JP5476717B2 - Rotation balance correction apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置及び方法に関する。 The present invention relates to a rotation balance correction apparatus and method for correcting the rotation balance of a high-speed rotating body.
従来から、車両用過給機やガスタービン等の高速回転機械では、実運転時における振動を抑制するために、出荷前に高速回転体の回転バランスを修正することが一般的である。
このような回転バランスの修正は、高速回転体の回転軸と一体的に回転する修正対象部（例えば、回転軸に固定されたナット等）の一部を修正加工（切削）することで行う。修正対象部の修正量（切削量）及び修正角度（切削方位）は、高速回転体を実運転に近い速度で回転させた状態で、加速度センサによって高速回転体の振動成分を検出すると共に、回転センサによって高速回転体の回転角を検出し、これら高速回転体の振動成分と回転角との関係に基づいて算出する（例えば、下記特許文献１参照）。
Conventionally, in a high-speed rotating machine such as a vehicle supercharger or a gas turbine, it is common to correct the rotational balance of the high-speed rotating body before shipment in order to suppress vibration during actual operation.
Such correction of the rotation balance is performed by correcting (cutting) a part of a correction target portion (for example, a nut fixed to the rotation shaft) that rotates integrally with the rotation shaft of the high-speed rotating body. The correction amount (cutting amount) and the correction angle (cutting direction) of the correction target portion are determined by detecting the vibration component of the high-speed rotating body with the acceleration sensor while rotating the high-speed rotating body at a speed close to the actual operation and rotating the high-speed rotating body. The rotation angle of the high-speed rotating body is detected by a sensor and is calculated based on the relationship between the vibration component and the rotation angle of these high-speed rotating bodies (for example, see Patent Document 1 below).
ところで、本出願人は、図３に示すように、予め高速回転体１０の回転軸１１における軸端面１１ａをＮ極とＳ極に２分して着磁しておき、この軸端面１１ａに対向して設置された磁気センサ１の出力信号と、高速回転体１０を高速回転可能に支持する回転支持体１２に設置された加速度センサ２の出力信号とに基づいて、修正対象部（例えば、回転軸１１に固定されたナット等：図示省略）の修正量及び修正角度を算出する発明を特願２００７−１０９４０３として出願している。
By the way, as shown in FIG. 3, the applicant of the present invention magnetizes the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11 of the high-speed rotating body 10 in two divided into an N pole and an S pole, and faces the shaft end surface 11a. Based on the output signal of the magnetic sensor 1 installed and the output signal of the
図４は、特願２００７−１０９４０３の発明（回転バランス計測装置）を示すブロック構成図である。磁気センサ１は、回転軸１１の軸端面１１ａに対向する面内において直交配置された２つの磁気抵抗器を有しており、高速回転体１０が回転すると、回転軸１１の１回転（３６０°）を１周期とする正弦波信号と、該正弦波信号に対して位相が９０°ずれた正弦波信号（つまり余弦波信号）の２つの信号を第１増幅器３に出力する。加速度センサ２は、高速回転体１０の回転アンバランスによって発生する回転支持体１２の振動を検出し、当該振動に応じた加速度信号を第２増幅器４に出力する。
FIG. 4 is a block diagram showing the invention (rotational balance measuring device) of Japanese Patent Application No. 2007-109403. The magnetic sensor 1 has two magnetoresistors arranged orthogonally in a plane facing the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11, and when the high-speed rotating body 10 rotates, the rotating shaft 11 rotates once (360 °). ) Is output to the first amplifier 3 as a sine wave signal having a period of 1) and a sine wave signal whose phase is shifted by 90 ° with respect to the sine wave signal (ie, cosine wave signal). The
第１増幅器３は、磁気センサ１から入力される正弦波信号及び余弦波信号を増幅した後、正弦波信号を比較器５に出力すると共に、正弦波信号及び余弦波信号をバランス演算処理部６（詳細には信号入力部６ａ）に出力する。第２増幅器４は、加速度センサ２から入力される加速度信号を増幅してバランス演算処理部６（詳細には信号入力部６ａ）に出力する。比較器５は、第１増幅器３から入力される正弦波信号が正の期間、つまり回転軸１１の回転角θが０°〜１８０°の期間のみ所定電圧値となる回転パルス信号を生成してバランス修正加工部７（詳細には角度位置決め機構７ａ）に出力する。なお、バランス修正加工部７が把握していれば、０°〜１８０°の期間のみゼロで、１８０°〜３６０°の期間のみ所定電圧値でも良い。言い換えれば、バランス修正加工部７が把握していれば、回転パルス信号の論理は記載の限りではない。
The first amplifier 3 amplifies the sine wave signal and the cosine wave signal input from the magnetic sensor 1, and then outputs the sine wave signal to the comparator 5, and outputs the sine wave signal and the cosine wave signal to the balance
バランス演算処理部６は、磁気センサ１の出力である正弦波信号及び余弦波信号と、加速度センサ２の出力である加速度信号とに基づいて、修正対象部の修正量及び修正角度を算出するものであり、信号入力部６ａとデジタル演算部６ｂとから構成されている。信号入力部６ａは、例えばＡ／Ｄコンバータであり、第１増幅器３を介して入力される正弦波信号及び余弦波信号と、第２増幅器４を介して入力される加速度信号とをデジタル信号に変換してデジタル演算部６ｂに出力する。
The balance
デジタル演算部６ｂは、正弦波信号（または余弦波信号でも良い）から高速回転体１０の回転数を算出すると共に、正弦波信号及び余弦波信号に基づいて回転軸１１の回転角θを算出し（回転角θ＝tan-1(sinθ/cosθ)）、所定の修正回転数（例えば実運転に近い回転数）における、回転角θと加速度信号（つまり振動成分）との関係に基づいて修正対象部の修正量及び修正角度を算出する。
The
このように算出された修正量及び修正角度は、一旦、デジタル演算部６ｂの内部メモリに格納される。そして、高速回転体１０の回転が停止し、修正対象部の修正加工を開始する際において、デジタル演算部６ｂは、内部メモリから読み出した修正角度をバランス修正加工部７の角度位置決め機構７ａに出力する一方、同じく内部メモリから読み出した修正量を修正加工機構７ｂに出力する。
The correction amount and the correction angle calculated in this way are temporarily stored in the internal memory of the
バランス修正加工部７は、バランス演算処理部６（デジタル演算部６ｂ）によって算出された修正量及び修正角度に基づいて修正対象部を修正加工するものであり、角度位置決め機構７ａと修正加工機構７ｂとから構成されている。角度位置決め機構７ａは、回転停止時において、回転軸１１の回転角θを微調整するためのサーボモータ等からなる機構であり、回転軸１１の回転角θをデジタル演算部６ｂから入力される修正角度に位置決めする。なお、この時、角度位置決め機構７ａは、比較器５から入力される回転パルス信号を基に原点復帰を行って原点位置（回転角θ＝０°）を確定し、その原点位置を基準として回転角θを修正角度に位置決めする。
The balance
修正加工機構７ｂは、修正対象部を修正加工（切削）するためのエンドミルや該エンドミルの位置制御部等からなる機構であり、デジタル演算部６ｂから入力される修正量（切削量）に基づいてエンドミルを制御することにより、修正対象部を修正加工する。なお、修正加工機構７ｂは、角度位置決め機構７ａによる回転角θの位置決めが完了した後に、修正対象部の修正加工を実施する。
The
以上のように、図４の構成では、磁気センサ１から出力される正弦波信号を基に、角度位置決め機構７ａの原点復帰動作に使用される回転パルス信号を生成する。ここで、磁気センサ１から出力される正弦波信号は、磁気センサ１と回転軸１１との位置関係や軸端面１１ａの着磁の強さのバラツキ等に起因してオフセットが生じてしまうことがある。図５（ａ）はオフセットが発生していない場合、図５（ｂ）はオフセットが発生した場合の、磁気センサ１から出力される正弦波信号と、比較器５から出力される回転パルス信号との時間的な対応関係を示す図である。
As described above, in the configuration of FIG. 4, the rotation pulse signal used for the origin return operation of the
デジタル演算部６ｂは、正弦波信号の負から正へのゼロクロス点を原点（０°）として修正角度を算出する一方、角度位置決め機構７ａは、回転パルス信号の立ち上がりを原点(０°）として回転軸１１の原点復帰動作を行う。従って、図５（ａ）のように、正弦波信号にオフセットが発生していない場合では、デジタル演算部６ｂで把握される原点（正弦波信号のゼロクロス点）と、角度位置決め機構７ａで把握される原点（回転パルス信号の立ち上がり）とが一致するため、デジタル演算部６ｂで算出された修正角度に回転軸１１の回転角θを正確に位置決めすることができる。
The
一方、図５（ｂ）のように、正弦波信号にオフセットが発生した場合、正弦波信号のゼロクロス点は原点（０°）からずれることになる（実線）が、デジタル演算部６ｂはソフト的なオフセット補正処理によって、ゼロクロス点と原点（０°）とが一致する正弦波信号（点線）に補正し、このオフセット補正後の正弦波信号のゼロクロス点を原点（０°）として修正角度を算出する機能を有している。しかしながら、比較器５はハードウェアであるため、上記のようなオフセット補正を行うことはできず、正弦波信号にオフセットが発生してゼロクロス点が原点（０°）からずれると、回転パルス信号の立ち上がりも原点（０°）からずれてしまう。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when an offset occurs in the sine wave signal, the zero cross point of the sine wave signal is shifted from the origin (0 °) (solid line), but the
すなわち、正弦波信号にオフセットが発生した場合、デジタル演算部６ｂで把握される原点（正弦波信号のゼロクロス点）と、角度位置決め機構７ａで把握される原点（回転パルス信号の立ち上がり）との間にずれが生じてしまう。その結果、デジタル演算部６ｂで算出される修正角度に回転角θを正確に位置決めすることができず、修正対象部を正しく修正加工することができなくなる。
That is, when an offset occurs in the sine wave signal, it is between the origin (zero cross point of the sine wave signal) grasped by the
さらに、図５（ｃ）に示すように、正弦波信号のノイズ対策として比較器５にヒステリシス閾値を設定し、正弦波信号とヒステリシス閾値との比較によって回転パルス信号を生成する場合でも、上記と同様に、デジタル演算部６ｂで把握される原点と、角度位置決め機構７ａで把握される原点との間にずれが生じてしまう。
Furthermore, as shown in FIG. 5C, even when a hysteresis threshold value is set in the comparator 5 as a countermeasure against the sine wave signal noise and the rotation pulse signal is generated by comparing the sine wave signal with the hysteresis threshold value, Similarly, a deviation occurs between the origin grasped by the
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、より精度良く修正対象部の修正加工を行うことが可能な回転バランス修正装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotation balance correction apparatus and method that can correct a correction target portion with higher accuracy.
上記課題を解決するために、本発明では、回転バランス修正装置に係る第１の解決手段として、高速回転体の回転軸に設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正装置であって、Ｎ極とＳ極に２分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサと、前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサと、前記磁気センサ及び前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出するバランス演算処理部と、前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工するバランス修正加工部と、前記位置決めの原点基準となる原点基準信号を生成する基準信号生成部と、を備え、前記バランス演算処理部は、前記磁気センサの出力信号と前記原点基準信号との位相ずれ量を求め、前記バランス修正加工部は、前記修正角度及び前記位相ずれ量に基づいて前記回転軸の回転角の位置決めを行うことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, as a first solving means related to the rotation balance correcting device, the correction target portion installed on the rotating shaft of the high-speed rotating body is corrected to rotate the high-speed rotating body. A rotational balance correcting device for correcting the balance, which can be rotated at high speed with the magnetic sensor installed opposite to the shaft end face of the rotating shaft magnetized by dividing it into N and S poles. An acceleration sensor installed on a rotating support that supports the balance, a balance calculation processing unit that calculates a correction amount and a correction angle of the correction target part based on output signals of the magnetic sensor and the acceleration sensor, and the correction angle After positioning the rotation angle of the rotary shaft based on the balance, a balance correction processing unit that corrects the correction target portion based on the correction amount, and a base reference signal that generates an origin reference signal for the positioning A signal generation unit, wherein the balance calculation processing unit obtains a phase shift amount between the output signal of the magnetic sensor and the origin reference signal, and the balance correction processing unit calculates the correction angle and the phase shift amount. Based on this, the rotational angle of the rotary shaft is positioned.
また、回転バランス修正装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記磁気センサの出力信号として少なくとも前記回転軸の回転に応じた正弦波信号が出力され、前記原点基準信号として前記正弦波信号の０°〜１８０°の期間のみ所定電圧値となる回転パルス信号が生成される場合において、前記バランス演算処理部は、正弦波信号中心と回転パルス信号中心との位相差Δφと、回転パルス信号のデューティ比αとからなる下記演算式（１）に基づいて、正弦波信号と回転パルス信号との位相ずれ量Δθを算出することを特徴とする。 Further, as a second solving means related to the rotation balance correcting device, in the first solving means, a sine wave signal corresponding to at least the rotation of the rotating shaft is output as an output signal of the magnetic sensor, and the origin reference signal In the case where a rotation pulse signal having a predetermined voltage value is generated only during a period of 0 ° to 180 ° of the sine wave signal, the balance calculation processing unit performs a phase difference Δφ between the sine wave signal center and the rotation pulse signal center. And a phase shift amount Δθ between the sine wave signal and the rotation pulse signal is calculated based on the following equation (1) consisting of the rotation pulse signal duty ratio α.
また、回転バランス修正装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記バランス演算処理部は、前記正弦波信号のオフセット補正処理を行い、該オフセット補正処理後の正弦波信号と回転パルス信号との位相ずれ量Δθを算出することを特徴とする。 Further, as a third solving means relating to the rotation balance correcting device, in the second solving means, the balance calculation processing unit performs an offset correction process of the sine wave signal, and the sine wave signal after the offset correction process is performed. And calculating a phase shift amount Δθ between the rotation pulse signal and the rotation pulse signal.
また、回転バランス修正装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記磁気センサの出力信号として前記回転軸の回転に応じた正弦波信号と余弦波信号が出力される場合において、前記バランス演算処理部は、前記正弦波信号または余弦波信号から高速回転体の回転数を算出すると共に、前記正弦波信号及び余弦波信号に基づいて回転軸の回転角を算出し、所定の修正回転数における回転角と加速度センサの出力信号との関係に基づいて前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出することを特徴とする。 Further, as a fourth solving means related to the rotation balance correcting device, in any one of the first to third solving means, a sine wave signal and a cosine wave corresponding to the rotation of the rotating shaft as an output signal of the magnetic sensor. When the signal is output, the balance calculation processing unit calculates the number of rotations of the high-speed rotating body from the sine wave signal or cosine wave signal, and rotates the rotation shaft based on the sine wave signal and cosine wave signal. An angle is calculated, and a correction amount and a correction angle of the correction target part are calculated based on a relationship between a rotation angle at a predetermined correction rotation speed and an output signal of the acceleration sensor.
さらに、本発明では、回転バランス修正方法に係る解決手段として、高速回転体の回転軸に設置された修正対象部を修正加工することにより前記高速回転体の回転バランスを修正する回転バランス修正方法であって、Ｎ極とＳ極に２分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサの出力信号と、前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサの出力信号とに基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出する第１工程と、基準信号生成部にて生成される原点基準信号を基に前記回転軸の原点復帰を行い、前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工する第２工程と、を有し、前記第１工程では、前記磁気センサの出力信号と前記原点基準信号との位相ずれ量を求め、前記第２工程では、前記修正角度及び前記位相ずれ量に基づいて前記回転軸の回転角の位置決めを行うことを特徴とする。 Furthermore, in the present invention, as a solving means related to the rotation balance correction method, a rotation balance correction method for correcting the rotation balance of the high-speed rotating body by correcting the correction target portion installed on the rotating shaft of the high-speed rotating body. An output signal of a magnetic sensor installed opposite to the shaft end face of the rotating shaft that is magnetized in two parts, N pole and S pole, and a rotating support that supports the high speed rotating body so as to be capable of high speed rotation. A first step of calculating a correction amount and a correction angle of the correction target portion based on an output signal of an acceleration sensor installed on the rotation axis, and the rotation axis based on an origin reference signal generated by a reference signal generation portion A second step of correcting the portion to be corrected based on the correction amount, after performing a return to the origin and positioning the rotation angle of the rotating shaft based on the correction angle, and the first step Then, the output signal of the magnetic sensor The calculated phase shift amount between the origin reference signal and, in the second step, and performs positioning of the rotation angle of the rotary shaft based on the corrected angle and the phase shift amount.
本発明によれば、磁気センサの出力信号と原点基準信号との位相ずれ量及び修正角度に基づいて回転軸の回転角の位置決めを行うことにより、バランス演算処理部で把握される原点と、バランス修正加工部で把握される原点との間のずれを無くすことができる。その結果、回転軸の回転角を本来位置決めすべき角度に正確に位置決めすることができ、修正対象部を精度良く修正加工することが可能となる。 According to the present invention, by positioning the rotation angle of the rotating shaft based on the phase shift amount and the correction angle between the output signal of the magnetic sensor and the origin reference signal, the origin grasped by the balance calculation processing unit, the balance It is possible to eliminate a deviation from the origin grasped by the correction processing unit. As a result, the rotation angle of the rotation shaft can be accurately positioned at the angle that should be positioned, and the correction target portion can be corrected with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図３及び図４と重複する構成要素には同一符号を付して説明する。
図１は、本実施形態に係る回転バランス修正装置のブロック構成図である。この図１に示すように、本実施形態に係る回転バランス修正装置は、磁気センサ１、加速度センサ２、第１増幅器３、第２増幅器４、比較器５’、バランス演算処理部６’及びバランス修正加工部７’から構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, for convenience of explanation, the same components as those in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 is a block configuration diagram of a rotation balance correcting apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the rotation balance correcting apparatus according to this embodiment includes a magnetic sensor 1, an
このような回転バランス修正装置は、図３に示すような、予め軸端面１１ａがＮ極とＳ極に２分して着磁された回転軸１１を有する高速回転体１０の回転バランスを修正するものであり、磁気センサ１は回転軸１１の軸端面１１ａに対向して設置され、加速度センサ２は高速回転体１０を高速回転可能に支持する回転支持体１２に設置されている。
Such a rotation balance correction device corrects the rotation balance of the high-speed rotating body 10 having the rotating shaft 11 in which the shaft end surface 11a is preliminarily magnetized by being divided into N and S poles as shown in FIG. The magnetic sensor 1 is installed opposite to the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11, and the
磁気センサ１は、回転軸１１の軸端面１１ａに対向する面内において直交配置された２つの磁気抵抗器を有しており、高速回転体１０が回転すると、回転軸１１の１回転（３６０°）を１周期とする正弦波信号と、該正弦波信号に対して位相が９０°ずれた正弦波信号（つまり余弦波信号）の２つの信号を第１増幅器３に出力する。加速度センサ２は、高速回転体１０の回転アンバランスによって発生する回転支持体１２の振動を検出し、当該振動に応じた加速度信号を第２増幅器４に出力する。
The magnetic sensor 1 has two magnetoresistors arranged orthogonally in a plane facing the shaft end surface 11a of the rotating shaft 11, and when the high-speed rotating body 10 rotates, the rotating shaft 11 rotates once (360 °). ) Is output to the first amplifier 3 as a sine wave signal having a period of 1) and a sine wave signal whose phase is shifted by 90 ° with respect to the sine wave signal (ie, cosine wave signal). The
第１増幅器３は、磁気センサ１から入力される正弦波信号及び余弦波信号を増幅した後、正弦波信号を比較器５’に出力すると共に、正弦波信号及び余弦波信号をバランス演算処理部６’（詳細には信号入力部６ａ’）に出力する。第２増幅器４は、加速度センサ２から入力される加速度信号を増幅してバランス演算処理部６’（詳細には信号入力部６ａ’）に出力する。比較器５’（基準信号生成部）は、第１増幅器３から入力される正弦波信号が正の期間、つまり回転軸１１の回転角θが０°〜１８０°の期間のみ所定電圧値となる回転パルス信号（原点基準信号）を生成してバランス演算処理部６’（詳細には信号入力部６ａ’）及びバランス修正加工部７’（詳細には角度位置決め機構７ａ’）に出力する。
The first amplifier 3 amplifies the sine wave signal and the cosine wave signal input from the magnetic sensor 1, and then outputs the sine wave signal to the comparator 5 ′ and also outputs the sine wave signal and the cosine wave signal to the balance calculation processing unit. 6 '(specifically, signal
バランス演算処理部６’は、磁気センサ１の出力である正弦波信号及び余弦波信号と、加速度センサ２の出力である加速度信号と、比較器５’の出力である回転パルス信号とに基づいて、オフセット補正後の正弦波信号と回転パルス信号との位相ずれ量Δθ、修正対象部（例えば、回転軸１１に固定されたナット等：図示省略）の修正量及び修正角度を算出するものであり、信号入力部６ａ’とデジタル演算部６ｂ’とから構成されている。
The balance
信号入力部６ａ’は、例えばＡ／Ｄコンバータであり、第１増幅器３を介して入力される正弦波信号及び余弦波信号と、第２増幅器４を介して入力される加速度信号と、比較器５’から入力される回転パルス信号をデジタル信号に変換してデジタル演算部６ｂ’に出力する。
The
デジタル演算部６ｂ’は、正弦波信号（または余弦波信号でも良い）から高速回転体１０の回転数を算出すると共に、正弦波信号及び余弦波信号に基づいて回転軸１１の回転角θを算出し（回転角θ＝tan-1(sinθ/cosθ)）、所定の修正回転数（例えば実運転に近い回転数）における、回転角θと加速度信号（つまり振動成分）との関係に基づいて修正対象部の修正量及び修正角度を算出する。
The digital
さらに、本実施形態におけるデジタル演算部６ｂ’は、正弦波信号と回転パルス信号との位相ずれ量Δθを算出する機能を有していることを特徴としている。なお、デジタル演算部６ｂ’は、正弦波信号にオフセットが発生した場合、ソフト的なオフセット補正処理によって、ゼロクロス点と原点（０°）とが一致する正弦波信号に補正し、このオフセット補正後の正弦波信号を用いて修正角度及び位相ずれ量Δθを算出する。
Further, the
バランス修正加工部７’は、バランス演算処理部６’（デジタル演算部６ｂ’）によって算出された修正量、修正角度及び位相ずれ量Δθに基づいて修正対象部を修正加工するものであり、角度位置決め機構７ａ’と修正加工機構７ｂとから構成されている。角度位置決め機構７ａ’は、高速回転体１０の回転停止時において、回転軸１１の回転角θを微調整するためのサーボモータ等からなる機構であり、デジタル演算部６ｂ’から入力される修正角度及び位相ずれ量Δθを基に回転軸１１の回転角θの位置決めを行う。なお、この時、角度位置決め機構７ａ’は、比較器５’から入力される回転パルス信号を基に原点復帰を行って原点位置（回転角θ＝０°）を確定し、その原点位置を基準として回転角θの位置決めを行う。
The balance
修正加工機構７ｂは、修正対象部を修正加工（切削）するためのエンドミルや該エンドミルの位置制御部等からなる機構であり、デジタル演算部６ｂ’から入力される修正量（切削量）に基づいてエンドミルを制御することにより、修正対象部を修正加工する。なお、修正加工機構７ｂは、角度位置決め機構７ａ’による回転角θの位置決めが完了した後に、修正対象部の修正加工を実施する。
The
次に、上記のように構成された本実施形態に係る回転バランス修正装置の動作について説明する。
まず、高速回転体１０を所定の修正回転数で回転させる。例えば、高速回転体１０が車両用過給機のタービンである場合、圧縮空気を供給することで高速回転体１０を回転させる。このように高速回転体１０を回転させるための機構（圧縮空気供給装置等）は、回転バランス修正装置によって制御しても良いし、他の制御装置によって制御するようにしても良い。
Next, the operation of the rotation balance correcting apparatus according to this embodiment configured as described above will be described.
First, the high-speed rotating body 10 is rotated at a predetermined correction rotational speed. For example, when the high-speed rotating body 10 is a turbine of a vehicle supercharger, the high-speed rotating body 10 is rotated by supplying compressed air. Thus, the mechanism for rotating the high-speed rotating body 10 (compressed air supply device or the like) may be controlled by the rotation balance correction device or may be controlled by another control device.
上記のように高速回転体１０が回転すると、磁気センサ１から回転軸１１の１回転（３６０°）を１周期とする正弦波信号と、該正弦波信号に対して位相が９０°ずれた余弦波信号が出力される一方、加速度センサ２から高速回転体１０の回転アンバランスによって発生する振動に応じた加速度信号が出力される。
When the high-speed rotating body 10 rotates as described above, a sine wave signal having one cycle of one rotation (360 °) of the rotating shaft 11 from the magnetic sensor 1 and a cosine whose phase is shifted by 90 ° with respect to the sine wave signal. While the wave signal is output, the
磁気センサ１の出力である正弦波信号及び余弦波信号は、第１増幅器３及び信号入力部６ａ’を介して増幅及びデジタル信号に変換された後、デジタル演算部６ｂ’に入力される。一方、加速度センサ２の出力である加速度信号は、第２増幅器４及び信号入力部６ａ’を介して増幅及びデジタル信号に変換された後、デジタル演算部６ｂ’に入力される。
また、この時、比較器５’は、第１増幅器３から入力される正弦波信号が正の期間のみ所定電圧値となる回転パルス信号を生成して信号入力部６ａ’に出力しており、この回転パルス信号は信号入力部６ａ’によってデジタル信号に変換された後、デジタル演算部６ｂ’に入力される。
The sine wave signal and the cosine wave signal, which are the outputs of the magnetic sensor 1, are amplified and converted into digital signals via the first amplifier 3 and the
At this time, the comparator 5 ′ generates a rotation pulse signal having a predetermined voltage value only during a positive period of the sine wave signal input from the first amplifier 3, and outputs the rotation pulse signal to the
そして、デジタル演算部６ｂ’は、正弦波信号から高速回転体１０の回転数を算出すると共に、正弦波信号及び余弦波信号に基づいて回転軸１１の回転角θを算出し、修正回転数における回転角θと加速度信号（振動成分）との関係に基づいて修正対象部の修正量及び修正角度を算出する。
Then, the
また、デジタル演算部６ｂ’は、正弦波信号と回転パルス信号との位相ずれ量Δθを下記演算式（１）に基づいて算出する。なお、デジタル演算部６ｂ’は、正弦波信号にオフセットが発生した場合、ソフト的なオフセット補正処理によって、ゼロクロス点と原点（０°）とが一致する正弦波信号に補正し（図５（ｂ）参照）、このオフセット補正後の正弦波信号を用いて修正角度及び位相ずれ量Δθを算出する。
Further, the
ここで、位相ずれ量Δθとは、図２に示すように、正弦波信号のゼロクロス点と回転パルス信号の立ち上がりとの間の位相ずれ量を指す。図５（ｂ）、（ｃ）で説明したように、正弦波信号にオフセットが発生した場合、または比較器５’にヒステリシス閾値を設定した場合、デジタル演算部６ｂ’で把握される原点（正弦波信号のゼロクロス点）と、角度位置決め機構７ａで把握される原点（回転パルス信号の立ち上がり）との間にずれが生じてしまう。つまり、言い換えれば、位相ずれ量Δθとは、デジタル演算部６ｂ’で把握される原点と角度位置決め機構７ａで把握される原点とのずれ量を指し示すものである。
Here, the phase shift amount Δθ refers to the phase shift amount between the zero cross point of the sine wave signal and the rising edge of the rotation pulse signal, as shown in FIG. As described in FIGS. 5B and 5C, when an offset occurs in the sine wave signal, or when a hysteresis threshold is set in the comparator 5 ′, the origin (sine A deviation occurs between the zero cross point of the wave signal) and the origin (rising edge of the rotation pulse signal) grasped by the
なお、図２に示すように、上記演算式（１）におけるΔφは正弦波信号中心と回転パルス信号中心との位相差であり、Ｅφは回転パルス信号のＯＮ時間の半分の位相であり、αは回転パルス信号のデューティ比である。つまり、デジタル演算部６ｂ’は、回転パルス信号のデューティ比αと、正弦波信号中心と回転パルス信号中心との位相差Δφを計測し、その計測結果を上記演算式（１）に代入することで位相ずれ量Δθを算出する。
As shown in FIG. 2, Δφ in the above equation (1) is a phase difference between the sine wave signal center and the rotation pulse signal center, Eφ is a half phase of the ON time of the rotation pulse signal, and α Is the duty ratio of the rotation pulse signal. That is, the
このように算出された修正量、修正角度及び位相ずれ量Δθは、一旦、デジタル演算部６ｂ’の内部メモリに格納される。そして、高速回転体１０の回転が停止し、修正対象部の修正加工を開始する際において、デジタル演算部６ｂ’は、内部メモリから読み出した修正角度及び位相ずれ量Δθを角度位置決め機構７ａ’に出力する一方、同じく内部メモリから読み出した修正量を修正加工機構７ｂに出力する。
The correction amount, the correction angle, and the phase shift amount Δθ calculated in this way are temporarily stored in the internal memory of the
角度位置決め機構７ａ’は、高速回転体１０の回転停止時において、デジタル演算部６ｂ’から入力される修正角度及び位相ずれ量Δθを基に回転軸１１の回転角θの位置決めを行う。具体的には、角度位置決め機構７ａ’は、修正角度に位相ずれ量Δθを足し込む（位相遅れの場合は修正角度から位相ずれ量Δθを差し引く）ことにより、回転角θの位置決めを行う。この時、角度位置決め機構７ａ’は、比較器５’から入力される回転パルス信号を基に原点復帰を行って原点位置（回転角θ＝０°）を確定し、その原点位置を基準として回転角θの位置決めを行う。
The
そして、修正加工機構７ｂは、角度位置決め機構７ａ’による回転角θの位置決めが完了した後、デジタル演算部６ｂ’から入力される修正量（切削量）に基づいてエンドミルを制御することにより、修正対象部を修正加工する。
Then, after the positioning of the rotation angle θ by the
以上のように、本実施形態に係る回転バランス修正装置によれば、修正角度に位相ずれ量Δθを足し込む（または差し引く）ことで回転角θの位置決めを行うことにより、ジタル演算部６ｂ’で把握される原点（正弦波信号のゼロクロス点）と、角度位置決め機構７ａで把握される原点（回転パルス信号の立ち上がり）との間のずれを無くすことができる。その結果、正弦波信号にオフセットが発生した場合、または比較器５’にヒステリシス閾値を設定した場合であっても、回転軸１１の回転角θを本来位置決めすべき角度に正確に位置決めすることができ、修正対象部を精度良く修正加工することが可能となる。
As described above, according to the rotation balance correction apparatus according to the present embodiment, the rotation angle θ is positioned by adding (or subtracting) the phase shift amount Δθ to the correction angle, so that the
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、演算式（１）に基づいて正弦波信号と回転パルス信号との位相ずれ量Δθを算出する場合を例示したが、この他、位相ずれ量Δθを算出可能であればどのような演算式を採用しても良い。また、演算式によって位相ずれ量Δθを算出するのではなく、正弦波信号と回転パルス信号のデジタルデータから、直接、位相ずれ量Δθを計測するようにしても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the case where the phase shift amount Δθ between the sine wave signal and the rotation pulse signal is calculated based on the arithmetic expression (1) is exemplified, but in addition, the phase shift amount Δθ can be calculated. Any arithmetic expression may be adopted. Alternatively, the phase shift amount Δθ may be directly measured from the digital data of the sine wave signal and the rotation pulse signal, instead of calculating the phase shift amount Δθ by an arithmetic expression.
（２）上記実施形態では、デジタル演算部６ｂ’によって算出した修正角度及び位相ずれ量Δθを角度位置決め機構７ａ’に出力する場合を例示したが、デジタル演算部６ｂ’にて位相ずれ量を加味した修正角度を求め、この修正角度を角度位置決め機構７ａ’に出力するようにしても良い。
(2) In the above embodiment, the correction angle calculated by the
（３）上記実施形態では、高速回転体１０として車両用過給器のタービンを想定したが、その他、ガスタービン等の高速回転機械の回転バランスを修正するために、本発明を適用することが可能である。 (3) In the above embodiment, the turbocharger turbine for the vehicle is assumed as the high-speed rotating body 10, but in addition, the present invention can be applied to correct the rotational balance of a high-speed rotating machine such as a gas turbine. Is possible.
１…磁気センサ、２…加速度センサ、３…第１増幅器、４…第２増幅器、５’…比較器、６’…バランス演算処理部、６ａ’…信号入力部、６ｂ’…デジタル演算部、７’…バランス修正加工部、７ａ’… 角度位置決め機構、７ｂ…修正加工機構、１０…高速回転体、１１…回転軸、１１ａ…軸端面、１２…回転支持体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic sensor, 2 ... Acceleration sensor, 3 ... 1st amplifier, 4 ... 2nd amplifier, 5 '... Comparator, 6' ... Balance calculation process part, 6a '... Signal input part, 6b' ... Digital calculation part, 7 '... balance correction processing part, 7a' ... angle positioning mechanism, 7b ... correction processing mechanism, 10 ... high speed rotating body, 11 ... rotating shaft, 11a ... shaft end face, 12 ... rotating support
Claims (5)
Ｎ極とＳ極に２分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサと、
前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサと、
前記磁気センサの出力信号、或いは前記磁気センサの出力信号にオフセットが発生した場合にはオフセット補正後の出力信号と前記加速度センサの出力信号とに基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出するバランス演算処理部と、
前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工するバランス修正加工部と、
前記磁気センサの出力信号から前記位置決めの原点基準となる原点基準信号を生成する基準信号生成部と、を備え、
前記バランス演算処理部は、前記基準信号生成部が前記磁気センサの出力信号にヒステリシス閾値を設定して前記原点基準信号を生成するものである場合には、前記磁気センサの出力信号と前記ヒステリシス閾値を設定して生成された前記原点基準信号との位相ずれを求め、或いは前記磁気センサの出力信号にオフセットが発生した場合にはオフセット補正後の出力信号と前記原点基準信号との位相ずれ量を求め、前記バランス修正加工部は、前記修正角度及び前記位相ずれ量に基づいて前記回転軸の回転角の位置決めを行うことを特徴とする回転バランス修正装置。 A rotation balance correction device that corrects the rotation balance of the high-speed rotating body by correcting the correction target portion installed on the rotating shaft of the high-speed rotating body,
A magnetic sensor installed opposite to the shaft end surface of the rotating shaft magnetized in two parts, N and S;
An acceleration sensor installed on a rotation support that supports the high-speed rotation body so as to be capable of high-speed rotation;
When an offset occurs in the output signal of the magnetic sensor, or the output signal of the magnetic sensor, the correction amount and the correction angle of the correction target portion based on the output signal after offset correction and the output signal of the acceleration sensor A balance calculation processing unit for calculating
After positioning the rotation angle of the rotary shaft based on the correction angle, a balance correction processing unit that corrects the correction target unit based on the correction amount;
A reference signal generation unit that generates an origin reference signal that is an origin reference of the positioning from an output signal of the magnetic sensor,
When the reference signal generation unit generates the origin reference signal by setting a hysteresis threshold for the output signal of the magnetic sensor , the balance calculation processing unit generates the output signal of the magnetic sensor and the hysteresis threshold. The phase shift between the origin reference signal and the origin reference signal generated by setting is calculated , or when an offset occurs in the output signal of the magnetic sensor, the phase shift amount between the output signal after offset correction and the origin reference signal is calculated. In other words, the balance correction processing unit positions the rotation angle of the rotary shaft based on the correction angle and the phase shift amount.
前記バランス演算処理部は、正弦波信号中心と回転パルス信号中心との位相差Δφと、回転パルス信号のデューティ比αとからなる下記演算式（１）に基づいて、正弦波信号と回転パルス信号との位相ずれ量Δθを算出することを特徴とする請求項１記載の回転バランス修正装置。
The balance calculation processing unit is configured to calculate the sine wave signal and the rotation pulse signal based on the following calculation formula (1) including the phase difference Δφ between the sine wave signal center and the rotation pulse signal center and the duty ratio α of the rotation pulse signal. The rotation balance correction device according to claim 1, wherein a phase shift amount Δθ between the rotation balance correction device and the rotation balance correction device is calculated.
前記バランス演算処理部は、前記正弦波信号または余弦波信号、或いは前記オフセット補正処理後の正弦波信号または余弦波信号から高速回転体の回転数を算出すると共に、前記正弦波信号及び余弦波信号、或いは前記オフセット補正処理後の正弦波信号または余弦波信号に基づいて回転軸の回転角を算出し、所定の修正回転数における回転角と加速度センサの出力信号との関係に基づいて前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転バランス修正装置。 In the case where a sine wave signal and a cosine wave signal corresponding to the rotation of the rotating shaft are output as the output signal of the magnetic sensor,
The balance calculation processing unit calculates the number of rotations of a high-speed rotating body from the sine wave signal or cosine wave signal, or the sine wave signal or cosine wave signal after the offset correction process, and the sine wave signal and cosine wave signal. Alternatively, the rotation angle of the rotation axis is calculated based on the sine wave signal or cosine wave signal after the offset correction processing, and the correction target is calculated based on the relationship between the rotation angle at a predetermined correction rotation speed and the output signal of the acceleration sensor. The rotation balance correction apparatus according to claim 1, wherein a correction amount and a correction angle of the part are calculated.
Ｎ極とＳ極に２分して着磁された回転軸の軸端面に対向して設置された磁気センサの出力信号、或いは該磁気センサの出力信号にオフセットが発生した場合にはオフセット補正後の出力信号と、前記高速回転体を高速回転可能に支持する回転支持体に設置された加速度センサの出力信号とに基づいて、前記修正対象部の修正量及び修正角度を算出する第１工程と、
基準信号生成部にて前記磁気センサの出力信号から生成される原点基準信号を基に前記回転軸の原点復帰を行い、前記修正角度を基に前記回転軸の回転角を位置決めした後、前記修正量を基に前記修正対象部を修正加工する第２工程と、を有し、
前記第１工程では、前記基準信号生成部が前記磁気センサの出力信号にヒステリシス閾値を設定して前記原点基準信号を生成するものである場合には、前記磁気センサの出力信号と前記ヒステリシス閾値を設定して生成された前記原点基準信号との位相ずれを求め、或いは前記磁気センサの出力信号にオフセットが発生した場合にはオフセット補正後の出力信号と前記原点基準信号との位相ずれ量を求め、前記第２工程では、前記修正角度及び前記位相ずれ量に基づいて前記回転軸の回転角の位置決めを行うことを特徴とする回転バランス修正方法。 A rotation balance correction method for correcting a rotation balance of the high-speed rotating body by correcting a correction target portion installed on a rotating shaft of the high-speed rotating body,
After offset correction if an offset occurs in the output signal of the magnetic sensor installed opposite to the shaft end face of the rotating shaft magnetized in two parts, N pole and S pole, or the output signal of the magnetic sensor A first step of calculating a correction amount and a correction angle of the correction target portion based on the output signal of the acceleration sensor and an output signal of an acceleration sensor installed on a rotation support that supports the high-speed rotation body so as to be capable of high-speed rotation; ,
Based on the origin reference signal generated from the output signal of the magnetic sensor in the reference signal generation unit, the origin of the rotating shaft is returned, the rotation angle of the rotating shaft is positioned based on the correction angle, and then the correction A second step of correcting the correction target portion based on the amount,
In the first step, in the case where the reference signal generation unit sets the hysteresis threshold for the output signal of the magnetic sensor to generate the origin reference signal, the output signal of the magnetic sensor and the hysteresis threshold are set. Obtain the phase deviation from the origin reference signal set and generated, or if an offset occurs in the output signal of the magnetic sensor, obtain the amount of phase deviation between the output signal after offset correction and the origin reference signal. In the second step, the rotation balance correction method is characterized in that the rotation angle of the rotating shaft is positioned based on the correction angle and the phase shift amount.
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