(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とし、ｘ軸方向の振動を第１の振動検出器により検出し、ｙ軸方向の振動を第２の振動検出器により検出し、ｚ軸方向の振動を第３の振動検出器により検出し、振動の回転１次同期角振動数をωとして上記第１の振動検出器により検出された振動を
Ａxcosωｔ＋Ｂxsinωｔ
の形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡx の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第１の合成ベクトルＶ1とし、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第２の合成ベクトルＶ2とし、 上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面上において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルを、立体空間における振動を表すベクトルとして検出することを特徴とする、振動測定方法。
【請求項２】
原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸としたときの、ｘ軸方向の振動を検出する第１の振動検出器と、ｙ軸方向の振動を検出する第２の振動検出器と、ｚ軸方向の振動を検出する第３の振動検出器と、上記第１の振動検出器、第２の振動検出器および第３の振動検出器により検出された振動の検出値に基づいて３次元空間内における振動の運動平面および同運動平面上の振動に係る値を演算する演算装置と、同演算装置の演算結果を出力する出力装置とを有し、上記演算装置が、振動の回転１次同期角振動数をωとして上記第１の振動検出器により検出された振動を
Ａxcosωｔ＋Ｂxsinωｔ
の形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡx の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第１の合成ベクトルＶ1とし、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第２の合成ベクトルＶ2とし、 上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面上において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルを、立体空間における振動を表すベクトルとして演算する演算部を備えていることを特徴とする、振動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動を３次元空間内における立体的な運動として検出することができるようにした、振動測定方法およびそのような振動測定を行なうための振動測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばフィールドバランサにより、測定対象である回転機械の振動のうち、回転１次同期成分の振幅と位相とが測定されている。この場合、フィールドバランサは、回転機械の回転速度に対応した単一振動数振動を測定の対象としている。フィールドバランサの測定対象となる回転機械は、一般に３次元的な運動をしているにもかかわらず、従来のフィールドバランサにおいては１方向のみの振動を測定の対象としている。すなわち、従来のフィールドバランサにおいては、測定対象の回転機械に取付けた振動検出器の方向の成分のみを測定している。このことは、フィールドバランサを使用して釣合わせ調整を行ない、釣合わせ調整をする前の振動の振幅と、釣合わせ調整後の振動の振幅とを評価する際、３次元的な振動のうち、振動検出器の感度方向の振幅の成分のみを評価していることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
３次元空間における振動の回転１次同期成分は正弦運動であり、１平面上の楕円運動であることを導き出すことができる。回転１次同期成分の運動が１平面内の運動であることから、例えば、１個の振動検出器が振動の運動平面と直交して取付けられている場合には、実際には回転１次同期成分の振動が生じているにもかかわらず、その振動検出器からは１次同期成分としては何も検出されないこととなる。また、振動検出器の方向が振動の運動平面と平行である場合には、振動運動が楕円運動であるため、その楕円の長径方向に振動検出器を取付けない限り、実際の振動の最大振幅を検出することができない。振動が共振状態に近い振動であるときには、振動の楕円運動の楕円の長径と短径との比率が非常に大きくなることが考えられ、このような場合、楕円運動の楕円の長径すなわち最大振幅が大きいにもかかわらずその最大振幅を検出することができない、という不都合が生じる。
【０００４】
そこで、本発明は、例えばフィールドバランサ等の振動の検出を必要とする装置において、回転１次同期振動等の振動による楕円運動の運動平面を簡易な方法および装置により正確に検出することができるようにし、さらに振動の楕円運動により描かれる楕円の長径から振動の実際の最大振幅の方向と大きさ、および楕円の短径から振動の実際の最小振幅の方向と大きさを、それぞれ簡易な方法および装置により正確に検出することができるようにした、振動測定方法および振動測定装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の振動測定方法によれば、原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とし、ｘ軸方向の振動を第１の振動検出器により検出し、ｙ軸方向の振動を第２の振動検出器により検出し、ｚ軸方向の振動を第３の振動検出器により検出し、振動の回転１次同期角振動数をωとして上記第１の振動検出器により検出された振動を
Ａxcosωｔ＋Ｂxsinωｔ
の形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡx の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第１の合成ベクトルＶ1とし、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第２の合成ベクトルＶ2とし、 上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面上において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルが、立体空間における振動を表すベクトルとして検出される。
【０００６】
また、本発明の振動測定装置は、原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸としたときの、ｘ軸方向の振動を検出する第１の振動検出器と、ｙ軸方向の振動を検出する第２の振動検出器と、ｚ軸方向の振動を検出する第３の振動検出器と、上記第１の振動検出器、第２の振動検出器および第３の振動検出器により検出された振動の検出値に基づいて３次元空間内における振動の運動平面および同運動平面上の振動に係る値を演算する演算装置と、同演算装置の演算結果を出力する出力装置とを有し、上記演算装置が、振動の回転１次同期角振動数をωとして上記第１の振動検出器により検出された振動を
Ａxcosωｔ＋Ｂxsinωｔ
の形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡx の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第１の合成ベクトルＶ1とし、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第２の合成ベクトルＶ2とし、 上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面上において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルを、立体空間における振動を表すベクトルとして演算する演算部を備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の１実施の形態に係る振動測定方法を説明するための立体座標空間の斜視図、図２は本発明の１実施の形態に係る振動測定装置の構成を説明するためのブロック線図である。
【０００８】
まず図１において、原点Ｏが共通で方向が相異なる３つの座標軸、例えば直交座標系の３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とし、ｘ軸方向の振動運動をａx、ｙ軸方向の振動運動をａy、ｚ軸方向の振動運動をａzとし、各ｘ、ｙ、ｚ軸方向の振動の振幅をそれぞれＸ0、Ｙ0、Ｚ0とし、位相をそれぞれφx、φy、φzとし、回転１次同期角振動数をωとすると、［数１］式が成り立つ。
【数１】
ａx（ｔ）＝Ｘ0 sin（ωｔ＋φx）
ａy（ｔ）＝Ｙ0 sin（ωｔ＋φy）
ａx（ｔ）＝Ｚ0 sin（ωｔ＋φz）
【０００９】
［数１］式は［数２］式の形に変形することができる。
【数２】
ａx（ｔ）＝Ａx cosωｔ＋Ｂx sinωｔ
ａy（ｔ）＝Ａy cosωｔ＋Ｂy sinωｔ
ａz（ｔ）＝Ａz cosωｔ＋Ｂz sinωｔ
【００１０】
ｘ，ｙ，ｚ方向の単位ベクトルをそれぞれｉ、ｊ、ｋとすると、振動運動のベクトルｖ（ｔ）は、［数３］式のとおりである。
【数３】
ｖ（ｔ）＝ａx（ｔ）・ｉ＋ａy（ｔ）・ｊ＋ａz（ｔ）・ｋ
【００１１】
［数３］式に［数２］式を代入すると、［数４］式が成り立つ。
【数４】
0003791636.tif 000002
【００１２】
［数４］式において、［数５］式のようにおくと、［数６］式が得られる。
【数５】
Ｖ1＝Ａx ・ｉ＋Ａy ・ｊ＋Ａz ・ｋ
Ｖ2＝Ｂx ・ｉ＋Ｂy ・ｊ＋Ｂz ・ｋ
【数６】
ｖ（ｔ）＝Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
【００１３】
［数６］式において、Ｖ1およびＶ2は定数ベクトルであるから、Ｖ1およびＶ2を含む１つの平面を考えると、ベクトルｖ（ｔ）は常にこの平面上にあり、したがってベクトルｖ（ｔ）により表現される振動運動が、常にベクトルＶ1およびベクトルＶ2を含む１つの平面内での楕円運動であることが分かる。
【００１４】
本発明によれば、立体空間における振動の運動平面と、同運動平面上における振動運動を表すベクトルとを、以下の手順を経ることにより求めることができる。すなわち、まず原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とし、ｘ軸方向の振動を第１の振動検出器により検出し、ｙ軸方向の振動を第２の振動検出器により検出し、ｚ軸方向の振動を第３の振動検出器により検出する。
【００１５】
次いで、振動の回転１次同期角振動数をωとして、上記第１の振動検出器により検出された振動を
Ａxcosωｔ＋Ｂxsinωｔ
の形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａyの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａzの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を求めこれを第１の合成ベクトルＶ1とし、また、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂyの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂzの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を求めこれを第２の合成ベクトルＶ2とする。
【００１６】
次いで、上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面上において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルを、立体空間における振動を表すベクトルとして検出する。こうして検出された振動運動の軌跡は、第１の合成ベクトルＶ1および第２の合成ベクトルＶ2が含む立体座標上の平面内における楕円を描き、第１の合成ベクトルＶ1および第２の合成ベクトルＶ2のうち長い方のベクトルが楕円の長径を示し、短い方のベクトルが楕円の短径を示している。こうして得られた楕円の長径から振動の実際の最大振幅の方向と大きさとを検出することができる。
【００１７】
図２において、以上の方法を実施するための装置、すなわち立体空間における振動の運動平面と、同運動平面上における振動運動の実際の最大振幅の方向と大きさ等の諸値とを検出するための振動測定装置は、例えば、原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸としたときの、ｘ軸方向の振動を検出する第１の振動検出器１と、ｙ軸方向の振動を検出する第２の振動検出器２と、ｚ軸方向の振動を検出する第３の振動検出器３とを有する。
【００１８】
第１の振動検出器１、第２の振動検出器２よび第３の振動検出器３により検出された振動の検出値は、演算装置４へと送られる。演算装置４においては、第１の振動検出器１により検出されたｘ軸方向の振動の検出値、第２の振動検出器２により検出されたｙ軸方向の振動の検出値および第３の振動検出器３により検出されたｚ軸方向の振動の検出値に基づいて、３次元空間内における振動の運動平面および同運動平面上の振動に係る値が演算される。
【００１９】
演算装置４においては、以下の演算が行なわれる。すなわち、振動の回転１次同期角振動数をωとして、上記第１の振動検出器により検出された振動を
Ａxcosωｔ＋Ｂxsinωｔ
の形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡx の値に等しい大きさの上記座標の原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第１の合成ベクトルＶ1とし、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第２の合成ベクトルＶ2とし、上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルを、立体空間における振動を表すベクトルとして演算する。
【００２０】
演算装置４による演算により得られた振動の運動平面の傾き、同運動平面上の運動軌跡により描かれる楕円の長径あるいは長軸の方向と大きさ、短径あるいは短軸の方向と大きさ等の振動に係る実際上の諸値は、出力装置５へと送られ、出力装置５により、利用し易い形態で出力される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の振動測定方法および装置のうち、まず振動測定方法によれば、以下のような効果が得られる。
（１）原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とし、ｘ軸方向の振動を第１の振動検出器により検出し、ｙ軸方向の振動を第２の振動検出器により検出し、ｚ軸方向の振動を第３の振動検出器により検出し、振動の回転１次同期角振動数をωとして上記第１の振動検出器により検出された振動をＡxcosωｔ＋Ｂxsinωｔの形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡx の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第１の合成ベクトルＶ1とし、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第２の合成ベクトルＶ2とし、 上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面上において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルを、立体空間における振動を表すベクトルとして検出するようにしたので、例えばフィールドバランサ等の振動の検出を必要とする装置において、回転１次同期振動等の振動による楕円運動の運動平面を簡易な方法により正確に検出することができ、さらに振動の楕円運動により描かれる楕円の長径から振動の実際の最大振幅の方向と大きさ、および楕円の短径から振動の実際の最小振幅の方向と大きさを、それぞれ簡易な方法により正確に検出することができる（請求項１）。
次いで、本発明の振動測定装置によれば、以下のような効果が得られる。
（２）原点が共通で方向が相異なる３つの座標軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸としたときの、ｘ軸方向の振動を検出する第１の振動検出器と、ｙ軸方向の振動を検出する第２の振動検出器と、ｚ軸方向の振動を検出する第３の振動検出器と、上記第１の振動検出器、第２の振動検出器および第３の振動検出器により検出された振動の検出値に基づいて３次元空間内における振動の運動平面および同運動平面上の振動に係る値を演算する演算装置と、同演算装置の演算結果を出力する出力装置とを有し、上記演算装置が、振動の回転１次同期角振動数をωとして上記第１の振動検出器により検出された振動を
Ａxcosωｔ＋Ｂxsinωｔ
の形で表し、上記第２の振動検出器により検出された振動を
Ａycosωｔ＋Ｂysinωｔ
の形で表し、上記第３の振動検出器により検出された振動を
Ａzcosωｔ＋Ｂzsinωｔ
の形で表したときのＡx の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ａy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ａz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第１の合成ベクトルＶ1とし、Ｂxの値に等しい大きさの上記原点を起点とするｘ軸方向のベクトルと、Ｂy の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｙ軸方向のベクトルと、Ｂz の値に等しい大きさの上記原点を起点とするｚ軸方向のベクトルとのベクトル和を第２の合成ベクトルＶ2とし、 上記第１の合成ベクトルＶ1および上記第２の合成ベクトルＶ2が含む平面上において
Ｖ1cosωｔ＋Ｖ2sinωｔ
の形で表されるベクトルを、立体空間における振動を表すベクトルとして演算する演算部を備えているので、例えばフィールドバランサ等の振動の検出を必要とする装置において、回転１次同期振動等の振動による楕円運動の運動平面を簡便な装置により正確に検出することができ、さらに振動の楕円運動により描かれる楕円の長径から振動の実際の最大振幅の方向と大きさ、および楕円の短径から振動の実際の最小振幅の方向と大きさを、それぞれ簡便な装置により正確に検出することができる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係る振動測定方法を説明するための立体座標空間の斜視図である。
【図２】本発明の１実施の形態に係る振動測定装置の構成を説明するためのブロック線図である。
【符号の説明】
１，２，３    振動検出器
４    演算装置
５    出力装置
【図１】
0003791636.tif 000003
【図２】
0003791636.tif 000004