JP3987035B2 - 回転構造体の動的な釣り合いを保つための方法および装置 - Google Patents

回転構造体の動的な釣り合いを保つための方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は、長手軸線回りに回転する回転構造体の動的な釣り合いを保つための方法に関するものであって、2つの振動検出センサと、2つの関連する釣り合い装置と、2つの振動検出センサから出力された信号を処理して釣り合い装置を制御する処理制御手段とを有する機構によって行われる方法である。この方法は、各振動検出センサおよびそれに関連する釣り合い装置を点検部分の近辺に配置する工程と、この2つの点検部分を長手軸線に沿って間隙を介して設ける工程と、2つの振動検出センサからの信号に基づいて釣り合い装置の運転を制御する工程とを備えている。
また、この発明は、前記方法を用いた装置に関する。
以前より、研磨機械の研磨回転部の釣り合いに関する問題が知られている。
通常、研磨機械には不要な振動が発生し、研磨回転部が不均衡な状態となる。この原因としては、研磨回転部そのものの構成、例えば形状および/または構造の欠陥(材質の不均一あるいは外側の研磨表面部と内側の中心空洞部との同心度が異なること)、あるいは回転軸の精密さが欠ける構造(それゆえに回転部の重量の中心軸が回転運動の中心軸から外れる)が挙げられる。そして、一般的には、機械が作動している際に摩耗および/または粉砕による破損が生じる。このような振動は、動作中の機械の特徴によって不都合を生じさせ、機械の部品を傷つける負荷および圧力を生じさせる。特に、楕円状のものや放物線状のものなど真円ではないときに顕著に発生する。
既知の釣り合い装置または平衡器具は、研磨回転部に連結され、移動可能な部分を有し、回転部が回転しているときに、この部分の位置を調整するよう電気モータによって運転される。この調整は、前述した不均衡な状態を修正するために半径または角度的な軌道に沿って行われる。また、駆動モータは、装置の一部であり、装置そのものと研磨回転部とを一緒に回転させる。この駆動モータは固定された外部の、例えばブラシの集電装置やスリップリングなどの動力源により、電気的な接続を介して、あるいは例えば誘電タイプの遠隔操作による接続を介して、動力が供給されて制御される。
例えば振幅のような、不均衡状態に起因して生じる振動の特徴は、適切なセンサによる信号によって検出されて表示され、あるいは適切な、前述した動力源を構成する適切なユニットに送られる。これは、適切な釣り合い信号を供給するため、および、移動可能な部分を駆動するモータを制御するためである。
前述した特徴を備えている釣り合い装置は、米国特許第3698263号公開公報に開示されている。
一般的には、研磨回転部の自動的な釣り合いは、発見的学習方法、すなわち、センサによって検出された振動を継続的に減少させるための、釣り合い装置の2つの部分を移動させるサイクルに基づいて行われる。この動作は、振動が完全に消滅するまであるいはいかなる場合でもその減少量が許容値に達するまで行われる。例えば、回転中に、移動可能部分を、一緒におよび/または独立して、一方向および/または他の方向へ角度的に変位させることが可能である。このような角度的な変位は、振動検出センサの信号のトレンドに基づいて、この信号がゼロまたは非常にゼロに近い値になるまで行われる。
決定論的な基準を用いる自動的な釣り合い手段、例えば、システムの釣り合いを保つことを可能とする釣り合い部の処理(例えば、角度の処理)を演算することができるテストサイクルの実行を含む釣り合い手段は、機械の部品の回転体に適用するのはより困難であり高価となる。装置の移動部分の処理(例えば角度の処理)を連続的にチェックする必要があるからである。
決定論的な手段は、例えば自動車の車輪の釣り合いなどの、手動操作の釣り合いにおいてより頻繁に用いられる。この際、静的な不均衡を減少させるために、視覚による指示器により表示される角度的な位置において、釣り合い重量がオペレータによって加えられる。この種類の決定論的な手順は、米国特許第4854168号公開公報に記載されている。しかしながら、(中心がない研磨機械の研磨回転体において)研磨回転体の長手方向の寸法は直径の寸法よりも大きいあるいは同程度であるので、あるいは、機械の部品は、長軸方向に間隙を介して同じシャフトに結合された2つの研磨回転体を有しているので、実質的に横断面に沿って操作する単独の釣り合い装置は、適切な釣り合いを達成するには十分ではない。実際、特定部分における、いわゆる「静的な」不均衡に加えて、一般的に回転軸が回転システムの慣性の軸と一致しないことによって生じる動的な一対の釣り合いを無視することはできない。同様のケースとして、研磨回転体、または研磨機能を有する回転/シャフトシステムの動的な釣り合いを保つための、実質的に相互に同一であり、長手方向に離れた位置に配置された2つの釣り合い装置の利用が知られている。
本発明の出願書類の請求項1乃至8において前提部分として言及している、ドイツ特許第2345664号公開公報の出願書類には、長手軸に対する2つの横断部分に沿った、中心を有しない研磨機械の、細長い研磨回転体の動的な釣り合いを保つための方法および関連する装置が記載されている。振動検出センサと移動自在の部分を有する関連するユニットとをそれぞれ有する2つの装置が用いられ、それぞれの装置は2つの横断部分のいずれか一方に設置されている。処理手続において、動力供給制御ユニットは、関連する振動検出センサによる信号に基づいて装置のそれぞれの部分の変位を順次的に制御するために、2つの釣り合い装置に択一的に連結されている。
一般的には、上記のドイツ特許の出願書類に記載された装置および方法では、満足する結果を達成することはできない。実際に、たとえ、2つの部分の各々において、全ての釣り合い操作が、関連する釣り合い部の変位を、関連するセンサにより検出された振動がゼロまたは最小まで減少するように決定するとしても、一般的には、一方の場所における釣り合い部の変位が、回転部分の支持構造の弾性(より具体的には回転の横断的な弾性)の直接的な作用により他方の場所において検出された振動を変化させると認識されている。このことによって、ドイツ特許第2345664号公開公報の出願書類による装置および方法は、非常に特殊な特徴を有する構造物に適用した場合にのみ満足できる結果を与え、一般的には、回転システムの的確な動的な釣り合いの問題を解決することはできない。
本発明の目的は、回転システム、より具体的には、研磨回転体のような機器を含む細長い構造体における動的な釣り合いを保つための釣り合い方法および装置を提供することにある。この釣り合い方法および装置により、迅速かつ安全に、回転システムの構造上の特徴に依存することなく、不要な振動を除去あるいは最小値まで減少させることができる。
この目的や他の目的は、請求項1に記載された方法により、また、請求項9に記載された装置により達成される。
本発明による方法およびこの方法を用いた関連する装置による利点の一つとしては、様々な形状および配置の機器を有する回転システムの用途に幅を持たせることができるように、容易に適用することができることである。
本発明は、長手軸線回りに回転する回転構造体(1)の動的な釣り合いを保つための方法であって、2つの振動検出センサ(7、8)と、2つの関連した釣り合い装置(9、10)と、前記2つの振動検出センサ(7、8)から出力された信号を処理して前記釣り合い装置(9、10)を制御する処理制御手段(20)とを有する機構を備えた手段によって行われる方法において、各振動検出センサおよびそれに関連する釣り合い装置を点検部分の近辺に配置するとともに、この2つの点検部分(S、S)を前記長手軸線に沿って間隙を介して設ける工程と、2つの振動検出センサ(7、8)からの信号(V01、V02)に基づいて釣り合い装置(9、l0)の運転を制御する工程とを備え、2つの振動検出センサ(7、8)からの信号(V01、V02)を一括して処理する(33;53、54)ことにより、1以上の結合信号(V;VC1、VC2)を得るとともに、前記2つの釣り合い装置(9、10)の操作(35、36;57、58)は、前記1以上の結合信号(V;VC1、VC2)の値に基づいて制御される(34;55、59、60)ことを特徴とする方法である。
本発明は、上記の方法によって長手軸線回りに回転する回転構造体(1)の動的な釣り合いを保つための装置であって、前記処理制御手段(20)は2つの処理制御ユニット(23、24)を有し、それぞれ処理制御ユニット(23、24)は前記釣り合い装置(9、10)のうちのいずれか一方の制御に適応するように構成されていることを特徴とする装置である。
本発明によれば、迅速かつ安全に、回転システムの構造上の特徴に依存することなく、不要な振動を除去あるいは最小値まで減少させることができる。
図1は、簡略化された一部の細長い回転構造体1を示す。この回転構造体1は、長手軸線が明示されており、シャフトまたは軸体3と、シャフト3の両端部に接続しており長手軸線に沿って間隙を介して設けられている2つの研磨回転体5とを備えている。
研磨機械支持体2は、例えば回転体搬送装置からなり、長手軸線を回転運動の軸線と十分に一致させるよう、回転運動の軸線を定めて回転構造体1を支持する。そして、図示しない一般に知られている方法によって駆動された軸体3は、前記の軸線に沿って回転することができる。
2つの振動検出センサ7、8は、例えば圧電性のタイプのものからなり、固定されている研磨機械支持体2における、シャフト3の両端部の近くの断面からなる点検部分S、Sの近くの部分に取り付けられている。
釣り合い装置9、10は、例えば、断面からなる点検部分S、Sの近くの軸体3の両端部における適合する凹部に内蔵されており、各々は、一対の偏心した釣り合い部を備えている。これらの釣り合い部は、簡略化された形で示されており、それぞれ参照番号11、13および12、14で示されている。各釣り合い部は、図示しない連結したモータによって長手軸線に対して回転方向に移動可能である。伝達ユニット15、16は、モータに供給する動力を伝達するとともに、釣り合い装置9、10に対して釣り合い部の必要とされる角度の変位に関する情報を伝える。この伝達は、一般に知られた図示しない例えば誘導タイプの遠隔操作を行う結合装置によって行われる。
処理制御手段20は、機械論理部40に接続されている。図1は、処理制御手段20のいくつかの回路およびユニットを簡略化して示す。より具体的に説明すると、フィルタリングおよび検出を行う回路21、22は、それぞれ振動検出センサ7、8に接続されており、2つの処理制御手段23、24は、それぞれ釣り合い装置9、10に接続されているとともに結合回路25に接続されている。フィルタリングおよび検出を行う回路21、22の各々の下流側には、結合回路25が接続されており、次にそれぞれの処理制御ユニット23、24に接続される。
図2において、機能ブロック図は、本発明における釣り合い方法の一連の処理を示す。より具体的に説明すると、
ブロック30は、動的な釣り合いサイクルの始点である。
ブロック31は、点検部分Sにおいて検出された振動のモジュールを得るための、振動検出センサ7からの信号のフィルタリングおよび検出である。
ブロック32は、点検部分S2において検出された振動のモジュールを得るための、振動検出センサ8からの信号のフィルタリングおよび検出である。
ブロック33は、得られたモジュールの結合である。
ブロック34は、計算されたモジュールの結合と事前に設定された基準値との比較である。
ブロック35は、釣り合い装置9の釣り合い部11、13の駆動の制御である。
ブロック36は、釣り合い装置10の釣り合い部12、14の駆動の制御である。
ブロック37は、釣り合いサイクルの終点である。
図1に示す機械における、図2に示す方法に基づく運転操作を以下に説明する。
研磨動作を行う間に、例えば、研磨回転体5および/または6の取り替えまたは修理を行ったときには、釣り合いサイクルを実行しなければならない。どのような場合でも、釣り合いサイクルを実行するどうかという決定は、オペレータ、あるいは例えばこのサイクルの始点(ブロック30)を制御する図1に示す機械論理部40により行われる。
回転研磨部5、6を支える軸体3の回転の間に、点検部分S、Sにおける振動をセンサ7、8がそれぞれ検出し、処理制御手段20に関連する信号を送る。より具体的にいうと、センサ7、8の信号がそれぞれ回路21、22にそれぞれ送られ、一般的に知られた処理(ブロック31、32)によって、フィルタリングおよび検出が行われ、2つの検出された振動のモジュールを示す例えば直流電圧V01、V02が得られる。
回路21、22から出力された信号は結合回路25(ブロック33)に送られ、次に各ユニット23、24に、結合信号Vが送られる。この結合信号Vは、センサ7、8により検出された振動のモジュールの結合を示す。結合は、回路21、22からの出力信号の単なる合計とすることができる。
式(1) V=V01+V02
あるいは、以下に説明するような、他の種類の結合が予想される。
結合信号Vは、予め設定された基準値Vと比較される(ブロック34)。この基準値Vは、回転システムにとって許容範囲と考えられる全体の振動を示す(理想的にはV=0である)。結合信号Vの値が基準値Vよりも小さいときは、釣り合いサイクルは終了する(ブロック37)。
がVよりも大きいときには、ユニット23、24は、関連する伝達ユニット15、16によって、釣り合い装置9、10の釣り合い部11、13および12、14の変位を制御する(ブロック35、36)。釣り合い装置9、10の操作は、関連するユニット23、24によって制御される。このユニット23、24は、部分11、13および12、14の変位を、結合信号Vの値が基準値Vよりも小さくなるまで制御する。この結合信号Vの値は、釣り合い部11、13および12、14の位置が変化することによって生じる点検部分S、Sにおける振動の変化によって変化する。
この発明の実施形態によれば、上記方法により釣り合い装置9、10が関連する処理制御ユニット23、24によって並列に制御されることが予測される。言いかえると、それぞれの処理制御ユニット23、24は、同時にかつ互いに独立しながら、共に結合信号Vの値を小さくすることを目的として、関連する釣り合い装置9、10の釣り合い部の変位を制御する。
この発明の他の実施形態としては、釣り合い部11、13および12、14の変位が、それぞれ、関連する処理制御ユニット23、24によって互いに順次に制御される方法が予想される。上記の制御は、同じ結合信号Vの値が基準値Vに達するまで行われる。
図3bは、図1に示される装置において本発明の出願書類により開示された方法による典型的な釣り合いサイクルにおける、センサ7、8によって検出された振動のモジュールV01、V02および結合信号V(この場合ではモジュールV01とV02との合計)の有力なトレンドを表すグラフである。
一方、図3aは、ドイツ特許2345664号公開公報の出願書類に記載された内容に実質的に類似する方法が同様に適用された場合における、点検部分S、Sにおける振動のモジュールの同様の値(V01′、V02′)の有力なトレンドを表す。言い換えると、それぞれの釣り合い装置9(10)は、順次的な方法で、点検部分S(S)に設置されたセンサ7(8)単独の信号に基づいて、関連する処理制御ユニット23(24)により制御される。
既に知られている先行技術における図3aのグラフの形は、時刻t1までの関連する釣り合い装置の動作の結果により、第1の振動検出センサによる信号V01′の値が最小値まで減少したときに、第2の振動検出センサの信号V02′の値が同時に変化して一般的には増加することを示す。対照的に、他方の釣り合い装置の次の作動により、第2の振動検出センサによる振動(V02′)が減少するが、同時に、t1からt2までの時間において、第1の信号の値(V01′)が増加する。このことによって、2つの釣り合い装置が択一的に操作されることにより、ドイツ特許第2345664号公開公報に記載されているように一度だけではなく繰り返して動作が行われたとしても、2つの振動検出センサの信号は、一般には、ゼロ、あるいは、少なくとも要求される仕様に相当する最小値には収束しない。
一方、図3bのグラフは、本発明の方法が適用されたものであって、結合信号Vの値を最小とするような釣り合い装置9、10の両方の釣り合い動作により、独立した振動検出センサ7、8の信号V01、V02を要求される最小値に収束させる。
結合信号Vおよび結合回路25において実行された処理に関しては、前述のように、フィルタリングおよび検出回路21、22から出力された信号を単純に合計することに対する代替案が予想される。より具体的にいうと、2つの振動検出センサ7、8により検出された振動に対して異なる重みを与える信号の線形的な合計値が予想される。これは、例えば、点検部分SおよびSにより各々検出された、最も大きな不均衡状態を導くような最大の振動値に、より重要性を与えるような係数を用いることによって行われる。
式(2) V=aV01+bV02
また、例えば、最も低い振動の重要性を徐々に増加させるために、釣り合い操作を行う際に係数を変化させることも可能である。
結合回路25により行われる他の結合としては、2つの信号の値を2乗した値の合計の平方根を求める方法による方法が考えられる。
Figure 0003987035
さらに上記の2つの方法とは別の方法としては、例えば、式(2)において異なる係数が用いられた2つの線形的な合計としての結合信号VC1、VC2がユニット23、24に送られる方法がある。
図4に示す他の釣り合い方法を簡潔に説明する。
釣り合いサイクルが開始された後に(ブロック50)、信号V01、V02の動的な経過が得られ(図2のブロック31、32に相当する図4のブロック51、52)、結合信号VC1(ブロック53)およびVC2(ブロック54)を得る処理が行われる。
式(4) VC1=V01+kV02
式(5) VC2=k′V01+V02
例えば、k=k′=1/2とされる。
結合信号VC1とVC2は、それぞれの基準値VT1、VT2と比較され(ブロック56)、(VC1<VT1)かつ(VC2<VT2)であるときには釣り合いサイクルは終了する(ブロック61)。
結合信号VC1、VC2のうち少なくとも1つの値がそれぞれの基準値VT1、VT2よりも低くならなかった場合には、関連する伝達ユニット15、16によって、処理制御ユニット23、24が釣り合い装置9、10の釣り合い部11、13および12、14の変位を制御する。例えば、図4において、それぞれの釣り合い装置(例えば9)が既に知られた方法により関連する結合信号VC1が最小値に到達するまで(ブロック59)制御される(ブロック57)ような、順次的な手順が行われる。そして、この釣り合い手順を続ける必要があるときには(ブロック55)、他の釣り合い装置10が同様の方法で制御される(ブロック58、60)。ブロック56は、2つの釣り合い装置9、10のどちらが上述の手順により制御すべきかを明らかにする検証を表す。
いずれにしても、結合信号VC1およびVC2はともに、振動検出センサ7、8による信号の基準値に達する。
前述の方法および装置によって、単純かつ効率的な方法によって2つの平面的なまたは部分的な要求される動的な釣り合いを達成することができ、様々な種類の細長い回転構造体に適用することができる。この回転構造体としては、例えば図1の例に示されるような均質の軸体に結合された2つの研磨回転部、1つの細長い研磨回転部(前述のドイツ特許第2345664号公開公報の出願書類に記載されている中心部を有しない研磨機械)、回転軸体の端部の近くに結合された1つの研磨回転部、あるいは、他の形状および構成の回転部材を挙げることができる。
処理制御手段20は、図1に示すような単純化された構成において、他の方法を用いて達成することもできる。例えば、センサ7、8による信号のフィルタリングおよび検出は処理制御ユニット23、24内にある回路によって実行され、結合回路25を用いることなく、これらの回路は互いに接続されて2つの得られた信号の合計値が得られる。
1つまたは両方の釣り合い装置が、図1に示される釣り合い装置9、10と異なる形状および構成を有する場合であっても、例えば、軸体3の内部に取り付ける代わりに、関連する研磨回転体5および/または6の外部に取り付けることができる。あるいは、回転方向の代わりに横軸方向について伝達を行う回路を備えることができる。あるいは、既知の他の特徴を備えることができる。
本発明の出願明細書における簡略化した形状の装置を示す。 本発明の第1実施形態の釣り合い方法における機能ブロックのダイアグラムを示す。 既知の釣り合いサイクルにおける信号検出センサによる信号のトレンドを表すグラフを示す。 本発明の釣り合いサイクルにおける信号検出センサによる信号のトレンドを表すグラフを示す。 本発明の他の実施形態の釣り合い方法における機能ブロックのダイアグラムを示す。

Claims (13)

  1. 長手軸線回りに回転する回転構造体(1)の動的な釣り合いを保つための方法であって、
    2つの振動検出センサ(7、8)と、2つの関連した釣り合い装置(9、10)と、前記2つの振動検出センサ(7、8)から出力された信号を処理して前記釣り合い装置(9、10)を制御する処理制御手段(20)とを有する機構を備えた手段によって行われる方法において、
    各振動検出センサおよびそれに関連する釣り合い装置を点検部分の近辺に配置するとともに、この2つの点検部分(S、S)を前記長手軸線に沿って間隙を介して設ける工程と、
    2つの振動検出センサ(7、8)からの信号(V01、V02)に基づいて釣り合い装置(9、l0)の運転を制御する工程とを備え、
    2つの振動検出センサ(7、8)からの信号(V01、V02)を一括して処理する(33;53、54)ことにより、1以上の結合信号(V;VC1、VC2)を得るとともに、前記2つの釣り合い装置(9、10)の操作(35、36;57、58)は、前記1以上の結合信号(V;VC1、VC2)の値に基づいて制御される(34;55、59、60)ことを特徴とする方法。
  2. 2つの釣り合い装置(9、10)の操作(35、36)は同時にかつ互いに独立するよう制御されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 2つの釣り合い装置(9、10)の操作(57、58)は互いに順次に行われるよう制御されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 2つの振動検出センサ(7、8)からの信号(V01、V02)が一括して処理される(33)ことにより、1以上の結合信号(V;VC1、VC2)のうちの1つの信号(Vのみが得られ、前記2つの釣り合い装置(9、10)の操作(35、36)は前記1つの結合信号(V)の値のみに基づいて制御されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。
  5. 2つの振動検出センサ(7、8)からの信号が処理される(33;53、54)ことにより、前記1以上の結合した信号(V;VC1、VC2)が、前記2つの点検部分(S、S)における振動を示す信号のモジュール(V01、V02)の1以上の結合体として得られることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記1以上の結合した信号(V;VC1、VC2)のうちの少なくとも1つは、前記モジュール(V01、V02)を合計したものとして得られることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 前記1以上の結合した信号(V;VC1、VC2)のうちの少なくとも1つは、前記モジュール(V01、V02)を二乗した値の合計の平方根として得られることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  8. 前記1以上の結合した信号(V;VC1、VC2)は、前記モジュール(V01、V02)の1以上の一次線形結合として得られることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  9. 請求項1に記載の方法によって長手軸線回りに回転する回転構造体(1)の動的な釣り合いを保つための装置であって、
    前記処理制御手段(20)は2つの処理制御ユニット(23、24)を有し、
    それぞれ処理制御ユニット(23、24)は前記釣り合い装置(9、10)のうちのいずれか一方の制御に適応するように構成されていることを特徴とする装置。
  10. 前記釣り合い装置の各々は、関連する処理制御ユニット(23、24)による制御に基づいて移動可能な釣り合い部(11、13;12、14)を有することを特徴とする請求項9に記載の装置。
  11. 前記釣り合い装置(9、10)の各々は1組の釣り合い部(11、13;12、14)を有し、この釣り合い部は長手軸に関して偏心しており、この長手軸線に対して回転方向に移動可能なものであることを特徴とする請求項10に記載の装置。
  12. フィルタリングおよび検出を行う回路(21、22)を有し、
    この回路は振動検出センサ(7、8)からの信号を受けて関連するモジュールの動作を示す信号(V01、V02)を送るようになっていることを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の装置。
  13. 軸体(3)と、長手軸線に沿って間隙を介した位置において前記軸体に連結して設けられた2つの研磨回転部(5、6)とを有する研磨機械からなる回転構造体(1)の動的な釣り合いを保つ装置であって、前記釣り合い装置(9、10)は研磨回転部(5、6)に結合しており、かつ一体的に回転可能なものであることを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の装置。
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