Устройство для динамической балансировки роторов лучом лазера Советский патент 1986 года по МПК G01M1/38 

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для балансировки мало- .габарит«ых роторов лучом лазера.

Цель изобретения - повышение точности балансировки и зшрощенке конструкции устройства, что достигается заменой сложного узла шпинделя-привода вращающейся оптической системы системой удаления продуктов эрозии. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 осциллограммы, характеризующие работу устройства; на фиг. 3 - осциллограммы, характеризующие работу блока управления скоростью ротора (по оси абсцисс отложено время t, по оси ординат - напряжение (Uj.) на выходе блока, номер которого совпадает с индексом (V).

Устройство для динамической балансировки роторов лучом лазера содержит основание 1, подвес 2, в котором устанавливается ротор с приводом, расположенные соосно фокусирующий объектив 3 и корректирующий лазер 4, датчик 5 опорного сигнала и датчики 6 и 7 дисбаланса, механическ связанные с подвесом 2, соединенный с датчиками 5-7 блок 8 измерений, последовательно соединенные амплитудный детектор 9, пороговый элемент 10 элемент 11 2И, соединенный R -входом триггер 12 режима, блок 13 управления скоростью, второй вход которого соединен с выходом датчика 5 опорного сигнала и соединенный R-входом тйиггер 14 запрета, обратный выход которого связан с вторым входом элемента 11 2И, последовательно соединенные второй пороговый элемент 15, вход которого соединен с выходом блока 8 измерений, блок 16 формирования строба фазы тяжелого места, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 13 управления скоростью, и элемент 17 4И, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом тригг ера 12 режима и обратным выходом триггера 14 запрета,, блок 18 управления лазером, выход которого связан с лазером 4, а первый вход подключен к выходу амплитудного детектора 9, блок 19 включения и сброса, выход которого связан с соединенными между собой S-входами триггеров режима 12 и запрета 14, источник 20 переменного тока, связанный с ним сигнальным

,

10

15

20

25

2260912

входом блок 23 ключей, выход которого соединен с входом привода ротора, а управляющий вход - с первым выходом блока 13 управления скоростью, систему 22 удаления продуктов эрозии, выполненную в виде последовательно соединенных электропневмо- клапана 23, предназначенного для соединения пневмомагистралью 24 высокого давления, камеры 25 с отверстиями 26, расположенньми соосно герметично закрепленному на камере 25 фокусирующему объективу 3 и перпендикулярно оси камеры 25 насоса 27, предназначенного для удаления продуктов эрозии, блока 28 управления насосом, выход которого соединен с входом насоса 27, второго элемента 29 2И, входы которого соединены соответственно с выходом триггера 12 режима и обратным выходом триггера 14 запрета, а выход - с входом блока 28 управления насосом, второго триггера 30 запрета, выход которого соединен с четвертым входом элемента 4И, и трех идущих мультивибраторов 31-33, выходы которых соединены соответственно с входом электропневмоклапана 24, S-входом второго триггера 30 запрета и соединенными между собой R -входом триггера 30 запрета и вторым входом блока 18 управления лазером, управляющие входы ждущих мультивибраторов 31 и 32 соединены между собой и с выходом второго элемента 29 2И, сигнальные входы -.с третьим выходом блока 13 управления скоростью, а вход ждущего мультивибратора 33 - с выходом элемента 17 4И.

Блок 13 управления скоростью выполнен в виде последовательно соединенных кварцевого генератора 34, делителей 35-37 частоты, второй и третий выходы первого из которых являются соответственно вторым и третьим выходами блока 13 управления скоростью, элемента 38 ЗИ-2И.11И, первый вход которого является вторым входом блока 13 управления скоростью, второй и пятьй входы соединены с первым выходом делителя 36 частоты, а третий, четвертый и шестой - соответственно с первым и вторым выхо- дами делителя 37 частоты и первым 55 выходом делителя 35 частоты, счетчика 39, С-вход которого соединен с выходом элемента 38 ЗИ-2ИЛИ,блока 40 сравнения кодов двух регистров 41

30

40

45

50

и 42, С-входы которых соединены с выходом счетчика 39, а выходы соответственно с первым и вторым входами блока АО сравнения кодов, распределителя 43 импульсов, второй и третий входы которого соединены между собой и с вторым выходом делителя 36 частоты, первый и четвертый - соответственно с вторым и первым выходами делителя 37 частоты, а первый и второй выходы - соответственно с V-входами регистров 41 и 42,-элемента 44 2И, выход которого является первым выходом, а первьй вход - первым входом блока 13 управления скоростью, а второй вход соединен с выходом блока 40 сравнения кодов, и трех последовательно соединенных ждущих мультивибраторов 45-47, вход и выход первого из которых соединены соответственно с первым выходом делителя 36 частоты и пятым входом распределителя 43 импульсов, а выход третьего - с R-входом счетчика 39.

Устройство работает следующим образом.

Балансируемый ротор устанавливается на подвес 2 и подключается приводом к блоку 21 ключей. Импульс с выхода блока 19 включения и сброса задним фронтом устанавливает триггеры режима 12 и запрета 14 в состояние логической 1. Триггер 14 запрета удерживает от срабатьшания элемент 17 4И и триггер 12 режима от срабатывания до разгона ротора до частоты балансирования. Сигнал логической 1 с выхода триггера 12 режима включает через элемент 44 2И блок ключей 21, через который на приводы ротора с выходов источника 20 переменного тока начинает поступать переменный ток рабочей частоты. Рото начинает разгоняться. При выходе на рабочие обороты сигнал первого выхода с блока 13 управления скоростью сбросит в начальное положение тригге 14 запрета, сигнал с обратного выхода которого разрешит срабатывание элемента 17 4И и через элемент 11 2И подготовит возврат триггера 12 режи ма по f -входу, если дисбаланс ротора в плоскости коррекции не превышает по величине поля допуска. Если это не так, то будет осуществлен цикл коррекции дисбаланса. Одновременно через элемент 29 2И и блок 28 управления насосом включается насос 27 и начинается цикл коррекции дисбаланса. Дисбаланс ротора в плоскостях коррекции воспринимаемся датчиками 5-7 и преобразуется известным образом блоком 8 измерений в два синусоидальных напряжения, первое из которых характеризует величину и угол дисбаланса в одной, а второе - в другой плоскости коррекции. Роль этого блока может выполнять, наприO мер, электронный блок балансировочного станка 0-го класса типа Луна 6365/0027.

Напряжение, характеризующее дис- балан С в требуемой плоскости коррек5 цииу воспринимается пороговьм элементом 15, формирующим прямоугольные импульсы, начальная фаса которых несет информацию об угле дисбаланса. После сдвига на определенный угол блоком 16 формирования строба фазы

эти импульсы соответ0

Q

5

тяжелого места ствуют положению тяжелого места ротора в фокусе объектива 3 лазера 4. Цикл коррекции дисбаланса проис5 ходит следующим образом.

С выхода делителя 35 (т.е. с третьего выхода блока 13) поступают импульсы с периодом следования импульсов лазера 4 конкретного типа (например для установки Квант/16 ,1 Гц; Квант-17 Гц и т.д.). Эти импульсы своим передним фронтом запускают после поступления сигнала с элемента 33 2И первый 31 и второй 32 ждущие мультивибраторы. Мультивибратор 31 формирует импульс длительностью ц , равной времени включения сжатого газа защиты от продуктов эрозии (обычно ц 0,5-2 с), а второй мультивибратор 32 - короткий импульс ,1 с, создакиций временную задержку, необходимую для срабатывания электропневмоклапана 23 и подачи сжатого газа из магистрали 24 и включающий задним фронтом второй триггер 30 запрета, единичный сигнал на выходе которого разрешает прохождение импульса строба тяжелого места через элемент 17 4И.

Первый же прошедший импульс калибруется по длительности третьим ждущим мультивибратором 33 (,05 мкс) и определяется конструкцией блока 18 управления), сбрасывает в исходное состояние второй триггер 30 за- .

5 прета, запрещакнций прохожд- ние импульсов строба тяжелого места на время периода Т, так как с помощью амплитудного детектора 9 вьзделяется

0

5

0

постоянное напряжение, пропорциональ- нов дисбалансу. Это напряжение управляет через блок 18 управления энергией импульсов лазера 4 (в качестве блока управления может быть использована система управления СУМ-4 лазера типа Квант), а также является опорным для второго порогового эле- . мента 10, настроенного на амплитуду сбрасывания, пропорциональную оста- точному дисбалансу, и отключающего через второй элемент 11 2И процесс балансировки, если величина дисбаланса мейьше допуска. Строб тяжелого

места ротора с выхода блока 16 формирования строба фазы тяжелого места (при условии включения трип е ров режима 12 и запрета 30 и выключения триггера 14 запрета) инициирует запуск лазера 4 через блок 18 управления (фиг. 2, И13). Лазерньм импульс производит коррекцию неуравновешенной массы и на поверхности ротора возникает след в виде глухого отверстия.

Продукты эрозии, возникающие при действии луча лазера с материалом ротора, интенсивно всасьшаются под действием сжатого газа, , поступакицего из пневмомагистрали 24 внутрь камеры 25 через отверстие 26, и отсасываются насосом 27, удаляясь из зоны ротора, что исключает образование облоя на его поверхности.

Процесс автоматически повторяется до достижения дисбалансом поля допуска из зоны на поверхности ротора, после чего пороговый элемент 10 отключает триггер 12 режима, прекращается подача питающего напряжения на привод ротора и отключается насос 27 Ротор останавливается и его поворачивают и балансируют в другой плоскости.

Процесс подстройки частоты враще- ния ротора при балансировке протекает следующим образом.

При работе блока 13 последовательность импульсов стабильной частоты с выхода кварцевого генератора 34 делится делителями 35-37 частоты, соответственно первым до частоты опорного сигнала f и частоты fp балансировки, вторым - до частоты ,5 Гц и третьим - до частоты f. 0,25 Гц. Указанные напряжения и импульсы с выхода датчика 5 опорного сигнала ротора коммутируются

элементом 38 ЗИ-2ИЛИ в последовательность пачек импульсов длительностью каждая 1 1 с, частотой следования f и содержащих четные импульсы часо 0

5

0

5

0

0

5

тотой зaпoJrнeния f

рт

а нечетные частотой заполнения fр , которые несут информацию о текущем f и заданном fpj значениях частоты вращения ротора. Эти импульсы записываются счетчиком 39, предварительно сбрасываемым в нулевое положение импульсами частоты f, с выхода ждущего мультивибратора 47. Парагшельные коды, соответствующие заданной f и

5 текущей ff, частотам вращения ротора, последовательно записываются регистрами 41 и 42 с выходов распределителя 43 импульсов, причем последний вьщает импульсы (частотой f) и сдвинутые друг относительно друга на половину периода. Это необходимо для того, чтобы записывать в регистре 41 код, соответствующий заданной частоте вращения ротора, а в регистре 42 - текущей частоте вращения ротора. Коды выходов регистров 41 и 42 срав- ниваются блоком 40 сравнения кодов, так что сигнал на его выходе равен логической 1 при fpj fp. и логи-. ческому О, если наоборот. Этот сигнал через третий элемент 44 2И и блок 21 ключей управляет скоростью вращения ротора, а также первым перепадом отключает триггер 14 запрета.

Введение в устройство системы удаления продуктов эрозии и элементов, осуществляющих синхронную работу этой системы, позволяет повысить точность балансировки, качество следов на поверхности ротора за счет устранения облоя с поверхности ротора и упростить конструкцию устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для динамической балансировки роторов лучом лазера, содержащее основание, закрепленный на нем, подвес для установки ротора с приводом, расположенные соосно фо- кусируюпщй объектив и корректирующий лазер, датчик опорного сигнала, датчик дисбаланса, механически связанные с подвесом, соединенный с датчиками блок измерений, последовательно соединенные амплитудный детектор, первьп пороговый элемент, элемент 2И,

соединенный R-входом триггер режима, блок управления скоростью и соединенный R-входом триггер запрета, обратный выход которого соединен с вторьм входом элемента 2И, последовательно соединенные второй пороговый элемент, вход которого соединен с выходом блока измерений,блок формирования строба фазы тяжелого места, второй вход которого связан с вторым выходом блока управления скоростью, и элемент 4И, второй, и третий входы которого соединены соответственно с выходом триггера режима и обратным выходом триггера запрета, блок управления лазером, выход которого связан с лазером, а первый вход - с выходом амплитудного детек- тора блок включения и сброса, выход которого соединен с S-входами триггеров режима и запрета, источник переменного тока, связанный с ним сигнальным входом блок ключей, выход которого подключен к приводу ротора, и систему устранения влияния облоя, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности балансировки и упрощения конструкции, система устранения влияния облоя представляет собой систему удаления продуктов эрозии, выполненную в виде последовательно соединенных электро- пневмоклапана, предназначенного для соединения с пневмомагистрапью высокого давления, камеры, несущей закрепленный перпендикулярно ее оси

фокусирующий объектив и имеющей отверстия, соосные последнему, и насоса для удаления продуктов эрозии, блока управления насосом, пыход

которого связан с управляющим входом насоса, второго элемента 2И, входы которого соединены соответственно с выходом триггера режима и с обратным выходом триггера запрета,

а выход - с входом блока управления насосом, второго триггера запрета, выход которого соединен с четвертым входом элемента 4И, и трех ждущих мультивибраторов, выходы которых

соединены соответственно с входом электропневмоклапана, S-входом второго триггера запрета и соединенными между собой R-входом второго триггера запрета и вторым входом блока

управления лазером, управляющие входы первого и второго ждущих мультивибраторов соединены мезвду собой и с выходом второго элемента 2И, вход третьего - с выходом элемента 4И, а

входы первого и второго - между собой и с третьим выходом блока управления скоростью, первый выход которого соединен с управляющим входом блока ключей, а второй вход - с выходом датчика опорного сигнала.

2. Устройство поп,1, о т л и - чающееся тем, что, с целью защиты фокусирующего объектива от воздействия продуктов эрозии, он ус

танавливается на камере герметично.

Фиг.1

«

21

1АААААААПАА/1 ИЛ Г| Г

4

(/.

ЩЧ

3)

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для балансировки малогабаритных роторов лучом лазера. Цель изобретения - повьппение точности балансировки и упрощение конструкции - достигается заменой шпинделя-привода вращающейся оптической системы системой удаления продуктов эрозии. Продукты эрозии, возникающие под действием луча корректирующего лазера, интенсивно всасываются под действием сжатого газа, поступающего из магистрали через электропневмоклапан внутрь камеры, и отсасываются насосом. Включение насоса через блок управления насосом и электропневмоклапан осуществляется соответственно сигналами с выходов элемента 2И и ждущего мультивибратора в начале цикла коррекции дисбаланса. 1 з.п. .ф-лы, 3 ил.

I I nil HIM 111

1 I I

I I I I I 11 I I I

gf

A

Фиг. 2