JP3870233B2 - Rotational speed detection apparatus, object measurement system, and rotational speed detection method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転数検出装置、物体計測システムおよび回転数検出方法に関する。さらに詳しくは、自転する物体の自転速度を検出するための回転数検出装置、物体計測システムおよび回転数検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自転しながら移動する物体の自転速度を検出する場合、例えば白と黒に交互に着色した物体に光を当てて反射光の明暗周期から自転回転数を求めたり、高速度カメラによって物体を撮影して画像を解析することによって自転回転数を求めたりしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前者の方法では、計測する物体をあらかじめ着色しておかなければならず、ゴルフやテニス等の試合中において、実際に競技者が使用しているボール等の回転数は求めることができない。
また、高速度カメラの場合、カメラの撮影範囲内に物体が入ったときに撮影を開始させるトリガー信号が必要であるため、ゴルフやテニス等の試合中において、飛んでいるボールを捉えて撮影することは困難であるし、撮影された画像の解析には時間と手間がかかるし、装置が高価であるという問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑み、一般的に使用される物体であってもその自転回転数を簡単かつ容易に検出することができる回転数検出装置および回転数検出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の回転数検出装置は、自転する物体の自転回転数を検出する検出装置であって、該検出装置が、前記物体に向けて周波数が一定である発信信号を発信する発信手段と、前記物体で反射した反射信号を受信する受信手段と、該受信手段が受信した前記反射信号が入力され、該反射信号の周波数スペクトル関数を形成する信号処理手段とからなり、該信号処理手段が、前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が所定の値以上となる周波数スペクトルの幅である周波数帯を算出し、この周波数帯の大きさに基づいて回転数を算出することを特徴とする。
請求項２の回転数検出装置は、請求項１記載の発明において、前記周波数帯が、前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が最大となる周波数を基準周波数とする周波数帯域幅であることを特徴とする。
請求項３の回転数検出装置は、請求項１記載の発明において、前記周波数スペクトル関数が、複数の周波数において極大値を有する場合であって、前記周波数帯が、前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が極大値となる一の周波数と、前記反射信号の強度が極大値となる他の周波数との間の周波数領域であることを特徴とする。
請求項４の回転数検出装置は、請求項３記載の発明において、前記一の周波数が、前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が最大となる周波数であることを特徴とする。
請求項５の回転数検出装置は、請求項１記載の発明において、前記信号処理手段に、前記発信信号の周波数情報が入力されており、前記信号処理手段が、前記発信信号の周波数と前記周波数スペクトル関数において前記反射信号の強度が最大となる周波数との差を算出することを特徴とする。
請求項６の物体計測システムは、請求項１，２，３，４または５記載の回転数検出装置を複数台備えたシステムであって、各回転数検出装置が、前記周波数帯に対応する回転速度信号を発信する発信部を備えており、前記システムが、
各回転数検出装置の信号処理器の発信部が発信した回転速度信号が入力される移動状況解析手段を備えており、該移動状況解析手段が、各回転数検出装置から送信された回転速度信号と、前記複数の回転数検出装置同士の相対的な位置関係を示す位置情報とから前記物体の自転軸の傾きを算出することを特徴とする。
請求項７の物体計測システムは、請求項６記載の発明において、各回転数検出装置の信号処理器の発信部が発信した前記発信信号の周波数と前記周波数スペクトル関数において前記反射信号の強度が最大となる周波数との差に対応する移動速度信号が、前記移動状況解析手段に入力されており、該移動状況解析手段が、各回転数検出装置から送信された移動速度信号と、前記複数の回転数検出装置同士の相対的な位置関係を示す位置情報とから前記物体の並進速度ベクトルを算出することを特徴とする。
請求項８の回転数検出方法は、自転する物体の自転回転数を検出する検出方法であって、自転する物体に向けて発信信号を発信し、前記物体で反射した反射信号を受信し、受信した前記反射信号を用いて該反射信号の周波数スペクトル関数を形成し、該周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が所定の値以上となる周波数スペクトルの幅である周波数帯を算出し、この周波数帯の大きさに基づいて回転数を算出することを特徴とする。
請求項９の回転数検出方法は、請求項８記載の発明において、前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が最大となる周波数を基準周波数とする周波数帯域幅を算出することを特徴とする。
請求項１０の回転数検出方法は、請求項８記載の発明において、前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が極大値となる一の周波数と、前記反射信号の強度が極大値となる他の周波数を算出することを特徴とする。
請求項１１の回転数検出方法は、請求項１０記載の発明において、前記一の周波数として、前記周波数スペクトル関数における前記反射信号の強度が最大となる周波数を算出することを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、物体が自転している場合において、物体の自転にのみ起因して発生する物体表面の接線方向の速度ベクトルを回転速度ベクトルとする。すると、発信手段によって発信された発信信号が自転する物体の表面で反射すると、物体の表面で反射した反射信号のうち、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と逆向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、ドップラー効果によって、発信信号の周波数よりも周波数が高くなる。逆に、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と同じ向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、ドップラー効果によって、発信信号の周波数よりも周波数が低くなる。したがって、物体表面で反射した反射信号の周波数スペクトル関数は、その強度が所定の値以上となる周波数成分が広がりをもつことになる。よって周波数スペクトル関数において、その強度が所定の値以上となる周波数帯を算出すれば、物体の表面における接線方向の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを求めることができる。そして、一般的に使用される物体であっても、その物体において、その自転軸と垂直な断面の半径さえ分かっていれば、回転速度ベクトルの大きさからその物体の自転回転数を簡単かつ容易に検出することができる。また、物体が自転しながら移動している場合においても、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と逆向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、物体の移動速度に起因する反射信号の周波数よりも周波数が高くなり、逆に、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と同じ向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、物体の移動速度に起因する反射信号の周波数よりも周波数が低くなる。したがって、周波数スペクトル関数において、その強度が所定の値以上となる周波数帯を算出すれば、物体が移動している場合であっても、回転速度ベクトルの大きさを求めることができる。
請求項２の発明によれば、受信手段で受信された反射信号の周波数スペクトル関数は、物体の移動速度に対応する周波数（物体が停止している場合には、発信信号の周波数）を中心とする山形の波形となる。このため、周波数スペクトル関数において、物体の移動速度に対応する周波数、つまり反射信号の強度が最大となる周波数を基準周波数として、その周波数帯域幅を求めれば、物体の表面における接線方向の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを正確に求めることができる。よって、一般的に使用される物体であっても、その自転軸と垂直な断面の形状が円形であり、かつその物体の半径さえ分かっていれば、回転速度ベクトルの大きさからその物体の自転回転数を正確に検出することができる。
請求項３の発明によれば、周波数スペクトル関数は、物体の移動速度に対応する周波数（物体が停止している場合には、発信信号の周波数）だけでなく、物体の自転軸をはさんで左右両側の端面で反射した周波数近傍でも極大値を有する場合がある。物体の左右両側の端面の速度は、物体の移動速度（物体が停止している場合には、移動速度＝０）から物体の表面の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを引いた速度または物体の移動速度（物体が停止している場合には、移動速度＝０）に回転速度ベクトルの大きさを加えた速度とほぼ同じ値となる。このため、周波数スペクトル関数において極大値となる複数の周波数のうち、いずれか２つの周波数の差を求めれば、回転速度ベクトルの大きさをより正確に求めることができる。よって、一般的に使用される物体であっても、その物体の半径さえ分かっていれば、回転速度ベクトルの大きさからその物体の自転回転数を正確に検出することができる。そして、左右両側の端面近傍から反射される反射信号にノイズが多く含まれる場合でも、そのノイズの影響を抑えることができる。
請求項４の発明によれば、一の周波数を基準周波数とすれば、周波数帯域幅を正確に求めることができるので、物体の表面の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを正確に求めることができる。
請求項５の発明によれば、物体が移動している場合、物体の自転回転数だけでなく、物体の移動速度も計測することができる。
請求項６の発明によれば、移動状況解析手段によって複数の回転数検出装置から入力された回転数信号と各測定装置の相対的な位置から物体の表面の速度ベクトル、つまり回転速度ベクトルを算出することができるので、物体の自転軸の傾きを求めることができる。
請求項７の発明によれば、物体が移動している場合、移動状況解析手段によって複数の回転数検出装置から入力された移動速度信号と各測定装置の相対的な位置から物体の並進速度ベクトルを算出することができる。このため、物体の自転が物体の移動方向に与える影響を把握することができる。
請求項８の発明によれば、物体が自転している場合において、物体の自転にのみ起因して発生する物体表面の接線方向の速度ベクトルを回転速度ベクトルとする。すると、自転する物体に向けて発信された発信信号が物体の表面で反射すると、物体の表面で反射した反射信号のうち、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と逆向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、ドップラー効果によって、発信信号の周波数よりも周波数が高くなる。逆に、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と同じ向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、ドップラー効果によって、発信信号の周波数よりも周波数が低くなる。したがって、物体表面で反射した反射信号の周波数スペクトル関数は、その強度が所定の値以上となる周波数成分が広がりをもつことになる。よって周波数スペクトル関数において、その強度が所定の値以上となる周波数帯を算出すれば、物体の表面における接線方向の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを求めることができる。そして、一般的に使用される物体であっても、その物体において、その自転軸と垂直な断面の半径さえ分かっていれば、回転速度ベクトルの大きさからその物体の自転回転数を簡単かつ容易に検出することができる。また、物体が自転しながら移動している場合においても、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と逆向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、物体の移動速度に起因する反射信号の周波数よりも周波数が高くなり、逆に、回転速度ベクトルが発信信号の進行方向と同じ向きの速度成分を有する表面で反射した反射信号の周波数は、物体の移動速度に起因する反射信号の周波数よりも周波数が低くなる。したがって、周波数スペクトル関数において、その強度が所定の値以上となる周波数帯を算出すれば、物体が移動している場合であっても、回転速度ベクトルの大きさを求めることができる。
請求項９の発明によれば、受信された反射信号の周波数スペクトル関数は、物体の移動速度に対応する周波数（物体が停止している場合には、発信信号の周波数）を中心とする山形の波形となる。このため、周波数スペクトル関数において、物体の移動速度に対応する周波数、つまり反射信号の強度が最大となる周波数を基準周波数として、その周波数帯域幅を求めれば、物体の表面における接線方向の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを正確に求めることができる。よって、一般的に使用される物体であっても、その物体の半径さえ分かっていれば、回転速度ベクトルの大きさからその物体の自転回転数を正確に検出することができる。
請求項１０の発明によれば、周波数スペクトル関数は、物体の移動速度に対応する周波数（物体が停止している場合には、発信信号の周波数）だけでなく、物体の自転軸をはさんで左右両側の端面で反射した周波数近傍でも極大値を有する場合がある。物体の左右両側の端面の速度は、物体の移動速度（物体が停止している場合には、移動速度＝０）から物体の表面の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを引いた速度または物体の移動速度（物体が停止している場合には、移動速度＝０）に回転速度ベクトルの大きさを加えた速度とほぼ同じ値となる。このため、周波数スペクトル関数において極大値となる複数の周波数のうち、いずれか２つの周波数の差を求めれば、回転ベクトルの大きさをより正確に求めることができる。よって、一般的に使用される物体であっても、その物体の半径さえ分かっていれば、回転速度ベクトルの大きさからその物体の自転回転数を正確に検出することができる。
請求項１１の発明によれば、一の周波数を基準周波数とすれば、周波数帯域幅を正確に求めることができるので、物体の表面の速度、つまり回転速度ベクトルの大きさを正確に求めることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の回転数検出装置は、自転する物体の表面の接線方向の速度を検出し、その接線方向の速度から物体の自転回転数を算出するものであり、停止した物体だけでなく、移動しながら自転する物体の自転回転数を算出することができるものである。
なお、本発明の回転数検出装置によって自転回転数を計測することができる物体の形状は、自転軸に垂直な断面が円形である球や円柱等に限られず、自転軸に垂直な断面が四角形や長方形等の多角形状等でもよく、その形状に特に限定はない。
以下には、理解を容易にするために、代表として自転軸と垂直な断面が円形の物体について説明する。
【０００８】
まず、装置の構成を説明する前に、本発明の回転数検出装置の測定原理を説明する。
なお、以下の説明では、測定原理を分かりやすく説明するために、発信信号Ｆｗの進行方向と逆向きに移動する物体（以下、移動物体Ｍという）の場合を説明する。そして、静止している物体の場合には、以下に示す移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜を０とすればよい。
【０００９】
図２は本発明の回転数検出装置１の測定原理を示した概略説明図であって、(Ａ)は移動物体Ｍが自転していない場合であり、(Ｂ)は移動物体Ｍが自転している場合である。図３は（Ａ）は移動物体Ｍが自転している場合において、中心面方向ベクトルＶＣと位相角θとの関係を示した図であり、（Ｂ）は反射信号Ｒｗの周波数スペクトル関数を示した図である。
【００１０】
図２において、符号Ｂ１は移動物体Ｍに向けて周波数が一定の発信信号Ｆｗを発信する発信手段を示している。この発信手段Ｂ１が発信する発信信号Ｆｗは、例えば電波などの電磁波や超音波であるが、周波数が一定の信号であれば、特に限定はない。
図２(Ａ)に示すように、移動物体Ｍに向けて発信された発信信号Ｆｗは、移動物体Ｍの表面で反射して反射信号Ｒｗとなる。この反射信号Ｒｗは、ドップラー効果により移動物体Ｍの並進速度ベクトルＶｈのうち、移動物体Ｍから発信手段Ｂ１に向かう方向の速度成分の大きさ｜Ｖ０｜（以下、単に移動速度｜Ｖ０｜という）に対応した周波数だけ発信信号Ｆｗに対して周波数がシフトし、その周波数はＦＲ０となる。したがって、発信信号Ｆｗの周波数Ｆ０と反射信号Ｒｗの周波数ＦＲ０の差、つまり周波数シフト量Ｓから、移動速度｜Ｖ０｜を求めることができる（図３（Ｂ）参照）。
【００１１】
そして、図２(Ａ)に示すように、移動物体Ｍが自転していない場合には、移動物体Ｍの表面のどの位置でも、移動物体Ｍの速度成分は、その値が全て同じになる。したがって、その表面で反射される反射信号Ｒｗは、移動物体Ｍの表面において、発信手段Ｂ１と移動物体Ｍの中心とを含む面（以下、単に中心面という）が交わる部分で反射した反射信号Ｒｗの周波数と、中心面からずれた位置で反射した反射信号Rw1 の周波数が同じ値になる。
このため、図３(Ｂ)に示すように、移動物体Ｍが自転していない場合における反射信号Ｆｗの周波数スペクトル関数Fsa は、その中心周波数ＣＦに対して、ほとんど広がりを有しないものとなる。
【００１２】
ところが、図２(Ｂ)に示すように、移動物体Ｍが紙面と垂直な自転軸を中心として反時計回りに自転している場合、前記中心面（図２では紙面に垂直な面）と交わる部分以外の移動物体Ｍの表面の速度は、移動物体Ｍの自転にのみ起因して発生する移動物体Ｍ表面の接線方向の速度ベクトル、つまり移動物体Ｍの並進速度ベクトルＶｈの影響を含まない移動物体Ｍ表面の速度ベクトル（以下、回転速度ベクトルＶという）の影響を受ける。
このため、移動物体Ｍの表面において、並進速度ベクトルＶｈと回転速度ベクトルＶの両方の影響を受けた表面の速度ベクトルにおける、その中心面と平行な方向、つまり発信信号Ｆｗの進行方向と平行な方向の速度成分ＶＣ（以下、単に中心面方向成分ＶＣという）の大きさは、位置によって移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜に対して変化する。つまり移動物体Ｍの表面のある点Ｐと移動物体Ｍの自転軸を結ぶ線Ａが、前記中心面と成す角がθ（以下、位相角θという）の場合、点Ｐにおける中心面方向成分ＶＣは、以下の式で表わされ、図３(Ａ)に示すような関数となる。
ＶＣ＝｜Ｖ０｜−｜Ｖ｜ cos（π／２−θ）
＝｜Ｖ０｜−Ｒω cos（π／２−θ）
（なお、Ｒ＝移動物体の半径、ω＝移動物体の回転角速度であり、θは反時計回りを正としている。）
このため、図３（Ｂ）に示すように、移動物体Ｍが自転している場合における反射信号Ｆｗの周波数スペクトルFsb は、移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜に対応する反射信号RW0 の周波数FR0 を中心周波数ＣＦとして広がりを有することになる。
【００１３】
そして、図３（Ａ）に示すように、中心面方向成分ＶＣは、図２（Ｂ）における点Ｐ１、つまり前記位相角θが−９０°となる点で最大速度Ｖ１となり、点Ｐ２、つまり前記位相角θが９０°となる点で最小速度Ｖ２となる。したがって、反射信号Ｆｗの周波数スペクトルFsb の幅（以下、周波数帯ＢＦという）は、最大速度Ｖ１のときの周波数ＦＲ１と最小速度Ｖ２のときの周波数ＦＲ２の差によって決定される。つまり、周波数帯ＢＦは、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜と一定の関係を有し、移動物体Ｍにおいて、自転軸に対して垂直な断面の形状が円形であれば、周波数帯ＢＦと回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜の関係は、以下の式で表される。
｜Ｖ｜＝（ＢＦ／２Ｆ０）ＶＳ（ＶＳは音速）
つまり、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜と周波数帯ＢＦは比例関係にあるから、周波数帯ＢＦを検出することができれば、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜を算出することがでる。そして、自転軸に対して垂直な断面の半径が分かっていれば、自転の回転角速度ωが算出できるから、移動物体Ｍの自転回転数も求めることができるのである。
【００１４】
なお、周波数帯ＢＦは、移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜に対応する周波数ＦＲ０を基準周波数とする周波数帯域幅、つまり周波数ＦＲ０における信号強度に対して、信号強度の値が一定の範囲内にある周波数の範囲（以下、周波数帯域幅Ｓｗという）としてもよい。周波数ＦＲ１の近傍および周波数ＦＲ２の近傍では、その反射信号の強度が弱いためノイズの影響を受けやすく、このノイズの影響は測定精度に影響を与える。このような場合に、周波数帯ＢＦとして周波数帯域幅Ｓｗを用い、この周波数帯域幅Ｓｗから移動物体Ｍの表面の速度を算出すれば、ノイズの影響をすくなくすることができる。
【００１５】
また、移動物体Ｍにおいて、自転軸に対して垂直な断面の形状が円形であれば、図３（Ｂ）に示すように、周波数スペクトル関数Ｆｓｂは、移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜に対応する周波数ＦＲ０だけでなく、最大速度Ｖ１のときの周波数ＦＲ１の近傍（図３ではＦＲ３）および最小速度Ｖ２のときの周波数ＦＲ２の近傍（図３ではＦＲ４）において極大値を有する場合がある。
これは、図３(Ａ)に示すように中心面方向成分ＶＣのうち、最大速度Ｖ１の近傍および最小速度Ｖ２の近傍の速度となる位相角θの範囲がその他の速度となる位相角θの範囲に比べて広いからである。
【００１６】
このため、周波数スペクトル関数Ｆｓｂにおいて極大値となる複数の周波数のうち、いずれか２つの周波数の差を求めれば、移動物体Ｍの表面の回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜をより正確に求めることができる。そして、この場合には、移動物体Ｍの左右両側の端面近傍から反射される反射信号にノイズが多く含まれていても、そのノイズの影響を小さくできるから移動物体Ｍの自転回転数を正確に検出することができる。
とくに、一の周波数を中心周波数ＣＦ、つまり移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜に対応する周波数ＦＲ０とすれば、中心周波数ＣＦとなる周波数ＦＲ０は他の極大値となる周波数よりも正確に求められるので、例えば、FR0 とFR4 の差を周波数帯ＢＦとして正確に求めることができ、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜を正確に求めることができる。
【００１７】
さて、本実施形態の回転数検出装置１を説明する。
図１は（Ａ）は本実施形態の回転数検出装置１の概略ブロック図であり、（Ｂ）は本実施形態の移動物体計測システム５０の概略ブロック図である。同図（Ａ）に示すように、本実施形態の回転数検出装置１は、発信手段１０と、受信手段２０と、信号処理手段３０とから基本構成されている。
【００１８】
発信手段１０は、例えば圧電セラミックを使用した超音波発信機や電磁波発信機等であるが、周波数が一定の発信信号Ｆｗを移動物体Ｍに向けて発信することができるものであればよい。
この発信手段１０には、周波数調整器１１が接続されており、この周波数調整器１１によって発信手段１０から発信する発信信号Ｆｗの周波数Ｆ０を調整することができる。また、この周波数調整器１１は、発信信号Ｆｗの周波数情報、つまり発信信号Ｆｗの周波数Ｆ０に対応する信号（以下、単に発信周波数信号という）を出力することができるものである。
【００１９】
受信手段２０は、例えば圧電セラミックを使用した超音波受信機や電磁波受信機等、移動物体Ｍで反射した反射信号Ｒｗを受信するものであり、この反射信号Ｒｗの各周波数ＦＲの強度に対応した信号（以下、単に受信強度信号という）を出力することができるものである。
なお、受信手段２０は、上記の機能を有するものであれば、特に限定はない。
【００２０】
前記周波数調整器１１および前記受信手段２０は、信号処理手段３０に接続されている。この信号処理手段３０は、各手段が出力した発信周波数信号および受信強度信号が入力されている。
この信号処理手段３０は、受信強度信号から図３（Ｂ）に示したような周波数スペクトル関数Ｆｓを作成することができるものであり、作成した周波数スペクトル関数Ｆｓを用い、前述した原理に基づき、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜を算出することができるものである。
【００２１】
また、この信号処理手段３０には、図示しない入力部が設けられており、この入力部から、例えば測定する移動物体Ｍの半径や反射係数、材質等の情報を入力することができる。
このため、入力された移動物体Ｍの半径と、前記発信信号に基づいて算出される回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜から、移動物体Ｍの自転回転数算出することができる。そして、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜を算出するときに、移動物体Ｍの反射係数や材質等を、誤差を補正する係数の決定に使用すれば、移動物体Ｍの回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜等の測定精度を高くすることができる。
【００２２】
上記のごとく、本実施形態の回転数検出装置１によれば、発信手段１０によって一定周波数の発信信号Ｆｗを移動物体Ｍに向けて発信し、受信手段２０によって移動物体Ｍの表面で反射した反射信号Ｒｗを受信すれば、信号処理手段３０によって、反射信号Ｒｗの周波数スペクトル関数Ｆｓを作成することができる。そして、信号処理手段３０によって作成した周波数スペクトル関数Ｆｓからその周波数帯ＢＦを算出すれば、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜を求めることができる。
【００２３】
よって、自転回転数測定のための特別な加工等がされていない移動物体Ｍであっても、回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜の大きさを測定することができるし、その移動物体Ｍの自転軸と垂直な断面の半径が分かっていれば、移動物体Ｍの半径を用いて移動物体Ｍの自転回転数を簡単かつ容易に検出することができる。つまり、球体であればその半径がわかっていればよく、円筒状の部材であってその中心軸まわりに回転するものであれば、その中心軸と垂直な断面の半径がわかっていればよい。
【００２４】
また、信号処理手段３０には、発信周波数信号も入力されているから、この発信周波数信号と周波数スペクトル関数が最大となる周波数（図３ではＦＲ０）との差から、移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜も計測することができる。
【００２５】
なお、周波数調整器１１を設けずに、信号処理手段３０によって直接発信手段１０が発信する発信信号Ｒｗを調整するようにしてもよい。
【００２６】
つぎに、本実施形態の移動物体計測システム５０を説明する。
図１（Ｂ）に示すように、本実施形態の移動物体計測システム５０は、複数の前記回転数検出装置１と、移動状況解析手段５１を備えたシステムである。
なお、図１には回転数検出装置１は２つしか示していないが、回転数検出装置１の数は、４つ以上設けられている。
【００２７】
図１（Ｂ）において、符号５２は同期器を示している。この同期器５２は、複数の回転数検出装置１の発信手段１０が発信信号を発信するタイミングを調整するためのものであり、回転数検出装置１Ａ，１Ｂおよび図示しない回転数検出装置１Ｃ，１Ｄ（以下、単に回転数検出装置１Ａ〜１Ｄで示す）の各発信手段１０から、常に同時に発信信号が発信されるように調整されている。
なお、同調器５２として、任意波形発生装置（例えば、ファンクション・ゼネレータ（ソニー・テクトロニクス社製：ＡＦＧ３１０型））を用い、この同調器５２を全ての回転数検出装置１Ａ〜１Ｄの周波数調整器１１として使用してもよい。
【００２８】
回転数検出装置１Ａ〜１Ｄには移動状況解析手段５１が接続されており、回転数検出装置１Ａ〜１Ｄの信号処理器３０から回転速度信号が入力されている。この回転速度信号とは、各回転数検出装置１Ａ〜１Ｄが計測した回転速度ベクトルＶの大きさ｜Ｖ｜や自転回転数の情報を含むものである。
そして、この移動状況解析手段５１には、予めある任意の点ＢＰに対する回転数検出装置１Ａ〜１Ｄの相対的な位置に関する位置情報が入力されている。
【００２９】
このため、４つの回転数検出装置１Ａ〜１Ｄのうち、３つの回転数検出装置１Ａ ,１Ｂ ,１Ｃが計測した回転速度ベクトルＶの大きさ｜ＶＡ｜，｜ＶＢ｜，｜ＶＣ｜と３つの回転数検出装置１Ａ ,１Ｂ ,１Ｃの相対位置から、図７（Ａ）の式に基づいてベクトルＶｓ１を求めることができる。また、３つの回転数検出装置１Ａ ,１Ｂ ,１Ｄが計測した回転速度ベクトルＶの大きさ｜ＶＡ｜，｜ＶＢ｜，｜ＶＤ｜と３つの回転数検出装置１Ａ ,１Ｂ ,１Ｄの相対位置から、図７（Ａ）の式に基づいてベクトルＶｓ２を求めることができる。そして、Ｖｓ１を法線とする点ＢＰを通る面と、Ｖｓ２を法線とする点ＢＰを通る面の交線が、移動体Ｍの自転軸となるので、ＢＰを原点とするＸＹＺ直交座標系の各座標軸に対する移動体Ｍの自転軸の傾きをθ＝（θｘ，θｙ，θｚ）とし、自転軸方向の単位ベクトルを（ａ，ｂ，ｃ）とするれば、以下の関係が成り立つ。
θ＝（θｘ，θｙ，θｚ）＝（cos−１ａ，cos−１ｂ，cos−１ｃ）
（ただし、ａ，ｂ，ｃと│ＶＡ│,│ＶＢ│,│ＶＣ│，│ＶＤ│の関係は図７（Ｂ）に示す。）
このため、移動状況解析手段５１によって点ＢＰを通るときの移動物体Ｍの自転軸の傾きを求めることができる。
【００３０】
なお、各回転数検出装置１Ａ〜１Ｄが移動物体Ｍまでの距離を同時に測定できるようにすれば、任意の場所を通過する移動物体Ｍの自転軸の傾きを求めることも可能である。
【００３１】
また、移動状況解析手段５１には、各回転数検出装置１Ａ〜１Ｄによって測定された移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜の情報を含む移動速度信号が入力されている。この４つの回転数検出装置１Ａ〜１Ｄのうち、３つの回転数検出装置１Ａ ,１Ｂ ,１Ｃが検出した移動物体Ｍの移動速度を用いれば、図６の式に基づいてベクトルを求めることができる。そして、この交線のベクトルは、移動物体Ｍの並進速度ベクトルＶｈと平行であるから、移動状況解析手段５１によって移動物体Ｍの移動方向を求めることができる。
【００３２】
例えば、移動物体Ｍが点ＢＰを通るときにおける移動物体Ｍの並進速度ベクトルＶｈは、点ＢＰを原点とし、回転数検出装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃが計測した移動物体Ｍの移動速度｜Ｖ０｜をそれぞれ│Ｖ０Ａ│,│Ｖ０Ｂ│,│Ｖ０Ｃ│、移動物体Ｍの並進速度ベクトルＶｈ＝（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とすると、以下の式から求めることができる。
Ｖｈ＝Ａ−１Ｆ（Ｆ＝（│Ｖ０Ａ│,│Ｖ０Ｂ│,│Ｖ０Ｃ│）行列Ａは図６に示す。）
【００３３】
そして、移動状況解析手段５１には、各回転数検出装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの点ＢＰに対する相対的な位置情報が入力されているから、移動物体Ｍが点ＢＰを通過するときの並進速度ベクトルＶｈを求めることができる。
なお、各回転数検出装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃが移動物体Ｍまでの距離を同時に測定できるようにすれば、任意の場所を通過する移動物体Ｍの並進速度ベクトルＶｈを求めることも可能である。
【００３４】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例として、静止した状態で自転している物体の自転回転数を本発明の回転数検出装置を用いて測定した結果を示す。
図４は実験装置の概略説明図である。同図に示すように、測定対象である回転体ＭをモータＭＴの主軸に固定し、このモータＭＴによって回転体Ｍを自転させたときの自転回転数を、本発明の回転数検出装置と市販されているタコメータＴＭによって同時に測定し、得られた回転体Ｍの自転回転数を比較した。
【００３５】
発信手段１０および受信手段２０には、圧電セラミックを使用した超音波センサ（日本セラミックス株式会社製：Ｔ／Ｒ４０−１６）を使用し、発信手段１０から発信される周波数は、任意波形発生装置であるファンクション・ゼネレータ（ソニー・テクトロニクス社製：ＡＦＧ３１０型）によって制御した。そして、発信手段１０および受信手段２０から回転体Ｍまでの距離を２．０ｍ、発信手段１０から発信される発信信号の周波数は４０kHz に固定して計測した。
また、比較に使用した市販タコメータＴＭには、ハンディデジタル非接触回転計（アテックス株式会社製：ＲＭ１０００）を使用した。
なお、タコメータＴＭは、赤外線を物体に出射し、物体表面で反射した反射信号を受信し、その信号強度変化の周波数から回転数を求めるものであるから、赤外線を反射させるための反射テープＰを物体Ｍの表面に貼付ている。
【００３６】
回転体Ｍには、ディンプルのないゴルフボール（実施例１）、ディンプル付ゴルフボール（実施例２）、テニスボール大のゴムボール（実施例３）を使用した。
【００３７】
まず、各実施例における計測結果を説明する前に、本発明の回転数検出装置によって計測された周波数スペクトル関数の一例を図８（Ａ）に示す。同図に示すように、本実施例で計測された反射信号から形成される周波数スペクトル関数は、回転体Ｍが移動していないため、発信周波数と同じ周波数である４０kHz を中心として、対称な波形となる。しかも、相対強度が非常に強い中心スペクトルＣＳと、この中心スペクトルＣＳよりも高周波数側、低周波数側の両方に、山形のスペクトルＬＳ、ＨＳが形成されている。
この３つのスペクトルＣＳ、ＬＳ、ＨＳは、図８（Ｂ）に示す理論上得られる周波数スペクトル関数のうち、相対強度がＬとＵの間の値となる周波数でのスペクトルであると考えられる。つまり、反射信号を受信する受信器の感度の範囲が狭く、しかもその感度がＦＲ１やＦＲ２のごく近傍の反射信号を測定するのに十分な感度を有していないため、Ｌより小さい信号強度の周波数およびＵより大きい強度の周波数は計測できず、このような周波数スペクトルとなっていると考えられる。
しかし、図８（Ａ）より、本発明の回転数検出装置を用いれば、中心周波数ＣＦ近傍だけでなく、回転体Ｍの両端近傍で反射した反射信号の周波数の近傍においても、極大値を有する反射信号の周波数スペクトル関数を形成することができることが確認できる。
【００３８】
また、図８に示すように、今回の実施例では、回転体Ｍの両端近傍で反射した反射信号の周波数であるＦＲ１およびＦＲ２は計測できないので、回転数検出装置により計測した回転数は、図８（Ａ）における（ＦＲ３‐ＦＲ４）の値を用いて算出している。そして、算出した結果には補正等を加えていない。
【実施例１】
図５は（Ａ）ディンプルのないゴルフボールの回転数を測定した結果を比較した図、（Ｂ）ディンプルのないゴルフボールの回転数とディンプルのあるゴルフボールの回転数を測定した結果を比較した図、（Ｃ）ゴムボールの回転数を測定した結果を示した図である。
図５（Ａ）に示すように、本発明の回転数検出装置によって計測されたゴルフボールの回転数の計測値は、タコメータＴＭの計測値に比べて低い回転数となっている。そして、前述したように、受信手段の検出感度の制約から、回転数を図８（Ｂ）に示すＦＲ１およびＦＲ２よりも中心周波数ＣＦに近い値となるＦＲ３およびＦＲ４を用いて算出しているので、得られる周波数帯ＢＦの値が、（ＦＲ１−ＦＲ２）から得られる周波数帯ＢＦ０の値よりも小さくなり、回転数もタコメータＴＭの値よりも低い値となっている。しかし、両者が比例関係にあること、および本発明の回転数検出装置の計測値には全く補正等を行っていないことを考慮すると、本発明の回転数検出装置の計測値に最適な補正を行うことにより、タコメータＴＭの検測値と一致させることができると推測できる。つまり、本発明の回転数検出装置を用いれば、回転体Ｍの回転数を市販のタコメータＴＭと同等のレベルで計測可能であることが確認できるし、受信手段の感度が向上すれば、さらに精度良く回転数を計測することができる。
【実施例２】
図５（Ｂ）に示すように、実施例１と実施例２の計測結果を比較すると、タコメータＴＭによって計測された物体Ｍの自転回転数が同じ場合には、本発明の回転数検出装置による実施例１および実施例２の自転回転数は、ほぼ一致することが確認できる。この実施例１と実施例２は、回転体Ｍの表面にディンプルがあるかないかの違いだけであることから、同一の半径かつ同一の素材の回転体Ｍの場合には、本発明の回転数検出装置は、物体Ｍの表面の形状の影響を受けることなく、自転回転数を計測できると考えられる。
【実施例３】
図５（Ｃ）に示すように、実施例１においてタコメータＴＭの計測値が同じ場合、実施例１の回転体Ｍの自転回転数に比べて、実施例３の回転体Ｍの自転回転数は、その回転数が小さく計測されている。しかし、実施例３の場合も、本発明の回転数検出装置によって計測された自転回転数とタコメータＴＭの計測値とが比例関係にあり、その傾きも実施例１の傾きとほぼ同じ傾きとなっている。よって、物体Ｍの大きさ、材質が変っても、最適な補正を行えば、本発明の回転数検出装置を用いて市販のタコメータと同等レベルの計測が可能であると推測できる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、反射信号の周波数スペクトル関数の周波数帯を算出すれば、物体の表面における接線方向の速度を求めることができる。よって、一般的に使用される物体であっても、その物体において、その自転軸と垂直な断面の半径さえ分かっていれば、その自転回転数を簡単かつ容易に検出することができる。
請求項２の発明によれば、反射信号の強度が最大となる周波数を基準周波数として、その周波数帯域幅を求めれば、物体の表面における接線方向の速度を正確に求めることができるので、一般的に使用される物体であっても、その物体の半径さえ分かっていれば、その自転回転数を正確に検出することができる。
請求項３の発明によれば、周波数スペクトル関数において極大値となる複数の周波数のうち、いずれか２つの周波数の差を求めれば、物体の表面の速度をより正確に求めることができるので、一般的に使用される物体であっても、その物体の半径さえ分かっていれば、その自転回転数を正確に検出することができる。
請求項４の発明によれば、物体の表面の速度を正確に求めることができる。
請求項５の発明によれば、物体の自転回転数だけでなく、物体の移動速度も計測することができる。
請求項６の発明によれば、移動状況解析手段によって複数の回転数検出装置から入力された回転数信号と各測定装置の相対的な位置から物体の表面の速度ベクトルを算出することができるので、物体の自転軸の傾きを求めることができる。
請求項７の発明によれば、移動状況解析手段によって複数の回転数検出装置から入力された移動速度信号と各測定装置の相対的な位置から物体の並進速度ベクトルを算出することができる。このため、物体の自転が物体の移動方向に与える影響を把握することができる。
請求項８の発明によれば、反射信号の周波数スペクトル関数の周波数帯を算出すれば、物体の表面における接線方向の速度を求めることができる。よって、一般的に使用される物体であっても、その物体において、その自転軸と垂直な断面の半径さえ分かっていれば、その自転回転数を簡単かつ容易に検出することができる。
請求項９の発明によれば、反射信号の強度が最大となる周波数を基準周波数として、その周波数帯域幅を求めれば、物体の表面における接線方向の速度を正確に求めることができるので、一般的に使用される物体であっても、その物体の半径さえ分かっていれば、その自転回転数を正確に検出することができる。
請求項１０の発明によれば、周波数スペクトル関数において極大値となる複数の周波数のうち、いずれか２つの周波数の差を求めれば、物体の表面の速度をより正確に求めることができるので、一般的に使用される物体であっても、その物体の半径さえ分かっていれば、その自転回転数を正確に検出することができる。
請求項１１の発明によれば、物体の表面の速度を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本実施形態の回転数検出装置１の概略ブロック図であり、（Ｂ）は本実施形態の物体計測システム５０の概略ブロック図である。
【図２】 本発明の回転数検出装置の測定原理を示した概略説明図であって、(Ａ)は移動物体Ｍが自転していない場合であり、(Ｂ)は移動物体Ｍが自転している場合である。
【図３】 （Ａ）は移動物体Ｍが自転している場合において、中心面方向ベクトルＶＣと位相角θとの関係を示した図であり、（Ｂ）は反射信号Ｒｗの周波数スペクトル関数を示した図である。
【図４】 実験装置の概略説明図である。
【図５】 （Ａ）ディンプルのないゴルフボールの回転数を測定した結果を比較した図、（Ｂ）ディンプルのないゴルフボールの回転数とディンプルのあるゴルフボールの回転数を測定した結果を比較した図、（Ｃ）ゴムボールの回転数を測定した結果を示した図である。
【図６】 行列Ａを示した図である。
【図７】 （Ａ）は交線のベクトルＶｓ１および交線のベクトルＶｓ２を示した図であり、（Ｂ）は、ａ，ｂ，ｃと│ＶＡ│,│ＶＢ│,│ＶＣ│，│ＶＤ│の関係を示した図である。
【図８】 反射信号の周波数スペクトル関数を示した図であって、（Ａ）は実測された反射信号に基づく周波数スペクトル関数であり、（Ｂ）は理論上の周波数スペクトル関数である。
【符号の説明】
１ 回転数検出装置
１０ 発信手段
２０ 受信手段
３０ 信号処理手段
５０ 移動物体計測システム
５１ 移動物体解析手段
Ｍ 移動物体
Ｆｗ 発信信号
Ｆ０ 発信信号の周波数
Ｒｗ 反射信号
ＦＲ 反射信号の周波数[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation speed detection device, an object measurement system, and a rotation speed detection method. More specifically, the present invention relates to a rotation speed detection device, an object measurement system, and a rotation speed detection method for detecting the rotation speed of a rotating object.
[0002]
[Prior art]
When detecting the rotation speed of an object that moves while rotating conventionally, for example, illuminate an object colored alternately in white and black and calculate the rotation speed from the light-dark cycle of reflected light, or detect the object with a high-speed camera. In some cases, the rotational speed was determined by taking a picture and analyzing the image.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former method, the object to be measured must be colored in advance, and the number of revolutions of the ball or the like actually used by the player during a game such as golf or tennis cannot be obtained.
In addition, in the case of a high-speed camera, a trigger signal is required to start shooting when an object enters the shooting range of the camera. Therefore, it captures and captures a flying ball during a game such as golf or tennis. This is difficult, and it takes time and effort to analyze the captured image, and the apparatus is expensive.
[0004]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a rotation speed detection device and a rotation speed detection method capable of easily and easily detecting the rotation speed of a generally used object. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The rotation speed detection device according to
According to a second aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, the frequency band is a frequency bandwidth having a frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum in the frequency spectrum function as a reference frequency. It is characterized by.
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, the frequency spectrum function has a maximum value at a plurality of frequencies, and the frequency band is the reflection frequency in the frequency spectrum function. It is a frequency region between one frequency at which the intensity of the signal has a maximum value and another frequency at which the intensity of the reflected signal has a maximum value.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect, the one frequency is a frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum in the frequency spectrum function.
According to a fifth aspect of the present invention, the rotational speed detection device according to the first aspect of the present invention is configured such that the frequency information of the transmission signal is input to the signal processing unit, and the signal processing unit is configured to detect the frequency of the transmission signal and the frequency. The difference between the spectral function and the frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum is calculated.
An object measurement system according to claim 6 is a system including a plurality of rotation speed detection devices according to
A rotation state signal is input to which a rotation speed signal transmitted from the signal processor of each rotation number detection device is input, and the movement state analysis unit transmits the rotation speed signal transmitted from each rotation number detection device. And an inclination of the rotation axis of the object is calculated from position information indicating a relative positional relationship among the plurality of rotation speed detection devices.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the object measurement system according to the sixth aspect, wherein the intensity of the reflected signal is maximum in the frequency of the transmission signal and the frequency spectrum function transmitted from the transmission unit of the signal processor of each rotation speed detection device. The movement speed signal corresponding to the difference from the frequency to be input to the movement situation analysis means, the movement situation analysis means, the movement speed signal transmitted from each rotation speed detection device, and the plurality of rotations A translation velocity vector of the object is calculated from position information indicating a relative positional relationship between the number detection devices.
The rotation speed detection method according to claim 8 is a detection method for detecting the rotation speed of a rotating object, wherein a transmission signal is transmitted toward the rotating object, a reflected signal reflected by the object is received, and received. Using the reflected signal to form a frequency spectral function of the reflected signal; In the frequency spectrum function, a frequency band that is a width of a frequency spectrum in which the intensity of the reflected signal is equal to or greater than a predetermined value is calculated, and a rotation speed is calculated based on the size of the frequency band. It is characterized by that.
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to the eighth aspect of the present invention, the frequency bandwidth is calculated using the frequency spectrum function with a frequency having a maximum intensity of the reflected signal as a reference frequency. .
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to the eighth aspect, in the frequency spectrum function, there is one frequency at which the intensity of the reflected signal becomes a maximum value, and the intensity of the reflected signal has a maximum value. The frequency is calculated.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to the tenth aspect, the frequency at which the intensity of the reflected signal in the frequency spectrum function is maximized is calculated as the one frequency.
[0006]
According to the first aspect of the present invention, when the object is rotating, the velocity vector in the tangential direction of the object surface generated only due to the rotation of the object is used as the rotation velocity vector. Then, when the transmission signal transmitted by the transmission means is reflected by the surface of the rotating object, the surface of the reflected signal reflected by the surface of the object has a rotational speed vector having a speed component opposite to the traveling direction of the transmission signal. The frequency of the reflected signal reflected is higher than the frequency of the transmission signal due to the Doppler effect. On the contrary, the frequency of the reflected signal reflected by the surface having the rotational speed vector having the velocity component in the same direction as the traveling direction of the transmission signal becomes lower than the frequency of the transmission signal due to the Doppler effect. Therefore, the frequency spectrum function of the reflected signal reflected from the object surface has a broad frequency component whose intensity is a predetermined value or more. Therefore, by calculating a frequency band in which the intensity is a predetermined value or more in the frequency spectrum function, the tangential speed on the surface of the object, that is, the magnitude of the rotational speed vector can be obtained. And even if it is a generally used object, if the radius of the cross section perpendicular to the rotation axis of the object is known, the rotation speed of the object can be easily and easily determined from the magnitude of the rotation speed vector. Can be detected. Even when the object is moving while rotating, the frequency of the reflected signal reflected by the surface whose rotation speed vector has a speed component opposite to the traveling direction of the transmitted signal is reflected by the moving speed of the object. On the contrary, the frequency of the reflected signal reflected by the surface having a velocity component whose rotational speed vector has the same direction as the traveling direction of the transmitted signal is higher than the frequency of the signal. The frequency is lower than the frequency. Therefore, if the frequency band whose intensity is equal to or greater than a predetermined value is calculated in the frequency spectrum function, the magnitude of the rotational speed vector can be obtained even when the object is moving.
According to the invention of claim 2, the frequency spectrum function of the reflected signal received by the receiving means is centered on the frequency corresponding to the moving speed of the object (or the frequency of the transmission signal when the object is stopped). It becomes a mountain-shaped waveform. For this reason, in the frequency spectrum function, if the frequency bandwidth is obtained using the frequency corresponding to the moving speed of the object, that is, the frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum, as the reference frequency, the tangential speed on the surface of the object, that is, The magnitude of the rotation speed vector can be accurately obtained. Therefore, even if the object is generally used, if the shape of the cross section perpendicular to the rotation axis is circular and the radius of the object is known, the rotation of the object is determined from the magnitude of the rotation speed vector. The rotational speed can be detected accurately.
According to the invention of claim 3, the frequency spectrum function is not only the frequency corresponding to the moving speed of the object (the frequency of the transmission signal when the object is stopped) but also the rotation axis of the object. There may be a local maximum even in the vicinity of the frequencies reflected by the left and right end faces. The speed of the left and right end faces of the object is the speed obtained by subtracting the speed of the surface of the object, that is, the rotational speed vector, from the moving speed of the object (moving speed = 0 when the object is stopped). The speed is substantially the same as the speed obtained by adding the magnitude of the rotational speed vector to the moving speed (moving speed = 0 when the object is stopped). For this reason, if the difference between any two frequencies among a plurality of frequencies having a maximum value in the frequency spectrum function is obtained, the magnitude of the rotation speed vector can be obtained more accurately. Therefore, even if the object is generally used, if the radius of the object is known, the rotation speed of the object can be accurately detected from the magnitude of the rotation speed vector. Even when a large amount of noise is included in the reflected signals reflected from the vicinity of the left and right end faces, the influence of the noise can be suppressed.
According to the fourth aspect of the present invention, if one frequency is set as a reference frequency, the frequency bandwidth can be accurately obtained. Therefore, the surface speed of the object, that is, the magnitude of the rotational speed vector can be accurately obtained. it can.
According to the invention of claim 5, when the object is moving, not only the rotation speed of the object but also the moving speed of the object can be measured.
According to the sixth aspect of the present invention, the speed vector of the surface of the object, that is, the rotational speed vector is calculated from the rotational speed signals input from the plurality of rotational speed detection devices and the relative position of each measuring device by the movement state analyzing means. Therefore, the inclination of the rotation axis of the object can be obtained.
According to the seventh aspect of the present invention, when the object is moving, the translation speed vector of the object is calculated from the movement speed signal input from the plurality of rotation speed detection devices by the movement state analysis means and the relative position of each measuring device. Can be calculated. For this reason, it is possible to grasp the influence of the rotation of the object on the moving direction of the object.
According to the invention of claim 8, when the object rotates, the velocity vector in the tangential direction of the object surface generated only due to the rotation of the object is set as the rotation velocity vector. Then, when the transmission signal transmitted toward the rotating object is reflected on the surface of the object, the surface of the reflected signal reflected on the surface of the object has a velocity component whose rotational speed vector is opposite to the traveling direction of the transmission signal. Due to the Doppler effect, the frequency of the reflected signal reflected by the signal becomes higher than the frequency of the transmitted signal. On the contrary, the frequency of the reflected signal reflected by the surface having the rotational speed vector having the velocity component in the same direction as the traveling direction of the transmission signal becomes lower than the frequency of the transmission signal due to the Doppler effect. Therefore, the frequency spectrum function of the reflected signal reflected from the object surface has a broad frequency component whose intensity is a predetermined value or more. Therefore, by calculating a frequency band in which the intensity is a predetermined value or more in the frequency spectrum function, the tangential speed on the surface of the object, that is, the magnitude of the rotational speed vector can be obtained. And even if it is a generally used object, if the radius of the cross section perpendicular to the rotation axis of the object is known, the rotation speed of the object can be easily and easily determined from the magnitude of the rotation speed vector. Can be detected. Even when the object is moving while rotating, the frequency of the reflected signal reflected by the surface whose rotation speed vector has a speed component opposite to the traveling direction of the transmitted signal is reflected by the moving speed of the object. On the contrary, the frequency of the reflected signal reflected by the surface having a velocity component whose rotational speed vector has the same direction as the traveling direction of the transmitted signal is higher than the frequency of the signal. The frequency is lower than the frequency. Therefore, if the frequency band whose intensity is equal to or greater than a predetermined value is calculated in the frequency spectrum function, the magnitude of the rotational speed vector can be obtained even when the object is moving.
According to the ninth aspect of the present invention, the frequency spectrum function of the received reflected signal has a mountain shape centered on the frequency corresponding to the moving speed of the object (or the frequency of the transmission signal when the object is stopped). It becomes a waveform. For this reason, in the frequency spectrum function, if the frequency bandwidth is obtained using the frequency corresponding to the moving speed of the object, that is, the frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum, as the reference frequency, the tangential speed on the surface of the object, that is, The magnitude of the rotation speed vector can be accurately obtained. Therefore, even if the object is generally used, if the radius of the object is known, the rotation speed of the object can be accurately detected from the magnitude of the rotation speed vector.
According to the invention of
According to the eleventh aspect of the present invention, since the frequency bandwidth can be accurately obtained by setting one frequency as the reference frequency, the speed of the surface of the object, that is, the magnitude of the rotational speed vector can be accurately obtained. it can.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The rotational speed detection device of the present invention detects the tangential speed of the surface of the rotating object, calculates the rotational speed of the object from the tangential speed, and moves not only the stopped object but also the moving object. Thus, the rotation speed of the rotating object can be calculated.
The shape of the object whose rotational speed can be measured by the rotational speed detection device of the present invention is not limited to a sphere or a cylinder whose cross section perpendicular to the rotational axis is circular, and the cross section perpendicular to the rotational axis is square. A polygonal shape such as a rectangle or the like may be used, and the shape is not particularly limited.
In the following, for ease of understanding, an object having a circular cross section perpendicular to the rotation axis will be described as a representative.
[0008]
First, before describing the configuration of the apparatus, the measurement principle of the rotation speed detection apparatus of the present invention will be described.
In the following description, the case of an object that moves in the direction opposite to the traveling direction of the transmission signal Fw (hereinafter referred to as a moving object M) will be described in order to easily explain the measurement principle. In the case of a stationary object, the moving speed | V0 | of the moving object M shown below may be set to zero.
[0009]
2A and 2B are schematic explanatory views showing the measurement principle of the rotational
[0010]
In FIG. 2, reference numeral B <b> 1 indicates a transmission unit that transmits a transmission signal Fw having a constant frequency toward the moving object M. The transmission signal Fw transmitted from the transmission unit B1 is, for example, an electromagnetic wave such as a radio wave or an ultrasonic wave, but is not particularly limited as long as the signal has a constant frequency.
As shown in FIG. 2A, the transmission signal Fw transmitted toward the moving object M is reflected by the surface of the moving object M to become a reflected signal Rw. This reflected signal Rw has a velocity component magnitude | V0 | in the direction from the moving object M to the transmitting means B1 in the translation velocity vector Vh of the moving object M due to the Doppler effect (hereinafter simply referred to as a moving velocity | V0 |). The frequency shifts with respect to the transmission signal Fw by a frequency corresponding to, and the frequency becomes FR0. Therefore, the moving speed | V0 | can be obtained from the difference between the frequency F0 of the transmission signal Fw and the frequency FR0 of the reflected signal Rw, that is, the frequency shift amount S (see FIG. 3B).
[0011]
As shown in FIG. 2A, when the moving object M is not rotating, the velocity components of the moving object M all have the same value at any position on the surface of the moving object M. Therefore, the reflected signal Rw reflected on the surface of the moving object M is reflected on the surface of the moving object M where the surface including the transmitting means B1 and the center of the moving object M (hereinafter simply referred to as the center surface) intersects. And the frequency of the reflected signal Rw1 reflected at a position shifted from the center plane have the same value.
For this reason, as shown in FIG. 3B, the frequency spectrum function Fsa of the reflected signal Fw when the moving object M does not rotate does not substantially spread with respect to the center frequency CF.
[0012]
However, as shown in FIG. 2B, when the moving object M rotates counterclockwise around a rotation axis perpendicular to the paper surface, it intersects with the center surface (a surface perpendicular to the paper surface in FIG. 2). The velocity of the surface of the moving object M other than the portion does not include the influence of the velocity vector in the tangential direction of the surface of the moving object M generated only by the rotation of the moving object M, that is, the translational velocity vector Vh of the moving object M. It is affected by the velocity vector of the surface of the object M (hereinafter referred to as the rotational velocity vector V).
For this reason, on the surface of the moving object M, the surface velocity vector affected by both the translation velocity vector Vh and the rotation velocity vector V is parallel to the center plane, that is, parallel to the traveling direction of the transmission signal Fw. The magnitude of the direction velocity component VC (hereinafter simply referred to as the center plane direction component VC) varies with the moving velocity | V0 | of the moving object M depending on the position. That is, when the angle between the line A connecting the point P on the surface of the moving object M and the rotation axis of the moving object M and the center plane is θ (hereinafter referred to as phase angle θ), the center plane direction component VC at the point P Is expressed by the following equation and becomes a function as shown in FIG.
VC = | V0 | − | V | cos (π / 2−θ)
= | V0 | -Rω cos (π / 2-θ)
(Note that R = radius of moving object, ω = rotational angular velocity of moving object, and θ is positive counterclockwise.)
For this reason, as shown in FIG. 3B, the frequency spectrum Fsb of the reflected signal Fw when the moving object M rotates is the frequency FR0 of the reflected signal RW0 corresponding to the moving speed | V0 | of the moving object M. Has a center frequency CF.
[0013]
As shown in FIG. 3A, the center plane direction component VC reaches the maximum speed V1 at the point P1 in FIG. 2B, that is, the point where the phase angle θ is −90 °, and the point P2, that is, The minimum speed V2 is reached when the phase angle θ is 90 °. Therefore, the width of the frequency spectrum Fsb of the reflected signal Fw (hereinafter referred to as frequency band BF) is determined by the difference between the frequency FR1 at the maximum speed V1 and the frequency FR2 at the minimum speed V2. That is, the frequency band BF has a fixed relationship with the magnitude | V | of the rotational speed vector V, and if the moving object M has a circular cross section perpendicular to the rotation axis, the frequency band BF The relationship of the magnitude | V | of the rotation speed vector V is expressed by the following equation.
| V | = (BF / 2F 0 ) VS (VS is the speed of sound)
That is, since the magnitude | V | of the rotational speed vector V and the frequency band BF are in a proportional relationship, if the frequency band BF can be detected, the magnitude | V | of the rotational speed vector V can be calculated. If the radius of the cross section perpendicular to the rotation axis is known, the rotation angular velocity ω of the rotation can be calculated, and the rotation speed of the moving object M can also be determined.
[0014]
In the frequency band BF, the value of the signal strength is within a certain range with respect to the frequency bandwidth having the frequency FR0 corresponding to the moving speed | V0 | of the moving object M as a reference frequency, that is, the signal strength at the frequency FR0. A certain frequency range (hereinafter referred to as a frequency bandwidth Sw) may be used. In the vicinity of the frequency FR1 and the vicinity of the frequency FR2, the intensity of the reflected signal is weak, so that it is easily affected by noise, and this noise influences the measurement accuracy. In such a case, if the frequency bandwidth Sw is used as the frequency band BF and the speed of the surface of the moving object M is calculated from the frequency bandwidth Sw, the influence of noise can be reduced.
[0015]
Further, if the cross section of the moving object M perpendicular to the rotation axis has a circular shape, the frequency spectrum function Fsb corresponds to the moving speed | V0 | of the moving object M as shown in FIG. In addition to the frequency FR0 to be used, there may be local maximum values in the vicinity of the frequency FR1 at the maximum speed V1 (FR3 in FIG. 3) and in the vicinity of the frequency FR2 at the minimum speed V2 (FR4 in FIG. 3).
This is because, as shown in FIG. 3 (A), in the center plane direction component VC, the range of the phase angle θ that becomes the velocity near the maximum velocity V1 and the velocity near the minimum velocity V2 is the phase angle θ that becomes the other velocity. This is because it is wider than the range.
[0016]
For this reason, the magnitude | V | of the rotational speed vector V on the surface of the moving object M can be obtained more accurately by obtaining the difference between any two of the plurality of frequencies that are maximum in the frequency spectrum function Fsb. be able to. In this case, even if the reflected signal reflected from the vicinity of the left and right end faces of the moving object M contains a lot of noise, the influence of the noise can be reduced, so the rotational speed of the moving object M can be accurately determined. Can be detected.
In particular, if one frequency is the center frequency CF, that is, the frequency FR0 corresponding to the moving speed | V0 | of the moving object M, the frequency FR0 that becomes the center frequency CF can be obtained more accurately than the frequency that becomes the other maximum value. Therefore, for example, the difference between FR0 and FR4 can be accurately obtained as the frequency band BF, and the magnitude | V | of the rotation speed vector V can be accurately obtained.
[0017]
Now, the rotation
FIG. 1A is a schematic block diagram of a rotation
[0018]
The transmitting means 10 is, for example, an ultrasonic transmitter or an electromagnetic transmitter using a piezoelectric ceramic, and may be any device that can transmit a transmission signal Fw having a constant frequency toward the moving object M.
A
[0019]
The receiving means 20 receives the reflected signal Rw reflected by the moving object M, such as an ultrasonic receiver or an electromagnetic wave receiver using a piezoelectric ceramic, and corresponds to the intensity of each frequency FR of the reflected signal Rw. A signal (hereinafter simply referred to as a reception intensity signal) can be output.
The receiving means 20 is not particularly limited as long as it has the above function.
[0020]
The
This signal processing means 30 can create a frequency spectrum function Fs as shown in FIG. 3B from the received intensity signal. Based on the principle described above, using the created frequency spectrum function Fs, The magnitude | V | of the rotational speed vector V can be calculated.
[0021]
The
Therefore, the rotation speed of the moving object M can be calculated from the radius of the input moving object M and the magnitude | V | of the rotation speed vector V calculated based on the transmission signal. Then, when calculating the magnitude | V | of the rotational speed vector V, if the reflection coefficient, material, etc. of the moving object M are used to determine the coefficient for correcting the error, the rotational speed vector V of the moving object M Measurement accuracy such as the size | V | can be increased.
[0022]
As described above, according to the rotation
[0023]
Therefore, even if the moving object M is not specially processed for measuring the rotational speed, the magnitude of the rotation speed vector V | V | can be measured. If the radius of the cross section perpendicular to the rotation axis is known, the rotation speed of the moving object M can be easily and easily detected using the radius of the moving object M. That is, the radius may be known if it is a sphere, and if it is a cylindrical member that rotates about its central axis, the radius of the cross section perpendicular to the central axis need only be known.
[0024]
Since the transmission frequency signal is also input to the signal processing means 30, the moving speed of the moving object M is determined from the difference between this transmission frequency signal and the frequency (FR0 in FIG. 3) that maximizes the frequency spectrum function. V0 | can also be measured.
[0025]
In addition, you may make it adjust the transmission signal Rw which the transmission means 10 transmits directly by the signal processing means 30, without providing the
[0026]
Next, the moving
As shown in FIG. 1B, the moving
In FIG. 1, only two rotation
[0027]
In FIG. 1B,
As the
[0028]
Movement state analysis means 51 is connected to the rotation
In addition, position information relating to the relative positions of the rotational
[0029]
Therefore, of the four rotation
θ = (θ x , Θ y , Θ z ) = (Cos -1 a, cos -1 b, cos -1 c)
(However, the relationship between a, b, c and | VA |, | VB |, | VC |, | VD | is shown in FIG. 7B.)
For this reason, the inclination of the rotation axis of the moving object M when passing through the point BP can be obtained by the moving state analyzing means 51.
[0030]
In addition, if each rotation
[0031]
In addition, a movement speed signal including information on the movement speed | V0 | of the moving object M measured by each of the rotation
[0032]
For example, the translation velocity vector Vh of the moving object M when the moving object M passes through the point BP is obtained by using the moving speed | V0 | of the moving object M measured by the rotation
Vh = A -1 F (F = (│V 0 A│, │V 0 B│, │V 0 C |) The matrix A is shown in FIG. )
[0033]
And since the relative positional information with respect to the point BP of each rotation
In addition, if each rotation
[0034]
【Example】
Next, as an example of the present invention, the result of measuring the rotational speed of an object that is rotating in a stationary state using the rotational speed detection device of the present invention is shown.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of the experimental apparatus. As shown in the figure, the rotating body M to be measured is fixed to the main shaft of the motor MT, and the rotating speed when the rotating body M is rotated by the motor MT is determined as the rotational speed detecting device of the present invention and the commercially available one. The rotation speed of the obtained rotating body M was compared at the same time with the tachometer TM.
[0035]
The transmitting means 10 and the receiving means 20 use an ultrasonic sensor using piezoelectric ceramic (manufactured by Nippon Ceramics Co., Ltd .: T / R40-16), and the frequency transmitted from the transmitting means 10 is an arbitrary waveform generator. It was controlled by a certain function generator (manufactured by Sony Tektronix, Inc .: AFG310 type). The distance from the transmitting means 10 and the receiving means 20 to the rotating body M was 2.0 m, and the frequency of the transmission signal transmitted from the transmitting means 10 was fixed at 40 kHz.
In addition, a handy digital non-contact tachometer (manufactured by ATEX Co., Ltd .: RM1000) was used as a commercially available tachometer TM used for comparison.
The tachometer TM emits infrared light to an object, receives a reflected signal reflected from the object surface, and obtains the rotational speed from the frequency of the signal intensity change. Therefore, the tachometer TM is provided with a reflective tape P for reflecting infrared light. It is stuck on the surface of the object M.
[0036]
As the rotating body M, a golf ball without dimples (Example 1), a golf ball with dimples (Example 2), and a tennis ball-sized rubber ball (Example 3) were used.
[0037]
First, before explaining the measurement results in each embodiment, an example of a frequency spectrum function measured by the rotation speed detection device of the present invention is shown in FIG. As shown in the figure, the frequency spectrum function formed from the reflected signal measured in this example has a symmetric waveform centered on 40 kHz, which is the same frequency as the transmission frequency, because the rotating body M does not move. It becomes. In addition, the center spectrum CS having a very strong relative intensity and the mountain-shaped spectra LS and HS are formed on both the high frequency side and the low frequency side of the center spectrum CS.
These three spectra CS, LS, and HS are considered to be spectra at frequencies at which the relative intensity is a value between L and U in the theoretically obtained frequency spectrum function shown in FIG. In other words, the range of sensitivity of the receiver that receives the reflected signal is narrow, and the sensitivity is FR 1 And FR 2 Since it does not have sufficient sensitivity to measure the reflected signal in the very vicinity, it is impossible to measure frequencies with a signal intensity smaller than L and frequencies with an intensity larger than U, and such a frequency spectrum is obtained. Conceivable.
However, from FIG. 8A, when the rotation speed detection device of the present invention is used, the maximum value is obtained not only in the vicinity of the center frequency CF but also in the vicinity of the frequency of the reflected signal reflected near both ends of the rotating body M. It can be confirmed that a frequency spectrum function of the reflected signal can be formed.
[0038]
Further, as shown in FIG. 8, in this embodiment, the frequency FR of the reflected signal reflected near both ends of the rotating body M is used. 1 And FR 2 Can not be measured, the rotational speed measured by the rotational speed detection device is (FR) in FIG. 3 -FR 4 ). And the correction etc. are not added to the calculated result.
[Example 1]
FIG. 5 is a diagram comparing (A) the result of measuring the rotational speed of a golf ball without dimples, and (B) comparing the result of measuring the rotational speed of a golf ball without dimples and the rotational speed of a golf ball with dimples. FIG. 4C is a diagram showing the result of measuring the number of rotations of a rubber ball.
As shown in FIG. 5 (A), the measured value of the rotational speed of the golf ball measured by the rotational speed detection device of the present invention is lower than the measured value of the tachometer TM. As described above, the rotational speed is calculated using FR3 and FR4 that are closer to the center frequency CF than FR1 and FR2 shown in FIG. The value of the obtained frequency band BF is smaller than the value of the frequency band BF0 obtained from (FR1-FR2), and the rotational speed is also lower than the value of the tachometer TM. However, considering that the two are proportional to each other and that the measurement value of the rotation speed detection device of the present invention is not corrected at all, an optimum correction is made to the measurement value of the rotation speed detection device of the present invention. By performing, it can be assumed that the measured value of the tachometer TM can be matched. That is, if the rotational speed detection device of the present invention is used, it can be confirmed that the rotational speed of the rotating body M can be measured at a level equivalent to that of a commercially available tachometer TM, and if the sensitivity of the receiving means is improved, the accuracy is further improved. The rotation speed can be measured well.
[Example 2]
As shown in FIG. 5B, when the measurement results of Example 1 and Example 2 are compared, when the rotational speed of the object M measured by the tachometer TM is the same, the rotational speed detection device of the present invention is used. It can be confirmed that the rotational speeds of Example 1 and Example 2 are substantially the same. Since the difference between the first embodiment and the second embodiment is only whether or not the surface of the rotating body M has dimples, in the case of the rotating body M having the same radius and the same material, the rotational speed of the present invention. It is considered that the detection device can measure the rotation speed without being affected by the shape of the surface of the object M.
[Example 3]
As shown in FIG. 5C, when the measured value of the tachometer TM is the same in the first embodiment, the rotation speed of the rotating body M of the third embodiment is larger than the rotation speed of the rotating body M of the first embodiment. The rotation speed is measured small. However, also in Example 3, the rotational speed measured by the rotational speed detection device of the present invention and the measured value of the tachometer TM are in a proportional relationship, and the inclination thereof is substantially the same as that of Example 1. ing. Therefore, even if the size and material of the object M are changed, it can be estimated that if the optimum correction is performed, the same level of measurement as that of a commercially available tachometer can be performed using the rotation speed detection device of the present invention.
[0039]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the velocity in the tangential direction on the surface of the object can be obtained by calculating the frequency band of the frequency spectrum function of the reflected signal. Therefore, even if it is a generally used object, if the radius of the cross section perpendicular to the rotation axis of the object is known, the rotation number of rotation can be detected easily and easily.
According to the second aspect of the present invention, if the frequency bandwidth is obtained using the frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum as a reference frequency, the tangential speed on the surface of the object can be obtained accurately. Even if the object is used in the above, the rotation speed can be accurately detected as long as the radius of the object is known.
According to the invention of claim 3, if the difference between any two frequencies among a plurality of frequencies having a maximum value in the frequency spectrum function is obtained, the surface speed of the object can be obtained more accurately. Even if the object is used in general, its rotational speed can be accurately detected as long as the radius of the object is known.
According to invention of Claim 4, the speed of the surface of an object can be calculated | required correctly.
According to the invention of claim 5, not only the rotation speed of the object but also the moving speed of the object can be measured.
According to the sixth aspect of the present invention, the velocity vector of the surface of the object can be calculated from the rotational speed signals input from the plurality of rotational speed detection devices and the relative position of each measuring device by the movement state analyzing means. The inclination of the rotation axis of the object can be obtained.
According to the seventh aspect of the present invention, the translational velocity vector of the object can be calculated from the movement velocity signals input from the plurality of rotation speed detection devices and the relative positions of the respective measurement devices by the movement state analyzing means. For this reason, it is possible to grasp the influence of the rotation of the object on the moving direction of the object.
According to the invention of claim 8, if the frequency band of the frequency spectrum function of the reflected signal is calculated, the velocity in the tangential direction on the surface of the object can be obtained. Therefore, even if it is a generally used object, if the radius of the cross section perpendicular to the rotation axis of the object is known, the rotation number of rotation can be detected easily and easily.
According to the ninth aspect of the present invention, if the frequency bandwidth is obtained using the frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum as the reference frequency, the velocity in the tangential direction on the surface of the object can be obtained accurately. Even if the object is used in the above, the rotation speed can be accurately detected as long as the radius of the object is known.
According to the invention of
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic block diagram of a rotation
FIGS. 2A and 2B are schematic explanatory views showing the measurement principle of the rotational speed detection device of the present invention, in which FIG. 2A shows the case where the moving object M does not rotate, and FIG. 2B shows the case where the moving object M rotates. It is a case.
3A is a diagram showing the relationship between the center plane direction vector VC and the phase angle θ when the moving object M rotates, and FIG. 3B shows the frequency spectrum function of the reflected signal Rw. FIG.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of an experimental apparatus.
5A is a diagram comparing the results of measuring the rotational speed of a golf ball without dimples, and FIG. 5B is a comparison of the results of measuring the rotational speed of a golf ball without dimples and a golf ball having dimples. (C) It is the figure which showed the result of having measured the rotation speed of the rubber ball.
6 is a diagram showing a matrix A. FIG.
7A is a diagram showing an intersection line vector Vs1 and an intersection line vector Vs2, and FIG. 7B is a diagram illustrating a, b, c and | VA |, | VB |, | VC |, | It is the figure which showed the relationship of VD |.
8A and 8B are diagrams showing a frequency spectrum function of a reflected signal, where FIG. 8A is a frequency spectrum function based on an actually measured reflected signal, and FIG. 8B is a theoretical frequency spectrum function.
[Explanation of symbols]
1 Speed detector
10 Transmission means
20 Receiving means
30 Signal processing means
50 Moving object measurement system
51 Moving object analysis means
M Moving object
Fw transmission signal
F0 transmission signal frequency
Rw reflection signal
FR Reflected signal frequency
Claims (11)
該検出装置が、
前記物体に向けて周波数が一定である発信信号を発信する発信手段と、
前記物体で反射した反射信号を受信する受信手段と、
該受信手段が受信した前記反射信号が入力され、該反射信号の周波数スペクトル関数を形成する信号処理手段とからなり、
該信号処理手段が、
前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が所定の値以上となる周波数スペクトルの幅である周波数帯を算出し、この周波数帯の大きさに基づいて回転数を算出する
ことを特徴とする回転数検出装置。A detection device for detecting the rotation speed of a rotating object,
The detection device is
Transmitting means for transmitting a transmission signal having a constant frequency toward the object;
Receiving means for receiving a reflected signal reflected by the object;
The reflected signal received by the receiving means is input, and comprises signal processing means for forming a frequency spectrum function of the reflected signal,
The signal processing means
In the frequency spectrum function, calculating a frequency band that is a width of a frequency spectrum in which the intensity of the reflected signal is equal to or greater than a predetermined value, and calculating a rotation speed based on the size of the frequency band. A rotational speed detection device.
前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が最大となる周波数を基準周波数とする周波数帯域幅である
ことを特徴とする請求項１記載の回転数検出装置。The frequency band is
The rotation speed detection device according to claim 1, wherein the frequency spectrum function has a frequency bandwidth with a frequency having a maximum intensity of the reflected signal as a reference frequency.
前記周波数帯が、
前記周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が極大値となる一の周波数と、前記反射信号の強度が極大値となる他の周波数との間の周波数領域である
ことを特徴とする請求項１記載の回転数検出装置。The frequency spectrum function has local maxima at a plurality of frequencies,
The frequency band is
The frequency spectrum function is a frequency region between one frequency at which the intensity of the reflected signal has a maximum value and another frequency at which the intensity of the reflected signal has a maximum value. The rotational speed detection apparatus as described.
ことを特徴とする請求項３記載の回転数検出装置。4. The rotation speed detection device according to claim 3, wherein the one frequency is a frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum in the frequency spectrum function.
前記信号処理手段が、前記発信信号の周波数と前記周波数スペクトル関数において前記反射信号の強度が最大となる周波数との差を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の回転数検出装置。Frequency information of the transmission signal is input to the signal processing means,
The rotation speed detection apparatus according to claim 1, wherein the signal processing means calculates a difference between the frequency of the transmission signal and a frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum in the frequency spectrum function.
各回転数検出装置が、前記周波数帯に対応する回転速度信号を発信する発信部を備えており、
前記システムが、
各回転数検出装置の信号処理器の発信部が発信した回転速度信号が入力される移動状況解析手段を備えており、
該移動状況解析手段が、
各回転数検出装置から送信された回転速度信号と、前記複数の回転数検出装置同士の相対的な位置関係を示す位置情報とから前記物体の自転軸の傾きを算出する
ことを特徴とする物体計測システム。A system comprising a plurality of rotation speed detection devices according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
Each rotational speed detection device includes a transmitter that transmits a rotational speed signal corresponding to the frequency band,
The system is
It is provided with a moving state analysis means for inputting a rotation speed signal transmitted from the signal processor of each rotation speed detection device,
The movement state analyzing means is
An object characterized in that an inclination of a rotation axis of the object is calculated from a rotation speed signal transmitted from each rotation speed detection device and position information indicating a relative positional relationship between the plurality of rotation speed detection devices. Measuring system.
該移動状況解析手段が、各回転数検出装置から送信された移動速度信号と、前記複数の回転数検出装置同士の相対的な位置関係を示す位置情報とから前記物体の並進速度ベクトルを算出する
ことを特徴とする請求項６記載の物体計測システム。The movement speed signal corresponding to the difference between the frequency of the transmission signal transmitted by the transmission unit of the signal processor of each rotation speed detection device and the frequency at which the intensity of the reflected signal is maximum in the frequency spectrum function is the movement status. Input to the analysis means,
The movement state analyzing means calculates a translation velocity vector of the object from a movement speed signal transmitted from each rotation speed detection device and position information indicating a relative positional relationship between the plurality of rotation speed detection devices. The object measurement system according to claim 6.
自転する物体に向けて発信信号を発信し、
前記物体で反射した反射信号を受信し、
受信した前記反射信号を用いて該反射信号の周波数スペクトル関数を形成し、
該周波数スペクトル関数において、前記反射信号の強度が所定の値以上となる周波数スペクトルの幅である周波数帯を算出し、この周波数帯の大きさに基づいて回転数を算出する
ことを特徴とする回転数検出方法。A detection method for detecting the rotation speed of a rotating object,
Sending a transmission signal toward the rotating object,
Receiving a reflected signal reflected by the object;
Using the received reflected signal to form a frequency spectral function of the reflected signal;
In the frequency spectrum function, calculating a frequency band that is a width of a frequency spectrum in which the intensity of the reflected signal is equal to or greater than a predetermined value, and calculating the number of rotations based on the size of the frequency band. A method of detecting the number of rotations.
ことを特徴とする請求項８記載の回転数検出方法。9. The rotation speed detection method according to claim 8, wherein, in the frequency spectrum function, a frequency bandwidth is calculated with a frequency having a maximum intensity of the reflected signal as a reference frequency.
ことを特徴とする請求項８記載の回転数検出方法。9. The rotational speed detection according to claim 8, wherein in the frequency spectrum function, one frequency at which the intensity of the reflected signal has a maximum value and another frequency at which the intensity of the reflected signal has a maximum value are calculated. Method.
ことを特徴とする請求項１０記載の回転数検出方法。The rotation speed detection method according to claim 10, wherein a frequency at which the intensity of the reflected signal in the frequency spectrum function is maximum is calculated as the one frequency.
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