JP5499412B2

JP5499412B2 - 回転装置における振動振幅および位相検出方法、回転装置における振動振幅および位相検出装置

Info

Publication number: JP5499412B2
Application number: JP2009235175A
Authority: JP
Inventors: 克志後藤
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP2011080951A

Description

本発明は回転装置に係り、特に加速度センサによる回転装置の振動振幅および位相検出方法、回転装置における振動振幅および位相検出装置に関する。

従来より、回転体（研削盤の研削砥石など）の軸線上に設置され回転体の不釣合いを修正するバランスヘッド部と、このバランスヘッド部に電力供給やセンサ信号などを伝達するトランスミッタ部から構成されるオートバランサが存在する。

特許文献１では、研削砥石に不釣合いがある場合に軸受に現れる振動を検出する振動センサからの振動信号と、回転軸の外周の１箇所に付した原点マークを検出する回転同期センサからの回転同期信号とを演算して振動値を出力するオートバランサが開示されている。

特許文献２では、回転研磨部を支える軸体が回転する間にセンサにより振動を検出し、回路にて信号処理によりフィルタリングを行うオートバランサが開示されている。

特許文献３では、回転体を備える回転軸を回転させ、回転軸の軸受または砥石ヘッドの加速度電圧を振動計で検出するオートバランサが開示されている。

特許第２６１３４６４号公報特表２００５−５０３５５４号公報特開２００１−１７０８６３号公報

特許文献１〜３に示すように回転体の振動振幅および位相を求める場合には、一般に、光学式センサ、磁気式センサ、うず電流センサなどの検出手段により回転数を検出し、検出された回転数と振動センサ（加速度センサ）の検出結果により、その回転数に同期した回転体の振動振幅および位相を求めている。

しかしながら、振動振幅が小さくなると、振動センサが検出する振動成分には、回転数以外の周波数成分（他の駆動系などから発生するノイズなど）、非周期的な振動、センサ自体が持つ定常ノイズなどが支配的になりＳ／Ｎ比が低下し、正確な振動量を検出するのが困難になる。一般的には、数回ないし数十回測定し、その平均値を測定値とする（平均化）ことでＳ／Ｎ比を向上させるが、前記のように回転に同期しないノイズ源から恒常的に振動が発生していると平均値自体にその成分が含まれ正確な振動値とはならない。これを解決するため、ロックインアンプ方式、ＲＭＳ方式、トラッキングフィルタなどを用いて振動値を求める手法もあるが、いずれもノイズ成分除去性能が低いため、フーリエ変換を用いて特定の周波数成分のみを抽出する手法を採る。難点は、抽出すべき周波数（すなわち回転数）を正確に特定する必要があることであり、すこしでも振動値生データと抽出すべき周波数が異なると著しく抽出精度の劣化を招く。このようにして抽出した振動値であれば、純粋に回転に同期した振動値であるので、平均化処理を施し、さらにＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、正確に回転に同期する機械的同期信号（回転基準）を元に振動値生データを生成させ、かつ、１回転中に別の回転基準を発生させることにより１回転あたりの振動値算出（フーリエ変換）を増やし、より回転基準（回転検出部）コストを抑制しつつ回転体の振動振幅および位相の検出精度が向上する回転装置における振動振幅および位相を検出する方法、回転装置における振動振幅および位相を検出する装置を提供すること、を目的とする。

前記目的を達成するために本発明の回転装置における振動振幅および位相検出方法は、略円盤状の回転体の円盤面に対向して配置された回転検出部に１つ設けられた検出手段により前記回転体の前記回転検出部に対向する面に周方向に設けられた複数の検出領域を検出し、前記回転体を回転させて、前記検出領域と前記回転体の周方向についての当該複数の検出領域の間の領域である無検出領域との複数の境界を基準とする前記回転体の１回転あたりの振動を検出し、検出された前記複数の境界を基準とする前記回転体の１回転あたりの振動をもとに振動振幅および位相を演算すること、を特徴とする。

本発明によれば、複数の境界を基準とする振動振幅および位相を検出するので、コストを抑制しつつ回転体の振動振幅および位相の検出精度が向上する。

本発明の一態様として、前記検出領域には、板状部材が設けられていること、を特徴とする。

前記目的を達成するために本発明の回転装置における振動振幅および位相検出装置は、略円盤状の回転体と、前記回転体の円盤面に対向して配置された回転検出部と、前記回転検出部に１つ設けられた検出手段と、前記回転体の前記回転検出部に対向する前記円盤面に前記回転体の周方向に設けられたものであって前記検出手段により検出可能な複数の検出領域と、前記回転体の周方向についての前記複数の検出領域の間の領域である無検出領域と、前記回転体の振動を検出する振動センサと、前記回転体を回転させたときに前記振動センサにより検出された前記回転体の振動をもとに演算処理を行って振動振幅および位相を演算する演算手段と、を有し、前記演算手段は、前記検出領域と前記無検出領域との複数の境界を基準とする前記回転体の１回転あたりに前記振動センサにより検出された前記回転体の振動をもとに振動振幅および位相を演算すること、を特徴とする。

本発明によれば、コストを抑制しつつ回転体の振動振幅および位相の検出精度が向上する。

本発明の回転装置として砥石バランサを研削盤の研削砥石に適用させた例を示す概要図である。砥石バランサの構成の概略を示したブロック構成図である。回転体の正面図であり、回転検出部に対向させる面を示している。回転体の斜視図である。

以下、本発明について詳細に説明する。

〔研削砥石への適用例の概要〕
図１は、本発明の回転装置として砥石バランサを研削盤の研削砥石に適用させた例を示す概要図である。

図１に示すように、回転軸１０の一端側には、研削砥石１２が取り付けられている。一方、回転軸１０の他端側には、プーリー１４が取り付けられている。この回転軸１０は、軸受１６に支持されており、電動機（不図示）の出力がプーリー１４を介して伝達されることにより駆動する。

軸受１６には振動センサ１８が取り付けられており、軸受１６に現れる振動を検出して振動信号を発する。

図２に示すように、コントロールユニット２０は、振動センサ１８や回転検出部２６内の回転検出センサ３２などに接続され、また、演算回路（不図示）を持つマイクロコンピュータを内蔵する。そして、振動センサ１８からの振動信号と、回転検出センサ３２からの検出信号とをもとに演算回路において演算を行い、回転体に同期する振動値が求められる。

〔振動振幅および位相検出の説明〕
コントロールユニット２０の演算回路では、振動センサ１８からの振動信号と回転検出センサ３２からの回転信号をもとに、演算処理により研削砥石１２の回転数に同期した振動振幅および位相を算出する。

本発明における振動振幅および位相を検出する方法の説明を行なう。

図３は、研削砥石１２と一体の回転体２８（図１参照）の正面図であり、回転検出部２６に対向させる面を示している。図４は、回転体２８の斜視図である。

図３や図４に示すように、回転体２８は、略円盤状に形成され、本体部２９と位置検出プレート３７，３８などから構成される。

本体部２９における回転検出部２６に対向する面には、周方向に２箇所、金属の板状部材である位置検出プレート３７，３８が配置されている。この位置検出プレート３７，３８は、回転体２８が回転したときに、回転検出部２６に１つだけ内蔵された回転検出センサ３２が検出動作を行う軌跡上に配置されている。

また、位置検出プレート３７，３８は、図３にて一点鎖線で示される基準軸５０を中心に左右対称に配置されている。これにより、回転体２８の重量のバランスを取ることができる。ここで、基準軸５０は、円盤状の回転体２８の円盤面（回転検出部２６に対向する面）について当該円盤面の中心を通って径方向に伸びる軸である。

回転検出センサ３２は、図３の２点鎖線で示されるような軌跡上で検出動作を行う。そして、回転検出センサ３２は、金属の位置検出プレート３７，３８が配置されている検出領域（位置検出プレート３７，３８の検出面）を検出する（検出ＯＮ）。一方、回転検出センサ３２は、検出領域の間に設けられたものであって金属の位置検出プレート３７，３８が配置されていない無検出領域の領域Ａ（図３においてハッチングで示す領域）は検出しない（検出ＯＦＦ）。

図３に示すように、位置検出プレート３７，３８は、回転体２８の周方向について、中空円形状を周方向に４分割したほぼ１分割分の円周に相当する長さとしている。また、位置検出プレート３７，３８は、回転体２８の径方向について、回転検出センサ３２が検出動作を行う図３の２点鎖線で示されるような軌跡の位置がほぼ中心に来るような幅としている。

このような構成からなる回転体２８を用いて、以下のように、振動振幅および位相を算出する。

まず、回転検出センサ３２は、センサの検出領域と無検出領域（図３の領域Ａ）の境界に相当する位置検出プレート３７の端部３７Ａ，３７Ｂおよび位置検出プレート３８の端部３８Ａ，３８Ｂの合計４箇所を回転基準位置として回転同期信号を発する。なお、図３に示すように、位置検出プレート３７の端部３７Ａ，３７Ｂおよび位置検出プレート３８の端部３８Ａ，３８Ｂは、回転体２８の周方向について基準軸５０を中心に左右対称に設けられている。

また、振動センサ１８は、軸受１６に現れる振動を検出して、振動信号を発する。

そして、コントロールユニット２０の演算回路は、発せられた回転同期信号と振動信号を取得して各回転基準位置に同期した振動振幅および位相の演算処理を行う。

なお、振動振幅および位相の演算処理においては、研削砥石１２を回転させたときに、回転体２８の１回転あたりに振動センサ１８により検出された軸受１６の振動のデータを用いたＦＦＴ（高速フーリエ変換）による処理を行う。

ここで本発明では、回転体２８の回転基準位置を、位置検出プレート３７の端部３７Ａ，３７Ｂおよび位置検出プレート３８の端部３８Ａ，３８Ｂの合計４箇所としている。そして、コントロールユニット２０の演算回路では、各回転基準位置を基準とする回転体の１回転あたりに振動センサ１８により検出された軸受１６の振動のデータをもとに振動振幅および位相を演算している。

このように、本発明では、回転体２８の１回転あたり合計４箇所の回転基準位置に同期した振動振幅および位相を検出するので、従来のように回転体２８の１回転あたり１箇所の回転基準位置に同期した振動振幅および位相を検出する場合に比べて、回転体２８の１回転あたり４倍の量の振動値を検出して、より正確な振動振幅および位相を検出することができる。これにより、平均化の対象となる振動値データが４倍になり、振動振幅および位相の検出精度が向上する。そのため例えば、回転体２８のＮ回転分における振動振幅および位相の演算処理においては、４×Ｎ回の平均化処理が行なわれて振動振幅および位相が算出され、１回転あたり１回の回転基準の装置に対し、同回転時間では４倍の回転数に同期した振幅データを、また、同サンプリング数を１／４の時間で行なうことが可能となる。

また、回転体２８の１回転あたり合計４箇所９０度毎の移動回転基準位置に同期した振動振幅および位相を求めるので、仮に回転体２８に接続する回転軸１０の回転数に変動が生じても、その変動に追従して安定的に振動振幅および位相を検出することができ、振動振幅および位相の検出精度が向上する。

本発明では、位置検出プレート３７，３８を配置して、回転検出センサ３２により検出された位置検出プレート３７の端部３７Ａ，３７Ｂおよび位置検出プレート３８の端部３８Ａ，３８Ｂを回転基準位置として回転振幅を求めるので、複雑な機構を必要とせず安価な機構により、回転数に同期した振動振幅および位相を安定的に正確に検出することができ、振動振幅および位相の検出精度が向上する。

特に、回転検出センサ３２は複数設ける必要はなく１つだけ設ければよいので、コストを抑制できる。

なお、上記の実施例では、２つの位置検出プレート３７，３８を配置したが、これに限らず、３つ以上の位置検出プレートを重量バランスを崩さずに配置してもよい。例えば、Ｍ個の位置検出プレートを配置すれば、回転体２８の１回転あたり合計２×Ｍ箇所の回転基準位置に同期した振動振幅および位相を検出する。そのため例えば、回転体２８のＮ回転分における振動振幅および位相の演算処理においては、２×Ｍ×Ｎ回の平均化処理が行なわれて、よりＳ／Ｎ比の向上した振動振幅および位相が検出される。

このように、位置検出プレートを多く配置すれば、回転体２８の１回転あたりの回転基準位置を多くすることができ、より多くの振動振幅および位相を検出することにより、振動振幅および位相の検出精度が向上する。

また、上記のように、回転体２８の本体部と別体の位置検出プレート３７，３８を取り付けて、この位置検出プレート３７，３８を検出領域としているので、異なる周方向および径方向の幅を有するプレートを複数枚用意しておくことで、検出領域の大きさを容易に調整することができる。

また、上記の実施例では、回転検出センサ３２に渦電流センサを使用することが考えられるが、これに限らず、フォトセンサやホールセンサを使用することも考えられる。

また、上記の実施例では、回転体２８の本体部と別体の位置検出プレート３７，３８を考えたが、これに限らず、回転体２８の本体部に位置検出プレート３７，３８に相当する形状の凸部を設けた一体物であってもよい。

以上、回転装置における振動振幅および位相検出方法および、回転装置における振動振幅および位相検出装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…回転軸、１２…研削砥石、１８…振動センサ、２０…コントロールユニット、２６…回転検出部、２８…回転体、３２…回転検出センサ、３７，３８…位置検出プレート、３７Ａ，３７Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ…端部

Claims

略円盤状の回転体の円盤面に対向して配置された回転検出部に１つ設けられた検出手段により前記回転体の前記回転検出部に対向する面に周方向に設けられた複数の検出領域を検出し、
前記回転体を回転させて、前記検出領域と前記回転体の周方向についての当該複数の検出領域の間の領域である無検出領域との複数の境界を基準とする前記回転体の１回転あたりの振動を検出し、
検出された前記複数の境界を基準とする前記回転体の１回転あたりの振動をもとに振動振幅および位相を演算すること、
を特徴とする回転装置における振動振幅および位相検出方法。
前記検出領域には、板状部材が設けられていること、
を特徴とする請求項１の回転装置における振動振幅および位相検出方法。
略円盤状の回転体と、
前記回転体の円盤面に対向して配置された回転検出部と、
前記回転検出部に１つ設けられた検出手段と、
前記回転体の前記回転検出部に対向する前記円盤面に前記回転体の周方向に設けられたものであって前記検出手段により検出可能な複数の検出領域と、
前記回転体の周方向についての前記複数の検出領域の間の領域である無検出領域と、
前記回転体の振動を検出する振動センサと、
前記回転体を回転させたときに前記振動センサにより検出された前記回転体の振動をもとに演算処理を行って振動振幅および位相を演算する演算手段と、を有し、
前記演算手段は、前記検出領域と前記無検出領域との複数の境界を基準とする前記回転体の１回転あたりに前記振動センサにより検出された前記回転体の振動をもとに振動振幅および位相を演算すること、
を特徴とする回転装置における振動振幅および位相検出装置。