JP2021060254A

JP2021060254A - 動釣合い試験機および動釣合い試験機における不釣合いの補正方法

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Publication number: JP2021060254A
Application number: JP2019183998A
Authority: JP
Inventors: 錚李; Zheng Li; 圭志郎稲田; Keishiro Inada
Original assignee: Nagahama Seisakusho Ltd
Current assignee: Nagahama Seisakusho Ltd
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-04
Also published as: JP7387146B2

Abstract

【課題】不釣合いの補正に関して時間短縮を図れる動釣合い試験機、および、動釣合い試験機における不釣合いの補正方法を提供する。【解決手段】動釣合い試験機１の制御部は、基準被試験体Ｒａがスピンドル４のアダプタＴに取り付けられた状態でスピンドル４が回転したときの基準被試験体Ｒａの１回目不釣合いＯＰ１ａと、基準被試験体Ｒａの取付位置が変更された状態でスピンドル４が回転したときの基準被試験体Ｒａの２回目不釣合いＯＰ２ａと、駆動ユニット１０の固有不釣合いＯＵＴとを測定する。制御部は、１回目不釣合いＯＰ１ａおよび２回目不釣合いＯＰ２ａに基づいて不釣合いについての補正量ＯＰａを求める。制御部は、被試験体Ｒの質量Ｍから補正量ＯＰが得られる関数を求める。制御部８は、新たな被試験体Ｒｂの質量を当該関数に代入して得られる補正量ＯＰｂに基づいて被試験体Ｒｂの不釣合いを補正する。【選択図】図２

Description

この発明は、動釣合い試験機および動釣合い試験機における不釣合いの補正方法に関する。

下記非特許文献１では、被試験体であるロータとつりあい試験機の回転軸におけるアダプタとの間で偏心が生じている場合におけるロータの不釣合いの補正方法が開示されている。具体的には、図３に示すように、偏心によってアダプタｔの回転中心ｏと被試験体ｒの本来の回転中心ｑとが一致していない場合において、つりあい試験機では、アダプタｔおよび被試験体ｒが一体回転されて１回目の不釣合いｏｐ_１が測定値として得られる。次に、被試験体ｒをアダプタｔに対して１８０°反転して取り付けて再測定することによって、２回目の不釣合いｏｐ_２が測定値として得られる。これら２つ測定値のベクトルの先端ｐ_１と先端ｐ_２とを結ぶ線の中点ｐを求めて補正量ｏｐを不釣合いｏｐ_１から差し引くと、被試験体ｒの純粋な不釣合いｐｐ_１が得られる。

三輪修三および下村玄共著、「回転機械のつりあわせ」コロナ社、昭和５１年７月３０日初版発行、ｐ．１４６−１４８（「３・８・３偏心補償装置」の項）

アダプタｔが同一であっても被試験体ｒの質量が種類に応じて異なれば、補正量ｏｐも異なる。非特許文献１では、被試験体ｒの種類が変わる度に、前述したように２回の不釣合い測定を行ったうえで補正量ｏｐを求めるという作業（以下「偏心補正作業」という。）が毎回必要であると記載されているし、実際の測定現場でも、被試験体ｒの種類が変わる度に偏心補正作業が実施されている。しかし、偏心補正作業には時間がかかる。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、不釣合いの補正に関して時間短縮を図れる動釣合い試験機、および、動釣合い試験機における不釣合いの補正方法を提供することを目的とする。

本発明は、被試験体（Ｒ）が取り付けられるアダプタ（Ｔ）を有して所定の回転軸線（Ｊ）まわりに回転可能なスピンドル（４）を少なくとも備える駆動ユニット（１０）と、前記駆動ユニットを振動可能に支持する支持部（３）と、前記駆動ユニットの振動を検出する検出部（７）と、前記検出部の検出値に基づいて被試験体の不釣合いを測定する制御部（８）とを含み、前記制御部は、所定の基準被試験体（Ｒ_ａ）が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の１回目不釣合い（ＯＰ_１ａ）を測定し、前記アダプタに対する前記回転軸線まわりの周方向（Ｓ）における前記基準被試験体の取付位置が変更された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の２回目不釣合い（ＯＰ_２ａ）を測定し、前記アダプタから前記基準被試験体が取り外された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記駆動ユニットに固有の固有不釣合い（ＯＵ_Ｔ）を測定し、不釣合いについて前記駆動ユニットに起因する補正量（ＯＰ_ａ）を、前記１回目不釣合いおよび前記２回目不釣合いに基づいて求め、前記固有不釣合いを定数項として含んで被試験体の質量（Ｍ）から前記補正量が得られる関数を求め、新たな被試験体（Ｒ_ｂ）が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを測定する際に、当該新たな被試験体の質量を前記関数に代入して得られる補正量（ＯＰ_ｂ）に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを補正する、動釣合い試験機（１）である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素などを表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、基準被試験体の取付位置が異なるという測定条件で基準被試験体の１回目不釣合いおよび２回目不釣合いを測定すれば、不釣合いについて駆動ユニットに起因する補正量が、これらの不釣合いに基づいて求められる。そして、基準被試験体を取り外して固有不釣合いを測定すれば、固有不釣合いを定数項として含んで被試験体の質量から補正量が得られる関数が求められる。この関数を求めておけば、その後に新たな被試験体の不釣合いを測定する際において、前述した偏心補正作業を被試験体の種類毎に実施しなくても、当該被試験体の質量を関数に代入するだけで、当該被試験体に対応する補正量が得られるので、この補正量に基づいて当該被試験体の不釣合いを速やかに補正することができる。そのため、不釣合いの補正に関して時間短縮を図れる。

また、本発明は、被試験体（Ｒ）が取り付けられるアダプタ（Ｔ）を有して所定の回転軸線（Ｊ）まわりに回転可能なスピンドル（４）を少なくとも備える駆動ユニット（１０）と、前記駆動ユニットを振動可能に支持する支持部（３）と、前記駆動ユニットの振動を検出する検出部（７）とを含み、前記検出部の検出値に基づいて被試験体の不釣合いを測定する動釣合い試験機（１）における不釣合いの補正方法であって、所定の基準被試験体（Ｒ_ａ）が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の１回目不釣合い（ＯＰ_１ａ）を測定する１回目測定ステップと、前記アダプタに対する前記回転軸線まわりの周方向（Ｓ）における前記基準被試験体の取付位置が変更された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の２回目不釣合い（ＯＰ_２ａ）を測定する２回目測定ステップと、前記アダプタから前記基準被試験体が取り外された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記駆動ユニットに固有の固有不釣合い（ＯＵ_Ｔ）を測定する固有不釣合い測定ステップと、不釣合いについて前記駆動ユニットに起因する補正量（ＯＰ_ａ）を、前記１回目不釣合いおよび前記２回目不釣合いに基づいて求める補正量取得ステップと、前記固有不釣合いを定数項として含んで被試験体の質量（Ｍ）から前記補正量が得られる関数を求める関数取得ステップと、新たな被試験体（Ｒ_ｂ）が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを測定する際に、当該新たな被試験体の質量を前記関数に代入して得られる補正量（ＯＰ_ｂ）に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを補正する補正ステップとを含む、動釣合い試験機における不釣合いの補正方法である。

この構成によっても、動釣合い試験機にて説明した同様の手順により、不釣合いの補正に関して時間短縮を図れる。

この発明の一実施形態に係る動釣合い試験機の正面図である。この発明の一実施形態に係る動釣合い試験機におけるアダプタと、アダプタに取り付けられた被試験体との位置関係を示す模式図である。非特許文献１で開示された内容を説明するための模式図である。

以下では、この発明の実施形態について詳細に説明をする。図１は、この発明の一実施形態に係る動釣合い試験機１の正面図である。動釣合い試験機１は、床面Ｙに固定される本体フレーム２と、本体フレーム２に固定された例えば板状の支持部３と、例えば垂直軸線を有する円柱状に形成されて支持部３を上下に貫通したスピンドル４とを含む。スピンドル４と、スピンドル４を回転自在に支持する軸受部等（図示せず）とは、動釣合い試験機１における駆動ユニット１０を構成する。駆動ユニット１０は、支持部３に設けられたバネ状の弾性支持部５によって振動可能に支持される。スピンドル４の上端部は、ロータ等の被試験体Ｒが取り付けられるアダプタＴを構成している。アダプタＴとして、被試験体Ｒの中心穴に圧入される円筒状のコレット等を用いた公知のチャック機構を採用できる。スピンドル４は、その中心を通る垂直軸線を所定の回転軸線Ｊとして、回転軸線Ｊまわりに回転可能である。スピンドル４は、この実施形態のように縦に配置されるのに代えて、横に配置されてもよい。

動釣合い試験機１は、ダイレクトドライブやベルトドライブ等によってスピンドル４を回転させるモータ６と、スピンドル４の回転中における駆動ユニット１０の振動を検出する検出部７と、マイクロコンピュータやメモリ等によって構成された制御部８とを含む。この実施形態では、モータ６は、駆動ユニット１０に含まれる。検出部７として、公知の振動検出器を採用できる。制御部８は、モータ６および検出部７に対して電気的に接続されている。制御部８は、モータ６への印加電圧を制御することによって、モータ６の動作を制御する。駆動ユニット１０の振動に関する検出部７の検出値は、制御部８に入力される。

図２は、アダプタＴと、アダプタＴに取り付けられた被試験体Ｒとの位置関係を回転軸線Ｊの軸線方向から見た模式図である。次に、動釣合い試験機１における被試験体Ｒの不釣合いの測定手順について説明する。

まず、最初の測定対象となる被試験体Ｒが、所定の基準被試験体Ｒ_ａとして、作業者によってアダプタＴに取り付けられる。アダプタＴの回転中心Ｏ（スピンドル４の回転軸線Ｊと同じ）と基準被試験体Ｒ_ａの本来の回転中心Ｑ_ａとが完全に一致するように基準被試験体Ｒ_ａを取り付けることは難しい。そのため、基準被試験体Ｒ_ａがアダプタＴに取り付けられた状態では、回転中心Ｏと回転中心Ｑ_ａとの間隔を偏心量ｅとする偏心がどうしても発生する。なお、アダプタＴに取り付けられた基準被試験体Ｒ_ａは、アダプタＴによってチャックされた状態にあり、スピンドル４と一体回転可能である。

次に、制御部８は、モータ６を制御して、基準被試験体Ｒ_ａがアダプタＴに取り付けられた状態にあるスピンドル４を所定回転数で定常回転させる。スピンドル４の回転中に駆動ユニット１０に生じる振動は、検出部７によって検出され、制御部８は、検出部７の検出値に基づいて、基準被試験体Ｒ_ａの１回目不釣合いＯＰ_１ａを測定する（１回目測定ステップ）。検出部７の検出値から不釣合いを算出する方法は、公知なので、その説明を省略する。また、不釣合いＯＰ_１ａは、「ＯＰ_１ａ」における１つ目の記号「Ｏ」から２つ目の記号「Ｐ_１ａ」に向かうベクトルであり、以下の他の不釣合いの向きについても同様に解釈する。不釣合いの一般的な単位は、ｇ・ｍｍである。

次に、停止した状態のスピンドル４において、アダプタＴに対する回転軸線Ｊまわりの周方向Ｓにおける基準被試験体Ｒ_ａの取付位置が作業者によって変更される。一例として、基準被試験体Ｒ_ａは、１８０°反転されるが、理論的には基準被試験体Ｒ_ａの取付位置は、１８０°以外の任意の角度（例えば１°）変わるだけでもよい。その後、制御部８は、１回目不釣合い測定時とは異なる取付位置で被試験体ＲがアダプタＴに取り付けられた状態にあるスピンドル４を所定回転数（例えば、１回目不釣合い測定時と同じ回転数）で定常回転させる。制御部８は、スピンドル４の回転中に駆動ユニット１０に生じる振動についての検出部７の検出値に基づいて、基準被試験体Ｒ_ａの２回目不釣合いＯＰ_２ａを測定する（２回目測定ステップ）。

次に、停止した状態のスピンドル４において、基準被試験体Ｒ_ａが作業者によってアダプタＴから取り外される。その後、制御部８は、アダプタＴに被試験体Ｒが取り付けられていない状態にあるスピンドル４を所定回転数（例えば、１回目不釣合い測定時や２回目不釣合い測定時と同じ回転数）で定常回転させる。制御部８は、スピンドル４の回転中に駆動ユニット１０に生じる振動についての検出部７の検出値に基づいて、駆動ユニット１０に固有の固有不釣合いＯＵ_Ｔを測定する（固有不釣合い測定ステップ）。なお、固有不釣合い測定ステップは、１回目測定ステップよりも前に実施されてもよい。

制御部８は、基準被試験体Ｒ_ａの不釣合いについて駆動ユニット１０に起因する補正量ＯＰ_ａを、１回目不釣合いＯＰ_１ａおよび２回目不釣合いＯＰ_２ａに基づいて求める（補正量取得ステップ）。具体的には、制御部８は、１回目不釣合いＯＰ_１ａにおけるベクトルの先端Ｐ_１ａと、２回目不釣合いＯＰ_２ａにおけるベクトルの先端Ｐ_２ａとを結ぶ線Ｐ_１ａＰ_２ａの中点Ｐ_ａを求める。被試験体Ｒの回転中心Ｏから中点Ｐ_ａに向かうベクトルが、補正量ＯＰ_ａ（＝（１回目不釣合いＯＰ_１ａ＋２回目不釣合いＯＰ_２ａ）／２）である。制御部８は、不釣合いＯＰ_１ａから補正量ＯＰ_ａを差し引く補正によって、基準被試験体Ｒ_ａの純粋な不釣合いＰ_ａＰ_１ａを算出する。

制御部８は、以下の式（１）を記憶しており、補正量ＯＰ_ａと、固有不釣合いＯＵ_Ｔと、基準被試験体Ｒ_ａの質量Ｍ_ａ（単位：例えばｋｇ）とを式（１）に代入して、前述した偏心量ｅを求める。補正量ＯＰ_ａおよび質量Ｍ_ａは、基準被試験体Ｒ_ａに固有の定数であり、固有不釣合いＯＵ_Ｔも定数なので、これらから得られる偏心量ｅも定数であり、その一般的な単位は、μｍである。
偏心量ｅ＝（補正量ＯＰ_ａ−固有不釣合いＯＵ_Ｔ）／質量Ｍ_ａ…式（１）

以上のように固有不釣合いＯＵ_Ｔおよび偏心量ｅを取得した制御部８は、任意の被試験体Ｒの質量Ｍと、この被試験体Ｒの不釣合い測定の際に誤差となる補正量ＯＰとの関係をあらわす関数として以下の式（２）を求めて記憶する（関数取得ステップ）。
補正量ＯＰ＝（偏心量ｅ・質量Ｍ）＋固有不釣合いＯＵ_Ｔ…式（２）
式（２）における第１項は、アダプタＴと被試験体Ｒとの間で生じる偏心による不釣合いＯＷであり、偏心量ｅを係数として質量Ｍを変数としている。式（２）における第２項は、固有不釣合いＯＵ_Ｔによる定数項である。このように、補正量ＯＰは、偏心による不釣合いＯＷと、固有不釣合いＯＵ_Ｔとに分離できる。そして、式（２）の質量Ｍに質量Ｍ_ａを代入すれば、補正量ＯＰ_ａが得られる。同様に、任意の被試験体Ｒの質量Ｍを式（２）に代入すれば、この被試験体Ｒに対応する補正量ＯＰが得られる。なお、質量Ｍを、被試験体Ｒだけの質量でなく、被試験体Ｒとスピンドル４（アダプタＴも含む）等とを含む駆動ユニット１０全体の質量とみなしてもよい。

このように式（２）が得られると、作業者によって基準被試験体Ｒ_ａがアダプタＴから取り外されて、新たな被試験体Ｒ_ｂがアダプタＴに取り付けられる。そして、作業者によるキーボード等の公知の入力部９（図１参照）の操作によって被試験体Ｒ_ｂの質量Ｍ_ｂが制御部８に入力される。制御部８は、モータ６を制御して、新たな被試験体Ｒ_ｂがアダプタＴに取り付けられた状態にあるスピンドル４を所定回転数で定常回転させる。制御部８は、スピンドル４の回転中に駆動ユニット１０に生じる振動についての検出部７の検出値に基づいて、新たな被試験体Ｒ_ｂの不釣合いＯＰ_１ｂを測定する。その際、制御部８は、質量Ｍ_ｂを式（２）の質量Ｍに代入して補正量ＯＰ_ｂを求め、得られた補正量ＯＰ_ｂに基づいて被試験体Ｒ_ｂの不釣合いを補正する（補正ステップ）。具体的には、制御部８は、不釣合いＯＰ_１ｂから補正量ＯＰ_ｂを差し引く補正によって、被試験体Ｒ_ｂの純粋な不釣合いＰ_ｂＰ_１ｂを算出する。

以上のように、動釣合い試験機１では、最初の被試験体Ｒである基準被試験体Ｒ_ａの１回目不釣合いＯＰ_１ａおよび２回目不釣合いＯＰ_２ａを別々の取付位置で測定すれば、不釣合いについて駆動ユニット１０に起因する補正量ＯＰ_ａが、これらの不釣合いに基づいて求められる。そして、基準被試験体Ｒ_ａを取り外して固有不釣合いＯＵ_Ｔを測定すれば、固有不釣合いＯＵ_Ｔを定数項として含んで被試験体Ｒの質量Ｍから補正量ＯＰが得られる関数である式（２）が求められる。初期設定として式（２）を求めておけば、その後に新たな被試験体Ｒ（被試験体Ｒ_ｂや被試験体Ｒ_ｃ等）の不釣合いを測定する際において、前述した偏心補正作業を被試験体Ｒの種類毎に実施しなくても、当該新たな被試験体Ｒの質量Ｍを式（２）に代入するだけで、当該被試験体Ｒに対応する補正量ＯＰが得られるので、この補正量ＯＰに基づいて当該被試験体Ｒの不釣合いＯＰ_１を速やかに補正して純粋な不釣合いＰＰ_１を得ることができる。そのため、不釣合いの補正に関して時間短縮を図れる。質量が異なる多機種の被試験体Ｒのそれぞれの不釣合いの補正する場合には、特に有効である。

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、前述した式（２）の偏心量ｅに式（１）を代入して得られる下記の式（３）を用いて質量Ｍから補正量ＯＰを算出してもよい。
補正量ＯＰ＝（補正量ＯＰ_ａ−固有不釣合いＯＵ_Ｔ）・質量Ｍ／質量Ｍ_ａ＋固有不釣合いＯＵ_Ｔ…式（３）

１…動釣合い試験機
３…支持部
４…スピンドル
７…検出部
８…制御部
１０…駆動ユニット
Ｊ…回転軸線
Ｍ…質量
ＯＰ_１ａ…１回目不釣合い
ＯＰ_２ａ…２回目不釣合い
ＯＰ_ａ…補正量
ＯＰ_ｂ…補正量
ＯＵ_Ｔ…固有不釣合い
Ｒ…被試験体
Ｒ_ａ…基準被試験体
Ｒ_ｂ…新たな被試験体
Ｓ…周方向
Ｔ…アダプタ

Claims

被試験体が取り付けられるアダプタを有して所定の回転軸線まわりに回転可能なスピンドルを少なくとも備える駆動ユニットと、
前記駆動ユニットを振動可能に支持する支持部と、
前記駆動ユニットの振動を検出する検出部と、
前記検出部の検出値に基づいて被試験体の不釣合いを測定する制御部とを含み、
前記制御部は、
所定の基準被試験体が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の１回目不釣合いを測定し、
前記アダプタに対する前記回転軸線まわりの周方向における前記基準被試験体の取付位置が変更された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の２回目不釣合いを測定し、
前記アダプタから前記基準被試験体が取り外された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記駆動ユニットに固有の固有不釣合いを測定し、
不釣合いについて前記駆動ユニットに起因する補正量を、前記１回目不釣合いおよび前記２回目不釣合いに基づいて求め、
前記固有不釣合いを定数項として含んで被試験体の質量から前記補正量が得られる関数を求め、
新たな被試験体が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを測定する際に、当該新たな被試験体の質量を前記関数に代入して得られる補正量に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを補正する、動釣合い試験機。
被試験体が取り付けられるアダプタを有して所定の回転軸線まわりに回転可能なスピンドルを少なくとも備える駆動ユニットと、前記駆動ユニットを振動可能に支持する支持部と、前記駆動ユニットの振動を検出する検出部とを含み、前記検出部の検出値に基づいて被試験体の不釣合いを測定する動釣合い試験機における不釣合いの補正方法であって、
所定の基準被試験体が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の１回目不釣合いを測定する１回目測定ステップと、
前記アダプタに対する前記回転軸線まわりの周方向における前記基準被試験体の取付位置が変更された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記基準被試験体の２回目不釣合いを測定する２回目測定ステップと、
前記アダプタから前記基準被試験体が取り外された状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて、前記駆動ユニットに固有の固有不釣合いを測定する固有不釣合い測定ステップと、
不釣合いについて前記駆動ユニットに起因する補正量を、前記１回目不釣合いおよび前記２回目不釣合いに基づいて求める補正量取得ステップと、
前記固有不釣合いを定数項として含んで被試験体の質量から前記補正量が得られる関数を求める関数取得ステップと、
新たな被試験体が前記アダプタに取り付けられた状態で前記スピンドルが回転したときの前記検出部の検出値に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを測定する際に、当該新たな被試験体の質量を前記関数に代入して得られる補正量に基づいて当該新たな被試験体の不釣合いを補正する補正ステップとを含む、動釣合い試験機における不釣合いの補正方法。