DE202011050328U1

DE202011050328U1 - DEVICE FOR DETERMINING AN IMBALANCE OF A ROTATIONAL BODY

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Publication number: DE202011050328U1
Application number: DE201120050328
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2011-08-19
Anticipated expiration: 2021-06-02

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung einer Unwucht eines Rotationskörpers mit – einem linearen Direktantrieb mit einem Stator und einem entlang mindestens einer Verfahrachse bewegbaren Läufer, der durch eine Positionsregeleinrichtung angesteuert wird; – einer Prüfeinrichtung zur um eine Rotationsachse drehbaren Aufnahme des Rotationskörpers mit einem Rotationsantrieb; wobei die Prüfeinrichtung auf dem Läufer des Direktantriebs angeordnet ist und die Unwucht bestimmt wird aus: – Stromwerten, welche die Positionsregeleinrichtung an den Läufer übermittelt, um dessen aufgrund der Unwucht auftretende Positionsänderung zu kompensieren, und/oder – Positionsabweichungen, die von der auftretenden Unwucht hervorgerufen und am Läufer bestimmt werden.Device for determining an imbalance of a rotating body with - a linear direct drive with a stator and a rotor which can be moved along at least one axis of travel and is controlled by a position control device; - A test device for receiving the rotary body rotatable about an axis of rotation with a rotary drive; The test device is arranged on the rotor of the direct drive and the imbalance is determined from: - current values which the position control device transmits to the rotor in order to compensate for the change in position due to the imbalance, and / or position deviations caused by the imbalance that occurs and be determined on the runner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Unwucht eines Rotationskörpers.The invention relates to a device for determining an imbalance of a rotational body.

Im Stand der Technik sind vielfältige Rotationskörper bekannt, die einer Unwuchtprüfung und ggf. nachfolgenden Auswuchtung unterzogen werden müssen. Die bekannteste Anwendung hierfür ist vermutlich die Auswuchtung bei Kfz-Rädern. Aber auch bei anderen Rotationskörpern, wie beispielsweise Bremsscheiben, Flügelrädern oder auch bei Präzisionsantrieben, Werkzeugen an Werkzeugmaschinen, bei Zentrifugenanlagen oder anderen Geräten kommt es auf den Rundlauf der Rotationskörper entscheidend an, um eine lange Lebensdauer insbesondere der Lagerungen der Rotationskörper gewährleisten zu können.In the prior art, a variety of rotational bodies are known, which must be subjected to an imbalance test and possibly subsequent balancing. The best known application for this is presumably the balancing of motor vehicle wheels. But also in other bodies of revolution, such as brake discs, vanes or precision drives, tools on machine tools, centrifugal systems or other devices, it is crucial to the concentricity of the rotating body to ensure a long life in particular the bearings of the rotating body can.

Vielfältige Verfahren und Vorrichtungen zur Unwuchtprüfung und -beseitigung sind bekannt. Zumeist erfolgt eine Messung eines Unwuchtvektors oder eine Schwingungsanalyse. Die Unwuchten werden dann in einem nachfolgenden Schritt durch einen Materialeintrag (Ausgleichsgewichte) oder einen Materialabtrag (Fräsen, Bohren, Schleifen oder ähnliches) ausgeglichen. Ebenso können zum Ausgleich dynamischer Unwuchten Beispielsweise Schrauben ein- oder ausgedreht werden, wenn die axiale Lage der Unwucht eine Rolle spielt.Various methods and devices for balancing and elimination are known. In most cases, a measurement of an unbalance vector or a vibration analysis is carried out. The imbalances are then compensated in a subsequent step by a material entry (balancing weights) or a material removal (milling, drilling, grinding or the like). Likewise, to compensate for dynamic imbalances, for example screws can be turned on or turned off when the axial position of the unbalance plays a role.

Beispielsweise ist aus der EP 1 398 611 A2 eine Auswuchtmaschine bekannt, bei der eine axiale Position einer Ausgleichsebene und eine radiale Position zur Anbringung eines Ausgleichsgewichtes in dieser Ausgleichsebene mittels ersten Sensoren bestimmt wird. Zweite Sensoren erfassen die Winkelposition des Körpers, während eine weitere Sensoreinheit den Unwuchtvektor bestimmt. Aus dem Unwuchtvektor und der Position des Ausgleichsgewichtes wird die Masse des Ausgleichsgewichtes bestimmt. Durch Kamerakontrolle wird die korrekte Anbringung des Ausgleichsgewichtes sichergestellt. Problematisch ist hierbei der hohe Aufwand an Sensoren und Auswerteeinheiten.For example, is from the EP 1 398 611 A2 a balancing machine is known in which an axial position of a compensation plane and a radial position for attachment of a balance weight in this compensation plane is determined by means of first sensors. Second sensors detect the angular position of the body, while another sensor unit determines the unbalance vector. From the unbalance vector and the position of the balance weight, the mass of the balance weight is determined. Camera control ensures the correct attachment of the balance weight. The problem here is the high cost of sensors and evaluation.

Aus der EP 1 203 938 B1 ist ein Verfahren zur Beseitigung einer Unwucht bekannt, bei der ein Werkstück durch Drehen hergestellt wird und anschließend in derselben Maschine die verbleibende Unwucht durch Abdrehen beseitigt wird. Dabei wird das Werkstück aus der Drehachse der Spindel um den mittels eines bekannten Ringwuchtsystems ermittelten Unwuchtbetrag exzentrisch auf der Spindel verschoben, dort verspannt und mit demselben Werkzeug wird zur Beseitigung der Unwucht ein sichelförmiger Werkstoffbereich abgedreht. Bei einer solchen Vorgehensweise ist besonders kritisch, dass durch die spanende Bearbeitung eine hohe Schmutzbelastung der gesamten Einheit entsteht.From the EP 1 203 938 B1 is a method for eliminating an imbalance is known in which a workpiece is made by turning and then eliminated in the same machine, the remaining imbalance by turning off. In this case, the workpiece is moved eccentrically on the spindle out of the axis of rotation of the spindle about the unbalance amount determined by means of a known ring balancing system, clamped there and with the same tool a sickle-shaped material region is turned off to eliminate the imbalance. In such an approach is particularly critical that the machining creates a high contamination load of the entire unit.

In der US 7 467 019 B2 wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Unwucht beschrieben, in dem bei einer Werkzeugmaschine ein Schwingungssignal des Rotationskörpers (Schleifscheibe) aufgezeichnet, demoduliert und daraus Betrag und Phasenlage der Unwucht bestimmt und auf einem Monitor dargestellt werden. Der Benutzer kann daraufhin ein Ausgleichgewicht anbringen und eine erneute Überprüfung durchführen.In the US Pat. No. 7,467,019 B2 a method for determining an imbalance is described in which recorded in a machine tool, a vibration signal of the rotating body (grinding wheel), demodulated and used to determine the amount and phase of the imbalance and displayed on a monitor. The user can then apply a balance weight and recheck.

Aus der DE 10 2008 058 771 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unwuchtprüfung an einem Rad eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Unwuchtbestimmung erfolgt während des Betreibens des Kraftfahrzeuges auf einem Prüfstand. Dabei wird das zu überprüfende Rad mit einem Laserscanner vermessen, der auf die jeweilige Radnabe ausgerichtet ist. Bei der Vermessung wird je Umdrehung mehrfach eine vordere und hintere Begrenzung oder eine obere und untere Begrenzung der Felgenbohrung detektiert, aus dem Abstand derselben der Mittelpunkt der Felgenbohrung ermittelt und aus der Veränderung der Mittelpunkte auf eine Unwucht geschlossen.From the DE 10 2008 058 771 A1 a method and an apparatus for unbalance testing on a wheel of a motor vehicle is known. The determination of imbalance takes place during the operation of the motor vehicle on a test bench. The wheel to be checked is measured with a laser scanner, which is aligned with the respective wheel hub. During the measurement, a front and rear boundary or an upper and lower boundary of the rim bore is detected several times per revolution, determined from the same distance the center of the rim bore and closed from the change of the center points to an imbalance.

In der DE 601 24 612 T2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei denen das Auswuchten, beispielsweise von Flügelrädern, durch Materialzugabe eines halbflüssigen Produktes, das leicht austrocknet und sich dabei verfestigt, erfolgt.In the DE 601 24 612 T2 describes a method and a device in which the balancing, for example of impellers, by material addition of a semi-liquid product that dries out easily and solidifies occurs.

Aus der DE 100 35 030 A1 ist ein Verfahren zum Auswuchten rotierender Körper bekannt, bei dem zunächst der Schwerpunkt des Körpers bestimmt wird und die Unwucht dadurch beseitigt wird, dass die Rotationsachse in den Schwerpunkt verschoben wird. Dieses Verfahren wird beispielsweise für Bremsscheiben vorgeschlagen, bei denen Materialauftrag oder -abtrag nur technisch aufwendig realisierbar ist.From the DE 100 35 030 A1 a method for balancing rotating bodies is known, in which first the center of gravity of the body is determined and the imbalance is eliminated by the axis of rotation is moved into the center of gravity. This method is proposed for example for brake discs, in which material application or removal is technically complicated to implement.

Die DE 10 2007 044 458 A1 beschreibt ein Verfahren zur Unwuchtprüfung eines Werkzeuges, das in einer Werkzeugspindel aufgenommen ist. Zur Prüfung wird die Werkzeugspindel durch den Spindelantriebsmotor in eine Rotation mit einer bestimmten Drehfrequenz versetzt. Es erfolgt eine Frequenzanalyse eines Istwertes eines geregelten Ansteuerungsstromes des Spindelantriebsmotors bezüglich eines Frequenzanteils mit der Drehfrequenz und eine Überprüfung, ob der Frequenzanteil mit der Drehfrequenz innerhalb eines Schwellenwertbereiches liegt. Ein Unwuchtausgleich erfolgt nicht, die Einspannung des Werkzeuges muss bei einer Abweichung überprüft und ggf. wiederholt werden. Problematisch hierbei ist, dass bei der Schwingungsanalyse auch Lagerschäden der Lagerung der Werkzeugspindel mit erfasst und möglicherweise als Unwucht klassifiziert werden, obwohl eine solche nicht vorliegt.The DE 10 2007 044 458 A1 describes a method for balancing a tool that is housed in a tool spindle. For testing, the tool spindle is set by the spindle drive motor in a rotation with a certain rotational frequency. There is a frequency analysis of an actual value of a controlled drive current of the spindle drive motor with respect to a frequency component with the rotational frequency and a check whether the frequency component with the rotational frequency is within a threshold range. An unbalance compensation does not take place, the clamping of the tool must be checked in case of a deviation and repeated if necessary. The problem here is that during vibration analysis and bearing damage to the storage of the tool spindle detected and possibly classified as imbalance, although such is not present.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Unwucht eines Rotationskörpers anzugeben, mit der einerseits eine sehr genaue Bestimmung auch kleinster Unwuchten möglich ist und mit der ein nachfolgender Auswuchtvorgang einfach durchführbar ist. The object of the invention is to provide a device for determining an imbalance of a rotating body, with the one hand, a very accurate determination of even the smallest imbalances is possible and with a subsequent balancing process is easy to carry out.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a device having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.Advantageous embodiments will become apparent from the appended subclaims and the following description of preferred embodiments.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Unwucht eines Rotationskörpers umfasst mindestens einen Linear- oder Planarmotor. Solche Motoren werden auch als Direktantriebe bezeichnet und besitzen mindestens einen Stator und einen Läufer, der auf dem Stator entlang einer Bewegungsachse oder auf einer Bewegungsebene verfahrbar ist. Der Direktantrieb kann im Übrigen in bekannter Weise ausgeführt sein, insbesondere unterschiedliche Lagereinheiten umfassen, wobei die Anwendung von Luftlagern besonders vorteilhaft ist.An inventive device for determining an imbalance of a rotary body comprises at least one linear or planar motor. Such motors are also referred to as direct drives and have at least one stator and a rotor, which is movable on the stator along a movement axis or on a plane of movement. Incidentally, the direct drive can be embodied in a known manner, in particular comprising different bearing units, the use of air bearings being particularly advantageous.

Eine Prüfeinrichtung mit einer um eine Rotationsachse drehbaren Aufnahme für den Rotationskörper und vorzugsweise mit einem Rotationsantrieb ist auf dem Läufer des Direktantriebs angeordnet. In abgewandelten Ausführungsformen kann der Rotationsantrieb auch in den Rotationskörper integriert oder fest mit diesem verbunden sein. Vorzugsweise ist die Rotationsachse senkrecht zur Verfahrachse angeordnet.A test device with a rotatable about a rotation axis receptacle for the rotary body and preferably with a rotary drive is arranged on the rotor of the direct drive. In modified embodiments, the rotary drive can also be integrated in the rotary body or fixedly connected thereto. Preferably, the axis of rotation is arranged perpendicular to the axis of travel.

Der Direktantrieb besitzt in an sich bekannter Weise eine Positionsregeleinrichtung für den Läufer, welche erfindungsgemäß dazu verwendet wird, die Unwucht des Rotationskörpers zur ermitteln.The direct drive has in a conventional manner a position control device for the rotor, which is used according to the invention to determine the imbalance of the rotating body.

Bei Vorhandensein einer Unwucht führt diese in bekannter Weise zu einer ungewollten periodischen Drehzahlabweichung des Rotationskörpers von einem eingestellten Drehzahlsollwert. Die Drehzahlabweichung ist dabei abhängig vom Betrag und vom Ort der Unwucht. Die daraus resultierenden Beschleunigungen des Rotationskörpers werden auf den Läufer des Direktantriebs übertragen, der ohne Positionsregeleinrichtung eine Positionsänderung jeweils in die Richtung der Unwucht erfahren würde. Um auch kleine Unwuchten detektieren zu können, soll die Lagereinheit des Direktantriebs möglichst kleine Reibungskräfte hervorrufen.In the presence of an imbalance, this leads in a known manner to an unwanted periodic speed deviation of the rotating body from a set speed setpoint. The speed deviation is dependent on the amount and the location of the imbalance. The resulting accelerations of the rotary body are transmitted to the rotor of the direct drive, which would experience a position change in the direction of the unbalance without position control device. In order to detect even small imbalances, the bearing unit of the direct drive should cause the smallest possible frictional forces.

Die Positionsregeleinrichtung umfasst auch eine Positionserkennung für die Position des Läufers, welche eine Positionsabweichung des Läufers von der Sollposition erfasst und der Positionsregeeinrichtung zuführt. Die Läuferpositionserkennung kann beispielsweise eine inkrementelle Wegmesseinrichtung, ein magnetisch oder optisch arbeitender Sensor oder eine andere bekannte Einrichtung, wie ein Bilderkennungssystem oder dergleichen sein.The position control device also includes a position detection for the position of the rotor, which detects a positional deviation of the rotor from the target position and feeds the position control device. The rotor position detection may, for example, be an incremental displacement measuring device, a magnetically or optically operating sensor or another known device, such as an image recognition system or the like.

Wenn die Positionsregeleinrichtung des Direktantriebs eingestellt ist, um den Läufer auf der eingenommenen Position zu halten, wird sie einen Strom-Istwert anpassen, um diese Vorgabe auch bei auftretender Unwucht einzuhalten. Die von der Regeleinrichtung ermittelten Stromänderungen stellen ein Maß für die Unwucht dar, sodass aus der Stromänderung auf die Größe und die Lage der Unwucht geschlussfolgert werden kann.If the position control device of the direct drive is set to hold the rotor in the assumed position, it will adjust an actual current value in order to comply with this requirement even if an imbalance occurs. The current changes determined by the control device represent a measure of the imbalance, so that from the current change on the size and the position of the imbalance can be concluded.

Alternativ oder kumulativ können auch die Daten der Positionserkennung direkt für die Ermittlung der Unwucht herangezogen werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass bereits kleinste Positionsänderungen erfassbar sind, noch bevor die Regeleinrichtung den Strom spürbar nachregelt.Alternatively or cumulatively, the data of the position detection can be used directly for the determination of the unbalance. The advantage here is that even the smallest changes in position can be detected even before the controller noticeably readjust the power.

Zur Ermittlung der Unwucht ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche den Strom-Istwert bzw. dessen Änderung und/oder die tatsächlichen Positionswerte des Läufers in an sich bekannter Weise auswertet und in Zusammenspiel mit einer Positionserkennung des Rotationskörpers die Unwucht in Betrag und Richtung bestimmt. Aus dem Betrag der erforderlichen Änderung des Strom-Istwertes und/oder aus der ermittelten Positionsänderung des Läufers ergibt sich unter Berücksichtigung der am Rotationskörper festgestellten Winkelgeschwindigkeit der Betrag der durch die Unwucht hervorgerufenen Kraft. Daraus kann die erforderliche Ausgleichsmasse errechnet werden, die am Rotationskörper angebracht bzw. entfernt werden muss, um die Unwucht zu kompensieren. Bei bekannter Drehzahl des Rotationskörpers kann beispielsweise durch Bestimmung der Frequenz des zu regelnden Strom-Istwertes auch die Position der Unwucht ermittelt werden. Die dafür nötige Vorgehensweise ist dem Fachmann an sich schon seit sehr langer Zeit bekannt, weshalb hier auf nähere Ausführungen dazu verzichtet wird.To determine the imbalance, an evaluation unit is provided, which evaluates the current actual value or its change and / or the actual position values of the rotor in a manner known per se and determines the unbalance in magnitude and direction in interaction with a position detection of the rotary body. From the amount of the required change in the current actual value and / or from the determined change in position of the rotor, the amount of the force caused by the imbalance arises, taking into account the angular velocity determined on the rotational body. From this, the required balancing weight can be calculated, which must be attached to the rotary body or removed to compensate for the imbalance. At a known rotational speed of the rotational body, the position of the imbalance can be determined, for example, by determining the frequency of the current actual value to be regulated. The procedure necessary for this is known to the person skilled in the art for a very long time, which is why detailed explanations are omitted here.

Grundsätzlich geht die Erfindung davon aus, dass zur der Erfassung der Unwucht die Parameter Strom und/oder Position des Direktantriebs zur Auswertung kommen. Die Einstellung der Positionsregleinrichtung für den Direkt- bzw. im besonderen Fall für den Planarantrieb ist so zu gestalten, dass die Steuerparameter der einen Achse (Bewegungsrichtung) einer Veränderung der Position des Läufers entgegenwirken, während die andere Achse so parametriert wird, dass es zu einer möglichst großen Regelabweichung kommt. Diese spiegelt sich im Strom, aber vor allem in der Größe der Positionsabweichung wieder. Strom und Position werden im Regler immer als Werte hinterlegt. Diese Werte werden von unterschiedlichen Sensoren erfasst und dem Regler für seine Aufgaben in dessen Speicherstellen hinterlegt.In principle, the invention assumes that the parameters current and / or position of the direct drive are evaluated for the detection of the imbalance. The setting of the position control device for the direct or in particular case for the planar drive is to be designed so that the control parameters of one axis (direction of movement) counteract a change in the position of the rotor, while the other axis is parameterized so that it the largest possible deviation occurs. This is reflected in the stream, but above all in the size of the position deviation. Current and position are always stored as values in the controller. These values are from recorded different sensors and deposited the controller for its tasks in its memory locations.

Zur Ermittlung der Unwucht wird erfindungsgemäß auf diese Werte von außen zugegriffen und diese werden bewertet. Eine Unwucht führt in jedem Fall zu einer Positionsabweichung und diese wiederum bewirkt einen Anstieg des Stromes, da die Positionsregleinrichtung versucht die Positionsvorgabe zu halten. Zielt man auf eine möglichst große Positionsänderung des Läufers ab, so muss man den Regler so parametrieren, dass dieser nur einen geringen Strom in den Läufer einspeist. In so einem Fall ist die Strommessung zur Bestimmung der Unwucht nur bedingt geeignet. Der Wert der Positionsabweichung ist wesentlich größer und kann daher besser ausgewertet werden. Tritt jedoch eine große Unwucht auf, so liefert die Stromauswertung geeignete Angaben, da sie in diesem Fall eine ausreichende Genauigkeit liefert.In order to determine the imbalance, according to the invention, these values are accessed from the outside and these are evaluated. An unbalance leads in any case to a position deviation and this in turn causes an increase in the current, since the position control device tries to hold the position preset. If you aim for the greatest possible change in the position of the rotor, then you must parameterize the controller so that it feeds only a small amount of current into the rotor. In such a case, the current measurement to determine the imbalance is only partially suitable. The value of the position deviation is much larger and can therefore be better evaluated. However, if a large imbalance occurs, the current evaluation provides suitable information, since it provides sufficient accuracy in this case.

Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass sowohl die Bestimmung der Unwucht, als auch die Zuführung des Rotationskörpers zu einer Auswuchteinrichtung mit demselben Direktantrieb erfolgen können. Das Verfahren zur Unwuchtbestimmung lässt sich leicht in die Positionsregeleinrichtung des Direktantriebs integrieren. Die Positionserkennung des Rotationskörpers kann auf bekannte Weise mittels inkrementeller Drehgeber, die optisch, magnetisch oder kapazitiv arbeiten, oder auf andere bekannte Arten erfolgen. Die Stromaufnahme der Positionsregeleinrichtung und eine Positionsänderung stehen in unmittelbarem Zusammenhang mit der Unwucht und können aus der Positionsregeleinrichtung als Messgrößen entnommen und zur Weiterbehandlung einem Rechner zugeführt werden. Im Rechner werden die Regelabweichungen im Zusammenhang mit der aktuellen Rotationsposition erfasst und in bekannter Weise bewertet.Advantages of the invention are to be seen in particular in that both the determination of the imbalance, as well as the supply of the rotating body can be made to a balancing device with the same direct drive. The method for determining unbalance can be easily integrated into the position control device of the direct drive. The position detection of the rotating body can be done in a known manner by means of incremental encoders that operate optically, magnetically or capacitively, or in other known ways. The current consumption of the position control device and a change in position are directly related to the unbalance and can be removed from the position control device as measured variables and fed to a computer for further processing. In the computer, the control deviations are recorded in connection with the current rotational position and evaluated in a known manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Direktantrieb als zweidimensionaler Planarmotor ausgeführt. Dies kann beispielsweise in automatisierten Montageeinrichtungen von besonderer Bedeutung sein, in denen sich bei ohnehin für Transportaufgaben verwendetem Planarmotor die Unwuchtprüfung einfach zwischen einzelne Montageschritte integrieren lässt und der Rotationskörper nachfolgend an die nächste Montageposition oder an die Auswuchtposition transportiert werden kann. Da die Positionsregeleinrichtung eines Planarmotors geeignet ist, die Antriebsströme zu beeinflussen, um den Läufer in Richtung von zwei Bewegungsachsen antreiben zu können, und die Positionsänderung des Läufers mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, stehen über die Strom-Istwerte bzw. die Positionswerte alle Daten zur Verfügung, um den Ort einer vorhandenen Unwucht zweidimensional exakt auflösen, bestimmen und kompensieren zu können.In a preferred embodiment of the invention, the direct drive is designed as a two-dimensional planar motor. This can be of particular importance in automated assembly devices, for example, in which the unbalance test can be easily integrated between individual assembly steps in anyway used for transport tasks planar motor and the rotation body can be subsequently transported to the next mounting position or to the balancing position. Since the position control device of a planar motor is suitable for influencing the drive currents in order to be able to drive the rotor in the direction of two axes of motion and to determine the position change of the rotor with high accuracy, all data are available via the current actual values or the position values in order to precisely resolve, determine and compensate the location of an existing unbalance in two dimensions.

In Kombination mit einem spiegelbildlich gegenüberliegenden zweiten Planarmotor gleichen Aufbaus ist es möglich, die Unwucht räumlich, also dreidimensional im Prüfling (Rotationskörper) zu lokalisieren und ihrem Wert nach zu bestimmen, um sie nachfolgend kompensieren zu können. Der Rotationskörper wird dazu zwischen zwei sich parallel gegenüberliegenden Planarmotoren eingespannt, deren Läufer jeweils gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren positionsgeregelt werden. Durch Auswertung der aus den geregelten Strom-Istwerten bzw. ermittelten Positionswerten gewonnenen Daten kann dann die Position der Unwucht dreidimensional bestimmt werden.In combination with a mirror-inverted second planar motor of the same construction, it is possible to localize the imbalance spatially, ie three-dimensionally in the test object (rotational body) and to determine its value in order to be able to subsequently compensate it. For this purpose, the rotary body is clamped between two plane-parallel planar motors whose position are each controlled in a position according to the method described above. By evaluating the data obtained from the regulated actual current values or determined position values, the position of the imbalance can then be determined three-dimensionally.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Läufer des Direktantriebs in einem hydrostatischen Lager gelagert, das beispielsweise als Luftlager ausgeführt sein kann. Bei dieser Ausführungsform kann die Umwucht sehr genau bestimmt werden, weil keine Lagerreibung den Messwert verfälscht. Andere Lagerungsmöglichkeiten für Läufer bei Direktantrieben, wie Räder, Luftkissen oder elektromagnetisch geregeltes Schweben können selbstverständlich auch verwendet werden.In a particularly advantageous embodiment, the rotor of the direct drive is mounted in a hydrostatic bearing, which may be embodied for example as an air bearing. In this embodiment, the balancing can be determined very accurately, because no bearing friction falsifies the measured value. Other storage options for runners in direct drives, such as wheels, air cushions or electromagnetically controlled levitation can of course also be used.

Vorteilhafterweise umfasst die Prüfeinrichtung ein Markierungsmittel zur Markierung einer Unwuchtposition am Rotationskörper, um einen nachfolgenden Auswuchtvorgang zu erleichtern. Diese Markierung kann beispielsweise eine Farbmarkierung sein, die auch eine Information über die an dieser Stelle anzubringende oder abzutragende Masse umfassen kann. Alternativ könnte auch eine Startposition markiert werden und die Unwuchtposition als Winkelmaß und Radius relativ zur Startposition angegeben werden.Advantageously, the testing device comprises a marking means for marking an imbalance position on the rotary body in order to facilitate a subsequent balancing operation. This marking may, for example, be a color marking, which may also include information about the mass to be applied or removed at this point. Alternatively, a start position could be marked and the unbalance position can be specified as angle measure and radius relative to the start position.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Auswuchtvorrichtung, der der Rotationskörper im Anschluss an die Unwuchtprüfung mittels des Linearmotors direkt zuführbar ist. Sofern der Läufer hydrostatisch gelagert ist, sollte zum Auswuchten selbstverständlich die Lagerung ausgeschaltet werden. Bei Wegfall des Luftspalts und bestromtem Läufer kommt es dann zur Ausbildung hoher magnetischer Kräfte, die den Läufer und den daran befestigten Rotationskörper an der entsprechenden Stelle der Statorfläche fixieren.In another embodiment, the device further comprises a balancing device, to which the rotational body can be fed directly after the unbalance test by means of the linear motor. If the rotor is mounted hydrostatically, of course the storage should be switched off for balancing. In the absence of the air gap and energized rotor then it comes to the formation of high magnetic forces, which fix the rotor and the rotational body attached thereto at the corresponding location of the stator.

In die Vorrichtung wird ein Verfahren zeichnet zur Positionsregelung eines Direktantriebs zur Unwuchtbestimmung eines Rotationskörpers implementiert. Dies geschieht beispielsweise durch geeignete Programmierung einer mikroprozessorgestützten Positionssteuereinheit. Das Verfahren lässt sich bei der Reglerdimensionierung des Direktantriebs einfach in den Positionsregler integrieren. Ein ohnehin vorhandener Steuerrechner wird dazu um die Auswertefunktion des Regelstromes und der Positionsabweichungen des Läufers erweitert. Ob zur Bestimmung der Unwucht der Verlauf des Regelstromes und/oder die Positionsabweichung des Läufers herangezogen wird, muss je nach Anwendungsfall und zu bestimmender Unwucht entschieden werden. Jedenfalls können Strom und Positionsabweichung gemeinsam oder separat zur Bestimmung der Unwucht herangezogen werden, da beide Werte im Positionsregler des Läufers vorliegen. Die Positionsbestimmung einer Rotationsposition des Rotationskörpers kann durch Auswertung der Steuerdaten des Rotationsantriebes erfolgen oder auf andere aus dem Stand der Technik bekannte Weise, beispielsweise mittels eines Drehgebers.In the apparatus, a method is recorded for regulating the position of a direct drive for unbalance determination of a rotating body implemented. This happens, for example, by suitable programming of a microprocessor-based position control unit. The method can be easily integrated into the position controller for the controller dimensioning of the direct drive. An already existing control computer is to the evaluation function of the control stream and the Position deviations of the rotor extended. Whether the course of the control current and / or the positional deviation of the rotor is used to determine the unbalance must be decided depending on the application and the unbalance to be determined. In any case, current and position deviation can be used together or separately to determine the unbalance, since both values are present in the position controller of the rotor. The position determination of a rotational position of the rotary body can be done by evaluating the control data of the rotary drive or other known from the prior art, for example by means of a rotary encoder.

Ein solches Steuerverfahren umfasst folgende Schritte:

– Antreiben des Rotationskörpers bei aktivierter Positionsregeleinrichtung;
– Ermittlung einer Rotationsposition des Rotationskörpers;
– Konstantregelung einer Prüfposition des Läufers und Erfassung des Istwertes eines Regelstromes;
– Ermittlung eines Betrages der Unwucht aus dem frequenzabhängigen Anteil des Regelstromes und/oder der bestimmten Positionsänderung des Läufers;
– Ermittlung der Position der Unwucht aus dem Istwert des Regelstromes und/oder der Positionsänderung des Läufers in Abhängigkeit von der Rotationsposition des Rotationskörpers.

Such a control method comprises the following steps:

- Driving the rotating body with activated position control device;
- Determining a rotational position of the rotating body;
- Constant control of a test position of the rotor and detection of the actual value of a control current;
- Determining an amount of imbalance from the frequency-dependent portion of the control current and / or the specific change in position of the rotor;
- Determining the position of the imbalance of the actual value of the control current and / or the change in position of the rotor in dependence on the rotational position of the rotating body.

Vorzugsweise wird die Position der Unwucht auf dem Rotationskörper markiert. Wie bereits erläutert, kann der Läufer den Rotationskörper im Anschluss an die Bestimmung der Unwucht an einen Auswuchtort transportieren.Preferably, the position of the imbalance is marked on the body of revolution. As already explained, the rotor can transport the rotary body to a balancing location following the determination of the imbalance.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1398611 A2 [0004]
EP 1203938 B1 [0005]
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DE 10035030 A1 [0009]
DE 102007044458 A1 [0010]

Claims

Device for determining an imbalance of a rotating body with - A linear direct drive with a stator and a movable along at least one track axis runner, which is controlled by a position control device; - A test device for rotatable about a rotation axis recording of the rotating body with a rotary drive; wherein the test device is arranged on the rotor of the direct drive and the imbalance is determined from: Current values which the position control device transmits to the rotor in order to compensate for its positional change occurring due to the imbalance, and / or - Position deviations caused by the occurring imbalance and determined on the runner.

Apparatus according to claim 1, that the rotor is mounted in a hydrostatic bearing.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the test device comprises means for detecting a rotational position of the rotary body.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the test device comprises a marking means for marking an imbalance position on the rotary body.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises a balancing device, which is fed to the rotary body by means of the direct drive.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the direct drive is a one-dimensionally movable linear motor or a two-dimensionally movable planar motor.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the axis of rotation is arranged perpendicular to the travel axis or traverse plane of the direct drive.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a direct drive as a first planar motor and a mirror image opposite this second planar motor, wherein the rotary body is clamped between two of the parallel opposing rotors of the planar motors.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor has at least one position sensor, which detects changes in position relative to the stator and transmitted to the position control device.