(57)【要約】【課題】回転体の１回転を超える周期の同期信号を除去することが出来る回転精度測定方法の提供。【解決手段】回転する回転体の半径方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを、回転体の回転周期毎に分割して複数のデータブロックを作成し、標本化値の数を所定数に変換した各データブロックに基づき、回転体の回転精度を示す指標を算出する回転精度測定方法。データブロックを２のべき乗個含む列を作成し（Ｓ２）、作成した列を時系列的に２分割し（Ｓ２）、２分割した前後の列内の時系列的に同位置にある各データブロックの時系列的に同位置にある標本化値同士を引き算して、新たな列を作成し（Ｓ４）、以下、データブロック数が１つになる迄、新たな列について２分割（Ｓ２）及び引き算（Ｓ４）を繰返し（Ｓ６）、１つになったデータブロックに基づき、指標を算出する。【選択図】        図７
2004279128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成し、作成した各データブロックの標本化値の数を所定数に変換し、標本化値を所定数に変換した各データブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する回転精度測定方法であって、
前記データブロックを２のべき乗個含むデータブロック列を作成し、作成したデータブロック列を時系列的に２分割し、２分割した前後のデータブロック列内の時系列的に同位置にある各データブロックの時系列的に同位置にある標本化値同士を引き算して、新たなデータブロック列を作成し、以下、データブロック数が１つになる迄、新たなデータブロック列について前記２分割及び引き算を繰返し、１つになったデータブロックに基づき、前記指標を算出することを特徴とする回転精度測定方法。
【請求項２】
軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを取得する手段と、該手段が取得した時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成する手段と、該手段が作成した各データブロックの標本化値の数を所定数に変換する手段と、該手段が標本化値を所定数に変換したデータブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する算出手段とを備える回転精度測定装置であって、
前記データブロックを２のべき乗個含むデータブロック列を作成する手段と、該手段が作成したデータブロック列を時系列的に２分割する２分割手段と、該２分割手段が２分割した前後のデータブロック列内の時系列的に同位置にある各データブロックの時系列的に同位置にある標本化値同士を引き算して、新たなデータブロック列を作成する作成手段と、以下、データブロック数が１つになる迄、新たなデータブロック列について前記２分割手段及び作成手段の各動作を繰返させる手段とを備え、前記算出手段は、１つになったデータブロックに基づき、前記指標を算出すべくなしてあることを特徴とする回転精度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸を中心として回転する回転体の回転精度を測定する回転精度測定方法及び回転精度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受又は流体軸受等に支持されて回転する回転体（例えばモータによって回転するスピンドル等）の回転精度を測定する回転精度測定装置では、従来、回転体の変位を示す時系列データを、回転体の回転とは無関係に採取して大量の変位データを収集し、その大量の変位データに対して一括してデータ処理を行っていた。このデータ処理では、例えば、時系列的に得られた変位データ（以下「採取データ」と記述）に対して高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ」と記述）を施すことにより、周波数スペクトルを示すデータ（以下「スペクトルデータ」と記述）を算出する。次に、そのスペクトルデータにおいて同期振れ誤差（ＲＲＯ；Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ  Ｒｕｎ  Ｏｕｔ）を除去することにより、１回転毎に繰り返されない回転体の変位に相当する非同期振れ誤差（ＮＲＲＯ；Ｎｏｎ  Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ  Ｒｕｎ  Ｏｕｔ）を求めている。
【０００３】
特許文献１には、簡単な操作により玉軸受単品のＮＲＲＯが測定できる玉軸受の回転精度検査方法及び検査装置が開示されている。また、特許文献２には、ラジアル転がり軸受の回転非同期振れと動トルクとを、互いに関連付けて、正確に測定自在とするラジアル転がり軸受用回転精度及び動トルク測定装置が開示されている。また、特許文献３には、転がり軸受のラジアル、アキシアル両方向の回転非同期振れと動トルクとを、互いに関連付けて、正確に測定自在とする転がり軸受用回転精度及び動トルク測定装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３１１５８８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５５０７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９４２７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の回転精度測定装置では、回転体を回転させるモータ等の回転ムラが測定に大きな影響を与えていた。また、上記の採取データは、回転体の回転とは無関係に採取された時系列データであるので、上記データ処理においてＦＦＴが施される際には、採取データが所定区間外で滑らかに０になるように、予め窓関数によって採取データに対して適当な重み付けがなされていた。一般に窓関数が使用されると、ＦＦＴによって得られるスペクトルが拡散するので、この関数の使用も、従来の回転精度測定装置による測定に大きな影響を与えることになる。このように、従来の測定装置では、モータの回転ムラや窓関数の影響が大きい為、回転精度についての高度な測定、即ちＲＲＯ，ＮＲＲＯ及び真円度等の正確な算出は困難であった。
【０００６】
本願出願人は、上述したような事情に鑑みて、上記の時系列データを回転体の回転周期毎に分割してブロック化することにより、複数のデータブロックからなるブロック化データを作成し、作成したブロック化データに基づき、回転体の回転精度を示す指標を算出し、モータの回転ムラ等の影響及び上記窓関数の影響を小さく出来る回転精度測定装置を、特願２００２−０１８４０２、特願２００２−０３６７７７において提案している。
【０００７】
この回転精度測定装置では、時系列データを回転体の１回転周期毎に分割しているので、除去出来る同期信号の周期は１回転周期以内であり、１回転を超える周期の同期信号を除去することは出来ないという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、回転体の１回転を超える周期の同期信号を除去することが出来る回転精度測定方法及び回転精度測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る回転精度測定方法は、軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成し、作成した各データブロックの標本化値の数を所定数に変換し、標本化値を所定数に変換した各データブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する回転精度測定方法であって、前記データブロックを２のべき乗個含むデータブロック列を作成し、作成したデータブロック列を時系列的に２分割し、２分割した前後のデータブロック列内の時系列的に同位置にある各データブロックの時系列的に同位置にある標本化値同士を引き算して、新たなデータブロック列を作成し、以下、データブロック数が１つになる迄、新たなデータブロック列について前記２分割及び引き算を繰返し、１つになったデータブロックに基づき、前記指標を算出することを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る回転精度測定装置は、軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを取得する手段と、該手段が取得した時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成する手段と、該手段が作成した各データブロックの標本化値の数を所定数に変換する手段と、該手段が標本化値を所定数に変換したデータブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する算出手段とを備える回転精度測定装置であって、前記データブロックを２のべき乗個含むデータブロック列を作成する手段と、該手段が作成したデータブロック列を時系列的に２分割する２分割手段と、該２分割手段が２分割した前後のデータブロック列内の時系列的に同位置にある各データブロックの時系列的に同位置にある標本化値同士を引き算して、新たなデータブロック列を作成する作成手段と、以下、データブロック数が１つになる迄、新たなデータブロック列について前記２分割手段及び作成手段の各動作を繰返させる手段とを備え、前記算出手段は、１つになったデータブロックに基づき、前記指標を算出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１０】
第１発明に係る回転精度測定方法及び第２発明に係る回転精度測定装置では、取得する手段が、回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す時系列データを取得し、作成する手段が、その取得した時系列データを、回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成する。変換する手段が、その作成した各データブロックの標本化値の数を所定数に変換し、算出手段が、その標本化値を所定数に変換したデータブロックに基づき、回転体の回転精度を示す指標を算出する。作成する手段が、データブロックを２のべき乗個含むデータブロック列を作成し、２分割手段が、その作成したデータブロック列を時系列的に２分割する。
【００１１】
作成手段が、２分割手段が分割した前後のデータブロック列内の時系列的に同位置にある各データブロックの時系列的に同位置にある標本化値同士を引き算して、新たなデータブロック列を作成し、以下、繰返させる手段が、データブロック数が１つになる迄、新たなデータブロック列について２分割手段及び作成手段の各動作を繰返させ、算出手段は、１つになったデータブロックに基づき、指標を算出する。
これにより、回転体の１回転の累乗倍の同期成分は、２倍から最大回転数（最大データブロック数）／２倍迄の成分が、引き算により除去され、回転体の１回転を超える周期の同期信号を除去することが出来る回転精度測定方法及び回転精度測定装置を実現することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る回転精度測定方法及び回転精度測定装置の実施の形態の構成を模式的に示す説明図であり、図２は、この回転精度測定装置が回転体を測定するときの状態を示す平面図である。回転精度測定装置は、軸受により支持され、所定の回転軸１１を中心としてモータ（図示せず）により回転する回転体１０の回転精度を測定する測定装置であり、回転体１０の半径方向の変位を検出する非接触式の変位センサ２０と、変位センサ２０の検出信号Ｓｄに基づき回転体１０の半径方向の変位を示す標本化値からなる時系列データを収集し、その時系列データである採取データを処理するデータ収集処理装置３０とを備えている。
【００１３】
変位センサ２０は、回転体１０の外周面近傍に配置され、その外周面と変位センサ２０との距離を検出し、その検出結果を回転体１０の半径方向の変位を示す検出信号Ｓｄとして出力する。尚、回転体１０の軸方向の変位を検出し、軸方向の変位についての回転精度を測定する場合には、図１において破線で示すように、回転体１０の上面近傍に回転体１０の軸方向の変位を検出する非接触式の変位センサ２１を配置し、その変位センサ２１から出力される信号、即ち回転体１０の上面と変位センサ２１との距離を示す信号を検出信号Ｓｄとして使用すれば良い。
【００１４】
データ収集処理装置３０は、中央処理装置としてのＣＰＵ３１、入力インタフェース部３２、メモリ３３及び表示制御部３４をバスで接続した構成となっており、表示制御部３４には表示部３６が接続されている。変位センサ２０からの検出信号Ｓｄは、入力インタフェース部３２に入力される。入力インタフェース部３２はＡ／Ｄ変換器を有し、検出信号Ｓｄは、これにより標本化されたディジタルデータとしてメモリ３３に一時的に格納される（以下、このディジタルデータを「原データ」と記述）。入力インタフェース部３２は、変位センサ２０と共に、回転体１０の変位を表す時系列データを取得する手段を構成する。
【００１５】
ＣＰＵ３１は、予めメモリ３３に格納された所定プログラムを実行することにより、原データに対し、後述するＤＣカット処理、周期分割処理、レート変換、同期信号除去及びＦＦＴ等のデータ処理を順次施す。これにより、データ収集処理装置３０は、図３に示すような、ＤＣカット部１１１（時系列データを取得する手段）、周期分割部１１２（複数のデータブロックを作成する手段）、レート変換部１１３（所定数に変換する手段）、同期信号除去部１１４及び信号処理部１１５（指標を算出する手段）を備える装置として作動する。
【００１６】
ＤＣカット部１１１は、変位センサ２０から出力された検出信号Ｓｄから直流成分を除去するものであり、具体的には、検出信号Ｓｄを表すディジタルデータである原データに対する信号処理により、検出信号Ｓｄから直流成分を除去した信号を表すディジタルデータを採取データＤａとして作成する（この信号処理を「ＤＣカット処理」という）。尚、ＤＣカット部１１１は、ソフトウェア的に実現されているが、入力インタフェース部３２に直流成分遮断回路を設け、これにより検出信号Ｓｄから直流成分を除去した後に、Ａ／Ｄ変換器により採取データＤａを作成するようにしても良い。この場合、ＤＣカット部１１１は、ハードウェアとして実現されることになり、入力インタフェース部３２の一部を構成する。
【００１７】
周期分割部１１２は、ＤＣカット部１１１により作成された採取データＤａを回転体１０の回転周期毎に分割してブロック化することにより、複数のデータブロックからなるブロック化データＤｂを作成する（この処理を「周期分割処理」という）。具体的には、検出信号Ｓｄを表すディジタルデータである採取データＤａから、Ｓｄ＝０に相当する時点であるゼロ点を求め、このゼロ点に基づき、採取データＤａを回転周期毎に分割してブロック化データＤｂを得る。例えば、検出信号Ｓｄの内、図４に示すような区間に相当する採取データＤａがＤＣカット部１１１から得られた場合には、この採取データＤａから検出されたゼロ点に基づき、図５に示すような４個のデータブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４からなるブロック化データＤｂを得る。
【００１８】
これら４個のデータブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４のそれぞれを構成するディジタル信号値（回転体１０の変位を示す標本化値）の数（以下「データ数」と記述、１回転周期のサンプリング点数に相当）は、モータの回転ムラ等の為、通常、全て等しくはならず、例えば、図６に示すように、データブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４のデータ数は、それぞれｎ１個、ｎ２個、ｎ３個、ｎ４個となる。尚、回転体１０を回転させるモータを含む駆動部（図示せず）から回転周期に同期した信号（例えば１回転毎に１個パルスが現れる信号）がインデックスパルスＳｉｐとして出力される場合には、上述したゼロ点検出に代えて、そのインデックスパルスＳｉｐに基づき周期分割処理を行うようにしても良い。
【００１９】
レート変換部１１３は、上述したようにデータ数がばらつく複数のデータブロックからなるブロック化データＤｂに対して再サンプリング（再標本化）を行うことにより、各データブロックのデータ数を同一にする。即ち、レート変換により各データブロックのサンプリング点数を同一にする。
このとき、信号処理部１１５で実行されるＦＦＴ（高速フーリエ変換）を考慮して、各データブロックのデータ数を２のべき乗とする。例えば、図６に示すようなブロック化データＤｂに対してレート変換を施すことにより、データ数が全て２Ｍ  であるデータブロックからなるブロック化データＤｃが得られる。
【００２０】
同期信号除去部１１４は、レート変換部１１３が、データ数を全て２Ｍ  に変換したデータブロックからなるブロック化データＤｃから、データブロック数が２のべき乗個であるデータブロック列を作成し、作成したデータブロック列に基づき、周期が回転体の１回転周期を超える同期信号を除去する。この動作の詳細は後述する。
【００２１】
信号処理部１１５は、回転精度を示す指標を算出する手段であって、周期が回転体の１回転周期を超える同期信号が除去されて同期信号除去部１１４から与えられた１つのデータブロックＤｄに対して、窓関数を使用することなくＦＦＴを施すことにより、スペクトルデータを算出する。そして、算出したスペクトルデータに基づき、従来と同様の手法により、ＲＲＯ，ＮＲＲＯ及び真円度等を求める。
このようにして得られたＲＲＯ，ＮＲＲＯ及び真円度等、回転体１０の回転精度を示す指標は、測定結果としてメモリ３３に格納されると共に、他の所定プログラムに基づき、表示制御部３４に送られ、表示制御部３４により表示部３６に表示される。
【００２２】
以下に、このような回転精度測定装置の同期信号除去部１１４における周期が回転体の１回転周期を超える同期信号を除去する動作を、それを示す図７のフローチャートを参照しながら説明する。
同期信号除去部１１４は、先ず、レート変換部から与えられたブロック化データＤｃにより、時系列的に並べられた２のべき乗個のデータブロックからなるデータブロック列を作成する（Ｓ１）。次いで、作成したデータブロック列を時系列的に前後２分割する（Ｓ２）。
【００２３】
同期信号除去部１１４は、次に、２分割した前後の各データブロック列内の時系列的に同位置のデータブロックの時系列的に同位置にある標本化値同士（つまり、２分割した前後の各データブロック列内の時系列的に同位置にある標本化値同士）を引き算し、新たなデータブロック列を作成する（Ｓ４）。
同期信号除去部１１４は、次に、作成した新たなデータブロック列（Ｓ４）のデータブロック数が１であるか否かを判定し（Ｓ６）、１でなければ、新たなデータブロック列を時系列的に前後２分割し（Ｓ２）、２分割した前後の各データブロック列内の時系列的に同位置にある標本化値同士を引き算し、新たなデータブロック列を作成する（Ｓ４）。
同期信号除去部１１４は、作成した新たなデータブロック列（Ｓ４）のデータブロック数が１であれば（Ｓ６）、その１つのデータブロックを出力して（Ｓ８）リターンする。
【００２４】
２のべき乗個のデータブロック列のデータ列（標本化値の列）をＤ［ｎ］［ｍ］（ｎ；回転回数（データブロック数）、ｍ；１回転（１データブロック）当たりのデータ数）として、２分割（Ｓ２）及び引き算（Ｓ４）の動作を数式で表すと、１回目の引き算後のデータ列Ｄ１［ｎ／２］［ｍ］は、
2004279128.tif 000003
２回目の引き算後のデータ列Ｄ２［ｎ／４］［ｍ］は、
2004279128.tif 000004
【００２５】
ｋ回目の引き算後のデータ列Ｄｋ［１］［ｍ］は、
2004279128.tif 000005
となり、ｎ／２回行った演算で得たｍ個のデータを有するデータ列（１つのデータブロック）が１回転分の非同期振れであり、この内の最大値が求めるＮＲＲＯ値となる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る回転精度測定方法及び回転精度測定装置によれば、回転体の１回転の累乗倍の同期成分は、２倍から最大回転数（最大データブロック数）／２倍迄の成分が、引き算により除去され、回転体の１回転を超える周期の同期信号を除去することが出来、測定対象である非同期振れの算出精度が向上する回転精度測定方法及び回転精度測定装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転精度測定方法及び回転精度測定装置の実施の形態の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明に係る回転精度測定装置が回転体を測定するときの状態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る回転精度測定装置のデータ収集処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る回転精度測定装置の採取データの例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示す説明図である。
【図６】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示す説明図である。
【図７】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  回転体
１１  回転軸
２０，２１  変位センサ
３０  データ収集処理装置
３１  ＣＰＵ
３２  入力インタフェース部
３３  メモリ
３６  表示部
１１１  ＤＣカット部（時系列データを取得する手段）
１１２  周期分割部（複数のデータブロックを作成する手段）
１１３  レート変換部（所定数に変換する手段）
１１４  同期信号除去部
１１５  信号処理部（指標を算出する手段）
【図１】
2004279128.tif 000006
【図２】
2004279128.tif 000007
【図３】
2004279128.tif 000008
【図４】
2004279128.tif 000009
【図５】
2004279128.tif 000010
【図６】
2004279128.tif 000011
【図７】
2004279128.tif 000012