Измерительное устройство к балансировочному станку Советский патент 1992 года по МПК G01M1/22 

VI

о ю со ю

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в балансировочных станках, например универсальных.

Известно устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающихся тел. содержащее генератор синхроимпульса, выполненный в виде электронного устройства, измеритель дисбаланса, соединенные с его выходом формирователь импульса и индикатор величины дисбаланса, генератор импульсов, первый и второй счетчики импульсов, счетные входы которых соединены с выходом генератора импульсов, вычислитель, входы которого соединены с выходами первого и второго счетчиков импульсов, цифровой индикатор, вход которого соединен с выходом вычислителя, блок управления, входы которого соединены с генератором синхроимпульса и измерителем дисбаланса, а выходы - с управляющими входами первого и второго счетчиков импульсов и вычислителя.

Однако данное устройство не обеспечивает возможности отыскания места коррекции на роторе без применения каких-либо дополнительных приспособлений для отсчета измеренного угла Кроме того, отыскание места коррекции на роторе с помощью дополнительных приспособлений приводит к дополнительной погрешности при отсчете угла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, первый и второй одиночные выходы и группа выходов которого соединены соответственно с первым и вторым одиночными входами и первой группой входов блока измерения, и формирователь опорных сигналов, выполненный в виде последовательно соединенных датчика умового положения первый и второй входы которого соединены с соответствующими одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты фильтра нижних частот, нуль-компаратора выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, и соединенного С-входрм параллельного регистра первый и второй одиночные D-входы и группа D-входов котооого соединены с соответствующими выходами (енератора сигналов несущей частоты а первый и второй одиночные выходы и группа выходов соответственно с четвертым и пятым одиночными входами и второй группой входов блока измерения.

Блок измерения содержит первый и второй фазовые детекторы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных ключевого модулятора, аппроксиматора и интегратора, соединенные с выходами последних соответственно первый и второй блоки памяти, первый и второй амплитудные модуляторы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных дополнительного ключевого модулятора, вход которого соединен с выходом соответствующего блока памяти, и дополнительного аппроксиматора, последовательно соединенные сумматор, входы которого соединены с выходами аппроксимэ- торов, фильтр нижних частот и измеритель значения дисбаланса, последовательно соединенные нуль-компаратор вход которого соединен с выходом фильтра нижни частот,

и регистратор фазы, причем управляющие входы дополнительных первого и второго ключевых модуляторов второй вход регистратора фазы, управляющие входы соответственно первого и второго ключевых

модуляторов и объединенные вместе входы ключевых модуляторов являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым одиночными входами блока измерения группа управляющих входов дополнительных аппроксиматоров и группа управляющих входов аппроксиматора - соответственно первый м второй группами входов блока измерения

Недостатком известного устройства является погрешность измерения параметров дисбаланса, возникающая при нестабильной частоте вращения балансируемого ротора или при изменении частоты вращения в процессе балансировки Происходит это

из-за того, что устройство не обеспечивает компенсации изменения выходного сигнала вибродатчика при изменении частоты вращения Причинами изменения сигнала вибродатчика являются, например квадратичная (для машин оаботающих в дорезо- нансном режиме) зависимость центробежной силы, вызываемой его неуравновешенностью от частоты вращения балансируемого ротора, зависимость коэффициента

преобразования вибродатчика и механической колебательной системы балансировочного станка от частоты и тд Зависимость результатов измерения от частоты приводит к снижению производительности балансировки связанной с необходимостью перенастройки измерительного устройства при измерении частоты вращения

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров дисбаланса при

работе в диапазоне частот или при нестабильной частоте вращения

Поставленная цель достигается тем, что измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, группа выходов которого соединена с первой группой входов блока измерения, и формирователь опорн,.ых сигналов, включающий в себя последовательно соединенные датчик углового положения, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты и первым и вторым одиночными входами блока измерения, фильтр нижних частот и первый нуль-компаратор, выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, снабжено первой частотно-зависимой цепью, вход которой соединен с выходом вибродатчика, а выход - с шестым одиночным входом блока измерения, последовательно соединенные фазовым детектором, информационный вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, а управляющий вход - с первым входом датчика углового положения, умножителем частоты, соединенным счетным входом первым счетчиком- распределителем, формирователем синусоиды, второй частотно-зависимой цепью, вторым нуль-компаратором, первой схемой выделения фронта и соединенным установочным входом вторым счетчиком- распределителем, счетный вход которого соединен с выходом умножителя частоты, а первый и второй одиночные выходы и группа выходов - соответственно с четвертым и пятым одиночными входами и второй группой входов блока измерения, и второй схемой выделения фронта, вход которой соединен с выходом фазового детектора, а выход - с установочным входом первого счетчика-распределителя.

Введение в устройство указанных элементов позволяет повысить точность измерения параметров дисбаланса за счет сохранения выбранной цены деления (единицы коррекции) при изменении частоты вращения. Кроме того, повышается производительность, особенно при больших коэффициентах, снижения дисбаланса, за счет того, что отпадает необходимость перестраивать измерительное устройство при переходе на другую частоту вращения.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Измерительное устройство к балансировочному станку содержит последовательно соединенные вибродатчик 1 и первую

частотно-зависимую цепь 2, генератор 3 сигналов несущей частоты, формирователь 4 опорных сигналов, содержащий последовательно соединенные датчик 5 углового по- 5 ложения, первый и второй входы которого соединены с соответствующими одиночными выходами генератора 3 сигналов несущей частоты, фильтр 6 нижних частот и первый нуль-компаратор 7, последователь0 но соединенные фазовый детектор 8, информационный вход которого соединен с выходом фильтра 6 нижних частот, а управляющий вход - с первым входом датчика 5 углового положения, умножитель 9 частоты,

5 соединенный счетным входом первый счетчик-распределитель 10, формирователь 11 синусоиды, дополнительную частотно-зависимую цепь 12, второй нуль-компаратор 13, первую схему 14 выделения фронта и соеди0 ненный установочным входом второй счетчик-распределитель 15, счетный вход которого соединен с выходом умножителя 9 частоты, вторую схему 16 выделения фронта, выход которой соединен с выходом фа5 зового детектора 8, а выход - с установочным входом первого счетчика- распределителя 10, и многовходовый блок 17 измерения, первый и второй одиночные входы и первая группа входов которого сое0 динены с соответствующими выходами генератора 3 сигналов несущей частоты, третий одиночный вход - с выходом первого нуль-компаратора 7, четвертый и пятый одиночные входы и вторая группа входов - со5 ответственно с первым и вторым одиночными выходами и группой выходов второго счетчика-распределителя 15, а шестой - с выходом первой частотно-зависимой цепи 2.

0 Блок 17 измерения содержит две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных дополнительного фазового детектора 18 (19), блока 20 (21) памяти и амплитудного модулятора 22 (23),

5 последовательно соединенные сумматор 24, первый и второй входы которого соединены с выходами соответствующих амплитудных модуляторов 22 и 23, дополнительный фильтр 25 нижних частот и

0 измеритель 26 значения дисбаланса, последовательно соединенные дополнительный нуль-компаратор 27, вход которого соединен с выходом фильтра 25 нижних частот, и регистратор 28 фазы, причем одиночные

5 входы и объединенные вместе группы входов первого 22 и второго 23 амплитудных модуляторов являются соответственно первым и вторым одиночными и первой группой входов блока 17 измерения, второй,вход регистратора 28 фазы - третьим одиночным

входом блока 17 измерения, одиночные входы и объединенные вместе группы входов дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 - соответственно четвертым и пятым одиночными входами и второй группой входов блока 17 измерения, а объединенные вместе информационные входы дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 - шестым -одиночным входом блока 17 измерения

Генератор 3 сигналов несущей частоты может быть выполнен в виде импульсного генератора и счетчика-распределителя, включающего в себя два счетчика Джонсона, С-входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами импульсного генератора, и три логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, зходы первого из которых соединены с первым и вторым выходами первого счетчика Джонсона, входы второго - с первым и вторым выходами второго счетчика Джонсона, а входы третьего - с выходами первого и второго логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем третьи выходы счетчиков Джонсона являются соответственно первым и вторым одиночными выходами, а выходы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ группой выходов генератора 3 сигналов несущей частоты

Дополнительные фазовые детекторы 18 и 19 и амплитудные модуляторы 72 и 23 могут быть выполнены, например как в прототипе.

Фазовый детектор 8, например, может быть выполнен в виде последовательно соединенных нуль-компаратора и соединенного С-входом D-триггера причем D-вход триггера является управляющим, а вход нуль-компаратора - информационным входами фазово о детектора 8 В качестве нуль- компаратора может также использоваться первый нуль-компаратор 7 к выходу которого подключен С-вход D-триггера

Умножитель 9 частоты например, может быть выполнен на микросхеме К564ГП и делителе частоты в цепи обратной связи

Счетчики-распределители 10, 15 могут быть выполнены например, аналогично счетчику-распределителю в генераторе 3 сигналов несущей частоты дополненому делителем по модулю два прямой и инверсный выходы которого соединены со счетными входами обоих счетчиков Джонсо на Счетным входом такого счетчика-распределителя является с етный вход делителя по модулю два установочным входом - установочные входы обоих счетчиков Джонсона, а группа выходов образована первым выходом первого счетчика Джонсона и выходами всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

Формирователь синусоиды может быть выполнен, например, аналогично амплитудному модулятору в прототипе, на аналоговый вход которого подается постоянное напряжение, а группа управляющих входов является группой управляющих входов формирователя синусоиды

0 . Устройство работает следующим образом

В вибродатчике 1 механические колебания, вызванные центробежными силами, возникающими при вращении несбаланси5 рованного ротора, преобразуются в электрический сигнал, содержащий информацию о значении и угле дисбаланса. При изменении частоты вращения амплитуда сигнала дисбаланса на выходе вибродатчика в об0 щем случае изменяется Например, в доре- зонансных станках с датчиком силы в качестве вибродатчика зависимость сигнала дисбаланса от частоты прямо пропорциональна квадрату частоты В этом случае,

5 чтобы результаты измерения не изменялись при изменении частоты, АЧХ частотно-зависимой цепи 2 должна иметь обратный характер, т е обратно квадратичную зависимость от частоты Такую зависимость, например,

0 может обеспечить двойной интегратор С выхода частотно-зависимой цепи 2 сигнал дисбаланса поступает на шестой вход блока 17 измерения, образованный входами дополнительных фазовых детекторов 18 и 19,

5 которые осуществляют фильтрацию помех, содержащихся в спектре сигнала дисбаланса Для этого с формирователя 4 опорных сигналов на одиночные входы дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 поступают

0 прямоугольные импульсы типа меандр частотой F с взаимным сдвигом фаз 90°, а на группу входов - импульсы, дискретно изменяющие коэффициент передачи входного сигнала по синусоидальному и косинусои5 дальнему законам п раз за один оборот ротора. Такое преобразование входного сигнала в фазовых детекторах 18 и 19 эквивалентно его умножению на синусоидальный и косинусоидальный сигналы,

0 аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании во времени

Спектр таких сигналов кроме основной гармоники, содержит паразитные высшие

5 гармоники частоты F В процессе перемножения спектральные составляющие входного сигнала совпадающие с основной гармоникой и указанными паразитными составляющими переносятся на нулевую частоту, т е преобразуются в постоянные

напряжения, несущие информацию от ортогональных составляющих вектора дисбаланса, а помехи переносятся на боковые частоты и подавляются фильтрами нижних частот, входящими в состав фазовых детекторов 18 и 19 Эквивалентная АЧХ такого фильтра имеет, кроме основной полосы прозрачности на частоте F, дополнительные паразитные на высших частотах Ширина каждой полосы прозрачности определяется частотой среза фильтров нижних частот в составе дополнительных фазовых детекторов 18 и 19. В описываемом примере выполнения устройства используется 12 ступеней аппроксимации, которых в большинстве случаев практического применения оказывается достаточно.

Постоянные напряжения, пропорциональные ортогональным составляющим

-актсрэ дисбаланса, через открытые в режи- ми измерения блоки 20 и 21 памяти поступают на входы амплитудных модуляторов 22 и 23.

На одиночные входы амплитудных модуляторов 22 и 23 с первого и второго одиночных выходов генератора 3 сигналов несущей частоты поступают прямоугольные импульсы типа меадресущей частоты f с взаимным сдвигом фаз 90° а на группу входов

-импульсы, дискретно изменяющие коэффициент передачи входного сигнала по си- н-усоидальному и косинусоидальному законам п раз за один период частоты f. Такое преобразование входного сигнала в фазовых детекторах 22 и 23 эквивалентно его умножению на синусоидальный и коси- нусоидальный сигналы аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании во времени В результате амплитудной модуляции на выходе сумматора 24 формируется векторная сумма ортогональных составляющих вектора дисбаланса, каждая из которых представляет собой квазигармонический сигнал несущей частоты f, аппроксимированный ступенчатой функцией Спектр сигнала, выделяющегося на выходе суммятора 24, кроме основной, содержит высшие гармоники, которые подавляются дополнительным фильтром 25 нижних частот На выходе фильтра 25 нижних частот выделяется гармонический сигнал несущей частоты f, амплитуда и фаза которого несут информацию об угле и значении вектора дисбаланса. Подключенный к выходу измеритель 26 значения дисбаланса используется для определения величины корректирующей массы.

Синхронно с балансируемым ротором (не показан) вращается кинематически с ним связанный ротор датчика 5 углового

положения, выполненного в виде вращающегося трансформатора (или сельсина), включенного в режиме фазовращателя. Режим фазовращателя обеспечивается пита- 5 нием датчика 5 углового положения импульсами несущей частоты с взаимным сдвигом фаз 90° (или 120°, если датчик 5 углового положения выполнен на сельсине) Высшие гармоники выходного сигнала дат10 чика 5 углового положения подавляются фильтром 6 нижних частот. Первый нуль- компаратор 7 преобразует выходной сигнал фильтра 6 нижних частот в прямоугольные импуль сы, перепады которых совпадают с

15 моментами перехода синусоиды через нуль. Фаза импульсов несущей частоты f на выходе первого нуль-компаратора 7 изменяется на 360° при повороте балансируемого ротора полный оборот. Так как положительные

0 перепады этих импульсов являются тактирующими для D-триггера, на котором реализован фазовый детектор 8, то при каждом полном обороте ротора изменения сигнала на его выходе отображают изменения сиг5 нала на D-входе за один период несущей частоты, т.е. формируется меандр с частотой F, равной частоте вращения ротора

Связанный с выходом фазового детек: тора 8 умножитель частоты генерирует им0 пульсный сигнал, частота которого кратна частоте входного сигнала. Коэффициент кратности выбирается равным модулю счета первого 10 и второго 15 счетчиков-распределителей.

5 На группе выходов счетчика-распределителя 10 выделяются меандр с частотой F, равной частоте вращения ротора, и группа специальных сигналов кратной частоты, которые управляют аналоговыми ключами

0 формирователя 11 синусоиды. Последний вырабатывает квазисинусоидаяьный сигнал, аппроксимированный 12 ступеньяка- ми Фаза выходного сигнала формирователя 11 синусоиды привязана к

5 фазе выходного сигнала фазового детектора 8 благодаря синхронизации первого счетчика-распределителя короткими импульсами, формируемыми второй схемой 16 выделения фронта Выходной сигнал формировате0 ля 11 синусоиды через дополнительную частотно-зависимую цепь 12 поступает на вход второго нуль-компаратора 13, который преобразует его в прямоугольные импульсы. Первая схема 14 выделения фронта по

5 положительным перепадам этих импульсов вырабатывает короткие импульсы синхронизации второго счетчика-распределителя 15. На первом и втором одиночных выходах и на группе выходов второго счетчика-распределителя формируются соответственно

два меандра с частотой F вращения ротора, с взаимным сдвигом фаз 90°, образующие измерительную прямоугольную систему координат, и группа специальных сигналов кратной частоты, которые обеспечивают аппроксимацию синусоидальной и косинусои- дальной функций в дополнительных фазовых детекторах 18 и 19.

Благодаря идентичности частотно-зависимых цепей 2 и 12 измерительная сиетема координат изменяет свое угловое положение при изменении частоты вращения на угол, равный сдвигу фазы сигнала дисбаланса.

Время вращения балансируемого ротора при измерении дисбаланса выбирается достаточным для установления переходных процессов в фазовых детекторах 18 и 19 По истечении указанного времени блоки 20 и 21 памяти переключаются в режим хранения, и вращение ротора прекращается. При этом гармонический сигнал несущей частоты f на выходе фильтра 25 нижних частот, содержащий информацию о параметрах дисбаланса, сохраняется.

Нуль-компаратор 27 преобразует синусоиду в прямоугольна импульсы, которые поступают на один из входов регистратора 28 фазы. На второй вход регистратора 28 фазы поступают импульсы несущей частоты f, фаза которых соответствует текущему уг- повому положению балансируемого ротора В процессе отыскания угла коррекции дисбаланса ротор вращают, добиваясь по показаниям регистратора 28 фазы совпадения фаз его входных сигналов. При этом угол коррекции балансируемого ротора совпадает с неподвижным указателем, закрепленным на станине станка (не показан).

Таким образом, в данном устройстве осуществляется компенсация изменения сигнала дисбаланса при изменении частоты вращения балансируемого ротора, при этом точность отыскания места коррекции на роторе сохраняется. Независимость показаний измерителя 26 значения дисбаланса от частоты вращения позволяет исключить операцию перенастройки измерительного

устройства при изменении частоты вращения, что повышает производительность балансировки роторов, особенно при больших коэффициентах уменьшения дисбаланса.

Формулаизо е т е н и я

Измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, группа выходов которого соединена с первой группой входом блока измерения, и формирователь опорных сигналов, включающий в себя последовательно соединенные датчик углового положения, первый и второй входы

которого соединены с первым и вторым одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты и первым и вторым одиночными входами блока измерения, фильтр нижних частот и первый нуль-компа

ратор, выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерения параметров дисбаланса, оно снабжено первой частотно-зависимой цепью, вход которой соединен с выходом вибродатчика, а выход - с шестым одиночным входом блока измерения, последовательно соединенными фазовым детектором, информационный вход которого

соединен с выходом фильтра нижних частот, а управляющий вход - с первым входом датчика углового положения, умножителем частоты, соединенным счетным входом первым счетчиком-распределителем, формирователем синусоиды, второй частотно-зависимой цепью, вторым нуль-компаратором, первой схемой выделения фронта и соединенным установочным входом вторым счетчиком-распределителем, счетный вход

которого соединен с выходом умножителя частоты, а первый и второй одиночные выходы и группа выходов - соответственно с четвертым и пятым одиночными входами и второй группой входов блока измерения, и

второй схемой выделения фронта, вход которой соединен с выходом фазового детектора, а выход - с установочным входом первого счетчика-распределителя.

Изобретение относится к балансировочной технике. Цель изобретения - повыше17 ние точности за счет компенсации изменения сигнала, вызванного нестабильностью частоты вращения. Сигнал с вибродатчика 1 фильтруется и преобразуется в ортогональные составляющие. Сигнал с датчика 5 углового положения преобразуется в импульсный сигнал , кратный частоте вращения, и используется для коррекции изменения частоты вращения. Время вращения при измерении устанавливается достаточным для установления переходных процессов в фазовых детекторах 18 и 19, после чего блоки 20 и 21 памяти переключаются в режим хранения и вращение прекращается, а гармонический сигнал на выходе фильтра 25 нижних частот, несущий информацию о дисбалансе, сохраняется. 1 ил. 00 с