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JP2011191076A - Device for measuring deflection, and device for measuring deflection and axial torsion - Google Patents

Device for measuring deflection, and device for measuring deflection and axial torsion Download PDF

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JP2011191076A
JP2011191076A JP2010055179A JP2010055179A JP2011191076A JP 2011191076 A JP2011191076 A JP 2011191076A JP 2010055179 A JP2010055179 A JP 2010055179A JP 2010055179 A JP2010055179 A JP 2010055179A JP 2011191076 A JP2011191076 A JP 2011191076A
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JP
Japan
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light
rotating shaft
shaft body
target
deflection
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Application number
JP2010055179A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Date
義明 伊達
Tsukasa Nakamura
司 中村
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Chugoku Electric Power Co Inc
Original Assignee
Chugoku Electric Power Co Inc
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Publication date
Application filed by Chugoku Electric Power Co Inc filed Critical Chugoku Electric Power Co Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring device which can easily and inexpensively measure the amount of deflection and axial torsion orthogonal to a rotary shaft body in the axial direction in a non-contact manner. <P>SOLUTION: Target bodies 11a and 11b which are provided on the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 being a measuring object and rotate together with the rotation of the shaft body are made to periodically cross an optical path of a light beam from a light-emitting part 3 which is emitted almost parallel with the rotary shaft body 10 in the axial direction, and the light beam not intercepted by the target bodies 11a and 11b or reflected light is received by a light-receiving and operation display part 4. In the device, a change in a position irradiated with the light beam on irradiated surfaces of the target bodies 11a and 11b which is caused by the deflective deformation of the rotary shaft body 10 is detected, and the amount of the deflection of the rotary shaft body 10 is measured based on the result of detection. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転軸体のたわみ量を光学的に非接触にて計測可能なたわみ計測装置、ならびに回転軸体のたわみ量および軸ねじれの大きさを光学的に非接触で計測可能なたわみおよび軸ねじれ計測装置に関する。   The present invention relates to a deflection measuring device that can optically measure the amount of deflection of a rotating shaft body in a non-contact manner, and a deflection that can measure the amount of deflection of a rotating shaft body and the size of a shaft torsion in an optically non-contact manner, and The present invention relates to a shaft torsion measuring apparatus.

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たわみや軸ねじ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たわみ量や軸ねじれを確実に把握し、異常が認められた場合には所定の対策を講じることが重要であり、そのためにこれらを簡単かつ高い精度にて計測可能な計測装置や計測方法が望まれている。   For example, in a power generation turbine plant that generates power by rotating a turbine using energy held by water or steam, high efficiency and high operability and safety are required. In particular, when deformation such as deflection or shaft twist occurs in a turbine that rotates at a high speed, it may cause a very dangerous situation, and in order to ensure the safety as described above, a rotating shaft body such as a turbine may be used. It is important to accurately grasp the amount of deflection and shaft torsion, and to take appropriate measures when abnormalities are recognized.Therefore, there are measuring devices and methods that can measure these easily and with high accuracy. It is desired.

従来の回転軸体のたわみ測定技術は、例えば特許文献1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。   A conventional technique for measuring the deflection of a rotating shaft has been proposed in Patent Document 1, for example. The technique described in Patent Document 1 relates to a bending moment measuring device for a rotating shaft body. In order to obtain the bending moment of the rotating shaft body, the disk attached to the outer peripheral surface of the rotating shaft body and the end face thereof are opposed to each other. And a distance measuring device for measuring the distance to the disk, and the inclination angle of the disk from the change in the distance caused by deflection during rotation of the rotating shaft body. (A deflection angle of the rotating shaft body) is obtained.

また、回転軸体のトルク計測装置は、例えば特許文献2、3などにおいて提案されている。特許文献2記載のトルク計測装置は、回転軸体の外周面にその軸線方向に沿って直線状の光反射部を設けるとともに、この光反射部と対向配置された発光素子および受光素子からなる第1および第2の検出部を前記軸線方向2箇所に設け、各検出部より出力される受光信号のタイミングずれに基づいてトルクを算出する制御装置を設けた構成とされている。また、特許文献3記載のトルク計測装置は、発光する発光部と、光線を複数の光線に分岐し、各光線のビーム径をそれぞれ調整して回転軸体に照射するビーム調整手段と、前記回転軸体の表面に取り付けて前記複数の光線の反射状態をそれぞれ変化させる複数の反射手段と、前記複数の光線のそれぞれの反射光の強度変化を検知する複数の検知手段と、これらの検知手段の出力信号に基づいて回転周期を計算して前記回転軸体のトルクを求める信号処理手段とを備えた構成とされている。   Moreover, the torque measuring device of a rotating shaft body is proposed, for example in patent document 2, 3, etc. In the torque measuring device described in Patent Document 2, a linear light reflecting portion is provided along the axial direction on the outer peripheral surface of the rotating shaft body, and a first light emitting element and a light receiving element are arranged to face the light reflecting portion. The first and second detection units are provided at two locations in the axial direction, and a control device is provided that calculates torque based on the timing shift of the received light signal output from each detection unit. The torque measuring device described in Patent Document 3 includes a light emitting unit that emits light, a beam adjusting unit that divides a light beam into a plurality of light beams, adjusts the beam diameter of each light beam, and irradiates the rotating shaft body, and the rotation. A plurality of reflecting means attached to the surface of the shaft body for changing the reflection state of the plurality of light beams, a plurality of detecting means for detecting intensity changes of the reflected light of the plurality of light beams, and Signal processing means for obtaining a torque of the rotating shaft body by calculating a rotation period based on an output signal is provided.

特開昭57−12338号公報JP 57-12338 A 特開2003−261808号公報JP 2003-261808 A 特開2000−205977号公報JP 2000-205977 A 特開2002−333376号公報JP 2002-333376 A 特開2006−84462号公報JP 2006-84462 A

しかし、特許文献1記載の技術では、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、回転軸体が回転中にたわみを伴わずにその軸線方向に直角な方向に軸振れを生じる場合には、当該軸触れを検出するのは困難である。また、回転軸体の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。   However, in the technique described in Patent Document 1, since the distance to the disk on the outer peripheral surface of the rotating shaft body is directly measured by a distance measuring device, the direction in which the rotating shaft body is perpendicular to the axial direction without bending during rotation. When shaft runout occurs, it is difficult to detect the shaft touch. In addition, when the deflection angle of the rotating shaft body is small, a very small distance must be measured by the distance measuring device, so that the measuring device needs high measurement accuracy, and as a result, the distance measuring device is expensive. There is a problem of becoming.

また、特許文献2、3などに記載のトルク計測装置は、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たわみ量を測定することを想定したものではなく、当該たわみ量を測定できないといった問題がある。   In addition, the torque measuring devices described in Patent Documents 2 and 3 are good methods for measuring the torque applied to the rotating shaft, but in the first place, the amount of deflection of the rotating shaft that occurs during rotation is measured. Therefore, there is a problem that the amount of deflection cannot be measured.

本発明は、前記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は簡単かつ安価に回転軸体の軸線方向に直角な方向の軸振れやたわみ量を非接触にて測定できるたわみ計測装置、ならびに当該たわみ計測装置を応用した回転軸体のたわみ量および軸ねじれ計測装置を提供することにある。なお、本明細書では以下、「たわみ」または「たわみ変形」という場合には、軸振れを含む意味で使用する。また「たわみ量」という場合には、回転軸体の軸線方向所定の位置でのたわみ変形および軸振れに起因する当該回転軸体の径方向における変位量(変位量の当該方向における成分を含む。)を指すものとする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to easily and inexpensively measure a deflection and a deflection amount in a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft body in a non-contact manner, Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the amount of deflection of a rotating shaft body and a shaft torsion, to which the deflection measuring apparatus is applied. In the following description, the term “deflection” or “deflection deformation” is used in the meaning including axial runout. Further, in the case of the “deflection amount”, the amount of displacement in the radial direction of the rotating shaft body (including the component in the direction of the amount of displacement) due to deflection deformation and axial deflection at a predetermined position in the axial direction of the rotating shaft body. ).

前記目的を達成するために、本発明のたわみ計測装置は、被計測物である回転軸体の外周面に設けられてその回転とともに回転運動するターゲット体によって前記回転軸体の軸線方向に略平行に照射される発光部からの光線を周期的に遮られ、当該ターゲット体により遮光されない光線またはそこからの反射光を受光・演算表示部によって受光するようにしておき、前記回転軸体のたわみ変形に起因する前記ターゲット体の被照射面における前記光線の照射位置の変化を検出し、当該検出結果に基づいて前記回転軸体のたわみ量を計測するようにしたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a deflection measuring apparatus according to the present invention is substantially parallel to the axial direction of the rotating shaft body by a target body that is provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body that is the object to be measured and rotates with the rotation. The light beam emitted from the light emitting unit is periodically blocked, and the light beam not reflected by the target body or the reflected light therefrom is received by the light receiving / calculating display unit, so that the deflection of the rotating shaft body is deformed. A change in the irradiation position of the light beam on the irradiated surface of the target body due to the above is detected, and a deflection amount of the rotating shaft body is measured based on the detection result.

本発明のたわみ計測装置は、回転軸体の外周面に設けられたターゲット体の被照射面の形状を利用し、前記回転軸体のたわみ変形に起因する当該被照射面における光線の照射位置の変化を検出し、その検出結果に基づいて前記回転軸体のたわみ量を計測する。このようなターゲット体としては、
(1)被照射面の全面または一部に設けられた反射面によって前記光線を前記回転軸体軸体の外側に反射させるように前記光線の光路に対して傾斜させて取り付けられるようにした平板若しくは湾曲板、
(2)前記回転軸体の外周面に嵌装可能とされ、前記回転軸体の軸線方向に平行な断面が略半円形または略半楕円形を呈し、外面の被照射面の全面または一部に反射部が設けられた環状体、または
(3)前記回転軸体の外周面に取り付け可能であり、当該外周面からの径方向の高さ距離に応じて一定の割合で回転方向の幅が変化するように形成された幅変化部を備える遮光板または反射板、
(4)前記回転軸体の外周面に取り付け可能であり、当該外周面からの径方向の高さ距離に応じて一定の割合で回転方向の幅が変化する開口からなる幅変化部がその中央領域に形成されてなる遮光板、
(5)前記回転軸体の側方において発光部からの光線を外側に反射させるように前記光線の光路に対して斜めに傾斜させて取り付け可能とされ、前記(3)に示す幅変化部を有する反射板、
(6)前記回転軸体の外周面に嵌装可能とされ、その軸線方向に平行な断面が略半円形または略半楕円形を呈し、外面の被照射面の全面または一部に円周方向に沿って前記幅変化部と同様の形状を有する反射部が配設された環状体、
などが含まれる。これらのターゲット体は、いずれも回転軸体の円周方向に等間隔に複数個設ける(前記(2)および(6)の環状体の場合には、これら各項記載の反射部を外周の被照射面にその円周方向に等間隔に複数個設ける)ことができる。ここで、前記(3)および(5)に示した幅変化部は、このような回転方向の遮光幅が直線的に変化(増加または減少)するように形成されたものに限定されず、回転方向の遮光幅が指数関数的に変化(増加または減少)するように(反比例の関係も含む)形成されたものなどであってもよい。
The deflection measuring apparatus of the present invention uses the shape of the irradiated surface of the target body provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body, and determines the irradiation position of the light beam on the irradiated surface due to the deflection deformation of the rotating shaft body. A change is detected, and the amount of deflection of the rotating shaft is measured based on the detection result. As such a target body,
(1) A flat plate attached so as to be inclined with respect to the optical path of the light beam so that the light beam is reflected to the outside of the rotating shaft body by a reflecting surface provided on the whole surface or a part of the irradiated surface. Or curved plate,
(2) The rotary shaft body can be fitted on the outer peripheral surface, and the cross section parallel to the axial direction of the rotary shaft body is substantially semicircular or semi-elliptical, and the entire irradiated surface or part of the outer surface. Or (3) the width of the rotational direction can be fixed at a constant rate according to the radial height distance from the outer peripheral surface. A light-shielding plate or a reflecting plate having a width changing portion formed to change,
(4) A width changing portion comprising an opening that can be attached to the outer peripheral surface of the rotating shaft body and whose width in the rotating direction changes at a constant rate according to a radial height distance from the outer peripheral surface. A light shielding plate formed in the region,
(5) At the side of the rotating shaft body, the light beam from the light emitting portion can be attached to be inclined with respect to the optical path of the light beam so as to be reflected outward, and the width changing portion shown in (3) is provided. A reflector having,
(6) The rotary shaft body can be fitted to the outer peripheral surface, and the cross section parallel to the axial direction has a substantially semi-circular or substantially semi-elliptical shape, and the entire surface or a part of the irradiated surface on the outer surface is circumferential. An annular body in which a reflecting portion having the same shape as the width changing portion is disposed,
Etc. are included. A plurality of these target bodies are provided at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft body (in the case of the annular bodies of (2) and (6) above, the reflecting portion described in each of the above items is attached to the outer periphery of the rotating body. A plurality of the irradiation surfaces can be provided at equal intervals in the circumferential direction). Here, the width changing portions shown in the above (3) and (5) are not limited to those formed so that the light shielding width in the rotation direction changes linearly (increase or decrease), It may be formed such that the light shielding width in the direction changes (increases or decreases) exponentially (including an inversely proportional relationship).

また、本発明のたわみ量および軸ねじれ計測装置は、第1ターゲット体と、被計測物である回転軸体の外周面からの径方向の距離に応じて一定の割合で回転方向の幅が変化するように形成された幅変化部を有する第2ターゲット体とを回転軸体の外周面にその軸線方向に所定の距離だけ離して設け、前記回転軸体の回転に伴い回転運動するこれら1組のターゲット体によって当該回転軸体の軸線に略平行に照射される発光部からの光線の光路を周期的に横切らせ、前記1組のターゲット体によって遮光されない光線または第2ターゲット体からの反射光を受光・演算表示部で受光するようにしておき、前記回転軸体の軸ねじれやたわみ変形に起因する前記第2ターゲット体の前記第1ターゲット体に対する円周方向の相対的ずれおよび前記第2ターゲット体の幅変化部における前記光線の走査位置の変化を検出し、これらの検出結果に基づいて前記回転軸体のたわみ量および軸ねじれの大きさを計測することを特徴とする。   Further, the deflection amount and shaft torsion measuring device according to the present invention changes the width in the rotational direction at a constant rate according to the radial distance from the first target body and the outer peripheral surface of the rotating shaft body that is the object to be measured. A pair of these two target bodies each having a width changing portion formed so as to be provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body at a predetermined distance in the axial direction, and rotating in accordance with the rotation of the rotating shaft body The light beam of the light beam from the light emitting unit irradiated by the target body approximately parallel to the axis of the rotating shaft body is periodically traversed, and the light beam not shielded by the one set of target bodies or the reflected light from the second target body Is received by the light receiving / calculating display unit, and the relative displacement in the circumferential direction of the second target body with respect to the first target body and the first target body due to axial twisting or deflection deformation of the rotating shaft body and the first Detecting a change in the scanning position of the light beam in the width change of the target body, characterized by measuring the deflection amount and the torsional size of the rotary shaft body based on the detection results.

前記第1ターゲット体および前記第2ターゲット体は、前記回転軸体の外周面に規則的に複数組設けることができる。これら1組のターゲット体は、それぞれ環状に形成することもできる。   A plurality of sets of the first target body and the second target body can be regularly provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body. Each set of these target bodies can also be formed in an annular shape.

本発明のたわみ計測装置は、被計測物である回転軸体の外周面に設けられたターゲット体にて遮光されない光線または当該ターゲット体からの反射光を受光することにより前記回転軸体のたわみ変形に起因して生じる前記ターゲット体における前記光線の照射位置の変化を検出し、当該検出結果に基づいて前記回転軸体のたわみ量を計測するようにしたので、簡単かつ安価に回転軸体のたわみ量を非接触にて測定できる。しかも、本発明のたわみ計測装置では、回転軸体がたわみを伴わない軸振れをも計測することが可能となる。特に、所定形状の幅変化部または開口を備えるターゲット体を用い、光線がこれらの所定の高さ位置を回転方向に走査するように設定することで、当該走査線上における遮光幅または透光幅の変化を前記回転軸体のたわみ変形や軸振れによるターゲット体における径方向の照射位置の変化に変換でき、受光・演算表示部においてこの変化を検出、演算することで、前記回転軸体のたわみ量をより簡単かつ安価に求めることが可能となる。   The deflection measuring device of the present invention receives a light beam that is not shielded by a target body provided on an outer peripheral surface of a rotating shaft body that is an object to be measured or reflected light from the target body, thereby deforming the deflection of the rotating shaft body. Since the change in the irradiation position of the light beam in the target body caused by the detection is detected and the deflection amount of the rotating shaft body is measured based on the detection result, the deflection of the rotating shaft body can be easily and inexpensively performed. The amount can be measured without contact. In addition, in the deflection measuring apparatus of the present invention, it is possible to measure shaft runout in which the rotating shaft body is not accompanied by deflection. In particular, by using a target body having a width changing portion or opening of a predetermined shape and setting the light beam to scan these predetermined height positions in the rotation direction, the light shielding width or light transmission width on the scanning line is set. Changes can be converted into radial irradiation position changes in the target body due to deflection deformation and axial deflection of the rotating shaft body, and this change is detected and calculated in the light reception / calculation display unit, so that the deflection amount of the rotating shaft body Can be obtained more easily and inexpensively.

また、本発明のたわみおよび軸ねじれ計測装置によれば、基準となる第1ターゲット体と、前記所定形状の幅変化部を有する第2ターゲット体とを回転軸体の軸線方向所定の距離だけ離して両者が所定の位置関係となるようにそれぞれ配置し、前記発光部からの光線が前記第2ターゲット体における幅変化部の所定の高さ位置を走査するように前記第1ターゲット体に照射することとしたので、回転中の前記回転軸体の軸触れを含むたわみ量に伴う光線の走査高さ位置の変化を前記幅変化部における回転方向の遮光幅などの変化として検出し、その結果から当該回転軸体のたわみ量を計測し、それと同時に前記光線の走査高さ位置における前記基準となる第1ターゲット体と前記第2ターゲット体との相対的な位置関係の変化から当該回転軸体の軸ねじれを計測することができる。   Further, according to the deflection and axial torsion measuring device of the present invention, the reference first target body and the second target body having the predetermined width changing portion are separated by a predetermined distance in the axial direction of the rotating shaft body. And the first target body is irradiated so that the light beam from the light emitting section scans the predetermined height position of the width changing section in the second target body. Therefore, the change in the scanning height position of the light beam accompanying the amount of deflection including the axis touch of the rotating shaft during rotation is detected as a change in the light shielding width in the rotation direction in the width changing portion. The amount of deflection of the rotating shaft is measured, and at the same time, the rotating shaft is determined from the change in the relative positional relationship between the first target body serving as the reference and the second target body at the scanning height position of the light beam. It is possible to measure the axial twist.

このように、本発明のたわみ計測装置は、回転軸体の周囲に発光部および受光・演算表示部を配置するとともに、回転軸体の外周面にターゲット体を設けるだけで、簡単にかつ安価に非接触にて回転軸体のたわみ量を計測でき、さらに当該ターゲット体とともに基準となるターゲット体を別個に設けることで、回転軸体のたわみ量および軸ねじれの計測を同時に行なうことができる。   As described above, the deflection measuring device of the present invention is simple and inexpensive by simply arranging the light emitting unit and the light receiving / calculating display unit around the rotating shaft body and providing the target body on the outer peripheral surface of the rotating shaft body. The amount of deflection of the rotating shaft can be measured in a non-contact manner, and further, the amount of deflection of the rotating shaft and the twist of the shaft can be measured simultaneously by separately providing a target body as a reference together with the target body.

本発明のたわみ計測装置の一実施形態を示す図である。It is a figure showing one embodiment of a deflection measuring device of the present invention. 図2に示すたわみ計測装置の測原理を示す図である。It is a figure which shows the measurement principle of the deflection measuring apparatus shown in FIG. 本発明のたわみ計測装置の一実施形態を示す図である。It is a figure showing one embodiment of a deflection measuring device of the present invention. 図1に示すたわみ計測装置の計測原理を示す図である。It is a figure which shows the measurement principle of the deflection measuring apparatus shown in FIG. 図1のたわみ計測装置において第2ターゲット体を変更した場合の計測原理を示す図である。It is a figure which shows the measurement principle at the time of changing a 2nd target body in the deflection | deviation measuring apparatus of FIG. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置の別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention. 図6に示すたわみおよび軸ねじれ計測装置において、回転軸体にたわみおよび軸ねじれが生じた場合の出力信号の波形を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a waveform of an output signal when deflection and shaft twist occur in the rotating shaft body in the deflection and shaft twist measurement device shown in FIG. 6. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention. 図10に示すたわみおよび軸ねじれ計測装置において、回転軸体にたわみおよび軸ねじれが生じた場合の出力信号の波形を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a waveform of an output signal when deflection and shaft twist occur in the rotating shaft body in the deflection and shaft twist measurement device shown in FIG. 10. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention. 図12に示すたわみおよび軸ねじれ計測装置において、回転軸体にたわみおよび軸ねじれが生じた場合の出力信号の波形を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a waveform of an output signal when deflection and shaft twist occur in the rotating shaft body in the deflection and shaft twist measurement device shown in FIG. 12. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention. 図14に示す計測装置において、第2ターゲット体の形状を変更した場合の出力信号の波形を示す図である。In the measuring device shown in FIG. 14, it is a figure which shows the waveform of the output signal at the time of changing the shape of a 2nd target body. 図14に示す計測装置において、第2ターゲット体の形状を変更した場合の出力信号の波形を示す図である。In the measuring device shown in FIG. 14, it is a figure which shows the waveform of the output signal at the time of changing the shape of a 2nd target body. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention. 図16に示すたわみおよび軸ねじれ計測装置において、回転軸体にたわみおよび軸ねじれが生じた場合の出力信号の波形を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a waveform of an output signal when deflection and shaft twist occur in the rotating shaft body in the deflection and shaft twist measurement device illustrated in FIG. 16. 本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the deflection | deviation and axial twist measuring apparatus of this invention.

以下、添付図面を参照しながら、本発明のたわみ計測装置、およびたわみおよび軸ねじれ計測装置の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、本明細書では以下、回転軸体の「回転」というときは、一定速度での回転の意味で使用する。
(1)回転軸体のたわみ計測装置
まず、本発明のたわみ計測装置の実施形態のいくつかの例について説明する。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。
[実施形態1]
図1は、本発明のたわみ計測装置の実施形態の一例を示しており、(a)はその全体構成図、(b)は正面図である。この図に示す実施形態のたわみ計測装置1は、被計測物である回転軸体10の外周面に取り付けられたターゲット体11a、11bと、回転軸体10の軸線方向両端の領域にそれぞれ対向して配置された発光部3および受光・演算表示部4とを備えている。回転軸体10は、不図示の回転軸体駆動源からの回転駆動作用により図中の矢印方向に回転可能とされている。また、発光部3および受光・演算表示部4は、前者から後者に至る光線の光路が回転軸体10の軸線方向に略平行になるように配置されており、回転軸体10の回転に伴い移動するターゲット体11a、11bが当該光路を遮るようになっている。
Hereinafter, embodiments of the deflection measuring device and the deflection and shaft torsion measuring device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, the term “rotation” of the rotating shaft body is used to mean rotation at a constant speed.
(1) Deflection Measuring Device for Rotating Shaft Body First, some examples of the embodiment of the deflection measuring device of the present invention will be described. In the following drawings, the same or common parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted below.
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of a deflection measuring apparatus according to the present invention, in which (a) is an overall configuration diagram and (b) is a front view. The deflection measuring apparatus 1 of the embodiment shown in this figure is opposed to the target bodies 11a and 11b attached to the outer peripheral surface of the rotating shaft body 10 as the object to be measured, and the regions at both ends in the axial direction of the rotating shaft body 10 respectively. The light emitting unit 3 and the light receiving / calculating display unit 4 are arranged. The rotary shaft body 10 is rotatable in the direction of the arrow in the figure by a rotational drive action from a rotary shaft body drive source (not shown). The light emitting unit 3 and the light receiving / calculating display unit 4 are arranged so that the optical path of the light beam from the former to the latter is substantially parallel to the axial direction of the rotary shaft 10, and with the rotation of the rotary shaft 10. The moving target bodies 11a and 11b block the optical path.

回転軸体10の外周面に取り付けられるターゲット体11a、11bは、これに照射された光線21、22をその厚さ方向に透過しない遮光板で構成されている。これらのターゲット体11a、11bは、図1(b)に示すように、回転軸体10の径方向に延びる辺(台形の下底に相当)と、当該辺に平行な辺(台形の上底に相当)と、これらに鋭角に交わる斜辺と、回転軸体10の外周面に接合される辺とから形成される略台形の平面形状を有している。斜辺と上底に想到する辺とによって形成される三角形の領域は、回転軸体10の外周面からの径方向の距離の増大に伴い、回転方向の幅(遮光幅)が直線的に減少しており、幅変化部を構成している。前記の径方向に延びる辺と斜辺とのなす角度は、各ターゲット体の回転軸体10の外周面からの高さ制限などを考慮し、極力小さい鋭角に設定するのが好ましい。これにより、斜辺を光線が回転軸体10の回転軸体方向に走査する際の各ターゲット体における遮光状態と遮光されない状態とのタイミングの判定が容易となる。なお、図1ではターゲット体11a、11bをそれぞれ略台形形状として示したが、これに限定されず、例えば略三角形状とすることもできる。また、各ターゲット体における幅変化部は、回転軸体1の外周面からの高さ距離に応じて回転方向の幅が直線的に減少するように形成されたものに限定されず、指数関数的に(反比例の関係も含む)幅が減少するように形成されたものなどであってもよい。また、ターゲット体11a、11bは、その被照射面を反射面によって形成することもできる。この場合、受光・演算表示部4を例えば発光部3に近接した位置に併設することで、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   The target bodies 11a and 11b attached to the outer peripheral surface of the rotating shaft body 10 are configured by a light shielding plate that does not transmit the light beams 21 and 22 irradiated thereto in the thickness direction. As shown in FIG. 1B, these target bodies 11a and 11b have a side (corresponding to the lower base of the trapezoid) extending in the radial direction of the rotary shaft body 10 and a side parallel to the side (upper base of the trapezoid). ), A hypotenuse that intersects with these at an acute angle, and a side that is joined to the outer peripheral surface of the rotating shaft 10. In the triangular region formed by the hypotenuse and the side conceived at the upper base, as the radial distance from the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 increases, the rotational width (light-shielding width) decreases linearly. And constitutes a width changing portion. The angle formed between the side extending in the radial direction and the hypotenuse is preferably set to an acute angle as small as possible in consideration of a height restriction from the outer peripheral surface of the rotating shaft 10 of each target body. Thereby, it becomes easy to determine the timing between the light shielding state and the non-light shielding state in each target body when the light beam scans the hypotenuse in the direction of the rotation shaft body of the rotation shaft body 10. In FIG. 1, the target bodies 11a and 11b are shown as substantially trapezoidal shapes. However, the target bodies 11a and 11b are not limited thereto, and may be, for example, substantially triangular shapes. Further, the width changing portion in each target body is not limited to the one formed so that the width in the rotation direction linearly decreases in accordance with the height distance from the outer peripheral surface of the rotating shaft body 1, and is exponential. (Including an inversely proportional relationship) may be formed such that the width decreases. Moreover, the target bodies 11a and 11b can also form the irradiated surface by a reflective surface. In this case, by providing the light receiving / calculating display unit 4 at a position close to the light emitting unit 3, for example, it is possible to obtain the same effect as the present embodiment.

ターゲット体11a、11bは、前記光線の光路に平行な方向から見て幅変化部が形成されれば、回転軸体10の軸線に対して適宜の傾き角でその外周面上に取り付けることができるが、好ましくは後述する発光部からの光線の光路に対して略直角(回転方向に略平行)に取り付けるのがよく、より好ましくは直角に取り付けるのがよい。また、ターゲット体11a、11bは、回転軸体10の側方からこれらを見た場合に、その外周面から略垂直に立設されているのが好ましい。   The target bodies 11a and 11b can be mounted on the outer peripheral surface at an appropriate inclination angle with respect to the axis of the rotary shaft 10 if a width changing portion is formed when viewed from a direction parallel to the optical path of the light beam. However, it is preferably attached at a substantially right angle (substantially parallel to the rotation direction) with respect to the optical path of the light beam from the light emitting section described later, and more preferably at a right angle. Moreover, it is preferable that the target bodies 11a and 11b are erected substantially perpendicularly from the outer peripheral surface when they are viewed from the side of the rotary shaft body 10.

図1に示す発光部3は、2本の光線を互いに平行にそれぞれ出射する2つの光線出射口を備えている。各光線出射口は、これらから出射される2本の光線の光路が回転軸体10の軸線方向に略平行、好ましくは平行となるように配置されている。また、回転軸体10の軸線に直交する断面においてその軸心(回転中心)とこれら各光線の光路とを結ぶ2本の直線のなす角度が略直角、好ましくは直角となるように発光部3の一面に配置されている。回転軸体10に対して発光部3の2つの光線出射口をこのように配置することで、回転軸体10の軸心を通る直交座標軸(この直交座標を構成する座標軸を、以下では、便宜上、x軸およびy軸と呼ぶことにする。)上のx軸方向およびy軸方向におけるたわみ量を計測でき、その結果、より複雑な回転軸体のたわみ変形も検出可能となる。なお、発光部に配置される光線出射口の数は図1の例の2つに限定されず、3つ以上であってもよく、回転軸体10のある径方向におけるたわみ量を簡易に計測する場合には、1つのみであってもよい。回転軸体の外周に沿ってその軸線方向に平行にさらに複数の光線を照射する場合には、光線出射口の個数が同じかまたは異なる発光部を適宜組み合わせて用いることができる。   The light emitting unit 3 shown in FIG. 1 includes two light emitting ports that emit two light beams in parallel with each other. Each light emitting port is disposed so that the optical paths of the two light beams emitted from these light emitting openings are substantially parallel, preferably parallel, to the axial direction of the rotating shaft body 10. Further, in the cross section perpendicular to the axis of the rotating shaft 10, the light emitting section 3 is formed such that the angle formed by two straight lines connecting the axis (rotation center) and the optical path of each light beam is substantially a right angle, preferably a right angle. It is arranged on one side. By arranging the two light-emitting ports of the light emitting unit 3 in this way with respect to the rotating shaft body 10, an orthogonal coordinate axis that passes through the axis of the rotating shaft body 10 (the coordinate axes constituting this orthogonal coordinate will be referred to below for the sake of convenience). The amount of deflection in the x-axis direction and the y-axis direction can be measured, and as a result, more complicated deflection deformation of the rotating shaft body can be detected. In addition, the number of the light-emitting openings arrange | positioned at a light emission part is not limited to two of the example of FIG. 1, Three or more may be sufficient, and the deflection amount in a certain radial direction of the rotating shaft body 10 is simply measured. If so, there may be only one. When further irradiating a plurality of light beams along the outer periphery of the rotating shaft in parallel to the axial direction, light emitting portions having the same or different number of light emitting ports can be used in appropriate combination.

発光部3の光源としては、好適には連続発光可能なものが使用される。この光源としては、受光部で受光可能な種類の光線を発光できるものであれば特に制限されず、各種のレーザー、発光ダイオードなどの光電変換素子、または常用のランプなどが挙げられる。発光部2はまた、このような光源とレンズ、スリット、ピンホールなどを適宜組み合わせて連続発光可能に構成したものであってもよい。これらのうちでは、指向性を有する各種レーザーを用いるのが好ましい。   As the light source of the light emitting unit 3, a light source capable of continuous light emission is preferably used. The light source is not particularly limited as long as it can emit light of a type that can be received by the light receiving unit, and includes various lasers, photoelectric conversion elements such as light emitting diodes, or ordinary lamps. The light emitting unit 2 may also be configured to be capable of continuous light emission by appropriately combining such a light source and a lens, a slit, a pinhole, and the like. Among these, it is preferable to use various lasers having directivity.

発光部3からの2本の光線L1、L2は、回転軸体10の外周面から所定の高さ位置をそれぞれ通過し、回転軸体10の軸線方向反対側において光路上に設置された受光・演算表示部4にて受光されるように構成されている。これらの光線L1、L2の光路上を回転軸体10の回転に伴い回転移動するターゲット体11a、11bが横切り、光線L1、L2を断続的に遮るようになっている。各光線L1、L2は、各ターゲット体11a、11bの幅変化部における所定の高さレベルを見掛け上走査することになる。なお、発光部3は回転軸体10の周囲の適宜の位置に設置しておき、そこから出射される光線を光ファイバーケーブルなどの光伝送手段を用いてターゲット体11a、11bの被照射面に照射し、また受光・演算表示部4についても同様に回転軸体10の周囲の適宜の位置に配置し、前記光伝送手段を介してターゲット体11a、11bによって遮光されない光線を受光するように誘導することができる。   The two light beams L1 and L2 from the light emitting unit 3 respectively pass through predetermined height positions from the outer peripheral surface of the rotating shaft 10, and receive light and light installed on the optical path on the opposite side in the axial direction of the rotating shaft 10. The calculation display unit 4 is configured to receive light. The target bodies 11a and 11b that rotate and move with the rotation of the rotary shaft 10 traverse the light paths of the light beams L1 and L2 so as to intermittently block the light beams L1 and L2. Each of the light beams L1 and L2 apparently scans at a predetermined height level in the width changing portion of each of the target bodies 11a and 11b. The light emitting unit 3 is installed at an appropriate position around the rotary shaft body 10, and light emitted from the light emitting unit 3 is irradiated onto the irradiated surfaces of the target bodies 11a and 11b using an optical transmission means such as an optical fiber cable. Similarly, the light receiving / calculating display unit 4 is also arranged at an appropriate position around the rotary shaft body 10 and guided so as to receive light rays not blocked by the target bodies 11a and 11b via the light transmission means. be able to.

受光・演算表示部4は、図1では、受光部5と、演算表示部6と、これらを電気的に接続する信号線7とを備えている。受光部5としては、光線L1、L2をそれぞれ受光して、光電変換により電気信号を出力可能な公知の光電変換素子やこれらを含む機器などが使用できる。このような光電変換素子の具体例としては、フォトダイオード、フォトトランジスタなどの公知のものが挙げられる。また、受光部5としてCCDカメラなどの撮像機器などを使用することもできる。この受光部3は、回転軸体10の側方領域において誘導手段22からの反射光を受光可能な位置に配置されている。なお、受光部5は、図1に示すように、2本の光線をそれぞれ受光可能な構成に限定されるものではなく、1本の光線のみを受光可能な構成であってもよく、また必要であれば、さらに複数本の光線を受光可能な構成であってもよい。複数本の光線を受光する必要がある場合には、これらの受光部を適宜組合せて用いることができる。   In FIG. 1, the light reception / calculation display unit 4 includes a light reception unit 5, a calculation display unit 6, and a signal line 7 that electrically connects them. As the light receiving unit 5, a known photoelectric conversion element that can receive the light beams L <b> 1 and L <b> 2 and output an electric signal by photoelectric conversion, or a device including these can be used. Specific examples of such a photoelectric conversion element include known ones such as a photodiode and a phototransistor. In addition, an imaging device such as a CCD camera can be used as the light receiving unit 5. The light receiving unit 3 is disposed at a position where the reflected light from the guiding means 22 can be received in the lateral region of the rotating shaft 10. As shown in FIG. 1, the light receiving unit 5 is not limited to a configuration capable of receiving two light beams, and may be configured to receive only one light beam, and is necessary. If so, it may be configured to receive a plurality of light beams. When it is necessary to receive a plurality of light beams, these light receiving parts can be used in appropriate combination.

演算処理部6としては、信号線7を通して受光部5からの電気信号の入力を受け、後述するように回転軸体10に加わるトルクを演算、表示し、必要であれば外部に演算結果に対応する信号を出力する機能を備えたものが使用できる。なお、受光部5と演算処理部6とはそれぞれ別体で構成してもよく、一体に構成してもよい。   The arithmetic processing unit 6 receives an electric signal input from the light receiving unit 5 through the signal line 7, calculates and displays the torque applied to the rotary shaft body 10 as will be described later, and responds to the calculation result outside if necessary. Can be used that has a function of outputting a signal to be output. The light receiving unit 5 and the arithmetic processing unit 6 may be configured separately or may be configured integrally.

発光部3から連続的に出射された光線L1、L2が回転運動するターゲット体11a、11bの幅変化部によって遮られていない間は、受光部5は光線L1、L2を受光し、所定の大きさの電気信号を演算表示部6に対して出力する。その一方、光線L1,L2がターゲット体11a、11bによって遮られている間は、受光部5は受光せず、電気信号を出力しないことから、結果として受光部5から出力される電気信号はパルス波形を呈することになる。演算表示部6では、受光部5から入力を受けたこの電気パルス信号の波形から、当該信号から遮光時間をそれぞれ求めるように構成されている。そして、回転軸体10の回転中にたわみ変形が生じた場合には、ターゲット体11a、11bの幅変化部における光線の走査高さ位置が回転軸体10の径方向に変化し、結果として前記遮光時間が変化するので、これを利用して回転軸体10に生じたたわみ量を演算することが可能となる。なお、演算表示部6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、回転軸体10の回転速度が一定であるか否か(回転速度のばらつきが所定の範囲内にあるか否か)を判定するようにしてもよい。   While the light beams L1 and L2 emitted continuously from the light emitting unit 3 are not blocked by the width changing portions of the target bodies 11a and 11b that rotate, the light receiving unit 5 receives the light beams L1 and L2 and has a predetermined size. The electrical signal is output to the calculation display unit 6. On the other hand, while the light beams L1 and L2 are blocked by the target bodies 11a and 11b, the light receiving unit 5 does not receive light and does not output an electric signal. As a result, the electric signal output from the light receiving unit 5 is a pulse. A waveform will be exhibited. The calculation display unit 6 is configured to obtain the light shielding time from the signal from the waveform of the electric pulse signal received from the light receiving unit 5. When the deflection deformation occurs during the rotation of the rotating shaft 10, the scanning height position of the light beam in the width changing portion of the target bodies 11a and 11b changes in the radial direction of the rotating shaft 10, and as a result, Since the light shielding time changes, the amount of deflection generated in the rotating shaft 10 can be calculated using this. In addition, the calculation display unit 6 further receives an input of the rotational speed signal of the rotary shaft body 10 to determine whether or not the rotational speed of the rotary shaft body 10 is constant (the variation in the rotational speed is within a predetermined range). Or not) may be determined.

図2は、回転軸体10に生じるたわみ変形の有無によるターゲット体11aの幅変化部上を光線が走査する高さ位置(同図(a))と受光部3が出力する電気パルス信号(同図(b)〜(d))との関係を示した図である。回転軸体10にたわみが生じていない状態では、図2(c)に示すように、発光部3からの光線の光路をターゲット体11a(または11b)が遮っている間は、当該ターゲット体11a(または11b)上を光線が走査する高さ位置(この高さ位置は回転軸体10の外周面からの径方向の距離で規定してもよく、ターゲット体11aの先端からの距離で規定してもよいが、図5では後者の距離で規定している。)をxとし、その間受光部5が受光しないことで電気信号を出力しない時間(以下、遮光時間という。)Tを求めることができる。 FIG. 2 shows a height position where the light beam scans on the width changing portion of the target body 11a depending on the presence or absence of deflection deformation occurring in the rotating shaft 10 (FIG. 2A) and an electric pulse signal output from the light receiving section 3 (same as above). It is the figure which showed the relationship with figure (b)-(d)). In a state where the rotation shaft body 10 is not bent, as shown in FIG. 2C, while the target body 11a (or 11b) blocks the optical path of the light beam from the light emitting unit 3, the target body 11a. (Or 11b) A height position at which the light beam scans (this height position may be defined by a radial distance from the outer peripheral surface of the rotary shaft 10 or by a distance from the tip of the target body 11a. may be, but is defined by the distance the latter in Figure 5.) as the x 0, during which time the light receiving unit 5 does not output the electric signal by not receiving (hereinafter, referred to as light-blocking time.) Request T 0 be able to.

回転軸体10にたわみ変形が生じると、図2(a)に示すように、そのたわみ変形の方向に応じて前記光線がターゲット体の幅変化部上を走査する高さ位置が当該回転軸体の径方向内外(図に向って上下方向)に変化し、それに伴って回転方向における遮光幅も変化する結果、遮光時間が変化する。例えば、回転軸体10の図に向って右側の部分に下向きにたわみ変形が生じた場合、ターゲット体11a上における光線の走査する高さ位置はxからxに変化し、それに伴い遮光時間はTからTと短くなる(図2(d)参照)。また、回転中に回転軸体10の図に向って右側の部分に上向きにたわみ変形が生じた場合、光線が走査する高さ位置はxからxに変化し、それに伴い遮光時間はTからTと長くなる(図2(e)参照)。このようにたわみ変形前後の遮光時間求め、さらにターゲット体の幅変化部における光線の走査高さ位置の変化を検出することにより、回転軸体10のたわみ量は、次の式(式1または式2)で求めることができる。 When bending deformation occurs in the rotating shaft 10, as shown in FIG. 2 (a), the height position at which the light beam scans on the width changing portion of the target body according to the direction of the bending deformation is the rotating shaft. As a result, the shading width in the rotation direction changes, and as a result, the shading time changes. For example, if the figure toward and bending downward the right-hand portion the deformation of the rotating shaft 10 occurs, a height position at which scanning of the light beam on the target member 11a is changed from x 0 to x 1, the light-shielding time with it Becomes shorter from T 0 to T 1 (see FIG. 2D). Also, if towards the FIG upward bending deformation in the right portion of the rotary shaft 10 during the rotation occurs, the height position at which light scans changes from x 0 to x 2, the light-shielding time along with it T 0 becomes longer and T 2 (see FIG. 2 (e)). Thus, by obtaining the light shielding time before and after the deflection deformation and further detecting the change in the scanning height position of the light beam in the width change portion of the target body, the deflection amount of the rotating shaft body 10 can be calculated by the following formula (Formula 1 or Formula 1). 2).

Figure 2011191076
Figure 2011191076
Figure 2011191076
Figure 2011191076

また、図1において、2つのターゲット体11a、11bのそれぞれの幅変化部における光線L1、L2の走査高さ位置がそれぞれ変化し、それによってそれぞれの遮光時間も変化する場合には、各ターゲット体の取付方向であるx軸方向およびy軸方向におけるたわみ量成分を前記式によってそれぞれ求め(仮に、x軸方向およびy軸方向のたわみ量成分をそれぞれx、yとする)、式3に基づいてこれらのベクトル和を求めることで、回転軸体10に生じるたわみ量の動的な挙動(動的たわみ量)(z)を求めることができる。 Further, in FIG. 1, when the scanning height positions of the light beams L1 and L2 in the width change portions of the two target bodies 11a and 11b change, and the respective light blocking times change accordingly, each target body each determined amount of deflection component in x axis direction and y axis direction as the mounting direction by the formula (if, x-axis direction and the y-axis direction of the deflection of components of each x n, and y n), the formula 3 Based on these vector sums, the dynamic behavior (dynamic deflection amount) (z n ) of the deflection amount generated in the rotating shaft 10 can be obtained.

Figure 2011191076
Figure 2011191076

[実施形態2]
図3は、本発明のたわみ計測装置の実施形態の別の例を示す図である。この図に示すたわみ計測装置1は、被計測物である回転軸体10の外周面に取り付けられた2つのターゲット体8、9と、回転軸体10の周囲に配置された発光部3および受光・演算表示部4、4とから構成されている。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a diagram showing another example of the embodiment of the deflection measuring apparatus of the present invention. The deflection measuring apparatus 1 shown in this figure includes two target bodies 8 and 9 attached to the outer peripheral surface of a rotating shaft body 10 that is an object to be measured, a light emitting unit 3 and a light receiving unit disposed around the rotating shaft body 10. -It is comprised from the calculation display parts 4 and 4.

ターゲット体8、9は、図3に示すように、一方向にのみ湾曲し、その凸面側に光を反射する被照射面(反射面)が形成された同形、同サイズの湾曲板である。これらターゲット体8、9が発光部2側に凸面からなる被照射面を向けて回転軸体10の外周面に取り付けられている。ターゲット体8,9の回転軸体10の軸線方向に対する取付角度は、略直角、好ましくは直角に設定され、これらのターゲット体8,9はそれぞれ、回転軸体10の外周面に略垂直に、好ましくは垂直に立設されることが好ましい。2つのターゲット体8,9の取付角度は互いに異ならせて設定できるが、略同等に設定するのが好ましい。   As shown in FIG. 3, the target bodies 8 and 9 are curved plates of the same shape and the same size, which are curved only in one direction and have an irradiated surface (reflecting surface) that reflects light on the convex surface side. These target bodies 8 and 9 are attached to the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 with the irradiated surface made of a convex surface facing the light emitting section 2 side. The mounting angle of the target bodies 8 and 9 with respect to the axial direction of the rotary shaft body 10 is set to a substantially right angle, preferably a right angle, and these target bodies 8 and 9 are respectively substantially perpendicular to the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10. It is preferable to stand vertically. The mounting angles of the two target bodies 8 and 9 can be set differently from each other, but are preferably set to be approximately the same.

発光部3は、回転軸体10の軸線方向に沿って2本の平行な光線L1、L2を照射可能とされており、光線L1、L2のそれぞれと回転軸体10の回転中心とを結ぶ直線が直角に交差するように回転軸体10の一端部の外側領域に配置される。この発光部3としては、連続発光可能な光源を備える前記実施形態1に示したようなものが好適に使用できる。   The light emitting unit 3 can irradiate two parallel light beams L1 and L2 along the axial direction of the rotating shaft body 10, and a straight line connecting each of the light beams L1 and L2 and the rotation center of the rotating shaft body 10. Are arranged in an outer region of one end of the rotary shaft 10 so as to intersect at right angles. As this light emission part 3, what was shown in the said Embodiment 1 provided with the light source which can light-emit continuously can be used conveniently.

また、受光・演算表示部4は、回転軸体10の速報領域においてターゲット体8、9からの反射光を受光可能な位置に配置されている。受光・演算表示部4は、反射板7、8からの反射光をそれぞれ受光可能であり、前記反射光の受光位置の相対的な変化を検出できるものであれば特に限定されない。この受光・演算表示部4、4として、図3では、その動作についての理解を容易にするために、一面にスケール部4aを備え、回転軸体10の軸線方向に沿って配置された板状体で模式的に示すが、実際にはこのような装置に代えてCCDカメラなどの撮像装置を含む公知の画像処理装置などを好適に使用できる。この場合、CCDカメラにおいて回転軸体10へのたわみ変形の状態による反射光の受光位置の変化を画素数による座標位置の変化量に変換して回転軸体10のたわみ量を演算し表示させることができる。   The light reception / calculation display unit 4 is arranged at a position where the reflected light from the target bodies 8 and 9 can be received in the breaking news area of the rotary shaft body 10. The light reception / calculation display unit 4 is not particularly limited as long as it can receive reflected light from the reflecting plates 7 and 8 and can detect a relative change in the light receiving position of the reflected light. As the light receiving / calculating display units 4 and 4, in FIG. 3, in order to facilitate understanding of the operation, a plate-like shape provided with a scale unit 4 a on one surface and arranged along the axial direction of the rotary shaft body 10. Although schematically shown by a body, in practice, a known image processing apparatus including an imaging apparatus such as a CCD camera can be suitably used instead of such an apparatus. In this case, in the CCD camera, the change in the light receiving position of the reflected light due to the state of deflection deformation to the rotating shaft 10 is converted into the amount of change in the coordinate position depending on the number of pixels, and the amount of deflection of the rotating shaft 10 is calculated and displayed. Can do.

図4は、図3に示す本実施形態の計測原理を説明するための図である。この図では、2つの光線のうち光線L1についてのみ図示するが、もう1つの光線L2についても同様に図示することができる。回転軸体10にたわみ変形が生じていない状態で、発光部3からの光線L1がターゲット体8の被照射面に向けて照射され、そこからの反射光が受光・演算表示部4にて受光される。図3および図4では、この状態での受光・演算表示部4における受光位置をスケール部4aの「0」で示している)。   FIG. 4 is a diagram for explaining the measurement principle of the present embodiment shown in FIG. In this figure, only the light ray L1 of the two light rays is shown, but the other light ray L2 can be shown in the same manner. The light beam L1 from the light emitting unit 3 is irradiated toward the irradiated surface of the target body 8 in a state where the rotary shaft body 10 is not deformed, and the reflected light therefrom is received by the light receiving / calculating display unit 4. Is done. In FIGS. 3 and 4, the light receiving position in the light receiving / calculation display unit 4 in this state is indicated by “0” of the scale unit 4a).

図3において、回転軸体10の右側の部分に図に向かって上方向にたわみ変形が生じて回転軸体10が10aの状態となった場合、ターゲット体8は該たわみ変形に伴い発光部3側に起き上がる(図中、符号8a参照)。この反射板8aの被照射面に光線L1に照射されると、その入射角度および反射角度がたわみ変形のない場合のそれらから変化する。その結果、反射光21aは受光・演算表示部4のスケール部4aにおいてたわみ変形のない場合よりも発光部3側で受光されることになる。また、回転軸体10の右側の部分に図に向って下方向にたわみ変形が生じて回転軸体10が10bの状態となった場合には、ターゲット体8はさらに倒れた状態となる(図中、符号8b参照)。それに伴い、ターゲット体8上の照射位置における光線L1の入射角度および反射角度がそれぞれ変化し、反射光21bは受光・演算表示部4のスケール部4aの発光部3側において受光されることになる。このように回転軸体10にたわみ変形が生じていない場合とたわみが生じている場合の受光・演算表示部3での反射光の受光位置の変化をスケール部4aによって求めることで、反射板7の設置位置での回転軸体10のたわみ量を容易に、しかもターゲット体8とスケール4aとの距離によってはスケール部4a上では増幅された状態で知ることができる。   In FIG. 3, in the case where the right side portion of the rotating shaft body 10 is bent upward in the direction of the drawing and the rotating shaft body 10 is in the state of 10 a, the target body 8 becomes light emitting portion 3 along with the bending deformation. (See reference numeral 8a in the figure). When the irradiated surface of the reflecting plate 8a is irradiated with the light beam L1, the incident angle and the reflecting angle change from those when there is no deflection deformation. As a result, the reflected light 21a is received on the light emitting unit 3 side as compared with the case where there is no deflection deformation in the scale unit 4a of the light receiving / calculating display unit 4. In addition, when the right side portion of the rotating shaft body 10 is deformed downward toward the drawing and the rotating shaft body 10 is in the state 10b, the target body 8 is further tilted (see FIG. (See 8b). Accordingly, the incident angle and the reflection angle of the light beam L1 at the irradiation position on the target body 8 change, and the reflected light 21b is received on the light emitting unit 3 side of the scale unit 4a of the light receiving / calculating display unit 4. . As described above, the change of the light receiving position of the reflected light on the light receiving / calculation display unit 3 when the deflection is not generated in the rotating shaft 10 and when the deflection is generated is obtained by the scale unit 4a, thereby the reflecting plate 7 The amount of deflection of the rotary shaft body 10 at the installation position can be easily known in an amplified state on the scale portion 4a depending on the distance between the target body 8 and the scale 4a.

また、回転軸体10のたわみ量を求めたい位置と反射板8、9の設置位置との関係が分かれば、当該たわみ量を求めたい位置での回転軸体10のたわみ量を求めることもできる。さらに、この反射板を回転軸体10の周方向に等間隔に複数設けることで、当該回転軸体10の回転中におけるたわみ量の動的変化(たわみ変形の状況)を知ることができる。   If the relationship between the position where the deflection amount of the rotating shaft 10 is to be obtained and the installation position of the reflectors 8 and 9 is known, the amount of deflection of the rotating shaft 10 at the position where the deflection amount is desired can be obtained. . Furthermore, by providing a plurality of the reflecting plates at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft body 10, it is possible to know a dynamic change in the amount of bending (the state of bending deformation) during the rotation of the rotating shaft body 10.

なお、本実施形態に用いられるターゲット体8、9としては、例えば図5に示すような湾曲のない平板状であってもよく、また直交する各方向に凹凸いずれかに湾曲する反射面としての被照射面を備えた湾曲板であってもよい。これらのターゲット体を用いた場合でも、本実施形態の計測原理は前記と同様であるので、重複する説明は省略する。   In addition, as the target bodies 8 and 9 used in this embodiment, for example, a flat plate shape without a curve as shown in FIG. 5 may be used, or as a reflecting surface that is curved in any one of irregularities in each orthogonal direction. A curved plate having an illuminated surface may be used. Even when these target bodies are used, the measurement principle of the present embodiment is the same as described above, and therefore, a duplicate description is omitted.

[実施形態3]
本発明のたわみ計測装置はまた、実施形態1および実施形態2にそれぞれ示した例を組み合わせた構成とすることもできる。具体的には、実施形態2におけるターゲット体8、9に実施形態1に示したターゲット体11a、11bと同様に幅変化部を形成し、ターゲット体8、9から反射する反射光とこれによって遮光されない光線とをそれぞれの位置に設置した受光・演算表示部4、4によって受光するように構成することができる。このような構成とすることで、前記実施形態1および2で示した方法を適宜変更してそれぞれの計測方式で回転軸体10のたわみ量を求めることができ、測定精度の向上が図られるという利点がある。
[Embodiment 3]
The deflection measuring apparatus of the present invention can also be configured by combining the examples shown in the first and second embodiments. Specifically, the width change portions are formed in the target bodies 8 and 9 in the second embodiment in the same manner as the target bodies 11a and 11b shown in the first embodiment, and the reflected light reflected from the target bodies 8 and 9 is blocked by this. The light receiving / calculating display units 4 and 4 installed at the respective positions can receive the light rays that are not to be received. By adopting such a configuration, the method shown in the first and second embodiments can be changed as appropriate, and the amount of deflection of the rotating shaft body 10 can be obtained by each measurement method, thereby improving measurement accuracy. There are advantages.

(2)回転軸体のたわみ量および軸ねじれ計測装置
次に、本発明の回転軸体のたわみ量および軸ねじれ計測装置の実施形態について説明する。以下の実施形態に示すたわみ量および軸ねじれ計測装置は、いずれも被計測物である回転軸体の外周面にその軸線方向に所定の距離だけ離して取り付けられた少なくとも1組のターゲット体(以下、第1ターゲット体および第2ターゲット体という。)を設け、前記回転軸体の軸線方向に略平行にその外周面から所定の高さ位置を通過する光線をこれらの第1および第2ターゲット体で遮るように構成されている。また、発光部は、前記実施形態1の場合と同様、所定の位置に配置された2つの光線出射口から同方向に互いに平行な2本の光線を出射するタイプを使用するものとする。また、前記2本の光線は、前記回転軸体の外周面上、前記実施形態と同様の位置を通過し、該回転軸体の軸心を通るx、y直交座標軸上にてたわみ量などを計測できるものする。なお、以下の各図において、同一または共通する各部については同一の符号を用い、これら各部の重複する説明は省略する。
(2) Deflection amount and shaft torsion measuring device of rotating shaft body Next, an embodiment of the deflection amount and shaft torsion measuring device of the rotating shaft body of the present invention will be described. The deflection amount and shaft torsion measuring devices shown in the following embodiments are each at least one set of target bodies (hereinafter referred to as a predetermined distance) attached to the outer peripheral surface of a rotating shaft body, which is a measurement object, in the axial direction. The first target body and the second target body), and light beams passing through a predetermined height position from the outer peripheral surface thereof substantially parallel to the axial direction of the rotating shaft body are provided in the first and second target bodies. It is configured to block with. As in the case of the first embodiment, the light emitting unit uses a type that emits two light beams parallel to each other in the same direction from two light beam emission ports arranged at predetermined positions. In addition, the two light beams pass through the same position as in the embodiment on the outer peripheral surface of the rotating shaft body, and the amount of deflection on the x, y orthogonal coordinate axes passing through the axis of the rotating shaft body. It can be measured. In the following drawings, the same or common parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping description of these parts is omitted.

[実施形態4]
図6は、本発明のたわみおよび軸ねじれ計測装置の実施形態の一例の構成を示す図である。また、図7は、図6に示す回転軸体上の第1ターゲット体11a〜11dおよび第2ターゲット体12a〜12dのそれぞれの配置を示しており、(a)は斜視図、(b)は正面図である。これらの図に示す実施形態では、回転軸体10の軸線方向両端部の外周面にその円周方向に等間隔にそれぞれ取り付けられた第1ターゲット体11a、11b、11c、11dおよび第2ターゲット体12a、12b、12c、12dと、回転軸体10の両端領域に対向して配置される発光部3と、受光・演算表示部4とから構成されている。発光部3から受光・演算表示部4に向けて照射される光線L1、L2は、それぞれ回転軸体10の軸線に略平行に(好ましくは平行に)その外周面から所定の高さ位置を通過するようにその光路が設定されている。
[Embodiment 4]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example of an embodiment of the deflection and shaft torsion measuring apparatus of the present invention. Moreover, FIG. 7 has shown each arrangement | positioning of the 1st target bodies 11a-11d and 2nd target bodies 12a-12d on the rotating shaft body shown in FIG. 6, (a) is a perspective view, (b) is It is a front view. In the embodiments shown in these drawings, the first target bodies 11a, 11b, 11c, 11d and the second target bodies respectively attached to the outer peripheral surfaces of both ends in the axial direction of the rotating shaft 10 at equal intervals in the circumferential direction. 12 a, 12 b, 12 c, 12 d, a light emitting unit 3 disposed opposite to both end regions of the rotating shaft body 10, and a light receiving / calculating display unit 4. The light beams L1 and L2 irradiated from the light emitting unit 3 toward the light receiving / calculating display unit 4 pass through a predetermined height position from the outer peripheral surface thereof substantially parallel (preferably in parallel) to the axis of the rotary shaft body 10, respectively. The optical path is set so as to.

第1ターゲット体11a、11b、11c、11dは、各2つの長辺および短辺からなる略矩形の平面形状を有する同形、同サイズの遮光板である。2つの長辺は、図6では、互いに平行に図示されているが、必ずしも平行に限定されるものではなく、例えば2つの長辺間の距離が一端から他端に向けて一方向に連続的に増加する扇状などのように配置形成することもできる。この第1ターゲット体11a〜11dは、その長さ方向または幅方向の一端部を回転軸体10の外周面に取り付けるようにする。それぞれの第1ターゲット体11a〜11dの取付に当たっては、回転軸体10の外周面から略放射状に延びる2つの長辺または短辺のうち少なくとも一方は回転軸体10の径方向にその向きを一致させることが好ましい。図6に示す例では、回転軸体10の回転方向後方側の長辺の向きが径方向(法線方向)に一致するように構成されている。なお、第1ターゲット体11a〜11dの取付は、回転軸体10の外周面に直接または該外周面からその内部に埋め込んだ上で公知の接着、溶接などの方法を用いて行なうことができる。   The first target bodies 11a, 11b, 11c, and 11d are light shielding plates of the same shape and the same size having a substantially rectangular planar shape composed of two long sides and short sides. Although the two long sides are illustrated in parallel with each other in FIG. 6, the two long sides are not necessarily limited to being parallel to each other. For example, the distance between the two long sides is continuous in one direction from one end to the other end. It can also be arranged and formed like a fan shape increasing in number. The first target bodies 11 a to 11 d are attached to the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 at one end in the length direction or the width direction. In attaching each of the first target bodies 11a to 11d, at least one of two long sides or short sides extending substantially radially from the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 is aligned in the radial direction of the rotary shaft body 10 It is preferable to make it. In the example shown in FIG. 6, the direction of the long side on the rear side in the rotation direction of the rotating shaft 10 is configured to coincide with the radial direction (normal direction). The first target bodies 11a to 11d can be attached using a known method such as adhesion or welding after being embedded in the outer peripheral surface of the rotating shaft body 10 directly or from the outer peripheral surface.

第2ターゲット体12a、12b、12c、12dは、いずれも同形、同サイズの三角形、好適には直角三角形の平面形状を備え、その短辺を回転軸体10の外周面に公知の方法で固着した場合に回転軸体10の外周面からの径方向の距離の増加に伴って回転軸体10の回転方向の幅が小さくなる幅変化部によってその全体が構成されている。これらの第2ターゲット体12a〜12dは、図7(b)に示すように、回転軸体10の回転方向前方側の端辺(回転軸体10の軸船方向からこれを見た場合に第1ターゲット体11a〜11d寄りの端辺)の向きが回転軸体10の径方向(法線方向)に合致している。ここで、回転方向後方側の斜辺と前方側の端辺とのなす角度は、前記したように受光、遮光のタイミングの判定を容易にするために極力小さく設定されていることが好ましい。第2ターゲット体12a〜12dの回転軸体10への取付もまた、第1ターゲット体11a〜11dの場合と同様に溶接、接着などの公知の方法を用いて行うことができる。   Each of the second target bodies 12a, 12b, 12c, and 12d has a triangular shape of the same shape and the same size, preferably a right triangle, and its short side is fixed to the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 by a known method. In this case, the whole is constituted by the width changing portion in which the width in the rotation direction of the rotating shaft body 10 decreases as the radial distance from the outer peripheral surface of the rotating shaft body 10 increases. As shown in FIG. 7B, these second target bodies 12a to 12d are first ends when the rotary shaft body 10 is viewed from the front side in the rotational direction (when viewed from the axis direction of the rotary shaft body 10). The direction of the one target bodies 11a to 11d (sides near the target bodies 11a to 11d) matches the radial direction (normal direction) of the rotary shaft body 10. Here, the angle formed between the oblique side on the rear side in the rotation direction and the end side on the front side is preferably set as small as possible in order to facilitate the determination of the timing of light reception and light shielding as described above. The attachment of the second target bodies 12a to 12d to the rotating shaft body 10 can also be performed using a known method such as welding or adhesion as in the case of the first target bodies 11a to 11d.

図8は、図7において第1ターゲット体の平面形状を変更した変形例を示す図である。この図に示すように、第1ターゲット体11a〜11dとして、三角形(好適には直角三角形)の平面形状の遮光板を使用できる。この場合、第1ターゲット体11a〜11dの回転軸体10から外方に向けて延びる2つの端辺のうちの一方の向きは、当該回転軸体10の径方向(法線方向)に合致するように配置するのが好ましい。図7では、回転軸体10の外側から軸線方向に沿ってこれを見た場合に第1ターゲット体11a〜11dの第2ターゲット体12a〜12d寄りの端辺の向きは当該回転軸体10の径方向(法線方向)に合致させている。   FIG. 8 is a diagram showing a modification in which the planar shape of the first target body in FIG. 7 is changed. As shown in this figure, a triangular (preferably a right triangle) planar light shielding plate can be used as the first target bodies 11a to 11d. In this case, the direction of one of the two ends extending outward from the rotation shaft body 10 of the first target bodies 11a to 11d matches the radial direction (normal direction) of the rotation shaft body 10. It is preferable to arrange them as follows. In FIG. 7, when viewed along the axial direction from the outside of the rotating shaft body 10, the orientation of the end sides of the first target bodies 11 a to 11 d near the second target bodies 12 a to 12 d is that of the rotating shaft body 10. It is matched with the radial direction (normal direction).

第1ターゲット体11a〜11dのそれぞれと第2ターゲット体12a〜12dのそれぞれとは、この順に互いに組をなすように回転軸体10の外周面に配置される。図7および図8に示すように、第1ターゲット体11a〜11dおよび第2ターゲット体12a〜12dのそれぞれ対応する各組は、回転軸体10の外側から軸線方向に沿ってこれを見た場合に、これらの互いに向き合い、回転軸体10の径方向に合致する端辺間に所定の大きさの間隙が設けられ、両者が互いに重なり合わないように配置される。この端辺間の間隙は、回転軸体10の回転力などから予測される軸ねじれ量よりも大きい値に設定するのがよい。   Each of the first target bodies 11a to 11d and each of the second target bodies 12a to 12d are arranged on the outer peripheral surface of the rotating shaft body 10 so as to form a pair with each other in this order. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, when each pair of the first target bodies 11 a to 11 d and the second target bodies 12 a to 12 d is viewed from the outside of the rotary shaft body 10 along the axial direction. In addition, a gap of a predetermined size is provided between the edges facing each other and matching the radial direction of the rotary shaft 10, and they are arranged so as not to overlap each other. The gap between the end sides is preferably set to a value larger than the amount of shaft twist predicted from the rotational force of the rotary shaft body 10 and the like.

図9は、図7に示した実施形態のたわみ量および軸ねじれの計測原理を示す図である。この図において、(a)〜(c)は回転軸体10の外周面に設けられた第1ターゲット体11aと第2ターゲット体12aとの位置関係およびこれらのターゲット体の被照射面における光線の走査高さ位置を、また(d)〜(l)は(a)〜(c)における2つのターゲット体間の位置関係および光線の捜査高さ位置のそれぞれに対応する受光部3から出力される電気信号の波形をそれぞれ示している。そして、(a)、(d)、(g)、(l)の列が回転軸体10に軸ねじれが生じておらず、たわみ変形のみが生じた場合、(b)、(e)、(h)、(k)の列が回転軸体10に回転方向とは反対方向に軸ねじれが生じ、たわみ変形も生じた場合、残りの列が回転軸体10に回転方向に軸ねじれが生じ、たわみ変形も生じた場合をそれぞれ示している。なお、この図(a)〜(c)では、前記1組のターゲット体の位置関係および光線の走査高さ位置を簡略化して示すために、回転軸体10の軸線方向に直角な方向の断面円弧状の外周面を平面として図示している。   FIG. 9 is a diagram showing the measurement principle of the deflection amount and the shaft twist of the embodiment shown in FIG. In this figure, (a) to (c) are the positional relationship between the first target body 11a and the second target body 12a provided on the outer peripheral surface of the rotary shaft 10, and the light rays on the irradiated surface of these target bodies. The scanning height position and (d) to (l) are output from the light receiving unit 3 corresponding to each of the positional relationship between the two target bodies and the search height position of the light beam in (a) to (c). The waveforms of electrical signals are shown respectively. When the row of (a), (d), (g), and (l) does not cause shaft torsion in the rotary shaft body 10 and only bending deformation occurs, (b), (e), ( h) When the row of (k) is twisted in the direction opposite to the rotational direction in the rotating shaft 10 and bending deformation occurs, the remaining row is twisted in the rotating direction in the rotating shaft 10; Each of the cases where deflection deformation also occurs is shown. In FIGS. 1A to 1C, a cross section in a direction perpendicular to the axial direction of the rotary shaft 10 is shown in order to simplify the positional relationship of the set of target bodies and the scanning height position of the light beam. An arcuate outer peripheral surface is shown as a plane.

図9(a)において回転軸体10に軸ねじれやたわみ変形が生じていない状態では、光線は第1ターゲット体11aおよび第2ターゲット体12aの両被照射面の高さ位置23(第2ターゲット体12aの先端からの距離x)を図中の矢印で示す回転方向に沿って走査する。また、光線が第1ターゲット体11aと第2ターゲット体12aとの間の間隙を通過し受光部5によって受光される間、当該受光部5からは電気信号が所定の時間だけ出力される。図9では、このパルス信号の波形における受光時間をT20で示している(図9(d)、(g)、(j)参照)。この状態から回転軸体10に軸ねじれのみが生じた場合、仮に回転軸体10の回転方向とは反対方向に軸ねじれが生じた場合、回転軸体10の軸線方向に沿って外側からこれを見たとすると、第1ターゲット体11aに対して第2ターゲット体12aが近接する方向にずれ、両者間の間隙は小さくなり、結果として当該間隙に対応するパルス信号における受光時間は短くなり、T20からT21に変化する(図9(e)、(h)、(k)参照)。反対に、回転軸体10に回転方向に軸ねじれが生じた場合には、第1ターゲット体11aに対して第2ターゲット体12aが離隔する方向にずれ、両者間の間隙が大きくなり、結果として当該間隙に対応するパルス波形における受光時間は長くなり、T20からT22に変化する(図9(f)、(i)、(l)参照)。また、これらの受光時間を求めるのとは別に、演算表示部6において前記出力パルス信号の周期的に繰り返される波形から回転軸体10の回転周期を求め、式3によって角速度ωを演算しておく。 In FIG. 9A, in a state where the shaft is not twisted or bent in the rotating shaft 10, the light beam is at a height position 23 (second target) of both irradiated surfaces of the first target body 11a and the second target body 12a. The distance x 0 ) from the tip of the body 12a is scanned along the rotation direction indicated by the arrow in the figure. In addition, while the light beam passes through the gap between the first target body 11a and the second target body 12a and is received by the light receiving unit 5, an electrical signal is output from the light receiving unit 5 for a predetermined time. 9 shows a light receiving time T 20 in the waveform of the pulse signal (FIG. 9 (d), (g), (j) see). From this state, when only the shaft twist occurs in the rotating shaft body 10, if the shaft twist occurs in the direction opposite to the rotating direction of the rotating shaft body 10, this is applied from the outside along the axial direction of the rotating shaft body 10. When viewed, the second target body 12a is shifted toward the first target body 11a, and the gap between the two becomes smaller. As a result, the light receiving time in the pulse signal corresponding to the gap becomes shorter, and T 20 changes T 21 (FIG. 9 (e), (h) , (k) refer). On the other hand, if the rotational shaft body 10 is twisted in the rotational direction, the second target body 12a is displaced away from the first target body 11a, resulting in a large gap between them. receiving time becomes longer in a pulse waveform corresponding to the gap changes from T 20 to T 22 (FIG. 9 (f), (i) , (l) refer). In addition to obtaining these light receiving times, the computation display unit 6 obtains the rotation period of the rotary shaft body 10 from the periodically repeated waveform of the output pulse signal, and calculates the angular velocity ω by Equation 3. .

Figure 2011191076
ここで、式3中、Tは回転軸体10の回転周期を示す。
Figure 2011191076
Here, in Expression 3, T 0 indicates the rotation period of the rotating shaft 10.

前記の受光時間T21、T22および角速度ωの各値を用い、以下の式5または式6によって軸ねじれdnを求めることができる。このように一定速度で回転する回転軸体10に生じる軸ねじれは、外周面上において個々の第1ターゲット体に対応する第2ターゲット体の円周方向の位置変化(ずれ)となって現れるから、1組の第1ターゲット体11aおよび第2ターゲット体12aの互いに向き合った端辺間の間隙の大小の変化を検出することで求めることができる。 Using each value of the light receiving times T 21 and T 22 and the angular velocity ω, the shaft twist dn can be obtained by the following formula 5 or formula 6. The shaft twist generated in the rotating shaft body 10 rotating at a constant speed in this manner appears as a change (shift) in the circumferential direction of the second target body corresponding to each first target body on the outer peripheral surface. It can be obtained by detecting the change in the gap between the opposite ends of the pair of first target body 11a and second target body 12a.

Figure 2011191076
Figure 2011191076
Figure 2011191076
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次に、回転軸体10にたわみ変形のみが生じた場合については、すでに説明したように、各組の第2ターゲット体が備える被照射面(幅変化部)上において光線の走査高さ位置が回転軸体10の径方向に変化するので、回転軸体10の径方向のたわみ量を第2ターゲット体の幅変化部上を光線が回転方向に走査する距離の変化に変換することができる。よって、この光線の第2ターゲット体における走査距離の変化を検出することで、回転軸体10に生じるたわみ量を求めることができるようになる。具体的には、図9において回転軸体10の第2ターゲット体12a側の端部にたわみ変形が生じると、当該たわみ変形の向きが上下方向いずれかによって第2ターゲット体12aにおける光線L1の走査高さ位置が23から24または25(第2ターゲット体12aの先端からの距離では、xからxまたはx)に変化する。これにより、第2ターゲット体12aの被照射面における光線L1の回転方向に走査する距離が変化し、この距離の変化に伴い受光部5が出力する出力が0となる遮光時間がT30からT31またはT32に変化する(図9(d)、(g)、(j)参照)。遮光時間および第2ターゲット体12aの先端からの距離の値を式7または式8に代入することで、回転軸体10に生じたたわみ量を計測することができる。 Next, in the case where only the deflection deformation occurs in the rotating shaft 10, as described above, the scanning height position of the light beam on the irradiated surface (width changing portion) included in the second target body of each set is Since the rotation shaft body 10 changes in the radial direction, the deflection amount in the radial direction of the rotation shaft body 10 can be converted into a change in the distance that the light beam scans in the rotation direction on the width change portion of the second target body. Therefore, by detecting the change in the scanning distance of the light beam on the second target body, the amount of deflection generated in the rotating shaft body 10 can be obtained. Specifically, when bending deformation occurs at the end of the rotating shaft body 10 on the second target body 12a side in FIG. 9, the scanning of the light beam L1 on the second target body 12a is performed depending on the direction of the bending deformation in any of the vertical directions. (the distance from the tip of the second target member 12a, from x 0 x 1 or x 2) height is 23 to 24 or 25 changes. Thus, the distance of scanning in the rotational direction of the light beam L1 is changed on the irradiated surface of the second target member 12a, T shading time output for outputting the light receiving portion 5 with the change in this distance becomes zero from T 30 31 or changes in the T 32 (FIG. 9 (d), (g) , (j) see). By substituting the values of the light shielding time and the distance from the tip of the second target body 12a into Expression 7 or Expression 8, the amount of deflection generated in the rotating shaft body 10 can be measured.

Figure 2011191076
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Figure 2011191076
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また、回転軸体10に軸ねじれおよびたわみ変形がともに生じている場合には、受光部5での出力パルス信号波形から、前記と同様に受光時間および遮光時間をそれぞれ求めることで、回転軸体10に生じた軸ねじれおよびたわみ量をそれぞれ独立して求めることができる。例えば、回転軸体10の回転方向に軸ねじれが生じ、第2ターゲット体12aが設置された側の端部に下方向にたわみ変形が生じた場合を例にとって説明する。この場合、前記軸ねじれによって第1ターゲット体11aと第2ターゲット体12aとの間の間隙に相当するパルスの立ち上がり時間はT20からT22に変化する。また、前記たわみによって第2ターゲット体12aの幅変化部における光線の走査高さ位置(先端からの距離)はxからxに、光線の走査距離に対応する遮光時間はT30からT31に変化する(図9(i)参照)。これらの変化前後の数値から、それぞれ別個独立に回転軸体10に生じたたわみ量および軸ねじれの大きさを計測することができる。このような方法によりたわみ量またはこれと軸ねじれの大きさとを発光部3からの2本の光線のそれぞれについて周期的に計測することを継続することで、回転軸体10の軸線に直交する断面におけるx,y直交座標軸上でのたわみ量の変化を追跡できるとともに、軸ねじれについての計測精度がより向上する。 Further, when both the shaft twist and the deflection deformation occur in the rotating shaft body 10, the light receiving time and the light shielding time are respectively obtained from the output pulse signal waveform in the light receiving section 5 in the same manner as described above, thereby rotating the rotating shaft body. 10 can be independently determined. For example, a description will be given by taking as an example a case where axial torsion occurs in the rotation direction of the rotary shaft body 10 and bending deformation occurs downward at the end on the side where the second target body 12a is installed. In this case, the rise time of the pulses corresponding to the gap between the first target member 11a and the second target member 12a by the shaft torsion is changed from T 20 to T 22. Further, the deflection by the scanning height position of the light beam in the width change part of the second target member 12a (distance from the tip) to x 1 from x 0, T 31 shading time from T 30 corresponding to the scanning distance of the light beam (See FIG. 9I). From the numerical values before and after these changes, the amount of deflection and the amount of shaft twist generated in the rotating shaft body 10 can be measured independently of each other. A section perpendicular to the axis of the rotating shaft 10 is obtained by continuing to periodically measure the amount of deflection or the amount of axial twist with respect to each of the two light beams from the light emitting unit 3 by such a method. In addition, it is possible to track the change in the amount of deflection on the x, y orthogonal coordinate axes, and to improve the measurement accuracy for the torsion of the shaft.

なお、前記式7および式8において、遮光時間T30、T31およびT32のそれぞれに式3で求めた角速度ωを乗じることで、幅変化部における光線の走査距離を求めることができるので(仮にこの走査距離を順にy、y、yとする)、これらの式におけるT30、T31およびT32にy、yおよびyを代入することで、同様に回転軸体10に生じるたわみ量を求めることができる。このように、第2ターゲット体に幅変化部を設けることで、1組のターゲット体を用いた従来のトルク計測技術ではなし得なかったたわみ量の計測を軸ねじれの計測と同時に行なうことができる利点がある。 In Formula 7 and Formula 8, the scanning distance of the light beam in the width change portion can be obtained by multiplying each of the light shielding times T 30 , T 31 and T 32 by the angular velocity ω obtained in Formula 3. If the scanning distances are sequentially set to y 0 , y 1 , y 2 ) and y 0 , y 1, and y 2 are substituted into T 30 , T 31, and T 32 in these equations, the rotating shaft body is similarly obtained. 10 can be obtained. As described above, by providing the width change portion in the second target body, it is possible to perform the measurement of the deflection amount that cannot be achieved by the conventional torque measurement technique using one set of target bodies simultaneously with the measurement of the shaft torsion. There are advantages.

[実施形態5]
図10は、回転軸体の外周面に設けられる第2ターゲット体の形状および当該第2ターゲット体と第1ターゲット体との回転方向における位置関係を変更した本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置の実施形態の別の例を示しており、(a)は斜視図、(b)は正面図である。この図では、実施形態1と同様の基本的構成を備えた発光部および受光・演算表示部(受光部、演算表示部)を実施形態4と同様の位置に配置するものとし、これらの図示を省略している(以下の図12、14、17も同様)。
[Embodiment 5]
FIG. 10 shows a deflection and shaft torsion measuring device according to the present invention in which the shape of the second target body provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body and the positional relationship in the rotational direction between the second target body and the first target body are changed. The other example of embodiment is shown, (a) is a perspective view, (b) is a front view. In this figure, the light emitting unit and the light receiving / calculating display unit (light receiving unit and calculation display unit) having the same basic configuration as in the first embodiment are arranged at the same positions as in the fourth embodiment. It is omitted (the same applies to FIGS. 12, 14, and 17 below).

図10に示す第2ターゲット体12a〜12dは略矩形形状の遮光板であり、その長さ方向が回転軸体10の外周面の接線方向に向くように配置固定されている。第2ターゲット体12a〜12dのそれぞれの中央領域における回転方向後方側には、光線が厚さ方向に透過可能な三角形状の透孔13、14、・・・がそれぞれ設けられている。なお、第1ターゲット体11a〜11dの外形形状については、図7に示した実施形態と本質的に変わるところはないが、その回転方向前方側の端辺の向きが回転軸体10の径方向に合致するように第一ターゲット体11a〜11dのそれぞれを当該回転軸体10の外周面に配置固定しておくのが好ましい。   The second target bodies 12 a to 12 d shown in FIG. 10 are light shielding plates having a substantially rectangular shape, and are arranged and fixed so that the length direction thereof faces the tangential direction of the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10. Triangular through-holes 13, 14,... Through which light can pass in the thickness direction are provided on the rear side in the rotation direction in the central regions of the second target bodies 12 a to 12 d, respectively. The outer shapes of the first target bodies 11a to 11d are not essentially different from those of the embodiment shown in FIG. 7, but the direction of the end side on the front side in the rotational direction is the radial direction of the rotary shaft body 10. It is preferable to arrange and fix each of the first target bodies 11 a to 11 d on the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 so as to match the above.

第1ターゲット体11a〜11dと、これらのそれぞれに対応する第2ターゲット体12a〜12dとの位置関係については、図10(b)に示すように、回転軸体10の軸線方向からこれらを見た場合に、第1ターゲット体11a〜11dが、第2ターゲット体12a〜12dの回転方向前方側において重なり合い、かつ第2ターゲット体12a〜12dのそれぞれが備える三角形状の透孔13、14、・・・を塞ぐことがないように配置されている。回転軸体10の軸ねじれがその回転方向および当該方向の反対方向に生じる可能性があることから、好ましくは第1ターゲット体11a〜11dの回転方向後方側の端辺が第2ターゲット体12a〜12dの回転方向前方側の端辺と透孔13、14、・・・の当該方向前方側の端辺との略中間に位置するようにしておくのがよい。   As for the positional relationship between the first target bodies 11a to 11d and the second target bodies 12a to 12d corresponding to the first target bodies 11a to 11d, as shown in FIG. The first target bodies 11a to 11d are overlapped on the front side in the rotational direction of the second target bodies 12a to 12d, and the triangular through holes 13, 14, respectively included in the second target bodies 12a to 12d,.・ It is arranged so as not to block. Since the axial twist of the rotating shaft body 10 may occur in the direction of rotation and in the opposite direction, the end of the first target bodies 11a to 11d on the rear side in the rotational direction is preferably the second target body 12a to 12a. It is preferable to be positioned approximately in the middle between the edge on the front side in the rotational direction of 12d and the edge on the front side in the direction of the through holes 13, 14,.

図11は、本実施形態5の1組のターゲット体11a、12aの位置関係(同図(a))と、これらを光線が通過する際に受光部5が出力する電気パルス信号の波形((b)〜(d))との関係を示した図である。回転中の回転軸体10にこれにたわみ変形が生じた場合、当該たわみ変形の方向に応じてこれら2つのターゲット体11a、12aの被照射面上の光線の走査高さ位置がたわみ編変形のない状態の位置23から24または25へと図の上下方向に変化する。これにより、図11(b)〜(d)に示すように、透孔13を通過して受光部3が受光する受光時間(図中、「たわみ」と表示したピークの幅)が変化するので、その変化から前記の方法によって回転軸体10に生じたたわみ量を求めることができる。また、回転軸体10の回転中に生じた軸ねじれについては、第1ターゲット体11aに対して第2ターゲット体12aの位置が回転方向または当該方向の反対方向(図中の矢印Sの方向)にずれ、第1ターゲット体11aおよび第2ターゲット体12aの被小斜面照射による遮光時間(透孔13を通過した光線の受光による受光時間を一部に含む。図11中、「トルク」と表示している。)が増減するので、この時間を求めることで、前記式を用いて回転軸体10に生じる軸ねじれを計測することができる。また、回転軸体10に軸ねじれおよびたわみ変形がともに生じた場合には、前記と同様、受光部5から出力されるパルス信号の波形から求めた受光時間および遮光時間によって軸ねじれおよびたわみ量をそれぞれ別個に計測することができる。この場合についても、発光部3からの2本の光線のそれぞれについて周期的にたわみ量などを計測することを継続することで、回転軸体10の軸線に直交する断面におけるx,y直交座標軸上でのたわみ量の変化を追跡できるとともに、軸ねじれについての計測制度がより向上する。   FIG. 11 shows the positional relationship between a pair of target bodies 11a and 12a of the fifth embodiment (FIG. 11 (a)) and the waveform of an electric pulse signal ((( It is the figure which showed the relationship with b)-(d)). When a deflection deformation occurs in the rotating shaft 10 during rotation, the scanning height position of the light beam on the irradiated surface of these two target bodies 11a and 12a depends on the direction of the deflection deformation. It changes in the up-down direction in the figure from the position 23 in the absence state to 24 or 25. As a result, as shown in FIGS. 11B to 11D, the light receiving time (the width of the peak indicated as “deflection” in the drawing) that the light receiving unit 3 receives through the through hole 13 changes. From the change, the amount of deflection generated in the rotating shaft 10 by the above method can be obtained. In addition, with respect to the shaft torsion that occurs during the rotation of the rotary shaft 10, the position of the second target body 12a relative to the first target body 11a is the rotational direction or the direction opposite to the direction (the direction of arrow S in the figure). Therefore, the first target body 11a and the second target body 12a are partially shielded by the light-shielding time (light reception time due to the reception of the light beam that has passed through the through-hole 13). Therefore, by obtaining this time, it is possible to measure the shaft torsion occurring in the rotating shaft body 10 using the above equation. Further, when both the shaft twist and the deflection deformation occur in the rotating shaft 10, the shaft twist and the deflection amount are determined by the light receiving time and the light shielding time obtained from the waveform of the pulse signal output from the light receiving unit 5 as described above. Each can be measured separately. Also in this case, by continuously measuring the amount of deflection or the like for each of the two light beams from the light emitting unit 3, on the x, y orthogonal coordinate axes in the cross section orthogonal to the axis of the rotating shaft 10. It is possible to track changes in the amount of deflection at the same time, and to improve the measurement system for shaft torsion.

[実施形態6]
図12は、回転軸体の外周面に設けられる第1ターゲット体の外形形状を変更した本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置の実施形態の別の例を示しており、(a)は斜視図、(b)は正面図である。この図の実施形態における第1ターゲット体11a〜11dは、略矩形形状の遮光板であり、それぞれの長さ方向が回転軸体10の外周面におけるそれぞれの取付位置での接線方向に略平行となるように配置固定されている。第1ターゲット体11a〜11dのそれぞれには、回転軸体10の外周面から所定の高さ位置の中央領域にその接線方向に平行に厚さ方向に貫通するスリット11e、11f、・・・がそれぞれ穿設されている。回転軸体10の回転中、発光部(不図示)から出射された光線がこれらのスリット11e〜11h内を通過するように前記光線の光路が設定される。なお、第2ターゲット体12a〜12dの外形形状については、図7に示すものと本質的に変わるところはない。
[Embodiment 6]
FIG. 12 shows another example of the embodiment of the deflection and shaft torsion measuring device of the present invention in which the outer shape of the first target body provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body is changed, and (a) is a perspective view. (B) is a front view. The first target bodies 11 a to 11 d in the embodiment of this figure are light shielding plates having a substantially rectangular shape, and the length directions of the first target bodies 11 a to 11 d are substantially parallel to the tangential directions at the respective mounting positions on the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10. The arrangement is fixed so as to be. Each of the first target bodies 11a to 11d has slits 11e, 11f,... Penetrating in the thickness direction in parallel to the tangential direction from the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 to a central region at a predetermined height position. Each is drilled. During the rotation of the rotating shaft 10, the light path of the light beam is set so that the light beam emitted from the light emitting unit (not shown) passes through the slits 11e to 11h. In addition, about the external shape of the 2nd target bodies 12a-12d, there is no place essentially different from what is shown in FIG.

第1ターゲット体11a〜11dと、これらのそれぞれと組をなす第2ターゲット体12a〜12dとの位置関係は、この回転軸体10を正面(回転軸体10の軸線方向に沿ってその外側)から見た場合に、前者のスリット11e〜11hの長手方向の略中間の位置に第2ターゲット体12a〜12dが配置されるようにするのが好ましい。これにより、第1ターゲット体11a〜11dの回転運動により各スリット11e~11hを長手方向に走査する光線が、その途中で第2ターゲット体12a〜12dによって遮光されるようになり、結果として第1ターゲット体11a〜11dに対して第2ターゲット体12a〜12dの位置が回転軸体10の回転方向またはそれとは反対方向にずれた場合でも、このずれの変化によって軸ねじれを計測することができる。   The positional relationship between the first target bodies 11a to 11d and the second target bodies 12a to 12d that form a pair with each of the first target bodies 11a to 11d is the front surface of the rotating shaft body 10 (outside along the axial direction of the rotating shaft body 10). When viewed from above, it is preferable that the second target bodies 12a to 12d be arranged at substantially the middle position in the longitudinal direction of the former slits 11e to 11h. As a result, the light beams that scan the slits 11e to 11h in the longitudinal direction by the rotational movements of the first target bodies 11a to 11d are shielded by the second target bodies 12a to 12d in the middle, resulting in the first Even when the positions of the second target bodies 12a to 12d are deviated from the target bodies 11a to 11d in the rotation direction of the rotary shaft body 10 or in the opposite direction, the shaft twist can be measured by the change in the deviation.

図13は、本実施形態6における1組のターゲット体11a、12aの位置関係(同図(a))と受光部(不図示、図6参照)が出力する電気パルス信号の波形(同図(b)〜(d))との関係を示している。走査高さ位置23を走査し、受光部で受光される光線は、回転軸体10の回転に伴い、第1ターゲット体11aの回転方向前方側(図に向って左側)の端辺から被照射面の縁部に入射しこれを照射し始めるとともに、受光部では遮光状態となり、光線がスリット11eに達して再び受光部にて受光されるようになる。次に、光線が第2ターゲット体12aの回転方向前方側の端辺からその被照射面を照射し始め、これによって光線は遮られて受光部に到達しない状態となった後、第2ターゲット体12aを通過することで、再び受光部で受光されるようになる。そうして、光線が第1ターゲット体11の回転方向後方側の被照射面の縁部に達し、これによって遮られることで、再び受光部では受光しない状態となり、その後この縁部を通過することで、受光部はまた光線を受光するようになる。   FIG. 13 shows the positional relationship between the pair of target bodies 11a and 12a in the sixth embodiment (FIG. 13A) and the waveform of the electric pulse signal output from the light receiving unit (not shown, see FIG. 6). b) to (d)). The light beam that scans the scanning height position 23 and is received by the light receiving unit is irradiated from the end on the front side (left side in the drawing) in the rotation direction of the first target body 11a as the rotating shaft body 10 rotates. The light enters the edge of the surface and begins to irradiate the light, and the light receiving portion is shielded from light. The light reaches the slit 11e and is received by the light receiving portion again. Next, after the light beam starts to irradiate the irradiated surface from the end of the second target body 12a on the front side in the rotation direction, the light beam is blocked and does not reach the light receiving portion, and then the second target body. By passing through 12a, the light receiving unit receives light again. Then, the light beam reaches the edge of the irradiated surface on the rear side in the rotation direction of the first target body 11 and is blocked by this, so that the light receiving unit does not receive light again, and then passes through this edge. Thus, the light receiving unit also receives light.

回転軸体10に軸ねじれが生じた場合、当該軸ねじれの方向に応じて円周方向(図中の矢印Sのいずれかの方向に第2ターゲット体12aがずれ、スリット11eの回転方向前方側(図に向って左側)の端辺から第2ターゲット体12aの回転方向前方側(図に向って左側)の端辺までの距離が変化し、当該変化に伴い受光部における受光時間(図13(b)に示す「トルク」と記したパルスの幅に相当)も変化する。この受光時間を求めることで、回転軸体10に生じる軸ねじれを計測することができる。また、回転軸体10の回転中にたわみ変形が生じた場合、第1ターゲット体11aのスリット通過時には光線は図中の走査高さ位置23を通過するが、第2ターゲット体12aに照射する際には、前記たわみの方向に応じて光線の走査高さ位置がたわみのない状態の位置23から図の上下方向に移動し、光線の走査高さ位置は24または25の位置に変化する。その結果、光線の第2ターゲット体12aの被照射面における走査距離が長短いずれかの方向に変化し、それに伴いこの遮光によって受光部3が受光しない時間(遮光時間)が図13(c)または(d)のように変化する。受光部3からの電気パルス信号の入力を受けた演算表示部(不図示、図4参照)では、この遮光時間の変化から、前記式によって回転軸体10のたわみ量を計測することができる。また、本実施形態においても、発光部3からの2本の光線のそれぞれについて前記のたわみ量などの計測を継続することで、2方向におけるたわみ量の変化を追跡できるとともに、軸ねじれの計測制度の向上を図ることができる。   When axial torsion occurs in the rotary shaft 10, the circumferential direction (the second target body 12a is displaced in any direction of the arrow S in the figure according to the direction of the axial torsion, and the front side in the rotational direction of the slit 11e. The distance from the edge on the left side (to the left side in the figure) to the edge on the front side in the rotation direction of the second target body 12a (to the left side in the figure) changes, and the light receiving time in the light receiving unit (FIG. 13) changes accordingly. (Corresponding to the width of the pulse indicated as “torque” shown in (b)) also changes, and by obtaining this light reception time, it is possible to measure the torsion of the shaft occurring in the rotary shaft 10. When deflection deformation occurs during rotation of the first target body 11a, the light beam passes through the scanning height position 23 in the figure when passing through the slit of the first target body 11a. Scanning rays according to direction The vertical position moves from the position 23 in the state where there is no deflection, and the scanning height position of the light beam changes to a position of 24 or 25. As a result, the light beam on the irradiated surface of the second target body 12a. The scanning distance changes in either the long or short direction, and accordingly, the time during which the light receiving unit 3 does not receive light (light blocking time) due to this light blocking changes as shown in FIG. The calculation display unit (not shown, see FIG. 4) that receives the input of the pulse signal can measure the deflection amount of the rotating shaft body 10 by the above formula from the change in the light shielding time. However, by continuing to measure the amount of deflection, etc., for each of the two light beams from the light emitting unit 3, it is possible to track changes in the amount of deflection in two directions and to improve the measurement system for shaft torsion. It is possible.

[実施形態7]
図14は、本発明のたわみ及び軸ねじれ計測装置の実施形態のさらに別の例として、前記実施形態5に示した第2ターゲット体12aに代えて、先端側に幅変化部として山形に形成された山形形状部121を備える第2ターゲット体12を用いたものである。この山形形状部121は、先端の頂点から回転軸体10の外周面に下ろした垂線を中心として左右対称に形成されているのが好ましい。第1ターゲット体11としては、図13に示したような中央領域にスリットを備えたものと同様のものを用いることができる。なお、図14では、説明の便宜上、回転軸体10の軸線方向両端に第1ターゲット体11および第2ターゲット体12を各1つ配置しただけとし、図8または図10などのように回転軸体10の円周方向に等間隔に第1ターゲット体11および第2ターゲット体12を複数組配置した状態を逐一示していないが、そのような配置を採用可能であることは言うまでもない。
[Embodiment 7]
FIG. 14 shows another example of the embodiment of the deflection and shaft torsion measuring apparatus according to the present invention. Instead of the second target body 12a shown in the fifth embodiment, it is formed in a mountain shape as a width changing portion on the tip side. The second target body 12 including the mountain-shaped portion 121 is used. It is preferable that the mountain-shaped portion 121 is formed symmetrically about a perpendicular line that extends from the apex of the tip to the outer peripheral surface of the rotary shaft 10. As the 1st target body 11, the thing similar to what was provided with the slit in the center area | region as shown in FIG. 13 can be used. In FIG. 14, for convenience of explanation, it is assumed that only one first target body 11 and one second target body 12 are disposed at both ends in the axial direction of the rotating shaft body 10, and the rotating shaft is as shown in FIG. 8 or FIG. 10. Although a state in which a plurality of sets of the first target body 11 and the second target body 12 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the body 10 is not shown one by one, it goes without saying that such an arrangement can be adopted.

これら1組のターゲット11、12は、図15(a)に示すように、第2ターゲット体12における山形形状部121の頂点から回転軸体10の外周面に向けて下ろした垂線が第1ターゲット体11におけるスリット11eの長さ方向略中間を通るような位置関係に配置されている。高さ位置23を通過し、受光部(不図示)にて受光されていた光線は、回転軸体10の回転に伴い、第1ターゲット体11aの回転方向前方側(図に向って左側)の端辺から被照射面の縁部に入射しこれを照射し始め、受光部では遮光状態となるが、光線がスリット11eに達することで再び受光部にて受光されるようになる。次に、光線が第2ターゲット体12aの回転方向前方側の端辺からその被照射面を照射し始めることによって受光部では遮光状態となり、第2ターゲット体12aを通過することで、受光部にて再び受光されるようになる。その後、光線が第1ターゲット体11の回転方向後方側の縁部に達し、その被照射面を照射することで、再び受光部では遮光状態となり、またこの縁部を通過することで、受光部はまた光線を受光するようになる。このような受光部での受光、遮光の状態を当該受光部から出力される電気パルス信号の波形として示したのが図15(b)である。   As shown in FIG. 15 (a), the set of targets 11 and 12 includes a perpendicular line extending from the apex of the mountain-shaped portion 121 of the second target body 12 toward the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10. The body 11 is arranged in a positional relationship so as to pass through substantially the middle in the length direction of the slit 11e. The light beam that has passed through the height position 23 and has been received by the light receiving unit (not shown) is on the front side in the rotational direction of the first target body 11a (on the left side in the drawing) with the rotation of the rotary shaft body 10. The light enters the edge of the irradiated surface from the edge and begins to irradiate it, and the light receiving unit is in a light shielding state. However, when the light beam reaches the slit 11e, the light receiving unit receives light again. Next, the light receiving unit starts to irradiate the irradiated surface from the edge of the second target body 12a in the rotational direction front side, so that the light receiving unit is in a light-shielding state, and passes through the second target body 12a. The light is received again. Thereafter, the light beam reaches the edge part on the rear side in the rotation direction of the first target body 11 and irradiates the irradiated surface, so that the light receiving part again becomes a light-shielding state, and passes through this edge part, thereby receiving the light receiving part. Will also receive light rays. FIG. 15B shows such a light reception and light shielding state of the light receiving unit as a waveform of an electric pulse signal output from the light receiving unit.

図15(b)において、回転軸体10の回転中にこれにたわみ変形が生じた場合、前記のように、たわみ変形の方向により第1ターゲット体11(光線の走査高さ)に対して第2ターゲット体12の位置が回転軸体10の径方向上下に変化するので、回転軸体10の円周方向における光線の遮光距離が変化し、それに伴い第2ターゲット体12による光線の遮光時間tもまた長短いずれかに変化する。この変化前後の遮光時間tを用い、前記式1によって回転軸体10にたわみ変形が生じた後の頂点から走査線までの高さ位置を求めることで、回転軸体のたわみ量を計測することができる。また、走査高さ位置23において、光線が回転方向に沿ってスリット11e内を通過し始め、第2ターゲット体12の山形形状部の頂点から下ろした垂線に達するまでの時間tを求めることで、回転軸体に生じる軸ねじれを計測することもできる。 In FIG. 15B, when a deflection deformation occurs during the rotation of the rotary shaft 10, the first target body 11 (scanning height of the light beam) is changed according to the direction of the deflection deformation as described above. 2 Since the position of the target body 12 changes up and down in the radial direction of the rotating shaft body 10, the light shielding distance of the light beam in the circumferential direction of the rotating shaft body 10 changes, and accordingly, the light shielding time t of the light beam by the second target body 12. a also changes to either long or short. Using a light-blocking time t a of this change before and after the equation 1 by by obtaining the height position of the vertex after a deflection occurs in the rotary shaft body 10 to the scanning line, to measure the amount of deflection of the rotary shaft body be able to. Further, by obtaining the time t b until the light beam begins to pass through the slit 11e along the rotation direction at the scanning height position 23 and reaches the perpendicular drawn from the apex of the chevron-shaped portion of the second target body 12. Further, it is possible to measure the shaft twist generated in the rotating shaft body.

図15(c)に示す第2ターゲット体12は、同図(a)に示すそれの中央領域に長さ方向を回転軸体10の径方向に向けた略矩形形状のスリット13を穿設したものである。このスリット13はその長さ方向が光線の走査線と略直角に交差していればよく、第2ターゲット体12の中央領域のどの位置に設けることもできるが、好ましくは図15(c)に示すように、山形形状部121の頂点から下ろした垂線を中心として左右対称となるように細長に穿設されているのがよい。それ以外の構成は、図14および図15(a)に示した形態と本質的に変わるところはない。このようなスリット13を第2ターゲット体12の中央領域に設けることで、光線がスリット11e内を通過し始めてからターゲット体12により遮られ、スリット13に達し受光部によって受光されるまでの時間、およびスリット13に達し、第1ターゲット体11の図に向って右側の被照射の縁部に遮られるまでの時間を検出することで、前記の方法により回転軸体の円周方向に生じる軸ねじれの大きさとともにその向きを簡単に求めることができる。   The second target body 12 shown in FIG. 15 (c) is provided with a substantially rectangular slit 13 having a length direction directed in the radial direction of the rotary shaft body 10 in the central region shown in FIG. 15 (a). Is. The slit 13 only needs to have a length direction intersecting the scanning line of the light beam at a substantially right angle, and can be provided at any position in the central region of the second target body 12, but preferably in FIG. As shown in the figure, it is preferable that the slit be formed in an elongated shape so as to be symmetric with respect to a perpendicular drawn from the apex of the mountain-shaped portion 121. Other configurations are essentially the same as those shown in FIGS. 14 and 15A. By providing such a slit 13 in the central region of the second target body 12, the time from when the light beam begins to pass through the slit 11e until it is blocked by the target body 12, reaches the slit 13, and is received by the light receiving unit, And torsion occurring in the circumferential direction of the rotating shaft by the above method by detecting the time until reaching the slit 13 and being blocked by the irradiated edge on the right side toward the drawing of the first target body 11 The direction can be easily determined along with the size of.

図16は、実施形態6におけるさらに2つの第2ターゲット体12の変形例を示している。この図(a)に示す第2ターゲット体12は、図14および図15(a)に示した第2ターゲット体12の山形形状部121の高さを略一定にして2つの斜辺の傾斜角を大きくした山型形状部121と、これに隣接し、回転軸体10の径方向に突設した略矩形の平面形状を有する突出片17とをそれぞれ先端側に備えている。この突出片17は、図16(a)では、山型形状部121の回転方向後方側(図に向って右側)に設けられているが、この位置に限定されるわけではなく、山形形状部121の前方側(図に向って左側)に設けることもできる。   FIG. 16 shows a modification of two second target bodies 12 in the sixth embodiment. In the second target body 12 shown in FIG. 14A, the heights of the mountain-shaped portions 121 of the second target body 12 shown in FIGS. The enlarged chevron-shaped portion 121 and the protruding piece 17 having a substantially rectangular planar shape protruding in the radial direction of the rotating shaft 10 are provided on the distal end side. In FIG. 16A, the projecting piece 17 is provided on the rear side in the rotation direction of the mountain-shaped portion 121 (right side as viewed in the figure), but is not limited to this position. It can also be provided on the front side of 121 (left side as viewed in the figure).

図16(a)に示す第2ターゲット体12を用いることで、回転軸体の回転中にこれにたわみ変形が生じた場合には、第1ターゲット体11のスリット11eを通過する光線が第2ターゲット体12の山型形状部121によって遮ぎられる時間(遮光時間)の変化を検出することで、回転軸体に生じたたわみ量を計測することができる。また、回転軸体の回転に伴い、光線が第1ターゲット体11の図に向って左側の被照射面の縁部からスリット11e内を通過し始めた時から第2ターゲット体12の突出片17の図に向って左側の端辺に達するまでの時間を図16(b)のパルス波形から求めることで、前記したように回転軸体に生じる軸ねじれを検出することができる。   By using the second target body 12 shown in FIG. 16 (a), when bending deformation occurs during the rotation of the rotating shaft body, the light beam passing through the slit 11e of the first target body 11 is the second. By detecting a change in the time (light shielding time) blocked by the mountain-shaped portion 121 of the target body 12, the amount of deflection generated in the rotating shaft body can be measured. Further, with the rotation of the rotating shaft body, the projecting piece 17 of the second target body 12 starts when the light beam starts to pass through the slit 11e from the edge of the irradiated surface on the left side as viewed in the drawing of the first target body 11. By obtaining the time required to reach the left edge in the direction of FIG. 16 from the pulse waveform of FIG. 16B, it is possible to detect the shaft twist occurring in the rotating shaft body as described above.

図16(c)に示す第2ターゲット体12では、被照射面の先端側に山形形状部121の代わりに、略V字状の切り込み122が形成されている。このような形状の第2ターゲット体12では、第1ターゲット体11のスリット11e内を通過する光線は、その走査高さ位置23においてこのV字状の切り込み122を円周方向に通過する際に受光部において受光されるので、この受光時間の変化を検出することで、回転軸体のたわみ変形の方向およびたわみ量を求めることができる。また、第1ターゲット体11におけるスリット11eの長さ方向両端の端辺と第2ターゲット体12の同方向両端の端辺との間隙を光線が通過して受光部において受光される受光時間をそれぞれ求めることで、回転軸体の回転中における軸ねじれの大きさおよび向きを得ることができる。   In the second target body 12 shown in FIG. 16C, a substantially V-shaped notch 122 is formed on the tip side of the irradiated surface instead of the chevron shaped portion 121. In the second target body 12 having such a shape, a light beam passing through the slit 11e of the first target body 11 passes through the V-shaped cut 122 in the circumferential direction at the scanning height position 23. Since the light is received by the light receiving unit, the direction of deflection deformation and the amount of deflection of the rotating shaft body can be obtained by detecting the change in the light receiving time. In addition, the light receiving time in which the light beam passes through the gap between the end of both ends in the length direction of the slit 11e in the first target body 11 and the end of both ends in the same direction of the second target body 12 is received by the light receiving unit, respectively. By obtaining, the magnitude and direction of the shaft twist during rotation of the rotary shaft body can be obtained.

[実施形態8]
図17は、本発明のたわみおよび軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示している。この図に示す実施形態では、回転軸体10の軸線方向両端部の外周面にそれぞれ第1ターゲット体11、11、・・・とこれらのそれぞれと組をなす第2ターゲット体12、12、・・・とを当該回転軸体の円周方向に図6に示したこれらのピッチよりも小さいピッチで等間隔に配置している。各組の第1ターゲット体11および第2ターゲット体12は、図6に示した2種類の第2ターゲット体11a、12aと同様の外形形状を備え、それぞれ互いに千鳥状に配置されている(図18(a)参照)。発光部および受光・演算表示部などのその他の構成については、図6に示す実施形態と本質的に代わるところはない。
[Embodiment 8]
FIG. 17 shows still another embodiment of the deflection and axial torsion measuring device of the present invention. In the embodiment shown in this figure, the first target bodies 11, 11,... And the second target bodies 12, 12,. .. Are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft at a pitch smaller than these pitches shown in FIG. The first target body 11 and the second target body 12 of each set have the same external shape as the two types of second target bodies 11a and 12a shown in FIG. 6 and are arranged in a staggered manner with respect to each other (see FIG. 18 (a)). Other configurations such as the light emitting unit and the light receiving / calculating display unit are not essentially replaced with the embodiment shown in FIG.

このように回転軸体10の外周面に所定の距離だけ離してこのように複数組配置した2種類のターゲット体11、12によって、発光部3(図6参照)からの回転軸体10に平行な2本の光線L1、L2を断続的に遮るように構成する。これら2本の光線は、ターゲット体11、12によって遮光されない状態でそれぞれ受光部にて受光されることで、それぞれの方向における回転軸体10のたわみ量の経時変化の計測が可能となる。   In this way, the two types of target bodies 11 and 12 arranged in a plurality of sets as described above are separated from the outer peripheral surface of the rotary shaft body 10 by a predetermined distance in parallel to the rotary shaft body 10 from the light emitting unit 3 (see FIG. 6). The two light beams L1 and L2 are configured to be interrupted intermittently. These two light beams are received by the light receiving unit in a state where they are not shielded by the target bodies 11 and 12, whereby it is possible to measure a change with time in the amount of deflection of the rotating shaft body 10 in each direction.

図18(b)は、回転軸体10の軸心(回転中心)を通り、2本の光線の光路とそれぞれ直交するx軸およびy軸からなる直交座標と時間軸tとの3次元の座標系において、それぞれの光線の第2ターゲット体への照射による遮光時間から求めた各x軸方向およびy軸方向におけるたわみ量の経時変化をそれぞれプロットしている。図18(b)において、時間tにおけるx軸方向のたわみ量はxであり、y軸方向のたわみ量はyであるので、前記式3にこれらのたわみ量を代入してベクトル和を計算することで、時刻t1おける回転軸体10の動的たわみ量を求めることができる。また、時刻t2におけるx軸方向のたわみ量xとy軸方向のたわみ量yとを同様に前記式3に代入してこれらのベクトル和を演算することで時間tにおける動的たわみ量を求めることができる。このようにしてx軸方向およびy軸方向の方向におけるたわみ量の計測をそれぞれ継続することで、任意の時点における回転軸体10の動的たわみ量をも算出することができるようになる。また、回転軸体10に配置される2つのターゲット体の組数をさらに増すことで、当該回転軸体10に生じるたわみ量および軸ねじれの動的な変化をより細密に知ることができるようになる。 FIG. 18B shows a three-dimensional coordinate between a time axis t and an orthogonal coordinate composed of an x-axis and a y-axis passing through the axis (rotation center) of the rotating shaft 10 and orthogonal to the optical paths of the two light beams. In the system, the time-dependent change in the amount of deflection in each of the x-axis direction and the y-axis direction obtained from the light shielding time by irradiation of each light beam on the second target body is plotted. In FIG. 18B, since the deflection amount in the x-axis direction at time t 1 is x 1 and the deflection amount in the y-axis direction is y 1 , the vector sum is obtained by substituting these deflection amounts into Equation 3 above. Is calculated, the amount of dynamic deflection of the rotating shaft body 10 at time t1 can be obtained. Moreover, the dynamic deflection amount at time t 2 by calculating these vector sum by substituting the x deflection of the axis x 2 and y-axis direction of the deflection of y 2 in the same manner and said expression 3 at time t2 Can be requested. In this way, by continuously measuring the deflection amount in the x-axis direction and the y-axis direction, the dynamic deflection amount of the rotating shaft body 10 at an arbitrary time can be calculated. Further, by further increasing the number of sets of two target bodies arranged on the rotary shaft body 10, it is possible to know more precisely the amount of deflection and the dynamic change of the shaft twist generated in the rotary shaft body 10. Become.

[実施形態9]
図19は、本発明のたわみおよび軸ねじれ計測装置のさらに別の実施形態を示している。この図に示す実施形態では、回転軸体10の外周にその長さ方向所定の距離だけ離して嵌装される鍔状の第1ターゲット体31および第2ターゲット体33と、光線L1を出射する発光部3と、光線L1をそれぞれのターゲット体31、33の被照射面に照射し、その反射光を導く光学系30と、2つの受光部5,5と、信号線43、44を介して受光部5、5のそれぞれが出力する電気信号の入力を受け、当該電気信号に基づいて回転軸体10の回転周期、軸ねじれおよびたわみ量を演算して表示する演算表示部6とから主に構成されている。光学系30は、発光部2からの光線L1を伝送する光伝送手段35と、これによって伝送された光線L1を回転軸体10の軸線方向に平行な2本の光線L11、L12に分岐するとともに、前記各ターゲット体31、33の互いに対向する被照射面に照射するように各光線L11、L12の光路を調整する光路分岐手段37と、当該光路分岐手段37および前記各ターゲット体31、33の間の光路にそれぞれ配置され、各ターゲット体31,33からの反射光の入射をそれぞれ受けて受光部5,5に導くハーフミラー39,42から主に構成されている。なお、発光部3は、指向性を有する光線を連続的に出射する光源で構成されており、前記に例示したものが好適に使用できる。
[Embodiment 9]
FIG. 19 shows still another embodiment of the deflection and shaft torsion measuring device of the present invention. In the embodiment shown in this figure, the first target body 31 and the second target body 33, which are fitted on the outer periphery of the rotary shaft 10 by a predetermined distance in the length direction, and a light beam L1 are emitted. The light emitting unit 3, the light beam L 1 is irradiated on the irradiated surfaces of the respective target bodies 31 and 33, the reflected light is guided through the optical system 30, the two light receiving units 5 and 5, and the signal lines 43 and 44. Mainly from the calculation display unit 6 that receives an electric signal output from each of the light receiving units 5 and 5 and calculates and displays the rotation period, the shaft twist and the deflection amount of the rotary shaft body 10 based on the electric signal. It is configured. The optical system 30 divides the light beam L1 transmitted by the light transmission unit 35 from the light emitting unit 2 into two light beams L11 and L12 parallel to the axial direction of the rotary shaft 10, and The optical path branching means 37 for adjusting the optical paths of the light beams L11 and L12 so as to irradiate the irradiated surfaces of the target bodies 31, 33 facing each other, and the optical path branching means 37 and the target bodies 31, 33 It is mainly composed of half mirrors 39 and 42 which are respectively arranged in the optical path between them and receive the reflected light from the respective target bodies 31 and 33 and guide them to the light receiving parts 5 and 5 respectively. In addition, the light emission part 3 is comprised with the light source which radiate | emits the light ray which has directivity continuously, What was illustrated above can be used conveniently.

回転軸体10の外周面に固定された第1ターゲット体31および第2ターゲット体33は、いずれも発光部3からの光線の照射を受ける被照射面を有している。第2ターゲット体33の被照射面には、図19に示すように、回転軸体10の直径よりも大きい直径を有する同心円状に互いに隣接して鋸刃状に配列された略三角形の平面形状を備える反射部32、32、・・・が配設されている。この第2ターゲット体33の反射部32と同様に、これと対向して配置されている第1ターゲット体33の被照射面にも、回転軸体10の直径よりも大きい直径を有する同心円上に図7または図8に示した第1ターゲット体(11aなど)と同様の三角形または略矩形の平面形状を備えた反射部(不図示)が配列されている。   Each of the first target body 31 and the second target body 33 fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft body 10 has a surface to be irradiated that is irradiated with light from the light emitting unit 3. As shown in FIG. 19, the irradiated surface of the second target body 33 has a substantially triangular planar shape that is concentrically arranged adjacent to each other in a saw blade shape and has a diameter larger than the diameter of the rotating shaft body 10. Are provided with reflecting portions 32, 32,. Similarly to the reflecting portion 32 of the second target body 33, the irradiated surface of the first target body 33 disposed opposite to the second target body 33 is also concentrically formed with a diameter larger than the diameter of the rotary shaft body 10. Reflecting portions (not shown) having a triangular or substantially rectangular planar shape similar to the first target body (11a or the like) shown in FIG. 7 or FIG. 8 are arranged.

この発光部3から出射される光線L1は、光ファイバーケーブルなどの光伝送手段35によって伝送された上で、レンズ36によって平行光とされ、光路分岐手段37に進入する。光路分岐手段37は、光路に対してそれぞれ45度および135度の傾斜にてくの字状に配置されたハ−フミラー37aおよび反射ミラー37bで構成されており、ハーフミラー37aに入射した光線の一部が光路に対して直角に反射し、回転軸体10の軸線に沿った一方向に分岐され(光線L11)、残部がこれを透過して反射ミラー37bで反射し、回転軸体10に沿ってハーフミラー37aの反射光とは反対の方向に分岐される(光線L12)。   The light beam L1 emitted from the light emitting unit 3 is transmitted by the light transmission means 35 such as an optical fiber cable, and is converted into parallel light by the lens 36 and enters the optical path branching means 37. The optical path branching means 37 is composed of a half mirror 37a and a reflecting mirror 37b arranged in a U-shape with inclinations of 45 degrees and 135 degrees with respect to the optical path, respectively, and one of the rays incident on the half mirror 37a. The portion is reflected at right angles to the optical path, branched in one direction along the axis of the rotating shaft 10 (ray L11), and the remaining portion is transmitted through and reflected by the reflecting mirror 37b, along the rotating shaft 10. Thus, the light is branched in the direction opposite to the reflected light of the half mirror 37a (light ray L12).

分岐された一方の光線L11は、その光路上に設けられたハーフミラー42を透過した後、集光レンズ41によって光線径が絞りこまれ、第1ターゲット体31の被照射面上における反射部に照射される。また、他方の光線L12もその光路上に設けられたハーフミラー39を透過し、集光レンズ40によって絞り込まれて第2ターゲット体33の反射部32、32、・・・に照射される。第1ターゲット体31および第2ターゲット体33の反射部で反射された反射光は、それぞれハーフミラー39、42の前記分岐光の入射面とは反対側の面から入射され、その全部がここで反射され、受光部5、5にそれぞれ入射される。   One of the branched light beams L11 passes through the half mirror 42 provided on the optical path, and then the diameter of the light beam is narrowed down by the condensing lens 41, and is reflected on the reflection portion on the irradiated surface of the first target body 31. Irradiated. The other light beam L12 also passes through the half mirror 39 provided on the optical path, is narrowed down by the condenser lens 40, and is applied to the reflecting portions 32, 32,... Of the second target body 33. The reflected light reflected by the reflecting portions of the first target body 31 and the second target body 33 is incident from the surface opposite to the incident surface of the branched light of the half mirrors 39 and 42, all of which is here. Reflected and incident on the light receiving portions 5 and 5 respectively.

各受光部5、5に入射された反射光は、ここでその強度に応じた所定の大きさの電気信号に変換された後、信号線43、44を介してそれぞれ演算表示部6に入力される。演算表示部6では、これら2つの電気信号の入力を受け、前記の方法により回転軸体10の回転周期、軸ねじれおよびたわみ量の演算を行い、当該演算結果を表示し、または他の機器へ出力することが可能となる。   The reflected light incident on the light receiving portions 5 and 5 is converted into an electrical signal having a predetermined magnitude according to the intensity thereof, and then input to the calculation display portion 6 via the signal lines 43 and 44, respectively. The The calculation display unit 6 receives the input of these two electric signals, calculates the rotation period, shaft twist and deflection amount of the rotary shaft body 10 by the above-described method, displays the calculation result, or sends it to another device. It becomes possible to output.

本発明のたわみ計測装置、ならびにたわみおよび軸ねじれ計測装置は、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たわみ量、またはこれと軸ねじれの大きさとを計測するのに有効に使用できる。   The deflection measuring device and the deflection and shaft torsion measuring device according to the present invention include a deflection amount of a wide range of rotating shaft bodies from a rotating shaft body provided in a rotating machine such as an electric motor to a turbine shaft in a power plant or the like, and a shaft thereof. It can be used effectively to measure the size of twist.

1 たわみ計測装置
2 たわみおよび軸ねじれ計測装置
3 発光部
4 受光・演算表示部
5 受光部
6 演算表示部
7 信号線
8、9 ターゲット体
10 回転軸体
11(11a、11b、11c、11d) 第1ターゲット体
11e、11f、11g、11h スリット
12(12a、12b、12c、12d) 第2ターゲット体
13〜16 スリット
23、24、25 見かけの走査線
31、33 ターゲット体
32 反射部
35 光伝送手段
36 レンズ
37 光分岐手段
37a ハーフミラー
37b 反射ミラー
39、42 ハーフミラー
40、41、47、48 集光レンズ
43、44 信号線
L1〜L4 光線
L11、L12、L21、L22 光線(光線)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deflection measuring device 2 Deflection and axial torsion measuring device 3 Light emission part 4 Light reception and calculation display part 5 Light reception part 6 Calculation display part 7 Signal line 8, 9 Target body 10 Rotating shaft body 11 (11a, 11b, 11c, 11d) 1 target body 11e, 11f, 11g, 11h Slit 12 (12a, 12b, 12c, 12d) Second target body 13-16 Slits 23, 24, 25 Apparent scanning lines 31, 33 Target body 32 Reflector 35 Light transmission means 36 Lens 37 Light splitting means 37a Half mirror 37b Reflective mirror 39, 42 Half mirror 40, 41, 47, 48 Condensing lens 43, 44 Signal lines L1-L4 Light rays L11, L12, L21, L22 Light rays (light rays)

Claims (5)

被計測物である回転軸体の外周面に設けられてその回転とともに回転運動するターゲット体が前記回転軸体の軸線方向に略平行に照射される発光部からの光線の光路を横切らせ、当該ターゲット体により遮光されない光線またはそこからの反射光を受光・演算表示部によって受光するようにしておき、前記回転軸体のたわみ変形に起因する前記ターゲット体の被照射面における前記光線の照射位置の変化を検出し、当該検出結果に基づいて前記回転軸体のたわみ量を計測するようにしたことを特徴とするたわみ量計測装置。   A target body that is provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body that is the object to be measured and rotates with the rotation traverses the optical path of the light beam from the light emitting unit that is irradiated substantially parallel to the axial direction of the rotating shaft body, A light ray not reflected by the target body or reflected light from the light is received by the light receiving / calculation display unit, and the irradiation position of the light ray on the irradiated surface of the target body due to the deflection deformation of the rotating shaft body is determined. A deflection amount measuring apparatus characterized by detecting a change and measuring a deflection amount of the rotating shaft body based on the detection result. 前記ターゲット体は、前記回転軸体の外周面からの径方向の距離に応じて一定の割合で回転方向の幅が変化するように形成された幅変化部を被照射面に備える請求項1に記載のたわみ計測装置。   The target body includes a width changing portion formed on the irradiated surface so that the width in the rotation direction changes at a constant rate according to a radial distance from the outer peripheral surface of the rotating shaft body. Deflection measuring device as described. 前記ターゲット体は、前記回転軸体の外周面にその周方向に等間隔に複数設けられてなる請求項1または2に記載のたわみ計測装置。   The deflection measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the target bodies are provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body at equal intervals in the circumferential direction. 第1ターゲット体と、被計測物である回転軸体の外周面からの径方向の距離に応じて一定の割合で回転方向の幅が変化するように形成された幅変化部を有する第2ターゲット体とを回転軸体の外周面にその軸線方向に所定の距離だけ離して設け、前記回転軸体の回転に伴い回転運動するこれら1組のターゲット体によって当該回転軸体の軸線に略平行に照射される発光部からの光線の光路を周期的に横切らせ、前記1組のターゲット体によって遮光されない光線または第2ターゲット体からの反射光を受光・演算表示部で受光するようにしておき、
前記回転軸体の軸ねじれやたわみ変形に起因する前記第2ターゲット体の前記第1ターゲット体に対する円周方向の相対的ずれおよび前記第2ターゲット体の幅変化部における前記光線の走査位置の変化を検出し、これらの検出結果に基づいて前記回転軸体のたわみ量および軸ねじれの大きさを計測することを特徴とするたわみおよび軸ねじれ計測装置。
A second target having a width changing portion formed so that the width in the rotational direction changes at a constant rate according to the radial distance from the outer peripheral surface of the rotating shaft body that is the object to be measured. The body is provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body at a predetermined distance in the axial direction thereof, and is substantially parallel to the axis of the rotating shaft body by these one set of target bodies that rotate as the rotating shaft body rotates. The light path from the light emitting unit to be irradiated is periodically traversed, and the light that is not shielded by the one set of target bodies or the reflected light from the second target body is received by the light receiving / calculating display unit,
Relative displacement of the second target body in the circumferential direction with respect to the first target body due to axial torsion or deflection deformation of the rotating shaft body, and change in the scanning position of the light beam in the width changing portion of the second target body And measuring the deflection amount and the torsional magnitude of the rotating shaft body based on the detection results.
前記第1ターゲット体および前記第2ターゲット体は、前記回転軸体の外周面にその周方向にそれぞれ等間隔に複数組設けられてなる請求項4に記載のたわみおよび軸ねじれ計測装置。   The deflection and shaft torsion measuring device according to claim 4, wherein a plurality of sets of the first target body and the second target body are provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft body at equal intervals in the circumferential direction.
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