JP2011112514A - Balance correction apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転体のバランスを修正するバランス修正装置と方法に関する。 The present invention relates to a balance correction apparatus and method for correcting the balance of a rotating body.
回転体は、回転機械に設けられ、その軸を中心として回転する。本発明の対象となる回転機械は、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。この回転機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギーを回転運動エネルギーに変換する。原動機としては、例えば、ガスタービン（軸流タービン、ラジアルタービン）がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。被動機としては、例えば、圧縮機（遠心圧縮機、航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機、斜流圧縮機、横流圧縮機、ポンプ）がある。また、本発明の対象となる回転機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。 The rotating body is provided in a rotating machine and rotates about its axis. A rotating machine that is an object of the present invention is a fluid machine in which rotating blades that exert force on a fluid are provided on a rotating body. This rotating machine includes a prime mover and a driven machine. The prime mover converts the energy of the fluid into rotational kinetic energy by rotationally driving the rotating body by the pressure that the fluid acts on the rotor blades. As a prime mover, for example, there is a gas turbine (axial turbine, radial turbine). The driven machine applies rotational kinetic energy to the fluid by rotating the rotor blades that are rotationally driven to apply pressure to the fluid. Examples of the driven machine include a compressor (an axial flow compressor, a mixed flow compressor, a cross flow compressor, and a pump provided in a centrifugal compressor, an aircraft engine, or the like). Moreover, the rotary machine which is the object of the present invention includes a supercharger having both functions of a prime mover and a driven machine.
回転機械の回転体のバランス修正は、この回転体のアンバランスを測定し、この測定アンバランスデータに従って、回転体における除去対象部を切削工具で切削することで行っている。測定アンバランスデータは、どの回転方向位置（即ち、回転中心周りにおける位置。以下同様）に、どれだけのアンバランス量（即ち、アンバランス質量と、回転中心から該アンバランス質量の重心までの距離との積。以下同様）があるかを示すデータである。測定アンバランスデータが示す回転方向位置に基づいて、測定アンバランスデータが示すアンバランス量に相当する量を切削することで、回転体のアンバランスを除去する。本願では、回転体の回転中心を単に回転中心ともいう。 The balance of the rotating body of the rotating machine is corrected by measuring the unbalance of the rotating body and cutting the removal target portion of the rotating body with a cutting tool in accordance with the measured unbalance data. The measurement unbalance data includes the position in the rotational direction (that is, the position around the center of rotation, and so on) and the amount of unbalance (that is, the unbalance mass and the distance from the center of rotation to the center of gravity of the unbalanced mass). This is data indicating whether there is a product of the same. Based on the rotation direction position indicated by the measurement unbalance data, the unbalance of the rotating body is removed by cutting an amount corresponding to the unbalance amount indicated by the measurement unbalance data. In the present application, the rotation center of the rotating body is also simply referred to as the rotation center.
上述のような回転体のバランス修正は、例えば下記の特許文献１に記載されている。 The balance correction of the rotating body as described above is described in, for example, Patent Document 1 below.
しかし、回転体のバランス修正には時間がかかる。回転体のバランスを修正するためには、回転体を回転させてアンバランスを測定し、その後、回転体の回転を停止させ、回転体の除去対象部を切削する。このように、アンバランス測定の工程と、切削の工程とが分かれているため、回転体のバランス修正に時間がかかっていた。 However, it takes time to correct the balance of the rotating body. In order to correct the balance of the rotating body, the rotating body is rotated to measure the unbalance, and then the rotation of the rotating body is stopped and the removal target portion of the rotating body is cut. Thus, since the unbalance measurement process and the cutting process are separated, it took time to correct the balance of the rotating body.
そこで、本発明の目的は、回転体のバランス修正に要する時間を短縮することにある。 Therefore, an object of the present invention is to shorten the time required for correcting the balance of the rotating body.
上記目的を達成するために、本発明によると、回転体のバランスを修正するバランス修正装置であって、
回転体の回転方向における所定のレーザ照射位置で、回転体の除去対象部にパルスレーザを照射することにより該除去対象部の一部を除去するパルスレーザ照射装置と、
所定の基準位置からの回転体の回転角を検出する角度センサと、
角度センサによる検出回転角に基づいてパルスレーザ照射装置のレーザ照射タイミングを制御する制御装置と、を備え、
回転体のバランスを修正するために質量を除去すべき除去対象部上の回転方向位置を修正位置とし、
前記制御装置は、回転体と共に回転する修正位置が前記レーザ照射位置に一致した時点で前記レーザ照射位置にパルスレーザを照射するように、パルスレーザ照射装置を制御する、ことを特徴とするバランス修正装置が提供される。
To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a balance correcting device for correcting the balance of a rotating body,
A pulse laser irradiation device that removes a part of the removal target portion by irradiating the removal target portion of the rotation body with a pulse laser at a predetermined laser irradiation position in the rotation direction of the rotation body;
An angle sensor for detecting the rotation angle of the rotating body from a predetermined reference position;
A control device for controlling the laser irradiation timing of the pulse laser irradiation device based on the rotation angle detected by the angle sensor,
In order to correct the balance of the rotating body, the rotational position on the object to be removed should be the correction position,
The control device controls the pulse laser irradiation device to irradiate the laser irradiation position with the pulse laser when the correction position rotated together with the rotating body coincides with the laser irradiation position. An apparatus is provided.
本発明の好ましい実施形態によると、前記制御装置は、回転による修正位置の変化と前記回転角との関係、前記レーザ照射位置、および前記検出回転角に基づいて、前記レーザ照射タイミングを制御する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the control device controls the laser irradiation timing based on the relationship between the change in the correction position due to rotation and the rotation angle, the laser irradiation position, and the detected rotation angle.
また、本発明の好ましい実施形態によると、アンバランスが存在する回転体における回転方向位置を前記修正位置として測定するとともに、該修正位置におけるアンバランス量を測定するアンバランス測定装置を備え、
前記制御装置は、前記アンバランス量が所定値以下になるまで、修正位置が前記レーザ照射位置に一致した時点で該レーザ照射位置にパルスレーザを照射することを繰り返すように、パルスレーザ照射装置を制御する。
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the apparatus includes an unbalance measuring device that measures a rotational direction position of a rotating body in which an unbalance exists as the correction position, and measures an unbalance amount at the correction position,
The control device repeats irradiating the laser irradiation position with the pulse laser when the correction position coincides with the laser irradiation position until the unbalance amount becomes a predetermined value or less. Control.
また、上記目的を達成するため、本発明によると、上述のバランス修正装置を用いたバランス修正方法であって、
回転体が回転している状態で、アンバランス測定装置により、前記修正位置と前記アンバランス量を測定しつつ、制御装置により、前記アンバランス量が所定値以下になるまで、修正位置がレーザ照射位置に一致した時点でレーザ照射位置にパルスレーザを照射することを繰り返す、ことを特徴とするバランス修正方法が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a balance correction method using the balance correction apparatus described above,
While the rotating body is rotating, while measuring the correction position and the unbalance amount by the unbalance measuring device, the correction position is irradiated with the laser until the unbalance amount becomes a predetermined value or less by the control device. There is provided a balance correction method characterized by repeatedly irradiating a laser irradiation position with a pulse laser at a time point coincident with the position.
上述した本発明によると、回転体が回転している状態で、修正位置が、パルスレーザ照射装置によるレーザ照射位置に一致した時点で、該レーザ照射位置にパルスレーザを照射するので、除去対象部の一部を除去するために、回転体の回転を停止することを要しない。これにより、回転体のバランス修正に要する時間を短縮することができる。本発明の実施形態による他の効果は後述する。 According to the present invention described above, when the rotating body is rotating, when the correction position coincides with the laser irradiation position by the pulse laser irradiation apparatus, the laser irradiation position is irradiated with the pulse laser. It is not necessary to stop the rotation of the rotating body in order to remove a part of the rotating body. Thereby, the time required for the balance correction of the rotating body can be shortened. Other effects according to the embodiment of the present invention will be described later.
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。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。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
［バランス修正装置の構成］
図１（Ａ）は、本発明の実施形態によるバランス修正装置１０の構成図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図１に示すように、バランス修正装置１０は、支持体３、アンバランス測定装置５、パルスレーザ照射装置７、および制御装置９を備える。
[Configuration of balance correction device]
FIG. 1A is a configuration diagram of a balance correction apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a BB arrow view of FIG. As shown in FIG. 1, the balance correction device 10 includes a support 3, an unbalance measurement device 5, a pulse laser irradiation device 7, and a control device 9.
支持体３は、回転機械の回転体１１を支持する。回転体１１は、支持体３に支持された状態で、回転体１１の軸Ｃを中心に回転可能である。なお、支持体３の一部は、回転機械の静止側部材により構成されてもよい。なお、回転体１１は、例えば、図示しない電動機により回転駆動される。 The support 3 supports the rotating body 11 of the rotating machine. The rotating body 11 is rotatable about the axis C of the rotating body 11 while being supported by the support body 3. In addition, a part of the support body 3 may be comprised by the stationary side member of a rotary machine. The rotating body 11 is driven to rotate by, for example, an electric motor (not shown).
アンバランス測定装置５は、回転体１１のアンバランスが存在する回転方向位置を修正位置として測定するとともに、該修正位置におけるアンバランス量を測定する。修正位置は、回転体１１と共に回転する。また、修正位置は、回転体１１のバランスを修正するために質量を除去すべき除去対象部１１ａ上の回転方向位置である。アンバランス測定装置５は、加速度センサ５ａ、角度センサ５ｂ、および演算器５ｃを有する。 The unbalance measuring device 5 measures a rotational direction position where the unbalance of the rotating body 11 exists as a correction position, and measures an unbalance amount at the correction position. The correction position rotates together with the rotating body 11. The correction position is a rotation direction position on the removal target portion 11a from which mass is to be removed in order to correct the balance of the rotating body 11. The unbalance measuring device 5 includes an acceleration sensor 5a, an angle sensor 5b, and a calculator 5c.
加速度センサ５ａは、支持体３に取り付けられる。加速度センサ５ａは、回転体１１が回転している状態で、支持体３の加速度（即ち、振動）を検出し、検出した加速度を演算器５ｃに出力する。 The acceleration sensor 5a is attached to the support 3. The acceleration sensor 5a detects the acceleration (that is, vibration) of the support 3 while the rotating body 11 is rotating, and outputs the detected acceleration to the calculator 5c.
角度センサ５ｂは、所定の基準位置（基準姿勢）からの回転体１１の回転角を検出し、検出した回転角を演算器５ｃに出力する。この回転角は、回転体１１が１回転することでゼロ度〜３６０度まで変化する。 角度センサ５ｂは、例えば磁気センサであってよい。 The angle sensor 5b detects the rotation angle of the rotating body 11 from a predetermined reference position (reference posture), and outputs the detected rotation angle to the calculator 5c. The rotation angle changes from zero degrees to 360 degrees when the rotating body 11 rotates once. The angle sensor 5b may be a magnetic sensor, for example.
演算器５ｃは、加速度センサ５ａが検出した前記加速度と角度センサ５ｂが検出した前記回転角との関連を表す振動データを生成し、さらに、この振動データから、影響係数を用いて、前記修正位置と、該修正位置における前記アンバランス量とを示す測定アンバランスデータ（後で詳しく述べる）を算出する。なお、影響係数は、予め取得しておく。影響係数は、後で詳しく述べるが、例えば、回転体１１に試し錘を取り付けること等により回転体１１にバランス変化を与え、このバランス変化による振動データ（前記と同様の振動データ）の変化に基づいて算出される。 The computing unit 5c generates vibration data representing a relationship between the acceleration detected by the acceleration sensor 5a and the rotation angle detected by the angle sensor 5b, and further, using the influence coefficient, the correction position is calculated from the vibration data. And measurement unbalance data (which will be described in detail later) indicating the unbalance amount at the correction position. The influence coefficient is acquired in advance. The influence coefficient will be described in detail later. For example, a balance change is given to the rotating body 11 by attaching a trial weight to the rotating body 11, and the influence coefficient is based on a change in vibration data (vibration data similar to the above) due to this balance change. Is calculated.
パルスレーザ照射装置７は、回転体１１の回転方向における所定のレーザ照射位置で、回転体１１の除去対象部１１ａにパルスレーザを照射することにより該除去対象部１１ａの一部を溶融または蒸発させて除去する。本実施形態では、パルスレーザ照射装置７によるレーザ照射位置は、静止している所定の回転方向位置である。また、このレーザ照射位置で、パルスレーザ照射装置７が除去対象部１１ａにパルスレーザ（図１（Ａ）において符号ＰＬで示す）を照射することで、除去対象部１１ａにおいて質量が除去される領域は、除去対象部１１ａの外周縁より半径方向内側となるのがよい。なお、パルスレーザ照射で溶融した除去対象部１１ａの一部は、高速回転による遠心力で半径方向外方へ飛散されてよい。 The pulse laser irradiation device 7 melts or evaporates a part of the removal target part 11a by irradiating the removal target part 11a of the rotary body 11 with a pulse laser at a predetermined laser irradiation position in the rotation direction of the rotary body 11. To remove. In the present embodiment, the laser irradiation position by the pulse laser irradiation device 7 is a predetermined rotational direction position that is stationary. Moreover, the area | region where mass is removed in the removal object part 11a because the pulse laser irradiation apparatus 7 irradiates the removal object part 11a with the pulse laser (indicated by reference sign PL in FIG. 1A) at this laser irradiation position. Is preferably located radially inward of the outer peripheral edge of the removal target portion 11a. A part of the removal target portion 11a melted by the pulse laser irradiation may be scattered outward in the radial direction by a centrifugal force by high-speed rotation.
制御装置９は、角度センサ５ｂによる検出回転角に基づいてパルスレーザ照射装置７のレーザ照射タイミングを制御する。上述の修正位置が、回転体１１の回転により回転することで時間間隔をおいた各時点で前記レーザ照射位置に一致する。そのため、制御装置９は、修正位置がレーザ照射位置に一致した時点で、レーザ照射位置にパルスレーザを照射するように、パルスレーザ照射装置７を制御する。この制御は、修正位置の回転する（静止座標系から見た）回転方向位置と前記回転角との関係、（静止座標系から見た）前記レーザ照射位置、および前記検出回転角に基づいて、制御装置９がパルスレーザ照射装置７に対して行う。前記関係は、上述の基準位置や、修正位置に相当する回転角などに基づいて作成され制御装置９に保持されてよい。制御装置９は、前記レーザ照射位置も予め記憶する。好ましくは、複数回のパルスレーザ照射による除去加工で、除去対象部１１ａの質量を少しずつ除去して回転体１１のバランス修正を終了できるようにパルスレーザのエネルギ（即ち、パルスレーザ照射装置７）を選択する。この場合、制御装置９は、前記アンバランス量が所定値（規定値）以下になるまで、修正位置が、前記レーザ照射位置に一致した時点で、該レーザ照射位置にパルスレーザを照射することを繰り返すように、前記関係、前記レーザ照射位置、および前記検出回転角に基づいてパルスレーザ照射装置７を制御する。 The control device 9 controls the laser irradiation timing of the pulse laser irradiation device 7 based on the rotation angle detected by the angle sensor 5b. The correction position described above coincides with the laser irradiation position at each point in time by rotating by the rotation of the rotating body 11. Therefore, the control device 9 controls the pulse laser irradiation device 7 so that the laser irradiation position is irradiated with the pulse laser when the correction position coincides with the laser irradiation position. This control is based on the rotation position of the correction position (viewed from the stationary coordinate system) and the rotation angle, the laser irradiation position (viewed from the stationary coordinate system), and the detected rotation angle. The control device 9 performs the pulse laser irradiation device 7. The relationship may be created and held in the control device 9 based on the above-described reference position, a rotation angle corresponding to the correction position, or the like. The control device 9 also stores the laser irradiation position in advance. Preferably, the energy of the pulse laser (that is, the pulse laser irradiation device 7) is such that the correction of the balance of the rotating body 11 can be completed by removing the mass of the removal target portion 11a little by little by the removal processing by multiple times of pulse laser irradiation. Select. In this case, the control device 9 irradiates the laser irradiation position with the pulse laser when the correction position coincides with the laser irradiation position until the unbalance amount becomes a predetermined value (specified value) or less. To repeat, the pulse laser irradiation device 7 is controlled based on the relationship, the laser irradiation position, and the detected rotation angle.
図２は、パルスレーザ照射装置７の構成例を示す。 FIG. 2 shows a configuration example of the pulse laser irradiation device 7.
パルスレーザ照射装置７は、レーザ媒質７ａ（例えば、Ｎｄを含むＹＡＧのロッド）と、レーザ媒質７ａを間に挟む全反射ミラー７ｂおよび部分反射ミラー７ｃとを有する。レーザ媒質７ａは、励起光ＥＬで光励起されることで、レーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、全反射ミラー７ｂおよび部分反射ミラー７ｃに反射されることで、全反射ミラー７ｂと部分反射ミラー７ｃとの間を往復しながらレーザ媒質７ａを通過する。 The pulse laser irradiation device 7 includes a laser medium 7a (for example, a YAG rod containing Nd), and a total reflection mirror 7b and a partial reflection mirror 7c sandwiching the laser medium 7a. The laser medium 7a oscillates a laser beam by being optically excited by the excitation light EL. The oscillated laser light is reflected by the total reflection mirror 7b and the partial reflection mirror 7c, and passes through the laser medium 7a while reciprocating between the total reflection mirror 7b and the partial reflection mirror 7c.
パルスレーザ照射装置７は、さらに、ＱスイッチドライバおよびＱスイッチとを有する。Ｑスイッチドライバは、高周波電源７ｄおよびインピーダンス整合回路７ｅを有する。Ｑスイッチは、この例では、超音波Ｑスイッチであり、超音波媒体７ｆおよびトランスデューサ７ｇを有する。高周波電源７ｄは、インピーダンス整合回路７ｅを介して、トランスデューサ７ｇを駆動する。これにより、トランスデューサ７ｇは、電気エネルギを超音波に変換して、前記レーザ光が通過する超音波媒体７ｆ中を、該レーザ光と直交する方向に当該超音波を進行させる。この状態で、超音波媒体７ｆ内へ直進してきたレーザ光は、超音波媒体７ｆにより回折され、これにより、全反射ミラー７ｂと部分反射ミラー７ｃとの間にあるレーザ共振系内のレーザ発振が抑えられる。その結果、レーザ媒質７ａの内部に大きなエネルギーが蓄積される。 The pulse laser irradiation device 7 further includes a Q switch driver and a Q switch. The Q switch driver has a high frequency power source 7d and an impedance matching circuit 7e. In this example, the Q switch is an ultrasonic Q switch, and includes an ultrasonic medium 7f and a transducer 7g. The high frequency power supply 7d drives the transducer 7g through the impedance matching circuit 7e. As a result, the transducer 7g converts electrical energy into ultrasonic waves and advances the ultrasonic waves in a direction orthogonal to the laser light through the ultrasonic medium 7f through which the laser light passes. In this state, the laser light that has traveled straight into the ultrasonic medium 7f is diffracted by the ultrasonic medium 7f, thereby causing laser oscillation in the laser resonance system between the total reflection mirror 7b and the partial reflection mirror 7c. It can be suppressed. As a result, large energy is accumulated inside the laser medium 7a.
制御装置９は、図２の例では、トリガ信号出力部９ａおよび電力供給停止手段９ｂを有する。トリガ信号出力部９ａは、回転による修正位置の変化と前記回転角との前記関係と、前記レーザ照射位置、および前記検出回転角に基づいて、回転体１１の回転により回転する修正位置が、後述の作動位置に一致した時点でトリガ信号を電力供給停止手段９ｂに出力する。電力供給停止手段９ｂは、トリガ信号に反応して、高周波電源７ｄからトランスデューサ７ｇへの電力供給を停止する。これにより、上述の回折が無くなることでレーザ媒質７ａに蓄積されたエネルギが一気に放出され、強力なパルスレーザが、部分反射ミラー７ｃを通過して、レーザ照射位置に一致した修正位置に軸方向に照射される。前記作動位置は、パルスレーザ照射装置７によるレーザ照射位置であるか、または、信号伝送時間などによる遅延が生じる場合には、当該遅延時間に基づいて定められた先行位置である。この先行位置は、回転体１１の回転方向に、レーザ照射位置から前記遅延時間に相当する分だけずれた位置である。また、なお、本願において、軸方向とは、回転体１１の回転軸Ｃと平行な方向である。 In the example of FIG. 2, the control device 9 includes a trigger signal output unit 9a and a power supply stop unit 9b. The trigger signal output unit 9a has a correction position rotated by the rotation of the rotating body 11 based on the relationship between the change in the correction position due to rotation and the rotation angle, the laser irradiation position, and the detected rotation angle. A trigger signal is output to the power supply stopping means 9b at the time when it coincides with the operating position. The power supply stop means 9b stops the power supply from the high frequency power supply 7d to the transducer 7g in response to the trigger signal. As a result, the energy accumulated in the laser medium 7a is released all at once because the above-mentioned diffraction is eliminated, and the powerful pulse laser passes through the partial reflection mirror 7c in the axial direction to the correction position corresponding to the laser irradiation position. Irradiated. The operating position is a laser irradiation position by the pulse laser irradiation device 7 or a preceding position determined based on the delay time when a delay due to a signal transmission time or the like occurs. The preceding position is a position shifted in the rotation direction of the rotator 11 from the laser irradiation position by an amount corresponding to the delay time. In the present application, the axial direction is a direction parallel to the rotation axis C of the rotating body 11.
［振動データ］
演算器５ｃは、加速度センサ５ａが検出した前記加速度（振動）と角度センサ５ｂが検出した前記回転角に基づいて振動データを生成する。振動データは、振動の振幅と位相θからなる。図３は、振動の振幅と位相θを示す。図３において、横軸は、角度センサ５ｂにより検出した回転角を示し、縦軸は、加速度センサ５ａにより検出された振動のうち１次振動の強度を示す。１次振動は、回転角の検出時における回転体１１の回転速度と同じ周波数成分の振動である。即ち、１次振動は、加速度センサ５ａによる振動測定時における回転体１１の回転速度（１秒間での回転数）と同じ周波数［Ｈｚ］の成分を、加速度センサ５ａが出力した検出した前記加速度から抽出した振動である。図３において、位相θは、基準位相（図３の例では、ゼロ度）に対する１次振動のずれを示す。即ち、位相θは、基準位相に対する、１次振動の周期の始点となる位相のずれを示す。
振動データ（即ち、後述の振動データＸ１、Ｘ２、Ｘ、Ｘｎ）を、複素数で表す。図４は、複素数で表した振動データを示す。図４のように、１次振動の振幅を大きさ（絶対値）Ｒとし、上述の位相θを偏角として、振動データを複素数で表す（以下、同様）。演算器５ｃは、このような振動データを生成する。
[Vibration data]
The computing unit 5c generates vibration data based on the acceleration (vibration) detected by the acceleration sensor 5a and the rotation angle detected by the angle sensor 5b. The vibration data is composed of vibration amplitude and phase θ. FIG. 3 shows the amplitude and phase θ of the vibration. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the rotation angle detected by the angle sensor 5b, and the vertical axis indicates the intensity of the primary vibration among the vibrations detected by the acceleration sensor 5a. The primary vibration is a vibration having the same frequency component as the rotation speed of the rotating body 11 when the rotation angle is detected. That is, the primary vibration has a component of the same frequency [Hz] as the rotational speed (the number of rotations per second) of the rotating body 11 at the time of vibration measurement by the acceleration sensor 5a, based on the detected acceleration output from the acceleration sensor 5a. It is the extracted vibration. In FIG. 3, the phase θ represents the deviation of the primary vibration with respect to the reference phase (zero degree in the example of FIG. 3). That is, the phase θ indicates a phase shift that is a starting point of the period of the primary vibration with respect to the reference phase.
Vibration data (that is, vibration data X 1 , X 2 , X, X n described later) is represented by a complex number. FIG. 4 shows the vibration data expressed in complex numbers. As shown in FIG. 4, the vibration data is expressed as a complex number with the magnitude (absolute value) R of the primary vibration and the above-mentioned phase θ as the declination (hereinafter the same). The computing unit 5c generates such vibration data.
［バランス修正方法］
次に、本発明の実施形態によるバランス修正方法を説明する。このバランス修正方法は、上述したバランス修正装置１０を使用する。
図５は、本実施形態によるバランス修正方法のフローチャートである。
[Balance correction method]
Next, a balance correction method according to an embodiment of the present invention will be described. This balance correction method uses the balance correction apparatus 10 described above.
FIG. 5 is a flowchart of the balance correction method according to the present embodiment.
バランス修正方法は、影響係数取得ステップＳ１と、アンバランス測定ステップＳ２と、アンバランス除去ステップＳ３とを有する。 The balance correction method includes an influence coefficient acquisition step S1, an unbalance measurement step S2, and an unbalance removal step S3.
影響係数取得ステップＳ１は、ステップＳ１１〜Ｓ１４からなる。 The influence coefficient acquisition step S1 includes steps S11 to S14.
ステップＳ１１では、回転体１１が回転している状態で、加速度センサ５ａが、回転体１１を支持する支持体３の振動（即ち、加速度）を検出しながら、角度センサ５ｂが回転角を検出することで、第１の振動データＸ１を取得する。第１の振動データＸ１を次式（１）で表す。
Ｘ１＝Ａ１＋ｊＢ１ ・・・（１）
ここで、Ａ１は実部であり、Ｂ１は虚部であり、ｊは虚数単位（以下、同様）である。
第１の振動データＸ１の取得は、演算器５ｃが行う。即ち、演算器５ｃは、ステップＳ１１において、加速度センサ５ａからの検出加速度と角度センサ５ｂからの検出回転角とに基づいて、第１の振動データＸ１を生成する。
In step S11, the angle sensor 5b detects the rotation angle while the acceleration sensor 5a detects the vibration (that is, acceleration) of the support 3 that supports the rotation body 11 while the rotation body 11 is rotating. it is, to obtain a first vibration data X 1. A first vibration data X 1 represented by the following formula (1).
X 1 = A 1 + jB 1 (1)
Here, A 1 is a real part, B 1 is an imaginary part, and j is an imaginary unit (hereinafter the same).
First obtaining vibration data X 1 is computing unit 5c does. That is, in step S11, the calculator 5c generates the first vibration data X1 based on the detected acceleration from the acceleration sensor 5a and the detected rotation angle from the angle sensor 5b.
ステップＳ１２では、所定の回転角において除去対象部１１ａに試し錘を取り付ける。例えば、回転体１１の回転を停止させて、除去対象部１１ａに試し錘を取り付ける。 In step S12, a trial weight is attached to the removal target portion 11a at a predetermined rotation angle. For example, the rotation of the rotating body 11 is stopped and a trial weight is attached to the removal target portion 11a.
ステップＳ１３では、試し錘が取り付けられた回転体１１が回転している状態で、加速度センサ５ａが、回転体１１を支持する支持体３の振動（即ち、加速度）を検出しながら、角度センサ５ｂが回転角を検出することで、第２の振動データＸ２を取得する。第２の振動データＸ２を次式（２）で表す。
Ｘ２＝Ａ２＋ｊＢ２ ・・・（２）
ここで、Ａ２は実部であり、Ｂ２は虚部である。
第２の振動データＸ２の取得は、演算器５ｃが行う。即ち、演算器５ｃは、ステップＳ１３において、加速度センサ５ａからの検出加速度と角度センサ５ｂからの検出回転角とに基づいて、第２の振動データＸ２を算出する。
In step S13, while the rotating body 11 to which the trial weight is attached is rotating, the acceleration sensor 5a detects the vibration (that is, acceleration) of the support body 3 that supports the rotating body 11, and the angle sensor 5b. There by detecting the rotation angle to obtain a second vibration data X 2. The second vibration data X 2 represented by the following formula (2).
X 2 = A 2 + jB 2 (2)
Here, A 2 is a real part and B 2 is an imaginary part.
Second acquisition vibration data X 2 is computing unit 5c does. That is, the computing unit 5c, in step S13, on the basis of the detected rotation angle from detected acceleration and angle sensor 5b from the acceleration sensor 5a, it calculates a second vibration data X 2.
ステップＳ１４では、第１の振動データＸ１と、ステップＳ１２で与えた回転バランス変化と、第２の振動データＸ２とに基づいて、回転体１１の影響係数Ｆ０を算出する。影響係数Ｆ０は、次式（３）で算出される。
Ｆ０＝（Ｘ２−Ｘ１）／Ｍ（ｃｏｓθｇ＋ｊｓｉｎθｇ） ・・・（３）
ここで、Ｍ（ｃｏｓθｇ＋ｊｓｉｎθｇ）は、ステップＳ１２で回転体１１に与えた前記回転バランス変化を表す。具体的には、Ｍは、ステップＳ１２で加えた換算質量である。この換算質量Ｍは、試し錘の質量と、回転中心から試し錘の重心までの距離との積である。θｇは、ステップＳ１２で取り付けた試し錘の回転方向位置（即ち、角度）を示す。この回転方向位置は、上述の基準位相に対する位相であってよい。なお、影響係数は、アンバランス除去ステップＳ３の対象となる回転体１１について上述のように取得してもよいし、アンバランス除去ステップＳ３の対象となる回転体１１を持つ回転機械とは別であるが、該回転機械と同機種の回転機械の回転体について上述と同様の方法で取得しでもよい。
In step S14, the first vibration data X 1, and rotational balance change given in step S12, based on the second and vibration data X 2, calculates the influence factor F 0 of the rotating body 11. The influence coefficient F 0 is calculated by the following equation (3).
F 0 = (X 2 −X 1 ) / M (cos θ g + j sin θ g ) (3)
Here, M (cosθ g + jsinθ g ) represents the rotational balance changes imparted to the rotor 11 in step S12. Specifically, M is the reduced mass added in step S12. This converted mass M is the product of the mass of the trial weight and the distance from the center of rotation to the center of gravity of the trial weight. θ g indicates the rotational direction position (that is, angle) of the trial weight attached in step S12. This rotational direction position may be a phase with respect to the reference phase described above. Note that the influence coefficient may be acquired as described above for the rotating body 11 that is the target of the unbalance removing step S3, or different from the rotating machine that has the rotating body 11 that is the target of the unbalance removing step S3. However, the rotating body of a rotating machine of the same model as the rotating machine may be acquired by the same method as described above.
アンバランス測定ステップＳ２では、試し錘が付いていない回転体１１について、ステップＳ１１と同様の方法で、演算器５ｃは、加速度センサ５ａからの検出加速度と角度センサ５ｂからの検出回転角とに基づいて、振動データＸを算出する。
次いで、演算器５ｃは、この振動データＸと上述の影響係数Ｆ０からアンバランスデータＵ０を算出する。アンバランスデータＵ０は、演算器５ｃにより次式（４）で算出される。
Ｕ０＝Ｘ／Ｆ０ ・・・（４）
Ｕ０を、ｍ０を絶対値とし、偏角をθ０として、次式（５）で表す。
Ｕ０＝ｍ０（ｃｏｓθ０＋ｊｓｉｎθ０） ・・・（５）
In the unbalance measurement step S2, the computing unit 5c is based on the detected acceleration from the acceleration sensor 5a and the detected rotation angle from the angle sensor 5b in the same manner as in step S11 for the rotating body 11 without the trial weight. Vibration data X is calculated.
Then, computing unit 5c calculates the unbalance data U 0 from influence coefficients F 0 described above with the vibration data X. Unbalanced data U 0 is calculated by the following equation (4) by the arithmetic unit 5c.
U 0 = X / F 0 (4)
U 0 is expressed by the following equation (5), where m 0 is an absolute value and the declination is θ 0 .
U 0 = m 0 (cos θ 0 + jsin θ 0 ) (5)
アンバランス除去ステップＳ３では、回転体１１が回転している状態で、アンバランス測定装置５が、前記修正位置と前記アンバランス量を測定しつつ、制御装置９が、修正位置におけるアンバランス量が所定値以下になるまで、修正位置にパルスレーザを繰り返し照射するように、パルスレーザ照射装置７のレーザ照射を制御装置９が制御する。アンバランス除去ステップＳ３は、ステップＳ３１〜Ｓ３３からなる。 In the unbalance removal step S3, the unbalance measuring device 5 measures the correction position and the unbalance amount while the rotating body 11 is rotating, and the control device 9 determines the unbalance amount at the correction position. The control device 9 controls the laser irradiation of the pulse laser irradiation device 7 so as to repeatedly irradiate the correction position with the pulse laser until the value becomes a predetermined value or less. The unbalance removal step S3 includes steps S31 to S33.
ステップＳ３１では、制御装置９が、回転体１１の回転により回転する修正位置（初めてステップＳ３１を行う場合には、上述の偏角θ０が示す位置）が、パルスレーザ照射装置７によるレーザ照射位置に一致した時点で、該レーザ照射位置にパルスレーザを照射するように、回転による修正位置の変化と前記回転角との前記関係と、前記レーザ照射位置、および前記検出回転角に基づいてパルスレーザ照射装置７を制御する。これにより、パルスレーザを１回だけ除去対象部１１ａにおける修正位置に照射して、修正位置において、除去対象部１１ａの一部を除去する。 In step S31, the control unit 9, the correction position which is rotated by the rotation of the rotating body 11 (in the case of performing the first step S31, the position indicated by the argument theta 0 described above) is, the laser irradiation position by the pulse laser irradiation apparatus 7 The pulse laser is based on the relationship between the change in the correction position due to rotation and the rotation angle, the laser irradiation position, and the detected rotation angle so that the laser irradiation position is irradiated with the pulse laser when The irradiation device 7 is controlled. Thus, the correction position in the removal target portion 11a is irradiated only once with the pulse laser, and a part of the removal target portion 11a is removed at the correction position.
ステップＳ３２では、アンバランスを測定する。
回転体１１が回転している状態で、加速度センサ５ａが、回転体１１を支持する支持体３の振動（即ち、加速度）を検出しながら、角度センサ５ｂが回転角を検出することで、振動データＸｎを取得する。振動データＸｎを次式（６）で表す。
Ｘｎ＝Ａｎ＋ｊＢｎ ・・・（６）
ここで、Ａｎは実部であり、Ｂｎは虚部である。
振動データＸｎの取得は、演算器５ｃが行う。即ち、演算器５ｃは、加速度センサ５ａからの検出加速度と角度センサ５ｂからの検出回転角とに基づいて、振動データＸｎを算出する。
次いで、アンバランスデータＵｎを、演算器５ｃが次式（７）で算出する。
Ｕｎ＝Ｘｎ／Ｆ０ ・・・（７）
Ｕｎを、ｍｎを絶対値とし、偏角をθｎとして、次式（８）で表す。
Ｕｎ＝ｍｎ（ｃｏｓθｎ＋ｊｓｉｎθｎ） ・・・（８）
ここで、ｍｎは、アンバランス量であり、θｎは、当該アンバランス量ｍｎが存在する回転方向位置（即ち、修正位置）を示す。この回転方向位置は、上述の基準位相に対する位相であってよい。
In step S32, the imbalance is measured.
While the rotator 11 is rotating, the acceleration sensor 5a detects the rotation (ie, acceleration) of the support 3 that supports the rotator 11, and the angle sensor 5b detects the rotation angle, thereby vibrating. Data Xn is acquired. The vibration data Xn is expressed by the following formula (6).
X n = A n + jB n (6)
Here, An is a real part, and Bn is an imaginary part.
The calculator 5c acquires the vibration data Xn . That is, the calculator 5c calculates the vibration data Xn based on the detected acceleration from the acceleration sensor 5a and the detected rotation angle from the angle sensor 5b.
Then, the imbalance data U n, calculator 5c calculates the following equation (7).
U n = X n / F 0 (7)
U n is expressed by the following equation (8), where mn is an absolute value and the declination is θ n .
U n = m n (cos θ n + j sin θ n ) (8)
Here, mn is an unbalance amount, and θ n indicates a rotational direction position (that is, a correction position) where the unbalance amount mn exists. This rotational direction position may be a phase with respect to the reference phase described above.
ステップＳ３３では、直前のステップＳ３２で取得したアンバランス量ｍｎが所定値以下になったかどうかを、演算器５ｃが判断する。所定値以下になったと判断したら、回転体１１のバランス修正を終了し、そうでない場合には、ステップＳ３１へ戻る。
ステップＳ３３からステップＳ３１へ戻った場合、直前のステップＳ３２で取得した修正位置が、パルスレーザ照射装置７によるレーザ照射位置に一致した時点で、該レーザ照射位置にパルスレーザを照射するように、ステップＳ３１を行い、その後、ステップＳ３２、Ｓ３３を行うように、ステップＳ３１でＹＥＳとなるまで、ステップＳ３１，Ｓ３２、Ｓ３３をこの順で繰り返す。
In step S33, the computing unit 5c determines whether or not the unbalance amount mn acquired in the immediately preceding step S32 is equal to or less than a predetermined value. If it is determined that the value has become equal to or less than the predetermined value, the balance correction of the rotating body 11 is terminated. If not, the process returns to step S31.
When returning from step S33 to step S31, when the correction position acquired in the immediately preceding step S32 coincides with the laser irradiation position by the pulse laser irradiation device 7, the step is performed so that the laser irradiation position is irradiated with the pulse laser. Step S31 is performed, and thereafter, Steps S31, S32, and S33 are repeated in this order until YES is obtained in Step S31 so that Steps S32 and S33 are performed.
［本発明の実施形態による効果］
上述した本発明の実施形態によると、回転体１１が回転している状態で、修正位置が、パルスレーザ照射装置７によるレーザ照射位置に一致した時点で、該レーザ照射位置にパルスレーザを照射するので、除去対象部１１ａの一部を除去するために、回転体１１の回転を停止することを要しない。
また、回転体１１が回転している状態で、回転体１１のアンバランス量と、該アンバランス量が存在する修正位置を測定するので、回転体１１が回転させたままで、アンバランス測定とパルスレーザ照射による除去加工との両方を行える。即ち、回転体１１が回転させたままで、ステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３３を繰り返し行える。このように、アンバランス測定の工程と、切削の工程とを１つの工程にすることができる。
[Effects of the embodiment of the present invention]
According to the embodiment of the present invention described above, the laser irradiation position is irradiated with the pulse laser when the correction position coincides with the laser irradiation position by the pulse laser irradiation device 7 while the rotating body 11 is rotating. Therefore, it is not necessary to stop the rotation of the rotating body 11 in order to remove a part of the removal target portion 11a.
Further, since the unbalance amount of the rotating body 11 and the correction position where the unbalance amount exists are measured in a state where the rotating body 11 is rotating, the unbalance measurement and the pulse are performed while the rotating body 11 is rotated. Both removal processing by laser irradiation can be performed. That is, steps S31, S32, and S33 can be repeated while the rotating body 11 is rotated. Thus, the process of unbalance measurement and the process of cutting can be made into one process.
［実施例］
図６は、上述の実施形態によるバランス修正装置１０を、回転機械としての過給機２０に適用した場合を示す。
[Example]
FIG. 6 shows a case where the balance correction device 10 according to the above-described embodiment is applied to a supercharger 20 as a rotating machine.
過給機２０の回転体１１は、図６に示すように、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼１５と、タービン翼１５と一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼１７と、一端部にタービン翼１５が結合され他端部にコンプレッサ翼１７が結合される回転軸１９と、を有する。また、過給機２０は、回転体１１を回転可能に支持する静止側部材２１を有する。図６の例では、静止側部材２１は、回転体１１（回転軸１９）を回転可能に支持する軸受２３ａ，２３ｂが内部に組み込まれる軸受ハウジングである。また、過給機２０は、タービン翼１５を内部に収容するタービンハウジング２５と、コンプレッサ翼１７を内部に収容するコンプレッサハウジング（図６では取り外されている）と、を備える。タービンハウジング２５には、タービン翼１５を回転駆動する流体を流す流路（スクロール）が形成されている。タービンハウジング２５は、支持体３の内部に取り付けられる。タービン翼１５を駆動する流体をタービンハウジング２５の前記流路へ供給でき、タービン翼１５を駆動した当該流体を支持体３の外部へ排出できるように支持体３が構成されている。 As shown in FIG. 6, the rotating body 11 of the supercharger 20 includes a turbine blade 15 that is rotationally driven by exhaust gas from the engine, and a compressor blade that supplies compressed air to the engine by rotating integrally with the turbine blade 15. 17 and a rotating shaft 19 having a turbine blade 15 coupled to one end and a compressor blade 17 coupled to the other end. Moreover, the supercharger 20 has the stationary side member 21 which supports the rotary body 11 rotatably. In the example of FIG. 6, the stationary side member 21 is a bearing housing in which bearings 23 a and 23 b that rotatably support the rotating body 11 (rotating shaft 19) are incorporated. The supercharger 20 includes a turbine housing 25 that houses the turbine blades 15 therein, and a compressor housing (removed in FIG. 6) that houses the compressor blades 17 inside. The turbine housing 25 is formed with a flow path (scroll) through which a fluid for rotationally driving the turbine blades 15 flows. The turbine housing 25 is attached to the inside of the support body 3. The support 3 is configured so that the fluid that drives the turbine blade 15 can be supplied to the flow path of the turbine housing 25, and the fluid that has driven the turbine blade 15 can be discharged to the outside of the support 3.
また、支持体３は、タービンハウジング２５を介して、または直接、軸受ハウジング２１を支持する。図６では、回転体１１の除去対象部１１ａは、コンプレッサ翼１７側の端部にあり、この例ではナットである。図６において、バランス修正装置１０の他の構成と動作は、上述の実施形態と同じであってよい。 Further, the support 3 supports the bearing housing 21 via the turbine housing 25 or directly. In FIG. 6, the removal target portion 11a of the rotating body 11 is located at the end portion on the compressor blade 17 side, and is a nut in this example. In FIG. 6, the other structure and operation | movement of the balance correction apparatus 10 may be the same as the above-mentioned embodiment.
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記の内容を、単独でまたは組み合わせて採用してよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the following contents may be adopted alone or in combination.
回転体１１を回転駆動する手段は、過給機の例のように、回転体１１のタービン翼を流体により回転駆動する手段であってもよいし、電動機により回転体１１を回転駆動する手段であってもよいし、他の適切な手段であってもよい。 The means for rotationally driving the rotating body 11 may be a means for rotationally driving the turbine blades of the rotating body 11 with a fluid, as in the example of the supercharger, or a means for rotationally driving the rotating body 11 with an electric motor. There may be other suitable means.
上述の実施形態では、除去対象部１１ａに対しパルスレーザを軸方向に照射したが、除去対象部１１ａに対しパルスレーザを回転中心に対する半径方向に照射してもよい。この場合、これに合わせて上述の実施形態を適宜変更してよく、変更を要しない点は上述の実施形態と同じであってよい。 In the above-described embodiment, the removal target portion 11a is irradiated with the pulse laser in the axial direction. However, the removal target portion 11a may be irradiated with the pulse laser in the radial direction with respect to the rotation center. In this case, the above-described embodiment may be appropriately changed in accordance with this, and the point that does not need to be changed may be the same as the above-described embodiment.
影響係数は、試し錘を使用する代わりに、除去対象部１１ａの一部を除去することでバランス変化を与えて取得してもよい。 The influence coefficient may be acquired by changing the balance by removing a part of the removal target portion 11a instead of using the trial weight.
３ 支持体、５ アンバランス測定装置、５ａ 加速度センサ、
５ｂ 角度センサ、５ｃ 演算器、７ パルスレーザ照射装置、
７ａ レーザ媒質、７ｂ 全反射ミラー、７ｃ 部分反射ミラー
７ｄ 高周波電源、７ｅ インピーダンス整合回路、７ｆ 超音波媒体、
７ｇ トランスデューサ、９ 制御装置、９ａ トリガ信号出力部、
９ｂ 電力供給停止手段，１０ バランス修正装置、
１１ 回転体、１１ａ 除去対象部
3 support body, 5 unbalance measuring device, 5a acceleration sensor,
5b angle sensor, 5c computing unit, 7 pulse laser irradiation device,
7a Laser medium, 7b Total reflection mirror, 7c Partial reflection mirror 7d High frequency power supply, 7e Impedance matching circuit, 7f Ultrasonic medium,
7g transducer, 9 control device, 9a trigger signal output unit,
9b Power supply stop means, 10 balance correction device,
11 Rotating body, 11a Removal target part
Claims (4)
回転体の回転方向における所定のレーザ照射位置で、回転体の除去対象部にパルスレーザを照射することにより該除去対象部の一部を除去するパルスレーザ照射装置と、
所定の基準位置からの回転体の回転角を検出する角度センサと、
角度センサによる検出回転角に基づいてパルスレーザ照射装置のレーザ照射タイミングを制御する制御装置と、を備え、
回転体のバランスを修正するために質量を除去すべき除去対象部上の回転方向位置を修正位置とし、
前記制御装置は、回転体と共に回転する修正位置が前記レーザ照射位置に一致した時点で前記レーザ照射位置にパルスレーザを照射するように、パルスレーザ照射装置を制御する、ことを特徴とするバランス修正装置。 A balance correction device for correcting the balance of a rotating body,
A pulse laser irradiation device that removes a part of the removal target portion by irradiating the removal target portion of the rotation body with a pulse laser at a predetermined laser irradiation position in the rotation direction of the rotation body;
An angle sensor for detecting the rotation angle of the rotating body from a predetermined reference position;
A control device for controlling the laser irradiation timing of the pulse laser irradiation device based on the rotation angle detected by the angle sensor,
In order to correct the balance of the rotating body, the rotational position on the object to be removed should be the correction position,
The control device controls the pulse laser irradiation device to irradiate the laser irradiation position with the pulse laser when the correction position rotated together with the rotating body coincides with the laser irradiation position. apparatus.
前記制御装置は、前記アンバランス量が所定値以下になるまで、修正位置が前記レーザ照射位置に一致した時点で該レーザ照射位置にパルスレーザを照射することを繰り返すように、パルスレーザ照射装置を制御する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のバランス修正装置。 An unbalance measuring device that measures a rotational direction position in a rotating body in which an unbalance exists as the correction position, and measures an unbalance amount at the correction position,
The control device repeats irradiating the laser irradiation position with the pulse laser when the correction position coincides with the laser irradiation position until the unbalance amount becomes a predetermined value or less. The balance correction apparatus according to claim 1, wherein the balance correction apparatus controls the balance correction apparatus.
回転体が回転している状態で、アンバランス測定装置により、前記修正位置と前記アンバランス量を測定しつつ、制御装置により、前記アンバランス量が所定値以下になるまで、修正位置がレーザ照射位置に一致した時点でレーザ照射位置にパルスレーザを照射することを繰り返す、ことを特徴とするバランス修正方法。
A balance correction method using the balance correction device according to claim 3,
While the rotating body is rotating, while measuring the correction position and the unbalance amount by the unbalance measuring device, the correction position is irradiated with the laser until the unbalance amount becomes a predetermined value or less by the control device. A balance correction method characterized by repeatedly irradiating a laser irradiation position with a pulse laser at a time point coincident with the position.
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