SU1746232A1 - Измерительное устройство к балансировочному станку - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к балансировочной технике. Цель изобретени  - повыше17 ние точности за счет компенсации изменени  сигнала, вызванного нестабильностью частоты вращени . Сигнал с вибродатчика 1 фильтруетс  и преобразуетс  в ортогональные составл ющие. Сигнал с датчика 5 углового положени  преобразуетс  в импульсный сигнал , кратный частоте вращени , и используетс  дл  коррекции изменени  частоты вращени . Врем  вращени  при измерении устанавливаетс  достаточным дл  установлени  переходных процессов в фазовых детекторах 18 и 19, после чего блоки 20 и 21 пам ти переключаютс  в режим хранени  и вращение прекращаетс , а гармонический сигнал на выходе фильтра 25 нижних частот, несущий информацию о дисбалансе , сохран етс . 1 ил. 00 с

Description

VI

о ю со ю

Изобретение относитс  к балансировочной технике и может быть использовано в балансировочных станках, например универсальных .

Известно устройство дл  измерени  параметров вектора дисбаланса вращающихс  тел. содержащее генератор синхроимпульса , выполненный в виде электронного устройства, измеритель дисбаланса, соединенные с его выходом формирователь импульса и индикатор величины дисбаланса, генератор импульсов, первый и второй счетчики импульсов, счетные входы которых соединены с выходом генератора импульсов, вычислитель, входы которого соединены с выходами первого и второго счетчиков импульсов , цифровой индикатор, вход которого соединен с выходом вычислител , блок управлени , входы которого соединены с генератором синхроимпульса и измерителем дисбаланса, а выходы - с управл ющими входами первого и второго счетчиков импульсов и вычислител .

Однако данное устройство не обеспечивает возможности отыскани  места коррекции на роторе без применени  каких-либо дополнительных приспособлений дл  отсчета измеренного угла Кроме того, отыскание места коррекции на роторе с помощью дополнительных приспособлений приводит к дополнительной погрешности при отсчете угла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, блок измерени , генератор сигналов несущей частоты , первый и второй одиночные выходы и группа выходов которого соединены соответственно с первым и вторым одиночными входами и первой группой входов блока измерени , и формирователь опорных сигналов , выполненный в виде последовательно соединенных датчика умового положени  первый и второй входы которого соединены с соответствующими одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты фильтра нижних частот, нуль-компаратора выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерени , и соединенного С-входрм параллельного регистра первый и второй одиночные D-входы и группа D-входов котооого соединены с соответствующими выходами (енератора сигналов несущей частоты а первый и второй одиночные выходы и группа выходов соответственно с четвертым и п тым одиночными входами и второй группой входов блока измерени .

Блок измерени  содержит первый и второй фазовые детекторы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных ключевого модул тора, аппроксиматора и интегратора, соединенные с выходами последних соответственно первый и второй блоки пам ти, первый и второй амплитудные модул торы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных дополнительного ключевого модул тора, вход которого соединен с выходом соответствующего блока пам ти, и дополнительного аппроксиматора, последовательно соединенные сумматор, входы которого соединены с выходами аппроксимэ- торов, фильтр нижних частот и измеритель значени  дисбаланса, последовательно соединенные нуль-компаратор вход которого соединен с выходом фильтра нижни частот,

и регистратор фазы, причем управл ющие входы дополнительных первого и второго ключевых модул торов второй вход регистратора фазы, управл ющие входы соответственно первого и второго ключевых

модул торов и объединенные вместе входы ключевых модул торов  вл ютс  соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, п тым и шестым одиночными входами блока измерени  группа управл ющих входов дополнительных аппроксиматоров и группа управл ющих входов аппроксиматора - соответственно первый м второй группами входов блока измерени 

Недостатком известного устройства  вл етс  погрешность измерени  параметров дисбаланса, возникающа  при нестабильной частоте вращени  балансируемого ротора или при изменении частоты вращени  в процессе балансировки Происходит это

из-за того, что устройство не обеспечивает компенсации изменени  выходного сигнала вибродатчика при изменении частоты вращени  Причинами изменени  сигнала вибродатчика  вл ютс , например квадратична  (дл  машин оаботающих в дорезо- нансном режиме) зависимость центробежной силы, вызываемой его неуравновешенностью от частоты вращени  балансируемого ротора, зависимость коэффициента

преобразовани  вибродатчика и механической колебательной системы балансировочного станка от частоты и тд Зависимость результатов измерени  от частоты приводит к снижению производительности балансировки св занной с необходимостью перенастройки измерительного устройства при измерении частоты вращени 

Цель изобретени  - повышение точности измерени  параметров дисбаланса при

работе в диапазоне частот или при нестабильной частоте вращени 

Поставленна  цель достигаетс  тем, что измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерени , генератор сигналов несущей частоты, группа выходов которого соединена с первой группой входов блока измерени , и формирователь опорн,.ых сигналов, включающий в себ  последовательно соединенные датчик углового положени , первый и второй входы которого соединены с первым и вторым одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты и первым и вторым одиночными входами блока измерени , фильтр нижних частот и первый нуль-компаратор , выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерени , снабжено первой частотно-зависимой цепью, вход которой соединен с выходом вибродатчика , а выход - с шестым одиночным входом блока измерени , последовательно соединенные фазовым детектором, информационный вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, а управл ющий вход - с первым входом датчика углового положени , умножителем частоты, соединенным счетным входом первым счетчиком- распределителем, формирователем синусоиды, второй частотно-зависимой цепью, вторым нуль-компаратором, первой схемой выделени  фронта и соединенным установочным входом вторым счетчиком- распределителем, счетный вход которого соединен с выходом умножител  частоты, а первый и второй одиночные выходы и группа выходов - соответственно с четвертым и п тым одиночными входами и второй группой входов блока измерени , и второй схемой выделени  фронта, вход которой соединен с выходом фазового детектора, а выход - с установочным входом первого счетчика-распределител .

Введение в устройство указанных элементов позвол ет повысить точность измерени  параметров дисбаланса за счет сохранени  выбранной цены делени  (единицы коррекции) при изменении частоты вращени . Кроме того, повышаетс  производительность , особенно при больших коэффициентах , снижени  дисбаланса, за счет того, что отпадает необходимость перестраивать измерительное устройство при переходе на другую частоту вращени .

На чертеже представлена структурна  схема устройства.

Измерительное устройство к балансировочному станку содержит последовательно соединенные вибродатчик 1 и первую

частотно-зависимую цепь 2, генератор 3 сигналов несущей частоты, формирователь 4 опорных сигналов, содержащий последовательно соединенные датчик 5 углового по- 5 ложени , первый и второй входы которого соединены с соответствующими одиночными выходами генератора 3 сигналов несущей частоты, фильтр 6 нижних частот и первый нуль-компаратор 7, последователь0 но соединенные фазовый детектор 8, информационный вход которого соединен с выходом фильтра 6 нижних частот, а управл ющий вход - с первым входом датчика 5 углового положени , умножитель 9 частоты,

5 соединенный счетным входом первый счетчик-распределитель 10, формирователь 11 синусоиды, дополнительную частотно-зависимую цепь 12, второй нуль-компаратор 13, первую схему 14 выделени  фронта и соеди0 ненный установочным входом второй счетчик-распределитель 15, счетный вход которого соединен с выходом умножител  9 частоты, вторую схему 16 выделени  фронта , выход которой соединен с выходом фа5 зового детектора 8, а выход - с установочным входом первого счетчика- распределител  10, и многовходовый блок 17 измерени , первый и второй одиночные входы и перва  группа входов которого сое0 динены с соответствующими выходами генератора 3 сигналов несущей частоты, третий одиночный вход - с выходом первого нуль-компаратора 7, четвертый и п тый одиночные входы и втора  группа входов - со5 ответственно с первым и вторым одиночными выходами и группой выходов второго счетчика-распределител  15, а шестой - с выходом первой частотно-зависимой цепи 2.

0 Блок 17 измерени  содержит две цепи, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных дополнительного фазового детектора 18 (19), блока 20 (21) пам ти и амплитудного модул тора 22 (23),

5 последовательно соединенные сумматор 24, первый и второй входы которого соединены с выходами соответствующих амплитудных модул торов 22 и 23, дополнительный фильтр 25 нижних частот и

0 измеритель 26 значени  дисбаланса, последовательно соединенные дополнительный нуль-компаратор 27, вход которого соединен с выходом фильтра 25 нижних частот, и регистратор 28 фазы, причем одиночные

5 входы и объединенные вместе группы входов первого 22 и второго 23 амплитудных модул торов  вл ютс  соответственно первым и вторым одиночными и первой группой входов блока 17 измерени , второй,вход регистратора 28 фазы - третьим одиночным

входом блока 17 измерени , одиночные входы и объединенные вместе группы входов дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 - соответственно четвертым и п тым одиночными входами и второй группой входов блока 17 измерени , а объединенные вместе информационные входы дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 - шестым -одиночным входом блока 17 измерени 

Генератор 3 сигналов несущей частоты может быть выполнен в виде импульсного генератора и счетчика-распределител , включающего в себ  два счетчика Джонсона , С-входы которых соединены соответственно с пр мым и инверсным выходами импульсного генератора, и три логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, зходы первого из которых соединены с первым и вторым выходами первого счетчика Джонсона , входы второго - с первым и вторым выходами второго счетчика Джонсона, а входы третьего - с выходами первого и второго логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем третьи выходы счетчиков Джонсона  вл ютс  соответственно первым и вторым одиночными выходами, а выходы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ группой выходов генератора 3 сигналов несущей частоты

Дополнительные фазовые детекторы 18 и 19 и амплитудные модул торы 72 и 23 могут быть выполнены, например как в прототипе .

Фазовый детектор 8, например, может быть выполнен в виде последовательно соединенных нуль-компаратора и соединенного С-входом D-триггера причем D-вход триггера  вл етс  управл ющим, а вход нуль-компаратора - информационным входами фазово о детектора 8 В качестве нуль- компаратора может также использоватьс  первый нуль-компаратор 7 к выходу которого подключен С-вход D-триггера

Умножитель 9 частоты например, может быть выполнен на микросхеме К564ГП и делителе частоты в цепи обратной св зи

Счетчики-распределители 10, 15 могут быть выполнены например, аналогично счетчику-распределителю в генераторе 3 сигналов несущей частоты дополненому делителем по модулю два пр мой и инверсный выходы которого соединены со счетными входами обоих счетчиков Джонсо на Счетным входом такого счетчика-распределител   вл етс  с етный вход делител  по модулю два установочным входом - установочные входы обоих счетчиков Джонсона, а группа выходов образована первым выходом первого счетчика Джонсона и выходами всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

Формирователь синусоиды может быть выполнен, например, аналогично амплитудному модул тору в прототипе, на аналоговый вход которого подаетс  посто нное напр жение, а группа управл ющих входов  вл етс  группой управл ющих входов формировател  синусоиды

0 . Устройство работает следующим образом

В вибродатчике 1 механические колебани , вызванные центробежными силами, возникающими при вращении несбаланси5 рованного ротора, преобразуютс  в электрический сигнал, содержащий информацию о значении и угле дисбаланса. При изменении частоты вращени  амплитуда сигнала дисбаланса на выходе вибродатчика в об0 щем случае измен етс  Например, в доре- зонансных станках с датчиком силы в качестве вибродатчика зависимость сигнала дисбаланса от частоты пр мо пропорциональна квадрату частоты В этом случае,

5 чтобы результаты измерени  не измен лись при изменении частоты, АЧХ частотно-зависимой цепи 2 должна иметь обратный характер , т е обратно квадратичную зависимость от частоты Такую зависимость, например,

0 может обеспечить двойной интегратор С выхода частотно-зависимой цепи 2 сигнал дисбаланса поступает на шестой вход блока 17 измерени , образованный входами дополнительных фазовых детекторов 18 и 19,

5 которые осуществл ют фильтрацию помех, содержащихс  в спектре сигнала дисбаланса Дл  этого с формировател  4 опорных сигналов на одиночные входы дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 поступают

0 пр моугольные импульсы типа меандр частотой F с взаимным сдвигом фаз 90°, а на группу входов - импульсы, дискретно измен ющие коэффициент передачи входного сигнала по синусоидальному и косинусои5 дальнему законам п раз за один оборот ротора. Такое преобразование входного сигнала в фазовых детекторах 18 и 19 эквивалентно его умножению на синусоидальный и косинусоидальный сигналы,

0 аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании во времени

Спектр таких сигналов кроме основной гармоники, содержит паразитные высшие

5 гармоники частоты F В процессе перемножени  спектральные составл ющие входного сигнала совпадающие с основной гармоникой и указанными паразитными составл ющими перенос тс  на нулевую частоту , т е преобразуютс  в посто нные

напр жени , несущие информацию от ортогональных составл ющих вектора дисбаланса , а помехи перенос тс  на боковые частоты и подавл ютс  фильтрами нижних частот, вход щими в состав фазовых детекторов 18 и 19 Эквивалентна  АЧХ такого фильтра имеет, кроме основной полосы прозрачности на частоте F, дополнительные паразитные на высших частотах Ширина каждой полосы прозрачности определ етс  частотой среза фильтров нижних частот в составе дополнительных фазовых детекторов 18 и 19. В описываемом примере выполнени  устройства используетс  12 ступеней аппроксимации, которых в большинстве случаев практического применени  оказываетс  достаточно.

Посто нные напр жени , пропорциональные ортогональным составл ющим

-актсрэ дисбаланса, через открытые в режи- ми измерени  блоки 20 и 21 пам ти поступают на входы амплитудных модул торов 22 и 23.

На одиночные входы амплитудных модул торов 22 и 23 с первого и второго одиночных выходов генератора 3 сигналов несущей частоты поступают пр моугольные импульсы типа меадресущей частоты f с взаимным сдвигом фаз 90° а на группу входов

-импульсы, дискретно измен ющие коэффициент передачи входного сигнала по си- н-усоидальному и косинусоидальному законам п раз за один период частоты f. Такое преобразование входного сигнала в фазовых детекторах 22 и 23 эквивалентно его умножению на синусоидальный и коси- нусоидальный сигналы аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании во времени В результате амплитудной модул ции на выходе сумматора 24 формируетс  векторна  сумма ортогональных составл ющих вектора дисбаланса, кажда  из которых представл ет собой квазигармонический сигнал несущей частоты f, аппроксимированный ступенчатой функцией Спектр сигнала, выдел ющегос  на выходе сумм тора 24, кроме основной, содержит высшие гармоники, которые подавл ютс  дополнительным фильтром 25 нижних частот На выходе фильтра 25 нижних частот выдел етс  гармонический сигнал несущей частоты f, амплитуда и фаза которого несут информацию об угле и значении вектора дисбаланса. Подключенный к выходу измеритель 26 значени  дисбаланса используетс  дл  определени  величины корректирующей массы.

Синхронно с балансируемым ротором (не показан) вращаетс  кинематически с ним св занный ротор датчика 5 углового

положени , выполненного в виде вращающегос  трансформатора (или сельсина), включенного в режиме фазовращател . Режим фазовращател  обеспечиваетс  пита- 5 нием датчика 5 углового положени  импульсами несущей частоты с взаимным сдвигом фаз 90° (или 120°, если датчик 5 углового положени  выполнен на сельсине) Высшие гармоники выходного сигнала дат10 чика 5 углового положени  подавл ютс  фильтром 6 нижних частот. Первый нуль- компаратор 7 преобразует выходной сигнал фильтра 6 нижних частот в пр моугольные импуль сы, перепады которых совпадают с

15 моментами перехода синусоиды через нуль. Фаза импульсов несущей частоты f на выходе первого нуль-компаратора 7 измен етс  на 360° при повороте балансируемого ротора полный оборот. Так как положительные

0 перепады этих импульсов  вл ютс  тактирующими дл  D-триггера, на котором реализован фазовый детектор 8, то при каждом полном обороте ротора изменени  сигнала на его выходе отображают изменени  сиг5 нала на D-входе за один период несущей частоты, т.е. формируетс  меандр с частотой F, равной частоте вращени  ротора

Св занный с выходом фазового детек: тора 8 умножитель частоты генерирует им0 пульсный сигнал, частота которого кратна частоте входного сигнала. Коэффициент кратности выбираетс  равным модулю счета первого 10 и второго 15 счетчиков-распределителей .

5 На группе выходов счетчика-распределител  10 выдел ютс  меандр с частотой F, равной частоте вращени  ротора, и группа специальных сигналов кратной частоты, которые управл ют аналоговыми ключами

0 формировател  11 синусоиды. Последний вырабатывает квазисинусоида ьный сигнал , аппроксимированный 12 ступень ка- ми Фаза выходного сигнала формировател  11 синусоиды прив зана к

5 фазе выходного сигнала фазового детектора 8 благодар  синхронизации первого счетчика-распределител  короткими импульсами, формируемыми второй схемой 16 выделени  фронта Выходной сигнал формировате0 л  11 синусоиды через дополнительную частотно-зависимую цепь 12 поступает на вход второго нуль-компаратора 13, который преобразует его в пр моугольные импульсы . Перва  схема 14 выделени  фронта по

5 положительным перепадам этих импульсов вырабатывает короткие импульсы синхронизации второго счетчика-распределител  15. На первом и втором одиночных выходах и на группе выходов второго счетчика-распределител  формируютс  соответственно

два меандра с частотой F вращени  ротора, с взаимным сдвигом фаз 90°, образующие измерительную пр моугольную систему координат , и группа специальных сигналов кратной частоты, которые обеспечивают аппроксимацию синусоидальной и косинусои- дальной функций в дополнительных фазовых детекторах 18 и 19.

Благодар  идентичности частотно-зависимых цепей 2 и 12 измерительна  сиетема координат измен ет свое угловое положение при изменении частоты вращени  на угол, равный сдвигу фазы сигнала дисбаланса .

Врем  вращени  балансируемого ротора при измерении дисбаланса выбираетс  достаточным дл  установлени  переходных процессов в фазовых детекторах 18 и 19 По истечении указанного времени блоки 20 и 21 пам ти переключаютс  в режим хранени , и вращение ротора прекращаетс . При этом гармонический сигнал несущей частоты f на выходе фильтра 25 нижних частот, содержащий информацию о параметрах дисбаланса, сохран етс .

Нуль-компаратор 27 преобразует синусоиду в пр моугольна импульсы, которые поступают на один из входов регистратора 28 фазы. На второй вход регистратора 28 фазы поступают импульсы несущей частоты f, фаза которых соответствует текущему уг- повому положению балансируемого ротора В процессе отыскани  угла коррекции дисбаланса ротор вращают, добива сь по показани м регистратора 28 фазы совпадени  фаз его входных сигналов. При этом угол коррекции балансируемого ротора совпадает с неподвижным указателем, закрепленным на станине станка (не показан).

Таким образом, в данном устройстве осуществл етс  компенсаци  изменени  сигнала дисбаланса при изменении частоты вращени  балансируемого ротора, при этом точность отыскани  места коррекции на роторе сохран етс . Независимость показаний измерител  26 значени  дисбаланса от частоты вращени  позвол ет исключить операцию перенастройки измерительного

устройства при изменении частоты вращени , что повышает производительность балансировки роторов, особенно при больших коэффициентах уменьшени  дисбаланса.

Claims (1)

1. Формулаизо е т е н и  

   Измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик , многовходовый блок измерени , генератор сигналов несущей частоты, группа выходов которого соединена с первой группой входом блока измерени , и формирователь опорных сигналов, включающий в себ  последовательно соединенные датчик углового положени , первый и второй входы

   которого соединены с первым и вторым одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты и первым и вторым одиночными входами блока измерени , фильтр нижних частот и первый нуль-компа

   ратор, выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерени , отличающеес  тем, что с целью повышени  точности измерени  параметров дисбаланса , оно снабжено первой частотно-зависимой цепью, вход которой соединен с выходом вибродатчика, а выход - с шестым одиночным входом блока измерени , последовательно соединенными фазовым детектором , информационный вход которого

   соединен с выходом фильтра нижних частот, а управл ющий вход - с первым входом датчика углового положени , умножителем частоты, соединенным счетным входом первым счетчиком-распределителем, формирователем синусоиды, второй частотно-зависимой цепью, вторым нуль-компаратором, первой схемой выделени  фронта и соединенным установочным входом вторым счетчиком-распределителем , счетный вход

   которого соединен с выходом умножител  частоты, а первый и второй одиночные выходы и группа выходов - соответственно с четвертым и п тым одиночными входами и второй группой входов блока измерени , и

   второй схемой выделени  фронта, вход которой соединен с выходом фазового детектора , а выход - с установочным входом первого счетчика-распределител .