JPS63100307A - 角変位振動検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明ｒ１属する技術分野〕 本発明は１機械構造物の角変位振動ケ〕状態を当該構造
物に当接させるだけで直線変位撮動り】影響を受けるこ
となく検出する％Ｊ変位撮動検出器、特に角変位に比例
した検出信号を出力させることり）できる検出ａの構成
に関する。

〔従来技術と七〇問題点〕

本発明者は、機械構造物における局限された狭い部分の
角変位振動の状態を、当該機械構造部分に検出器を当接
させるだけで、直線変位振動−の影響を受けることなく
検出することができる角変位検出器を既に提案している
（特願昭６１−１６５８８５号参照）。

第４図は、上述した本発明者り）提案になる角変位検出
器′７１構成図で、同図（２）は正面断面図、同図■は
側面断面図である。図において、ｌは底板ｌａが被測定
物２に当接させらハた直方体状ｔｒ＞ｙ体、３は上面に
平面状鏡面４が形成された平板、５は鏡面４外に配置さ
れかつｅ心が鏡面４に含まれるようにして鏡面４に対し
℃固定された回転軸で、６は平板３と回転軸５とを有す
る可動部である。

可動部６は底板１ａｖＣ固定されかつ回転軸５を回転可
能に支持する軸支部７．７によって底板１ａに取り付け
られ℃いる。８は可動部６と軸支部７゜７とからなる第
１反射鏡で、軸支部７．７’７）少なくとも一方には、
図示していないが、可動部６を構成するねじりばねとダ
ンパとが収納されてぃ工、第１反射鏡８は、ねじりばね
のばねこわさと可動部６の慣性モーメントとを適宜加減
することによりて１回転＠５Ｄまわりｎ回転運動力固有
角振動数が極めて低い値になるように形成され℃いる。

９は没体ｌ内に固定さハ、かつ断面が長方形の光束１０
を該光束の光軸面１１が回転軸５り】軸心を含むように
し″Ｃ鏡面４に投光するようにした投−・光機構で、Ｂ
は光束１０’７’）光ｌｌｌ１１２が鏡面４と交わる該
境面４上１ノ仮憩点である。こり】場合点Ｂが回転軸５
７′）軸心上り点であることは明らかである。

第１反射鏡８−工、外力が加えられていないと、可動部
６が回転し工所定０中立姿勢で静止するように、ねじり
ばね等が構成されていて、可動部６がこＤような中立姿
勢にある時、鏡面４の法線が光軸面１ＩＶＣ含まれるよ
うに、第１反射鏡８と投光機ｅ１９とが構成され工いる
。こｑ′１場合光軸１２は上記法線と微小角Ｃをなすよ
うになっている０で、光束１０１７′）境面４ｖＣよる
反射光１３が再び投光機構９に戻ることはない。１４は
一端が筐体１の内面に固定された円筒状基体１５の外面
に反射面１６が形成され、基体１５ｎ＠心が回転＠５ｎ
軸心に平行であってしかも光束１０Ｑ】光軸面１１内に
あるように配置され、さらに反射面１６に前記反射光１
３が第１入射光とじ℃入射されるようにした第２反射鏡
で、１７を工その受光面１８に第２反射鏡１４９１反射
面ｚ’ｓＶＣよって反射されたｉ１入射光１３９］反射
光が第２入射光１９として入射されるようにした受光機
構である。受光機構１７は、円筒側壁内面状力曲面２０
　ａを有する支持部材２゜と、該曲面２０ａに膜状に生
成さハて受光面１８を形成するようにした光↑Ｅ変換素
子とで構成され、この光電変換素子には、光によって照
射されると照射面積に比例した値Ｆ）　電流を検出信号
２１として出力する特性が付与されている。また支持部
材２０は、曲面２０ａｆ’Ｊ＠心が基体１５Ｆ）＠心と
平行でかつ光軸面１１内にあるよ５［して、筐体ｌに固
定され工いる。２２は上述り］各部からなる角変位振動
検出器である。検出５２２は上述′７′３よ５［構成さ
ハているので、被測定物２に当接させられる当接部材と
してＤ底板Ｈａと投光横桁９と第２反射鏡１４と受光機
構１７とが一体的に固定さｉたもフ〕であることが明ら
かである。

検出″６２２は上記のように構成されているので、底板
１ａが接触している被測定物２り）部分が角変位撮動を
すると、こｔ′Ｌに応じ１可動部６が回転軸５′７）ま
わりに角変位振動をして第１入射光１３が光軸面１１Ｖ
ｃ垂直な方向にふらＪする。したがって第２入射光１９
も同じ方向にふられて、この結果が受光機構１７’ｎ受
光面１８が入射光１９ｆｆよって一次元状に走査される
。そうしてこの走査γ）方向は入射光１９・η長方形断
面フ）短手方向に一致していることが明らかである。第
５図はこ、Ｄような入射光１９’７１走査ｖｃ半って出
力される検出信号２１Ｄ態様を説明する説明図で、同図
＠は受光機構１７要部り】構成説明図である。第５図■
におけるＧ　−すは第４図における光軸面１１と曲面２
０ａと０交線に一致する座標軸、Ｇ−ｘは座標軸Ｇ−ｂ
に直交するようにして曲面２０ａ上に設定した座標軸で
ある。こ７）場合曲面２０８は平面に展開した状態で示
されている。図かられかるよ５ｖｃ、この場合受光面ｔ
ｓｔｔ上辺及び下辺が軸Ｇ−ｂｖｃ平行な台形状に形成
されてい王、こψ】台形はＧ−ｂ軸方向？）幅すが（１
）式で表されるような図形となっている。ここにに、は
比例定数、ＸはＧ　−ｘ軸方向フ】長さである。

ｂ　＝＝　ａ　＋に１・Ｘ　　　　　　・・・・・・（
１）第５図■における２３は上述り）入射光１９によっ
て曲面２０ａ上に形成さｊた長方形グツスポットで、第
４図においては被測定物２０角変位撮動に伴って入射光
１９が上述０ようにふれるり】で、第５図（Ｈ［おいｔ
はスポット２３がその長手方向が軸Ｇ−ｂｖｃ平行な状
態で受光面１８をＧ−ｘ軸り方向に走査する。したがり
てこ０場合げ受光機構１７から出力さｒる検出信号２１
は（１１式に比例した信号となる。ところが角変位感動
検出器２２［おいては、スポット２３９ｔＧ−ｘ軸方向
の座標位置Ｘと被測定物２り）角変位θ１と７】関係が
第５図（２）に示した特性線２４り】ようにたつ″′Ｃ
％特性線２４を表す関数ｘ　＝　ｆ　（θ、）が原点近
傍でしか直線状にならないのが通例である。こり】ため
検出信号２１を形成する電流７】値工と角変位θ、との
関係は（２］式で表されることになり、こり）（２）式
を図形化すると第５図◎における特性線２５′ｎように
なる。（９式におけるに、、に４は比例定数である。

Ｉ＝に、＋に４−ｆ（θ１）　　　　・・・・・・（２
）すなわち振動検出器２２においては、各部が上述ｑ）
ように動作しエエと０１と７〕関係が（２式で示したよ
うになり、かつ底板Ｈａや可動部６等を小さく形成する
ことができるり］で、底板Ｈａが当接させらねた被測定
物２９）局限された部分子】角変位振動り）状態を、検
出信号２１によって直線変位振動の影響を受けることな
く検出することができるわけであるが、こｎ場合、第５
図◎に示したように、■とθ、とり関係が直線状になろ
θ１り】範囲が狭い’７１で、撮動検出器２２ｖｒは角
変位保＠′ｒ′１検出精度が一様になっている角変位検
出範囲が狭いという問題があることになる。

〔発明り目的〕

本発明は、上述したような従来検出器におけろ問題を解
消しτ、検出信号と角変位とが比例する角変位ｔ】範囲
が広く、こり】゛結果広い角変位変化にわたって一様な
検出精度−角変位撮動り）状態を検出することができる
角変位振動検出器を提供することを目的とする。

〔発明ｎ要点〕

本発明は、上記目的達成り）ため、被測定物に当接させ
ろれる当接部材と；平面状鏡面と軸心が鏡面に含まねろ
ようＶＣ該＠面に固定された回転軸とを有する可Ｔ＃Ｊ
部と、当接部材ＶＣ１′ｉ！１１定さねかつ回転＠り軸
支する軸支部とが投けられ、可動部り】回転軸まわりり
】回転運動７】固有振動数を低く形成した第１反射鏡と
；断面が妊万形勾光束をそり）光軸面が前記回転軸力軸
心？含むようＶＩ：ｌ−て前記＠面に投光する投光機構
と二円筒状基体７】外面に反射面が形成され、かつ該基
体′ｒＪｆｌｌ！心が前記回転軸り】軸心に平行であり
１しか４１前記光束力光ｅ３面内にあるように配置され
、さらに前記反射面ＶＣ第１Ｉｉ躬鏡による前記光束の
反射光が第１入射光として入射される第２反射鏡と：受
光面に第２反射鏡？）反射面によつ１反射さｉた第１入
射光の反射光が第２入射光として入射さｔ’ｔ、かつ受
光面の第２入射光による照射面積ｔζ比例した検出信号
を出力する受光機構と；を備えるように角変位摂動検出
器を構成して、こり）検出信号にもとづき当接部材が当
接させられた被測定物り）部分９１角変位振動を検出す
るようにしだもＤで、さらにこｎ場合、当接部材と投光
機構と第２反射鏡と受光機構とを一体的に固定し、かつ
受光機構においては検出信号が角変位撮動におけろ角変
位に比例するように受光面を形成したもり）である。そ
うして、こ０ようＶＣ構成することによって、検出信号
が角変位振動における角変位’７１広い節回にわたって
該角変位に比例するようにして、この結果広い角変位変
化にわたりて一様な検出精度で角変位振動り状態を検出
することができる角変位感動検出器が得られるようにし
たもり】である。

〔発明力実施例〕

第２図は本発明Ｔ】一実施例ｎ構成図で、同図（２）は
正面断面図、同図ａはり鍔面断面図である。第２図り】
第４図と異なる所は第４図の受光面１８に対応する受光
面２６が第１図に示すようＩＣ１ｆ１４成されているこ
とで、第ｔａの説明を行う前に、まず第２図に示した角
変位振動検出器２７ｖｃよって被測定物２′１】角変位
振動を検出できることを第３図を用いて説明する。

検出器２７を用いて角変位撮動り検出を行う時は、第３
図に示したように、底板Ｈａを被測定物２グ〕測定対象
個所ｎ表面２ａに当接、固定する。

固定手段に図示していない。今Ｘ１−Ｘ、で表した水平
面を空間に仮想した第１基準座標面とし、こｎ座標面上
り点Ｗを通って図９］紙面に垂直な仮想座標軸をＷ−Ｙ
、とする。そうして被測定物２の測定対象個所ＷｖＣお
ける表面２ａは、蟲初基準座標面Ｘ、−Ｘ、に一致して
いたも７Ｊとする。Ｘ、　−Ｘ、も空間に仮想した第２
基準座標面で、こｎ座標面Ｘ、−Ｘ、は、座標面Ｘ、−
Ｘ１ｒＣ一致し工静止した状態にある表面２ａ［底板１
ａを当接させた時に、中立姿勢にある第１反射鏡８り）
鏡面４を含むような平面である。Ｂ１は回転軸５７′）
軸心が図の紙面を貫通する点で、Ｂ、Ｚ、は回転軸５１
７１軸心を含んで座標面Ｘ、−Ｘ、ｒｃ垂直な座標面で
ある。

したがって表面２ａが静止状態にある時には、光束ｌｏ
ｎ光軸面１１は座標面ＢＩＺ、ｖｃ含まれることになる
。

さて第３図において被測定物２が軸Ｗ−Ｙ１１】まわり
に角変位撮動したとすると、可動部６も回転＠５の軸心
力まわりに角変位振動をする。そうして表面２ａが軸Ｗ
−Ｙ、９１まわりに回転して座標面Ｘ、−Ｘ、に対して
時計方向に０１７）角度だけ角変位したとし、こ０ため
可動部６が回転軸５のまわりに回転して座標面Ｘ、−Ｘ
、ｖｃ対して時計方向に０９】角度だけ角変位したとす
ると、（３）式が成立する。ここｒＣＪは可動部６′Ｆ
１回転軸５Ｄまわりの慣性モーメント、Ｋは軸支部７内
に設けたねじりばねグ）ばねこわさ％Ｃは同じく軸支部
７内に設けたダンパＤ減衰係数である。

Ｊ−”ｔ；＝−ｃ・（θ−０１）−Ｋ（θ−θ、）　　
・・・・・・（３］したがって今θ８：ｖ・ｓｉｎωｔ
であるように被測定物り表［ｆｉ２ａが角変位撮動をし
たとすると（３）式から（ａ式が得られ、また前述した
ように、撮動検出器２７ｒｃおいては可動部６背わりの
回転運動の固有角振動数が表面２　ａ　７）角振動数に
比べて極めて低い値に設定されているＤで、　（４）式
から（５）式が得られることを証明することができる。

θ−θ、　＝Ｍｄ＊Ｖ＊　ｓｉｎ　（ωを一η）　　　
　−・−・（４）θ−θ、　＝−Ｖ＊　ｓｉｎ　ωｔ　
　　　　　　・＝−・・（５）ところが（５）式におけ
る０１は前述したようＶｃＶ＠　ｓｉｎ　６）ｔ　ｒｃ
等しい角度であった。したがり℃こＤ場合θ；０という
ことになり、結局検出器２７においては、被測定物２０
表面２ａが角変位振動しても可動部６は角変位振動をし
ないで座標面Ｘ！−Ｘ、ｒｒ対して静止することになる
。しかるに表面２ａが０１だけ傾けば振動検出器２７は
全体としてθ、だけ傾（わけであるから、結局、回転軸
５Ｄ軸心を含むようにし″Ｃ鏡面４に入射する光束１０
’７）光軸面１１は座標平面ＢＩＺ！と角θ、をなすこ
とｒｃなる。そうし工こり）とき座標平面ＢＩＺ。

と鏡面４とは直交している１】で、光束１０７）鏡面４
ｖｃもとづく反射光としてＬｒＪ第１入射光１３と座標
面Ｂ、　Ｚｔとｎなす角も０．になる。故に検出器２７
におい′Ｃは、表面２ａが座標軸Ｗ−Ｙ１ｎまわりｖｃ
振幅θ、Ｄ角変位撮動をすると、第１入射光１３り）光
軸面１１に対する角度が蛋幅２θ１で振動的に変化する
ことになる。

第２図においては被測定物力表面２ａが角変位撮動する
と上述り）よ５ＶＣして第１入射光１３が光軸面１１ｖ
Ｃ対し１傾りク】で、こり）結果第２反射鏡１４０１反
射而１６が第１入射光１３ｖｃよって光軸面１１ＶＣ垂
直な方向に振動的に走査され、こ７】ため支持部材２０
′７１曲面２０ａが第２入射光１９によって、第４図り
場合と同様に、光軸面１１に垂直な方向Ｖｔｆｆ１動的
に走査される。そうして第１図■に示したような、入射
光１９ｆｆよって曲面２０ａＫ形成されたスポット２３
ｎＧ−ｘ軸方向り位置Ｘと、第２図に示した被測定物表
面２ａｎ角変位θ１との関係は第１図（２）に示したよ
うになる。

ここに第１図■は第５図Ｑ３に対応した図面で、第１図
囚は第５図＾と同じ図面である。ところが第２図におい
ては、受光面２６が、第４図におけると同様な膜状光電
変僕素子によって、第１図■に示した輪郭形状に形成さ
れている。そうして、こＤ受光面２６’７”ｌｒ！４郭
形状は、受光面２６’７’３Ｇ−ｂ軸方向ｑ１幅すが（
６）式で表されるような回形となっている。

ｂ＝　ａ　＋に１・ｇ　（ｘ　）　　　　　　−・・・
・−（６）一方、前述したように、受光面２６からはス
ポット２３によって照射された面積に比例する電流値■
り】検出信号２１が出力される。したかつ工比例常数な
ＫｔとするとＩ＝に、＠ｂとなる０で、この式と（６）
式とから（７）式が得られる。

１＝に１＊ｂ＝に１ｈａ＋に１ｈＫ１ｍｇ（ｘ）−・−
・−（７）ところが（ｆｉ）、（７）式における関数ｇ
は第１図（２）における特性線２４を表す関数ｆ　ｒｙ
）逆関数とし″Ｃ設定されている。したがって（７）式
は（８）弐Ｑ】ように変形される。（８）式から第１図
０７′）直線状特性線２８が得らｒることが明らかであ
る。つまり、こり）場合、工は０１に完全に比例するこ
とになる。

Ｉ＝に！＊　ａ＋に、＊　Ｋ、＊　＃、＝に、＋に４＊
θｔ　　・・・・・・（８）第２図７′）撮動検出器２
７ｆｆおい′Ｃは、上述したようにして角変位０１に比
例した検出信号２１が出力される。故にこＬｌ】ような
撮動検出器２７ｖＣよれば、被測定物７】角変位撮動り
状態を、広い角変位変化にわたって一様な精度で検出す
ることができることになる。

〔発明ｎ効果〕

上述したように１本発明におい”ＣｋＳ、被測定物に当
接させられる当接部材と；平面状鏡面と〜も心が鏡面に
含まれるように該鏡面に固定された回転軸とを有する可
動部と、当接部材に固定されかつ回転軸を軸支する軸支
部とが設けられ、可動部１）回転軸まわりｑ】回転運動
の固有保動数を低く形成した第１反射鏡と；断面が長方
形７）光束を七〇光軸面が前記回転軸グ）軸心を含むよ
うにし℃前記鏡面に投光する投光機構と二円筒状基体り
外面に反射面が形成され、かつ該基体り】軸心が前記回
転軸７′）軸心に平行であってしかも前記光束１】先細
面内にあるように配置され、さらに前記反射面に藁１反
射鏡による前記光束の反射光が第１入射光として入射さ
れる第２反射鏡と：受光面に第２反射鏡の反射面によつ
℃反射された第１入射光の反射光が第２入射光として入
射され、かつ受光面ｒ１第２入射光による照射面積に比
例した検出信号な出力する受光機構と：を備えるように
角変位振動検出器を構成して、この検出信号にもとづき
当接部材が当接させられた被測定物り）部分ワ〕角変位
振動を検出するようにしたうえ、さらにこ７】場合、当
接部材と投光機構と第２反射鏡と受光機構とを一体的に
固定し、かつ受光機構においては検出信号が角変位撮動
における角変位に比例するように受光面を形成した。し
たがって、本発明には、上述のようＶＣ構成することπ
より工検出信号が角変位振動における角変位の広い範囲
にわたって該角変位に比例するようになる結果、広い角
変位変化にわたりて一様な検出精度で角変位撮ｆｉｎ状
態を検出することかで夛る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図に示さハた本発明り実施例による角変位
振動検出器′ｒ１説明図で％第１図（２）を；第１要部
の動作説明図、第１図■は第２要部力構成説明図％第１
図Ωは第３要部の説明図であり、第２図は本発明り一実
施例り角変位撮動検出器’７）構成図で％第２図囚は正
面断面図、第２図０は側面断面図である。第３図は第２
図に示した実施例７′）動作原理説明図％第４図は従来
り角変位撮動検出器断 ０構成図で、第４図Ｃ〜は正面書面図、第４図■は側面
断面図である。第５図は第４図に示した角変位振動検出
器の説明図で、第５図囚はｆ淋ｌ要部Ｑ〕動作説明図、
第５図０は第２要部ｌ／′）構成説明図、第５図Ωはｍ
３要都の動作説明図である。 Ｈａ・・・・・・底板、２・・・・・・被測定物、４・
・・・・・鏡面、５・・・・・・回転軸、６・・・・・
・可動部、７・・・・・・軸支部、８・・・・・・第１
反射鏡％　９・・・・・・投光機構、ｌＯ・・・・・・
光束、１１・・・・・・光軸面、１３・・・・・・第１
入射光、１４・・・・・・第２反射鏡、１５・・・・・
・基体、　　１６・・・・・・反射面、１７・・・・・
・受光機構％　１８．２ｆＳ・・・・・・受光ＩｋＪ、
　　１９・・・・・・第２入射光、２１・・・・・・検
出信号％　２２．２７・・・・・・角変位撮動検出器、
θ、・・・・・・角変位。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物に当接させられる当接部材と；平面状鏡面と前
   記鏡面外に配置されかつ軸心が前記鏡面に含まれるよう
   に前記鏡面に対して固定された回転軸とを有する可動部
   と、前記当接部材に固定されかつ前記回転軸を回転可能
   に支持する軸支部とが設けられ、前記可動部の前記回転
   軸まわりの回転運動の固有振動数を低く形成した第１反
   射鏡と；断面が長方形の光束を該光束の光軸面が前記回
   転軸の軸心を含むようにして前記鏡面に投光する投光機
   構と；円筒状基体の外面に反射面が形成され、かつ前記
   基体の軸心が前記回転軸の軸心に平行であつてしかも前
   記光束の光軸面内にあるように配置され、さらに前記反
   射面に前記第１反射鏡による前記光束の反射光が第１入
   射光として入射される第２反射鏡と；受光面に前記第２
   反射鏡の反射面によつて反射された前記第１入射光の反
   射光が第２入射光として入射され、かつ前記受光面の前
   記第２入射光による照射面積に比例した検出信号を出力
   する受光機構と；を備え、前記検出信号にもとづき前記
   当接部材が当接させられた前記被測定物の部分の角変位
   振動を検出するものであつて、前記当接部材と前記投光
   機構と前記第２反射鏡と前記受光機構とが一体的に固定
   されており、かつ前記受光機構は前記検出信号が前記角
   変位振動における角変位に比例するように前記受光面が
   形成されていることを特徴とする角変位振動検出器。