JPH0523378B2

JPH0523378B2 -

Info

Publication number: JPH0523378B2
Application number: JP60094972A
Authority: JP
Inventors: Akio Kurata; Michio Oono
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1993-04-02
Also published as: JPS61253438A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、回転体のアンバランス量を影響係
数法を用いて算出するために使用されるフイール
ドバランス修正装置の改良に関する。

（従来の技術とその問題点）タービンや圧縮機などの、高速回転体を含む装
置のフイールドバランス修正装置として、影響係
数法に基づくものが知られる。この装置は、たと
えば三井造船技報第115巻第２頁以下（1982年７
月）に記載されており、回転体のアンバランス量
とを軸受振動との関係を線型であると仮定し、そ
の線形関係を表現する係数（影響係数）を実験的
に求めることによつて、アンバランスを解消する
ために必要とされるバランス修正量を決定しよう
とするものである。

第８図は、このような影響係数法を用いてバラ
ンス修正を行なう際に使用される従来のフイール
ドバランス修正装置の概略構成図である。同図に
おいて、このフイールドバランス修正装置１は、
マニユアルで操作されるインバータ２を含み、こ
のインバータ２からの出力が、誘導モータ等の駆
動源Ｍに与えられる。この駆動源Ｍは、回転体３
の支持手段Ｓに内蔵されている。この駆動源Ｍに
は、被測定・修正系としての回転体３が直結され
ており、この回転体３は該駆動源Ｍの駆動力によ
つて所望の回転数で回転するようになつている。

この回転体３には、回転ピツクアツプ４が設け
られており、その回転がこの回転ピツクアツプ４
によつて検出されて、回転に同期したパルス信号
としての回転信号N_pとなる。また、その回転に
よつて支持手段Ｓに生ずる振動は、支持手段Ｓに
取り付けられた２組の振動ピツクアツプ５ａ，５
ｂによつて検出され、それぞれ振動信号B₁，B₂
となる。これらのうち、回転信号N_pは、演算系
６に含まれる回転数演算器７と振動ベクトル演算
器８とに入力される。他方、振動信号B₁，B₂は、
チヤンネル切替されて上記振動ベクトル演算器８
へと入力される。回転数演算器７は、上記回転信
号N_pに基いて回転体３の回転数を表現する回転
数信号Ｘを発生し、この信号は、Ｘ−Ｙレコーダ
９のＸ入力となる。また、ベクトル演算器８は、
上記回転信号N_pに基いて、振動信号B₁，B₂のう
ちから回転体３の回転に同期し振動振幅と振動位
相とを抽出して振幅信号Y₁と位相信号Y₂とを発
生し、これらをＸ−Ｙレコーダ９のＹ入力へと出
力する。この同期成分の抽出動作は周知であるた
めここでは詳述しないが、基本的には、回転体３
の回転数に対応するフーリエ成分の抽出という形
を取る。また、計算機１０は、上記Ｘ−Ｙレコー
ダの読取り値に基いてフイールドバランス修正量
を演算するためのものである。

このような構成を有するフイールドバランス修
正システム１においは、まずインバータ２の出力
設定を適宜マニユアルで行なうことによつて、回
転体３の回転数を種々の値に安定させ、それぞれ
の回転数における回転数と振動振幅および振動位
相との関係をＸ−Ｙレコーダ９に表示させて目視
による読取りを行なう。その後、回転体３の回転
を止めて、具体的にバランスをとる位置として想
定される回転体３の修正面P₁，P₂，P₃のうちの
いずれかに既知の重さの重り（以下、「試し重り」
と言う。）を付加し、改めて回転体３を回転させ
て振動状態を表示をおこなわせる。そして、これ
らのデータに基づいて、試し重りの付加によつて
生ずる振動への影響を計算機１０によつて計算す
ることによつて影響係数を決定し、必要のバラン
ス修正量を求めている。

ところが、影響係数法によるバランス修正は、
各回転数において、試し重りを付加しない場合と
付加した場合とのそれぞれの振動データを得るこ
とが前提となつているため、このシステムのオペ
レータは、インバータ２をマニユアル制御して、
試し重りの付加前後における回転数を精密に一致
させねばならない。また、振動を抑制すべき回転
数のポイント数をN_oとし、修正面の数をP_oとし
たとき、各ポイントについて、試し重りを付加し
ないときと、P_o個の修正面のそれぞれに試し重
りを付加したときの、計（P_o＋１）回の回転数
設定を要するため、合計の回転数設定回数N_rは、 N_r＝（P_o＋１）・N_o ……(1) となる。このため、このN_r回のそれぞれについ
て、上述のように精密に回転数を一致させつつ、
昇速、回転数安定化、減速を行なわねばならない
こととなり、オペレータの負担はかなり大きなも
のとなる。特に、構造が複雑な装置になると、回
転体の振動振幅を基準値以下に抑制するには修正
面数P_oを多くとらねばならなず、それに従つて
N_rも大きな値となるため、オペレータの負担は
極めて大きなものとなる。このため、フイールド
バランス修正の作業効率が低下いてしまうという
問題がある。

また、このような複雑な制御をマニユアルで行
なわねばならないために、修正精度がオペレータ
の熟練度に依存してしまうという欠点もある。

（発明の目的）この発明は、上述の問題を克服することを意図
しており、オペレータの負担を少なくして作業効
率を高めるとともに、オペレータの熟練度にかか
わらず、高い修正精度を確保することのできるフ
イールドバランス修正装置を提供することを目的
とする。

（目的を達成するための手段）上述の目的を達成するため、この発明では、回
転体と上記回転体を支持する手段とを有する装置
を上記回転体を駆動源によつて回転させ、上記回
転体支持手段に生ずる振動を検出して、影響係数
法に基づく上記回転体のアンバランス量修正のた
めの振動データを求めるフイールドバランス修正
装置において、上記回転体の回転数および振動位
相基準点を検出する回転検出手段と、上記回転体
の回転によつて上記回転体支持手段に生ずる振動
を検出する振動検手段と、上記回転検出手段と上
記振動検出手段との出力に基づいて、上記振動の
うち上記回転に同期した振動成分を抽出し、当該
抽出結果に応じたデータを出力する同期成分抽出
手段と上記駆動源を制御して、上記回転体の回転
数を、あらかじめ設定した複数の回転数に順次増
速または減速せしめると共に各々の設定回転数で
上記増速又は減速を一時停止せしめるプログラム
が入力されており、しかも当該プログラムを実行
することによつて回転体の回転数を上記複数の設
定回転数に順次到達させる駆動制御手段と、一時
停止時における同期成分抽出手段の出力データを
振動データとして記憶する記憶手段とを設けてい
る。

また、好ましくは、上記フイールドバランス修
正装置に、上記回転体の回転状態および上記回転
体支持手段の振動状態と上記駆動源の駆動状態と
を監視する手段を設け、上記駆動制御手段に、上
記監視手段の監視出力に応答して上記駆動源を緊
急停止させる手段を含める。

（実施例）第２図は、この発明の一実施例であるフイール
ドバランス修正装置の本体を外観図である。この
装置の本体は、後述するマイクロコンピユータ等
を内蔵しており、その前面にはCRT２１が設け
られているとともに、上面にプリンタ２２が載置
されている。また、回転数などの種々のデータを
入力するためのキーボード２３が、矢印Ａ方向に
引倒し可能に設けられており、使用時には第３図
に示すごとく、枢支軸２４を支点として手前に引
倒され、不使用時には第２図のように押上げられ
て、本体内に収納される。また、第３図に示すよ
うに、キーボード２３の奥には、フロツピーデイ
スクドライブ装置２５が設けられている。このた
め、不使用時におけるキーボード２３やフロツピ
ーデイスクドライブ装置２５の防塵効果が確保さ
れることになる。

第１図は、この実施例の電気的構成を示すブロ
ツク図である。同図のうち、フイールドバランス
修正を行なう対象となる装置の回転体３や、この
回転体３を駆動するための、支持手段Ｓに内蔵さ
れた駆動源Ｍなどは第８図に示した従来の装置と
同様であるため、これらについての重視説明は省
略する。一方、このフイールドバランス修正装置
１００は、この発明の特徴的構成である駆動制御
手段の主要部として機能を具備するマイクロコン
ピユータ（パーソナルコンピユータ）２６を含ん
でおり、このマイクロコンピユータ２６には、上
述したCRT２１、プリンタ２２、キーボード２
３およびフロツピーデイスクドライブ装置２５が
接続されている。また、このマイクロコンピユー
タ２６には、バス２７を介して、カウンタ２８、
Ａ／Ｄコンバータ２９、Ｄ／Ａコンバータ３０お
よびパラレル入出力ポート３１が接続されてい
る。

このうち、パラレル入出力ポート３１には、駆
動源Ｍへの駆動電力供給等を行なうインバータ３
２その他が接続されている。また、第８図の装置
と同様に、回転体３に関連して回転ピツクアツプ
４や振動ピツクアツプ５ａ，５ｂが設けられてい
る。

回転ピツクアツプ４から得られた回転信号N_p
及びインバータ３２から得られたインバータ周波
数信号I_fはカウンタ２８に与えられる。このカウ
ンタ２８は、回転信号N_pのパルス周期から回転
体３の回転数を求め、又インバータ周波数信号I_f
のパルス周期からインバータ３２の周波数を求め
るためのものである。回転ピツクアツプ４から得
られた回転信号N_pは、振動位相基準点を得るた
め、パラレル入出力ポート３１を介してマイクロ
コンピユータ２６にも与えられる。

一方、振動ピツクアツプ５ａ，５ｂからの振動
信号B₁，B₂は、チヤンネル切替器３３に与えら
れる。このチヤンネル切替器３３は、マイクロコ
ンピユータ２６からパラレル入出力ポート３１を
介して与えられる切替信号によつて、上記振動信
号B₁，B₂を交互に切換選択し、信号B_iとしてバ
ンドパスフイルタ３４に出力する。このバンドパ
スフイルタ３４は、Ｄ／Ａコンバータ３０を介し
てマイクロコンピユータ２６からバンドパルスフ
イルタ中心周波数指令信号f_cを受取り、この信号
が指示する周波数を中心とした周波数領域で上記
信号B_iの帯域濾波を行なうためのものである。そ
して、このバンドパスフイルタ３４の出力信号
B_pは、Ａ／Ｄコンバータ２９によつてデジタル
化された後、マイクロコンピユータ２６へと与え
られる。残余の細部構成は、以下の動作説明の中
で詳述する。

そこで、以下では、第４図に示したフローチヤ
ートを参照しつつ、この実施例の動作を説明す
る。まず、第４図のルーチンに入る前に、バラン
ス修正を行なおうとする回転数N₁，N₂，N₃，
…，N_oを決定し、その回転数を指示するデータ
を、第１図のキーボード２３によつて入力し、マ
イクロコンピユータ２６中のメモリおよびフロツ
ピーデイスクドライブ装置２５に装填されたフロ
ツピーデイスクに記憶されることによつて、あら
かじめ設定しておく。この回転数すなわち設定回
転数は任意に設定することが可能である。また、
これと同時に、回転体３の起動時における回転数
N_s、同期引入れ時間T_s、昇速勾配ΔN／Δt、そ
れに、監視データとして、回転数上限値N_nax、
インバータ電流上限値I_inax、振動振幅上限値A_nax
も入力して、同様に記憶させる。

このようなデータ入力を行なつた後、第４図の
ルーチンに入る。まず、ステツプＳ１で、Ｄ／Ａ
コンバータ３０を介してインバータ３２に与えら
れるインバータ周波数指令電圧V_fや上記バンド
パスフイルタ中心周波数指令信号F_cなどについ
て、初期値のセツトを行なう。

初期値セツトの後、次のステツプＳ２において
は、キーボード２３から運転指令信号が与えられ
たか否かが反復判断され、運転指令信号が与えら
れた時点で次のステツプＳ３へと進む。ステツプ
Ｓ３で、マイクロコンピユータ２６からパラレル
入出力ポート３１を介してインバータ３２へと与
えられるインバータ運転信号I_dをオンとする。そ
して、次のステツプＳ４で、インバータ３２に与
えられるインバータ周波数指令電圧V_fを上げる
ことによつて、この電圧V_fに比例した周波数を
持つインバータ出力I_pを発生させ、このインバー
タ出力I_pを駆動源Ｍに与えて回転体３の昇速を行
なう。なお、図示しないが、このステツプでは、
駆動源Ｍの起動や同期引入れ等の制御もあわせて
行なう。

以下のステツプＳ５〜Ｓ８は、各種データの読
取り処理に相当し、このうち、ステツプＳ５で
は、回転ピツクアツプ４からの回転信号N_pに基
いて、カウンタ２８が回転体３の回転数を読取
る。また、次のステツプＳ６では、インバータ周
波数信号I_fを読取つておく。

ステツプＳ７は、振動データの読取りと演算と
を行うステツプであり、その詳細を、第５図にサ
ブルーチンとして示す。この第５図において、ま
ず、ステツプＳ２１では、パラレル入出力ポート
３１を通じて直接マイクロコンピユータ２６にも
入力されている回転信号N_pに基いて、この回転
信号N_pに含まれる回転パルスが入力したか否か
が判断され、回転パルスが入力した時点でステツ
プＳ２２へと進む。このステツプＳ２２ではサン
プリングタイマ（図示せず）がアツプするのを待
ち、アツプした時点で次のステツプＳ２３に進ん
で、振動信号B_pからの波形サンプリングを１回
行なう。次のステツプＳ２４では、サンプリング
タイマをクリアする。そして、ステツプＳ２５に
おいては全てのデータを取り終えたか否かが判断
され、サンプリングすべきデータが残つていると
きにはステツプＳ２２に戻つて同様の波形サンプ
リングが続行される。

このようにして繰返されるサンプリング動作を
タイミングチヤートとして第６図に示す。同図に
示すように、このサンプリングは、上記サンプリ
ングタイマがアツプするまでの時間Ｉをサンプリ
ング周期として行なわれる。回転体３の１回転周
期（パルス間隔）内におけるサンプリング数は、
たとえば10回程度となる。また、信号B₁，B₂に
ついての交互切替が行なわれるため、このサンプ
リング信号はB₁，B₂の双方について行われる。

全てのデータを取り終えると、ステツプＳ２５
からステツプＳ２６に移つて、上記ステツプで取
り込んだ波形サンプリングデータと、第４図のス
テツプＳ５で取り込んだ回転数データとに基づい
て、回転体３の回転に同期した振動振幅と振動位
相とを乗算方式で演算して求める。

この演算は、回転体３の回転数に対応する角速
度をω、上記サンプリングの時間列をt_i（ｉ＝１、
２、…）として、上記サンプリングによつて得ら
れる各振動値をｆ（t_i）としたとき、次の積；ｆ（t_i）sin（ωt_i） ……(2) ｆ（t_i）cos（ωt_i） ……(3) のそれぞれを１回転周期で積分するとることによ
つて、複素振動ベクトルの実部Reおよび虚部Im
を求め、√²＋²によつて振動振幅を、また、
tan^-1（Im／Re）によつて振動位相をそれぞれ算
出することによつて行なう。このような同期成分
の抽出演算が完了すると、第４図のメインルーチ
ンへとリターンする。なお、この実施例では、上
記振動波形ｆ（t_i）を取込んでちることによつて、
波形観測や周波数解析をもあわせて行なうことが
できる。

第４図の次のステツプＳ８では、第１図のイン
バータ出力I_pについて設けられたカレントトラン
ス３６から、インバータ電流の大きさを表わすイ
ンバータ電流信号I_iを読取つておく。その後、ス
テツプＳ９において、当該回転数に応じたバンド
パスフイルタ中心周波数f_cを求め、その値をセツ
トしておく。つまり、バンドパスフイルタ３４に
よつて信号B_iの帯域濾波を行なうにあたつては、
回転体の回転数に相当する周波数付近の周波数成
分のみを通過させることになるが、この装置で
は、各設定回転数におけるデータ読取りをひとつ
の動作シーケンス下で行なうため、各設定回転数
に応じた濾波特性を順次与える必要があり、その
ために、このステツプＳ９における演算とセツト
とを行なうわけである。

次のステツプＳ１０では、上記各ステツプにお
いて読取られ、または演算して求められた回転
数、振動振幅、振動位相、インバータ周波数およ
びインバータ電流を、CRT２１に表示する。そ
して、ステツプＳ１１へと移り、現時点における
回転数が、あらかじめ記憶されている設定回転数
のうちの最初のもの（N₁）に到達したか否かが
判断され、到達しないときにはステツプＳ３へと
戻り、インバータ運転信号I_dのオン状態を保つた
ままで、回転体の昇速と各種データの読取り・表
示とを続行する。

ステツプＳ１１において、回転体３の回転数が
最初の設定回転数N₁に到達したものと判断され
ると、ステツプＳ１２へ進んで、インバータ周波
数指令電圧V_fを一定値に保つことによつて回転
体３の昇速を一時停止し、回転数を当該設定回転
数N₁に保持する。そして、ステツプＳ１３で、
その時点で読込んだ振動振幅、振動位相を、マイ
クロコンピユータ２６中のメモリに、振動データ
としてストアしておく。

ステツプＳ１４では、あらかじめ設定されてい
るすべての設定周波数についての振動データを記
憶したか否かが判断され、そうでないときには、
ステツプＳ３へと戻つて、さらに昇速を行ない、
残りの設定回転数N₂，…，N_oについて上記各ス
テツプを繰返す。

このような動作による回転体３の回転数変化を
第７図に示す。同図に示すように、時刻ｔ＝０で
起動した回転体３は、時刻ｔの経過につれて昇速
し、同期引入れ時間T_sにおいて引入れ回転数N_s
へと引入れられ、その後、あらかじめ設定された
昇速勾配ΔN／Δtで昇速して、最初の設定回転数
N₁に至る。設定回転数においては、回転数安定
化の目的で昇速が一時停止される。

回転数N₁での振動データ取込みが終わると、
再び昇速が開始され、次の設定回転数N₂に至る。
以下、同様にして、最後の設定回転数N_oに至る
と、第４図のステツプＳ１５へと移り、インバー
タ運転信号I_dをオフとし、また、インバータ周波
数指令電圧V_fをリセツトすることによつて、回
転体３の回転を停止させる。この停止動作もま
た、第７図中に示されている。このようにして、
回転体３は、自動的に各設定回転数に順次到達
し、所望のデータを得ることができる。

次に修正面P₁に試し重りを付加して、上述し
た動作と同様な動作を行なう。ここでも、回転体
３の回転数が各設定回転数に自動的に到達するた
め、試し重りの付加前後において、測定を行なう
回転数が高精度で一致することになる。第１図の
他の修正面P₂についても同様である。このよう
にして得られたデータによつて、影響係数法に基
づくフイールドバランス修正量の計算が行なわれ
るが、ここで得られたデータはそのままフイール
ドバランス修正量の演算プログラムに引渡されて
もよく、また、フロツピーデイスク保存したり、
プリンタ２２によつてハードコピー化してもよ
い。

ところで、この実施例では、上記回転数制御の
自動化のみでなく、装置の監視機能をも自動化し
ている。すなわち、第１図中のインバータ３２か
らパラレル入出力ポート３１を介してインバータ
トラブル信号I_tがマイクロコンピユータ２６に入
力された場合や、カレントトランス３６から入力
されるインバータ電流信号I_iが上限値I_inaxを越え
た場合、それに、回転体３の回転数や振動振幅が
上限値N_nax，A_naxをそれぞれ越えた場合などは、
マイクロコンピユータ２６における第４図のルー
チンに割込みが入り、インバータ運転信号I_dをオ
フするなどの処理によつて、駆動源Ｍしたがつて
回転体３の回転を緊急停止させる。また、この緊
急停止は第１図の緊急停止スイツチ３５の押下に
よつても行なわれる。したがつてオペレータは、
回転数制御のほか、監視作業においても負担が軽
減されることになる。

なお、上記実施例では、回転体３の昇速を、設
定回転数の低いものから順に行なつており、この
処理の方が効率的であるが、この発明においては
これにこだわるものではない。また、設定回転数
を離散的にすることも必要ではなく、所定の範囲
内に所属する回転数についてできるだけ多くのデ
ータが欲しい場合には、データの読取りが行なわ
れるごとに、それらを記憶しておいてもよい。

設定回転数つまり振動を抑圧すべき回転数は、
回転体３の修正面P₁，P₂に試し重りを付加しな
い状態で回転体３の昇速を行ない、振動状態等を
目視して実験的に決定してもよい。

また、上記実施例では駆動源Ｍと回転体３とを
直結しているが、機械的無段階変速機などを用い
たものであつてもよい。さらに、この発明はマイ
クロコンピユータに限らず、ハード的な構成によ
つて実現することも可能である。

（発明の効果）以上説明したように、この発明は以下の効果を
奏する。

回転体の回転数を各設定回転数に確実に到達
させることができる。しかも到達後一時停止さ
れている時間内では、回転数は当該設定回転数
に保持し続けられているので、振動データ読込
み時の各回転数を安定化させることができる。
その結果、本発明は、正確な振動データを確実
に求めることができる。

上記効果より、本発明は、試し重り付加前
後の各回転数を共に各設定回転数に高精度で一
致させることができる。このことは、試し重り
付加前後の両振動データ正確に求めることが可
能であることを意味する。従つて本発明によれ
ば、アンバランス量修正の基本である影響係数
を正確に得ることが可能となる。

更に本発明では、従来オペレータがマニユア
ルで行つていた試し重り付加前後の回転数一致
作業を、駆動制御手段による自動プログラム制
御で行うこととしたので、オペレータの労力を
軽減することができ、作業効率を向上せしめる
ことができる。従つて、オペレータ一人が複数
台の回転体のバランス修正を実行することも可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の電気的構成を示す
ブロツク図、第２図および第３図は実施例におけ
る本体の外観を示す外観図、第４図および第５図
は実施例の動作を示すフローチヤート、第６図は
波形サンプリングを説明するためるのタイミング
チヤート、第７図は回転体の回転数変化を示すグ
ラフ、第８図は従来のフイールドバランス修正装
置を示すブロツク図である。３……回転体、４……回転ピツクアツプ、５
ａ，５ｂ……振動ピツクアツプ、Ｍ……駆動源、
２６……マイクロコンピユータ、３２……インバ
ータ、１００……フイールドバランス修正装置、
P₁，P₂……修正面。

Claims

【特許請求の範囲】１回転体と、前記回転体を支持する手段とを有
する装置の前記回転体を駆動源によつて回転さ
せ、前記回転体支持手段に生ずる振動を検出し
て、影響係数法に基づく前記回転体のアンバラン
ス量修正のための振動データを求めるフイールド
バランス修正装置であつて、前記回転体の回転数および振動位相基準点を検
出する回転検出手段と、前記回転体の回転によつて前記回転体支持手段
に生ずる振動を検出する振動検出手段と、前記回転検出手段と前記振動検出手段との出力
に基づいて、前記振動のうち前記回転に同期した
振動成分を抽出し、当該抽出結果に応じたデータ
を出力する同期成分抽出手段と、前記駆動源を制御して、前記回転体の回転数
を、予め設定した複数の回転数に順次増速または
減速せしめると共にそれぞれの設定回転数で前記
増速または減速を一時停止せしめるプログラムが
入力され、且つ、前記プログラムの実行により前
記回転体の回転数を前記複数の設定回転数に順次
到達させる駆動制御手段と、前記一時停止時における前記同期成分抽出手段
の出力データを、前記振動データとし記憶する記
憶手段とを備えるフイールドバランス修正装置。２前記フイールドバランス修正装置には、前記
回転体の回転状態および前記回転体支持手段の振
動状態と前記駆動源の駆動状態とを監視する手段
が設けられており、前記駆動手段は、前記監視手
段の監視出力に応答して前記駆動源を緊急停止さ
せる手段を含む、特許請求の範囲第１項記載のフ
イールドバランス修正装置。