JP2773478B2

JP2773478B2 - 回転体のアンバランス測定装置

Info

Publication number: JP2773478B2
Application number: JP21365291A
Authority: JP
Inventors: 貴信金子; 今朝雄菅野; 功福永; 留雄井富
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JPH0552696A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車両のプロペ
ラシャフトのような回転体のアンバランス量を測定する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアンバランス測定装置としては、
例えば図１２に示すようなものがある。図１２におい
て、１はトランスミッションのエクステンション、２は
第１プロペラシャフト、３はセンターベアリング、４は
第２プロペラシャフト、５はディファレンシャル・ギ
ア、６、７、８はそれぞれ接続用のジョイントであり、
上記の部分は車両の駆動系の構成である。また、１０は
第２プロペラシャフト４に接着された反射テープ、１１
は第２プロペラシャフト４に光を照射し、反射テープ１
０からの反射波を検出することによって回転速度を検出
する光ファイバセンサであり、この光ファイバセンサ１
１はマグネットスタンド１６等によって車両やシャシダ
イナモ１７に固定されている。また、１２は光ファイバ
センサ１１の出力を電圧出力に変換するアンプ、１３は
ディファレンシャル・ギア下部に接着された加速度セン
サ、１４は加速度センサアンプ、１５はアンバランス演
算装置である。上記の装置において、光ファイバセンサ
アンプ１２からは、図１３（ａ）に示すような回転速度
に応じた周期のパルス電圧が出力される。上記の信号を
アンバランス演算装置１５でフーリエ変換すると、図１
３（ｂ）に示すように、一定回転速度ならば所定の周波
数ｆpにピークスペクトルが生じる。同様に、加速度セ
ンサ１４の出力は図１４（ａ）に示すようになり、それ
をフーリエ変換した結果は図１４（ｂ）に示すようにな
る。上記図１３（ｂ）に示した光パルスのフーリエ変換
結果は下記（数１）式、上記図１４（ｂ）に示した加速
度センサ信号のフーリエ変換結果は下記（数２）式で示
され、光パルスと加速度の間の位相差θは下記（数３）
式で求めることが出来る。

【０００３】

【数１】

【０００４】

【数２】

【０００５】

【数３】

【０００６】上記のごとき計測を、プロペラシャフトに
取付けるダミーウエイトを交換して２回行なう（例えば
ダミーウエイトを取り付ける角度を０°の場合と１８０
°の場合とで測定）と、図１５に示すように、大きさが
｜Ｆy₁(ω)｜で位相角がθ₁のベクトルと、大きさが｜
Ｆy₂(ω)｜で位相角がθ₂の２つのベクトルとが求めら
れ、これらの合成ベクトルがプロペラシャフトのアンバ
ランスのベクトルとなる。したがって上記の合成ベクト
ルと逆方向のベクトルＷに対応した大きさと位相角θx
を持つバランス用ウエイトをプロペラシャフトに取付け
れば、プロペラシャフトのアンバランスを解消すること
が出来る。

【０００７】なお、本出願人は、上記のごときアンバラ
ンス測定装置に関して、既に下記の発明を出願してい
る。特願平３−１８１００９号、特願平３−１９５３６
７号、特願平３−１９５３９６号、特願平３−１８１０
１５号。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のアンバランス測定においては、一般に車両全体を
シャシ・ダイナモ等に設置して上記のごとき測定を行な
っている。そのため、ディファレンシャル・ギア５に取
付けた加速度センサ１３には、プロペラシャフトの回転
による振動の１次成分以外にも、図示しないタイヤ（デ
ィファレンシャル・ギア５からリア・アクスル・シャフ
トを介して接続）の回転による振動のｎ次成分やエンジ
ンの振動等が含まれ、プロペラシャフトのアンバランス
による振動成分が相対的に小さくなるためＳ／Ｎ比が悪
くなる。また、測定時のダミーバランス取付け位置が本
来取り付けるべき位置（例えば０°と１８０°）からず
れることがある。このような場合には、正確な測定が困
難であり、その測定結果に基づいてバランス用ウエイト
をプロペラシャフトに取り付けると、さらに振動が増大
してしまうということがあり、正確なバランス調整が困
難である、という問題があった。

【０００９】以下、詳細に説明する。図１６はダミーウ
エイトを用いた測定法を説明するための図であり、
（ａ）はベクトル図、（ｂ）は回転体の断面図である。
図１６（ｂ）に示すように、回転体６０（例えばプロペ
ラシャフト）の適当な基準点を０°とし、その点にダミ
ーウエイト６１を装着した状態で回転速度と振動との位
相および振動の大きさからなるベクトルＶ₀を測定す
る。次に、上記のダミーウエイト６１を１８０°の点に
移して同様にベクトルＶ₁₈₀を測定する。図１６の
（ａ）において、回転体６０の本来のアンバランスのベ
クトルをＶ_Gとし、基準点０°に装着した場合のダミー
ウエイト６１のみによるベクトルをＶ _d0とすれば、Ｖ_G
とＶ_d0との合成ベクトルが前記のＶ₀として測定され
る。同様に、基準点から１８０°に装着した場合のダミ
ーウエイト６１のみによるベクトルをＶ_d180とすれば、
Ｖ_GとＶ_d180との合成ベクトルが前記のＶ₁₈₀として測定
される。そしてＶ₀とＶ₁₈₀との先端を結んだ線の中点と
原点とを結ぶベクトル（以下、中点ベクトルと記す）は
常に本来のアンバランスによるベクトルＶ_Gと一致す
る。したがって、ダミーウエイト６１を０°と１８０°
とに装着して各々の場合のベクトルＶ₀とＶ₁₈₀を測定す
ることにより、本来のアンバランスによるベクトルＶ_G
を求めることが出来る。そしてそのベクトルＶ_Gの反対
の（大きさが同じで位相が１８０°異なる）ベクトルＶ
_G'に相当するバランス用ウエイトを取り付ければ、アン
バランスを解消することが出来る。上記のように、正常
な測定が行なわれた場合には、ダミーウエイトを付加し
ない場合の現状ベクトルＶ_Gは、必ずベクトルＶ₀とＶ
₁₈₀との先端を結んだ線の中点と原点とを結ぶ中点ベク
トルに一致するはずであり、多少の測定誤差でずれたと
しても所定範囲内（例えば±２０°程度）に入るはずで
ある。しかし、前記のように、信号のＳ／Ｎ比が悪い場
合やダミーウエイトの装着状態が悪い場合等において
は、ベクトルＶ_Gが中点ベクトルから大幅に外れ、ひど
い場合にはベクトルＶ₀とＶ₁₈₀とのなす狭角外にはみ出
すこともある（後記図１１のＶ_GN参照）。そのような場
合には正確な測定が出来ないにも拘らず、従来は計測結
果をそのまま用いてバランス用ウエイトを取り付けてい
たので、さらに振動が増大してしまうということがあ
り、正確なバランス調整が困難である、という問題があ
った。

【００１０】本発明は上記のごとき従来技術の問題を解
決するためになされたものであり、正確なアンバランス
測定を簡単な操作で容易に行なうことの出来る回転体の
アンバランス測定装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明においては、特許請求の範囲に記載するように
構成している。図１は、本発明の構成を示すブロック図
である。図１において、５０は、回転体の回転速度に応
じた信号を出力する回転検出手段であり、例えば後記図
２の光ファイバセンサ１１に相当する。また、５１は、
回転体の支持部に取付けられ、該支持部の振動を検出す
る振動検出手段であり、例えば後記図２の加速度センサ
１３に相当する。また、５２は、回転検出手段５０と振
動検出手段５１の信号をそれぞれフーリエ変換するフー
リエ変換手段である。なお、フーリエ変換については詳
細を後述する。また、５３は、ベクトル演算手段であ
り、フーリエ変換手段５２による変換結果から回転検出
手段５０の信号と振動検出手段５１の信号との位相およ
び振動検出手段５１の信号の大きさからなるベクトルを
演算するものであって、ダミーウエイトを付加しない状
態で測定した第１のベクトル（現状ベクトル）と、所定
の重さのダミーウエイトを上記回転体の所定位置（例え
ば０°位置）に付加した状態で測定した第２のベクトル
と、上記ダミーウエイトを上記所定位置から所定角度ず
れた位置（例えば１８０°位置）に付加した状態で測定
した第３のベクトルとを演算する。なお、ベクトル演算
については、後記図５、図６において詳述する。また、
５４は、フーリエ変換手段５２による変換結果から上記
第１のベクトルについて回転体のアンバランス量および
アンバランス位置を演算するアンバランス演算手段であ
る。なお、上記の演算については、後記図６において詳
述する。また、５５は、判定手段である。この請求項１
に記載の発明においては、この判定手段５５は、ベクト
ル演算手段５３の演算結果に基づき、上記第２と第３の
ベクトルの先端を結んだ線の中点と原点とを結ぶ第４の
ベクトル（中点ベクトル）と上記第１のベクトルとのな
す角度が所定値（例えば±２０°）以下の場合には、正
常と判断して上記アンバランス演算手段５４における通
常のアンバランスの演算を行なわせ、上記第４のベクト
ルと上記第１のベクトルとのなす角度が上記所定値より
大の場合には、アンバランス演算不可の信号を出力する
ものである。なお、上記の演算については、後記図６で
詳述する。また、５６は、アンバランス演算手段５３お
よび判定手段５４の演算結果を表示する表示手段であ
り、例えばサーマルプリンタのようなハードコピーを作
るプリンタや液晶表示器等である。上記のフーリエ変換
手段５２、ベクトル演算手段５３、アンバランス演算手
段５４、判定手段５５および表示手段５６の部分は、後
記図２のアンバランス演算装置２０に相当し、例えばマ
イクロコンピュータ等を用いて構成することが出来る。

【００１２】また、請求項２に記載の発明においては、
判定手段５５を次のように構成している。すなわち、判
定手段５５は、ベクトル演算手段５３の演算結果に基づ
き、上記第２と第３のベクトルの先端を結んだ線の中
点と原点とを結ぶ第４のベクトルと上記第１のベクトル
とのなす角度が所定値（例えば±２０°）以下の場合に
は、正常と判断してアンバランス演算手段５４における
通常のアンバランスの演算を行なわせ、上記第４のベ
クトルと上記第１のベクトルとのなす角度が上記所定値
より大の場合であっても上記第２と第３のベクトルのな
す狭角内に上記第１のベクトルが入っている場合には、
上記第４のベクトルを上記第１のベクトルとしてアンバ
ランス演算手段５４にアンバランスの演算を行なわせ、
上記第１のベクトルが上記第２と第３のベクトルのな
す狭角内に入っていない場合にはアンバランス演算不可
の信号を出力する。

【００１３】

【作用】上記のように請求項１に記載の発明において
は、ベクトル演算手段５３と判定手段５５とを設け、ダ
ミーウエイトを付加しない状態で測定した第１のベクト
ルと、ダミーウエイトを回転体の所定位置（例えば０°
位置）に付加した状態で測定した第２のベクトルと、上
記ダミーウエイトを上記所定位置から所定角度ずれた位
置（例えば１８０°位置）に付加した状態で測定した第
３のベクトルとを求め、上記第２と第３のベクトルの先
端を結んだ線の中点と原点とを結ぶ第４のベクトルと上
記第１のベクトルとのなす角度が所定値（例えば±２０
°）以下の場合には、信号の検出精度やダミーウエイト
の取付け状態等が正常であると判断して、アンバランス
演算手段におけるアンバランスの演算を行なわせ、入っ
ていない場合は異常と判断してアンバランス演算不可を
表示するものである。したがって、検出信号の状態が計
測に適した状態の場合にのみアンバランスの計測が行な
われるので、常に正確な計測を行なうことが出来る。そ
のため、誤った計測値に基づいて誤ったバランス用ウエ
イトを付加する畏れがなくなり、正確なアンバランス計
測を短時間で容易に行なうことが出来る。

【００１４】また、請求項２に記載の発明においては、
上記請求項１の構成に加えて、上記第４のベクトルと上
記第１のベクトルとのなす角度が上記所定値より大の場
合であっても上記第２と第３のベクトルのなす狭角内に
上記第１のベクトルが入っている場合には、上記第４の
ベクトルを上記第１のベクトルとしてアンバランス演算
手段５４にアンバランスの演算を行なわせるように構成
している。すなわち、ダミーウエイト無しの第１のベク
トルと原理的に正確であると思われる第４のベクトルと
の角度差が所定値以上であっても、第２と第３のベクト
ルのなす狭角内に上記第１のベクトルが入っている場合
には、第１のベクトルの計測が不正確であったものと判
断し、原理的に正確であると思われる第４のベクトルを
本来のアンバランスベクトルとして計測するものであ
る。このように構成すれば、信号検出の精度が多少悪い
場合でもほぼ正確な計測を行なうことが出来る。

【００１５】

【実施例】図２は、本発明の一実施例のブロック図であ
り、前記図１２と同様に、車両のプロペラシャフトのア
ンバランスを測定する場合を例示する。図２において、
トランスミッションのエクステンション１、第１プロペ
ラシャフト２、センターベアリング３、第２プロペラシ
ャフト４、ディファレンシャル・ギア５および接続用の
ジョイント６、７、８からなる車両の駆動系、および第
２プロペラシャフト４に接着された反射テープ１０、第
２プロペラシャフト４に光を照射し、反射テープ１０か
らの反射波を検出することによって回転速度を検出する
光ファイバセンサ１１、光ファイバセンサ１１をシャシ
ダイナモ１７に固定するマグネットスタンド１６、光フ
ァイバセンサ１１の出力を電圧出力に変換するアンプ１
２、ディファレンシャル・ギア５の下部に接着された加
速度センサ１３の部分は、前記図１２と同様である。ま
た、２０は本実施例のアンバランス演算装置であり、光
ファイバセンサアンプ１２の出力と加速度センサ１３の
出力とが接続される。

【００１６】次に、図３は、アンバランス演算装置２０
の一実施例のブロック図、図４は外観を示す正面図であ
る。図３において、破線で囲まれた部分２０が本実施例
のアンバランス演算装置であり、図４に示すように一つ
の筐体内に纏めて納められ、容易に持ち運び出来るよう
になっている。また、２１は電源入力コネクタであり、
例えば車両のシガーライタ用コネクタから＋ＤＣ１２Ｖ
の電圧が印加される。２２は電源スイッチ、２３はデー
タサンプリング開始のスタートスイッチ（押しボタンス
イッチ）であり、信号線２３１を経てマイクロコンピュ
ータ２０１の入力ポートに接続され、また、サンプリン
グ中を示すランプ（押しボタン内に設置）を点灯させる
ためにマイクロコンピュータ２０１から信号線２３２を
経て上記ランプに接続されている。また、２４はシステ
ム・リセットスイッチであり、信号線２４１を経てマイ
クロコンピュータ２０１の外部割り込み端子に接続され
ている。このスイッチが押されるとマイクロコンピュー
タ２０１のプログラムがスタート位置に戻る。また、２
５は解析モードを選択するモード選択スイッチ（ロータ
リースイッチ）であり、信号線２５１を経てマイクロコ
ンピュータ２０１のＡ／Ｄ変換器２０２のチャンネル３
に入力されている。このスイッチを切り換えると電圧レ
ベルが変化し、その電圧をＡ／Ｄ変換することによって
解析モードを決定する。例えば、入力チャンネル１の
周波数分析、入力チャンネル２の周波数分析、入力
チャンネル１、２の周波数分析、入力チャンネル１、
２間のゲイン、位相差、コヒーレンス演算、チャンネ
ル２のチャンネル１に対する次数比分析、の５モードが
ある。なお、本発明のアンバランス測定では、上記の
のモードのみを用いるので、モード選択スイッチ２５は
設けなくとも良い。

【００１７】また、２６は周波数レンジ選択スイッチ
（ロータリースイッチ）であり、モード選択スイッチ２
５と同様に電圧レベル変化によって周波数レンジを決定
する。この周波数レンジ選択スイッチ２６は信号線２６
１を経てＡ／Ｄ変換器２０２のチャンネル４に入力され
ている。また、２７は周波数分析の処理中に点灯する分
析処理中表示ランプであり、マイクロコンピュータ２０
１の出力ポートから信号線２７１を経てランプに接続さ
れている。このランプ２７はスタートスイッチ２３の入
力後に点灯するものであり、例えばＬＥＤ等を用いるこ
とが出来る。また、２８はバランス計算ＮＧランプであ
り、現状ベクトルが所定範囲外にはみ出したり、演算値
が異常に大きい場合等のようにバランス計算不可の場合
に点灯するものである。これもＬＥＤ等を用い、マイク
ロコンピュータ２０１の出力ポートから信号線２８１を
経て接続されている。また、２９は、光ファイバセンサ
１１からアンプ１２を介した信号が入力されるコネクタ
（ＢＮＣ）であり、これをチャンネル１とする。このコ
ネクタ２９から入力されたアナログ電圧は、信号線２９
１、フィルタ２０３、信号線２９２、ゲインとオフセッ
トの調整アンプ２０４および信号線２９３を経てＡ／Ｄ
変換器２０２のチャンネル１に接続される。また、３０
は、加速度センサ１３の出力信号を受けるコネクタ（Ｂ
ＮＣ）であり、コネクタ３０から入力されたアナログ電
圧は、センサアンプ３０２、切り換えスイッチ３２、信
号線３２１、フィルタ２０３、信号線３２２、調整アン
プ２０４および信号線３２３を経てＡ／Ｄ変換器２０２
のチャンネル２に接続される。また、内蔵されたセンサ
アンプ３０２は、加速度センサ１３に応じてゲインが調
整されているものであり、使用時にはコネクタ３０に加
速度センサ１３を接続するだけで容易に使用出来るよう
になっている。なお、前記図１２に示したように、外付
けの加速度センサアンプ１４を用いれば、上記の構成は
省略することが出来、下記のコネクタ３１に加速度セン
サアンプ１４の出力を接続すれば良い。

【００１８】また、３１はコネクタ２９と同様のセンサ
アンプを介したセンサ出力を入力するコネクタ（ＢＮ
Ｃ）であり、切り換えスイッチ３２に接続される。切り
換えスイッチ３２以後の接続経路は上記コネクタ３０と
同様である。本実施例においては、入力チャンネル２に
ついては、コネクタ３１に入力する電圧信号と、コネク
タ３０に入力する電圧信号（加速度センサ１３の信号）
とを、切り換えスイッチ３２（例えばスライドスイッ
チ）で任意に切り換え可能な構成となっている。切り換
えスイッチ３２でいずれかが選択された入力電圧信号は
信号線３２１を経てフィルタ２０３に接続される。また
コネクタ３０を選択した場合には、切り換えスイッチ３
２から信号線３２４を経て信号が送られ、それによって
マイクロコンピュータ２０１の入力ポートがＨighレベ
ルになり、コネクタ３１からの通常入力の場合はＬowレ
ベルになることにより、マイクロコンピュータ２０１に
入力の種類を知らせる。また、３３はプリンタ３５への
出力のオン／オフを設定するスイッチ（スライドスイッ
チ）であり、信号線３３１を経てマイクロコンピュータ
２０１の入力ポートに接続されている。

【００１９】また、３４は液晶表示器であり、マイクロ
コンピュータ２０１のアンバランス演算結果やアンバラ
ンス計算ＮＧ時の計測条件変更の指示等を表示する。こ
の液晶表示器３４は８ビットのデータ信号線３４１と信
号の授受コントロールする信号線３４２とによってマイ
クロコンピュータ２０１に接続されている。また、３５
はプリンタであり、マイクロコンピュータ２０１のアン
バランス演算結果等をプリントアウトする。このプリン
タ３５は、例えば小型のサーマルプリンタ等によって構
成され、８ビットのデータ出力信号線３５１とコントロ
ール信号線３５２によってマイクロコンピュータ２０１
に接続されている。なお、図４の３５３はプリンタ３５
の出力用紙であり、アンバランス演算装置２０の本体か
ら簡単に交換できるようになっている。また、フィルタ
２０３は８次のフィルタであり、カットオフ周波数はマ
イクロコンピュータ２０１の出力ポートからの３ビット
の信号（２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ）によって切り
換え可能である。また、２０４はゲインとオフセットの
調整アンプであり、演算増幅器で構成される。この調整
アンプ２０４は、フィルタ２０３からの０Ｖを中心とし
た±の電圧を、Ａ／Ｄ変換するために例えば２.５Ｖ±
２.５Ｖの電圧にオフセット調整するものである。ま
た、図４の３６は本アンバランス演算装置２０を運んだ
り、車両に固縛するための取手である。

【００２０】次に、この実施例の作用について説明す
る。まず、周波数スペクトル分析およびフーリエ変換の
方法について簡単に説明する。周波数スペクトル分析
は、まず、図８に示すように、例えば、センサ出力（時
間軸）波形をＡ／Ｄ変換してディジタルの離散系にし、
例えば１０２４点のディジタル値として表わす。そして
それのフーリエ変換を行なって図１０に示すような周波
数スペクトル分布として表わす。また、フーリエ変換を
行なう前に、図９に示すごときウインドウ関数（重み関
数）を１０２４点のデータに乗算する。これは、有限個
のデータに対して離散的なフーリエ変換を行なう場合に
は必要であり、図９の特性はハニング・ウインドウ（Ha
nnings window）特性を示す。このハニング・ウインド
ウは、Ｗ(Ｎ）＝０.５−０.５cos(２πＮ／１０２４）の特性を有する。次に、一般のフーリエ変換は、下記
（数４）式で行なわれる。

【００２１】

【数４】

【００２２】なお、ｇ(ｔ)は関数であり、ここではセン
サの値（時間軸上）を示す。上記（数４）式をディジタ
ル化された離散的なフーリエ変換で表わすと、下記（数
５）式のようになる。

【００２３】

【数５】

【００２４】なお、上記（数５）式において、ｇ_n＝ｇ(ｎΔｔ）Ｆ_m＝Ｆ(_mΔω）、ただし（ｍ＝０〜Ｎ−１）Ｋ＝ｍ×ｎであり、かつ

【００２５】

【数６】

【００２６】である。なお、（数５）式、（数６）式に
おいて、Ｎはサンプル数（例では１０２４）、Δｔはサ
ンプリング周期であり、取り込んだデータｇ₀〜ｇ_n-1に
sin、cos関数を乗算して和を求めることによって演算す
ることが出来る。或る周波数ｘのパワースペクトル｜Ｆ
_x｜²は、｜Ｆ_x｜²＝（Ｆ_XR)²＋（Ｆ_XI)² …（数７）ただし、Ｆ_XR：ＦＦＴ演算結果の実数部Ｆ_XI：ＦＦＴ演算結果の虚数部として求まり、マイクロコンピュータのメモリ内に所定
の周波数Δｆの間隔で０〜Ｎ−１まで書き込まれる。こ
れを表示したものが図１０である。さらに、通常は分析
結果の精度を上げるため図８のように数〜数１０ブロッ
クのフーリエ変換した結果を平均化してスペクトルを表
示する。

【００２７】次に、実施例について説明する。電源コネ
クタ２１に＋ＤＣ１２Ｖを印加し、電源スイッチ２２を
ＯＮにすると、ＲＯＭ、ＲＡＭを持ったマイクロコンピ
ュータ２０１はＲＯＭに書かれた所定のプログラムのフ
ローチャート（後記図５〜図７）に従って動作する。

【００２８】図５〜図７は上記のプログラムのフローチ
ャートであり、図５および図６はメインプログラム、図
７はメインプログラムで定められた所定のサンプリング
周期でＡ／Ｄ変換を行なう割り込み処理プログラムであ
る。図５において、まず、Ｐ１では、マイクロコンピュ
ータのＲＡＭおよびレジスタに初期値を設定する。次
に、Ｐ２では、スタートスイッチ２３のオン／オフを調
べる。Ｐ２の結果がオンの場合は、Ｐ３で、周波数分析
中であることを示す分析処理表示ランプ２７を点灯する
ため、所定出力ポートにＨighを出力する。次に、Ｐ４
では、フィルタ２０３（アンチエリアシングフィルタ）
のカットオフ周波数ｆmaxを設定する。プロペラシャフ
トのバランス測定の場合は、プロペラシャフトの回転速
度が１００００rpm（周波数１６７Ｈz）以下のため、カ
ットオフ周波数ｆmaxを例えば２００Ｈzになるようにマ
イクロコンピュータ２０１から３ビットの指令信号を出
力する。次に、Ｐ５では、アベレージ回数ＡＶとサンプ
リング回数Ｎsを設定する。例えば、アベレージ回数Ａ
Ｖ＝８回とするとサンプリング数Ｎs＝１０２４×８＝
８１９２となる。次に、Ｐ６では、サンプリング周期Δ
Ｔを設定する。上記のように、カットオフ周波数ｆmax
２００Ｈzとすれば、 ΔＴ＝１／２・ｆmax （サンプリングの定理）により、サンプリング周期ΔＴ＝２.５ｍsecとなる。

【００２９】次に、Ｐ７では、タイマ割り込みを許可す
る。このタイマ割り込み許可により、図７に示す割り込
みフローチャートがΔＴ周期で実施される。図７におい
ては、チャンネル１の光センサからのパルス信号とチャ
ンネル２の加速度センサからの信号とをそれぞれＡ／Ｄ
変換し、所定のメモリエリアにストアする。そしてサン
プリング数Ｎs＝８１９２回に達したらサンプリング終
了フラグＳＰＥＮＤ＝１とし、タイマ割り込みを終了
し、図５のメインプログラムに戻る。

【００３０】次に、図５のＰ８では、サンプリング中の
判断フラグＳＰＥＮＤをチェックして、ＳＰＥＮＤ＝１
の時、すなわちサンプリングが終了している場合には、
次のフーリエ変換処理に進む。まず、Ｐ９では、チャン
ネル１の光ファイバセンサ信号のデータについてフーリ
エ変換を行なう。このフーリエ変換は、まず、サンプリ
ングしたデータに前記図９のハニング・ウインドウ関数
を乗算し、１ブロックの１０２４点データに対してフー
リエ変換を行なう。そしてＰ１０とＰ１１では、終了し
た回数を判断し、ＡＶ＝８回終了するまでこのルーチン
を繰り返す。次に、Ｐ１２では、ＡＶ回数のブロック
（８ブロック）のフーリエ変換が終了したらＡＶ回の平
均したパワースペクトル｜Ｆ_AV(ω)｜²を求める。次
に、Ｐ１３では、上記パワースペクトル｜Ｆ_AV(ω)｜²
の値の最大値を求め、その時の周波数をｆpとする。次
に、Ｐ１４では、チャンネル２の加速度センサ信号のデ
ータに対しても同様にフーリエ変換する。なお、Ｐ１４
は一つのパートで示しているが、その内容は前記Ｐ９〜
Ｐ１１と同じである。次に、Ｐ１５では、Ｐ１４で求め
た結果の平均値を求める。次に、Ｐ１６では、回転１次
のピーク周波数のゲインＧpを求める。次に、Ｐ１７で
は、光ファイバセンサの回転速度データと加速度センサ
の振動データとのピーク周波数ｆpにおける位相差θ₁₂
を求める。

【００３１】図５のＰ１７から図６のＰ１８へ続く。Ｐ
１８では、カウンタＣ_NT（初期値０）に１を加える。そ
してＰ１９では、カウンタＣ_NTの値が１か否かを判定す
る。Ｃ_NT＝１は現状ベクトル（ダミーウエイト無しの場
合）の測定の場合であるから、Ｐ２１へ行き、現状ベク
トルのアンバランス測定結果の位相差θ₁₂'、ゲインＧ
p'をメモリの所定番地に入れたのち、前記図５のＰ２に
戻り、次のダミーウエイトを０°に装着した場合の演算
を行なう。次に、Ｐ２０では、カウンタＣ_NTの値が２か
否かを判定する。Ｃ_NT＝２は基準位置０°にダミーウエ
イトを装着した場合であるから、Ｐ２２へ行き、０°の
アンバランス測定結果の位相差θ₁₂"、ゲインＧp"をメ
モリの所定番地に入れたのち、前記図５のＰ２に戻り、
次のダミーウエイトを１８０°に装着した場合の演算を
行なう。次に、Ｐ２０でＮＯの場合（Ｃ_NT＝３）は、基
準位置から１８０°にダミーウエイトを装着した場合で
あるから、Ｐ２３へ行き、１８０°のアンバランス測定
結果の位相差θ₁₂"'、ゲインＧp"'をメモリの所定番地
に入れる。

【００３２】なお、図１１は、本実施例の演算における
ベクトル図である。図１１において、Ｖ₀はダミーウエ
イトを０°位置に装着した状態で計測したベクトル、Ｖ
₁₈₀はダミーウエイトを１８０°位置に装着した状態で
計測したベクトル、Ｖ_Gはダミーウエイトを装着しない
状態で計測した現状ベクトル、Ｖ_MはＶ₀とＶ₁₈₀の先端
を結んだ線の中点と原点とを結ぶ中点ベクトル、Ｖ_GNは
現状ベクトルがＶ₀とＶ₁₈₀とのなす狭角外にはみ出した
異常時の例を示すベクトル、θ_Dは中点ベクトルＶ_Mと現
状ベクトルＶ_Gとのなす角度、θ_Bは許容範囲（詳細後
述）を示す角度であり、例えば中点ベクトルＶ_Mから±
２０°の範囲である。

【００３３】次に、現状ベクトルＶ_Mが０°のアンバラ
ンスベクトルＶ₀と１８０°のアンバランスベクトルＶ
₁₈₀とのなす狭角内にあるか否かを判断する。まず、Ｐ
２４では、θ₁₂"＜θ₁₂'か否かを判断し、また、Ｐ２５
では、θ₁₂"'＞θ₁₂'か否かを判断する。Ｐ２４とＰ２
５のいずれかがＹＥＳの場合、すなわち現状ベクトルＶ
_Gの位相角θ₁₂'が０°の位相角θ₁₂"より大きいか、１
８０°の位相角θ₁₂"'より小さい場合（現状ベクトルＶ
_Gが両ダミーベクトルのなす狭角内にない場合）は、正
確な計測が出来ない異常時であるから、Ｐ３２へ行き、
バランス計算ＮＧランプを点灯し、カウンタＣ_NTを０に
したのち次に計測に備える。一方、Ｐ２４とＰ２５とが
共にＮＯの場合、すなわち現状ベクトルＶ_Gの位相角θ
₁₂'が０°の位相角θ₁₂"より小さく、１８０°の位相角
θ₁₂"'より大きい場合（現状ベクトルＶ_Gが両ダミーベ
クトルのなす狭角内にある場合）は、Ｐ２６で、中点ベ
クトルＶ_M（０°のベクトルと１８０°のベクトルの先
端を結んだ線の中点と原点とを結ぶベクトル）と現状ベ
クトルＶ_Gとのなす角度θ_Dを求める。次に、Ｐ２７で
は、上記の角度θ_Dが所定角度θ_B（例えば±２０°）よ
り大きいか否かを判定する。θ_Dがθ_B以下の場合は、計
測が正常であることを意味するから、Ｐ２８で通常の方
法でアンバランス量およびバランス位相角を計算する。
まず、アンバランス量Ｗ_UNは下記（数８）式で求める。

【００３４】

【数８】

【００３５】ただし、Ｗ_D：ダミーウエイト重量Ｖ_G：現状ベクトルの大きさ０_P：プロペラシャフト径Ｖ₁₂：Ｖ₀とＶ₁₈₀の先端を結んだ線の長さまた、バランス位相角θ_Bはθ₁₂'の反対側（すなわち−
１８０°or＋１８０°）であるからそれを計算する。一
方、θ_Dがθ_Bより大きい場合は、計測がやや不正確であ
ることを意味するから、Ｐ２９に行き、原理的に正しい
と推定される中点ベクトルＶ_Mを現状ベクトルＶ_Gとして
アンバランス量や位相を計算する。すなわち、０°のベ
クトルと１８０°のベクトルの先端を結んだ線の中点と
原点とを結ぶベクトルを現状ベクトルである仮定して、
上記の中点と原点とを結ぶベクトルの位相角の反対側の
バランスベクトルθ_Bを計算し、さらにこのベクトルの
大きさを現状ベクトルの大きさとしてアンバランス量Ｖ
_G′を計算する。次に、Ｐ３０では、Ｐ２８またはＰ２
９で計算したアンバランス量Ｗunが所定値Ｗα（例えば
１００ｇ）より大か否かを判定する。計測が異常な場合
は、演算結果のアンバランス量Ｗunが異常に大きくなる
ことがある。そのためこの判定パートＰ３０を設け、演
算結果が異常に大きな値の場合には、Ｐ３２でＮＧを表
示するようにしている。次に、Ｐ３０でＮＯの場合に
は、計測が正常に終了したものと判断し、演算結果のア
ンバランス量Ｗ_UNおよびバランス位相角θ_Bを表示し、
カウンタＣ_NTを０にしたのち次に計測に備える。

【００３６】なお、本発明においては、フーリエ変換に
よって周波数スペクトル分析を行なうことによってアン
バランス量を求めているが、バンドパスフィルタを用い
た周波数スペクトル分析装置を用いても同様の構成が可
能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載の発明においては、ベクトル演算手段と判定手段とを
設け、ダミーウエイトを付加しない状態で測定した現状
ベクトルと、ダミーウエイトを回転体の所定位置（例え
ば０°位置）に付加した状態で測定した第２のベクトル
と、上記ダミーウエイトを上記所定位置から所定角度ず
れた位置（例えば１８０°位置）に付加した状態で測定
した第３のベクトルとを求め、第２と第３のベクトルの
先端を結んだ線の中点と原点とを結ぶ中点ベクトルと現
状ベクトルとのなす角度が所定値（例えば±２０°）以
下の場合には、信号の検出精度やダミーウエイトの取付
け状態等が正常であると判断して、アンバランス演算手
段におけるアンバランスの演算を行なわせ、入っていな
い場合は異常と判断してアンバランス演算不可を表示す
るように構成したことにより、検出信号の状態が計測に
適した状態の場合にのみアンバランスの計測が行なわれ
るので、常に正確な計測を行なうことが出来る。そのた
め、誤った計測値に基づいて誤ったバランス用ウエイト
を付加する畏れがなくなり、正確なアンバランス計測を
短時間で容易に行なうことが出来る、という効果が得ら
れる。

【００３８】また、請求項２に記載の発明においては、
上記請求項１の構成に加えて、中点ベクトルと現状ベク
トルとのなす角度が上記所定値より大の場合であっても
第２と第３のベクトルのなす狭角内に現状ベクトルが入
っている場合には、中点ベクトルを現状ベクトルとして
アンバランス演算手段にアンバランスの演算を行なわせ
るように構成したことにより、信号検出の精度が多少悪
い場合でもほぼ正確な計測を行なうことが出来る、とい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例の使用方法を示す概略図。

【図３】本発明の一実施例におけるアンバランス演算装
置２０の構成を示すブロック図。

【図４】アンバランス演算装置２０の外観を示す正面
図。

【図５】本発明の実施例における演算内容を示すメイン
フローチャートの一部。

【図６】本発明の実施例における演算内容を示すメイン
フローチャートの他の一部。

【図７】本発明の実施例における演算内容の他の部分を
示すフローチャート。

【図８】周波数スペクトル解析における加速度センサ出
力波形の一例図。

【図９】重み関数の特性図であり、ハニング・ウインド
ウ特性を示す図。

【図１０】フーリエ変換後の周波数スペクトル分布の一
例を示す特性図。

【図１１】本発明の一実施例におけるベクトル図。

【図１２】従来の回転体のアンバランス測定方法の一例
を示す概略図。

【図１３】回転センサ信号とそのフーリエ変換結果を示
す図。

【図１４】加速度センサ信号とそのフーリエ変換結果を
示す図。

【図１５】アンバランスベクトルを示す図。

【図１６】ダミーバランスを付加して計測を行なう方法
を説明するためのベクトル図および断面図。

【符号の説明】

１…トランスミッションのエクステンション２…第１プロペラシャフト３…センターベアリング４…第２プロペラシャフト５…ディファレンシャル・ギア６、７、８…ジョイント１０…反射テープ１１…光ファイバセンサ１２…光ファイバセンサアンプ１３…加速度センサ１４…加速度センサアンプ１５…アンバランス演算装置１６…マグネットスタンド１７…シャシダイナモ２０…アンバランス演算装置２０１…マイクロコンピュータ２０２…Ａ／Ｄ変換器２０３…フィルタ２０４…調整アンプ２１…電源入力コネクタ２２…電源スイッチ２３…スタートスイッチ２４…システム・リセットスイッチ２５…モード選択スイッチ２６…周波数レンジ選択スイッチ２７…分析処理中表示ランプ２８…バランス計算ＮＧランプ２９…コネクタ３０…加速度センサ１３の信号入力用コネクタ３０２…センサアンプ３１…コネクタ３２…切り換えスイッチ３３…スイッチ３４…液晶表示器３５…プリンタ３５３…プリンタ３５の出力用紙３６…取手５０…回転検出手段５１…振動検出手段５２…フーリエ変換手段５３…ベクトル演算手段５４…アンバランス演算手段５５…判定手段５６…表示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井富留雄神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 1/14 G01M 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体の回転速度に応じた信号を出力する
回転検出手段と、回転体の支持部に取付けられ、該支持部の振動を検出す
る振動検出手段と、上記回転検出手段と上記振動検出手段の信号をそれぞれ
フーリエ変換するフーリエ変換手段と、上記フーリエ変換手段による変換結果から上記回転検出
手段の信号と上記振動検出手段の信号との位相および上
記振動検出手段の信号の大きさからなるベクトルを演算
するものであって、ダミーウエイトを付加しない状態で
測定した第１のベクトルと、所定の重さのダミーウエイ
トを上記回転体の所定位置に付加した状態で測定した第
２のベクトルと、上記ダミーウエイトを上記所定位置か
ら所定角度ずれた位置に付加した状態で測定した第３の
ベクトルとを演算するベクトル演算手段と、上記フーリエ変換手段による変換結果から上記第１のベ
クトルについて上記回転体のアンバランス量およびアン
バランス位置を演算するアンバランス演算手段と、上記ベクトル演算手段の演算結果に基づき、上記第２と
第３のベクトルの先端を結んだ線の中点と原点とを結ぶ
第４のベクトルと上記第１のベクトルとのなす角度が所
定値以下の場合には、正常と判断して上記アンバランス
演算手段における通常のアンバランスの演算を行なわ
せ、上記第４のベクトルと上記第１のベクトルとのなす
角度が上記所定値より大の場合には、アンバランス演算
不可の信号を出力する判定手段と、上記アンバランス演算手段と上記判定手段の演算結果を
表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする回転体のアンバランス測定装
置。
【請求項２】請求項１に記載の回転体のアンバランス測
定装置において、上記判定手段は、上記ベクトル演算手段の演算結果に基
づき、上記第２と第３のベクトルの先端を結んだ線の
中点と原点とを結ぶ第４のベクトルと上記第１のベクト
ルとのなす角度が所定値以下の場合には、正常と判断し
て上記アンバランス演算手段における通常のアンバラン
スの演算を行なわせ、上記第４のベクトルと上記第１
のベクトルとのなす角度が上記所定値より大の場合であ
っても上記第２と第３のベクトルのなす狭角内に上記第
１のベクトルが入っている場合には、上記第４のベクト
ルを上記第１のベクトルとして上記アンバランス演算手
段にアンバランスの演算を行なわせ、上記第１のベク
トルが上記第２と第３のベクトルのなす狭角内に入って
いない場合にはアンバランス演算不可の信号を出力する
ものである、ことを特徴とする回転体のアンバランス測
定装置。