JPH07509053A - 回転軸のねじれ振動と動作パラメータをモニターするシステム及び方法 - 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】 回転軸のねじれ振動と動作パラメータをモニターするシステム及び方法背飛技術 伝動軸のねじれ振動は、負荷の変動や電源または動力伝達系の変動によって生し る。上記振動の検出は、特にその振動が他の振動やノイズから絶縁させ得るもの である場合には、動力伝達系の欠陥個所を早期に検出する手段となる。検出され る変動が小さいほど、そして振動源の位置が限定的であるほど、その欠陥個所を 早期に特定して潜在的な重大問題の発生を回避することができる。

例えば軸受ブロックに取り付けられたマイクロホンや加速度計などの間接的なモ ニタ一手段は、故障が切迫している場合に警報を発することができるが、信号内 の対象となる情報が通常の振動によって部分的に遮られて振動源を特定すること ができない。ねじれ振動を検出する従来の光学手段は、小さな変動を検出するに は十分な感度を有していないか、動力系という困難な環境で継続してモニターを 行うには不向きな高価で壊れ品い実験用装置でしかなかった。また、上記従来の システムの多数は、動力系の組み付は前に設置されねばならず、及び／または、 動ツノ系の軸の端部に近接させる必要があった。

ねしれの変動、例えば、１本の軸あるいは複数軸を有する系において１回転間の 同じ個所で再発する変動を微細に分析した結果は、軸に動力を伝達しその軸から 動力を受け取るためのギア及びその他の伝達要素に対する摩耗及び損傷を特定す るために利用することができることが判っている。例えば、摩耗した歯を有する ギアは、その摩耗歯がこれと噛み合うはずの歯との噛み合いを遅らせるために、 軸に対する動力の付加を不均一にすることになる。従来技術のシステムは、動力 伝達上の微少な再発する変動を規則的にモニタリングしたり検出することができ ないとともに、熟練技術者に聴こえたり見えたりするようになるまでに進展中の 問題を特定し得るだけの感度を有していない。それ故、外洋航海船や産業設備に 永久的に設置され得るような、微少なねじれ振動を解析して報知し得るシステム 及び方法を提供することが望ましいのである。

１９７３年度ＩＳＡ会報第１２冊の１８６頁ないし１９０頁において、ハートマ ン及びパーマ−（）Ｉａｒｔｍａｎ　ａｎｄ　Ｐａ１ｌｅｒ）は、実験室内で非 回転状態の梁のねじれ振動のＭ）定に対して光学技術を応用し、１０−’（１／ ｓ）の振動解析の測定に成功したと述べている。しかしながら、発明者らは、実 際の現場においては、光学部品同士の事り対的な移動によって解析度が制限され 、運動する軸の場合には軸の振れや他の振動モードによっても影響を受けること がわかった。このような力学的条件のもとでは、光学部品の振動のせいでいかな る光学技術によっても１（１／　ｓ　）よりはるかに小さい解析度に到達するの は困難であると思われる。

マンナバ他（Ｍａｎｎａｖａ　ａｔ　ａｔ）の米国特許４５５１０１７号には、 運動する軸の表面上の格子の通過を検出する光電変換器を用いて軸のねじれ振動 を光学的に測定するというシステムが開示されている。軸の他の運動を検出する ために、同し位置において任意の基準光線（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅａｍ）が 使用される。充電変換器の出力はゼロ検出器を通過する。このシステムは格子に 光を照射するレーザドツプラー速度ＡＰｊ定システムを使用している。このシス テムはたった一つの点で軸の回転を検出するので、実際には、ねじれ振動よりは むしろ回転速度の変化を測定するものである。ねじれ振動は回転速度の変動と結 びつくことが多いが、回転速度の変化以外の理由による場合もある。本来、１個 所あるいは２個所のハ１定点を有するシステムでは、０．００１インチはどの非 ねじれ振動が存在する場合には８ないし１０（１／ｓ）より低い振動を解析する ことはできない。すなわち、１個所または２個所の点で回転速度を測定するだけ では、動力系の動作を完全に分析するのは不可能である。

さらに、マンナバによって開示されたようなレーザに基づく解析システムは、実 験室や熟練者の現場での一時的な試験的利用を目的として設計されたものであり 、産業上のあるいは船舶への適用において永久的な設置を目的とするものではな い。レーザを用いるシステムは、高価であり、現場での不断の使用により本来発 生し１する調整ミス、振動、物理的衝撃によってその精度及び信頼性を低下させ る恐れがある。以上の理由から、ガスレーザンステムは速やかな配備を目的とし て考慮することはできない。固体レーザシステムでさえも、高価なサーボパワー サプライを必要としかつ比較的短寿命であるので永久的な設置のためにはあまり 望ましくない。

レオン化ｃｏｎ）の米国特許４９９５２５７号には、軸の長さ方向に沿って間隔 を置いて設置された２個の光センサを備える角度測定による軸振動モニターが開 示され−Ｃいる。光線が軸に向かって照射され、軸上のマーキングにより反ｑ・ １するとともに、光の散乱が光センサによって検出されるようになっている。セ ンサ信号間の差異がねじれ振動を測定するために使用される。しかしながら、使 用されているマーキングはそれぞれ１個のマークである。このようなシステムは 大きく不規則なねじれ振動を検出する場合には効果があるが、軸の１回転全体を 通して特定個所のみに生じるより高い周波数のねじれの変動を微細に解析するこ とは不可能である。

レビン化ｅｖｌｎｅ）の米国特許４４３３５８５号には、回折伝達格子を用いて 軸のねじれの偏差を１ｌＦＩ定する方法及び装置が開示されている。２個のフォ トダイオードからの信号が比較器を通過する際に両に号の位相が比較される。比 較後の信号はローパスフィルタに通されてねしれの偏差を示す信号が生成される 。このシステムでは、各回折格子が軸の両端に配置される構造であるので、既存 の産業上の軸や船舶の軸に適用させるのは困難または不可能である。このような システムは、多軸構造や接近不可能な端部を有する軸には適用不可能である。極 めて径の大きな軸においては、必要とされる光ディスクのサイズのために簡単に 装着するには障害になるとともに、そのような大きな先ディスクはそれ自体の振 動のせいで測定エラーを招く恐れがある。最終的に、レピンはねじれの偏差の変 動、すなわち、ねじれ振動を検出するシステムを開示していない。軸の定常時の ねしれだけでなく、軸のねじれの振動、主に最初の数回のねじれによる振り子モ ードをもモニターすることが望ましい。さらに大きな軸の場合には、定常時の負 荷に起因するねしれは小さく、おそらく１フイート当たり５０（１／ｓ）である 。振動の振幅は通常上記の量の小部分、例えば１フイート当たり５　（１／ｓ） になる。この値は、モニタリングが必要な非常に高いエネルギーの振動を示して いる。

ウォルフィンガー（νｏｌｒｉｎｇａｒ）の米国特許３８８５４２０号には、軸 のねじれ振動をＡＰＩ定する方法及び装置が開示されている。軸回転センサから の信号はゼロ検出器に通され、この信号の位Ｆ口が２番目の信号と比較される。

比較後の信号はローパスフィルタに通されてねじれ振動を示す信号が生成される 。しかしながら、使用されるセンサはギアの歯とともに使用される近接センサで ある。これらのセンサは低周波数、すなわち大きな振幅の変動しか解析できない 。さらに、上記信号は位ｔロロソクルーブにより処理されローパスフィルタに通 されるので、このシステムの適用は１オクターブより小さい軸速度の範囲及び低 周波数の変動に限定される。このシステムはこれに適する定速６０）［ｚの発電 機に適用されるが、上述のマンナバ他のシステムと同様に、このタイプのシステ ムは真のねじれ振動の測定値を提供せず、小さい振幅すなわち高周波数の振動を 解析することができない。

ウォルフィンガー（Ｍｏｌ　ｒ　Ｉｎｇｅｒ）の米国時１４３１７３７１号には 、同様の非光学式ねじれ振動モニターが開示されており、このモニターには、信 号を遮断する定期的な電気障害の識別を助けるよう周波数バンドパスフィルタを 分離させるクアドラチュア（ｑｕａｄｒａＬｕｒｅ）が付加されている。ウオル フィンガー他（Ｍｏｌ　ｒｔｎｇｅｒＣＬ　ａｌ）の米国特許３９３４４５９号 には、複数の回転軸間のねじれ振動の変動を検出するよう、復命機械において多 数の非光学式センサを用いたシステムが開示されている。

バロード他（Ｂａｒｒａｕｄ　ｅｔ　ａｌ）の米国特許４８０６４５４号及びヨ シダ他（Ｙｏｓｈｌｄａ　ｅｔ　ａｌ）の米国特許４９９７７４７号には、写真 処理を用いた回折格子の製法が開示されている。しかしながら、これらの特許は 、主にエツチング技術に向けられたものであり、円筒状の軸に対して格子状のラ インを付与するという開示あるいは暗示がなされていない。直径が約２．５イン チより大きい軸のペリメータを覆うためには非常に多数のラインが必要である。

このライン数及び正確な間隔の必要性のゆえに、（より大きなパターンの軸上で の光減衰（ｐｈｏ【ｏｒｅｄｕｅｔｌｏｎ）など）従来技術に特有の回折エラー やレンズ収差が、軸周面に微細なライン群を形成する際に上記の技術を適用する ことを不可能にしている。

ヴイブラックン土（Ｖｌｂｒａｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製の８８００シリ ーズのモータエバリュエータ及び１０３８モータ付ダイナモメータにおいて使用 されているような光電トルク変換器も知られているが、周波数応答がライン間隔 や使用されるデジタルカウンタ処理方法によって制限されるためにねじれ振動の 測定には不向きである。この種のシステムは３００（１／ｓ）以下で解析する精 度を持たない。これらの変換器は、軸負荷を伝達するとともに２００重量ボンド フィート（２００１ｂ（Ｌ）の最大負荷を有する軸及びトーションロッドを備え るよう構成されている。

同様に、Ｂｒｕｃｌ　＆　Ｋｊａｅｒ社、ＤａｎＬｅｃ社及びＴＳＩ社によって 開発されたレーザドツプラー速度計測システムは、その高価な構造と壊れ易い性 質と使いにくさのために、速やかな配備には不向きな実験室用研究器具である。

結論として、発明者らの知るところの従来のシステムはいずれも、既存の産業設 備及び船舶に対して永久的に適用させて回転軸に発生するねじれ振動を継続的に 検出分析するために完全に満足のゆく装置及び方法を提供していない。

発明の開示 そこで、本発明の主たる目的は、伝動軸のねじれ振動をモニターするシステムを ！Ｕ供することである。更に、本発明は、軸に微細な間隔のラインを精密に付与 する装置及び方法を提供することを主たる目的とする。

本発明はまた、１フイート当たり１　（１／ｓ）で瞬時のねじれ歪を解析し得る 、伝動軸のねじれ歪１１ＦＩ定システムを提供することを目的とする。

さらに、産業設備または外洋航行船に永久的に設置され得る、軸の動作をモニタ ーするためのシステムを提供することを目的とする。

さらにまた、低コストで構成されるとともに、ねじれ振動、ねじれ、回転速度、 回転速度の変動、軸の傾き及び揺れ、軸出力、トルク及びトルク変動に関する情 報を提供し得る伝動軸モニターシステムを提供することを目的とする。

本発明は、また、既存の軸、特に産業設備における軸及び船舶の動力軸に適用し ｊ）る、ねじれ振動及びその他軸の動作パラメータをモニターするシステムを提 供することを目的とする。

さらに、いかなる軸をもモニターするハードウェア及びソフトウェアの規格化さ れた相互交換可能なセントを用いて、軸の動作をモニターするシステムを提供す ることを目的とする。

さらにまた、ｔｉｉを受けることなく大きな振動による負荷及び衝撃負荷に耐え 得る軸動作モニターシステムを提１１（することを目的とする。また、水中など の不利な環境において作動させるために容易に適用し得る軸動作モニターシステ ムを提供することを目的とする。

本発明の更なる目的は、軸を機械化したり軸に対して突出する構成部品を付加し たりする必要のない、軸モニターシステムを提供することである。

じれ歪モニターシステムを提供することを目的とする。

更に、本発明は、軸の非回転運動を補正して有効な出力を生成する精密な軸ねじ れ歪測定システムを提供することを目的とする。

提供することを目的とする。

さらに、軸の運動を検出し、軸に対して光学ユニットを容易に調節及び位置決め し得るよう構成された一体型光学検出ユニットを提（１（することを目的とする 。

さらにまた、ロンキーグリッドマスクと軸上のグリッドライン像との相互作用を 検出する光電変換器を位置決め５！Ｊ整し得るとともに、上記光学検出ユニット の位置決めｉ整と焦点合わせを容易にするようロンキーグリッドマスクを軸のグ リッドライン上に投影させるように光源を位置決め調整し得る回転タレットを備 えた光学検出ユニットを有する光学式軸モニターシステムを提供することを目的 とする。

さらに、本発明は、写真処理を用いて、軸に微細間隔のグリッドラインを設ける 方法を提供することを目的とする。

さらにまた、それぞれ精密間隔を有する多数のグリッドライン群が軸の回転軸心 に沿って複数の軸の複数の個所に生成されるように軸に対して微細間隔のグリッ ドラインを付与する方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、軸に微細間隔のグリッドラインを光学的に配設する方法であっ て、フィルムマスターを準備する工程と、そのマスターを軸に配置する工程と、 軸または複数の軸の別の個所に感光材料を配置する工程と、フィルムマスク−の パターンを検出して近接する光源による感光材料の露光を制御する工程とを備え る方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、精密タイミング回路により駆動される光源を選択的に用いて フィルムを露光させることにより微細間隔の複数のグリッドラインををするフィ ルムマスターを形成する方法を提０（することを目的とする。

本発明の更なる目的と利点は、明細書及び図面を考察すれば当該分野の技術者に とって明らかであろう。

上記の目的は軸周面に設けられたグリッドラインに向けられた赤外線発光ダイオ ードの放射エネルギー源を備える光学ユニットを有する光学式ねじれ振動モニタ ーシステムにより本発明において達成される。放射エネルギーの散乱光は、レン ズとこれに対応するロンキーグリッドを介して、回転の不規則性の表示を導出す る周波信号を生成するフォトダイオード上に投影される。一つの実施例では、一 対の放射エネルギー源と投影装置とが、軸の傾き振動及び揺れ振動を補正し得る よう軸を横断して直径方向に対向配置されている。他の好ましい実施例では、第 ２の同様の光学ユニットが第１のユニットから軸に沿って離れた位置に配置され ている。上記２個のユニットの出力信号は、比較器及びエクスクル−シブＮ。

Ｒゲートを通過させられた後ローパスフィルターに通されて、ねじれの偏向を示 す信号が生成される。軸の方向に関する情報をＩＲ共するために、クアドラチュ ア技術（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）が使用される。

上記のシステムは、ねじれ振動、ねじれ、回転速度、回転速度の変動、軸の傾き 及び軸の揺れに関する測定値を提供する。さらに、軸出力、トルク及びトルクの 変動に関する測定値が上述のセンサの出力から生成される。

軸上の離れた位置に対のグリッドラインを容易に設けるために、既存の軸に対し て微細間隔のグリッドラインを高精度に設ける方法及び装置が開示されている。

感光材料が軸に塗布され、軸が回転する際に、上記感光材料が軸の回転に同＋１ ＋Ｆした閃光に晒されることにより、感光伺料上に微細間隔のグリッドラインが 形成される。開示された方法では、軸周面に取り付けられた写真フィルムマスタ ーに向けられたセンサからの出力信号に基づいて、閃光が発せられラインが形成 される。

図面の簡単な説明 ブロック図である。

う構成された本発明にかかるロンキーグリッドマスクを示す図である。

図３は図２ａのセンサユニットの電子操作回路の概略図である。

図４は本発明の上記システムのブロック概略図である。

図５は軸上に対のライン群を書き込むための本発明にかかる新規な処理のステッ プを示すフローチャートである。

付は状態図である。

図７は図６８の装置に示されたパワーサプライの詳細図である。

図８は図６ａの装置の閃光制御回路を示す詳細図である。

図１１ａ及び図１１ｂはそれぞれ軸の傾きと揺れを示す図面である。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、非干渉性の赤外線発光ダイオード光源とリニア位相ディテクタを有し ２個のセンサ間の小さな角度差（軸ねじれ角）を解析するシステムを備えるもの である。

本発明のシステムを、図１にほぼ示された実施例に基づいて説明する。本発明の 軸検出モニターシステムは１０２の符号でほぼ示されている。軸検出モニターシ ステム１０２は１個以上のセンサユニット１０４を備え、このセンサユニットは 信号処理回路１０６に操作可能に接続されている。信号処理回路１０６は、出力 表示部１１０が接続されたデータ処理分析回路１０８に接続されている。センサ ユニット１０４は軸１１２に近接して設置されており、軸の動作はシステム１０ ２によってモニターされるようになっている。軸１１２には、軸周面に位置し微 細間隔で設けられたライン群１１４が１つ以上設けられており、これらライン群 は万いに平行でかつ軸１１２の軸心１１６に平行に配置されている。好ましくは 、軸１１２の周面に１ｍｍ当たり５ないし１０本のラインが形成される。

図１の好ましい実施例では、２つの独立したライン群１１４が軸１１２に設けら れ、軸１１２の回転中心である軸心１１６に沿って一定の距離だけ離されている 。両ライン０１１４間の軸１１２の長さ方向の距離は、例えば、はぼ１メーター かもしくは軸の２１］１径分のうちのどちらか大きい方である。図１の実施例で は、直径方向に対向する一対のセンサユニット１０４が各ライン群１１４に近接 して設けられており、センサユニット１０４は軸１１２が軸心１１６回りに回転 する際にライン１．１４がセンサユニット１０４を通過するのを検出するよう作 動する。本発明では、この４点のセンサを付するシステムを用いて非ねしれ振動 を補正することにより解析度の向上を得ている。４点のフォトダイオードの使用 により、４９１定個所における（図１１ａ及び図１１ｂにそれぞれ示された）軸 の傾き及び揺れを補正し得るようになっている。軸の傾き及び揺れは小径の軸に 対して使用するよう設計された従来の精度の低いシステムにとっては重要な問題 ではないが、直径４フイートもの軸においては、わずか０．００１インチの縦方 向の振動が８（１／ｓ）より大きい見かけ上の角度回転を発生させる。軸の両端 側に検出器があれば、垂直方向の変位（図１１ｂに示す揺れ）や傾き（図１．１ 　ａに示す傾き）を補正することができる。これらの検出器はまた、例えば、軸 の曲がりぐあい、軸振れ、摩耗したベアリングなどに起因する傾きと揺れの両方 に対して高精度の（０，００１′以下の）時間分解測定を行うためにも使用され る。

図１に示すように、センサユニット１０４は外洋船のエンジンルームや動力装置 等の産業設備に永久的に設置されるのが好ましい。しかしながら、センサユニッ ト１０４が気密あるいは水密に構成され水中などの不利な環境で有効に作動する ことは本発明の大きな有利点である。水中のシステムの場合、水中でも適用可能 な接着剤（ハイドロボンド）を用いて軸に付着されたラインを有するテープを介 して、軸にライン１１４が設けられてもよい。あるいは、小径の２次（案内）ロ ーラが軸と接触するように使用されてもよい。その場合、案内ローラの軸とセン サユニット１０４とが水密ケース内に収められる。軸角は直径比だけ増幅され、 それにより暗い水とｔ９れた部分への光の通過が回避される。しかしながら、そ のような機械的な連結構造では、システムの角度解Ｉ〒度を実質的には低下させ ることが予想され、それ故、周囲の状況に差し支えのない限り、軸１１２上で直 接ライン１１４を読み取ることが好ましい。

後に詳述するように、センサユニット１０４を１個のみと１つのライン群１１４ を設ける場合、２個の直径方向に対向するセンサユニット１０４と１つのライン 群１１４を設ける場合、あるいは２つのライン群１１４と各ライン群に対して１ 個のセンサユニット１０４を設ける場合が有り得る。これらの選択可能な構成は 、それぞれの場合において、図１の好ましい実施例を用いた実行可能な分析に比 べて軸１１２の動作に対して実行可能な分析のタイプが限定されるため、それほ ど好ましくはない。しかしながら、後に詳述するように、たった一つの限定され た基準でモニターを行うことが必要な状況も起こり得る。そのような状況では、 上記の構成の一つをコスト削減のために選択してもよい。

信号処理回路１０６は、センサユニット１０４によって生成された周波信号を処 理し、データ処理分析回路１０８によって使用される軸速度、軸のねじれ及び瞬 間的なねしれ歪の情報を決定するために使用される位相差及びライン計数情報を 生成する。信号処理回路１０６は図４ａ及び図４ｂ並びにそれに伴う文脈に従っ て設計されることが好ましい。データ処理分析回路１０８はカウンタからのデジ タルデータ及びアナログ−デジタル変換器により生成されたアナログレベルのデ ジタルデータ表現を受け取る入力ボートを有するコンピュータの形を取ることが 好ましい。データ処理分析回路１０８のコンピュータには、上述の軸状態を分析 及び伝達する演算ソフトウェアが設けられる。１８Ｍ互換性のパーソナルコンピ ュータなどの標準コンピュータが使用されてもよいし、マイクロブロセッサンス テムが、読み取り専用メモリ内でプログラムを用いて必要な機能を実行するよう 設計されてもよい。コンピュータの出力ポートは、表示画面、プリンタ、アナロ グ計、数値ディスプレイ、音声警報器、その他必要な表示装置などを備えた出力 表示部１１０に接続される。さらに、コンピュータは、軸の状態及びその他人力 データに従ってエンジン、動力装置等を制御するために使用されてもよいし、こ のような制御機能を実行する他のコンピュータシステムに対して軸の状態を示す データを伝達するよう接続されてもよい。

各センサユニット１０４は、放射エネルギー源を備えるとともに、輔１１２が回 転する際にセンサユニット１０４の正面をｉ！ｉ過するライン群１１４によって 引き起こされる放射エネルギーの散乱光を検出する装置として作動する。それぞ れの個所での散乱光はロンキーグリッドマスク及びピンフォトダイオードを用い て検出される。ロンキーグリッドは粒度、粗さのある要素などに起因するライン 間隔の小規模の不規則性を平均化する。さらに、ロンキープ１ルソドは解析度や 周波数応答を犠牲にすることなく、更に多くの光を集中させ得るようになってい る。

センサユニット１０４は軸１１２の瞬間的な運動を検出してライン１１４間の間 隔よりもはるかに小さい距離を解析しＩ）るようになっている。特に、後に詳述 するリニア位相ディテクタは、軸方向の一方の個所のライン群を基準として他方 のラインＵ間で発生するずれをＡｐｌ定する。すなわち、この位相ディテクタは ライン間隔の小さな端数の解析を可能にする。

図２ａはセンサユニット１０４の機械的構成要素を示す。この図に示すように、 センサユニット１０４はチューブ２０２、レンズ２０４、光源マウント２０６、 赤外線発光ダイオード２０８、センサ取付ブロック２１０、タレット取付ブロッ ク２１２、タレットピン２１４、タレットディスク２１６、ロンキーグリッドマ スク２１８、及びタレソトカｔ（−２２１を備えている。

チューブ２０２はその内径がほぼ０．６２５インチであり、軸１１２に近接する 一端側で開口している。光源マウント２０６はチューブ２０２にその開口端で取 り付けられており、作動時に赤外線がチューブ２０２の開口端の範囲内で軸１１ ２に当たるよう２個の赤外線発光ダイオード２０８を保持して０る。

赤外線発光ダイオード２０８は、光電変換器に対して良好なスペクトラル適合を 有しているとともに平均故障時間（ＭＴＢＦ）及び本発明に適用した時の衝撃負 荷に対する許容度に優れているので放射エネルギー源として好まし０゜赤外線発 光ダイオードはまた、他のレーザはど高価でなく、本発明の非干渉性光検出に際 してレーザよりも高い解像力をもｊ：らずだろう。

レンズ２０４はチューブ２０２に取り付けられており、軸１１２から離れたチュ ーブ２０２端部に位置するロンキーグリッドマスク２１８上にライン群１１４の 実寸像を映し出すよう作用する。チューブ２０２はセンサ取付ブロック２１０に よって軸１１２に対して一定の位置に固定される。センサ取付ブロック２１０は 、チューブ２０２を受け入れるよう孔開けされ、チューブ２０２の軸心を通る平 面に沿って切断されて定位置でチューブ２０２をクランプするようチューブ２０ ２の回りに任意に締結された２つの部分からなる材料のブロックであってもよい 。他の実施例として、センサ取付ブロック２１０は、円形の孔と１つの半径方向 のスロットとを有する比較的可撓性の有る材料片から形成されてもよい。本実施 例では留め具が設けられており、この留め具は、スロツトの範囲内でセンサ取付 ブロック２１０をクランプして円形孔の直径を効果的に減少させることによりチ ューブ２０２をクランプしている。センサ取付プロ・ツク２１０はまた、必要に 応じて、例えばホースやバイブをクランプするものとしてよく知られている環状 のクランプ機（Ｒを利用してもよい。

センサ取付ブロック２１０には、チューブ２０２を軸１１２に対して相対的に一 定の位置で保持するように軸１１２の領域内の固定した構造体にチューブ２０２ を取り付ける手段が設けられている。

タレット取付ブロック２１２は、軸１１２から離れたチューブ２０２端部の外側 に取り付けられており、ピン２１４の軸心がチューブ２０２の軸心に平行である ようにチューブ２０２と間隔を置いた位置でピン２１４を保持している。タレッ トディスク２１６は回転可能にピン２１４に取り付けられており、タレ・ソトデ ィスク２１６には、これに取り付けられた部品を覆うタレ・ソトカ／（−２２１ が設けられている。

図２ｂには、タレットディスク２１６が詳細に示されている。タレ・ノドディス ク２１６上には、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１９及びフォトダイオード（ＰＤ ）２２０が搭載されている。発光ダイオード２１９及びフォトダイオード２２０ は、どちらか一方がチューブ２０２の端部とともに回転するようにタレ・ソトデ ィスク２１６の周辺に搭載されている。発光ダイオード２１９がチューブ２０２ とａ致する位置てタレットディスク２１６を選択的に保持するよう、ある（薯ヨ 、フォトダイオード２２０がチューブ２０２と合致する位置でタレットディスク ２１６を選択的に保持するように、ロック機構あるいはデテントが設けられてい ることが好ましい。

センサユニット１０４内に設けられた新規なタレット機構は、軸１１２に対する センサユニット１０４の速やかな位置決め及び調整を容易にする。センサユニッ ト１０４の適切な作動のためには、ロンキーグリッドマスク２１８のライン群が 映し出されるライン群１１４と平行である必要がある。また、ロンキーグリッド マスク２１８においてレンズ２０４を通して生成されたライン群１１４の像はロ ンキーグリッドマスク２１８のライン群と正確に一致する実寸像でなければなら ない。所望の、７１２整を実現するため、ユーザーは発光ダイオード２１９がチ ューブ２０２端部に揃えられるようにタレットディスク２１６を回転させること ができる。発光ダイオード２１９はその後作動され、レンズ２０４を通して軸１ １２のライン群１１４上にロンキーグリッドマスク２１８の像を投影させる。セ ンサ取付ブロック２１０はチューブ２０２の回転をシ′「容するよう、さらにセ ンサ取付ブロック２１０に＆、ｌ　してその軸心に沿った方向のチューブ２０２ の直線移動を許８するよう緩められる。必要に応してチューブ２０２を直線移動 及び回転させることにより、ロンキーグリッドマスク２１８とライン群１１４と の平行調整が得られ、そして、ライン群１１４を基桑にしてロンキーグリッドマ スク２１８の投影像を検討することにより、像の適切な塩点整合が得られる。そ の後、センサ取付ブロック２１０は固く締められチューブ２０２を決まった位置 に固定させる。

そして、タレットディスク２１６はフォトダイオード２２０がチューブ２０２に 揃えられるように回転させられる。その結果、センサユニット１０４は適切に調 整され、焦点合わせ及び位置決めされ、軸１１２の表面上のライン群１１４の通 過を検出する準備が整えられる。上記タレットディスク構造及びセンサ取付ブロ ック構成の結果、センサユニット１０４は軸モニタリング動作の＄備調整を特に 容易にてきるようになる。

本発明にかかるシステムを用いて輔１１２の回転方向を判定する必要がある場合 には、チューブ２０２はもう少し径の大きいものに）１ニ成され、２個のフォト ダイオード２２０が設置される。これらフォトダイオードは、一方がロンキーグ リッドマスク２１８の片側を通してライン群１１４を検出し他方がロンキーグリ ッドマスク２１８の残る半分を通してライン群１１４を検出するよう：Ａ！！さ れる。

この場合、ロンキーグリッドマスク２１８は、図２Ｃに従って、ライン２２９が ライン群１１４の映し出された間隔に応して間隔を設けるように構成される。中 央分割線２３０の片側では、ライン群２３２が、中央分割線２３０の他方側に位 置するライン群２２９からそのライン間隔の４分の１だけずらされ、その結果、 ロンキーグリッドマスク２１８を通してライン群１１４の通過を検出する２個の フォトダイオード２２０が、互いに９０度の位相差を有する出力信号を生成する 。

このような２つの信号間の９０度位相差関係（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　ｒｅｌａ ｔｉｏｎｓｈｉｐ）は、後に詳述する方法に従って軸１１２の回転方向を判定す るために使用され得る。

図３では、センサユニット１０４の電子回路が概略的に示されている。発光ダイ オード２０８，２１９に対する電力供給は、発光ダイオード電力回路３０２によ って行われる。発光ダイオード電力回路３０２は、発光ダイオード２０８゜２１ ９．２２オーム抵抗３０４．１５０オーム抵抗３０６、単極双投接点スイッチ（ ＳＰＤＴ）３０８．４７マイクロフアランドコンデンサ３１０．５ボルト直流７ ヒ圧レギユレータ３１２、及び３．３マイクロフアラツドコンデンサ３１４を備 えている。例えば７８０５タイプの集積回路型電圧レギュレータである電圧レギ ュレータ３１２は、７ボルト直流電源と地面との間に接続されている。コンデン サ３１４は、電圧レギュレータ３１２への７ボルト電流入力側と地面との間に接 続されている。コンデンサ３１０は、電圧レギュレータ３１２の５ボルトに制御 された直流出力側と地面との間に接続されている。スイッチ３０８の共通端子は 電圧レギュレータ３１２の５ボルトに制御された直流出力側に接続されており、 スイッチ３０８の切換端子の一方は抵抗３０４を介して一連の赤外線発光ダイオ ード２０８に接続された後、地面にアースされている。スイッチ３０８の他方の 切換端子は、抵抗３０６及び焦点整合用発光ダイオード２１９を介して地面にア ースされている。これにより、スイッチ３０８は赤外線発光ダイオード２０８と 焦点整合用発光ダイオード２１９のどちらかを選択的に作動させ、選択された発 光装置に一定した制御電圧を供給して一貫した照度を維持させるようになってい る。赤外線発光ダイオード２０８はハネウェル社（Ｉｌｏｎｅｙｗｅｌ　ｌ）の モデルナンバー５ＥＰ８７０３−００１の９０ミリアンペア赤外線発光ダイオー ドが好ましく、発光ダイオード２１９としては、その位置調整及び焦点整合の用 途に従い、可視光線領域の超品輝度発光ダイオードが好ましい。

図３の右側に示されたセンサユニット３１６は、フォトダイオード２２０と、４ ８２Ｈｚより高い周波数を通すよう設計された／％イパスフィルタとを備えてい る。フォトダイオード２２０は、例えば、アメリカ合衆国カリフォルニア用９０ ２５０、ホーソーン（ｔｌａｗｔｈｏｒｎｃ）　、チャドロンアヴエニュ−（Ｃ ｈａｄｒｏｎ　Ａｖｅｎｕｅ）　１２５２５、ＩＬＣテクノロジー街区（Ｄｌｖ ｌｓｌｏｎ　ｏｒ　ＩＬＣＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に所在のユナイテノトデ、イ テクタテクノロジー＞ｆ（Ｕｎｉｔｅｄ　ＤＣｔｅｃｔｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ ｇｙ）製造のモデルナンバーＰＩＮ４４フォトダイオードなどのビンフォトダイ オードが好ましい。

このフォトダイオード２２０は、例えば０．２６インチＸ０．２６インチの比較 的大きな面積を有しているので、例えば３２本など比較的多数のライン群をロン 特性を生成する。ピンフォトダイオードは、その比較的速い信号応答性の故に好 ましい。

回路３１６のバイパスフィルタは、好ましくはナショナルセミコンダクタ社（Ｎ ａｒｌｏｎａｌ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＴＡのモデルナンバーＬＦ４１ ２などの単一集積回路として設けられる２個の演算増幅器３１８．３２０を使っ て形成することが好ましい。ＬＦ４１２の集積回路は、デュアルインラインピン パッケージ内に設けられ、そのピン接続は図示されている。

１２ボルト負電圧の直流電源が、１００オーム抵抗３２４を介してフォトダイオ ード２２０の陽極に接続されている。フォトダイオード２２０の陰極は、演算増 幅２ｉｉ　３１８の陽極入力側に接続されている。フォトダイオード２２０の陰 極はさらに、３９キロオーム抵抗３２２を介してアースされている。フォトダイ オード２２０の陽極は０．１マイクロフアラツドのコンデンサ３２６を介してア ースされている。演算増幅器３１８の出力側は４．７キロオーム抵抗３２８を介 して演算増幅器３〕８の陰極入力側に接続され、演算増幅器３１８の陰極入力側 はさらに５６０オーム抵抗３３０を介してアースされている。演算増幅器３１８ の出力側は０．０１マイクロフ７ラソドのコンデンサ３３２を介して演算増幅器 ３２０の陽極入力側に接続されており、この演算増幅器３２０の陽極入力側は３ ３キロオーム抵抗３３４を介してアースされている。演算増幅器３１８．３２０ には、１２ボルト正電圧の直流電流入力部と、１２ボルト負電圧の直流電流入力 部とが設けられている。ＬＦ４１２集積回路の場合、１２ボルトの正電圧の直流 電流がピン８に供給され、１２ボルトの負電圧の直流電流が演算増幅器３１８及 び演算増幅器３２０の双方に電力供給するようピン４に供給されている。演算増 幅器３２０の出力側（ＬＦ４１２回路のピン７）は、４．７キロオーム抵抗３３ ６を介して演算増幅器３２０の陰極入力側に接続されており、演算増幅器３２０ の陰極入力端は５６０オームの抵抗３３８を介してアースされている。演算増幅 器３２０の出力側は、２７０オームの抵抗３４０を介してトランジスタ３４２の ベースに接続されている。トランジスタ３４２は回路３１６に対して大きな出力 駆動能力をもたらす。トランジスタ３４２はＳＯＳトムソン社（ＳＯ３Ｔｈｏｍ ｓｏｎ）製のモデルナンバー２Ｎ２２２２ＡのＮＰＮトランジスタなどである。

トランジスタ３４２のコレクタは１２ボルト正電圧の直流電源に接続されており 、トランジスタ３４２のエミッタは２．７キロオーム抵抗３４４を介して１２ボ ルト負電圧の直流電源に接続されているとともに、５６オーム抵抗３４６を介し て出力端子にも接続されている。

図３の回路は、前述の図１及び図２に示す装置に設けられる場合、軸１１２の上 の各ライン１１４がセンサユニット１０４を通過すると同時にピーク値に達する 三角波の状態で出力端子３４８に出力を生成する。軸１１２が回転する際、ライ ン群１１４のグリッドが変位する。ライン群１１４はフォトダイオード２２０の 正面に位置するロンキーグリッド１１８の平面に投影される。フォトダイオード ２２０からの信号は、 ｆｏ−πＤΩ／ｄ （但し、Ωは毎秒回転数を単位とする角速度、ｆｏはＨｚを単位とする）の基本 周波数を何する三角波である。軸に沿って距！したけ離れて位置する同様のセン サユニット１０４は、第１のセンサユニット１０４と同じ周波数で異なる位相を 有する出力を生成する。

軸の方向に関する情報が必要な場合には、図３に示す回路がもう一つ形成されて 、２個のフォトダイオード２２０及び関連する２つの回路３１６が設けられる。

これらの回路の出力３４８はほぼ同一であるが、２個のフォトダイオード２２０ の正面に位置するロンキーグリッドラインの９０度位相差関係により９ｏ度の位 相差を有している。

図４は（図１で示された）信号処理回路１０６を更に詳細に示している。図４に 示すように、センサユニソｌ−１０４の出力３４８は信号処理回路４０１の入力 側に接続されている。信号処理回路４０１は増幅器４０２、バイパスフィルタ４ ０４、比較器４０６、端子４０８、単安定マルチバイブレーク４１０、オフセッ ト増幅器４１２、基準電圧発生器４１４、ローパスフィルタ４１６、バッファ・ ライントライバ４１８、及びアナログ−デジタル変換１Ｍ４２０Ｇ６ｉえている 。

図面には回路４０１が一つだけ示されているが、当該分野の技術者であれば、シ ステム１０２の各センサユニット１０４に対して一つの回路４０１を設けること が望ましいことが理解できるであろう。

増幅器４０２はセンサユニット１０４の三角波出力信号を１１倍に増幅して出力 する。続いて、信号はＦｃ−ｌＫＨ２のバイパスフィルタ４０４に通される。

好ましくは、バイパスフィルタ４０４は四次サーレン・キーフィルタ（Ｓａｌｌ ｅｎａｎｄ　Ｋｃｙ　ｆｌｌＬｃｒ）である。結果としての信号は比較器４０６ に通されて、ライン１１４がセンサユニット１０４を通過する各時点で上昇した り下降したりする方形波を生成する。比較器４０６の出力信号は後に詳述するよ うに本発明の回路の他の部分を制御するのに有利である。それ故、端子４０８は 上記信号を受け取る回路の他の部分を接続させるために設けられている。

軸１１２の速度を示すデジタル信号を生成するために、端子４０８の信号は単安 定マルチバイブレータ４１０に接続されている。単安定マルチバイブレータ４１ ０の出力側は二倍の利得を有するオフセット増幅器４１２の陽極入力側に接続さ れている。基準電圧■。が基準電圧発生器４１４によりオフセット増幅器４１２ の陰極人ツノ側に供給される。オフセット増幅器４１２の出力は、好ましくは２ ．２５ＫＨｚから１０ＫＨｚまで変動可能なＦｃ値を有するハタベッセルフィル タであるローパスフィルタ４１６に供給される。ローパスフィルタ４１６の出力 はバッファ・ライントライバ４１８に供給され、バッファ・ライントライバ４１ ８はローパスフィルタ４１６の出力信号をアナログ−デジタル変換器４２０に対 する人力に適当な信号に変換する。バッファ・ライントライバ４１８の出力は軸 速度に比例する電圧を有する。アナログ−デジタル変換器４２０はデータ処理分 析回路１０８の人力ポートに接続されている。

図４に示す回路４２２はさらに、センサユニット１０４からの信号を処理して、 モニターされている軸のねしれによる変形を示す情報を提供する。回路４２２の 人力部は、（回路４０１の比較器４０６の出力側に１０当する）端子４０８と、 端子４０８に信号を供給するセンサユニット１０４とは異なる軸方向位置にある 別のセンサユニット１０４に接続された回路４０１の比較器４０６の出力側に相 当する端子４２４である。端子４０８及び端子４２４にｆｊ？給された信号はカ ウンタ４２６のインクリメント制御端子及びディクリメント制御端子にそれぞれ 付与される。その結果、カウンタ４２６は軸の瞬間的なねじれによる歪を示す計 数出力を提示する。軸に全（歪が存在しない場合には、いかなる任意の時間帯で あっても、同数のラインＩ！［１４が端子４０８及び４２４に信号を供給するセ ンサユニット１０４のそばを通過することになる。端子４０８及び４２４に信号 を供給する軸方向に離れた位置にある両センサユニット１０４間の軸にねじれ歪 が存在すると、一方のセンサユニット１０４を通過するライン群１１４の数より も多数のライン群１１４が通過することになる。結果的に、カウンタ４２６はラ イン群１１４間の間隔を単位として測定された軸の周方向のねしれの整数関数で ある出力を生成する。ライン群１１４の間隔及び軸径は判っているので、当該分 野の技術者であればこのねじれ測定値を軸のねしれによる歪の角度測定値に変換 し得ることがわかるであろう。

４つのセンサユニット１０４を使用する本発明の好ましい実施例では、端子４０ ８に信号を供給するユニットに直径方向に対向するセンサユニットと端子４２４ に信号を供給するセンサユニット１０４に直径方向に対向するセンサユニット１ ０４とが、同様の回路４２２に接続されている。この回路４２２に接続されたセ ンサユニット群１０４は、軸１１２上の同し軸方向位置にそれぞれ位置する他の センサユニット群１０４と同様に、回路４２２のカウンタ４２６のインクリメン ト入力端及びディクリメント入力端に接続されている。従って、軸１１２の非回 転運動が全く存在しない場合には、２つの各回路４２２のカウンタ４２６は同じ 出力を生成する。本発明の重要な特徴は軸１１２の非回転運動の補正能力である 。好ましい実施例では、軸の一方の側の２個のセンサユニット１０４と軸の他方 の側の２個のセンサユニット１０４とにそれぞれ接続されたカウンタ４２６の出 力が、データ処理分析回路１０８のコンピュータ内でデジタル方式で加算され、 ２分割される。２ｆｌ＆ｌのカウンタ４２６に接続されたセンサは直径方向に対 向しているので、（垂直運動など）軸の他の運動により、一定の時間間隔におい て軸の一方の側のセンサを通過するライン数が増加するとともに、軸の他方の側 のセンサを通過するライン数が減少する。両方のラインカウント数を加算するこ とにより、垂直運動の影響が消去されねじれによる変形を示すライン数の正確な カウントが可能になる。

回路４２２はさらに、ねじれによる変形量を単にライン数をカウントするだけで ｊ）られる値よりも正確に解析することを可能にする。この実現のため、軸方向 に離れた位置の両センサユニット１０４の信号間の位）■差が測定される。この 位相差は完全なライン間隔数のカウントに対して加ｐ、すべきライン間隔の端数 部分を示し、軸の周方向のねじれ変形の正確な測定を可能にする。これを実現す るため、端子４０８及び端子４２４はそれぞれ、入力パルス列を２つに分割する 機能をＨするフリップフロップ４２７及びフリップフロップ４２８に接続されて いる。この入力パルス列の分割は信号の完全な対称性を保証する。その後、エク スクル−シブＮＯＲゲート４３０により、フリシブフロップ４２７及び４２８の 出力信号に対して１ビット乗算が実行される。１ビット乗算のためにエクスクル −シブＮＯＲゲート４３０を使用することにより、ペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａ ｌ）及び０から１にわたる出力動作周期に対する感度が低くなる。

エクスクル−シブＮＯＲゲートの出力はローパスフィルタに通され２ｆＯのエネ ルギー（及びより高い周波数）が除去される。その出力は２分の１周期より小さ い位ＩＯ偏移に対して直線形であるが、より大きい角度に対しては乗算される。

二のことは、ローパスフィルタ４３２を介してゲート４３０の出力を伝達し軸方 向に離れたセンサユニット１０４間の出力の位相差に比例する電圧を供給するこ とにより、本実施例において実現される。上記電圧はアナログ−デジタル変換器 （図示せず）を介してデータ処理分析回路１０８のコンピュータに供給された後 、ねじれによる変形を示す総ライン数と端数とを＝１′ｎするために、前述の方 法でカウンタ４２６の出力に加算される。必要ならば、上記ローパスフィルタ４ ３２の電圧出力は、軸１１２の反対側に位置するセンサユニット群１０４に接続 された回路４２２の対応する電圧出力に加算された後、その結果の総＝１が２分 割されカウンタ４２６の出力に対する前述のような軸の非回転運動の影響を打ち 消す位相差の値を生成するように構成されてもよい。

絶対的な偏向の測定、すなわち振動の偏向の表示が必要な場合には、単にライン 数をカウントするのではなく、２分の１周期ずつカウントすることが必要である 。２分のｎ周期（ｎＴ／２）の位相偏移の表示の曖昧さは前述のクアドラチュア 技術により解析し得る。

軸の傾き及び揺れの補正後、図４の回路によるねじれ角度の解析に対して残され ている制限として、センサユニット１０４の光学部品の振動、光学的ノイズ及び 電子的ノイズ、軸１１２に付与されたライン群１１４のライン間隔のばらつき、 ロンキーグリッド１１８の軸上ラインＩ！＄　１１４に対する調整ミス、並びに ライン１１４上への微粒子の堆枯がある。水中の場合には、微粒子の堆積はより 早期に発生し、光学部品のケースに対する水力学的負荷が調整に影響を及ぼすと ともにケースの振動を発生させる。

周波数応答性を制限するのはフォトダイオード−電子部品量応答及びグリッド通 過周波数である。直径４フイートのプロペラシャフトが毎分５０回転（５０ｒｐ ｍ）する場合に参目当する、グリッド通過周波数にとって最悪の条件においては 、１６ＫＨｚのグリッド通過周波数が発生する。位相検出器の基本周波数はこの グリッド通過周波数の２倍である。基本周波数より２オクターブ低く設定された 適応可能なローパスフィルタを用いることにより、この場合、周波数応答をほぼ ４ＫＨｚまで制限することができる。その他の場合の応答は軸の表面速度に比例 する。

位Ｆロデータが振動の振幅に変換され信号がインピーダンス整合された後、信号 は、いかに離れた船上の位置であろうと、同軸ケーブル、シールドされたより線 対、あるいは光ファイバにより伝達され得る。（例えば、船のブリッジ、制御室 、モニターステーションなどの）中央に位置するコンピュータは、上記データを 抽出して同時出力することができる。

軸の回転方向に関する正確な表示値が必要であり、少なくとも１個のセンサユニ ット１０４が前述のように９０度位相差関係の多数のセンサを備えている場合に は、上記ユニットの９０度位相差の出力信号が位相検出回路（図示せず）に供給 され、この位相検出回路が、その出力として、２つの入力信号のどちらかが他方 に対して９０度先行するような表示値を発生させる。この出力表示値はデータ処 理分析回路１０８に入力として供給される。データ処理分析回路１０８はこの人 力に基づいて軸１１２の回転方向を判定することができる。

先に述べたように、本発明の選択可能な実施例として、９０度位相差関係のセン サを付しようと有しまいと、センサユニット１０４を１つだけ０１えるように構 成されてしよい。センサユニット１０４が１つだけ設けられる場合には、回路４ ２２は設けられない。その場合、システムの利用可能な出力は回転速度、回転方 向、回転速度の変動に限られる。これらの出力のみが必要な出力である場合には 、付加的なセンサユニット１０４及びＣエリ処理回路１０６の一部を必要としな くなるので、この実施例が好ましい。

本発明の別の実施例では、輔１コ２に沿って離れて位置する２個のセンサユニッ ト１０４が設けられる。この実施例によれば、ねじれ振動、ねじれ、回転速度、 回転速度の変動、軸出力、トルク、及びトルク変動の１１１１定が可能になる。

しかしながら、この実施例は軸の非回転運動である傾き及び揺れの補正能力を欠 いている。それ故、この実施例は、軸の傾き及び揺れが問題になる恐れがなくシ ステムの出力にそれほど高い精度を必要としない設置の場合に通わしい。この実 施例では、信号処理回路１０６は図４に示すように設けられる。しかしながら、 ４つのセンサユニット１０４を育する実施例に関して説明された回路４２２は設 けられる必要はなく、カウンタ４２６の出力は４つのセンサユニットを有する実 施例で述べられたような、別のカウンタ出力への加算と２分割が行われる必要は ない。

（図１に基づいて前述した）データ処理力）行回路１０８のコンピュータは、信 号処理回路１０６からのデータ人力を受け取り記憶するとともに、このデータに 対して必要な分析を行って、例えば、軸の回転方向、回転速度、ねじれ振動、ね じれ、傾き及び揺れ等を特定する所望の出力インディケータを生成する。ＩＩＦ Ｉ定されたデータは、長期間にわたってＡ１１定値が検討され得るように、コン ピュータのメモリまたは大規模記憶装置に記憶されることが好ましい。特に、コ ンピュータは、軸に付与されたラインの４ｇｊ（ｓｅａ＠）のせいで本質的に発 生する、受は取られた信号の非連続性を特定するようプログラムされていること が好ましい。その後、測定値は軸の１回の解析分の一連の／ＩＩＩ定値として− まとまりに記憶される。その後、軸の別の回の解析において得られた軸上の同じ 個所の、’１１１定値は、様々な技術を用いて比較分析されてもよい。

記録されたＭ１定量の統計的表示または実際の表示が必要な場合はいつでも、出 力として提供される。例えば、その出力は即時的な表示として、位相平均として 、時間平均として、１１定の最大値または最小値として、任意の時間帯に発生し た範囲で、あるいは統計的な偏向のａＦＩ定値として提供されてもよい。当該分 野の技μｉ者であれば、ひとたびこのデータがコンピュータ内に存在すれば、従 来の様々な分析方法がデータに加えられたり、必要なモニタリングの目的に応じ て出力が提供されることがわかるであろう。例えば、外洋船では、軸の方向と回 転速度が船上のブリッジのディスプレイに刻々と変化する出力として提供されて もよい。

ねじれ振動の統計的な測定値または可視の表示がエンジニアによる検討及びモニ タリングの目的でエンジンルームのスクリーンに提供されてもよい。コンピュー タはまた、ａ１定値に突然の変化が発生した場合や所定範囲の許容値を超えるＭ １定値が発生した場合に、警報その他の表示を発するようプログラムされてもよ い。

定常からの重大な偏移を特定し得るよう、統計処理制御において公知の方法を用 いることもできる。例えば、平均値からＮの基準偏移量を超える測定値に対して 、警報が発せられてもよい。また、シュワード型の（Ｓｈｅｖｈａｒｔ−ｔｙｐ ｅ）制御図または累積集計制御図とこれら制御図を用いて問題点を特定する統計 的方法も使用され得る。

ねじれ振動を分析するひとつの好ましい方法として、位相平均化技術及び公知の 波）ｌニ抽出技術がセンサからの一連のデータに加えられてもよい。特に好まし い技術では、別々の回転時に４Ｐｊ定された複数のねじれ歪の測定値群が与えら れ、軸の同し個所で以前Ｍ１定されたｍｌ定値群からの値がまとめて加算される 。この加算処理は軸の特定の個所で発生するねしれ歪の再発の増加と減少を強調 する傾向がある。この加算処理が軸の多数の個所で実行されると、ねじれ振動の ばらつきのモデルが開発される。その後、軸に接続されたベアリング、ギア、そ の他の動力伝達要素に関して起こり得る問題を特定するために、上記ばらつきの グラフが生成され検３４される。あるいは、ねじれ振動のパターンに正大な変化 が検出された際に分析と出力表示を行うよう、コンピュータがプログラムされる 。

先に述べたように、本発明のシステムによるねじれ歪Δ−ｊ定値の微細な解析に は、軸ノｊ向に間隔を置いて設けられたライン群１１４同士が可能な限り同一で あるように正確に一致していることが必要である。それ故、発明者らは軸に所望 のライン群を設ける新規な方法及び装置を開発した。開示された方法及び装置は いかなる軸への使用にも適しているが、特に、産業設備や外洋船に設置された既 存の軸に微細間隔のライン群を必要数設けるのに育刊である。

微細間隔のグリッドラインを軸に写真技術で付与するための好ましい処理が図５ のフローチャートに開示されている。この好ましい実施例では、感光エマルジョ ンが、ｌｒｎｍ当たり５本から１０本の間隔でライン群が軸に写真光学的に刷り 込まれるよう、軸表面に塗布されている。ライン群は軸方向の２個所に同時に刷 り込まれることか好ましい。

ブロック５０２て示された処理の第１ステツプはフィルムマスターの準備工程で ある。フィルムマスターはコダック社の５０５２ＴＭＸフィルムなどの高コント ラストを何する一般の写真フィルムを用いてｆＬ偏されてもよい。所望のライン 間隔に応して、別の種類のフィルムが使用される。コダック社の５０５２ＴＭＸ フィルムは１ミリメータ当たり５本の間隔でラインを形成するのに適している。

使用されるフィルムの粒子及びコントラストは微細間隔のライン形成のためには 細かいほうかよいが、より間隔の大きいライン形成のためにはもつとｉｎいもの であってもよい。フィルムマスターは、処ＦＩ！対象である軸の円周と少なくと も等しい長さを９するフィルムの長さ方向に沿って所望の間隔を置いたライン群 をフィルム上に露光させることにより準０１されることか好ましい。後に詳述す るように、フィルムは、一定速度で細いスリットを通過するよう動かされる際に スリットを介してフィルム上に降り注ぐ同期閃光に晒されてもよい。その後、フ ィルムは現像されて、軸上へのライン群の付与を制御するマスターフィルムが生 成される。

処理の次のステップでは、ブロック５０２で準備されたフィルムマスターがブロ ック５０４で示されるように軸上に設置される。フィルムマスターは、ライン群 が形成されるべき軸表面上の個所から軸方向に間隔を置いた位置で、軸周面周り に留められる。本発明にかかるセンサユニット１０４、及び上述の信号処理回路 １０６の少なくとも一部分が、軸の回転中にフィルムマスターのライン群の通過 を検出するよう、フィルムマスターに近接して配置される。

次に、ブロック５０６に示されるように、軸上のライン群が形成されるべき領域 内に感光材料が配置される。好ましい実施例では、本ステップの軸上に置かれる 感光材料は、アメリカ合衆国コネチカット州０６４９２、ワリングフォード（Ｗ ａｌｌｌｎｇｆｏｒｄ）　、バーンズインダストリアルパークロード（Ｂａｒｎ ｅｓ　ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰａｒｋ　Ｒｏａｄ）、２所在のＫＴＩケミカルズ 社（ＫＴＩ　ＣｈｅＩｌｉｃａｌｓ　Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）のカタログナ ンバー１４６１９４６として入手可能なＫＴＦＲレジスト等の光重合体である。

この材料は液体であり、軸周面の所望の個所に均一な層の状態で付与され得る。

ＫＴＦＲレジストは付与後に熱処理され軸上で硬化する。閃光灯等の選択的に操 作可能な光源が、センサユニット１０４及び信号処理回路１０６に接続されると ともに、感光材料が軸に付与された範囲内に配置される。軸は、所望のライン長 さ及びライン幅に相当しラインが軸上に形成されるべき各個所に位置する細いス リットの領域を除いて、光源からシールドされている。

ブロック５０８に示される次のステップでは、感光材料が完全に露光されるまで 軸が回転される。ブロック５１２及び５１４に示されているように、軸の回転中 に、センサユニット１０４がマスターフィルム上のラインの存在を検出するため に使用され、信号処理回路１０６が、軸上の感光材料を露光する閃光灯等の光源 を作動させるために使用される。ＫＴＦＲ等の光重合体は、ラインが形成される べき各個所でかなりの期間繰り返し露光が必要とされるほど光に対して比較的敏 感ではない。本発明にかかる処理においては軸に対する光の付与を正確に制御す るので、軸を多数回連続して回転させる各回転中に、同じ所望のライン形状個所 に繰り返し光を付与することが可能である。

感光材料の露光が終わると、ブロック５１６で示されるように、感光材料が現像 される。ＫＴＦＲを現像する場合、ＫＴＩケミカルズ社のカタログナンバー１０ １７６３１のＫＴＦＲ現像剤が使用される。次に、ステップ５１８において、露 光不足のせいて軸上で硬化されなかった非露光光重合体が、所望のライン位置の ｍ６体のみを残して除去される。非露光材料は、非露光材料除去の目的のために 形成された溶剤を使って除去される。

次に、ブロック５２０に示すように、付与された光重合体のライン間の軸領域が 、ライン群と軸との間のコントラストを促進させるために処理される。このよう な処理は多数の方法で大曳される。好ましい方法の一例として、ＫＴＩ社のカタ ログナンバー１４７３３６２のＫＴＦＲ青色染料が、軸周囲のライン群が形成さ れた領域に塗缶される。青色染料はＫＴＦＲｆｆＩ合体に付着するが、軸には付 着しない。これにより、センサユニット１０４により容易に検出され得るコント ラストが生成される。ライン領域にコントラストを発生させる処理をする別の好 ましい方法では、例えば塩化フェライトを使って軸の露出された金属がエツチン グされ、エツチングされた領域は重合体がコーティングされた領域の軸の色と対 比する色の材料で覆われる。例えば、エツチングされた領域は黒色の材料で覆わ れる。その後、付与されたライン群を保護するために、軸の周面に保護コーティ ングが行われる。

これらの好ましい方法に加えて、本発明の範囲内で他の方法が使用されてもよい 。いくつかの例では、軸にグリッドラインが設けられる際に、上述の光重合体処 理よりはむしろ光化学処理を使用することが望ましい場合もある。例えば、軸が 位置する部屋が暗くされ、図５の上述の処理における光重合体の位置の軸周囲に 、露光前のフィルムが接着される。その後、図５の上述の処理に従ってフィルム が露光され軸上でほぼ現像される。この処理はフィルムの露光に軸のただ１回の 回転のみを必要とするという有利な点を有する。図５に関して述べられた最も好 ましい実施例に比べてこの処理の不利な点は、軸に付着されたフィルムが腐食処 理あるいはエツチング処理により生成されたラインａよりも損傷を受けやすいと いう点である。

もちろん、軸にフィルムキャリアを接着させる以外に、上述の同じ処理によりフ ィルムを露光現像する前に、このようなフィルムキャリア上に使用される感光化 学剤を軸に直接付与することも可能である。

図６ａ及び図６ｂは図５のフローチャートのステップ５０２に従ってフィルムマ スターを準備する装置を示す。図６ａに示すように、この装置は、プラッタ６０ ４ををするターンテーブル６０２と、ターンテーブル６０２上に搭載されたフィ ルムキャリア６０６と、フィルムキャリア６０６に保持されたフィルム６゜７と 、リミットスイッチトリップ部材６０８と、リミットスイッチ６１ｏと、スリッ トキャリア６１４とを備えており、これらの全ては、スリットキャリア６１４へ の光の接近を許容する孔６１２の領域を除いて遮光カバー６２２に包まれている 。閃光制御装置６２８が、ターンテーブル６０２及びリミットスイッチ６１０に 接続されているとともに、パワーサプライ６２６により電力供給される閃光灯６ ２４を制御するよう操作可能に接続されている。ターンテーブル６０２は正確に 一様な速度でフィルム６０７を移動させてスリットキャリア６１４を通過させる 手段である。比較的小径の軸の場合、ターンテーブル６０２は、レコード針と補 助光が取り外された松下電器産業株式会扛テクニクス（Ｔｃｃｌ＋ｎ１ｃｓ）モ デルナンバー５Ｌ１９００等のダイレクトドライブ型オーディオターンテーブル システムであってもよい。あるいは、直流サーボモータと適切なサイズの回転タ ーンテーブルとが使用され得る。適切なサーボモータは、例えば、インランドモ ーターズ社（Ｉｎｌａｎｄ　Ｍｏｔｏｒｓ）　、パーカーハニフィン＞ｆ（Ｐａ ｒｋｅｒ　ｔｌａｎｎ汀Ｉｎ　Ｃｏｒｐ、）その他により製造されたものである 。フィルムキャリア６０６はアルミニウムやその他適切な材料から形成され、高 精度に均一な円形である必要がある。フィルムキャリア６０６はこれとともに回 転するブラック６０４上に搭載されている。リミットスイッチトリップ部材６０ ８は、リミットスイッチ６１０を作動させこれによりフィルムキャリアが所望の 位置に来たこと及び閃光を開始すべきであることを表示するよう、リミットスイ ッチ６１０に位置合わせされる。ターンテーブル６０２及びその関連部品は、ス リットキャリア６１４の領域を除いて閃光灯６２４による光など外部光からフィ ルム６０７をシールドする遮光カバー６２２に包まれている。図６ｂに示すよう に、スリットキャリア６１４は、スリット６２０の領域に切り込みを何する例え ばアルミニウム等の材料の不透明板として構成される。

例えばかみそり刃などの２つの調節可能なスリット縁部６１６が、所望のスリッ ト幅を生成するよう顕微鏡を用いて調節される。スリット縁部６１６は、その後 、締結具６１８などのクランプを用いて適切な位置に固定される。

図６ａに再度みるように、作動１１．’７には、スリット６２０がフィルム６０ ７の正面に位ｉ１わせされ、ターンテーブル６０２が作動される。リミットスイ ッチトリップ部材６０８がリミットスイッチ６１０を作動させると、閃光制御回 路６２８に対する信号が、閃光灯６２４を正確に＝１算された時間間隔で発光さ せる精密タイミング回路を作動させ、スリット６２０を通してフィルム６０７を 露光させる。スリット６２０はフィルム６０７の極めて近（に位置し、好ましく は２分の１ミリメ一タ以内に位置する。フィルム６０７は一定速度で回転し閃光 灯６２４は正確な時間間隔で作動されるので、正確な間隔のライン群がフィルム ６０７上で露光される。好ましくは、閃光制御回路６２８は、特定回数だけ閃光 灯６２４を作動させて特定数のラインを形成しその後閃光灯６２４の作動を停止 させるカウンタを備えている。このようにして、フィルムの既に露光された部分 への上書きがトノノ止される。あるいは、回路がリミットスイッチ６１０の作動 から始めて閃光灯６２４を作動させるように構成されるとともに、リミットスイ ッチ６１０が２回作動された時に、閃光制御回路６２８が、フィルム６０７が完 全に回転したことを表示して閃光灯６２４の作動を停止させるように構成されて もよい。上記２番目の方法は領域を二重に露光させることになるけれども、フィ ルム６０７は、この領域か軸にフィルム６０７を取り付ける際に切り離されるフ ィルム６０７端部の近傍で発生するよう調整されてもよい。

閃光灯６２４は、例えば、閃光制御回路６２８の形て外部トリガを使用して作動 するＧＥＮＲＡＤ社のモデルナンバーＧＲ１５３８−Ａの”５ｔｒｏｂｏｔａｃ −（商標名）である。閃光灯の必要周波数はフィルムキャリアの直径、ターンテ ーブルの回転速度及び所望のライン間隔の関数である。例えば２．９５インチの 筒状の直径と３３　１／３ｒｐｍの回転速度の場合、閃光灯６２４の周波数は１ ｍｍ当たり５本のライン間隔杉成のために６５６Ｈｚに設定される。

フィルム６０７を正確に露光する必要から、閃光灯６２４には、交流電力により 発生する強度のばらつきをなくすために、調整されたパワーサプライが設けられ たほうがよい。図７はこの目的のために使用され得る比較的単純な２４ボルト直 流パワーサプライを示す。このパワーサプライでは、電源コード７０２が１２０ ボルト交流電源に接続され、スイッチ７０４の閉状態によりヒユーズ７０６及び 変圧器７０８の一次コイルを通る回路が形成される。変圧器７０８の二次コイル は２アンペアで２５．２ボルトの交流電流を供給する巻き線化を有している。

変圧器７０８の二次コイルは全波ブリッジ整流器７１０に接続されている。全波 ブリッジ整流器７１０の出力側は電解コンデンサ７１４を横切って例えばＬＭ３ ３７電圧レギュレータである電圧レギュレータ７１６に接続されている。抵抗７ １８及び抵抗７２０が出力電圧を調整するために設けられている。電圧レギュレ ータ７１６の他方の側のパワーサプライ６２６の出カフ２４側では、１０マイク ロフアラツドのタンタルコンデンサ７２２が出力端子７２４と地面との間に接続 されている。

図８には、閃光制御回路６２８が概略形状で示されている。閃光制御回路６２８ はその主要な構成部品として、正確なＩＭＨｚ出力を有するＭＸＯ−４５型発振 器等の水晶発振５８０１を有している。閃光制御回路６２８は主として、正確な タイムベースから始まりカウンタを用いてタイムベースの出力を分割して所望の 出力パルスの周波数を生成するクロック回路である。出力パルス用その後、閃光 灯６２４を発光作動させるために使用される。閃光制御回路６２８は出力パルス 用のカウンタと、カウンタに取り付けられ、所定数のパルスが発生された後にパ ルス出力を禁止する手段とを備えている。具体的には、回路部品８０２．８０４ ．８０６．８０８．８１０．８１４．８１６．８１８及び８２０がリミットスイ ッチ６１０の作動に基づいて正確な６５１．０４Ｈｚの割合で閃光を開始させる とともに、閃光灯を所定回数閃光させるよう作動する。例えばフィルムキャリア の直径が２．９５インチで１ミリメータ当たり５本の間隔てライン形成を行う場 合、１１７６回の閃光か実行され、これによりフィルムマスター上に１１７６本 のラインか形成される。緊急停止スイッチ８１２及びアームスイッチ８２２が回 路動作の制御のために設けられる。

図りでは、図５のフローチャートに関して述べられたように、現場でライン群を 軸に付′）するための典型的な装置の組立状態が示されている。フィルムマスタ ー６０７が軸１１２の周面に設置されており、センサユニット１０４がフィルム マスター６０７上のライン群の通過を検出するよう調整されている。センサユニ ット１０４の出力側は信号処理回路１０６の一部に接続されている。図４に示す ように、使用される回路１０６の部分は増幅２Ｈ４０２、バイパスフィルタ４゜ ４、及び端子４０８において終端となる比較器４０６を備える部分である。端子 ４０８はフィルムマスター６０７上の各ラインの通過に基づいて方形波を供給す る。端子４０８は、選択された閃光灯のトリガ端子の要求に従って電流の増大と レベル整合及びインピーダンス整合を供給するパワー補強回路（図示せず）に接 続されている。このパワー補強回路は閃光灯６２４のトリが端子に接続されてい る。閃光灯６２４は、軸１１２上の複数群のグリッドラインが８貿とされる個所 に設けられた感光材料９０３に近接して位置合わせされるスリットマスク９０２ を介して光を供給するよう配置されている。もちろん、シールド９０４は、閃光 灯６２４からの光がスリットマスク９０２のスリット領域を除いて感光材料９０ ３に達するのを防ぐようになっている。シールド９０４の一部のみが図示されて いるのは、装置の他の部分を不明瞭にするのを防ぐためであることがわかるであ ろう。

図１０に示すように、本発明の別の実施例では、システムはギアボックス１００ ６など一つ以上の動力伝達要素によって分離された複数の別々の軸１００２．１ ００４とともに使用される。この実施例では、ライン群１１４は、複数のライン 群を１本の軸に設けるための上述の方法と同様にして軸１００２及び軸１００４ に設けられる。しかしながら、ギアボックス１００６の作動のせいで軸１００２ と軸１００４とは同し速度では回転しない。軸１００２は、軸１００４の整数倍 の速度で、例えば軸１００４の２倍の速度で回転するのが好ましい。ライン群の 付与の間、フィルムマスターはシステム内で最高速の回転軸、例えば軸１００２ に設けられる。その後、上述の処理に従って、機械が作動する際に両軸に同期的 にライン群が形成される。同期的なラインの形成により、低速で回転する軸１０ ０４のライン群１１４よりも大きな間隔で軸１００２にライン群１１４が形成さ れる。軸１００２が２倍の速度で回転すると、ライン群１１４は軸１００４上の ライン群の２倍の間隔を有することになる。それ故、軸１００２上のフィルムマ スターの各回転において、ライン群は軸１００４の半分の円周分しが露光されな い。

図１０に示すシステムは、ギアボックスによって分離された２本の軸を検出する システムを一例として示しているが、当該分野の技術者であれば、この考えが伝 動システムにおいていかなる数の接続軸上のセンサをも含むように拡大され得る とともに、近接する軸上のセンサの出方あるいはシステム内のいがなる軸のセン サからの出力とも比較して所望の動作分析を行い得ることは明らかである。

ライン群１１４を様々な軸に同期的に付与するので、軸１００２及び軸１゜０４ と結合されたセンサユニット１０４の出力は動力伝達系の作動中に同じ出力周波 数をＨするだろう。そして、これら出力は上述と同じ回路及び方法を用いて比較 及び分析され、ギアボックス１００６に起こり得る問題が特定される。

このように、低コストで、動く部分がなく、軸と接触せず、機械化も軸に対する 永久的な変化もなく、高い角度解析と高周波数応答とを供給するモニターシステ ムが開示されている。このシステムは容品がっ速やかに既存の軸に設けることが できるとともに、航海中に取り付けられ利用され得る。本発明のシステムは、同 じシステムが全ての軸に設けられる場合において相互に交換可能である。エツチ ングされた軸上のラインのみ力咬換不可能である。好ましい実施例にががるシス テムは、非常に丈夫で大きな振動及び衝撃負荷に耐え得るとともに、機能を繰り 返し実行することができる。さらに、このシステムは水中での操作を必要とする 場合に採用され得る。

のロロ ＦＩＧ、　２ｂ 図２Ｃ ロンキークリ・ソトマスク 図　５ ＦＩＧ、　６ｂ ：Ｌ　￥′− ン　− ＦＩＧ、　９ 補正間の翻訳文の提出書 （特許法第１８４条の８） １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ９３１０３２２８ ２、発明の名称 回転軸のねじれ振動と動作パラメータをモニターするシステム及び方法３、特許 ′「出願人 住　所　アメリカご衆国　メリーランド州　２１１４６゜セバーナ　バーク、シ ェイクスピア　コート　２５４氏　名　ウォーカー、ダナ、　エイ、（はが１名 ）国　籍　アメリカ合衆国 ４、代理人　〒５５０　電０６　（４４５）２１２８２７、上記映像手段が、放 射エネルギー源と、上記ロンキーグリッドマスク及びレンズ手段の光路上の光検 出手段に対して選択的に位置合ゎせを行いかつ上記光路上の放射エネルギー源を 選択的に位置合わせする移送手段とを備えている請求項２６記載のシステム。

２８、上記移送手段が、上記光路上の放射エネルギー源及び光検出手段のどちら か一方を選択的に位置合わせするよう回転する回転タレットを備えている請求項 ２７記載のシステム。

２つ、上記放射エネルギー源は発光ダイオードである請求項２８記載のシステム 。

３０、上記グリッドラインが光処理により運動軸に形成されたものである請求項 １記載のシステム。

３１、上記グリッドラインが、感光材料を運動軸に塗布し放射エネルギーに選択 的に晒すことによって運動軸上に形成されたしのである請求項３０：ｃ！載のシ ステム。

３２、上記グリッドラインが１ｍｍより小さい間隔を置いて配設されている請求 項３１記載のシステム。

３３、上記グリッドラインが光処理により運動軸の軸方向に間隔を置いた２位置 に形成されている請求項５記載のシステム。

３４、上記グリッドラインが、感光材料を運動軸上の軸方向に間隔を置いた第１ 及び第２の位置に塗布し放射エネルギーに選択的に晒すことによって運動軸上に 形成されたものである請求項３３記載のシステム。

３５、上記第１の位置における感光材料のグリッドラインは、上記第２の位置に おけるグリッドラインと１対１に対応している請求項３４記載のシステム。

３６、上記グリッドラインが１ｍｍより小さい間隔を置いて配設されている請求 項３５記載のシステム。

３７、上記グリッドラインが、運動軸表面の１ｍｍ当たりに少なくとも５本のグ リッドラインを有する間隔で配設されている請求項３６記載のシステム。

３８、動作状態のモニタリングを容易にする伝動軸体であって、円筒状の伝動軸 と、この伝動軸の長さ方向の第１の所定位置で伝動軸のほぼ全周に付着され、微 細間隔て設けられた複数のライン領域を有する感光材料とを備え、上記ライン領 域は、感光材料を光に選択的に晒して光化学的に現像させることにより形成され て、ライン領域が第１の散乱作用に従って接近する放射エネルギーを散乱させる 一方、ライン領域間に位置する領域が第１の散乱作用と検知可能に区別された第 ２の散乱作用に従って接近する放射エネルギーを散乱させるよう構成されている 伝動軸体。

３９、上記感光材料が伝動軸上で硬化された感光エマルジョンである請求項３８ ：ｃ！載の伝動軸体。

４０、上記感光材料が光ｍ合体である請求項３８記載の伝動軸体。

４１、上記感光材料が伝動軸に設けられた帯状の材料上に位置している請求項３ ８記載の伝動軸体。

４２、感光＋４料が、上記伝動軸上の第１の位置から伝動軸の長さ方向に間隔を 置いた第２の位置にも設けられて複数の平行なうイン領域を形成しており、上記 ライン領域が第１の散乱作用に従って放射エネルギーを散乱させる一方、ライン 間の領域が第１の散乱作用と検知可能に区別された第２の散乱作用に従って放射 エネルギーを散乱させるよう構成されている請求項３８記載の伝動軸体。

４３、上記第１の位置における感光＋４木）のライン領域は、上記第２の位置に おけるライン領域と１対１に対応している請求項４２記載の伝動軸体。

４４、　上記伝動軸が、上記第１の所定位置の少なくとも一部でエツチングされ ている請求項３８記載の伝動軸体。

４５、軸上にグリッドラインを形成する方法であって、軸上に放ｑ・ｔエネルギ ーに反応する感光材料を付着させる工程と、選択的間欠的に操作可能な放射エネ ルギー源を設ける工程と、所望のライン特性を実現するマスクを設ける工程と、 上記軸を回転させるとともにその回転と同期して上記放射エネルギー源を制御し て軸上の所望の位置にグリッドラインを形成する工程とを備えたグリッドライン 形成方法。

４６、上記放１・（エネルギー源が閃光灯である請求項４５記載の方法。

４７、上記ｈｋ射エネルギー源が、上記軸とともに回転するパターンを検出する ラインパターンセンサからの信号に同期して制御される請求項４５記載の方法。

４８、上記パターンが、上記軸の周面に写真生成されたマスターパターンである 請求項４７記載の方法。

４つ、上記写真マスターパターンは、一定の速度で写真材料を移動させて光学ス リットを通過させ上記所望の時間間隔で上記スリットを通して写真材料に放射エ ネルギーを加えることにより生成される請求項４８記載の方法。

５０、上記写真材料は一定速度で回転するターンテーブル上に置がれ、上記放ｑ ・１エネルギーは一定の時間間隔て閃光する閃光灯により上記スリットを通して 写真材料に加えられる請求項４９記載の方法。

５１、上記放射エネルギー源は、上記軸とともに回転するパターンとほぼ一致す る感光材料に対して放射エネルギーのパターンを照射するよう作動される請求項 ４７記載の方法。

５２、上記ラインパターンセンサは、非干渉性放射エネルギーを生成して上記軸 とともに回転するパターンに向かわせる非干渉性放射エネルギー生成手段と、上 記パターンに対応して間隔を置いて設けられた複数の放射エネルギー通過ライン をＨするロンキーグリッド手段と、上記ロンキーグリッド手段の平面上に上記パ ターンから散乱された放射エネルギー像を映し出すレンズ手段と、 上記ロンキーグリッド手段を通過する放射エネルギーのレベルを検出し上記パタ ーンの移動を示す出力信号を生成する光検出手段とを備えている請求項５１記載 の方法。

５３、上記感光材料が上記軸上で硬化された感光エマルジョンである請求項４５ 記載の方法。

５４、上記感光材料が光重合体である請求項４５記載の方法。

５５、上記感光（オ料が上記軸に設けられた帯状の材料上に位置している請求項 ４５記載の方法。

５６、上記軸上に上記感光材料を現像して一部のラインを形成する工程をさらに 含む請求項４５記級の方法。

５７、上記感光材料を現像した後感光材料の一部を除去する工程をさらに含む請 求項５６記載の方法。

５８．　上記現像後に感光材料が除去された軸上の露出部分を処理して上記露出 部分と感光材料が残存している軸上の部分との間の対比を増大させる工程をさら に含む請求項５７記載の方法。

５９、上記軸上に残存する感光材料に染料を塗布して対比を促進させる工程をさ らに含む請求項５８記載の方法。

６０、上記対比増大処理工程が上記軸に対するエツチングを含んでいる請求項５ ８記載の方法。

６１、上記エツチングが感光材料が除去された軸上の露出部分に対して実行され る請求項６０記載の方法。

６２、対比を増大させる材料が塗布された後、半透明保３Ｈが軸上のエツチング 領域にコーティングされる請求項６１記載の方法。

６３、上記感光材料が上記軸周面の軸方向に間隔を置いた複数位置に設けられ、 対応するグリッドライン群が上記複数位置に生成される請求項４５記載の方法。

６４、　グリッドラインが相互に接続された複数の軸上に形成され、上記感光材 料が上記δ軸に設けられているとともに、少なくとも１個の放射エネルギー源が ６軸上に同時にグリッドラインを形成するよう設けられていて、上記放射エネル ギー源が、上記軸の１本とともに回転するパターンを検出するラインパターンセ ンサからの信号に同期して制御される請求項４５記載の方法。

６５、回転軸心を存するとともに周面上の少なくとも１位置において周方向に間 隔を置いて設けられた少なくとも一部のグリッドラインを有する軸に対してその 非ねしれ運動を測定するシステムであって、上記軸に近接する所定位置及び上記 グリッドライン位置の近傍に設置可能で上記グリッドラインとの間の相対的な移 動とともに変動する出力信号を生成する複数の光学検出系と、 上記光学検出系に接続され、上記出力信号を受け取るとともに、上記光学検出系 の位置に対する上記軸の回転軸心の位置ずれを示す出力信号を生成する処理回路 手段とをＯ；ｉえ、 上記各光学検出系は、非′Ｆ渉性放射エネルギーを生成して上記グリッドライン に向かわせる非干渉性放射エネルギー生成手段と、上記グリッドラインに対応し て間隔を置いて設けられた複数の放射エネルギー通過ラインを有するロンキーグ リッドと、上記ロンキーグリッドの平面上に上記軸上のグリッドラインから散乱 された放射エネルギー像を映し出すレンズ手段と、上記ロンキーグリッド手段を 通過する放射エネルギーのレベルを検出し上記グリッドラインの移動を示す出力 信号を生成する光検出手段とを備えている軸の非ねじれ運動測定システム。

６６、上記処理回路手段が軸の揺れを測定する請求項６５記載の測定システム。

６７、第１及び第２光学検出系が同一群のグリッドラインの通過を検出するよう 上記軸を横切る対向位置に設けられている請求項６５記載の測定システム。

６８、上記処理回路手段が、上記第１の光学検出系を通過するグリッドライン数 と上記第２の光学検出系を通過するグリッドライン数とを比較して上記両光学検 出系にλ・ｌする回転軸心の運動を１ｌＰ１定するよう構成されている請求項６ ７記載のＭ１定システム。

６つ、第１及び第２光学検出系が上記軸に沿って軸方向に間隔を置いた位置に設 けられており、上記軸には上記軸方向に間隔を置いた位置のそれぞれにグリッド ラインが設けられている請求項６５記載のｉ＋＞＋定システム。

７０、上記光学検出系を４個備え、第３及び第４の光学検出系が上記軸方向に間 隔を置いた位置で第１及び第２光学検出系にそれぞれ対向して設けられている請 求項６９記載の測定システム。

７１６　上記処理回路手段が軸の傾き及び揺れを測定するよう構成されている請 求項７０記載の測定システム。

７２、上記処理回路手段が、上記第１の光学検出系を通過するグリッドライン数 と上記第２の光学検出系を通過するグリッドライン数とを比較して上記両光学検 出系に対する回転軸心の運動を測定するよう構成されている請求項６９記載の７ １）Ｉ定システム。

７３、上記ライン領域が１ｍｍより小さい間隔で配設されている請求項３８記載 の伝動軸体。

７４、上記ライン領域が０．２ｍｍあるいはそれ以下の間隔で配設されている請 求項７３記載の伝動軸体。

７５、上記ライン領域は、感光材料が軸に付若された後に１１３成されるもので ある請求項３８記載の伝動軸体。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ 、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、 　ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ。

ＳＫ、ＵＡ （７２）発明者　ウォーカー、　マイケル、　ディー。

アメリカ合衆国　ニューヨーク州　１１７８０゜セントジェームズ、フォース　 ストリート　１４８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転軸心と、周面に間隔置いて設けられた複数のグリッドラインとを有する 運動軸の回転特性を分析するシステムであって、上記グリッドラインの領域内で 上記軸に近接する所定位置に設置可能で、上記軸の回転時における上記グリッド ラインとの相対的な移動により変動する出力信号を生成する光学検出手段を備え 、この光学検出手段は、非干渉性放射エネルギーを生成して上記グリッドライン に向かわせる非干渉性放射エネルギー生成手段と、 上記放射エネルギー生成手段からの放射を選択的に通過させるとともに、上記グ リッドラインに対応して間隔を置いて設けられた復数の放射エネルギー通過ライ ンを有するロンキーグリッド手段と、上記ロンキーグリッド手段の平面上に上記 軸のグリッドラインから散乱された放射エネルギー像を映し出すレンズ手段と、 上記ロンキーグリッド手段を通過する放射エネルギーのレベルを検出し上記グリ ッドラインの移動を示す出力信号を生成する光検出手段とを備える一方、上記光 検出手段に接続され、上記出力信号を受け取るとともに軸において繰り返される ねじれ振動を示す出力を生成する処理回路手段が備えられている運動軸の回転特 性分析システム。 ２．上記非干渉性放射エネルギー生成手段が少なくとも１個の赤外線発光ダイオ ードを備えている請求項１記載のシステム。 ３．上記グリッドラインが１ｍｍより小さい間隔で配設された平行線である請求 項１記載のシステム。 ４．複数個の上記光学検出手段が上記処理回路手段に接続されている請求項１記 載のシステム。 ５．２個の上記光学検出手段が上記軸の回転軸心に沿って所定の距離だけ離れた 位置に設けられている、請求項４記載のシステム。 ６．上記２個の光学検出手段が上記軸の同じ側に設けられている請求項５記載の システム。 ７．４個の上記光学検出手段が、上記軸の各側部に２個ずつ、軸の回転軸心に沿 って距離を置いた位置に設けられている請求項４記載のシステム。 ８．軸の一方の側の２個の光学検出手段は、軸の他方の側の２個の光学検出手段 とそれぞれ直径方向に対向して配設されている請求項７記載のシステム。 ９．上記４個の光学検出手段がほぼ同一平面上に設けられている請求項８記載の システム。 １０．上記処理回路手段が、さらに、上記軸の非ねじれ運動を補正する運動補正 手段を備えている請求項８記載のシステム。 １１．上記運動補正手段が運動軸の傾きと揺れとを補正するよう構成されている 請求項１０記載のシステム。 １２．上記運動補正手段が、第１の光学検出手段によって生成された信号を上記 第１の光学検出手段と直径方向に対向配置された第２の光学検出手段によって生 成された信号とともに処理するよう構成されている請求項１０記載のシステム。 １３．上記運動補正手段が、上記第１及び第２の光学検出手段の信号に含まれる 情報を付加的に処理して運動軸の非ねじれ連動を補正するよう構成されている請 求項１２記載のシステム。 １４．上記補正手段が上記第１及び第２の光学検出手段の信号を平均化するよう 構成されている請求項１２記載のシステム。 １５．上記処理回路手段が、２個の第２の光学検出手段を通過するグリッドライ ン数から２個の第１の光学検出手段を通過するグリッドライン数を減算して第１ の光学検出手段の位置と第２の光学検出手段の位置との間の運動軸の瞬間的な相 対的ねじれ歪を算出するよう構成されている請求項５記載のシステム。 １６．上記処理回路手段が、２個の第１の光学検出手段からの信号と２個の第２ の光学検出手段からの信号との間の位相差を計算して第１の光学検出手段の位置 と第２の光学検出手段の位置との間の運動軸の瞬間的な相対的ねじれ歪を算出す るよう構成されている請求項５記載のシステム。 Ｉ７．上記処理回路手段が、上記第１の光学検出手段を通過するグリッドライン 数を更に保持し、その数から上記第２の光学検出手段を通過するグリッドライン 数を減算して、その減算の結果と上記計算された位相差とを組み合わせて第１の 光学検出手段の位置と第２の光学検出手段の位置との間の運動軸の瞬間的な相対 的ねじれ歪を精密に算出するよう構成されている請求項１６記載のシステム。 １８．上記処理回路手段が、上記光検出手段の出力信号を示す時系列の値を記憶 する記憶手段を備えている請求項１記載のシステム。 １９．上記記憶手段が運動軸の複数回の回転に関する上記時系列値を示すデータ を記憶し、上記処理回路手段が運動軸の異なる回転時における同じ位置で得られ たデータを結合させるよう構成されている請求項１８記載のシステム。 ２０．上記処理回路手段が上記結合データを統計的に分析して運動軸において繰 り返されるねじれ振動を特定するよう構成されている請求項１９記載のシステム 。 ２１．上ち記口ンキーグリッド手段が、第１群の平行な放射エネルギー通過ライ ンと、この第１群の放射エネルギー通過ラインと平行でかつ位置をずらした第２ 群の放射エネルギー通過ラインとを有している請求項１記載のシステム。 ２２．上記第２群の放射エネルギー通過ラインが、各放射エネルギー通過ライン 間の間隔の４分の１だけ第１群の放射エネルギー通過ラインから外れた位置にあ り、両群の放射エネルギー通過ラインにより９０度位相差を有するグリッド状マ スクが形成されている請求項２１記載のシステム。 ２３．上記光検出手段は、上記第１群の放射エネルギー通過ラインと位置合わせ された出力信号生成手段と、上記第２群の放射エネルギー通過ラインと位置合わ せされた出力信号生成手段との少なくとも２個の出力信号生成手段を有し、相対 的な位相差を有する２個の出力信号が軸の回転に応じて生成されるよう構成され ている請求項２１記載のシステム。 ２４．上記ロンキーグリッド手段の平面上に映し出された運動軸のグリッドライ ンの像を調整する調整手段をさらに備えている請求項１記載のシステム。 ２５．上記光学検出手段が上記レンズ手段とロンキーグリッド手段とが設けられ た円筒状構造体を備え、上記調整手段は所定の位置で上記円筒状構造体をクラン プしたりクランプを解除したりするクランプ手段を備えており、このクランプ手 段はその解除時に円筒状構造体をクランプ手段に対して回転及び移動可能にして 光学検出手段の運動軸に対する所望の向きを達成させるよう構成されている請求 項２４記載のシステム。 ２６．上記光学検出手段が運動軸との所望の位置関係を達成するよう調整し得る よう、上記ロンキーグリッド手段に結合され軸上にロンキーグリッド手段の像を 映し出す映像手段を備えている請求項２４記載のシステム。 ２７．上記映像手段が、放射エネルギー源と、上記ロンキーグリッドマスク及び レンズ手段の光路上の光検出手段に対して選択的に位置合わせを行いかつ上記光 路上の放射エネルギー源を選択的に位置合わせする移送手段とを備えている請求 項２６記載のシステム。 ２８．上記移送手段が、上記光路上の放射エネルギー源及び光検出手段のどちら か一方を選択的に位置合わせするよう回転する回転タレットを備えている請求項 ２７記載のシステム。 ２９．上記放射エネルギー源は発光ダイオードである請求項２８記載のシステム 。 ３０．上記グリッドラインが光処理により運動軸に形成されたものである請求項 １記載のシステム。 ３１．上記グリッドラインが、感光材料を運動軸に塗布し放射エネルギーに選択 的に晒すことによって運動軸上に形成されたものである請求項３０記載のシステ ム。 ３２．上記グリッドラインが１ｍｍより小さい間隔を置いて配設されている請求 項３１記載のシステム。 ３３．上記グリッドラインが光処理により運動軸の軸方向に間隔を置いた２位置 に形成されている請求項５記載のシステム。 ３４．上記グリッドラインが、感光材料を運動軸上の軸方向に間隔を置いた第１ 及び第２の位置に塗布し放射エネルギーに選択的に晒すことによって運動軸上に 形成されたものである請求項３３記載のシステム。 ３５．上記第１の位置における感光材料のグリッドラインは、上記第２の位置に おけるグリッドラインと１対１に対応している請求項３４記載のシステム。 ３６．上記グリッドラインが１ｍｍより小さい間隔を置いて配設されている請求 項３５記載のシステム。 ３７．上記グリッドラインが、運動軸表面の１ｍｍ当たりに少なくとも５本のグ リッドラインを有する間隔で配設されている請求項３６記載のシステム。 ３８．動作状態のモニタリングを容易にする伝動軸体であって、円筒状の軸と、 この軸の長さ方向の第１の所定位置で軸のほぼ全周に位置し、第１の散乱作用に 従って接近する放射エネルギーを散乱させる複数の平行なライン領域を限定する 一方、ライン間領域が第１の散乱作用と検知可能に区別された第２の散乱作用に 従って接近する放射エネルギーを散乱させる感光材料とを備えている伝動軸体。 ３９．上記感光材料が伝動軸上で硬化された感光エマルジョンである請求項３８ 記載の伝動軸体。 ４０．上記感光材料が光重合体である請求項３８記載の伝動軸体。 ４１．上記感光材料が伝動軸に設けられた帯状の材料上に位置している請求項３ ８記載の伝動軸体。 ４２．感光材料が、上記伝動軸上の第１の位置から伝動軸の長さ方向に間隔を置 いた第２の位置にも設けられて複数の平行なライン領域を形成しており、上記ラ イン領域が第１の散乱作用に従って放射エネルギーを散乱させる一方、ライン間 の領域が第１の散乱作用と検知可能に区別された第２の散乱作用に従って放射エ ネルギーを散乱させるよう構成されている請求項３８記載の伝動軸体。 ４３．上記第１の位置における感光材料のライン領域は、上記第２の位置におけ るライン領域と１対１に対応している請求項４２記載の伝動軸体。 ４４．上記伝動軸が、上記第１の所定位置の少なくとも一部でエッチングされて いる請求項３８記載の伝動軸体。 ４５．軸上にグリッドラインを形成する方法であって、軸上に放射エネルギーに 反応する感光材料を付着させる工程と、選択的間欠的に操作可能な放射エネルギ ー源を設ける工程と、所望のライン特性を実現するマスクを設ける工程と、上記 軸を回転させるとともにその回転と同期して上記放射エネルギー源を制御して軸 上の所望の位置にグリッドラインを形成する工程とを備えたグリッドライン形成 方法。 ４６．上記放射エネルギー源が閃光灯である請求項４５記載の方法。 ４７．上記放射エネルギー源が、上記軸とともに回転するパターンを検出するラ インパターンセンサからの信号に同期して制御される請求項４５記載の方法。 ４８．上記パターンが、上記軸の周面に写真生成されたマスターパターンである 請求項４７記載の方法。 ４９．上記写真マスターパターンは、一定の速度で写真材料を移動させて光学ス リットを通過させ上記所望の時間間隔で上記スリットを通して写真材料に放射エ ネルギーを加えることにより生成される請求項４８記載の方法。 ５０．上記写真材料は一定速度で回転するターンテーブル上に置かれ、上記放射 エネルギーは一定の時間間隔で閃光する閃光灯により上記スリットを通して写真 材料に加えられる請求項４９記載の方法。 ５１．上記放射エネルギー源は、上記軸とともに回転するパターンとほぼ一致す る感光材料に対して放射エネルギーのパターンを照射するよう作動される請求項 ４７記載の方法。 ５２．上記ラインパターンセンサは、非干渉性放射エネルギーを生成して上記軸 とともに回転するパターンに向かわせる非干渉性放射エネルギー生成手段と、上 記パターンに対応して間隔を置いて設けられた複数の放射エネルギー通過ライン を有するロンキーグリッド手段と、上記ロンキーグリッド手段の平面上に上記パ ターンから散乱された放射エネルギー像を映し出すレンズ手段と、 上記ロンキーグリッド手段を通過する放射エネルギーのレベルを検出し上記パタ ーンの移動を示す出力信号を生成する光検出手段とを備えている請求項５１記載 の方法。 ５３．上記感光材料が上記軸上で硬化された感光エマルジョンである請求項４５ 記載の方法。 ５４．上記感光材料が光重合体である請求項４５記載の方法。 ５５．上記感光材料が上記軸に設けられた帯状の材料上に位置している請求項４ ５記載の方法。 ５６．上記軸上に上記感光材料を現像して一群のラインを形成する工程をさらに 含む請求項４５記載の方法。 ５７．上記感光材料を現像した後感光材料の一部を除去する工程をさらに含む請 求項５６記載の方法。 ５８．上記現像後に感光材料が除去された軸上の露出部分を処理して上記露出部 分と感光材料が残存している軸上の部分との間の対比を増大させる工程をさらに 含む請求項５７記載の方法。 ５９．上記軸上に残存する感光料に染料を塗布して対比を促進させる工程をさら に含む請求項５８記載の方法。 ６０．上記対比増大処理工程が上記軸に対するエッチングを含んでいる請求項５ ８記載の方法。 ６１．上記エッチングが感光材料が除去された軸上の露出部分に対して実行され る請求項６０記載の方法。 ６２．対比を増大させる材料が塗布された後、半透明保護膜が軸上のエッチング 領域にコーティングされる請求項６１記載の方法。 ６３．上記感光材料が上記軸周面の軸方向に間隔を置いた複数位置に設けられ、 対応するグリッドライン群が上記複数位置に生成される請求項４５記載の方法。 ６４．グリッドラインが相互に接続された複数の軸上に形成され、上記感光材料 が上記各軸に投げられているとともに、少なくとも１個の放射エネルギー源が各 軸上に同時にグリッドラインを形成するよう設けられていて、上記放射エネルギ ー源が、上記軸の１本とともに回転するパターンを検出するラインパターンセン サからの信号に同期して制御される請求項４５記載の方法。 ６５．回転軸心を有するとともに周面上の少なくとも１位置において周方向に間 隔を置いて設けられた少なくとも一群のグリッドラインを有する軸に対してその 非ねじれ運動を測定するシステムであって、上記軸に近接する所定位置及び上記 グリッドライン位置の近傍に設置可能で上記グリッドラインとの間の相対的な移 動とともに変動する出力信号を生成する複数の光学検出系と、 上記光学検出系に接続され、上記出力信号を受け取るとともに、上記光学検出系 の位置に対する上記軸の回転軸心の位置ずれを示す出力信号を化成する処理回路 手段とを備え、 上記各光学検出系は、非干渉性放射エネルギーを生成して上記グリッドラインに 向かわせる非干渉性放射エネルギー生成手段と、上記グリッドラインに対応して 間隔を置いて設けられた複数の放射エネルギー通過ラインを有するロンキーグリ ッドと、上記ロンキーグリッドの平面上に上記軸上のグリッドラインから散乱さ れた放射エネルギー像を映し出すレンズ手段と、上記ロンキーグリッド手段を通 過する放射エネルギーのレベルを検出し上記グリッドラインの移動を示す出力信 号を生成する光検出手段とを備えている軸の非ねじれ連動測定システム。 ６６．上記処理回路手段が軸の掘れを測定する請求項６５記載の測定システム。 ６７．第１及び第２光学検出系が同一群のグリッドラインの通過を検出するよう 上記軸を横切る対向位置に設けられている請求項６５記載の測定システム。 ６８．上記処理回路手段が、上記第１の光学検出系を通過するグリッドライン数 と上記第２の光学検出系を通過するグリッドライン数とを比較して上記両光学検 出系に対する回転軸心の運動を測定するよう構成されている請求項６７記載の測 定システム。 ６９．第１及び第２光学検出系が上記軸に沿って軸方向に間隔を置いた位置に設 けられており、上記軸には上記軸方向に間隔を置いた位置のそれぞれにグリッド ラインが設けられている請求項６５記載の測定システム。 ７０．上記光学検出系を４個備え、第３及び第４の光学検出系が上記軸方向に間 隔を置いた位置で第１及び第２光学検出系にそれぞれ対向して設けられている請 求項６９記載の測定システム。 ７１．上記処理回路手段が軸の傾き及び揺れを測定するよう構成されている請求 項７０記載の測定システム。 ７２．上記処理回路手段が、上記第１の光学検出系を通過するグリッドライン数 と上記第２の光学検出系を通過するグリッドライン数とを比較して上記両光学検 出系に対する回転軸心の運動を測定するよう構成されている請求項６９記載の測 定システム。