(57)【要約】【課題】  測定対象の振動を正確に測定できる振動検出装置を提供する。【解決手段】  振動検出装置は、振動の測定対象に固定される固定部と、固定部から延在する第１梁部とを有する片持ち梁と、前記固定部に設けられる第１力学量センサと、前記第１梁部に設けられる第２力学量センサと、前記第１力学量センサの第１出力から前記第２力学量センサの第２出力を減算し、前記固定部の振動成分を抽出する抽出部とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動の測定対象に固定される固定部と、固定部から延在する第１梁部とを有する片持ち梁と、
前記固定部に設けられる第１力学量センサと、
前記第１梁部に設けられる第２力学量センサと、
前記第１力学量センサの第１出力から前記第２力学量センサの第２出力を減算し、前記固定部の振動成分を抽出する抽出部と
を含む、振動検出装置。
【請求項２】
前記第１力学量センサと前記第２力学量センサとは同一の力学量センサである、請求項１記載の振動検出装置。
【請求項３】
前記抽出部は、前記第１出力から前記第２出力を減算し、前記固定部の振動成分を表す振動データを抽出する抽出回路である、請求項１又は２記載の振動検出装置。
【請求項４】
前記第１梁部は、延在方向の長さを調整可能な構成である、請求項１乃至３のいずれか一項記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記第２力学量センサとは異なる位置において前記第１梁部に設けられる第３力学量センサをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか一項記載の振動検出装置。
【請求項６】
前記第１梁部の共振周波数は、前記測定対象に生じる異常な振動の周波数と等しい、請求項１乃至５のいずれか一項記載の振動検出装置。
【請求項７】
前記片持ち梁は、前記固定部から前記第１梁部とは異なる延在方向に延在する第２梁部をさらに有し、
前記第２梁部に設けられる第３力学量センサをさらに含み、
前記抽出部は、前記第１力学量センサの第１出力から前記第３力学量センサの第３出力を減算し、前記固定部の振動成分を抽出する、請求項１乃至５のいずれか一項記載の振動検出装置。
【請求項８】
前記第１梁部と前記第２梁部とは遮断周波数が異なる、請求項７記載の振動検出装置。
【請求項９】
前記第１力学量センサは、前記固定部及び前記第１梁部にわたって設けられる、請求項１乃至８のいずれか一項記載の振動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、１００ＫＨｚないし２００ＫＨｚの周波数範囲内に共振周波数を有する第１加速度センサと、ほぼ２０ＫＨｚ以下の周波数の振動に対しては一様な感度特性を有しかつ１００ＫＨｚないし２００ＫＨｚの周波数範囲内には共振周波数をもたない第２加速度センサとを回転機械のほぼ同一場所に固定し、前記両センサの各々から出力される信号の差に応じた差信号を求め、前記差信号にもとづいて前記回転機械のラビング現象を検出することを特徴とするラビング検出方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２０８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のラビング検出方法は、第１加速度センサと第２加速度センサとの固定位置が厳密には同一ではないため、前記差信号にもとづいて検出される前記回転機械のラビング現象は、正確ではないおそれがある。
【０００５】
そこで、測定対象の振動を正確に測定できる振動検出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】
【０００６】
本発明の実施の形態の振動検出装置は、振動の測定対象に固定される固定部と、固定部から延在する第１梁部とを有する片持ち梁と、前記固定部に設けられる第１力学量センサと、前記第１梁部に設けられる第２力学量センサと、前記第１力学量センサの第１出力から前記第２力学量センサの第２出力を減算し、前記固定部の振動成分を抽出する抽出部とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
測定対象の振動を正確に測定できる振動検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態の振動検出装置を示す図である。
【図２】振動検出装置１００の回路構成を示す図である。
【図３】振動検出装置１００が振動を検出する処理を説明する図である。
【図４】実施の形態の変形例の振動検出装置１００Ｍを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の振動検出装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１０】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の振動検出装置を示す図である。振動検出装置１００は、片持ち梁１１０、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂを含む。以下では、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。また、ＸＹ面視することを平面視という。また、説明の便宜上、Ｚ軸正方向を上方向、Ｚ軸負方向を下方向として、上下関係を説明する。ただし、普遍的な上下関係を表すものではない。
【００１１】
片持ち梁１１０は、固定部１１１及び梁部１１２を有する。片持ち梁１１０は、振動の測定対象１０に固定される。片持ち梁１１０は、固定部１１１及び梁部１１２が一体的に成型されたものであり、例えば、タングステン、鉄、又は真鍮のような金属、又は、ゴムやテフロン（登録商標）等の絶縁体によって作製される。測定対象１０は、例えば、モータのような回転機、ＸＹテーブル、フライス盤、ＮＣ加工機の様なＸＹ移動のＺ方向異常振動検知等である。
【００１２】
固定部１１１は、測定対象１０に固定される部分であり、片持ち梁１１０の土台又は基部である。固定部１１１は、一例として直方体状であり、Ｘ軸正方向側に梁部１１２が接続されている。
【００１３】
梁部１１２は、固定部１１１のＸ軸正方向側に接続され、Ｘ軸正方向に延在している。梁部１１２は、第１梁部の一例である。梁部１１２は、固定部１１１から突出する長さ、Ｙ軸方向の幅、Ｚ軸方向の厚さ、ヤング率、重量等によって決まる共振周波数を有する。梁部１１２の共振周波数ｆ０（Ｈｚ）は、次式（１）で表される。
【００１４】
【数１】
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Ｅは梁部１１２のヤング率（Ｐａ）、Ｉは梁部１１２の断面二次モーメント（ｍ４）、ρは梁部１１２の密度（ｋｇ／ｍ３）、Ａは梁部１１２の長手方向に対する断面（ＹＺ平面に平行な断面）の面積（ｍ２）、ｌは梁部１１２の長手方向（Ｘ軸方向）の長さ（ｍ）、λは１．８５１であり、固有共振周波数を求める際の係数（細長比）である。
【００１５】
梁部１１２の共振周波数よりも周波数が高い振動は、周波数に反比例して梁部１１２によって減衰されるので、共振周波数をカットオフ周波数として取り扱うことができる。測定対象１０が振動すると、振動が固定部１１１に伝搬し、固定部１１１から梁部１１２に振動が伝搬するが、梁部１１２にはカットオフ周波数以上の周波数の振動は伝搬しない。
【００１６】
ここでは、振動検出装置１００で検出したい異常振動の周波数よりも低い周波数に設定する。梁部１１２に異常な振動が伝搬しないようにして、加速度センサ１２０Ｂで測定される振動から異常な振動を除外するためである。
【００１７】
加速度センサ１２０Ａは、固定部１１１の上面に取り付けられる。取り付けは、ネジ留め又は接着等で行えばよい。加速度センサ１２０Ａは、振動の強度（振幅）と周波数を含む波形を測定できるものであればよく、例えば、ピエゾ（圧電）素子を用いることができる。
【００１８】
加速度センサ１２０Ａは、第１力学量センサの一例であり、振動の強度（振幅）と周波数は、力学量の一例である。
【００１９】
加速度センサ１２０Ａが測定できる振動の最大周波数は、梁部１１２の共振周波数よりも高く、測定対象１０の振動の成分のうち、測定したい振動の周波数以上の周波数、又は、測定したい振動の周波数よりも余裕代だけ高い所定の周波数であればよい。
【００２０】
加速度センサ１２０Ｂは、梁部１１２の先端の上面に取り付けられる。取り付けは、ネジ留め又は接着等で行えばよい。加速度センサ１２０Ｂは、振動の強度（振幅）と周波数を含む波形を測定できるものであればよく、加速度センサ１２０Ａと同様に、例えば、ピエゾ（圧電）素子を用いることができる。加速度センサ１２０Ｂは、第２力学量センサの一例である。
【００２１】
加速度センサ１２０Ｂが測定できる振動の最大周波数は、梁部１１２の共振周波数以上であればよい。加速度センサ１２０Ｂとしては、加速度センサ１２０Ａと同一の加速度センサを用いてもよい。
【００２２】
振動検出装置１００は、例えば１００Ｈｚで回転しているモータの異常振動が１０Ｈｚの場合に測定可能である。
【００２３】
図２は、振動検出装置１００の回路構成を示す図である。振動検出装置１００は、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂに加えて、測定回路１３０を含む。加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂは、測定回路１３０に接続されており、検出した振動の波形を表す波形データを測定回路１３０に出力する。
【００２４】
測定回路１３０は、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂに接続されるアナログ回路よって実現される。測定回路１３０は、抽出部１３１を含む。
【００２５】
抽出部１３１は、加速度センサ１２０Ａから出力される波形データから、加速度センサ１２０Ｂから出力される波形データを減算し、測定対象１０に生じる所定の振動成分を抽出する。所定の振動成分は、最終的に振動検出装置１００で測定したい振動成分である。抽出部１３１は、このような減算処理を行う回路であればよく、例えば、オペアンプを用いた減算回路を用いることができる。
【００２６】
図３は、振動検出装置１００が振動を検出する処理を説明する図である。ここでは、測定対象１０に１５Ｈｚ、５５Ｈｚ、９５Ｈｚの振動が生じる場合に、測定したい振動の周波数が５５Ｈｚであることとする。
【００２７】
このような場合に、一例として、加速度センサ１２０Ａが測定できる振動の最大周波数を、測定対象１０に生じる３種類の振動のうち、最も高い周波数（９５Ｈｚ）と、測定したい振動の周波数（５５Ｈｚ）との間の７０Ｈｚに設定する。また、梁部１１２の共振周波数を、測定対象１０に生じる３種類の振動のうち、最も低い周波数である１５Ｈｚと、測定したい振動の周波数（５５Ｈｚ）との間の４０Ｈｚに設定する。
【００２８】
このように設定の下で、測定対象１０に、図３（Ａ）に示す１５Ｈｚ、５５Ｈｚ、９５Ｈｚの振動が生じると、実際には測定対象１０には図３（Ｂ）に示すように、１５Ｈｚ、５５Ｈｚ、９５Ｈｚの振動の合成振動が生じる。
【００２９】
合成振動のうち、９５Ｈｚの振動は、加速度センサ１２０Ａによって検出されないため、加速度センサ１２０Ａが測定する波形データは、図３（Ｃ）に示すように１５Ｈｚと５５Ｈｚの合成振動になる。
【００３０】
また、梁部１１２の共振周波数は４０Ｈｚであるため、１５Ｈｚの振動のみが生じ、加速度センサ１２０Ｂが測定する波形データは、図３（Ｄ）に示すように１５Ｈｚの振動になる。
【００３１】
従って、測定回路１３０の抽出部１３１が加速度センサ１２０Ａから出力される波形データ（図３（Ｃ））から、加速度センサ１２０Ｂから出力される波形データ（図３（Ｄ））を減算すれば、図３（Ｅ）に示す５５Ｈｚの波形データを抽出することができる。
【００３２】
このように、実施の形態によれば、片持ち梁１１０の固定部１１１の上面に加速度センサ１２０Ａを設けるとともに、梁部１１２の先端の上面に加速度センサ１２０Ｂを設けた。また、加速度センサ１２０Ａが測定できる振動の最大周波数を、測定対象１０に生じる３種類の振動のうち、最も高い周波数（９５Ｈｚ）と、測定したい振動の周波数（５５Ｈｚ）との間の周波数（ここでは７０Ｈｚ）に設定するとともに、梁部１１２の共振周波数を、測定対象１０に生じる３種類の振動のうち、最も低い周波数である１５Ｈｚと、測定したい振動の周波数（５５Ｈｚ）との間の周波数（ここでは４０Ｈｚ）に設定した。
【００３３】
このようにして、測定回路１３０の抽出部１３１が加速度センサ１２０Ａから出力される波形データ（図３（Ｃ））から、加速度センサ１２０Ｂから出力される波形データ（図３（Ｄ））を減算することで、図３（Ｅ）に示す５５Ｈｚの波形データを抽出することができる。５５Ｈｚは、測定したい振動の周波数である。
【００３４】
そして、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂは、測定対象１０に取り付けられた片持ち梁１１０に設けられており、測定対象１０の同一の位置における振動を検出している。
【００３５】
従って、測定対象１０の振動を正確に測定できる振動検出装置１００を提供することができる。
【００３６】
また、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂとして同一のセンサを用いることができるので、異なる加速度センサを用いる場合に比べて、低コストで製造でき、ジャイロのような高価な加速度センサを用いる場合に比べて低コスト化を図ることができる。
【００３７】
また、測定したい振動の周波数を減算回路で実現される抽出部１３１で抽出できるので、フーリエ変換のような複雑な処理が不要であり、簡易な構成で実現でき、低コスト化も図ることができる。
【００３８】
なお、以上では、加速度センサ１２０Ｂが梁部１１２の先端に設けられる形態について説明したが、加速度センサ１２０Ｂの梁部１１２における位置は、先端ではなくてもよく、梁部１１２に伝達させて、抽出部１３１で除去したい周波数に合わせて位置を設定すればよい。
【００３９】
また、以上では、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂとして同一の加速度センサを用いる形態について説明したが、最終的に測定したい振動の周波数を抽出部１３１の減算処理で得ることができるのであれば、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂとして異なる加速度センサを用いてもよい。
【００４０】
また、梁部１１２は、Ｘ軸方向に伸縮可能な構成であってもよい。このような場合には、梁部１１２を伝搬可能な周波数を調整することができる。また、梁部１１２は、直線状ではなく、平面視で折れ曲がっていたり、螺旋状であってもよい。また、梁部１１２は、ＸＹ平面に平行な二次元的な構造に限らず、Ｚ軸方向に折れ曲がる三次元的な構造であってもよい。
【００４１】
また、以上では、加速度センサ１２０Ａが固定部１１１の上面に配置される形態について説明したが、加速度センサ１２０Ａは、固定部１１１から梁部１１２にわたって設けられていてもよい。このようにすれば、振動の周波数が高くなるにつれて振幅が減少するため、カットオフ周波数を下げることができる。加速度センサ１２０Ａを固定部１１１から梁部１１２の先端方向に移動させるとカットオフ周波数が下がるからである。
【００４２】
また、以上では、梁部１１２に１つの加速度センサ１２０Ｂが設けられている構成について説明したが、梁部１１２に複数の加速度センサ１２０Ｂが設けられていてもよい。例えば、測定対象１０に１５Ｈｚ、２５Ｈｚ、５５Ｈｚ、９５Ｈｚの振動が生じる場合に、梁部１１２のＸ軸方向における中央にもう１つの加速度センサ１２０Ｂを設け、梁部１１２を伝搬する他の周波数（２５Ｈｚ）を検出するようにしてもよい。この場合には、抽出部１３１において、加速度センサ１２０Ａで検出される１５Ｈｚ、２５Ｈｚ、５５Ｈｚの合成振動から、２つの加速度センサ１２０Ｂによって検出される１５Ｈｚと２５Ｈｚの波形データを除去すればよい。このように増設する２つ目の加速度センサ１２０Ｂは、第３力学量センサの一例である。
【００４３】
また、図４に示すような構成であってもよい。図４は、実施の形態の変形例の振動検出装置１００Ｍを示す図である。振動検出装置１００Ｍは、片持ち梁１１０Ｍ、加速度センサ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを含む。片持ち梁１１０Ｍは、梁部１１２に加えて、固定部１１１からＸ軸負方向側に延在する梁部１１３を有する。加速度センサ１２０Ｃは、梁部１１３の先端の上面に設けられている。加速度センサ１２０Ｃは、第３力学量センサの一例である。
【００４４】
梁部１１３は、梁部１１２よりも長手方向（Ｘ軸方向）の長さが短く、共振周波数は４５Ｈｚに設定されている。このため、例えば、測定対象１０に１５Ｈｚ、２５Ｈｚ、５５Ｈｚ、９５Ｈｚの振動が生じる場合に、加速度センサ１２０Ｃで２５Ｈｚの振動を検出することができる。なお、梁部１１３は固定部１１１からＹ軸方向に延在していてもよい。
【００４５】
以上、本発明の例示的な実施の形態の振動検出装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  測定対象
１００、１００Ｍ  振動検出装置
１１０、１１０Ｍ  片持ち梁
１１１  固定部
１１２、１１３  梁部
１２０Ａ、１２０Ｂ  加速度センサ
１３０  測定回路
１３１  抽出部
【図１】
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【図２】
2019174123.tif 000005
【図３】
2019174123.tif 000006
【図４】
2019174123.tif 000007