Измерительное устройство к балансировочному станку

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 М 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4824834/28 (22) 14.05.90 (46} 07,07.92. Бюл, № 25 (71) Минское станкостроительное производственное объединение им.Октябрьской революции (72) В.А.Малыгин и Н.В.политаев (53) 620.1.05:531.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1151845, кл, G 01 М 1/22, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1226086, кл. 6 01 М 1/22, 1985. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО К БАЛАНСИРОВОЧНОМУ СТАНКУ (57) Изобретение относится к балансировочной технике, Цель изобретения — повышеf7

„„5U„„1746232 А1 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 п реобразуется в импульсный сигнал, кратный частоте вращения, и используется для коррекции изменения частоты вращения, Время вращения при измерении устанавливается достаточным для установления переходных процес= сов 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, 3, 1746232

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в балансировочных станках, например универсальных, Известно устройство для измерения па- 5 раметров вектора дисбаланса вращающихся тел, содержащее генератор синхроимпульса, выполненный в виде электронного устройства, измеритель дисбаланса, соединенные с его .выходом формирователь им- 10 пульса и индикатор величины дисбаланса, генератор импульсов, первый и второй счетчики импульсов, счетные входы которых со единены с выходом генератора импульсов, вычислитель, входы которого соединены с 15 выходами первого и второго счетчиков импульсов, цифровой индикатор, вход которого соединен с выходом вычислителя, блок управления, входы которого соединены с генератором синхроимпульса и измерите- 20 лем дисбаланса, а выходы — с управляющими входами первого и второго счетчиков импульсов и вычислителя.

Однако данное устройство не обеспечивает возможности отыскания места коррек- 25 ции на роторе без применения каких-либо дополнительных приспособлений для отсчета измеренного угла, Кроме того, отыскание места коррекции на роторе с помощью .. дополнительных приспособлений приводит 30 к дополнительной погрешности при отсчете угла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измерительное устройство к балансировочному 35 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 40 входами и первой группой входов блока измерения, и формирователь опорных сигналов, выполненный в виде последовательно соединенных датчика углового положения. первый и второй входы которого соединены 45 с соответствующими одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты, фильтра нижних частот, нуль-компаратсра, выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, и соединен- 50 ного С-входом параллельного регистра, первый и второй одиночные D-входы и груп. па О-входов которого соединены с соответствующими выходами генератора сигна lов несущей частоты, а первый и второй одиноч- 55 ные 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 аппроксиматоров, фильтр нижних частот и измеритель значения дисбаланса, последовательно соединенные нуль-компаратор, вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, и регистратор фазы. причем управляющие входы дополнительных первого и второго ключевых модуляторов, второй вход регистратора фазы, улравляющие входы соответственно первого и второго ключевых модуляторов и обьединенные 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 и второй группами входов блока измерения.

Недостатком известного устройства является погрешность измерения парамет,"оя 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. работающих в дорезонансном режиме) зависимость центробежной силы, вызываемой его неуравновешенностьк, от частоты вращения балансируемого ротора, зависимость коэффициента преобразования вибродатчика и механической колебательной системы балансировочного станка от частоты и т.д. 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

1746232 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 sxoдов 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-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 счетчикомраспределителем, формирователем синусоиды, второй частотно-зависимой цепью, вторым нуль-компаратором, первой схемой выделения фронта и соединенным установочным входом вторым счетчикомраспределителем, 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.

Нэ чертеже представлена структурная схема устройства.

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

20

45 дополнительный фильтр 25 нижних частот и

50 измеритель 26 значения дисбаланса, после55

10

35 частотно-зависимую цепь 2, генератор 3 сигналов несущей частоты, формирователь

4 опорных сигналов, содержащий последовательно соединенные датчик 5 углового положения, первый и второй входы которого соединены с соответствующими одиночными выходами генератора 3 сигналов несущей частоты, фильтр 6 нижних частот и первый нуль-компаратор 7, последователь-, 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, 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 соединенный 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 фазового детектора 8, а выход — с установочным входом первого счетчикараспределителя 10, и многовходовый блок

17 измерения, первый и второй одиночные входы и первая группа входов которого соединены 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 — соответственно с первым и вторым одиночными выходами и группой выходов второго счетчика-распределителя 15, а шестой — с выходом первой частотно-зависимой цепи 2.

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), последовательно соединенные сумматор

24, первый и второй входы которого соединены с выходами соответствующих амплитудных модуляторов 22 и 23, довательно соединенные дополнительный нуль-компаратор 27, вход которого соединен с выходом фильтра 25 нижних частот, и регистратор 28 фазы, причем одиночные 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

1746232 входом блока 17 измерения, одиночные входы и объединенные вместе группы входов дополнительных фазовых детекторов 18 и

19 — соответственно четвертным и пятым одиночными входами и второй группой входов блока 17 измерения, а обьединенные 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 ИСКЛЮЧАЮЩЕE ИЛИ, зходы первого из которых соединены с первым и вторым выходами первого счетчика Д>консона; 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 вЂ” группой выходов генератора 3 сигналов несущей частоты, . Дополнительные фазовые детекторы 18 и 19 и амплитудные модуляторы 22 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 нулькомпаратора может также использоваться первый нуль-компаратор 7, к выходу которого подключен С-вход D-триггера.

Умножитель 9 частоты, например, может быть выполнен на микросхеме К564ГГ1 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 Джонсона. 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 Джонсо10 . Устройство работает следующим образом, В вибродатчике 1 механические колебания, вызванные центробежными силами, возникающими при вращении несбалансированного ротора, преобразуются в электрический сигнал, содержащий информацию о значении и угле дисбаланса, При изменении частоты вращения амплитуда сигнала дисбаланса на выходе вибродатчика в общем случае изменяется, Например. в дорезонансных станках с датчиком силы в качестве вибродатчика зависимость сигнала дисбаланса от частоты прямо пропорциональна квадрату частоты. В этом случае, 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, . 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, 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 прямоугольные импульсы типа меандр частотой F с взаимным сдвигом фаз 90О, а на группу входов — импульсы, дискретно изменяющие коэффициент передачи входного сигнала по синусоидальному и косинусоидальному законам и раз за один оборот ротора. Такое преобразование входного сигнала в фазовых детекторах 18 и 19 эквивалентно его умножению на синусоидальный и коси нусоидальный сигналы, аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании во времени.

Спектр таких сигналов. кроме основной гармоники, содержит паразитные высшие гармоники частоты Е. B процессе перемножения спектральные составляющие входного сигнала, совпадающие с основной гармоникой и указанными паразитными.составляющими, переносятся на нулевую частоту, т.е, преобразуются в постоянные

55 на 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.

1746232

10 напряжения, несущие информацию оторто- положения, выполненного в вйде вращаюгональных составляющих вектора дисба- щегося трансформатора (или сельсина), ланса, а помехи переносятся на боковые включенного в режиме фазовращателя, Речастоты и подавляются фильтрами нижних жим фазовращателя обеспечивается питачастот, входящими в состав фазовых детек- 5 нием датчика 5 углового положения торов 18 и 19, Зквивалентная АЧХ такого импульсами несущей частоты с взаимным фильтра имеет, кроме основной полосы про- сдвигом фаз 90 (или 120 . если .датчик 5 зрачности на частоте F, дополнительные па- углового положения выполнен на сельсине), разитные на высших частотах, Ширина Высшие гармоники выходногосигналадаткаждой полосы прозрачности определяет- 10 чика 5 углового положения подавляются ся частотой среза фильтров нижних частот в фильтром 6 нижних частот, Первый нульсоставе дополнительных фазовых детекто- компаратор 7 преобразует выходной сигнал ров 18 и 19. В описываемом примере выпол- фильтра 6 нижних частот в прямоугольные нения устройства используется 12 ступеней импульсы, перепады которых совпадают с.. аппроксимации, которых в большинстве 15 моментами перехода синусоиды через нуль. случаев практического применения оказы- Фаза импульсов несущей частоты f на выховается достаточно. де первого нуль-компаратора 7 изменяется

Постоянные напряжения, пропорцио- на 360 при повороте балансируемого ротональные ортогональным составляющим ра полный оборот. Так как положительные

- =ктора дисбаланса, через открытые в режи- 20 перепады этих импульсов являются тактируме измерения блоки 20 и 21 памяти посту- ющими для О-триггера, на котором реализопают на входы амплитудных модуляторов ван фазовый детектор 8,.то при каждом

22 и 23. полном обороте ротора изменения сигнала

На одиночные входы амплитудных мо- на его выходе отображают изменения сигдуляторов 22 и 23 с первого и второго оди- 25 нала на 0-входе за один период несущей ночных выходов генератора 3 сигналов частоты,т,е.формируетсямеандрсчастотой .несущей частоты поступают прямоугольные F,, равной частоте вращения ротора, импульсы типа меадресущей частоты f с вза- Связанный с выходом фазового.детекимным сдвигом фаэ 90 . а на группу входов тора 8 умножитель частоты генерирует им— импульсы, дискретно изменяющие коэф- 30 пульсный сигнал, частота которого кратна фициент передачи входного сигнала по си- частоте входного сигнала. Коэффициент нусоидальному и косинусоидальному кратности выбирается равным модулю сче"-аконам и раз за один период частоты f. та первого 10 и второго 15 счетчиков-расТакое преобразование входного сигнала в пределителей. фазовых детекторах 22 и 23 эквивалентно 35 На группе выходов счетчика-распредеего умно>кению на синусоидальный и коси- лителя 10 выделяются меандр с частотой F, нусоидальный сигналы. аппроксимирован- равной частоте вращения ротора, и группа ные ступенчатой функцией при специальных сигналов кратной частоты, коравномерном квантовании во времени. В торые управляют аналоговыми ключами результате амплитудной модуляции на вы- 40 формирователя 11 синусоиды. Последний ходе сумматора 24 формируется векторная вырабатывает кваэисинусоидальный сигсумма ортогональных составляющих векто- нал, аппроксимированный 12 ступеньякара дисбаланса, каждая иэ которых пред- ми, Фаза выходного сигнала ,ставляет собой квазигармонический сигнал формирователя 11 синусоиды привязана к несущей частоты f, аппроксимированный 45 фазевыходногосигналафазовогодетектора ступенчатой функцией. Спектр сигнала, вы- 8 благодаря синхронизации первого счетчиделяющегося на выходе сумматора 24, кро- ка-распределителя короткими импульсами, ме основной, содержит высшке гармоники, формируемыми второй схемой 16 выделе.которые подавляются дополнительным ния фронта. Выходной сигнал формироватефильтром 25 нижних частот. На выходе 50 ля 11 синусоиды через дополнительную фильтра 25 нижних частот выделяется гар- частотно-зависимую цепь 12 поступает на монический сигнал несущей частоты f, амп- вход второго нуль-компаратора. 13, который литуда и фаза которого несут информацию преобразует его в прямоугольные импульоб угле и значении вектора дисбаланса. сы. Первая схема 14 выделения фронта по

Подключенный к выходу измеритель 26 зна- 55 положительным перепадам этих импульсов чениядисбаланса используется для опреде- вырабатывает короткие импульсы синхроления величины корректирующей массы. ниэации второго счетчика-распределителя

Синхронно с балансируемым ротором 15. На первом и втором одиночных выходах (не показан) вращается кинематически с и на группе выходов второго счетчика-расним связанный ро ор датчика 5 углового пределителя формируются соответственно

1746232

12 устройства при изменении частоты вращения, что повышает производительность балансировки роторов, особенно при больших 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 ап- 5 проксимацию синусоидальной и косинусоидальной функций в дополнительных . фазовых детекторах 18 и 19.

Благодаря идентичности частотно-зави-симых цепей 2 и 12 измерительная система координат изменяет свое угловое положение.при изменении частоты вращения на

- угол, равный сдвигу фазы сигнала дисбаланса.

Время вращения балансируемого рота- 1 ра 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-компарэтор 27 преобразует синусоиду в прямоугольне 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 угловому 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 ро-. торе сохраняется, Независимость показа- 4 ний измерителя 26 значения дисбаланса от частоты вращения позволяет исключить операцию перенастройки измерительного козффициентах уменьшения дисбаланса.

Формула изобретения

Измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, груп10 па 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-компа20

25 ратор, выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, о т л ич а ю щ е е с я 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

30. соединен с выходом фильтра нижнихчастот, 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, 35 первой схемой выделения фронта и соединенным установочным входом вторым счетчиком-распределителем, счетный вход

40 которого соединен с выходом умножителя частоты, э 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.

Составитель В.Малыгин

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор И,Шмакова, Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2388 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5