(57)【要約】  振動解析用デバイスは、捕捉手段と評価手段とを含む。捕捉手段は、測定されるべき表面からパターンを捕捉して、パターンの捕捉画像を提供するように構成される。評価手段は、捕捉画像を参照画像と比較することにより、捕捉画像を評価して、測定されるべき表面の振動に関する情報を含む評価結果を得るように構成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動解析用デバイス（１０、３０、５０）であって、
測定されるべき表面（１６）からパターン（１４、１４１、８２、９４）を捕捉して、前記パターン（１４、１４１、８２、９４）の捕捉画像（１８）を提供するように構成される捕捉手段（１２、１２１）と、
前記捕捉画像（１８）を参照画像（２４）と比較することにより、前記捕捉画像（１８）を評価して、前記測定されるべき表面（１６）の振動に関する情報を含む評価結果（２６）を得るように構成される評価手段（２２、２２１）と
を備える、振動解析用デバイス（１０、３０、５０）。
【請求項２】
前記評価手段（２２１）は、相互相関に基づいて、前記捕捉画像（１８）と前記参照画像（２４）との比較を実行するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記捕捉手段（１２、１２１）は、前記パターン（１４、１４１、８２、９４）の多数の画像（１８）を多数の反復において捕捉して、多数の画像（１８）を提供するように構成され、
前記画像（１８）は、第２の反復において捕捉される前記多数の画像のうちの第２の画像であり、前記参照画像（２４）は、先行する第１の反復において捕捉された前記多数の画像のうちの第１の画像であり、
前記評価手段（２２１）は、前記第１の画像を前記第２の画像と比較して、前記測定されるべき表面（１６）の前記第１の画像（１８）と前記第２の画像との間の変位（Δｗ）に関する第１の情報を取得し、かつ、前記第２の画像（１８）を、前記第２の反復に続く第３の反復において捕捉される第３の画像と比較して、前記測定されるべき表面の前記第２の画像と前記第３の画像との間の変位に関する第２の情報を取得するように構成され、前記振動に関する情報（２６）は、前記変位に関する前記第１の情報と、前記変位に関する前記第２の情報とを含む、請求項１または請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記評価手段（２２１）は、前記画像（１８）および前記参照画像（２４）を使用しながら相互相関を実行して相関結果（７２）を提供するように構成される相関器（６８）を備え、前記評価手段（２２１）は、前記相互相関の最大値（５６）を決定するように構成されるピーク検出器（７４）をさらに備え、前記評価手段（２２１）は、前記最大値（５６）に基づいて、前記振動に関する情報を少なくとも部分的に構成する振動距離を決定するように構成される信号プロセッサ（７８）をさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記捕捉手段（１２）は、画像センサ（４２）を備え、前記評価手段（２２、２２１）は、前記画像センサ（４２）上の前記パターン（１４、１４１）の変位（Δｘ）の評価に基づいて前記評価結果（２６）を提供するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記パターン（１４、１４１）は、第１のセンサ方向（ｘ）に沿った、かつ第２のセンサ方向（ｙ）に沿った投影に起因して、前記画像センサ（４２）の平面（９２）内に、前記画像センサ（４２）のそれより大きい拡張部を有する、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記パターンは、隣合わせに配置される多数の縞（８４）または同心リング（９６）を含む二次元パターン（８２、９４）であり、前記多数の縞（８４）またはリング（９６）は、少なくとも第１および第２の輝度強度を有する、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記多数の縞（８４）またはリング（９６）は、多数の輝度強度を含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内に非周期的な順序で配置される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内にｓｉｎｃ関数に従って配置される、請求項８または請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記測定されるべき表面（１６）をその湾曲領域内で測定するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
前記測定されるべき表面（１６）に向かって前記パターン（１４’１）を放射するように構成される光信号源（３８、３８１）
をさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１３】
前記光信号源（３８、３８１）が前記パターン（１４、１４１、８２、９４）をそれに沿って送信するように構成される送信方向（４８）、および前記捕捉手段（２２、２２１）が前記パターン（１４、１４１、８２、９４）をそれから受信するように構成される受信方向（５２）は、±１５゜の許容差範囲内で互いに垂直に配置される、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記捕捉手段（１２）は、前記パターン（１４、１４１、８２、９４）の多数の画像（１８）を少なくとも４０ｋＨｚの周波数で捕捉するように構成され、前記評価手段（２２、２２１）は、少なくとも２０ｋＨｚの周波数を有する揺動に関する情報を含むようにして、前記評価結果（２６）を提供するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１５】
前記評価手段（２２、２２１）は、前記測定されるべき表面（１６）の振動に関する前記情報を、前記情報が、前記測定されるべき表面（１６）の振動のパワースペクトルの指標、および／または前記測定されるべき表面（１６）の振動の次数スペクトルの指標、および／またはスペクトルの経時的変化の指標、および／または前記スペクトルのロケーション変化の指標、および／または振動値の外挿の指標、および／または前記振動もしくは前記振動から導出される値のしきい値との比較結果の指標を含むような方法で提供するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１６】
振動解析用デバイス（１０、３０、５０）であって、
測定されるべき表面（１６）からパターン（１４、１４１、８２、９４）を捕捉して、前記パターン（１４、１４１、８２、９４）の捕捉画像（１８）を提供するように構成される捕捉手段（１２、１２１）と、
前記捕捉画像（１８）を参照画像（２４）と比較することにより、前記捕捉画像（１８）を評価して、評価結果（２６）を得るように構成される評価手段（２２、２２１）であって、前記評価結果（２６）は、前記測定されるべき表面（１６）の振動に関する情報を含む、評価手段（２２、２２１）と
を備え、
前記パターンは、隣合わせに配置される多数の縞（８４）または同心リング（９６）を含む二次元パターン（８２、９４）であり、前記多数の縞（８４）またはリング（９６）は、多数の輝度強度を含み、かつ、
前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内に非周期的な順序で配置され、または、前記二次元パターン（８２、９４）内にｓｉｎｃ関数に従って配置される、振動解析用デバイス（１０、３０、５０）。
【請求項１７】
振動解析用デバイス（１０）であって、
測定されるべき表面（１６）から二次元パターン（８２、９４）を捕捉して、前記二次元パターン（８２、９４）の捕捉画像（１８）を提供するように構成される捕捉手段（１２）と、
前記二次元パターン（８２、９４）の前記画像（１８）を評価して、前記測定されるべき表面（１６）の振動に関する情報を含む評価結果（２６）を得るように構成される評価手段（２２）と
を備える、振動解析用デバイス（１０）。
【請求項１８】
前記評価手段（２２）は、前記捕捉画像（１８）を参照画像（２４）と比較することによって前記評価結果（２６）を得るように構成され、前記評価結果（２６）は、前記測定されるべき表面（１６）の前記振動に関する情報を含む、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
振動解析方法であって、
測定されるべき表面からパターンを捕捉することと、
前記パターンの捕捉画像を提供することと、
前記捕捉画像を参照画像と比較することによって、前記捕捉画像を評価し、評価結果が前記測定されるべき表面の振動に関する情報を含むように前記評価結果を得ることと
を含む方法。
【請求項２０】
振動解析方法であって、
測定されるべき表面から、隣合わせに配置される多数の縞（８４）または同心リング（９６）を含む二次元パターンを捕捉することであって、前記多数の縞（８４）またはリング（９６）（９６）は、多数の輝度強度を含み、前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内に非周期的な順序で配置され、または、前記二次元パターン（８２、９４）内にｓｉｎｃ関数に従って配置される、捕捉することと、
前記二次元パターンの捕捉画像を提供することと、
前記二次元パターンの画像を評価して、前記測定されるべき表面の振動に関する情報を含む評価結果を得ることと
を含む方法。
【請求項２１】
振動解析方法であって、
測定されるべき表面の二次元パターンを捕捉することと、
前記二次元パターンの捕捉画像を提供することと、
前記二次元パターンの画像を評価して、前記測定されるべき表面の振動に関する情報を含む評価結果を得ることと
を含む方法。
【請求項２２】
プログラムがコンピュータ上で実行されると、請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定されるべき表面の振動を解析するためのデバイス、振動解析方法、およびコンピュータプログラムに関する。本発明は、さらに、回転機械のパターンベースの光学振動解析のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械の状態を監視しかつ欠陥を検出するためのこれまでの診断は、回転部自体の構造に由来する音の捕捉、および／または、カバーなどの機械本体、締結具もしくはビルドアップの振動の捕捉、および対応する評価を基礎としている。
【０００３】
振動は、通常、機械の表面から、圧電トランスデューサなどの機械電気的トランスデューサ、またはフォトダイオードやカメラなどの光学的トランスデューサによって直に、または非接触式に捕捉される。場合によっては、レーザも、構造体由来の音の非接触捕捉用に、たとえば、レーザマイクロフォン、レーザドップラ、またはレーザ干渉計などにおいて使用される。特に、多くの機械アプリケーション分野で攻撃的ガス、液体、放射性環境および／または他の危険なアプリケーションが関わることを理由に、非接触的な振動解析が振動測定の唯一の代替手段となる場合、使用し得るものは、光学的（可視、赤外および／または紫外線）で部分的に放射性である（レーダまたはマイクロ波など）ソースまたは方法以外にないと思われる。測定されるべき距離がマイクロメートル単位であり、かつ／または発生し得る速度が毎秒ミリメートル単位であり、かつ／または発生し得る加速度がメートル毎秒毎秒単位であって、測定感度範囲が低いことから、直接的な測定は、ほぼ不可能である。したがって、こうした低い測定値をともかく捕捉できるように、光学的方法、たとえばレーザ干渉法またはレーザドップラによって二次的な測定量が使用される。超高感度の測定技術に対する必要性は、ガスタービンの大きさが最大１０ｍにも達し得る、という現実的な比較から生じる。カバーまたはその本体の振動範囲は、数マイクロメートルである。光学的な測定捕捉の場合、これは、所望される測定量（振動変位）が基本機器より１０７倍小さいことを意味する。こうした状況下では、いかなる範囲であっても直接的な測定技術は不可能であり、よって、ドップラ周波数または干渉縞の数などの補助量が必要である。
【０００４】
これまで使用されてきた光学的装置および方法の機能原理は、長期的に知られており、かつ十分に証明されている。しかしながら、これらは、極めて複雑でもあり、よって費用集約的である。こうした条件下では、大量使用は現実的でなく、機械の状態の恒久的制御さえもほぼ正当化できず、せいぜい、周期的な、ただし不連続な監視が行われる。
【０００５】
したがって、コンポーネントの単純な非接触振動解析の概念が望ましいものとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、回転コンポーネントの単純かつロバストな振動解析を可能にする概念を作り出すことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。
【０００８】
ある実施形態によれば、振動解析用デバイスは、測定されるべき表面からパターンを捕捉して、パターンの捕捉画像を提供するように構成される捕捉手段を備える。本デバイスは、さらに、捕捉画像を参照画像と比較することにより、捕捉画像を評価して、測定されるべき表面の振動に関する情報を含む評価結果を得るように構成される評価手段を備える。これは、捕捉画像と参照画像との比較により、画像の変化のみが、振動に関する情報を得るために用いられ、よって迅速かつロバストな評価が可能にされるという点で、有利である。同時に、画像を捕捉するために、画像センサなどの単純なセンサが使用されてもよい。
【０００９】
ある実施形態によれば、評価手段は、相互相関に基づいて、捕捉画像と参照画像との比較を実行するように構成される。これは、相互相関が画像と参照画像との間の数学的に単純な比較を可能にし、よって振動に関する情報の取得にほんの少しの計算能力で足りるという点で、有利である。
【００１０】
ある実施形態によれば、捕捉手段は、パターンの多数の画像を多数の反復において捕捉して、多数の画像を提供するように構成される。画像は、第２の反復において捕捉される多数の画像のうちの第２の画像であり、参照画像は、先行する第１の反復において捕捉された多数の画像のうちの第１の画像である。評価手段は、第１の画像を第２の画像と比較して、測定されるべき表面の第１の画像と第２の画像との間の変位（シフト）に関する第１の情報を取得し、かつ、第２の画像を、第２の反復に続く第３の反復において捕捉される第３の画像と比較して、測定されるべき表面の第２の画像と第３の画像との間の変位に関する第２の情報を取得するように構成される。振動に関する情報は、変位に関する第１の情報と、変位に関する第２の情報とを含む。これは、画像を捕捉する反復ごとに、測定されるべき表面の変位情報がその反復内で連続的に取得され得、これが振動に関する情報に集約され得る点で、有利である。これは、幾つかの変位情報を経時的に集約することにより、振動に関する情報が取得され得ることを意味する。
【００１１】
ある実施形態によれば、評価手段は、画像と参照画像との相互相関を実行して相関結果を提供するように構成される相関器を有すべく構成される。評価手段は、相互相関の最大値を決定するように構成されるピーク検出器をさらに備える。評価手段は、最大値に基づいて、振動に関する情報を少なくとも部分的に形成する振動距離を決定するように構成される信号プロセッサを備える。相関の最大値は、測定されるべき表面の、ある時間周期における参照画像の捕捉と画像の捕捉との間の変位に関する情報を提供し得る。したがって、時間軸と相関する軸上の最大値の偏りを評価することにより、振動距離を決定することが可能であり、これは、さらなる時間的考察を介して、たとえば時間の大きさまで、加速度の大きさまでの距離の二重積分によって、異なる情報値に変換されてもよい。
【００１２】
ある実施形態によれば、捕捉手段は、画像センサを備えるように構成され、評価手段は、画像センサ上のパターン変位の評価に基づいて評価結果を提供するように構成される。これは、画像センサ上の変位がほんの僅かな計算労力で捕捉され得、延ては、振動に関する情報がほんの僅かな計算労力で提供され得、よって、高い測定頻度および／または低電力の計算コンポーネントの双方を使用し得る点で、有利である。
【００１３】
ある実施形態によれば、画像センサの平面内のパターンは、画像センサの第１のセンサ方向および第２のセンサ方向に沿った投影により、パターンの有する拡張部が画像センサのそれより大きくなるように設計され、これは、パターンが画像センサを広い領域に渡ってカバーし得ること、または完全にカバーし得ることを意味する。これは、パターンの画像センサ上への投影を高い確度で想定し得ること、かつ、パターンのロケーションを認識するための対応する検出ステップを省略し得、よってデバイスを高い反復率で動作させ得ることにおいて、有利である。
【００１４】
ある実施形態によれば、パターンは、隣合わせに配置される多数の縞または同心リングを含む二次元パターンである。多数の縞またはリングは、少なくとも第１および第２の輝度強度を有する。これは、二次元パターンが、少なくとも測定領域において、測定されるべき表面の広い領域をカバーし得、同時に、パターン変位の簡単な評価を決定し得るという点で、有利である。
【００１５】
ある実施形態によれば、多数の縞またはリングは、多数の輝度強度を含む。これは、測定精度が高いという点で、有利である。
【００１６】
ある実施形態によれば、多数の輝度強度は、二次元パターン内に非周期的な順序で配置される。その利点は、非周期的な順序に基づき、たとえば、ｓｉｎｃ関数を用いることによって、画像間の任意の変位が捕捉され得ることから、参照画像に対する画像変位のロバストな評価が可能であり、よって、評価に影響し得る画像内の周期性が回避されることにある。
【００１７】
ある実施形態によれば、デバイスは、測定されるべき表面をその湾曲領域内で測定するように構成される。これは、回転部についての測定結果も直に取得し得、よって、間接的コンポーネントの捕捉に起因する精度損失が回避されるという点で、有利である。これは、二次元パターンを用いることにより、特に有利な組合せで達成され得、これにより、たとえば、不良な測定結果に繋がりかねない、曲面に基づくドットパターンの過度の散乱が回避される。
【００１８】
ある実施形態によれば、デバイスは、測定されるべき表面に向かってパターンを放射するように構成される光信号源を備える。しかしながら、代替実施例によれば、パターンは、測定されるべき表面へ直に、たとえば、ステッカまたは印刷プロセスによって貼付されてもよく、光信号源は、測定されるべき表面を用意することなく、または、これを変更することなくあらゆる表面の測定を可能にする。
【００１９】
ある実施形態によれば、光信号源がパターンをそれに沿って送信するように構成される送信方向、および捕捉手段がパターンをそれから受信するように構成される受信方向は、±１５゜の許容差範囲内で互いに垂直に配置される。測定されるべき表面の高い曲率が引き起こすパターン反射障害は、無視できる程度のものであること、したがって、大きい曲率を示す測定されるべき表面も測定され得ることは、有利である。
【００２０】
ある実施形態によれば、捕捉手段は、パターンの多数の画像を少なくとも４０ｋＨｚの周波数で捕捉するように構成され、評価手段は、少なくとも２０ｋＨｚの周波数を示す振動に関する情報を含むようにして、評価結果を提供するように構成される。これについての利点は、音響範囲内にある、測定されるべき表面の振動、または測定されるべき表面における振動を捕捉し得ることにある。
【００２１】
ある実施形態によれば、評価手段は、測定されるべき表面の振動に関する情報を、その情報が、測定されるべき表面（１６）の振動のパワースペクトルの指標、および／または測定されるべき表面（１６）の振動の次数スペクトルの指標、および／またはスペクトルの経時的変化の指標、および／またはスペクトルのロケーション変化、および／または振動値の外挿、および／または振動もしくは振動から導出される値のしきい値との比較結果を含むような方法で提供するように構成される。これは、適切な前処理によって高度な細分割による振動解析が可能にされるという点で、有利である。
【００２２】
ある実施形態によれば、振動解析用デバイスは、測定されるべき表面から、先に述べた実施形態に従って形成される二次元パターンなどの二次元パターンを捕捉して、二次元パターンの捕捉画像を提供するように構成される捕捉手段を備える。本デバイスは、二次元パターンの画像を評価して、測定されるべき表面の振動に関する情報を含む評価結果を得るように構成される評価手段を備える。これは、二次元パターンを用いることにより、測定されるべき表面が、たとえばボールベアリングの場合がそうであるように湾曲していても、極めてロバストな評価が得られ得るという点で、有利である。
【００２３】
ある実施形態によれば、評価手段は、捕捉画像を参照画像と比較することによって評価結果を得るように構成され、この評価結果は、測定されるべき表面の振動に関する情報を含む。これは、ロバストな結果が少ない計算労力で得られ得るという点で、有利である。
【００２４】
ある実施形態によれば、振動解析方法は、測定されるべき表面からパターンを捕捉することを含む。本方法は、さらに、パターンの捕捉画像を提供することを含む。本方法は、捕捉画像を参照画像と比較することによって、捕捉画像を評価し、評価結果が測定されるべき表面の振動に関する情報を含むように評価結果を得ることとを含む。
【００２５】
ある実施形態によれば、振動解析方法は、測定されるべき表面の二次元パターンを捕捉することと、二次元パターンの捕捉画像を提供することと、二次元パターンの画像を評価して、測定されるべき表面の振動に関する情報を含む評価結果を得ることとを含む。
【００２６】
さらなる実施形態は、記述している方法を実行するためのコンピュータプログラムに関連している。
【００２７】
さらなる有利な実施形態は、さらなる従属請求項に記載される。
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ある実施形態による、振動解析用デバイスを示す略ブロック図である。
【図２ａ】ある実施形態による、評価手段の動作モードを説明するための略グラフである。
【図２ｂ】ある実施形態による、捕捉手段の使用により走査されることに基づいて１つの曲線が離散値に変換されるグラフの略図である。
【図２ｃ】ある実施形態による、連続する個々の画像間の比較が実行されているグラフの略図である。
【図３】さらなる実施形態による、振動測定デバイスを示す略ブロック図である。
【図４ａ】ある実施形態による、画像センサ上の捕捉された２つのパターン間の比較を示す略図である。
【図４ｂ】ある実施形態による、評価結果を示す略図である。
【図４ｃ】ある実施形態による、図４ｂのグラフの中央領域を示す簡略図である。
【図４ｄ】ある実施形態による、測定されるべき表面の振動と、パターンの投影ならびにカメラによる捕捉との間の機能的関係を示す略図である。
【図５】さらなる実施形態による、振動解析用デバイスを示す略ブロック図であり、デバイスは、画像メモリを備える。
【図６ａ】ある実施形態による、縞パターンを示す略図である。
【図６ｂ】図６ａのパターンの画像センサの略斜視図である。
【図６ｃ】さらなる実施形態による、縞パターンの強度分布を示す略図であり、個々の縞は、異なる強度を有し得る。
【図６ｄ】図６ｃの縞パターンの略斜視図である。
【図６ｅ】図６ｃの縞パターンの略上面図であり、画像方向に沿った多数の輝度強度が明らかになっている。
【図６ｆ】ある実施形態による、リングパターンを示す略上面図である。
【図６ｇ】ある実施形態による、リングパターンの強度分布を示す略斜視図であり、個々のリングの強度は、ｓｉｎｃ関数に従って配置されている。
【図６ｈ】図６ｇのリングパターンの平面への投影を示す略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図面に基づいて本発明の以下の実施形態を詳述する前に、異なる図面において、同じ機能または効果を有する同一のエレメント、オブジェクトおよび／または構造体には、同じ参照符号が付され、よって、異なる実施形態において行われるこれらのエレメントの説明は、入れ替え可能であり、または相互に当てはまることを指摘しておく。
【００３１】
以下で説明する実施形態のうちの一部は、一次元または二次元のパターンに関連している。本明細書に記述する実施形態に関して、一次元パターンは、たとえば一線に沿って、具体的には直線に沿って配置される少なくとも１つの点、ただし多数の点をも有するパターンであると理解される。単一の点の使用は、ゼロ次元パターンとしても理解され得るが、これは、便宜上、一次元パターンとされる。しかしながら、二次元パターンは、測定されるべき表面上および／または捕捉画像センサ上の２方向に沿って関連する拡張部を有するパターンである。これには、たとえば、少なくとも１つの縞、ただし好ましくは、隣合わせに配置される複数の、特に好ましくは多数の縞を有する縞パターンが含まれる。縞は、各々、第１のパターン方向または画像方向に沿って延びる。幾つかの縞は、第２の、おそらくは垂直に配置された方向に沿って並んで配置されてもよく、よって、これらの縞は、合わせて二次元パターンを形成する。この教示を制限することなく、２方向に沿って延びる他のパターンも、二次元パターンであるとされる。たとえば、少なくとも１つの多角形、少なくとも１つの楕円、具体的には円、または異なる半径または直径を有する少なくとも２つの、好ましくはそれより多い数の同心楕円または円を含むパターン。この場合、隣接するリングは、異なる輝度強度を有し得、よって、共通の内部領域または中心点を始点に、異なる輝度強度が任意の方向に沿って伝わる。
【００３２】
図１は、ある実施形態による、振動解析用デバイス１０の略ブロック図を示している。デバイス１０は、測定されるべき表面１６からパターン１４を捕捉してパターン１４の捕捉画像１８を提供するように構成される、捕捉手段１２を備える。この目的のために、捕捉手段１２は、たとえば、測定されるべき表面１６の少なくとも一部を捕捉するように構成される画像センサを備えてもよい。画像センサは、センサ上の画像の存在および／または変位を捕捉し得る任意の画像センサ、たとえば、ラインスキャンカメラのセンサまたは相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサなどの二次元センサであってもよい。
【００３３】
好ましくは、測定されるべき表面１６の一部は、捕捉手段１２によって捕捉され、この場合、パターン１４は、全測定に渡って配置されており、よって、測定の間の捕捉手段１２の再調整が省略され得る。測定されるべき表面は、揺動、変位または振動について調査されるべき任意の表面であってもよい。本明細書に記述している実施形態は、回転する面に特に適し、よってたとえば、測定されるべき表面は、ボールベアリングの表面であってもよい。しかしながら、機能性を限定することなく、並進式または固定式に取り付けられた表面も測定され得る。
【００３４】
たとえば、捕捉画像１８は、パターン１４が捕捉画像１８内に特有の位置を有するように形成される。たとえば、パターン１４が単一のドットである場合、画像１８内のパターン１４の位置は、画像センサ上でドットの空間的拡大となり得る。しかしながら、他の実施形態によれば、測定されるべき表面から捕捉される、画像センサのロケーションにおけるパターン１６が、画像センサ自体よりも大きいこと、および画像センサがパターンの一部しか捕捉しないことも可能である。これらの実施形態において、画像センサ上のパターンのロケーションは、パターンの参照セクションの位置、たとえば、画像センサ上および／または画像１８内の特別なバーまたはリングを指す。
【００３５】
デバイス１０は、さらに、捕捉画像１８を参照画像２４と比較することにより、捕捉画像１８を評価して、測定されるべき表面１６の振動に関する情報を有する評価結果２６を得るように構成される評価手段２２を備える。評価結果２６は、捕捉画像１８と参照画像２４との比較に基づくものであることから、参照画像２４と捕捉画像１８との間のパターン１４の変位のみを決定すれば足り得る。したがって、画像１８および画像２４におけるパターン１４の正確なロケーションの解析は、行われ得るものの、これは、パターン１４の変位が直接的な比較により、たとえば相互相関の使用によって既に決定されている場合があるという理由で、必要ない。これは、画像におけるパターン１４の変位の単純でしかも正確な決定を可能にし、これにより、捕捉手段１２の相対位置が一定であることで、測定されるべき表面１４の捕捉手段１２に対する変位の指標が提供され、延ては、測定されるべき表面１６の振動に関する情報が提供される。
【００３６】
参照画像２４は、たとえばデバイス１０の較正の間に得られる、かつ／または別段でパターン１４を知る際に提供される、事前に提供されかつ／または記憶された画像であってもよい。参照画像２４は、捕捉手段１２により、たとえば、多数の反復の間に捕捉された先行画像であることが好ましい。したがって、捕捉手段１２は、先行画像をその時点で捕捉する画像１８の参照画像２４として使用しながら、画像を連続的に捕捉してもよい。具体的には、評価手段が、捕捉画像１８と参照画像２４との相互相関に基づいて比較を実行するように構成される場合、反復される個々の比較は、測定されるべき表面の２つの反復間の変位に関する結果を示してもよい。これは、捕捉手段１２が、パターン１４の多数の画像を多数の反復においてで捕捉して、多数の画像を提供するように調整され得ることを意味する。捕捉画像１８は、比較を目的とする、第２の反復において捕捉される多数の画像のうちの後続の第２の画像であってもよい。参照画像２４は、前記捕捉画像１８に最初に関連する画像であり得、すなわち、先行する第１の反復において捕捉された先行する捕捉画像であってもよい。これは、直前の反復であってもよい。これが好ましい実装ではあるが、それ以前の反復が比較目的で使用されることもある。評価手段２２は、評価結果２６において、適宜、時間間隔および／または幾つかの中間的反復を考慮に入れるように構成されてもよい。
【００３７】
評価手段２２は、第１の画像を第２の画像と比較して、測定されるべき表面の第１の画像と第２の画像との間の変位に関する第１の情報を得て、かつ、第２の画像を、第２の反復に続く第３の反復において捕捉される第３の画像と比較して、測定されるべき表面１６の第２の画像と第３の画像との間の変位に関する第２の情報を得るように構成される。測定されるべき表面１６の振動に関する情報２８は、変位に関する第１の情報および変位に関する第２の情報を含んでもよく、すなわち、一連の評価結果２６により、振動に関する情報２８には、測定されるべき表面１６の振動の振動発達が表示されてもよい。
【００３８】
図２ａは、ある実施形態による、評価手段２２の動作モードを説明するための略グラフを示す。グラフの横軸は、時間ｔを示し、縦軸は、時間ｔの関数としての経路ｘを示し、たとえば、測定されるべき表面１６の参照位置に対する距離を示す。これは、離散値３４ｉが、捕捉時の捕捉手段１２の画像センサ上のパターン１４の位置ｘ［ｔ］を示すことを意味する。
【００３９】
参照位置は、たとえば、振動のない状態における測定されるべき表面１６のロケーションであってもよい。たとえば、曲線３２は、画像センサ上のパターン１４の位置を示す。前記位置は、測定されるべき表面１６のロケーションおよび／または方向性と捕捉手段１２のロケーションおよび／または方向性との幾何学的関係／位置を介して、測定されるべき表面のロケーションに転送されてもよい。これは、捕捉手段１２が、測定されるべき表面１６の位置を、画像センサ上のパターンの位置に基づいて、かつ／またはその変位に基づいて決定するように構成され得ることを意味する。
【００４０】
したがって、曲線３２は、例示として、時間ｔに渡る測定されるべき表面１６のロケーションの変化の関数を示し、すなわち、曲線３２は、例示として、測定されるべき表面１６の振動を記述している。捕捉手段１２は、たとえば、所定の時間に、測定されるべき表面１６を撮ったｉ＝１，．．．，Ｎ枚の写真を提供するように、すなわち、捕捉画像１８を提供するように構成される。連続する２枚の写真撮影の間には、時間周期Δｔが配置されてもよく、すなわち、捕捉プロセスの反復の時間周期は、Δｔであってもよい。たとえば、捕捉手段１２は、１秒当たり少なくとも１，０００（１ｋＨｚ）、少なくとも１０，０００（１０ｋＨｚ）、少なくとも２０，０００（２０ｋＨｚ）、少なくとも４０，０００（４０ｋＨｚ）枚以上、たとえば少なくとも５０，０００（ｋＨｚ）枚の撮影写真を提供するように調整されてもよく、すなわち、時間Δｔは、たとえば、１／１，０００、１／１０，０００、１／２０，０００、１／４０，０００または１／５０，０００秒であってもよい。ナイキスト基準によれば、これにより、最大周波数５００Ｈｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚまたは２５ｋＨｚの振動解析が可能となる。これは、評価手段が、測定されるべき表面によって実行されかつ少なくとも２０ｋＨｚの周波数を有する振動に関する情報を含むようにして、評価結果を提供するように構成され得ることを意味する。
【００４１】
図２ｂは、アナログ曲線３２が捕捉手段１２による走査に基づいて離散値ｘ［ｉ］に変換されるグラフの略図を示している。
【００４２】
図２ｃは、ロケーションの変化Δｘを得るために、たとえば図２ｂのロケーションの変化ｘ［ｉ］を評価することによって連続する個々の画像間の比較が行われているグラフの略図を示している。これは、たとえば、相互相関を用いて得られてもよく、相互相関は、評価手段２２によって実行されてもよい。しかしながら、画像の比較には、他の代替方法が使用されてもよい。点３６１〜３６４は、たとえば、先行する反復と比較したロケーションｘの変化を示すことができる。変位Δｘは、情報２８の一部であり得、よって、捕捉手段１２の画像センサ上のパターンが２つのビュー画像間でどれだけ変化しているかを示し得る。２枚の写真間のピックアップ速度または時間Δｔ、および測定されるべき表面１６と捕捉手段１２との幾何学的関係が分かれば、測定されるべき表面１６によってカバーされる距離を推論することが可能である。このことから、他の写真を用いた場合、２つの記録の間の経過時間のみが可変であって、適宜考慮され得るものであるという理由で、２枚の連続して撮影された写真を用いて比較することは、達成される時間分解能が低下するにしても有利である、ということにもなるが、必然ではない。
【００４３】
こうして得られる情報は、変形されかつ／または変換もされ得る。たとえば、移動距離に関する情報は、時間積分に基づいて加速度情報に、かつ／または、時間微分によってこの逆に、変換されてもよい。さらなる、たとえば、加速度信号への変換も、評価手段によって実行されてもよい。このような情報も、振動解析にとっての関心対象であり得る。
【００４４】
図３は、ある実施形態による、振動測定のためのデバイス３０の略ブロック図を示している。デバイス３０は、測定されるべき表面１６の方向へパターンを放射するように構成される光信号源３８を有してもよい。測定されるべき表面１６は、方向ｗに沿って、たとえば揺動または振動に基づいて可変的に位置合わせされてもよい。実線は、第１の時点における方向ｗに沿った測定されるべき表面１６のロケーションを示し、破線は、たとえば第１の時点に続く第２の時点における測定されるべき表面１６のロケーションを示す。
【００４５】
図１のパターン１４が使用される場合もあるが、信号源３８は、たとえば、測定されるべき表面１６で反射または散乱されるバーパターン１４’１を放射するように構成され、よって、反射または散乱されたパターン１４１は、捕捉手段１２により、たとえば捕捉手段１２の画像センサ４２によって、捕捉されてもよい。したがって、パターン１４１は、放射されるパターン１４’１に基づくものであり得、よって、反射もしくは散乱、または測定されるべき表面１６の表面特性によって散乱され、圧潰され、または歪められ得、延ては、測定されるべき表面１６によって反射され、散乱され、または別段で変更されるパターン１４’１に対応し得る。本明細書に記述する実施形態の場合、パターン１４１は、直に外へ発せられる場合もあり、これは、測定されるべき表面１６上で得られるものが無関係な歪みのみであることを意味するものと理解され得る。
【００４６】
２つの時点間または２つのロケーションｗ１およびｗ２間を測定されるべき表面１６が移動する経路Δｗは、画像センサ４２上で、第１の画像方向、たとえばｘ方向に沿ったパターン１４１の変位Δｘとなり得る。対応するデバイス寸法、たとえば、光信号源３８と捕捉手段１２との距離４４、ならびに／あるいは、いくらか振動のない状態における、光信号源３８と測定されるべき表面１６との距離４６、ならびに／あるいは光信号源３８および／もしくは捕捉手段１２の互いに対する、かつ／または測定されるべき表面１６に対する角度配向、あるいは捕捉手段１２と測定されるべき表面１６との距離などの他の幾何学的パラメータが分かれば、経路変位Δｘは、測定されるべき表面１６の振動または揺動振幅の指標を提供し得る経路変位Δｗに変換され得る。ある実施形態によれば、光信号源３８と捕捉手段１２との間の位置合わせは、パターン１４または１４’１が沿って送信される送信方向４８、および捕捉手段１２がパターン１４１を受信するように構成される受信方向５２が、互いに対して垂直に、±１５゜、±１０゜または±５゜の許容範囲内で配置されるように、すなわち互いに対して９０゜の角度を有するように、選択される。
【００４７】
光信号源を用いる代わりに、パターン１４または１４１は、測定されるべき表面１６上に、違う方法で、たとえば彫刻、印刷プロセス、または対応するステッカの貼り付けによって、配置される場合もあり、他の、またはさらなるプロセスも考えられる。これにより、様々で可変的である高い表面の測定をまずこれらの表面に対応するパターンを供給することなく可能にする投影が行われなくても、パターンの取得およびその評価が可能となる。
【００４８】
言い換えれば、本発明の実施形態は、静止部または回転部の、および／または振動機械の構造由来の音を、光学的パターンによって測定することを可能にする。この目的のために、画像パターン１４’１は、光源３８から振動面１６上へ、放射方向４８に沿って振動面１６へ至る対応するビーム（光束）５４１を介して投影される。反射パターン１４１は、測定されるべき表面１６のロケーションに依存してビーム５４２または５４３に沿って、かつ受信方向５２に沿ってカメラ１２に到達し、ここで捕捉され得る。反射面１６が振動の結果として位置ｗ１から位置ｗ２へシフトする場合、カメラ１２内のパターン１４１もシフトし、この場合のパターンは、ビームまたは光束５４３に沿って伝達される。時点間およびカメラ画像内のパターン１４１の変位は、信号処理によって捕捉されてもよい。
【００４９】
動作原理は、既知の（画定された）画像パターンの変位の評価を基礎とする。したがって、単色光は、不要であり、高価な光学系も不要である。カメラ上のパターン間の距離Δｘは、直接測定され得、かつ測定セットアップの既知の寸法を使用すれば、振動経路Δｗまたは速度、ならびに加速度との関連で直に逆算され得る。プロセス全体は、数キロヘルツの時間領域で実装され、よって、干渉またはドップラに使用されるような超高速技術は不要である。この原理によれば、遷移時間差の超高感度な測定（干渉法）、または光（ドップラ法）と比較した超低速の移動速度に固有の問題点は、サブマイクロメートル範囲の差分長さの測定が問題とならない長さ測定（ピクセルまたはサブピクセル）の領域に置換される。信号解析の観点からすると、この原理は、実際の差形成によって、測定信号の極めて強力な−ただし無用な−直接成分（光速）を排除する。
【００５０】
カメラ信号は、画像および信号処理方法を用いて、２つ（または２つ以上）の既知の幾何学的パターンの存在について調べられてもよい。測定されるべき表面の振動経路または振動速度は、反射角度を考慮しながら、カメラチップ上で決定される経路差から直に得られる。測定原理は、光源３８が所与のパターンを投影するという事実を参照する。放出ビーム５４１は、調査されるべき機械の表面へ方向づけられる。ｗ１およびｗ２は、測定されるべき表面１６の異なる位置を示す。異なる位置は、反射ビーム５４２および５４３の、表面１６の個々の位置からの異なるロケーションを生じさせる。カメラ１２は、表面投影の予め規定された反射パターンを受信し、よって、異なる位置からの異なるパターンは、ビーム５４２および５４３を介して受信される。
【００５１】
別段では何桁も（１０１２．．．１０１４）強力である静的信号（光速）から動的変化（振動）を抽出しようとする既存の光または放射線ベースの振動解析方法に比べて、実施形態は、求める動的差分（パターン変位）を、無用な静的成分なしに直接測定できるソリューションを提供する。方法論的新規さは、これまで、動的な信号成分が超高度な静的成分により、多大な技術的努力で検索されたことに対し、実施形態によって、静的成分が省略される、または全く捕捉もされないことにある。方法論的観点からすると、これは、測定信号または測定画像のセンタリングを表す。技術的観点からすると、実施形態によるこのアプローチは、既知の概念を凌ぐかなりの利点を有する。本実施形態の実装に必要な多数のコンポーネントは、自由に入手可能であって、比較的安く、よって、こうしたシステムは、コストおよび投入される技術的努力の点で、たとえばレーザ振動計より安価であり得る。
【００５２】
図４ａは、画像センサ上、たとえば図３の画像センサ４２上の２つの捕捉されたパターンの比較の略図を示している。画像センサは、たとえば、ラインスキャンカメラであってもよい。横軸は、画像方向ｘを表し得、縦軸は、個々の画像部分またはピクセルの強度を表す。明領域と暗領域との間で変化するバイナリ・バー・パターンに従って、強度Ｉは、最小値Ｉｍｉｎと最大値Ｉｍａｘとの間で変化し得、かつバーパターンに従って画像センサ上へ表示され得るが、これは、反射面１６によって歪められ得る。たとえば、図４ａにおける実線は、測定されるべき表面１６がロケーションｗ１に位置決めされる場合の第１の捕捉画像１８１を表し、よって、この線は、１８１（ｗ１）で示される。たとえば、点線１８２（ｗ２）は、測定されるべき表面１６からのパターン１４１がロケーションｗ２に位置決めされる場合に得られる捕捉画像を表す。画像センサ上では、２つの画像１８１（ｗ１）および１８２（ｗ２）が距離Δｘだけ変位される。
【００５３】
言い換えれば、図４ａは、たとえば２５ｍｍのラインセンサ長さを有するラインスキャンカメラによってピックアップされた歪んだパターンを示す。たとえば、レベル０（Ｉｍｉｎ）は、黒に対応し、レベル１（Ｉｍａｘ）は、白に対応する。変位の表現（実線が第１の振動位置ｗ１用、破線が第２の振動位置ｗ２用）に起因して、パターンの輪郭のみが示されている。
【００５４】
図４ｂは、たとえば図４ａの２つの画像１８１（ｗ１）および１８２（ｗ２）の相互相関を用いて得られ得る評価結果２６の略図を示している。これは、図４ｂが、測定されるべき表面１６が振動される際の２つのカメラ画像間の相互相関関数の結果を示していることを意味する。
【００５５】
図４ｃは、図４ｂのグラフの中央領域の簡略図を示している。図４ｂの相互相関関数の最大値５６は、ゼロ点から値Δｘだけ変位している。この値は、図４ａの２曲線におけるパターンの変位量として識別されてもよい。
【００５６】
図４ｄは、測定されるべき表面の振動と、パターンの投影およびカメラによるその捕捉との間の機能的関係の略図を示している。パターンは、測定されるべき表面のおそらくは曲面上へ、たとえば単純な縞パターンとして投影される。カメラにより受信されかつ縦軸に表示されるパターンは、図４ａに示すように、測定されるべき表面の異なる位置、すなわち異なる反射面によって歪められる。図４ｄには、パターン投影およびカメラ平面が互いに垂直である、単純な手段で得られ得る状況が示されている。振動面の主方向、すなわち方向ｗ、は、座標の二等分線上にあり得、すなわち、光信号源３８および捕捉手段１２はいずれも、各々振動面に対して４５゜の角度を有してもよい。この場合、レーザ三角測量法との明らかな違いも見られ得る。すなわち、レーザ三角測量では、レーザが、振動方向ｗの軸上に存在する、たとえば測定されるべき表面１６内の端点５８で表される曲率が強いロケーションを標的とする場合、測定結果は、散乱されることになり、またはその結果、統計的に信頼できないものとなる。本明細書に記述する実施形態では、このような損失が回避される。
【００５７】
言い換えれば、かつ図４ａ〜図４ｃを再度参照すると、図４ａ〜図４ｄによる実施形態は、この原理を明確に提示すべく可能な限り単純化されている。このコンテキストで、以下のような仮定を行った。図４ｄによれば、カメラ平面とパターン（ドットパターン、縞パターン、エリアパターン）の投影面とは、互いに垂直である。さらに、振動面１６の主たる動きは、カメラ平面のパターン投影平面間の二等分線上に位置決めされ、表面の振動方向に対応する軸ｗによって表される。さらに、投影関数、すなわち表面関数は、既知であるものとされ、よって解析的に調べられてもよい。この特定の事例では、正確に角度の二等分線上で出合う２つの線形依存性が存在する。以下、その数学的原理を説明する。
【００５８】
投影パターンに関わらず、座標Ｖは、まず、カメラ平面ｘ内へ振動面の関数として投影される。この特定の事例では、下記の投影方程式が当てはまる。
ｘ［０：Ｖ／２］＝１．５×Ｖ１．２−０．５Ｖ
ｘ［Ｖ／２：Ｖ］＝Ｖ１．２−Ｖ
【００５９】
上側のスケーリング演算を用いて、カメラ平面内の指数が計算された。この演算の後、カメラ平面上へ投影パターン、たとえばラインパターンが投影される。
【００６０】
図４ａは、屈曲上へ投影された後に作成される２つのカメラパターンを示しているが、概して、こうした反射パターンは、非線形または不規則でもあり得ることは、留意されるべきである。このコンテキストでは、２つの変位されたカメラパターン間の相互相関関数（ＣＣＦ）は、曲面とは無関係に振動面の変位を検出し得ることが考えられ得、好ましい実施形態によってこれが使用される理由がここにある。たとえば、ラインスキャンカメラが使用される場合、変位された投影のスカラ積を変位の関数として計算すると、考慮される２つのカメラ画像間のパターン変位を画像センサ上にそのまま示す結果が生じ得る。これらの投影は、音響学的なサンプリングサイクル（最大約５０ｋＨｚ）で捕捉され得ることから、振動の時間的経過が測定され得るが、現在までこれは、レーザ三角法では実行が困難であり、もしくは不可能でもあった。
【００６１】
図４ｂは、図４ａの変位したカメラ画像の完全な相互相関関数（ＣＣＦ）を示している。図４ｃは、ＣＣＦの中央領域を拡大したものを示している。ＣＣＦの最大値は、変位Δｘ、たとえば−４３μｍ、にある。必要であれば、この変位は、図４ｄにおける実際の振動長さ、ｗ２−ｗ１に変換されてもよい。このために、たとえば、先に述べたような投影方程式が使用されてもよい。これは、評価手段が、調査されるべき表面を記述する投影方程式を使用しながら、画像センサ上のパターン経路の変位を、測定されるべき表面の位置または振動の変化へと変換するように構成され得ることを意味する。
【００６２】
図５は、ある実施形態による、振動解析用デバイス５０の略ブロック図を示している。デバイス５０は、光信号源３８１、たとえばパターンプロジェクタ６４に結合させたパターン発生器６２を有する光信号源３８を備え、光信号源３８１は、測定されるべき表面１６へパターンを投影するように構成される。パターン発生器は、たとえば、投影されるべき画像をパターンプロジェクタへ提供する画像発生器であってもよい。あるいは、光信号源は、プロジェクタがおそらくは平坦な画像を、たとえば純粋な照明によって提供するように、かつパターン発生器がプロジェクタから表面に向けた照明を受け入れ、続いてパターンを照明信号に、たとえば適切な光学フィルタによって挿入するような方法で構成される場合もある。これは、発生器６２およびプロジェクタ６４の順序が交換される場合もあることを意味する。あるいは、発生器６２およびプロジェクタ６４が１つの機能ブロックに組み合わされる光信号源が使用されてもよい。
【００６３】
デバイス５０は、たとえばラインスキャンカメラまたはエリアスキャンカメラの形態の捕捉手段１２も含む。捕捉手段は、画像１８を逐次かつ数回の反復で繰り返し提供するように構成される。デバイス５０は、たとえば評価手段２２である評価手段２２１を備える。評価手段２２１は、多数の画像１８を記憶するように構成される画像メモリ６６を備える。あるいは、画像メモリ６６は、評価手段２２１がその時点で外部にある画像メモリ６６にアクセスして画像１８を取得し得るように、捕捉手段１２の一部であってもよい。
【００６４】
評価手段２２１は、画像メモリ６６から画像１８を受信しかつこれらを互いに比較するように構成される相関器６８を備え、相関器６８は、好ましくは、連続する２つの画像１８を相互相関関数によって互いに比較する。相関器６８は、相関結果７２、たとえば図４ｂに示す評価結果２６を提供するように構成される。しかしながら、評価結果または相関結果７２をさらに処理することも可能である。このために、評価手段２２１は、図４ｃに関連して説明したように、相互相関の、すなわち相関結果７２における、局所的または好ましくは全体的な最大値を決定するように構成されるピーク検出器７４を有する。これは、ピーク検出器７４が最大値５６を決定するように構成され得ることを意味する。したがって、ピーク検出器７４の結果７６は、最大値５６に関する情報を含んでもよい。
【００６５】
評価手段２２１は、さらに、最大値に基づいて、振動に関する情報２８を少なくとも部分的に形成する振動距離、すなわち距離Δｗを決定するように構成される信号プロセッサ７８を備えてもよい。具体的には、振動に関する情報は、振動距離Δｗに関して取得される複数の、または多数の情報から得られてもよい。
【００６６】
以下、好ましい実施形態をパターン１４に関連して説明する。
【００６７】
図６ａは、パターン１４または１４’として知られる、広範な縞８４１〜８４Ｎを有する縞パターン８２１の略図を示している。パターン８２１は、二次元パターンの実装として理解されてもよい。縞パターン８２１は、たとえば、最小強度（論理０）の縞、たとえば縞８４１および／または８４３と、最大強度（論理１）の縞、たとえばバー８４２および／または８４４とが交互して配置されるバイナリ縞パターンとして形成されてもよい。バー８４１〜８４Ｎは、互いに垂直である２つのパターン方向８６および８８に沿って、類似のバー８４１、８４３間または８４２、８４４間で、同一の、または異なる寸法を有してもよく、ここで、同一の寸法は、反射面によるパターンの歪みが予測されるという理由で、単純な実装のために選択される場合もある。たとえば、縞パターン８２１の歪みは、画像センサ上に図４ａの画像を得るために使用されてもよい。
【００６８】
言い換えれば、可能な限り単純な表現をする目的で、縞パターン８２１は、等間隔で広げられた縞である。その結果、実際の測定では、所定の状況下で変位後に周期性が発生し得、よって、制御されない曖昧さが発生することがあり、すなわち、縞パターン８２１は、好ましくは、たとえば縞の幅を測定レンジに適応させることにより対応する周期性が回避されるようにして、適応される。
【００６９】
図６ｂは、パターン８２１を反射する画像センサ４２の略斜視図を示している。ある実施形態によれば、内部に画像センサ４２が存在する平面９２内に位置決めされかつそれと平行に位置合わせされるパターン８２１は、パターン８２１が第１のセンサ方向沿いに、ほぼ画像方向ｘに沿ってあるサイズを有し、かつこれに垂直な第２のセンサ方向沿いに、ほぼ第２の画像方向ｙに沿って、対応する方向に沿った画像センサ４２のそれより大きい、たとえば少なくとも１．２倍大きい、少なくとも１．４倍大きい、少なくとも１．６倍大きい、または他の数、たとえば少なくとも２倍大きい、すなわち前記サイズまたは延設部の２倍である拡張部を有するような方法で構成される。これは、パターン８２１が平面９２へとｘ方向に平行に、たとえば、少なくとも１．２倍、少なくとも１．４倍、少なくとも１．６倍、もしくは少なくとも２倍大きく投影され、かつ／またはｙ方向に沿って投影されることを意味する。増加する係数は、パターンが、測定されるべき表面の振動にも関わらず、なおも画像センサに的中する確実性を高めることを可能にする。これにより、測定されるべき表面の振動にも関わらず、画像センサ４２上へ完全なパターンが常に投影されること、かつ特にパターンが投影されるロケーションの検出を省略し得ることが可能となる。
【００７０】
図６ｃは、縞パターン８２２の強度分布の略図を示しており、個々の縞８４１〜８４Ｎは、異なる強度Ｉを有し得る。これは、縞パターン８１１と比較して、バイナリパターンを得るべく強度値を２つだけ使用する代わりに、複数のまたは多数の強度値が使用され得、すなわち、白以外の値を有するバーは、黒の値またはグレーの値を有してもよく、グレー値は、多数の個々のレベルを有してもよいことを意味する。これは、検出される振動経路の精度の向上を可能にする。さらに、多数のバーは、多数の輝度強度を有し得るという趣旨のパターン８２２の設計は、ロバストな位置検出を可能にする。縞を、少なくとも直近の暗い縞同士、すなわち一方の暗い縞と直ぐ隣の暗い縞とが異なる形状になるようにして設計することにより、強い振動によって引き起こされる周期性の影響を回避することが可能である。たとえば、パターン８２１について考慮すると、個々の縞を互いに区別できないことから、変位経路が少なくとも方向８６に沿って第１の明るい縞および第１の暗い縞の拡張部をカバーする程度までパターンが変位されるかどうか、という問題が生じることがある。パターン８２２の設計によれば、少なくとも直に隣接する暗い縞同士は、これらのグレー値に基づいて互いに区別可能であり、よって、増加した周期性距離が得られ得る。
【００７１】
特に好ましい実施形態によれば、バー８４の輝度強度、少なくとも暗いバーの輝度強度は、ｓｉｎｃ関数に従って二次元パターン内に配置される。ｓｉｎｃ関数は、ｓｉｎ（ｘ）／ｘまたはｓｉｎ（π）／πｘとして定義されてもよい。
【００７２】
図６ｄは、第１のパターン方向８６および第２のパターン方向８８に沿った縞パターン８２２の略斜視図を示しており、第３の次元が個々のバーの強度で表されている。図６ｄは、多数の個々のサブパターンが第２のパターン方向８８に沿って配置される方法で示されているが、個々のバーの連続する進路は、たとえば図６ａに示すように、パターンリング８８に沿って得られることもある。
【００７３】
言い換えれば、縞パターンは、カメラチップ上の考えられる全ての変位による周期性を回避すべく明確に検索され得るようなものでもあってもよい。この目的に沿って、多数の輝度強度は、二次元パターン内に非周期的な順序で配置されてもよい。この目的に沿って、たとえば図６ｃおよび図６ｄに示すｓｉｎｃ関数は、信号解析に適し得る。信号解析の観点からすると、ｓｉｎｃ関数は、そのフーリエ変換が理想的には矩形関数に対応していて、高速かつリアルタイムの解析に特に適するという理由で、後続の信号処理にとって特に有利である。これは、評価手段２２または２２１が、パターン設計に基づいて、パターン変位をリアルタイムで決定するように構成され得ることを意味する。図６ｃに示すようなパターンは、たとえばラインスキャンカメラのチップ上、およびライン方向に沿ったその変位に関わらず、明確に識別され得る。
【００７４】
図６ａに示すような単一ラインの画像捕捉は、検査面が完全に平坦でない、または検査の途中で変形する場合に、問題となることがある。こうした場合は、平坦なまたは空間的な縞パターンが有利である。
【００７５】
図６ｅは、縞パターン８２２の略上面図を示しており、画像方向８６に沿った多数の輝度強度が明らかになっている。同時に、縞パターン８２２が第２の画像方向８８に沿って一定であるように形成され得ることが明らかになる。
【００７６】
言い換えれば、図６ａに示すような単一ラインの画像捕捉は、検査面が完全に平坦でない、または検査の途中で変形する場合に、技術的な難題となることがある。こうした場合は、たとえば、図６ｄに示すように、平坦なまたは空間的な縞パターンが使用されてもよい。図６ｄに示す縞パターンのスケッチは、エリアパターンまたは空間パターンを形成するように拡張されてもよい。原則として、エリア拡大の可能性はほぼ無限に存在する。実際のところ、これには、様々な実装が使用され得る。
【００７７】
たとえば、図６ｄに示すように、扇形の縞パターンが使用されてもよく、これは、画像方向８８に沿って幾つかの縞パターンが配置され得ることを意味する。この投影パターンは、ラインスキャンカメラを反射ビームと正確に位置合わせすることができない、または、ビームの方向が、たとえば表面の変形に起因して不安定である用途に適し得る。このファンビームを使用すれば、ラインスキャンカメラは、他の次元の振動、局所的な曲率、およびこれらに類似するものなどの機械的不確実性があるとしても、反射ビームによって確実に当てられ得る。このような投影は、利用可能な技術的手段によって実装されてもよい。明確を期して、その下に実際の明るい縞が位置決めされる縞パターンのエンベロープ、図６ｄ参照、および平面上へのそれらの投影、図６ｅ参照、を示す。
【００７８】
さらに、縞パターンを他の実装に適応させる可能性もある。
図６ｆは、互いに同心状に配置される多数のリング９６１〜９６Ｎを有するリングパターン９４１の略上面図を示している。リングパターン９４１は、第２のパターン方向８８に沿ったパターンの変位でさえも検出され得るように適応されるバーパターン８２１として理解されてもよい。具体的には、捕捉手段の画像センサは、エリアセンサとして構成されてもよく、かつ／または、画像センサに対するパターンの配向は、画像センサがラインスキャンカメラとして設計されるとしても、省略されてもよい。
【００７９】
リング９６は、円形であり得るが、異なる形状を有する場合もあり、たとえば、楕円形および／または多角形であってもよい。
【００８０】
図６ｇは、パターン方向８６および８８に沿ったリングパターン９４２の強度分布の略斜視図を示しており、個々のリング９６１〜９６Ｎの強度は、ｓｉｎｃ関数に従って配置されている。他の不等も実装され得、強度の非周期的配置および特にｓｉｎｃ関数の使用が好ましい。
【００８１】
図６ｈは、リングパターン９４２の平面への投影の略上面図を示している。
【００８２】
言い換えれば、図６ｇおよび図６ｈに示す軸対称および／または回転対称の縞パターンも使用されることがある。多くの場合、振動する調査されるべき面は、空間的に多峰性であること、すなわち、反射角度は、ラインスキャンカメラの理想的な望ましい平面だけでなく、他の空間方向へも広がり、よって時間的に一定しないことが想定され得る。この場合は、両方の次元において対称に投影される、図６ｄの縞パターンの回転対称投影がよく適する。この方法では、ラインスキャンカメラも検査領域も厳密な要件を満たす必要がないことが達成され得る。この選択肢は、本明細書に記述する実施形態のロバストな変形例である。この場合も、図６ｃ〜図６ｅの実装に比べて、投影の拡張を実装するだけでよく、なんら問題なく実行し得ることから、実装上の労力は、極めて低いままである。
【００８３】
言い換えれば、図６ｇは、図６ｃの縞パターンの空間的変形を示す。明確を期して、ここでは、光学的な縞パターンの空間エンベロープを示している。縞自体は、図６ｃのパターンによるエンベロープの下に位置決めされる。
【００８４】
ラインスキャンカメラからの信号は、ラインスキャンカメラに接続される、たとえばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）、デジタル信号プロセッサＤＳＰ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などの電子機器により、信号および画像の高速処理方法を使用しながら評価されてもよい。目標は、振動する表面の２つの位置間の現行経路差をリアルタイムで、すなわち音響的なサンプリングレートの速度で、計算することにある。縞パターンの場合は、縞パターンのカメラ画像が評価されてもよい。この目的のためには、周波数領域で要求される高い計算速度に起因してＦＦＴ（高速フーリエ変換）により実行され得る、統計的信頼性の高い相関関数方法が適する。図６ｆ、図６ｇまたは図６ｈによる投影パターンの使用に際しては、画像分析の平面法（空間相関）または周波数領域におけるそれらの機能的に等価な方法の適用が実現可能となる。２Ｄ  ＦＦＴは、この目的で使用され得る。
【００８５】
ドットパターンと比較して、縞パターンおよび／またはリングパターンにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）、具体的には縞の数が改善され得る。縞パターンおよび／またはリングパターンは、湾曲されかつ／または屈曲され得る調査されるべき表面、たとえばボールベアリングを調査するために使用されてもよい。曲率が十分に強い場合、レーザ三角測量の間に発生する振動により、検出器の光強度が低くなりすぎ、これにより、測定結果が誤ったものになる。パターンを可能な曲率に分散すれば、パターンは、確かに歪められるが、振動によるパターンの変化は、無視できる程度でしかない。この挙動は、相互相関関数で説明され得、すなわち、曲率は、パターンを歪めるが、振動の間、歪みに変化はない。したがって、振動によって引き起こされる歪んだパターンの変位を決定することのみが必要であり、これは、相互相関関数を使用することによって可能である。
【００８６】
三角測量と比較すると、本明細書に記述する実施形態は、異なる目的を有し得、すなわち、三角測量では、ある１点の１つまたは２つの光検出器からの距離が決定される。当然ながら、これは、動く表面などの移動するオブジェクトに対しても実現され得る。一方で、実施形態の目標は、距離を測定することではなく、相対的表面位置の時間的経過を捕捉することにあり、これは、三角測量より桁違いに高速で行われ得る。そこでは、光学的手段により、従来の振動センサから信号（経路、速度、加速度）を得る試みが行われる。この目的のために、単一の光スポットは、振動測定に不利な位置（振動ノード、機械的に減衰されるロケーション、機械的エッジ）にランダムに位置決めされ得るという理由で、十分ではない。
【００８７】
本明細書に記述しているデバイス１０、２０および５０に関連する縞パターンの表現は、品質の面で、本明細書に記述している実施形態の１つの可能な実装に対応する。反射されるパターンが、図６ｂに関連して記述しているように、カメラの捕捉範囲より大きい場合、他の方法では複雑である較正または位置合わせを行わなくても、カメラがこれらのパターンを捕捉することについては、比較的確実であり得る。分解能に関しては、カメラチップ上に現れるパターンエレメントが大きいほど、変位がより高感度で決定され得、よって結果的に、関心対象である変位の時間的経過が正確に測定されることから、より大きいパターンエレメントを用いることも有利である。たとえば、長さ２０ｍｍ（画像センサの捕捉範囲または拡張部）のラインスキャンカメラを想定すると、投影パターンの長さは、少なくとも２倍、すなわち少なくとも４０ｍｍであり得る。よって、表面により変形されるパターンが依然としてラインスキャンカメラを完全にカバーすることは、比較的確実に想定され得る。原則として、これは、ラインスキャンカメラが反射パターンにより完全に覆われなければ、悪影響なしに可能であるが、この場合、信号対雑音比（ＳＮＲ）の低下が生じ得る。縞の適切な幅は、幾つかのパラメータ、すなわち、調査された表面の曲率、パターンの構造（単純な縞、ｓｉｎｃ関数、他の構造化パターン、他）に依存し得る。これは、パターン構造（たとえば、ｓｉｎｃ関数としての）が明確であるほど、縞がより細くなり（幅が狭まり）、かつ振動の決定がより正確になり得る、ということであり得る。
【００８８】
言い換えれば、図５を再度参照すると、ある実施形態によるブロック図および信号処理を示している。可能であれば、たとえば、図６ａに示すように、パターン発生器６２において、平らなパターン、最も単純な事例では縞パターン、が生成されてもよい。パターンは、通常の動作条件下で常にカメラの捕捉範囲を完全にカバーするために、カメラチップの平面へのパターン投影がビューされる場合、カメラチップより、たとえば１．２倍、１．３倍、１．４倍またはそれ以上大きいサイズを有してもよい。曖昧さを避けるために、パターンは、図６ｃ、図６ｄ、図６ｅ、図６ｇまたは図６ｈに関して行った説明に従って実装されてもよい。方向依存性に起因して、図６ｇおよび図６ｈに示すパターンは、理想的であると見なされてもよい。パターンは、パターンプロジェクタ６４により、振動する調査されるべき表面１６上へ光学的に投影される。振動面の時変距離に起因して、反射パターンは、カメラ１２により捕捉される。おそらくは同じく歪められる、パターンの振動誘導変位に起因して、カメラ１２は、カメラチップ上で変位された投影を受信する。変位を評価するために、画像メモリ６６には、連続する少なくとも２つの画像１８が記憶されてもよい。画像メモリ６６に記憶される画像は、たとえば相関器６８内で、カメラの全ピクセル範囲に渡って互いに相互相関される。実際の経路変位ΔｗはＣＣＦの最大値において求められることから、相関器の後に、ＣＣＦ最大値に基づいて現行の経路変位を検出するピーク検出器７４が続く。検出された現行変位は、振動技術にとって重要である結果信号およびパラメータを生成するために、アナログ−デジタル信号プロセッサ（ＡＤＳＰ）／評価７８において評価されてもよい。評価手段は、測定されるべき表面の振動に関する提供情報を、その情報２８が、たとえば、スペクトルまたはトレンドがしきい値を超えているか、しきい値に達しているかをチェックするために、測定されるべき表面の振動のパワースペクトルの指標、および／または測定されるべき表面の振動の次数スペクトルの指標、および／またはスペクトルの経時的変化の指標、および／またはスペクトルのロケーション変化の指標、および／または振動値の外挿の指標、および／または振動もしくは振動から導出される値のしきい値との比較結果の指標を含むような方法で提供するように構成され得、しきい値は、たとえば、差し迫った損傷または既に発生している損傷を、測定されるべき表面を有するデバイスに示し得る規定された振動しきい値である。
【００８９】
上述の実施形態は、評価手段が、捕捉画像を参照画像と比較することにより評価結果を得るように構成されるデバイスについて説明している。あるいは、または追加的に、図１のデバイス１０は、捕捉手段が、二次元パターンの捕捉画像を提供するために、測定されるべき表面から二次元パターン、たとえば図６ａ〜図６ｈのパターンのうちの１つを捕捉するように構成される、というようにも説明され得る。これは、調査されるべき表面上の、パターンの反射または散乱された投影であってもよく、あるいは、または追加的に、パターンは、表面上に固定的に配置されてもよい。評価手段２２は、二次元パターンの画像を評価して、測定されるべき表面の振動に関する情報を含む評価結果を得るように構成されてもよい。所定の状況下では、この場合、参照画像との比較は省略されてもよく、たとえば、画像から抽出されるパラメータ、たとえば、パターンの、その成分のサイズ、および／または画像センサ上のパターンもしくはその成分の配向も評価されてもよい。基本的な幾何学的条件が事前に分かっている場合、これらの評価されたパラメータは、距離に変換される場合もある。しかしながら、ある実施形態によれば、評価手段は、捕捉画像を参照画像と比較することによって、測定されるべき表面１６の振動に関する情報を含む評価結果を得るように構成される場合もある。
【００９０】
幾つかの態様を、デバイスのコンテキストにおいて説明してきたが、前記態様が対応する方法の説明をも表すことは理解され、よって、デバイスのブロックまたは構造コンポーネントは、対応する方法ステップとして、または方法ステップの一機能としてしても理解される。これと同様に、方法ステップに関連して、または方法ステップとして説明されている態様も、対応するデバイスの対応するブロック、または詳細、または機能の説明を表す。
【００９１】
特有の実装要件に依存して、本発明の実施形態は、ハードウェアに実装されても、ソフトウェアに実装されてもよい。実装は、デジタル記憶媒体、たとえばフロッピーディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ、ハードディスク、または、個々の方法が実行されるようにプログラム可能コンピュータシステムと共働し得る、または共働する、電子読取り可能制御信号を記憶して有する他の任意の磁気的もしくは光学的メモリを用いながら実行されてもよい。デジタル記憶媒体がコンピュータ読取り可能であり得る理由は、この点にある。したがって、本発明による幾つかの実施形態は、本明細書に記述している方法のうちのいずれかが実行されるようにプログラム可能コンピュータシステムと共働できる電子読取り可能制御信号を含むデータキャリアを備える。
【００９２】
概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータ・プログラム・プロダクトとして実装されてもよく、プログラムコードには、コンピュータ・プログラム・プロダクトがコンピュータ上で実行されると上記方法のうちのいずれかを実行する効果がある。プログラムコードは、たとえば、機械読取り可能キャリア上に記憶される場合もある。
【００９３】
他の実施形態は、本明細書に記述している方法のうちのいずれかを実行するためのコンピュータプログラムを含み、前記コンピュータプログラムは、機械読取り可能キャリアに記憶される。
【００９４】
したがって、言い換えれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されると、本明細書に記述している方法のうちのいずれかを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。したがって、本発明方法のさらなる実施形態は、本明細書に記述している方法のうちのいずれかを実行するためのコンピュータプログラムが記録されるデータキャリア（または、デジタル記憶媒体、またはコンピュータ読取り可能媒体）である。
【００９５】
したがって、本発明の方法のさらなる実施形態は、本明細書に記述している方法のうちのいずれかを実行するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号シーケンスである。データストリームまたは信号シーケンスは、たとえば、データ通信リンクを介して、たとえばインターネットを介して転送されるように構成されてもよい。
【００９６】
さらなる実施形態は、本明細書に記述している方法のうちのいずれかを実行するように構成または適応される処理手段、たとえばコンピュータまたはプログラマブル論理デバイスを含む。
【００９７】
さらなる実施形態は、本明細書に記述している方法のうちのいずれかを実行するためのコンピュータプログラムがインストールされるコンピュータを含む。
【００９８】
実施形態によっては、プログラマブル論理デバイス（たとえば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、ＦＰＧＡ）を用いて、本明細書に記述している方法の機能の一部または全てが実行されてもよい。実施形態によっては、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイは、マイクロプロセッサと共働して本明細書に記述している方法のうちのいずれかを実行してもよい。概して、本方法は、一部の実施形態において、任意のハードウェアデバイスによって実行される。前記ハードウェアデバイスは、コンピュータプロセッサ（ＣＰＵ）などの任意の汎用ハードウェアであっても、ＡＳＩＣなどの本方法固有のハードウェアであってもよい。
【００９９】
上述の実施形態は、本発明の原理を単に例示するものである。他の当業者には、本明細書に記述している配置および詳細の変更および変形が認識されることは、理解される。よって、本発明は、本明細書において実施形態の説明および考察により提示されている特定の詳細ではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
【図１】
2021514470.tif 000002
【図２ａ】
2021514470.tif 000003
【図２ｂ】
2021514470.tif 000004
【図２ｃ】
2021514470.tif 000005
【図３】
2021514470.tif 000006
【図４ａ】
2021514470.tif 000007
【図４ｂ】
2021514470.tif 000008
【図４ｃ】
2021514470.tif 000009
【図４ｄ】
2021514470.tif 000010
【図５】
2021514470.tif 000011
【図６ａ】
2021514470.tif 000012
【図６ｂ】
2021514470.tif 000013
【図６ｃ】
2021514470.tif 000014
【図６ｄ】
2021514470.tif 000015
【図６ｅ】
2021514470.tif 000016
【図６ｆ】
2021514470.tif 000017
【図６ｇ】
2021514470.tif 000018
【図６ｈ】
2021514470.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月12日(2020.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動解析用デバイス（１０、３０、５０）であって、
画像センサを備え、かつ測定されるべき表面（１６）からパターン（１４、１４１、８２、９４）を捕捉して、前記パターン（１４、１４１、８２、９４）の捕捉画像（１８）を提供するように構成される捕捉手段（１２、１２１）と、
前記捕捉画像（１８）を参照画像（２４）と比較することにより、前記捕捉画像（１８）を評価して、前記測定されるべき表面（１６）の、前記捕捉画像と前記参照画像との間の変位に関する情報を取得し、かつ前記測定されるべき表面（１６）の振動に関する情報を含む評価結果（２６）を得るように構成される評価手段（２２、２２１）とを備え、
前記パターンは、隣合わせに配置される多数の縞（８４）または同心リング（９６）を含む二次元パターン（８２、９４）であり、前記多数の縞（８４）またはリング（９６）は、多数の輝度強度を含み、
前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内に非周期的な順序で配置され、または、
前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内にｓｉｎｃ関数に従って配置される、振動解析用デバイス（１０、３０、５０）。
【請求項２】
前記評価手段（２２１）は、相互相関に基づいて、前記捕捉画像（１８）と前記参照画像（２４）との比較を実行するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記捕捉手段（１２、１２１）は、前記パターン（１４、１４１、８２、９４）の多数の画像（１８）を多数の反復において捕捉して、多数の画像（１８）を提供するように構成され、
前記画像（１８）は、第２の反復において捕捉される前記多数の画像のうちの第２の画像であり、前記参照画像（２４）は、先行する第１の反復において捕捉される前記多数の画像のうちの第１の画像であり、
前記評価手段（２２１）は、前記第１の画像を前記第２の画像と比較して、前記測定されるべき表面（１６）の前記第１の画像（１８）と前記第２の画像との間の変位（Δｗ）に関する第１の情報を取得し、かつ、前記第２の画像（１８）を、前記第２の反復に続く第３の反復において捕捉される第３の画像と比較して、前記測定されるべき表面の前記第２の画像と前記第３の画像との間の変位に関する第２の情報を取得するように構成され、前記振動に関する情報（２６）は、前記変位に関する前記第１の情報と、前記変位に関する前記第２の情報とを含む、請求項１または請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記評価手段（２２１）は、前記画像（１８）および前記参照画像（２４）を使用しながら相互相関を実行して相関結果（７２）を提供するように構成される相関器（６８）を備え、前記評価手段（２２１）は、前記相互相関の最大値（５６）を決定するように構成されるピーク検出器（７４）をさらに備え、前記評価手段（２２１）は、前記最大値（５６）に基づいて、前記振動に関する情報を少なくとも部分的に構成する振動距離を決定するように構成される信号プロセッサ（７８）をさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記捕捉手段（１２）は、画像センサ（４２）を備え、前記評価手段（２２、２２１）は、前記画像センサ（４２）上の前記パターン（１４、１４１）の変位（Δｘ）の評価に基づいて前記評価結果（２６）を提供するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記パターン（１４、１４１）は、第１のセンサ方向（ｘ）に沿った、かつ第２のセンサ方向（ｙ）に沿った投影に起因して、前記画像センサ（４２）の平面（９２）内に、前記画像センサ（４２）のそれより大きい拡張部を有する、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記測定されるべき表面（１６）をその湾曲領域内で測定するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記測定されるべき表面（１６）へ向かって前記パターン（１４’１）を放射するように構成される光信号源（３８、３８１）
をさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記光信号源（３８、３８１）が前記パターン（１４、１４１、８２、９４）をそれに沿って送信するように構成される送信方向（４８）、および前記捕捉手段（２２、２２１）が前記パターン（１４、１４１、８２、９４）をそれから受信するように構成される受信方向（５２）は、±１５゜の許容差範囲内で互いに垂直に配置される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記捕捉手段（１２）は、前記パターン（１４、１４１、８２、９４）の多数の画像（１８）を少なくとも４０ｋＨｚの周波数で捕捉するように構成され、前記評価手段（２２、２２１）は、少なくとも２０ｋＨｚの周波数を有する揺動に関する情報を含むようにして、ナイキスト基準に従って、前記多数の画像（１８）からの前記評価結果（２６）を提供するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記評価手段（２２、２２１）は、前記測定されるべき表面（１６）の振動に関する前記情報を、前記情報が、前記測定されるべき表面（１６）の振動のパワースペクトルの指標、および／または前記測定されるべき表面（１６）の振動の次数スペクトルの指標、および／またはスペクトルの経時的変化の指標、および／または前記スペクトルのロケーション変化の指標、および／または振動値の外挿の指標、および／または前記振動もしくは前記振動から導出される値のしきい値との比較結果の指標を含むような方法で提供するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
振動解析方法であって、
測定されるべき表面からパターンを捕捉することと、
前記パターンの捕捉画像を提供することと、
前記捕捉画像を参照画像と比較することによって、前記捕捉画像を評価し、評価結果が前記測定されるべき表面の振動に関する情報を含むように前記評価結果を得ることと
を含み、
よって、前記パターンは、隣合わせに配置される多数の縞（８４）または同心リング（９６）を含む二次元パターン（８２、９４）であり、かつ前記多数の縞（８４）またはリング（９６）は、多数の輝度強度を含み、
よって、前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内に非周期的な順序で配置され、または、
よって、前記多数の輝度強度は、前記二次元パターン（８２、９４）内にｓｉｎｃ関数に従って配置される、方法。
【請求項１３】
プログラムがコンピュータ上で実行されると、請求項１２のいずれかに記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【国際調査報告】
2021514470.tif 000020
2021514470.tif 000021
2021514470.tif 000022
2021514470.tif 000023
2021514470.tif 000024