JP3852152B2 - 捩り振動測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法に係り、特に船舶や発電用のディーゼルエンジン等の回転軸の回転角変位変動を測定するための捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶等に用いられる大型ディーゼルエンジン等ではピストン内の爆発工程が間欠的に行なわれるために負荷に回転力を伝達する回転軸は捩り振動を生じ、回転軸の長さに応じて所定の固有振動数で共振を生ずる。これらの振動や騒音を生じない様に安全管理上或は基本性能上捩り振動特性を把握することが必要であり、これら計測の為に従来から捩り振動測定装置が用いられている。
【０００３】
図１１は従来から用いられているアナログ型の捩り振動測定装置の系統図を示すものであり（特公平１−２７０６７号公報）、図１１でエンジン等の駆動源１からの駆動回転力は回転軸２を介して負荷５に供給される。
【０００４】
回転軸２の所定位置には所定の歯数３を有する歯車３が固着され、この歯車と対向配置した、例えば電磁型のピックアップ４とで回転検出手段（以下エンコーダと記す）を構成している。
【０００５】
ピックアップ４では回転軸２が所定角度θ度回転する毎に回転パルスが検出されて捩り振動測定装置６の入力端子Ｔ1 に供給される。
【０００６】
捩り振動測定装置６の入力端子Ｔ1 に供給された回転パルスは増幅器７で増幅された後にＰＬＬ（フェーズ・ロック・ループ）回路２を構成する位相検出回路９に供給され、電圧制御発振回路（以下ＶＣＯと記す）１１との位相ずれが検出される。
【０００７】
この検出出力は低域通過濾波器（以下ＬＰＦと記す）１０に供給されて平滑化される。このＬＰＦ１０の濾波出力は回転軸２に捩り振動が生じていない場合の回転数に比例した定常的な周波数に対応した電圧となり、ＶＣＯ１１からはその電圧に応じた周波数の基準パルスが出力されて前記した位相検出回路９及び位相差測定回路１２に供給される。
【０００８】
位相差測定回路１２にはエンコーダから増幅器７を経て被測定回転パルスが与えられている。
【０００９】
位相差測定回路１２は特公昭５７−６０５２号公報に開示されている様に２つの入力の位相差を入力の周期毎にデジタル値で算出する様に成されたものであり、ＶＣＯ１１からの基準パルスとエンコーダからの被測定回転パルスとの位相差が取り出される。即ち基準パルス周波数と被測定回転パルス周波数の位相差は回転軸２の捩り振動によって生じた角変位に対応したものとなり、出力端子Ｔ3 に出力される。この出力端子Ｔ3 を接続コード等を介してペン書の記録レコーダ１３やＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザ１４等に接続して捩れ角対クランク角、捩れ角対回転角等の記録、解析が行なわれていた。
【００１０】
更に、特開平６−３０７９２２号公報には図１２に示した様に、捩り振動測定装置を完全にデジタル化して、測定レンジが回路特性に依存しない様にした構成が開示されている。図１２で、図１１との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略するが回転軸２にはエンコーダとして、回転軸２の円周に沿って縞状テープ３ａを貼着し、この縞状テープ３ａと対向し、回転軸２の長手方向と直交する面に基準角度θだけ隔てて配置された２つのフォトダイオード等のフォトセンサ４ａ及び４ｂを配置する。
【００１１】
これらのセンサ４ａ及び４ｂからの回転パルス出力は捩り振動測定装置６の２つの入力端子Ｔ1 及びＴ2 に供給されて第１及び第２の増幅器７ａ及び７ｂを介してデジタル処理回路１５に供給される。このデジタル処理回路１５内には周期演算部、サンプリング周期計測部、加算平均部、回転角変位変動演算部等を含み、回転軸２の回転角変位変動（Δθ）を、第１の出力端子Ｔ3 に出力し、ＦＦＴアナライザ１４等で各種波形特性解析が行なわれ、更に、デジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ）１６を介して第２の出力端子Ｔ4 に出力したΔθ信号を記録レコーダ１３等に出力して記録が行なわれている。この捩り振動測定装置では２つのフォトセンサ４ａ及び４ｂ内の時間を計測することで縞状テープ３ａの継ぎ目位置での検出を確実にしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来構成で説明したデジタル化された捩り振動測定装置では縞状テープ３ａ上に対向して配置する２つのフォトセンサ４ａ及び４ｂの取付間隔は縞状テープ３ａの縞目のピッチより小さく設定して取り付けなくてはならず、取付けが煩雑で時間を要し廉価に構成出来ない等の問題があった。
【００１３】
又、従来の捩り振動測定装置は据置型でケーシングも大きく、工場等の現場での捩り測定時には大型の捩り振動測定装置と共にデータ記録用の記録レコーダ１３やＦＦＴアナライザ１４を現場に持ち込まねばならず、装置全体が大がかりと成る問題があった。
【００１４】
本発明は叙上の問題点を解消した、捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法を提供しようとするもので、発明が解決しようとする第１の課題は船舶内や発電所等の狭い現場でも持ち込みが可能で、短時間内に確実に捩り振動データを収録出来ると共にその収録状態がモニタ可能な小型軽量な携帯型の捩り振動測定装置及びその測定方法を得ようとするものである。
【００１５】
本発明の第２の発明が解決しようとする課題は回転軸に貼着される縞状テープの継目部分での周期変化（回転角変位変動）部分での変化が大きい時にその周期変化部分を前後の平均値に置き換える様に成して、縞状テープ貼着時の継目部の合せに神経をつかうことなく、且つこの継目部分でジャンプを発生しない様に成した、捩り振動測定装置及びその測定方法を得ようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の捩り振動測定装置はその例が図２に示されている様に被回転体２の１回転中の所定角度毎の周期を検出する検出手段３，４，３ａ，４ａと、検出手段３，４，３ａ，４ａの角度毎の周期時間を記憶する記憶手段２４と、被回転体２の１回転中の所定角度毎の周期の平均値を演算する平均値演算手段２６と、平均値と１回転中の所定角度毎の周期に基づいて被回転体２の捩れ角を演算する捩れ角演算手段２７と、少くとも捩れ角の振幅値が表示可能な表示手段３４とを具備し、記憶手段２４を着脱自在で携帯型と成した捩り振動測定装置において、検出手段として縞状テープを被回転体の円周方向に配設して、１回転中の所定角度毎の周期の前後を減算する減算手段と、減算手段の減算した周期を基準の周期と比較する比較手段と、比較出力が基準の周期より大又は小の周期部分を前後の周期の平均周期に補正する補正手段を具備して成るものである。
【００１７】
本発明の捩り振動測定装置はその例が図１に示されている様に、上述において、被回転体２の１回転中の所定角度毎の周期時間を検出した検出出力が供給され、着脱自在に成された記憶手段２４と、少くとも捩り振動値が表示が可能な表示手段３４とを具備した携帯型の捩り振動測定手段６より、記憶手段２４を抜き出して携帯型のデータ解析処理手段３５に挿着し、このデータ解析処理手段３５を介して解析データをプリントアウト或は送信可能と成したものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法を図１乃至図１０によって説明する。
図１は本発明の捩り振動測定装置の測定方法説明図であり、ディーゼルエンジン等の駆動源１で回転軸２に与えられる回転力はシリンダ内でピストンが吸気、圧縮、膨張、排気の工程を繰り返すために、膨張して爆発が起こった時以外には負荷５に対応した回転力に逆らう方向の力が働いて、回転軸２には捩りモーメントが働く。この様な軸表面での剪断歪γ1 を計測するために、白黒の縞状テープ３ａを例えば軸長Ｌの回転軸２の所定の腹位置等に貼着させ、フォトダイオード等のフォトセンサ４ａを介して反射光を検出して、回転パルス列を携帯用の捩り振動測定装置（以下データロガーと記す）６に取り込む。勿論、回転軸２に歯車３等が付加されていれば図１１の様に電磁型のピックアップ４を歯と対向配置させればよい。
【００１９】
データロガー６は小型軽量のケーシングで構成され、回転軸２の所定回転数毎に離散的に回転パルス列をロギングする。データロガー６には少くとも回転軸２の捩り振幅値や回転数が表示可能な例えは、液晶等の表示手段３４及びテンキー等の操作部２９並びにＳ−ＲＡＭカードやメモリフラッシュ等の記憶手段２４を有し、この記憶手段２４はケーシングから着脱自在に構成されている。
【００２０】
データロガー６の収録データは記憶手段２４を介して、携帯用のデータ解析処理装置（以下ノートパソコンと記す）３５に装着し、このノートパソコン３５にプリンタ等を接続すれば現地での解析結果をプリントアウトすることが出来る。従って、従来の様にＲＳ−２３２Ｃ等で接続する必要がないので転送時間がかからず記憶手段２４を交換するだけで大量のデータを収録することが可能と成る。又、記憶手段２４内に格納した記録データのノートパソコン３５による解析は付加応力対回転速度特性、捩り角対回転速度特性、捩り角対回転数（又は周波数）特性、捩り角対クランク角特性等の解析ソフトウエアを有し、これら解析結果をレポート３７としてプリントアウトすることが可能となる。
【００２１】
更に、ノートパソコン３５と工場や設計事務所等に配設されたデータ解析処理装置（以下メインパソコンと記す）３６との間を電話回線、衛星回線等を用いてデータ通信することで工場等の遠隔地でも迅速にデータ解析を行なうことが出来て解析結果のレポート３８を現場とリアルタイムでプリントアウトすることが可能と成る。
【００２２】
図２は上記した本発明のデータロガー６の系統図を示すものでエンコーダとしては歯車３と電磁型のピックアップ４或は縞状テープ３ａとフォトセンサ４ａ等のいずれを用いてもよい、これらの検出手段から取り出された回転パルス列は図３Ｂの様にデータロガー６の入力端子Ｔ1 に供給される。
【００２３】
入力端子Ｔ1 は増幅器７の入力端に接続され、増幅器７の出力は微分回路２０及びモノステーブルマルチバイブレータ（以下ＭＭと記す）２１を経てラッチ回路２２及び分周回路２５の入力端に供給されている。
【００２４】
一方、基準信号を発振するクロック発振器１７では例えば、図３Ａに示すような１６ＭＨｚのクロック信号１７ａを発振する。このクロック信号１７ａは操作部２９に設けた計測始動スイッチ１８を介してカウンタ１９に供給され、始動スイッチ１８の「オン」操作によりカウンタ１９はフリラン状態でカウントを開始する。カウンタ１９のカウント出力はラッチ回路２２に供給される。
【００２５】
ラッチ回路２２ではエンコーダからの回転パルス列毎にカウンタ１９の計数値（時間）をラッチし、書き込み回路２３を介して記憶手段２４にラッチデータを格納する。
【００２６】
ラッチ回路２２のラッチデータ及び分周回路２５の分周データは平均値演算部２６に供給されて１回転分の回転パルス列毎の周期の平均値演算を行なう。即ち１回転に掛かる時間を平均値演算する。
【００２７】
この平均値演算部２６で得た平均値演算データは回転速度演算部２７及び捩れ角演算部３２に供給される。
【００２８】
回転速度演算部２７では１回転に掛かる時間から回転数を演算して、表示手段３４に回転数を表示する。
【００２９】
又、捩れ角演算部３２にはラッチ回路２２からラッチデータが供給されて捩り角演算が行なわれる。
【００３０】
捩り角データは振幅演算部３３に供給され基準角度から計測角度の差を求め、１回転毎の最大、最小値の差分データを出力して表示手段３４に捩り角の振幅値が表示される。
【００３１】
尚、２８は通常のＲＯＭ（リードオンリメモリ）３０及びＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３１を有するマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと記す）であり、テンキー等の操作部２９を有し、上記した書き込み回路２３、記憶手段２４、分周回路２５、平均値演算部２６、回転速度演算部２７、捩り角演算部３２、振幅演算部３３、表示手段３４等の各演算及び記憶手段２４へのデータ書き込み等の各種制御及びデータの出し入れをバス３５を介して行なう様に成されている。
【００３２】
以下、上述の構成に於ける、データロガー６の動作を図３の波形図を用いて説明する。
【００３３】
エンコーダの電磁型のピックアップ４或はフォトセンサ４ａで検出された回転パルス列から成る検出パルス４ｎは図３Ｂの様に増幅器７で増幅され、次に微分回路２０で検出パルス４ｎの立ち上り及び立ち下り部で図３Ｃの様に微分される。次に例えば、立ち下り部の微分パルスでＭＭ２１をトリガーして、図３Ｄに示す検出パルス４ｎに同期した細いパルス列２１ａから成るタイミング信号を得る。
【００３４】
このタイミング信号２１ａはラッチ回路２２に供給される。図３Ａに示すクロック信号１７ａは始動スイッチ１８の投入と同時にカウンタ１９をセットして計数動作を始める。ラッチ回路２２はカウンタ１９のカウント値をタイミング信号毎にラッチし、書き込み回路２３を介してＳ−ＲＡＭ等の記憶手段２４に格納する。従って、図３Ｅに示す様にタイミング信号の周期τ1 ，τ2 ‥‥‥τn 毎にカウント値が記憶される。
【００３５】
ＭＭ２１のタイミング信号２１Ａは分周回路２５で１／Ｎ（ここでＮは歯車の歯数、或は縞状テープの縞目数）に分周される。この分周出力とラッチ出力は平均値演算部２６に供給される。この平均値演算部２６では図３Ｆに示す様に１／Ｎ分周した回転軸２の１回転分内の１パルス間隔の周期τ1 ，τ2 ，τ3 ‥‥‥のカウント値１〜ｎを図３Ｇに示す様に、周期毎のクロックのカウント値ｎτ1 ，ｎτ2 ，ｎτ3 ‥‥‥ｎτn を合計し、１回転分のセンサの歯数或は縞目数で除して平均値ＡをＣＰＵ２８で演算する。即ち（１）式の様に
とすることで回転軸２が１回転に掛かる周期毎のクロックカウント値の平均値が算出される。このカウント値は回転数が変化せず一定ならば１回転に掛かる時間ｔ1 ，ｔ2 ‥‥‥ｔn に比例する。
【００３６】
この平均値演算部２６の演算結果は回転速度演算部２７に供給されＣＰＵ２８は１回転分に掛かる時間から回転速度（r.p.m ）を１／周期×６０によって求める。
【００３７】
次に捩れ角演算部３２では平均値演算部２６で求めた平均値Ａとラッチ回路２２から供給される実際の周期τ1 ，τ2 ‥‥‥のパルス列、即ち、カウント値ｎτ1 ，ｎτ2 ‥‥‥から捩れ角度を演算する。捩れ角度θは後述するも所定角度に対応する理想カウント値から平均値Ａを差し引いたθ＝理想カウント値−平均値Ａによって求める。
【００３８】
振幅演算部３３では回転軸２を例えばＮ等分した時の理想角度１／Ｎ度と捩り角演算部３２からの実際の捩れ角θから捩れ角変位変化分Δθを求め１回転毎の最大値と最小値の差出力を振幅値として出力し、データロガー６の表示手段３４に回転数（r.p.m ）と捩り角変位の振幅値を表示する。
【００３９】
カウンタ１９のカウント値と捩れ角との関係は回転数が変化せず、平均回転数が一定であるとき、回転速度はカウント数に比例し、角度はカウント値で表すことが出来る。今、回転軸２に６パルスのセンサを付加し、１回転３６０度の捩れ角を求めると図４Ａ及び図４Ｂに示す如く、回転軸２の３６０度に相当するカウント値ＩX ＝（Ｇ）−（Ａ）であり、（Ａ）〜（Ｇ）のカウント値は図４Ｂの様にカウント数０〜６に対応し、夫々０°，６０°，１２０°，１８０゜、２４０°、３００°、３６０゜の角度を示す。各速度の理想カウント値は上述ＩX を比例配分して下記の様に求める。即ち、
（Ａ）＝ＩX ×０／３６０
（Ｂ）＝ＩX ×６０／３６０
（Ｃ）＝ＩX ×１２０／３６０
（Ｄ）＝ＩX ×１８０／３６０
（Ｅ）＝ＩX ×２４０／３６０
（Ｆ）＝ＩX ×３００／３６０
（Ｇ）＝ＩX ×３６０／３６０
従って、捩れ角θは
θ＝理想カウント値−実際のカウント値
として求められる。
【００４０】
本発明のデータロガー６及びその測定方法によればデータロガー６に捩り角変位の振幅値及び回転数を表示可能と成したので、計測中でもデータが正常か否かが判断出来るので、従来の様にＦＦＴアナライザで波形解析を行なった後に未収録部のデータが見つかり、再度、現場に行って再収録する様な弊害をなくすことが可能となった。
【００４１】
更にデータロガー６には着脱自在のＳ−ＲＡＭの様な記憶手段２４を設けて回転数及び捩り計測データを記録する様に小型軽量化し、且つ周波数特性等の解析をデータロガー６とは分離した携帯用のノートパソコン３５で行なう様に成したので船舶内等の狭い場所でのデータ収集も限られた時間内に確実に行なうことが出来、更にリアルタイムで工場内の設計部門等にデータ伝送が可能となり、記憶手段に格納されたデータに基づいて、後のデータチェックが行なえる等の多くの特徴を有する。
【００４２】
次に、縞状テープ３ａを被測定体の回転軸２に囲繞させる場合の本発明の処理方法について、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び図６（Ａ），（Ｂ）について詳記する。
【００４３】
従来は縞状テープ３ａを回転軸２に囲繞する様に貼着するに際して、継目部は計測の精度を向上する為に、縞状テープの白部又は黒部が、例えば図５（Ａ）の様に白縞及び黒縞の縞状ピッチＰがＰｍｍの場合、１／２Ｐｍｍ以下にならない様に即ち、継目部は白縞及び黒縞の縞状ピッチＰの値の半分以下にならない様に貼合させなければならなかった。この様な制約は現場の回転軸２の直径が異なるために縞状テープ３ａの回転軸２への貼付作業が煩雑となり、その調整に長時間を要する問題があった。更に、捩り角測定を行なう為には被測定体の回転軸毎に貼着した縞状テープ３ａの１回転分の縞数を予め目視計測した後に、この目視計測値をデータロガー６に入力して、１回転分の回転数を自動カウントした後に回転速度算出や捩り角算出を行なわなければならない問題があった。
【００４４】
本例では上述の様な貼付時の現場での煩雑さを回避するために、被測定体の回転軸２の直径に無関係に縞状テープ３ａの継目部を貼着出来る様に成したものであり、継目部の前後を同じ黒色で塗りつぶす様に構成し、継目部の間隔を拡大し、この拡大した間隔部を自動的に読み取って、目視計測等を行なうことなく、自動的に捩り角や回転数算出を可能と成したものである。以下本例の具体的構成を図５及び図６により説明する。
【００４５】
本例に於いては、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す様に、縞状テープ３ａの白縞及び黒縞のピッチをＰｍｍとした時に白縞部分を黒ペン等で黒色に塗りつぶして、黒縞のピッチＰを１．５Ｐｍｍ〜３．５Ｐｍｍ長くして、ピッチ間隔を他の黒縞の間隔と異ならせ、継目部の黒縞を認識出来る様にする。
【００４６】
即ち、縞状テープ３ａを回転軸２に貼着する場合、図５（Ａ）に示す様に巻き始め端４０の白縞部のピッチＰｍｍを２／３Ｐｍｍ残して他の白縞部を切り捨て部４１とし、貼付開始白縞部４３を残し、回転軸２の円周に沿って１回転囲繞させ、貼付開始白縞部４２上に巻き終り端の黒縞４３で重ね合せ位置４５が重なる場合には図５（Ａ）のＡで示す白縞４４の寸法が０≦Ａ１／２Ｐｍｍの時には、この白縞４４を黒ペン等で黒色に塗りつぶし、縞状テープ３ａの黒縞４３でのテープ切断部４６を黒縞４３の寸法Ｂ以内で切断する様にする。この様な条件での終端（或は始端）の拡大された黒色の範囲は３Ｐｍｍ乃至３．５Ｐｍｍの範囲に選択される。
【００４７】
又、図（Ｂ）に示す様に縞状テープ３ａを回転軸２の円周に１回転分囲繞させ、貼付開始白縞部４２上に巻き終り端の黒縞４３の重ね合せ位置４５が重なる場合は図５（Ｂ）のＡ′で示す黒縞４３の寸法が１／２Ｐ≦Ａ′＜Ｐｍｍの場合は、その前の白縞４４はそのままにし、縞状テープ３ａでのテープ切断部４６は範囲Ｂ内で切断する様にする。この場合の終端の拡大された黒色の範囲は１．５Ｐ乃至２．０Ｐｍｍの範囲に選択される。
【００４８】
更に、図５（Ｃ）に示す様に縞状テープ３ａを回転軸２の円周に沿って１周した後の重ね合せ位置４５が巻き終りの縞状テープ３ａの白縞４４で終る場合は白縞４４のＣで示す領域を黒ペンで黒く塗りつぶし、縞状テープ３ａの切断部４６はＣの領域内で切断する様にする。この場合の黒塗り部の長さは２．０Ｐｍｍ乃至３．０Ｐｍｍの範囲となる。
【００４９】
上述の様に縞状テープ３ａの回転軸２への貼付状態に対応して継目部の拡大される黒縞の寸法は１．５Ｐ乃至３．５Ｐｍｍ（５０％〜２５０％）と成される。
【００５０】
縞状テープ３ａの１回転分の数を目視によらず、自動的に検出するためには１回転１パルス分のテープ等を貼付ける必要があるが、本例では図６（Ａ）の流れ図に示す様にデーターロガー６内に設けたＣＰＵ２８を介して１回転分のパルス数を自動計測することが出来る。
【００５１】
図６（Ａ）の流れ図で第１ステップＳ1 に於いてＣＰＵ２８は上述の黒く塗られた継目の拡大した黒縞４３即ち、始めのパルス間隔の最大値ＳτMAX （図６（Ｂ）参照）を検出する。
【００５２】
次の第２ステップＳ2 では始めの最大値パルス間隔ＳτMAX を検出したら次のパルスを自動的に計数し、次々と回転軸２の１回転分のパルスを計数する。
【００５３】
次に第３ステップＳ3 では終りの最大値パルス間隔ＥτMAX （図６（Ｂ）参照）を検出すると次の第４ステップＳ4 では次のパルスを１つ計数して１回転分の合計計数４７とする。
【００５４】
この様なパルス計数値を基に次の第５ステップＳ5 では図２で詳記した回転速度及び捩れ角演算が行なわれて、縞状テープ３ａの縞数を自動的にカウントすることが出来る。
【００５５】
次に、本発明による捩り振動データを収録する場合の他の構成を説明する。例えば内燃機関の回転数を徐々に上げながら複数の所定回転数位置でデータ収録を行なう場合に各々の回転数に応じた、テーブルがＣＰＵ２８のＲＡＭ３１或は記憶手段２４内に格納され、各々の回転数に対応する収録データが記憶手段２４に格納される様に成されているが、回転数を徐々に上昇させる操作は人為的に操作されるため、回転数変更が急激に行なわれて、所定の回転数でのデータ収録が出来ない場合が生じていた。この為に、従来の装置では、ＦＦＴアナライザ等でデータの解析が終了した後でなければ、未収録データが判明しなかったので、再度内燃機関までデータロガー６を移動させて、未収録データ分を収録する必要があった、この様な弊害を除くために本例ではデータ収録直後に未収録回転部分を表示する様な機能を備えている。
【００５６】
図７はこの様にデータ収録不能時のＣＰＵ２８による処理の流れ図を示すものである。
【００５７】
図７の流れ図に於いて、第１ステップＳＴ1 ではデータ取り始めの速度Ｓ1 （min ，r.p.m ）乃至取り終り速度Ｓn （Max ，r.p.m ）を記憶手段２４のテーブルに格納されている各回転速度に対応してＣＰＵにデータが入力される。
【００５８】
次の第２ステップＳＴ2 ではデータ収録が開始され、回転軸２の回転数速度が第３ステップＳＴ3 を経て取り始め速度Ｓ1 に達し、速度Ｓ1 でのデータ収録が行なわれる。
【００５９】
次の第４ステップＳＴ4 ではＣＰＵ２８は収録データが有るか否かを判断する。収録データが無い「ＮＯ」の状態であれば、第５ステップＳＴ5 によって未収録部分の速度（又は回転数）を表示手段３４に表示し、第７ステップＳＴ7 で次のステップの速度に進めて、第４ステップＳＴ4 の頭に戻される。
【００６０】
第４ステップＳＴ4 で収録データが有る「ＹＥＳ」であれば第６ステップＳＴ6 に進み、最後のステップか否かを判断する、即ち速度が取り終り速度Ｓn より大きいか否かをみて、「ＹＥＳ」ならエンドに至り「ＮＯ」であれば第７ステップＳＴ7 で次の速度ステップに進められ、第４ステップＳＴ4 の頭に戻されて、次の速度ステップの収録データの有無がみられて、第４乃至第８ステップが繰り返される。
【００６１】
本例の場合はデータ収録直後に表示手段３４に未収録データの回転速度が表示出来るので、データロガー６を内燃機関にセットしたままで未収録データを再収録することが出来る効果を有する。
【００６２】
更に、本発明では、図２で詳記した様にフォトセンサ４ａ或はピックアップ４は縞状テープ３ａ又は歯車３に対し、１個対向させた場合を説明したが、例えば図８（Ａ）に示す様にフォトセンサ４ａ内のフォトカプラー或はフォトインタラプタ等の複数個のセンサ素子４８及び４９を縞状テープの例えば、黒縞位置に所定ピッチＰ1 となる様に配設し、センサ素子４８及び４９の出力を抵抗Ｒ1 及びＲ2 を介して結合して、差動増幅器５０の反転入力端子に供給し、非反転入力端子を接地する様に成す。尚、帰還抵抗Ｒ3 は出力端子５１と差動増幅器５０の反転入力端子間に接続し、抵抗Ｒ3 の値をＲ1 ／２＝Ｒ2 ／２に選択し、センサ素子４８及び４９をピッチＰ1 の位相ずれだけで、同位相で加算する。
【００６３】
上述の様に構成させると、差動増幅器５０の出力電圧−ｅ0 はセンサ素子４８及び４９の出力電圧ＥA 及びＥB とすると−ｅ0 ＝ＥA ＋ＥB ／２となり出力は平均化され、より精確な出力が得られる。勿論、出力端子５１で得られたアナログ波形は図示しない波形整形回路を介してパルス列に整形されて図２に示す入力端子Ｔ1 に供給される。
【００６４】
上述の様に構成した場合、回転軸２の回転数が４６r.p.m で横軸に角度、縦軸に振幅をとったデータ収録時の１個のセンサ素子を用いた場合の比較例（図８Ｃ）と２個のセンサ素子を用いた場合の本例の実施例（図８Ｂ）とを示すこれらを比較すると、比較例ではデータ収録時に生ずるノイズ成分５２及び５３は本例の実施例では完全に除去されている。尚、５４は縞状テープ３ａの継目で生ずる成分を示している。
【００６５】
次に図９の流れ図に基づいてデータロガー６でＳ−ＲＡＭ等の記憶手段２４に収録したデータを例えば、ＦＦＴアナライザ等で固有振動数データ等の解析を行なう場合の縞状テープ３ａの継目位置或はノイズ発生位置での補正方法を詳記する。
【００６６】
図９の流れ図に於いて、第１ステップＳＴＥ1 では回転数毎に所定回転角（例えば、１６回転分の角度５７６０）のクロック毎の採集するサンプルデータを最初からＮ個まで読み込む。
【００６７】
次の第２ステップＳＴＥ2 ではサンプルデータの前後の周期演算が行なわれる。即ちデータパルス（角度）毎のＴn-1 ，Ｔn ，Ｔn+1 ，Ｔn+2 ，‥‥‥の前後の周期Ｔn-1 −Ｔn ，Ｔn −Ｔn+1 ，Ｔn+1 −Ｔn-2 ，‥‥‥の減算処理がＣＰＵ２８で行なわれ、周期データΔＴn-1 ，ΔＴn ，ΔＴn+1 ，‥‥‥を得る。
【００６８】
次の第３ステップＳＴＥ3 ではデータの周期データΔＴn が予め設定された閾値ＸC と比較される。
【００６９】
第３ステップＳＴＥ3 でΔＴn ＞ＸC で有る「ＹＥＳ」であれば第４ステップＳＴＥ4 でΔＴn を前後データ周期の平均値
に置換し、第５ステップＳＴＥ5 に進む。
【００７０】
第４ステップＳＴＥ4 がΔＴ＞ＸC で無い「ＮＯ」であれば第５ステップＳＴＥ5 に進める。第５ステップＳＴＥ5 ではΔＴn を記憶手段２４に格納し直す。
【００７１】
第６ステップＳＴＥ6 では読み込んだサンプルデータが最後のｎであるか否かをみて「ＹＥＳ」ならエンドに至り「ＮＯ」であれば第１ステップＳＴＥ1 に戻されて、次のサンプルデータの読み込みが成される。
【００７２】
尚、上述のデータロガー６の記憶手段２４に記憶されたデータはパルス入力時の時刻データであるので後の時刻データから古い前の時刻データを引けば周期とすることが出来る。
【００７３】
本例では上述の様なソフトウエアによる処理を施すことが出来るために図１０Ａの様に例えば縞状テープ３ａの継目部分５５でデータが急激に変動したデータ変動部分５６を図１０Ｂの補正されたデータ変動部分５７の様に補正することが可能となる。
【００７４】
図１０Ａ及び図１０Ｂは回転軸２の回転数が１１８０r.p.m で横軸に２回転（７２０°）の角度を縦軸に捩り角をとった実測データであり、図１０Ａはデータ修正前のもの図１０Ｂは修正後のものであり、縞状テープ３ａの継目部分５５に於けるジャンプ状態が解消され、ノイズ或は継目で生ずる急激なレベル変動による計測のミスを防止することが可能となり、縞状テープ巻付時の煩雑さが回避出来る。
【００７５】
尚、本例では実際には回転軸に発生するパルス周期が平均パルス周期に対し理論上、発生しない捩り振動振幅値に相当する周期以上の差を生じた時を基準の閾値ＸC としそのパルス周期を前後のパルス周期の平均値に補正する様にしている。
【００７６】
又、本例では、Ｓ−ＲＡＭ等の記憶手段２４に格納した計測データをノートパソコン３５やメインパソコン３６等のＲＡＭにデータ転送する際にデータ補正を行うが図１０Ｃ及び図１０Ｄに示す様に、予め定められた回転数（ここでは５８０r,p.m 及び７００r.p.m ）で１６回転分（０°〜５７６０°）の捩り角を各パルス周期毎にとった場合、データ採り始めの０°位置で５００又は７００r.p.m に達しているが、データ採り終りの５７６０゜の位置では回転むらがある為に始め及び終り部分を一致させることが困難となり、図１０Ｃ及び図１０Ｄの様な速度変動曲線６０及び６１と成る。このままデータ解析を行うと速度むら成分を含むことになるので図１０Ｅに示す様に角度１５００゜のパルスをＴn-1 、次の角度２１６０°のパルスをΔＴn 、２５２０°のパルスをΔＴn+1 ‥‥‥とした時のＴn-1 とＴnjk 周期をΔＴn-1 、次のＴn とＴn+1 との周期をΔＴn 、次のＴn+1 とＴn+2 との間の周期をΔＴ+2‥‥‥とした時、図９の第４ステップＳＴＥ4 で示す様にΔＴn ＞Ｘc の時
の様な前後のデータ周期を平均値に置換しているので図１０Ｃ及び図１０Ｄは図１０Ｅ及び図１０Ｆの速度変動曲線６２及び６３示す様に補正が可能となり、計測始めと計測終り部分を略々５００r.p.m ，７００r.p.m に保つことが出来るので速度変動がある程度あってもデータ収録が可能と成る。
【００７７】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成したので船内や発電室等の狭い場所で、データロガーによるデータ収録を、限られた時間内に容易にかつ確実に収録することが出来、データロガーと解析用のノートパソコンとを分離し、データロガー部を極力小型軽量としたので携帯に便利であり、データ収録が確実に行なわれているかをチェック出来るように、回転数と捩れ角がデータロガーの表示装置に表示できるのでこれを見ることにより、計測中でもデータが正常であるか異常であるかを現場で判別出来るものが得られる。
又、回転数と捩れ角については、メモリフラッシュやメモリカードに格納されているので、データ収録後でも解析用のノートパソコンやメインパソコンにより特性解析することが出来る。
【００７８】
更に、縞状テープの継目で発生するノイズやセンサで発生するノイズ補正を、１回転中での捩れ角の最大変化量を検出し、前後値で平均化し、捩れ角データを補正したので、縞状テープの継目部分でデータが急激にジャンプした場合でも、ジャンプ部分を補正してデータ解析を行なうことが可能と成る。又、速度変動がある程度あってもデータ収録が可能なので、計測時間の短縮を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の捩り振動測定装置の測定方法の説明図である。
【図２】本発明の捩り振動測定装置の系統図である。
【図３】本発明の捩り振動測定装置の波形説明図である。
【図４】本発明のカウント数（値）と角度の関係を示す説明図である。
【図５】本発明の縞状テープマーキング方法説明図である。
【図６】本発明のテープの１回転分計数方法説明図である。
【図７】本発明のデータ未収録時の処理を示す流れ図である。
【図８】本発明の複数センサ使用時の説明図である。
【図９】本発明の縞状テープの継目の補正方法の流れ図である。
【図１０】図９の補正波形説明図である。
【図１１】従来の捩り振動測定装置の系統図である。
【図１２】従来の他の捩り振動測定装置の系統図である。
【符号の説明】
２ 回転軸
３ 歯車
３ａ 縞状テープ
４ ピックアップ
４ａ フォオセンサ
６ 捩り振動測定装置（データロガー）
２４ 記憶手段
２６ 平均値演算部
３２ 捩れ角演算部
３５ データ解析処理装置（ノートパソコン）
３６ パソコン
【発明の属する技術分野】
本発明は捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法に係り、特に船舶や発電用のディーゼルエンジン等の回転軸の回転角変位変動を測定するための捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶等に用いられる大型ディーゼルエンジン等ではピストン内の爆発工程が間欠的に行なわれるために負荷に回転力を伝達する回転軸は捩り振動を生じ、回転軸の長さに応じて所定の固有振動数で共振を生ずる。これらの振動や騒音を生じない様に安全管理上或は基本性能上捩り振動特性を把握することが必要であり、これら計測の為に従来から捩り振動測定装置が用いられている。
【０００３】
図１１は従来から用いられているアナログ型の捩り振動測定装置の系統図を示すものであり（特公平１−２７０６７号公報）、図１１でエンジン等の駆動源１からの駆動回転力は回転軸２を介して負荷５に供給される。
【０００４】
回転軸２の所定位置には所定の歯数３を有する歯車３が固着され、この歯車と対向配置した、例えば電磁型のピックアップ４とで回転検出手段（以下エンコーダと記す）を構成している。
【０００５】
ピックアップ４では回転軸２が所定角度θ度回転する毎に回転パルスが検出されて捩り振動測定装置６の入力端子Ｔ1 に供給される。
【０００６】
捩り振動測定装置６の入力端子Ｔ1 に供給された回転パルスは増幅器７で増幅された後にＰＬＬ（フェーズ・ロック・ループ）回路２を構成する位相検出回路９に供給され、電圧制御発振回路（以下ＶＣＯと記す）１１との位相ずれが検出される。
【０００７】
この検出出力は低域通過濾波器（以下ＬＰＦと記す）１０に供給されて平滑化される。このＬＰＦ１０の濾波出力は回転軸２に捩り振動が生じていない場合の回転数に比例した定常的な周波数に対応した電圧となり、ＶＣＯ１１からはその電圧に応じた周波数の基準パルスが出力されて前記した位相検出回路９及び位相差測定回路１２に供給される。
【０００８】
位相差測定回路１２にはエンコーダから増幅器７を経て被測定回転パルスが与えられている。
【０００９】
位相差測定回路１２は特公昭５７−６０５２号公報に開示されている様に２つの入力の位相差を入力の周期毎にデジタル値で算出する様に成されたものであり、ＶＣＯ１１からの基準パルスとエンコーダからの被測定回転パルスとの位相差が取り出される。即ち基準パルス周波数と被測定回転パルス周波数の位相差は回転軸２の捩り振動によって生じた角変位に対応したものとなり、出力端子Ｔ3 に出力される。この出力端子Ｔ3 を接続コード等を介してペン書の記録レコーダ１３やＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザ１４等に接続して捩れ角対クランク角、捩れ角対回転角等の記録、解析が行なわれていた。
【００１０】
更に、特開平６−３０７９２２号公報には図１２に示した様に、捩り振動測定装置を完全にデジタル化して、測定レンジが回路特性に依存しない様にした構成が開示されている。図１２で、図１１との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略するが回転軸２にはエンコーダとして、回転軸２の円周に沿って縞状テープ３ａを貼着し、この縞状テープ３ａと対向し、回転軸２の長手方向と直交する面に基準角度θだけ隔てて配置された２つのフォトダイオード等のフォトセンサ４ａ及び４ｂを配置する。
【００１１】
これらのセンサ４ａ及び４ｂからの回転パルス出力は捩り振動測定装置６の２つの入力端子Ｔ1 及びＴ2 に供給されて第１及び第２の増幅器７ａ及び７ｂを介してデジタル処理回路１５に供給される。このデジタル処理回路１５内には周期演算部、サンプリング周期計測部、加算平均部、回転角変位変動演算部等を含み、回転軸２の回転角変位変動（Δθ）を、第１の出力端子Ｔ3 に出力し、ＦＦＴアナライザ１４等で各種波形特性解析が行なわれ、更に、デジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ）１６を介して第２の出力端子Ｔ4 に出力したΔθ信号を記録レコーダ１３等に出力して記録が行なわれている。この捩り振動測定装置では２つのフォトセンサ４ａ及び４ｂ内の時間を計測することで縞状テープ３ａの継ぎ目位置での検出を確実にしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来構成で説明したデジタル化された捩り振動測定装置では縞状テープ３ａ上に対向して配置する２つのフォトセンサ４ａ及び４ｂの取付間隔は縞状テープ３ａの縞目のピッチより小さく設定して取り付けなくてはならず、取付けが煩雑で時間を要し廉価に構成出来ない等の問題があった。
【００１３】
又、従来の捩り振動測定装置は据置型でケーシングも大きく、工場等の現場での捩り測定時には大型の捩り振動測定装置と共にデータ記録用の記録レコーダ１３やＦＦＴアナライザ１４を現場に持ち込まねばならず、装置全体が大がかりと成る問題があった。
【００１４】
本発明は叙上の問題点を解消した、捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法を提供しようとするもので、発明が解決しようとする第１の課題は船舶内や発電所等の狭い現場でも持ち込みが可能で、短時間内に確実に捩り振動データを収録出来ると共にその収録状態がモニタ可能な小型軽量な携帯型の捩り振動測定装置及びその測定方法を得ようとするものである。
【００１５】
本発明の第２の発明が解決しようとする課題は回転軸に貼着される縞状テープの継目部分での周期変化（回転角変位変動）部分での変化が大きい時にその周期変化部分を前後の平均値に置き換える様に成して、縞状テープ貼着時の継目部の合せに神経をつかうことなく、且つこの継目部分でジャンプを発生しない様に成した、捩り振動測定装置及びその測定方法を得ようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の捩り振動測定装置はその例が図２に示されている様に被回転体２の１回転中の所定角度毎の周期を検出する検出手段３，４，３ａ，４ａと、検出手段３，４，３ａ，４ａの角度毎の周期時間を記憶する記憶手段２４と、被回転体２の１回転中の所定角度毎の周期の平均値を演算する平均値演算手段２６と、平均値と１回転中の所定角度毎の周期に基づいて被回転体２の捩れ角を演算する捩れ角演算手段２７と、少くとも捩れ角の振幅値が表示可能な表示手段３４とを具備し、記憶手段２４を着脱自在で携帯型と成した捩り振動測定装置において、検出手段として縞状テープを被回転体の円周方向に配設して、１回転中の所定角度毎の周期の前後を減算する減算手段と、減算手段の減算した周期を基準の周期と比較する比較手段と、比較出力が基準の周期より大又は小の周期部分を前後の周期の平均周期に補正する補正手段を具備して成るものである。
【００１７】
本発明の捩り振動測定装置はその例が図１に示されている様に、上述において、被回転体２の１回転中の所定角度毎の周期時間を検出した検出出力が供給され、着脱自在に成された記憶手段２４と、少くとも捩り振動値が表示が可能な表示手段３４とを具備した携帯型の捩り振動測定手段６より、記憶手段２４を抜き出して携帯型のデータ解析処理手段３５に挿着し、このデータ解析処理手段３５を介して解析データをプリントアウト或は送信可能と成したものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の捩り振動測定装置及び捩り振動測定方法を図１乃至図１０によって説明する。
図１は本発明の捩り振動測定装置の測定方法説明図であり、ディーゼルエンジン等の駆動源１で回転軸２に与えられる回転力はシリンダ内でピストンが吸気、圧縮、膨張、排気の工程を繰り返すために、膨張して爆発が起こった時以外には負荷５に対応した回転力に逆らう方向の力が働いて、回転軸２には捩りモーメントが働く。この様な軸表面での剪断歪γ1 を計測するために、白黒の縞状テープ３ａを例えば軸長Ｌの回転軸２の所定の腹位置等に貼着させ、フォトダイオード等のフォトセンサ４ａを介して反射光を検出して、回転パルス列を携帯用の捩り振動測定装置（以下データロガーと記す）６に取り込む。勿論、回転軸２に歯車３等が付加されていれば図１１の様に電磁型のピックアップ４を歯と対向配置させればよい。
【００１９】
データロガー６は小型軽量のケーシングで構成され、回転軸２の所定回転数毎に離散的に回転パルス列をロギングする。データロガー６には少くとも回転軸２の捩り振幅値や回転数が表示可能な例えは、液晶等の表示手段３４及びテンキー等の操作部２９並びにＳ−ＲＡＭカードやメモリフラッシュ等の記憶手段２４を有し、この記憶手段２４はケーシングから着脱自在に構成されている。
【００２０】
データロガー６の収録データは記憶手段２４を介して、携帯用のデータ解析処理装置（以下ノートパソコンと記す）３５に装着し、このノートパソコン３５にプリンタ等を接続すれば現地での解析結果をプリントアウトすることが出来る。従って、従来の様にＲＳ−２３２Ｃ等で接続する必要がないので転送時間がかからず記憶手段２４を交換するだけで大量のデータを収録することが可能と成る。又、記憶手段２４内に格納した記録データのノートパソコン３５による解析は付加応力対回転速度特性、捩り角対回転速度特性、捩り角対回転数（又は周波数）特性、捩り角対クランク角特性等の解析ソフトウエアを有し、これら解析結果をレポート３７としてプリントアウトすることが可能となる。
【００２１】
更に、ノートパソコン３５と工場や設計事務所等に配設されたデータ解析処理装置（以下メインパソコンと記す）３６との間を電話回線、衛星回線等を用いてデータ通信することで工場等の遠隔地でも迅速にデータ解析を行なうことが出来て解析結果のレポート３８を現場とリアルタイムでプリントアウトすることが可能と成る。
【００２２】
図２は上記した本発明のデータロガー６の系統図を示すものでエンコーダとしては歯車３と電磁型のピックアップ４或は縞状テープ３ａとフォトセンサ４ａ等のいずれを用いてもよい、これらの検出手段から取り出された回転パルス列は図３Ｂの様にデータロガー６の入力端子Ｔ1 に供給される。
【００２３】
入力端子Ｔ1 は増幅器７の入力端に接続され、増幅器７の出力は微分回路２０及びモノステーブルマルチバイブレータ（以下ＭＭと記す）２１を経てラッチ回路２２及び分周回路２５の入力端に供給されている。
【００２４】
一方、基準信号を発振するクロック発振器１７では例えば、図３Ａに示すような１６ＭＨｚのクロック信号１７ａを発振する。このクロック信号１７ａは操作部２９に設けた計測始動スイッチ１８を介してカウンタ１９に供給され、始動スイッチ１８の「オン」操作によりカウンタ１９はフリラン状態でカウントを開始する。カウンタ１９のカウント出力はラッチ回路２２に供給される。
【００２５】
ラッチ回路２２ではエンコーダからの回転パルス列毎にカウンタ１９の計数値（時間）をラッチし、書き込み回路２３を介して記憶手段２４にラッチデータを格納する。
【００２６】
ラッチ回路２２のラッチデータ及び分周回路２５の分周データは平均値演算部２６に供給されて１回転分の回転パルス列毎の周期の平均値演算を行なう。即ち１回転に掛かる時間を平均値演算する。
【００２７】
この平均値演算部２６で得た平均値演算データは回転速度演算部２７及び捩れ角演算部３２に供給される。
【００２８】
回転速度演算部２７では１回転に掛かる時間から回転数を演算して、表示手段３４に回転数を表示する。
【００２９】
又、捩れ角演算部３２にはラッチ回路２２からラッチデータが供給されて捩り角演算が行なわれる。
【００３０】
捩り角データは振幅演算部３３に供給され基準角度から計測角度の差を求め、１回転毎の最大、最小値の差分データを出力して表示手段３４に捩り角の振幅値が表示される。
【００３１】
尚、２８は通常のＲＯＭ（リードオンリメモリ）３０及びＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３１を有するマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと記す）であり、テンキー等の操作部２９を有し、上記した書き込み回路２３、記憶手段２４、分周回路２５、平均値演算部２６、回転速度演算部２７、捩り角演算部３２、振幅演算部３３、表示手段３４等の各演算及び記憶手段２４へのデータ書き込み等の各種制御及びデータの出し入れをバス３５を介して行なう様に成されている。
【００３２】
以下、上述の構成に於ける、データロガー６の動作を図３の波形図を用いて説明する。
【００３３】
エンコーダの電磁型のピックアップ４或はフォトセンサ４ａで検出された回転パルス列から成る検出パルス４ｎは図３Ｂの様に増幅器７で増幅され、次に微分回路２０で検出パルス４ｎの立ち上り及び立ち下り部で図３Ｃの様に微分される。次に例えば、立ち下り部の微分パルスでＭＭ２１をトリガーして、図３Ｄに示す検出パルス４ｎに同期した細いパルス列２１ａから成るタイミング信号を得る。
【００３４】
このタイミング信号２１ａはラッチ回路２２に供給される。図３Ａに示すクロック信号１７ａは始動スイッチ１８の投入と同時にカウンタ１９をセットして計数動作を始める。ラッチ回路２２はカウンタ１９のカウント値をタイミング信号毎にラッチし、書き込み回路２３を介してＳ−ＲＡＭ等の記憶手段２４に格納する。従って、図３Ｅに示す様にタイミング信号の周期τ1 ，τ2 ‥‥‥τn 毎にカウント値が記憶される。
【００３５】
ＭＭ２１のタイミング信号２１Ａは分周回路２５で１／Ｎ（ここでＮは歯車の歯数、或は縞状テープの縞目数）に分周される。この分周出力とラッチ出力は平均値演算部２６に供給される。この平均値演算部２６では図３Ｆに示す様に１／Ｎ分周した回転軸２の１回転分内の１パルス間隔の周期τ1 ，τ2 ，τ3 ‥‥‥のカウント値１〜ｎを図３Ｇに示す様に、周期毎のクロックのカウント値ｎτ1 ，ｎτ2 ，ｎτ3 ‥‥‥ｎτn を合計し、１回転分のセンサの歯数或は縞目数で除して平均値ＡをＣＰＵ２８で演算する。即ち（１）式の様に
【００３６】
この平均値演算部２６の演算結果は回転速度演算部２７に供給されＣＰＵ２８は１回転分に掛かる時間から回転速度（r.p.m ）を１／周期×６０によって求める。
【００３７】
次に捩れ角演算部３２では平均値演算部２６で求めた平均値Ａとラッチ回路２２から供給される実際の周期τ1 ，τ2 ‥‥‥のパルス列、即ち、カウント値ｎτ1 ，ｎτ2 ‥‥‥から捩れ角度を演算する。捩れ角度θは後述するも所定角度に対応する理想カウント値から平均値Ａを差し引いたθ＝理想カウント値−平均値Ａによって求める。
【００３８】
振幅演算部３３では回転軸２を例えばＮ等分した時の理想角度１／Ｎ度と捩り角演算部３２からの実際の捩れ角θから捩れ角変位変化分Δθを求め１回転毎の最大値と最小値の差出力を振幅値として出力し、データロガー６の表示手段３４に回転数（r.p.m ）と捩り角変位の振幅値を表示する。
【００３９】
カウンタ１９のカウント値と捩れ角との関係は回転数が変化せず、平均回転数が一定であるとき、回転速度はカウント数に比例し、角度はカウント値で表すことが出来る。今、回転軸２に６パルスのセンサを付加し、１回転３６０度の捩れ角を求めると図４Ａ及び図４Ｂに示す如く、回転軸２の３６０度に相当するカウント値ＩX ＝（Ｇ）−（Ａ）であり、（Ａ）〜（Ｇ）のカウント値は図４Ｂの様にカウント数０〜６に対応し、夫々０°，６０°，１２０°，１８０゜、２４０°、３００°、３６０゜の角度を示す。各速度の理想カウント値は上述ＩX を比例配分して下記の様に求める。即ち、
（Ａ）＝ＩX ×０／３６０
（Ｂ）＝ＩX ×６０／３６０
（Ｃ）＝ＩX ×１２０／３６０
（Ｄ）＝ＩX ×１８０／３６０
（Ｅ）＝ＩX ×２４０／３６０
（Ｆ）＝ＩX ×３００／３６０
（Ｇ）＝ＩX ×３６０／３６０
従って、捩れ角θは
θ＝理想カウント値−実際のカウント値
として求められる。
【００４０】
本発明のデータロガー６及びその測定方法によればデータロガー６に捩り角変位の振幅値及び回転数を表示可能と成したので、計測中でもデータが正常か否かが判断出来るので、従来の様にＦＦＴアナライザで波形解析を行なった後に未収録部のデータが見つかり、再度、現場に行って再収録する様な弊害をなくすことが可能となった。
【００４１】
更にデータロガー６には着脱自在のＳ−ＲＡＭの様な記憶手段２４を設けて回転数及び捩り計測データを記録する様に小型軽量化し、且つ周波数特性等の解析をデータロガー６とは分離した携帯用のノートパソコン３５で行なう様に成したので船舶内等の狭い場所でのデータ収集も限られた時間内に確実に行なうことが出来、更にリアルタイムで工場内の設計部門等にデータ伝送が可能となり、記憶手段に格納されたデータに基づいて、後のデータチェックが行なえる等の多くの特徴を有する。
【００４２】
次に、縞状テープ３ａを被測定体の回転軸２に囲繞させる場合の本発明の処理方法について、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び図６（Ａ），（Ｂ）について詳記する。
【００４３】
従来は縞状テープ３ａを回転軸２に囲繞する様に貼着するに際して、継目部は計測の精度を向上する為に、縞状テープの白部又は黒部が、例えば図５（Ａ）の様に白縞及び黒縞の縞状ピッチＰがＰｍｍの場合、１／２Ｐｍｍ以下にならない様に即ち、継目部は白縞及び黒縞の縞状ピッチＰの値の半分以下にならない様に貼合させなければならなかった。この様な制約は現場の回転軸２の直径が異なるために縞状テープ３ａの回転軸２への貼付作業が煩雑となり、その調整に長時間を要する問題があった。更に、捩り角測定を行なう為には被測定体の回転軸毎に貼着した縞状テープ３ａの１回転分の縞数を予め目視計測した後に、この目視計測値をデータロガー６に入力して、１回転分の回転数を自動カウントした後に回転速度算出や捩り角算出を行なわなければならない問題があった。
【００４４】
本例では上述の様な貼付時の現場での煩雑さを回避するために、被測定体の回転軸２の直径に無関係に縞状テープ３ａの継目部を貼着出来る様に成したものであり、継目部の前後を同じ黒色で塗りつぶす様に構成し、継目部の間隔を拡大し、この拡大した間隔部を自動的に読み取って、目視計測等を行なうことなく、自動的に捩り角や回転数算出を可能と成したものである。以下本例の具体的構成を図５及び図６により説明する。
【００４５】
本例に於いては、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す様に、縞状テープ３ａの白縞及び黒縞のピッチをＰｍｍとした時に白縞部分を黒ペン等で黒色に塗りつぶして、黒縞のピッチＰを１．５Ｐｍｍ〜３．５Ｐｍｍ長くして、ピッチ間隔を他の黒縞の間隔と異ならせ、継目部の黒縞を認識出来る様にする。
【００４６】
即ち、縞状テープ３ａを回転軸２に貼着する場合、図５（Ａ）に示す様に巻き始め端４０の白縞部のピッチＰｍｍを２／３Ｐｍｍ残して他の白縞部を切り捨て部４１とし、貼付開始白縞部４３を残し、回転軸２の円周に沿って１回転囲繞させ、貼付開始白縞部４２上に巻き終り端の黒縞４３で重ね合せ位置４５が重なる場合には図５（Ａ）のＡで示す白縞４４の寸法が０≦Ａ１／２Ｐｍｍの時には、この白縞４４を黒ペン等で黒色に塗りつぶし、縞状テープ３ａの黒縞４３でのテープ切断部４６を黒縞４３の寸法Ｂ以内で切断する様にする。この様な条件での終端（或は始端）の拡大された黒色の範囲は３Ｐｍｍ乃至３．５Ｐｍｍの範囲に選択される。
【００４７】
又、図（Ｂ）に示す様に縞状テープ３ａを回転軸２の円周に１回転分囲繞させ、貼付開始白縞部４２上に巻き終り端の黒縞４３の重ね合せ位置４５が重なる場合は図５（Ｂ）のＡ′で示す黒縞４３の寸法が１／２Ｐ≦Ａ′＜Ｐｍｍの場合は、その前の白縞４４はそのままにし、縞状テープ３ａでのテープ切断部４６は範囲Ｂ内で切断する様にする。この場合の終端の拡大された黒色の範囲は１．５Ｐ乃至２．０Ｐｍｍの範囲に選択される。
【００４８】
更に、図５（Ｃ）に示す様に縞状テープ３ａを回転軸２の円周に沿って１周した後の重ね合せ位置４５が巻き終りの縞状テープ３ａの白縞４４で終る場合は白縞４４のＣで示す領域を黒ペンで黒く塗りつぶし、縞状テープ３ａの切断部４６はＣの領域内で切断する様にする。この場合の黒塗り部の長さは２．０Ｐｍｍ乃至３．０Ｐｍｍの範囲となる。
【００４９】
上述の様に縞状テープ３ａの回転軸２への貼付状態に対応して継目部の拡大される黒縞の寸法は１．５Ｐ乃至３．５Ｐｍｍ（５０％〜２５０％）と成される。
【００５０】
縞状テープ３ａの１回転分の数を目視によらず、自動的に検出するためには１回転１パルス分のテープ等を貼付ける必要があるが、本例では図６（Ａ）の流れ図に示す様にデーターロガー６内に設けたＣＰＵ２８を介して１回転分のパルス数を自動計測することが出来る。
【００５１】
図６（Ａ）の流れ図で第１ステップＳ1 に於いてＣＰＵ２８は上述の黒く塗られた継目の拡大した黒縞４３即ち、始めのパルス間隔の最大値ＳτMAX （図６（Ｂ）参照）を検出する。
【００５２】
次の第２ステップＳ2 では始めの最大値パルス間隔ＳτMAX を検出したら次のパルスを自動的に計数し、次々と回転軸２の１回転分のパルスを計数する。
【００５３】
次に第３ステップＳ3 では終りの最大値パルス間隔ＥτMAX （図６（Ｂ）参照）を検出すると次の第４ステップＳ4 では次のパルスを１つ計数して１回転分の合計計数４７とする。
【００５４】
この様なパルス計数値を基に次の第５ステップＳ5 では図２で詳記した回転速度及び捩れ角演算が行なわれて、縞状テープ３ａの縞数を自動的にカウントすることが出来る。
【００５５】
次に、本発明による捩り振動データを収録する場合の他の構成を説明する。例えば内燃機関の回転数を徐々に上げながら複数の所定回転数位置でデータ収録を行なう場合に各々の回転数に応じた、テーブルがＣＰＵ２８のＲＡＭ３１或は記憶手段２４内に格納され、各々の回転数に対応する収録データが記憶手段２４に格納される様に成されているが、回転数を徐々に上昇させる操作は人為的に操作されるため、回転数変更が急激に行なわれて、所定の回転数でのデータ収録が出来ない場合が生じていた。この為に、従来の装置では、ＦＦＴアナライザ等でデータの解析が終了した後でなければ、未収録データが判明しなかったので、再度内燃機関までデータロガー６を移動させて、未収録データ分を収録する必要があった、この様な弊害を除くために本例ではデータ収録直後に未収録回転部分を表示する様な機能を備えている。
【００５６】
図７はこの様にデータ収録不能時のＣＰＵ２８による処理の流れ図を示すものである。
【００５７】
図７の流れ図に於いて、第１ステップＳＴ1 ではデータ取り始めの速度Ｓ1 （min ，r.p.m ）乃至取り終り速度Ｓn （Max ，r.p.m ）を記憶手段２４のテーブルに格納されている各回転速度に対応してＣＰＵにデータが入力される。
【００５８】
次の第２ステップＳＴ2 ではデータ収録が開始され、回転軸２の回転数速度が第３ステップＳＴ3 を経て取り始め速度Ｓ1 に達し、速度Ｓ1 でのデータ収録が行なわれる。
【００５９】
次の第４ステップＳＴ4 ではＣＰＵ２８は収録データが有るか否かを判断する。収録データが無い「ＮＯ」の状態であれば、第５ステップＳＴ5 によって未収録部分の速度（又は回転数）を表示手段３４に表示し、第７ステップＳＴ7 で次のステップの速度に進めて、第４ステップＳＴ4 の頭に戻される。
【００６０】
第４ステップＳＴ4 で収録データが有る「ＹＥＳ」であれば第６ステップＳＴ6 に進み、最後のステップか否かを判断する、即ち速度が取り終り速度Ｓn より大きいか否かをみて、「ＹＥＳ」ならエンドに至り「ＮＯ」であれば第７ステップＳＴ7 で次の速度ステップに進められ、第４ステップＳＴ4 の頭に戻されて、次の速度ステップの収録データの有無がみられて、第４乃至第８ステップが繰り返される。
【００６１】
本例の場合はデータ収録直後に表示手段３４に未収録データの回転速度が表示出来るので、データロガー６を内燃機関にセットしたままで未収録データを再収録することが出来る効果を有する。
【００６２】
更に、本発明では、図２で詳記した様にフォトセンサ４ａ或はピックアップ４は縞状テープ３ａ又は歯車３に対し、１個対向させた場合を説明したが、例えば図８（Ａ）に示す様にフォトセンサ４ａ内のフォトカプラー或はフォトインタラプタ等の複数個のセンサ素子４８及び４９を縞状テープの例えば、黒縞位置に所定ピッチＰ1 となる様に配設し、センサ素子４８及び４９の出力を抵抗Ｒ1 及びＲ2 を介して結合して、差動増幅器５０の反転入力端子に供給し、非反転入力端子を接地する様に成す。尚、帰還抵抗Ｒ3 は出力端子５１と差動増幅器５０の反転入力端子間に接続し、抵抗Ｒ3 の値をＲ1 ／２＝Ｒ2 ／２に選択し、センサ素子４８及び４９をピッチＰ1 の位相ずれだけで、同位相で加算する。
【００６３】
上述の様に構成させると、差動増幅器５０の出力電圧−ｅ0 はセンサ素子４８及び４９の出力電圧ＥA 及びＥB とすると−ｅ0 ＝ＥA ＋ＥB ／２となり出力は平均化され、より精確な出力が得られる。勿論、出力端子５１で得られたアナログ波形は図示しない波形整形回路を介してパルス列に整形されて図２に示す入力端子Ｔ1 に供給される。
【００６４】
上述の様に構成した場合、回転軸２の回転数が４６r.p.m で横軸に角度、縦軸に振幅をとったデータ収録時の１個のセンサ素子を用いた場合の比較例（図８Ｃ）と２個のセンサ素子を用いた場合の本例の実施例（図８Ｂ）とを示すこれらを比較すると、比較例ではデータ収録時に生ずるノイズ成分５２及び５３は本例の実施例では完全に除去されている。尚、５４は縞状テープ３ａの継目で生ずる成分を示している。
【００６５】
次に図９の流れ図に基づいてデータロガー６でＳ−ＲＡＭ等の記憶手段２４に収録したデータを例えば、ＦＦＴアナライザ等で固有振動数データ等の解析を行なう場合の縞状テープ３ａの継目位置或はノイズ発生位置での補正方法を詳記する。
【００６６】
図９の流れ図に於いて、第１ステップＳＴＥ1 では回転数毎に所定回転角（例えば、１６回転分の角度５７６０）のクロック毎の採集するサンプルデータを最初からＮ個まで読み込む。
【００６７】
次の第２ステップＳＴＥ2 ではサンプルデータの前後の周期演算が行なわれる。即ちデータパルス（角度）毎のＴn-1 ，Ｔn ，Ｔn+1 ，Ｔn+2 ，‥‥‥の前後の周期Ｔn-1 −Ｔn ，Ｔn −Ｔn+1 ，Ｔn+1 −Ｔn-2 ，‥‥‥の減算処理がＣＰＵ２８で行なわれ、周期データΔＴn-1 ，ΔＴn ，ΔＴn+1 ，‥‥‥を得る。
【００６８】
次の第３ステップＳＴＥ3 ではデータの周期データΔＴn が予め設定された閾値ＸC と比較される。
【００６９】
第３ステップＳＴＥ3 でΔＴn ＞ＸC で有る「ＹＥＳ」であれば第４ステップＳＴＥ4 でΔＴn を前後データ周期の平均値
【００７０】
第４ステップＳＴＥ4 がΔＴ＞ＸC で無い「ＮＯ」であれば第５ステップＳＴＥ5 に進める。第５ステップＳＴＥ5 ではΔＴn を記憶手段２４に格納し直す。
【００７１】
第６ステップＳＴＥ6 では読み込んだサンプルデータが最後のｎであるか否かをみて「ＹＥＳ」ならエンドに至り「ＮＯ」であれば第１ステップＳＴＥ1 に戻されて、次のサンプルデータの読み込みが成される。
【００７２】
尚、上述のデータロガー６の記憶手段２４に記憶されたデータはパルス入力時の時刻データであるので後の時刻データから古い前の時刻データを引けば周期とすることが出来る。
【００７３】
本例では上述の様なソフトウエアによる処理を施すことが出来るために図１０Ａの様に例えば縞状テープ３ａの継目部分５５でデータが急激に変動したデータ変動部分５６を図１０Ｂの補正されたデータ変動部分５７の様に補正することが可能となる。
【００７４】
図１０Ａ及び図１０Ｂは回転軸２の回転数が１１８０r.p.m で横軸に２回転（７２０°）の角度を縦軸に捩り角をとった実測データであり、図１０Ａはデータ修正前のもの図１０Ｂは修正後のものであり、縞状テープ３ａの継目部分５５に於けるジャンプ状態が解消され、ノイズ或は継目で生ずる急激なレベル変動による計測のミスを防止することが可能となり、縞状テープ巻付時の煩雑さが回避出来る。
【００７５】
尚、本例では実際には回転軸に発生するパルス周期が平均パルス周期に対し理論上、発生しない捩り振動振幅値に相当する周期以上の差を生じた時を基準の閾値ＸC としそのパルス周期を前後のパルス周期の平均値に補正する様にしている。
【００７６】
又、本例では、Ｓ−ＲＡＭ等の記憶手段２４に格納した計測データをノートパソコン３５やメインパソコン３６等のＲＡＭにデータ転送する際にデータ補正を行うが図１０Ｃ及び図１０Ｄに示す様に、予め定められた回転数（ここでは５８０r,p.m 及び７００r.p.m ）で１６回転分（０°〜５７６０°）の捩り角を各パルス周期毎にとった場合、データ採り始めの０°位置で５００又は７００r.p.m に達しているが、データ採り終りの５７６０゜の位置では回転むらがある為に始め及び終り部分を一致させることが困難となり、図１０Ｃ及び図１０Ｄの様な速度変動曲線６０及び６１と成る。このままデータ解析を行うと速度むら成分を含むことになるので図１０Ｅに示す様に角度１５００゜のパルスをＴn-1 、次の角度２１６０°のパルスをΔＴn 、２５２０°のパルスをΔＴn+1 ‥‥‥とした時のＴn-1 とＴnjk 周期をΔＴn-1 、次のＴn とＴn+1 との周期をΔＴn 、次のＴn+1 とＴn+2 との間の周期をΔＴ+2‥‥‥とした時、図９の第４ステップＳＴＥ4 で示す様にΔＴn ＞Ｘc の時
【００７７】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成したので船内や発電室等の狭い場所で、データロガーによるデータ収録を、限られた時間内に容易にかつ確実に収録することが出来、データロガーと解析用のノートパソコンとを分離し、データロガー部を極力小型軽量としたので携帯に便利であり、データ収録が確実に行なわれているかをチェック出来るように、回転数と捩れ角がデータロガーの表示装置に表示できるのでこれを見ることにより、計測中でもデータが正常であるか異常であるかを現場で判別出来るものが得られる。
又、回転数と捩れ角については、メモリフラッシュやメモリカードに格納されているので、データ収録後でも解析用のノートパソコンやメインパソコンにより特性解析することが出来る。
【００７８】
更に、縞状テープの継目で発生するノイズやセンサで発生するノイズ補正を、１回転中での捩れ角の最大変化量を検出し、前後値で平均化し、捩れ角データを補正したので、縞状テープの継目部分でデータが急激にジャンプした場合でも、ジャンプ部分を補正してデータ解析を行なうことが可能と成る。又、速度変動がある程度あってもデータ収録が可能なので、計測時間の短縮を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の捩り振動測定装置の測定方法の説明図である。
【図２】本発明の捩り振動測定装置の系統図である。
【図３】本発明の捩り振動測定装置の波形説明図である。
【図４】本発明のカウント数（値）と角度の関係を示す説明図である。
【図５】本発明の縞状テープマーキング方法説明図である。
【図６】本発明のテープの１回転分計数方法説明図である。
【図７】本発明のデータ未収録時の処理を示す流れ図である。
【図８】本発明の複数センサ使用時の説明図である。
【図９】本発明の縞状テープの継目の補正方法の流れ図である。
【図１０】図９の補正波形説明図である。
【図１１】従来の捩り振動測定装置の系統図である。
【図１２】従来の他の捩り振動測定装置の系統図である。
【符号の説明】
２ 回転軸
３ 歯車
３ａ 縞状テープ
４ ピックアップ
４ａ フォオセンサ
６ 捩り振動測定装置（データロガー）
２４ 記憶手段
２６ 平均値演算部
３２ 捩れ角演算部
３５ データ解析処理装置（ノートパソコン）
３６ パソコン
Claims (3)
- 被回転体の１回転中の所定角度毎の周期を検出する検出手段と、
上記検出手段の角度毎の周期時間を記憶する記憶手段と、
上記被回転体の１回転中の所定角度毎の周期の平均値を演算する平均値演算手段と、
上記平均値と１回転中の所定角度毎の周期に基づいて上記被回転体の捩れ角を演算する捩れ角演算手段と、
少くとも上記捩れ角の振幅値が表示可能な表示手段とを具備し、
上記記憶手段を着脱自在で携帯型と成した捩り振動測定装置において、
前記検出手段として縞状テープを前記被回転体の円周方向に配設して、
１回転中の所定角度毎の周期の前後を減算する減算手段と、
上記減算手段の減算した周期を基準の周期と比較する比較手段と、
上記比較出力が基準の周期より大又は小の周期部分を前後の周期の平均周期に補正する補正手段を具備して成ることを特徴とする捩り振動測定装置。 - 前記縞状テープ接合位置にマーキングを施して成ることを特徴とする請求項１記載の捩り振動測定装置。
- 被回転体の１回転中の所定角度毎の周期を検出した検出出力が供給され、着脱自在に成された記憶手段と、
少くとも捩り振動値が表示可能な表示手段とを具備した携帯型の捩り振動測定手段より、
該記憶手段を抜き出して携帯型のデータ解析処理手段に挿着し、
該データ解析処理手段を介して解析データをプリントアウト或は送信可能と成したことを特徴とする請求項１または２記載の捩り振動測定装置。
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