DE102016111785B4

DE102016111785B4 - Unwuchtkorrekturvorrichtung für einen Rotor

Info

Publication number: DE102016111785B4
Application number: DE102016111785.4A
Authority: DE
Inventors: Osamu Maeda; Koji Nomura; Tatsuo Iida; Takahiro Sadamitsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: DE102016111785A1; JP6213529B2; US20170009585A1; US10119401B2; CN106338364B; JP2017015639A; CN106338364A

Abstract

Unwuchtkorrekturvorrichtung (100) für einen Rotor, wobei die Unwuchtkorrekturvorrichtung eine Unwucht des Rotors (201a) korrigiert, wobei die Unwuchtkorrekturvorrichtung Folgendes aufweist:eine Drehantriebsvorrichtung (3), die so aufgebaut ist, dass sie den Rotor (201a) um eine Drehachse des Rotors (201a) dreht;eine Laserbestrahlungsvorrichtung (1), die so aufgebaut ist, dass sie einen Teil des Rotors (201a) entfernt durch Bestrahlen des Rotors (201a) mit einem Laserstrahlbündel aus einer Drehachsenrichtung des Rotors (201a);einen Drehwinkelsensor (4), der so aufgebaut ist, dass er einen Drehwinkel des Rotors (201a) erfasst;eine Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung (2), die so aufgebaut ist, dass sie eine Laserbestrahlungsposition in einer radialen Richtung des Rotors (201a) festlegt; undeine Steuereinrichtung (7), die so aufgebaut ist, dass sie:(i) die Drehantriebsvorrichtung (3), die Laserbestrahlungsvorrichtung (1) und die Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung (2) steuert,(ii) eine Unwuchtkorrekturposition des Rotors (201a) mit dem Laserstrahlbündel auf der Basis eines Abgabesignals des Drehwinkelsensors (4) so bestrahlt, dass ein Außenumfangsabschnitt des Rotors (201a) belassen bleibt, und(iii) eine radiale Position der Laserbestrahlungsposition, eine Drehzahl des Rotors (201a) und eine Laserabgabeleistung der Laserbestrahlungsvorrichtung (1) so steuert, dass eine Nuttiefe in Drehachsenrichtung einer Nut (C10), die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, zu einer Seite hin, die näher zu einem Außenumfang des Rotors (201a) ist, flacher gestaltet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Unwuchtkorrekturvorrichtung für einen Rotor wie beispielsweise ein Kompressorlaufrad oder ein Turbinenrad eines Turboladers. Die Unwuchtkorrekturvorrichtung korrigiert eine Unwucht des Rotors.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Als eine Unwuchtkorrekturvorrichtung für einen Rotor ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Unwucht eines Rotors in einer derartigen Weise korrigiert, dass: ein Unwuchtbetrag und eine Unwuchtkorrekturposition eines Rotors gemessen werden; eine Unwuchtkorrekturposition des Rotors mit einem Laserstrahlbündel in einem Zustand bestrahlt wird, bei dem der Rotor sich dreht; und ein Gewicht an der Unwuchtkorrekturposition entfernt wird (siehe beispielsweise die veröffentlichte Japanische Patentanmeldung JP 2011-112514 A ).
Außerdem ist bei der Unwuchtkorrekturvorrichtung für den Rotor zu dem Zeitpunkt, bei dem der Rotor mit dem Laserstrahlbündel zum Entfernen des Gewichtes bestrahlt wird, es denkbar, dass ein Gewicht an einer Position an einer Innenseite relativ zu einem Außenumfangsrand des Rotors entfernt wird (eine Außenwand wird außerhalb eines entfernten Abschnittes belassen), um das Verteilen von entfernten Substanzen einzuschränken. Jedoch ist in diesem Fall eine Festigkeit (eine Festigkeit der Außenwand, die somit belassen bleibt) eines Außenabschnittes einer Nut, die durch die Gewichtsentfernung vorgesehen wird, gering. Dies kann dazu führen, dass der Außenumfangsabschnitt der Nut sich aufgrund einer Zentrifugalkraft des Rotors verformt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf das vorstehend dargelegte Problem schafft die vorliegende Erfindung eine Technik, die eine Verformung eines Außenumfangsabschnittes einer Nut eindämmen kann, die durch Laserbestrahlung vorgesehen ist, bei einer Unwuchtkorrekturvorrichtung, die eine Unwucht durch Laserbestrahlung in Bezug auf einen Rotor korrigiert.
Im Hinblick darauf schafft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Unwuchtkorrekturvorrichtung einen Rotor, wobei die Unwuchtkorrekturvorrichtung die Unwucht des Rotors korrigiert. Die Unwuchtkorrekturvorrichtung hat eine Drehantriebsvorrichtung, eine Laserbestrahlungsvorrichtung, einen Drehwinkelsensor, eine Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung und eine Steuereinrichtung. Die Drehantriebsvorrichtung ist so aufgebaut, dass sie den Rotor um eine Drehachse dreht. Die Laserbestrahlungsvorrichtung ist so aufgebaut, dass sie einen Teil des Rotors entfernt durch Bestrahlen des Rotors mit einem Laserstrahlbündel von einer Drehachsenrichtung. Der Drehwinkelsensor ist so aufgebaut, dass er einen Drehwinkel des Rotors erfasst. Die Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung ist so aufgebaut, dass sie eine Laserbestrahlungsposition in einer radialen Richtung des Rotors festlegt. Die Steuereinrichtung ist so aufgebaut, dass sie die Drehantriebsvorrichtung, die Laserbestrahlungsvorrichtung und die Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung steuert. Die Steuereinrichtung ist so aufgebaut, dass sie eine Unwuchtkorrekturposition des Rotors mit dem Laserstrahlbündel auf der Basis eines Abgabesignals des Drehwinkelsensors so bestrahlt, dass ein Außenumfangsabschnitt des Rotors belassen bleibt. Des Weiteren ist die Steuereinrichtung so aufgebaut, dass sie eine radiale Position der Laserbestrahlungsposition, eine Drehzahl des Rotors und eine Laserabgabeleistung der Laserbestrahlungsvorrichtung so steuert, dass eine Nuttiefe in der Drehachsenrichtung einer Nut, die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, zu einer Seite hin flacher gestaltet wird, die näher zu einem Außenumfang des Rotors ist.
In der Unwuchtkorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Nut, die durch die Laserbestrahlung in Bezug auf den Rotor vorgesehen wird, so vorgesehen, dass ihre Nuttiefe zu der Seite hin flacher wird, die näher zu dem Außenumfang des Rotors ist. Dies ermöglicht es, eine Festigkeit eines Basisabschnittes des Außenumfangsabschnittes (eine Außenwand) der Nut sicherzustellen, wodurch ermöglicht wird, dass eine Verformung des Außenumfangsabschnittes der Nut aufgrund einer Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des Rotors wirksam wird, eingeschränkt wird.
Des Weiteren kann in der Unwuchtkorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Steuereinrichtung so aufgebaut sein, dass sie: i) die Drehzahl des Rotors und die Laserabgabeleistung so steuert, dass ein geschmolzenes Material (Metallschmelze), das durch die Laserbestrahlung erzeugt wird, in der Nut abgelagert wird; und ii) die Nut so vorgesehen wird, dass ihre Nuttiefe zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Rotors ist, flacher gestaltet ist, in dem die Laserbestrahlungsposition in Bezug auf den Rotor von einer äußeren Seite zu einer inneren Seite in der radialen Richtung des Rotors bewegt wird. Des Weiteren kann in der Unwuchtkorrekturvorrichtung die Steuervorrichtung so aufgebaut sein, dass sie die Drehzahl des Rotors erhöht, wenn die Laserbestrahlungsposition in der radialen Richtung nach innen gelangt. Gemäß einer derartigen Unwuchtkorrekturvorrichtung ist es möglich, das geschmolzene Material (die Metallschmelze), das durch die Laserbestrahlung erzeugt wird, an einer Außenumfangsseite in der Nut noch effizienter abzulagern.
In der Unwuchtkorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung so aufgebaut sein, dass sie: i) die Laserbestrahlungsposition in Bezug auf den Rotor von einer Innenseite zu einer Außenseite in der radialen Richtung des Rotors bewegt; und ii) einen Entfernbetrag (eine Entfernmenge) durch die Laserbestrahlung so verringert, dass er geringer wird, wenn die Laserbestrahlungsposition in Bezug auf den Rotor näher zu dem Außenumfang des Rotors gelangt. Gemäß einer derartigen Unwuchtkorrekturvorrichtung kann die Nut, die durch die Laserbestrahlung in Bezug auf den Rotor vorgesehen wird, so vorgesehen werden, dass ihre Nuttiefe zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Rotors ist, flacher gestaltet ist.
Die Unwuchtkorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren einen Beschleunigungssensor aufweisen, der so aufgebaut ist, dass er eine Beschleunigung des Rotors erfasst. Die Steuereinrichtung kann so aufgebaut sein, dass sie die Unwuchtkorrekturposition des Rotors auf der Basis jeweiliger Abgabeleistungen von dem Drehwinkelsensor und dem Beschleunigungssensor bestimmt. In einem Fall einer derartigen Unwuchtkorrekturvorrichtung ist es möglich, eine Unwuchtkorrektur durch die Laserbestrahlung kontinuierlich mit der Bestimmung der Laserbestrahlung der Unwuchtkorrekturposition auszuführen.
Gemäß der Unwuchtkorrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bei einer Unwuchtkorrekturvorrichtung, die eine Unwuchtkorrektur durch Laserbestrahlung bei einem Rotor ausführt, möglich, eine Verformung eines Außenumfangsabschnittes einer Nut einzuschränken, die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird.
Figurenliste
Die Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Unwuchtkorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die 2A und 2B zeigen Ansichten einer Unwuchtkorrekturposition und einer Laserbestrahlungsposition bei der Unwuchtkorrekturvorrichtung.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Steuerung in einem Fall, bei dem geschmolzenes Metall in einer Nut in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aktiv abgelagert wird.
Die 4A, 4B, 4C zeigen schematische Ansichten eines Zustandes, bei dem eine Tiefe der Nut zu einer Seite hin, die näher zu einem Außenumfang ist, flacher gestaltet wird durch aktiv erfolgendes Ablagern des geschmolzenen Metalls in der Nut in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die 5A, 5B, 5C zeigen erläuternde Ansichten eines Problems in einem Fall, bei dem eine Turbinendrehzahl zu dem Zeitpunkt gering ist, bei dem eine Unwuchtkorrektur bei der Unwuchtkorrekturvorrichtung ausgeführt wird.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Steuerung in einem Fall, bei dem ein Entfernbetrag (eine Entfernmenge) zu einer Außenseite in einer radialen Richtung des Turbinenradkopfes geringer gestaltet ist, als ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 7A, 7B, 7C zeigen schematische Ansichten eines Zustandes, bei dem eine Tiefe einer Nut zu einer Seite hin, die näher zu einem Außenumfang ist, flacher gestaltet ist, durch Verringern des Entfernbetrages (der Entfernmenge) in derartiger Weise, dass dieser geringer wird, wenn die Laserbestrahlungsposition näher zu der äußeren Seite in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes gelangt, in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 8A, 8B, 8C zeigen Ansichten zum Beschreiben eines Problems in einem Fall, bei dem die Laserbestrahlungsposition von einer inneren Seite zu der äußeren Seite in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Unwuchtkorrekturvorrichtung bewegt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst ist ein erstes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1 als ein Beispiel eines Turboladers 200 beschrieben, bei dem eine Unwuchtkorrektur ausgeführt wird.
Der Turbolader 200 von diesem Beispiel ist durch ein Turbinenrad (beispielsweise aus Inconell (registrierte Marke) hergestellt) 201, einem Kompressorlaufrad (beispielsweise aus Aluminimlegierung hergestellt) 202, einer (nicht gezeigten) Verbindungswelle und dergleichen gebildet. Die Verbindungswelle ist eine Welle, die das Turbinenrad 201 mit dem Kompressorlaufrad 202 in einer einstückigen Weise verbindet. Das Turbinenrad 201 ist in einem Turbinengehäuse 210 untergebracht, und das Kompressorlaufrad 202 ist in einem Kompressorgehäuse 220 untergebracht. Ein Kanal (eine Spirale), durch den ein Fluid strömt, ist in dem Turbinengehäuse 210 ausgebildet. Das Fluid treibt in drehender Weise das Turbinenrad 201 an.
Des Weiteren ist ein (nicht gezeigtes) Lager, das die Verbindungswelle stützt, in einem Mittengehäuse 230 untergebracht, und das Turbinengehäuse 210 und das Kompressorgehäuse 220 sind an beiden Seiten des Mittengehäuses 230 angebracht.
Nachstehend ist eine Unwuchtkorrekturvorrichtung beschrieben. Eine Unwuchtkorrekturvorrichtung 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat einen Laseroszillator 1, eine Laserbewegungsvorrichtung 2, eine Antriebsluftzuführeinrichtung 3, einen Drehwinkelsensor 4, einen Beschleunigungssensor 5, ein Gestell 6, eine arithmetische Steuervorrichtung 7 und dergleichen.
Es ist hierbei zu beachten, dass der Laseroszillator 1 ein Beispiel einer „Laserbestrahlungsvorrichtung“ der vorliegenden Erfindung ist. Die Laserbewegungsvorrichtung 2 ist ein Beispiel einer „Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung““ der vorliegenden Erfindung. Die Antriebsluftzuführeinrichtung 3 ist ein Beispiel einer „Drehantriebsvorrichtung“ der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren ist die arithmetische Steuervorrichtung 7 ein Beispiel einer „Steuervorrichtung“ der vorliegenden Erfindung.
Das Gestell 6 kann den Turbolader 200 lösbar stützen. In einem Zustand, bei dem der Turbolader 200 durch das Gestell 6 gestützt ist, ist die Drehmitte des Turboladers 200 (eine Drehmitte des Turbinenrades 201) entlang einer horizontalen Richtung (eine Richtung X).
Der Laseroszillator 1 ist ein Halbleiterlaser, der beispielsweise einen Impuls erzeugen kann. Der Laseroszillator 1 ist so angeordnet, dass seine optische Achse entlang der horizontalen Richtung (eine Richtung, die parallel zu einer Drehachse des Turbinenrades 201 ist) ist. Der Laseroszillator 1 kann den Turbinenradkopf 201a mit einem gepulsten Laserstrahlbündel (nachstehend einfach als das „Laserstrahlbündel“ bezeichnet) von einer Drehachsenrichtung (die Richtung X) des Turbinenrades 201 bestrahlen. Der Turbinenradkopf 201a ist ein säulenartiger Kopf des Turbinenrades (ein Rotor) 201 des Turboladers 200, der an dem Gestell 6 angebracht ist. Ein Teil (ein Abschnitt) des Turbinenrades 201 kann durch die Laserbestrahlung entfernt werden. Das Antreiben des Laseroszillators 1 wird durch die arithmetische Steuervorrichtung 7 gesteuert.
Es ist hierbei zu beachten, dass das von dem Laseroszillator 1 emittierte Laserstrahlbündel durch eine Abgabeöffnung 201 des Turbinengehäuses 210 so tritt, dass es auf das Turbinenrad 201 im Inneren des Gehäuses aufgebracht wird.
Die Laserbewegungsvorrichtung 2 bewegt den Laseroszillator 1 in einer radialen Richtung des Turbinenrades 201 (in einer Richtung, die senkrecht zu der Drehachse des Turbinenrades 201 ist: eine Richtung Y). Wenn die Laserbewegungsvorrichtung 2 des Laseroszillator 1 bewegt, kann eine Laserbestrahlungsposition an dem Turbinenrad 201 festgelegt werden, indem die Laserbestrahlungsposition in der radialen Richtung des Turbinenrades 201 bewegt wird.
Die Antriebsluftzuführeinrichtung 3 hat eine Luftquelle 31 und einen Luftkanal 32. Der Luftkanal (Luftleitung) 32 ist mit einem Spiraleinlass des Turbinengehäuses 210 so verbunden, dass Antriebsluft von der Luftquelle 31 zu einer Spirale des Turbinengehäuses 210 geliefert werden kann. Indem die Antriebsluft zu der Spirale geliefert wird, strömt die Antriebsluft durch das Turbinenrad 201, um das Turbinenrad 201 zu drehen. Eine Drehzahl des Turbinenrades 201 kann veränderlich eingestellt werden durch Einstellen einer Strömungsrate der Antriebsluft, die von der Luftquelle 31 abgegeben wird (eine Strömungsrate der Antriebsluft, die durch das Turbinenrad 201 strömt). Die Strömungsrate der Antriebsluft, die von der Luftquelle 31 abgegeben wird, wird durch die arithmetische Steuervorrichtung 7 gesteuert.
Der Drehwinkelsensor 4 ist in der Nähe des Turbinenradkopfes 201 des Turboladers 200 angeordnet, der an dem Gestell 6 montiert ist. Der Drehwinkelsensor erfasst eine Phase (einen Drehwinkel) von einer Referenzposition, die in dem Turbinenradkopf 201a festgelegt ist. Ein Drehwinkel und eine Drehzahl (Turbinendrehzahl) des Turbinenrades 201 kann auf der Basis eines Abgabesignals von dem Drehwinkelsensor 4 gemessen werden. Das Abgabesignal von dem Drehwinkelsensor 4 wird in die arithmetische Steuervorrichtung 7 eingegeben. Als Drehwinkelsensor 4 sind verschiedene Sensoren wie beispielsweise ein magnetischer Sensor und ein optischer Sensor anwendbar.
Es ist hierbei zu beachten, dass die Referenzposition durch einen Prozess wie beispielsweise ein Farbauftrag oder ein Anstrichauftrag an dem Turbinenradkopf 201a, eine Abdichtungsbefestigung an diesem oder eine Einkerbung festgelegt wird. Des Weiteren ändert sich der Drehwinkel, der durch den Drehwinkelsensor 4 erfasst wird, von 0° bis 360°, wenn der Turbinenradkopf 201a eine Drehung ausgehend von der Referenzposition (= 0°) ausführt.
Der Beschleunigungssensor 5 ist an dem Gestell 6 angebracht, der den Turbolader 200 stützt. Der Beschleunigungssensor 5 erfasst Schwingungen des Gestells 6 (eine Beschleunigung des Rotors) zu dem Zeitpunkt, bei dem der Turbolader 200 (des Turbinenrads 201) sich dreht. Ein Abgabesignal von dem Beschleunigungssensor 5 wird in die arithmetische Steuervorrichtung 7 eingegeben.
Die arithmetische Steuervorrichtung 7 ist beispielsweise ein Personalcomputer und umfasst eine CPU (Zentralrecheneinheit), einen ROM (Festspeicher), einen RAM (wahlfreier Zugriffspeicher), einen Sicherungs-RAM, eine Eingangs-Ausgangs-Schnittstelle usw.
Die CPU führt einen Berechnungsprozess auf der Basis von verschiedenen Steuerprogrammen, Tabellen und dergleichen aus, die in dem ROM gespeichert sind. In dem ROM sind verschiedene Steuerprogramme, Tabellen, auf die Bezug genommen wird, wenn derartige verschiedene Steuerprogramme ausgeführt werden, und dergleichen gespeichert. Der RAM ist ein Speicher, in dem vorübergehend ein Rechnungsergebnis und dergleichen durch die CPU gespeichert wird. Der Sicherungs-RAM ist ein nichtflüchtiger Speicher, in dem Daten und dergleichen gespeichert sind, die zu speichern sind, wenn die arithmetische Steuervorrichtung 7 ausgeschaltet wird.
Der Laseroszillator 1, die Laserbewegungsvorrichtung 2, die Antriebsluftzuführeinrichtung 3, der Drehwinkelsensor 4, der Beschleunigungssensor 5 und dergleichen sind mit Eingangs-Ausgangs-Schnittstelle der arithmetischen Steuervorrichtung 7 verbunden.
Nachstehend ist ein Beispiel in einem Fall beschrieben, bei dem eine Unwuchtkorrektur (Unwuchtbestimmung und Laserbestrahlung) unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Unwuchtkorrekturvorrichtung 100 ausgeführt wird.
Nachstehend ist die Unwuchtbestimmung beschrieben. Zunächst führt die arithmetische Steuervorrichtung 7 eine Bestimmung über einen Unwuchtkorrekturbetrag und eine Unwuchtkorrekturposition durch einen Prozess der nachfolgenden Schritte (ST101) bis (ST103) aus. Die Prozesse der Schritte ST101 bis ST103 werden durch die arithmetische Steuervorrichtung 7 ausgeführt.
Zunächst wird Schritt ST101 beschrieben. Wie dies in 1 gezeigt ist, ist der Turbolader 200 an dem Gestell 6 der Unwuchtkorrekturvorrichtung 100 angebracht. Der Turbolader 200 ist ein Objekt für die Unwuchtkorrektur. In diesem Zustand wird die Antriebsluftzuführeinrichtung 3 so gesteuert, dass das Turbinenrad 201 durch die Antriebsluft so gedreht wird, dass eine Drehzahl (nachstehend ist diese als eine Turbinendrehzahl bezeichnet) des Turbinenrades 201 erhöht wird. In einem vorbestimmten Drehzahlbereich während der Erhöhung der Turbinendrehzahl werden ein Abgabesignal des Drehwinkels 4 und ein Abgabesignal des Beschleunigungssensors 5 extrahiert. Auf der Basis der Drehwinkeldaten und der Beschleunigungsdaten (Schwingungsdaten), die somit durch einen derartigen Trackingvorgang extrahiert werden, werden ein Unwuchtbetrag (eine Amplitude einer Beschleunigung (Schwingung)) und eine Unwuchtphase (Winkel) in Bezug auf die Referenzposition herausgefunden.
Schritt ST102: Der Laseroszillator 1 und die Laserbewegungsvorrichtung 2 werden so gesteuert, dass eine sogenannte Dummybestrahlung eines Ein-Impuls-Laserstrahlbündels in Bezug auf eine vorgegebene Phasenposition des Turbinenradkopfes 201a ausgeführt wird. Hierbei wird ein Teil des Turbinenradkopfes 201a entfernt. Danach werden ein Abgabesignal des Drehwinkelsensors 4 und ein Abgabesignal des Beschleunigungssensors 5 durch einen Trackingvorgang ähnlich wie vorstehend extrahiert. Auf der Basis der Drehwinkeldaten und der Beschleunigungsdaten, die somit extrahiert wurden, werden ein Unwuchtbetrag (eine Amplitude einer Beschleunigung (Schwingung)) und eine Unwuchtphase (Winkel) in Bezug auf die Referenzposition herausgefunden.
Schritt ST103: Ein Unwuchtkorrekturbetrag (ein Gewichtsentfernbetrag) und eine Unwuchtkorrekturposition (Phase) werden anhand einer gut bekannten Technik auf der Basis einer Differenz (einer Änderung des Unwuchtbetrages vor und nach der Dummybestrahlung) zwischen dem Unwuchtbetrag, der bei dem Prozess des Schrittes ST101 vorgesehen wird, und dem Unwuchtbetrag, der bei dem Prozess des Schrittes ST102 vorgesehen wird, und auf der Basis einer Differenz (Unwuchtphasenänderung vor und nach der Dummybestrahlung) zwischen der Unwuchtphase, die bei dem Prozess des Schrittes ST101 vorgesehen wird, und der Unwuchtphase, die bei dem Prozess des Schrittes ST102 vorgesehen wird, bestimmt.
Es ist hierbei zu beachten, dass die Bestimmungen betreffend den Unwuchtkorrekturbetrag und die Unwuchtkorrekturposition durch verschiedene Vorrichtungen ausgeführt werden können.
Laserbestrahlung
Nachdem die Unwuchtbestimmung beendet worden ist, wird die Laserbestrahlung in einem Zustand fortgesetzt, bei dem der Turbolader 200 an dem Gestell 6 angebracht ist.
Genauer gesagt wird die Laserbewegungsvorrichtung 2 so gesteuert, dass eine Position des Laseroszillators 1 so festgelegt wird, dass eine radial innere Position relativ zu einem Außenumfangsrand des Turbinenradkopfes 201a (eine Position, die 0,5 mm oder mehr eines Außenumfangsabschnittes des Turbinenradkopfes 201a nach dem Entfernen belässt) durch Laserstrahlbündel bestrahlt wird.
Dann wird die Antriebsluftzuführeinrichtung 3 gesteuert, um die Turbinendrehzahl bei einer konstanten Drehzahl zu halten. In diesem Zustand wird auf der Basis eines Abgabesignals des Drehwinkelsensors 4 eine Abgabezeitabstimmung (eine Bestrahlungszeit des Laserstrahlbündels) des Laseroszillators 1 gesteuert. Die Steuerung ist nachstehend detailliert beschrieben.
Zu dem Zeitpunkt, bei dem der Turbinenradkopf 201a sich dreht, dreht sich die Unwuchtkorrekturposition (Phase), die durch den vorstehenden Prozess bestimmt wird. Daher passiert die Unwuchtkorrekturposition eine optische Achse (eine Laserbestrahlungsposition) des Laseroszillators 1 zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt. Demgemäß wird der Laseroszillator so gesteuert, dass das gepulste Laserstrahlbündel zu dem Zeitpunkt emittiert wird, bei dem die Unwuchtkorrekturposition an der Laserbestrahlungsposition angeordnet ist. Hierbei kann ein Gewicht an der Unwuchtkorrekturposition entfernt werden.
Jedoch dreht sich der Turbinenradkopf 201a, und das gepulste Laserstrahlbündel hat eine Zeitbreite (Impulsdauer). Daher weicht, wenn eine Abgabe des gepulsten Laserstrahlbündels zu dem Zeitpunkt gestartet wird, bei dem die Unwuchtkorrekturposition an die Laserbestrahlungsposition gelangt, ein durch die Laserbestrahlung zu entfernender Teil von der Unwuchtkorrekturposition in einer Drehrichtung ab. Im Hinblick darauf wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie dies in 2A gezeigt ist, die Abgabe des gepulsten Laserstrahlbündels (Abgabe eines Impulses) zu einem Zeitpunkt von „-θ°“ in Bezug auf die Unwuchtkorrekturposition gestartet, und die Abgabe des gepulsten Laserstrahlbündels wird bei einem Zeitpunkt von „+θ°“ beendet. Es ist hierbei zu beachten, dass der Winkel θ in 2A durch die Turbinendrehzahl und die eine Impulsdauer von einem Impuls des gepulsten Laserstrahlbündels bestimmt wird.
Ein Entfernbetrag durch die Laserbestrahlung von einem Impuls in Bezug auf die Unwuchtkorrekturposition wird durch ein Material des Turbinenradkopfes 201a und eine Laserabgabeleistung (Energie) des Laseroszillators 1 bestimmt. Im Allgemeinen kann ein Entfernbetrag durch eine (einen Impuls) Laserbestrahlung zu der Unwuchtkorrekturposition nicht den Unwuchtkorrekturbetrag (den Gewichtsentfernbetrag) erfüllen. In dieser Hinsicht wird in einem Drehprozess des Turbinenrades 201 die Laserbestrahlung wiederholt jedes Mal dann ausgeführt, wenn die Unwuchtkorrekturposition an der optischen Achse des Laseroszillators 1 platziert ist.
Hierbei wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie dies vorstehend beschrieben ist, die radial innere Position relativ zu dem Außenumfangsrand des Turbinenradkopfes 201a mit dem Laserstrahlbündel so bestrahlt, dass 0,5 mm oder mehr des Außenumfangsabschnittes des Turbinenradkopfes 201a belassen bleibt, wie dies in 2A gezeigt ist. Der Grund dafür ist nachstehend beschrieben. Wenn, wie in 2B gezeigt, der Außenumfangsabschnitt des Turbinenradkopfes 201a durch das Laserstrahlbündel bestrahlt wird, können Spritzer (entfernte Metallsubstanzen), die durch die Laserbestrahlung verteilt werden, sich an dem Turbinenrad 201 (einem Turbinenflügel) anheften. Um eine derartige Schwierigkeit zu vermeiden, wird das Laserstrahlbündel so aufgebracht, dass 0,5 mm oder mehr des Außenumfangsabschnittes des Turbinenradkopfes 201a belassen bleibt, wie dies in 2A gezeigt ist. Dadurch wird ein Verteilen der Spritzer an der Seite des Turbinenrades 201 reduziert, wodurch das Anhaften der Spritzer an dem Turbinenrad 201 eingedämmt wird.
Nachstehend ist die Bewegung (radiale Bewegung) der Laserbestrahlungsposition beschrieben.
Zunächst wird in einem Fall, bei dem die Unwuchtkorrektur ausgeführt wird, im allgemeinen ein Entfernen von einer Außenumfangsseite des Rotors aus dem Gesichtspunkt des Verkürzens einer Zeitspanne für die Unwuchtkorrektur ausgeführt. Dies ist so, weil die Außenumfangsseite des Rotors einen größeren Radius hat und ein Unwuchtentfernbetrag (ein Radius des Entferngewichts X) groß ist. Hierbei kann, wenn eine durch die Laserbestrahlung vorzusehende Nut tief ist, eine Fokusposition des Laserstrahlbündels von dem Laseroszillator abweichen. Aus diesem Grund gibt es eine Begrenzung bei der Tiefe (eine Tiefe in der Drehachsenrichtung) einer Nut, die durch das Entfernen durch die Laserbestrahlung vorgesehen werden kann. In dieser Hinsicht kann, indem lediglich der Außenumfangsabschnitt (ein entfernter Teil, wie dies in 2A gezeigt ist) des Rotors entfernt wird, der Unwuchtkorrekturbetrag (der Gewichtsentfernbetrag) unzureichend sein. In diesem Fall wird die Laserbestrahlungsposition radial nach innen bewegt, um ein Entfernen durch die Laserbestsrahlung auszuführen.
Genauer gesagt wird beispielsweise, wie dies in 5A gezeigt ist, eine äußerste Position des Turbinenradkopfes 201a durch das Laserstrahlbündel so bestrahlt, dass dieser Teil entfernt wird. Anschließend wird die Laserbestrahlungsposition radial nach innen bewegt, um die Laserbestrahlung auszuführen, sodass ein Teil (ein Teil C32), der sich an einer inneren Seite relativ zu dem Teil (eine Nut C31), der somit früher entfernt wurde, befindet, entfernt wird, wie dies in 5B gezeigt ist. Des Weiteren wird die Laserbestrahlungsposition radial nach innen bewegt, um die Laserbestrahlung auszuführen, sodass ein Teil (ein Teil C33), der an der inneren Seite relativ zu dem Teil (eine Nut C32) angeordnet ist, der somit früher entfernt worden ist, entfernt wird, wie dies in 5C gezeigt ist. Ein derartiger Prozess wird so ausgeführt, dass der Unwuchtkorrekturbetrag erfüllt wird.
Außerdem wird in einem Fall, bei dem die Turbinendrehzahl zu dem Zeitpunkt der Unwuchtkorrektur (die Drehzahl zu dem Zeitpunkt der Laserbestrahlung) gering ist, annähernd sämtliches geschmolzenes Metall, das durch die Laserbestrahlung entfernt wird, als Spritzer abgegeben, wie dies in den 5A bis 5C gezeigt ist. Dies kann dazu führen, dass die Festigkeit eines Basisteils (Basisabschnitt) des Außenumfangsabschnittes (eine Außenwand W3) außerhalb einer Nut C30, die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, unzureichend ist. In dieser Hinsicht kann in einem Anwendungsdrehbereich des Turboladers 200 die Außenwand D3 des Außenumfangsabschnittes außerhalb der Nut C30 nach außen aufgrund einer Zentrifugalkraft verformen, wie dies durch eine gestrichelte Linie in 5C gezeigt ist.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Turbinendrehzahl (die Drehzahl des Turbinenrades 201) auf eine hohe Größe so festgelegt, dass die Laserabgabeleistung des Laseroszillators 1 eingestellt wird. Dadurch wird ermöglicht, dass geschmolzenes Metall, das durch die Laserbestrahlung erzeugt wird, aktiv in einer Nut abgelagert wird, die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, wodurch eine Festigkeit des Basisteils des Außenumfangsabschnittes der Nut sichergestellt wird.
Es ist hierbei zu beachten, dass durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung anhand von Experimenten und dergleichen bestätigt wird, dass das geschmolzene Metall in der Nut abgelagert wird, indem die Drehzahl des Turbinenrades 201 so auf einen hohen Wert festgelegt wird, dass die Laserabgabeleistung des Laseroszillators 1 eingestellt wird.
Nachstehend ist ein Beispiel einer Steuerung (die Laserbestrahlung) in einem Fall, bei dem das geschmolzene Metall in der Nut abgelagert wird, die durch die Laserbestrahlung vorgesehen ist, unter Bezugnahme auf ein Flussdiagram von 3 beschrieben.
Das Steuerbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem der Unwuchtkorrekturbetrag lediglich durch das Entfernen des Außenumfangsabschnittes (der entfernte Teil), der in 2A gezeigt ist, des Turbinenradkopfes 201a unzureichend ist, sodass der Unwuchtkorrekturbetrag (der Gewichtsentfernbetrag) in dem folgenden Prozess entfernt wird: Der Außenumfangsabschnitt (die äußerste Position) des Turbinenradkopfes 201a wird mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt; die Laserbestrahlungsposition wird zweimal nach innen in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a weiterbewegt; und die Laserbestrahlungsposition wird mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt.
Die Steuerung (die Laserbestrahlung), die in 3 gezeigt ist, wird kontinuierlich in einem Zustand ausgeführt, bei dem der Turbolader 200 an dem Gestell 6 angebracht ist, nachdem die vorstehend erwähnte Unwuchtbestimmung ausgeführt worden ist.
Wenn die Steuerung von 3 gestartet wird, werden die Antriebsluftzuführungseinrichtung 3 und der Laseroszillator 1 zunächst bei dem Schritt ST201 so gesteuert, dass eine Turbinendrehzahl (eine Drehzahl eines Rotors) und eine Laserabgabeleistung des Laseroszillators 1 so festgelegt werden, dass geschmolzenes Metall in einer ersten Nut C11 abgelagert wird, wie dies in 4A gezeigt ist. Die Turbinendrehzahl für das Ablagern des geschmolzenen Metalls in der ersten Nut C101 beträgt beispielsweise 30.000 Umdrehungen oder mehr. Des Weiteren sollte die Laserabgabeleistung eine Laserabgabeleistung sein, durch die nicht sämtliches geschmolzenes Metall verspritzt und ein Teil des geschmolzenen Metalls in der Nut C11 verbleibt. Die Laserabgabeleistung wird auf einen geeigneten Wert festgelegt, der durch Versuche/Simulationen im Hinblick auf eine Beziehung mit der Turbinendrehzahl erlangt wird.
In dem Schritt ST202 wird ein Gewicht an der Unwuchtkorrekturposition so entfernt, dass eine äußerste Position (eine erste runde Position) des Turbinenradkopfes 201a des Turboladers 200, der an dem Gestell 6 angebracht ist, durch das Laserstrahlbündel zu einer Bestrahlungszeit, wie dies in 2A gezeigt ist, unter Bedingungen (die Turbinendrehzahl und der Laserabgabeleistung) bestrahlt wird, die bei Schritt ST201 festgelegt worden sind. Die äußerste Position ist eine Position, die näher zu dem Außenumfangsrand des Turbinenradkopfes 201a ist (eine Position, die 0,5 mm oder mehr des Außenumfangsabschnittes des Turbinenradkopfes 201a beispielsweise nach dem Gewichtsentfernen belässt). Die Laserbestrahlung in Bezug auf die äußerste Position wird ausgeführt, bis ein Gewichtsentfernbetrag (mit Ausnahme des vorstehend erwähnten Ablagerungsbetrages (Ablagerungsmenge) des geschmolzenen Metalls), der durch die Laserbestrahlung zu entfernen ist, einen Betrag erreicht, der beispielsweise einem Drittel des Unwuchtkorrekturbetrages entspricht.
Wenn die Laserbestrahlung in Bezug auf die äußerste Position unter den Bedingungen (die Turbinendrehzahl und die Laserabgabeleistung) ausgeführt wird, die bei Schritt ST201 als solche festgelegt worden sind, wird nicht sämtliches geschmolzenen Metall verspritzt sondern ein Teil des geschmolzenen Metalls in einem tiefen Ende der ersten Nut C11 abgelagert, wie dies in 4a gezeigt ist. Ein Ablagerungsbetrag (Ablagerungsmenge) des geschmolzenen Metalls ist zu einer Außenumfangsseite der ersten Nut C11 aufgrund einer Zentrifugalkraft größer. Das heißt eine Nuttiefe der ersten Nut C11 ist zu einer Seite hin, die näher zu einem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, flacher.
Wenn die Laserbestrahlung in Bezug auf die äußerste Position beendet wird, geht der Prozess zu dem Schritt ST203 weiter. Bei dem Schritt ST203 wird die Laserbewegungsvorrichtung 2 so gesteuert, dass der Laseroszillator 1 nach innen (zu einer Drehmitte hin) in der radialen Richtung (in der Richtung Y) lediglich um einen Abstand bewegt wird, der einem Bestrahlungsdurchmesser des Laserstrahlbündels (eine radiale Breite eines durch die Laserbestrahlung zu entfernenden Teils) entspricht. Hierbei wird die Laserbestrahlungsposition von der äußersten Position (die erste runde Position) zu einer zweiten runden Position an einer Innenseite relativ zu der äußersten Position bewegt.
In dem Schritt ST204 wird die Antriebsluftzuführeinrichtung 3 so gesteuert, dass die Turbinendrehzahl (die Drehzahl des Turbinenrades 201) höher festgelegt wird als jene der Laserbestrahlung in Bezug auf die äußerste Position (um die Turbinendrehzahl so einzustellen, dass die Zentrifugalkraft zunimmt). Die Laserabgabeleistung des Laseroszillators wird bei dem Wert gehalten, der bei Schritt ST201 festgelegt worden ist.
Bei dem Schritt ST205 wird die zweite runde Position des Turbinenradkopfes 201a durch das Laserstrahlbündel bei der Bestrahlungszeit, die in 2A gezeigt ist, so bestrahlt, dass ein Gewicht an der Unwuchtkorrekturposition (Phase) entfernt wird. Die Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position wird ebenfalls ausgeführt, bis ein Gewichtsentfernbetrag (mit Ausnahme des nachstehend erwähnten Ablagerungsbetrages des geschmolzenen Metalls), der durch die Laserbestrahlung zu entfernen ist, einen Betrag erreicht, der beispielsweise einem Drittel des Unwuchtkorrekturbetrages entspricht.
Indem die Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position als solche ausgeführt wird, wird eine zweite Nut C12 in einem Zustand vorgesehen, bei dem die zweite Nut C12 mit der ersten Nut C11, die zuvor durch die Laserbestrahlung vorgesehen worden ist verbunden ist, wie dies in 4B gezeigt ist. Auch bei der Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position wird nicht sämtliches geschmolzenes Metall verspritzt (verteilt), sondern ein Teil des geschmolzenen Metalls verbleibt in der zweiten Nut C12, um so in einem tiefen Ende der zweiten Nut C12 abgelagert zu werden. Des Weiteren wird, da die Drehzahl erhöht wird zum Erhöhen der Zentrifugalkraft, das geschmolzene Metall, das durch die Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position erzeugt wird, ebenfalls aufgrund einer derartigen hohen Zentrifugalkraft in die erste Nut C11, die zuvor vorgesehen worden ist, so fließen, dass das geschmolzene Metall so abgelagert wird, dass die Ablagerungen in dem tiefen Ende der ersten Nut C11 bedeckt werden. Im Übrigen wird der Ablagerungsbetrag, der an der ersten Nut C11 abzulagern ist, zu der Außenumfangsseite des Turbinenradkopfes 201a aufgrund der hohen Zentrifugalkraft größer. Hierbei wird, wie dies in 4B gezeigt ist, eine Gesamttiefe einer Nut, die so vorgesehen ist, dass zwei Nuten C11, C12 miteinander verbunden sind, flacher zu einer Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist.
Wenn die Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position beendet ist, geht der Prozess zu dem Schritt ST206 weiter. Bei dem Schritt ST206 wird die Laserbewegungsvorrichtung 2 so gesteuert, dass der Laseroszillator 1 nach innen (zu der Drehmitte hin) in der radialen Richtung (die Richtung Y) lediglich um einen Abstand bewegt wird, der dem Bestrahlungsdurchmesser des Laserstrahlbündels entspricht (eine radiale Breite eines durch die Laserbestrahlung zu entfernenden Teils). Hierbei wird die Laserbestrahlungsposition von der zweiten runden Position zu einer dritten runden Position an der inneren Seite relativ zu der zweiten runden Position bewegt.
Bei dem Schritt ST207 wird die Antriebsluftzuführeinrichtung 3 so gesteuert, dass die Turbinendrehzahl (die Drehzahl des Turbinenrades 201) so festgelegt wird, dass sie höher als jene der Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position ist (um die Turbinendrehzahl so einzustellen, dass die Zentrifugalkraft zunimmt). Die Laserabgabeleistung des Laseroszillators 1 wird bei dem Wert gehalten, der bei Schritt ST201 festgelegt worden ist.
Bei dem Schritt ST208 wird die dritte runde Position des Turbinenradkopfes 201a mit dem Laserstrahlbündel zu der Bestrahlungszeit, wie sie in 2A gezeigt ist, so bestrahlt, dass ein Gewicht an der Unwuchtkorrekturposition (Phase) entfernt wird. Die Laserbestrahlung in Bezug auf die dritte runde Position wird ebenfalls ausgeführt, bis ein Gewichtsentfernbetrag (mit Ausnahme des nachstehend erwähnten Ablagerungsbetrages (Ablagerungsmenge) des geschmolzenen Metalls), der durch die Laserbestrahlung zu entfernen ist, einen Betrag erreicht, der beispielsweise einem Drittel des Unwuchtkorrekturbetrages entspricht.
Indem die Laserbestrahlung in Bezug auf die dritte runde Position ausgeführt wird, wird eine dritte Nut C13 in einem Zustand vorgesehen, bei dem die dritte Nut C13 mit der zweiten Nut C12 verbunden ist, die zuvor durch die Laserbestrahlung vorgesehen worden ist, wie dies in 4C gezeigt ist. Auch bei der Laserbestrahlung in Bezug auf die dritte runde Position wird nicht sämtliches geschmolzenes Metall verteilt, sondern ein Teil des geschmolzenen Metalls verbleibt in der Nut C13 so, dass es sich in einem tiefen Ende der dritten Nut C13 ablagert. Da des Weiteren die Turbinendrehzahl erhöht wird, um die Zentrifugalkraft zu erhöhen, fließt das geschmolzene Metall, das durch die Laserbestrahlung in Bezug auf die dritte runde Position erzeugt worden ist, auch aufgrund einer derartigen hohen Zentrifugalkraft in die zweite Nut C12, die zuvor vorgesehen worden ist, und weiter in die erste Nut C11. Somit wird das geschmolzene Metall so abgelagert, dass die Ablagerungen in den jeweiligen tiefen Enden der zweiten Nut C12 und der ersten Nut C11 bedeckt werden. Im Übrigen werden die Ablagerungsbeträge, die in der zweiten Nut C12 und der ersten Nut C11 abzulagern sind, zu der Außenumfangsseite des Turbinenradkopfes 201a hin größer aufgrund der hohen Zentrifugalkraft. Hierbei wird, wie dies in 4C gezeigt ist, eine Gesamttiefe einer Nut C10 (nachstehend ist diese als eine korrigierte Nut C10 bezeichnet), die so vorgesehen ist, dass drei Nuten C11, C12, C13 miteinander verbunden sind, zu der Seite hin flacher, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist.
Wenn die korrigierte Nut C10 so vorgesehen ist, dass ihre Nuttiefe zu der Seite hin flacher ist, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a als solche ist, ist es möglich, die Festigkeit eines Basisteils einer Außenwand W1 (siehe 4C) an der Außenumfangsseite der korrigierten Nut C10 sicherzustellen. Hierbei ist es in dem Anwendungsdrehbereich des Turboladers 200 möglich, eine Verformung der Außenwand W1 der Außenumfangsseite der korrigierten Nut C10 einzudämmen.
Dieses Beispiel handhabt einen Fall, bei dem drei Positionen, das heißt die erste bis dritte Rundposition, mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt werden. Jedoch kann der Unwuchtkorrekturbetrag so entfernt werden, dass zwei Positionen in der radialen Richtung mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt werden, oder der Unwuchtkorrekturbetrag kann so entfernt werden, dass vier oder mehr Positionen in der radialen Richtung mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt werden.
Es ist hierbei zu beachten, dass auch in einem Fall, bei dem eine Position in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt wird, es noch möglich ist, die Nuttiefe der Nut C11 zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, flacher zu gestalten durch Ablagern des geschmolzenen Metalls, wie dies in 4A gezeigt ist.
Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dies ist ein Beispiel, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, wie die Laserbestrahlungsposition bewegt (radial bewegt) wird.
Zunächst wird allgemein eine Entfernung von der Außenumfangsseite des Rotors vom Gesichtspunkt eines Verkürzens einer Zeitspanne für die Unwuchtkorrektur ausgeführt, wie dies vorstehend beschrieben ist. Jedoch kann in einem Fall, bei dem es nicht erforderlich ist, eine Unwuchtkorrekturzeit zu verkürzen, ein Gewicht von einer Innenumfangsseite eines Rotors in einer radialen Richtung entfernt werden.
In diesem Fall wird, wie dies in 8A gezeigt ist, beispielsweise eine radial innere Position des Turbinenradkopfes 201a mit einem Laserstrahlbündel so bestrahlt, dass dieser Teil entfernt wird. Anschließend wird eine Laserbestrahlungsposition radial nach außen bewegt, um die Laserbestrahlung so auszuführen, dass ein Teil (ein Teil C42), der an einer äußeren Seite relativ zu dem Teil (eine Nut C41), der zuvor entfernt worden ist, entfernt wird, wie dies in 8B gezeigt ist. Des Weiteren wird die Laserbestrahlungsposition radial nach außen bewegt, um die Laserbestrahlung so auszuführen, dass ein Teil (ein Teil C43), der an der äußeren Seite relativ zu dem Teil (eine Nut C42) angeordnet ist, der zuvor entfernt worden ist, entfernt wird, wie dies in 8C gezeigt ist. Ein derartiger Prozess wird so ausgeführt, dass der Unwuchtkorrekturbetrag erfüllt wird.
Jedoch kann es sein, dass in einem Fall, bei dem das Gewicht von der Innenumfangsseite in einer radialen Richtung in dieser Weise entfernt wird, obwohl geschmolzenes Metall in den jeweiligen Tiefenenden der Nuten C41, C42, C43 jeweils abgelagert wird, das geschmolzene Metall nicht effizient in einem Basisteil (ein Teil mit einer unzureichenden Festigkeit) eines Außenumfangsabschnittes (einer Außenwand W4) einer Nut C40, die schließlich vorgesehen wird, abgelagert wird, wie dies in den 8A bis 8C gezeigt ist.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Fall, bei dem die Laserbestrahlungsposition von einer inneren Seite zu einer äußeren Seite der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a bewegt wird, um die Laserbestrahlung auszuführen, ein Entfernbetrag durch die Laserbestrahlung geringer gestaltet, wenn die Laserbestrahlungsposition näher zu der äußeren Seite in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a gelangt. Hierbei wird eine Nuttiefe einer Nut zu einer Seite hin, die näher zu einem Außenumfang ist, flacher (flacher) gestaltet, wodurch eine Festigkeit des Basisteils des Außenumfangsabschnittes der Nut sichergestellt wird. Ein Beispiel dieser Steuerung ist unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm von 6 beschrieben.
Dieses Steuerbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem ein Unwuchtkorrekturbetrag in dem folgenden Prozess entfernt wird: Ein Innenumfangsabschnitt (eine erste runde Position) des Turbinenradkopfes 201a in der radialen Richtung wird mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt; die Laserbestrahlungsposition wird zweimal nach außen in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a weiterbewegt; und die Laserbestrahlungsposition wird durch das Laserstrahlbündel bestrahlt.
Es ist hierbei zu beachten, dass, wie dies nachstehend beschrieben ist, in diesem Beispiel ein Gewichtsentfernbetrag durch die Laserbestrahlung in Bezug auf eine erste runde Position als m1 angenommen wird, ein Gewichtsentfernbetrag durch die Laserbestrahlung in Bezug auf eine zweite runde Position als m2 angenommen wird, und ein Gewichtsentfernbetrag durch die Laserbestrahlung in Bezug auf eine dritte runde Position als m3 angenommen wird (die angenommenen Entfernbeträge können als Massen ausgedrückt werden) und die Laserbestrahlung wird so ausgeführt, dass ein Gesamtbetrag (Gesamtmenge) der Gewichtsentfernbeträge (Gewichtsentfernmengen) m1, m2, m3 einen Betrag (Menge/Masse) erreicht, der dem Unwuchtkorrekturbetrag entspricht.
Die Steuerung (die Laserbestrahlung), die in 6 gezeigt ist, wird kontinuierlich in einem Zustand ausgeführt, bei dem der Turbolader 200 an dem Gestell 6 angebracht ist, nachdem die vorstehend erwähnte Unwuchtbestimmung ausgeführt worden ist.
Wenn die Steuerung von 6 gestartet wird, werden eine Antriebsluftzufuhreinrichtung 3 und ein Laseroszillator 1 zunächst bei Schritt ST301 so gesteuert, dass eine Turbinendrehzahl und eine Laserabgabeleistung des Laseroszillators so festgelegt werden, dass geschmolzenes Metall in einer ersten Nut C21 abgelagert wird, wie dies in 7A gezeigt ist. Es ist hierbei zu beachten, dass der Umstand, wie die Turbinendrehzahl und die Laserabgabeleistung festgelegt werden, der gleiche wie bei dem vorstehend beschriebenen Schritt ST201 ist, sodass deren Beschreibungen unterbleiben.
In dem Schritt ST302 wird ein Gewicht an einer Unwuchtkorrekturposition so entfernt, dass die erste runde Position (eine Position weg von einem Außenumfangsrand des Turbinenradkopfes 201a) des Turbinenradkopfes 201a des Turboladers 200, der an dem Gestell 6 befestigt ist, durch das Laserstrahlbündel bei der Bestrahlungszeitspanne, die in 2A gezeigt ist, unter den Bedingungen (die Turbinendrehzahl und die Laserabgabeleistung) bestrahlt wird, die bei Schritt ST301 festgelegt worden sind. Die erste runde Position ist eine Position, an der eine Laserbestrahlungsmitte bei einem Radius D1 von einer Drehmitte CL des Turbinenradkopfes 201a angeordnet ist. Die Laserbestrahlung in Bezug auf die erste runde Position wird ausgeführt, bis ein Gewichtsentfernbetrag (mit Ausnahme des nachstehend erwähnten Ablagerungsbetrages des mitgeschmolzenen Metalls), der durch die Laserbestrahlung zu entfernen ist, einen Betrag erreicht, der dem Gewicht m1 entspricht.
Es ist hierbei zu beachten, dass ein Gewichtsentfernbetrag [Entfernbetrag/Impuls] zum Zeitpunkt der Bestrahlung mit einem Ein-Impuls-Laserstrahlbündel durch ein Material des Turbinenradkopfes 201a und einer Laserabgabeleistung (Energie) des Laseroszillators 1 bestimmt wird. In dieser Hinsicht wird eine Bestrahlungsimpulszahl (eine Bestrahlungszeit des Laserstrahlbündels in Bezug auf die Unwuchtkorrekturposition), die das Gewicht m1 entfernen kann, aus dem Entfernbetrag/Impuls so festgelegt, dass die Laserbestrahlung ausgeführt wird.
Wenn die Laserbestrahlung in Bezug auf die erste runde Position beendet ist, geht der Prozess zu dem Schritt ST303 weiter. Bei dem Schritt ST303 wird die Laserbewegungsvorrichtung 2 so gesteuert, dass der Laseroszillator 1 in der radialen Richtung (Richtung Y) lediglich um einen Abstand bewegt wird, der einen Bestrahlungsdurchmesser des Laserstrahlbündels entspricht (eine radiale Breite eines durch die Laserbestrahlung zu entfernenden Teils). Hierbei wird die Laserbestrahlungsposition von der ersten runden Position zu der zweiten runden Position (eine Position bei einem Radius d2: siehe 7B) an einer äußeren Seite relativ zu der ersten runden Position bewegt.
Bei dem Schritt S304 wird die zweite runde Position des Turbinenradkopfes 201a durch das Laserstrahlbündel bei der Bestrahlungszeit, wie sie in 2A gezeigt ist, so bestrahlt, dass ein Gewicht an der Unwuchtkorrekturposition (Phase) entfernt wird. Der Entfernbetrag (Masse) m2 des Gewichts durch die Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position ist so festgelegt, dass er geringer als der Entfernbetrag (Masse) m1 durch die Laserbestrahlung in Bezug auf die erste runde Position ist. Es ist hierbei zu beachten, dass der Entfernbetrag m1 und der Entfernbetrag m2 die folgende Beziehung haben: m1 × d1 = m2 × d2.
Indem die Laserbestrahlung in Bezug auf den zweiten runden Abschnitt ausgeführt wird, wird eine zweite Nut C22 in einem Zustand vorgesehen, bei dem die zweite Nut C22 mit der ersten Nut C21, die zuvor durch die Laserbestrahlung vorgesehen worden ist, verbunden ist, wie dies in 7B gezeigt ist. Auch bei der Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position verspritzt nicht sämtliches geschmolzenes Metall, sondern ein Teil von dem geschmolzenen Metall verbleibt in der zweiten Nut C22, um so in einem tiefen Ende der zweiten Nut C22 abgelagert zu werden. Im Übrigen ist eine Ablagerungsmenge des geschmolzenen Metalls zu einer Außenumfangsseite der zweiten Nut C22 hin größer aufgrund der Zentrifugalkraft. Das heißt eine Nut, die von der zweiten Nut C22 ist zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, flacher.
Wenn die Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position beendet ist, geht der Prozess zu dem Schritt ST305 weiter. Bei dem Schritt ST305 wird Laserbewegungsvorrichtung 2 so gesteuert, dass der Laseroszillator 1 in der radialen Richtung (Richtung Y) lediglich um einen Abstand nach außen bewegt wird, der dem Bestrahlungsdurchmesser des Laserstrahlbündels entspricht (eine radiale Breite eines durch die Laserbestrahlung zu entfernenden Teils). Hierbei wird die Laserbestrahlungsposition von der zweiten runden Position zu der dritten runden Position (eine Position bei einem Radius d3: siehe 7C) an der äußeren Seite relativ zu der zweiten runden Position bewegt.
Bei dem Schritt ST306 wird die dritte runde Position des Turbinenradkopfes 201a mit der Laserbestrahlung bei der Bestrahlungszeit, wie sie in 2A gezeigt ist, so bestrahlt, dass ein Gewicht an der Unwuchtkorrekturposition (Phase) entfernt wird. Der Entfernbetrag (Entfernmenge) m3 des Gewichts durch die Laserbestrahlung in Bezug auf die dritte runde Position ist so festgelegt, dass er geringer ist als der Entfernbetrag m2 durch die Laserbestrahlung in Bezug auf die zweite runde Position. Es ist hierbei zu beachten, dass der Entfernbetrag m1, der Entfernbetrag m2 und der Entfernbetrag m3 die folgende Beziehung haben: m1 × d1 = m2 × d2 = m3 × d3.
Indem die Laserbestrahlung in Bezug auf die dritte runde Position ausgeführt wird, wird eine dritte Nut C23, die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, nur in einem Zustand vorgesehen, bei dem die dritte Nut C23 mit der zweiten Nut C22, die zuvor durch die Laserbestrahlung vorgesehen worden ist, verbunden ist, wie dies in 7 gezeigt ist. Auch bei der Laserbestrahlung in Bezug auf die dritte runde Position verspritzt nicht sämtliches geschmolzenes Metall, sondern etwas von dem geschmolzenen Metall verbleibt in der dritten Nut C23 so, dass es in einem tiefen Ende der dritten Nut C23 abgelagert wird. Im Übrigen ist eine Ablagerungsmenge des geschmolzenen Metalls zu einer Außenumfangsseite der dritten Nut C23 hin größer aufgrund der Zentrifugalkraft. Das heißt eine Tiefe der dritten Nut C23 ist zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, flacher.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die Laserbestrahlungsposition von der inneren Seite zu der äußeren Seite in der radialen Richtung bewegt (die Laserbestrahlungsposition wird in der Reihenfolge der ersten runden Position, der zweiten runden Position und der dritten runden Position bewegt), und ein Entfernbetrag (Entfernmenge) durch die Laserbestahlung wird geringer gestaltet, wenn die Laserbestrahlungsposition näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a gelangt. Hierbei wird, wie dies in 7C gezeigt ist, eine Gesamttiefe einer Nut C20 (nachstehend ist diese auch als eine korrigierte Nut C20 bezeichnet), die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, flacher. Wenn die korrigierte Nut C20 derart vorgesehen wird, dass ihre Nuttiefe zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, als solche flacher wird, ist es möglich, eine Festigkeit eines Basisteils einer Außenwand W2 an der Außenumfangsseite der korrigierten Nut C20 sicherzustellen. Hierbei ist es in dem Anwendungsdrehbereich des Turboladers 200 möglich, eine Verformung der Außenwand C2 (siehe 7C) an der Außenumfangsseite der korrigierten Nut C20 einzudämmen.
Im Übrigen können die jeweiligen Unwuchtentfernbeträge (Entferngewicht × Radius) durch die Laserbestrahlung an der ersten runden Position, der zweiten runden Position und der dritten runden Position konstant gestaltet werden (m1 × d1 = m2 × d2 = m3 × d3), wodurch es möglich wird, die Genauigkeit der Umwuchtkorrektur zu verbessern.
Dieses Beispiel behandelt einen Fall, bei dem drei Positionen, das heißt die erste bis dritte runde Position mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt werden. Jedoch kann der Unwuchtkorrekturbetrag so entfernt werden, dass zwei Positionen in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt werden, oder der Unwuchtkorrekturbetrag kann so entfernt werden, dass vier oder mehr Positionen in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt werden.
Es ist hierbei zu beachten, dass sogar in einem Fall, in dem eine Position in der radialen Richtung des Turbinenradkopfes 201a mit dem Laserstrahlbündel bestrahlt wird, es immer noch möglich ist, die Tiefe der ersten Nut C21 zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, flacher zu gestalten, indem das geschmolzene Metall abgelagert wird, wie dies in 7A gezeigt ist.
ANDERE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es sollte hierbei beachtet werden, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich in sämtlicher Hinsicht beispielartig sind und keine Einschränkung darstellen. Demgemäß ist der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht lediglich durch die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele zu interpretieren, sondern wird auf der Basis der Beschreibung in den Ansprüchen definiert. Des Weiteren umfasst der technische Umfang der vorliegenden Erfindung sämtliche Abwandlungen, die innerhalb des Umfangs gemacht werden, der den Ansprüchen äquivalent ist.
Beispielsweise behandeln die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ein Beispiel, bei dem die Unwuchtkorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Unwuchtkorrektur des Turbinenrades 201 angewendet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann bei einer Unwuchtkorrektur eines Kompressorlaufrades 202 angewendet werden. Des Weiteren kann die Unwuchtkorrekturvorrichtung einen Aufbau haben, bei dem das Turbinenrad 201 und das Kompressorlaufrad 202 individuell jeweilige Laseroszillatoren umfassen, die ein Laserstrahlbündel so emittieren, dass eine Unwuchtkorrektur an sowohl dem Turbinenrad 201 als auch dem Kompressorlaufrad 202 ausgeführt werden kann.
Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele behandeln ein Beispiel, bei dem die Unwuchtkorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei einer Unwuchtkorrektur des Turbinenrades 201 und des Kompressorlaufrades 202 des Turboladers 200 angewendet ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann bei einer Unwuchtkorrektur von beliebigen anderen Rotoren angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist als eine Unwuchtkorrekturvorrichtung für einen Rotor wie beispielsweise ein Kompressorlaufrad oder ein Turbinenrad eines Turboladers anwendbar. Die Unwuchtkorrekturvorrichtung korrigiert eine Unwucht des Rotors.
Die Unwuchtkorrekturposition des Turbinenradkopfes 201a wird durch ein Laserstrahlbündel so bestrahlt, dass ein Außenumfangsabschnitt des Turbinenradkopfes 201a belassen bleibt, und eine Nut C10, die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, wird so vorgesehen, dass eine Tiefe der Nut C10 zu einer Seite hin, die näher zu einem Außenumfang des Turbinenradkopfes 201a ist, flacher ist. Dies ermöglicht es, eine Festigkeit eines Basisteils eines Außenumfangabschnittes eine Außenwand W1 der Nut C10 sicherzustellen, wodurch ermöglicht wird, die Verformung des Außenumfangabschnittes der Nut C10 aufgrund einer Zentrifugalkraft einzudämmen, die durch die Drehung des Turbinenradkopfes 201a wirkt.

Claims

Unwuchtkorrekturvorrichtung (100) für einen Rotor, wobei die Unwuchtkorrekturvorrichtung eine Unwucht des Rotors (201a) korrigiert, wobei die Unwuchtkorrekturvorrichtung Folgendes aufweist: eine Drehantriebsvorrichtung (3), die so aufgebaut ist, dass sie den Rotor (201a) um eine Drehachse des Rotors (201a) dreht; eine Laserbestrahlungsvorrichtung (1), die so aufgebaut ist, dass sie einen Teil des Rotors (201a) entfernt durch Bestrahlen des Rotors (201a) mit einem Laserstrahlbündel aus einer Drehachsenrichtung des Rotors (201a); einen Drehwinkelsensor (4), der so aufgebaut ist, dass er einen Drehwinkel des Rotors (201a) erfasst; eine Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung (2), die so aufgebaut ist, dass sie eine Laserbestrahlungsposition in einer radialen Richtung des Rotors (201a) festlegt; und eine Steuereinrichtung (7), die so aufgebaut ist, dass sie: (i) die Drehantriebsvorrichtung (3), die Laserbestrahlungsvorrichtung (1) und die Bestrahlungspositionseinstellvorrichtung (2) steuert, (ii) eine Unwuchtkorrekturposition des Rotors (201a) mit dem Laserstrahlbündel auf der Basis eines Abgabesignals des Drehwinkelsensors (4) so bestrahlt, dass ein Außenumfangsabschnitt des Rotors (201a) belassen bleibt, und (iii) eine radiale Position der Laserbestrahlungsposition, eine Drehzahl des Rotors (201a) und eine Laserabgabeleistung der Laserbestrahlungsvorrichtung (1) so steuert, dass eine Nuttiefe in Drehachsenrichtung einer Nut (C10), die durch die Laserbestrahlung vorgesehen wird, zu einer Seite hin, die näher zu einem Außenumfang des Rotors (201a) ist, flacher gestaltet ist.
Unwuchtkorrekturvorrichtung (100) für den Rotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) so aufgebaut ist, dass sie: (i) die Drehzahl des Rotors (201a) und die Laserabgabeleistung so steuert, dass ein geschmolzenes Material, das durch die Laserbestrahlung erzeugt wird, in der Nut (C10) abgelagert wird, und (ii) die Nut (C10) so vorsieht, dass eine Tiefe der Nut (C10) zu der Seite hin, die näher zu dem Außenumfang des Rotors (201a) ist, flacher gestaltet ist, indem die Laserbestrahlungsposition in Bezug auf den Rotor (201a) von einer äußeren Seite zu einer inneren Seite in der radialen Richtung des Rotors bewegt wird.
Unwuchtkorrekturvorrichtung (100) für den Rotor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) so aufgebaut ist, dass sie die Drehzahl des Rotors (201a) erhöht, wenn die Laserbestrahlungsposition in der radialen Richtung nach innen gelangt.
Unwuchtkorrekturvorrichtung (100) für den Rotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) so aufgebaut ist, dass sie: (i) die Laserbestrahlungsposition in Bezug auf den Rotor (201a) von einer inneren Seite zu einer äußeren Seite in der radialen Richtung des Rotors (201a) bewegt, und (ii) einen Entfernbetrag durch die Laserbestrahlung so verringert, dass er geringer wird, wenn die Laserbestrahlungsposition in Bezug auf den Rotor (201a) näher zu dem Außenumfang des Rotors (201a) gelangt.
Unwuchtkorrekturvorrichtung (100) für den Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren Folgendes aufweist: einen Beschleunigungssensor, der so aufgebaut ist, dass er eine Beschleunigung des Rotors (201a) erfasst, wobei die Steuereinrichtung (7) so aufgebaut ist, dass sie die Unwuchtkorrekturposition des Rotors (201a) auf der Basis von jeweiligen Abgabesignalen des Drehwinkelsensors (4) und des Beschleunigungssensors (5) bestimmt.