JP2010160019A

JP2010160019A - 回転バランス修正装置及び方法

Info

Publication number: JP2010160019A
Application number: JP2009001602A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yamaguchi; 真山口; Tsutomu Terauchi; 強寺内; Yuichi Takahama; 雄一高濱; Nobuo Takei; 伸郎武井
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】装置コストの削減及び生産性の向上を図ることの可能な回転バランス修正装置を提供する。
【解決手段】高速回転体の回転軸に設置された修正対象部を修正加工することにより高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置であって、修正対象部の修正用ドリルが装着されたモータと、修正用ドリル先端の位置決めを行う位置決めユニットと、モータの回転状態及び位置決めユニットによる位置決めを制御する制御部と、制御部の制御に応じてモータ用の駆動信号を生成すると共に、モータの回転状態を計測するモータ駆動計測部とを備え、制御部は、修正用ドリルを回転させながら修正用ドリル先端を修正対象部に向けて移動させ、モータ駆動計測部の計測結果に含まれるモータのトルクに基づいて修正用ドリル先端と修正対象部との接触を判断し、接触と判断された位置を起点として必要な修正量に応じて修正ドリル先端を移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置及び方法に関する。

従来から、車両用過給機やガスタービン等の高速回転機械では、実運転時における振動を抑制するために、出荷前に高速回転体の回転バランスを修正することが一般的である。
このような回転バランスの修正は、高速回転体の回転軸と一体的に回転する修正対象部（例えば、回転軸に固定されたナット等）の一部を修正加工（切削）することで行う。

図３は、高速回転体１０の回転軸１１に固定された６角ナット１２を切削することにより、高速回転体１０の回転バランスを修正する過程を示した模式図である。なお、図３において、回転軸１１の軸方向をＹ軸方向とし、該Ｙ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とする。また、６角ナット１２の切削には、切削ドリル２０ａ及び該切削ドリル２０ａを回転駆動するモータ２０ｂからなるドリルユニット２０と、タッチセンサ２１とがＸ軸方向に所定間隔で配置された位置決めユニット２２が使用される。この位置決めユニット２２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能な機構を備えている。

まず、図３（ａ）に示すように、位置決めユニット２２をＸ軸方向に沿ってタッチセンサ２１の計測位置へ移動させる。続いて、図３（ｂ）に示すように、位置決めユニット２２をＹ軸方向に沿って高速回転体１０側に移動させ、タッチセンサ２１によって６角ナット１２が検知された位置で停止させる。この時、６角ナット１２の検知座標を不図示の制御装置によって記憶しておく。

続いて、図３（ｃ）に示すように、位置決めユニット２２をＹ軸方向に沿って後退させた後、Ｘ軸方向に沿って切削ドリル２０ａの切削位置へ移動させる。そして、図３（ｄ）に示すように、切削ドリル２０ａを回転させながら位置決めユニット２２をＹ軸方向に沿って高速回転体１０側に移動させ、上記のように記憶した６角ナット１２の検知座標を起点として必要な切削量に応じた移動量だけ前進させることで６角ナット１２の切削を行う。なお、図３（ｅ）は、６角ナット１２を正面から見た図である。

特開昭５９−１０６７３８号公報特開平１−５０７３７号公報

上記のように、従来では、タッチセンサ２１を使用して修正対象部である６角ナット１２の検知座標を検出及び記憶し、記憶した検知座標を起点として必要な切削量を切削することで回転バランスの修正を行っていた。これによると、（１）タッチセンサ２１を取り付ける必要があるため装置コストが増大する、（２）タッチセンサ２１により６角ナット１２の検知座標を検出する動作が必要となり、生産性向上の妨げとなる、という問題が生じる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置コストの削減及び生産性の向上を図ることの可能な回転バランス修正装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、回転バランス修正装置に係る第１の解決手段として、高速回転体の回転軸に設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置であって、前記修正対象部の修正用ドリルが装着されたモータと、修正用ドリル先端の位置決めを行う位置決めユニットと、前記モータの回転状態及び前記位置決めユニットによる位置決めを制御する制御部と、前記制御部の制御に応じて前記モータ用の駆動信号を生成すると共に、前記モータの回転状態を計測するモータ駆動計測部とを備え、前記制御部は、前記修正用ドリルを回転させながら修正用ドリル先端を修正対象部に向けて移動させ、前記モータ駆動計測部の計測結果に含まれるモータのトルクに基づいて修正用ドリル先端と修正対象部との接触を判断し、接触と判断された位置を起点として必要な修正量に応じて修正ドリル先端を移動させることを特徴とする。

また、回転バランス修正装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御部は、前記モータ駆動計測部の計測結果に含まれるモータのトルクが所定の閾値を越えた場合に、修正用ドリル先端と修正対象部とが接触したと判断することを特徴とする。

一方、本発明では、回転バランス修正方法に係る第１の解決手段として、高速回転体の回転軸に設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正方法であって、修正用ドリルをモータによって回転させながら修正用ドリル先端を修正対象部に向けて移動させ、前記モータのトルクに基づいて修正用ドリル先端と修正対象部との接触を判断し、接触と判断された位置を起点として必要な修正量に応じて修正ドリル先端を移動させることを特徴とする。

また、回転バランス修正方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記モータのトルクが所定の閾値を越えた場合に、修正用ドリル先端と修正対象部とが接触したと判断することを特徴とする。

本発明によれば、従来のようにタッチセンサを用いることなく、修正対象部の修正加工を行って、高速回転体の回転バランスを修正することができるため、装置コストの削減及び生産性の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る回転バランス修正装置のブロック構成図である。本発明の一実施形態に係る回転バランス修正装置を用いて高速回転体の回転バランスを修正する過程を示した模式図である。従来の回転バランス修正装置を用いて高速回転体の回転バランスを修正する過程を示した模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る回転バランス修正装置のブロック構成図である。この図１に示すように、本実施形態に係る回転バランス修正装置は、高速回転体１０（例えば車両用過給機のタービン等）の回転軸１１に固定された６角ナット１２（修正対象部）を切削することにより、高速回転体１０の回転バランスを修正するものであり、ドリルユニット１、位置決めユニット２、サーボアンプ３及びＰＬＣ（Programmable Logic Controller）４から構成されている。なお、図１において、回転軸１１の軸方向をＹ軸方向とし、該Ｙ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とする。

ドリルユニット１は、位置決めユニット２に固定設置されており、切削ドリル１ａ、モータ１ｂ及びエンコーダ１ｃから構成されている。切削ドリル１ａは、モータ１ｂに装着された修正用ドリルである。モータ１ｂは、例えば３相ブラシレスモータであり、サーボアンプ３から入力される３相交流電圧によって駆動して切削ドリル１ａを回転させる。エンコーダ１ｃは、モータ１ｂにおいて切削ドリル１ａの反対側に装着されており、モータ１ｂの回転に応じたエンコーダパルスを生成してサーボアンプ３に出力する。

位置決めユニット２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能な機構を備えており、ＰＬＣ４から入力される位置制御信号に応じて所定のＸＹ座標に移動する。つまり、この位置決めユニット２がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動することにより、切削ドリル１ａの先端の位置決めが行われる。

サーボアンプ３（モータ駆動計測部）は、ＰＬＣ４から入力されるモータ制御信号に応じて、モータ１ｂが所望の回転数及びトルクで回転駆動するように３相交流電圧（駆動信号）を生成してモータ１ｂに出力する。また、このサーボアンプ３は、エンコーダ１ｃから入力されるエンコーダパルスからモータ１ｂの回転数を計測すると共に、モータ１ｂに流れる電流値からトルクを計測し、これら回転数及びトルクの計測結果をモータ１ｂの回転状態を示すモータ状態信号としてＰＬＣ４に出力する。

ＰＬＣ４（制御部）は、位置決めユニット２の位置（つまり切削ドリル１ａの先端位置）を制御するための位置制御信号を生成して位置決めユニット２に出力すると共に、モータ１ｂの回転数及びトルクを制御するためのモータ制御信号を生成してサーボアンプ３に出力する。また、このＰＬＣ４は、サーボアンプ３から入力されるモータ状態信号（モータ１ｂの回転数及びトルクの計測結果）を基に、これら回転数及びトルクが所望の値となるようにフィードバック制御を行う機能を有している。

さらに、ＰＬＣ４は、本実施形態における特徴点として、切削ドリル１ａを回転させながら切削ドリル１ａの先端を６角ナット１２に向けて移動させ、サーボアンプ３によるモータのトルクの計測結果に基づいて切削ドリル１ａの先端と６角ナット１２との接触を判断し、接触と判断された位置を起点として必要な切削量（修正量）に応じて切削ドリル１ａの先端を移動させる（つまり位置決めユニット２を移動させる）機能を備える。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る回転バランス修正装置の動作について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、上述した本実施形態に係る回転バランス修正装置を用いて、高速回転体１０の回転軸１１に固定された６角ナット１２を切削することにより、高速回転体１０の回転バランスを修正する過程を示した模式図である。なお、図２では、説明の便宜上、回転バランス修正装置におけるドリルユニット１と位置決めユニット２のみを図示している。

まず、図２（ａ）に示すように、ＰＬＣ４は、位置決めユニット２をＸ軸方向に沿って切削ドリル１ａの切削位置へ移動させる。続いて、図２（ｂ）に示すように、ＰＬＣ４は、サーボアンプ３を介してモータ１ｂを駆動させることで切削ドリル１ａを回転させながら、位置決めユニット２をＹ軸方向に沿って高速回転体１０側に移動させる（つまり、切削ドリル１ａの先端を６角ナット１２に向けて移動させる）。

ここで、切削ドリル１ａの先端が６角ナット１２の面位置に接触すると、モータ１ｂの負荷が増大するためトルクが上昇する。つまり、サーボアンプ３によって計測されるモータ１ｂのトルクが上昇し、その計測結果はモータ状態信号としてＰＬＣ４に送られる。ＰＬＣ４は、サーボアンプ３から入力されるモータ状態信号を基にモータ１ｂのトルクを監視し、モータ１ｂのトルクが所定の閾値を越えた場合に、切削ドリル１ａの先端が６角ナット１２の面位置に接触したと判断し、その時のＹ軸の座標を切削起点座標として内部メモリに記憶し、この切削起点座標を切削ドリル１ａによる切削の起点とする。

そして、図２（ｃ）に示すように、ＰＬＣ４は、引き続き切削ドリル１ａを回転させながら、内部メモリに記憶した切削起点座標を起点として必要な切削量に応じた移動量だけ位置決めユニット２を前進させる（切削量に応じて切削ドリル１ａの先端を移動させる）ことで６角ナット１２の切削を行う。

以上のように、本実施形態によれば、従来のようなタッチセンサを用いることなく、６角ナット１２の切削を行って、高速回転体１０の回転バランスを修正することができるため、装置コストの削減及び生産性の向上を図ることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、モータ１ｂとして３相ブラシレスモータを用いた場合を例示したが、この他のモータ、例えばＤＣブラシレスモータ等を用いても良い。また、制御部としてＰＬＣ４を用いた場合を例示したが、例えばＰＣ（Personal Computer）等の他のデジタル演算処理装置を用いても良い。

（２）上記実施形態では、位置決めユニット２本体をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることで切削ドリル１ａの先端の位置決めを行う場合を例示したが、位置決めユニット２本体は固定し、ドリルユニット１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる機構を位置決めユニット２内部に設けることで、切削ドリル１ａの先端の位置決めを行うようにしても良い。

（３）上記実施形態では、高速回転体１０として車両用過給器のタービンを想定したが、その他、ガスタービン等の高速回転機械の回転バランスを修正するために、本発明を適用することが可能である。

１…ドリルユニット、１ａ…切削ドリル、１ｂ…モータ、１ｃ…エンコーダ、２…位置決めユニット、３…サーボアンプ、４…ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、１０…高速回転体、１１…回転軸、１２…６角ナット

Claims

高速回転体の回転軸に設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置であって、
前記修正対象部の修正用ドリルが装着されたモータと、
修正用ドリル先端の位置決めを行う位置決めユニットと、
前記モータの回転状態及び前記位置決めユニットによる位置決めを制御する制御部と、
前記制御部の制御に応じて前記モータ用の駆動信号を生成すると共に、前記モータの回転状態を計測するモータ駆動計測部と、を備え、
前記制御部は、前記修正用ドリルを回転させながら修正用ドリル先端を修正対象部に向けて移動させ、前記モータ駆動計測部の計測結果に含まれるモータのトルクに基づいて修正用ドリル先端と修正対象部との接触を判断し、接触と判断された位置を起点として必要な修正量に応じて修正ドリル先端を移動させることを特徴とする回転バランス修正装置。
前記制御部は、前記モータ駆動計測部の計測結果に含まれるモータのトルクが所定の閾値を越えた場合に、修正用ドリル先端と修正対象部とが接触したと判断することを特徴とする請求項１記載の回転バランス修正装置。
高速回転体の回転軸に設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正方法であって、
修正用ドリルをモータによって回転させながら修正用ドリル先端を修正対象部に向けて移動させ、前記モータのトルクに基づいて修正用ドリル先端と修正対象部との接触を判断し、接触と判断された位置を起点として必要な修正量に応じて修正ドリル先端を移動させることを特徴とする回転バランス修正方法。
前記モータのトルクが所定の閾値を越えた場合に、修正用ドリル先端と修正対象部とが接触したと判断することを特徴とする請求項３記載の回転バランス修正方法。