JP5799603B2 - Positioning device - Google Patents
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Description
本発明は、位置決め装置に関する。 The present invention relates to a positioning device.
従来から、車両や船舶等において、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを利用して、内燃機関に圧縮した空気を供給し、内燃機関の性能を向上させる過給機が使用されている。過給機の内部には、排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するタービンロータが設けられている。このタービンロータは、排気ガスの流動によって回転する翼車と、翼車を回転自在に支持軸とを一体的に接続して構成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a supercharger that improves the performance of an internal combustion engine by supplying compressed air to the internal combustion engine using kinetic energy of exhaust gas guided from the internal combustion engine has been used in vehicles, ships, and the like. A turbine rotor for converting the kinetic energy of the exhaust gas into a rotational driving force is provided inside the supercharger. This turbine rotor is configured by integrally connecting an impeller that rotates by the flow of exhaust gas and a support shaft that can freely rotate the impeller.
例えば下記特許文献1には、タービンロータの製造方法として、翼車に嵌合凹部を形成し、この嵌合凹部に嵌合できる嵌合凸部を支持軸に形成し、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させ、接触部に溶接等を施すことで翼車と支持軸とを一体的に接続する技術が開示されている。なお、嵌合凹部及び嵌合凸部は、翼車及び支持軸のそれぞれの外形・外周面から割り出した機械的な中心位置に形成されている。 For example, in Patent Document 1 below, as a method of manufacturing a turbine rotor, a fitting recess is formed in an impeller, a fitting projection that can be fitted into the fitting recess is formed on a support shaft, and the fitting recess is fitted. A technique for integrally connecting the impeller and the support shaft by fitting the convex portion and welding the contact portion is disclosed. The fitting recess and the fitting projection are formed at the mechanical center position determined from the outer shape and outer peripheral surface of each of the impeller and the support shaft.
ところで、一般的な支持軸は略円柱状に形成された軸部材であり、外周面側に設けられる所定の軸受によって回転自在に支持されるため、支持軸の回転中心と嵌合凸部の中心位置とはほぼ一致している。一方、翼車は、周方向に並ぶ複数の翼を備えた複雑な形状となっていることから、製造誤差等の影響により、その機械的な回転中心と翼車の重心とが異なる場合がある。 By the way, a general support shaft is a shaft member formed in a substantially cylindrical shape, and is rotatably supported by a predetermined bearing provided on the outer peripheral surface side. Therefore, the rotation center of the support shaft and the center of the fitting convex portion The position is almost the same. On the other hand, since the impeller has a complicated shape with a plurality of wings arranged in the circumferential direction, the mechanical rotation center and the center of gravity of the impeller may differ due to the influence of manufacturing errors and the like. .
このような支持軸と翼車とを一体的に接続すると、支持軸の回転中心と翼車の重心との間にズレが生じ、タービンロータの回転特性がアンバランスとなる虞があった。ロータは高速(例えば、10万rpm以上)で回転することから、その回転特性がアンバランスになるとロータの回転とともに振動が生じる虞があった。 When such a support shaft and the impeller are integrally connected, a deviation occurs between the rotation center of the support shaft and the center of gravity of the impeller, and the rotational characteristics of the turbine rotor may become unbalanced. Since the rotor rotates at a high speed (for example, 100,000 rpm or more), there is a possibility that vibrations may occur with the rotation of the rotor when the rotational characteristics become unbalanced.
振動が生じると、過給機の効率低下や翼車の破損等の不具合を引き起こすことから、アンバランス量を所定の範囲内に抑えることが必要となる。そのため、事前に翼車の重心点を計測しておき、翼車と支持軸とを一体的に嵌合させた状態で支持軸の位置をチャックで固定し、支持軸の中心軸線上に翼車の重心点が位置するようにアクチュエータで翼車の位置調整を行った後、翼車と支持軸との当接部(接触部)を溶接する方法が提案されていた。 When vibration occurs, problems such as a reduction in efficiency of the turbocharger and breakage of the impeller are caused. Therefore, it is necessary to keep the unbalance amount within a predetermined range. Therefore, the center of gravity of the impeller is measured in advance, the position of the support shaft is fixed with a chuck while the impeller and the support shaft are integrally fitted, and the impeller is placed on the center axis of the support shaft. A method has been proposed in which the position of the impeller is adjusted by an actuator so that the center of gravity is positioned, and then the contact portion (contact portion) between the impeller and the support shaft is welded.
しかしながら、この方法では、翼車の重心点を高精度に計測できたとしても、基準となる支持軸の位置決め精度(チャックによる把持精度)が低い場合には、支持軸に対する翼車の位置決め精度(支持軸の中心軸線上に翼車の重心点を位置決めする精度)が低下し、タービンロータのアンバランス量が増大する虞があった。 However, with this method, even if the center of gravity of the impeller can be measured with high accuracy, if the reference support shaft positioning accuracy (gripping accuracy with the chuck) is low, the impeller positioning accuracy with respect to the support shaft ( There is a risk that the accuracy of positioning the center of gravity of the impeller on the center axis of the support shaft will decrease, and the unbalance amount of the turbine rotor will increase.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、翼車と支持軸との位置決め精度の向上を実現可能な位置決め装置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 positioning device capable of improving the positioning accuracy between the impeller and the support shaft.
上記目的を達成するために、本発明では、位置決め装置に係る第1の解決手段として、
一端に嵌合凸部を有する支持軸と、前記嵌合凸部が挿入される嵌合凹部が形成された円筒状の開先円を有する翼車とが一体的に嵌合された状態で両者の位置決めを行う位置決め装置であって、前記支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、前記支持軸の中心軸線が前記基準面に設定された装置原点を通過するように前記把持装置を移動させるワーク移動装置と、前記基準面内の装置原点で交わる3つの座標軸に沿って、前記支持軸に接触する軸側接触子及び前記翼車の開先円に接触する翼側接触子を移動させるアクチュエータと、前記ワーク移動装置を制御して前記支持軸の中心軸線が前記装置原点と一致するように前記把持装置を移動させた後、前記アクチュエータを制御して前記支持軸と各軸側接触子との接触位置と、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行う制御装置と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution means for a positioning device,
In a state in which a support shaft having a fitting convex portion at one end and an impeller having a cylindrical groove circle formed with a fitting concave portion into which the fitting convex portion is inserted are integrally fitted. A positioning device for positioning the support shaft such that a center axis of the support shaft is perpendicular to a reference plane, and an apparatus origin where the center axis of the support shaft is set to the reference plane A workpiece moving device that moves the gripping device so as to pass through, a shaft-side contact that contacts the support shaft along three coordinate axes that intersect at the device origin in the reference plane, and a groove circle of the impeller An actuator that moves the blade-side contactor that contacts the workpiece, and the workpiece moving device that controls the actuator after moving the gripping device so that the center axis of the support shaft coincides with the device origin. Contact with each support shaft And the contact position between the blade circle of the impeller and each blade-side contactor, and the center of gravity of the impeller is located on the center axis of the support shaft based on the measurement result. A control device for positioning the impeller as described above.
また、本発明では、位置決め装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記制御装置は、前記アクチュエータを制御して、前記支持軸と各軸側接触子との接触位置の計測結果を基に前記支持軸の半径を算出すると共に、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置の計測結果を基に前記翼車の開先円の半径を算出し、各半径の算出結果及び事前に計測していた前記翼車の偏重心距離に基づいて、前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行うことを特徴とする。 According to the present invention, as the second solving means related to the positioning device, in the first solving means, the control device controls the actuator so that the contact position between the support shaft and each of the shaft side contactors. The radius of the support shaft is calculated based on the measurement result of the blade wheel, and the radius of the groove circle of the blade wheel is calculated based on the measurement result of the contact position between the groove circle of the blade wheel and each blade side contact. Then, based on the calculation result of each radius and the eccentric gravity center distance of the impeller measured in advance, the impeller is positioned so that the center of gravity of the impeller is positioned on the center axis of the support shaft. It is characterized by that.
また、本発明では、位置決め装置に係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記3つの座標軸として、前記装置原点で直交するX軸及びY軸と、前記装置原点を中心としてX軸からY軸側の反対側へ135°回転した方向に延びるL軸とが設定され、前記アクチュエータは、前記X軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側X軸アクチュエータと、前記Y軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Y軸アクチュエータと、前記L軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側L軸アクチュエータと、前記X軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側X軸アクチュエータと、前記Y軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Y軸アクチュエータと、前記L軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側L軸アクチュエータとを備え、前記制御装置は、前記軸側X軸アクチュエータ、軸側Y軸アクチュエータ及び軸側L軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各軸側接触子を前記支持軸へ向けて移動させ、各軸側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記支持軸の半径を算出すると共に、前記軸側X軸アクチュエータ、軸側Y軸アクチュエータ及び軸側L軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、各軸側接触子を前記計測した接触位置にて固定し、前記翼側X軸アクチュエータ、翼側Y軸アクチュエータ及び翼側L軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、各翼側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記翼車の開先円の半径を算出すると共に、前記翼側X軸アクチュエータ及び翼側Y軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、X軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼車の偏重心距離のX軸成分に半径差を加算した値となるようにX軸の翼側接触子の位置調整と、Y軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼車の偏重心距離のY軸成分に半径差を加算した値となるようにY軸の翼側接触子の位置調整とを行った後、翼側L軸アクチュエータを力制御モードで制御して、L軸の翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、翼側接触子が静止した位置で翼側接触子を固定することを特徴とする。 Further, in the present invention, as a third solving means relating to the positioning device, in the second solving means, as the three coordinate axes, the X axis and the Y axis orthogonal to the apparatus origin, and the apparatus origin as a center. An L-axis extending in a direction rotated by 135 ° from the X-axis to the opposite side of the Y-axis side is set, and the actuator includes a shaft-side X-axis actuator that moves a shaft-side contact along the X-axis, and the Y-axis A shaft-side Y-axis actuator that moves the shaft-side contact along the axis, a shaft-side L-axis actuator that moves the shaft-side contact along the L-axis, and a blade-side contact along the X-axis A control unit comprising: a wing-side X-axis actuator; a wing-side Y-axis actuator that moves the wing-side contact along the Y-axis; and a wing-side L-axis actuator that moves the wing-side contact along the L-axis. The shaft-side X-axis actuator, the shaft-side Y-axis actuator, and the shaft-side L-axis actuator are controlled in the force control mode to move each shaft-side contact toward the support shaft, and each shaft-side contact is stationary. Measuring the position as a contact position, calculating the radius of the support shaft from the measurement result, and controlling the shaft side X-axis actuator, the shaft side Y-axis actuator and the shaft side L-axis actuator in a position control mode, Each shaft-side contact is fixed at the measured contact position, and the blade-side X-axis actuator, blade-side Y-axis actuator, and blade-side L-axis actuator are controlled in the force control mode, and each blade-side contact is opened by the blade wheel. The blade is moved toward the tip circle, the position where each blade side contactor is stationary is measured as the contact position, the radius of the groove circle of the impeller is calculated from the measurement result, and the blade side X-axis The actuator and blade side Y-axis actuator are controlled in the position control mode, and the distance between the X-axis shaft-side contact and the blade-side contact adds the radius difference to the X-axis component of the eccentric gravity center distance of the impeller . The position adjustment of the X-axis blade-side contact and the distance between the Y-axis shaft-side contact and the blade-side contact add the radius difference to the Y-axis component of the eccentric gravity center distance of the impeller After adjusting the position of the Y-axis blade-side contact so that the value becomes the same value, the blade-side L-axis actuator is controlled in the force control mode, and the L-axis blade-side contact is directed to the groove circle of the impeller. And the wing side contact is fixed at a position where the wing side contact is stationary.
本発明によれば、基準となる支持軸の位置決め精度(把持装置による支持軸の把持精度やワーク移動装置による装置原点に対する支持軸の位置決め精度)に影響されずに、支持軸と翼車との相対的な位置関係が正確に求まるため、支持軸に対する翼車の位置決め精度(支持軸の中心軸線上に翼車の重心点を位置決めする精度)を向上させることができ、その結果、アンバランス量の少ないタービンロータを得ることができる。 According to the present invention, the positioning of the support shaft and the impeller can be performed without being affected by the positioning accuracy of the support shaft serving as a reference (the gripping accuracy of the support shaft by the gripping device or the positioning accuracy of the support shaft with respect to the device origin by the workpiece moving device). Since the relative positional relationship is accurately obtained, the positioning accuracy of the impeller relative to the support shaft (the accuracy of positioning the center of gravity of the impeller on the center axis of the support shaft) can be improved, and as a result, the unbalance amount A turbine rotor with less can be obtained.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る位置決め装置1の構成概略図である。本位置決め装置1は、翼車20と支持軸30とを一体的に嵌合させた状態(溶接前の状態)で両者の位置決めを行う装置であり、ワークテーブル2、チャック3、軸側X軸アクチュエータ4、軸側Y軸アクチュエータ5、軸側L軸アクチュエータ6、翼側X軸アクチュエータ7、翼側Y軸アクチュエータ8、翼側L軸アクチュエータ9及び制御装置10から構成されている。
なお、以下では、本位置決め装置1についての理解を容易とするために、位置決め対象物(ワーク)である翼車20及び支持軸30について先に説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a positioning device 1 according to the present embodiment. The positioning device 1 is a device that positions both the
In the following, in order to facilitate understanding of the positioning device 1, the
図2(a)は、翼車20と支持軸30とが一体的に接続(溶接)されてなるタービンロータの側面図であり、図2(b)は図2(a)のA−A矢視断面図である。周知のように、タービンロータとは、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転駆動力に変換するものである。
2A is a side view of a turbine rotor in which the
翼車20は、内燃機関から導かれる排気ガスの流動によって高速回転(例えば、10万rpm以上)する回転翼である。この翼車20は、ハブ21と、翼部22と、翼側開先円23とを有している。翼車20は、高温の排気ガスが流動する領域内で使用されるため、高耐熱性・高剛性の金属材料(例えばインコネル等)を用いて一体的に成形されている。その成形には精密鋳造等が用いられる。なお、図2では、翼車20の重心点を符号Gで表している。
The
ハブ21は、略円錐状に形成された部材であって、翼部22のベースとなるものである。翼部22は、ハブ21の外周面で周方向に複数並んで配置されている。翼部22は、排気ガスの流動を受けて、翼車20を回転させるためのものである。翼側開先円23は、ハブ21の後端面における中央部に設けられ、支持軸30との接続に用いられる箇所である。翼側開先円23は、略円筒状に形成され、その中心軸が前後方向と平行する向きで設置されている。翼側開先円23の後端面(すなわち支持軸30側の端面)は、前後方向と直交する平面状に形成されている。また、翼側開先円23には、嵌合凹部24が形成されている。嵌合凹部24は、支持軸30側に向かって開口する背面視略円形の孔部となっている。
The
支持軸30は、前後方向で延びる略丸棒状の軸部材であって、翼車20と一体的に接続され、翼車20を回転自在に支持するものである。この支持軸30は、過給機の軸受ハウジング(図示せず)に回転自在に支持される。支持軸30は、高剛性を備える一般的な金属材料(例えばクロムモリブデン鋼等)を用いて成形されている。その成形には一般的な塑性加工(鍛造、転造等)や機械加工(切削、研削等)が用いられる。支持軸30には、軸側接続部31と、嵌合凸部32と、雄ネジ部33とが形成されている。なお、図2では、支持軸30の中心軸線を符号Cで表している。
The
軸側接続部31は、支持軸30の前端側に設けられ、翼車20との接続に用いられる箇所である。また、軸側接続部31の前端面(すなわち翼車20側の端面)は、前後方向と直交する平面状に形成されている。軸側接続部31の前端面には翼側開先円23の後端面が当接しており、両部材の当接部は溶接により一体的に接続された溶接部Wとなっている。すなわち、溶接部Wにおいて、翼車20と支持軸30とが一体的に接続されている。
The shaft
嵌合凸部32は、軸側接続部31の前端側に設けられ、翼車20に向かって突出している。嵌合凸部32は、略円柱状に形成され、翼車20の嵌合凹部24内に挿入される。嵌合凸部32の外径は、嵌合凹部24の内径よりも小さく設定されている。つまり、嵌合凸部32を嵌合凹部24に挿入させた状態(翼車20と支持軸30を嵌合させた状態)では、支持軸30の中心軸線Cと直交する方向への翼車20の微小移動が許容されている。雄ネジ部33は、支持軸30の後端側に設けられ、空気を圧縮するために用いられる不図示のコンプレッサインペラを接続するために用いられるものである。
The fitting
図2では、支持軸30の中心軸線C上に翼車20の重心点Gが位置している理想的なタービンロータを図示しているが、実際には、前述のように、基準となる支持軸30の位置決め精度(チャックによる把持精度等)が低い場合には、支持軸30に対する翼車20の位置決め精度(支持軸30の中心軸線C上に翼車20の重心点Gを位置決めする精度)が低下するため、中心軸線Cと重心点Gとの位置ズレが生じ、タービンロータのアンバランス量が増大する虞があった。
In FIG. 2, an ideal turbine rotor in which the center of gravity G of the
以下では、上述した翼車20及び支持軸30の構成を前提として、本位置決め装置1について図1を参照しながら説明する。図1(a)は、本位置決め装置1の上面図であり、図1(b)は、本位置決め装置1の側面図である。この図1では、装置構成の理解を容易とするために、各部材の大きさを意図的に実際の部材の大きさと異ならせて表示している。
Hereinafter, the positioning device 1 will be described with reference to FIG. 1 on the premise of the configuration of the
また、以下では、図中に示すXYZ直交座標系を参照しながら各部材の位置関係を説明する。ここでは、XY平面が水平面と平行な基準面として設定され、Z軸がXY平面に直交して鉛直方向に延びる座標軸として設定されている。また、図1(a)に示すように、X軸とY軸との交点を装置原点Oとし、この装置原点Oを中心としてX軸から時計回りに(Y軸側の反対側に)135°回転した方向に延びる座標軸をL軸とする。 In the following, the positional relationship of each member will be described with reference to an XYZ orthogonal coordinate system shown in the drawing. Here, the XY plane is set as a reference plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set as a coordinate axis that extends perpendicularly to the XY plane. Further, as shown in FIG. 1A, the intersection of the X axis and the Y axis is the device origin O, and 135 ° clockwise from the X axis (on the opposite side of the Y axis) with the device origin O as the center. The coordinate axis extending in the rotated direction is taken as the L axis.
本位置決め装置1において、ワークテーブル2は、基準面(XY平面)に対して平行となるように設置された円板状の回転テーブルである。このワークテーブル2は、制御装置10による制御の下、不図示のモータ等からなる回転駆動機構によって回転駆動される。チャック3は、ワークテーブル2の上面に設置されたワーク把持装置であり、翼車20と支持軸30とが一体的に嵌合された状態(嵌合凸部32が嵌合凹部24に挿入された状態)で、支持軸30をその中心軸線Cが基準面に対して垂直となるように(言い換えれば、中心軸線CがZ軸と平行となるように)把持する。
In the positioning apparatus 1, the work table 2 is a disk-shaped rotary table installed so as to be parallel to a reference plane (XY plane). The work table 2 is rotationally driven by a rotational drive mechanism including a motor (not shown) under the control of the
図1(a)中の符号Mは、ワークテーブル2が回転した時のXY平面内における支持軸30の中心軸線Cの移動軌跡を示している。このように、ワークテーブル2と不図示の回転駆動機構は、支持軸30の中心軸線Cが基準面に設定された装置原点Oを通過するようにチャック3を移動させるワーク移動装置として機能する。なお、図1(b)は、ワークテーブル2の回転によって、支持軸30の中心軸線Cが装置原点Oに位置決めされた状態を示している。
A symbol M in FIG. 1A indicates a movement locus of the central axis C of the
軸側X軸アクチュエータ4は、制御装置10による制御の下、支持軸30に接触する軸側接触子4aをX軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
軸側Y軸アクチュエータ5、制御装置10による制御の下、支持軸30に接触する軸側接触子5aをY軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
軸側L軸アクチュエータ6は、制御装置10による制御の下、支持軸30に接触する軸側接触子6aをL軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
The shaft-side
The shaft-side Y-
The shaft-side L-
翼側X軸アクチュエータ7は、制御装置10による制御の下、翼車20の翼側開先円23に接触する翼側接触子7aをX軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
翼側Y軸アクチュエータ8は、制御装置10による制御の下、翼車20の翼側開先円23に接触する翼側接触子8aをY軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
翼側L軸アクチュエータ9は、制御装置10による制御の下、翼車20の翼側開先円23に接触する翼側接触子9aをL軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
The wing-side
The wing-side Y-
The wing-side L-
軸側X軸アクチュエータ4と翼側X軸アクチュエータ7は、同一構造のアクチュエータであり、Z軸方向に対して重なり合うように配置されている。同じく、軸側Y軸アクチュエータ5と翼側Y軸アクチュエータ8も、同一構造のアクチュエータであり、Z軸方向に対して重なり合うように配置されている。また、軸側L軸アクチュエータ6と翼側L軸アクチュエータ9も、同一構造のアクチュエータであり、Z軸方向に対して重なり合うように配置されている。
これらのアクチュエータ4〜9は、基準面内の装置原点Oで交わる3つの座標軸(X軸、Y軸、L軸)に沿って、支持軸30に接触する軸側接触子4a、5a、6a及び翼車20の翼側開先円23に接触する翼側接触子7a、8a、9aを移動させるアクチュエータとして機能する。
The shaft-side
These
制御装置10は、ワークテーブル2(詳細には回転駆動機構)を回転制御して、支持軸30の中心軸線Cが装置原点Oと一致するようにチャック3を移動させた後、各アクチュエータ4〜9を制御して、支持軸30と各軸側接触子4a、5a、6aとの接触位置と、翼車20の翼側開先円23と各翼側接触子7a、8a、9aとの接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて支持軸30の中心軸線C上に翼車20の重心点Gが位置するように翼車20の位置決めを行うものである。
The
次に、上記のように構成された本位置決め装置1による翼車20と支持軸30の位置決め動作について図3及び図4を参照しながら詳細に説明する。
まず、翼車20と支持軸30とを一体的に嵌合させた状態で、支持軸30をその中心軸線Cが基準面に対して垂直となるように(中心軸線CがZ座標軸と平行となるように)チャック3に把持させた後、不図示の操作盤を操作して制御装置10に対して位置決め動作開始を指示すると、制御装置10は、図3(a)に示すように、ワークテーブル2を回転させて支持軸30の中心軸線Cが装置原点Oと一致するようにチャック3を移動させる。
Next, the positioning operation of the
First, in a state where the
ここで、ワークテーブル2の位置決め誤差やチャック3による支持軸30の把持誤差(チャック誤差)等によって、支持軸30の中心軸線Cと装置原点Oとが完全に一致しない。図3(a)中の実線は、ワークテーブル2の位置決め誤差やチャック誤差を含む支持軸30の現在位置を示し、点線は支持軸30の理想的な位置(中心軸線Cが装置原点Oと一致する位置)を示している。
Here, due to the positioning error of the work table 2 and the gripping error (chuck error) of the
そして、制御装置10は、図3(b)に示すように、軸側X軸アクチュエータ4、軸側Y軸アクチュエータ5及び軸側L軸アクチュエータ6を力制御モードで制御して、各軸側接触子4a、5a、6aを支持軸30へ向けて最小力で移動させ、各軸側接触子4a、5a、6aが静止した位置(各軸側接触子4a、5a、6aの先端面が支持軸30に接触した位置)をそれぞれ軸側接触位置TX1、TY1、TL1として計測し、その計測結果を内部メモリに記録する。
Then, as shown in FIG. 3B, the
そして、制御装置10は、上記のように内部メモリに記録した各軸側接触位置TX1、TY1、TL1の計測結果から支持軸30の半径R1を算出する。以下、図5を参照しながら、各軸側接触位置TX1、TY1、TL1から支持軸30の半径R1を算出する手法について説明する。図5において、符号TX1、TY1、TL1は、上記の軸側接触位置を示し、符号TX0、TY0、TL0は、各軸側接触子4a、5a、6aの先端面の初期位置を示している。
And the
また、符号X0は、装置原点Oから軸側接触子4aの初期位置TX0までのX軸方向の距離を示し、符号X1は、装置原点Oから軸側接触子4aの軸側接触位置TX1までのX軸方向の距離を示し、符号Xmは、軸側接触子4aの初期位置TX0から軸側接触位置TX1までのX軸方向の距離を示している。
また、符号Y0は、装置原点Oから軸側接触子5aの初期位置TY0までのY軸方向の距離を示し、符号Y1は、装置原点Oから軸側接触子5aの軸側接触位置TY1までのY軸方向の距離を示し、符号Ymは、軸側接触子5aの初期位置TY0から軸側接触位置TY1までのY軸方向の距離を示している。
また、符号L0は、装置原点Oから軸側接触子6aの初期位置TL0までのL軸方向の距離を示し、符号L1は、装置原点Oから軸側接触子6aの軸側接触位置TL1までのL軸方向の距離を示し、符号Lmは、軸側接触子6aの初期位置TL0から軸側接触位置TL1までのL軸方向の距離を示している。
The symbol X0 indicates the distance in the X-axis direction from the device origin O to the initial position TX0 of the shaft-
The symbol Y0 indicates the distance in the Y-axis direction from the device origin O to the initial position TY0 of the shaft-
The symbol L0 indicates the distance in the L-axis direction from the device origin O to the initial position TL0 of the shaft-
ここで、X1=X0−Xm、Y1=Y0−Ym、L1=L0−Lmの関係式が成立し、X0、Y0及びL0は既知の値であり、Xm、Ym及びLmは軸側接触位置TX1、TY1、TL1の計測結果から求まる値であるので、結果的に、X1、Y1、L1は数値演算によって求めることができる。 Here, the relational expressions X1 = X0-Xm, Y1 = Y0-Ym, L1 = L0-Lm are established, X0, Y0 and L0 are known values, and Xm, Ym and Lm are the shaft side contact position TX1. , TY1, and TL1 are values obtained from the measurement results, and as a result, X1, Y1, and L1 can be obtained by numerical calculation.
また、図5中の符号Dで示される直線の長さは、X1、Y1、L1を用いて下記(1)式で表される。この下記(1)式において、X2はL1のX軸成分(=L1/√2)であり、Y2はL1のY軸成分(=L1/√2)である。
D=X1+Y1+X2+Y2
=X1+Y2+(L1/√2)+(L1/√2)
=X1+Y2+L1√2 ・・・(1)
Moreover, the length of the straight line shown by the code | symbol D in FIG. 5 is represented by following (1) Formula using X1, Y1, and L1. In the following equation (1), X2 is the X-axis component (= L1 / √2) of L1, and Y2 is the Y-axis component (= L1 / √2) of L1.
D = X1 + Y1 + X2 + Y2
= X1 + Y2 + (L1 / √2) + (L1 / √2)
= X1 + Y2 + L1√2 (1)
また、符号Eで示される直線の長さは、Dを用いると下記(2)式で表され、支持軸30の半径R1を用いると下記(3)式で表される。従って、支持軸30の半径R1は、(2)(3)式から最終的に下記(4)式で表される。
E=D/√2 ・・・(2) E=√2・R+R ・・・(3)
R1=D/√2+2=D/3.4142 ・・・(4)
つまり、制御装置10は、軸側接触位置TX1、TY1、TL1の計測結果から算出したX1、Y1、L1を上記(1)式に代入してDを求め、さらに、このDを上記(4)式に代入することにより、支持軸30の半径R1を算出する。
Further, the length of the straight line indicated by the symbol E is expressed by the following formula (2) when D is used, and is expressed by the following formula (3) when the radius R1 of the
E = D / √2 (2) E = √2 · R + R (3)
R1 = D / √2 + 2 = D / 3.4142 (4)
That is, the
制御装置10は、上記のように支持軸30の半径R1を算出して、その算出結果を内部メモリに記録した後、軸側X軸アクチュエータ4、軸側Y軸アクチュエータ5及び軸側L軸アクチュエータ6を位置制御モードで制御して、各軸側接触子4a、5a、6aを軸側接触位置TX1、TY1、TL1にて固定する。これにより、支持軸30は現在位置にて完全に固定される。
The
続いて、制御装置10は、図4(a)に示すように、翼側X軸アクチュエータ7、翼側Y軸アクチュエータ8及び翼側L軸アクチュエータ9を力制御モードで制御して、各翼側接触子7a、8a、9aを翼車20の翼側開先円23へ向けて最小力で移動させ、各翼側接触子7a、8a、9aが静止した位置(各翼側接触子7a、8a、9aの先端面が翼側開先円23に接触した位置)をそれぞれ翼側接触位置として計測し、その計測結果を内部メモリに記録する。
Subsequently, as shown in FIG. 4A , the
そして、制御装置10は、上記のように内部メモリに記録した各翼側接触位置の計測結果から翼側開先円23の半径R2を算出し、その算出結果を内部メモリに記録する。なお、翼側開先円23の半径R2の算出方法は、支持軸30の半径R1の算出方法と同じであるため、詳細な説明については省略する。
また、前述のように、支持軸30の嵌合凸部32を翼車20の嵌合凹部24に挿入させた状態(翼車20と支持軸30を嵌合させた状態)では、支持軸30の中心軸線Cと直交する方向への翼車20の微小移動が許容されているため、図3(c)に示すように、翼側開先円23の現在位置には翼車20と支持軸30との嵌合誤差が含まれている。言い換えれば、この時点での、翼側開先円23の中心位置と支持軸30の中心軸線Cとの間には位置ズレが生じている。
Then, the
Further, as described above, in a state where the fitting
そして、制御装置10は、内部メモリから翼側開先円23の半径R2と支持軸30の半径R1とを読み出して、これら半径R2とR1の差分(半径差ΔR)を算出し、さらに、内部メモリから翼車20の偏重心距離(翼車20の回転中心から重心点Gまでの距離)のX軸成分GXとY軸成分GYを読み出す。なお、これら偏重心距離のX軸成分GXとY軸成分GYは、事前に翼車20について計測されていた値である。
Then, the
そして、制御装置10は、図4(b)に示すように、翼側X軸アクチュエータ7及び翼側Y軸アクチュエータ8を位置制御モードで制御して、軸側接触子4aと翼側接触子7aとの間の距離が、偏重心距離のX軸成分GXに半径差ΔRを加算した値となるように翼側接触子7aの位置調整を行うと共に、軸側接触子5aと翼側接触子8aとの間の距離が、偏重心距離のY軸成分GYに半径差ΔRを加算した値となるように翼側接触子8aの位置調整を行う。
Then, as shown in FIG. 4 (b) , the
制御装置10は、上記のように翼側接触子7a、8aの位置調整を行った後、翼側L軸アクチュエータ9を力制御モードで制御して、翼側接触子9aを翼車20の翼側開先円23へ向けて最小力で移動させ、翼側接触子9aが静止した位置で翼側接触子9aを固定する。これにより、図4(b)に示すように、支持軸30の中心軸線C上に翼車20の重心点Gが位置するように翼車20の位置決めが完了する。
After adjusting the position of the
以上のような本実施形態によれば、基準となる支持軸30の位置決め精度(チャック3による支持軸30の把持精度やワークテーブル2による装置原点Oに対する支持軸30の位置決め精度)に影響されずに、支持軸30と翼車20との相対的な位置関係が正確に求まるため、支持軸30に対する翼車20の位置決め精度(支持軸30の中心軸線C上に翼車20の重心点Gを位置決めする精度)を向上させることができ、その結果、アンバランス量の少ないタービンロータを得ることができる。
According to this embodiment as described above, the positioning accuracy of the
1…位置決め装置、2…ワークテーブル、3…チャック、4…軸側X軸アクチュエータ、5…軸側Y軸アクチュエータ、6…軸側L軸アクチュエータ、7…翼側X軸アクチュエータ、8…翼側Y軸アクチュエータ、9…翼側L軸アクチュエータ、10…制御装置、20…翼車、30…支持軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positioning device, 2 ... Work table, 3 ... Chuck, 4 ... Shaft side X axis actuator, 5 ... Shaft side Y axis actuator, 6 ... Shaft side L axis actuator, 7 ... Blade side X axis actuator, 8 ... Blade side Y axis Actuator, 9 ... Wing L-axis actuator, 10 ... Control device, 20 ... Impeller, 30 ... Support shaft
Claims (3)
前記支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、
前記支持軸の中心軸線が前記基準面に設定された装置原点を通過するように前記把持装置を移動させるワーク移動装置と、
前記基準面内の装置原点で交わる3つの座標軸に沿って、前記支持軸に接触する軸側接触子及び前記翼車の開先円に接触する翼側接触子を移動させるアクチュエータと、
前記ワーク移動装置を制御して前記支持軸の中心軸線が前記装置原点と一致するように前記把持装置を移動させた後、前記アクチュエータを制御して前記支持軸と各軸側接触子との接触位置と、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行う制御装置と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。 In a state in which a support shaft having a fitting convex portion at one end and an impeller having a cylindrical groove circle formed with a fitting concave portion into which the fitting convex portion is inserted are integrally fitted. A positioning device for positioning
A gripping device for gripping the support shaft such that a center axis thereof is perpendicular to a reference plane;
A workpiece moving device that moves the gripping device so that the central axis of the support shaft passes through the device origin set on the reference plane;
An actuator that moves the shaft-side contact that contacts the support shaft and the blade-side contact that contacts the groove circle of the impeller along three coordinate axes that intersect at the device origin in the reference plane;
After the workpiece moving device is controlled to move the gripping device so that the center axis of the support shaft coincides with the device origin, the actuator is controlled to contact the support shaft with each shaft-side contactor. Measuring the position and the contact position between the blade circle of the impeller and each blade-side contact, and based on the measurement result, the center of gravity of the impeller is positioned on the center axis of the support shaft. A control device for positioning the impeller;
A positioning device comprising:
前記アクチュエータは、
前記X軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側X軸アクチュエータと、
前記Y軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Y軸アクチュエータと、
前記L軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側L軸アクチュエータと、
前記X軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側X軸アクチュエータと、
前記Y軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Y軸アクチュエータと、
前記L軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側L軸アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、
前記軸側X軸アクチュエータ、軸側Y軸アクチュエータ及び軸側L軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各軸側接触子を前記支持軸へ向けて移動させ、各軸側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記支持軸の半径を算出すると共に、前記軸側X軸アクチュエータ、軸側Y軸アクチュエータ及び軸側L軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、各軸側接触子を前記計測した接触位置にて固定し、
前記翼側X軸アクチュエータ、翼側Y軸アクチュエータ及び翼側L軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、各翼側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記翼車の開先円の半径を算出すると共に、前記翼側X軸アクチュエータ及び翼側Y軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、X軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼車の偏重心距離のX軸成分に半径差を加算した値となるようにX軸の翼側接触子の位置調整と、Y軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼車の偏重心距離のY軸成分に半径差を加算した値となるようにY軸の翼側接触子の位置調整とを行った後、翼側L軸アクチュエータを力制御モードで制御して、L軸の翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、翼側接触子が静止した位置で翼側接触子を固定する
ことを特徴とする請求項2に記載の位置決め装置。 As the three coordinate axes, an X axis and a Y axis that are orthogonal to each other at the apparatus origin, and an L axis that extends in a direction rotated by 135 ° from the X axis to the opposite side of the Y axis centering on the apparatus origin,
The actuator is
An axial X-axis actuator for moving the axial contact along the X axis;
An axis-side Y-axis actuator that moves the axis-side contact along the Y-axis;
An axial L-axis actuator that moves the axial contact along the L-axis;
A wing-side X-axis actuator that moves the wing-side contactor along the X-axis;
A wing-side Y-axis actuator that moves the wing-side contactor along the Y-axis;
A wing-side L-axis actuator that moves the wing-side contactor along the L-axis,
The controller is
The shaft-side X-axis actuator, the shaft-side Y-axis actuator, and the shaft-side L-axis actuator are controlled in the force control mode to move each shaft-side contact toward the support shaft, and each shaft-side contact is stationary. The position is measured as a contact position, the radius of the support shaft is calculated from the measurement result, and the shaft-side X-axis actuator, shaft-side Y-axis actuator, and shaft-side L-axis actuator are controlled in the position control mode, Fix the shaft side contactor at the measured contact position,
The blade side X-axis actuator, the blade-side Y-axis actuator, and the blade-side L-axis actuator are controlled in the force control mode to move each blade-side contact toward the groove circle of the impeller, and each blade-side contact is stationary. Is calculated as the contact position, and the radius of the groove circle of the impeller is calculated from the measurement result, and the blade side X-axis actuator and the blade side Y-axis actuator are controlled in the position control mode, so that the X-axis shaft side contact the distance between the child and the blade-side contactor, the position adjustment of the blade-side contact of the X-axis to a value obtained by adding the difference between the radii on the X-axis component of the mass eccentricity distance of the wheel, the axial side of the Y-axis after the distance between the contact and the blade-side contactor was performed and a position adjustment of the Y-axis of the blade-side contact to a value obtained by adding the difference between the radii on the Y-axis component of the mass eccentricity distance of the wheel, Control the wing side L-axis actuator in the force control mode, The blade-side contact of the shaft is moved toward the groove circle of the wheel, the positioning device according to claim 2, characterized in that for fixing the wing-side contact at a position where the blade-side contact is stationary.
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