JP5179922B2

JP5179922B2 - Rotating body balance correction device

Info

Publication number: JP5179922B2
Application number: JP2008087965A
Authority: JP
Inventors: 信之黒崎; 茂狩野; 哲浅野; 潤一鈴木
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009241172A

Description

本発明は主軸の回転によって回転体が回転する加工工具、測定器具、外部記憶装置等に主に使用され、特にスピンドルに加工工具を取り付けた精密加工機械、スピンドルに測定子を取り付けた三次元測定器、スピンドルに円盤状記憶媒体を取り付けたDVD-RＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の回転体バランス補正に関するものである。 The present invention is mainly used in a processing tool, a measuring instrument, an external storage device, etc., in which a rotating body rotates by rotation of a main shaft, in particular, a precision processing machine having a processing tool attached to a spindle, and a three-dimensional measurement having a probe attached to the spindle. The present invention relates to a balance correction of a rotating body such as a DVD-ROM, a CD-ROM, etc., in which a disk-shaped storage medium is mounted on a device and a spindle.

従来より加工工具、測定器具、外部記憶装置等を取り付けたスピンドルをモータで高速回転させる装置は、高能率、高精度、高速度の加工・測定・応答処理が必要されることからスピンドルを更なる高速回転させることが要求されている。 Conventionally, a device that rotates a spindle equipped with a processing tool, measuring instrument, external storage device, etc. at high speed with a motor requires high-efficiency, high-precision, high-speed machining, measurement, and response processing. It is required to rotate at high speed.

しかし、スピンドルを高速回転させることはスピンドルの残留バランス及び加工工具、測定器具、外部記憶装置等の回転体を保持し、且つスピンドル、加工工具、測定器具、外部記憶装置の主軸に該当するホルダ（支持体）の回転バランスが不安定になる問題を生じる。このように回転体を保持するホルダ（支持体）の回転バランスが不安定なままで高速回転させた場合はホルダ（支持体）の偏心が原因となり、スピンドルを支持する軸受を破損させる危険が高いこと、及び加工工具においては切削面粗度に影響があること、測定器具では測定精度に大きな誤差を生じること、外部記憶装置では読み書き誤差が生じること等の問題が発生してしまう。 However, rotating the spindle at a high speed holds the remaining balance of the spindle and a rotating body such as a processing tool, a measuring instrument, and an external storage device, and a holder corresponding to the spindle of the spindle, processing tool, measuring instrument, and external storage device ( The problem arises that the rotational balance of the support is unstable. In this way, when the rotating balance of the holder (supporting body) that holds the rotating body is rotated at a high speed while the rotational balance is unstable, the holder (supporting body) is eccentric and the risk of damaging the bearing that supports the spindle is high. In addition, the cutting surface roughness of the processing tool is affected, the measurement instrument causes a large error in measurement accuracy, and the external storage device causes a read / write error.

それに対して特許文献１は、マシニングセンタによるワークの加工において、マシニングセンタのスピンドルに工具ホルダを装着した状態で、そのスピンドルと工具ホルダとから成る回転体の回転バランスを修正するためのバランス修正方法として、回転体の回転時の不釣り合いによる振動を計測する振動センサと、回転数を計測する回転センサによって回転体を現状のまま高速回転させたときの不釣り合い量と不釣り合いの角度位置を測定すると共に、回転体の外周所定位置に試し重りをつけて高速回転させたときの不釣り合い量と不釣り合いの角度位置を測定し、試し重り付加前の初期測定データと、付加後の付加測定データとから回転体の不釣り合い重さおよび基準位置からの不釣り合い角度位置をベクトル演算し、その演算結果からスピンドルをマシニングセンタのテーブル上にセットされた切削装置の切削加工位置に不釣り合い角度位置が対応するよう位置決めし、その位置決め後、切削装置によりバランス修正リングを不釣り合い重さに対応する量だけ切削することが記載されている。 On the other hand, Patent Document 1 discloses a balance correction method for correcting the rotational balance of a rotating body composed of a spindle and a tool holder in a state where the tool holder is mounted on the spindle of the machining center in machining a workpiece by a machining center. With the vibration sensor that measures vibration due to unbalance during rotation of the rotating body and the rotation sensor that measures the number of rotations, the unbalance amount and the unbalanced angular position when the rotating body is rotated at high speed as it is are measured. , Measure the unbalance amount and unbalance angle position when rotating at high speed with a test weight attached to the outer periphery of the rotating body, and from the initial measurement data before adding the test weight and the additional measurement data after adding Calculate the unbalance weight of the rotating body and the unbalance angle position from the reference position as a vector, and from the calculation results The pindle is positioned so that the unbalance angle position corresponds to the cutting position of the cutting device set on the table of the machining center, and after that positioning, the balance correction ring is cut by the amount corresponding to the unbalance weight with the cutting device. It is described.

特開２００２−２１９６２９号公報JP 2002-219629 A

しかし、この方法によりスピンドルと工具ホルダとから成る回転体の回転バランスを修正した場合、回転体を適正な位置に位置決め後に切削装置によりバランス修正リングを不釣り合い重さに対応する量だけ切削するため、スピンドルと工具ホルダとから成る回転体の回転を停止してバランス修正リングを切削する作業が必要になり、時間と手間を要することになる。更に一度スピンドルに工具ホルダを装着した状態での回転バランスを修正したスピンドルと工具ホルダとから成る回転体の主軸となる箇所についても、例えば機器の経年変化や汚れの付着、スピンドルの先端に挟み込まれる工具ホルダのアンバランス等、一旦、スピンドルと工具ホルダとから成る回転体の回転バランスを修正したとしても、短期間で別の回転バランスを不安定化する要因が発生し、回転体の主軸に偏心が生じる。 However, when the rotational balance of the rotating body consisting of the spindle and the tool holder is corrected by this method, the balance correcting ring is cut by an amount corresponding to the unbalanced weight by the cutting device after positioning the rotating body at an appropriate position. Therefore, it is necessary to stop the rotation of the rotating body including the spindle and the tool holder and to cut the balance correction ring, which requires time and labor. In addition, the main axis of the rotating body consisting of the spindle and the tool holder, whose rotational balance has been corrected once the tool holder is mounted on the spindle, is also pinched by, for example, aging of the equipment, adhesion of dirt, or the tip of the spindle. Even if the rotational balance of the rotating body consisting of the spindle and the tool holder is once corrected, such as unbalance of the tool holder, a factor that destabilizes another rotational balance occurs in a short period of time, and the main axis of the rotating body is eccentric. Occurs.

従って本発明は、このような課題に関して、面倒な回転バランス修正作業を必要とせず、且つアンバランスが生じた時に適時、回転体バランス補正を行うことを可能とする回転体バランス補正装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a rotating body balance correction apparatus that does not require troublesome rotation balance correction work and can perform rotating body balance correction in a timely manner when an imbalance occurs. For the purpose.

即ち、主軸の回転によって回転体が回転する回転体バランス補正装置であって、主軸を回転駆動させるモータと、該モータの回転と同期した振動を検知する振動センサと、回転体の回転中の位置情報を検知する位置センサと、振動センサからの信号を位置センサからの信号で同期検波し、その同期検波信号を積分した直流電圧を出力する信号処理部と、信号処理部からの直流電圧によって駆動するアクチュエータと該アクチュエータの先端部に設置された重りを備えた偏心バランサを備えたことを特徴とする。 That is, a rotating body balance correction device in which a rotating body rotates by the rotation of the main shaft, the motor driving the main shaft to rotate, a vibration sensor detecting vibration synchronized with the rotation of the motor, and the position of the rotating body during rotation A position sensor that detects information, a signal processor that detects the signal from the vibration sensor synchronously with the signal from the position sensor, outputs a DC voltage that integrates the synchronous detection signal, and is driven by the DC voltage from the signal processor And an eccentric balancer having a weight installed at the tip of the actuator.

本発明によれば、スピンドルと工具ホルダとから成る回転体の回転を停止してバランス修正リングを切削する作業が不要になり、モータの回転と同期した振動を検知する振動センサにて振動を検知すると、回転体の主軸の偏心バランスを直ちに補正制御する。 According to the present invention, it is not necessary to stop the rotation of the rotating body composed of the spindle and the tool holder to cut the balance correction ring, and the vibration is detected by the vibration sensor that detects the vibration synchronized with the rotation of the motor. Then, the eccentric balance of the main shaft of the rotating body is immediately corrected and controlled.

加えてバランス修正リングを切削する作業が不要なことから、そのことによる粉塵の発生でのモータ駆動阻害を防ぐことが出来る。 In addition, since the work of cutting the balance correction ring is unnecessary, it is possible to prevent the motor drive from being hindered by the generation of dust.

以下、本発明の回転体バランス補正装置の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of a rotating body balance correction apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の一実施例である回転体バランス補正装置の構成図である。又、図２は本発明における回転体バランス補正装置の偏心バランサの構成図である。図１において、本発明の回転体バランス補正装置は回転体であるチャック部３と偏心バランサ４が、主軸２を中心軸として回転駆動している。モータ１が主軸２を回転駆動する動力源になっており、主軸２の先端には回転工具を取り付けるためのチャック部３がある。チャック部３と回転工具の取り付けは片側をおねじ、もう一方をめねじにしてネジ締めしても良いし、片側に突起部を形成し、もう一方に溝部を形成して嵌め込むようにしてチャック３と回転工具を取り付けるようにしても良いし、取り付け方法は限定されるものではない。又、モータ１とチャック部３の間で、且つ主軸２を中心軸とする軸上に偏心バランサ４が取り付けられている。チャック部３、偏心バランサ４及び主軸２は密着しており、主軸２が回転すると、チャック部３と偏心バランサ４もその回転動作に合わせて一体的に動作するようになっている。その為、主軸２、チャック部３、偏心バランサ４のバランスが不安定になった場合、モータ１の回転駆動中の主軸２は偏心した状態になる。そこで、偏心バランサ４の偏心状態を補正制御することで、主軸２の偏心を補正する。具体的には、モータ１の側面に設置した振動センサ５の振動が最低になるようにフィードバック制御するようになっている。モータ１の端部に位置センサ６が設置されており、主軸２の回転中に回転体であるチャック部３と偏心バランサ４の位置情報を検知しており、偏心バランサ４に関しては、偏心バランサ４に設置されたアクチュエータ９、アクチュエータ１０、アクチュエータ１１、アクチュエータ１２がどのポイントに位置しているかを検知している。 FIG. 1 is a configuration diagram of a rotating body balance correction apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of an eccentric balancer of the rotating body balance correction apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the rotating body balance correction apparatus of the present invention is such that a chuck portion 3 and an eccentric balancer 4 that are rotating bodies are driven to rotate about a main shaft 2 as a central axis. A motor 1 serves as a power source for rotationally driving the main shaft 2, and a chuck portion 3 for attaching a rotary tool is provided at the tip of the main shaft 2. The chuck part 3 and the rotary tool may be attached by screwing one side with an external thread and the other side with a female thread. Alternatively, the chuck 3 may be fitted with a protrusion formed on one side and a groove formed on the other side. A rotating tool may be attached, and the attaching method is not limited. Further, an eccentric balancer 4 is attached between the motor 1 and the chuck portion 3 and on a shaft having the main shaft 2 as a central axis. The chuck portion 3, the eccentric balancer 4 and the main shaft 2 are in close contact with each other, and when the main shaft 2 rotates, the chuck portion 3 and the eccentric balancer 4 also operate integrally in accordance with the rotation operation. For this reason, when the balance of the main shaft 2, the chuck portion 3, and the eccentric balancer 4 becomes unstable, the main shaft 2 during the rotational driving of the motor 1 is in an eccentric state. Therefore, the eccentricity of the spindle 2 is corrected by correcting and controlling the eccentric state of the eccentric balancer 4. Specifically, feedback control is performed so that the vibration of the vibration sensor 5 installed on the side surface of the motor 1 is minimized. A position sensor 6 is installed at the end of the motor 1 to detect positional information of the chuck 3 and the eccentric balancer 4 that are rotating bodies during rotation of the main shaft 2. For the eccentric balancer 4, the eccentric balancer 4 is detected. The actuator 9, the actuator 10, the actuator 11, and the actuator 12 that are installed in are detected at which point.

そして、信号処理部７では、振動センサ５の振動を位置センサ６の信号で同期検波することにより、主軸２の回転中に偏心バランサ４のどの領域のどのポイントにて主軸２が偏心しているかの情報を抽出し、その抽出情報を基にモータ１の側面に設置した振動センサ５の振動が最低になるようにフィードバック制御信号を偏心バランサ４にて送出し、偏心バランサ４の偏心を補正制御している。 Then, in the signal processing unit 7, the vibration of the vibration sensor 5 is synchronously detected by the signal of the position sensor 6, so that at which point in which region of the eccentric balancer 4 the spindle 2 is eccentric during rotation of the spindle 2. Based on the extracted information, a feedback control signal is sent out by the eccentric balancer 4 so that the vibration of the vibration sensor 5 installed on the side of the motor 1 is minimized, and the eccentricity of the eccentric balancer 4 is corrected and controlled. ing.

図２の偏心バランサ４は、円盤形状の偏心バランサ筐体１３を４分割した扇形状の領域上には主軸２の偏心を補正するために、それぞれバランス重り８が配置されている。４分割した領域にはそれぞれアクチュエータ９、アクチュエータ１０、アクチュエータ１１、アクチュエータ１２が偏心バランサ筐体１３の外枠側に配置され、そして各アクチュエータの偏心バランサ筐体１３の中心方向側にバランス重り８が取り付けられている。各アクチュエータは偏心バランサ筐体１３の外枠側が固着され、偏心バランサ筐体１３の中心方向側に動作する。例えばアクチュエータ９は、アクチュエータを伸張する場合にはα方向に伸び、アクチュエータを収縮する場合にはα‘方向に縮む。尚、ここでは後述する本発明の説明の為、円盤形状の偏心バランサ筐体１３を図２の点線のように均等に４分割した扇形状の領域で、且つアクチュエータ９が配置している領域をアクチュエータ９の領域と記載することとする。同様に円盤形状の偏心バランサ筐体１３を４分割した扇形状の領域で、且つアクチュエータ１０が配置している領域をアクチュエータ１０の領域、アクチュエータ１１が配置している領域をアクチュエータ１１の領域、アクチュエータ１２が配置している領域をアクチュエータ１２の領域と記載することとする。 In the eccentric balancer 4 of FIG. 2, balance weights 8 are arranged on the sector-shaped region obtained by dividing the disc-shaped eccentric balancer housing 13 into four parts in order to correct the eccentricity of the main shaft 2. In each of the four divided areas, an actuator 9, an actuator 10, an actuator 11, and an actuator 12 are arranged on the outer frame side of the eccentric balancer casing 13, and a balance weight 8 is provided on the center side of the eccentric balancer casing 13 of each actuator. It is attached. Each actuator is fixed to the outer frame side of the eccentric balancer housing 13 and operates toward the center of the eccentric balancer housing 13. For example, the actuator 9 extends in the α direction when the actuator is extended, and contracts in the α ′ direction when the actuator is contracted. Here, for the purpose of explaining the present invention, which will be described later, a disk-shaped eccentric balancer housing 13 is equally divided into four areas as indicated by dotted lines in FIG. The region of the actuator 9 will be described. Similarly, the disk-shaped eccentric balancer housing 13 is divided into four fan-shaped regions, the region where the actuator 10 is disposed is the region of the actuator 10, the region where the actuator 11 is disposed is the region of the actuator 11, and the actuator An area where 12 is arranged is referred to as an area of the actuator 12.

図３は位置センサ６の動作領域別タイミングチャートである。位置センサ６は、円盤形状の偏心バランサ筐体１３を図２の点線のように均等に４分割した扇形状の各領域に合わせて４つの信号が発生している。ここでは、モータ１による主軸２の回転運動に合わせて偏心バランサ４が回転しており、アクチュエータ９の領域が振動センサ５の近傍を通過した際に信号ＡがＨｉｇｈの論理信号となるように設定している。そして、Ｈｉｇｈの論理信号となった後に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＡはＬｏｗの論理信号となる。更に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＡはＨｉｇｈの論理信号となるようになっている。 FIG. 3 is a timing chart for each operation region of the position sensor 6. The position sensor 6 generates four signals in accordance with each fan-shaped region obtained by equally dividing the disk-shaped eccentric balancer casing 13 into four as shown by the dotted lines in FIG. Here, the eccentric balancer 4 is rotated in accordance with the rotational movement of the main shaft 2 by the motor 1, and the signal A is set to be a high logic signal when the area of the actuator 9 passes near the vibration sensor 5. doing. Then, when the eccentric balancer 4 rotates half a round (rotates 180 ° C.) after becoming a High logic signal, the signal A becomes a Low logic signal. Further, when the eccentric balancer 4 rotates half a turn (rotates 180 ° C.), the signal A becomes a high logic signal.

そして、信号Ｂは信号Ａよりも９０°遅れで、アクチュエータ１０の領域が振動センサ５の近傍を通過した際にＨｉｇｈの論理信号となるように設定している。そして、Ｈｉｇｈの論理信号となった後に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＢはＬｏｗの論理信号となる。更に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＢはＨｉｇｈの論理信号となるようになっている。 The signal B is set so as to become a high logic signal when the region of the actuator 10 passes the vicinity of the vibration sensor 5 with a delay of 90 ° from the signal A. Then, when the eccentric balancer 4 rotates half a turn (rotates 180 ° C.) after becoming a High logic signal, the signal B becomes a Low logic signal. Further, when the eccentric balancer 4 rotates half a turn (rotates 180 ° C.), the signal B becomes a high logic signal.

又、信号Ｃは信号Ａよりも１８０°遅れで、アクチュエータ１１の領域が振動センサ５の近傍を通過した際にＨｉｇｈの論理信号となるように設定している。そして、Ｈｉｇｈの論理信号となった後に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＣはＬｏｗの論理信号となる。更に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＣはＨｉｇｈの論理信号となるようになっている。ここで、信号Ｃは信号Ａの論理信号と反対の論理信号となる。 Further, the signal C is 180 ° behind the signal A, and is set to be a high logic signal when the area of the actuator 11 passes near the vibration sensor 5. Then, when the eccentric balancer 4 rotates half a round (rotates 180 ° C.) after becoming a High logic signal, the signal C becomes a Low logic signal. Further, when the eccentric balancer 4 rotates half a turn (rotates 180 ° C.), the signal C becomes a high logic signal. Here, the signal C is a logic signal opposite to the logic signal of the signal A.

又、信号Ｄは信号Ａよりも２７０°遅れで、アクチュエータ１１の領域が振動センサ５の近傍を通過した際にＨｉｇｈの論理信号となるように設定している。そして、Ｈｉｇｈの論理信号となった後に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＤはＬｏｗの論理信号となる。更に偏心バランサ４が半周、回転した（１８０℃回転した）時に信号ＤはＨｉｇｈの論理信号となるようになっている。 The signal D is set so as to become a high logic signal when the region of the actuator 11 passes near the vibration sensor 5 with a delay of 270 ° from the signal A. Then, when the eccentric balancer 4 rotates half a circle (rotates 180 ° C.) after becoming a High logic signal, the signal D becomes a Low logic signal. Further, when the eccentric balancer 4 is rotated half a turn (rotated 180 ° C.), the signal D becomes a high logic signal.

図４は本発明における振動センサ及び偏心バランサの位置と、振動センサ５の振動振幅の関係を示す概略図である。図４では例として偏心バランサ４が回転し、各アクチュエータの領域がそれぞれ振動センサ５の近傍を通過した際の振動センサ５の振動振幅波形を示している。更に説明すると、図４の右側には振動センサ５の近傍を回転する偏心バランサ４を記載しており、左側にはアクチュエータ９の領域が振動センサ５に対してどの位置にあるかと、その時の振動センサ５の振動振幅波形の関係を示している。 FIG. 4 is a schematic view showing the relationship between the position of the vibration sensor and the eccentric balancer and the vibration amplitude of the vibration sensor 5 in the present invention. FIG. 4 shows, as an example, the vibration amplitude waveform of the vibration sensor 5 when the eccentric balancer 4 rotates and each actuator region passes in the vicinity of the vibration sensor 5. More specifically, the eccentric balancer 4 that rotates in the vicinity of the vibration sensor 5 is shown on the right side of FIG. 4, and the position of the area of the actuator 9 relative to the vibration sensor 5 on the left side and the vibration at that time The relationship of the vibration amplitude waveform of the sensor 5 is shown.

図４を詳述すると、図４の右側一番上には振動センサ５の近傍にアクチュエータ９の領域が位置する場合が記載されており、その時に振動センサ５にて検知される振動はプラス側に最大値となる。このことで、主軸２がアクチュエータ９の領域の方向に偏心していることが分かる。尚、図４の偏心バランサ４内に記載している矢印はアクチュエータ９が振動センサ５に対してどこに位置しているかを示している。 4 is described in detail. The case where the region of the actuator 9 is located in the vicinity of the vibration sensor 5 is described at the top right side of FIG. 4. The vibration detected by the vibration sensor 5 at that time is the plus side. The maximum value. This shows that the main shaft 2 is eccentric in the direction of the actuator 9 region. Note that the arrow described in the eccentric balancer 4 in FIG. 4 indicates where the actuator 9 is located with respect to the vibration sensor 5.

又、図４の右側上から二番目には振動センサ５の近傍にアクチュエータ１０の領域が位置し、アクチュエータ９の領域は９０°進んだ状態に位置する場合が記載されており、この場合はアクチュエータ１０の領域は偏心していないので、振動センサ５にて検知される振動は０となる。次に図４の右側上から三番目には振動センサ５の近傍にアクチュエータ１１の領域が位置し、アクチュエータ９の領域は１８０°進んだ状態に位置する場合が記載されており、その時に振動センサ５にて検知される振動はマイナス側に最大値となる。このことで、主軸２がアクチュエータ１１と反対側の領域の方向に偏心していることが分かる。つまり、主軸２がアクチュエータ９の領域の方向に偏心していることが分かる。次に、図４の右側の一番下には振動センサ５の近傍にアクチュエータ１２の領域が位置し、アクチュエータ９の領域は２７０°進んだ状態に位置する場合が記載されており、この場合はアクチュエータ１２の領域は偏心していないので、振動センサ５にて検知される振動は０となる。このようにして主軸２がどの方向に偏心しているかを判別できる。 Further, the second from the upper right side of FIG. 4 describes a case where the region of the actuator 10 is located in the vicinity of the vibration sensor 5 and the region of the actuator 9 is located in a state advanced by 90 °. Since the region 10 is not decentered, the vibration detected by the vibration sensor 5 is zero. Next, the case where the region of the actuator 11 is located in the vicinity of the vibration sensor 5 and the region of the actuator 9 is located in a state advanced by 180 ° is described third from the upper right side of FIG. The vibration detected at 5 has a maximum value on the minus side. This shows that the main shaft 2 is eccentric in the direction of the region opposite to the actuator 11. That is, it can be seen that the main shaft 2 is eccentric in the direction of the actuator 9 region. Next, the case where the actuator 12 region is located near the vibration sensor 5 and the actuator 9 region is advanced by 270 ° is described at the bottom right of FIG. Since the region of the actuator 12 is not eccentric, the vibration detected by the vibration sensor 5 is zero. In this way, it can be determined in which direction the main shaft 2 is eccentric.

図６は図４で示された振動センサ５の振動振幅波形信号を図３の位置センサ６の信号Ａ、Ｂ，Ｃ、Ｄにてそれぞれ同期検波したタイミングチャートを示している。ここで、Ａの検波信号は振動振幅波形が正方向側（+側）と中心線（±０の線）にあることから、主軸２は位置センサの信号Ａに該当するアクチュエータ９の領域の方向に偏心していることになる。又、Ｂ及びＤの検波信号は振動振幅波形が正方向側（+側）と負方向側（−側）の両方で示され、正方向側（+側）の面積と負方向側（−側）の面積は点対称の関係となり、正方向側（+側）の面積から負方向側（−側）の面積を引くと差し引き０なので、主軸２は位置センサの信号Ｂに該当するアクチュエータ１０の領域の方向に或いはＤに該当するアクチュエータ１２の領域の方向には偏心していないことが分かる。 6 shows a timing chart in which the vibration amplitude waveform signal of the vibration sensor 5 shown in FIG. 4 is synchronously detected by the signals A, B, C, and D of the position sensor 6 of FIG. Here, since the detection signal of A has vibration amplitude waveforms on the positive direction side (+ side) and the center line (± 0 line), the main axis 2 is the direction of the region of the actuator 9 corresponding to the signal A of the position sensor. Will be eccentric. The detection signals of B and D have vibration amplitude waveforms shown on both the positive direction side (+ side) and the negative direction side (− side), and the area on the positive direction side (+ side) and the negative direction side (− side). ) Is a point-symmetrical relationship, and if the area on the negative direction side (− side) is subtracted from the area on the positive direction side (+ side), the subtraction is 0. It can be seen that there is no eccentricity in the direction of the region or in the direction of the region of the actuator 12 corresponding to D.

一方、Ｃの検波信号は振動振幅波形が負方向側（−側）と中心線（±０の線）にあることから、主軸２は位置センサの信号Ｃに該当するアクチュエータ１１の領域のマイナス方向に偏心していることになる。ここで、マイナス方向に偏心しているということは、偏心バランサ４におけるアクチュエータ１１の領域に対して反対側の領域であるアクチュエータ９の領域の方向に偏心していることを示している。このように３６０°全ての位置において、主軸２が偏心していたとしてもその偏心方向及びどの程度の偏心量かを抽出することができる。 On the other hand, since the detection signal of C has a vibration amplitude waveform on the negative direction side (− side) and the center line (± 0 line), the spindle 2 is in the minus direction of the region of the actuator 11 corresponding to the signal C of the position sensor. Will be eccentric. Here, being eccentric in the minus direction indicates that it is eccentric in the direction of the area of the actuator 9 which is the area opposite to the area of the actuator 11 in the eccentric balancer 4. Thus, even if the main shaft 2 is eccentric at all 360 ° positions, the eccentric direction and the amount of eccentricity can be extracted.

図５は信号処理部７に関する構成図であり、図中の点線部が信号処理部７に該当する。図３で示された位置センサ６の信号Ａ、Ｂ，Ｃ、Ｄに対して、図４で示された振動センサ５の振動を同期検波する。同期検波により抽出された図６の信号Ａ、Ｂ，Ｃ、Ｄの各検波信号を積分処理することにより、直流成分となる。例えば主軸２が位置センサの信号Ａに該当するアクチュエータ９の領域の方向に偏心していると判別された場合は、図２の偏心バランサ４にて、バランス重り８が先端部に取り付けられているアクチュエータ９に、図６の信号Ａの検波信号を積分した直流成分を印加してアクチュエータ９を
偏心バランサ筐体１３の中心方向側（図２でのα方向）に伸張させる。このことによって偏心バランサ筐体１３の偏心が補正され、従って主軸２の偏心が補正されることになる。 FIG. 5 is a configuration diagram relating to the signal processing unit 7, and a dotted line portion in the figure corresponds to the signal processing unit 7. The vibration of the vibration sensor 5 shown in FIG. 4 is synchronously detected with respect to the signals A, B, C and D of the position sensor 6 shown in FIG. By integrating the detection signals of the signals A, B, C, and D in FIG. 6 extracted by the synchronous detection, a DC component is obtained. For example, if it is determined that the main shaft 2 is eccentric in the direction of the region of the actuator 9 corresponding to the signal A of the position sensor, the actuator in which the balance weight 8 is attached to the tip portion in the eccentric balancer 4 of FIG. 9, a DC component obtained by integrating the detection signal of the signal A in FIG. 6 is applied to extend the actuator 9 toward the center side of the eccentric balancer casing 13 (direction α in FIG. 2). As a result, the eccentricity of the eccentric balancer housing 13 is corrected, and accordingly, the eccentricity of the main shaft 2 is corrected.

ここではバランス重り８が先端部に取り付けられているアクチュエータ９に、図６の信号Ａの検波信号を積分した直流成分を印加してアクチュエータ９を偏心バランサ筐体１３の中心方向側（図２でのα方向）に伸張させているが、このことに加えて、更にアクチュエータ９の領域の対面にあるアクチュエータ１１の領域にて、バランス重り８が先端部に取り付けられているアクチュエータ１１に、図６の信号Ｃの検波信号を積分したマイナスの直流成分を印加してアクチュエータ１１を偏心バランサ筐体１３の中心方向側から離間する方向（図２でのγ´方向）に収縮させることも行うと拠り主軸２の偏心の補正には好ましい。 Here, a DC component obtained by integrating the detection signal of the signal A in FIG. 6 is applied to the actuator 9 having the balance weight 8 attached to the distal end portion, so that the actuator 9 is moved toward the center of the eccentric balancer housing 13 (in FIG. In addition to this, in the region of the actuator 11 facing the region of the actuator 9, the balance weight 8 is attached to the actuator 11 attached to the distal end. It is also possible to apply a negative DC component obtained by integrating the detection signal of the signal C to contract the actuator 11 in a direction away from the central direction side of the eccentric balancer housing 13 (γ ′ direction in FIG. 2). This is preferable for correcting the eccentricity of the main shaft 2.

尚、上記で各アクチュエータに振動センサ５の振動振幅波形信号を図３の位置センサ６の信号Ａ、Ｂ，Ｃ、Ｄにてそれぞれ同期検波した検波信号を積分した直流成分を印加しているが、アクチュエータの種類に応じて、適時、増幅回路等により誘導や、ブラシなどを使い、駆動したいアクチュエータに供給されるようにしても良い。又、本発明の説明において、振動センサ５を１つのみにて検知しているが、複数の振動センサで検知することも可能である。又、本発明の説明において、アクチュエータを４つ設けたが、それに限るものではない。 In the above description, each actuator is applied with a DC component obtained by integrating the detection signal obtained by synchronously detecting the vibration amplitude waveform signal of the vibration sensor 5 with the signals A, B, C, and D of the position sensor 6 in FIG. Depending on the type of the actuator, it may be supplied to the actuator to be driven by using an induction circuit, a brush, or the like at an appropriate time. In the description of the present invention, only one vibration sensor 5 is detected, but a plurality of vibration sensors may be used for detection. In the description of the present invention, four actuators are provided, but the present invention is not limited to this.

又、上記では、偏心バランサ４はモータ１とチャック部３の間に配置しているが、この配置に限るものではない。例えばモータ１と偏心バランサ４の位置を置き換えても構わず、主軸２を中心軸とする軸上に偏心バランサ４が取り付けられていれば問題ない。又、モータ１は一般的に使用される電磁モータや超音波モータに限らず、外部から高圧空気の絞りを通して狭い軸受すきまに送り、その圧力によって負荷能力を得る静圧空気軸受で支持された回転ユニットであるエアスピンドルに代えて用いても良い。 In the above description, the eccentric balancer 4 is disposed between the motor 1 and the chuck portion 3, but the present invention is not limited to this arrangement. For example, the positions of the motor 1 and the eccentric balancer 4 may be replaced, and there is no problem as long as the eccentric balancer 4 is mounted on an axis having the main shaft 2 as a central axis. The motor 1 is not limited to a generally used electromagnetic motor or ultrasonic motor, but is supported by a hydrostatic air bearing that sends a high-pressure air from outside to a narrow bearing clearance and obtains a load capacity by the pressure. Instead of the air spindle as a unit, it may be used.

本発明によれば、主軸の回転によって回転体が回転する加工工具、測定器具、外部記憶装置等に主に使用される回転体の主軸の偏心を、回転体の回転を停止してバランス修正リングを切削する作業を行うことなく、リアルタイムにバランス補正することが可能となる。 According to the present invention, the eccentricity of the main shaft of the rotating body mainly used in a processing tool, a measuring instrument, an external storage device, or the like in which the rotating body is rotated by the rotation of the main shaft is stopped by stopping the rotation of the rotating body. It is possible to correct the balance in real time without performing the work of cutting.

本発明の一実施例である回転体バランス補正装置の構成図である。It is a block diagram of the rotary body balance correction apparatus which is one Example of this invention. 本発明における回転体バランス補正装置の偏心バランサの構成図である。It is a block diagram of the eccentric balancer of the rotary body balance correction apparatus in this invention. 本発明における位置センサの動作領域別タイミングチャートである。It is a timing chart classified by operation region of the position sensor in the present invention. 本発明における振動センサ及び偏心バランサの位置と、振動センサの振動振幅の関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the relationship between the position of the vibration sensor and eccentric balancer in this invention, and the vibration amplitude of a vibration sensor. 本発明における信号処理部に関する構成図である。It is a block diagram regarding the signal processing part in this invention. 本発明における振動センサの信号と位置センサの信号を同期検波した検波信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the detection signal which carried out the synchronous detection of the signal of the vibration sensor in this invention, and the signal of a position sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１：モータ
２：主軸
３：チャック部
４：偏心バランサ
５：振動センサ
６：位置センサ
７：信号処理部
８：バランス重り
９、１０、１１、１２：アクチュエータ
１３：偏心バランサ筐体 1: Motor 2: Spindle 3: Chuck unit 4: Eccentric balancer 5: Vibration sensor 6: Position sensor 7: Signal processing unit 8: Balance weight 9, 10, 11, 12: Actuator 13: Eccentric balancer housing

Claims

主軸の回転によって回転体が回転する回転体バランス補正装置であって、
主軸を回転駆動させるモータと、
前記主軸方向に垂直な振動を、前記モータの回転と同期した振動として検知する振動センサと、
前記主軸を中心とし、前記主軸とともに回転する扇形状領域を有する偏心バランサと、
前記扇形状領域の角度位置を検知し、前記扇形状領域が前記振動センサの近傍を通過した際に信号がＨｉｇｈとなる信号を出力する位置センサと、
前記振動センサにより検知された信号を前記位置センサから出力された信号で同期検波し、その同期検波信号を積分した直流電圧を出力する信号処理部と、
前記扇形状領域上に設置され、前記信号処理部から出力された直流電圧によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータの先端部に設置された重りと、を備え、
前記重りを前記直流電圧に応じて変位させることにより、前記回転体のバランスを補正することを特徴とする回転体バランス補正装置。 A rotating body balance correction device in which a rotating body rotates by rotation of a spindle,
A motor that rotates the spindle,
A vibration sensor for detecting vibration perpendicular to the main shaft direction as vibration synchronized with rotation of the motor;
An eccentric balancer having a fan-shaped region that rotates around the main shaft and the main shaft;
A position sensor that detects an angular position of the fan-shaped region and outputs a signal that becomes high when the fan-shaped region passes in the vicinity of the vibration sensor ;
A signal processing unit that detects a signal detected by the vibration sensor synchronously with a signal output from the position sensor and outputs a DC voltage obtained by integrating the synchronous detection signal;
An actuator installed on the fan-shaped region and driven by a DC voltage output from the signal processing unit ;
And a weight attached to a tip end portion of the actuator,
A rotating body balance correction apparatus , wherein the balance of the rotating body is corrected by displacing the weight according to the DC voltage .