JP2003227774A

JP2003227774A - 振動試験装置

Info

Publication number: JP2003227774A
Application number: JP2002026712A
Authority: JP
Inventors: Koreichi Ehata; 維一江畑
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】対象物の変質又は損傷のおそれがなく、実機
部品にも品質低下のおそれなく適用可能であり、導電体
以外の対象物にも適用でき、小型センサや小型ディスク
の場合でも目的とする小型部品の計測が容易であり、か
つ加振時間の短縮が容易であり高周波の振動試験への対
応ができ、技能や経験に依存する度合が少なく、容易に
自動化が可能である振動試験装置を提供する。【解決手段】互いに放電間隙Ｇを隔てた１対の電極１
１を有する放電プローブ１２と、電極間に高電圧パルス
を印可してその間で放電させ衝撃波Ｓを発生させる放電
加振装置１４と、対象物Ｔの振動を非接触で検出する非
接触式振動計測装置１６とを備え、対象物Ｔを間隔を隔
てた位置から衝撃波Ｓで加振し、対象物の振動を非接触
で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物を加振して
その固有振動数を検出する振動試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば航空機用のガスタービンエンジン
では、回転運動に起因して高圧圧縮機の動翼やタービン
動翼などの回転部品が高周波の繰り返し応力を受ける。
例えばこうした動翼は、直上流に配される静翼によって
空力的な応力（加振力）を受け、この場合、静翼の枚数
に回転数を乗じたものが加振力の振動周波数となる。振
動周波数が動翼の固有振動数と一致すると動翼に共振が
生じて大きな応力が作用してしまうため、ガスタービン
エンジンでは一般に、定常運転時における振動周波数と
動翼の固有振動数とが一致しないように設計が行われて
いる。

【０００３】こうした設計に基づいて製作された動翼の
固有振動数を実際に確認したり、あるいは製作時のバラ
ツキを調べたりすることを目的として、振動試験装置が
用いられる。振動試験装置は、対象物を設置するための
支持部、対象物を加振するための加振部、および対象物
の応答を検出するための信号検出部を備えており、これ
らには対象物の特性や試験内容に応じて様々な方法のも
のが提案されている。

【０００４】このうち加振部には、打撃試験によるもの
が採用されることが多い。打撃試験は、打撃ハンマで対
象物を叩くことにより加振する方法で、加振系を対象物
に取り付ける必要がなく、一度に低周波からある程度の
高周波までのスペクトルを得ることでき、しかも短時間
で行えて汎用性が広いといった利点を有する。特に上述
した動翼など、比較的小さい構造物の振動試験では広く
採用されている。

【０００５】しかし打撃試験には、以下のような問題点
があった。（１）実際の打撃によって対象物に衝撃波を与えるた
め、打撃時間の短縮が困難であり、高周波の振動試験へ
の対応が極めて難しい。（２）実施者が打撃ハンマで対象物を叩くので、技能や
経験に依存する度合が大きく、精度が実施者の技術や熟
練度に大きく依存する。（３）打撃試験の自動化に際して装置が複雑になる。

【０００６】上述した打撃試験の問題点を解決するため
に、本発明の発明者は先に図４に模式的に示す「振動試
験装置」を創案し出願した（特開２０００−３５６５６
５）。

【０００７】この振動試験装置は、支持部１に設置され
た対象物Ｔを加振部２によって加振して、対象物Ｔ（供
試体）の応答を信号検出部３で検出する振動試験装置で
あって、加振部２は、先端を対象物Ｔに近づけて配され
る放電プローブ４と、放電プローブ４と対象物Ｔとの間
に電位差を与えて放電を発生させる放電コントローラ５
とを備えたものである。この振動試験装置により、放電
プローブと対象物との間で放電を発生させることで対象
物に継続時間の極めて短い衝撃波を与えて対象物を加振
することが可能となった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開２０００
−３５６５６５の振動試験装置では、対象物Ｔ（供試
体）にアースを取り、供試体に直接スパークさせて衝撃
波で加振し、振動応答データを取得していたため、対象
物のスパークされるポイントが変質して供試体の強度低
下を招くおそれがあった。またそのため、実際に使用す
るジェットエンジンの実機部品には品質低下のおそれが
あるため適用できなかった。

【０００９】さらに、この方法では、導電性がある対象
物に限られるため、セラミックス部品等の計測ができな
かった。また、対象物が小型センサや小型ディスクの場
合、隣接する別の部品にスパークが飛びやすく、目的と
する小型部品の計測が困難であった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
（１）対象物の変質又は損傷のおそれがなく、実機部品
にも品質低下のおそれなく適用可能であり、（２）導電
体以外の対象物にも適用でき、（３）小型センサや小型
ディスクの場合でも計測が容易であり、かつ（４）加振
時間の短縮が容易であり高周波の振動試験への対応がで
き、（５）技能や経験に依存する度合が少なく、（６）
容易に自動化が可能である振動試験装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、互いに
放電間隙Ｇを隔てた１対の電極（１１）を有する放電プ
ローブ（１２）と、該電極間に高電圧パルスを印可して
その間で放電させ衝撃波Ｓを発生させる放電加振装置
（１４）と、対象物Ｔの振動を非接触で検出する非接触
式振動計測装置（１６）とを備え、対象物Ｔを間隔を隔
てた位置から衝撃波Ｓで加振し、該対象物の振動を非接
触で検出する、ことを特徴とする振動試験装置が提供さ
れる。本発明の好ましい実施形態によれば、非接触で検
出した対象物Ｔの振動から固有振動数を検出する振動分
析装置（１８）を備える。

【００１２】本発明の構成によれば、対象物Ｔを間隔を
隔てた位置から放電プローブ（１２）の放電による衝撃
波Ｓで加振するので、対象物は圧力波を受けるのみであ
り、その変質又は損傷のおそれがなく、実機部品にも品
質低下のおそれなく適用可能である。

【００１３】また、対象物Ｔには直接放電しないので、
セラミックス部品等の導電体以外の対象物にもそのまま
適用できる。さらに、対象物Ｔ自体には直接放電せず、
非接触式振動計測装置（１６）で対象物Ｔの振動を非接
触で検出するので、隣接する別の部品にスパークが飛ぶ
おそれもなく小型センサや小型ディスクの場合でも計測
が容易である。

【００１４】さらに、放電プローブ（１２）の放電時間
は、容易に短縮できるので、加振時間の短縮が容易であ
り高周波の振動試験への対応ができる。また、放電の電
圧と時間、電極間の放電間隙Ｇおよび対象物Ｔとの間隔
を決めるだけで、常にほぼ同一の計測ができるので、技
能や経験に依存する度合が少なく、かつ容易に自動化が
可能である。

【００１５】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
電極（１１）は、導電性の高い金属又はカーボンからな
り、かつその放電間隙Ｇが可変に構成されている。この
構成により、電極間に安定した放電ができ、かつ放電時
間を自由に調整することができる。

【００１６】また、前記放電加振装置（１４）は、振動
分析装置（１８）からのトリガー信号（１３）により、
単一または複数の高電圧パルスを印可する高電圧直流パ
ルス電源である。かかる高電圧パルスの電圧を、例えば
１５００Ｖ以上に、高めることにより、電極間に安定し
た放電ができる。また高電圧パルスのパルス幅を短くす
ることにより、より高周波の振動試験への対応が容易に
できる。

【００１７】前記非接触式振動計測装置（１６）は、ノ
イズカットトランス（１５）を介して電源供給されたレ
ーザドップラ振動計（１６ａ）とそのセンサーヘッド
（１６ｂ）からなる。レーザドップラ振動計（１６ａ）
とセンサーヘッド（１６ｂ）の使用により、対象物Ｔの
振動を非接触で高精度に検出できる。また、ノイズカッ
トトランス（１５）を用いることにより、放電ノイズの
影響を低減できる。

【００１８】また、前記振動分析装置（１８）は、ノイ
ズカットトランス（１５）を介して電源供給されたＦＦ
Ｔアナライザである。ＦＦＴアナライザにより、検出し
た振動を周波数分析して固有振動数を高精度かつ短時間
に検出することができる。また、ノイズカットトランス
（１５）を用いることにより、放電ノイズの影響を低減
できる。

【００１９】前記放電加振装置（１４）、非接触式振動
計測装置（１６）および振動分析装置（１８）は、互い
に同電位のアースを有する。これらを同電位にアースす
ることにより、放電ノイズの影響を更に低減できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照して説明する。なお各図において共
通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略
する。

【００２１】図１は、本発明による振動試験装置の実施
形態を示す構成図である。この図に示すように、本発明
の振動試験装置１０は、放電プローブ１２、放電加振装
置１４、非接触式振動計測装置１６、および振動分析装
置１８を備える。

【００２２】試験する対象物Ｔは、例えば動翼であり支
持機構９で支持される。支持機構９は、例えば動翼Ｔが
設置されるタブテイル形状の溝を有する。また、この溝
に装着された動翼Ｔを油圧やエア圧などを利用して所定
の力で保持・固定するようにするのがよい。

【００２３】また対象物Ｔの交換機構（図示せず）を備
え、支持機構９への動翼Ｔの取り付け・取り外しを自動
的に行うようにするのがよい。交換機構は、図示しない
駆動手段を有しており、外部から供給される動翼Ｔを支
持機構９まで自動搬送して支持機構９の溝に動翼Ｔを装
着するとともに、試験後の動翼Ｔを溝から抜き出して外
部へ送るように構成されている。

【００２４】放電プローブ１２は、互いに放電間隙Ｇを
隔てた１対の電極１１を有する。電極１１は、電極間に
安定した放電ができるように導電性の高い金属（銅、銅
合金、金等）又はカーボンからなる。また、放電時間を
調整するために、放電間隙Ｇを変更できるように構成さ
れている。電極１１の先端は放電位置を一定にするため
に尖っているのが好ましいが、半球状または平面状であ
ってもよい。また、１対の電極１１の間に絶縁部材１１
ａを設け、その部分での放電を防止するようになってい
る。

【００２５】放電加振装置１４は、振動分析装置１８か
らのトリガー信号１３により、単一または複数の高電圧
パルスを印可する高電圧直流パルス電源であり、電極１
１の間に高電圧パルスを印可してその間（放電間隙Ｇ）
で放電させ衝撃波Ｓを発生させるようになっている。

【００２６】一般に、大気中で放電を発生させるにあた
っては、放電間隙Ｇと電極形状とに応じた所定の電圧が
必要とされる。例えば、平行板間での放電は、球形同士
の間での放電に比べて高い電圧が必要である。本実施形
態では、１対の電極１１の放電間隙Ｇが数ｍｍ程度の所
定値に予め定められており、放電加振装置１４により、
放電間隙Ｇ間が放電に要する電圧よりも十分高い電圧と
なるように、高電圧パルスを印可するようになってい
る。この電圧は、例えば１５００Ｖ以上であるのがよ
い。

【００２７】なおこの電圧によって生じる放電により動
翼Ｔを加振する衝撃波Ｓが発生するが、対象物Ｔは圧力
波を受けるのみであり、その変質又は損傷のおそれは全
くなく、実機部品にも品質低下のおそれなく適用可能で
あることが予め確認されている。

【００２８】非接触式振動計測装置１６は、放電ノイズ
の影響を低減するためにノイズカットトランス１５を介
して電源供給されたレーザドップラ振動計１６ａとその
センサーヘッド１６ｂからなり、対象物Ｔの振動を非接
触で検出する。

【００２９】レーザドップラ振動計１６ａは、対象物に
レーザ光を照射して反射光のドップラーシフト周波数か
ら速度の時間応答を求める装置である。このレーザドッ
プラ振動計１６ａは、他の可動機構と干渉しない少し離
れた場所から、例えば対象物の自由端側といった応答の
検出に適切な箇所に向けてレーザ光を照射および反射光
を受光するように配設される。なお、非接触式振動計測
装置１６には、このレーザドップラ速度計のほか、渦電
流やレーザ光、静電容量等を利用した変位計を用いるこ
ともできる。

【００３０】振動分析装置１８は、放電ノイズの影響を
低減するためにノイズカットトランス１５を介して電源
供給されたＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａ
ｎｓｆｏｒｍ）アナライザであり、検出した振動から固
有振動数を検出する。

【００３１】ＦＦＴアナライザは、レーザドップラ振動
計１６ａからの電気信号をデジタル信号に変換して必要
な演算を行った後、結果を周波数軸上に対して表すもの
であり、この結果は図示しない出力装置（例えば、ＣＲ
Ｔ、プロンタ）に出力されるようになっている。なお振
動分析装置１８には、このＦＦＴアナライザのほか、信
号処理ソフトを内蔵するコンピュータを用いることがで
きる。

【００３２】図１において、放電加振装置１４、非接触
式振動計測装置１６および振動分析装置１８は、アルミ
板からなるシールド板１７を介して、あるいは直接にア
ース（接地）され互いに同電位にアースされ、放電ノイ
ズの影響を更に低減するようになっている。

【００３３】上述した振動試験装置１０を用い、放電プ
ローブ１２の１対の電極１１の放電間隙Ｇに高電圧パル
スを印可してその間で放電させ、発生した衝撃波Ｓで対
象物Ｔを間隔を隔てた位置から加振し、非接触式振動計
測装置１６で対象物の振動を非接触で検出し、振動分析
装置１８で固有振動数を検出することができる。

【００３４】図２は、本発明の振動試験装置の実施例を
示す斜視図である。この図において、対象物Ｔはガスタ
ービンエンジン用の動翼（例えば高圧圧縮機の動翼）で
あり、これをタブテイル形状の溝９ａに保持・固定し、
１対の電極１１の放電間隙Ｇに高電圧パルスを印可して
その間で放電させ、発生した衝撃波Ｓで対象物Ｔを間隔
を隔てた位置から加振して振動試験を実施した。

【００３５】図３は、本発明の振動試験装置による動翼
の固有振動数の測定結果を示す波形図である。この図に
おいて、（Ａ）（Ｂ）は異なる動翼の試験結果である。
また各図において、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は振動
レベル（振幅または速度）を示している。この結果か
ら、放電で発生した衝撃波Ｓで、動翼の固有振動数が計
測できることが確認された。

【００３６】上述した本発明の構成によれば、対象物Ｔ
を間隔を隔てた位置から放電プローブ１２の放電による
衝撃波Ｓで加振するので、対象物は圧力波を受けるのみ
であり、その変質又は損傷のおそれがなく、実機部品に
も品質低下のおそれなく適用可能である。

【００３７】また、対象物Ｔには直接放電しないので、
セラミックス部品等の導電体以外の対象物にもそのまま
適用できる。さらに、対象物Ｔ自体には直接放電せず、
非接触式振動計測装置１６で対象物Ｔの振動を非接触で
検出するので、隣接する別の部品にスパークが飛ぶおそ
れもなく小型センサや小型ディスクの場合でも目的とす
る小型部品の計測が容易である。

【００３８】さらに、放電プローブ１２の放電時間は、
容易に短縮できるので、加振時間の短縮が容易であり高
周波の振動試験への対応ができる。また、放電の電圧と
時間、電極間の放電間隙Ｇおよび対象物Ｔとの間隔を決
めるだけで、常にほぼ同一の計測ができるので、技能や
経験に依存する度合が少なく、かつ容易に自動化が可能
である。

【００３９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更する
ことができる。

【００４０】

【発明の効果】上述したように、本発明の振動試験装置
は、（１）対象物の変質又は損傷のおそれがなく、実機
部品にも品質低下のおそれなく適用可能であり、（２）
導電体以外の対象物にも適用でき、（３）小型センサや
小型ディスクの場合でも目的とする小型部品の計測が容
易であり、かつ（４）加振時間の短縮が容易であり高周
波の振動試験への対応ができ、（５）技能や経験に依存
する度合が少なく、（６）容易に自動化が可能である等
の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動試験装置の実施形態を示す構
成図である。

【図２】本発明の振動試験装置の実施例を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明の振動試験装置による動翼の固有振動数
の測定結果を示す波形図である。

【図４】先行出願による振動試験装置の模式図である。

【符号の説明】

Ｔ動翼（対象物、供試体）、Ｓ衝撃波、Ｇ放電間
隙（放電間隙）１支持部、２加振部、３信号検出部、４放電プ
ローブ、５放電コントローラ、１０振動試験装置、
１１電極、１２放電プローブ、１３トリガー信
号、１４放電加振装置、１６ａレーザドップラ振動
計、１６ｂセンサーヘッド、１５ノイズカットトラ
ンス、１６非接触式振動計測装置、１７シールド
板、１８振動分析装置（ＦＦＴアナライザ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに放電間隙Ｇを隔てた１対の電極
（１１）を有する放電プローブ（１２）と、該電極間に
高電圧パルスを印可してその間で放電させ衝撃波Ｓを発
生させる放電加振装置（１４）と、対象物Ｔの振動を非
接触で検出する非接触式振動計測装置（１６）とを備
え、対象物Ｔを間隔を隔てた位置から衝撃波Ｓで加振
し、該対象物の振動を非接触で検出する、ことを特徴と
する振動試験装置。
【請求項２】非接触で検出した対象物Ｔの振動から固
有振動数を検出する振動分析装置（１８）を備える、こ
とを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】前記電極（１１）は、導電性の高い金属
又はカーボンからなり、かつその放電間隙Ｇが可変に構
成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載
の振動試験装置。
【請求項４】前記放電加振装置（１４）は、振動分析
装置（１８）からのトリガー信号（１３）により、単一
または複数の高電圧パルスを印可する高電圧直流パルス
電源である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の
振動試験装置。
【請求項５】前記非接触式振動計測装置（１６）は、
ノイズカットトランス（１５）を介して電源供給された
レーザドップラ振動計（１６ａ）とそのセンサーヘッド
（１６ｂ）からなる、ことを特徴とする請求項１又は２
に記載の振動試験装置。
【請求項６】前記振動分析装置（１８）は、ノイズカ
ットトランス（１５）を介して電源供給されたＦＦＴア
ナライザである、ことを特徴とする請求項１又は２に記
載の振動試験装置。
【請求項７】前記放電加振装置（１４）、非接触式振
動計測装置（１６）および振動分析装置（１８）は、互
いに同電位のアースを有する、ことを特徴とする請求項
１又は２に記載の振動試験装置。