特開 2024-175860 計測装置、計測方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175860

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】計測装置、計測方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/14 20060101AFI20241212BHJP

【ＦＩ】

G01B11/14 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093910

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】植田 元春

(72)【発明者】

【氏名】國府田 敏明

(72)【発明者】

【氏名】大西 智之

(72)【発明者】

【氏名】武田 洋樹

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA02

2F065AA06

2F065BB16

2F065BB18

2F065CC05

2F065FF10

2F065HH02

2F065JJ01

2F065JJ25

2F065LL30

2F065PP22

2F065QQ01

2F065QQ03

2F065QQ34

2F065QQ43

(57)【要約】

【課題】非接触で精度よく、回転機械における回転体とケーシングのクリアランスを計測する方法を提供する。
【解決手段】計測装置は、回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングと間のクリアランスを計測する計測装置であって、回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体の間の距離の計測データを取得する手段と、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去する手段と、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出する手段と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測装置であって、
回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データとを取得する手段と、
前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去する手段と、
ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出する手段と、
を備える計測装置。

【請求項2】

前記ノイズを除去する手段は、前記反射光の強度が所定の第１閾値より小さい前記反射光に基づく前記距離の計測データを除去する、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記回転体は、回転自在に支持されたロータと前記ロータの外周に周方向に沿って複数設けられた動翼であって、
前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記反射光の強度の計測データおよび前記距離の計測データを前記動翼ごとに分割する手段、
をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記取得する手段は、前記回転体の回転中に計測された、時系列の前記反射光の強度の計測データと、時系列の前記距離の計測データとを取得し、
前記分割する手段は、時系列の前記反射光の強度の計測データに基づいて、前記強度が所定の第２閾値以上となった時点を開始点とし、前記開始点の後に前記強度が前記第２閾値を下回ってから所定の保持時間が経過する時点を終了点とした場合に、前記開始点から前記終了点までの間に計測された前記反射光の強度の計測データおよび前記距離の計測データを１つの前記動翼の計測データとして切り出すことにより、前記反射光の強度の計測データおよび前記距離の計測データを前記動翼ごとに分割する、
請求項３に記載の計測装置。

【請求項5】

前記クリアランスの計測値を算出する手段は、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データのヒストグラムを算出し、前記距離の最頻値を前記クリアランスの計測値として算出する、
請求項１又は請求項２に記載の計測装置。

【請求項6】

前記クリアランスの計測値を算出する手段は、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データの度数分布に近似する正規分布を算出し、前記正規分布における所定の区間の最小値を前記クリアランスの計測値として算出する、
請求項１又は請求項２に記載の計測装置。

【請求項7】

前記反射光の強度を計測する手段と、
前記距離を計測する手段と、
をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の計測装置。

【請求項8】

共焦点式センサをさらに備え、
前記取得する手段は、前記共焦点式センサによって計測された前記反射光の強度の計測データと、前記距離の計測データとを取得する、
請求項１又は請求項２に記載の計測装置。

【請求項9】

回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測方法であって、
回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データとを取得するステップと、
前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去するステップと、
ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出するステップと、
を有する計測方法。

【請求項10】

コンピュータに、
回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測処理であって、
回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データとを取得するステップと、
前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去するステップと、
ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出するステップと、
を有する計測処理を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、計測装置、計測方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機などの回転機械において、動翼の先端と動翼を囲むケーシングの内周面とのクリアランスは性能に影響する。その為、回転機械の組み立て時、試運転時、定期検査時などにクリアランスを計測して、適切な値かどうかを確認することが重要である。

【0003】

クリアランスの計測に関し、特許文献１には、ケーシングに形成された開口部から接触式のセンサを挿入して、センサの先端を動翼に押し当ててクリアランスを計測する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法では、ロータを低速で回転させながら、センサを動翼へ接触させてクリアランスを計測するため、変形や損傷等の可能性がある。これに対し、特許文献２には、ケーシングに設置した光源から動翼へ光を照射し、その反射光を受光してクリアランスを計測するシステムが開示されている。特許文献２に記載の方法では、非接触でクリアランスを計測することができるため、翼やセンサの損傷を防ぐことができるが、反射光に含まれるノイズの扱いを適切に行わなければ、計測精度の低下を招いてしまう。なお、特許文献３には、クリアランスを計測するセンサを、ケーシングの外部から抜き差し可能に取り付けることを可能とするセンサの設置構造が開示されている。この設置構造によれば、ケーシングの開放や分解の必要がなく、接触式、非接触式にかかわらず、クリアランス計測用のセンサの設置および取り外しが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５９８４６４８号公報

【特許文献2】特許第６９５９０２７号公報

【特許文献3】特許第４４７６１１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非接触で精度よく、動翼とケーシングのクリアランスを計測することができる方法が求められている。

【0006】

本開示は、上記課題を解決することができる計測装置、計測方法およびプログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の計測装置は、回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測装置であって、回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データを取得する手段と、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去する手段と、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出する手段と、を備える。

【0008】

本開示の計測方法は、回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測方法であって、回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データを取得するステップと、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去するステップと、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出するステップと、を有する。

【0009】

また、本開示のプログラムは、コンピュータに、回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測処理であって、回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データを取得するステップと、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去するステップと、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出するステップと、を有する計測処理を実行させる。

【発明の効果】

【0010】

上述の計測装置、計測方法およびプログラムによれば、非接触で精度よく、回転機械における動翼などの回転体の先端部と、回転体を収容するケーシングとのクリアランスを計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る計測装置の一例を示す図である。

【図2】実施形態に係る共焦点センサの概要を示す図である。

【図3】実施形態に係る回転機械の断面の模式図である。

【図4】実施形態に係る計測データの一例を示す第１の図である。

【図5】実施形態に係る計測データの一例を示す第２の図である。

【図6】実施形態に係る計測データの一例を示す第３の図である。

【図7】実施形態に係るクリアランス計測データの度数分布の一例を示す図である。

【図8】実施形態に係るクリアランス計測処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】実施形態に係る計測装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜実施形態＞
実施形態に係るクリアランスの計測装置について図面を参照して説明する。以下の説明に用いる図面において本開示に関係ない部分の構成については、記載を省略し、図示しない場合がある。

【0013】

（構成）
図１は、実施形態に係る計測装置の一例を示す図である。図１に計測装置１０のブロック図と、計測対象の回転機械１００の模式図を示す。
図示するように計測装置１０は、センサ１１と、計測データ取得部１２と、分割部１３と、ノイズ除去部１４と、クリアランス計測部１５と、記憶部１６と、を備えている。
センサ１１は、対象物に光を照射して対象物からの反射光を受光することにより、非接触で対象物までの距離を計測するセンサである。例えば、センサ１１は、回転機械１００におけるケーシング３の内周面３１に沿った所定位置から光を照射するように設置され、その位置から動翼２までの距離と、動翼２にて反射した反射光の強度を計測する。
計測データ取得部１２は、センサ１１によって計測された計測データを取得する。計測データには、距離の計測値と光強度の計測値が含まれている。
分割部１３は、計測データ取得部１２が取得した計測データを動翼２ごとに分割する。
ノイズ除去部１４は、計測データからノイズを除去する。
クリアランス計測部１５は、動翼２ごとのノイズ除去後の計測データから、動翼２ごとのクリアランスαを算出する。
記憶部１６は、計測データ取得部１２によって取得された計測データ、分割部１３、ノイズ除去部１４、クリアランス計測部１５によって処理された各種データを記憶する。
計測装置１０は、これらの機能を使って、動翼２の先端とケーシング３の距離であるクリアランスαを計測する。センサ１１と、分割部１３と、ノイズ除去部１４と、クリアランス計測部１５については後にさらに詳しく説明する。

【0014】

圧縮機やタービンなどの回転機械１００は、軸線Ａに沿って延びるロータ１と、ロータ１の外周面上に軸線Ａ方向に間隔をあけて設けられた複数段の動翼２と、ロータ１を外周側から覆うケーシング３と、ケーシング３の内周面３１に軸線Ａ方向に間隔をあけて設けられている複数段の静翼４と、を備えている。ロータ１は、図示しない軸受装置によって、軸線Ａを中心として回転可能に支持されている。センサ１１は、ケーシング３に設けられた開口部を通じて、ケーシング３の外部から内周面３１に向けて挿入され、内周面３１に沿った位置から光を照射できるように設置される。センサ１１の設置については、例えば、特許文献３に開示された方法を適用することができる。

【0015】

センサ１１は、例えば、共焦点式センサである。共焦点式センサ１１０の概要を図２に示す。共焦点式センサ１１０とは、焦点距離が異なる複数の波長の光を対象物２００へ照射させて、反射光の波長から対象物２００までの距離を計測するセンサである。共焦点式センサ１１０は、光源１１１、ビームスプリッタ１１２、レンズ１１３、ピンホールの開いた部材１１４、スペクトルメータ１１５などを備えている。ビームスプリッタ１１２は、入射光の半分を透過し、半分は反射するガラスで構成されており、光源１１１からの光１１１ａと同じ経路で戻ってきた反射光１１７を取り出すために用いられる。光源１１１が照射した光１１１ａの半分が、ビームスプリッタ１１２を透過し、レンズ１１３によって、波長が分解されて対象物２００へ照射される。レンズ１１３によって分解される各波長の光は、例えば、波長１の光１１６ａはＬ１ｍｍ、波長２の光１１６ｂはＬ２ｍｍ、波長３の光１１６ｃはＬ３ｍｍ、波長４の光１１６ｄはＬ４ｍｍ・・・等の予め定められた距離で焦点が合うように調整されている。そして、例えば、レンズ１１３から対象物２００までの距離がちょうどＬ３ｍｍであれば、光１１６ｃの反射光１１７だけが、ビームスプリッタ１１２によって部材１１４のピンホールを通過するように導かれ、スペクトルメータ１１５にて反射光１１７の波長３を検出することにより、距離Ｌ３が計測される仕組みとなっている。共焦点式センサ１１０の出力は、共焦点式センサ１１０から対象物２００までの距離と、対象物２００からのピンホールを通過する波長の反射光の強度である。

【0016】

なお、例えば、対象物２００が遮熱目的などでコーティングされているような場合、共焦点式センサ１１０から対象物２００のコーティング面までの距離および光強度と、対象物２００までの距離および光強度が出力される。この場合には、その目的に応じて必要な値を選択する。例えば、この例の場合であれば、コーティング面よりも対象物２００で反射する光の強度が大きい。したがって、対象物２００までの距離を計測したいのであれば、共焦点式センサ１１０から出力される計測値のうち、光強度が大きい計測値とともに得られる距離の計測値を採用する。

【0017】

以下で説明するように、計測装置１０では、計測データ取得部１２が、センサ１１（例えば、共焦点式センサ１１０）によって計測された距離と光強度を取得し、光強度に注目して、分割部１３による計測データの分割、ノイズ除去部１４によるノイズ除去などを行って評価対象とするデータの抽出を行う。そして、クリアランス計測部１５が、抽出された距離の計測データに基づいて、クリアランスαを算出する。

【0018】

なお、図１では、一例として、１段分の動翼２に対してセンサ１１が設けられているが、全ての動翼段のそれぞれに対してセンサ１１を設けてもよいし、複数の代表的な動翼段に対してセンサ１１を設け、代表的な動翼段を構成する動翼２のクリアランスαを計測するようにしてもよい。なお、動翼段とは、軸線Ａ方向の同じ位置において、ロータ１の外周１周分に設けられた複数の動翼２のセットのことである。

【0019】

複数の動翼段のうちの１つに注目したときの回転機械１００の断面の模式図を図３に示す。図３に例示するように、１つの動翼段には、軸線Ａの周方向に間隔をあけて配列された複数の動翼２ａ，２ｂ，２ｃ・・・などが含まれる。例えば、矢印方向にロータ１が回転する場合、動翼２ｂがセンサ１１の計測範囲を通過する間は動翼２ｂのクリアランスαが計測されるが、動翼２ｂと動翼２ｃの間では、ケーシング３の内周面３１からロータ１の外周面までの距離が計測され、再び動翼２ｃがセンサ１１の計測範囲を通過する位置に至ると、今度は動翼２ｃのクリアランスαが計測される。計測装置１０は、手動又は自動的にロータ１を低速で回転させ、その回転中に所定のサンプリング周期で、センサ１１に距離と光強度を計測させ、その計測データを蓄積する。そして、蓄積した計測データについて、統計的な処理を行って、動翼２ａのクリアランスα、動翼２ｂのクリアランスα、動翼２ｃのクリアランスα・・・など動翼２別にクリアランスαを計測する。ロータ１を回転させながらセンサ１１によって計測した距離の計測データの一例を図４に示す。

【0020】

図４は、ロータ１を手動により低速で回転させながら、センサ１１によって、ある特定の動翼段の計測を行ったときに出力される距離と光強度の計測値のうち、距離の計測データを示したグラフである。図４のグラフの縦軸は距離、横軸は時間を示す。図示する４１ａ～４１ｌは、ロータ１の回転に伴って計測対象の動翼段を構成する動翼２の何れかが、センサ１１の計測範囲に入っている時間帯である。手動による回転のため、回転速度にばらつきが生じ、４１ａ～４１ｌの時間長は異なっている。これらの時間帯のグラフの値は、センサ１１の計測範囲を通過している動翼２のクリアランスαである。丸印で囲った４２ａ～４２ｌは、１つの動翼２について計測されたクリアランスのうちの最小値を示している。４１ａ～４１ｌ以外は、動翼２と次の動翼２の間がセンサ１１の計測範囲に入っている時間帯であり、このときにはケーシング３の内周面３１からロータ１の外周面の距離が計測される。分割部１３は、計測データ取得部１２が取得した距離の計測データと光強度の計測データを動翼２ごとに分割する。

【0021】

（計測データの分割）
次に、計測データの分割について図５を参照して説明する。図５は、センサ１１が計測した時系列の距離と光強度の推移を示す。図５のグラフの縦軸は距離又は光強度で、横軸は時間である。グラフ５１は距離の推移を示し、グラフ５２は光強度の推移を示す。センサ１１によって計測される光強度は、動翼２がセンサ１１の計測範囲に達すると上昇し、動翼２の通過中は一定以上の値を示し、動翼２が計測範囲を通過した後には０となる。図５の閾値５３（第１閾値と称する場合がある。）は、動翼２がセンサ１１の計測範囲に達したことを検知する為の閾値である。光強度が閾値５３以上となっているときに計測された距離の計測データをクリアランスαの評価対象とする。また、光強度が閾値５３以上となるとトリガＯＮとなり、トリガＯＮとなった後、光強度が閾値５３を下回ると、所定のトリガ保持時間５４の間だけトリガＯＮが継続される。トリガＯＮとは、ある１つの動翼２がセンサ１１の計測範囲に入ってから通過し終えるまでの状態のことである。つまり、トリガＯＮの間は、光強度が如何なる値を示したとしても、次の動翼２が計測範囲に到達したとはみなさない。これにより、例えば、瞬間的に光強度が閾値５３未満に低下して、すぐに閾値５３以上に復活するような変動を示した場合であっても、この間に得られる計測データは、同じ動翼２に関するものとすることができ、計測データを動翼２ごとに分割する際に、別の動翼２に関する計測データとの混同を防ぐことができる。以上をまとｓめると、分割部１３は、センサ１１による計測値のうちの光強度に基づいて、次の（１）～（３）のアルゴリズムにより切り出される、ある時間帯の計測データを１つの動翼２に関する計測データとすることにより、計測データ取得部１２が取得した時系列の計測データを動翼２ごとに分割する。
（１）光強度が第１閾値（閾値５３）以上となる時間の距離の計測データをクリアランスの評価対象とする。
（２）光強度が第１閾値を超えるとトリガＯＮとする。
（３）光強度が第１閾値を下回った時点から、所定のトリガ保持時間５４が経過するとトリガをＯＦＦとし、動翼２が通過し終えたとみなす。

【0022】

分割部１３は、上記の（１）～（３）によって計測データを分割し、分割後のデータを動翼２ごとに記憶部１６に保存する。このように計測データを分割し、分割後の計測データを、計測データが得られた順にロータ１の回転と共にセンサ１１の計測範囲を通過する１つ１つの動翼２と対応付けることで、動翼２ごとのクリアランスαの評価データを蓄積することができる。例えば、ロータ１の外周にＸ枚の動翼２が設けられている場合、１番目、Ｘ＋１番目、２Ｘ＋１番目、・・・の計測データは、全て同じ動翼２に関するクリアランスの計測データである。ロータ１を回転させながら計測される計測データを分割して、動翼２ごとに評価データを蓄積することにより、１つの動翼２のクリアランスαについて、多数の計測データに基づいて評価することができる。

【0023】

第１閾値には、１～５０％のうち適切な値を設定する。光強度は、動翼２の状態（運転時間や劣化）などに応じて変化するため、第１閾値は、動翼２の状態と、どの程度のノイズを許容するかなどに応じて適切に設定する。
トリガ保持時間５４には、０．０５～１秒未満のうち適切な値を設定する。この値は、ロータ１の回転速度、１段を構成する動翼２の枚数、動翼２のサイズ、隣接する動翼２と動翼２の距離などに応じて適切に設定する。
また、センサ１１のサンプリング周期について、なるべく多数の計測データを採取できるよう適切な値を設定する。

【0024】

上記では手回しで回転させる場合のようにロータ１の回転数が一定ではない状況にも適用できるデータ分割方法を説明したが、例えば、ロータ１を自動回転させるときのように、回転数が一定であることが既知の場合（動翼２の枚数も既知であるとする）、上記の方法だけではなく、計測データを時間的に等間隔で区切ることによっても計測データを動翼２ごとに分割することができる。

【0025】

（スパイクノイズの除去）
動翼２ごとに分割された計測データから、動翼２ごとのクリアランスを推定することができるが、その際、ノイズが問題となる。光を回転体などの動的な対象物に照射して計測を行う場合、スパイク状のノイズ（スパイクノイズと称する。）が計測されることがある。ノイズ除去部１４は、分割部１３によって分割された計測データからスパイクノイズを除去する。図６に分割後の計測データの一例を示す。図６のグラフの縦軸は距離又は光強度で、横軸は時間である。グラフ６１は距離の推移を示し、グラフ６２は光強度の推移を示す。例えば、囲み６４内に示す距離の値は、スパイクノイズである。スパイクノイズは、対象物の傷や翼の角部(エッジ)など不連続部を通過する際に発生しやすく、瞬間的に反射信号が乱れることが原因となって生じる。圧縮機などの場合、スパイクノイズは、例えば、動翼２が計測範囲に入ったときや通過直後などに計測される。また、圧縮機などの動翼では、スパイクノイズ発生と光強度の低下に相関があり、スパイクノイズを計測したときの光強度は小さくなることが分かっている。この性質を利用し、ノイズ除去部１４は、所定の閾値６３（第２閾値と称する場合がある。）に基づいて、計測データに含まれる光強度が閾値６３を下回ったときに計測された距離の計測データはスパイクノイズであると見做して評価対象から除外する。例えば、ノイズ除去部１４は、記憶部１６に保存された動翼２ごとの計測データの中から光強度に基づいて、スパイクノイズとみなされる距離の計測データを削除する。

【0026】

（クリアランスの計測）
クリアランス計測部１５は、スパイクノイズ除去後の計測データを統計処理して、動翼２ごとのクリアランスαを算出する。例えば、クリアランス計測部１５は、動翼２ごとに、スパイクノイズ除去後の距離の計測データから度数分布を算出する。ある１つの動翼２に関する距離の計測データから算出した度数分布の一例を図７に示す。図７の度数分布図（ヒストグラム）の縦軸は度数（距離の計測値の出現頻度）、横軸は距離（クリアランス）である。例えば、クリアランス計測部１５は、動翼２ごとに、図７に示すようなヒストグラムを算出し、最頻値をその動翼２のクリアランスαとして算出する。あるいは、度数の高い順に所定個のクリアランスを選択してそれらの平均や加重平均（例えば度数で重み付けする）を評価対象の動翼２のクリアランスとして算出してもよい。また、クリアランス計測部１５は、クリアランスの度数分布が正規分布に従うと仮定して、クリアランスのヒストグラムに近似する正規分布を算出し、その平均値（期待値）を評価対象の動翼２のクリアランスαとして算出してもよい。また、クリアランスの度数分布が正規分布に従うとみなし、標準偏差σを求め、平均値±iσ（たとえばi＝１，２，３・・・など。また、ｉは整数に限定しない。）を外れた値を除外した範囲（例えば、±１σの場合は６８％信頼区間、±２σの場合は９５％信頼区間、±３σの場合は９９．７％信頼区間などの所定の区間）の中から、最小値をクリアランスαとして算出してもよい。

【0027】

（動作）
次に図８を参照して、計測装置１０の動作について説明する。
図８は、実施形態に係るクリアランス計測処理の一例を示すフローチャートである。
例えば、回転機械１００の組み立て時、試運転時、定期点検時などにケーシング３を開放させずに、ケーシング３の所定位置にセンサ１１を設置する。また、ロータ１を低速で回転させながら距離と光強度を計測する際に、１つの動翼２について十分な数の計測値が取得できるようなセンサ１１のサンプリング周期を、ロータ１の回転速度や動翼２のサイズ等に応じて設定する。次に、ロータ１を低速で回転させながらセンサ１１により、距離と光強度を計測する（ステップＳ１）。センサ１１は、所定のサンプリング周期で距離と光強度を計測し、その計測結果を計測装置１０へ出力する。計測データ取得部１２は、センサ１１によって計測された時系列の計測データ（距離の計測データと光強度の計測データ）を取得し、記憶部１６に保存する（ステップＳ２）。

【0028】

計測データの採取が完了すると、次に分割部１３が、記憶部１６に保存された計測データを読み出して、動翼２ごとに計測データを分割する（ステップＳ３）。分割部１３は、図５を用いて説明したように、第１閾値（図５の閾値５３）とトリガ保持時間５４を使って計測データを分割し、分割後の計測データを動翼２と対応付けて記憶部１６に保存する。例えば、最初にセンサ１１の計測範囲を通過する動翼２に目印を付けておいて、最初に計測された計測データと目印を付けた動翼とを対応付け、後はロータ１の回転方向に応じて、次にセンサ１１の計測範囲を通過する動翼２と２番目に計測された計測データとを対応付け、３番目に計測範囲を通過する動翼２と３番目に計測された計測データとを対応付け・・・、といった方法であってもよい。

【0029】

次にノイズ除去部１４が、スパイクノイズを除去する（ステップＳ４）。例えば、ノイズ除去部１４は、記憶部１６に保存された、分割後の動翼２ごとの計測データを読み出して、各計測データから光強度が第２閾値（図６の閾値６３）より小さいときに計測された距離の計測データを削除する処理を行う。次にクリアランス計測部１５が、統計処理を行ってクリアランスを算出する（ステップＳ５）。例えば、クリアランス計測部１５は、ノイズ除去後の動翼２ごとの距離の計測データについて移動平均を算出し、動翼２ごとに所定点数の距離（クリアランス）の値を算出する。クリアランス計測部１５は、算出した所定点数のクリアランス値のヒストグラムを算出し、最頻値を求める。クリアランス計測部１５は、動翼２ごとに最頻値を算出して、その値を動翼２のクリアランス計測値とする。クリアランス計測部１５は、算出した動翼２ごとのクリアランス計測値を記憶部１６に保存する。次にクリアランス計測部１５は、算出した動翼２ごとのクリアランス計測値を表示装置や電子ファイル等へ出力する（ステップＳ６）。

【0030】

（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、非接触で精度よく、回転機械における動翼などの回転体の先端部と、回転体を収容するケーシングとの間のクリアランスを計測することができる。

【0031】

図９は、実施形態に係る計測装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える。上述の計測装置１０は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。

【0032】

計測装置１０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各機能部による処理を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

【0033】

以上のとおり、本開示に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0034】

＜付記＞
各実施形態に記載の計測装置、計測方法およびプログラムは、例えば以下のように把握される。

【0035】

（１）第１の態様に係る計測装置１０は、回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測装置であって、回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データを取得する手段と、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去する手段と、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出する手段と、を備える。
これにより、非接触で精度よく、回転機械における回転体と、回転体を収容するケーシングとのクリアランスを計測することができる。

【0036】

（２）第２の態様に係る計測装置１０は、（１）の計測装置１０であって、前記ノイズを除去する手段は、前記反射光の強度が所定の第１閾値より小さい前記反射光に基づく前記距離の計測データを除去する。
これにより、動的な対象物に対して光を照射したときに計測されるスパイクノイズを除去することができる。

【0037】

（３）第３の態様に係る計測装置１０は、（１）～（２）の計測装置１０であって、前記回転体は、回転自在に支持されたロータと前記ロータの外周に周方向に沿って複数設けられた動翼であって、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記反射光の強度の計測データおよび前記距離の計測データを前記動翼ごとに分割する手段、をさらに備える。
これにより、非接触で精度よく、回転機械における動翼などの回転体の先端部と、ケーシングとの動翼ごとのクリアランスを計測することができる。

【0038】

（４）第４の態様に係る計測装置１０は、（３）の計測装置１０であって、前記取得する手段は、前記回転体の回転中に計測された、時系列の前記反射光の強度の計測データと、時系列の前記距離の計測データとを取得し、前記分割する手段は、時系列の前記反射光の強度の計測データに基づいて、前記強度が所定の第２閾値以上となった時点を開始点とし、前記開始点の後に前記強度が前記第２閾値を下回ってから所定の保持時間が経過する時点を終了点とした場合に、前記開始点から前記終了点までの間に計測された前記反射光の強度の計測データおよび前記距離の計測データを１つの前記動翼の計測データとして切り出すことにより、前記反射光の強度の計測データおよび前記距離の計測データを前記動翼ごとに分割する。
これにより、計測データを動翼ごとに分割することができる。

【0039】

（５）第５の態様に係る計測装置１０は、（１）～（４）の計測装置１０であって、前記クリアランスの計測値を算出する手段は、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データのヒストグラムを算出し、前記距離の最頻値を前記クリアランスの計測値として算出する。
このように、多数計測されたクリアランスの計測値（距離の計測データ）を統計処理することにより、ノイズやはずれ値等を除去して、精度の良いクリアランス計測値を算出することができる。

【0040】

（６）第６の態様に係る計測装置１０は、（１）～（４）の計測装置１０であって、前記クリアランスの計測値を算出する手段は、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データの度数分布に近似する正規分布を算出し、前記正規分布における所定の区間の最小値を前記クリアランスの計測値として算出する。
このように、多数計測されたクリアランスの計測値（距離の計測データ）を統計処理することにより、ノイズやはずれ値等を除去して、精度の良いクリアランス計測値を算出することができる。

【0041】

（７）第７の態様に係る計測装置１０は、（１）～（５）の計測装置１０であって、前記反射光の強度を計測する手段と、前記距離を計測する手段と、をさらに備える。
これにより、反射光の強度の計測データと距離の計測データを取得することができる。

【0042】

（８）第８の態様に係る計測装置１０は、（１）～（７）の計測装置１０であって、共焦点式センサをさらに備え、前記取得する手段は、前記共焦点式センサによって計測された前記反射光の強度の計測データと、前記距離の計測データとを取得する。
これにより、反射光の強度の計測データと距離の計測データを取得することができる。

【0043】

（９）第９の態様に係る計測方法は、回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測方法であって、回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データを取得するステップと、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去するステップと、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出するステップと、を有する。

【0044】

（１０）第１０の態様に係るプログラムは、コンピュータに、回転機械における回転体と前記回転体を囲むケーシングとの間のクリアランスを計測する計測処理であって、回転中の前記回転体へ前記ケーシングから照射した光の反射光の強度の計測データと、前記反射光に基づく前記ケーシングと前記回転体との間の距離の計測データを取得するステップと、前記反射光の強度の計測データに基づいて、取得された前記距離の計測データからスパイク状のノイズを除去するステップと、ノイズ除去後の複数の前記距離の計測データを統計処理し、前記クリアランスの計測値を算出するステップと、を有する計測処理を実行させる。

【符号の説明】

【0045】

１・・・ロータ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・動翼
３・・・ケーシング
３１・・・内周面
４・・・静翼
１０・・・計測装置
１１・・・センサ
１２・・・計測データ取得部
１３・・・分割部
１４・・・ノイズ除去部
１５・・・クリアランス計測部
１６・・・記憶部
１００・・・回転機械
１１０・・・共焦点式センサ
１１１・・・光源
１１２・・・ビームスプリッタ
１１３・・・レンズ
１１４・・・部材
１１５・・・スペクトルメータ
１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ・・・光
２００・・・対象物
９００・・・コンピュータ
９０１・・・ＣＰＵ
９０２・・・主記憶装置
９０３・・・補助記憶装置
９０４・・・入出力インタフェース
９０５・・・通信インタフェース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】