CN104704336A - 旋转体的动态平衡方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种平衡装置(1)，用于限定一旋转轴线(10a)的旋转体(10)，该平衡装置包括：多个平衡头(30)，沿着所述旋转轴线(10a)对齐，每个所述平衡头(30)包括：平衡块体(31)，适于至少沿着运动的圆周移动以消除所述旋转体(10)的失衡；至少一个电机(32)，适于独立地移动平衡块体(31)，不同平横头(30)的平衡块体(31)部分沿着所述旋转轴线(10a)相互隔开；失衡探测装置(5)，包括适于测量由旋转体(10)的失衡引起的振动的多个振动探测器(5a)。

Description

旋转体的动态平衡方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在独立权利要求的前序部分中指定类型的旋转体的动态平衡装置和方法。具体地，本发明涉及适于弥补工具的动态失衡的装置和方法。更具体地，这种装置和方法用于与研磨机(更准确地说，磨轮)一起使用以便消除失衡。
背景技术
众所周知，工具可具有动态和/或旋转失衡。
当工具关于其旋转轴线不完全平衡时，即，当工具的质心不位于旋转轴线上时，发生旋转失衡。
另一方面，动态失衡指的是沿与磨轮的轴线相交的剖平面发生的失衡。可存在多个法向截面(正截面)，这些法向截面垂直于工具的旋转轴线，并具有旋转失衡，这些旋转失衡相互抵消，但引起沿着垂直于工具的旋转轴线的轴线的不期望的力矩。因此，这种失衡沿着两个平面发生。
当工具被旋转时，所述动态失衡和/或旋转失衡引起不期望的振动，因此决定了较差的机械加工质量和各种缺点。
为避免这样的问题，每当磨轮适配到研磨机时，操作者使用适当装置和配重物平衡所述磨轮。
尽管起初是平衡的，由于磨轮磨损，磨轮的质心趋向于改变并远离旋转轴线。在机械加工过程期间，磨轮遭受变形和磨损，这改变了它的几何结构，引起失衡。
平衡装置和平衡方法能够评估磨轮的旋转失衡，因此连续地改变磨轮的质心的位置以使其重新平衡。
它们一般包括：两个相互可移动的块体，适用于消除发生的失衡；传感器，适用于探测磨轮的失衡；以及控制设备，适用于根据失衡而控制块体的运动。
上述现有技术具有一些重要缺点。
第一个缺点是已知的平衡装置不能执行旋转体的动态平衡。
第二个重要的缺点是，因为块体以大体上随机的方式移动，所以已知的装置用特别漫长的过程进行平衡。一旦已经探测到失衡，平衡过程包括，将块体移动到一位置，随后测量相对于先前位置的失衡的差异。如果结果并不如预期，即如果磨轮未正确地平衡，该过程必须重复直到块体的位置是消除磨轮的失衡的位置。
因此，另一个缺点在于，上述装置要花费给定的时长来执行平衡过程，机械循环时间增加。
另一个缺陷是，由于磨轮的磨损和具有恒定切向速度的需要，已知装置不能平衡磨轮，因此，操作者被迫中断机械加工过程以设定机器。
所述缺点在旋转具有长的轴向延伸部的磨轮(例如用于机械加工齿轮的那些磨轮)的情况下是特别重要的。
发明内容
在这种情况下，本发明的技术目的是提供一种能够基本上克服上述缺点的用于旋转体的动态平衡装置和方法。
在所述技术目的的范围内，本发明的重要目标是获得一种能够动态地平衡被机械加工的部件的平衡装置和方法。
本发明的另一目标是提供一种能够确保旋转体的几乎完美且快速的平衡的平衡装置和方法。
因此，本发明的另一重要目标是提供一种使实现高质量产品成为可能的平衡装置和方法。
本发明的另一目标是提供一种能够实现磨轮的理想的静态和动态平衡的平衡装置和方法。该技术目的和特定目标通过如随附的独立权利要求所要求的用于旋转体的平衡装置和方法而实现。
优选的实施例在从属权利要求中被描述。
附图说明
根据本发明的优选实施例的以下详细说明并参照附图，本发明的特征和优点是显而易见的，附图中：
图1示出根据本发明的用于旋转体的平衡装置的一部分；
图2是根据本发明的平衡装置的矢状剖视图；
图3示出包括根据本发明的装置的平衡系统；以及
图4示出平衡装置的可能的测量值。
具体实施方式
参照附图，用于旋转体的平衡装置在全文中用附图标记1表示。
该装置适于连接到旋转体10，适于被制成绕旋转轴线10a旋转，以便平衡至少一种类型的失衡。具体地，装置1适于一体地连接到旋转体10，并且更确切地说，该装置被容纳在旋转体10之内，在该旋转体的轴线上，以便绕轴线10a与该旋转体一体地旋转。
优选地，平衡装置1适于用在工具(更优选地为研磨机)上，更确切地说，该平衡装置适于联接到磨轮，该磨轮构成旋转体10，以便在机械加工过程期间测量和消除该磨轮的失衡。
旋转体10或工具本身也是机械工具20的一部分，该机械工具包括：旋转部21，包括旋转体10；固定部22；以及控制单元23，适于控制平衡装置的操作(图3)。
平衡装置1主要包括：旋转部2，适于一体地连接到旋转体10(优选地在内部)，且连接到旋转部21，以便绕旋转轴线10a旋转；以及固定部3，适于连接到邻近旋转部2的固定部22并借助导线连接到控制单元23。
特别地，旋转部2和固定部3借助无线连接(特别是感应式的无线连接)而电连接。具体地，旋转部2与固定部3之间的连接借助两个线圈4获得，其中一个线圈联接到旋转部2，而另一个线圈联接到固定部3，且适于通过感应相互连通，更确切地说，通过利用线圈4中的磁场的变化，从而在另一线圈4中产生正比于所述磁场的变化的电流而互相连通。这样的无线连接的示例在本申请的申请人所拥有的专利IT-A-MI5090100(参见第3页第23行到第8页第10行，以及图1、图3和图4)中被描述。
平衡装置1还包括失衡探测装置5，适于测量由旋转体10的失衡引起的振动。所述装置优选地包括多个(优选地为两个)振动探测器5a。这些探测器优选地是相互隔开的，特别是沿着旋转轴线10a相互隔开，且优选地被布置在所述固定部22。振动探测器5a借助导线以及类似物适当地电连接到控制单元23。
平衡装置1还包括多个(优选地为两个)平衡头30，适于根据由失衡探测装置5测量的失衡而重新平衡旋转体10。所述平衡头30优选地沿着旋转轴线10a对齐，且可被布置成彼此接触，并且因此取决于平衡头30的外部尺寸而具有一定距离，或者被相互隔开。
特别地，在旋转体10沿着旋转轴线10a相对于直径长度具有很大延伸的情况下(例如特别是用于齿轮的磨轮)，平衡装置1适当地设有平衡头30(图2)，该平衡头被容纳在旋转部3之内，一体地连接到旋转体10(优选地在所述旋转体10的基部)。
失衡探测装置5，特别是振动探测器5a，可由任何传感器(适合地为压电传感器)构成，适于测量旋转体10的失衡。优选地，每个失衡探测器5a由本申请的申请人拥有的专利EP-A-1645362(参见第[0031]段到第[0082]段，以及图1和图5到图10)中描述的传感器构成。平衡头30与专利EP-A-0409050(从第3栏34行到第5栏53行，以及图1到图3)或IT-A-MI5081953(从第3页12行到第8页8行，以及图1、图2a和图2b)中所描述的平衡头相似，这两个专利均为本申请的申请人所拥有。
每个平衡头30包括：两个平衡块体31，适于被移动以便消除旋转体10的失衡；至少一个电机32，适于独立地移动平衡块体31；以及传动机构33，适于从电机32向平衡块体31传输运动。
因此，不同平衡头30的平衡块体32沿着旋转轴线10a相互隔开，即，它们的质心沿着所述轴线不一致。另一方面，同一平衡头30的平衡块体32沿旋转轴线10a适当地具有的相同的质心位置。
特别地，每个平衡头30包括两个电机32，分别用于每个平衡块体31，上述平衡块体沿着旋转轴线10a对称地延伸。适当地，电机32是电动机，更适当地，是BC电机。
这些平衡块体31基本上是相同的，且优选地具有圆弧形的轮廓，基本上以旋转轴线10a为中心。这些平衡块体适于沿着运动的圆周平移，该运动的圆周与旋转轴线10a基本上同轴，且位于基本上垂直于旋转轴线10a的平面。
本身已知的一种类型的传动机构33限定平衡块体31与电机32之间的传动比，该传动比大体上处于1/8000与1/1500之间，并且优选地基本上等于1/10000。
有利地，除了上述部件之外，每个平衡头30包括：至少一个位置传感器34，适于监测平衡块体31的位置；以及至少一个控制卡35，适于传输来自电机32的信号，优选地也适于将信号传输到电机32。
位置传感器34适于探测沿着运动的圆周的任何单个平衡块体31的绝对位置，以便根据平衡块体的初始位置和旋转体10的失衡(如振动探测器5a所探测的)允许电机32控制沿着同一圆周的块体31的相互运动。
特别地，每个位置传感器34包括位移传感器36，该位移传感器适于验证块体31的运动和位移。详细地，位移传感器36由编码器构成，功能性地连接到单个电机32，并适于探测所连接的平衡块体31的激活和各自的旋转次数或旋转部分、以及随后运动。
考虑到平衡块体31与电机32之间的所述传动比，由编码器构成的位移传感器36达到高水平的精度，使得电机的一次完整旋转之后，块体31关于轴线10a以1/10000转(即大约一度的三十分之一)的角度的旋转。
位置传感器34包括至少一个参考传感器37，上述参考传感器适于确定块体31相对于旋转部2的位置，作为至少一个角位置。参考传感器优选地包括：磁性元件37a，放置在每个块体31上；敏感元件37b，与所述磁性元件37a配合。
通过参考传感器37和位移传感器36的存在，位置传感器因此适于决定在每个时刻每个块体31相对于旋转部2的位置。
控制卡35由电子卡构成。对于每个电机32，适当地具有一张卡35，其放置在所述电机32的一端。
控制卡接收模拟输入信号，且优选地还接收来自位置传感器34的输出信号，上述位置传感器优选地联接到单个电机32。特别地，控制卡35接收来自位移传感器36的信号，优选地还接收来自参考传感器37的信号。优选地，所述卡35适于将接收的信号从模拟格式转换成数字格式。数字信号然后由从旋转部2引导的两根电线35a传输。优选地，对发送到电机的输入信号也执行相同的功能。
此外，由于旋转部2包括两个或四个电机32，并因此包括两个或四个卡35，相同的两根导线35a适当地将信号从多个卡35传输出去并且将信号传输到多个卡35，并且优选地，将信号从所有的卡25传输出去，以便基本上形成由所述卡35构成的网络。
这样的解决方案意味着具有从平衡头30引导的两根导线35a而不是多根导线(其中每个卡35两根，因此至少需要四根或八根)是可能的，在缺少这样的创新时，多根导线是必要的。这样的多根导线会在装配导线的通道期间引起重大问题。
本领域技术人员能够使用公知常识容易地生产控制卡35。
最后，平衡装置1包括探测装置6，该探测装置适于测量旋转体10绕所述旋转轴线10a相对于固定部22的角位置α(特别是在机械加工过程的执行期间)。
所述探测装置6包括：至少一个磁体6a，选择性地连接到旋转部2或固定部3；霍尔传感器6b或其他类似传感器，适于探测所述磁场，并选择性地布置到在固定部3上或者在旋转部2上的磁体6a的前面。
特别地，探测装置6包括：两个磁体6a，关于旋转轴线10a对称地布置，并连接到旋转部2，以面向固定部3；以及霍尔传感器6b，连接到固定部3，并面向旋转部2。
在结构意义上，以上描述的用于旋转体的平衡装置的运行如下。
特别地，平衡装置1的运行为旋转体10限定新颖的平衡方法。
该平衡方法主要包括：起始阶段；测量阶段，其中至少测量旋转部22的失衡；以及平衡阶段，其中两个平衡块体31沿着运动的圆周而移动。
首先，在起始阶段，装置1测量初始位置，其中平衡块体31借助传感器34沿着运动的圆周布置在平衡头30之内。此外，平衡块体31的值借助于由其他方法的使用者执行的简单数据输入过程被传送到控制单元23。
已限定初始位置后，起始阶段结束，并且操作者开始使旋转体10绕旋转轴线10a旋转以开始机械加工过程。
首先，校准阶段不时被激活。在该校准阶段中，每个平衡头30优选地在不同时刻单独被激活，且平衡头30的组合可被一起激活。
特别地，每个平衡头30产生失衡，该失衡沿着运动的圆周将平衡块体31的位置改变已知的量，而位置传感器34探测所述块体31的位置。因此，失衡的尺寸(size)和位置通过直接和精确地识别平衡块体31的尺寸和位置而被直接地测量。所述测量优选地由位置传感器34执行。
同时，失衡探测装置5(特别是每个振动探测器5a)测量由所述失衡引起的振动，并能够在所测量的振动与失衡的尺寸和位置之间执行精确的一对一的关联性(biunivocal correlation)。
实际上，知道失衡的位置和尺寸不足以精确地计算由其引起的振动。振动还取决于质量、直径、速度以及与机械工具20的旋转部21有关的其他因素。这些参数并不总是已知的或不总是以所需的精度已知的。
由于旋转部21的这样的参数根据磨轮或作为旋转部21的一部分的其他工具的磨损而变化，所以校准阶段不时被执行，特别是当工具被磨损且转速有任何改变时。
这些测量值被适当地储存，使得当工具被替换时校准阶段不需要被重复，因为平衡装置1能使用已经形成的数据库中的数据。
此外，通过知道平衡头30之内的失衡的位置，相对于旋转部21，且通过探测装置6，能够使失衡的位置与固定部22关联。详细地，在这样的测量阶段期间，振动探测器5a沿着给定的角位置探测旋转体10的失衡。这样测量的一个示例在图4中示出，其中力F(优选地提供F1或F2作为两个振动探测器5)绘制在纵坐标上，而旋转体的角位置α绘制在横坐标上。位置传感器34沿着运动的圆周探测平衡块体31的位置。
此外，在这样的校准阶段，探测装置6通过利用霍尔效应测量旋转部2相对于固定部3的角位置α，即旋转部21的角位置和被连接的旋转体10的角位置。在图4中，给出旋转体10的角位置α的测量示例，其中峰值对应于由磁体6a向霍尔传感器6b给出的脉冲I的重叠处。
因此，绝对位置(即相对于固定部22的位置)与失衡的尺寸精确地关联，该失衡的尺寸与两个不同的振动探测器5a读取的振动有关。
此外，由于具有彼此以一定距离布置的至少两个振动探测器5a，并且由于具有至少两个平衡头30，失衡被识别并且与沿着旋转部的和被连接的旋转体10的轴向和周向位置所测量的振动关联。
失衡测量阶段和平衡阶段在校准阶段之后执行，或与校准阶段分别地执行。
在测量阶段中，平衡装置1借助装置5且特别是借助振动探测器5a测量由旋转部21和被连接的旋转体10的失衡引起的振动。由于上述校准阶段，测量的振动与旋转部21的失衡精确地关联，该失衡的尺寸以及轴向和周向位置(优选地相对于固定部22)被精确地计算。
在平衡阶段中，控制单元23重要计算平衡头31的块体31的位置从而消除测量的失衡，并控制所述平衡头，使得所述块体31随后被移动以便纠正沿轴向和周向的失衡，并且因此纠正旋转部以及被连接的旋转体10的动态和/或旋转失衡。
因此，平衡和移动不作为随机操作被执行，而是从初始位置直接执行到平衡位置。
本发明实现了一些重要优点。
第一个重要的优点是装置1能够弥补动态失衡。
另一个重要的优点在于，由于位置传感器34沿着圆周探测平衡块体31的位置，所以平衡装置1在任何时刻沿着圆周识别块体31的位置，并因此能够探测块体的位移，从而弥补旋转体10的失衡。
借助现有技术中已知的装置和方法，平衡块体在任何时刻的位置几乎都是不知道的，因此平衡块体31必须被随机地移动。另一方面，装置1知道平衡块体31在任何时刻的位置，所以能容易地识别所述块体应如何移动。
这样的能力还通过这样的事实而提高，即，装置1和该方法借助探测装置6，通过探测旋转体10的角位置α，来识别平衡块体31为了消除失衡必须采取(assume)的位置。
另一优点是，由于位置传感器34的存在，而且由于探测装置6的存在，平衡装置1和该方法在极短的时间内就消除失衡。
不同于现有技术的装置和方法，研磨机实现了特别高水平的效率和精度。
另一重要优点是，由于电机32与块体31之间的减小的传动比，装置1以高水平的精度定位块体31，因此确保几乎完全消除了旋转体10的失衡。
本文描述的发明可做出修改和变型而不脱离本权利要求书中所表达的本发明构思的范围。本文描述和要求的所有元件可用等同元件替换，且本发明的范围包括所有其他细节、材料、形状和尺寸。

Claims (13)

1.一种平衡装置(1)，用于限定一旋转轴线(10a)的旋转体(10)，该平衡装置的特征在于其包括多个平衡头(30)，所述平衡头沿着所述旋转轴线(10a)对齐，每个所述平衡头(30)包括：平衡块体(31)，适于沿着运动的圆周移动以消除所述旋转体(10)的失衡；至少一个电机(32)，适于独立地移动所述平衡块体(31)，不同的所述平衡头(30)的所述平衡块体(31)部分沿着所述旋转轴线(10a)相互隔开，失衡探测装置(5)，包括多个振动探测器(5a)，所述振动探测器适于测量由所述旋转体(10)的失衡引起的振动。
2.根据权利要求1所述的平衡装置(1)，其中，所述振动探测器(5a)相互隔开。
3.根据权利要求2所述的平衡装置(1)，其中，所述振动探测器(5a)沿着所述旋转轴线(10)相互隔开。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的平衡装置(1)，其中，每个所述平衡头(30)包括适于识别所述平衡块体(31)的位置的至少一个位置传感器(34)；且所述电机(32)适于根据所述平衡块体(31)的所述位置和所述旋转体(10)的所述失衡而独立地移动所述平衡块体(31)。
5.根据权利要求4所述的平衡装置(1)，其中，每个所述平衡头(30)包括控制卡(35)，所述控制卡适于接收来自联接到所述电机(32)的所述位置传感器(34)的输入信号，其中至少两根电线(35a)适于将信号从多个所述控制卡(35)传送到所述装置的外面。
6.根据前述权利要求所述的平衡装置(1)，其中，所述控制卡(35)适于将从所述位置传感器(34)接收的信号由模拟格式转换成数字格式，以便形成由借助所述电线(35a)连接的所述控制卡(35)构成的网络。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的平衡装置(1)，包括探测装置(6)，适于测量所述旋转体(10)相对于所述旋转轴线(10a)的角位置(α)；且其中所述至少一个电机(32)根据所述角位置(α)移动所述平衡块体(31)。
8.一种研磨机，包括至少一个根据前述权利要求中的一项或多项所述的平衡装置(1)。
9.一种使用平衡装置(1)的用于旋转体(10)的平衡方法，所述平衡装置(1)限定一旋转轴线(10a)，并包括：失衡探测装置(5)，适于测量由所述旋转体(10)的失衡引起的振动；多个平衡头(30)，沿着所述旋转轴线(10a)对齐，且每个所述平衡头包括平衡块体(31)，所述平衡块体适于移动以去除所述旋转体(10)的所述失衡；不同平衡头(30)的所述平衡块体(31)部分沿着所述旋转轴线(10a)相互隔开；所述平衡方法包括：校准阶段，其中：每个平衡头(30)分别被激活以修改所述平衡块体(31)的位置，并因此产生失衡，由每个平衡头(30)的所述平衡块体(31)产生的所述失衡的尺寸和位置通过识别所述平衡块体(31)的位置和所述平衡块体的尺寸而被直接测量，由所述失衡引起的振动通过所述失衡探测装置(5)测量，以便获得所测量的振动与所述失衡的所述尺寸和位置之间的关联性；测量阶段，其中，借助所述失衡探测装置(5)，测量由所述旋转体(10)的失衡引起的振动，并且由此，借助所述关联性计算所述旋转体(10)的失衡的尺寸和位置；平衡阶段，其中，计算所述平衡头(30)的所述平衡块体(31)必须采取消除所述失衡的位置，且所述平衡块体(31)随后被移动以纠正所述旋转体(10)的动态和/或旋转失衡。
10.根据前述权利要求所述的平衡方法，其中，所述旋转体(10)连接到不旋转的固定部(22)，且其中，在所述校准阶段中，所述失衡的位置相对于所述固定部(22)被测量。
11.根据前述权利要求所述的平衡方法，其中，相对于所述固定部(22)的所述失衡的所述位置借助以下方式获得：直接测量所述平衡块体(31)相对于包括所述平衡块体(31)的所述平衡头(30)的位置；测量所述旋转体(10)相对于所述固定部(22)绕所述旋转轴线(10a)的角位置(α)；借助由所述振动传感装置(5)测量的振动和力的分析，测量由每个平衡头(30)的所述平衡块体(31)相对于所述固定部(22)绕所述旋转轴线(10a)产生的所述失衡的位置；所述平衡块体(33)相对于所述平衡头(30)的位置与相对于所述固定部(22)的位置之间的随后的关联性。
12.根据权利要求9-11中的一项或多项所述的平衡方法，其中，当所述旋转体(10)的物理性质有任何改变时，有规律地执行所述校准阶段的至少一部分。
13.根据权利要求9-12中的一项或多项所述的平衡方法，其中，当所述旋转体(10)的情况再次相同时，从所述校准阶段获得的值被储存并恢复。
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