DE1035380B

DE1035380B - Arrangement for phase detection of unbalance vibrations

Info

Publication number: DE1035380B
Application number: DEH20347A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Preissmann; Dipl-Phys Dr Walter Schupp
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1954-05-21
Filing date: 1954-05-21
Publication date: 1958-07-31

Description

Anordnung zur Phasenaufdeckung von Unwuchtschwingungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung der Unwuchtrichtung an Auswuchtmaschinen, bei der die der Unwucht entsprechende Wechselspnnung eines elektromechanischen Wandlers und ferner eine einer mit dem Prüfkörper rotierenden Marke entsprechender Spannungsimpuls auf einen kathodenstrahloszillographen gegeben werden, so daß auf dessen Bil (dschirm die Phasenlage zwischen der Uwuchtspannung und er der Marke entsprechenden Spannung angezeigt wird.Arrangement for phase detection of unbalance vibrations The invention refers to an arrangement for determining the unbalance direction on balancing machines, in which the alternating voltage of an electromechanical converter corresponding to the unbalance and also a voltage pulse corresponding to a mark rotating with the test body on a cathode ray oscillograph, so that on its screen the phase position between the unbalance voltage and the voltage corresponding to the brand is shown.

Es sind derartige Geräte bekanntgeworden. Bei einer Ausführungsart wiird durch ein vom Prüfenden betätigtes Handrad die Phase der Unwuchtspannung, in einer anderen Ausführungsart die Phase des Spannungsimpulses durch Verdrehen des Lichtstrahlenganges verschoben. Bei beiden Geräten wird diese Änderung der gegenseiltigen Phasenlage so lange vorgenemmen, bis auf dem bildschirm eine bestimet Figur (L) erscheint. Die dazu erforderliche Verdrehung des Handrades wird an einer gegenüber dem Handrad angebrachten Winkel skala abgelesen, woraus sich die Lage der Unwucht gegenüber der auf dem Prüfkörper angebrachten Marke ergibt. Bei. einer dritten bekanntgewordenen Anordnung wird die Unwuchtspannung an das eine Plattenpaar eines Katho-(lenstrahloszillographen gelegt und der einer auf dem Prüfkörper angebrachten Marke entsprechende Spannungsimpuls auf den Wehneltzylinder des Oszillographen gegeben. Auf der auf dem Bildschirm erscheinenden sinusförmigen unwuchtspannungskurve erscheint dann entweder durch Hell- oder Dunkelsteuerung ein haller oder dunkler Punkt, wobei dieser Punkt zur Unwuchtspannungskurve phasenstarr ist. Such devices have become known. In one type of execution the phase of the unbalance voltage is determined by a handwheel operated by the examiner, in another embodiment, the phase of the voltage pulse by twisting shifted the light beam path. In both devices, this change becomes the opposite Enter the phase position until a certain figure (L) appears on the screen. appears. The necessary rotation of the handwheel is done on one opposite read off the angle scale attached to the handwheel, from which the position of the unbalance can be seen compared to the mark on the test body. At. a third became known Arrangement, the unbalance voltage is applied to one pair of plates of a cathode ray oscillograph and the voltage pulse corresponding to a mark on the test body given to the Wehnelt cylinder of the oscilloscope. On the one that appears on the screen sinusoidal unbalance voltage curve then appears either through light or dark control a reverberant or dark point, whereby this point is phase-locked to the unbalance voltage curve is.

Um daraus die Lage der Unwucht zur Marke bestimmen zu können, muß die Lage dieses Punktes und die Lage des Maximums der Sinuskurve abgelesen und aus der Differenz der beiden Ablesewerte die gegenseitibge lage bestimmt werden. die ablesung von zwei Werten erschwert nicht nur diese Bestimmung, sondern wird auch ungenau, besonders dann, wenn wegen einer geringen Unwucht die Kurve flach verläuft.In order to be able to determine the position of the imbalance in relation to the mark, read the position of this point and the position of the maximum of the sinusoid and off The mutual position can be determined from the difference between the two readings. the Reading two values not only makes this determination difficult, it also becomes inaccurate, especially if the curve is flat due to a slight imbalance.

Gegenüber diesen bekannten Geräten bestand die durch vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe darin, unter Vermeidung der Notwendigkeit ein Handrad zu betätigen oder die ungenaue Bestimmung des Maximums einer sinusförmigen Kurve vornehmen zu müssen, die Anordnung so zu treffen, daß die Unwuchtrichtung unmittelbar als scharf begrenzte Hell ; oder Dunkelstelile auf dem Bildschirm der Katlhodenstrahlröhre relativ zu einer auf dem Bildschirm fest angebrachten Winkelgradskala abgelesen werden kann. Compared to these known devices there was the present Invention object to be solved, avoiding the need for a handwheel to operate or the imprecise determination of the maximum of a sinusoidal curve to have to make the arrangement so that the unbalance direction immediately as sharply delimited light; or shades of darkness on the cathode ray tube screen read relative to an angular degree scale fixed on the screen can be.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die an sich sinusförmige Unwuchtspannung durch an sich bekannte Mittel (übersteuerte Verstärker, elektrische differentiatoren) in Spannungsspitzen umgewandlelt wird und der der Marke entsprechende Spannungsim puls einen unselbständigen Sägezahngenerator so steuert, daß die Sägezahnspannung mit dem Markenimpuls beginnt. Beide Impulse werden den beiden Ablenkplatten eines Kathodenstrahloszillographen zugeführt. Aus diesen Maßnahmen ergibt sich auf dem Leuchtschirm des kathodenstrahloszillographen, der eine geradlinige Skala mit Winkelgraden aufweist, unmittelbar die Lage der Unwucht zur Marke. The solution to this problem is that the inherently sinusoidal Imbalance tension by itself known means (overdriven amplifiers, electrical differentiators) is converted into voltage peaks and the one corresponding to the brand Voltage impulse controls a dependent sawtooth generator so that the sawtooth voltage begins with the brand impulse. Both impulses become one of the two baffles Cathode ray oscilloscope supplied. From these measures results on the Fluorescent screen of the cathode ray oscillograph showing a straight scale with degrees of angle has, directly the position of the imbalance to the mark.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung schematisch dargestellt. Es bedeutet t einen Rotor, der sich in den beiden lagern 2 und 3 dreht und der an der mit 4 bezeichneten Stelle eine Unwucht besitzt. In Fig. 1, an arrangement according to the invention is shown schematically. It means t a rotor that turns in the two bearings 2 and 3 and the the point marked 4 has an imbalance.

Das Lager 2 sei in der Richtung des einfach gefiederten Pfeiles quer zur Drehachse des Rotors sehr weich gefedert, ferner möge das Lager 3 um eine durch den doppelt gefiederten Pfeil angedeutete Achsrichtung frei drehbar sein, so daß diie Unwucht 4 das Lager 2 zu Schwingungen in Richtung des einfach gefiederten Pfeiles erregt. Die mechanischen Schwingungen werden durch den elektromechanischen Wandler 5 in elektrische Wechsel spannungen umgesetzt, die über die Leitung 6 einem Verstärker 7 zugeführt werden. Die verstärkten Spannungen. werden über Leitung 8 einem weiteren Gerät 9 an sich bekannter Art, das bei spielsweise ein übersteuerter Verstärker sein kann, zugeleitet, welches die Wechselspannungen in Spannungen mit rechteckigem Zeitverlauf verzehrt. Die Rechtsspannungen gelangen über Leitung 10 an ein elektrisches Differenzierglied 11, an dessen Ausgang in an sich bekannter Weise kurze Spannungsimpulse wechselnder Polarität entstehen. Pro Umdrehung des Rotors entsteht so je ein positiver und ein negativer Impuls. Eine über Leitung 12 an das Differenzierglied angeschlossene weitere Vorrichtung 13 dient zur wahlweisen Unterdrückung entweder der positiven oder der negativen Impulse. Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise als Gleichrichterschaltungen bekannt. die so entstehend;en Impulse werden über Leitung 14 wahlweise entweder dem Wehneltzylinder einer Kathodenstrahlröhre 16 zugeführt, wobei der Impuls den Kathodenstrahl je nach seiner Polarität rhythmisch im Takt der Drehzahl dunkel oder hell schaltet, oder sie werden den vertikalen Ablenkplatten des Ozsillographen zugeführt und bewirken so eine Auslenkung des Strahles nach unten oder oben. In der Figur ist der letztere Fall dargestellt, es bedeutet 17 das senkrechte Plattenpaar.The bearing 2 is transverse in the direction of the single feathered arrow very softly sprung to the axis of rotation of the rotor; the double-feathered arrow indicated axial direction be freely rotatable, so that diie imbalance 4 causes bearing 2 to vibrate in the direction of the single feathered arrow excited. The mechanical vibrations are generated by the electromechanical converter 5 converted into electrical alternating voltages, the line 6 to an amplifier 7 are fed. The increased tension. are via line 8 to another Device 9 of a known type, which is for example an overdriven amplifier can be fed, which converts the alternating voltages into voltages with rectangular Consumed over time. The legal tensions arrive over line 10 to an electrical differentiator 11, at the output of which is known per se This creates short voltage pulses of alternating polarity. Per revolution of the This creates a positive and a negative impulse in the rotor. One over line 12 connected to the differentiator further device 13 is used for optional Suppression of either positive or negative impulses. Devices of this Art are known, for example, as rectifier circuits. which thus arise Pulses are transmitted via line 14 either to the Wehnelt cylinder of a cathode ray tube 16 supplied, the pulse rhythmically affecting the cathode ray depending on its polarity in the cycle of the speed turns dark or light, or they become the vertical baffles of the ozsillograph and thus cause the beam to be deflected downwards or above. In the figure, the latter case is shown, 17 means the vertical one Plate pair.

Der Rotor ist an beliebiger Stelle, beispielsweise auf der einen Stirnseite, mit einer Marke 18 versehen. The rotor is at any point, for example on one Front side, provided with a mark 18.

Die optische Markierung kann auch durch ein phasenstarr mit dem Prüfköper rotierendes durchleuchtetes Diaphragma oder eine mitlaufende Blende ersetzt werden. Eine in der Nähe des Rotors raumfest angebrachte Photozelle 19 spricht bei Drehung des Rotors auf die Marke 18 an und erzeugt pro Umdrehung des Rotors je einen elektrischen Spannungsimpuls. Der Spannungsimpuls wird einem unselbständigen Sägezahugenerator an sich bekannter Art 20 zugeführt und dient zur Synchronisierung der von diesem erzeugten Sägezahnspannung. Die in ihrer Größe zweckmäßigerweise regelbare Sägezahnspannung wird über Leitung 21 dem waagerechten Plattenpaar des Oszillographen 16 zugeführt und zieht dessen Leuchtfleck in bekannter Weise zu einer waagerechten, Linie aus. ein ander. Durch Regelung der Größe der Sägezahuspannung wird dafür gesorgt, daß diese Linie eine vorgeschriebene Länge erhält. Durch die getroffene Anordnung ist sichergestellt, daß die Sägezahnspannung mit dem Marken impuls beginnt. Es bewegt sich also der Leuchtfleck pro Umdrehung des Rotors je einmal über den Bildschirm des Oszillographen. Der aus der CEeberspannung abgeleitete Impuls erzeugt nun - je nach Phasenlage der Geberspannung bzw. der Unwucht -an einer bestimmten Stelle der waagerechten Leuchtlinie auf dem Bildschirm des Oszillographen eine senkrechte, scharf markierte Auslenkung des Strahles.The optical marking can also be phase-locked with the test body rotating, illuminated diaphragm or a rotating screen must be replaced. A photocell 19 fixed in space near the rotor speaks when it rotates of the rotor to the mark 18 and generates one electrical per revolution of the rotor Voltage pulse. The voltage pulse becomes an independent saw-tooth generator per se known type 20 supplied and is used to synchronize the from this generated sawtooth voltage. The sawtooth voltage, which is expediently adjustable in size is fed to the horizontal pair of plates of the oscilloscope 16 via line 21 and draws its light spot in a known manner to a horizontal line. another. By regulating the size of the saw voltage it is ensured that this line is given a prescribed length. The arrangement made is ensures that the sawtooth voltage starts with the mark pulse. It moves So the light spot moves once per revolution of the rotor across the screen of the oscilloscope. The pulse derived from the C overvoltage now generates - depending on the phase position of the encoder voltage or the imbalance - at a certain point the horizontal light line on the screen of the oscilloscope a vertical, sharply marked deflection of the beam.

Für den Fall, daß die Impullsspaninung dem Wehneltzylinder zugeführt wird, entsteht an der gleichen Stelle der Leuchtline eine punktförmige Verdunkelung oder Aufhellung des Strahles. Versieht man den Bildschirm mit eine wasserecht angeordneten, in Winkelgraden geteilten Skala, so kann man an dieser die Unwuchtrichtung relativ zur Winkellage der Marke 18 auf dem Rotor direkt ablesen.In the event that the impulse clamping is fed to the Wehnelt cylinder a point-like darkening occurs at the same point on the light line or brightening the beam. If you provide the screen with a water-oriented, If the scale is divided into degrees of angle, the unbalance direction can be relative Read directly the angular position of the mark 18 on the rotor.

Die Anordnung ist in folgender Weise abwandelbar: An Stelle einer geraden, waagerechten Linie kann auf dem Bildschirm der Braunschen Röhre auch ein Krebs geschrieben werden. Die Ablesegenauigkeit wird hierdurch etwa dreimal so groß wie im Fall einer geraden Linie. Dabei kann der aus der Geberspannung abgeleitete Impuls entweder als Dunkel- oder Hellpunkt eingeblendet werden, oder es kann unter Verwendung einer Polarkoordinatenröhre eine radiale Auslenkung bewirkt werden. Eine Möglicheit zur Erzeugung einer kreisförmigen, synchron- und phasenstarr zur Rotordrehung erfolgenden kreisförmigen leuchtlinie auf dem Kathodenstrabloszillographen besteht darin, den Prüfkörper mit einer Marke zu versehen, die die Hälfte des Prüfkörperumfanges umfaßt, wie dies Fig. 2 schematisch zeigt. die Photozelle wird dann bei Drehung des Rotors eine Spannung mit rechteckigem Zeitverlauf abgeben (s. Fig. 3). Durch mehrmaliges Integrieren entstehen hieraus nacheinander Spannungen, die sich immer mehr der Sinulsform nähern. nämlich zunächst eine Spannung mit Dreiecksverlauf gemäß Fig. 4, dann ein aus aneinandergesetzten Parabelbögen bestehender Zeitverlauf wie in Fig. 5, usw. The arrangement can be modified in the following way: Instead of one a straight, horizontal line can also appear on the screen of the Braun tube Cancer will be written. The reading accuracy is about three times as great as a result as in the case of a straight line. The can be derived from the encoder voltage Impulse can be shown either as a dark or a bright point, or it can be displayed under A radial deflection can be effected using a polar coordinate tube. One Possibility to generate a circular, synchronous and phase-locked to the rotor rotation there is a circular light line on the cathode ray oscilloscope in this, to mark the test specimen with half of the test specimen circumference includes, as Fig. 2 shows schematically. the photocell will then turn of the rotor emit a voltage with a rectangular time curve (see Fig. 3). By Repeated integration results in tensions one after the other, which always build up closer to the sinusoidal shape. namely initially a voltage with a triangular profile according to 4, then a time course consisting of juxtaposed parabolic arcs such as in Fig. 5, etc.

Die Spannungsverlute, die beim Integrieren auftreiten, können durch Verstärkungs mittels Röhren wieder ausgeglichen werden. Dimensioniert man die Integration der letzten Stufe sehr kräftig, so besteht mit genügender Näherung zwischen der Spannung der letzten und der vorletzten Stufe eine Phasenverschiebung von 900. Führt man diese beiden Spannungen getrennt dem senkrechten und waagerechten Plattenpaar des Osziillographen zu und sorgt dafür, daß die beiden Spannungen gleiche Größe besitzen, so entsteht auf dem Bildschirm in bekannter Weise ein Kreis.The voltage losses that occur during integration can be caused by Reinforcement can be compensated for by means of tubes. If you dimension the integration the last stage is very strong, so there is a sufficient approximation between the Voltage of the last and the penultimate stage have a phase shift of 900. Leads to these two tensions are separated from the vertical and horizontal pair of plates of the oscilloscope and ensures that the two voltages are of equal magnitude own, a circle is created on the screen in a known manner.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß im Fall der Linearablenkung die durch den Sägezalingenerator 20 erzeugte Ablenkung auf dem Bildschirm waagerecht erfolgt. Es ist ebensogut eine Anordnung möglich, bei welcher die Sägezahnspannung dem senkrechten Plattenpaar des oszillographen 16 zugefgührt wird und so eine senkrechte Linie erzeugt, wobei die Winkelskala auf dem Bildschirm ebenfalls senkrecht verläuft und die aus der Vorrichtung 13 kommenden Impulse entweder dem waagerechten Plattenpaar oder dem Wehneltzylinder des Oszillographen zugeleitet werden. It is not absolutely necessary that in the case of the linear deflection the deflection generated by the saw blade generator 20 horizontally on the screen he follows. An arrangement is equally possible in which the sawtooth voltage the vertical pair of plates of the oscilloscope 16 is fed and so a vertical Line generated, with the angle scale on the screen also running vertically and the pulses coming from the device 13 either to the horizontal pair of plates or the Wehnelt cylinder of the oscilloscope.

Bei Verwendung von Oszillograph en röhren, die ganz oder teilweise mit magnetischer Strahlablenkung arbeiten, ist die Erfindung ebenfalls anwendbar. Es sind in diesem Falle an Stelle der den betreffenden Ablenkplatten zugeführten Spannungen entsprechende Ströme mit gleichartigem Zeitverlauf bereitzustellen bzw. zu erzeugen und den betreffenden ablenkspulen zuzuführen. Schaltungen zur Umwandlung von Spannungen mit bestimmtem zeitverlauf in Ströme mit gleichartigem Zeitvgerlauf sind bekannt. When using oscilloscope tubes, completely or partially work with magnetic beam deflection, the invention is also applicable. In this case, they are supplied in place of the deflector plates in question To provide or to provide currents corresponding to voltages with a similar time curve. to generate and to feed the deflection coils concerned. Circuits for conversion of voltages with a certain time course in currents with a similar time course are known.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for determining the unbalance direction on balancing machines, both the phase position between the due to the imbalance in one alternating voltages generated by electromechanical transducers and by a photocell inforlge the change of a light beam by one with the test object rotating mark generated voltage pulses on the marked with an angular degree scale Screen of a cathode ray oscilloscope, characterized in that that the photocell voltage in a known dependent sawtooth generator controls the sawtooth voltage to the horizontal pair of plates of the cathode ray oscilloscope is placed, the alternating voltage of the electromechanical converter to voltage peaks reshaped and these are placed on the vertical pair of plates.

2. Arrangement for determining the unbalance direction for balancing machines, in which the phase position between the due to the imbalance in an electrom, echan, AC voltages generated by a converter and that of a photocell the change in a bundle of light rays caused by one rotating with the test body brand generated voltage pulses on the with an angular degree scale provided screen of a cathode ray oscilloscope is displayed, thereby characterized in that the mark applied to the test specimen is half of the test specimen circumference includes, the resulting square wave voltage by multiple integration in a sinusoidal alternation; voltage is transformed by a more powerful one Integration of an alternating voltage shifted by 900 in relation to this alternating voltage gives the tensions of the last two integration levels to the horizontal and vertical deflection plates of the cathode ray oscilloscope are laid, the Imbalance voltages generated by the electromechanical converter into sharp voltage pulses are converted by differentiation and the voltage pulses are either or dark points are displayed.

3. Arrangement for determining the unbalance direction on balancing machines, in which the phase position between the due to the imbalance in an electromechanical Transducer generated alternating voltages and that of a photocell as a result of the change a light beam generated by a mark rotating with the test body Voltage impulses on the screen with an angular degree scale Cathode ray oscilloscope is displayed, characterized in that the on the Test specimen Honored mark includes half of the test specimen circumference, which is derived from it resulting square wave voltage through multiple integration in a sinusoidal alternation voltage is transformed into an opposing force through another powerful integration this alternating voltage, shifted by 900, results in the voltage of the last two integrating stages to the horizontal and vertical deflection plates of the cathode ray oscilloscope are placed, the Braunsche used in this Tube is a polar board tube and the unbalance voltage pulses for radial Deflection of the 0 szi'l lography beam are used.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the through the beam deflection caused by the photocell is not horizontal, but vertical.

5. Arrangement according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that that the beam deflection of the cathode ray oscilloscope is entirely or partially magnetic is made.

6. Arrangement according to claim 1, 2, 3, and 4, characterized in that that a backlit diaphragm or a diaphragm serves as an optical mark.

Documents considered: German Patent No. 888 464; USA.-Patent No. 2,381,645, 2,382,843, 2449651.