CN110220644A - 用于校准平衡机的方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于校准平衡机的方法，要补偿的转子(1)可旋转地支承在轴承(2)上并执行补偿运行k，至少一个测量传感器(3)确定不平衡补偿之前的转子的初始振动，并传输到分析设备(4)，其将测量值存储为振动向量在补偿转子处的不平衡之后，测量转子的残余振动，传输到分析单元，并存储为振动向量存储根据测量数据求得的差并针对补偿运行k作为和存储经过补偿的不平衡。为了进行平衡机的校准，可以借助测量数据通过求解方程组S＝UKT来确定过程校准矩阵K，或者根据初始振动和/或不平衡向量选择已经存在的过程校准矩阵，并作为校准矩阵存储在分析单元中，用于计算转子的未知的不平衡向量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在补偿运行k中校准平衡机的方法，其中，将要补偿的转子可旋转地支承在轴承上并且借助驱动单元加速。
背景技术
在平衡机的校准中，在批量制造的情况下，通常由生产部件制造允许设置已知的测试不平衡的母模部件、例如母模转子。利用该母模(Meister)，通过分别为每个不平衡层面设置测试重量并且对振动进行测量，在调节的意义上校准平衡过程。附加地，在没有测试重量的情况下对转子的振动进行测量。根据差异，可以确定不平衡对振动的影响。
将由此产生的影响系数矩阵存储在测量设备中，之后用于所有其它部分的不平衡测量。影响系数法经常结合轴弹性(wellenelastische)转子使用，但是也可以在平衡刚性转子时使用。在刚性转子的情况下，仅影响系数矩阵的大小更小，并且仅使用固定的转速。
是长度为M(测量点的数量)的测量过程的振动参量的向量。通常将利用传感器进行的测量或者在固定转速或者转速间隔下进行的测量称为测量点。如果使用多个传感器或者多个转速，则M是传感器的数量和转速参考点的数量的乘积。
在不平衡向量中存储了各个层面的不平衡。向量的长度是P(不平衡层面的数量)。
假定不平衡与所测量的振动成线性传递关系，则系统可以表示为如下线性方程组：
在此，K是影响系数矩阵或者校准矩阵。其维度是M×P。
不仅振动向量而且不平衡向量和影响系数矩阵的元素是复数。在振动参量的情况下，其理解为关于转速传感器的一阶幅值和相位，在不平衡参量的情况下，其理解为转子处的不平衡的量值和角度。
校准矩阵K的识别在校准过程中借助利用测试不平衡的母模校准来进行。
如果矩阵K是已知的，则可以在每个测量过程中根据振动值向量计算不平衡向量(还有相同结构类型的新的部件)。如果K是方阵，则这通过求解线性方程组来进行，或者如果K的行数大于列数，即超定，则这借助线性补偿计算(Ausgleichsrechnung)来进行
已知的使用母模部件的校准方法可能包含随后影响整个生产过程的误差。其结果是，不必要的差的不平衡补偿。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种替换的平衡机校准
根据本发明，该技术问题通过提供用于在补偿运行k中校准平衡机的方法来解决，其中，将要补偿的转子可旋转地支承在轴承上并且借助驱动单元加速，所述方法包括以下步骤：
a.其中，至少一个测量传感器确定不平衡补偿之前的转子的初始振动，并且将其传输到分析设备，分析设备将测量值存储为振动向量
b.其中，补偿转子处的不平衡，
c.其中，测量传感器测量转子的残余振动，将其传输到分析单元并且存储为振动向量
d.其中，分析单元存储差并且作为和存储补偿运行k的经过补偿的不平衡，
e.其中，根据测量数据通过求解方程组S＝UKT确定过程校准矩阵K，或者其中，根据初始振动和/或不平衡向量选择已经存在的过程校准矩阵，以及
f.其中，将根据步骤e.的过程校准矩阵作为校准矩阵存储在分析单元中，并且用于计算转子的未知的不平衡向量
因此，平衡机的校准在补偿运行期间进行，从而不需要利用母模部件的单独的校准运行。此外，平衡机的校准可以在每次补偿运行中或者在定义的时间点执行。转子在本发明的意义上是旋转体。所述方法可以用于用来平衡不同的旋转体(例如轴、涡轮增压器转子等)的不同的平衡机。根据本发明的方法的优点在于，即使转子具有多于一个的不平衡层面，每个转子特别是仅需要两次测量，即补偿之前一次、之后一次。
为了测量当前要平衡的转子，特别是使用当前存在的过程校准矩阵，其中，转子的测量数据可以用于改善过程校准矩阵。
所述方法被证明是特别有利的，因为特别是当借助母模部件的校准有相对严重的误差，或者补偿不能准确地跟踪不平衡预给定参数，并且出现系统误差(例如孔深(Bohrtiefe)、角度误差)时，使用所述方法。
过程校准矩阵可以借助方程组S＝UKT来确定并且作为校准矩阵存储在分析单元中，从而在平衡其它转子时，可以使用该校准矩阵来计算不平衡向量。但是，也可以使用已经存在的过程校准矩阵。在这方面，优选将要平衡的转子的参数(例如初始振动、不平衡、形状偏差、例如轴承间隙的大小等)与利用其测量数据形成了所存储的过程校准矩阵的转子的参数相匹配。
优选矩阵S对于每个补偿步骤包含具有步骤k的转置振动向量的行，并且矩阵U在每一行中包含步骤k的转置不平衡向量并且过程校准矩阵通过转置KT来计算，其中，为了借助方程组S＝UKT计算过程校准矩阵K，使用多个已经经过补偿的转子的测量数据。方程组S＝UKT可以借助优化方法、特别是借助线性补偿计算方法求解。有利的是，使用具有与要补偿的转子基本上类似或者甚至相同的参数的转子的测量数据。
在一个设计方案中设置为，将已经平衡的转子根据其初始振动和/或其不平衡向量划分为簇，并且根据其初始振动和/或不平衡向量特别是通过求解方程组S＝UKT来计算簇过程校准矩阵，并且将其作为已经存在的过程校准矩阵来使用，其中，选择簇过程校准矩阵作为已经存在的过程校准矩阵，已经存在的过程校准矩阵包括初始振动和/或不平衡向量至少与要平衡的转子的初始振动和/或不平衡向量类似的转子。也可以有利的是，代替初始振动使用不平衡向量来计算簇过程校准矩阵。簇的大小可以自由选择。也可以使用转子的其它参数来形成簇。
优选可以从选择的簇过程校准矩阵插值产生一个簇过程校准矩阵，并将其作为已经存在的过程校准矩阵来使用。如果存在多个簇过程校准矩阵并且要平衡的转子具有不允许唯一地选择簇过程校准矩阵的参数，则可以从已经存在的簇过程校准矩阵，更确切地说，利用与要平衡的转子的初始振动和/或不平衡向量基本上相同的转子的数据，插值产生新的簇过程校准矩阵。
有利的是，可以针对定义的数量的转子进行一次校准，或者可以在平衡机每次运行时更新校准。由此可以在每次运行时改善校准。
附图说明
下面，参考在附图中示出的本发明的实施例更详细地解释本发明。
图1示出了支承在平衡机中的转子。
具体实施方式
图1示意性地示出了平衡机，其中，被驱动的转子1支承在轴承2上。轴承2可以是软轴承或刚性轴承。可以根据测量传感器3(例如振动传感器)的测量值计算转子1的振动。向分析设备4馈送检测到的测量值。可以设置其它传感器，例如转速和角度传感器。设计为振动传感器的测量传感器3可以例如在轴承座上、直接在转子上或者在壳体上测量振动。测量传感器3的位置对于具体方法的执行不是很重要。传感器的数量也可以与相应的应用情况匹配。
不平衡测量设备的驱动装置将转子1加速到相应的转速，其中，也可以控制驱动装置，使得可以预先给定固定的平衡转速。也可以在正常运行期间检测要检测的测量值，从而例如在转子1启动时在可预先给定的平衡转速下检测测量值，并且将其馈送到分析设备4。也可以使转子1加速到其运行转速。
在根据本发明的方法中，代替利用特殊母模的校准运行，执行过程校准，其中，在转子1的原本的平衡期间，通过使用平衡运行、即补偿运行作为校准运行来进行校准。在这种意义上，根据本发明的方法也可以称为过程校准。校准可以用于后续的转子。在校正之后测量不平衡时，校准使用的转子能够受益于过程校准。
在根据本发明的方法中，在进行补偿之前借助合适的测量传感器3测量用于补偿步骤的振动向量，并且作为振动向量由分析设备4存储。不平衡的计算利用平衡机的当前有效的校准来进行，也就是说借助已经存储在平衡机中的校准来进行。在生产开始时，还不存在可以用于计算校准的先前的补偿步骤。第一次校准、因此不平衡的计算可以借助母模校准来进行。替换地，可以在不知道实际不平衡的情况下进行测试补偿。所有其它的校准借助根据本发明的方法执行。
在转子1处补偿所计算的不平衡并且作为残余振动重新测量振动并且作为进行存储。存储差并且作为和存储补偿运行k的经过补偿的不平衡，其中，补偿运行或者补偿步骤可以包含同一个转子或者新的转子。为了计算过程校准矩阵K，求解方程组S＝UKT。在此，矩阵S对于每个补偿步骤包含具有步骤k的转置振动向量的行。相应地，矩阵U在每一行中包含步骤的转置不平衡向量
该方程组在右侧包含矩阵U以及作为未知量的矩阵KT，并且可以针对S和KT的每一列单独求解。由于该方程组一般行多于列(使用更多平衡步骤或转子1作为不平衡层面)，因此该方程组是超定的并且可以借助优化方法、例如线性补偿计算方法来求解。然后，通过KT的转置确定过程校准矩阵。
虽然在利用转子1的正常校准中，对于P个层面(Ebenen)，需要P+1次校准运行，但是根据本发明的方法对于每个转子1也以一个补偿步骤工作，而与层面的数量无关。这是所述方法的优点，因为在批量过程中，小的节拍时间非常重要，因此经常导致仅需要一个补偿步骤。已经证明，借助根据本发明的方法可以实现小的节拍时间。
在所述方法中，借助影响系数法使用过程校准矩阵来计算不平衡。在这种情况下应当指出，影响系数法经常结合轴弹性转子使用。然而，影响系数法可以理解为在平衡刚性转子以及轴弹性转子时使用的一般的方法。在刚性转子的情况下，仅在本发明的意义上也称为过程校准矩阵的影响系数矩阵的大小更小，并且仅使用固定的转速。替换地，也可以使用其它优化方法来计算不平衡。
由于在过程校准中使用大量的转子1，因此尽管存在大的误差成分，但是对于测量参量仍然获得了良好的结果。在求解超定方程组时杂散误差减小，并且仅确定转子1的系统传递特性。这相对于单个母模转子的使用具有很大的优势，母模转子由于其个体的轴承特性，对于生产多样性不一定有代表性，从而无法保证准确并且没有误差的校准。
可以针对转子1或者补偿步骤的一定的选择执行一次过程校准，或者不断更新过程校准。可以利用n个转子重复确定测量数据和计算过程校准矩阵K所需的所述方法的步骤a.至d.。在这种跟踪校准中总是使用一定数量的过去的测量运行(例如最近的200个转子)。由此可以保证校准考虑过程中的缓慢变化(例如工具的磨损或者上游生产步骤中的变化)。在选择步骤时，可以定义其它规则，例如仅使用输入参数在特定边界内的部件。由此，例如可以排除不准确范围大于其益处的特别小的校正不平衡。如果跟踪在没有操作人员介入的情况下自动进行，则可以将该过程称为“自学习”。
在批量地平衡涡轮增压器机身组时，已经证明振动特性以非线性的方式与输入不平衡相关，其结果是，系统补偿误差与输入振动的大小相关地产生。当使用不同幅值的输入数据时，产生不同的校准矩阵。特别是，在原始不平衡(Urunwuchten)较大的情况下，这使系统补偿误差增大。在这方面，已经证明有利的是，将转子根据其初始振动和/或其不平衡向量划分为簇，并且其初始振动和/或不平衡向量形成簇过程校准矩阵，将其作为已经存在的过程校准矩阵来使用。也就是说，可以使用已经存在的过程校准矩阵。例如根据原始状态下的初始振动，来决定对于哪个校准可以使用相应的运行(Lauf)，也就是说，选择哪个簇过程校准矩阵，或者当前的过程校准矩阵是否有利。在不平衡计算中，同样根据初始振动的大小来进行存储的过程校准矩阵的选择。
为了选择输入参量，必须根据振动水平计算标量(或者多维的)选择参量。例如，这可以是基于平均过程校准矩阵的不平衡量值或者最大振动量值。为了选择用于不平衡计算的过程校准矩阵，可以选择相应的簇的簇过程校准矩阵，或者从已有的簇过程校准矩阵插值产生单独的过程校准矩阵。
Claims (6)
1.一种用于在补偿运行k中校准平衡机的方法，其中，要补偿的转子(1)可旋转地支承在轴承(2)上并且借助驱动单元加速，所述方法包括以下步骤：
a.其中，至少一个测量传感器(3)确定不平衡补偿之前的转子(1)的初始振动，并且将其传输到分析设备(4)，所述分析设备将测量值存储为振动向量
b.其中，补偿转子(1)处的不平衡，
c.其中，测量传感器(3)测量转子(1)的残余振动，将其传输到分析单元(4)，并且存储为振动向量
d.其中，分析单元(4)存储差并且作为和存储补偿运行k的补偿的不平衡，
e.其中，根据测量数据通过求解方程组S＝UKT来确定过程校准矩阵K，或者其中，根据初始振动和/或不平衡向量选择已经存在的过程校准矩阵，以及
f.其中，将根据步骤e.的过程校准矩阵作为校准矩阵存储在分析单元(4)中，并且用于计算转子(1)的未知的不平衡向量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了计算过程校准矩阵K，利用n个转子重复步骤a.至d.。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据线性补偿计算方法求解所述方程组S＝UKT。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将已经平衡的转子根据其初始振动和/或其不平衡向量划分为簇，并且根据其初始振动和/或不平衡向量计算簇过程校准矩阵，并且选择簇过程校准矩阵作为已经存在的过程校准矩阵，已经存在的过程校准矩阵包括初始振动和/或不平衡向量与要平衡的转子(1)的初始振动和/或不平衡向量至少类似的转子。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从选择的簇过程校准矩阵插值产生簇过程校准矩阵，并将其作为已经存在的过程校准矩阵来使用。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对定义的数量的转子进行一次校准，或者在平衡机每次运行时更新校准。
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