JP4119302B2 - 回転バランス測定装置、並びに、そのキャリブレーション方法及び診断方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の動的不釣り合いを測定する回転バランス測定装置、並びに、その装置の較正方法及び診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動的不釣り合いを有する回転体は、回転させた場合に振動する。このとき生じた振動の振幅と位相を検出すれば、その回転体の動的不釣り合いを算出することが可能である。
【０００３】
回転体の振動は、一般に振動ピックアップにより検出される。この振動ピックアップの感度特性は周囲温度によって変化する。また、回転体を保持している回転バランス測定装置の振動特性も周囲温度によって変化する。このため、回転バランス測定装置の較正を定期的に行わなければ、回転体の動的不釣り合いを正確に求めることはできない。
【０００４】
一般に、回転バランス測定装置の較正は、動的不釣り合いのない基準回転体（マスターワーク）に重量が既知の錘を取り付けた上で、この基準回転体の動的不釣り合いを回転バランス測定装置で測定することにより行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、回転バランス測定装置では、その較正の度に、使用する基準回転体に錘を取り付けることが必要であった。このような作業は自動化することが難しかったため、較正には時間と人手とを必要としていた。特に、複数のバランス面で回転体の振動を測定する回転バランス装置では、一つのバランス面にのみ錘を取り付けた状態で回転体を回転させ、振動を測定するという作業を各バランス面について行うため、錘の取り付け取り外しの作業が多く、較正に要する時間が特に多かった。
【０００６】
一方、回転バランス装置の構造に異常が生じ、回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されなくなると、回転体の動的不釣り合いを正確に測定できなくなる。このため、回転バランス装置では、回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されているか否かを自動的に診断する手段が求められていた。
【発明の目的】
上述した事情に鑑み、本発明は、較正が容易な回転バランス測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、測定対象となっている回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されているか否かを容易に診断できる回転バランス測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、回転体の回転バランスを測定する回転バランス測定装置が回転バランスを求める際に用いる係数を算出する回転バランス測定装置のキャリブレーション方法であって、回転バランス測定装置に取り付けられており、動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させる回転ステップと、既知重量の錘を取り付けられて回転している状態と等価の振動状態に基準回転体がなるように、基準回転体の回転中に基準回転体を加振する加振ステップと、基準回転体の加振中に、基準回転体の振動を検出する振動ピックアップの出力信号から係数を演算する係数演算ステップとを有する方法が提供される。この方法によれば、基準回転体を加振することにより、基準回転体に錘を取り付けたときと同様の振動を与えることができるため、錘を基準回転体に着脱するという作業を行うことなく、キャリブレーションを容易に行うことができる。
【０００８】
また、本発明によれば、回転バランス測定装置が正常であるかを診断する回転バランス測定装置の診断方法であって、回転バランス測定装置に取り付けられており、動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させる回転ステップと、既知重量の錘を取り付けられて回転している状態と等価の振動状態に基準回転体がなるように、基準回転体の回転中に基準回転体を加振する加振ステップと、基準回転体の振動を検出する振動ピックアップが、基準回転体の加振中に出力する比較信号と、基準回転体に錘を取り付けて回転させたときに出力する基準信号とを比較し、得られた比較結果から回転バランス測定装置が正常であるかどうかを判定する故障判定ステップと、を有する方法が提供される。
【０００９】
上記方法では、基準信号と、基準回転体の加振中に振動ピックアップが出力する信号とが著しく異なっていれば、回転体から振動ピックアップまでの振動伝達系に異常があると判断される。上記方法では、基準回転体の回転中に、基準回転体が、既知重量の錘を取り付けて回転させた状態と等価の振動状態となるように基準回転体を加振することにより、診断中に基準回転体に錘を着脱する必要性をなくし、これにより容易に診断を実施できるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２にそれぞれ本発明の実施の形態の、回転体のバランスを測定する、バランス測定装置の測定部の正面図および側面図を示す。なお、以降の記載においては図１中上下方向をＹ軸方向、前記上下方向と回転体の回転軸方向の双方に垂直な方向をＸ軸方向と定義する。
【００１１】
バランス測定装置の測定部１の装置フレームは、ベース１３と、ベース１３から鉛直上方に延びる複数のばね１４と、それらばね１４に支えられたテーブル１５とから成っている。テーブル１５の下面には駆動シャフト用軸受１２ａおよび１２ｂが取り付けられている。駆動シャフト５はこの駆動シャフト用軸受１２ａおよび１２ｂに回転可能に支持される。また、図２に示されるように、ベース１３のＸ軸方向両端からは鉛直上方にほぼ剛体と見なすことのできる第１の側壁１３ａ（図２中左側）および第２の側壁１３ｂが延出している。
【００１２】
ベース１３にはモータ２が取り付けられている。モータ２の駆動軸２ａにはプーリ３が取り付けられている。一方、駆動シャフト５の一端には第１のプーリ６が取り付けられており、この第１のプーリ６とモータ２の駆動軸２ａに取り付けられたプーリ３とには第１の無端ベルト４が渡されており、モータ２を駆動することにより駆動シャフト５を第１の無端ベルト４を介して回転駆動することができる。
【００１３】
また、テーブル１５の上面から鉛直上方に互いに平行な第１のテーブル側壁１７ａおよび第２のテーブル側壁１７ｂが固定されている。第１のテーブル側壁１７ａおよび第２のテーブル側壁１７ｂはばね１４のばね定数と比べてきわめて高い剛性を有する剛体である。第１のテーブル側壁１７ａには従動シャフト用軸受１６ａおよび１６ｃが、また、第２のテーブル側壁１７ｂには従動シャフト用軸受１６ｂおよび１６ｄがそれぞれ固定されている。なお、図１には従動シャフト用軸受１６ａおよび１６ｂのみ記載されており、従動シャフト用軸受１６ｃおよび１６ｄはそれぞれ従動シャフト用軸受１６ａおよび１６ｂの図１中奥側に配置されている。従動シャフト用軸受１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄはそれぞれ従動シャフト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ（図１には１０ａ、１０ｂのみ記載）を回転可能に支持する。
【００１４】
従動シャフト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの一端にはそれぞれプーリ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが取り付けられている。また、駆動シャフト５の一端のプーリ６に隣接した箇所および駆動シャフト５の他端には第２のプーリ７ａおよび７ｂが取り付けられている。第２のプーリ７ａと従動シャフト１０ａに取り付けられたプーリ９ａおよび従動シャフト１０ｃに取り付けられたプーリ９ｃ、第２のプーリ７ｂと従動シャフト１０ｂに取り付けられたプーリ９ｂおよび従動シャフト１０ｄに取り付けられたプーリ９ｄにはそれぞれ第２の無端ベルト８ａおよび８ｂが渡されている。従って、駆動シャフト５の回転すると、その動力が第２の無端ベルト８ａを介して従動シャフト１０ａ及び１０ｃに伝達され、この結果、従動シャフト１０ａ及び１０ｃが回転する。また、駆動シャフト５からの動力は、第２の無端ベルト８ｂを介して従動シャフト１０ｂおよび１０ｄにも伝達され、この結果、従動シャフト１０ｂ及び１０ｄも回転する。
【００１５】
従動シャフト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの他端にはそれぞれローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが取り付けられている。ローラ１１ａ、１１ｃの上には回転体１００の回転軸の一端１１０ａが、またローラ１１ｂ、１１ｄの上には回転体１００の回転軸の他端１１０ｂがそれぞれ載置される。回転体１００はこのローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの回転に従動して回転する。即ち、モータ２を駆動することによって回転体１００を回転することができる。
【００１６】
回転体の他端１１０ｂには、キー溝１０２が形成されている。また、測定部１には、さらに、キー溝１０２を検出するためのセンサＤが配置されている。
【００１７】
また、図１および図２に示されるように、ベース１３の第１の側壁１３ａとテーブル１５との間には振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲが取り付けられている。動的不つり合いを有するクランク軸１００は、回転すると振動する。本実施形態のクランク軸バランス測定装置では、クランク軸１００の振動が、ローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、第１及び第２のテーブル側壁１７ａ、１７ｂ等を介しテーブル１５に伝達される。振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲは、回転しているクランク軸１００からテーブル１５に伝達された振動を検出する。換言すれば、振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲは、回転するクランク軸１００がローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに加える負荷の変動を検出する。
【００１８】
振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲはそれぞれ回転体１００の回転軸に垂直な２成分（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の加速度を計測可能な加速度センサである。振動ピックアップＶＤＬは第１のテーブル側壁１７ａと同じＸＹ平面上に、また振動ピックアップＶＤＲは第２のテーブル側壁１７ｂと同じＸＹ平面上に取り付けられている。
【００１９】
また、ベース１３の第２の側壁１３ｂとテーブル１５との間には圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲが取り付けられている。圧電アクチュエータＶＬは第１のテーブル側壁１７ａと同じＸＹ平面上に、また圧電アクチュエータＶＲは第２のテーブル側壁１７ｂと同じＸＹ平面上に取り付けられている。圧電アクチュエータは印加される電圧の大きさに応じて変位する部材であり、従って圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲに入力する信号を制御することにより、テーブル１５を自在に加振することができる。
【００２０】
図３に本発明の実施の形態のバランス測定装置の制御部のブロック図を示す。前述のセンサＤの出力部は、コントローラ２１６のＩ／Ｏポート２１９に接続される。
【００２１】
圧電アクチュエータＶＬの信号入力端子にはＤ／Ａ変換器２１２Ｌおよび２１３Ｌが接続されている。同様に、圧電アクチュエータＶＲの信号入力端子にはＤ／Ａ変換器２１２Ｒおよび２１３Ｒが接続されている。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌおよび２１３Ｌ、２１２Ｒおよび２１３Ｒはそれぞれコントローラ２１６のＩ／Ｏポート２１９と接続されており、コントローラのＣＰＵ２２０は回転体１００の回転に同期してデジタル加振データをこれらのＤ／Ａ変換器に送信する。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌおよび２１３Ｌ、２１２Ｒおよび２１３Ｒはこれらのデジタル加振データを変換することによって、回転体の所定位置に所定重量のウェイトを取り付けた状態と等価となるように回転体を加振するための加振信号であるアナログ加振信号ＤＬＸおよびＤＬＹ、ＤＲＸおよびＤＲＹを生成する。なお、ＣＰＵ２２０によるデジタル加振データ生成方法については後述する。
【００２２】
アナログ加振信号ＤＬＸおよびＤＲＸはＸ軸方向の振動制御信号であり、アナログ加振信号ＤＬＹおよびＤＲＹはＹ軸方向の振動制御信号である。圧電アクチュエータＶＬはアナログ加振信号ＤＬＸを受けてＸ軸方向にテーブル１５を加振し、アナログ加振信号ＤＬＹを受けてＹ軸方向にテーブル１５を加振する。同様に、圧電アクチュエータＶＲはアナログ加振信号ＤＲＸを受けてＸ軸方向にテーブル１５を加振し、アナログ加振信号ＤＲＹを受けてＹ軸方向にテーブル１５を加振する。従って、テーブル１５が加振されているとき、振動ピックアップＶＤＬ、ＶＤＲが出力する振動は、回転体１００にウエイトを取り付けて回転させたときに発生する振動と等価なものとなる。
【００２３】
振動ピックアップＶＤＬ、ＶＤＲには、それぞれ増幅回路２０９Ｌ、２０９Ｒを介してＡ／Ｄ変換器２１４Ｌおよび２１４Ｒが接続されている。Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌは、入力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換して回転体１００の回転軸の一端１１０ａ（図１）での振動を表すデジタル振動信号ＷＬＸＤおよびＷＬＹＤを作りだす。同様に、Ａ／Ｄ変換器２１４Ｒは、入力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換して回転体１００の回転軸の他端１１０ｂ（図１）での振動を表すデジタル振動信号ＷＲＸＤおよびＷＲＹＤを作りだす。
【００２４】
各Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌ、２１４Ｒの出力側は、それぞれデジタル・フィルタ２１５Ｌ、２１５Ｒを介してコントローラ２１６のＣＰＵデータバス２２３に接続される。Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌ、２１４Ｒでデジタル変換された振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤは、デジタル・フィルタ２１５Ｌ、２１５Ｒでノイズを低減された後、ＣＰＵデータバス２２３に送られる。これにより、ＣＰＵ２２０がデジタル振動データＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、及びＷＲＬＤを読み込むことができるようになる。
【００２５】
ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤより、回転体の動的不つり合いを表すベクトルＵＬとＵＲとを求める。ここで、ベクトルＵＬ及びＵＲは、回転体本体１１１の最も第１のテーブル側壁１７ａ側の端部１１１Ｌおよび最も第２のテーブル側壁１７ｂ寄りの端部１１１Ｒのそれぞれに定義される修正面（回転体の回転軸に垂直な面）における回転体の動的不つり合いを表す。ベクトルＵＬ（ＵＲ）の大きさは回転体本体１１１の端部１１１Ｌ（１１Ｒ）に取り付けるべきバランス補正用ウエイトの重量と、バランス補正用ウエイトの取り付け位置から回転体の回転中心までの距離との積に等しく、その位相は、バランス補正用ウエイトを取り付けるべき位置の位相と逆の位相となっている。
【００２６】
また、ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤのそれぞれについて、センサＤによって検出された回転体１００のキー溝１０２の位置を基準とする位相θを引数とする関数ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）を求める。ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）のθに対する変動は回転体１００の偏心によるものである。従って、ＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）はＸＹ平面上を回転するベクトルの成分を示す。θの値に関わらずＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）によって決定されるベクトルの大きさは一定である。このことは、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）についても同様である。いま、θ＝０の時にＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）によって表されるベクトルをＶＷＬ、ＷＲＸ（θ）およびＷＲＹ（θ）によって表されるベクトルをＶＷＲとすると、ベクトルＶＷＬ、ＶＷＲからは、数１を用いて回転体の動的不つり合いＵＬ、ＵＲを求めることができる。
【００２７】
【数１】
ここで、係数α１１、α１２、α２１、α２２は、後述するバランス測定装置のキャリブレーションによって求められる。
【００２８】
次に、本実施形態のバランス測定装置の動作について説明する。本実施形態にのバランス測定装置では、はじめに、キャリブレーション、つまり、数１の係数α１１、α１２、α２１、α２２の値を定めるときに用いる加振データの計測が行われる。なお、キャリブレーション用の加振データの計測は回転体の型式ごとに１回行えばよく、得られた加振データは同一の型式の回転体のバランスを計測する場合のキャリブレーションに継続的に利用され、キャリブレーションごとに加振データを測りなおす必要は無いことは言うまでもない。
【００２９】
上記キャリブレーション用の加振データの計測には基準回転体と、既知の重量Ｗを有するウエイトを用いる。基準回転体とは、バランス測定（動的不つり合い測定）をすべき回転体と同じ型式でバランス（動的不つり合い）が調整済みの回転体である。
【００３０】
最初に、ウエイトが取り付けられていない基準回転体を本実施形態のバランス測定装置に備え、そのバランス測定を行い、そのときの測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）が常に０となるように増幅回路２０９Ｒ、２０９Ｌの調整を行う。
【００３１】
次いで、既知重量のウエイトを回転体本体１１１の端部１１１Ｌの外縁の所定位置に取り付ける。本実施形態の場合、ウエイトは基準回転体のキー溝１０２と同位相の位置に取り付けられる。この状態で、基準回転体のバランス測定が再度行われる。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）はそれぞれデジタル加振データ（Ｌ） ＬＤＷＤＬＸ（θ）、ＬＤＷＤＬＹ（θ）、ＬＤＷＤＲＸ（θ）、ＬＤＷＤＲＹ（θ）としてメモリ２２２に保存される。
【００３２】
次に、既知重量のウエイトを回転体本体１１１の端部１１１Ｌから外し、回転体本体１１１の端部１１１Ｒの外縁の所定位置に取り付ける。本実施形態では、このときも、ウエイトを基準回転体のキー溝１０２と同位相の位置に取り付ける。次いで、基準回転体のバランス測定を再度行う。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）はそれぞれデジタル加振データ（Ｒ） ＲＤＷＤＬＸ（θ）、ＲＤＷＤＬＹ（θ）、ＲＤＷＤＲＸ（θ）、ＲＤＷＤＲＹ（θ）としてメモリ２２２に保存される。
【００３３】
以上で、キャリブレーション用の加振データの計測が終了する。取得された加振データは、以下に説明するバランス測定装置の故障診断と、キャリブレーションに利用される。
【００３４】
まず、加振データを利用したバランス測定装置の故障診断について説明する。故障診断では、最初に、上記既知重量のウエイトを取り付けていない基準回転体をローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ上に載置し、ついで基準回転体を回転させる。
【００３５】
基準回転体が回転している間、センサＤは、基準回転体のキー溝１０２を検出する度に（キー溝１０２がセンサＤの前に来る度に）、パルス信号ＷＫを出力する。このパルス信号ＷＫは、コントローラ２１６のＩ／Ｏポート２１９に入力される。ＣＰＵ２２０は、パルス信号ＷＫの発生時間から基準回転体の回転角（位相）θを、またパルス間隔から基準回転体の回転速度Ｎをそれぞれ検出する。
【００３６】
基準回転体の回転速度Ｎが測定可能な範囲になると、センサＤで検出した基準回転体の位相θと回転速度Ｎとに対応して、デジタル加振データ（Ｌ） ＬＤＷＤＬＸ（θ）、ＬＤＷＤＬＹ（θ）、ＬＤＷＤＲＸ（θ）、ＬＤＷＤＲＹ（θ）が、それぞれ、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒに送られる。この結果、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒは、基準回転体の回転に同期して、それぞれ、アナログ加振信号ＤＬＸ、ＤＬＹ、ＤＲＸ、ＤＲＹを生成する。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ及び２１３Ｌによって生成されたアナログ加振信号ＤＬＸ及びＤＬＹは、圧電アクチュエータＶＬに入力される。一方、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｒ及び２１３Ｒによって生成されたアナログ加振信号ＤＲＸ及びＤＲＹは、圧電アクチュエータＶＲに入力される。この結果、テーブル１５が圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲによって加振され、基準回転体の振動状態は、回転体本体１１１の端部１１１Ｌの外縁であってθ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けた場合と等価になる。
【００３７】
上記のように圧電アクチュエータＶＬ、ＶＲがテーブル１５を加振している間、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲは、テーブル１５の振動を測定する。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）は、基準回転体から振動ピックアップまでのバランス測定装置の振動伝達系に異常がなければ、回転体本体１１１の端部１１１Ｌの外縁であってθ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けたときに取得されたデジタル振動信号と同一となる。従って、測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）をそれぞれデジタル加振データ（Ｌ） ＬＤＷＤＬＸ（θ）、ＬＤＷＤＬＹ（θ）、ＬＤＷＤＲＸ（θ）、ＬＤＷＤＲＹ（θ）と比較することによって振動伝達系に異常があるかどうかの診断を行うことができる。本実施形態の場合、ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）が数２を満たす場合に、バランス測定装置の振動伝達系に異常がないと判断される。
【００３８】
【数２】
【００３９】
数２の定数ＭはＡ／Ｄ変換器２１４Ｒ及び２１４Ｌの回転体１回転あたりのサンプリング数である。また、ThL1、ThL2、ThL3、ThL4は回転体の形状・寸法に応じた閾値であり、経験則によって求められる。
【００４０】
数２のいずれかの式が満たされなかった場合、ＣＰＵ２２０は、バランス測定装置の振動伝達系に異常があると判断する。この場合、ＣＰＵ２２０は、例えば、不図示のディスプレイに故障がある旨の警告を表示し、その後、故障の診断処理を終了する。この場合、後述するバランス測定装置のキャリブレーションは行われない。
【００４１】
一方、数２が満たされると判断された場合には、さらに、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲの測定結果に基づいて、θ＝０の時のＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）が成すベクトルＶＷＬＷＬ、ＷＲＸ（θ）およびＷＲＹ（θ）が成すベクトルＶＷＲＷＬを算出する。
【００４２】
上記ベクトルＶＷＬＷＬ及びＶＷＲＷＬが算出された後、今度は、センサＤで検出した基準回転体の位相θと回転速度Ｎとに対応して、デジタル加振データ（Ｒ） ＲＤＷＤＬＸ（θ）、ＲＤＷＤＬＹ（θ）、ＲＤＷＤＲＸ（θ）、ＲＤＷＤＲＹ（θ）が、それぞれ、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒに送られる。この結果、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒは、基準回転体の回転に同期して、それぞれ、アナログ加振信号ＤＬＸ、ＤＬＹ、ＤＲＸ、ＤＲＹを生成する。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ及び２１３Ｌによって生成されたアナログ加振信号ＤＬＸ及びＤＬＹは、圧電アクチュエータＶＬに入力される。一方、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｒ及び２１３Ｒによって生成されたアナログ加振信号ＤＲＸ及びＤＲＹは、圧電アクチュエータＶＲに入力される。この結果、テーブル１５が圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲによって加振され、基準回転体の振動状態は、回転体本体１１１の端部１１１Ｒの外縁であってθ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けた場合と等価になる。
【００４３】
この場合も、圧電アクチュエータＶＬ、ＶＲがテーブル１５を加振している間、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲがテーブル１５の振動を測定する。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）は、基準回転体から振動ピックアップまでのバランス測定装置の振動伝達系に異常がなければ、回転体本体１１１の端部１１１Ｒの外縁であって、θ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けたときに取得されたデジタル信号振動と同一となる。従って、測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）をそれぞれデジタル加振データ（Ｒ） ＲＤＷＤＬＸ（θ）、ＲＤＷＤＬＹ（θ）、ＲＤＷＤＲＸ（θ）、ＲＤＷＤＲＹ（θ）と比較することによって振動伝達系に異常があるかどうかの診断を行うことができる。本実施形態の場合、ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）が数３を満たす場合に、振動伝達系に異常がないと判断される。
【００４４】
【数３】
【００４５】
数３のThR1、ThR2、ThR3、ThR4は回転体の形状・寸法に応じて決まる閾値であり、経験則によって求められる。
【００４６】
数３のいずれかの式が満たされなかった場合、ＣＰＵ２２０は、バランス測定装置の振動伝達系に異常があると判断し、例えば、不図示のディスプレイに故障がある旨の警告を表示し、その後、故障の診断処理を終了する。
【００４７】
一方、数３の全ての式が満たされている場合、ＣＰＵ２２０は、次に、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲの測定結果に基づいて、θ＝０の時のＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）が成すベクトルをＶＷＬＷＲ、ＷＲＸ（θ）およびＷＲＹ（θ）が成すベクトルをＶＷＲＷＲとして算出する。
【００４８】
次に、ＣＰＵ２２０は、デジタル加振データ（Ｌ）に基づいてテーブル１５を加振したときに得られたベクトルＶＷＬＷＬおよびＶＷＲＷＬを数１に代入することにより、また、デジタル加振データ（Ｒ）に基づいてテーブル１５を加振したときに得られたベクトルＶＷＬＷＲおよびＶＷＲＷＲを数１に代入することにより、それぞれ下記の式を得る。
【００４９】
【数４】
ただし、ベクトルＷＵＬは、回転体本体１１１の端部１１１Ｌに実際にウエイトを取り付けた場合に基準回転体に生じる動的不つり合いを示し、ベクトルＷＵＲは、回転体本体１１１の端部１１１Ｒに実際にウエイトを取り付けた場合に基準回転体に生じる動的不つり合いを示す。ベクトルＷＵＬおよびＷＵＲは共に回転体の中心軸とキー溝に向かう方向のベクトルである。また、ＷＵＬおよびＷＵＲの大きさは共にウエイトの重量Ｗとウエイト取り付け位置から回転体の回転中心までの距離との積に等しい。
ＣＰＵ２２０は、さらに、数４から係数α１１、α１２、α２１、α２２を以下のように求める。
【００５０】
【数５】
【００５１】
求められた係数α１１、α１２、α２１、α２２は、後の測定で利用できるようにメモリ２２２に格納される。以上の手順を経て、キャリブレーションが完了する。
【００５２】
次いで、本実施形態の回転バランス測定装置による回転体１００の動的不つり合いの測定について説明する。動的不つり合いが不明な回転体１００の測定を行うときには、はじめにその回転体１００をローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ上に載置し、所定の回転数で回転させる。このとき、回転体１００は、その動的不つり合いのために振動する。回転体１００の振動は、テーブル１５、ばね１４を介してベース１３に作用する。ばね１４によって振動可能に支持されているテーブル１５は回転体１００ごと振動する。
【００５３】
振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲは、テーブル１５の振動を検出し、検出された振動に応じたアナログ振動信号ＷＬＸＡ、ＷＬＹＡ、ＷＲＸＡ、ＷＲＹＡをそれぞれ出力する。アナログ振動信号ＷＬＸＡ、ＷＬＹＡは、増幅回路２０９Ｌによって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌでデジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤに変換される。また、アナログ振動信号ＷＲＸＡ、ＷＲＹＡは、増幅回路２０９Ｒによって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１４Ｒでデジタル振動信号ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤに変換される。
【００５４】
上記の処理と並行して、センサＤが、回転体１００のキー溝１０２を検出する。すなわち、回転する回転体１００のキー溝１０２がセンサＤの前に来る度に、センサＤがパルス信号ＷＫを発生する。ＣＰＵ２２０は、このパルス信号ＷＫをＩ／Ｏポート２１９を介して受信し、パルス信号の時間から回転体１００の回転角θを、またパルス間隔から回転体１００の回転速度Ｎをそれぞれ求める。
【００５５】
回転体１００の回転速度Ｎが測定可能な範囲になった後、ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤの取り込みを開始する。ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤからベクトルＶＷＬを、また、デジタル振動信号ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤからベクトルＶＷＲをそれぞれ求める。さらにＣＰＵ２２０は、求められたベクトルＶＷＬ及びＶＷＲ、並びに、メモリ２２２に格納されている係数α１１、α１２、α２１、α２２を数１に代入することにより、測定中の回転体１００の動的不つり合いを示すベクトルＵＬ及びＵＲを算出する。得られたベクトルＵＬ及びＵＲに関する情報は、例えばメモリ２２２に格納され、あるいは、不図示のディスプレイまたはプリンタに出力される。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、キャリブレーションが容易な回転バランス測定装置が提供される。また、本発明によれば、動的不つり合いを測定しようとする回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されているか否かを容易に診断できる回転バランス測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のバランス測定装置の測定部の正面図である。
【図２】本発明の実施の形態のバランス測定装置の測定部の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態のバランス測定装置の制御部のブロック図である。
【符号の説明】
１ 測定部
１３ ベース
１４ ばね
１５ テーブル
１００ 回転体
２１２Ｌ，２１２Ｒ Ｄ／Ａ変換器
２１３Ｌ，２１３Ｒ Ｄ／Ａ変換器
２１４Ｌ，２１４Ｒ Ａ／Ｄ変換器
２１６ コントローラ
２２０ ＣＰＵ
Ｄ センサ
ＶＤＬ，ＶＤＲ 振動ピックアップ
ＶＤ，ＶＲ 圧電アクチュエータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の動的不釣り合いを測定する回転バランス測定装置、並びに、その装置の較正方法及び診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動的不釣り合いを有する回転体は、回転させた場合に振動する。このとき生じた振動の振幅と位相を検出すれば、その回転体の動的不釣り合いを算出することが可能である。
【０００３】
回転体の振動は、一般に振動ピックアップにより検出される。この振動ピックアップの感度特性は周囲温度によって変化する。また、回転体を保持している回転バランス測定装置の振動特性も周囲温度によって変化する。このため、回転バランス測定装置の較正を定期的に行わなければ、回転体の動的不釣り合いを正確に求めることはできない。
【０００４】
一般に、回転バランス測定装置の較正は、動的不釣り合いのない基準回転体（マスターワーク）に重量が既知の錘を取り付けた上で、この基準回転体の動的不釣り合いを回転バランス測定装置で測定することにより行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、回転バランス測定装置では、その較正の度に、使用する基準回転体に錘を取り付けることが必要であった。このような作業は自動化することが難しかったため、較正には時間と人手とを必要としていた。特に、複数のバランス面で回転体の振動を測定する回転バランス装置では、一つのバランス面にのみ錘を取り付けた状態で回転体を回転させ、振動を測定するという作業を各バランス面について行うため、錘の取り付け取り外しの作業が多く、較正に要する時間が特に多かった。
【０００６】
一方、回転バランス装置の構造に異常が生じ、回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されなくなると、回転体の動的不釣り合いを正確に測定できなくなる。このため、回転バランス装置では、回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されているか否かを自動的に診断する手段が求められていた。
【発明の目的】
上述した事情に鑑み、本発明は、較正が容易な回転バランス測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、測定対象となっている回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されているか否かを容易に診断できる回転バランス測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、回転体の回転バランスを測定する回転バランス測定装置が回転バランスを求める際に用いる係数を算出する回転バランス測定装置のキャリブレーション方法であって、回転バランス測定装置に取り付けられており、動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させる回転ステップと、既知重量の錘を取り付けられて回転している状態と等価の振動状態に基準回転体がなるように、基準回転体の回転中に基準回転体を加振する加振ステップと、基準回転体の加振中に、基準回転体の振動を検出する振動ピックアップの出力信号から係数を演算する係数演算ステップとを有する方法が提供される。この方法によれば、基準回転体を加振することにより、基準回転体に錘を取り付けたときと同様の振動を与えることができるため、錘を基準回転体に着脱するという作業を行うことなく、キャリブレーションを容易に行うことができる。
【０００８】
また、本発明によれば、回転バランス測定装置が正常であるかを診断する回転バランス測定装置の診断方法であって、回転バランス測定装置に取り付けられており、動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させる回転ステップと、既知重量の錘を取り付けられて回転している状態と等価の振動状態に基準回転体がなるように、基準回転体の回転中に基準回転体を加振する加振ステップと、基準回転体の振動を検出する振動ピックアップが、基準回転体の加振中に出力する比較信号と、基準回転体に錘を取り付けて回転させたときに出力する基準信号とを比較し、得られた比較結果から回転バランス測定装置が正常であるかどうかを判定する故障判定ステップと、を有する方法が提供される。
【０００９】
上記方法では、基準信号と、基準回転体の加振中に振動ピックアップが出力する信号とが著しく異なっていれば、回転体から振動ピックアップまでの振動伝達系に異常があると判断される。上記方法では、基準回転体の回転中に、基準回転体が、既知重量の錘を取り付けて回転させた状態と等価の振動状態となるように基準回転体を加振することにより、診断中に基準回転体に錘を着脱する必要性をなくし、これにより容易に診断を実施できるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２にそれぞれ本発明の実施の形態の、回転体のバランスを測定する、バランス測定装置の測定部の正面図および側面図を示す。なお、以降の記載においては図１中上下方向をＹ軸方向、前記上下方向と回転体の回転軸方向の双方に垂直な方向をＸ軸方向と定義する。
【００１１】
バランス測定装置の測定部１の装置フレームは、ベース１３と、ベース１３から鉛直上方に延びる複数のばね１４と、それらばね１４に支えられたテーブル１５とから成っている。テーブル１５の下面には駆動シャフト用軸受１２ａおよび１２ｂが取り付けられている。駆動シャフト５はこの駆動シャフト用軸受１２ａおよび１２ｂに回転可能に支持される。また、図２に示されるように、ベース１３のＸ軸方向両端からは鉛直上方にほぼ剛体と見なすことのできる第１の側壁１３ａ（図２中左側）および第２の側壁１３ｂが延出している。
【００１２】
ベース１３にはモータ２が取り付けられている。モータ２の駆動軸２ａにはプーリ３が取り付けられている。一方、駆動シャフト５の一端には第１のプーリ６が取り付けられており、この第１のプーリ６とモータ２の駆動軸２ａに取り付けられたプーリ３とには第１の無端ベルト４が渡されており、モータ２を駆動することにより駆動シャフト５を第１の無端ベルト４を介して回転駆動することができる。
【００１３】
また、テーブル１５の上面から鉛直上方に互いに平行な第１のテーブル側壁１７ａおよび第２のテーブル側壁１７ｂが固定されている。第１のテーブル側壁１７ａおよび第２のテーブル側壁１７ｂはばね１４のばね定数と比べてきわめて高い剛性を有する剛体である。第１のテーブル側壁１７ａには従動シャフト用軸受１６ａおよび１６ｃが、また、第２のテーブル側壁１７ｂには従動シャフト用軸受１６ｂおよび１６ｄがそれぞれ固定されている。なお、図１には従動シャフト用軸受１６ａおよび１６ｂのみ記載されており、従動シャフト用軸受１６ｃおよび１６ｄはそれぞれ従動シャフト用軸受１６ａおよび１６ｂの図１中奥側に配置されている。従動シャフト用軸受１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄはそれぞれ従動シャフト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ（図１には１０ａ、１０ｂのみ記載）を回転可能に支持する。
【００１４】
従動シャフト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの一端にはそれぞれプーリ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが取り付けられている。また、駆動シャフト５の一端のプーリ６に隣接した箇所および駆動シャフト５の他端には第２のプーリ７ａおよび７ｂが取り付けられている。第２のプーリ７ａと従動シャフト１０ａに取り付けられたプーリ９ａおよび従動シャフト１０ｃに取り付けられたプーリ９ｃ、第２のプーリ７ｂと従動シャフト１０ｂに取り付けられたプーリ９ｂおよび従動シャフト１０ｄに取り付けられたプーリ９ｄにはそれぞれ第２の無端ベルト８ａおよび８ｂが渡されている。従って、駆動シャフト５の回転すると、その動力が第２の無端ベルト８ａを介して従動シャフト１０ａ及び１０ｃに伝達され、この結果、従動シャフト１０ａ及び１０ｃが回転する。また、駆動シャフト５からの動力は、第２の無端ベルト８ｂを介して従動シャフト１０ｂおよび１０ｄにも伝達され、この結果、従動シャフト１０ｂ及び１０ｄも回転する。
【００１５】
従動シャフト１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの他端にはそれぞれローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが取り付けられている。ローラ１１ａ、１１ｃの上には回転体１００の回転軸の一端１１０ａが、またローラ１１ｂ、１１ｄの上には回転体１００の回転軸の他端１１０ｂがそれぞれ載置される。回転体１００はこのローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの回転に従動して回転する。即ち、モータ２を駆動することによって回転体１００を回転することができる。
【００１６】
回転体の他端１１０ｂには、キー溝１０２が形成されている。また、測定部１には、さらに、キー溝１０２を検出するためのセンサＤが配置されている。
【００１７】
また、図１および図２に示されるように、ベース１３の第１の側壁１３ａとテーブル１５との間には振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲが取り付けられている。動的不つり合いを有するクランク軸１００は、回転すると振動する。本実施形態のクランク軸バランス測定装置では、クランク軸１００の振動が、ローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、第１及び第２のテーブル側壁１７ａ、１７ｂ等を介しテーブル１５に伝達される。振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲは、回転しているクランク軸１００からテーブル１５に伝達された振動を検出する。換言すれば、振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲは、回転するクランク軸１００がローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに加える負荷の変動を検出する。
【００１８】
振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲはそれぞれ回転体１００の回転軸に垂直な２成分（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の加速度を計測可能な加速度センサである。振動ピックアップＶＤＬは第１のテーブル側壁１７ａと同じＸＹ平面上に、また振動ピックアップＶＤＲは第２のテーブル側壁１７ｂと同じＸＹ平面上に取り付けられている。
【００１９】
また、ベース１３の第２の側壁１３ｂとテーブル１５との間には圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲが取り付けられている。圧電アクチュエータＶＬは第１のテーブル側壁１７ａと同じＸＹ平面上に、また圧電アクチュエータＶＲは第２のテーブル側壁１７ｂと同じＸＹ平面上に取り付けられている。圧電アクチュエータは印加される電圧の大きさに応じて変位する部材であり、従って圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲに入力する信号を制御することにより、テーブル１５を自在に加振することができる。
【００２０】
図３に本発明の実施の形態のバランス測定装置の制御部のブロック図を示す。前述のセンサＤの出力部は、コントローラ２１６のＩ／Ｏポート２１９に接続される。
【００２１】
圧電アクチュエータＶＬの信号入力端子にはＤ／Ａ変換器２１２Ｌおよび２１３Ｌが接続されている。同様に、圧電アクチュエータＶＲの信号入力端子にはＤ／Ａ変換器２１２Ｒおよび２１３Ｒが接続されている。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌおよび２１３Ｌ、２１２Ｒおよび２１３Ｒはそれぞれコントローラ２１６のＩ／Ｏポート２１９と接続されており、コントローラのＣＰＵ２２０は回転体１００の回転に同期してデジタル加振データをこれらのＤ／Ａ変換器に送信する。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌおよび２１３Ｌ、２１２Ｒおよび２１３Ｒはこれらのデジタル加振データを変換することによって、回転体の所定位置に所定重量のウェイトを取り付けた状態と等価となるように回転体を加振するための加振信号であるアナログ加振信号ＤＬＸおよびＤＬＹ、ＤＲＸおよびＤＲＹを生成する。なお、ＣＰＵ２２０によるデジタル加振データ生成方法については後述する。
【００２２】
アナログ加振信号ＤＬＸおよびＤＲＸはＸ軸方向の振動制御信号であり、アナログ加振信号ＤＬＹおよびＤＲＹはＹ軸方向の振動制御信号である。圧電アクチュエータＶＬはアナログ加振信号ＤＬＸを受けてＸ軸方向にテーブル１５を加振し、アナログ加振信号ＤＬＹを受けてＹ軸方向にテーブル１５を加振する。同様に、圧電アクチュエータＶＲはアナログ加振信号ＤＲＸを受けてＸ軸方向にテーブル１５を加振し、アナログ加振信号ＤＲＹを受けてＹ軸方向にテーブル１５を加振する。従って、テーブル１５が加振されているとき、振動ピックアップＶＤＬ、ＶＤＲが出力する振動は、回転体１００にウエイトを取り付けて回転させたときに発生する振動と等価なものとなる。
【００２３】
振動ピックアップＶＤＬ、ＶＤＲには、それぞれ増幅回路２０９Ｌ、２０９Ｒを介してＡ／Ｄ変換器２１４Ｌおよび２１４Ｒが接続されている。Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌは、入力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換して回転体１００の回転軸の一端１１０ａ（図１）での振動を表すデジタル振動信号ＷＬＸＤおよびＷＬＹＤを作りだす。同様に、Ａ／Ｄ変換器２１４Ｒは、入力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換して回転体１００の回転軸の他端１１０ｂ（図１）での振動を表すデジタル振動信号ＷＲＸＤおよびＷＲＹＤを作りだす。
【００２４】
各Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌ、２１４Ｒの出力側は、それぞれデジタル・フィルタ２１５Ｌ、２１５Ｒを介してコントローラ２１６のＣＰＵデータバス２２３に接続される。Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌ、２１４Ｒでデジタル変換された振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤは、デジタル・フィルタ２１５Ｌ、２１５Ｒでノイズを低減された後、ＣＰＵデータバス２２３に送られる。これにより、ＣＰＵ２２０がデジタル振動データＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、及びＷＲＬＤを読み込むことができるようになる。
【００２５】
ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤより、回転体の動的不つり合いを表すベクトルＵＬとＵＲとを求める。ここで、ベクトルＵＬ及びＵＲは、回転体本体１１１の最も第１のテーブル側壁１７ａ側の端部１１１Ｌおよび最も第２のテーブル側壁１７ｂ寄りの端部１１１Ｒのそれぞれに定義される修正面（回転体の回転軸に垂直な面）における回転体の動的不つり合いを表す。ベクトルＵＬ（ＵＲ）の大きさは回転体本体１１１の端部１１１Ｌ（１１Ｒ）に取り付けるべきバランス補正用ウエイトの重量と、バランス補正用ウエイトの取り付け位置から回転体の回転中心までの距離との積に等しく、その位相は、バランス補正用ウエイトを取り付けるべき位置の位相と逆の位相となっている。
【００２６】
また、ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤのそれぞれについて、センサＤによって検出された回転体１００のキー溝１０２の位置を基準とする位相θを引数とする関数ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）を求める。ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）のθに対する変動は回転体１００の偏心によるものである。従って、ＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）はＸＹ平面上を回転するベクトルの成分を示す。θの値に関わらずＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）によって決定されるベクトルの大きさは一定である。このことは、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）についても同様である。いま、θ＝０の時にＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）によって表されるベクトルをＶＷＬ、ＷＲＸ（θ）およびＷＲＹ（θ）によって表されるベクトルをＶＷＲとすると、ベクトルＶＷＬ、ＶＷＲからは、数１を用いて回転体の動的不つり合いＵＬ、ＵＲを求めることができる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
次に、本実施形態のバランス測定装置の動作について説明する。本実施形態にのバランス測定装置では、はじめに、キャリブレーション、つまり、数１の係数α１１、α１２、α２１、α２２の値を定めるときに用いる加振データの計測が行われる。なお、キャリブレーション用の加振データの計測は回転体の型式ごとに１回行えばよく、得られた加振データは同一の型式の回転体のバランスを計測する場合のキャリブレーションに継続的に利用され、キャリブレーションごとに加振データを測りなおす必要は無いことは言うまでもない。
【００２９】
上記キャリブレーション用の加振データの計測には基準回転体と、既知の重量Ｗを有するウエイトを用いる。基準回転体とは、バランス測定（動的不つり合い測定）をすべき回転体と同じ型式でバランス（動的不つり合い）が調整済みの回転体である。
【００３０】
最初に、ウエイトが取り付けられていない基準回転体を本実施形態のバランス測定装置に備え、そのバランス測定を行い、そのときの測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）が常に０となるように増幅回路２０９Ｒ、２０９Ｌの調整を行う。
【００３１】
次いで、既知重量のウエイトを回転体本体１１１の端部１１１Ｌの外縁の所定位置に取り付ける。本実施形態の場合、ウエイトは基準回転体のキー溝１０２と同位相の位置に取り付けられる。この状態で、基準回転体のバランス測定が再度行われる。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）はそれぞれデジタル加振データ（Ｌ） ＬＤＷＤＬＸ（θ）、ＬＤＷＤＬＹ（θ）、ＬＤＷＤＲＸ（θ）、ＬＤＷＤＲＹ（θ）としてメモリ２２２に保存される。
【００３２】
次に、既知重量のウエイトを回転体本体１１１の端部１１１Ｌから外し、回転体本体１１１の端部１１１Ｒの外縁の所定位置に取り付ける。本実施形態では、このときも、ウエイトを基準回転体のキー溝１０２と同位相の位置に取り付ける。次いで、基準回転体のバランス測定を再度行う。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）はそれぞれデジタル加振データ（Ｒ） ＲＤＷＤＬＸ（θ）、ＲＤＷＤＬＹ（θ）、ＲＤＷＤＲＸ（θ）、ＲＤＷＤＲＹ（θ）としてメモリ２２２に保存される。
【００３３】
以上で、キャリブレーション用の加振データの計測が終了する。取得された加振データは、以下に説明するバランス測定装置の故障診断と、キャリブレーションに利用される。
【００３４】
まず、加振データを利用したバランス測定装置の故障診断について説明する。故障診断では、最初に、上記既知重量のウエイトを取り付けていない基準回転体をローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ上に載置し、ついで基準回転体を回転させる。
【００３５】
基準回転体が回転している間、センサＤは、基準回転体のキー溝１０２を検出する度に（キー溝１０２がセンサＤの前に来る度に）、パルス信号ＷＫを出力する。このパルス信号ＷＫは、コントローラ２１６のＩ／Ｏポート２１９に入力される。ＣＰＵ２２０は、パルス信号ＷＫの発生時間から基準回転体の回転角（位相）θを、またパルス間隔から基準回転体の回転速度Ｎをそれぞれ検出する。
【００３６】
基準回転体の回転速度Ｎが測定可能な範囲になると、センサＤで検出した基準回転体の位相θと回転速度Ｎとに対応して、デジタル加振データ（Ｌ） ＬＤＷＤＬＸ（θ）、ＬＤＷＤＬＹ（θ）、ＬＤＷＤＲＸ（θ）、ＬＤＷＤＲＹ（θ）が、それぞれ、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒに送られる。この結果、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒは、基準回転体の回転に同期して、それぞれ、アナログ加振信号ＤＬＸ、ＤＬＹ、ＤＲＸ、ＤＲＹを生成する。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ及び２１３Ｌによって生成されたアナログ加振信号ＤＬＸ及びＤＬＹは、圧電アクチュエータＶＬに入力される。一方、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｒ及び２１３Ｒによって生成されたアナログ加振信号ＤＲＸ及びＤＲＹは、圧電アクチュエータＶＲに入力される。この結果、テーブル１５が圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲによって加振され、基準回転体の振動状態は、回転体本体１１１の端部１１１Ｌの外縁であってθ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けた場合と等価になる。
【００３７】
上記のように圧電アクチュエータＶＬ、ＶＲがテーブル１５を加振している間、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲは、テーブル１５の振動を測定する。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）は、基準回転体から振動ピックアップまでのバランス測定装置の振動伝達系に異常がなければ、回転体本体１１１の端部１１１Ｌの外縁であってθ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けたときに取得されたデジタル振動信号と同一となる。従って、測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）をそれぞれデジタル加振データ（Ｌ） ＬＤＷＤＬＸ（θ）、ＬＤＷＤＬＹ（θ）、ＬＤＷＤＲＸ（θ）、ＬＤＷＤＲＹ（θ）と比較することによって振動伝達系に異常があるかどうかの診断を行うことができる。本実施形態の場合、ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）が数２を満たす場合に、バランス測定装置の振動伝達系に異常がないと判断される。
【００３８】
【数２】
数２の定数ＭはＡ／Ｄ変換器２１４Ｒ及び２１４Ｌの回転体１回転あたりのサンプリング数である。また、ThL1、ThL2、ThL3、ThL4は回転体の形状・寸法に応じた閾値であり、経験則によって求められる。
【００４０】
数２のいずれかの式が満たされなかった場合、ＣＰＵ２２０は、バランス測定装置の振動伝達系に異常があると判断する。この場合、ＣＰＵ２２０は、例えば、不図示のディスプレイに故障がある旨の警告を表示し、その後、故障の診断処理を終了する。この場合、後述するバランス測定装置のキャリブレーションは行われない。
【００４１】
一方、数２が満たされると判断された場合には、さらに、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲの測定結果に基づいて、θ＝０の時のＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）が成すベクトルＶＷＬＷＬ、ＷＲＸ（θ）およびＷＲＹ（θ）が成すベクトルＶＷＲＷＬを算出する。
【００４２】
上記ベクトルＶＷＬＷＬ及びＶＷＲＷＬが算出された後、今度は、センサＤで検出した基準回転体の位相θと回転速度Ｎとに対応して、デジタル加振データ（Ｒ） ＲＤＷＤＬＸ（θ）、ＲＤＷＤＬＹ（θ）、ＲＤＷＤＲＸ（θ）、ＲＤＷＤＲＹ（θ）が、それぞれ、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒに送られる。この結果、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ、２１３Ｌ、２１２Ｒ、２１３Ｒは、基準回転体の回転に同期して、それぞれ、アナログ加振信号ＤＬＸ、ＤＬＹ、ＤＲＸ、ＤＲＹを生成する。Ｄ／Ａ変換器２１２Ｌ及び２１３Ｌによって生成されたアナログ加振信号ＤＬＸ及びＤＬＹは、圧電アクチュエータＶＬに入力される。一方、Ｄ／Ａ変換器２１２Ｒ及び２１３Ｒによって生成されたアナログ加振信号ＤＲＸ及びＤＲＹは、圧電アクチュエータＶＲに入力される。この結果、テーブル１５が圧電アクチュエータＶＬおよびＶＲによって加振され、基準回転体の振動状態は、回転体本体１１１の端部１１１Ｒの外縁であってθ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けた場合と等価になる。
【００４３】
この場合も、圧電アクチュエータＶＬ、ＶＲがテーブル１５を加振している間、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲがテーブル１５の振動を測定する。この時の測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）は、基準回転体から振動ピックアップまでのバランス測定装置の振動伝達系に異常がなければ、回転体本体１１１の端部１１１Ｒの外縁であって、θ＝０の位相の位置に重量Ｗのウエイトを取り付けたときに取得されたデジタル信号振動と同一となる。従って、測定結果ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）をそれぞれデジタル加振データ（Ｒ） ＲＤＷＤＬＸ（θ）、ＲＤＷＤＬＹ（θ）、ＲＤＷＤＲＸ（θ）、ＲＤＷＤＲＹ（θ）と比較することによって振動伝達系に異常があるかどうかの診断を行うことができる。本実施形態の場合、ＷＬＸ（θ）、ＷＬＹ（θ）、ＷＲＸ（θ）、ＷＲＹ（θ）が数３を満たす場合に、振動伝達系に異常がないと判断される。
【００４４】
【数３】
数３のThR1、ThR2、ThR3、ThR4は回転体の形状・寸法に応じて決まる閾値であり、経験則によって求められる。
【００４６】
数３のいずれかの式が満たされなかった場合、ＣＰＵ２２０は、バランス測定装置の振動伝達系に異常があると判断し、例えば、不図示のディスプレイに故障がある旨の警告を表示し、その後、故障の診断処理を終了する。
【００４７】
一方、数３の全ての式が満たされている場合、ＣＰＵ２２０は、次に、振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲの測定結果に基づいて、θ＝０の時のＷＬＸ（θ）およびＷＬＹ（θ）が成すベクトルをＶＷＬＷＲ、ＷＲＸ（θ）およびＷＲＹ（θ）が成すベクトルをＶＷＲＷＲとして算出する。
【００４８】
次に、ＣＰＵ２２０は、デジタル加振データ（Ｌ）に基づいてテーブル１５を加振したときに得られたベクトルＶＷＬＷＬおよびＶＷＲＷＬを数１に代入することにより、また、デジタル加振データ（Ｒ）に基づいてテーブル１５を加振したときに得られたベクトルＶＷＬＷＲおよびＶＷＲＷＲを数１に代入することにより、それぞれ下記の式を得る。
【００４９】
【数４】
ＣＰＵ２２０は、さらに、数４から係数α１１、α１２、α２１、α２２を以下のように求める。
【００５０】
【数５】
求められた係数α１１、α１２、α２１、α２２は、後の測定で利用できるようにメモリ２２２に格納される。以上の手順を経て、キャリブレーションが完了する。
【００５２】
次いで、本実施形態の回転バランス測定装置による回転体１００の動的不つり合いの測定について説明する。動的不つり合いが不明な回転体１００の測定を行うときには、はじめにその回転体１００をローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ上に載置し、所定の回転数で回転させる。このとき、回転体１００は、その動的不つり合いのために振動する。回転体１００の振動は、テーブル１５、ばね１４を介してベース１３に作用する。ばね１４によって振動可能に支持されているテーブル１５は回転体１００ごと振動する。
【００５３】
振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲは、テーブル１５の振動を検出し、検出された振動に応じたアナログ振動信号ＷＬＸＡ、ＷＬＹＡ、ＷＲＸＡ、ＷＲＹＡをそれぞれ出力する。アナログ振動信号ＷＬＸＡ、ＷＬＹＡは、増幅回路２０９Ｌによって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１４Ｌでデジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤに変換される。また、アナログ振動信号ＷＲＸＡ、ＷＲＹＡは、増幅回路２０９Ｒによって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１４Ｒでデジタル振動信号ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤに変換される。
【００５４】
上記の処理と並行して、センサＤが、回転体１００のキー溝１０２を検出する。すなわち、回転する回転体１００のキー溝１０２がセンサＤの前に来る度に、センサＤがパルス信号ＷＫを発生する。ＣＰＵ２２０は、このパルス信号ＷＫをＩ／Ｏポート２１９を介して受信し、パルス信号の時間から回転体１００の回転角θを、またパルス間隔から回転体１００の回転速度Ｎをそれぞれ求める。
【００５５】
回転体１００の回転速度Ｎが測定可能な範囲になった後、ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤ、ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤの取り込みを開始する。ＣＰＵ２２０は、デジタル振動信号ＷＬＸＤ、ＷＬＹＤからベクトルＶＷＬを、また、デジタル振動信号ＷＲＸＤ、ＷＲＹＤからベクトルＶＷＲをそれぞれ求める。さらにＣＰＵ２２０は、求められたベクトルＶＷＬ及びＶＷＲ、並びに、メモリ２２２に格納されている係数α１１、α１２、α２１、α２２を数１に代入することにより、測定中の回転体１００の動的不つり合いを示すベクトルＵＬ及びＵＲを算出する。得られたベクトルＵＬ及びＵＲに関する情報は、例えばメモリ２２２に格納され、あるいは、不図示のディスプレイまたはプリンタに出力される。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、キャリブレーションが容易な回転バランス測定装置が提供される。また、本発明によれば、動的不つり合いを測定しようとする回転体の振動が振動ピックアップまで正常に伝達されているか否かを容易に診断できる回転バランス測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のバランス測定装置の測定部の正面図である。
【図２】本発明の実施の形態のバランス測定装置の測定部の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態のバランス測定装置の制御部のブロック図である。
【符号の説明】
１ 測定部
１３ ベース
１４ ばね
１５ テーブル
１００ 回転体
２１２Ｌ，２１２Ｒ Ｄ／Ａ変換器
２１３Ｌ，２１３Ｒ Ｄ／Ａ変換器
２１４Ｌ，２１４Ｒ Ａ／Ｄ変換器
２１６ コントローラ
２２０ ＣＰＵ
Ｄ センサ
ＶＤＬ，ＶＤＲ 振動ピックアップ
ＶＤ，ＶＲ 圧電アクチュエータ
Claims (16)
- 回転体の回転バランスを測定する回転バランス測定装置が回転バランスを求める際に用いる係数を算出する回転バランス測定装置のキャリブレーション方法において、
回転バランス測定装置に取り付けられており、動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させる回転ステップと、
既知重量の錘を取り付けられて回転している状態と等価の振動状態に前記基準回転体がなるように、前記基準回転体の回転中に前記基準回転体を加振する加振ステップと、
前記基準回転体の加振中に、前記基準回転体の振動を検出する振動ピックアップの出力信号から前記係数を演算する係数演算ステップと
を有することを特徴とする回転バランス測定装置のキャリブレーション方法。 - 前記加振ステップでは、前記基準回転体に前記錘を取り付けて回転させたときに前記振動ピックアップが出力する信号を用いて生成される加振信号を前記回転バランス測定装置の加振器に入力することによって前記基準回転体を加振する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転バランス測定装置のキャリブレーション方法。 - 前記加振信号は、前記基準回転体に前記錘を取り付けて回転させたときに前記振動ピックアップが出力する信号をＡ／Ｄ変換して得られるデジタル加振データをＤ／Ａ変換することによって生成される
ことを特徴とする請求項２に記載の回転バランス測定装置のキャリブレーション方法。 - 前記デジタル加振データは、前記回転バランス測定装置が具備する記憶手段内に記憶され、
前記加振ステップでは、前記デジタル加振データを前記記憶手段から読み出し、Ｄ／Ａ変換して前記加振信号を得る
ことを特徴とする請求項３に記載の回転バランス測定装置のキャリブレーション方法。 - 回転バランス測定装置が正常であるかを診断する回転バランス測定装置の診断方法であって、前記診断方法が、
前記回転バランス測定装置に取り付けられており、動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させる回転ステップと、
既知重量の錘を取り付けられて回転している状態と等価の振動状態に前記基準回転体がなるように、前記基準回転体の回転中に前記基準回転体を加振する加振ステップと、
前記基準回転体の振動を検出する振動ピックアップが、前記基準回転体の加振中に出力する比較信号と、前記基準回転体に前記錘を取り付けて回転させたときに出力する基準信号とを比較し、得られた比較結果から前記回転バランス測定装置が正常であるかどうかを判定する故障判定ステップと
を有することを特徴とする回転バランス測定装置の診断方法。 - 前記故障判定ステップは、前記比較信号と前記基準信号との差の自乗平均値が所定値を下回ったときに前記回転バランス測定装置が正常であると判定し、前記差の自乗平均値が前記所定値を上回ったときに前記回転バランス測定装置が異常であると判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の回転バランス測定装置の診断方法。 - 前記比較信号および前記基準信号は、Ａ／Ｄ変換されてデジタルデータとして記録される
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の回転バランス測定装置の診断方法。 - 前記加振ステップは、前記基準信号を用いて生成された加振信号を前記回転バランス測定装置の加振器に入力することにより行われる
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の回転バランス測定装置の診断方法。 - 回転体の回転バランスを測定する回転バランス測定装置であって、
回転体を回転させる回転駆動機構と、
前記回転駆動機構が動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させているときに、既知重量の錘を取り付けられて回転している状態と等価の振動状態に前記基準回転体がなるように、前記基準回転体を加振する加振器と、
前記基準回転体の加振中に、前記基準回転体の振動を検出する振動ピックアップと、
前記振動ピックアップの出力する信号から、回転体の回転バランスを求める際に用いる係数を演算する係数演算手段と、
を有することを特徴とする回転バランス測定装置。 - 前記基準回転体に前記錘を取り付けて回転させたときに前記振動ピックアップが出力する基準信号を用いて生成される加振信号を前記回転バランス測定装置の加振器に入力することによって前記基準回転体を加振する
ことを特徴とする請求項９に記載の回転バランス測定装置。 - 前記基準信号をＡ／Ｄ変換して得られるデジタル加振データをＤ／Ａ変換することによって生成される
ことを特徴とする請求項１０に記載の回転バランス測定装置。 - 前記デジタル加振データは、前記回転バランス測定装置が具備する記憶手段内に記憶されており、
前記加振信号は、前記デジタル加振データを前記記憶手段から読み出し、Ｄ／Ａ変換することによって得られる
ことを特徴とする請求項１１に記載の回転バランス測定装置。 - 回転体の回転バランスを測定する回転バランス測定装置であって、
回転体を回転させる回転駆動機構と、
前記回転駆動機構が動的不つり合いを有さない基準回転体を回転させているときに、既知重量の錘を取り付けられて回転させられている状態と等価の振動状態に前記基準回転体がなるように、前記基準回転体を加振する加振器と、
前記基準回転体の振動を検出する振動ピックアップと、
前記振動ピックアップが、前記基準回転体の加振中に出力する比較信号と、前記基準回転体に前記錘を取り付け回転させたときに出力する基準信号とを比較し、得られた比較結果から前記回転バランス測定装置が正常であるかどうかを判定する故障判定手段と、
を有することを特徴とする回転バランス測定装置。 - 前記故障判定手段は、前記比較信号と前記基準信号との差の自乗平均値が所定値を下回ったときに前記回転バランス測定装置が正常であると判定し、前記差の自乗平均値が前記所定値を上回ったときに前記回転バランス測定装置が異常であると判定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の回転バランス測定装置。 - 前記比較信号および前記基準信号は、Ａ／Ｄ変換されてデジタルデータとして記録される
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の回転バランス測定装置。 - 前記基準信号を用いて生成される加振信号を前記加振器に入力することによって、前記基準回転体が、既知重量の錘を取り付けられて回転させられた状態と等価の振動状態となるように加振される
ことを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の回転バランス測定装置。
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