JP2000221077A - 振動計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、移動する被測定体上の定点の振動を
計測する振動計測装置に関し、移動する被測定体の振動
を確実に計測する。 【解決手段】レーザドプラ振動計１０から出力されたレ
ーザ光の照射点Ｐを４分割センサ１４を用いてモニタ
し、その照射位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動する被測定体
上の定点の振動を計測する振動計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば工業製品等の振動の計
測用として加速度センサが多用されている。この加速度
センサは通常は簡便に使用することができ、かつ十分な
精度を持っている。ところが、例えば生産ラインの最終
段階に製品の振動検査工程を置こうとしたとき、加速度
センサを採用した場合、次々と完成してくる製品にその
製品の流れに合わせて加速度センサを取り付けて測定し
ては取り外す必要があり、しかも、製品が運ばれている
途中、すなわち製品が動いている間にその測定を行なう
必要があり、通常の場合、大きな困難を伴う。

【０００３】これに対し、振動を非接触で測定する装置
として、従来よりレーザドプラ振動計が知られている。
このレーザドプラ振動計を使えば次々と流れてくる製品
に順次にレーザ光を照射することは容易に可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レーザドプ
ラ振動計の場合、測定用のレーザ光を製品に当てれば振
動測定が可能という訳ではなく、製品に当てたレーザ光
の微妙な反射方向等によって測定が不能となってしまう
という問題があり、したがってある製品のある領域内で
振動計測可能点をさがし、一旦振動計測可能点をみつけ
たら振動計測を行なっている間は、製品の動きに合わせ
て振動計測可能な状態を維持する必要がある。

【０００５】これを実現するにあたり、測定用レーザ光
の照射点をＣＣＤカメラ等でモニタし、計測可能点を一
旦見つけたらレーザ光が常にその同一点に照射されるよ
うにフィードバックすることが考えられる。ところが、
製品が動いている場合ＣＣＤカメラが製品を睨む角度は
時間経過に応じて変化し、かならずしも同一点へのレー
ザ光の照射を維持することはできず、さらに、製品が動
いていることからレーザドプラ振動計と製品との相対的
な位置関係も時間経過に応じて変化するため、必ずしも
同一点にレーザ光を照射し続けるのがよいとも限らな
い。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑み、移動する被測
定体の振動を確実に計測することができる振動計測装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の振動計測装置は、移動する被測定体上の定点の振動
を計測する振動計測装置において、レーザドプラ振動計
と、レーザドプラ振動計から出射したレーザ光を反射す
る、所定の制御信号に応じて所定のｘ方向の反射角度が
調整される第１の可動ミラーと、レーザドプラ振動計か
ら出射し第１の可動ミラーで反射したレーザ光をさらに
反射する、所定の制御信号に応じて、上記ｘ方向とは異
なる所定のｙ方向が反射角度の調整される第２の可動ミ
ラーと、第２の可動ミラーで反射し、被測定体で反射
し、さらに第２の可動ミラーおよび第１の可動ミラーで
反射してレーザドプラ振動計に向かって戻ってきた戻り
光の一部を、レーザドプラ振動計に戻る光路とは異なる
光路に分岐させるハーフミラーと、そのハーフミラーで
分岐した戻り光を受光してその戻り光のｘ方向、ｙ方向
への移動に応じて変化する受光信号を生成する受光セン
サと、受光センサで生成された受光信号に基づいて、第
１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーによる、レーザ
光の、それぞれｘ方向およびｙ方向の反射角度を制御す
るための各制御信号を生成する制御回路部とを備えたこ
とを特徴とする。

【０００８】ここで、上記受光素子としては、４分割セ
ンサが好適に用いられる。

【０００９】本発明の振動計測装置は、上記の受光セン
サを用いて被測定体への照射レーザ光の照射位置を制御
するようにしたため、振動計測を確実に行なうことがで
きる。

【００１０】照射光の位置を制御するにあたり、ハーフ
ミラーで光の一部を分岐してその光を受光しそれにより
得られた受光信号を用いてその照射位置のサーボを行な
うことは様々な技術分野で行なわれていることである。
その場合、光の照射位置が目的とする位置からずれたと
きに受光信号が変化するよう、照射対象に何らかの特別
な工夫（例えばマークを付けるなど）を施しておくのが
通常である。これに対し、ここでは被測定体にはマーク
を付するなどの特別の工夫は行なっていない。したがっ
て通常は、例えば４分割センサで照射位置をモニタする
ことはできないと考えがちである。ところが、ここで
は、以下に説明するように、サーボが可能であることを
見い出し、本発明に至ったのである。

【００１１】図１は、移動中の被測定体で反射した戻り
光の信号レベルの模式図である。

【００１２】この図１は、照射点のサーボを行なわなか
った場合の戻り光の信号レベルの時間変化、すなわち移
動中の被測定体上の、移動方向に沿う一次元的な照射点
の変化に対する戻り光の信号レベルの変化を示してい
る。ここに示したある信号レベル以上であれば振動計測
が可能、それ以下であれば振動計測不能である。

【００１３】ここでは、移動中の被測定体にレーザ光を
照射し、被測定体が多少移動する間に振動測定可能な計
測点Ｐを見つけたとする。被測定体が移動するとこの計
測点Ｐも移動する。被測定体上の計測点Ｐには特別のマ
ーク等を付している訳ではないが、本発明によればこの
計測点Ｐを含むローカルなピーク位置をサーボすること
ができ、したがって振動計測中は、その計測可能な点に
レーザ光を照射し続けることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１５】図２は、モータ１００がコンテナ１１０に
載せられて順次に運ばれてくる様子を示した模式図であ
る。ここでは、これら順次運ばれてくるモータ１００そ
れぞれを振動計測の対象としている。ここでは、モータ
１００のケースのＰ点の振動を計測しようとしている。
そこで、後述するレーザドプラ振動計からのレーザ光を
移動中のモータ１００に照射し最初の計測可能なローカ
ルのピーク位置Ｐを見つける。その後はそのピーク値を
維持するように照射位置のサーボを行なう。

【００１６】図３は、本発明の振動計測装置の一実施形
態の構成図である。

【００１７】レーザドプラ振動計１０から出射したレー
ザ光はハーフミラー１１をそのまま透過し、ガルバノメ
ータミラー１２で反射し、さらにもう１つのガルバノメ
ータミラー１３で反射して測定対象（ここでは図１に示
すモータ１００）の測定点Ｐを照射する。ここで、ガル
バノメータミラー１２では、制御信号に応じてｘ方向の
反射角度が調整され、もう１つのガルバノメータミラー
１３では、制御信号に応じてｙ方向の反射角度が調整さ
れる。したがって測定対象のモータ１００上ではそのケ
ースの表面上でレーザ光の二次元的な照射位置制御が行
なわれる。

【００１８】ガルバノメータミラー１３で反射し、測定
点Ｐで反射し、さらにもう一度ガルバノメータミラー１
３およびガルバノメータミラー１２で反射してレーザド
プラ振動計１０に向かって戻ってきた戻り光は、そのほ
とんどはハーフミラー１１を透過してレーザドプラ振動
計１０に戻るが、ハーフミラー１１での反射成分は４分
割センサ１４に達し４分割センサ１４を構成する４つの
受光素子それぞれで受光される。４分割センサ１４を構
成する４つの受光素子で得られた受光信号は、制御回路
部１５を構成するｘ方向誤差アンプ１５１とｙ方向誤差
アンプ１５２の双方に入力される。尚、ここでは、４分
割センサ１４と制御回路部１５とを結ぶ信号線は図示の
繁雑を避けるため１本のみ示されているが、４分割セン
サ１４を構成する４つの受光素子それぞれの受光信号全
てが制御回路部１５に伝達される。制御回路部１５のｘ
方向誤差アンプ１５１およびｙ方向誤差アンプ１５２で
は、それぞれローカルのピーク位置Ｐ（図１参照）のｘ
方向，ｙ方向のずれ量が検出される。４分割センサ１４
を用いｘ方向，ｙ方向の各ずれ量を検出するアルゴリズ
ムは広く知られており、ここでは説明は割愛する。

【００１９】ｘ方向誤差アンプ１５１およびｙ方向誤差
アンプ１５２から出力された各誤差信号は、それぞれ各
サーボアンプ１５３，１５４に入力され、各サーボアン
プ１５３，１５４からは、それぞれ各ガルバノメータミ
ラー１２，１３のミラー角度調整用の各制御信号が出力
され、それら各制御信号は各ガルバノメータミラー１
２，１３に伝達される。各ガルバノメータミラー１２，
１３では、伝達されてきた各制御信号に応じて各ミラー
の反射角度が調整され、その結果測定点Ｐがローカルの
ピーク位置に調整される。

【００２０】図４は、レーザドプラ振動計の一例を示す
ブロック図である。レーザドプラ振動計自体については
既に公知の技術であるため、ここでは簡単な説明にとど
める。

【００２１】レーザ光源２１から射出されたレーザ光２
２は、ビームスプリッタ２３により透過光と反射光とに
２分割される。このビームスプリッタ２３の透過光２２
ａは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２４に達する。こ
のＰＢＳ２４はもともと偏光しているレーザ光２２（透
過光２２ａ）を透過するように配置されており、透過光
２２ａはこのＰＢＳ２４を透過し、レンズ２５、λ／４
板２６、対物レンズ２７を通り、被測定体（図２に示す
モータ１００）の照射点Ｐを照射する。ここで照射点Ｐ
は、この照射光の光路に対し角度θだけ傾いたＡ−Ｂ方
向に繰り返し振動しているものとする。

【００２２】この照射光の光路に対し角度θだけ傾いた
Ａ−Ｂ方向に繰り返し振動しているものとする。

【００２３】上記照射光は照射点Ｐで反射され、この反
射光（この反射光を「物体光」と称する。）は再び対物
レンズ２７、λ／４板２６を通る。ここで照射点Ｐを照
射する光はλ／４板２６を一度通過することにより円偏
光に変換された光であり、この照射点Ｐで反射しλ／４
板２６を再度通過した光はλ／４板２６を二度通過した
ことになるため、この物体光はＰＳＢ２４から出射した
ときの光とはその偏光方向が９０度重なった直線偏光光
となる。このλ／４板２６を通った物体光は、レンズ２
５によりコリメートされ、ＰＢＳ２４に入射する。この
物体光は前述したように偏光方向が９０度回転している
ためこのＰＢＳ２４で反射し、この物体光のうちビーム
スプリッタ２８を透過した成分が信号処理部５０内の光
検出器５１に入射する。

【００２４】一方、ビームスプリッタ２３で反射した光
は、物体光側の光路長とほぼ同一の光路長にして上記物
体光との干渉性を保持するため、以下の光路を経由して
光検出器５１に入射される。即ち、このビームスプリッ
タ２３で反射した光（以下この光を「参照光」と称す
る。）は、ＰＢＳ２９を透過し、レンズ３０を透過し、
λ／４板３１を通過することにより円偏光に変換され、
参照光用レンズ３２を通り、参照ミラー３３に照射され
る。この参照ミラー３３で反射した参照光は再び参照光
用レンズ３２を通り、λ／４板３１を通過する。このと
き参照光は、上記照射光（物体光）の場合と同様に、そ
の偏光方向が９０度回転している。このλ／４板３１を
通った参照光は、さらにレンズ３０によりコリメートさ
れてＰＢＳ２９に入射する。このＰＢＳ２９に入射した
参照光は前述したように偏光方向が９０度回転している
ためこのＰＢＳ２９により反射され、信号処理部５０内
のドライバー５２により駆動される音響光学的光変調器
３４を通過することにより周波数がシフトされ、ビーム
スプリッタ２８により反射された成分が前述した物体光
とともに光検出器５１に入射する。上記のようにして光
検出器５１に入射した物体光と参照光はこの光検出器５
１上で干渉し、この干渉した光がこの光検出器５１で検
出されることにより周波数ｆｂのビート信号が得られ、
プリアンプ５３で増幅された後、図示しない信号処理回
路に入力され、被測定体上の照射点Ｐの振動周波数や振
幅が求められる。

【００２５】以上のように構成されたレーザドップラ振
動計において、レーザ光源から射出したレーザ光２２の
波長，周波数をそれぞれλ，ｆｏとし、被測定体の照射
点Ｐの振動速度をＶ（時刻ｔの関数）としたとき、被測
定体２３から反射した物体光の、レーザ光２２からの周
波数シフト量ｆｄは、 ｆｄ＝（２・Ｖ／λ）・ｃｏｓθ ……（１） と表わされ、従って物体光の周波数ｆｓは、 ｆｓ＝ｆｏ＋ｆｄ＝ｆｏ＋（２・Ｖ／λ）・ｃｏｓθ ……（２） となる。

【００２６】また参照光は、前述したように音響光学的
光変調器３４で周波数シフトを受けるため、この音響光
学的光変調器３４の変調周波数をｆｍとすると、この音
響光学的光変調器３４を通過した後の参照光の周波数ｆ
ｒは、 ｆｒ＝ｆｏ＋ｆｍ ……（３） となる。

【００２７】光検出器５１では上記物体光と参照光とが
干渉するため、上記（２）式と（３）式との和の周波数
と差の周波数とが現われるが、光検出器５１ではこの差
の周波数が検出され、この差の周波数ｆｂは、上記
（２），（３）式から ｆｂ＝｜ｆｒ−ｆｓ｜ ＝｜ｆｍ−（２・Ｖ／λ）・ｃｏｓθ｜ ……（４） となる。この差の周波数ｆｂがビート信号として検出さ
れ、これにより被測定体上の照射点Ｐの、照射光の光軸
方向の速度Ｖｃｏｓθが検出される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動する被測定体の定点の振動を正確に計測することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動中の被測定体で反射した戻り光の信号レベ
ルの模式図である。

【図２】モータがコンテナに載せられて順次に運ばれて
くる様子を示した模式図である。

【図３】本発明の振動計測装置の一実施形態の構成図で
ある。

【図４】レーザドプラ振動計の一例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】 １０ レーザドプラ振動計 １１ ハーフミラー １２，１３ ガルバノメータミラー １４ ４分割センサ １５ 制御回路部 ２１ レーザ光源 ２２ レーザ光 ２３ ビームスプリッタ ２４ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） ２５ レンズ ２６ λ／４板 ２７ 対物レンズ ２８ ビームスプリッタ ２９ ＰＢＳ ３０ レンズ ３１ λ／４板 ３２ 参照光用レンズ ３３ 参照ミラー ３４ 音響光学的光変調器 ５０ 信号処理部 ５１ 光検出器 ５２ ドライバー ５３ プリアンプ １５１ ｘ方向誤差アンプ １５２ ｙ方向誤差アンプ １５３，１５４ サーボアンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動する被測定体上の定点の振動を計測
   する振動計測装置において、 レーザドプラ振動計と、 前記レーザドプラ振動計から出射したレーザ光を反射す
   る、所定の制御信号に応じて所定のｘ方向の反射角度が
   調整される第１の可動ミラーと、 前記レーザドプラ振動計から出射し前記第１の可動ミラ
   ーで反射したレーザ光をさらに反射する、所定の制御信
   号に応じて、前記ｘ方向とは異なる所定のｙ方向の反射
   角度が調整される第２の可動ミラーと、 前記第２の可動ミラーで反射し、被測定体で反射し、さ
   らに前記第２の可動ミラーおよび前記第１の可動ミラー
   で反射して前記レーザドプラ振動計に向かって戻ってき
   た戻り光の一部を、該レーザドプラ振動計に戻る光路と
   は異なる光路に分岐させるハーフミラーと、 前記ハーフミラーで分岐した戻り光を受光して該戻り光
   のｘ方向、ｙ方向への移動に応じて変化する受光信号を
   生成する受光センサと、 前記受光センサで生成された受光信号に基づいて、前記
   第１の可動ミラーおよび前記第２の可動ミラーによる、
   レーザ光の、それぞれｘ方向およびｙ方向の反射角度を
   制御するための各制御信号を生成する制御回路部とを備
   えたことを特徴とする振動計測装置。
2. 【請求項２】 前記受光センサが、４分割センサである
   ことを特徴とする請求項１記載の振動計測装置。