用し、不図示の発光部および受光・演算部３４を備えた構成とされ、回転軸体１０のｘ軸方向における軸振れ量を計測するようになっている。回転軸体１０のｘ軸方向については図示を簡略化しているが、これらｘ軸方向およびｙ軸方向における各機器はいずれも同じ構成であるものとし、以下では、ｙ軸方向の軸振れ計測についてのみ説明することとする。
【００１７】
本実施形態における反射パターン２０は、回転軸体１０の周方向に光反射性部分２１および光非反射性部分２２が交互に配置されて帯状に形成されている。反射性部分２１および非反射性部分２２は、それぞれ同形、同サイズの略直角三角形の平面形状を有し、帯状の反射パターン２０の長さ方向（両部分の配置方向）両側の平行な両側縁と、これら両側縁のそれぞれに対して略直角な直線状の境界線（長辺に相当）と、この長辺に相当する境界線と鋭角をなし、かつ当該境界線と前記一方の側縁とを結ぶ直線状の境界線（斜辺に相当）とで画定されて幅変化部として形成されている。なお、以下では、幅変化部としての光反射性部分を単に「反射性幅変化部」といい、幅変化部としての光非反射性部分を単に「非反射性幅変化部」ということとする。そして、反射パターン２０は、これら反射性幅変化部２１および非反射性幅変化部２２をそれぞれ斜辺に相当する境界線を共通にして反対向きに組み合わせたものを１単位とし、その隣り合う単位同士長辺に相当する境界線を共通にして繰り返し配列されている。
【００１８】
反射パターン２０は、その長さ方向が回転軸体１０の周方向に向き、各単位の長辺が回転軸体１０の軸線方向に略平行となるように当該回転軸体１０の外周面にその周方向に環状に形成される。これにより、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量（距離）と、回転軸体１０の回転に伴い反射パターン２０上をその周方向に走査する反射性幅変化部の幅（反射光の反射時間）とが１対１に対応し、後者を求めれば、簡単な演算により前者が求められるようになる。
【００１９】
反射性幅変化部２１には、例えば通常のミラーの他、可とう性のある反射ミラーや反射シート、所定形状に塗布して得られる反射性塗料の塗膜などを使用できる。また、非反射性幅変化部２２には光非反射性の板状体やシート状体の他、所定形状に塗布して得られる非反射性塗料の塗膜などを使用できる。
【００２０】
発光部３としては、連続発光可能な光源を有するものが使用される。この光源としては、各種のレーザー、発光ダイオードまたはランプのほか、これらの１種とレンズ、スリット、ピンホールなどとを適宜組み合わせたものなどを使用できる。好ましくは、これらの光源のうち、指向性のある光線を出射可能な各種レーザーを用いるのがよい。本実施形態では、２条の光線（第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３）をそれぞれ出射可能な構成のものを使用している。ここで、第１の光線Ｌ１は回転軸体１０の軸線方向における軸振れ量成分計測用であり、第２の光線Ｌ３は回転軸体１０の径方向における軸振れ量成分計測用である。なお、このような２条の光線を出射可能な発光部３を用いる以外に、例えば１条の光線を出射可能な発光部を２基用いるようにしてもよい。
【００２１】
この発光部３には、必要に応じて、図１に示すように、その光線出射口にそれぞれ接続可能な光ファイバーケーブルなどの光伝送手段１１、２５を用いることができる。このような光伝送手段１１、２５を用いることで、発光部３を回転軸体１０の周囲の任意の位置に設置できる利点がある。図１ではまた、光伝送手段１１直後の第１の光線Ｌ１の光路上にレンズ１２を設置するとともに、光伝送手段２５直後の第２の光線L２の光路上にレンズ２６を設置し、反射パターン２０への照射前に第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３をそれぞれ平行光に整えている。
【００２２】
本実施形態においては、第１の光線Ｌ１がその光路上斜め４５［°］に設置された光誘導手段としてのハーフミラー１３を透過して回転軸体１０上の反射パターン２０に対して略垂直に照射される。第１の光線Ｌ１が反射パターン２０の所定位置に照射されると、回転軸体１０の回転方向に非反射性幅変化部２２を横断する間は当該位置からの反射はなく、反射性幅変化部２１を横断する間、そこから反射光Ｌ２が反射する。この反射光Ｌ２は、光線Ｌ１と同一の光路を逆方向に進行し、ハーフミラー１３によりその光路を直角に曲げられ、受光部５において受光される。なお、受光部５の設置位置によって反射光Ｌ２を受光部５で直接受光可能な場合には、このハーフミラー１３を設置する必要はない。なお、第１の光線Ｌ１の反射パターンへの照射角度は、略垂直に限定されず適宜の角度に設定できるが、精度低下などの問題を考慮すると、略垂直に設定するのが好ましい。この照射角度を略垂直以外の適宜の角度に設定する場合には、精度低下を抑制するために必要に応じてレンズなどを用いた光線の調光を行うなどの配慮が必要となる。
【００２３】
また、第２の光線Ｌ３は、反射パターン２０上、前記第１の光線と実質的に同じ照射位置に入射角（９０−θ）［°］で照射される。ここで、θは回転軸体１０の軸線方向の外周面に対する光線Ｌ３の照射角を示している。この第２の光線Ｌ３も第１の光線Ｌ１と同様に、回転軸体１０の回転方向に非反射性幅変化部２２を横断する間は当該位置からの反射はなく、反射性幅変化部２１を横断する間、そこから反射光Ｌ４が反射角（９０−θ）［°］で反射する。この反射光Ｌ４は、受光部６において受光される。
【００２４】
この第２の光線Ｌ３およびその反射光Ｌ４は、例えば１枚または複数枚の反射ミラー（反射面を備えていればその他の板材料（反射材）であってもよい。以下、「反射ミラー」という場合、このような反射材も含んでいるものとする。）やハーフミラーをそれぞれ組み合わせて用いることで、受光部６に至るまで図１の場合とは異なる光路を適宜変更することができる。図２は、このようにして第２の光線L３およびその反射光Ｌ４の光路を変更した変形例を示している。なお、この図においても、ｘ軸方向およびｙ軸方向の双方の軸振れ量を計測するようにそれぞれの方向に機器を配置しているが、図１の場合と同様に、ｙ軸方向の軸振れ計測についてのみ説明することとする。また、図２におけるその他の構成については、図１に示す実施形態におけるものと本質的に変わるところはない。
【００２５】
図２の例では、反射ミラー１４ａおよびハーフミラー１４ｂを各１枚用い、前者は反射光Ｌ４の光路に対して直角に設けられ、ハーフミラー１４ｂは第２の光線Ｌ３の光路に対して斜め４５［°］となるように設けられている。反射パターン２０の所定位置に所定の入射角で第２の光線Ｌ３が照射されると、反射パターン２０の反射性幅変化部２１を横断する間、そこから反射する反射光Ｌ４は反射ミラー１４ａにより再び反射され、その光路を逆行し、さらに反射パターン２０で反射する。この反射光Ｌ９は、光線Ｌ３の光路上を逆行し、ハーフミラー１４ｂによって実質的に直角な方向にその光路が変更され、受光部６において受光される。このような構成とすることで、回転軸体１０の軸振れが大きく、反射光Ｌ４の平行移動がレンズ２８に収まらないため、結果として計測不能となるのを防止することができる。
【００２６】
本発明における受光部５，６は、前記した断続的な反射光Ｌ２、Ｌ４を受光し、その受光、不受光のタイミングに応じて光電変換により受光エネルギーに相当する所定の大きさの電気信号を出力するように構成されている。このような受光部５，６としては、受光（光電変換）素子、またはこれらを含んだ受光機器などが好適に使用できる。ここで、受光素子の具体例としては、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトマルチメータなどが挙げられる。また、受光機器の具体例としてはＣＣＤカメラなどの撮像装置などが挙げられる。受光部５は、図１に示すように２条の光線をそれぞれ受光可能な構成であってもよく、１条の光線のみを受光可能な構成であってもよい。また、必要であれば、１つの受光部５に前記例示の受光素子を複数組み込んでさらに複数条の光線を受光でき、それぞれの受光エネルギーの大きさに応じた電気信号を出力可能な構成であってもよい。
【００２７】
演算部７は、図１に示すように、それぞれ回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分△Ｚを求める第１演算系統および径方向の軸振れ量成分△Ｙを求める第２演算系統を有している。第１演算系統は、演算器８ａを含んでいる。また、第２演算系統は、演算器８ｂ、減算器９ａおよび乗算器９ｂを含む一連の信号ラインを有している。ここで、演算器８ａ、８ｂは、回転軸体１０の軸線方向の距離と反射性幅変化部をその配置方向に横断する光線の走査距離（反射光の反射時間、ひいては電気パルス信号の各パルス幅に相当。）との関係に基づいて、回転軸体１０に軸振れが生じた場合には、光線の走査距離（反射光の反射時間）の変化から回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分を算出するために所定の演算を行う機能を備えた機器を指している。また、減算器９ａは２つの入力の減算機能を備えた機器であり、乗算器９ｂは、２つの入力を乗算し、またはあらかじめ設定されている定数と入力とを乗算する機能を備えた機器である。なお、演算部７では、さらに回転軸体１０の回転数信号の入力を受けるようにし、そのばらつきから回転軸体１０の回転速度が一定であるか否か（所定の回転速度の範囲内にあるか否か）を判定するようにしてもよい。なお、本明細書では以下、回転軸体の「回転」は、一定速度範囲での回転を指すものとする。
【００２８】
なお、図１では、乗算器９ｂに入力される正接値ｔａｎθは、それぞれ受光部６が反射光Ｌ４の回転軸体１０の外周面に対する反射角θを読み取って演算を行い、信号線３０を介してそれぞれ乗算器９ｂに送出されるように構成されているが、このような構成には限定されない。例えば、回転軸体１０の回転に伴う軸振れによって軸線の水平方向とのなす角度が非常に小さく無視できる場合などには、光線の入射角および反射角は略一定となるので、乗算器９ｂに予め公知の方法により一定値として入力しておくこともできる。また、演算部７は、表示部を有していても良く、その場合、回転速度（回転周期）などの他の情報を演算、表示可能なものであってもよい。このような演算部７は、ＣＰＵや記憶装置を含む公知の構成を用いることができる。電気信号の入力から前記各演算に至る一連の演算制御は、前記記憶部（不図示）に予め格納された設定プログラムを実行することによって行うことができる。また、この記憶部には受光部５からの電気信号にノイズなどの影響により異常が生じた結果、軸振れ量の計測結果に異常値が含まれる場合に当該異常値を廃棄するように実行されるプログラムも含めることができる。
【００２９】
次に、図３および図４を参照して本実施形態の軸振れ計測装置の使用方法および計測原理について説明する。図３（ａ）は、図１に示す回転軸体１０の外周面における反射パターンの同一の照射位置に対して第１の光線Ｌ１が垂直に照射されるとともに、第２の光線Ｌ３が入射角（９０−θ）［°］で照射されているものとする。回転軸体１０の回転に伴い反射性幅変化部２１も回転運動し、第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３はそれぞれ反射性幅変化部２１のＯＳ線上を走査し、その間そこから反射光Ｌ２およびＬ４が反射される。これらの反射光Ｌ２（反射時間）およびＬ４（反射時間）は、受光部５，６で受光され、光電変換により、それぞれの反射光の受光、不受光に対応する電気パルス信号に変換され、当該信号のパルス幅の基準値（または反射時間の基準値）が求められる。それとともに、演算器８ａ、８ｂにはそれぞれ反射性幅変化部２１を横断する光線の走査距離（反射時間）と回転軸体１０の軸線方向の距離との間の関係から、距離ＯＰが求められる。これらの演算結果は、それぞれ演算部７内の所定の記憶部に格納される。
【００３０】
回転軸体１０の回転に伴う軸振れは軸線方向および径方向の軸振れ量成分の合成値として把握できるので、回転軸体１０が軸線方向に軸振れし、その後に径方向に軸振れしたものとし、前記各軸振れ量成分を算出する方法について説明する。まず、回転軸体１０が軸線方向、図３の左から右に向って△Ｚほど軸振れを生じ、これにより、反射性幅変化部２１は頂角ＰがＰ’の位置まで移動したと仮定する。この場合、第１の光線Ｌ１および第２の光線Ｌ３は反射性幅変化部２１のＯＳ’線上を走査することになり、その結果、回転軸体１０に軸線方向の軸振れが生じていない場合よりもより反射時間の長い反射光Ｌ２およびＬ４が反射される。受光部５，６では、これらの反射光Ｌ2及びＬ4を受光し、それぞれの反射光Ｌ２およびＬ４の受光、不受光に対応して生成された電気パルス信号が演算部７に入力される。演算器８ａ、８ｂにはそれぞれ反射性幅変化部２１を横断する光線の走査距離（反射時間）と回転軸体１０の軸線方向の距離との間の関係が記憶されているので、基準値に対する距離ＯＰと、パルス幅ＯＳ’に対する距離ＯＰ’とがそれぞれ得られる。そして、これらのから、次式（式１）にしたがい、△Ｚが求められる。
【００３１】
【数１】
式１中、
は、それぞれの線分ＯＰ、ＯＳ、ＯＳ’の長さを、またｔ１１およびｔ１２は反射光の反射時間を指している。
【００３２】
回転軸体１０に軸線方向逆方向に軸振れが生じた場合にも、同様の方法により△Ｚを求めることができる。このように、回転軸体１０に軸線方向にのみ軸振れが生じている（径方向の軸振れが生じていない）場合には、演算部７、３４でそれぞれ演算器８ａ、８ｂの演算結果及び演算器３５ａ、３５ｂの演算結果は同値となるため、減算器９ａ、３６ａでの演算結果はいずれも０となり、結果として△Ｙ＝０となる。
【００３３】
次に、回転軸体１０が前記軸線方向に軸振れしている状態から径方向に△Ｙだけ軸振れを生じたものとする。このとき、図３（ｂ）に示すように、第１の光線Ｌ１はＯ”にて、また第２の光線Ｌ３はＴ”にて回転軸体１０の外周面における反射性幅変化部２１に照射されることになる。第２の光線３の光路は固定状態とされ、当該光路の回転軸体１０の外周面に対する角度はθで維持されるものとする。また、この場合、回転軸体１０は軸線方向にさらに軸振れを起こしていないので、第１の光線Ｌ１の反射光に対応する電気信号が演算器８ａに入力されることで、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分の演算結果は△Ｚのままとなる。それに対して、第２の光線Ｌ３は反射性幅変化部２１のＴ”Ｓ”線上を走査することになるので、そこでの反射光Ｌ４はＴ”Ｓ”の線分に対応する反射時間だけ受光部６で受光され、それに対応する電気信号が演算器８ｂに入力されることで、演算器８ａ、８ｂにて演算結果が異なってくる。減算器９ａにおいて演算器８ｂの演算結果から演算器８ａの演算結果を減算し、さらに乗算器９ｂで正接値ｔａｎθを乗ずることで、△Ｙを求めることができる。
【００３４】
具体的には、図３（ｂ）において、線分ＯＯ”の長さは△Ｙであり、三角形ＯＯ”Ｔ”における線分Ｏ”Ｔ"の長さは、次式（式２）で求められる。
【００３５】
【数２】
また、回転軸体１０の軸線方向および径方向の双方の軸振れに起因する軸線方向の軸振れ量成分の合計をＲとすると、このＲは上式（式２）を用いて以下式（式３）にように表わされる。
【００３６】
【数３】
この式３を変形することで、△Ｙは以下の式（式４）のように求めることができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
本実施形態の軸振れ計測装置についての以上の計測原理の説明をまとめたものを図４に示す。第２の光線Ｌ３については、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分△Ｚおよび径方向の軸振れ量成分△Ｙの双方をそれぞれ演算で求めるため、図３および式４に示すように、演算器８ｂにおける軸線方向および径方向の双方を加味した軸振れ量の演算結果（Ｒ）から、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分（△Ｚ）を減じ、得られた結果に正接値（ｔａｎθ）を乗ずることで、回転軸体１０の径方向における軸振れ量成分（△Ｙ）を求めることができる。なお、回転軸体１０が図３に向って右から左に向って△Ｚほど軸線方向の軸振れを生じた場合については説明を省略するが、この場合にも上式（式４）により同様に求めることができる。
【００３９】
このようにして得られる演算結果は、演算部７が所定の表示部を備えている場合には当該表示部で表示され、またこれらの演算結果が制御に用いられる場合には、相手方の制御機器に有線または無線にて送信することができる。
【００４０】
[反射パターンのバリエーション]
図１に示した反射パターン２０は、反射性幅変化部２１および非反射性幅変化部２２を備えた構成であるが、これらの幅変化部は同図に示した同形、同サイズの略直角三角形の平面形状を有するものに限定されない。例えば、これらの幅変化部２１，２２は、二等辺三角形などを含む山形形状の略三角形や略台形などの平面形状のなかからも適宜選択できる。また、反射性幅変化部２１の平面形状と非反射性幅変化部２２のそれとは、互いに異なるように選択でき、例えば一方を略三角形状などとし、他方を略台形形状などとすることもできる。また、これらの平面形状のなかから選択した隣り合う幅変化部の斜辺および長辺にそれぞれ相当する共通の境界線を、例えば２次関数や指数関数で表わされる曲線状とすることもできる。
【００４１】
反射パターンはまた、反射性幅変化部および非反射性幅変化部の組合せからなる構成に限定されず、第１および第２の２条の光線の反射パターン上での照射位置が実質的に同じか否かなどによってさらに多くのバリエーションを採用できる。図５〜図７は、そのような反射パターンのバリエーションの幾つかの例を示している。
【００４２】
図５に示す反射パターンの例では、その長さ方向に沿って２条の光線の照射ゾーン（以下、単に「ゾーン」という。）２３、４０がそれぞれ個別に併設されている。ゾーン２３は、図１に示した直角三角形の平面形状を有する非反射性幅変化部２２と、その斜辺を共通にして反対向きに配置した台形の平面形状を有する反射性幅変化部２４との組合せを１単位とし、この単位を反射パターンの長さ方向に繰り返し配置したものである。
【００４３】
また、ゾーン４０は、反射パターンの全長にわたり少なくともこのゾーンの幅で光反射性を備える領域に、該反射パターンの幅方向に形成された直線状の非反射性部分（以下、この部分を「非反射性区画線」と呼ぶこととする。）４２と、隣り合う非反射性区画線４２，４２の一端同士を斜めに連結するように形成された直線状の非反射性区画線４３とが鋸刃状に配置されたものである。この鋸刃状の配置は、図５に示すように、反射パターンの長さ方向に繰り返し形成されているのが好ましい。また、複数の鋸刃状の配置によって囲まれた個々の光反射性部分４１は互いに同形、同サイズの幅変化部として形成され、その配置方向に均等な間隔で配置される。
【００４４】
反射パターン４０の長さ方向における非反射性区画線４３のピッチは、反射パターン２０における各単位の配置方向における長さ（繰り返しピッチ）よりも大きく設定することが好ましい。本実施形態においては、後述するように、各反射パターン２３、４０からの反射光を受光部にて受光し、それぞれの受光、不受光のタイミングを求めるのに好都合だからである。なお、本実施形態では、非反射性区画線４２、４３を直線状とするが、２条の非反射性区画線４２，４３によって区画される光反射性部分が幅変化部として形成されれば、前記非反射性区画線４２，４３のうちの一方または双方は曲線であってもよい。
【００４５】
この例の反射パターンを回転軸体１０の外周面にその周方向に形成する場合には、非反射性区画線４２、４３のうちの一方は、回転軸体１０の径方向に実質的に一致させることが好ましい。この反射パターンの例では、ゾーン２３の幅方向略中央領域の所定位置（例えば、図５中、符号２３１で示した１点鎖線上の任意の点）に第１の光線を照射することができる。この場合、回転軸体１０の回転に伴い、第１の光線はこのゾーン２３の１点鎖線２３１上を走査することになる。また、第２の光線は、ゾーン４０の幅方向略中央領域の所定位置（例えば、図５中、符号４０１で示した1点鎖線上の任意の点）に照射することができる。この場合にも、回転軸体１０の回転に伴い、第２の光線はこのゾーン４０の１点鎖線４０１上を走査することになる。
【００４６】
図６および図７は、反射パターンのバリエーションの更に別の例を示している。これらのバリエーションは、１の反射パターンの２つの異なる位置にそれぞれ第１および第２の光線を照射するような場合に用いられるものである。図６に示す反射パターン４５の例では、帯状の反射パターン４５の被照射面全面が光反射性とされており、そこに幅方向に互いに略平行に設けられた二重線状の非反射性区画線４７，４７、・・・と、隣り合う非反射性区画線４７、４７の一端同士を斜めに連結するよう設けられた非反射性区画線４８とが鋸刃状に配置されている。この鋸刃状の配置は、図６に示すように、反射パターン４５の長さ方向に繰り返し形成されるのが好ましい。なお、二重線状の非反射性区画線４７は、必要であれば、回転軸体１０の回転運動の基準点などとして、また回転速度や角速度を求めるのに用いることができる。
【００４７】
この反射パターン４５では、その長さ方向に第１および第２の２条の光線をそれぞれ照射する２つのゾーン４５ａ、４５ｂが設定される。ゾーン４５ａは、その幅方向略中央領域に略垂直に第１の光線が照射される領域であり、回転軸体１０の軸振れが生じていない場合には、当該光線が走査線４５２上を走査するようにする。また、ゾーン４５ｂは、その幅方向略中央領域に第２の光線が入射角（９０−θ）［°］で照射される領域であり、回転軸体１０に軸振れが生じていない場合には、当該光線が走査線４５１上を走査するようにする。
【００４８】
また、図７に示す反射パターン４５の例では、図６に示す反射パターンにおいてその幅方向にゾーン４５ａ、４５ｂのそれぞれをこれらが一部重複するように互いに接近させて設定している。それ以外の構成については、図５に示すものと本質的に変わりはない。この図７に示す反射パターン４５の場合、各ゾーン４５ａ、４５ｂをこのように重複して配置することで、図６に示した場合よりも反射パターン４５の幅３を小さく設定できる利点がある。
【００４９】
図５〜図７に示す反射パターンにおける各ゾーンの幅（計測範囲）は、以下のようにして算定することができる。この算定方法を図６に示す反射パターン４５を例にとり説明する（図３及び図５に示す例でも同様である。）。なお、説明の便宜上、第１および第２の各光線はそれぞれ、回転軸体１０の回転中に軸振れが生じていない場合、反射パターン４５の１点鎖線４５１、４５２上を走査するものとする。
（１）第１の光線が垂直に照射される反射パターンのゾーン４５ａの幅
回転軸体１０の軸線方向のいずれか一方向に軸振れが生じた場合に予想される最大軸振れ量をｌＶ（反対方向に対しては−ｌＶ）とすると、このゾーン４５ａにおける計測範囲は±ｌＶで表わされ、ゾーン４５ｂの幅は２ｌｖとなる。したがって、好適には、ゾーン４５ｂの幅は２ｌＶ以上に設定するのがよいことが分かる。なお、ここでは、反射パターンに第１の光線を垂直に照射する場合について説明するが、第１の光線を垂直（入射角０[°]）以外の入射角で反射パターン４５に照射した場合にも同じ結果が得られることはいうまでもない。
（２）第２の光線を所定の角度で斜めに照射する場合の反射パターンのゾーン４５ｂの幅
回転軸体１０の径方向内外いずれかの方向に生じうる最大軸振れ量をｌＨ（反対方向に対しては−ｌＨ）とした場合、回転軸体１０の軸線方向および径方向の双方に軸振れが生じた場合の一方向における照射位置の走査線４５１からの最大移動距離は、前記（１）を加味すると、（ｌＶ+ｌＨ・cotθ）によって求められる。よって、計測範囲は、±（ｌＶ+ｌＨ・cotθ）で求められ、したがって、ゾーン４５ｂの幅は２（ｌＶ+ｌＨ・cotθ）以上に設定することが好ましい。
【００５０】
実施形態２
図８は、本発明の軸振れ計測装置の実施形態の別の例を示す図である。回転軸体１０の外周面には、図５に示した反射パターン２３、４０が回転軸体１０の軸線方向に所定の距離だけ離してそれぞれ形成されているものとする。なお、以下に示す各図では、演算部７およびこれと受光部５との信号のやり取りについては図１に示す実施形態と共通であり、また光伝送手段などは必須の構成ではないので、これらの機器及び信号線については図示を省略している。本実施形態では、１の発光部３から出射された１の光線を回転軸体１０の外周面におけるいずれか一方の環状の反射パターンに照射し（照射位置については前記のとおり。）、そこからの反射光をハーフミラー５０，５１や反射ミラー５２などからなる光誘導手段によって誘導して、他方の環状の反射パターン４０を照射するように構成されている。なお、反射パターン２０は、実施形態１と同様の構成のものを用いることとしている。また、図８において、説明の簡略化のために、θ＝４５［°］としている。
【００５１】
光誘導手段におけるハーフミラー５０は、光線Ｌ１１がこれに垂直に照射されるように配置されている。また、ハーフミラー５１は、ハーフミラー５０との組み合わせが逆くの字状を呈するようにハーフミラー５０の下端側にこれとは直角な向きに配置されている。また、反射ミラー５２は、光線Ｌ１１が反射パターン４０に照射され、そこから角度θ＝４５［°］（反射角と一致）で反射する反射光Ｌ１２の光路上にこれに垂直に配置固定される。
【００５２】
本実施形態によれば、発光部３から出射された光線Ｌ１１はハーフミラー５０をこれに垂直に透過し、反射パターン４０にθ＝４５［°］（入射角に一致）で照射され、当該反射パターン４０の非反射性区画線４２，４３を除いた反射性部分４１を走査する間に反射光Ｌ１２として反射され、反射ミラー５２に垂直に照射されるように進行する。そこで反射された反射光Ｌ１３は光線Ｌ１２の光路を逆行し、反射パターン４０における光線Ｌ１１の照射位置に照射され、反射性部分４１を走査する際に反射される反射光Ｌ１４が光線Ｌ１１とは反対側からハーフミラー５０に照射され、略鉛直方向下方に反射光Ｌ１５が反射される。反射光Ｌ１５は、反射パターン２０に略垂直に照射され、そこで反射性幅変化部２１上を走査する間反射する点滅反射光Ｌ１６は光線Ｌ１５の光路を逆行する。この点滅反射光Ｌ１６はハーフミラー５１で直角に反射され、受光部５において受光される。
【００５３】
受光部５では、光電変換によって点滅反射光Ｌ１６の受光、不受光のタイミングに応じた電気パルス信号を不図示の演算部に出力する。この演算部は、これへの入力信号線路において入力される電気信号が分岐され、第１演算系統および第２演算系統にそれぞれ入力されるように構成されている点で異なるが、その他の構成については図１に示したものと本質的に変わりはない。この演算部では、前記したように、実施形態１の場合と同様な演算処理が行われ、回転軸体１０の軸線方向の軸振れ量成分△Ｚおよび径方向の軸振れ量成分△Ｙが求められる。
【００５４】
図９は、図８に示した本発明の軸振れ計測装置の実施形態において、光線が照射する反射パターンの順を入れ替えた一変形例を示している。この図に示す実施形態は、図８に示す実施形態２より発光部３、受光部５および光誘導手段５０、５１の配置を変更したものであり、それ以外は本質的に変わるところはない。また、この図に示す実施形態においても、実施形態２の場合と同様に説明を簡略化するために、θ＝４５［°］とする。
【００５５】
本変形例では、回転軸体１０の外周面に対して光線を垂直に照射する位置に発光部３が配置され（前記のように光伝送手段を用いる場合には、発光部３の位置はこの位置に限定されない。）、そこからの光線Ｌ１１の光路上にこれに対して斜め４５［°］となるようにハーフミラー５０が配置されている。また、ハーフミラー５０からの反射光Ｌ１３の反射パターン４０に向けた光路上には、これに対して斜め４５［°］となるようにハーフミラー５１が配置されている。なお、反射ミラー５２の固定位置については、図８に示した実施形態と同様である。
【００５６】
発光部３からの第１の光線Ｌ１１は、ハーフミラー５０を透過して反射パターン２３の幅方向略中央の照射位置に垂直に照射され、回転軸体１０の回転に伴い当該照射位置を回転方向に走査し、反射性幅変化部２４上を走査する際に反射される。この反射光Ｌ１２は光線Ｌ１１の光路上を逆行し、ハーフミラー５０において反射光Ｌ１３としてこれに垂直に反射される。反射光（第２の光線に相当）Ｌ１３は、ハーフミラー５１を透過し、反射パターン４０の幅方向略中央の照射位置に４５［°］の入射角で照射される。反射パターン４０では、非反射性区画線４２，４３を横断するとき以外は、反射角４５［°］で反射された反射光Ｌ１４が、反射ミラー５２にて折り返されるように反射される。この反射光Ｌ１５は、光線Ｌ１４の光路を逆行し、反射パターン４０の反射性領域４１を走査する間に反射され、さらに点滅状態の点滅反射光Ｌ１６となる。点滅反射光Ｌ１６は、ハーフミラー５１によって直角に反射し、受光部５において受光される。受光部５において光電変換により点滅反射光の受光、不受光に対応した電気パルス信号は二分され、不図示の演算部に入力され、そこで前記方法と同様の方法により回転中の回転軸体１０の軸線方向および径方向における軸振れ量の各成分を求めることができる。
【００５７】
図１０は、図８および図９に示した本発明の軸振れ計測装置の実施形態の別の変形例を示しており、光誘導手段としてハーフミラー５０と反射ミラー５２とを各１個用いることとした以外は、図８および図９に示した例と本質的に変わりはない。この図に示す例でも、回転軸体１０の外周面に形成された２種類の反射パターンのいずれに光線を先に照射してもよいことを示している。
【００５８】
図１０に示した例では、回転軸体１０の外周面に対して光線を垂直に照射する位置に発光部３が配置され、そこからの光線Ｌ１１の光路上にこれに対して斜め４５［°］となるようにハーフミラー５０が配置されている。また、ハーフミラー５０からの反射光Ｌ１３が入射角４５［°］で反射パターン４０の所定の照射位置に向けた光路上にこれに対して斜め４５［°］となるように配置されている。また、反射ミラー５２は、反射光Ｌ１３の反射パターン４０から反射角４５［°］で反射する反射光Ｌ１４の光路に対して垂直に配置固定されている。図１０に示した２つの例についての光路などを以下簡単に説明する。
【００５９】
図１０（ａ）の例では、まず発光部３からの光線（第１の光線）Ｌ１１はハーフミラー５０を透過して反射パターン２３に略垂直に照射され、そこからの反射光Ｌ１２がハーフミラー５０反射され（反射光Ｌ１３）、反射パターン４０の走査線４０１上に第２の光線として４５［°］の入射角で照射される。反射パターン４０では、非反射性区画線４２，４３上を横断するとき以外は、反射光Ｌ１４が反射角４５［°］で反射される。この反射光は、反射ミラー５２およびハーフミラー５１を経て受光部５によって受光される。
【００６０】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した実施形態と同様の反射パターンおよび光誘導手段（５０、５１）を回転軸体１０に対して同様に配置した実施形態において、発光部３からの光線（第１の光線）Ｌ１１をまず反射パターン４０の走査線４０１上に照射し、次いでその反射光を反射パターン２０に照射するように構成したものである。具体的な説明については、前記と重複するところもあり煩雑となるので、説明を省略する。
【００６１】
図１１は、図８および図１０（ｂ）に示した実施形態において、回転軸体１０の軸線方向の各反射パターンの回転方向の位置関係と、当該反射パターンからの反射光の波形を示したものである。この図において、（ａ）は、鋸刃状の反射パターン４０の長辺と他方の反射パターン２３の長辺とが回転軸体１０の同一の軸線方向に一致した構成であり、（ｂ）は鋸刃状の反射パターン４０の長辺と他方の反射パターン２３の長辺とが回転軸体１０の軸線方向にすれている構成である。図１１（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ発光部からの光線の波形であり、（ｅ）、（ｆ）は、反射パターン４０からの反射光の波形である。また、（ｇ）、（ｈ）は、反射パターン４０および反射パターン２３からともに反射された反射光の波形である。なお、図９および図１０（ａ）に示した実施形態の場合、図１１（ｅ）、（ｆ）の波形には反射パターン２３からの反射光のそれを示す必要があるが、（ｇ）、（ｈ）については共通となることはいうまでもない。
【００６２】
図１１（ａ）における２つの反射パターンの位置関係では、光線が反射パターン４０の走査線４０１上を走査し、非反射性区画線４２，４３をそれぞれ横断する際には反射されず、同図（ｅ）に示すように、波形にはこれらの区画線の横断に対応して短時間の不通電部分がｔ１時間ごとに周期的に現れる。続いて、このような波形を有する反射光が反射パターン２３に照射され、回転軸体１０の回転に伴い走査線２３１上、交互に繰り返される反射性幅変化部２１と非反射性幅変化部２２とを順次横断するように走査する。非反射性幅変化部２２を横断する際には反射されないので、結果として、図１１（ｇ）の波形に示すように、周期ｔ１にて現れる不通電部分に１つおきに非反射性幅変化部２２によって生じる不通電部分が重ね合される。このとき、重ね合わされる不通電部分の立下りと非反射性幅変化部によって生じる不通電部分のそれは、時間的に一致する。
【００６３】
一方、図１１（ｂ）における２つの反射パターンの位置関係では、光線が反射パターン４０の走査線４０１上を走査し、同図（ｆ）に示すように、波形には短時間の不通電部分がｔ１時間ごとに周期的に現れる。続いて、このような波形を有する反射光が反射パターン２３に照射され、走査線２３１上を交互に繰り返される反射性幅変化部２１と非反射性幅変化部２２とを順次横断するように走査する。非反射性幅変化部２２を横断する際には反射されないので、結果として、図１１（ｈ）の波形に示すように、周期ｔ１にて現れる不通電部分を１つおきに非反射性幅変化部２２により生じる不通電部分が完全に覆うように重ね合される。このとき、重ね合わされる不通電部分の立下りと非反射性幅変化部によって生じる不通電部分のそれは、時間的に一致しない。
【００６４】
［ターゲット体の種々の形態］
反射パターンは、回転軸体１０の外周に嵌装可能なターゲット体（基材）を用い、これを回転軸体１０に嵌装した場合に外部から光線を照射できる少なくとも１つの被照射面上に形成することができる。ターゲット体の被照射面は、その回転軸体１０の軸線方向に沿った断面にて、当該軸線に対して適宜の角度で形成されたものであればよい。ここで、「少なくとも１つの被照射面」とは、前記反射パターンが各光線が各別に照射されるように形成されている場合に、それらを１つの被照射面に、または複数の被照射面に各別に形成することができることを意味している。
【００６５】
このようなターゲット体としては、例えば、回転軸体に周方向に巻回可能な程度の可とう性を備え、適宜の厚さを有する帯状体や筒状体のほか、当該回転軸体に直接嵌装可能な種々の形状の環状体や鍔状体などが挙げられる。図１２は、帯状または筒状のターゲット体の幾つかの具体例を示している。この図に示すいずれの帯状のターゲット体の具体例についても、その長さ方向が図に向って手前から奥へ向かう方向となっている。また、これらのターゲット体６０は、いずれも接着層６２を備えた基部６１の当該接着層６２とは反対側の面を被照射面とされている。その幅方向中央領域には、図１２（ａ）のターゲット体６０の例では、図５に示したもの同様の形状の反射パターン４５が、また図１２（ｂ）の例には、図６に示したものと同様の形状の反射パターン２３、４０が反射パターンがターゲット体６０の長さ方向に形成されている。
【００６６】
反射パターン２３における反射性幅変化部２４もしくは非反射性幅変化部２２またはその双方は、光反射性または光非反射性の素材を適宜裁断し、貼付（接着）、埋め込み、溶接などの手段により、または光反射性や光非反射性の塗料組成物などを塗布することにより被照射面の所定の位置に形成することができる。また、反射パターン４０、４５における反射性部分（反射性領域）４１、４６や非反射性区画線４２，４３；４７，４８についても前記と同様の手段により各ターゲット体６０の被照射面に形成することができる。また、回転軸体１０が光沢のある金属材料などで形成され、外周面が光反射性を備えている場合には、透明なシート状の基部６１の被照射面６１ａに非反射性幅変化部２２や非反射性区画線４２，４３；４７，４８を配置することで、反射パターンを形成するようにしてもよい。またこれとは反対に、回転軸体１０の外周面が光非反射性である場合には、前記とは逆に反射性幅変化部２４、２４、・・・や反射性部分４１，４１、・・・；４８，４８、・・・を透明なシート状の基部表面に配設して反射パターンを形成するようにしてもよい。
【００６７】
実施形態３
図１３は、本発明の軸振れ計測装置に適用可能な環状のターゲット体の別の具体例の一部を示している。この図に示すターゲット体６０は、２つの帯状部材をこれらのなす角度が鋭角となるようにその一側縁同士を当接接合した略Ｌ字状をなし、その一方の外面に接着層６２が設けられている。この図に向かって手前から奥へ向かう方向がこのターゲット体の長さ方向に相当する。ターゲット体６０の鋭角に向き合う内面はそれぞれ被照射面６１ａ，６１ｂとされている。図１３（ａ）に示すターゲット体の例では、その長さ方向に沿ってこれら各被照射面６１ａ、６１ｂに反射パターン６５、６８がそれぞれ設けられている。また、図１３（ｂ）の例では、この２つの反射パターン６５、６８は、接着層６２を備えた側の基部の被照射面６１ａに長さ方向に沿って併設されており、他方の被照射面６１ｂは反射面とされている。２つの反射パターン６５、６８はそれぞれ、図１２（ａ）に示した反射パターン２３、４０と同様の形状であるので、説明を省略する。反射パターン２３、４０が形成された被照射面６１ａまたは６１ｂにおいて、これらの反射パターン２３、４０を除く部分は反射性であると非反射性であるとを問わない。
【００６８】
図１４は、図１３（ａ）または（ｂ）に示したターゲット体６０を回転軸体１０に取り付け、本発明の軸振れ計測装置として使用する場合の使用状態を示す図である。図１３（ａ）に示した例の場合、反射光Ｌ１４が被照射面６１ｂに形成された反射パターン６５に略垂直に照射され、図１３（ｂ）に示した例の場合には、反射光Ｌ１３が被照射面６１ａに形成された反射パターン６５に入射角（９０−θ）［°］で照射されることになる。本実施形態の使用状態については、図１０（ａ）に示した形態における反射ミラー５２を、上方に鋭角に延在し、被照射面６１ｂを備える基部６１の一部に変えたのみであり、その他の構成については本質的に変わりはないので、その説明を省略する。受光部５では、点滅反射光Ｌ１６を受光し、その受光、不受光に応じて生成される電気パルス信号が二分された上で、不図示の演算部にそれぞれ入力され、前記計測原理にしたがい回転軸体１０の軸線方向および径方向の軸振れ量成分が求められる。
【００６９】
実施形態４
図１５は、本発明の軸振れ計測装置に適用可能なターゲット体の別の具体例を示しており、（ａ）および（ｂ）はこれをそれぞれ図に向かって左方向および右方向から回転軸体１０の軸線方向に沿って見た斜視図である。この図に示すターゲット体は、回転軸体１０の径方向に延設され、回転軸体１０の軸線方向に直交する被照射面７３ａを有する鍔状部７３と、回転軸体１０に嵌装可能であり、回転軸体１０の軸線方向に沿って被照射面７３ａの付け根から離隔する方向に連続的に拡径され、４５［°］の傾斜の斜面を有する円錐筒状を呈し、その斜面に全周にわたり被照射面７４ａが形成された円錐鍔状部７４とからなる。被照射面７３ａには、回転軸体１０の回転中心を共通にし、当該回転軸体１０よりも大径の同心円に沿って反射性幅変化部６９と非反射性幅変化部７０とが交互に繰り返し配置された反射パターン６８（図１３における反射パターン６８と同様の構成である。）が形成されている。また、円錐斜面である被照射面７４ａには、光反射性の領域にその周方向に沿って非反射性区画線６６，６７が鋸刃状に繰り返し配置された反射パターン６５（図１３における反射パターン６５と同様の構成である。）が形成されている。
【００７０】
図１６は、図１５に示したターゲット体を本発明の軸振れ計測装置に適用した場合の使用状態を示す図である。この図に示すように、発光部３から出射された第１の光線Ｌ１は、光路の途中に当該光路に対して斜め４５［°］に固定されたハーフミラー５０を透過し、被照射面７４ａにおける反射パターン６５の幅方向略中央位置に斜面に対して４５［°］の角度にて照射される。回転軸体１０とともにこのターゲット体が回転運動し、第１の光線Ｌ１はそれぞれの非反射性区画線６６，６７を横断する間は反射せず、それ以外の領域を走査する間、そこから反射する反射光Ｌ２は、鍔状部７３の被照射面における反射パターン６８の幅方向略中央位置に垂直に照射される。この反射パターン６８では、光線が非反射性幅変化部７３を走査する間は反射せず、反射性幅変化部６９上を走査する間反射され、反射光Ｌ２の光路上を逆行し、再度反射パターン６５において反射され、第１の光線Ｌ１の光路上を逆行し、ハーフミラー５０によってその光路が直角に変更され、受光部５にて受光されるようになっている。受光部５では、点滅反射光の受光、不受光に応じた電気パルス信号を出力し、これを二分して演算部に入力することで、前記したように回転軸体１０の回転中における軸線方向および径方向の軸振れ量成分が求められる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の軸振れ量計測装置は、電動機などの回転機などが備える回転軸体から、発電プラントなどにおけるタービン軸に至る広範な回転軸体の軸線方向および径方向の軸振れ量、さらには軸ねじれ量を計測するのに有効に使用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 軸振れ計測装置
３ 発光部
４ 受光・演算部
５、６、３０、３２ 受光部
７、３４ 演算部
８ａ、８ｂ、３５ａ、３５ｂ 演算器
９ａ、３６ａ 減算器
９ｂ、３６ｂ 乗算器
１０ 回転軸体
１１、２５ 光伝送手段（光ファイバーケーブル）
１２、２６ レンズ
１３、１４ｂ、３１、３１１、５０、５１ ハーフミラー
１４ａ、３１２ 反射ミラー（反射材）
１５，２７、２８ 集光レンズ
１６、２９、３０ 信号線
２０、２３、４０、４５、６５ 反射パターン
２１、２４ 反射性幅変化部
２２ 非反射性幅変化部
４１、４６ 反射性領域（被照射面）
４２、４３、４８、６６、６７ 光非反射性区画線
４５ａ、４５ｂ ゾーン
４７ 二重線状の光非反射性区画線
５０、５１ ハーフミラー
５２ 反射ミラー（反射材）
６０、７２ ターゲット体
６１ 基材
６２ 接着層
７３、７４ 鍔状部
７３ａ、７４ａ 被照射面
Ｌ１〜Ｌ１０ 光線（または反射光）
Ｌ１１〜Ｌ１７ 光線（または反射光）
Ｒ 回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分の合計値
θ 回転軸体の外周面に対する第２の光線の照射角度
△Ｙ 回転軸体の径方向の軸振れ量成分
△Ｚ 回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測対象である回転軸体の周方向に光反射性部分と光非反射性部分とが交互に配置されて当該方向に幅変化部の列が環状に形成されてなる反射パターンと、
前記回転軸体の回転中に前記反射パターンの所定位置に照射される第１の光線および第２の光線と、
前記各所定位置からのこれら各光線の反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して受光、不受光のタイミングに応じた電気パルス信号を生成し、当該電気パルス信号に現れる該第１の光線の受光時間の変化に基づいて前記回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分を求めるとともに、前記第２の光線の前記外周面に対する照射角度、前記電気パルス信号に現れる前記第２の光線の反射光の受光時間の変化、および前記軸線方向の軸振れ量成分に基づいて前記回転軸体の径方向の軸振れ量成分を求める受光・演算部とを備えてなることを特徴とする軸振れ計測装置。
【請求項２】
前記第１の光線または前記第２の光線は、前記反射パターンに照射された前記第２の光線または前記第１の光線が、そこから反射されて光誘導手段によってその光路を変更された反射光である請求項１に記載の軸振れ計測装置。
【請求項３】
前記第１の光線および前記第２の光線は、互いに異なる入射角で前記反射パターンに照射されるように構成された請求項１または請求項２に記載の軸振れ計測装置。
【請求項４】
前記第１の光線は、前記反射パターンに対して略直角に照射されるように構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸振れ計測装置。
【請求項５】
前記環状の反射パターンは、前記各光線がそれぞれ照射されるように各別に形成されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸振れ計測装置。
【請求項６】
前記環状の反射パターンは、前記回転軸体の外周面に環状に取り付け可能なターゲット体に設けられた少なくとも１つの被照射面に形成されてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸振れ計測装置。
【請求項１】
被計測対象である回転軸体の周方向に光反射性部分と光非反射性部分とが交互に配置されて当該方向に幅変化部の列が環状に形成されてなる反射パターンと、
前記回転軸体の回転中に前記反射パターンの所定位置に照射される第１の光線および第２の光線と、
前記各所定位置からのこれら各光線の反射光をそれぞれまたは重ね合わせた状態で受光して受光、不受光のタイミングに応じた電気パルス信号を生成し、当該電気パルス信号に現れる該第１の光線の受光時間の変化に基づいて前記回転軸体の軸線方向の軸振れ量成分を求めるとともに、前記第２の光線の前記外周面に対する照射角度、前記電気パルス信号に現れる前記第２の光線の反射光の受光時間の変化、および前記軸線方向の軸振れ量成分に基づいて前記回転軸体の径方向の軸振れ量成分を求める受光・演算部とを備えてなることを特徴とする軸振れ計測装置。
【請求項２】
前記第１の光線または前記第２の光線は、前記反射パターンに照射された前記第２の光線または前記第１の光線が、そこから反射されて光誘導手段によってその光路を変更された反射光である請求項１に記載の軸振れ計測装置。
【請求項３】
前記第１の光線および前記第２の光線は、互いに異なる入射角で前記反射パターンに照射されるように構成された請求項１または請求項２に記載の軸振れ計測装置。
【請求項４】
前記第１の光線は、前記反射パターンに対して略直角に照射されるように構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸振れ計測装置。
【請求項５】
前記環状の反射パターンは、前記各光線がそれぞれ照射されるように各別に形成されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸振れ計測装置。
【請求項６】
前記環状の反射パターンは、前記回転軸体の外周面に環状に取り付け可能なターゲット体に設けられた少なくとも１つの被照射面に形成されてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸振れ計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
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【図６】
【図７】
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【図１０】
【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２７６３７９（Ｐ２０１０−２７６３７９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２６８４９（Ｐ２００９−１２６８４９）
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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