CN106687792A - 振动模式测定装置 - Google Patents

Abstract

提供一种振动模式测定装置，其对由大于或等于1个电动机构成的机械的机械构造的振动模式进行测定，该振动模式测定装置的特征在于，具有：施振指令生成部，其生成电动机的施振指令；控制部，其基于施振指令而生成电动机的电流指令，将电动机施振力的换算值输出至振动模式计算部；电动机驱动部，其从控制部接收电动机电流指令，驱动电动机；振动传感器，其对机械构造的振动进行检测；测定点信息输入部，其输入振动传感器的粘贴点的信息；振动模式计算部，其使用电动机施振力的换算值和振动传感器的输出对振动模式进行计算；以及振动模式输出部，其进行输出。

Description

振动模式测定装置

技术领域

本发明涉及一种振动模式测定装置，该振动模式测定装置对具有电动机的机械的振动模式进行测定。

背景技术

当前，已知一种振动模式测定装置，该振动模式测定装置具有：振动测定单元，其具有多个传感器输入；对传递函数进行运算的单元；以及对振动模式进行可视化而输出的单元(例如专利文献1)。

另外，当前已知一种电动机控制部的控制参数灵敏度解析装置，该电动机控制部由电动机、检测单元、指令器以及控制装置构成，该电动机安装于机械，该检测单元对由所述电动机或者所述机械构成的被检测体的动作量进行检测，该指令器产生指令信号，该控制装置接收指令信号而对所述电动机进行驱动，该控制参数灵敏度解析装置具有：开环频率响应特性测量单元，其对不包括控制装置的特性在内的开环频率响应特性进行测量；运算单元，其根据电动机控制部的控制装置的控制装置模型、测量出的开环频率响应特性和控制装置模型对一轮开环频率响应特性进行计算；以及灵敏度解析装置，其对所述控制装置的控制参数和所述一轮开环频率响应特性的变化的关系进行灵敏度解析(例如专利文献2)。

专利文献1：日本特开平3－218421号公报

专利文献2：日本特开2006－227793号公报

发明内容

但是，就上述专利文献1所公开的方式而言，需要在施振装置处准备冲击锤或者施振器。在使用冲击锤的情况下，作业者需要进行击打，另外，在使用施振器的情况下，在小型的机械时不能确保对施振器进行设置的场所，反之，在大型的机械时不能够施加充分的施振力。即，专利文献1的技术存在由作业者的负担、机械尺寸所导致的限制这一课题。

另一方面，专利文献2虽然不是对振动模式进行测定的装置，但是提供了下述装置，即，能够使用电动机对机械进行施振，对从施振力到安装于机械构造的传感器为止的传递函数进行计算，被认为能够解决由作业者的负担、机械尺寸所导致的限制这一课题。

但是，为了将专利文献2的技术应用于振动模式测定，作业者需要针对测定点的信息、传感器的方向而逐个条件地进行数据处理，并且在传感器的灵敏度方向和轴的方向相反的情况下需要重新进行传递函数的计算，或者对相位的数据进行修正。即，专利文献2的技术难以高效且高精度地对可靠性高的振动模式进行测定。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种振动模式测定装置，该振动模式测定装置针对具有大于或等于1个电动机的机械，高效且高精度地对可靠性高的振动模式进行测定。

对于本发明，为了消除上述问题、实现目的，本发明所涉及的振动模式测定装置具有：决定部，其针对通过大于或等于1个驱动装置的运动而产生振动的装置，决定所述装置的任意的振动；控制部，其对所述大于或等于1个驱动装置分别进行控制，使所述装置进行所述决定出的振动；测定部，其对正在进行所述决定出的振动的所述装置的作为测定对象的大于或等于1个部位各自的振动进行测定；以及计算部，其基于所述检测出的振动，至少对作为所述测定对象的大于或等于1个部位各自的振动的形态进行计算。

发明的效果

根据本发明，具有下述效果，即，针对具有大于或等于1个电动机的机械，能够高效且高精度地对可靠性高的振动模式进行测定。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的振动模式测定装置的概略结构的框图。

图2是表示控制部的详细结构的框图。

图3是表示速度控制部的详细结构的框图。

图4是表示图1的机械构造的概略结构的概略图。

图5是表示通过图1～图4所示的实施方式1中的测定系统而进行的传递函数的计算和振动模式辨识的处理的流程图。

图6是表示振动模式计算部的详细结构的框图。

图7是表示实施方式2中的振动模式测定装置的概要的框图。

图8是表示在实施方式2中被应用了振动模式测定装置的3轴工作机械的概略结构的斜视图。

图9是表示实施方式2中的控制部的结构概况的框图。

图10是表示机械信息发送部的详细结构的框图。

图11是表示实施方式3中的振动模式测定装置的控制部的概要的框图。

图12是表示实施方式4中的振动模式测定装置的概略的框图。

图13是表示实施方式6中的振动模式测定装置的控制部的概要的框图。

图14是表示实施方式7中的施振指令生成部的结构的框图。

图15是表示实施方式8所涉及的振动模式测定装置的概略结构的框图。

图16是表示实施方式9所涉及的振动模式测定装置的概略结构的框图。

具体实施方式

实施方式1

下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的振动模式测定装置进行详细说明。此外，本发明不受以下的实施方式限定。

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的振动模式测定装置200的概略结构的框图。振动模式测定装置200是对机械构造16的振动模式进行测定的装置，具有下述部件而构成，即：电动机驱动装置19，其使电动机1产生驱动力f而进行机械构造16的施振；施振指令生成部11，其生成针对电动机1的施振指令Cmd；控制部12，其使用基于施振指令Cmd而生成的电流指令Im和电动机旋转角Sd对电动机1进行控制，输出电动机1的施振力换算值fn；测定点信息输入部18，其对第i个测定点的坐标Xi和表示传感器的朝向的传感器方向Ddi进行设定；以及振动模式计算部14，其使用作为振动传感器的一个例子的加速度传感器13的输出即加速度a、电动机1的施振力换算值fn以及测定点的坐标Xi、传感器方向Ddi对振动模式进行计算，该振动传感器被附加于机械构造16的测定点处，用于对通过施振而在机械构造16产生的振动进行检测。此外，如图所示，也可以设置将辨识出的振动模式作为动画而输出的振动模式输出部15。

另外，在图1的结构中，作为施振指令生成部11所生成的施振指令的一个例子，存在模拟随机信号、符号扫描信号(sign sweep signal)等。上述模拟随机信号及符号扫描信号还被视为速度指令。由此，在实施方式1中，将“施振指令Cmd”作为“施振用速度指令Cmd”进行说明。

图2是表示控制部12的详细结构的框图。控制部12以使得施振用速度指令Cmd和检测位置Sd的误差尽可能小的方式生成电流指令Im而输出，该电流指令Im用于对流过电动机1的电流(以下称为“电动机电流”)进行控制，该检测位置Sd是将由编码器3检测出的电动机1的旋转角度变换为位置得到的。电流值获取部123根据电流指令Im对电动机1的施振力换算值fn进行计算、输出。此外，在图2中，电流值获取部123使用电流指令Im对施振力换算值fn进行计算，但也可以使用实际地流过电动机1的电动机电流的反馈值对施振力换算值fn进行计算。在这里，电动机1的驱动力f例如是使用电动机1的扭矩常数Kt通过下面的算式1求出的。

【算式1】

f＝Kt*Im …(1)

位置控制部121大多由P控制器构成。振动模式测定装置200在执行施振时减小位置控制部121的增益。关于所设定的值，可以使用对所测定的频率范围的下限的值进行设定的情况、或者对起初设定了的位置控制部121的增益的五分之一～十分之一的已确定的值进行设定的方式中的任意种。其理由在于，就通常由进给螺杆(feed screw)构成的驱动机构而言，由于速度的控制的响应频带为几百Hz，与此相对，位置的控制的响应频带只有几Hz至几十Hz，因此为了对宽的频带进行施振，仅通过位置控制是不够的。因此，利用具有比位置控制更宽的频带的速度控制。

通常，与位置控制相比，速度控制具有3～8倍的频带。另外，由电动机驱动装置进行的电流控制具有速度控制的5～10倍的频带。为了利用速度控制，输入施振信号作为速度指令即可。但是，在位置控制为有效的情况下，由于速度指令对于位置控制部121而言作为干扰起作用，因此小于或等于位置控制频带的施振信号受到抑制。因此，需要减小位置控制部121的增益，使位置控制频带比施振时的频率范围的下限更小。另一方面，由于如果将位置控制部121的增益设为0而将位置控制完全无效，则机械的位置变得不受控制，还可能移动至意外的位置，因此不将位置控制完全无效。速度控制部122大多由PI控制器构成。速度控制部122使用位置控制部121的输出即位置控制用速度指令Pcmd、从施振指令生成部120接收到的施振用速度指令Cmd、编码器输出即电动机旋转角Sd进行速度控制。

图3是表示速度控制部122的详细结构的框图。微分部122a对编码器输出即电动机旋转角Sd进行微分，对电动机1的速度进行计算。加法部122b对施振用速度指令Cmd和位置控制用速度指令Pcmd之和进行计算。另外，减法部122c输出微分部122a和加法部122b之差。PI控制部122d针对减法部122c的输出进行PI控制，输出电流指令Im。

图4是表示图1的机械构造16的概略结构的概略图。通过由控制部12输出的电流指令Im，电动机驱动装置19使电动机1产生驱动力f，对机械构造16进行施振。此时，电动机1的旋转运动经由联轴器8传递至进给螺杆2，经由螺母9变换为直线运动。进给螺杆2的直线运动受支撑轴承10约束。通过螺母9的直线运动，工作台4进行直线运动。此时，由在工作台4上设置的加速度传感器13对加速度a进行测定，向振动模式测定装置200内的振动模式计算部14输出。另一方面，电动机1依据从振动模式测定装置200的电动机驱动装置19输入的电流指令Im进行旋转，由编码器3测量出的电动机1的旋转速度及旋转角经由电动机驱动装置19向控制部12输出。

在测定点信息输入部18，输入由作业者粘贴了加速度传感器13的第i个测定点的坐标Xi和表示此时的传感器的朝向的传感器方向Ddi。测定点的坐标Xi用作显示对动画进行描绘时的传感器粘贴位置的坐标。另外，传感器方向Ddi是在并非必然能使机械结构上的x、y、z轴的朝向和加速度传感器13的坐标轴的朝向一致而进行安装的情况下为了记录它们的对应关系而输入的。例如，如果3轴加速度传感器的1ch、2ch、3ch分别安装于机械结构上的y轴正向、x轴正向、z轴负向，则传感器方向Ddi为(+y，+x，－z)。

振动模式计算部14使用施振力换算值fn和加速度a进行传递函数的计算及振动模式的辨识。图5是表示通过图1至图4所示的实施方式1中的测定系统而进行的传递函数的计算和振动模式辨识的处理的流程图。

首先，作业者将加速度传感器13粘贴于机械构造16上的测定点。在步骤S11中，作业者输入测定点的坐标X_i和传感器方向Dd_i作为针对测定点信息输入部18的测定点信息。在步骤S12中，作业者决定从控制部12输入的表示施振力的信息fn、用于实现诸如使电动机1模拟地随机旋转这样的施振形态的施振用速度指令Cmd、表示电动机电流的信息Im，开始机械构造16的振动的测定。如果测定开始，则通过施振指令生成部11将控制参数设定指令向控制部12输出。此外，控制参数设定指令也是图1所示的施振指令Cmd之一。如果向控制部12输出了控制参数设定指令，则位置控制部121的增益得到变更。

在步骤S13中，对诸如施振力换算值fn及电流指令Im这样的控制参数的设定是否已完成进行判断，如果控制参数的设定完成(步骤S13，Yes)，则进入步骤S14的处理，如果未完成(步骤S13，No)，则反复进行步骤S12、S13的处理。

在步骤S14中，将施振用速度指令Cmd从施振指令生成部11输出至控制部12，控制部12对电动机驱动装置19进行控制而使电动机1得到旋转驱动，开始针对机械构造16的施振。在步骤S15中，在施振过程中，振动模式计算部14对施振力换算值fn和加速度a同步地进行测定。此外，也可以取代施振力换算值fn而使用施振过程中的电动机电流的监视值。在步骤S16中，如果施振结束，则由施振指令生成部11再次发出控制参数设定指令，将在步骤S12中改写后的增益恢复为原先的值。

在步骤S17中，在施振结束后，振动模式计算部14根据测定出的电动机电流监视值fn和加速度a对传递函数进行计算。在步骤S18中对测定是否已结束进行判断，在测定已结束的情况下(步骤S18，Yes)进入步骤S19的处理，在测定未结束的情况下(步骤S18，No)返回步骤S11的处理。此外，在步骤S18的处理中，也可以判断作业者是否选择了进行测定，在选择了进行测定的情况下进入步骤S19的处理进行振动模式的计算。

在步骤S19中，由振动模式计算部14进行振动模式的计算。在步骤S20中，由振动模式输出部15将振动模式进行动画化而予以显示。

图6是表示振动模式计算部14的详细结构的框图。振动模式计算部14具有传递函数计算部141、暂时存储区域142以及振动模式辨识部143。另外，向振动模式计算部14输入施振力fn、加速度a以及测定点的坐标Xi。

施振力fn和加速度a由传递函数计算部141同步地进行采样，在施振结束后进行传递函数的计算。作为根据时序波形进行传递函数的计算的方法，提出有多种方式。例如，存在频谱解析法、ARX辨识、局部空间法等。就本实施方式中的振动模式测定装置而言，将输入设为施振力、将输出设为加速度而使用作为频谱解析法之一的H1推定法对传递函数的计算方法进行详细叙述。此外，传递函数的计算算法当然不限定于以下的说明。

在加速度传感器13是3轴加速度传感器的情况下，由于作为具有3个分量的矢量而得到3个方向的加速度响应a，因此基于传感器方向Ddi，对与机械的x、y、z方向相对应的传感器的输入通道的顺序进行调换。如果将施振力f、加速度a的傅立叶频谱分别置换为F(s)、A(s)，则输入的功率频谱Gff表示为算式2，输入输出的交叉频谱Gaf表示为算式3。其中，*表示共轭的频谱。如果使用H1推定法，则第i个测定点的传递函数Gi(s)表示为算式4。通过使用H1推定，从而能够通过平均化将存在于作为输出信号的加速度a的信号中的噪声最小化。

【算式2】

Gff＝F(s)×F^*(s) …(2)

【算式3】

Gaf＝F(s)×A^*(s) …(3)

【算式4】

Gi(s)＝Gaf/Gff …(4)

使计算出的传递函数的信息与从测定点信息输入部18输入的测定点的坐标Xi相关联，在全部测定点处的传递函数的测定结束之前，保存至暂时存储区域142。如果全部测定点处的测定结束，则传递函数计算部141将全部传递函数的信息输出至振动模式辨识部143。

振动模式辨识部143通过曲线拟合等方法实施对振动模式进行规定的模式参数(固有频率、模式衰减比)。辨识方式存在模式圆拟合、差分迭代法等各种方式。在这里，针对施振力作为各点的按时序排列的响应振幅和相位数据而导出振动模式，其中，这样的振动模式从控制上来说在对振动进行评价时便于使用。为了对传递函数Gi(s)的频率特性进行计算而将jω代入。其中，j是虚数单位，ω是频率(算式5)。此时，某个频率ω的成分中的施振力f所对应的振幅比R(ω)和相位差d(ω)表示为算式6。其中，“abs”是绝对值函数。

【算式5】

Gi(jω)＝Gaf(jω)/Gff(jω) …(5)

【算式6】

此时，如果假定为线性系统，则频率ω时的施振力f的输入所对应的从各测定点i的基准坐标Xi起的位移量dXi能够像下面的算式7那样由正弦波函数进行记述。

【算式7】

在上式中，t为时间，在加速度传感器13是3轴加速度传感器的情况下，位移量dXi包含x、y、z这3个方向的分量。如果对全部测定点i处的位移量dXi进行计算，则能够相对于施振力f将某个频率ω时的振动模式的形状在时域中进行记述。振动模式计算部14将基准坐标Xi及位移量dXi作为表示计算出的各测定点i的振动模式的信息而输出至振动模式输出部15。

振动模式输出部15根据测定点坐标Xi和位移量dXi对动画进行描绘。首先，针对全部测定点i，基于测定点坐标Xi对机械的线框模型进行描绘，设为基准点。然后，针对所关注的频率ω，对Δt秒后的从基准点Xi起的位移量dXi进行计算。通过每隔Δt秒对位移量dXi的值进行计算，对测定点的坐标进行更新，从而对振动模式的动画进行描绘。

如上所述，根据本实施方式所涉及的振动模式测定装置，由于使用驱动轴的电动机对机械进行施振，使用该施振力的换算值和在机械构造上的多个点设置的振动传感器的大于或等于1个粘贴点的信息对振动模式进行计算，因此能够实现截至在该多个点设置的振动传感器为止的频率响应的测定，能够根据施振力进行从各点的频率响应起至对振动模式进行计算而输出为止的一系列作业。另外，通过在施振时对控制参数设定进行变更，从而能够在宽的频带对机械构造进行施振。

实施方式2

图7是表示实施方式2中的振动模式测定装置的概要的框图。与实施方式1的不同点在于，由控制部12将机械信息Dat输出至振动模式计算部14。

另外，图8是表示在实施方式2中被应用了振动模式测定装置的3轴工作机械的概略结构的斜视图。在图8中，具有使运动在X轴、Y轴及Z轴方向上受到引导的多个可动轴，各可动轴通过由电动机1x、1y、1z和进给螺杆2x、2y、2z构成的驱动机构而受到驱动。电动机1x、1y、1z的旋转角度分别由编码器3x、3y、3z进行检测，反馈至电动机控制部。假设各轴的驱动机构的结构与图1所示的振动模式测定装置的概略结构相同，但是作为电动机驱动方法，有时也取代电动机1x、1y、1z和进给螺杆2x、2y、2z而使用线性电动机，取代编码器3x、3y、3z而使用线性标尺。

就该工作机械而言，由Y轴的驱动机构对工作台4进行驱动，由X轴的驱动机构对支柱5进行驱动。由安装于支柱5的Z轴的驱动机构经由滑枕6对主轴头7进行驱动，其结果，在安装于主轴头7的前端的刀具和在工作台4上设置的工件之间形成3维形状。此外，工作台4及支柱5设置于支架台21上。在实施方式2中，由于驱动轴存在3个，因此施振指令生成部11输出针对施振轴的指定和施振轴的施振用速度指令Cmdx～Cmdz。

图9是表示实施方式2中的控制部12的结构概况的框图。在实施方式2的控制部12中，如图9所示设置有与X轴、Y轴及Z轴相对应地设置的位置控制部121x、121y、121z以及速度控制部122x、122y、122z。向位置控制部121x、121y、121z输入编码器3x、3y、3z的输出、即工作台位置Sdx、SDy、Sdz。向速度控制部122x、122y、122z分别输入位置控制部121x、121y、121z的输出即位置控制用速度指令Pcmdx、Pcmdy、Pcmdz、由指令值分配部120分配的各轴的施振用速度指令Cmdx、Cmdy、Cmdz、以及工作台位置Sdx、SDy、Sdz。速度控制部122x将使用位置控制用速度指令Pcmdx、施振用速度指令Cmdx及工作台位置Sdx而生成的X轴的电流指令Imx输出至X轴的驱动装置、即电动机驱动装置19x。Y轴及Z轴也同样如此，速度控制部122y将使用位置控制用速度指令Pcmdy、施振用速度指令Cmdy及工作台位置Sdy而生成的Y轴的电流指令Imy输出至Y轴的驱动装置、即电动机驱动装置19y，速度控制部122z将使用位置控制用速度指令Pcmdz、施振用速度指令Cmdz及工作台位置Sdz而生成的Z轴的电流指令Imz输出至Z轴的驱动装置、即电动机驱动装置19z。另外，控制部12具有机械信息发送部124，该机械信息发送部124获取机械的状态量而输出至振动模式计算部14。

图10是表示机械信息发送部124的详细结构的框图。另外，对机械的工作台位置Sdx、SDy、Sdz、电流指令Imx～Imz、由未图示的温度传感器测定出的气温信息Temp、由未图示的温度传感器测定出的机械的温度TempM进行收集，将机械信息Dat输出至振动模式计算部14。其原因在于，在具有多个轴的工作机械中，已知振动模式根据工作台的位置、此时的电动机负载、机械的温度、气温等而变化，需要将上述的机械的状态信息和振动模式相关联地进行管理。此外，也可以取代电流指令Imx～Imz而将实际地流过电动机1的电动机电流(尤其是静止时的电流)的反馈值作为机械信息Dat。

振动模式计算部14对传递函数进行计算，在保存至暂时存储区域142时，将施振所使用的轴的信息和机械信息Dat相关联地保存。由此，能够使作业者容易地掌握机械信息Dat和振动模式的关系。另外，还能够使作业者容易地掌握通过进行施振的轴而激起的振动模式的差异。另外，通过将进行施振的轴及机械位置等信息和振动模式相关联地保存，从而具有下述效果，即，对机械构造的振动的特性的理解变得更容易。

实施方式3

图11是表示实施方式3中的振动模式测定装置的控制部12的概要的框图。与实施方式2的不同点在于，将施振指令Cmdx、Cmdy、Cmdz作为电流指令、而非速度指令分别指示给作为驱动机构的电动机驱动装置19x、19y、19z。通过作为电流指令而输入施振指令，从而与作为速度指令而输入的情况相比，能够在直至高频区域为止的范围由电动机1进行施振。

另一方面，由于小于或等于速度控制频带的频率的施振指令Cmdx、Cmdy、Cmdz受到抑制，因此对速度控制部122的增益进行变更，速度控制频带成为所测定的频率范围的下限。因此，施振指令Cmdx、Cmdy、Cmdz作为用于对速度控制部122的增益进行变更的信息Pdx、Pdy、Pdz使用。另外，由于如果位置控制频带比速度控制频带宽则控制系统变得不稳定，因此位置控制部121的增益也需要以下述方式进行变更，即，与速度控制频带相比，使位置控制频带更窄。关于此时所设定的增益的值，可以使用对成为所测定的频率范围的下限的、位置控制部121和速度控制部122的增益进行设定的情况，或者对起初设定了的增益的五分之一～十分之一的已确定的值进行输入的方式中的任意者。

实施方式4

另外，在本发明所涉及的振动模式测定装置中，也可以使用除加速度传感器以外的传感器作为对振动进行检测的传感器。图12是表示实施方式4中的振动模式测定装置的概略的框图。与实施方式1～3的不同点在于，在机械构造的加速度的检测中使用对设置点和测定对象之间的相对速度V进行测定的激光多普勒振动计17。

加速度传感器13由于是对绝对加速度进行检测，因此例如在设置了机械的地面的刚性低、地面也与机械的驱动一起进行振动的情况下，地面振动被作为振动模式而检测到。因此，在需要排除地面振动的影响的情况下，需要进行从测定出的传递函数中排除与地面振动相应的传递函数的操作。与此相对，在使用激光多普勒振动计17的情况下，由于是对设置地面和测定点之间的相对速度V进行检测，因此不需要实施将地面振动排除的操作。

在振动的检测中使用了激光多普勒振动计17的情况下，由于传递函数计算部141所计算的传递函数成为从施振力到速度的传递函数，因此在由振动模式辨识部143对振动模式进行计算时，能够由算式8表达的式子对振动模式进行辨识。

【算式8】

实施方式5

实施方式5是下述结构，即，取代图12所示的激光多普勒振动计17而使用直接对位移进行测定的激光位移计或者激光干涉计。在使用了激光位移计或者激光干涉计的情况下，能够针对施振力，直接对机械构造的位移进行测定。在这里，使用了激光位移计或者激光干涉计的情况下的振动模式例如如算式9那样进行计算。通过对位移直接进行测定，从而具有下述效果，即，能够对对象物的位置及轨迹的误差直接进行评价。

【算式9】

dXi(ω)＝R(ω)sin(ωt+d(ω)) …(9)

实施方式6

图13是表示实施方式6中的振动模式测定装置的控制部12的概要的框图。在工作机械的驱动机构处，有时搭载有用于对工作台4的位置进行微调的微动机构。作为用于通常的微动机构的致动器，例如存在压电致动器、音圈电动机。

在上述微动中使用的致动器的特长在于高精度且高响应。因此，即使不将速度指令、电流指令作为施振指令进行指示，也能够在位置控制频带实现几百Hz的响应性。因此，能够将施振指令直接作为位置指令而指示给控制部12，由此具有下述效果，即，在施振时变得不需要使用控制参数。

实施方式7

图14是表示实施方式7中的施振指令生成部11的结构的框图。在实施方式7中，作业者将进行施振的轴、所测定的频率频带的上限值、下限值、施振信号的种类输入至施振条件输入部110。施振方式决定部111基于被输入的频率频带的上限值来决定是将施振指令输入给位置指令，还是输入给速度指令，还是输入给电流指令。此时，如果所测定的频率频带的上限值小于位置控制频带则选择位置指令，如果大于或等于位置控制频带且小于速度控制频带则选择速度指令，如果大于或等于速度控制频带则选择电流指令。

施振信号生成部113基于施振指令的类型和施振的种类而生成施振指令Cmd。例如，如果施振指令的类型是速度指令、且施振信号的种类是模拟随机信号，则作为速度指令，将模拟随机指令作为施振指令Cmd输出。另外，如果施振指令的类型是电流指令、且施振信号的种类是符号扫描信号，则作为电流指令，将符号扫描指令作为施振指令Cmd输出。控制参数计算部112基于施振指令的类型和所测定的频率频带的下限值来决定控制参数的增益。

实施方式8

本领域技术人员自然会了解下述情况，即：本发明所涉及的振动模式测定装置200能够作为在具有加速度传感器13及电动机驱动装置19等的计算机上执行的软件得以实现；以及振动模式测定装置200能够具体地使用上述计算机的硬件资源得以执行。另外，本领域技术人员自然也会了解下述情况，即，振动模式测定装置200能够通过以存储于存储介质的方式或者经由网络而供给至上述计算机、载入至其RAM等，具体地利用上述硬件资源而得以执行。

图15是表示实施方式8所涉及的振动模式测定装置200的概略结构的框图。与实施方式1的差异在于，在振动模式测定装置200的结构要素中不包含加速度传感器这一点、和具有对传感器的信号进行输入的传感器信号输入接口(以下记作“传感器信号输入IF”)30这一点。

在实施方式8中具有用于导入加速度传感器13的信号的传感器信号输入IF 30，该加速度传感器13是在外部设置的振动传感器的一个例子。就传感器信号输入IF 30而言，例如作为信号导入AD变换器来安装。传感器信号输入IF 30将传感器13的信号导入，变换为数字信号而输出至振动模式计算部14。就振动传感器13而言，会基于测定方式、尺寸价格而想到各种组合。因此，通过具有共通的信号输入接口、即传感器信号输入IF 30，从而在振动模式测定装置200中，能够将任意的振动传感器用于测定。

实施方式9

图16是表示实施方式9所涉及的振动模式测定装置200的概略结构的框图。与实施方式8的差异在于，由控制部12将机械信息Dat输出至振动模式计算部。在实施方式9中，也与实施方式8同样地，传感器信号输入IF 30将传感器13的信号导入，变换为数字信号而输出至振动模式计算部14。

振动模式计算部14对传递函数进行计算，在保存至暂时存储区域142时，将施振所使用的轴的信息和机械信息Dat相关联地保存。由此，能够使实验者容易地掌握机械信息Dat和振动模式的关系。另外，还能够使实验者容易地掌握通过进行施振的轴而激起的振动模式的差异。另外，通过将进行施振的轴、机械位置等信息与振动模式相关联地保存，从而具有下述效果，即，对机械构造的振动的特性的理解变得更容易。

根据振动模式测定装置200，由于使用测定对象自身的电动机1向装置施加振动而进行测定，因此，例如不会像使用了冲击锤的实验模式解析那样需要对作为测定对象的装置施加振动的设备。另一方面，在使用了冲击锤的实验模式解析中，必须针对全部测定点而对装置反复施加使用了冲击锤进行的击打，例如在测定点多的情况下，需要一边改变加速度传感器的位置一边对工业机械施加多次振动(施振)，或者在对大型的工业机械进行试验的情况下，为了得到施加充分的振动的力(施振力)而需要使用大的冲击锤，因此进行试验的作业者的负担大。因此，根据振动模式测定装置200，能够大幅度减轻进行试验的作业者的负担。

另外，还存在取代冲击锤、将施振器设置于测定对象而施加振动的方法，但需要确保用于对施振器进行设置的充分的空间，在小型的工业机械中，有时不能对施振器进行设置，并且，有时施振器对工业机械施加的振动的形态与在实际由电动机对工业机械进行驱动的情况下的振动的形态不同，但根据振动模式测定装置200，能够消除上述缺陷。

标号的说明

1、1x、1y、1z电动机，2、2x、2y、2z进给螺杆，3、3x、3y、3z编码器，4工作台，5支柱，6滑枕，7主轴头，8联轴器，9螺母，10支撑轴承，11施振指令生成部，12控制部，13加速度传感器，14振动模式计算部，15振动模式输出部，16机械构造，17激光多普勒振动计，18测定点信息输入部，19、19x、19y、19z电动机驱动装置，21支架台，30传感器信号输入IF，110施振条件输入部，111施振方式决定部，112控制参数计算部，113施振信号生成部，120指令值分配部，121、121x、121y、121z位置控制部，122、122x、122y、122z速度控制部，122a微分部，122b加法部，122c减法部，122d PI控制部，123电流值获取部，124机械信息发送部，141传递函数计算部，142暂时存储区域，143振动模式辨识部，200振动模式测定装置。

Claims (13)

1.一种振动模式测定装置，其对由大于或等于1个电动机构成的机械的机械构造的振动模式进行测定，

该振动模式测定装置的特征在于，具有：

施振指令生成部，其生成针对所述电动机的施振指令；

控制部，其基于所述施振指令而生成针对所述电动机的电流指令，输出电动机施振力的换算值；

电动机驱动部，其从所述控制部接收电动机电流指令，驱动所述电动机；

振动传感器，其对所述机械构造的振动进行检测；

测定点信息输入部，其输入所述振动传感器的大于或等于1个粘贴点的信息；以及

振动模式计算部，其使用所述电动机施振力的换算值和所述振动传感器的输出而对振动模式进行计算。

2.一种振动模式测定装置，其对由大于或等于1个电动机构成的机械的机械构造的振动模式进行测定，

该振动模式测定装置的特征在于，具有：

施振指令生成部，其生成针对所述电动机的施振指令；

控制部，其基于所述施振指令而生成针对所述电动机的电流指令，输出电动机施振力的换算值以及所述机械的状态及位置的信息即机械信息；

电动机驱动部，其从所述控制部接收电动机电流指令，驱动所述电动机；

振动传感器，其对所述机械构造的振动进行检测；

测定点信息输入部，其输入所述振动传感器的大于或等于1个粘贴点的信息；以及

振动模式计算部，其使用所述电动机施振力的换算值和所述振动传感器的输出对振动模式进行计算，并且将所述机械信息和所述振动模式相关联地保存。

3.一种振动模式测定装置，其对由大于或等于1个电动机构成的机械的机械构造的振动模式进行测定，

该振动模式测定装置的特征在于，具有：

施振指令生成部，其生成针对所述电动机的施振指令；

控制部，其基于所述施振指令而生成针对所述电动机的电流指令，输出电动机施振力的换算值；

电动机驱动部，其从所述控制部接收电动机电流指令，驱动所述电动机；

传感器信号获取接口，其获取外部的传感器的信号；

振动模式计算部，其使用所述电动机施振力的换算值和由所述传感器信号获取接口获取到的传感器信号对振动模式进行计算；以及

测定点信息输入部，其输入与所述传感器信号获取接口连接的外部的传感器的粘贴点的信息。

4.根据权利要求3所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述振动模式计算部将所述机械信息和所述振动模式相关联地保存。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述施振指令是针对所述电动机的速度指令。

6.根据权利要求5所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述控制部将位置控制部的增益变更为比当前的值小的值。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述控制部构成为，施振指令是针对所述电动机的电流指令。

8.根据权利要求5所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述控制部将位置控制部和速度控制部的增益变更为比当前的值小的值。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述振动传感器是加速度传感器或者速度传感器或者位移传感器。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述机械信息是机械的位置、气温、机械的温度、对象物的质量中的任意者的组合或者全部。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述振动模式输出部通过动画或者静止图像对振动进行表示而输出。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述测定点信息输入部包含粘贴了振动传感器的点的3维坐标值和所述振动传感器的粘贴方向的信息。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的振动模式测定装置，其特征在于，

所述施振指令生成部基于所输入的施振条件对施振轴、施振指令的种类和施振时的控制参数的设定值进行计算。