JP2002195917A - 一体型の羽根付ホイールの音響検査 - Google Patents
一体型の羽根付ホイールの音響検査Info
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Abstract
ホイールの音響検査方法及び対応する装置を提供する。 【構成】 一体型の羽根付ホイールを回転駆動し、ホイ
ールの各羽根を機械的に励起し、音響レスポンスを収集
し、対応する電気信号を発生させ、FFT計算によって
羽根の周波数レスポンスを決定し、電気信号及び対応す
る周波数レスポンスを記憶し、ホイールの各羽根の固有
周波数を識別し、得られた周波数の分布が、所定の一連
の禁止周波数分布に一致するか否かに基づいて、ホイー
ルを不合格または合格と判定する段階からなる。
Description
検査する分野に関する。より特定的には本発明は、振動
音響特徴に基づく一体型の羽根付ホイールの周波数検査
に関する。
ロップエンジン(以後の記載ではターボ機械と呼ぶ)の
コンプレッサの回転部材即ちロータは最近まで、フィン
とも呼ばれる羽根が、各々に連結された円板または円環
の形態の複数のホイールを組立てることによって形成さ
れていた。羽根を個別に組立てるこのような構造では、
振動現象が減衰され、羽根を装着したホイールが、共振
によって破壊されるという危険は事実上完全に排除され
る。
ータ(ファンとも呼ばれる)のホイールは、次第に一体
型の部材として作製されるようになり、羽根は円板状ま
たは円環状の支持部材の一体部分として形成される。確
かにこのタイプの構造は、ホイールの小型化及び軽量
化、従ってまたコンプレッサ全体の小型化及び軽量化を
実現し、コンプレッサを組込んだタービンエンジンの総
重量に対しても極めて有利な効果を与える。
高い精度及び極めて高い再現性で羽根を製造することが
可能であるが、予想外にも、ほぼ完全な幾何学的形状が
得られる結果として、極めて大きな共振振動現象が生じ
易く、極端な場合にはホイールが完全に破壊されてしま
う。
ールの破壊の可能性を防止するために、上記のような共
振の危険性を判断し得る、一体型の羽根付ホイールの音
響検査方法及び対応する装置を提供することである。本
発明の他の目的は、リアルタイムで行うことが可能な、
極めて高速の検査方法を提供することである。本発明の
別の目的は、機械加工プロセスに一体的部分として組込
むことが可能な検査方法を提供することである。本発明
のまた別の目的は、機械加工品質を検査することも可能
な方法を提供することである。本発明のまた別の目的
は、欠陥が認識された羽根について欠陥のタイプを判定
し得る方法を提供することである。
の羽根付ホイールを回転駆動し、ホイールの羽根の各々
を機械的に励起し、羽根の音響レスポンスを収集し、対
応する電気信号を発生させ、FFT(高速フーリエ変
換)計算によって羽根の周波数レスポンスを決定し、電
気信号及び対応する周波数レスポンスを記憶し、ホイー
ルの各羽根の固有周波数を識別し、得られた周波数の分
布が、所定の一連の禁止周波数分布に一致するか否かに
基づいて、ホイールを不合格または合格と判定する段階
からなる、一体型の羽根付ホイールの音響検査方法によ
って達成される。
ホイールを極めて迅速に間違いなく排除し得る。更に、
この方法は、従来の機械加工プロセスに容易に組込むこ
とができる。
ポンスを、欠陥のタイプに特有の所定の周波数レスポン
スに比較することによって羽根の欠陥を判定する追加の
段階をさらに含む。
関する。本発明の装置の機械的励起手段は、衝撃または
ハンマー打撃による励起手段を含み、音響受信手段はマ
イクロホンを含む。
的代表例を示す添付図面に基づく以下の記載からより明
らかであろう。
の音響検査装置を、図1に極めて概略的に示す。装置
は、検査すべきホイール10が固定されたハブ14を駆
動するための例えば電動機12からなる、ホイール10
の回転駆動手段(更に、ホイールの羽根の各々を正確に
識別するために、図示しないインデックスシステムが設
けられている)と、例えば衝撃装置またはハンマー打撃
装置(例えば金属フィンガまたはストリップ)からな
り、ホイールの羽根20の上方に配置された機械的励起
手段16と、例えば励起された羽根の近傍に配置された
マイクロホンからなる音響受信手段と、一方で機械的励
起手段16を制御し、他方で音響受信手段18の端子で
収集した音響信号を処理するために接続された処理手段
22〜28とを含む。従来同様に、ホイールの羽根の各
々に関する音響信号の処理は、対応する励起信号に同期
される。
に変換する手段22を含む。従来同様に、音響信号の変
換に伴って、検査すべきホイールに適合する所定の周波
数帯域でフィルタリングが行われる。これらの信号を次
にFFT(高速フーリエ変換)解析し、対応する羽根の
周波数レスポンスを得る。検査すべきホイールの羽根の
各々について、解析した電気信号(サンプリング後)及
び得られた周波数レスポンスの種々のサンプルを、記憶
手段24、例えばディジタルメモリに記憶する。各羽根
の周波数レスポンスの決定及び対応する記憶手段への記
憶は、各羽根毎に行われるのでなく、検査すべきホイー
ルの全部の羽根の音響信号を収集した後で行われる。
型の羽根付ホイールの連続する4枚の羽根について得ら
れた周波数レスポンス、従って羽根の音響特徴の一例を
示す。図示の例では、試験される羽根の各々について、
羽根の幾何学的形状に特有の3つの特定周波数F1、F
2、F3が存在することに注目されたい。0〜7000
Hzの周波数範囲にわたって8Hzの周波数分解能で測
定した。
ポンスを、識別手段26で処理することによって、事前
の周波数レスポンスによって供給された周波数から各羽
根の固有周波数を決定し、以下の表を作成できる。
の分散が、この表から十分に理解されよう。次に、得ら
れた表でこれらの固有周波数の分布と、所定の一連の禁
止周波数分布とを比較する分類手段28によって、ホイ
ールが不合格であるか合格であるかを極めて容易に判定
し得る。禁止周波数分布は、羽根車の設計時点で決定さ
れた振動レベルに適合しない形状に対応するので、検査
されたホイールで、禁止周波数分布に一致する周波数分
布をもつホイールは不合格である。
の音響検査方法は以下の段階に要約できる。 (a)一体型の羽根付ホイールを回転駆動する、(b)
第一の羽根を機械的に励起する、(c)音響レスポンス
を収集し、対応する電気信号を発生させる、(d)FF
T計算によって、ホイールの第一の羽根の周波数レスポ
ンスを決定する、(e)電気信号及び対応する周波数レ
スポンスを記憶する、(f)ホイールの羽根の各々につ
いて段階(b)から(e)を繰り返す、(g)ホイール
の羽根の各々について記憶した周波数レスポンスから、
それぞれの固有周波数を識別する、(h)このようにし
て得られた周波数分布が、所定の一連の禁止周波数分布
に一致するか否かに従って、ホイールを不合格または合
格と判定する。
スを続行してよいか否かを、極めて迅速に(ホイールの
1つの羽根に関する完全な解析は2秒以内に完了する)
かつ実質的に間違いなく判断し得る。実際、1個の一体
型の羽根付ホイールの製造は、一般に3つの連続作業、
即ち、フライス削り、研磨及びショットピーニングから
なり、フライス削り段階後に検査を行う(機械からホイ
ールを取り出さずに、機械上で直接行うかまたは近傍の
検査ステーションで行う)ことによって、ホイールが不
適格であるという検査結果が得られた場合には、その後
の2つの段階を避けることができる。また、同じ欠陥を
もつ以後のホイールの機械加工プロセスの続行を避ける
こと、または、現行のような最終幾何学検査を待つこと
を避けることが可能である。また、検査は迅速であり、
直後のホイールの機械加工作業までの空き時間内に検査
を行うことができる。この場合、回転駆動手段は、勿論
機械加工を行う装置の駆動手段によって直接構成され
る。
ら、基準の理論的な羽根に比べて各羽根の周波数スペク
トルに生じた種々の偏差は、羽根の幾何学的または構造
的な欠陥に起因することが判明した。従って、肉眼で検
出できない幾何学的欠陥(例えば僅か10ミクロンの余
分な厚み)が、周波数スペクトル上に理論的な羽根から
ずれたモードとして現れる。従って、同じ周波数レスポ
ンス(従って同じ周波数スペクトル)をもつ欠陥のタイ
プ(羽根の先端の欠損、羽根の根元の余分な厚み、局部
的変形、亀裂、など)を、幾つかのクラスに分類するこ
とが可能である。
特性をもつ可能性があるホイールを間違いなく排除でき
るだけでなく、排除されたこれらの羽根車に関しては、
その周波数レスポンスを欠陥のタイプに特有の所定の周
波数レスポンスに比較することによって、ホイールのも
つ重大な欠陥の種類を判定し、ときにはこの欠陥を解消
することができ(例えば余分な厚みは、新しい局部的切
削によって除去できる)、規格に合う部品の製作を達成
し得る。
置を示す概略説明図である。
の一例を示すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 (a)一体型の羽根付ホイールを回転駆
動する段階と、(b)第一の羽根を機械的に励起する段
階と、(c)音響レスポンスを収集し、対応する電気信
号を発生させる段階と、(d)FFT計算によって、ホ
イールの前記第一羽根の周波数レスポンスを決定する段
階と、(e)電気信号及び対応する周波数レスポンスを
記憶する段階と、(f)ホイールの羽根の各々について
段階(b)から(e)を繰り返す段階と、(g)ホイー
ルの羽根の各々についてそれぞれの記憶された周波数レ
スポンスから、それぞれの固有周波数を識別する段階
と、(h)得られた周波数の分布が、所定の一連の禁止
周波数分布に一致するか否かに基づいて、ホイールを不
合格または合格と判定する段階と、からなることを特徴
とする一体型の羽根付ホイールの音響検査方法。 - 【請求項2】 ホイールの全部の電気信号を収集した後
で、前記周波数レスポンスを決定する段階及び記憶する
段階を行うことを特徴とする、請求項1に記載の音響検
査方法。 - 【請求項3】 前記機械的に励起する段階が、衝撃また
はハンマー打撃による励起からなることを特徴とする、
請求項1に記載の音響検査方法。 - 【請求項4】 羽根の周波数レスポンスを、欠陥のタイ
プに特有の所定周波数レスポンスに比較することによっ
て、羽根の欠陥を判定する段階をさらに含むことを特徴
とする、請求項1に記載の音響検査方法。 - 【請求項5】 (a)一体型の羽根付ホイール(10)
を回転駆動する駆動手段(12)と、(b)ホイールの
羽根(20)の各々を機械的に励起する機械的励起手段
(16)と、(c)音響レスポンスを収集し、対応する
電気信号を発生する音響受信手段(18)と、(d)F
FTによって羽根車の各羽根の周波数レスポンスを計算
する計算手段(22)と、(e)電気信号及び対応する
周波数レスポンスを記憶する記憶手段(24)と、
(f)記憶された周波数レスポンスから、ホイールの各
羽根の固有周波数を識別する識別手段(26)と、
(g)得られた周波数の分布が、所定の一連の禁止周波
数分布に一致するか否かに従って、ホイールを不合格ま
たは合格に分類する分類手段(28)と、からなること
を特徴とする一体型の羽根付ホイールの音響検査装置。 - 【請求項6】 前記機械的励起手段が、衝撃またはハン
マー打撃による励起手段を含むことを特徴とする、請求
項5に記載の音響検査装置。 - 【請求項7】 前記音響受信手段が、マイクロホンを含
むことを特徴とする、請求項5に記載の音響検査装置。
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