JPH04105035A - つり合い試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被測定物がたとえば自動車用エンジンのクラ
ンクシャフトのような回転体である場合において、これ
を回転させながらつり合い度を試験するための、つり合
い試験機に関するものである。

（従来の技術） 上記のような被測定物の場合、製品のつり合い度を試験
し、不つり合いの度合が許容範囲を趙えているときには
これを音歪する加工を施すか、不良品として処分するこ
とになる。このためのつり合い試験機として広く用いら
れているものを第４図について説明する０図においてｌ
はつり合い試験機であって２はその基台である。基台２
の四隅には支柱３が植立されており、その上部に天板４
が取付けられている。天板４の下面で支柱３の内側に位
置するところには、フロント（図における右側）および
リアそれぞれ２枚の振動板５，６の上端が固定されてい
る。

フロントおよびリアの振動板５．６の各下端間は連結部
材７．８で連結されており、この連結部材７．８のそれ
ぞれ対向する内側には、被測定物（後述するエンジン用
のクランクシャフト）を受けるとともに、この被測定物
を回転自在に支持するローラ９（リア側は図示せず）が
取付けられている６対向するローラ９のうちの一方のも
の（図示例ではリア側）には同軸でプーリｌＯが結合さ
れている。そしてこのこのプーリＩＯと、駆動手段とし
て基台２に取付けられたモータ１１の出力軸に取付けら
れたブー９１２とに、ベルト１３が掛渡されている。し
たがってモータ１１が作動すればこの回転力がプーリｌ
Ｏと同軸側のローラ９に伝えられることになる。

フロントおよびリアの振動板５．６の一側（図示例では
手前側）の下端に対向したところには、板状のブラケッ
ト１４．１５が基台２から植立されており、このブラケ
ット１４．１５の各上端にそれぞれフロント用とリア用
の非接触変位計＋６．１７が取付けられている。これら
非接触変位計１６．１７は振動板５．６の振動を非接触
で検出し、振動値を電気的信号として出力するものであ
る。この非接触変位計１６．１７の出力側は信号処理装
置１８に接続されている。信号処理装置１８はフロント
およびリアの非接触変位計１６．１７の出力値から、被
測定物のつり合い状態を検出するものである。

このような構成からなるつり合い試験［１を使用して被
測定物のつり合い状態を試験するときには、被測定物（
−例として第５図に示す自動車エンジン用のクランクシ
ャフト１９）の両端をローラ９で挟持し、モータ１１を
作動させる。モータＩＩの作動によって被測定物が回転
すると、回転によって発生する振動が連結部材７．８か
ら振動板５６に伝達してこれを水平方向に振動させるこ
とになる。この振動による変位は、その近傍に位置する
非接触変位計１６．１７によって検出される。すなわち
、回転する被測定物が均衡がとれており、つり合い状態
が良好なときには、フロント、リア両方の非接触変位計
１６．１７の出力信号の振幅はぜろになるから、信号処
理装置１８はつり合い状態が良好であるとの判断をする
。もし、つり合い状態が良好でないときには、フロント
、リア両方の非接触変位計１６．１７はその不つり合い
の度合に比例した振幅の出力信号を発するから、信号処
理装置１ｉ１８は被測定物が不つり合いなものであるこ
と、およびその不つり合いの程度を検出することになる
。

第５図は、第４図に示した振動検出部分と信号処理装置
１８の内部回路とを示したものである。この図において
符号１９で示すものは、被測定物として前述した自動車
エンジン用のクランクシャフトである。クランクシャフ
ト１９の両端部近傍には振動１１１ｉ［５，６が設けら
れており、クランクシャフト１９が回転したとき、矢印
で示すように図における左右方向に振動するようになっ
ている。非接触変位計１６．１７はこの振動に感知し、
その結果を電気信号として出力して、二次のローパスフ
ィルタ２０、２１に与えるようになっている。非接触変
位計１６、１７から得られる信号はノイズ成分が多く　
Ｓ／Ｎ比が低くなって、これが測定誤差の原因となるた
めに、このノイズ成分を除去するために、二次のローパ
スフィルタ２０．２１を設けて、Ｓ／Ｎ比を充分に高め
るのである。

二次のローパスフィルタ２０．２１の出力側はＡ／Ｄ変
換器２２の入力側に接続されている。Ａ／Ｄ変換器２２
は、二次のローパスフィルタ２０．２１の出力信号であ
るアナログ信号をディジタル信号化するものであり、同
信号をディジタル化してマイクロコンピュータ２３に入
力するものである。マイクロコンピュータ２３は、この
信号でつり合い度の判断を行なうが、被測定物であるク
ランクシャフト１９の１回転毎の基準信号を必要とする
ため、クランクシャフト１９の近傍に設けられた、回転
検出器としての近接スイッチ２４から、１回転毎のパル
ス信号も得るようになっている。マイクロコンピュータ
２３はこれらの信号を処理して不つり合い量とその角度
とを算出し、出力端子２５に出力する。

第６図は不つり合いの振動による信号■と、近接スイッ
チ２４による回転基準信号■とを示したものである（不
つり合い量は水平振動の振幅、不つり合いの角度は基準
信号と不つり合い量との位相差）。このうちの信号■は
、二次のローパスフィルタ２０．２１によってノイズ成
分が除去された状態の波形であるが、この略サイン波の
時間的変化と、一定時間毎に発生する■で示すパルス波
との位置のずれの大きさによって、不つり合いの度合い
を測定するのである。この場合において、ローパスフィ
ルタには、一般に通過信号の周波数に対して位相差がず
れる特性（第７図参照）があることから５このようなず
れが生ずることのない■で示すパルス波に、ローパスフ
ィルタのずれ分の配慮を加えないでそのまま比較すると
、二次のローパスフィルタ２０．２１に起因したずれ分
（第６図では便宜上、信号■側に表示した）が５あたか
も被測定物の不つり合いの結果生ずる信号と混同してし
まうのである。

（発明が解決しようとする課題） 従来のつり合い試験機１は、以上説明したようにして被
測定物のつり合い状態を検出することになるが、ｍｊ述
のようにローパスフィルタには位相遅と特性があり、こ
の例の場合には二次のローパスフィルタ２０２１には第
７図に示すように２周波数が６．８Ｈｚで０であり、周
波数がそれより低いときには位相差がマイナス側に、ま
た周波数が６、８Ｈｚより高くなるとプラス側に変化す
るという位相遅れ特性が存在することから、これがロー
パスフィルタ２０．２１による周波数変動となる。

これについてさらに説明する。被測定物を測定のために
回転させる駆動源はモータＩＩであるが、このモータ１
１には誘導モータを使用することが多い。この誘導モー
タには３％程度の回転数変動があることから回転数変動
は信号■、■の両方に影響を与えることになる。影響が
■、■の両信号に同条件に与えられている限りにおいて
は、これが即、測定誤差の要因となることはないが、ロ
ーパスフィルタの特性から、この変動がローパスフィル
タにおける周波数の変動となり、すなわち、位相遅れが
変化してしまうことになる。このため、これが不つり合
いの角度誤差となって測定精度な悪化させる大きな要因
となっていた。

この問題の一つの解決案として成された発明に特開昭５
８−１８７８２６号公報に開示されるものがある。この
発明においては、上記ローパスフィルタ（積分回路）の
影響を無くすための手段として、マイクロコンピュータ
により補正することを行なっている。このようにマイク
ロコンピュータを用いて補正をするようにしてもよいが
、マイクロコンピュータを用いるようにすると、このた
めのソフトウェアが必要となり、また装置が高価となっ
てしまう問題がある。

本発明は、従来のものが有するこのような問題を回避す
ることを目的として成されたものであり、マイクロコン
ピュータを用いることなしに５測定精度の高いつり合い
試験機を得ようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するための手段として、被測
定物（クランクシャフト１９）を回転自在に支持してこ
れを回転させるように駆動手段（モータＩＩ）を設けた
基台２と、前記被測定物の回転に伴なう振動を受けて振
動する振動板５．６と、この振動板５．６の振動を変位
として捉え、これを電気信号として出力する変位計（非
接触変位計１６．１７）とを有するつり合い試験ｍｌに
おいて、前記被測定物の回転を検出する回転検出器（近
接スイッチ２４）と、この回転検出器の回転信号を受け
て所定数のパルス信号を発生させる倍周回路２９ならび
にこの倍周回路２９の発生したパルス数をカウントする
カウンタ３０と、一定周期のクロックパルスを発生させ
るクロック発振回路３８ならびにゲート信号に基いてこ
のクロックパルスをカウントするダウンカウンタ３７と
、このダウンカウンタ３７のカウント値を記憶するラッ
チ回路３５と、ラッチ回路３５の記憶したカウント値と
前記カウンタ３０のカウント値が一致した時（−数回路
３１）に振動出力信号を取込むパルス信号を出力するパ
ルス遅延回路２６を備えたことを特徴とするつり合い試
験機を得たものである。

（作用） このような構成とすれば、パルス遅延回路２５が二次の
ローパスフィルタ２０．２１の特性上生ずる位相遅れと
、遅れのない基準信号との同期をとることになるから、
二次のローパスフィルタ２０．２１の特性の影響を受け
ることが無くなることになる。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を図について説明する。第１図
において符号１９で示すものは、被測定物として前述し
た自動車エンジン用のクランクシャフトである。クラン
クシャフト１９の両端部近傍には振動板５．６が設けら
れており、クランクシャフト１９が回転したとき、矢印
で示すように図における左右方向に振動するようになっ
ている。

非接触変位計１６．１７はこの振動に感知し、その結果
を電気信号として出力して、二次のローパスフィルタ２
０．２１に与えるようになっている。非接触変位計１６
．１７から得られる信号はノイズ成分が多く　Ｓ／Ｎ比
が低いため、二次のローパスフィルタ２０．２１によっ
てＳ／Ｎ比を充分に高めるのである。

次のローパスフィルタ２０．２１の出力側はＡ／Ｄ変換
器２２の入力側に接続されている。Ａ／Ｄ変換器２２は
、二次のローパスフィルタ２０．２．１の出力信号であ
るアナログ信号をディジタル信号化するものであり、同
信号をディジタル化してマイクロコンピュータ２３に入
力するものである。マイクロコンピュータ２３は、この
信号でつり合い度の判断を行なうが、被測定物であるク
ランクシャフト１９の１回転毎の基準信号を必要とする
ため５クランクシヤフト１９の近傍に設けられた、回転
検出器としての近接スイッチ２４から、１回転毎のパル
ス信号も得るようになっている。

以上説明したところは第５図について従来技術として説
明したところと同様であるが、近接スイッチ２４の出力
信号をそのままマイクロコンピュータ２３に直接入力せ
ず、次に詳細に説明するパルス遅延回路２６を介して入
力するところに大きな特徴がある。この構成によって、
測定する回転数付近では、近接スイッチ２４からのパル
ス信号に二次のローパスフィルタ２０．２１と同様な位
相遅れを故意に発生させ、被測定物の測定回転数に変動
が生じたときには、そのために生ずる二次のローパスフ
ィルタ２０．２１での位相のずれを相対的に打消すよう
にする。

第２図は第１図中のパルス遅延回路２６の内部構成を詳
細に示すものである。これを説明する。２７は入力端子
であり、近接スイッチ２４が接続されるものである。ま
た２８は出力端子でありマイクロコンピュータ２３の入
力側に接続されるものである。

入力端子２７には倍周回路２９が接続されており、入力
端子２７に入力する周波数ｆ、のパルス信号を、設定さ
れた整数Ｎ倍の周波数ｆ、に変換するようになっている
６倍周することにより、入力端子２７に現れる入力信号
が被測定物であるクランクシャフト１９が１回転する毎
に１パルス現れるのを、その整数倍であるＮパルスにす
る０倍周回路２９の出力側にはカウンタ３０が接続され
ており、倍周回路２６の出力信号であるパルス数を１周
期毎にカウントするようになっている。カウンタ３０の
出力信号は後述する一致回路３１に与えられる。

入力端子２７にはＦ／Ｆ回路（フリップフロップ回路。

以下同じ）３２の入力端も接続されており、入力端子２
７に人力された信号を分周して、測定１回転毎に反転す
る信号を作り出すようになっている。このＦ／Ｆ回路３
２の出力側はワンショットパルス回路３３の入力側とア
ンド回路３４の一つの入力端子とに接続されている。ワ
ンショットパルス回路３３はＦ／Ｆ回路３２からアント
回路３４に加えられる出力信号に同期して次段に接続さ
れたラッチ回路３５に記憶用パルス信号を与えるもので
ある。

このワンショットパルス回路３３の出力側は、ラッチ回
路３５のほか、第２のワンショットパルス回路３６の入
力側にも接続されている。この第、２のワンショットパ
ルス回路３６は、アンド回路３４の出力側に接続された
ダウンカウンタ３７を、ラッチ回路３５がカウント値を
記憶した後にクリアするためのものである。ダウンカウ
ンタ３７の出力信号はラッチ回路３５に与えられるよう
になっており、ラッチ回路３５の出力側は一致回路３１
に与えられるようになっている。前述のアンド回路３４
の他の−つの入力端子には、一定周波数のパルス信号を
発振するクロック発振回路３８の出力側が接続されてい
る。

このような構成からなるパルス遅延回路２６を有する本
発明のつり合い試験機は５次のように作動する。被測定
物であるクランクシャフト１９が回転し、これによって
振動板５．６が振動し、この振動を非接触変位計１６．
１７が捉え、この信号を二次のローパスフィルタ２０．
２１を介してＡ／Ｄ変換器２２に与えて、その出力信号
をマイクロコンピュータ２３に入力し、被測定物のつり
合い状態を検出するまでの点については、第５図に示し
たものの作動と変わるところがない。この場合、前述の
ように、二次のローパスフィルタ２０．２１には第７図
に示すような位相遅れ特性が存在することと、被測定物
を回転させるための駆動装置としてのモータ１１に誘導
モータを使用する関係で、３％程度の回転数変動がある
ことから、この変動がローパスフィルタにおける周波数
の変動となり、すなわち、位相遅れが変化してしまうこ
とになる。このため、前述したようにこれが不つり合い
の角度誤差となって測定精度を悪化させる要因となる。

第２図に示した構成のパルス遅延回路２６を有する本発
明のつり合い試験機ｌによれば、この問題が解決される
。これを第２図の各部分の出力波形とそのタイミングを
示した第３図を用いて説明する。この図において■は近
接スイッチ２４が検出する基準信号であり、被測定物（
クランクシャフト＋９）が１回転する毎にｌパルス発生
するものである。■は倍周回路２９の出力波形で、上記
■の出力信号があるたびに、これをあらかじめ定めた倍
数の周波数に変換するものである（倍数がＮのときＮｆ
ヘルツ）。＠はカウンタ３０の出力信号で、上記倍周回
路２９の出力波形を数えるものである。このカウンタ３
０の出力は、当然に基準信号■が発生したときにのみ発
生する。

■はＦ／Ｆ回路３２の出力波形である。Ｆ／Ｆ回路であ
るから、当然に入力端子２７に信号が入力したときに立
上がり、次に信号の入力があると立下がることになる。

したがって被測定物が２回転する毎に１パルス発生とい
うことになる。■はワンショットパルス回路３３の出力
波形、■はワンショットパルス回路３６の出力波形であ
る。これらの回路はＦ／Ｆ回路３２の出力信号があった
ときに作動するので、パルス波の発生は図示するような
タイミングとなる。■はクロック発振回路３８の出力波
形で、図示するように一定形状で連続して発生するもの
である。このクロック発振回路３８の出力信号は終始発
生しているので、Ｆ／Ｆ回路３２が出力信号を出したと
きには、アント回路３４がＯのような出力信号を発生す
る。

ダウンカウンタ３７はＭからカウントを開始し、Ｍ−Ｍ
までカウントダウンしていく。ラッチ回路３５はこのＭ
　−Ｍ′を記憶するので、カウンタ３０の値がＯから始
まりＮに達するまでにラッチ回路３５のｆ直Ｍ　−Ｍ’
と一致するところがある（一致するように、あらかじめ
Ｍ、Ｍ’、Ｎの値を決めておく）。

第３図中の■はダウンカウンタ３７の出力値（リセット
からＭ−１、Ｍ−２，−・−）を示し、■はラッチ回路
３５の出力値である。このようにしてラッチ回路３５の
出力値がカウンタ３０の出力値に合致したとき、−数回
路３１は出力端子２８に第３図の■のようなパルス信号
を発するので、マイクロコンピュータ２３（第１図参照
）は、この信号■を基準として、つり合い状態の試験を
行なう、これによって、二次のローパスフィルタ２０．
２１の位相遅れの影響を受けずに試験できることになる
。なお、図中にＡで示す範囲、すなわち１周期の開始時
から一致回路３１が出力信号としてパルス波を発生する
までの間が、基準信号に対する遅れ時間となる。換言す
れば、ダウンカウンタ３７のカウント値を数（ｌｆｔ　
Ｎで除した分だけ遅れたものとなる。

以上のようにして被測定物のつり合い試験を行なうに当
り、１！備行為として、周期が変化するとカウントｆｔ
１Ｉがどのくらい変化するかを、あらかじめ計算で求め
ておく、すなわち、カウント値の変化量が、ちょうどロ
ーパスフィルタで遅れる分と一致する遅れとなるように
、あらかじめ計算しておく必要がある。またダウンカウ
ンタ３７のカウント値は、前述のように入力端子２７へ
の周波数が高いほど大きくなるようにしであるので、位
相の遅れも大きくなる。この遅れが第６図と同様の特性
となるようにＮの値とクロック発振回路３８の発振周波
数を決めておく必要がある。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したように、被測定物を回転自在に
支持してこれを回転させるように駆動手段を設けた基台
と、前記被測定物の回転に伴なう振動を受けて振動する
振動板と、この振動板の振動を変位として捉え、これを
電気信号として出力する変位計とを有するつり合い試験
機にお−いて、前記被測定物の回転を検出する回転検出
器と、この回転検出器の回転信号を受けて所定数のパル
ス信号を発生させる倍周回路ならびにこの倍周回路の発
生したパルス数をカウントするカウンタと、一定周期の
クロックパルスを発生させるクロック発振回路ならびに
ゲート信号に基いてこのクロックパルスをカウントする
ダウンカウンタと、このダウンカウンタのカウント値を
記憶するラッチ回路と、このラッチ回路の記憶したカウ
ント値と前記カウンタのカウント値が一致した時に振動
出力信号を取込むパルス信号を出力するパルス遅延回路
を備えたことを特徴とするつり合い試験機である。

このように構成したことにより、非接触変位計の出力信
号からノイズ成分を除去してＳハ比を上げるために二次
のローパスフィルタを使用しても、このローパスフィル
タの有する位相差遅れの影響を受けないことになる。そ
してその手段としてマイクロコンピュータを使用しない
のでソフトウェアが不要である。モータに回転誤差があ
ってもこれを試験結果に影響させないようにできるので
、特別高精度なサーボモータ等を使用しなくても安価な
誘導モータで足りること、ならびに簡単な部品のみで構
成できるので５コスト的に有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は第１図中
のパルス遅延回路を詳細に示した回路図、第３図は第２
図に示した回路の作動を説明するためのタイムチャート
図、第４図はつり合５＞試験機の外観を示す斜視図、第
５図は従来回路を示す回路図、第６図は不つり合いの振
動Ｇこよる信号と近接スイッチによる回転基準信号とを
示すり゛ラフ、第７図はローパスフィルタの特性を示す
グラフである。 ｌ−つり合い試験機 ２−基台 ５．６・−振動板 １１−モータ １６、１７一−非接触変位計 １ｇ−一信号処理装置 １９−クランクシャフト ２０．２１−二次のローパスフィルタ ２２−Ａ／Ｄ変換器 ２３−マイクロコンピュータ ２４−近接スイッチ ２６−パルス遅延回路 ２９−倍周回路 ３０−カウンタ ３１　・・・−数回路 ３２−・・Ｆ／Ｆ回路 ３３、３６・−ワンショットパルス回路３４−・・アン
ド回路 ３５−・ラッチ回路 ３７−・・ダウンカウンタ ３８−・・クロック発振回路 特　許　出願人　トヨタ自動車株式会社第１ １・・つり合い試験機 ２９．基台 ５．６・・・振ａ板 １１・・七−夕 １９・・クフソクジャフト ２０．２１・　・ニ次めローパスフィルり２２・・・Ａ
／Ｄ交換器 ２３−マイグロコソヒ゛ユータ 図 Ｕ・・肚接スイッチ に・、／Ｙルス遵′ＶＬ回路 ３０・・カウンタ ３１・・・一致回距 莫・・ ３５・ ご・・ 菫・・ 了ソド回路 ウソヶ回路 ダウンカウンタ クロソク究振可路 菓２図 第４図 第５図 第６図 第７ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物を回転自在に支持してこれを回転させる
   ように駆動手段を設けた基台と、前記被測定物の回転に
   伴なう振動を受けて振動する振動板と、該振動板の振動
   を変位として捉え、これを電気信号として出力する変位
   計とを有するつり合い試験機において、前記被測定物の
   回転を検出する回転検出器と、この回転検出器の回転信
   号を受けて所定数のパルス信号を発生させる倍周回路な
   らびに該倍周回路の発生したパルス数をカウントするカ
   ウンタと、一定周期のクロックパルスを発生させるクロ
   ック発振回路ならびにゲート信号に基いて該クロックパ
   ルスをカウントするダウンカウンタと、該ダウンカウン
   タのカウント値を記憶するラッチ回路と、該ラッチ回路
   の記憶したカウント値と前記カウンタのカウント値が一
   致した時に振動出力信号を取込むパルス信号を出力する
   パルス遅延回路を備えたことを特徴とするつり合い試験
   機。