(57)【要約】【課題】  簡単かつ安価に回転軸体の軸線方向、径方向の軸振れ量を非接触にて測定できる軸振れ計測装置を提供する。【解決手段】  幅変化部を有し、被計測対象である回転軸体またはこれとは同心の大径円筒状体の外周面にその軸線方向と前記一方向とが平行になるように配置されて当該回転軸体とともに回転運動する平行ターゲット体と、前記幅変化部に向けた光線照射源としての発光部と、回転中の前記幅変化部からの反射光またはこれを透過する透過光を受光して受光時間の変化を検出し、この検出結果に基づいて前記回転軸体の軸線方向における軸振れ量を計測する受光・演算表示部とを含む軸振れ計測装置。さらに、幅変化部を有し、前記回転軸体の外周面からその径方向と前記一方向とが平行になるように当該外周面に外側に向けて立設された直立ターゲット体を備えることができる。【選択図】  図１
2011191077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の長さに対応してこれに直交する方向の幅が一定の割合で変化する幅変化部を有し、被計測対象である回転軸体またはこれとは同心の大径円筒状体の外周面にその軸線方向と前記一方向とが平行になるように配置されて当該回転軸体とともに回転運動する平行ターゲット体と、前記幅変化部に向けた光線照射源としての発光部と、回転中の前記幅変化部からの反射光またはこれを透過する透過光を受光して受光時間の変化を検出し、この検出結果に基づいて前記回転軸体の軸線方向における軸振れ量を計測する受光・演算表示部とを含むことを特徴とする軸振れ計測装置。
【請求項２】
さらに、一方向の長さに対応してこれに直交する方向の幅が一定の割合で変化する幅変化部を有し、前記回転軸体の外周面からその径方向に前記一方向が一致するように当該外周面に立設された直立ターゲット体と、前記幅変化部に向けた光線照射源としての発光部と、回転中の前記幅変化部からの反射光または透過光を受光して受光時間の変化を検出し、この検出結果に基づいて前記回転軸体の径方向における軸振れ量を計測する受光・演算表示部を含む請求項１または２に記載の軸振れ計測装置。
【請求項３】
前記平行ターゲット体における幅変化部は、前記回転軸体又は前記大径円筒状体の外周面上にその円周方向に規則的に複数配置されてなる請求項１または２に記載の軸振れ計測装置。
【請求項４】
前記直立ターゲット体における幅変化部は、円周方向に規則的に複数配置されてなる請求項２または３に記載の軸振れ計測装置。
【請求項５】
前記回転軸体の軸線方向における軸振れ量計測に使用される発光部および受光・演算表示部のいずれか一方または双方は、前記回転軸体の径方向における軸振れ量計測用の発光部および受光・演算表示部として兼用されるものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸振れ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測対象である回転軸体の軸線方向および径方向における軸振れ量を光学的に非接触にて計測可能な軸振れ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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軸ねじれ、軸たわみ、軸振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軸振れなどを定量的に把握し、異常が認められた場合には所定の対策を確実に講じることが重要であり、そのために簡単かつ高い精度にてこれらを計測可能な計測装置や計測方法が望まれている。これらのうち、軸振れの測定技術については、従来より、多くの提案がなされてきているところである。
【０００３】
ところで、被計測対象である回転軸体の軸振れ計測技術としては、例えば特許文献１において提案されている。この提案は、回転軸を中心として回転する回転体と、直角に折り返された隣り合う反射面を挟角側に有するとともに、該折り返し側が前記回転軸と同軸平行状態となるように前記回転体に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に任意の入射方向から光ビームを照射する検出用照射器と、前記光ビームにおける前記反射面から反射された反射光ビームを検出する検出素子とを備えた軸振れ計測装置に関するものである。この計測装置を使用すれば、検出用照射器により反射鏡へ照射する光ビームとその反射鏡からの反射光ビームとが回転体の回転角にかかわらず常に平行となるため、従来のように検出用照射器による光ビームの入射角を考慮しながら位置検出器を配置させた状態での調整が不要となり、光ビームの入射角に依存せずに各構成部の位置関係が決まって調整が楽になる利点がある。
【０００４】
また、従来の回転軸体のたわみ測定技術は、例えば特許文献２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。なお、本明細書では、以下、用語「軸振れ」を「軸のたわみ」をも含む意味で使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３９６２０号公報
【特許文献２】特開昭５７−１２３３７号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５９７７号公報
【特許文献４】特開２００２−３３３３７６号公報
【特許文献５】特開２００６−８４４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１記載の技術では、回転軸体において軸線方向に生じた軸振れを計測することが構造上困難であるばかりでなく、ある程度のサイズの反射鏡を用いる必要があるので、回転軸体の外周面に設置する反射鏡の数に制限があり、結果として高い精度で軸振れ量を計測するのは困難である。また、特許文献２記載のたわみ計測技術では、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、当該軸振れを検出するのは困難である。また、回転軸体の軸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。
【０００７】
また、特許文献３〜５などで提案されているトルク計測装置は、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軸振れ量を測定することを想定したものではなく、当該軸振れ量を測定できない。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決すべくなされたものであり、簡単かつ安価に回転軸体の軸線方向および／または当該方向に直角な方向における軸振れ量を非接触にて測定できる軸振れ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の軸振れ計測装置は、一方向の長さに対応してこれに直交する方向の幅が一定の割合で変化する幅変化部を有し、被計測対象である回転軸体またはこれとは同心の大径円筒状体の外周面にその軸線方向と前記一方向とが平行になるように配置されて当該回転軸体とともに回転運動する平行ターゲット体と、前記幅変化部に向けて光線を照射する光源を有する発光部と、回転中の前記幅変化部からの反射光またはこれを透過する透過光を受光して当該受光時間の変化を検出し、この検出結果に基づいて前記回転軸体の軸線方向における軸振れ量を計測する受光・演算表示部とを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の軸振れ計測装置は、さらに、一方向の長さに対応してこれに直交する方向の幅が一定の割合で変化する幅変化部を有し、前記回転軸体の外周面からその径方向に前記一方向が一致するように当該外周面に外側に向けて立設された直立ターゲット体と、前記幅変化部に向けた光線照射源としての発光部と、回転中の前記幅変化部からの反射光または透過光を受光して当該受光時間の変化を検出し、この検出結果に基づいて前記回転軸体の径方向における軸振れ量を計測する受光・演算表示部を含むことができる。
【００１１】
前記平行ターゲット体における幅変化部は、光反射体、光透過体、または不透光体などの中から適宜選択できる。また、幅変化部は前記回転軸体または前記大径円筒状体の外周面上に１つのみを設置し、あるいは２つ以上を円周方向に規則的に配置することができ、好ましくは後者の、複数を規則的に配置するのがよい。この場合、幅変化部の個数については適宜決定できる。ここで、用語「規則的」とは、隣り合う幅変化部同士が均等な間隔に配置された状態のみならず、均等な間隔で配置されていない場合でも、複数の幅変化部の配置を全体としてみた場合に何らかの一定の規則性がある場合も含む意味で使用している（以下同様）。
【００１２】
前記直立ターゲット体における幅変化部もまた、前記回転軸体の外周面に１つのみ設置し、あるいは２つ以上を円周方向に均等に配置することができるが、好ましくは複数を規則的に配置する後者のタイプがよい。この場合、幅変化部の個数については適宜決定できる。
【００１３】
前記回転軸体の軸線方向において軸振れ量計測に使用される発光部および受光・演算表示部のいずれか一方または双方は、前記回転軸体の径方向における軸振れ量計測用の発光部および受光・演算表示部として兼用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の軸振れ計測装置は、回転軸体の回転中においてその外周面または当該回転軸体と同心にこれを囲うように設けられた円筒状体の外周面に設けられた平行ターゲット体に形成された幅変化部上を発光部からの光線が走査するようにし、当該幅変化部からの反射光または当該幅変化部を透過する透過光を受光し、この受光時間の変化と回転軸体の軸振れの変化との間の１対１の対応関係を活用することで、回転軸体の軸線方向の軸振れ（または軸振れ量の当該方向における成分）を求めるようにしたため、回転軸体の軸線方向における軸振れ量を簡単かつ安価に非接触にて計測することができる。
【００１５】
また、本発明の軸振れ計測装置は、前記のように、回転軸体または大径円筒状体の外周面に幅変化部を有する平行ターゲット体を配置するとともに、当該回転軸体の外周面から略垂直に幅変化部を有する鍔状の直立ターゲット体を立設配置しておき、当該２つのターゲット体の幅変化部にそれぞれ発光部からの光線を照射し、これらのターゲット体の幅変化部からの反射光または当該幅変化部を透過する透過光を受光して受光時間の変化を検出することで、前記と同様に回転軸体の軸線方向および径方向の軸振れ（または軸振れ量の両方向における成分）を求めることができ、その結果回転軸体の軸線方向および径方向の双方における軸振れ量を簡単かつ安価に非接触にて計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の軸振れ計測装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の軸振れ計測装置の別の実施形態を示す側面図である。
【図３】図２に示す軸振れ計測装置における軸振れの計測原理を示す図である。
【図４】図２に示す軸振れ計測装置が直立ターゲット体を備えている場合における軸振れ計測原理を示す図である。
【図５】本発明の軸振れ計測装置のさらに別の実施形態を示す図である。
【図６】図５に示す実施形態における軸ねじれの計測原理を示す図である。
【図７】回転軸体の軸線方向および径方向における軸振れ量の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の軸振れ計測装置の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されない。なお、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、本発明の軸振れ計測装置の実施形態の一例を示す図である。この図に示す実施形態の軸振れ計測装置１は、被計測物である回転軸体１０の外周面にその軸線方向に平行に設けられた平行ターゲット体２０と、回転軸体１０の側方に配置され、平行ターゲット体２０に対して側方から光線Ｌ１を照射する発光部３と、同じく回転軸体１０の側方に配置され、平行ターゲット体２０からの反射光を受光する受光・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Ｒに回転可能とされている。
【００１８】
回転軸体１０の外周面に取り付けられる平行ターゲット体２０は、それぞれ長辺と、これと直角に交わる短辺と、斜辺とからなる略直角三角形の平面形状を備える反射性幅変化部２１と非反射性幅変化部２２との対をそれぞれの斜辺が接した状態で互いに対向するように配置したものを１単位とし、当該単位をその長辺同士を当接するように複数配置して帯状に形成されたものである。この平行ターゲット体２０は、前記帯によって回転軸体１０の全周を１巻きし、各単位の長辺が回転軸体１０の軸線方向に、また短辺が円周方向に平行となるように設けられる。ここで、反射性幅変化部２１としては、例えば通常のミラーのほか、可とう性のある反射シートなどが挙げられ、非反射性幅変化部２２としては、光を反射しない材質の、例えばシート状体などを使用できる。この非反射性幅変化部２２は可とう性を備えていてもよく、備えていなくともよい。なお、反射性および非反射性の幅変化部は、前記の略直角三角形などの直線的に変化するように形成されたものに限定されず、２次関数的または指数関数的に変化するよう形成されたものなどであってもよい。また、回転軸体１０の外周面が光を反射しない材質からなる場合には、平行ターゲット体２０は、反射性幅変化部２１と非反射性幅変化部２２との対を用いる必要はなく、反射性幅変化部２１、２１、・・・を円周方向に前記のように配列しただけであってもよい。
【００１９】
発光部３としては、連続発光可能な光源を有するものが使用される。この光源としては、各種のレーザー、発光ダイオードまたはランプのほか、これらの１種とレンズ、スリット、ピンホールなどとを適宜組み合わせたものなどを使用できるが、これらのうち指向性のある光線を出射可能な各種レーザーを用いることが好ましい。
【００２０】
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とを備えた構成としている。なお、受光部５と演算表示部６とは図１に示すように、それぞれ別体に構成され信号線７によって電気的に接続したものであってもよく、一体に構成されていてもよい。
【００２１】
受光部５としては、平行ターゲット体２０からの反射光Ｌ２を受光可能であり、受光によって所定の大きさの電気信号を出力できる受光素子、またはこれらを含んだ受光機器などが好適に使用できる。ここで、受光素子としては、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトマルチメータなどが挙げられる。また、受光機器としてはＣＣＤカメラなどの撮像装置を用いることもできる。なお、受光部５は、図１に示すように、１本の光線のみを受光可能な構成であってもよく、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。
【００２２】
演算表示部６は、その内部に予め格納された設定プログラムに基づいて、受光部５から出力される１つまたは２つ以上の電気信号の入力を連続的に受けて、回転軸体１０に生じる軸線方向における軸振れ量を演算し表示するように構成されている。さらに、回転速度（周期）などの他の情報を演算、表示可能なものであってもよい。このような構成（構造）としては、ＣＰＵや記憶装置を含む公知のものなどが挙げられる。また、演算表示部６の外形形状についても制限はなく、公知の外形形状のなかから適宜選択することができる。
【００２３】
発光部３から連続的に出射された光線Ｌ１は、回転軸体１０とともに回転運動する平行ターゲット体２０の被照射面に設けられた反射性幅変化部２１および非反射性幅変化部２２の列の所定位置（通常、回転軸体１０の軸線方向の略中間の位置とされる）に照射される。平行ターゲット体２０に対する光線の入射角は特に制限されないが、約０°（略垂直に入射）に設定するのがよく、より好ましくは０°（垂直に入射）に設定するのがよい。これにより、平行ターゲット体２０の被照射面にピンスポットに光線Ｌ１を照射できるので、後述する受光部５に入射する反射光Ｌ２の光線径を小さくでき、結果として誤差が生じにくいという利点がある。なお、この光線の入射角を約０°に設定せず、鋭角となる任意の角度に設定した場合には、その角度の大きさに応じて受光・演算表示部４の設置位置を変更する必要が生じるとともに、回転軸体１０の軸線方向および径方向の両方向の軸振れ量の合成値が得られることになるので、当該合成値から前記各方向の軸振れ量を求める必要が生じる。
【００２４】
回転軸体１０の回転中、光線Ｌ１の走査線上には、反射性幅変化部２１と非反射性幅変化部２２とが交互に現れる。Ｌ１が反射性幅変化部２１に照射される場合には、その入射角に応じて所定の方向に反射光Ｌ２が反射し、非反射性幅変化部２２に照射される場合には光線Ｌ１は反射しない。したがって、受光部５では、反射光Ｌ２の受光と不受光とに対応した電気パルス信号を生成、出力し、演算表示部６では、この電気パルス信号の入力を連続的に受け、これに基づいて受光時間の変化を求める。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、そのばらつきから回転軸体１０の回転速度が一定であるか否か（所定の回転速度の範囲内にあるか否か）を判定するようにしてもよい。なお、本明細書では以下、回転軸体の「回転」は、所定の回転速度の範囲内にある一定速度での回転を指すものとする。
【００２５】
図２は、本発明の軸振れ計測装置の別の実施形態を示す部分断面側面図である。この図に示す実施形態では、円環状の鍔部１１ａと、その最外の円周端縁から当該円環状体１１ａに直角かつ一方向に延び、その軸心が回転軸体１０のそれと共通に同心に配置された円筒部１１ｂとを有する断面略Ｌ字状の鍔状体１１が回転軸体１０の途中に設けられている。円筒部１１ｂには、その円周方向に沿って平行ターゲット体２０が設けられている。この平行ターゲット体２０は、長辺とこれに直交する短辺とが回転軸体１０の軸線方向および円周方向に一致する略直角三角形状の透光性幅変化部（開口であってもよい）２１と、その斜辺を共通にしてこれと対向して配置される光不透過性幅変化部２２との対が前記円筒部１１ｂの円周方向に連続して配列されたものである。
【００２６】
本実施形態では、光ファイバーケーブルなどの光伝送手段１３，１４を用いることで、発光部３および受光・演算表示部４（受光部５および演算表示部６の組合せ）を回転軸体１０の周辺の適宜の位置に配置することができる。これは、発光部３および受光部５からそれぞれ光伝送手段１３，１４を布設し、光伝送手段１３の光線出射口を鍔状体１１の内側に、また平行ターゲット体２０を挟んでこれと対向して光伝送手段１４の受光口を配置することで、光線Ｌ１３を前記の入射角にて平行ターゲット体２０の被照射面における所定の位置に照射することができるためである。
【００２７】
図３は、図２に示す実施形態の軸振れ計測装置を例にとり、その計測原理を示している。この図における（ａ）は平行ターゲット体上の光線の走査状況を示し、（ｂ）は幅変化部と光線の走査位置との関係を示しており、（ｃ）〜（ｅ）は受光部から送出される電気パルス信号の波形を示している。また、この図では、発光部３および受光・演算表示部４を図示していないが、平行ターゲット体２０の図に向って奥側から手前側に向けて光線Ｌ３が出射され、平行ターゲット体２０の透光性幅変化部２１を透過してその手前側に進む光線Ｌ３のみが受光されるように構成されている。なお、光線Ｌ３は、理解を容易にするために、その光路のうち光不透過性幅変化部２２によって遮光される部分を点線で、また平行ターゲット体２０から外側の部分を一点鎖線で示している。
【００２８】
例えば回転軸体１０を低速回転させている場合などにおいて、回転運動する平行ターゲット体２０の所定の位置（円筒部の幅方向略中間）に光線Ｌ３を照射することで、見かけ上、当該光線Ｌ３はその位置を通る円周上を走査する（図中、走査線２８参照）。この走査線２８を基準とする。この走査線２８上では、光線Ｌ３は透光性幅変化部２１および不透過性幅変化部２２に交互に照射される。
【００２９】
回転軸体１０の軸線方向に生じる軸振れは、光線Ｌ３の照射位置に対して回転軸体１０を同方向における相対位置を変化させるので、図３（ｂ）に示すように、平行ターゲット体２０の幅変化部を走査する光線Ｌ３の位置が基準線２８から軸線方向いずれかの方向にずれる。それに伴い、次々に光線Ｌ３の照射を受ける反射性幅変化部２１の回転方向における透光幅（図中、「軸振れ」と表示）がそれぞれ変化し、その結果、受光部５におけるそれぞれの透光の受光時間が変化する。例えば、回転中の回転軸体１０に図３（ａ）の左下方向に軸振れが生じた場合、図３（ｂ）に示すように、平行ターゲット体２０上において光線の走査線位置はｘ０からｘ１（この位置は幅変化部２１の短辺からの長辺に沿った距離で規定してもよく、幅変化部２１の先端からの距離で規定してもよいが、図３（ｂ）では前者の距離で規定している。）に変化したとすると、それに伴い受光時間はＴ０からＴ１に短くなる（図３（ｄ）参照）。また、回転中の回転軸体１０に図３（ａ）の右上方向に軸振れが生じ、光線Ｌ３の走査位置がｘ０からｘ２に変化したとすると、それに伴い受光時間はＴ０からＴ２に長くなる（図３（ｅ）参照）。このように平行ターゲット体２０上の基準走査線２８の位置ｘ０を設定し、受光時間の変化を検出することで、次式（式１または式２）により回転軸体１０の軸線方向いずれかの方向における軸振れ量を求めることができる。なお、必要に応じて回転軸体１０の軸振れ量を絶対値で求めてもよい。
【００３０】
【数１】
2011191077.tif 000003
【数２】
2011191077.tif 000004
【００３１】
図４は、図２に示した平行ターゲット体２０に、これと同様に透光性幅変化部２６、２６、・・・および光不透過性幅変化部２７、２７、・・・が交互に配置された直立ターゲット体２５を組み合わせた本発明の軸触れ計測装置の実施形態の別の例を示している。平行ターゲット体２０と直立ターゲット体２５とは、互いの光不透過性幅変化部２２、２２、２２、・・・；２７、２７、２７、・・・の短辺をそれぞれ共通にして接した状態とされ、これら両ターゲット体２０、２５のなす角度は略直角、好ましくは直角とされている。この図では、平行ターゲット体２０の被照射面に所定の入射角で光線Ｌ３が照射され、光透過性幅変化部２１を透過することで、図３に示したように回転軸体１０の軸線方向における軸振れ量を求めることができる。なお、この入射角は、図２における平行ターゲット体への入射角と同様に設定することができる。
【００３２】
また、回転軸体１０の回転中に、その軸線方向に略平行に発光部（不図示）からの光線Ｌ４を直立ターゲット体２７の被照射面の所定の位置に照射し、当該直立ターゲット体２５上を光線Ｌ４が走査するようにする。なお、この光線Ｌ４は、前記光線Ｌ３と同一の光源（発光部）から出射されたものであってもよく、異なる光源から出射されたものであってもよい。前者の場合、光線を分岐し、誘導するための公知の機器を単独でまたは適宜組み合わせても用いることができる。
【００３３】
図３を参照しての説明と同様に、走査線２９を基準として、回転中の回転軸体１０にその径方向に軸振れが生じた場合、直立ターゲット体２５の設置位置において当該直立ターゲット体２５の径方向における僅かな移動として現れ、光線Ｌ４の走査線が基準走査線２９から前記移動方向にずれる。その結果、次々に光線Ｌ４の照射を受けるそれぞれの透孔性幅変化部２６の回転方向における透光幅（図中、「軸振れ」と表示）が変化し、受光部５におけるそれぞれの透光の受光時間が変化する。この受光時間の変化および基準走査線２９の設定位置から、前記した平行ターゲット体の場合の演算方法と同様の方法により、回転軸体１０の径方向における軸振れ量を求めることができる。なお、この回転軸体の径方向における軸振れ量を演算する受光・演算表示部は、前記回転軸体の軸線方向における軸振れ量を演算する受光・演算表示部と同一であってもよく別体であってもよい。
【００３４】
図５は、本発明の軸振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は、回転軸体１０と、発光部３と、受光部５，５，５と、当該各受光部５，５，５と信号線７，７，７を介して電気的に接続された演算表示部６と、発光部３および受光部５，５，５間における光線の誘導および分岐のための光伝送系とから構成されている。回転軸体１０には、その長さ方向中間における任意の位置の外周面に平行ターゲット体２０が設けられ、その近傍の位置および当該位置から所定の距離だけ離れた位置にそれぞれ鍔状の直立ターゲット体３１、３３が設けられている。なお、平行ターゲット体２０、発光部３、受光部５、演算表示部６および信号線７については、図１に示した実施形態に示したものと本質的に変わらないものとし、以下では重複する説明は省略する。
【００３５】
鍔状の直立ターゲット体３１，３３の互いに対向する面（被照射面）には、それぞれ複数の光反射性幅変化部３２、３２、３２、・・・；３４、３４、３４、・・・が配設されている。各々の光反射性幅変化部３２、３４（図５では、幅変化部３２の形状を図示していないが、直立ターゲット体３４におけるそれと同形、同サイズの幅変化部が設けられているものとする。）は、短辺、当該短辺に直交する長辺および斜辺で囲まれた略直角三角形の平面形状を有している（図４参照）。これらの短辺が鍔状体３１，３３の対向する被照射面上において回転軸体１０よりも大径の同心円上に、また長辺が回転軸体１０の径方向に一致するように前記各反射性幅変化部２１，２１、・・・が規則的かつ鋸刃状に配列されている。
【００３６】
前記光伝送系は、発光部３から光線Ｌ５を伝送する光伝送手段３５と、当該光線Ｌ５を平行光とするレンズ３６と、平行ターゲット体２０および鍔状の直立ターゲット体３１，３３に光線を導くための機器と、これらのターゲット体２０、３１、３３からの反射光をそれぞれ受光部５，５，５に導くための機器とを備えている。平行ターゲット体２０へ光線を導く機器としては、ハーフミラー３７と、反射ミラー３８と、集光レンズ３９とが用いられ、直立ターゲット体３１、３３へ光線を導く機器としては、光分岐手段４１と、集光レンズ４３、４５とが用いられている。また、平行ターゲット体２０および直立ターゲット体３１、３３のそれぞれからの反射光Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１を受光部５にそれぞれ導く機器としては、ハーフミラー４０、４２、４４が用いられている。
【００３７】
発光部３から出射される光線Ｌ５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、レンズ３６によって平行光とされた後、ハーフミラー３７によって一部が光路に直角な光線Ｌ６として反射され、残りが光路分岐手段４１に進入する。光路分岐手段４１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４１ａおよび反射ミラー４１ｂで構成されており、ハーフミラー４１ａに入射した光線Ｌ５の一部がその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Ｌ７）、残部がこれを透過して反射ミラー４１ｂで光線Ｌ７とは反対方向に反射して分岐される（光線Ｌ８）。
【００３８】
光線Ｌ６は、反射ミラー３８によってその光路に対して略直角に回転軸体１０に向けて反射され、さらにその光路上のハーフミラー４０を透過し、集光レンズ３９によって光線径が絞り込まれた上で、平行ターゲット体２０における光反射性幅変化部２１の所定の位置（通常、回転軸体１０の軸線方向略中間の位置とされる。）に照射される。光線Ｌ６の照射位置では、回転軸体１０の回転に伴い複数の光反射性幅変化部２１が一定の周期にて通過する。これにより、見かけ上、光線Ｌ６がその照射位置において回転方向に平行ターゲット体２０の上を走査することになる。
【００３９】
光線Ｌ７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、直立ターゲット体３２の被照射面における反射性幅変化部３２に照射される。また、光線Ｌ８も、同様にその光路上に設けられたハーフミラー４４を透過し、集光レンズ４５によって絞り込まれて直立ターゲット体３４の被照射面における反射性幅変化部３４、３４、・・・に照射される。
【００４０】
一方、平行ターゲット体２０および直立ターゲット体３１，３３の各被照射面に照射された光線Ｌ６〜Ｌ８はそれぞれ、それらの光路上を各ターゲット体２０、３１，３３の入射方向と反対の方向に反射される（反射光Ｌ９，Ｌ１０、Ｌ１１）。光線Ｌ６〜Ｌ８の各光路を逆行するこれらの反射光Ｌ９，Ｌ１０、Ｌ１１は、これらの各光路にそれぞれ設置されたハーフミラー４０、４２、４４の光線Ｌ６〜Ｌ８の入射面とは反対側の面から入射し、そこで当該各光路から略直角に反射することで、光線Ｌ６〜Ｌ８からそれぞれ分離される。こうして分離された反射光Ｌ９，Ｌ１０、Ｌ１１は、受光部５，５，５においてそれぞれ受光される。各受光部５、５、５に入射された反射光は、ここで反射光の受光、不受光に対応し、各々の強度に応じた所定の大きさの電気パルス信号に変換された後、信号線７、７、７を介してそれぞれ演算表示部６に入力される。
【００４１】
回転軸体１０に軸線方向の軸振れが生じると、平行ターゲット体２０上における光線Ｌ６の見かけの走査位置が変化し、それに伴い個々の反射性幅変化部２１，２１、・・・からの反射光の受光時間が変化する。その結果、演算表示部６に連続的に入力される電気パルス信号の波形が変化する。演算表示部６では、この受光時間の変化から前記方法により回転軸体１０の軸振れ量を求める。この演算結果は、演算表示部６の一部に表示し、または他の機器へ有線または無線にて出力することができる。
【００４２】
また、回転軸体１０に径方向の軸振れが生じる場合には、直立ターゲット体３１、３３の幅変化部３２、３４上の光線Ｌ７の走査高さ位置がそれぞれ回転軸体１０の径方向内外に変化する。その結果、これらの幅変化部３２、３４からの反射光の受光部５、５における受光時間が変化することになる（図６参照）。受光部５，５では、この受光、不受光に対応した電気パルス信号を演算表示部６に連続的に出力し、演算表示部６では、その入力信号に基づいて前記方法と同様の方法により回転軸体１０の径方向の軸振れ量が求められる。また、一方の直立ターゲット体３１（または３３）の設置位置を基準として、他方の直立ターゲット体３３（または３１）の設置位置における回転軸体１０の径方向の軸触れ量を求めるようにしてもよい。さらに、前記入力信号より回転軸体１０の回転速度（周期）を求めることもできる。これらの演算結果は、演算表示部６の一部に表示し、または他の機器へ有線または無線にて出力することができる。
【００４３】
また、本実施形態の軸振れ計測装置において、平行ターゲット体および直立ターゲット体のそれぞれの設置位置での軸線方向および径方向の軸触れ量を連続的に求めることもできる。このような軸触れ計測装置を回転軸体１０の軸心を通る２つの直交座標（ｘ方向およびｙ方向）に沿った方向から平行ターゲット体および直立ターゲット体のそれぞれに光線を同一走査線上に照射するように配置してもよい。このような配置により、図７に示すように、ｘ方向およびｙ方向における回転軸体の軸線方向または径方向の軸触れ量を連続的に求め、そのベクトル和を求めることで、回転軸体に生じる軸線方向あるいは径方向における軸触れの動的な変化を監視することができる。このとき、平行ターゲット体および直立ターゲット体における幅変化部の数を増すことで、非常に高い精度にて前記変化を監視することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、予め直立ターゲット体３１、３３における各反射性幅変化部３２、３４の回転方向における位置関係の変化から、回転軸体１０に生じる軸ねじれを計測することができる。すなわち、図６に示すように、直立ターゲット体３１における幅変化部３２の位置を基準とし、演算表示部６において直立ターゲット体３３における幅変化部３４の回転方向の位置関係（図６における「軸ねじれ」と表示した部分）の変化を受光部５からの電気パルス信号により検出し、当該検出結果から回転軸体１０の軸ねじれ量を検出することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の軸振れ量計測装置は、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軸線方向における軸振れ量、さらには当該方向および径方向の３次元における軸振れ量を計測するのに有効に使用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１    軸振れ計測装置
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
１０    回転軸体
２０    平行ターゲット体
２１    反射性幅変化部
２２    非反射性幅変化部    
２６    透光性幅変化部
２７    光不透過性幅変化部
２８，２９    光線の見かけ走査線
３１、３３    直立ターゲット体
３２、３４    幅変化部（反射性幅変化部）
３５    光伝送手段
３６    レンズ
３８    反射ミラー
３７、３９、４２，４４    ハーフミラー
４１    光分岐手段
４１ａ    ハーフミラー
４１ｂ    反射ミラー
４０、４３、４５、４７、４８    集光レンズ
Ｌ５〜Ｌ１３    光線
【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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