JP3788231B2 - Evaluation method for radial vibration of rotating body and evaluation apparatus for radial vibration of rotating body - Google Patents

Evaluation method for radial vibration of rotating body and evaluation apparatus for radial vibration of rotating body Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の径方向振動の評価方法に関し、特に軸受や軸受を組み込んだスピンドル等の回転体の回転数に非同期な径方向振動を周波数分析に基づいて評価する回転体の径方向振動の評価方法及び回転体の径方向振動の評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の転がり軸受やこれを組み込んだスピンドル等の回転体は軸受部等の真円度等に起因する径方向振動を発生するため、これらを構成要素とする工作機械等の構造物の重大な振動を発生する振動源となることがある。
【0003】
このような回転体は定速回転時にも径方向振動を発生し、この径方向振動は、回転体の回転数に非同期な径方向振動成分(回転非同期(NRRO:Non Repeatable Round Out)振動成分と称される。)を含む。このNRRO振動成分の周波数は、回転体の軸受の内外輪、ボール等の転動体の幾何学的寸法及びこれらの形状精度と、回転体の定速回転数とにより所定の計算式から定まり、この所定の計算式は複数定義されているので、NRRO振動成分の周波数は複数存在する。また、これら複数の周波数のNRRO振動成分のうち、一部の周波数のNRRO振動成分は回転体の回転方向の方位に依存して振動の大きさ(振幅)が変化する(以下「方位に依存する」という。)ことが知られている。
【0004】
一方、特にハードディスク装置では、ディスクの回転軸に使用している玉軸受の振動に起因するディスクの振動が磁気ヘッドの位置決め誤差の主原因となるため、玉軸受には厳しい回転精度が求められている。
【0005】
ハードディスク装置用に求められる回転精度を満たす玉軸受を供給するためには、NRRO振動成分を定量的に評価して磁気ヘッドの位置決めに不都合な大きさのNRRO振動成分を有する玉軸受を排除する必要がある。さらにはハードディスク装置が有する共振周波数の近傍にある周波数(以下「特定の周波数」という。)のNRRO振動成分を特に重点的に評価して、ハードディスク装置が共振を起こすおそれがある玉軸受を排除する必要がある。
【0006】
通常、特定の周波数のNRRO振動成分は方位に依存するNRRO振動成分と依存しないNRRO振動成分とから成り、また、夫々のNRRO振動成分は複数の周波数から成っている。すなわち、方位に依存するNRRO振動成分及び方位に依存しないNRRO振動成分の夫々の特定の周波数は複数の周波数から成っているので、例えば、ある特定の周波数のNRRO振動成分が方位に依存するならば、回転体の回転方向の全方位に亘って各方位毎に方位に依存する複数の周波数から成るNRRO振動成分の大きさを知って、該大きさを知った複数の周波数から成るNRRO振動成分のうち最大の振幅値と、この振幅値を呈する方位を見つけることによりNRRO振動成分の評価を行う。
【0007】
回転体の回転方向の全方位に亘って回転体の径方向振動を評価する方法のひとつとして、回転体の外周近傍の2箇所に径方向振動を測定するための変位測定器等の変位センサを互いの方位が異なるように設置して、測定した2方位の振動測定値を用いて異なる第3の方位の径方向振動を評価する方法が知られている。この径方向振動を評価する方法では2つの変位センサを夫々回転体の回転軸と直交し、且つ互いに直交する方向(x方向、y方向)の振動を測定できるように設置する(図10)。振動を測定する時間をt、測定されたx方向、y方向の振動成分を夫々x(t),y(t)とするとき、その軸上に変位センサの1つが設置される図10のx軸から回転体の回転方向に角度θだけ回転移動した方位θの径方向振動f(t,θ)は下記式で表される。
【0008】
f(t,θ)=x(t)cosθ+y(t)sinθ
また、NRRO振動成分の振幅は、通常、NRRO振動成分を回転体の回転周期毎に切り出してこれらを重畳させたときの変動幅の最大値で評価される。このとき、NRRO評価値とは各方位のNRRO振動成分の振幅の中から選択された最大振幅をいい、最大方位θmaxとはNRRO評価値を呈する方位を言う。
【0009】
通常、径方向振動f(t,θ)には、方位に依存する特定の周波数のNRRO振動成分以外の振動成分も含まれている。そのため、方位に依存する特定の周波数のNRRO振動成分の振幅を評価するには、周波数分析により径方向振動f(t,θ)から、方位に依存する特定の周波数のNRRO振動成分の振幅を選択的に求めなければならない。
【0010】
一般に、複数の周波数を含む振動から特定の周波数の振幅を選択的に求めるには、フーリエ変換を用いた周波数分析を行うが、仮に、上述した径方向振動を評価する方法において、最大方位θmaxとNRRO評価値を呈する径方向振動f(t, θmax)とが得られたとき、f(t, θmax)をΔtごとにサンプリングして得られるN点の離散値系列{fn(θmax)=f(nΔt, θmax)、n=0,1,…N−1}をフーリエ変換して得られた周波数スペクトル{Fk(θmax)、k=0,1,…N−1}を用いて方位に依存する特定の周波数のNRRO振動成分の振幅を評価しようとしても、最大方位θmaxのフーリエ変換によって得られた周波数スペクトル分布における特定の周波数に対応する周波数スペクトルは、全方位の中での最大値になるとは限らない。
【0011】
なぜなら、上述したように、通常、特定の周波数は複数の周波数から成り、最大方位θmaxは方位に依存する複数の周波数から成る特定の周波数のNRRO振動成分の夫々の周波数、振幅及び位相の相対的な関係で決まる合成振幅が最大となる方位であるが、一般に夫々の周波数のNRRO振動成分は互いに異なる方位で最大の振幅を呈するからである。
【0012】
そのために、特定の周波数のNRRO振動成分夫々の真の最大方位θmaxを求めるには、各方位毎に径方向振動f(t,θ){0≦θ<2π}からフーリエ変換を用いた周波数分析によって周波数スペクトル分布を得た上で、各方位毎に特定の周波数に対応する周波数スペクトルを求め、夫々の周波数毎に全方位に亘って周波数スペクトルの振動レベルを比較して、これらの中から最大の振動レベルを呈する周波数スペクトルを選択し、さらに選択された夫々の周波数の周波数スペクトルの中から最大の振動レベルを呈する周波数スペクトルを選択し、該選択された周波数スペクトルを呈する方位を求める必要がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各方位毎にフーリエ変換を用いる周波数分析において、真の最大方位θmax算出の正確性を増すために方位θを細かくとれば、方位θ毎にFFT(Fast Fourier Transform)演算を繰り返さなければならないので、多大な計算を行う必要があり、生産ラインの中で回転体の径方向振動のNRRO振動成分をリアルタイムに評価することができないという問題がある。
【0014】
本発明の目的は、多大な計算を行うことなく、生産ラインの中で回転体の径方向振動のNRRO振動成分をリアルタイムに評価することができる回転体の径方向振動の評価方法及び回転体の径方向振動の評価装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出する回転体の径方向振動の評価方法に関する
【0016】
本発明の回転体の径方向振動の評価方法によれば、2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて各方位毎に特定の周波数の径方向振動の振幅を算出するので、フーリエ変換を各方位毎に行う必要を無くし、多大な計算を行うことなく、生産ラインの中で回転体の径方向振動のNRRO振動成分をリアルタイムに評価することができる。
【0017】
ここで、本発明の回転体の特定の周波数の径方向振動の方位θにおける振幅を求める振幅算出処理について説明する。
【0018】
まず、x、y方向の振動成分x(t),y(t)を測定し、これらx(t),y(t)の夫々をΔtごとに分割してサンプリングされたN点の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}をフーリエ変換する。本処理におけるフーリエ変換はFFT演算による離散的フーリエ変換であるので、周波数軸上の離散点をkとすると、Xk,Ykで表される周波数スペクトル{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}(以下「周波数サンプル値」という)が得られる。
【0019】
その後、特定の周波数に対応する周波数点hと対応する周波数スペクトルXh,Yhを周波数スペクトル{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}から選択し、選択された周波数スペクトルXh,Yhに基づいて、周波数点hにおける方位θの径方向振動f(t,θ)の周波数サンプル値の2乗を算出する。
【0020】
まず、方位θの径方向振動f(t,θ)は、上述したように下記式(1)で表される。
【0021】
f(t,θ)=x(t)cosθ+y(t)sinθ …(1)
この式(1)の両辺をフーリエ変換すると、周波数点hにおける方位θの径方向振動f(t,θ)の周波数サンプル値の2乗|Fh(θ)|2が下記式(2)で表される。
【0022】

Figure 0003788231
上記式(2)において、|A|は複素数Aの絶対値であり、Xh *及びYh *は複素数Xh及びYhの共役であり、且つRe(B)は複素数Bの実数部である。
【0023】
このとき、x(t),y(t)のN点の離散値系列が実数値の系列であれば、方位θの径方向振動f(t,θ)の離散値系列{f(nΔt,θ)、n=0,1,…N−1}も実数値の系列となるので、周波数点hにおける方位θの径方向振動f(t,θ)の周波数サンプル値のRMS振幅値(Root Mean Square)は21/2|Fh(θ)|であり、上記式(2)に基づいて周波数点hにおける方位θの径方向振動f(t,θ)の周波数サンプル値のRMS振幅値は下記式(3)で表される。
【0024】
Figure 0003788231
この周波数点hにおける方位θの径方向振動f(t,θ)の周波数サンプル値のRMS振幅値を、回転体の径方向振動の周波数点hにおける方位θの振幅として算出した後、本処理を終了する。
【0025】
このとき、回転体の回転方向の全方位に亘って算出された周波数点hにおける径方向振動f(t,θ)の周波数サンプル値のRMS振幅値の中から選択された最大のRMS振幅値をNRRO振動成分の評価におけるRMS評価値とし、このRMS評価値を呈する方位θを最大方位θmaxとする。
【0026】
また、好ましくは、前記回転体の回転方向における0〜πの方位を細分化した各方位毎に前記所定の周波数に対応する前記2方向の周波数スペクトルに基づいて前記径方向振動の振幅を算出し、該算出された各方位の振幅から前記最大振幅を選択するのがよい。
【0027】
例えば、回転体の特定の周波数の径方向振動の方位θにおける振幅として、周波数点hにおける回転体の回転方向をM個に分割したときの方位2jπ/Mの径方向振動f(t,2jπ/M)の周波数サンプル値のRMS振幅値を算出するとき、この周波数点hにおける方位2jπ/Mの径方向振動f(t,2jπ/M)の周波数サンプル値のRMS振幅値は、下記式(4)で表される。
【0028】
Figure 0003788231
上記式(4)では、方位2jπ/M=0〜πと方位2(j+M/2)π/M=2jπ/M+π=π〜2πにおいて周波数サンプル値の絶対値|Fh(2jπ/M)|と|Fh(2jπ/M+π)|は等しいので、方位2jπ/Mの径方向振動f(t,2jπ/M)の周波数サンプル値のRMS振幅値は方位2jπ/M=0〜πで算出すれば十分である。その結果、方位2jπ/Mの径方向振動f(t,2jπ/M)の周波数サンプル値のRMS振幅値を回転体の回転方向の全周に亘って算出する必要を無くすことができるので、計算時間をより短縮することができる。
【0029】
このとき、回転体の回転方向の方位2jπ/M=0〜πに亘って算出された周波数点hにおける径方向振動f(t,2jπ/M)の周波数サンプル値のRMS振幅値の中から選択された最大のRMS振幅値をRMS評価値とし、このRMS評価値を呈する方位2jπ/Mを最大方位θmaxとする。
【0030】
さらに好ましくは、前記回転体の回転方向における0〜π/2の方位を細分化した各方位毎に前記所定の周波数に対応する前記2方向の周波数スペクトルに基づいて前記径方向振動の振幅を算出し、該算出された各方位の振幅から前記最大振幅を選択するのがよい。
【0031】
例えば、方位2jπ/Mをπ/2進めた方位(2jπ/M+π/2)におけるRMS振幅値は、cos(2jπ/M)の代わりに−sin(2jπ/M)を、sin(2jπ/M)の代わりにcos(2jπ/M)を上記式(4)に代入すれば、下記式(5)で表される。
【0032】
Figure 0003788231
従って、上記式(4)及び上記式(5)を用いれば、方位2jπ/M=0〜π/2におけるsin(2jπ/M)及びcos(2jπ/M)を算出するだけで、方位2jπ/M=0〜πにおける周波数点hの径方向振動f(t,2jπ/M)の周波数サンプル値のRMS振幅値を算出することができるので、方位2jπ/Mの径方向振動f(t,2jπ/M)の周波数サンプル値のRMS振幅値を回転体の回転方向の半周に亘って算出する必要を無くし、計算時間をさらに短縮することができる。
【0033】
また、好ましくは、前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを前記2方向の周波数スペクトル及び三角関数の加法定理に基づいて導出するのがよい。
【0034】
ここで、本発明の径方向振動の最大振幅と、最大振幅を呈する方位とを2方向の周波数スペクトル及び三角関数の加法定理に基づいて導出する最大振幅導出処理について説明する。
【0035】
本発明の最大振幅導出処理において、上記式(2)は、ah=(|Xh2+|Yh2)/2、bh=(|Xh2−|Yh2)/2及びch=(Xhh *+Yhh *)/2=Re(Xhh *)を用いて下記式(6)で表される。
【0036】
Figure 0003788231
上記式(6)において、φh=tan-1(ch/bh)である。従って、上記式(6)より、周波数サンプル値の2乗|Fh(θ)|2が最大値となる最大方位θmaxは下記式(7)で表される。
【0037】
θmax=φh/2
=[tan-1 [ e(Xhh *)/(|Xh2−|Yh2)]]/2
及び
θmax=φh/2±π …(7)
また、周波数サンプル値の2乗|Fh(θ)|2の最大値は下記式(8)で表される。
【0038】
Figure 0003788231
このとき、21/2|Fh(θ)|の最大値がRMS評価値であり、下記式(9)で表される。
【0039】
Figure 0003788231
従って、上記式(7)及び上記式(9)を用いれば、RMS評価値を算出する際に、Xh及びYhから|Xh2,|Yh2,Re(Xhh *),|Xh 2+Yh 2|を算出するだけで最大方位θmax,RMS評価値を算出することができるので、回転体の回転方向における各方位毎にRMS振幅値を算出する必要を無くし、計算時間を極めて短縮することができる。
【0040】
さらに好ましくは、前記最大振幅と所定値との比較に基づいて前記回転体の回転性能の良否を判定する。例えば、前記最大振幅が所定値を越えるときには、回転性能不良と判定するのがよい。
【0041】
このとき、最大振幅が所定値を越えるときには、回転性能不良と判定するので、簡潔に回転性能の良否を判定することができる。
【0042】
尚、上述したXh及びYhの複素数値を用いる代わりに、それらの振幅及び位相を用いてもよい。このときの回転体の径方向振動の評価方法において、上述した式(1)〜(9)に等価な式を導くのは容易であるために、説明を省略する。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態に係る評価方法を図面を参照して詳述する。
【0044】
本発明の第1の実施の形態に係る評価方法は、回転体の径方向振動を互いに異なる2方向から測定し、該測定した2方向の振動成分の各々に基づいて方位に依存するNRRO振動成分の最大振幅と、最大振幅を呈する方位とを評価する際に以下の評価装置によって実行される。
【0045】
本発明の第1の実施の形態に係る評価方法を実行する評価装置の概略構成を図面を用いて説明する。
【0046】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る評価方法を実行する評価装置の概略構成を示す図である。
【0047】
図1において、評価装置100は、非接触光学型である2つの変位センサ101と、2つの変位測定装置102と、コンピュータ103と、モータ104と、カップリング105と、回転軸106を有するスピンドル107とによって構成される。
【0048】
回転軸106は水平に配向しており、2つの変位センサ101は夫々スピンドル107の前面より突出した回転軸106に垂直且つ水平(図中のx方向)に、回転軸106に垂直且つ鉛直(図中のy方向)に配置される。従って、2つの変位センサ101は互いに直交している。また、2つの変位センサ101は夫々変位測定装置102を介してコンピュータ103に接続される(図1(a))。モータ104は、その回転軸がカップリング105を介して回転軸106と接続される(図1(b))。
【0049】
変位センサ101は回転軸106の径方向の振動成分を測定し、且つ測定した振動成分を信号として変位測定装置102に送信し、変位測定装置102は送信された信号を回転軸106のx方向、若しくはy方向に関する変位量に比例する電圧信号に変換し、且つ変換した電圧信号をコンピュータ103が内蔵する不図示のA/D変換器に入力する。コンピュータ103はA/D変換器に入力された電圧信号を同期的にディジタル値に変換し、且つ変換されたディジタル値を記憶する。さらに、コンピュータ103は記憶されたディジタル値に基づいて回転軸106の回転方向の方位に依存するNRRO振動成分の最大振幅と、該最大振幅を呈する方位とを導出し、回転軸106の回転性能の良否を判定する。また、モータ104はカップリング105を介して回転軸106に駆動トルクを伝達し、回転軸106を一定速で回転させる。
【0050】
以下、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理について図面を用いて説明する。
【0051】
図2は、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【0052】
まず、回転軸106のx方向の振動成分の電圧信号x(t)及びy方向の振動成分の電圧信号y(t)の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}をA/D変換器に同時に取り込み(ステップS201)、該取り込んだ離散値系列に対してFFTアルゴリズムを用いて離散的フーリエ変換を行いXk,Ykで表される周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}を得る(ステップS202)。
【0053】
次いで、NRRO振動成分のP個の周波数(特定の周波数){f、i=1,…P}に対応するP個の周波数点{k、i=1,…P}の夫々と対応する周波数軸上の離散点の周波数サンプル値{Xki,Ykii=1,…P}を離散的フーリエ変換によって得られた周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}から選択し、選択された周波数サンプル値Xki,Ykiを用いて{|Xki2,|Yki2,Re(Xkiki *)、i=1,…P}を算出し、これらを不図示のメモリに記憶する(ステップS203)。
【0054】
その後、回転軸106の回転方向をM個に分割した方位のうち、0〜πに相当する方位{θj=2jπ/M、j=0,1,…M/2−1}の各方位において周波数点ki毎に上記式(4)に基づいてRMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|、j=0,1,…M/2−1}を算出する(ステップS204)。このとき、上述した通り周波数サンプル値の絶対値|Fki(2jπ/M)|と|Fki(2jπ/M+π)|は等しいので、π〜2πに相当する方位ではRMS振幅値を算出する必要はない。
【0055】
さらに、算出されたM/2個のRMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|、j=0,1,…M/2−1}から最大のRMS振幅値を選択する。該選択したRMS振幅値を周波数点kiのRMS評価値Akiとし、このRMS評価値Akiを呈する方位2jπ/M、2jπ/M+πを最大方位とする(ステップS205)。
【0056】
その後、NRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}と、RMS評価値{Aki、i=1,…P}と、各RMS評価値Akiに対応する最大方位{2jπ/M、i=1,…P}とによって図3に示す表を作成し(ステップS206)、表における全てのRMS評価値Akiが所定値より小さいか否かを判別する(ステップS207)。
【0057】
ステップS207の判別の結果、全てのRMS評価値Akiのうち、1つでも所定値より大きければ、回転軸106の回転性能を不良と判定し(ステップS208)、全てのRMS評価値Akiが所定値より小さければ回転軸106の回転性能は良好と判定する(ステップS209)。その後、本処理を終了する。
【0058】
本発明の第1の実施の形態によれば、x、y方向から測定して得られる回転軸106の径方向振動のx、y方向の振動成分を離散的フーリエ変換によって周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}に変換し(ステップS202)、該変換されたx、y方向の周波数サンプル値から選択されたNRRO振動成分の特定の周波数{f、i=1,…P}に対応する周波数点{k、i=1,…P}の周波数サンプル値に基づいて、0〜πに相当する方位{θ=2jπ/M、j=0,1,…M/2−1}の各方位毎にRMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|、j=0,1,…M/2−1}を算出し(ステップS204)、これらのRMS振幅値からRMS評価値Akiを選択する(ステップS205)ので、フーリエ変換を各方位毎に行う必要を無くすことができることに加え、π〜2πに相当する方位でRMS振幅値を算出する必要を無くし、多大な計算を行うことなく、生産ラインの中で回転体の径方向振動のNRRO振動成分をリアルタイムに評価することができる。
【0059】
次に、本発明の第2の実施の形態に係る評価方法を図面を参照して説明する。
【0060】
本発明の第2の実施の形態に係る評価方法も同様に、方位に依存するNRRO振動成分の最大振幅と、最大振幅を呈する方位とを評価する際に、図1の評価装置100によって実行される。
【0061】
以下、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理について図面を用いて説明する。
【0062】
本処理は、図2の最大振幅評価処理に対して、ステップS204において算出されるRMS振幅値が異なる。
【0063】
図4は、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【0064】
図4のフローチャートにおいて、ステップS201〜S203、S207〜S209は図2のフローチャートのそれと同じであるので、説明を省略する。
【0065】
図4の処理において、ステップS203の後、回転軸106の回転方向をM個に分割した方位のうち、0〜π/2に相当する方位{θj=2jπ/M、j=0,1,…M/4−1}の各方位において周波数点ki毎に上記式(4)及び上記式(5)に基づいてRMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|,21/2|Fki(2jπ/M+π/2)|、j=0,1,…M/4−1}を算出する(ステップS401)。
【0066】
さらに、算出されたM/2個のRMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|,21/2|Fki(2jπ/M+π/2)|、j=0,1,…M/4−1}から最大の振幅値を選択する。該選択したRMS振幅値を周波数点kiのRMS評価値Akiとし、このRMS評価値Akiを呈する方位2jπ/M又は2jπ/M+π/2を最大方位とする(ステップS402)。
【0067】
その後、NRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}と、RMS評価値{Akii=1,…P}と、各RMS評価値Akiに対応する最大方位{2jπ/M又は2jπ/M+π/2、i=1,…P}とによって図5に示す表を作成する(ステップS403)。以後は、図2の処理におけるステップS207以降の処理を行う。
【0068】
本発明の第2の実施の形態によれば、方位2jπ/M=0〜π/2におけるsin(2jπ/M)及びcos(2jπ/M)を算出するだけで、方位2jπ/M=0〜πにおけるNRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}におけるRMS振幅値を算出する(ステップS401)ので、RMS振幅値を回転体の回転方向の半周に亘って算出する必要を無くし、もって計算時間をさらに短縮することができる。
【0069】
次に、本発明の第3の実施の形態に係る評価方法を図面を参照して説明する。
【0070】
本発明の第3の実施の形態に係る評価方法も同様に、方位に依存するNRRO振動成分の最大振幅と、最大振幅を呈する方位とを評価する際に、図1の評価装置100によって実行される。
【0071】
以下、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理について図面を用いて説明する。
【0072】
本処理は、図2の最大振幅評価処理に対して、RMS評価値及び最大方位を三角関数の加法定理に基づいて導出する点で異なる。
【0073】
図6は、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【0074】
図6のフローチャートにおいて、ステップS201〜S203、S207〜S209は図2のフローチャートのそれと同じであるので、説明を省略する。
【0075】
図6の処理において、ステップS203の後、NRRO振動成分の特定の周波数{f、i=1,…P}毎に、上記式(9)に基づいてRMS評価値{Aki=21/2|Fki(φki/2)|、i=1,…P}と、上記式()に基づいて各RMS評価値Akiに対応する最大方位{θki=φki/2,θki+π、i=1,…P}とを解析的に導出する(ステップS601)。
【0076】
その後、NRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}と、RMS評価値{Aki、i=1,…P}と、各RMS評価値Akiに対応する最大方位{θkiki+π、i=1,…P}とによって図7に示す表を作成する(ステップS602)。以後は、図2の処理におけるステップS207以降の処理を行う。
【0077】
本発明の第3の実施の形態によれば、NRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}毎に、RMS評価値{Aki=21/2|Fki(φki/2)|、i=1,…P}と、各RMS評価値Akiに対応する最大方位{θki=φki/2,θki+π、i=1,…P}とを三角関数の加法定理に基づいて解析的に導出する(ステップS601)ので、回転体の回転方向における各方位毎にRMS振幅値を算出する必要を無くし、もって計算時間を極めて短縮することができる。
【0078】
次に、本発明の第4の実施の形態に係る評価方法を図面を参照して説明する。
【0079】
本発明の第4の実施の形態に係る評価方法も同様に、方位に依存するNRRO振動成分の最大振幅と、最大振幅を呈する方位とを評価する際に、図1の評価装置100によって実行される。
【0080】
以下、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理について図面を用いて説明する。
【0081】
本処理は、図2の最大振幅評価処理に対して、複数のNRRO振動成分の周波数における総合的なRMS評価値及び最大方位を一度に導出する点で異なる。
【0082】
総合的なRMS評価値及び最大方位を一度に導出するための計算式は以下の手順によって導出される。まず、算出されたNRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}に対応するP個の周波数点{ki、i=1,…P}の夫々と対応する周波数軸上の離散点における|Xki2,|Yki2,Re(Xkiki *){i=1,…P}及び上記式(2)に基づいて、以下のパワースペクトルを表現する下記式(10)を得る。
【0083】
【数5】
Figure 0003788231
【0084】
ここで、上記式(2)から上記式(7)を導出した手順と同様に、三角関数の加法定理に基づいた手順により、上記式(10)から複数のNRRO振動成分の周波数における総合的な最大方位θmaxを表す下記式(11)が導出される。
【0085】
【数6】
Figure 0003788231
【0086】
さらに、上記式(2)から上記式(9)を導出した手順と同様に、三角関数の加法定理に基づいた手順により、上記式(10)から複数のNRRO振動成分の周波数における総合的なRMS評価値Atotalを表す下記式(12)が導出される。
【0087】
【数7】
Figure 0003788231
【0088】
図8は、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【0089】
図8のフローチャートにおいて、ステップS201〜S203は図2のフローチャートのそれと同じであるので、説明を省略する。
【0090】
図8の処理において、ステップS203の後、ステップS203で算出されたNRRO振動成分の特定の周波数{f、i=1,…P}に対応するP個の周波数点{k、i=1,…P}の夫々と対応する周波数軸上の離散点における|Xki2,|Yki2,Re(Xkiki *){i=1,…P}、上記式(11)及び上記式(12)に基づいて総合的な最大方位θmax、θmax+π及びRMS評価値Atotalを算出する(ステップS801)。
【0091】
次いでステップS802において、RMS評価値Atotalが所定値より小さいか否かを判別する。
【0092】
ステップS802の判別の結果、RMS評価値Atotalが所定値より大きければ、回転軸106の回転性能を不良と判定し(ステップS803)、RMS評価値Atotalが所定値より小さければ回転軸106の回転性能は良好と判定する(ステップS804)。その後、本処理を終了する。
【0093】
この他、総合的なRMS評価値及び最大方位を一度に導出するのではなく、回転軸106の回転方向をM個に分割した方位のうち、0〜πに相当する方位{θj=2jπ/M、j=0,1,…M/2−1}の各方位毎に上記式(10)に基づいてパワースペクトルを求め、これらのパワースペクトルの中から最大のものをRMS評価値Atotalとして選択してもよい。
【0094】
本第4の実施の形態によれば、NRRO振動成分の特定の周波数{f、i=1,…P}における総合的な最大方位θmaxmax+π及びRMS評価値Atotalを一度に導出する(ステップS801)ので、回転体のNRRO振動成分の全体的なRMS値の評価ができる。
【0095】
次に、本発明の第5の実施の形態に係る評価方法について説明する。
【0096】
本発明の第5の実施の形態に係る評価方法も同様に、方位に依存するNRRO振動成分の最大振幅と、最大振幅を呈する方位とを評価する際に、図1の評価装置100によって実行される。
【0097】
本発明の第5の実施の形態に係る評価方法におけるNRRO振動成分の最大振幅評価処理は、図2、4、6及び8の最大振幅評価処理に対して、後述するリーケージと、周波数点の不一致とによって生じるスペクトルの分散を考慮する点で異なる。
【0098】
リーケージとは、分析の対象となる振動成分をサンプリングする際の時間制限に起因する現象であって、単一の周波数の正弦波の周波数スペクトルが本来単一の線スペクトルでなければならないのに対し、複数の周波数点に分散したスペクトルになる現象であり、周波数点の不一致とは、NRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}と、FFTアルゴリズムによって得られた周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}の離散的な周波数点{k、i=1,…P}との不一致のことである。
【0099】
以下、本処理がリーケージと周波数点の不一致とによって生じるスペクトルの分散に対する従来の対策について説明する。
【0100】
まず、従来のリーケージと周波数点の不一致とによって生じるスペクトルの分散の問題と対策については、米国特許第5,420,501号明細書に詳述されている。これによれば、ある周波数成分を許容できる誤差内で評価するためには、周波数軸上において評価する振動成分の周波数に近傍であって、互いに隣接する複数の周波数点の周波数サンプル値の2乗和を算出し、該算出した2乗和の平方根に適当な定数(例えば、上記式(3)、(4)、(5)及び(9)における21/2と使用するハニング窓等の窓関数に対する補正値)を掛ければよい。
【0101】
一方、定常的な振動現象における同一周波数のx方向及びy方向の振動は、時間軸上において相互の振幅比と位相差との関係は一定であるため、全ての互いに隣接する複数の周波数点に分散したスペクトルにおいて、x方向とy方向の周波数サンプル値の対{Xk,Yk}の相互の振幅比と位相差との関係は一定となる性質を有する。従って、これら複数の周波数点の各々において、評価する振動成分の周波数の最大方位と同じ方位における周波数サンプル値の振幅値は、他のいかなる方位における周波数サンプル値の振幅値よりも常に大きい。
【0102】
本処理は、これら上述した米国特許第5,420,501号明細書の対策と、定常的な振動現象における同一周波数のx方向及びy方向の振動の性質とに基づいて、リーケージと周波数点の不一致とによって生じるスペクトルの分散を考慮したNRRO振動成分の評価を行う。
【0103】
以下、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理について図面を用いて説明する。
図9は、図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
図9のフローチャートにおいて、ステップS201〜S202、S205〜S209は図2のフローチャートのそれと同じであるので、説明を省略する。
図9の処理において、ステップS202の後、評価するNRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}の各々に対応する周波数点kに近傍であって、互いに隣接するm個の周波数点{ki -m/2,ki -m/2+1,...ki,...ki +m/2-1}の各々について{|Xki+l2,|Yki+l2,Re(Xki+lki+l *)、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}を算出し、これらを不図示のメモリに記憶する(ステップS901)。
その後、回転軸106の回転方向をM個に分割した方位のうち、0〜πに相当する方位{θj=2jπ/M、j=0,1,…M/2−1}の各方位毎に上記m個の周波数点kiの各々について下記式(13)で表される振動の周波数サンプル値の2乗|Fki+l(2jπ/M)|2を算出する(ステップS902)。
|Fki+l(2jπ/M)|2=|Xki+l2cos2(2jπ/M)
+|Yki+l2sin2(2jπ/M)
+2Re(Xki+lki+l *)sin(2jπ/M)cos(2jπ/M)
…(13)
次いで、算出されたm個の周波数サンプル値の2乗{|Fki+l(2jπ/M)|2、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}について総和を算出し、該算出した総和の平方根を算出し、さらに該算出された平方根を21/2倍することによって下記式(14)で表される各方位における周波数点kiのRMS振幅値を算出する(ステップS903)。
【0104】
【数8】
Figure 0003788231
【0105】
以後は、図2の処理におけるステップS205以降の処理を行う。
尚、本第5の実施の形態ではmを暗黙的に偶数としたが、奇数でも同様に評価できることは明らかである。
また、本第5の実施の形態では、上述した本発明の第3の実施の形態のように、RMS評価値及び最大方位を三角関数の加法定理に基づいて解析的に導出してもよい。以下、本第5の実施の形態においてRMS評価値及び最大方位を三角関数の加法定理に基づいて解析的に導出する方法について説明する。
まず、評価するNRRO振動成分の特定の周波数{fii=1,…P}の各々に対応する周波数点kiに近傍であって、互いに隣接するm個の周波数点{ki -m/2,ki -m/2+1,...ki,...ki +m/2-1}の各々について{|Xki+l2+|Yki+l2,|Xki+l 2+Yki+l 2|,Re(Xki+lki+l *)、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}を算出し、上記m個の周波数点{ki -m/2,ki -m/2+1,...ki,...ki +m/2-1}の各々について下記式(15)で表される振動の周波数サンプル値の2乗{|Fki+l(φki/2)|2、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}を算出する。
|Fki+l(φki/2)|2
(|Xki+l2+|Yki+l2+|Xki+l 2+Yki+l 2|)/2…(15)
その後、算出されたm個の周波数サンプル値の2乗{|Fki+l(φki/2)|2、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}について総和を算出し、該算出した総和の平方根を算出し、さらに該算出された平方根を21/2倍することによって下記式(16)で表される周波数点kiのRMS評価値を算出する。
【0106】
【数9】
Figure 0003788231
【0107】
また、上述したように周波数サンプル値の対{Xki+l,Yki+l}の相互の振幅比と位相差との関係は、どの周波数点においても一定である。従って、上記周波数点kiのRMS評価値を与える最大方位を下記式(17)により算出できる。
θi=φki/2
=[tan-1 [ e(Xkiki *)/(|Xki2−|Yki2)]]/2
及び
θπi=φki/2±π …(17)
本第5の実施の形態によれば、リーケージと周波数点の不一致とによって生じるスペクトルの分散を考慮するので、NRRO振動成分の特定の周波数{fi、i=1,…P}に対応するRMS評価値{Aki、i=1,…P}を許容できる誤差内で評価することができる。
【0108】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項1記載の回転体の径方向振動の評価方法によれば、2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて各方位毎に特定の周波数の径方向振動の振幅を算出するので、フーリエ変換を各方位毎に行う必要を無くし、多大な計算を行うことなく、生産ラインの中で回転体の径方向振動のNRRO振動成分をリアルタイムに評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る評価方法を実行する評価装置の概略構成を示す図であり、(a)は正面図であり、(b)は側面図である。
【図2】図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【図3】図2の最大振幅評価処理で使用される回転軸106の回転性能判定表である。
【図4】図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【図5】図4の最大振幅評価処理で使用される回転軸106の回転性能判定表である。
【図6】図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【図7】図6の最大振幅評価処理で使用される回転軸106の回転性能判定表である。
【図8】図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【図9】図1の評価装置100によって実行される回転軸106のNRRO振動成分の最大振幅評価処理のフローチャートである。
【図10】従来の回転体の径方向振動を評価する方法を説明する図である。
【符号の説明】
100 評価装置
101 変位センサ
102 変位測定装置
103 コンピュータ
104 モータ
105 カップリング
106 回転軸
107 スピンドル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for evaluating radial vibration of a rotating body, and in particular, radial vibration of a rotating body that evaluates radial vibration that is asynchronous with the rotational speed of a rotating body such as a bearing or a spindle incorporating a bearing based on frequency analysis. Evaluation methodAnd evaluation device for radial vibration of rotating bodyAbout.
[0002]
[Prior art]
Conventional rolling bearings and rotating bodies such as spindles incorporating them generate radial vibrations caused by the roundness of the bearings, etc., so that significant vibrations of structures such as machine tools that use these components as components May become a vibration source.
[0003]
Such a rotating body generates radial vibration even when rotating at a constant speed, and this radial vibration includes a radial vibration component (NRRO: Non Repeatable Round Out) vibration component that is asynchronous with the rotational speed of the rotating body. Included). The frequency of this NRRO vibration component is determined from a predetermined calculation formula based on the geometric dimensions of rolling elements such as inner and outer rings of a rotating body, balls, and the like, and the shape accuracy of the rotating body, and the constant speed rotation speed of the rotating body. Since a plurality of predetermined calculation formulas are defined, there are a plurality of frequencies of the NRRO vibration component. Of these NRRO vibration components having a plurality of frequencies, the vibration magnitude (amplitude) of some NRRO vibration components changes depending on the direction of rotation of the rotating body (hereinafter referred to as “direction dependent”). ")" Is known.
[0004]
On the other hand, especially in hard disk devices, the disk bearings caused by the vibration of the ball bearings used for the rotating shafts of the disks are the main cause of positioning errors of the magnetic head. Yes.
[0005]
In order to supply ball bearings that satisfy the rotational accuracy required for hard disk drives, it is necessary to quantitatively evaluate the NRRO vibration component and eliminate ball bearings having an NRRO vibration component that is inconvenient for magnetic head positioning. There is. Furthermore, the NRRO vibration component at a frequency in the vicinity of the resonance frequency of the hard disk device (hereinafter referred to as “specific frequency”) is evaluated with particular emphasis to eliminate ball bearings that may cause the hard disk device to resonate. There is a need.
[0006]
Usually, the NRRO vibration component of a specific frequency is composed of an NRRO vibration component that depends on the orientation and an NRRO vibration component that does not depend on the direction, and each NRRO vibration component is composed of a plurality of frequencies. That is, each specific frequency of the NRRO vibration component that depends on the azimuth and the NRRO vibration component that does not depend on the azimuth is composed of a plurality of frequencies. For example, if the NRRO vibration component of a specific frequency depends on the azimuth, , Knowing the magnitude of the NRRO vibration component consisting of a plurality of frequencies depending on the orientation for each direction over the entire direction of rotation of the rotating body, The NRRO vibration component is evaluated by finding the maximum amplitude value and the azimuth exhibiting this amplitude value.
[0007]
As one of the methods for evaluating the radial vibration of the rotating body in all directions in the rotating direction of the rotating body, a displacement sensor such as a displacement measuring instrument for measuring the radial vibration is provided at two locations near the outer periphery of the rotating body. There is known a method of setting different azimuths and evaluating radial vibrations of different third orientations using measured vibration values of two orientations. In this method of evaluating radial vibration, two displacement sensors are installed so as to be able to measure vibrations in directions (x direction and y direction) perpendicular to the rotation axis of the rotating body and perpendicular to each other (FIG. 10). When the vibration measurement time is t and the measured vibration components in the x and y directions are x (t) and y (t), respectively, one of the displacement sensors is installed on the axis x in FIG. The radial vibration f (t, θ) in the azimuth θ that is rotated by an angle θ in the rotational direction of the rotating body from the shaft is expressed by the following equation.
[0008]
f (t, θ) = x (t) cos θ + y (t) sin θ
In addition, the amplitude of the NRRO vibration component is usually evaluated by the maximum value of the fluctuation range when the NRRO vibration component is cut out for each rotation period of the rotating body and superimposed. At this time, the NRRO evaluation value means the maximum amplitude selected from the amplitudes of the NRRO vibration components in each direction, and the maximum direction θmaxMeans an orientation exhibiting an NRRO evaluation value.
[0009]
Usually, the radial vibration f (t, θ) includes vibration components other than the NRRO vibration component having a specific frequency depending on the direction. Therefore, in order to evaluate the amplitude of the NRRO vibration component having a specific frequency depending on the direction, the amplitude of the NRRO vibration component having a specific frequency depending on the direction is selected from the radial vibration f (t, θ) by frequency analysis. Must be sought.
[0010]
In general, in order to selectively obtain the amplitude of a specific frequency from vibrations including a plurality of frequencies, frequency analysis using Fourier transform is performed. However, in the above-described method for evaluating radial vibration, the maximum orientation θmaxAnd radial vibration f (t, θmax) And f (t, θmax) Is sampled every Δt, and N-point discrete value series {fnmax) = F (nΔt, θmax), N = 0, 1,... N−1}, the frequency spectrum {Fkmax), K = 0, 1,... N−1}, the maximum azimuth θmaxThe frequency spectrum corresponding to a specific frequency in the frequency spectrum distribution obtained by the Fourier transform is not necessarily the maximum value in all directions.
[0011]
Because, as mentioned above, a specific frequency usually consists of a plurality of frequencies, the maximum direction θmaxIs the azimuth in which the combined amplitude determined by the relative relationship between the frequency, amplitude and phase of a specific frequency NRRO vibration component consisting of a plurality of frequencies depending on the azimuth is maximum, but in general, the NRRO vibration of each frequency This is because the components exhibit maximum amplitude in different directions.
[0012]
Therefore, the true maximum orientation θ of each NRRO vibration component of a specific frequencymaxIs obtained for each direction by obtaining a frequency spectrum distribution by frequency analysis using Fourier transform from the radial vibration f (t, θ) {0 ≦ θ <2π} for each direction, and then for a specific frequency for each direction. The frequency spectrum corresponding to each of the frequencies is obtained, the vibration levels of the frequency spectrum are compared in all directions for each frequency, the frequency spectrum exhibiting the maximum vibration level is selected from these, and each selected frequency spectrum is selected. It is necessary to select a frequency spectrum exhibiting the maximum vibration level from the frequency spectrum of the frequency, and obtain an orientation in which the selected frequency spectrum is exhibited.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in frequency analysis using Fourier transform for each orientation, the true maximum orientation θmaxIf the azimuth θ is fined to increase the accuracy of calculation, FFT (Fast Fourier Transform) operation must be repeated for each azimuth θ. There is a problem that the NRRO vibration component of radial vibration cannot be evaluated in real time.
[0014]
  SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for evaluating the radial vibration of a rotating body capable of evaluating in real time the NRRO vibration component of the radial vibration of the rotating body in a production line without performing a large amount of calculation.And evaluation device for radial vibration of rotating bodyIs to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention provides a radial vibration whose amplitude changes depending on the orientation of the rotating body in the rotational direction, and the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body. The maximum amplitude of the radial vibration and the azimuth exhibiting the maximum amplitude are evaluated on the basis of vibration components obtained by measuring two different directions from each other.As much as possibleEach of the vibration components obtained by measurement from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform, and the diameter is determined for each azimuth in the rotational direction of the rotating body based on the converted two-direction frequency spectrum. Calculate the amplitude of directional vibrationRelated to evaluation method of radial vibration of rotating body.
[0016]
According to the radial vibration evaluation method for a rotating body of the present invention, each of vibration components obtained by measuring from two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform, and based on the converted two-way frequency spectrum. The radial vibration amplitude of a specific frequency is calculated for each direction, eliminating the need to perform Fourier transform for each direction, and performing the radial vibration of the rotating body in the production line without performing a large amount of calculation. The NRRO vibration component of can be evaluated in real time.
[0017]
Here, the amplitude calculation processing for obtaining the amplitude in the direction θ of the radial vibration of the specific frequency of the rotating body of the present invention will be described.
[0018]
First, vibration components x (t) and y (t) in the x and y directions are measured, and each of these x (t) and y (t) is divided for each Δt and sampled at N points. {Xn= X (nΔt), yn= Y (nΔt), n = 0, 1,... N−1} is Fourier transformed. Since the Fourier transform in this process is a discrete Fourier transform by FFT operation, if the discrete point on the frequency axis is k, Xk, YkThe frequency spectrum {Xk, Yk, K = 0, 1,... N−1} (hereinafter referred to as “frequency sample values”).
[0019]
After that, the frequency spectrum X corresponding to the frequency point h corresponding to the specific frequencyh, YhTo the frequency spectrum {Xk, Yk, K = 0, 1,... N−1}, and the selected frequency spectrum Xh, YhBased on the above, the square of the frequency sample value of the radial vibration f (t, θ) in the direction θ at the frequency point h is calculated.
[0020]
First, the radial vibration f (t, θ) in the azimuth θ is expressed by the following formula (1) as described above.
[0021]
f (t, θ) = x (t) cos θ + y (t) sin θ (1)
When both sides of the equation (1) are Fourier transformed, the square of the frequency sample value of the radial vibration f (t, θ) of the azimuth θ at the frequency point h | Fh(Θ) |2Is represented by the following formula (2).
[0022]
Figure 0003788231
In the above formula (2), | A | is the absolute value of the complex number A, and Xh *And Yh *Is a complex number XhAnd YhAnd Re (B) is the real part of the complex number B.
[0023]
At this time, if the discrete value series of the N points of x (t) and y (t) is a real value series, the discrete value series {f (nΔt, θ) of the radial vibration f (t, θ) in the azimuth θ. ), N = 0, 1,... N−1} is also a series of real values, so the RMS amplitude value (Root Mean Square) of the frequency sample value of the radial vibration f (t, θ) in the direction θ at the frequency point h. ) Is 21/2| Fh(Θ) |, and the RMS amplitude value of the frequency sample value of the radial vibration f (t, θ) of the azimuth θ at the frequency point h based on the above equation (2) is expressed by the following equation (3).
[0024]
Figure 0003788231
After calculating the RMS amplitude value of the frequency sample value of the radial vibration f (t, θ) of the azimuth θ at the frequency point h as the amplitude of the azimuth θ at the frequency point h of the radial vibration of the rotating body, this processing is performed. finish.
[0025]
At this time, the maximum RMS amplitude value selected from the RMS amplitude values of the frequency sample values of the radial vibration f (t, θ) at the frequency point h calculated over all directions in the rotation direction of the rotating body is obtained. The RMS evaluation value in the evaluation of the NRRO vibration component is used, and the azimuth θ exhibiting the RMS evaluation value is set as the maximum azimuth θ.maxAnd
[0026]
Preferably, the amplitude of the radial vibration is calculated based on the frequency spectrum in the two directions corresponding to the predetermined frequency for each direction obtained by subdividing the directions of 0 to π in the rotation direction of the rotating body. The maximum amplitude is preferably selected from the calculated amplitudes of the respective directions.
[0027]
For example, as the amplitude in the azimuth θ of the radial vibration of a specific frequency of the rotator, the radial vibration f (t, 2jπ / M in the azimuth 2jπ / M when the rotation direction of the rotator at the frequency point h is divided into M pieces. When calculating the RMS amplitude value of the frequency sample value of M), the RMS amplitude value of the frequency sample value of the radial vibration f (t, 2jπ / M) in the azimuth 2jπ / M at the frequency point h is given by the following equation (4) ).
[0028]
Figure 0003788231
In the above formula (4), the absolute value of the frequency sample value | F in the direction 2jπ / M = 0 to π and the direction 2 (j + M / 2) π / M = 2jπ / M + π = π to 2πh(2jπ / M) | and | FhSince (2jπ / M + π) | is equal, it is sufficient to calculate the RMS amplitude value of the frequency sample value of the radial vibration f (t, 2jπ / M) in the azimuth 2jπ / M with the azimuth 2jπ / M = 0 to π. . As a result, it is possible to eliminate the need to calculate the RMS amplitude value of the frequency sample value of the radial vibration f (t, 2jπ / M) in the azimuth 2jπ / M over the entire circumference of the rotating body. Time can be further shortened.
[0029]
At this time, it is selected from the RMS amplitude values of the frequency sample values of the radial vibration f (t, 2jπ / M) at the frequency point h calculated over the direction 2jπ / M = 0 to π in the rotation direction of the rotating body. The obtained maximum RMS amplitude value is set as the RMS evaluation value, and the azimuth 2jπ / M exhibiting the RMS evaluation value is set as the maximum azimuth θ.maxAnd
[0030]
More preferably, the amplitude of the radial vibration is calculated based on the frequency spectrum in the two directions corresponding to the predetermined frequency for each direction obtained by subdividing the direction of 0 to π / 2 in the rotation direction of the rotating body. The maximum amplitude is preferably selected from the calculated amplitudes of the respective directions.
[0031]
For example, the RMS amplitude value in an azimuth (2jπ / M + π / 2) advanced by azimuth 2jπ / M is −sin (2jπ / M) instead of cos (2jπ / M), sin (2jπ / M) If cos (2jπ / M) is substituted into the above equation (4) instead of the above, it is expressed by the following equation (5).
[0032]
Figure 0003788231
Therefore, by using the above formula (4) and the above formula (5), simply calculating sin (2jπ / M) and cos (2jπ / M) in the orientation 2jπ / M = 0 to π / 2, the orientation 2jπ / M Since the RMS amplitude value of the frequency sample value of the radial vibration f (t, 2jπ / M) at the frequency point h at M = 0 to π can be calculated, the radial vibration f (t, 2jπ in the azimuth 2jπ / M) can be calculated. / M), it is not necessary to calculate the RMS amplitude value of the frequency sample value over the half circumference in the rotation direction of the rotating body, and the calculation time can be further shortened.
[0033]
Preferably, the maximum amplitude of the radial vibration and the azimuth exhibiting the maximum amplitude are derived based on the frequency spectrum in the two directions and the addition theorem of trigonometric functions.
[0034]
Here, the maximum amplitude derivation process for deriving the maximum amplitude of the radial vibration and the azimuth exhibiting the maximum amplitude according to the present invention based on the frequency spectrum in two directions and the addition theorem of the trigonometric function will be described.
[0035]
  In the maximum amplitude derivation processing of the present invention, the above equation (2) is expressed as ah= (| Xh2+ | Yh2) / 2, bh= (| Xh2− | Yh2) / 2 and ch= (XhYh *+ YhXh *) / 2= Re (XhYh *) And is represented by the following formula (6).
[0036]
Figure 0003788231
In the above equation (6), φh= Tan-1(Ch/ Bh). Therefore, from the above equation (6), the square of the frequency sample value | Fh(Θ) |2Is the maximum orientation θmaxIs represented by the following formula (7).
[0037]
  θmax= Φh/ 2
        = [Tan-1 [ Re (XhYh *) / (| Xh2− | Yh2)]] / 2
as well as
  θmax= Φh/ 2 ± π (7)
  Also, the square of the frequency sample value | Fh (θ) |2Is represented by the following formula (8).
[0038]
Figure 0003788231
At this time, 21/2| FhThe maximum value of (θ) | is the RMS evaluation value, and is represented by the following formula (9).
[0039]
Figure 0003788231
Therefore, when the above formula (7) and the above formula (9) are used, when calculating the RMS evaluation value, XhAnd YhTo | Xh2, | Yh2, Re (XhYh *), | Xh 2+ Yh 2Just calculate |maxSince the RMS evaluation value can be calculated, it is not necessary to calculate the RMS amplitude value for each direction in the rotation direction of the rotating body, and the calculation time can be greatly shortened.
[0040]
More preferably, the quality of the rotation performance of the rotating body is determined based on a comparison between the maximum amplitude and a predetermined value. For example, when the maximum amplitude exceeds a predetermined value, it may be determined that the rotation performance is poor.
[0041]
At this time, when the maximum amplitude exceeds a predetermined value, it is determined that the rotation performance is poor, so it is possible to simply determine whether the rotation performance is good or bad.
[0042]
In addition, X mentioned abovehAnd YhThese amplitudes and phases may be used instead of the complex values. In the evaluation method of the radial vibration of the rotating body at this time, it is easy to derive an expression equivalent to the above-described expressions (1) to (9), and thus description thereof is omitted.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an evaluation method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0044]
In the evaluation method according to the first embodiment of the present invention, the radial vibration of the rotating body is measured from two different directions, and the NRRO vibration component that depends on the orientation based on each of the measured vibration components in the two directions. This is executed by the following evaluation device when evaluating the maximum amplitude and the orientation exhibiting the maximum amplitude.
[0045]
A schematic configuration of an evaluation apparatus that executes an evaluation method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0046]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an evaluation apparatus that executes the evaluation method according to the first embodiment of the present invention.
[0047]
In FIG. 1, an evaluation apparatus 100 includes a non-contact optical type two displacement sensor 101, two displacement measurement apparatuses 102, a computer 103, a motor 104, a coupling 105, and a spindle 107 having a rotation shaft 106. It is comprised by.
[0048]
The rotation shaft 106 is horizontally oriented, and the two displacement sensors 101 are perpendicular to the rotation shaft 106 protruding from the front surface of the spindle 107 and are horizontal (in the x direction in the figure), and perpendicular to the rotation shaft 106 and vertical (see FIG. In the middle y direction). Therefore, the two displacement sensors 101 are orthogonal to each other. The two displacement sensors 101 are connected to the computer 103 via the displacement measuring device 102 (FIG. 1 (a)). The rotation shaft of the motor 104 is connected to the rotation shaft 106 through the coupling 105 (FIG. 1B).
[0049]
The displacement sensor 101 measures the vibration component in the radial direction of the rotating shaft 106 and transmits the measured vibration component as a signal to the displacement measuring device 102. The displacement measuring device 102 sends the transmitted signal to the x direction of the rotating shaft 106, Or it converts into the voltage signal proportional to the displacement amount regarding ay direction, and inputs the converted voltage signal into the A / D converter not shown which the computer 103 contains. The computer 103 synchronously converts the voltage signal input to the A / D converter into a digital value, and stores the converted digital value. Further, the computer 103 derives the maximum amplitude of the NRRO vibration component that depends on the direction of the rotation direction of the rotating shaft 106 and the direction that exhibits the maximum amplitude based on the stored digital value, and determines the rotational performance of the rotating shaft 106. Judge the quality. Further, the motor 104 transmits driving torque to the rotating shaft 106 through the coupling 105, and rotates the rotating shaft 106 at a constant speed.
[0050]
Hereinafter, the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
[0051]
FIG. 2 is a flowchart of the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG.
[0052]
First, the discrete value series {x of the voltage signal x (t) of the vibration component in the x direction of the rotating shaft 106 and the voltage signal y (t) of the vibration component in the y direction.n= X (nΔt), yn= Y (nΔt), n = 0, 1,... N−1} are simultaneously taken into the A / D converter (step S201), and discrete Fourier transform is performed on the taken discrete value series using an FFT algorithm. Xk, YkThe frequency sample value {Xk, Yk, K = 0, 1,... N−1} are obtained (step S202).
[0053]
  Next, P frequencies (specific frequencies) of the NRRO vibration component {fi, I= 1,... P} P frequency points {ki, I= 1,... P}, the frequency sample values {X of discrete points on the frequency axis corresponding to each of P,.ki, Yki,i = 1,... P} is a frequency sample value {X obtained by discrete Fourier transformk, Yk, K = 0, 1,... N−1}, and the selected frequency sample value Xki, Yki{| Xki2, | Yki2, Re (XkiYki *), I= 1,... P} are calculated and stored in a memory (not shown) (step S203).
[0054]
Thereafter, among the azimuths obtained by dividing the rotation direction of the rotation shaft 106 into M, the azimuths {0 corresponding to 0 to πj= 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 2-1} at each frequency point kiRMS amplitude value {2 based on the above equation (4) for each1/2| Fki(2jπ / M) |, j = 0, 1,... M / 2-1} are calculated (step S204). At this time, as described above, the absolute value of the frequency sample value | Fki(2jπ / M) | and | FkiSince (2jπ / M + π) | is equal, it is not necessary to calculate the RMS amplitude value in the direction corresponding to π to 2π.
[0055]
Further, the calculated M / 2 RMS amplitude values {21/2| FkiThe maximum RMS amplitude value is selected from (2jπ / M) |, j = 0, 1,... M / 2-1}. The selected RMS amplitude value is expressed as frequency point k.iRMS evaluation value AkiThis RMS evaluation value AkiThe azimuths 2jπ / M and 2jπ / M + π exhibiting are set as the maximum azimuths (step S205).
[0056]
  Then, the specific frequency {f of the NRRO vibration componenti, I= 1,... P} and RMS evaluation value {Aki, I= 1,... P} and each RMS evaluation value AkiThe maximum direction {2j corresponding toiπ / M, i= 1,... P} to create the table shown in FIG. 3 (step S206), and all RMS evaluation values A in the tablekiIs less than a predetermined value (step S207).
[0057]
As a result of the determination in step S207, all RMS evaluation values AkiIf any one of them is larger than the predetermined value, it is determined that the rotation performance of the rotating shaft 106 is defective (step S208), and all the RMS evaluation values AkiIs smaller than the predetermined value, it is determined that the rotation performance of the rotating shaft 106 is good (step S209). Thereafter, this process is terminated.
[0058]
  According to the first embodiment of the present invention, the vibration component in the x and y directions of the radial vibration of the rotating shaft 106 obtained by measurement from the x and y directions is subjected to a frequency sample value {Xk, Yk, K = 0, 1,... N−1} (step S202), and the specific frequency {f of the NRRO vibration component selected from the converted frequency sample values in the x and y directions.i, I= 1,... P} corresponding to the frequency point {ki, I= 1,... P} based on the frequency sample value of {}, the orientation {θ corresponding to 0 to πj= 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 2-1} for each azimuth, RMS amplitude value {21/2| Fki(2jπ / M) |, j = 0, 1,... M / 2-1} are calculated (step S204), and the RMS evaluation value A is calculated from these RMS amplitude values.ki(Step S205), it is possible to eliminate the need to perform the Fourier transform for each direction, and to eliminate the need to calculate the RMS amplitude value in the direction corresponding to π to 2π, and perform a large amount of calculation. In addition, the NRRO vibration component of the radial vibration of the rotating body can be evaluated in real time in the production line.
[0059]
Next, an evaluation method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0060]
Similarly, the evaluation method according to the second embodiment of the present invention is executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 when evaluating the maximum amplitude of the NRRO vibration component depending on the direction and the direction exhibiting the maximum amplitude. The
[0061]
Hereinafter, the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
[0062]
This process differs from the maximum amplitude evaluation process of FIG. 2 in the RMS amplitude value calculated in step S204.
[0063]
FIG. 4 is a flowchart of the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG.
[0064]
In the flowchart of FIG. 4, steps S201 to S203 and S207 to S209 are the same as those of the flowchart of FIG.
[0065]
In the process of FIG. 4, after step S203, among the azimuths obtained by dividing the rotation direction of the rotary shaft 106 into M, the azimuth {θ corresponding to 0 to π / 2 is obtained.j= 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 4-1}, the frequency point kiRMS amplitude value {2 based on the above formula (4) and the above formula (5) for each1/2| Fki(2jπ / M) |, 21/2| Fki(2jπ / M + π / 2) |, j = 0, 1,... M / 4-1} are calculated (step S401).
[0066]
Further, the calculated M / 2 RMS amplitude values {21/2| Fki(2jπ / M) |, 21/2| FkiThe maximum amplitude value is selected from (2jπ / M + π / 2) |, j = 0, 1,... M / 4-1}. The selected RMS amplitude value is expressed as frequency point k.iRMS evaluation value AkiThis RMS evaluation value AkiIs set to the maximum azimuth 2jπ / M or 2jπ / M + π / 2 (step S402).
[0067]
  Then, the specific frequency {f of the NRRO vibration componenti, I= 1,... P} and RMS evaluation value {Aki,i = 1,... P} and each RMS evaluation value AkiThe maximum direction {2j corresponding toiπ / M or 2jiπ / M + π / 2, i= 1,... P}, the table shown in FIG. 5 is created (step S403). Thereafter, the processing after step S207 in the processing of FIG. 2 is performed.
[0068]
  According to the second embodiment of the present invention, it is only necessary to calculate sin (2jπ / M) and cos (2jπ / M) in the azimuth 2jπ / M = 0 to π / 2, and the azimuth 2jπ / M = 0 to 0 Specific frequency of the NRRO vibration component at π {fi, I= 1,... P} is calculated (step S401), so that it is not necessary to calculate the RMS amplitude value over a half circumference in the rotation direction of the rotating body, thereby further reducing the calculation time.
[0069]
Next, an evaluation method according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0070]
Similarly, the evaluation method according to the third embodiment of the present invention is executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 when evaluating the maximum amplitude of the NRRO vibration component that depends on the direction and the direction that exhibits the maximum amplitude. The
[0071]
Hereinafter, the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
[0072]
This process differs from the maximum amplitude evaluation process of FIG. 2 in that the RMS evaluation value and the maximum direction are derived based on the addition theorem of trigonometric functions.
[0073]
FIG. 6 is a flowchart of the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG.
[0074]
In the flowchart of FIG. 6, steps S201 to S203 and S207 to S209 are the same as those of the flowchart of FIG.
[0075]
  In the process of FIG. 6, after step S203, the specific frequency {f of the NRRO vibration componenti, I= 1,... P}, RMS evaluation value {Aki= 21/2| Fkiki/ 2) |, i= 1,... P} and the above formula (7) Based on each RMS evaluation value AkiMaximum orientation corresponding to {θki= Φki/ 2, θki+ Π, i= 1,... P} are derived analytically (step S601).
[0076]
  Then, the specific frequency {f of the NRRO vibration componenti, I= 1,... P} and RMS evaluation value {Aki, I= 1,... P} and each RMS evaluation value AkiMaximum orientation corresponding to {θki, θki+ Π, i= 1,... P}, the table shown in FIG. 7 is created (step S602). Thereafter, the processing after step S207 in the processing of FIG. 2 is performed.
[0077]
  According to the third embodiment of the present invention, the specific frequency {f of the NRRO vibration componenti, I= 1,... P} for each RMS evaluation value {Aki= 21/2| Fkiki/ 2) |, i= 1,... P} and each RMS evaluation value AkiMaximum orientation corresponding to {θki= Φki/ 2, θki+ Π, i= 1,... P} are analytically derived based on the addition theorem of trigonometric functions (step S601), eliminating the need to calculate the RMS amplitude value for each direction in the rotational direction of the rotating body, thereby greatly reducing the calculation time. It can be shortened.
[0078]
Next, an evaluation method according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0079]
Similarly, the evaluation method according to the fourth embodiment of the present invention is executed by the evaluation apparatus 100 in FIG. 1 when evaluating the maximum amplitude of the NRRO vibration component depending on the direction and the direction exhibiting the maximum amplitude. The
[0080]
Hereinafter, the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
[0081]
This process is different from the maximum amplitude evaluation process of FIG. 2 in that a comprehensive RMS evaluation value and maximum direction at a frequency of a plurality of NRRO vibration components are derived at a time.
[0082]
  A calculation formula for deriving the overall RMS evaluation value and the maximum azimuth at a time is derived by the following procedure. First, the specific frequency {f of the calculated NRRO vibration componenti, I= 1,... P} P frequency points {ki, I= 1,... P} | X at discrete points on the frequency axis corresponding to eachki2, | Yki2, Re (XkiYki *) {I= 1,... P} and the following formula (10) representing the following power spectrum is obtained based on the above formula (2).
[0083]
[Equation 5]
Figure 0003788231
[0084]
Here, in the same manner as the procedure for deriving the equation (7) from the equation (2), the procedure based on the addition theorem of the trigonometric function is used to comprehensively calculate the frequencies of the plurality of NRRO vibration components from the equation (10). Maximum orientation θmaxThe following formula (11) representing is derived.
[0085]
[Formula 6]
Figure 0003788231
[0086]
Further, similar to the procedure for deriving the equation (9) from the equation (2), the overall RMS at the frequencies of the plurality of NRRO vibration components from the equation (10) is obtained by the procedure based on the addition theorem of the trigonometric function. Evaluation value AtotalThe following formula (12) representing is derived.
[0087]
[Expression 7]
Figure 0003788231
[0088]
FIG. 8 is a flowchart of the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG.
[0089]
In the flowchart of FIG. 8, steps S201 to S203 are the same as those of the flowchart of FIG.
[0090]
  In the process of FIG. 8, after step S203, the specific frequency {f of the NRRO vibration component calculated in step S203.i, I= 1,... P} P frequency points {ki, I= 1,... P} | X at discrete points on the frequency axis corresponding to eachki2, | Yki2, Re (XkiYki *) {I= 1,... P}, the overall maximum orientation θ based on the above formula (11) and the above formula (12).max, Θmax+ Π and RMS evaluation value AtotalIs calculated (step S801).
[0091]
Next, in step S802, the RMS evaluation value AtotalWhether or not is smaller than a predetermined value is determined.
[0092]
As a result of the determination in step S802, the RMS evaluation value AtotalIs larger than the predetermined value, it is determined that the rotational performance of the rotating shaft 106 is defective (step S803), and the RMS evaluation value AtotalIs smaller than the predetermined value, it is determined that the rotation performance of the rotating shaft 106 is good (step S804). Thereafter, this process is terminated.
[0093]
In addition, the comprehensive RMS evaluation value and the maximum azimuth are not derived at once, but the azimuth {θ corresponding to 0 to π among the azimuths obtained by dividing the rotation direction of the rotation shaft 106 into M pieces.j= 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 2-1} for each orientation, a power spectrum is obtained based on the above formula (10), and the largest one of these power spectra is an RMS evaluation value. AtotalYou may choose as
[0094]
  According to the fourth embodiment, the specific frequency {f of the NRRO vibration componenti, I= 1,... P} overall maximum orientation θmax, θmax+ Π and RMS evaluation value AtotalAre derived at a time (step S801), the overall RMS value of the NRRO vibration component of the rotating body can be evaluated.
[0095]
Next, an evaluation method according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
[0096]
Similarly, the evaluation method according to the fifth embodiment of the present invention is executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 when evaluating the maximum amplitude of the NRRO vibration component depending on the direction and the direction exhibiting the maximum amplitude. The
[0097]
The maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component in the evaluation method according to the fifth embodiment of the present invention is the same as the maximum amplitude evaluation process of FIGS. In that the spectral dispersion caused by
[0098]
  Leakage is a phenomenon caused by the time limit when sampling the vibration component to be analyzed, whereas the frequency spectrum of a single frequency sine wave must be essentially a single line spectrum. Is a phenomenon in which the spectrum is dispersed at a plurality of frequency points. The frequency point mismatch is a specific frequency of the NRRO vibration component {fi, I= 1,... P} and the frequency sample value {X obtained by the FFT algorithmk, Yk, K = 0, 1,... N−1} discrete frequency points {ki, I= 1,... P}.
[0099]
Hereinafter, conventional measures against spectral dispersion caused by leakage and frequency point mismatch in this process will be described.
[0100]
First, the problem and countermeasure of spectral dispersion caused by conventional leakage and frequency point mismatch are described in detail in US Pat. No. 5,420,501. According to this, in order to evaluate a certain frequency component within an allowable error, the square of the frequency sample values of a plurality of frequency points adjacent to each other and close to the frequency of the vibration component to be evaluated on the frequency axis. The sum is calculated, and a constant appropriate for the square root of the calculated sum of squares (for example, 2 in the above formulas (3), (4), (5) and (9)).1/2And a correction value for a window function such as a Hanning window to be used).
[0101]
On the other hand, the vibrations in the x and y directions having the same frequency in a steady vibration phenomenon have a constant relationship between the amplitude ratio and the phase difference on the time axis. A pair of frequency samples in the x and y directions {Xk, Yk} Has the property that the relationship between the mutual amplitude ratio and the phase difference is constant. Therefore, at each of the plurality of frequency points, the amplitude value of the frequency sample value in the same direction as the maximum direction of the frequency of the vibration component to be evaluated is always larger than the amplitude value of the frequency sample value in any other direction.
[0102]
This processing is based on the countermeasures of the above-mentioned US Pat. No. 5,420,501 and the characteristics of the vibration in the x and y directions of the same frequency in the steady vibration phenomenon. The NRRO vibration component is evaluated in consideration of the spectral dispersion caused by the mismatch.
[0103]
  Hereinafter, the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
  FIG. 9 is a flowchart of the maximum amplitude evaluation process of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG.
  In the flowchart of FIG. 9, steps S201 to S202 and S205 to S209 are the same as those of the flowchart of FIG.
  In the process of FIG. 9, after step S202, the specific frequency {f of the NRRO vibration component to be evaluatedi, I= 1,... P} corresponding to each frequency point kiM frequency points {ki -m / 2, ki -m / 2 + 1,. . . ki,. . . ki + m / 2-1} For each {| Xki + l2, | Yki + l2, Re (Xki + lYki + l *), L = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1} are calculated and stored in a memory (not shown) (step S901).
  Then, for each of the azimuths {θj = 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 2-1} corresponding to 0 to π among the azimuths obtained by dividing the rotation direction of the rotation shaft 106 into M pieces. M frequency points k aboveiThe square of the frequency sample value of vibration represented by the following formula (13)ki + l(2jπ / M) |2Is calculated (step S902).
  | Fki + l(2jπ / M) |2= | Xki + l2cos2(2jπ / M)
  + | Yki + l2sin2(2jπ / M)
  + 2Re (Xki + lYki + l *) Sin (2jπ / M) cos (2jπ / M)
                                                          ... (13)
  Next, the square of the calculated m frequency sample values {| Fki + l(2jπ / M) |2, L = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1} is calculated, the square root of the calculated total is calculated, and the calculated square root is calculated as 21/2By multiplying, the RMS amplitude value of the frequency point ki in each direction represented by the following formula (14) is calculated (step S903).
[0104]
[Equation 8]
Figure 0003788231
[0105]
  Thereafter, the processing after step S205 in the processing of FIG. 2 is performed.
  In the fifth embodiment, m is implicitly set to an even number, but it is obvious that the evaluation can be similarly performed with an odd number.
  In the fifth embodiment, as in the third embodiment of the present invention described above, the RMS evaluation value and the maximum azimuth may be analytically derived based on an addition theorem of trigonometric functions. Hereinafter, a method for analytically deriving the RMS evaluation value and the maximum azimuth based on the trigonometric addition theorem in the fifth embodiment will be described.
  First, the specific frequency {f of the NRRO vibration component to be evaluatedi,i = 1,... P} corresponding to each frequency point kiM frequency points {ki -m / 2, ki -m / 2 + 1,. . . ki,. . . ki + m / 2-1} For each {| Xki + l2+ | Yki + l2, | Xki + l 2+ Yki + l 2|, Re (Xki + lYki + l *), L = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1}, and the m frequency points {ki -m / 2, ki -m / 2 + 1,. . . ki,. . . ki + m / 2-1}, The square of the frequency sample value of vibration represented by the following formula (15) {| Fki + lki/ 2) |2, L = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1} is calculated.
    | Fki + lki/ 2) |2=
    (| Xki + l2+ | Yki + l2+ | Xki + l 2+ Yki + l 2|) / 2 ... (15)
  Then, the square of the calculated m frequency sample values {| Fki + lki/ 2) |2, L = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1} is calculated, the square root of the calculated total is calculated, and the calculated square root is calculated as 21/2Frequency point k represented by the following formula (16) by multiplyingiThe RMS evaluation value is calculated.
[0106]
[Equation 9]
Figure 0003788231
[0107]
  In addition, as described above, the frequency sample value pair {Xki + l, Yki + l}, The relationship between the mutual amplitude ratio and the phase difference is constant at any frequency point. Therefore, the frequency point kiThe maximum azimuth that gives the RMS evaluation value can be calculated by the following equation (17).
    θi= Φki/ 2
    = [Tan-1 [ Re (XkiYki *) / (| Xki2− | Yki2)]] / 2
  as well as
    θπi= Φki/ 2 ± π (17)
  According to the fifth embodiment, since the spectral dispersion caused by the leakage and the frequency point mismatch is considered, the specific frequency {f of the NRRO vibration component is considered.i, I= 1,... P} RMS evaluation value {Aki, I= 1,... P} can be evaluated within an acceptable error.
[0108]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the radial vibration evaluation method for a rotating body according to claim 1, each vibration component obtained by measuring from two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform, Since the amplitude of radial vibration at a specific frequency is calculated for each direction based on the converted frequency spectrum in two directions, it is not necessary to perform Fourier transform for each direction, and production can be performed without performing a large amount of calculation. The NRRO vibration component of the radial vibration of the rotating body can be evaluated in real time in the line.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an evaluation apparatus that executes an evaluation method according to a first embodiment of the present invention, wherein (a) is a front view and (b) is a side view.
FIG. 2 is a flowchart of a maximum amplitude evaluation process of an NRRO vibration component of a rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG.
3 is a rotational performance determination table of a rotating shaft 106 used in the maximum amplitude evaluation process of FIG.
4 is a flowchart of a maximum amplitude evaluation process of an NRRO vibration component of a rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG.
5 is a rotational performance determination table of a rotating shaft 106 used in the maximum amplitude evaluation process of FIG.
6 is a flowchart of a maximum amplitude evaluation process for an NRRO vibration component of a rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1;
7 is a rotational performance determination table of a rotating shaft 106 used in the maximum amplitude evaluation process of FIG.
FIG. 8 is a flowchart of a maximum amplitude evaluation process for an NRRO vibration component of a rotating shaft 106 executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1;
9 is a flowchart of processing for evaluating the maximum amplitude of the NRRO vibration component of the rotating shaft 106, which is executed by the evaluation apparatus 100 of FIG. 1;
FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional method for evaluating radial vibration of a rotating body.
[Explanation of symbols]
100 Evaluation equipment
101 Displacement sensor
102 Displacement measuring device
103 computer
104 motor
105 coupling
106 Rotating shaft
107 spindle

Claims (10)

回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法において、
x方向の前記径方向振動における振動成分x(t)及びy方向の前記径方向振動における振動成分y(t)を測定し、前記振動成分x(t),y(t)をΔtごとに分割してサンプリングすることによってN点の離散値系列{x n =x(nΔt) , n =y(nΔt)、n=0 , , …N−1}を得、
前記離散値系列を離散的フーリエ変換することによってX k , k で表される周波数サンプル値{X k , k 、k=0 , , …N−1}を得、
P個の特定の周波数{f i 、i=1 , …P}に対応するP個の周波数点{k i 、i=1 , …P}と対応する周波数サンプル値{X ki , ki 、i=1 , …P}を前記周波数サンプル値{X k , k 、k=0 , , …N−1}から選択し、{|X ki 2 , |Y ki 2 , Re(X ki ki * )、i=1 , …P}を算出し、
前記回転体の回転方向をM個に分割して得られた方位のうち、0〜πに相当する方位{θ j =2jπ/M、j=0 , , …M/2−1}の各方位において周波数点k i 毎にRMS振幅値{2 1/2 |F ki (2jπ/M)|、j=0 , , …M/2−1}を算出し、
前記周波数点k i 毎に算出されたRMS振幅値{2 1/2 |F ki (2jπ/M)|、j=0 , , …M/2−1}から最大のRMS振幅値を前記周波数点k i のRMS評価値A ki として選択し、
前記RMS評価値A ki に基づいて前記回転体の前記径方向振動を評価することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法。
A radial vibration whose amplitude changes depending on the direction of the rotation direction of the rotating body, and is obtained by measuring the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body from two different directions. In order to evaluate the maximum amplitude of the radial vibration and the direction exhibiting the maximum amplitude based on each of the vibration components, each of the vibration components measured from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform. In the evaluation method for radial vibration of the rotating body, the amplitude of the radial vibration is calculated for each direction of the rotating direction of the rotating body based on the converted frequency spectrum in the two directions . And
The vibration component x (t) in the radial vibration in the x direction and the vibration component y (t) in the radial vibration in the y direction are measured, and the vibration components x (t) and y (t) are divided every Δt. N point discrete value series {x n = x (nΔt) , y n = y (nΔt), n = 0 , 1 , ... N−1}
A frequency sample value {X k , Y k , k = 0 , 1 , ... N−1} represented by X k , Y k is obtained by performing a discrete Fourier transform on the discrete value series ,
P number of specific frequency {f i, i = 1, ... P} P number of frequency points corresponding to {k i, i = 1, ... P} and the corresponding frequency sample values {X ki, Y ki, i = 1 , ... P} is selected from the frequency sample values {X k , Y k , k = 0 , 1 , ... N−1}, and {| X ki | 2 , | Y ki | 2 , Re (X ki Y ki * ), i = 1 , ... P},
Of the orientations obtained by dividing the rotational direction of the rotating body into M pieces, each of the orientations {θ j = 2jπ / M, j = 0 , 1 , ... M / 2-1} corresponding to 0 to π. RMS amplitude value {2 1/2 | F ki (2jπ / M) |, j = 0 , 1 , ... M / 2-1} is calculated for each frequency point k i in the azimuth ,
A maximum RMS amplitude value is calculated from the RMS amplitude value {2 1/2 | F ki (2jπ / M) |, j = 0 , 1 , ... M / 2-1} calculated for each frequency point k i. Select as the RMS evaluation value A ki of the point k i ,
A method for evaluating radial vibration of a rotating body, wherein the radial vibration of the rotating body is evaluated based on the RMS evaluation value A ki .
NRRO振動成分の前記特定の周波数{fi、i=1,…P}と、これらに対応する前記RMS評価値{Aki、i=1,…P}を記憶する請求項1記載の回転体の径方向振動の評価方法。The rotating body according to claim 1 , wherein the specific frequency {f i , i = 1 ,... P} of the NRRO vibration component and the RMS evaluation value {A ki , i = 1 ,. Evaluation method of radial vibration of the. 回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法において、
x方向の前記径方向振動における振動成分x(t)及びy方向の前記径方向振動における振動成分y(t)を測定し、前記振動成分x(t),y(t)をΔtごとに分割してサンプリングすることによってN点の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}を得、
前記離散値系列を離散的フーリエ変換することによってXk,Ykで表される周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}を得、
P個の特定の周波数{fi、i=1,…P}に対応するP個の周波数点{ki、i=1,…P}と対応する周波数サンプル値{Xki,Ykii=1,…P}を前記周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}から選択し、{|Xki2,|Yki2,Re(Xkiki *)、i=1,…P}を算出し、
前記回転体の回転方向をM個に分割して得られた方位のうち、0〜π/2に相当する方位{θj=2jπ/M、j=0,1,…M/4−1}の各方位において周波数点ki毎にRMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|,21/2|Fki(2jπ/M+π/2)|、j=0,1,…M/4−1}を算出し、
前記周波数点ki毎に算出されたRMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|,21/2|Fki(2jπ/M+π/2)|、j=0,1,…M/4−1}から最大の振幅値を前記周波数点kiのRMS評価値Akiとして選択し、
前記RMS評価値Akiに基づいて前記回転体の前記径方向振動を評価することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法。
A radial vibration whose amplitude changes depending on the direction of the rotation direction of the rotating body, and is obtained by measuring the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body from two different directions. In order to evaluate the maximum amplitude of the radial vibration and the direction exhibiting the maximum amplitude based on each of the vibration components, each of the vibration components measured from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform. In the evaluation method of the radial vibration of the rotating body, the amplitude of the radial vibration is calculated for each azimuth of the rotating direction of the rotating body based on the converted two-direction frequency spectrum.
The vibration component x (t) in the radial vibration in the x direction and the vibration component y (t) in the radial vibration in the y direction are measured, and the vibration components x (t) and y (t) are divided every Δt. N point discrete value series {x n = x (nΔt), y n = y (nΔt), n = 0, 1,... N−1}
Frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1} represented by X k , Y k are obtained by performing a discrete Fourier transform on the discrete value series,
Frequency points {X ki , Y ki , i corresponding to P frequency points {k i , i = 1 ,... P} corresponding to P specific frequencies {f i , i = 1 ,. = 1 ,... P} is selected from the frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1}, and {| X ki | 2 , | Y ki | 2 , Re (X ki Y ki * ), i = 1 ,...
Of the orientations obtained by dividing the rotational direction of the rotating body into M, orientations corresponding to 0 to π / 2 {θ j = 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 4-1} RMS amplitude values for each frequency point k i in each orientation {2 1/2 | F ki (2jπ / M) |, 2 1/2 | F ki (2jπ / M + π / 2) |, j = 0,1, ... M / 4-1} is calculated,
RMS amplitude value {2 1/2 | F ki (2jπ / M) |, 2 1/2 | F ki (2jπ / M + π / 2) |, j = 0,1, calculated for each frequency point k i ... select the maximum amplitude value from M / 4-1} as the RMS evaluation value A ki of the frequency point k i ,
Evaluation method of radial vibration of that rotating member to and evaluating the radial vibration of the rotating body on the basis of the RMS evaluation value A ki.
回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法において、
x方向の前記径方向振動における振動成分x(t)及びy方向の前記径方向振動における振動成分y(t)を測定し、前記振動成分x(t),y(t)をΔtごとに分割してサンプリングすることによってN点の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}を得、
前記離散値系列を離散的フーリエ変換することによってXk,Ykで表される周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}を得、
P個の特定の周波数{fi、i=1,…P}に対応するP個の周波数点{ki、i=1,…P}と対応する周波数サンプル値{Xki,Ykii=1,…P}を前記周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}から選択し、{|Xki2,|Yki2,Re(Xkiki *)、i=1,…P}を算出し、
下記式に基づいて、周波数点ki毎にRMS評価値{Aki=21/2|Fki(φki/2)|、i=1,…P}を算出し、
1/2|Fh(φh/2)|=(|Xh2+|Yh2+|Xh 2+Yh 2|)1/2
前記RMS評価値Akiに基づいて前記回転体の前記径方向振動を評価することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法。
A radial vibration whose amplitude changes depending on the direction of the rotation direction of the rotating body, and is obtained by measuring the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body from two different directions. In order to evaluate the maximum amplitude of the radial vibration and the direction exhibiting the maximum amplitude based on each of the vibration components, each of the vibration components measured from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform. In the evaluation method of the radial vibration of the rotating body, the amplitude of the radial vibration is calculated for each azimuth of the rotating direction of the rotating body based on the converted two-direction frequency spectrum.
The vibration component x (t) in the radial vibration in the x direction and the vibration component y (t) in the radial vibration in the y direction are measured, and the vibration components x (t) and y (t) are divided every Δt. N point discrete value series {x n = x (nΔt), y n = y (nΔt), n = 0, 1,... N−1}
Frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1} represented by X k , Y k are obtained by performing a discrete Fourier transform on the discrete value series,
Frequency points {X ki , Y ki , i corresponding to P frequency points {k i , i = 1 ,... P} corresponding to P specific frequencies {f i , i = 1 ,. = 1 ,... P} is selected from the frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1}, and {| X ki | 2 , | Y ki | 2 , Re (X ki Y ki * ), i = 1 ,...
Based on the following formula, RMS evaluation value {A ki = 2 1/2 | F kiki / 2) |, i = 1 ,... P} is calculated for each frequency point k i .
2 1/2 | F hh / 2) | = (| X h | 2 + | Y h | 2 + | X h 2 + Y h 2 |) 1/2
Evaluation method of radial vibration of that rotating member to and evaluating the radial vibration of the rotating body on the basis of the RMS evaluation value A ki.
回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法において、
x方向の前記径方向振動における振動成分x(t)及びy方向の前記径方向振動における振動成分y(t)を測定し、前記振動成分x(t),y(t)をΔtごとに分割してサンプリングすることによってN点の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}を得、
前記離散値系列を離散的フーリエ変換することによってXk,Ykで表される周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}を得、
P個の特定の周波数{fi、i=1,…P}に対応するP個の周波数点{ki、i=1,…P}と対応する周波数サンプル値{Xki,Ykii=1,…P}を前記周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}から選択し、{|Xki2,|Yki2,Re(Xkiki *)、i=1,…P}を算出し、
下記式に基づいて、周波数点{ki、i=1,…P}に対する総合的なRMS評価値Atotalを算出し、
Figure 0003788231
前記総合的なRMS評価値Atotalに基づいて前記回転体の前記径方向振動を評価することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法。
A radial vibration whose amplitude changes depending on the direction of the rotation direction of the rotating body, and is obtained by measuring the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body from two different directions. In order to evaluate the maximum amplitude of the radial vibration and the direction exhibiting the maximum amplitude based on each of the vibration components, each of the vibration components measured from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform. In the evaluation method of the radial vibration of the rotating body, the amplitude of the radial vibration is calculated for each azimuth of the rotating direction of the rotating body based on the converted two-direction frequency spectrum.
The vibration component x (t) in the radial vibration in the x direction and the vibration component y (t) in the radial vibration in the y direction are measured, and the vibration components x (t) and y (t) are divided every Δt. N point discrete value series {x n = x (nΔt), y n = y (nΔt), n = 0, 1,... N−1}
Frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1} represented by X k , Y k are obtained by performing a discrete Fourier transform on the discrete value series,
Frequency points {X ki , Y ki , i corresponding to P frequency points {k i , i = 1 ,... P} corresponding to P specific frequencies {f i , i = 1 ,. = 1 ,... P} is selected from the frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1}, and {| X ki | 2 , | Y ki | 2 , Re (X ki Y ki * ), i = 1 ,...
Based on the following equation to calculate the frequency points {k i, i = 1, ... P} overall RMS evaluation values A total for,
Figure 0003788231
The overall RMS evaluation value evaluation method of radial vibration of that rotating member to and evaluating the radial vibration of the rotating body on the basis of the A total.
回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法において、
x方向の前記径方向振動における振動成分x(t)及びy方向の前記径方向振動における振動成分y(t)を測定し、前記振動成分x(t),y(t)をΔtごとに分割してサンプリングすることによってN点の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}を得、
前記離散値系列を離散的フーリエ変換することによってXk,Ykで表される周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}を得、
P個の特定の周波数{fi、i=1,…P}に対応するP個の周波数点{ki、i=1,…P}と対応する周波数サンプル値{Xki,Ykii=1,…P}を前記周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}から選択し、{|Xki2,|Yki2,Re(Xkiki *)、i=1,…P}を算出し、
前記回転体の回転方向をM個に分割して得られた方位のうち、0〜πに相当する方位{θj=2jπ/M、j=0,1,…M/2−1}の各方位毎に下記式に基づいて、周波数点{ki、i=1,…P}に対するパワースペクトルを算出し、
Figure 0003788231
前記パワースペクトルの中から最大のものを総合的なRMS評価値Atotalとして選択し、
前記総合的なRMS評価値Atotalに基づいて前記回転体の前記径方向振動を評価することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法。
A radial vibration whose amplitude changes depending on the direction of the rotation direction of the rotating body, and is obtained by measuring the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body from two different directions. In order to evaluate the maximum amplitude of the radial vibration and the direction exhibiting the maximum amplitude based on each of the vibration components, each of the vibration components measured from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform. In the evaluation method of the radial vibration of the rotating body, the amplitude of the radial vibration is calculated for each azimuth of the rotating direction of the rotating body based on the converted two-direction frequency spectrum.
The vibration component x (t) in the radial vibration in the x direction and the vibration component y (t) in the radial vibration in the y direction are measured, and the vibration components x (t) and y (t) are divided every Δt. N point discrete value series {x n = x (nΔt), y n = y (nΔt), n = 0, 1,... N−1}
Frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1} represented by X k , Y k are obtained by performing a discrete Fourier transform on the discrete value series,
Frequency points {X ki , Y ki , i corresponding to P frequency points {k i , i = 1 ,... P} corresponding to P specific frequencies {f i , i = 1 ,. = 1 ,... P} is selected from the frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1}, and {| X ki | 2 , | Y ki | 2 , Re (X ki Y ki * ), i = 1 ,...
Of the azimuths obtained by dividing the rotation direction of the rotator into M, each of the azimuths {θ j = 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 2-1} corresponding to 0 to π. Calculate the power spectrum for the frequency points {k i , i = 1 ,...
Figure 0003788231
The largest one of the power spectra is selected as a comprehensive RMS evaluation value A total ,
The overall RMS evaluation value evaluation method of radial vibration of that rotating member to and evaluating the radial vibration of the rotating body on the basis of the A total.
回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法において、
x方向の前記径方向振動における振動成分x(t)及びy方向の前記径方向振動における振動成分y(t)を測定し、前記振動成分x(t),y(t)をΔtごとに分割してサンプリングすることによってN点の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}を得、
前記離散値系列を離散的フーリエ変換することによってXk,Ykで表される周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}を得、
P個の特定の周波数{fi、i=1,…P}の各々に対応するP個の周波数点kiに近傍であって、互いに隣接するm個の周波数点{ki -m/2,ki -m/2+1,...ki,...ki +m/2-1}の各々について{|Xki+l2,|Yki+l2,Re(Xki+lki+l *)、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}を算出し、
前記回転体の回転方向をM個に分割して得られた方位のうち、0〜πに相当する方位{θj=2jπ/M、j=0,1,…M/2−1}の各方位に応じて前記m個の周波数点{ki-m/2,ki -m/2+1,...ki,...ki +m/2-1}における振動の周波数サンプル値の2乗{|Fki+l(2jπ/M)|2、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}を算出し、
前記算出された2乗値{|Fki+l(2jπ/M)|2、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}及び下記式に基づいてRMS振幅値を算出し、
Figure 0003788231
各周波数点kiに対する前記RMS振幅値{21/2|Fki(2jπ/M)|、j=0,1,…M/2−1}から最大のRMS振幅値を周波数点kiのRMS評価値Akiとして選択し、
前記RMS評価値Akiに基づいて前記回転体の前記径方向振動を評価することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法。
A radial vibration whose amplitude changes depending on the direction of the rotation direction of the rotating body, and is obtained by measuring the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body from two different directions. In order to evaluate the maximum amplitude of the radial vibration and the direction exhibiting the maximum amplitude based on each of the vibration components, each of the vibration components measured from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform. In the evaluation method of the radial vibration of the rotating body, the amplitude of the radial vibration is calculated for each azimuth of the rotating direction of the rotating body based on the converted two-direction frequency spectrum.
The vibration component x (t) in the radial vibration in the x direction and the vibration component y (t) in the radial vibration in the y direction are measured, and the vibration components x (t) and y (t) are divided every Δt. N point discrete value series {x n = x (nΔt), y n = y (nΔt), n = 0, 1,... N−1}
Frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1} represented by X k , Y k are obtained by performing a discrete Fourier transform on the discrete value series,
P frequency points k i corresponding to each of P specific frequencies {f i , i = 1 ,... P} and adjacent to each other m frequency points {k i -m / 2 , k i -m / 2 + 1,. . . k i,. . . For each of k i + m / 2-1 }, {| X ki + l | 2 , | Y ki + l | 2 , Re (X ki + l Y ki + l * ), l = −m / 2, − m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1},
Of the azimuths obtained by dividing the rotation direction of the rotator into M, each of the azimuths {θ j = 2jπ / M, j = 0, 1,... M / 2-1} corresponding to 0 to π. It said m frequency points {ki -m / 2, k i -m / 2 + 1, depending on the orientation. . . k i,. . . k i + m / 2-1 } square of the frequency sample value of vibration {| F ki + l (2jπ / M) | 2 , l = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1},
The calculated square values {| F ki + l (2jπ / M) | 2 , l = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1} and an RMS amplitude value based on the following formula,
Figure 0003788231
The RMS amplitude values for each frequency point k i {2 1/2 | F ki (2jπ / M) |, j = 0,1, ... M / 2-1} from the frequency point k i a maximum RMS amplitude Select RMS evaluation value A ki ,
Evaluation method of radial vibration of that rotating member to and evaluating the radial vibration of the rotating body on the basis of the RMS evaluation value A ki.
回転体の回転方向の方位に依存して振幅が変化する径方向振動であって、前記回転体の回転数に非同期な所定の周波数の前記径方向振動を互いに異なる2方向から測定して得られる振動成分の各々に基づいて前記径方向振動の最大振幅と、前記最大振幅を呈する方位とを評価すべく、前記2方向から測定して得られた振動成分の各々をフーリエ変換によって周波数スペクトルに変換し、該変換された2方向の周波数スペクトルに基づいて前記回転体の回転方向の各方位毎に前記径方向振動の振幅を算出することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法において、
x方向の前記径方向振動における振動成分x(t)及びy方向の前記径方向振動における振動成分y(t)を測定し、前記振動成分x(t),y(t)をΔtごとに分割してサンプリングすることによってN点の離散値系列{xn=x(nΔt),yn=y(nΔt)、n=0,1,…N−1}を得、
前記離散値系列を離散的フーリエ変換することによってXk,Ykで表される周波数サンプル値{Xk,Yk、k=0,1,…N−1}を得、
P個の特定の周波数{fi、i=1,…P}の各々に対応するP個の周波数点kiに近傍であって、互いに隣接するm個の周波数点{ki -m/2,ki -m/2+1,...ki,...ki +m/2-1}の各々について{|Xki+l2,|Yki+l2,Re(Xki+lki+l *)、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}を算出し、
2乗値{|Fki+l(φki/2)|2、l=−m/2,−m/2+1,...0,...m/2−1}を下記式に基づいて算出し、
|Fki+l(φki/2)|2=(|Xki+l2+|Yki+l2+|Xki+l 2+Yki+l 2|)/2
下記式に基づいて前記周波数点kiのRMS評価値Akiを算出し、
Figure 0003788231
前記RMS評価値Akiに基づいて前記回転体の前記径方向振動を評価することを特徴とする回転体の径方向振動の評価方法。
A radial vibration whose amplitude changes depending on the direction of the rotation direction of the rotating body, and is obtained by measuring the radial vibration having a predetermined frequency asynchronous with the rotational speed of the rotating body from two different directions. In order to evaluate the maximum amplitude of the radial vibration and the direction exhibiting the maximum amplitude based on each of the vibration components, each of the vibration components measured from the two directions is converted into a frequency spectrum by Fourier transform. In the evaluation method of the radial vibration of the rotating body, the amplitude of the radial vibration is calculated for each azimuth of the rotating direction of the rotating body based on the converted two-direction frequency spectrum.
The vibration component x (t) in the radial vibration in the x direction and the vibration component y (t) in the radial vibration in the y direction are measured, and the vibration components x (t) and y (t) are divided every Δt. N point discrete value series {x n = x (nΔt), y n = y (nΔt), n = 0, 1,... N−1}
Frequency sample values {X k , Y k , k = 0, 1,... N−1} represented by X k , Y k are obtained by performing a discrete Fourier transform on the discrete value series,
P frequency points k i corresponding to each of P specific frequencies {f i , i = 1 ,... P} and adjacent to each other m frequency points {k i -m / 2 , k i -m / 2 + 1,. . . k i,. . . For each of k i + m / 2-1 }, {| X ki + l | 2 , | Y ki + l | 2 , Re (X ki + l Y ki + l * ), l = −m / 2, − m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1},
Square values {| F ki + lki / 2) | 2 , l = −m / 2, −m / 2 + 1,. . . 0,. . . m / 2-1} is calculated based on the following formula,
| F ki + lki / 2) | 2 = (| X ki + l | 2 + | Y ki + l | 2 + | X ki + l 2 + Y ki + l 2 |) / 2
Based on the following formula, the RMS evaluation value A ki of the frequency point k i is calculated,
Figure 0003788231
A method for evaluating radial vibration of a rotating body, wherein the radial vibration of the rotating body is evaluated based on the RMS evaluation value A ki .
前記径方向振動の最大振幅を呈する方位を最大方位とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の回転体の径方向振動の評価方法。The method for evaluating radial vibrations of a rotating body according to any one of claims 1 to 8, wherein an azimuth exhibiting a maximum amplitude of the radial vibration is a maximum azimuth. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の回転体の径方向振動の評価方法を使用して前記回転体の径方向振動を測定する回転体の径方向振動の評価装置。An apparatus for evaluating radial vibration of a rotating body that measures the radial vibration of the rotating body using the method for evaluating radial vibration of the rotating body according to any one of claims 1 to 9 .
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