CN101629865B - 激光动平衡调整方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明激光动平衡调整方法及其装置，利用激光调整回转体工件的动平衡，具体通过振动传感器和位置传感器检测工件不平衡位置，然后激光系统射出激光束，通过振镜系统与平场镜对不平衡位置进行激光切除，本发明通过激光的非接触加工性能对工件进行动平衡调整，由于激光开通及关闭的延时很短，可以实现在高速运转的回转体工件上进行在线的调整，且通过振镜系统与平场镜来改变激光光路的方法，振镜系统的焦距较大，平场镜的速度高，可以实时对回转体工件进行跟踪加工，且平场聚焦镜的焦点是一个平面，在此平面内激光具有极高的能量，适合高速加工。

Description

激光动平衡调整方法及其装置

【技术领域】

本发明涉及一种激光动平衡调整装置及其方法，尤指利用激光的非接触加工性能对回转体工件进行动平衡调整。

【背景技术】

机械运动时，各运动构件由于制造、装配误差，材质不均等原因造成质量分布不均，质心做变速运动将产生大小及方向呈周期性变化的惯性力。由于回转体结构不对称、材质不均匀、制造和安装误差等原因，均会引起偏心(质心偏离形心)，由于偏心将导致回转体运转时产生离心惯性力，从而使回转体处于不平衡状态，需在回转体上加减配重，以改善回转体的质量分布，从而保证回转体在运转时由不平衡而引起的振动或振动力减小到允许范围内，现有技术采用平衡仪或平衡机来测量或实验回转体的平衡，在被测工件或被测机构不平衡时，从平衡仪或平衡机上取下该被测工件或被测机构，然后利用辅助设备切除或增加材料或者利用人工如磨沙纸对准工件或机构进行磨擦以切除或增加材料的方法来调节该工件或机构的平衡。

传统意义上的动平衡调节是先测量动平衡参数，然后利用辅助设备切除或增加材料的方法来调节。由于调整部分是接触式加工，所以无法做到实时调节，而且需要多次调节，易受人为操作影响，生产效率低，可靠性及精度都不高；另，由于调整部分是接触式加工，而接触式加工必然对材料产生机械变形，并施加给材料一定的应力，加工变形量大，只能加工普通材料，而不能加工精度较高的材料。

比较先进的激光调节动平衡的思想早在1977年就有人提出来了，具体参见美国第4037076号专利，该专利采用与旋转体同步转动的棱镜改变光路，实现动态的动平衡调节，但由于旋转体与棱镜不在同一轴上，很难实现旋转体与棱镜同步转动(即：旋转体与棱镜相对静止)；而且棱镜只能在一个圆周范围内扫描旋转体，不能做到全面调整旋转体的动平衡。

【发明内容】

本发明所欲解决的技术问题在于提供一种可以在线测量并可对回转体的动平衡进行调整、且调整精度高、效率高的激光平衡调整方法及其装置。

本发明所采用的技术方案是提供一种激光动平衡调整方法，该方法利用激光调整回转体工件的动平衡，其特征在于，该方法包括如下步骤：

一动力装置驱动工件作旋转运动；

至少一振动传感器侦测工件因不平衡产生的振动信号并传输给控制系统；

至少一位置传感器记录该振动信号所对应的位置并发出位置信号传输给控制系统；

控制系统根据振动信号和位置信号，分析工件的动平衡特性，并计算出工件需要加工的位置及激光束的能量，同时，将加工的位置信号传输给振镜控制板，激光束的能量信号传输给激光系统；

至少一振镜控制板接收加工的位置信号，根据加工的位置信号同时控制X轴振镜与Y轴振镜的精确转动，实现激光束的两维精确定位在加工位置上；

激光系统发射激光束，激光束射入X轴振镜与Y轴振镜后，传输至聚焦面为平面的平场镜；

平场镜聚焦到工件的表面，激光束的焦点切除加工位置的表面。

本发明所采用的另一技术方案是提供一种激光动平衡调整置，通过激光调整回转体工件的动平衡，其包括：一控制系统、驱动工件作旋转运动的一动力装置；侦测工件因不平衡产生振动信号的至少一振动传感器，并将该振动信号传输给控制系统；记录振动在工件上所对应的位置信号的至少一位置传感器，并将该位置信号传输给控制系统；与控制系统连接的至少一激光系统；还包括：与控制系统连接并与激光系统对应的至少一光路控制系统，该光路控制系统包括振镜系统与聚焦面为平面的平场镜，振镜系统包括接收加工位置信号的振镜控制板、及由该振镜控制板控制的X轴振镜与Y轴振镜，其中，激光系统发射激光束，激光束射入X轴振镜与Y轴振镜后，传输至平场镜；平场镜聚焦到工件的表面，激光束的焦点切除加工位置的表面。

本发明激光动平衡调整方法及其装置，通过激光的非接触加工性能对工件进行动平衡调整，由于激光开通及关闭的延时很短，可以实现在高速运转的回转体工件上进行在线的调整，且通过振镜系统与平场镜来改变激光光路的方法，振镜系统的焦距较大，平场镜的速度高，可以实时对回转体工件进行跟踪加工，且平场聚焦镜的焦点是一个平面，在此平面内激光具有极高的能量，适合高速加工，本发明的优点如下：

1.生产效率高，在高精度的调整中，由于不需要多次在工件装卸及记录，所以可以大大提高生产效率。

2.可靠性高，由于在线一次性将工件安装并夹紧完成调整，便于自动化，也消除了人为因素造成的失误。

3.精度高，由于在线测量和在线调整，不需要人工干预，很容易做到精确定位调整，并形成闭环调节以获得很高的品质。

4.可加工普通工艺很难加工的工件，而且加工变形小。

【附图说明】

图1为本发明激光动平衡调整装置的工作示意图；

图2为振镜系统与平场镜的工作原理图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1和图2为本发明激光动平衡调整装置第一实施例的结构示意图，本发明的激光动平衡调整装置100是一种利用激光非接触加工性能调整工件10的动平衡，该工件10为回转体，具体可为轴类工件、盘类工件、曲轴类工件等回转体类工件，例如电机转子、离心扇叶、风轮、飞轮、皮带轮、制动鼓、卧式数控机床、数控机床、偏心轮等，这些回转件工件10的质量分布，使回转件工作时离心力系达到平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动。

本发明的激光动平衡调整装置100包括：装夹工件10的轴11，该轴11通过一联轴器12固定在一动力装置13上，该动力装置13通过第一数据线31与电机装置14连接，以提供动力装置13驱动工件10旋转的能量；轴11由两支撑装置15支撑，该支撑装置15固定在调整装置16，通过调节支撑装置15在调整装置16上相对高度，从而可调节工件10在轴11上的相对位置，即：工件10通过连轴器12固定在动力装置13上，该轴11与联轴器12器连接，动力装置13驱动联轴器12带动轴11转动，该轴11带动工件旋转。

激光动平衡调整装置100还包括：两振动传感器17分别位于支撑装置15上，以便侦测因工件10旋转时动平衡不好引起轴11振动，轴11振动带动支撑装置15振动，振动传感器17位于支撑装置15上可侦测支撑装置15的振动，即：当工件10上各质量的离心力的向量和不等于零，且离心力所引起的力偶矩的向量和也不等于零，工件10将产生振动，振动传感器17侦测工件10因不平衡产生的振动信号并通过第二数据线32传输给控制系统18，该控制系统18实际为计算机。

激光动平衡调整装置100还包括：位于轴11附近且固定在支撑装置15上的位置传感器19，该位置传感器19记录该振动信号所对应的位置并通过第三数据线33发出位置信号传输给控制系统18。

控制系统18接收到振动信号和位置信号后，分析工件10的动平衡特性，同时计算出工件10需要加工的位置及激光束的能量。

激光动平衡调整装置100还包括：一激光系统20，该激光系统20通过第四数据线34与第五数据线35分别与电机装置14及控制系统18连接，且激光系统20接收到控制系统18发出的激光束的能量信号。

该激光系统20包括两个激光头或激光器20，该激光头或激光器所采用的激光为任意波长，且激光器20本身在Q开关作用下也有极快的开关特性，足够在高速情况下实现精确控制，而且可以在小功率情况下得到极高的巨脉冲，提高加工效率。

同时参阅图2，激光动平衡调整装置100还包括：与控制系统18通过第六数据线36连接的两光路控制系统21，该光路控制系统21包括振镜系统22与聚焦面为平面的平场镜23，振镜系统22包括接收加工位置信号的振镜控制板221、及由该振镜控制板221控制的X轴振镜222与Y轴振镜223，其中，平场镜23的聚焦面为平面，这样面扫面工件10的范围更广；X轴振镜222与Y轴振镜223在空间中相互垂直并带有激光反射镜片，控制系统18将加工的位置信号传输给振镜系统22的振镜控制板221，振镜控制板221控制X轴振镜222与Y轴振镜223两维精确定位，使激光束进入振镜系统22后，通过平场镜23聚焦到工件表面，用激光的焦点切除工件不平衡的表面，同时反馈工件的不平衡状况实时指导激光加工，直到达到要求为止，即直到检测到工件10的各质量的离心力的向量和等于零，且离心力所引起的力偶矩的向量和也等于零为止。

工作时，本激光动平衡按照下述方法进行，该方法包括如下步骤：

首先根据激光器20与光路控制系统21的高度，调整好工件10在支撑装置15上的相对高度；接着开启电机装置14，使动力装置13驱动工件10作旋转运动；此时振动传感器17侦测工件因动平衡不好产生的振动信号并传输给控制系统18；同时位置传感器19记录该振动信号所对应的位置并发出位置信号传输给控制系统18；控制系统18根据振动信号和位置信号，分析工件10的动平衡特性，并计算出工件10需要加工的位置及激光束的能量，同时，将加工的位置信号传输给振镜控制板221，激光束的能量信号传输给激光系统20；接着振镜控制板221接收加工的位置信号，根据加工的位置信号同时控制X轴振镜222与Y轴振镜22的精确转动，实现激光束的两维精确定位在加工位置上；激光系统20发射激光束，激光束射入X轴振镜222与Y轴振镜223后，传输至聚焦面为平面的平场镜23；平场镜23聚焦到工件10的表面，激光束的焦点切除加工位置的表面。

本发明中在激光器20上使用高功率脉冲激光的效果比较好，这样会短时间内蒸发材料，不致材料发生热变形；且如果需要切除材料比较多，本发明最好选用焦点比较垂直于工件10表面的聚焦镜23，使聚焦镜23的射出角小于5度，这样在打深后不会造成加工点周围质量不均匀。

本发明也可精确调节偏心量的成都

本发明激光动平衡调整方法及其装置，通过激光的非接触加工性能对工件进行动平衡调整，由于激光开通及关闭的延时很短，可以实现在高速运转的回转体工件上进行在线的调整，且通过振镜系统与平场镜来改变激光光路的方法，振镜系统的焦距较大，平场镜的速度高，可以实时对回转体工件进行跟踪加工，且平场聚焦镜的焦点是一个平面，在此平面内激光具有极高的能量，适合高速加工，本发明的优点如下：

5.生产效率高，在高精度的调整中，由于不需要多次在工件装卸及记录，所以可以大大提高生产效率。

6.可靠性高，由于在线一次性将工件安装并夹紧完成调整，便于自动化，也消除了人为因素造成的失误。

7.精度高，由于在线测量和在线调整，不需要人工干预，很容易做到精确定位调整，并形成闭环调节以获得很高的品质。

8.可加工普通工艺很难加工的工件，而且加工变形小。

Claims (3)

1.一种激光动平衡调整方法，该方法利用激光调整回转体工件的动平衡，其特征在于，该方法包括如下步骤：

一动力装置驱动工件作旋转运动，且工件(10)装夹在一轴(11)上，该轴(11)由两支撑装置(15)支撑，该支撑装置(15)固定在一调整装置(16)上，且该轴(11)通过一联轴器(12)固定在所述动力装置(13)上，且该动力装置与电机装置(14)连接；

两振动传感器侦测工件因不平衡产生的振动信号并传输给控制系统，且所述两振动传感器分别位于所述支撑装置(15)上；

至少一位置传感器记录该振动信号所对应的位置并发出位置信号传输给控制系统，且所述位置传感器固定在所述一支撑装置(15)上；

控制系统根据振动信号和位置信号，分析工件的动平衡特性，并计算出工件需要加工的位置及激光束的能量，同时，将加工的位置信号传输给振镜控制板，激光束的能量信号传输给激光系统；

至少一振镜控制板接收加工的位置信号，根据加工的位置信号同时控制X轴振镜与Y轴振镜的精确转动，实现激光束的两维精确定位在加工位置上；

激光系统发射激光束，激光束射入X轴振镜与Y轴振镜后，传输至焦平面为平面的平场镜；

平场镜聚焦到工件的表面，平场镜的射出角小于5度，激光束的焦点切除加工位置的表面。

2.如权利要求1所述的激光动平衡调整方法，其特征在于：所述振镜控制板、X轴振镜及Y轴振镜组成振镜系统，且X轴振镜与Y轴振镜在空间内相互垂直。

3.一种激光动平衡调整装置，通过激光调整回转体工件的动平衡，其特征在于，其包括：

一控制系统；

驱动工件作旋转运动的一动力装置，且工件(10)装夹在一轴(11)上，该轴(11)由两支撑装置(15)支撑，该支撑装置(15)固定在一调整装置(16)上，且该轴(11)通过一联轴器(12)固定在所述动力装置(13)上，且该动力装置与电机装置(14)连接；

侦测工件因不平衡产生振动信号的两振动传感器，并将该振动位置信号传输给控制系统，且所述两振动传感器分别位于所述支撑装置(15)上；

记录振动在工件上所对应的位置信号的至少一位置传感器，并将该位置信号传输给控制系统，且所述位置传感器固定在所述一支撑装置(15)上；

与控制系统连接的至少一激光系统；及

与控制系统连接并与激光系统对应的至少一光路控制系统，该光路控制系统包括振镜系统与聚焦面为平面的平场镜，振镜系统包括接收加工位置信号的振镜控制板、及由该振镜控制板控制的X轴振镜与Y轴振镜；其中，

激光系统发射激光束，激光束射入X轴振镜与Y轴振镜后，传输至平场镜；平场镜聚焦到工件的表面，平场镜的射出角小于5度，激光束的焦点切除加工位置的表面。

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