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技術 除去加工深さ決定方法と装置

出願人 株式会社IHI
発明者 山口真寺内強高濱雄一本井久之山内淑久
出願日 2009年12月10日 (10年11ヶ月経過) 出願番号 2009-280950
公開日 2011年6月23日 (9年5ヶ月経過) 公開番号 2011-122945
状態 未査定
技術分野 つりあい試験
主要キーワード 回転角Φ 外周平面 方向除 重量モーメント 外周面位置 位置計測ステップ アンバランス質量 入力回転角
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年6月23日)のものです。
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図面 (11)

課題

回転体除去加工対象部をその軸方向に除去加工する場合に、回転体の偏心を考慮して、除去加工深さを決定できるようにする新たな手段を提供する。

解決手段

回転体のバランス修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心に基づいて、除去加工深さを決定する除去加工深さ決定方法であって、偏心を表す偏心データを取得する偏心データ取得ステップS1と、測定により得られた回転体のアンバランスデータに基づいて、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する算出ステップS2と、偏心データに基づいて、算出ステップで得た除去加工深さを補正する補正ステップS3とを有する。

概要

背景

回転体は、回転機械に設けられ、その軸を中心として回転する。本発明の対象となる回転機械は、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。この回転機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギー回転運動エネルギーに変換する。原動機としては、例えば、ガスタービン軸流タービンラジアルタービン)がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。被動機としては、例えば、圧縮機(遠心圧縮機航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機斜流圧縮機横流圧縮機、ポンプ)がある。また、本発明の対象となる回転機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。

回転機械の回転体のバランス修正は、この回転体のアンバランスを測定し、この測定アンバランスデータに従って、回転体における除去加工対象部を除去加工することで行う。測定アンバランスデータは、どの周方向位置(即ち、回転中心周りの位置。以下同様)に、アンバランス量としてどれだけの重量モーメント(即ち、アンバランス質量と、回転中心から該アンバランス質量の重心までの距離との積)があるかを示すデータである。測定アンバランスデータが示す周方向位置において、測定アンバランスデータが示す重量モーメントに相当する深さだけ(例えば、軸方向に)除去加工(例えば、切削)することで、回転体のアンバランスを除去する。

図1は、回転体の軸方向から見た除去加工対象部11a(図1(A)では円柱部、図1(B)では六角ナット)である。除去加工対象部11aの除去加工は、例えば、次のように行う。図1において、回転体11aの軸方向から見て、切削工具13a(この例では、エンドミル)の一部を除去加工対象部11aの外周部に重複させた状態で、切削工具11aが回転しながら軸方向に除去加工対象部11a内へ移動して切削する。図1において、斜線部分は、切削工具11aと除去加工対象部11a(即ち、前記外周部)との、前記軸方向における重複部分を示し、C1は、回転体の回転中心を示す。

上述のようなバランス修正装置は、例えば下記の特許文献1、2に記載されている。

概要

回転体の除去加工対象部をその軸方向に除去加工する場合に、回転体の偏心を考慮して、除去加工深さを決定できるようにする新たな手段を提供する。回転体のバランス修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心に基づいて、除去加工深さを決定する除去加工深さ決定方法であって、偏心を表す偏心データを取得する偏心データ取得ステップS1と、測定により得られた回転体のアンバランスデータに基づいて、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する算出ステップS2と、偏心データに基づいて、算出ステップで得た除去加工深さを補正する補正ステップS3とを有する。

目的

本発明の目的は、回転体のバランスを修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心を考慮して、除去加工深さを決定できるようにする新たな手段を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転体バランス修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心偏心に基づいて、除去加工深さを決定する除去加工深さ決定方法であって、前記偏心を表す偏心データを取得する偏心データ取得ステップと、測定により得られた回転体のアンバランスデータに基づいて、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する算出ステップと、前記偏心データに基づいて、算出ステップで得た除去加工深さを補正する補正ステップと、を有する、ことを特徴とする除去加工深さ決定方法。

請求項2

偏心データ取得ステップは、回転体の回転中心から見た所定の測定方位において、除去加工対象部の外周面位置サンプル計測位置として計測する位置計測ステップと、前記回転体を所定の角度だけ回転させる回転ステップと、を有し、位置計測ステップと回転ステップを交互に繰り返すことで、複数のサンプル計測位置を取得し、偏心データ取得ステップは、さらに、複数のサンプル計測位置に基づいて、前記回転体における回転中心周り周方向位置と、前記外周面位置との関係を表す偏心データを生成するデータ生成ステップを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の除去加工深さ決定方法。

請求項3

前記偏心データyは、次式(1)で表され、 y=Asin(ωt+θ)・・・(1) ここで、Aは、前記回転中心に対する、除去加工対象部の幾何学的中心の偏心量であり、θは、回転中心周りの基準周方向位置を示す基準角度であり、ωtは、θに対する位相である、ことを特徴とする請求項2に記載の除去加工深さ補正方法

請求項4

データ生成ステップでは、複数のサンプル計測位置と、これらサンプル計測位置に対応する複数の前記周方向位置とに基づいて、最小二乗法により、振幅Aと位相θを算出する、ことを特徴とする請求項3に記載の除去加工深さ決定方法。

請求項5

補正ステップでは、次式(2)により、除去加工深さを補正し、 Da=α×D0・・・(2) ここで、Daは、補正後の除去加工深さであり、D0は、算出ステップで算出した除去加工深さであり、αは、次式(3)で表され、 α=da/d0・・・(3)ここで、d0は、除去加工対象部の前記幾何学的中心が回転中心に一致している場合における、幾何学的中心を通り前記軸方向と平行な除去加工対象部の中心軸と前記除去加工位置との距離であり、daは、次式(4)で表され、 da=d0+Asin(θUB+θ)・・・(4) ここで、Asin(θUB+θ)は、前記式(1)の右辺において、ωtに、算出ステップで算出した除去加工位置が示す周方向位置の位相θUBを代入したものである、ことを特徴とする請求項4に記載の除去加工深さ決定方法。

請求項6

回転体のバランスを修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心に基づいて、除去加工深さを決定する除去加工深さ決定装置であって、前記偏心を表す偏心データを生成する偏心データ生成部と、測定により得られた回転体のアンバランスデータに基づいて、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する算出部と、前記偏心データに基づいて、算出部が算出した除去加工深さを補正する補正部と、を備える、ことを特徴とする除去加工深さ決定装置。

技術分野

0001

本発明は、回転体バランス修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心偏心に基づいて、除去加工深さを決定する除去加工深さ決定方法と装置に関する。

背景技術

0002

回転体は、回転機械に設けられ、その軸を中心として回転する。本発明の対象となる回転機械は、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。この回転機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギー回転運動エネルギーに変換する。原動機としては、例えば、ガスタービン軸流タービンラジアルタービン)がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。被動機としては、例えば、圧縮機(遠心圧縮機航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機斜流圧縮機横流圧縮機、ポンプ)がある。また、本発明の対象となる回転機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。

0003

回転機械の回転体のバランス修正は、この回転体のアンバランスを測定し、この測定アンバランスデータに従って、回転体における除去加工対象部を除去加工することで行う。測定アンバランスデータは、どの周方向位置(即ち、回転中心周りの位置。以下同様)に、アンバランス量としてどれだけの重量モーメント(即ち、アンバランス質量と、回転中心から該アンバランス質量の重心までの距離との積)があるかを示すデータである。測定アンバランスデータが示す周方向位置において、測定アンバランスデータが示す重量モーメントに相当する深さだけ(例えば、軸方向に)除去加工(例えば、切削)することで、回転体のアンバランスを除去する。

0004

図1は、回転体の軸方向から見た除去加工対象部11a(図1(A)では円柱部、図1(B)では六角ナット)である。除去加工対象部11aの除去加工は、例えば、次のように行う。図1において、回転体11aの軸方向から見て、切削工具13a(この例では、エンドミル)の一部を除去加工対象部11aの外周部に重複させた状態で、切削工具11aが回転しながら軸方向に除去加工対象部11a内へ移動して切削する。図1において、斜線部分は、切削工具11aと除去加工対象部11a(即ち、前記外周部)との、前記軸方向における重複部分を示し、C1は、回転体の回転中心を示す。

0005

上述のようなバランス修正装置は、例えば下記の特許文献1、2に記載されている。

先行技術

0006

特開2002−39904号公報
特開2009−19948号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかし、従来においては、除去加工対象部の偏心によりバランス修正の精度が低下する場合があった。回転体11の軸方向から除去加工対象部11aをみたときの除去加工対象部11aの幾何学的中心が、製作誤差などにより、回転体11の回転中心C1から偏心している場合がある。従来では、この偏心を考慮せずに、回転中心C1を除去加工位置の基準として除去加工対象部を切削していた。そのため、偏心により、切削工具11aと除去加工対象部13aとの重複面積図1の斜線部分の面積)が変化するので、バランス修正の精度が悪くなる場合があった。

0008

そこで、本発明の目的は、回転体のバランスを修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心を考慮して、除去加工深さを決定できるようにする新たな手段を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するため、本発明によると、回転体のバランスを修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心に基づいて、除去加工深さを決定する除去加工深さ決定方法であって、
前記偏心を表す偏心データを取得する偏心データ取得ステップと、
測定により得られた回転体のアンバランスデータに基づいて、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する算出ステップと、
前記偏心データに基づいて、算出ステップで得た除去加工深さを補正する補正ステップと、を有する、ことを特徴とする除去加工深さ決定方法が提供される。

0010

本発明の好ましい実施形態によると、偏心データ取得ステップは、
回転体の回転中心から見た所定の測定方位において、除去加工対象部の外周面位置サンプル計測位置として計測する位置計測ステップと、
前記回転体を所定の角度だけ回転させる回転ステップと、を有し、
位置計測ステップと回転ステップを交互に繰り返すことで、複数のサンプル計測位置を取得し、
偏心データ取得ステップは、さらに、複数のサンプル計測位置に基づいて、前記回転体における回転中心周りの周方向位置と、前記外周面位置との関係を表す偏心データを生成するデータ生成ステップを有する。

0011

また、本発明の好ましい実施形態によると、前記偏心データyは、次式(1)で表され、

y=Asin(ωt+θ) ・・・(1)

ここで、Aは、前記回転中心に対する、除去加工対象部の幾何学的中心の偏心量であり、θは、回転中心周りの基準周方向位置を示す基準角度であり、ωtは、θに対する位相である。

0012

好ましくは、データ生成ステップでは、複数のサンプル計測位置と、これらサンプル計測位置に対応する複数の前記周方向位置とに基づいて、最小二乗法により、振幅Aと位相θを算出する。

0013

また、好ましくは、補正ステップでは、次式(2)により、除去加工深さを補正し、

Da=α×D0・・・(2)

ここで、Daは、補正後の除去加工深さであり、D0は、算出ステップで算出した除去加工深さであり、αは、次式(3)で表され、

α=da/d0 ・・・(3)

ここで、d0は、回転体の軸方向から除去加工対象部をみたときの除去加工対象部の幾何学的中心が回転中心に一致している場合の、幾何学的中心を通り前記軸方向と平行な除去加工対象部の中心軸と前記除去加工位置との距離であり、daは、次式(4)で表され、

da=d0+Asin(θUB+θ) ・・・(4)

ここで、Asin(θUB+θ)は、前記式(1)の右辺において、ωtに、算出ステップで算出した除去加工位置が示す周方向位置の位相θUBを代入したものである。

0014

また、上記目的を達成するため、本発明によると、回転体のバランスを修正するために、回転体の除去加工対象部を除去加工する場合に、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心に基づいて、除去加工深さを決定する除去加工深さ決定装置であって、
前記偏心を表す偏心データを生成する偏心データ生成部と、
測定により得られた回転体のアンバランスデータに基づいて、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する算出部と、
前記偏心データに基づいて、算出部が算出した除去加工深さを補正する補正部と、を備える、ことを特徴とする除去加工深さ決定装置が提供される。

発明の効果

0015

上述した本発明によると、アンバランスデータに基づいて、回転体の回転中心に対する除去加工対象部の幾何学的中心の偏心を表す偏心データを取得し、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出し、前記偏心データに基づいて、算出した除去加工深さを補正する。
この場合に、偏心データの取得について、位置計測ステップと回転ステップを交互に繰り返すことで、複数のサンプル計測位置を取得する。次いで、これら複数のサンプル計測位置に基づいて、前記回転体における回転中心周りの周方向位置と、前記外周面位置との関係を表す偏心データを生成する。これにより、周方向位置に対する、偏心による外周面位置の変動を示す偏心データを取得でき、この偏心データを利用することで、偏心を考慮して除去加工深さを決定できる。
本発明の実施形態による他の効果については、以下の実施形態の説明で明らかにする。

図面の簡単な説明

0016

切削によるバランス修正の説明図である。
バランス修正装置の構成例を示す。
図2の右側から回転体の軸方向に除去加工対象部をみた場合の図である。
振動データを示す。
振動データを表す複素平面である。
図6は、除去加工位置および除去加工深さを示す。
本発明の実施形態による除去加工深さ決定装置を備えるバランス修正装置の構成例を示す。
本発明の実施形態による除去加工深さ決定方法のフローチャートである。
(A)は、位置計測ステップの説明図であり、(B)は、回転ステップの説明図である。
サンプル計測位置を示すグラフである。

実施例

0017

本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

0018

最初に、本発明の前提となるバランス修正装置を説明し、その後、本発明の除去加工深さ決定装置と方法の実施形態を説明する。

0019

[バランス修正装置]

0020

図2は、バランス修正装置10の構成図である。図2に示すように、バランス修正装置10は、支持体3、振動センサ5、角度センサ7、および算出部9を備える。

0021

支持体3は、軸受などを用いて回転機械の回転体11を支持する。回転体11は、支持体3に支持された状態で、回転体11の軸C1を中心に回転可能である。なお、支持体3の一部は、回転機械の静止側部材により構成されてもよい。なお、回転体11は、例えば、図示しない電動機により回転駆動されてもよいし、図示を省略するが回転体11がタービン翼を有する場合には、タービン翼に圧縮ガスを供給することでタービン翼と共に回転駆動されてもよい。また、他の手段で、回転体11を回転駆動してもよい。

0022

振動センサ5は、支持体3に取り付けられる。振動センサ5は、回転体11が回転している状態で、支持体3の振動加速度または速度または変位または荷重)を検出し、検出した振動を算出部9に出力する。

0023

角度センサ7は、所定の基準位置基準姿勢)からの回転体11の回転角を検出し、検出した回転角を算出部9に出力する。この回転角は、回転体11が1回転することでゼロ度〜360度まで変化する。図3は、図2の右側から回転体11の軸方向に除去加工対象部11aをみた場合の図であり、前記基準姿勢からの回転体11の回転角Φを示す。図3において、前記基準姿勢の回転体11を破線で示している。角度センサ7は、例えば磁気センサであってよい。

0024

算出部9は、振動センサ5が検出した前記振動と角度センサ7が検出した前記回転角との関係を表す振動データを生成し、さらに、この振動データから、影響係数を用いて、アンバランスデータ(後で詳しく述べる)を生成する。なお、影響係数は、予め取得しておく。影響係数は、後で詳しく述べるが、例えば、回転体11に試し錘を取り付けること等により回転体11にバランス変化を与え、このバランス変化による振動データ(前記と同様の振動データ)の変化に基づいて算出される。

0025

(振動データ)
算出部9は、アンバランスデータまたは影響係数を生成するために、振動センサ5が検出した振動と角度センサ7が検出した回転角に基づいて振動データを生成する。振動データは、後述の図5のように、振動の振幅Rと位相φによって表わされる。図4は、振動の振幅と位相φを示す。図4において、横軸は、角度センサ7により検出した回転角を示し、縦軸は、振動センサ5により検出された振動のうち1次振動の強度を示す。1次振動は、回転角の検出時における回転体11の回転速度と同じ周波数成分の振動である。即ち、1次振動は、振動センサ5による振動検出時における回転体11の回転速度(1秒間での回転数)と同じ周波数[Hz]の成分を、振動センサ5が検出した振動(即ち、振動センサ5の出力電圧)から抽出した振動(即ち、図4の縦軸に相当する振動電圧)である。図4において、位相φは、基準位相図4の例では、ゼロ度)に対する1次振動のずれを示す。即ち、位相φは、基準位相に対する、1次振動の周期の始点となる位相のずれを示す。
振動データ(即ち、後述の振動データX1、X2、X)を、複素数で表す。図5は、複素数で表した振動データを示す。図5のように、1次振動の振幅を大きさ(絶対値)Rとし、上述の位相φを偏角として、振動データを複素数で表す(以下、同様)。算出部9は、このような振動データを生成する。

0026

(影響係数)
影響係数Fは、次式(A)で表される。

F=(X2−X1)/M(cosφg+jsinφg) ・・・(A)

ここで、X1は、回転体11にバランス変化を与える前に検出した上述の振動と回転角から生成したものであり、X2は、回転体11にバランス変化を与えた状態で(例えば、回転体11に試し錘を取り付けた状態で)検出した上述の振動と回転角から生成したものである。M(cosφg+jsinφg)は、回転体11に与えた前記回転バランス変化を表す。具体的には、試し錘を使用した場合には、Mは、試し錘の質量と、回転体11の回転中心C1から回転体11に取り付けた試し錘の重心までの距離との積であり、φgは、回転体11に取り付けた試し錘の重心の周方向位置(即ち、前記回転中心C1周りの位置)を示す。この周方向位置は、所定の基準周方向位置に対する位相であってよい。また、上式(A)において、jは虚数単位である。なお、影響係数は、後述のアンバランスデータの生成と除去加工深さ決定方法の対象となる回転体11について取得してもよいし、後述のアンバランスデータの生成と除去加工深さ決定方法の対象となる回転体11を持つ回転機械とは別であるが、該回転機械と同機種の回転機械の回転体について上述と同様の方法で取得しでもよい。

0027

算出部9は、検出した回転角と振動に基づいて、次のように回転体11のアンバランスデータを生成する。
まず、算出部9は、回転体11が回転している状態で振動センサ5と角度センサ7によりそれぞれ検出された振動と回転角に基づいて、振動データを生成する。この振動データXを次式(B)で表す。

X=S+jT ・・・(B)

ここで、Sは実部であり、Tは虚部であり、jは虚数単位である。
さらに、算出部9は、この振動データXと影響係数FからアンバランスデータUを算出する。アンバランスデータUは、算出部9により次式(C)で算出される。

U=X/F ・・・(C)

Uを次式(D)の複素数で表す。

U=m(cosφ+jsinφ) ・・・(D)

ここで、mは絶対値であり、φは偏角であり、jは虚数単位である。

0028

算出部9は、生成したアンバランスデータに基づいて除去加工位置と除去加工深さを算出する。
図6は、除去加工位置Pおよび除去加工深さdを示す。図6の左側部は、図2において右側から回転体11の軸方向に除去加工対象部11aを見た図であり、図6の右側部は、図6の左側部のX−X矢視図である。また、図6において斜線部は、切削される領域を示す。除去加工位置Pは、半径方向除去加工位置と周方向除去加工位置とによって表わされる。
半径方向除去加工位置は、図6に示すように、除去加工対象部11aの偏心がないと仮定した場合における、回転中心軸C1(即ち、後述する除去加工対象部11aの幾何学的中心C2)と除去加工位置P(即ち、除去加工工具13aの中心軸)との半径方向距離rで表わされる。半径方向距離rは、予め設定された値であってよい。周方向除去加工位置は、図6に示すように、アンバランスデータUの偏角φに相当する位置であってよい。また、除去加工深さdは、除去加工工具13aの寸法と形状、アンバランスデータUの絶対値m、除去加工対象部11aの密度、半径方向除去加工位置などに基づいて、回転体11のアンバランスを除去するように設定される。なお、周方向除去加工位置または除去加工深さdは、除去加工対象部11a(例えば六角ナット)の形状に基づいて補正されてもよい(例えば特許文献2)。

0029

なお、上述のように求めた除去加工位置と除去加工深さに基づいて、図2に示す切削装置13により、回転体11のバランスを修正する。切削装置13は、バランス修正装置10に備えられてよく、回転体11の除去加工対象部11aを切削する切削工具13a(例えば、エンドミル)と、該切削工具13aを3次元的(例えば、図2の互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向)に移動させる駆動機構13bと、該駆動機構13bの動作を制御することで切削工具13aの位置を制御する位置制御部13cとを有する。具体的には、位置制御部13cにより、回転している切削工具13aが、除去加工位置において、除去加工対象部11aにおける、軸C1と平行な軸方向の端部からX軸方向に除去加工深さだけ移動することで、除去加工深さだけ除去加工対象部11aを切削する。この切削では、図1または図6の左側部のように、回転体11aの軸方向から見て、切削工具13aの一部を除去加工対象部11aの外周部に重複させた状態で、切削工具11aが軸方向に除去加工対象部11a内へ移動する。なお、位置制御部13cは、回転中心C1を基準にして切削工具13aを前記除去加工位置に位置決めする。

0030

[除去加工深さ決定装置と方法]
上述のように除去加工対象部11aを切削する場合には、回転中心C1に対する除去加工対象部11aの幾何学的中心C2の偏心によりバランスを精度よく修正できない可能性があるため、本発明の除去加工深さ決定装置と方法は、この偏心を考慮して除去加工深さを決定(補正)する。
図7は、除去加工深さ決定装置20を備えたバランス修正装置10の構成例である。除去加工深さ決定装置20は、回転体11のバランスを修正するために、回転体11の除去加工対象部11aをその軸方向に切削する場合に、回転中心C1に対する除去加工対象部11aの幾何学的中心C2の偏心に基づいて、除去加工深さを決定する。

0031

除去加工深さ決定装置20は、偏心データ生成部15、上述の算出部9、および補正部17を備える。偏心データ生成部15は、回転体11の回転中心C1に対する除去加工対象部11aの偏心を表す偏心データを生成する。算出部9は、上述のように振動と回転角の検出により得られた回転体11のアンバランスデータUに基づいて、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する。補正部17は、前記偏心データに基づいて、算出部9が算出した除去加工深さを補正する。

0032

図8は、上述の除去加工深さ決定装置20を用いた除去加工深さ決定方法を示すフローチャートである。除去加工深さ決定方法は、偏心データ取得ステップS1、算出ステップS2、および補正ステップS3を有する。

0033

偏心データ取得ステップS1では、偏心データ生成部15により、回転体11の回転中心C1に対する除去加工対象部11aの幾何学的中心C2の偏心を表す偏心データを取得する。
算出ステップS2では、上述のように、振動と回転角の検出により得られた回転体11のアンバランスデータUに基づいて、算出部9により、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出する。
補正ステップS3では、前記偏心データに基づいて、算出ステップS2で算出した除去加工深さを補正する。

0034

偏心データ取得ステップS1は、位置計測ステップS11、回転ステップS12、およびデータ生成ステップS13を有する。

0035

位置計測ステップS11では、回転体11の回転中心C1から見た所定の測定方位D(周方向位置、回転角度に相当)において、該測定方位における除去加工対象部11aの外周面位置を、位置計測器により、サンプル計測位置として計測する。図9(A)は、位置計測ステップS11の説明図であり、図5のVII−VII矢視図であるが除去加工対象部11aのみを示す。図9(A)において、前記位置計測器19は、タッチセンサである。図9(A)において、前記測定方位Dにおいて、基準位置B0から、タッチセンサ19を回転中心C1側に向けて、回転中心C1に対する半径方向(図9(A)の矢印Aの方向)に移動させ、除去加工対象部11aの外周面にタッチセンサ19が接触した位置を示す座標B1をサンプル計測位置として取得する。この座標B1は、回転中心C1に対する半径方向Bにおける位置座標であり、図9(A)の例では、その原点をOで示す。また、サンプル計測位置Yiは、前記基準位置B0を既知として、Yi=B0−B1で算出される。この算出において、B0は、サンプル計測に関するY方向の原点である。なお、図9(A)において、符号C2は、回転体11の軸方向からみた場合における除去加工対象部11aの幾何学的中心を示す。

0036

位置計測ステップS11に関し、この例では、除去加工対象部11は、六角ナットであり、軸方向から見た形状が正六角形である。この場合、前記測定方位(即ち、測定方向、この例ではタッチセンサ19の移動方向)は、六角ナット11aの辺(即ち、六角ナット11aの外周面を構成する6つの外周平面12)と直交するのがよい。なお、前記測定方位に相当する除去加工対象部11aにおける周方向位置は、既知であるとして、このステップS11と以降の各ステップを行う。

0037

また、位置計測ステップS11に関し、好ましくは、タッチセンサ19は、六角ナット11aの外周平面12に直角に接触する。すなわち、タッチセンサ19の移動方向A(Y方向)を、外周平面12と直交する方向とし、タッチセンサ19が、当該外周平面12に直角に接触するようにする。これにより、計測精度を高めることができる。この場合、六角ナット11aの外周平面12と直交する方向(回転角度)が測定方位Dとなる。

0038

回転ステップS12では、回転体11を所定の角度だけ回転させる。この例では、除去加工対象部11aが六角ナットであり、軸方向から見た形状が正六角形であることに合わせて、図9(A)の姿勢(一点鎖線で示す)から図9(B)の姿勢になるように、回転体11を回転中心C1周りに60度だけ図9(B)の矢印F方向に回転させる。すなわち、図9(B)において、一点鎖線が、回転前の六角ナット11aを示す。図7の例では、コレットチャック等により回転体11の一端部11bを把持する把持部21と、該把持部21の回転方向位置を調整する回転装置23とにより、回転体11を回転させてよい。把持部21には、軸C1と同軸ギア21aが設けられており、回転装置23は、このギア21aに噛み合うギア23aを有しギア21aを回転させるサーボモータ23bと、回転体11の回転角を検出する角度センサ7の検出値入力回転角度(即ち、回転ステップS12で回転体11を回転させる角度)に基づいて、サーボモータ23bの回転を制御する回転制御部23cとを有してよい。なお、図7に示す他の構成とその動作・処理などは、図2と同じであってよい。なお、他の適宜の手段や手動により、回転体11を回転させてもよい。

0039

前記測定方位を一定にして、位置計測ステップS11と回転ステップS12を交互に繰り返すことで、複数のサンプル計測位置を取得する。好ましくは、回転中心C1周りの周方向において、所定の間隔(好ましくは等間隔)で全周にわたって複数のサンプル計測位置を取得するまで、位置計測ステップS11と回転ステップS12を交互に繰り返す。上述のように除去加工対象部11aが六角ナットである場合には、60度だけ回転させる度にサンプル計測位置を取得することで、周方向における6箇所(各外周平面12)でサンプル計測位置を取得するのがよい。

0040

データ生成ステップS13では、偏心データ生成部15により、複数のサンプル計測位置に基づいて、回転体11における回転中心C1周りの周方向位置ωtと、前記外周面位置Yとの関係を表す偏心データを生成する。図10は、複数のサンプル計測位置Y1〜Y6を示す。図10において、Yとωtに付された数字は、複数のサンプル計測位置がそれぞれ測定された除去加工対象部11aにおける周方向位置を示す。図10において、横軸は、周方向位置ωt(即ち、周方向位置を示す角度・位相)を示し、縦軸は、前記外周面位置Yを示す。上述のように除去加工対象部11aが六角ナットである場合には、サンプル計測位置が取得された除去加工対象部11aにおける周方向位置ωt1、ωt2、ωt3、ωt4、ωt5、ωt6は、それぞれ、60度、120度、180度、240度、300度、360度である。除去加工対象部11aの幾何学的中心C2が回転中心C1から偏心しているため、サンプル計測位置は、正弦波またはこれに近い軌跡を描く。即ち、周方向位置ωtと前記外周面位置Yとの関係を次式(E)で近似できる。

Y=Asin(ωt+θ)+B ・・・(E)

ここで、Aは、回転中心C1に対する、除去加工対象部11aの幾何学的中心C2の偏心量であり、θは、回転中心C1周りの基準周方向位置を示す基準角度であり、ωtは、θに対する位相であり、Bは、定数である。なお、図10波形が式(E)で表わされる。
次に、偏心データ生成部15は、Bがゼロとなるように、Yをオフセットする。好ましくは、次のようにオフセットする。即ち、各サンプル計測位置Yi(この例では、i=1〜6)を、該サンプル計測位置を取得した測定方位と正反対の(180度異なる)測定方位において取得したサンプル計測位置からの変位yiとして、次式(F)で表す。

y1=Y1−Y4
y2=Y2−Y5
y3=Y3−Y6
y4=Y4−Y1
y5=Y5−Y2
y6=Y6−Y3 ・・・(F)

この場合、偏心データ生成部15により、上述のようにオフセットした偏心データyとして、正弦関数である次式(G)を生成する。

y=Y−B=Asin(ωt+θ) ・・・(G)

次に、複数のサンプル計測位置と、これらサンプル計測位置に対応する複数の前記周方向位置とに基づいて、最小二乗法により、次のように偏心量Aと位相θを算出する。
まず、上述のようにオフセットした複数のサンプル計測位置yiと、これらサンプル計測位置をそれぞれ取得した周方向位置ωtiとをサンプルデータとして上式(G)に適用することで、次式(H)が得られる。

0041

ここで、添え字nは、サンプル計測位置の数を示すが、上式(F)の例では6である(以下同様)。

0042

次に、最小二乗法により、偏心データ生成部15は、未知数AcosθとAsinθを次式(I)のように算出する。

0043

偏心データ生成部15は、この式(I)により求めたAcosθとAsinθから偏心量Aと位相θを算出する。

0044

補正ステップS3では、回転体11の回転中心から見た前記除去加工位置の方位(周方向位置)における偏心データyの大きさに応じて、算出部9が算出した除去加工深さを補正する。ここで、偏心データyが正のときには、除去加工深さを増やして補正し、偏心データyが負のときには、除去加工深さを減らして補正する。具体的には、以下のとおりである。

0045

補正ステップS3では、次式(J)により、補正部17が除去加工深さを補正する。

Da=α×D0・・・(J)

ここで、Daは、補正後の除去加工深さであり、D0は、算出部9が算出した除去加工深さであり、αは、次式(K)で表される。

α=da/d0 ・・・(K)

ここで、d0は、回転体の軸方向からみたときに除去加工対象部11aの幾何学的中心C2が回転中心C1に一致している場合の、幾何学的中心C2を通り前記軸方向と平行な除去加工対象部11aの中心軸と前記除去加工位置との距離であり、daは、次式(L)で表され、

da=d0+Asin(θUB+θ) ・・・(L)

ここで、Asin(θUB+θ)は、上式(G)の右辺のAsin(ωt+θ)であるが、Asin(ωt+θ)において、ωtに、算出部9が算出した除去加工位置が示す周方向除去加工位置の位相θUB(上述の偏角φに相当)を代入したものである。

0046

なお、上述のように補正された除去加工深さに基づいて、切削装置13により、回転体11のバランスを修正する。位置制御部13cにより、回転している切削工具13aが、算出部9により算出した除去加工位置において、除去加工対象部11aの軸方向端部からX軸方向に、補正部17により補正された除去加工深さだけ移動することで、当該除去加工深さだけ除去加工対象部11aを切削する。

0047

上述した本発明の実施形態では、アンバランスデータに基づいて、回転中心C1に対する除去加工対象部11aの幾何学的中心C2の偏心を表す偏心データを取得し、アンバランスを除去するために除去加工すべき除去加工位置と除去加工深さを算出し、前記偏心データに基づいて、算出した除去加工深さを補正する。この場合に、偏心データの取得について、位置計測ステップS11と回転ステップS12を交互に繰り返すことで、複数のサンプル計測位置を取得する。次いで、これら複数のサンプル計測位置に基づいて、前記回転体における回転中心周りの周方向位置と、前記外周面位置との関係を表す偏心データを生成する。これにより、周方向位置に対する、上述の偏心による外周面位置の変動を示す偏心データを取得でき、この偏心データを利用することで、偏心を考慮して除去加工深さを決定できる。即ち、偏心により、切削工具11aと除去加工対象部13aとの重複面積(図1または図6の右側部の斜線部分の面積)が変化することによるバランス修正精度の低下を防止できる。
また、式(F)により、簡単に偏心データをオフセットして、式(G)のように偏心データを正弦関数で近似できる。
さらに、補正した除去加工深さに基づいて切削することで、精度よいバランス修正が可能となる。

0048

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の内容を、単独でまたは組み合わせて採用してよい。

0049

上述の実施形態では、除去加工は切削であったが、除去加工は、レーザ照射により除去加工対象部を溶融などしてその一部を除去するものであってもよい。この場合、除去加工装置として、上述の切削装置の代わりにレーザ加工装置を用いてよく、レーザ加工装置の制御部は、算出された除去加工位置において、補正された除去加工深さだけ除去加工対象部を除去加工できるように、レーザ加工装置が当該除去加工位置にレーザ照射する時間を制御してよい。

0050

上述の実施形態では、除去加工対象部を軸方向に除去加工したが、本発明は、回転体の回転中心C1に対する半径方向に除去加工対象部を除去加工する場合にも適用可能である。
この場合、次のようにしてよい。算出ステップS2では、回転中心C1周りに関する周方向位置(即ち、上述の周方向除去加工位置)を上述の除去加工位置として算出し、除去加工深さを、除去加工対象部の外周面から回転中心C1に向かう半径方向における当該外周面からの深さとして算出する。補正ステップS3では、上述の偏心データに基づいて、算出ステップS2で得た除去加工深さを補正する。除去加工装置(切削装置またはレーザ加工装置)は、算出した除去加工位置において、補正した除去加工深さだけ除去加工対象部を切削する。他の点は、上述の実施形態と同じであってもよいし(例えば、上記の式(J)により求めたDaを補正後の除去加工深さとしてよい)、必要に応じて適宜変更してもよい。

0051

例えば、上述の実施形態では、位置計測器19はタッチセンサであったが、位置計測器19は、他の構成を有していてもよい。一例として、位置計測器19は、前記半径方向Aに向けて発光する発光部、除去加工対象部11aの外周面から前記半径方向Aと逆方向に反射して戻ってきた光を受光する受光部と、発光から受光までの時間と発光部および受光部の位置とに基づいて除去加工対象部11aの外周面位置を計測するものであってもよい。

0052

補正を表す上式(J)は、図1に示すような除去加工対象部11aと切削工具13aの形状に基づいて適宜変更してよい。

0053

また、本発明は、六角ナット以外の形状を有する除去加工対象部11a(例えば、12角ナット円柱形状のもの)にも適用可能である。

0054

3支持体、5振動センサ、7角度センサ、
9 算出部、11回転体、11a除去加工対象部、
10バランス修正装置、13切削装置、13a切削工具、
13b駆動機構、13c位置制御部、15偏心データ生成部、
17補正部、19位置計測器(タッチセンサ)、20 除去加工深さ決定装置、
21把持部、23 回転装置

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