(57)【要約】【課題】反射体が回転体の軸方向に傾きをもって取り付けられた場合であっても精度のよいトルクを計測できるトルク計測装置を提供することである。【解決手段】１対の反射体１１ａ、１１ｂには光送受信装置１７から照射されたレーザ光を反射するトルク検出用反射パターンが施され、一方の反射体１１には回転体の軸方向に対する反射体の傾き量に比例して反射光が変化する傾き量検出用反射パターン１８が施され、回転体１２の反射光データのうち傾き量検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて一方の反射体の傾き量及び周方向のずれ量を算出し、反射体の傾き量及び周方向のずれ量から回転体のねじれ誤差量を算出し、さらにねじれ誤差量を加味した精度のよいトルクを算出する。【選択図】  図２
2010181341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ光出力装置と、
前記レーザ光出力装置からのレーザ光を回転体の表面に照射すると共に反射光を受信する光送受信装置と、
前記回転体の表面の軸方向に間隔を保って設けられ前記光送受信装置から照射されたレーザ光を反射する１対の反射体と、
前記１対の反射体の双方に施され前記回転体のトルクを検出するための反射光を生じさせるトルク検出用反射パターンと、
前記１対の反射体のうち少なくともいずれか一方の反射体に施され前記回転体の軸方向に対する前記反射体の傾き量に比例して反射光が変化する傾き量検出用反射パターンと、
前記光送受信装置で受信した反射光に基づいて前記回転体のトルクを求めるトルク演算装置とを備え、
前記トルク演算装置は、
前記回転体の回転に伴って入力される前記回転体の表面に照射されたレーザ光の反射光データを記憶するデータ記憶部と、
前記データ記憶部に記憶された前記回転体の反射光データのうちトルク検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて前記回転体のねじれ量を算出するねじれ量算出手段と、
前記データ記憶部に記憶された前記回転体の反射光データのうち前記回転体が無負荷かつ定格回転数で回転している状態での前記傾き量検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて前記回転体の軸方向に対する前記反射体の傾き量及び前記回転体の周方向の前記反射体のずれ量を算出し前記データ記憶部に記憶する位置ずれ量算出手段と、
前記データ記憶部に記憶された前記回転体の軸方向に対する前記反射体の傾き量、前記回転体の周方向の前記反射体のずれ量及び前記傾き量検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて前記回転体のねじれ誤差量を求めるねじれ誤差量算出手段と、
前記ねじれ量算出手段で算出された回転体のねじれ量及び前記ねじれ誤差量算出手段で算出された前記回転体のねじれ誤差量に基づいてトルクを算出するトルク算出手段とを備えたことを特徴とするトルク計測装置。
【請求項２】
前記トルク検出用反射パターンは、帯状で幅の異なる光ビーム吸収部及び光ビーム反射部を平行に配置してバーコードパターンに形成され、前記傾き量検出用反射パターンは、前記トルク検出用反射パターンの端部の帯状の光ビーム吸収部に平行に設けられた光ビーム吸収部と、この光ビーム吸収部に対して所定角度を保って斜め方向に伸びる帯状の光ビーム吸収部とから形成されたことを特徴とする請求項１記載のトルク計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のトルクを非接触で光学的に計測するトルク計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンからの排熱を排熱回収ボイラに導き、排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを駆動するように構成され、熱効率を向上させ高効率および高運用性を図った火力発電プラントである。通常、コンバインドサイクル発電プラントは複数のユニットで構成され、各ユニットはそれぞれガスタービンと蒸気タービンとを有し、ガスタービンと蒸気タービンとで１台の発電機を駆動する一軸型の構成になっている。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラントでの熱効率の管理は、ガスタービン出力や蒸気タービン出力を把握して行うようにしている。ガスタービン出力や蒸気タービン出力を検出するものとしては、ガスタービンや蒸気タービンの駆動軸（回転体）のトルクを非接触の光学的なトルク計測装置で計測して求めるようにしたものがある。このトルク計測装置は、回転体の軸方向の異なる位置に周方向に複数組の１対の反射体を設け、１対の両反射体にレーザ光を照射して両反射体からの反射光を検出し、反射光の周期的な強弱に基づいて回転体の回転周期を求め、両反射体からの反射光の遅れ時間に基づいて回転体のトルクを検出するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなトルク計測装置では、１対の反射体の取付位置にずれがあると正確に回転体トルクを求めることができないので、１対の反射体の取付位置のずれは許容し、その取付位置のずれによる測定誤差をオフセット値として予め計測しておき、そのオフセット値を加味して回転体のねじれ量を求めるようにしている。
【０００５】
通常、並列前後において回転体の熱伸びが異なるので、回転体が無負荷かつ定格回転数で並列運転している状態でオフセット値を求めることが望ましく、そのために、その状態に近い、回転体の運転停止信号があった時にオフセット値を求めるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３３３７６号公報
【特許文献２】特開２００５−１６９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、１対の反射体が回転体の周方向にずれた位置に取り付けられているときは、無負荷でのオフセット値を求めてトルクを補正することが可能であるが、回転体の軸方向に傾きをもって取り付けられた場合には、回転体の軸方向にスラスト量が変動したときは計測されるトルクに誤差が生じる。
【０００８】
図５は１対の反射体のうちのいずれかが回転体の軸方向に傾きをもって取り付けられた場合の平面図である。反射体１１ａ、１１ｂは回転体１２の表面に配置されている。反射体１１ａ、１１ｂには、トルク検出用反射パターン１３が施されている。トルク検出用反射パターン１３は、照射された光ビームを高効率で反射する光ビーム反射部（白色部分）１４に、光ビームを高効率で吸収する帯状の光ビーム吸収部（黒色部分）１５を間欠的に配置して形成されたバーコードパターンである。
【０００９】
いま、回転体１２には一組の反射体１１ａ、１１ｂが設けられ、反射体１１ａは回転体１２の軸方向と平行に取り付けられ、反射体１１ｂは回転体１２の軸方向に対して角度θの傾きをもって取り付けられているとする。そして、回転体１２の回転軸方向のスラスト量は０であり、そのときの反射体１１ａには光ビームＬａ１が照射され、反射体１１ｂには光ビームＬｂ１が照射されているとする。
【００１０】
この状態では、図６に示すように、回転体１２の１回転につき、強弱が周期性をもって繰り返される１つの反射パターンが現れる。図６の上部は１対の反射体１１ａ、１１ｂのうちの一方の反射体１１ａの反射光データＤａであり、下部は他方の反射体１１ｂの反射光データＤｂである。反射光データＤａの反射パターンより反射光データＤｂの反射パターンが遅れ時間τ１だけ遅れているのは、回転体１２にねじれ量が生じていることを表している。
【００１１】
この状態で、回転体が軸左方向にスラスト移動し，回転体上の光ビーム照射位置に軸右方向にスラスト量Ｄが生じたとすると、図５に示すように、反射体１１ａには光ビームＬａ２が照射され、反射体１１ｂには光ビームＬｂ２が照射される。反射体１１ａは回転体１２の軸方向に平行に取り付けられているので、光ビームＬａ１が光ビームＬａ２となっても反射光データＤａには変化はない。一方、反射体１１ｂは回転体１２の軸方向に角度θの傾きをもって取り付けられているので、光ビームＬｂ１が光ビームＬｂ２となると、回転体１２のトルクに変化がなくても、反射光データＤｂは、図７に示すように、遅れ時間τ２が小さくなった反射光データとなり、回転体１２のトルクが変化したかのようになり誤差が発生する。
【００１２】
本発明の目的は、反射体が回転体の軸方向に傾きをもって取り付けられた場合であっても精度のよいトルクを計測できるトルク計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明に係わるトルク計測装置は、レーザ光を出力するレーザ光出力装置と、前記レーザ光出力装置からのレーザ光を回転体の表面に照射すると共に反射光を受信する光送受信装置と、前記回転体の表面の軸方向に間隔を保って設けられ前記光送受信装置から照射されたレーザ光を反射する１対の反射体と、前記１対の反射体の双方に施され前記回転体のトルクを検出するための反射光を生じさせるトルク検出用反射パターンと、前記１対の反射体のうち少なくともいずれか一方の反射体に施され前記回転体の軸方向に対する前記反射体の傾き量に比例して反射光が変化する傾き量検出用反射パターンと、前記光送受信装置で受信した反射光に基づいて前記回転体のトルクを求めるトルク演算装置とを備え、前記トルク演算装置は、前記回転体の回転に伴って入力される前記回転体の表面に照射されたレーザ光の反射光データを記憶するデータ記憶部と、前記データ記憶部に記憶された前記回転体の反射光データのうちトルク検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて前記回転体のねじれ量を算出するねじれ量算出手段と、前記データ記憶部に記憶された前記回転体の反射光データのうち前記回転体が無負荷かつ定格回転数で回転している状態での前記傾き量検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて前記回転体の軸方向に対する前記反射体の傾き量及び前記回転体の周方向の前記反射体のずれ量を算出し前記データ記憶部に記憶する位置ずれ量算出手段と、前記データ記憶部に記憶された前記回転体の軸方向に対する前記反射体の傾き量、前記回転体の周方向の前記反射体のずれ量及び前記傾き量検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて前記回転体のねじれ誤差量を求めるねじれ誤差量算出手段と、前記ねじれ量算出手段で算出された回転体のねじれ量及び前記ねじれ誤差量算出手段で算出された前記回転体のねじれ誤差量に基づいてトルクを算出するトルク算出手段とを備えたことを特徴とするトルク計測装置。
【００１４】
請求項２の発明に係わるトルク計測装置は、請求項１の発明において、前記トルク検出用反射パターンは、帯状で幅の異なる光ビーム吸収部及び光ビーム反射部を平行に配置してバーコードパターンに形成され、前記傾き量検出用反射パターンは、前記トルク検出用反射パターンの端部の帯状の光ビーム吸収部に平行に設けられた光ビーム吸収部と、この光ビーム吸収部に対して所定角度を保って斜め方向に伸びる帯状の光ビーム吸収部とから形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、回転体の表面の反射体のトルク検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて回転体のねじれ量を算出し、一方、回転体の表面の反射体に、光送受信装置から照射されたレーザ光を反射する傾き量検出用反射パターンを設け、傾き量検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて回転体の軸方向に対する反射体の傾き量及び回転体の周方向の反射体のずれ量を算出し、これらに基づいて回転体のねじれ誤差量を求め、さらに、回転体のねじれ量を補正してトルクを算出するので、反射体が回転体の軸方向に傾きをもって取り付けられた場合であっても精度のよいトルクを計測できる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、傾き量検出用反射パターンは、トルク検出用反射パターンの端部の帯状の光ビーム吸収部に平行に設けられた光ビーム吸収部に対して、所定角度を保って斜め方向に伸びる帯状の光ビーム吸収部で形成するので、回転体の軸方向のスラスト量に比例した反射光データを容易に測定できる。そして、異なるスラスト量における反射光データに基づいて、容易に反射体の傾き量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係わるトルク計測装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態における傾き量検出用反射パターンを有した反射体の説明図。
【図３】本発明の実施の形態における位置ずれ量算出手段での反射体の傾き量及び周方向のずれ量の算出内容の説明図。
【図４】本発明の実施の形態におけるねじれ誤差量算出手段での回転体のねじれ誤差量の算出内容の説明図。
【図５】従来のトルク計測装置の１対の反射体のうちのいずれかが回転体の軸方向に傾きをもって取り付けられた場合の平面図。
【図６】従来のトルク計測装置の１対の反射体から得られた反射光データの一例の説明図。
【図７】従来のトルク計測装置の１対の反射体のうちのいずれかが回転体の軸方向に傾きをもって取り付けられた場合の反射光データの一例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明の実施の形態に係わるトルク計測装置の構成図である。レーザ光出力装置１６から出力されたレーザ光は、光送受信装置１７を介して回転体１２の表面に照射される。回転体１２の表面には軸方向に間隔を保って複数組の一対の反射体１１ａ、１１ｂが回転体１２の周方向に設けられ、光送受信装置１７から照射されたレーザ光を所定の反射パターンで反射する。１対の反射体１１ａ、１１ｂには、図５に示すようなトルク検出用反射パターン１３が形成され、さらに、１対の反射体１１ａ、１１ｂのうち少なくともいずれか一方の反射体１１には、後述する傾き量検出用反射パターンが形成される。
【００１９】
図２は傾き量検出用反射パターンを有した反射体の説明図であり、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は反射光データの説明図である。図２では、１対の反射体１１ａ、１１ｂのうち反射体１１ｂに傾き量検出用反射パターン１８を施した場合を示している。
【００２０】
傾き量検出用反射パターン１８は、回転体１２の軸方向のスラスト量の変化に比例して反射光が変化するものであり、図２（ａ）では、トルク検出用反射パターン１３の光ビーム吸収部（黒色部分）１５に対して、平行な光ビーム吸収部（黒色部分）１５ｂ１と、その光ビーム吸収部１５ｂに所定角度、例えば角度π／４で斜め方向の延びる光ビーム吸収部（黒色部分）１５ｂ２とを光ビーム反射部（白色部分）１４に形成したものを示している。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、反射光データは、トルク検出用反射パターン１３に対応する反射光データＤｂ１と傾き量検出用反射パターン１８に対応する反射光データＤｂ２とを有することになる。光ビームＬｂが図２（ａ）に示す位置であるときは、光ビームＬｂと光ビーム吸収部１５ｂ１との交点Ｅ１と、光ビームＬｂと光ビーム吸収部１５ｂ２との交点Ｅ２とを結んだ距離ｄ１が傾き量検出用反射パターン１８の光ビーム反射部１４で反射する強い反射光となる。同様に、光ビームＬｂと反射体１１ｂの端部との交点Ｅ３と、光ビームＬｂと光ビーム吸収部１５ｂ２との交点Ｅ２とを結んだ距離ｄ２も傾き量検出用反射パターン１８の光ビーム反射部１４で反射する強い反射光となる。
【００２２】
従って、図２（ｂ）に示すように、傾き量検出用反射パターン１８の反射光データは、交点Ｅ１と交点Ｅ２との間及び交点Ｅ２と交点Ｅ３との間で強い光となる。この強い光の距離ｄ１、ｄ２は、回転体１２にスラスト量Ｄが発生し、光ビームＬｂの位置が変動するとスラスト量Ｄに比例して変化する。例えば、図２（ａ）の矢印Ｚの右方向にスラスト量Ｄが変化すると強い光の距離ｄ１は大きくなり（強い光の距離ｄ２は小さくなり）、逆に、図２（ａ）の矢印Ｚの左方向にスラスト量Ｄが変化すると強い光の距離ｄ１は小さくなる（強い光の距離ｄ２は大きくなる）。
【００２３】
このように、反射体１１ａ、１１ｂの少なくとも一方には、トルク検出用反射パターン１３だけでなく、傾き量検出用反射パターン１８が形成され、傾き量検出用反射パターン１８の反射光データから、反射体１１ａ、１１ｂが取り付けられた回転体１２の軸方向の傾きに比例した量（傾き量）を計測できるように構成されている。
【００２４】
次に、このような反射パターンを有する反射体１１ａ、１１ｂを含む回転体１２の表面で反射した反射光は光送受信装置１７で受信され、その反射光強度は光検知装置１９ａ、１９ｂで検出されてトルク演算装置２０の信号入力処理手段２１に入力される。以下の説明では、回転体１２の周囲には、１組の１対の反射体１１ａ、１１ｂが設けられた場合について説明する。
【００２５】
トルク演算装置２０は、回転体１２の表面で反射された反射光のうち１対の反射体１１ａ、１１ｂで反射された反射光に基づいて、回転体１２の軸方向に対する反射体の傾き量及び回転体１２の周方向の反射体のずれ量を求め、また、回転周期、ねじれ量、ねじれ誤差量を求め、さらにトルクを求めるものである。
【００２６】
トルク演算装置２０の信号入力処理手段２１は、例えば、入力した回転体１２の反射光をフィルタリング処理して、回転体１２の回転に伴う１回転ごとの反射光データをデータ記憶部２２に所定回転数分記憶する。回転体１２の周方向に複数組の１対の反射体１１ａ、１１ｂが設けられているときは、組数分の反射光データが記憶される。
【００２７】
位置ずれ量算出手段２３は、データ記憶部２２に記憶された回転体１２の反射光データのうち、回転体１２が無負荷かつ定格回転数で回転している状態での傾き量検出用反射パターン１８で反射した反射光データに基づいて、回転体１２の軸方向に対する反射体１１ｂの傾き量及び回転体１２の周方向の反射体１１ｂのずれ量を算出し、データ記憶部２２に記憶する。
【００２８】
図３は、位置ずれ量算出手段２３での反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄの算出内容の説明図であり、図３（ａ）は反射体１１ａの反射パターンの平面図、図３（ｂ）は反射体１１ｂの反射パターンの平面図である。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、反射体１１ａの反射パターンはトルク検出用反射パターン１３ａからなり、図３（ａ）では平行な光ビーム吸収部（黒色部分）１５Ａ１、１５Ａ２を有する場合を示している。また、図３（ｂ）に示すように、反射体１１ｂの反射パターンは、トルク検出用反射パターン１３ｂ及び傾き量検出用反射パターン１８からなり、トルク検出用反射パターン１３ｂは、平行な光ビーム吸収部１５Ｂ１、１５Ｂ２を有し、傾き量検出用反射パターン１８は、トルク検出用反射パターン１３ｂの光ビーム吸収部１５Ｂ１に平行な光ビーム吸収部１５ｂ１と、その光ビーム吸収部１５ｂ１に所定角度（π／４）で斜め方向に延びる光ビーム吸収部１５ｂ２とを有している。図３（ｂ）では、光ビーム吸収部１５Ｂ１と光ビーム吸収部１５ｂ１とが重なっている場合を示している。
【００３０】
いま、反射体１１ａが回転体１２に配置された位置を基準として、反射体１１ｂの回転体１２の軸方向に対する傾き量及び回転体１２の周方向のずれ量を考える。また、反射体１１ｂは、図３（ｂ）に示すように、反射体１１ａに対して角度θの傾きをもって取り付けられ、回転体１２の周方向のずれ量はｄであるとする。反射体１１ａ、１１ｂが図３に示すような位置関係にあるとき、回転体１２が無負荷かつ定格回転数で回転している場合に、位置ずれ量算出手段２３は、以下のようにして、回転体１２の軸方向に対する反射体１１ｂの傾き量ｋ及び回転体１２の周方向の反射体１１ｂのずれ量ｄを算出する。
【００３１】
回転体１２の軸方向のスラスト量が小さいときの反射体１１ａへの光ビームをＬａ１、反射体１１ｂへの光ビームをＬｂ１とする。また、回転体１２の軸方向のスラスト量が大きいときの反射体１１ａへの光ビームをＬａ２、反射体１１ｂへの光ビームをＬｂ２とする。回転体１２が無負荷かつ定格回転数で回転している場合は、並列直前または解列直後である。通常、回転体１２は振動しながら回転しているので、回転体１２の軸方向のスラスト量は変動している。従って、反射体１１ａ、１１ｂへの光ビームＬａ、Ｌｂは変動している。
【００３２】
回転体１２の軸方向のスラスト量が小さいときは、反射体１１ａには光ビームＬａ１が照射され、反射体１１ｂには光ビームＬｂ１が照射される。このとき、図３（ｂ）に示すように、反射体１１ａの光ビーム吸収部１５Ａ１の延長線上の位置から、反射体１１ｂの光ビームＬｂ１と光ビーム吸収部１５ｂ１（１５Ｂ１）との交点Ｆ１までの距離ａ１は無負荷時のねじれ誤差である。この距離ａ１は計測可能であり、また、反射体１１ｂの光ビームＬｂ１と光ビーム吸収部１５ｂ２との交点Ｆ２までの距離Ａ１も計測可能である。これは、距離ａ１、Ａ１は、反射体１１ａの光ビーム吸収部１５Ａ１の延長線上の位置からの距離であり、図７に示したように、反射体１１ａ、１１ｂの反射光データＤａ、Ｄｂの遅れ時間として計測できるからである。
【００３３】
同様に、回転体１２の軸方向のスラスト量が大きくなったときは、反射体１１ａには光ビームＬａ２が照射され、反射体１１ｂには光ビームＬｂ２が照射される。このとき、図３（ｂ）に示すように、反射体１１ａの光ビーム吸収部１５Ａ１の延長線上の位置から、反射体１１ｂの光ビームＬｂ２と光ビーム吸収部１５ｂ１（１５Ｂ１）との交点Ｊ１までの距離ａ２は無負荷時のねじれ誤差である。この距離ａ２は計測可能であり、また、反射体１１ｂの光ビームＬｂ２と光ビーム吸収部１５ｂ２との交点Ｊ２までの距離Ａ２も計測可能である。これは、距離ａ２、Ａ２は、反射体１１ａの光ビーム吸収部１５Ａ１の延長線上の位置からの距離であり、図７に示したように、反射体１１ａ、１１ｂの反射光データＤａ、Ｄｂの遅れ時間として計測できるからである。
【００３４】
距離ａ１、Ａ１、ａ２、Ａ２及び回転体１２の周方向のずれ量ｄについて、下記（１）式が成立する。
【００３５】
［数１］
（ａ１−ｄ）／Ａ１＝（ａ２−ｄ）／Ａ２  …（１）
すなわち、一般に、距離Ａに関し、（ａ−ｄ）／Ａは一定となるので、これを、（２）式に示すように、回転体１２の軸方向に対する反射体１１ｂの傾き量ｋとする。
【００３６】
［数２］
ｋ＝（ａ−ｄ）／Ａ  …（２）
そうすると、（３）式及び（４）式が成立する。
【００３７】
［数３］
ｋ＝（ａ１−ｄ）／Ａ１  …（３）
［数４］
ｋ＝（ａ２−ｄ）／Ａ２  …（４）
（３）式及び（４）式から回転体１２の周方向のずれ量ｄを消去して回転体１２の傾き量ｋを求めると（５）式となり、（３）式及び（４）式から傾き量ｋを消去して回転体１２の周方向のずれ量ｄを求めると（６）式となる。
【００３８】
［数５］
ｋ＝（ａ１−ａ２）／（Ａ１−Ａ２）  …（５）
［数６］
ｄ＝（ａ２Ａ１−ａ１Ａ２）／（Ａ１−Ａ２）  …（６）
前述したように、距離ａ１、Ａ１、ａ２、Ａ２は計測可能であるので、位置ずれ量算出手段２３は、（５）式及び（６）式より、回転体１２の軸方向に対する反射体１１ｂの傾き量ｋ及び回転体１２の周方向の反射体１１ｂのずれ量ｄを算出できる。この位置ずれ量算出手段２３で算出された反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄは、データ記憶部２２に格納される。このようにして、無負荷時において、反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄを求めて、予めデータ記憶部２２に格納しておく。
【００３９】
次に、ねじれ誤差量算出手段２４は、位置ずれ量算出手段２３で算出されてデータ記憶部２２に予め記憶された反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄ、データ記憶部２２に記憶された回転体の反射光データのうち、傾き量検出用反射パターンで反射した反射光データに基づいて、回転体１２のねじれ誤差量ｂを算出する。
【００４０】
図４は、ねじれ誤差量算出手段２４での回転体１２のねじれ誤差量ｂの算出内容の説明図であり、図４（ａ）は回転体１２に負荷が掛かっている負荷時の反射体１１ａの反射パターンの平面図、図４（ｂ）は回転体１２に負荷が掛かっている負荷時の反射体１１ｂの反射パターンの平面図である。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、反射体１１ａの反射パターンはトルク検出用反射パターン１３ａからなり、平行な光ビーム吸収部１５Ａ１、１５Ａ２を有し、光ビームがＬａである場合を示している。
【００４２】
また、反射体１１ｂの光ビームはＬｂであり、反射体１１ｂの反射パターンは、図４（ｂ）に示すように、回転体１２に負荷が掛かっているので、反射体１１ａの光ビーム吸収部１５Ａ１の延長線上の位置から、反射体１１ｂの光ビームＬｂと光ビーム吸収部１５ｂ１（１５Ｂ１）との交点Ｈ１までの距離Ｉは、負荷時のねじれ誤差ｂに加え、負荷トルクによるねじれ量Ｘが加算されたものとなる。この距離Ｉは、反射体１１ａの光ビーム吸収部１５Ａ１の延長線上の位置からの距離であるので計測可能である。また、反射体１１ｂの光ビームＬｂと光ビーム吸収部１５ｂ１（１５Ｂ１）との交点Ｈ１から、反射体１１ｂの光ビームＬｂと光ビーム吸収部１５ｂ２との交点Ｈ２までの距離Ｂも計測可能である。なお、図４（ｂ）中の距離Ｘは負荷トルクによるねじれ量である。
【００４３】
負荷時のねじれ誤差ｂは、下記の（７）式で示される。
【００４４】
［数７］
ｂ＝ｋＢ＋ｄ  …（７）
反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄは、位置ずれ量算出手段２３により、回転体１２の無負荷時の反射光データを用いて算出されデータ記憶部２２に記憶されている。また、反射体１１ｂの光ビームＬｂと光ビーム吸収部１５ｂ２との交点Ｈ２までの距離Ｂは、回転体１２の負荷時の反射光データとして計測可能である。従って、ねじれ誤差量算出手段２４は、（７）式により負荷時のねじれ誤差ｂを算出し、トルク算出手段２８に出力する。
【００４５】
次に、ねじれ量算出手段２６は、データ記憶部２２に記憶された回転体１２の反射光データのうち、トルク検出用反射パターン１３で反射した反射光データに基づいて回転体１２のねじれ量を算出する。ねじれ量算出手段２６で算出されるねじれ量は、図４（ｂ）の距離Ｉに相当する。
【００４６】
いま、反射体１１ａのトルク検出用反射パターン１３で反射した反射光データをＤａとし、反射体１１ｂのトルク検出用反射パターン１３で反射した反射光データをＤｂとする。そして、反射光データＤａの出力信号を抽出して関数Ｇ１（ｔ）とし、反射光データＤｂの出力信号を抽出して関数Ｇ２（ｔ）とする。回転体１２のねじれ量Ｉは、これら反射光データＤａ、Ｄｂの相関関数φｉ（τ）から求める。相関関数φｉ（τ）は（８）式で示される。
【数８】
2010181341.tif 000003
【００４７】
但し、Ｃｉ：反射光データＤａの検出信号のずれ時間
τ：反射光データＤａと反射光データＤｂとの遅れ時間
δｉ：反射光データＤａの反射パターン幅
この相関関数φｉ（τ）が最大となる遅れ時間τを求める。これは、反射光データＤａの検出信号（反射パターン）を時間的に遅れさせ、反射光データＤｂの検出信号（反射パターン）との重なり度合を調べる操作に相当する。相関関数φｉ（τ）が最大になったときの遅れ時間τが回転体１３の駆動軸のねじれ量Ｉに相当する。ねじれ量算出手段２６で算出されたねじれ量Ｉは、トルク算出手段２８に出力される。
【００４８】
一方、回転周期算出手段２７は回転体１２の回転周期Ｔを求めるものである。回転体１２の回転周期Ｔは、データ記憶部２２に記憶された反射光データＤａ（または反射光データＤｂ）を抽出して反射光データＤａの相関関数φ（τ）を求め、その相関関数φ（τ）から求める。反射光データＤａの相関関数φ（τ）は、（９）式で示される。
【数９】
2010181341.tif 000004
【００４９】
但し、Ｃ：検出信号のずれ時間
τ：遅れ時間
δ：反射光データＤａの反射パターン幅
この相関関数φ（τ）が最大となる遅れ時間τを求める。これは、反射光データＤａの最初の検出信号（反射パターン）を時間的に遅れさせて次の検出信号（反射光パターン）との重なり度合を調べる操作に相当し、遅れ時間τが回転周期Ｔに近付くと、最初の検出信号が次の検出信号で一致するようになり、相関関数φ（τ）の値が大きくなる。このときの遅れ時間τが回転周期Ｔとなる。この回転周期Ｔは、反射光データＤａと同様に反射光データＤｂからも求めることができる。回転周期算出手段２７で算出された回転周期Ｔは、トルク算出手段２８に出力される。
【００５０】
このようにして、ねじれ量算出手段２６で算出された回転体のねじれ量Ｉ、ねじれ誤差量算出手段２４で算出された回転体１２のねじれ誤差量ｂ、及び回転周期算出手段２７で算出された回転体１２の回転周期Ｔは、トルク算出手段２８に入力される。
【００５１】
トルク算出手段２８では、回転体のねじれ量Ｉ、ねじれ誤差量ｂ、及び回転周期Ｔに基づいて回転体１２のトルクＦｔを（１０）式で求める。（１０）式の（Ｉ−ｂ）は、図４（ｂ）に示した負荷トルクによるねじれ量Ｘに相当する補正後の遅れ時間τである。
【００５２】
［数１０］
Ｆｔ＝２πＫｘ・（Ｉ−ｂ）／Ｔ   …（１０）
但し、Ｋ：回転体１２の駆動軸のねじればね定数
ｘ：反射体１１ａと反射体１１ｂとの距離
トルク算出手段２８で算出された回転体１２のトルクＦｔは、出力処理手段２９で出力処理されてトルク演算装置２０から外部に出力される。図１では出力装置３０に出力される場合を示している。
【００５３】
以上の説明では、出力処理手段２９は回転体１２のトルクＦｔを出力装置３０に出力するようにしたが、回転体１２のトルクＦｔだけでなく、反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄ、回転体１２のねじれ量Ｉ、ねじれ誤差量ｂ、回転周期Ｔ、負荷トルクによるねじれ量Ｘ等を出力装置３０に出力するようにしてもよい。
【００５４】
本発明の実施の形態によれば、反射体１１の傾き量検出用反射パターン１８で反射した反射光データに基づいて、一対の反射体１１のうちの一方の反射体１１ａを基準として、他方の反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄを算出し、他方の反射体１１ｂの傾き量ｋ及び周方向のずれ量ｄによる回転体１２のねじれ誤差量ｂを求め、そのねじれ誤差量ｂを加味してトルクＦｔを算出するので、回転体１２に軸方向のスラスト量が生じても精度のよいトルクを算出できる。
【符号の説明】
【００５５】
１１…反射体、１２…回転体、１３…トルク検出用反射パターン、１４…光ビーム反射部、１５…光ビーム吸収部、１６…レーザ光出力装置、１７…光送受信装置、１８…傾き量検出用反射パターン、１９…光検知装置、２０…トルク演算装置、２１…信号入力処理手段、２２…データ記憶部、２３…位置ずれ量算出手段、２４…ねじれ誤差量算出手段、２６…ねじれ量算出手段、２７…回転周期算出手段、２８…トルク算出手段、２９…出力処理手段、３０…出力装置、３１…位置ずれ量算出手段、３２…出力処理手段、３３…ねじれ誤差量演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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