TWI311195B - A metohd for measuring dynamic imbalance of a body,a method for calibrating balancing apparatus,a method for testing balancing apparatus and a balancing apparatus - Google Patents

Description

l3lll95 玖、發明說明： 【發明所屬之技;財領域】 本發明涉及-種平纖置，其通過綱由雜麟遞顺平織置的振動來 測量該旋轉體的動態不平衡。 【先前技術】 在許夕工業領域’力於旋轉體不平衡而引起的振動是一個非常嚴重的問題。 爲了預防這種振動，需要對旋轉體進行動態平衡。 但是’-些旋轉體要求有一定的動態不平衡，以使該旋轉體所層的系統能够 在整體上爾麟物。· ’輕在活絲_物上_柄_綠有動態不 平衡’其可U«由活塞麵似物産生的域不平衡，❿紐動财會産生嚴重 的振動。 通常’旋轉體的動態不平衡由一平衡裝置來測量。旋轉體則通過添加或去掉 其上的質量進行動態平衡調整’以消除測量出的不平衡。 如果旋轉體要求有一定的不平衡，就增加旋轉體的質量，該質量使得保持所 需的動態砰衡’因狀有觸需_斜衡的祕不平姻^才倾平衡裝置 測里出來。例如，如果測量曲柄軸’與活塞具有同樣質量的填密環在測量時被固 定到每一曲柄销上。 但是，只要測量-新的曲柄軸’上述測量曲柄軸的動態不平衡的方法就需要 手動安裝和姆填密環，這使酬量過㈣自動化難以實現，並且增加了測量所 需要的時間。 因此雛侧量曲柄鳩態不平衡與其所需祕斜倾差的平衡 裝置’該裝置不需要在曲柄軸上安裝填密環。 1311195 該平衡裝置通過用一個測振計檢測由旋轉體傳遞到該平衡裝置的振動來測 *旋轉體的域不平衡。但是，龜賴祕度滅辦賊置的振 據環境溫度的變化隨時發生變化。因此，應該有規律地對該平衡裝置進行校準以 確保測量結果的正確。 平衡裝置的傳統校準方法是，通過給平衡裝置提供一個具有動態平衡的標準 旋轉體’在该標準旋轉體上加上一個已知質量的配重，旋轉該標準旋轉體以測量 它的動態不平衡，並將測量結果與由附加在標準旋轉體上配重的位置和質量計算 出來的結果進行比較。 <疋由於%(岸過程需要手動给校準機構添加配重’因此平衡裝置的傳統 校準方法很難實現自動化。 而且’如果對多個旋轉體的平衡面進行動態不平衡的測量，則在每一平衡面 均需要進行校準。也就是說’每次將配重放在旋轉體的不同的平衡面上，而校 會進订夕人在每種情况下，必須多次將配重手動嚇加到標準旋轉體並去 & L了校麵需要的時間。 口此H種能够不觀可骑行鮮的平衡裝置。 _ ft/兄下’平衡k置的振動特徵會由於比如機械缺陷等原因發生顯著變 化。由於在這些情况下不轉_正確的祕不平衡_量結果 ’還需要一種 適S檢測振動特徵顯著變化的平衡襄置。 【發明内容】 因此，本發明的一 給旋轉體安裝配重，就 個目的疋提供-種平衡裝置，該平衡裝置不用手動 广' 匕句多及I里；$疋轉體的動態 不平衡與其所需動態不平衡 1311195 的偏差。 本發㈣另-目的讀供—種平衡裝置，其不需要對祕校準的動態 平衡旋轉n添加配纽轉進行其校準。 本&月的又-目的疋提供—種平衡裝置，其能够自動檢測異常振動特 徵。 根據本發明的-個態樣，提供—種平衡I置，其通過—個旋轉機構旋 轉被測物體，使縣物勤於其本身的_不平衡㈣生振動。該物體的 振____件’ ___進行檢測。該振動件上連接有一振 動器。在本發明的-個實施方針，振絲用來耻振動件的預定振動。 例如，振動H給振動件施加振動，該振動與由具有理想祕不平衡的理相 體在振動件中産生誠想振動反I如此，振動件的理想振動就可以被消 除’賴，通過檢_振動件繼的絲，平敏置職够確測物體 的動態不平衡與理想動態不平衡的偏差。 該平衡裝置可以設有記憶體裝置，其能够儲存表示由理想體在振動件 内産生振動™。，，#姻彳_細輪動件所 需要的資料。需要注意，通過將理想體安裝到旋轉機構上，級旋轉理相 體以振動該振動件，再由感測器檢測振動件的振動可以將資料處理後儲 存到記憶體裝置中。 、可選擇地或另外，該平衡裝置可具有處理器，其能够從感測器的輸出 進仃計算來確定·_祕不平衡。該處理轉可進行上述計算的 係數的修正。本技術領域技術人員所公知，這鶴數的修正可魏在帶有 1311195 旋轉物體的赫件中産生振動並確定檢峨動件鶴的感輸出值而進 行，其中織猶體具有已知_態不平衡。細，在本發_平衡裝置 令，這種係數的修正是通過_—動態平衡參考體而進行的，而不是通過 一個具有已知動態不平衡的物體進行的。還通過聽體對鶴件施加參考 振動。該參考振動基本等於由旋轉該參考體使振動件産生的振動，該參考 體在其預定位置加有配重。産生這種參考振動㈣财靖存在平衡裝置 的記憶體裝置中。 在如上面構成辭職4中，舰的修正解纖置的鮮不必办夫 考體添加配纽可進行，這不僅縮短了校準所需要的時間，並且使校準自 動化。 可選擇地或另外，該平衡裝置可具有控制器，用於確定平衡裝置是否 具有嚴重_概轉體的振動喊·傳遞的缺陷。當鶴賴振動件施 :參考振動時’其中該參考振動可根據儲存在平衡裝置的記㈣農置令的 織産生’ tt咖娜㈣__輪__缺陷是否存 轉機=據树_另—祕，該平衡裝置包括：祕旋轉被測試物體的凝 振_、動件、用於被由旋轉機構旋轉的物體振動、用於檢測該振動科 動輪麟制繼裝置、連接卿 動牛上對其施加振動 在第一操作模式下，第二操作模式的控制器。 '、乍板式下，根據儲存在記憶體裝置中的 1311195 貧料’控#! If it過控她姆振軸振動件。 《，在帛&作域下’由例如具有理想Μ不平躺倾或具有適合校 準平衡裝置的她不平賴物财生的振動件的振動資料，可被取樣並儲 存到戏體t。在第二操作料τ，上述資料相_來振_振動件， 因此，例如’振鱗只㈣物__不平衡與其理想祕不平衡的偏差 引（的振冑或者m料還可關來産生適合進行平錬置校準的 振動件的振動。 ▲根據本發明的另一態樣’提供了一種測量物體動態不平衡的方法。在 ^種方法中’具有未知動態不平衡的測試旋轉體被旋轉以使其產生第一振 動。然後，第-觸由職體傳遞給娜件。在振鱗上施加第二振動， 如果測試體具有理想嶋不平衡，調整第二振動使其完全消除振動件中産 生的振動。如此，振動件的振動就被檢測出來。 根據本發_又-_，提供了—種鮮平衡裝置的方i該方法包 括通過旋轉測試體對振動體施加振動，檢測振動體的振動，並進行一確定 過程以從錄泰m振動確定酬試__不平衡。在該方法中，將具 有動態平衡的參考體設置成可將該參考體的振動傳遞給振動件。然後，參 考體被轉動。當錄動減加參雜_，鶴件的鶴就被檢測到。參 考振動與通過旋轉在預定位置上具有配重的參考體而在振動件中産生的振 動基本相同。接著，當雌動件施加參考振動時，根據概_的振動， 街用於確定動態不平衡的處理過程的係數進行修正。 根據本發明的又-態樣，提供-種測試平衡艘置的方法。在該方法， 1311195 千繼通卿賴酬嫩±#㈣蝴麵測到的振 動件的振動’來確定測試體的動態不平衡。在該方法中，將具有動態平衡 的參考體’設置細參考體的振動傳遞給振動件。然後，參考體被轉動 以振動該振動件。當給振動件施加參考振動時，振動件的振動就被檢測到。 參考振動與通過旋轉在預定位置上帶有配重的參考體而在振祕中產切 . 振動基本相心接著，通過對域·檢測觸振動與參考振動進行比較，· 確定平衡裝置是否具有缺陷。 【實施方式】 下面，參考附圖所示的實施例對本發明進行描述。 ® ▲第-圖和第二圖分麻練_示出本發明第—實關的平敏置的 前視圖和頂視圖，第三圖和第_分別顯示出第—圖、第二圖所述的平衡 裝置100的右視圖和左視圖。 如第-圖所示，平衡裝置1()()用於測量曲柄轴姻的動態不平衡。平 衡裝置100設有基座102，該基座102具有第一和第二向上伸出的側壁 102a、l〇2b (第-圖中未不出，見第二圖至第四圖）和剛性的工作臺104。 該工作臺1〇4通過多個彈簧支撑在缝職和獅之間的基座ι〇2 · 上，使得工作臺104能够在大致的水平平面内振動。該工作臺1〇4設有分 · 別安裝在靠近工作臺104右側邊l〇4a和左側邊104b的右工作臺壁11〇和 · 左工作臺壁112。 平衡裝置100還具有第一對和第二對滾輪丨14和丨16，其設置爲分別在 第-和第二測量平面P1和P2内可旋轉地支撑曲柄軸3⑻，這兩個平面垂直 10 1311195 於曲柄軸300的旋轉軸綫。第一對滾輪U4連接到第一對驅動軸118上， 該驅動軸118由一對安裝在右工作臺壁110上的軸承12〇支撑。同樣地， 第二對滾輪116連接到第二對驅動軸122上，該驅動軸由一對安裝在 右工作臺壁112上的軸承124支撑。如此，第一對和第二對滚輪114和116 分別通過右工作臺壁U0和左工作臺壁112可旋轉地支撑。 第一對和第二對滾輪114和116被驅動機構可旋轉地驅動。該驅動機 構包括安裝在基座102上的馬達130以及驅動軸132,該驅動軸132通過多 個安裝在工作臺104的下表面i〇4c上的軸承133可旋轉地支撑在工作臺1〇4 的下面。 馬達130具有主軸130a’其通過固定在主軸u〇a上的第一皮帶輪〖μ、 固定在驅動軸132左端的第二皮帶輪136以及繞在第—皮帶輪Μ和第二 皮帶輪136上的第一環形皮帶138，與驅動軸132連接。 參照第-圖和第三圖’驅動軸132還通過第三、第四和第五皮帶輪 140、M2和144 ’以及第二環形皮帶146與第一對驅動軸118連接。第三 皮帶輪140固定在驅動軸132的右端，第四、第五皮帶輪i42、144則固定 在第-對驅動軸118與第一對滾輪114相對的端部。第二環形皮帶146繞 在第三、第四和第五皮帶輪14〇、142、144 ±，以將驅動轴132的轉動傳 遞給第一對滾輪114。 參照第-圖和第四圖，驅動軸13⑼通過靠近第二皮帶輪136固定在 驅動轴132上的第六皮帶輪148 ’第七和第人皮帶輪15G和152，其與第二 對滚輪116相對的端部固定在第二對驅動軸122上，以及繞在第六、第七 1311195 和第八皮帶輪148、150和152上的第三環形皮帶154，與第二對驅動軸122 連接。 當平衡裝置1〇〇如上所述設置時，馬達130産生的驅動力首先通過第 一環形皮帶138傳遞給驅動軸132。然後，驅動力通過第二和第三環形皮帶 146和154傳遞給第一對驅動軸U8和第二對驅動軸122。結果，第一和第 二對滾輪114和116以相同轉動速度沿相同的方向轉動，使得安裝在其上 的曲柄轴300轉動。 參照第-圖和第二圖，平衡裝置⑽還設有安置在第一側壁廳和工籲 作臺104之間的左、右測振計155L和i55R。左、右測振計15乩和15汛 用於檢測工作臺104在垂直於曲柄軸300的旋轉軸綫的平面内的振動，即 平行於第ϋ二測量平面P1和P2的平面⑽振動。左、右測振計股 和155R的每-個在兩個垂直方向上檢測工作臺1〇4的加速度。在本實施例 中，兩個垂直方向分別爲第三圖中的箭頭表示的方向。左、右測振 計155L和155R分別安裝在能够檢測到工作臺1〇4靠近左、右工作臺壁ιΐ2 和no處振動的位置上。-般情况下，左（右）測振計l55L 〇55R)連接 在工作臺1〇4的側面，使左（右}測振計咖和左（右〕工作臺春 壁II2 (110)位於同-直綫上，該直殘垂直於曲柄軸3〇〇的旋轉軸綫。 需要注意’由於第-對滾輪114在第__平面？1蚊_柄袖獨， 曲柄軸300在第-測量平面？1内的振動通過第一對滾輪114和右工作臺壁 110傳遞給工作臺刚。如此，連接在工作臺刚#近右工作臺壁11〇處的 右測振計卿檢測到曲柄軸3⑻在第_測量平面？1内的振動。同樣地， 12 1311195 連接在工作臺丨04靠近左工作臺壁U2處的左測振計155L檢測到曲柄轴 300在第二測量平面p2内的振動，第二對滾輪116在第二測量平面p2内支 撑曲柄軸300。 平衡裝置1〇〇還設有左、右壓電式致動器156]1和156R，其安裝在第 一側壁102b和工作臺1〇4之間使工作臺1〇4振動。左、右壓電式致動器156L 和156R的構成使其在平行於測量平面^和扣的平面内在兩相互垂直方向 上振動。在本實施例中，兩相互垂直方向分別爲χ方向和γ方向，在第三 圖中用箭頭X和γ表示。左、右壓電式致動器156]^和156R分別連接在工 作臺104上罪近左、右工作臺壁112和11〇的位置。通常，左（右）壓電 式致動器156L (156R)連接到工作臺1〇4的_側，使左（右）壓電式致動 器156L (156R)和左（右）工作臺壁112 (11〇)設置在同一直殘上，該直 綫垂直於曲柄轴300的旋轉軸殘。 該平衡裝置100還設有感測器158，其位於與曲柄轴3〇〇 一端相鄰的位 置。當曲柄軸旋轉時’加工在曲柄車由3〇〇端部的鍵槽3〇〇a每次通感測器 158時’該感測器輸出一個脉衝信號。 並且，平衡裝置100還設有控制器2〇0(在第一圖至第四圖中未顯示）， 其用來控制平衡裝置的操作。 第五圖顯示出本發明第-實施例的平衡震置1〇〇控制器的方塊圖。 控制器200具有中央處理器（CPU)2〇2、儲存裝置2〇 2H)和212。控制器200還具有第一和第二放大器（AMp)2i6和⑽、第 13 Ι31Π95 一和第二類比/數位（A/D)轉換器220和222、第一和第二數位濾波器（DF) 224和226以及CPU資料匯流排228。 第一和第一放大器216和218分別放大右測振計155R和左測振計.155L 的類比輸出信號。第一和第二類比/數位轉換器220和222分別將第一和第 二放大器216和218的輸出類比信號轉換爲數位信號。第一和第二數位濾 波器2M和226减少從第一和第二類比/數位轉換器22〇和222出來的數位 信號的雜訊’並將它們發送到CPU資料匯流排228。 CPU202將CPU資料匯流排228上的數位資料儲存到記憶體裝置2〇4 中。CPU202還根據記憶體裝置中儲存的資料産生振練號，並將它們通過 輸入/輸出琿2M和第-、第二、第三和第四數位/類比轉換器2〇6、2〇8、2上〇 和m輸送給右壓電式致動器和左壓電式致動器1S6L，以控制壓電 式致動器156R和156L的驢動，從而控制工作臺1〇4的振動。cpu2〇2還 産生控制馬達130的驅動的控制信號。 下面將描述平衡裝置100的操作。平衡裝置1〇〇有兩種操作模式，即 理想振動f料輯赋㈣量赋。在縣騎龍取顧^，測量具有 理想動態不平衡的理想曲柄軸的振動’並將獲得的資料存入記憶體裝置綱 中。在測量模式下，測量被測試曲柄轴（其動態不平衡是未知的）的動態 不平衡與理想曲柄軸的理想不平衡的偏差。 在理想振動資料取樣模式，將理想曲柄袖放置在第—和第二對滚輪⑴ 和U6上。終驅動馬達13G使第—和第二對滾輪叫⑽轉動，從而 使曲柄軸轉動。c_根據産生的脉衝额控制馬達130， 14 1311195 使理想曲柄軸以預定的轉速每分鐘N轉進行轉動。 由於動態不平衡，旋轉中的理想曲柄軸産生振動β理想曲柄軸的振動 通過滾輪114、116以及右工作臺壁11〇和左工作臺壁112傳遞，並使工作 臺104振動。上面所述的由理想曲柄軸産生的工作臺1〇4的振動在下面被 稱爲“理想振動”。 注意，在理想振動資料取樣模式中，右、左壓電式致動器156R、156L 並不被驅動，以確保工作臺104的振動只是由理想曲柄軸的振動而引起的β 工作臺104的理想振動由右、左測振計155R和155L檢測。CPU202通過 籲 苐一和第一類比/數位轉換器220和222接受與右、左測振計155R和155L· 採集的理想曲柄轴轉動一周的理想振動相應的資料，並將資料存入記憶體 裝置204。更具體而言，左測振計155L檢測靠近左工作臺壁112的工作臺 104在X、Υ方向上的加速度，並産生X、γ方向的左側類咕振動信號 和WLY，其對應於被檢測的X、Y方向上的加速度。X、γ方向的左側類比 振動信號WLX*WLY通過第一放大器216後，進入第一類比/數位轉換器 220，被轉換成X、Y方向的左側數位振動信號w，lx* w，ly。然後，χ、γ 方向的左側數位振動信號W'lx和W'LY通過第一數位濾波器224後被輸入到 CPU資料匯流排228中。遽波器224用於减少數位信號的雜訊，以使CpU2〇2 能獲取與數位振動信號W'LX和W'LY相應的資料。 同樣的，右測振計155R檢測靠近右工作臺壁no的工作臺1〇4在X、 Y方向上的加速度（accelerated ve丨ocity)，並通過第二放大器218，將X、γ 方向的右側類比振動信號Wrx和WRY輸送到第二類比/數位轉換器222。轉 15 1311195 換器222將右倒類比信號I和^轉換成右側數位信號w，w ww， 數赠波g 226後發劍⑶晴搬排⑽，以使 CPU202能恤與x、γ响觸峨賴W，— w w相應的 資料。 CPU202監測由感測器158産生的脉衝信號並將相鄰兩脉衝數位信號 周期間的數健號W，LX、WVy、'和ww的每—侧存入記憶體 裝置204。以這财式，cp賺在記憶體裝置中産生四組數位資料。兩組 表示由右測振計155R在χ、γ方向上檢測到的振動周期（其在下文中被稱 爲Χ、Υ方向標準右側理想振動資料）。另兩組表示由左測振計咖在χ、 Υ方向上檢測到的周期的振動（其在下文中被稱爲X、Υ方向的左側理想 振動資料）。 在測量挺式中’具有未知動態不平衡的測試曲柄軸被放置在第一和第 二對滾輪114和116上’並以預定的轉動速度每分鐘Ν轉轉動。結果，由 於其未知的動態不平衡’測試曲柄軸產生振動，工作臺1G4隨之振動。 接著，CPU202産生第-和第二振動信號，以控制左壓電式致動器15乩 刀別在X、Y方向上的驅動，並分別通過第一和第二數位/類比轉換器2⑽ 和208將第一和第二振動信號提供給左壓電式致動器156L。並且，cpu2〇〇 産生第三和第四振動信號，以控制右壓電式致動器156R分別在χ、γ方向 上的驅動，並分別通過第三和第四數位/類比轉換器21〇和212將第三和第 四振動信號提供給右壓電式致動器156R。 根據儲存在記憶體裝置203中的Χ、γ方向的標準左側振動資料和χ、 16 1311195 Y方向的標準右側理想振動資料，産生第―、第二、第三和第四控制信號， 亚與感測H 158產生制步地將其提供給右和左壓電式致動薄 狐和臟’以使工作臺1〇4所産生的振動與理想振動相反。也就是說， 如果理想振動_函數_)表示，其h代表振動相位（或曲柄袖的旋 轉角）’則U二、第三和第四控制信號驅動右、左壓電式致動器體、 1肌’以産生由函數表示的工作臺1〇4振動。 當右、左壓電式致動器服、肌使工作臺1〇4纟生上述振動時，右、 左測振計155R、155L檢測工作臺1〇4的振動。 如果測試曲柄軸具雜理想曲柄軸相同的轉斜衡，則由測試曲柄 軸産生的振動被由右、左壓電式致顏156R、156L産生的反相振動抵消。 如此，右、左測振計155R、155L檢測工作臺1〇4沒有振動。 如果測試曲柄軸與理想曲柄軸的動態不平衡不同，則右、左壓電式致 動器156R、156L不能完全抵消由測試曲柄軸產生的振動。如此，由於測試 曲柄軸的動態不平衡與理想曲柄軸的動態不平衡的偏差，工作臺1〇4産生 振動。 右、左測振計155R、155L檢測由與理想曲柄軸的動態不平衡偏差而引 起的工作臺104的振動’並產生相應的類比信號。產生的類比信號依次被 第一和第二放大器216和218放大，然後由第一和第二類比/數位轉換器 220、222轉換成數位信號。在兩個相鄰脉衝信號周期内（該脉衝信號由感 測器158根據測試曲柄轴的轉動而産生）CPU202將來自類比/數位轉換器 220、222的數位信號存入記憶體裝置。 17 1311195 如此，表示測試曲柄軸的動態不平衡與理想曲柄軸的動態不平衡的偏 差的資料存入記憶體裝置204中。 第六圖是本發明第二實施例的平衡裝置400的前視圖。平衡裝置4〇〇 用於測量旋轉體500的動態不平衡。第二實施例的平衡裳置4〇〇基本上具 有與本發明第一實施例的平衡裝置1〇〇相同的配置。但是，操作方式不同。 因此’以下只描述第二實施例的平衡裝置4⑻的操作。 第二實施例的平衡裝置400具有四種操作模式，即參考資料取樣模式、 測試模式、校準模式和測量模式。 在參考資料取樣模式中，工作臺1〇4由參考體6〇〇産生振動，參考體 600在預植置設有—個已知質量的配重相應於卫作臺⑺4的振動資料， 即參考振動資料被取樣。參考體_是一個與測試體5⑻同類型的動態平 衡體。注意，如第六圖所示，應用在本實施例的測試體5〇〇 (參考體_) 具有一個主要部分502 (602)，右、左支撑部分504和500 (604和606)， 其從主要部分502 (6〇2)的右端5〇8 (6〇8)和左端5i〇 (61〇)伸出，以及 個形成在測試體5〇〇 (或參考體6〇〇) 一端圓周面上的鍵槽512 (612)。 在參考資料取樣模式中，參考體_被放置在第一和第二對滾輪114 彳Π6上，由右、左支撑部分5〇4和5〇6支撑，並以每分鐘n轉的預定轉 動速度轉動。由於參考體6⑻是動態平衡的，因此其不使工作臺1〇4產生 振動。 當參考體600旋轉時，通過調整第一和第二放大器216和218的增益， 對右、左測振計155R和155L·進行零位調整。 1311195 在對右、左測振計155R和155L·進行零位調整後，參考體600就暫時 停止添加配重。配重被添加在主要部分5〇2左端51〇的外邊上，其與鍵槽 512的圓周位置相同，例如，如第六圖中所示的虛綫52〇。 接著，麥考體600以每分鐘n轉的轉速再次轉動。這次，由於配重引 起的動怨不平衡使得參考體6〇〇産生振動。結果，工作臺1〇4也發生振動。 左測振計155L檢測靠近左工作臺壁112處的工作臺1〇4的χ、γ方向 的振動，並輸出X、Υ類比振動信號WLX⑼和wLY(0)，其中Θ代表X、Υ 類比振動信號的相位，或參考體600從感測器158檢測鍵槽612的位置開 始的旋轉角度。 X、Y類比振動信號wLX(0)和wLY(e)通過第二放大器218，然後進入第 二類比/數位轉換器222，被轉換成X、γ方向數位振動信號w,Lx(e)和 w’LY(e)。接著，X、Y數位振動信號W，LX⑼和w,ye)通過第二數位濾波器 226，被輸送到CPU資料匯流排228中。 同樣地，右測振計155R檢測臨近右工作臺壁110處的工作臺1〇4χ、γ 方向的振動’並通過第-放大器216將X、γ類比振動信號I⑼和Wry⑼ 輸出至第一類比/數位轉換器220中。第一類比/數位轉換器22〇將χ、γ類 比振動#號Wrx(0)和wRY(e)轉換成X、γ數位振動信號冒，狀(0)和w,RY(e)。 然後’通過第一數位濾波器224，將信號Wrx⑼和ww(e)輸出到cpu資 料匯流排228中。 在由感測器158産生的兩相鄰脉衝周期間，CPU2〇2將每一數位振動信 號w’LX(e)、w’LY(e)、ww(e)和w’RY⑼都存入記憶體裝置2〇4中。如此， 1311195 在記憶體裝置綱恤四_灣料。其中兩組表示左峨物[檢測 到的工作臺1()4在χ、γ方向上的振動周期，這兩組資料在下文被稱爲X、 丫左側配重左側振動資料。另兩組表示右測振計155R檢測到的工作臺1〇4 在X、Υ方向上的振動周期（這兩組資料在下文中被稱爲X、Υ左侧配重右 側振動資料如上所述得到的四組數位資枓將被應用在鮮模式和測試模 式中。 接著’配重被移到參考體_ S要部分502右端508的外邊，並固定 在與鍵槽512相同的圓周位置。‘然後，參考體_以每分鐘Ν轉的轉速再_ 次轉動。右、左測振計15讯和155L産生類比振動信號I⑼、ΚΘ)、 ^⑼和wRY(e)，這些信號被轉換成數位振動信號 和w’RY(e)，然後作爲的振動周期存入記憶體裝置2〇4中。如此，在記憶體 裝置204中産生另外四組數位資料。由數位振動信號w，以⑼、w，LY⑼得到 的資料組在下碰 X、丫右側配重摘觸:祕，而其他由數位振動 信號w，Rx(e)、w’RY(e)得到的資料組在下面被稱爲X、γ方向右側配重右 側振動資料。如上所述所得到的這四組數位資料也將被應用在校準模式和 測試模式中。 本領域技術人員熟知，設有配重的參考體600的動態不平衡可以由兩 個向里Ul和Ur來表示，兩個向罝表示兩個不同的平衡平面内的動態不 平衡的大小和角度位置。 向量认和认可以由連接在參考體_上的配重質量和位置决定。並 且’在本技術領域已知的是向量认和Ur可與向量&和fR相關，向量虼和 20 1311195 4表π由振動的爹考體600施加給第一和第二滾輪114、U6的力的大小和 方向。向量UL*UR與向量虼和&的關係如下式所示：

vURJ ^a3 a4J 式中at、a2、a3和a4爲常數。 如果與向量uL相關聯的平衡平面被定義在參考體6〇〇的主要部分6〇2 的左端，而與向量1^相關聯的平衡平面被定義在主要部分6〇2的右端，配 重只連接在主要部分502的左端，則參考體6〇〇只具有由向量Ul表示的動 態不平衡。並且，向量虼和fR可以分別由χ ' γ左側配重左側振動資料和 X γ左側配重右側振動貪料决定。如此，公式（1)可以改寫成：

U U ' a2、 —麗 fu、 ) <a3 a4> ^Rl> (2) 其中，向量UL1表示由連接在主要部分6〇2左端的配重的質量和位置决定的 動態不平衡。fLl和fRi分別表示根據X、γ左側配重左側振動資料和χ、γ 左侧配重右側振動資料計算得到的向量。由公式(2)，常數〜和#可由下式 得到： _UL1 fL1 (3) UL1 fR1 ⑷ 相反，如果配重只連接在主要部分6〇2的右端，則參考體6〇〇的動能 不平衡可僅由向量UR表示，並且向量虼和fR可以分別由Χ、γ右側配重户 側振動資料和X、Υ右側配重右側振動資料决定。如此，公式(丨)可以改寫 21 1311195 成： 〇 u lL2 R2, l3 a, f, (5) 其中，向量UR1表示由連接在主要部 602右鈿的配重的質量和位置决定的 平衡㈣2和42她讀據X、Y蝴电職資料和X、 Y右側配重右側振動:_算_向量。_(5),常絲_可由 下式得到：

在振動資料取樣模式下，CPU202根據公式⑶、⑷、⑹和⑺計算常係 數ai、a2、a3和a4，並將計算值存入記憶體裝置2〇4中以備後面應用。接著， 振動施加取樣模式終止。 現在，將描述平衡裝置400在測試模式下的操作。執行測試模式是爲 了檢測平衡裝置的缺陷，這種缺陷使得旋轉體傳遞給測振計155尺和155L 的振動受到嚴重地削弱。 在測s式模式中，參考體600被放置在第一和第二對滾輪114和116上， 並以每分鐘N轉的轉速轉動。接著，CPU202分別通過第一和第二數位/類 比轉換器206、208將X、Y左側配重左側振動資料’與感測器ι58來的脉 衝信號同步地傳遞給左壓電式致動器156L。CPU2〇2還分別通過第三和第 四數位/類比轉換器210、212將X、Y左側配重右側振動資料與感測器I% 來的脉衝信號同步地傳遞給右壓電式致動器156R。結果，右、左壓電式致 22 1311195 動器156R、156L使工作臺産生振動，從而引起參考體6〇〇振動。該振動與 在主要部分602的左端設有配重的參考體600引起的振動基本相同。 同時，右、左測振計155R和155L檢測工作臺1〇4的振動。cpU2〇2 根據下列公式計算右和左測振計155R和155L的輸出信號與χ、γ左側配 重右和左側振動資料的偏差： 1 Μ =^Σ(^ίχ(2ππι/Μ)-Μαχ(2πηι/Μ))2 ⑻ 1 Μ δ2 =^Σ(^γ(2πιη/Μ)-Μ^γ(2πηι/Μ))2 (9) I Μ δ3 =^Σ(^(2πΓη/Μ)-Μίκχ(2ππι/Μ))2 (1〇) I Μ δ4 系(WRY(2Tnn/M)-MLRY(27rm/M))2 (⑴ 其中’ Μ^ππι/Μ)和分別代表χ和γ左側配重左側振動資 料。MLRX(27rm/M)和MLRY(27mi/M)分別代表父和γ左側配重右側振動資 料。Μ表示參考體6〇〇轉動一周的資料取樣數。 偏差δ,、&、和\分別與臨界值％、％、巩和τμ目比較，這些 臨界值根據經驗確定’隨參考體_的尺寸和雜的獨而變化。當偏差 4、δ2、δ3#σδ4中的-個超出其相應的臨界值時，就可以判斷平衡裝置· 具有缺陷，這種缺陷使參考體_的振動向右、左測振計服和胤的 傳遞受到嚴重地肖，在這種情况下，cp咖通過譬如—個顯示單元（未 顯示出）肖操作者提出警告，隨後終止測試模式的操作。相反地，如果所 有、，I δ2 53和54都在相應的臨界值範圍内，則重覆下面的過程：將 23 1311195 儲存在S己憶體裝置204中的χ、γ右側配重左側振動資料和χ、γ右側配重 右側振動資料輸送到右、左壓電式致動器156R、156L。此時，可以通過下 列公式得到右、左測振計舰和155L的輸出信號的偏差。 1 Μ G Σ (WLX (2· / Μ) - M RLX (2观 / Μ))2 1VA m=I (12) l Μ Γ7 Σ ( wly (2πηι / Μ) - ΜRLY (2πιη / Μ))2 tVi· m=( (13) 1 Μ 77 Σ (WRX (2πχη / Μ) - ΜRRX (2ππι / Μ))2 iVA m=l (14) 1 Μ GS(WRY(27nn/M)-MRRY(27im/M))2 丄 Vi m=l (15)

'、中 MRLX(27tm/M)、MRLY(2Tmi/M)、MRRX(2ran/M)和MRRY(2ran/M)，分別 代表X、Y右側配重左側振動資料和χ、γ右側配重右側振動資料。 而且，如果偏差、δζ、^和\中的一個超出其相應的臨界值，cpU2〇2 就給操作者一個警告，然後終止測試模式操作。相反，如果所有偏差δι、δ2、 、和\都在相應的臨界值範圍内，可以判斷平衡裝置4〇〇沒有缺陷，

CPU202通過譬如顯示單元將這一結論告知操作者。然後測試模式操作終 止。 現在，將描述本發明第二實施例的平衡裝置4〇〇的校準模式。校準模 式修正常數ai、^、七和如，以避免由右、左測振計15汛和的靈敏 度變化狀的測量誤差，該右、左測振計丨观和咖的靈敏度變化可以 由例如環境溫度的f化引起。注意，只有當測試模式沒有發現平衡裝置· 的缺陷時，才能較好地執行校準模式。 24 1311195 在校準模式中，參考體600被玫置在第一和第二對滾輪114和116上’ 並以每分鐘N轉的轉速轉動a接著，通過由第一、第二、第三和第四數位/ 類比轉換器206、208、210和212將X、γ左側配重左側振動資料和χ、γ 方向左側配重右側振動資料提供給右、左壓電式致絲1S6R、156L，而使 工作臺104産生振動，從而使參考體600也發生振動。結果，使工作臺1〇4 産生的振動。産生的振動基本上與在其主要部> 6〇2左端設有配重的參 考體600産生的振動相同，儘管參考體6〇〇上沒有附加配重。 接者’由右、左測振計 155R和 155L( WLX(e)、WLY(0)、WRx⑼和 WRY(0)) 當前産生的輸出信號，CP讀計算出向量fu#a &。然後，通過將獲得的 向里fL1和fRI代入公式(3)和⑷’確定常數a[和#。然後，儲存在記憶體裝 置204中常數ai和a;舊健成新值。如此，就完成了常數&丨和#的修正。 接著’ CPU202將χ、γ右側配重左側振動資料和χ、γ右側配重右側 振動資料’傳輸給右、左壓電式致動器驗、肌。如此，功臺産 生振動。所産生的振祕本上與在其主要部分的右端設有配重的參考 體600産生的振動相同。 然後’由右、左測振計15汛和155L(Wlx⑼、I⑼、^⑼和^⑼） 當前産生的輸出信號’ CPU2G2計算出向量fl2和&。然後，通過將獲得的 Π Μ代人A式⑹和⑺’以確定常數力和〜。然後，儲存在記憶體 裝置204中的常數a2和％舊值換成新值。 在保存了 f數―讀，校賴式的操作終止。 見在七田述本發明第二實施例的平衡裝置4〇〇的測量模式。 25 1311195 在種核式中，具有未知動態不平衡的測試體獨被放置在第一和第 二對滾輪114和116上’並以每分㈣轉的轉速獅。以每分鐘N轉的轉 速轉動的測試體，由於其存在的動態不平衡而產生振動。右、左測振計⑸汉 # 155L通過工作$ 1〇4檢測測試體的振動，並產生輸出信號I⑼、 wLY(e)、Wrx_ Wry⑼。CPU2G2龄右、左職計咖和服的輸 出信號，由此較由測試體施加給第—和第二對雜114和ιΐ6的力 的向量fL和fR。然後，將向量反和fR以及常數七、七、七和知代入公式⑴。 結果，就得到表示測試體動態不平衡的向量队和Ur。 _ 當參考具體的最佳實關對本發明進储舰，本躺技術人員都瞭 解，對本發明最佳實施例中元件所作的修改及用等同物的雜都落入本發 明的範圍。另外’可以對本發明進行修改以使其適合於具體的情况和材料， 化些都不超出本發明的精神。例如，在本發明的第一實施例中，理想曲柄 軸的理想_不平衡可以被分成多塊理想動態不平衡，每—塊限定在一個 平衡平面上’該平衡面限定在曲柄軸的不同曲柄銷處。當曲柄軸轉動時， 每一片理想動態不平衡在振動件中産生一個特殊振動，其可以被與之相反 的振動抵消。 0 在本發明的第一實施例中，每一相反振動的資料可儲存在平衡裝置的 記憶體裝置中，並可操作壓電式致動器以在振動件中産生一個儲存在記憶 體裝置中的相反振動的複合振動。 本發明第一實施例的平衡裝置還可設有多個曲柄銷感測器。這些感測 器檢測旋轉中的曲柄軸的各個曲柄銷的轉角位置。考慮了由曲柄銷感測器 26 1311195 檢測到的曲柄銷的轉角位置，可以産生相反振動的複合振動時，以减少由 於被測量曲柄軸的曲柄鎖的轉角位置誤差引起的動態不平衡測量的誤差。

27 1311195 【圖式簡單說明】 的 第一圖和第二圖分別示意性地顯示出本發明第一實施例的平衡農置 前視圖和頂視圖； 第三圖和第四圖分別顯示出第—圖、第二 和左視圖； 圖所示的平衡裝置的右視 圖 第五圖顯示出設置在本發明第—實施例的平衡農置上的控制器的方塊 圖；以及 第六圖是本發明第二實施例的平衡裝置的前視圖 [主要元件符號對照說明] 100…平衡裝置 102…基座 104…工作臺 106…彈簧 110…右工作臺壁 11心..驅動轴 120…轴承 132…驅動車由 155R...右測振計 155L...左測振計 156R…右壓電式致動器 156L".左壓電式致動器 158…感測器 28 1311195 200···控制器 202…中央處理器（CPU) 204…儲存裝置

206···第一數位/類比（D/A)轉換器 208···第二數位/類比（D/A)轉換器 210…第三數位/類比（D/A)轉換器 212…第四數位/類比（D/A)轉換器 214…輸入/輸出（I/O)埠 216…第一放大器（AMP) 218…第二放大器（AMP) 220···第一類比/數位（A/D)轉換器 222…第二類比/數位（A/D)轉換器 224···第一數位濾波器（DF) 226…第二數位濾波器（DF)

228…CPU資料匯流排 300…曲柄轴 29

Claims (1)

1. 日修正替換?ί| 1311] 拾、申請專利範圍： L ~種測量物體的動態不平衡的方法，包括： 旋轉-具有未知動態不平衡_試體，以在測試體中産生第一振動，· 將前述第一振動從測試體傳給振動件； 、該振鱗施加以_ ’如果測試體具擁想動態不平衡，調整第二振動 以抵消在該振動件中産生的振動；及 檢測該振動件的振動。 2·依據申請專利範圍第丨項之測量物 且勺動恶不平衡的方法，進一步包括在對振 動件施加第二振動前，將產生第 3. 生弟一#動的貢料準備在記憶體裝置中。 依據申請專利範圍第2項之測量 —的動悲不平衡的方法，其中準備產生第二 振動的資料包括： 旋轉一具有理想動態不平衡的標準體； 將標準體巾紅的鑛魏給振動件； 檢測振動件的振動；及 將松測到的振動資料存入記憶體裴置中。 4. -種校準平衡裝置的方法，該 測振動件的^ 砸動件的振動’並且進行1程 衡，前述方法包括： _的振動確定測試體的動態不平 配置—參考體，使參考體的振動傳遞 不平衡； ° ’前述參考體具有無動態 旋轉該參考體； 的振動，該參考振動基本與通 當對振動件施加參考振動時，檢測該振動件 30 口 /νθ修正替顧 過旋轉在預定位置帶有一個配重的參考體在振動件中產生的振動相同；及 修正使職魏卿絲’蝴齡雜___、砰衡，同時 對振動件施加參考振動。 τ 5.依據巾請專概圍第4項之校準平衡裝置的方法，進—步包括： 疑轉在預定位置帶有配重的參考體，以振動該振動件； 檢涓!I振動件的振動； 將檢測到的振動資料存入記憶體裝置；及 從儲存在記憶體裝置中的資料產生參考振動。 6.種測4平衡襞置的方法，該平衡裝置通過由旋轉測試體在振動件中產生振 動’並通過感測器檢測振動件的振動’以礙測試體的動態平衡，該方法包括1 配置-參考體，使該參考體的振動傳遞給振動件，前述參考體具有二能 不平衡； " 旋轉該參考體； 一當對振動件施加參考振動時，檢測振動件的振動，該參考振動基本與通過 旋轉在預定位置帶有-個配重的參考體而在振動件中産生的振動相同丨及 通過將感測器檢測到的振動與參考振勤比較，確定平衡裝置是否具有 嚴重削弱由該蒼考體向感測器傳遞的振動的缺陷。 :定平衡裝置是否具 依據申請專利範圍第6項之測試平衡裝置的方法，其中確 有缺陷的步驟包括： 計算由感測器檢測到的振動與參考振動的偏差；及 將該偏差與預定臨界值進行比較。 31 131 ι日修正替換頁 有缺陷時’向平衡裝置的操作者發出綠。 、 9.雜申請專利範圍第6項之測試平衡裝置的方法，進—步包括： 疋車才在預疋位^有配重的該參考體，以振動該振動件； 檢測振動件的振動； 將檢測到的振動資料存入記憶體裝置；及 從儲存在記憶體裝置中的資料產生參考振動。 ια_ ___第6項之測試平衡裝置的方法，進一步包括： 寸使用在過私中的係數進行修正，該過程脈從感測 體的動態不平衡，壯 项出確疋測試 个十衡田確疋平衡裝置不具有缺陷時，進行前述修正。 u·—種平衡裝置，包括： · 旋轉機構’用於旋轉待測試物體； 振動件’由耵述旋轉機槪轉的物體振動； 感測器，用於檢測前述振動件_動；及 振動裔’連接到前述振動件上，用於振動前述振動件； 其中則述振動器對振動件施加振動，該振動與由具有理想動態不平衡的理 想體使前述振動件產生的振動反相， 、 :中則述振動雜動前述振動件，以抵消細鞠件的號振動，及 ”中田使用日守’則述感測器檢測由前述物體及前述振動器在前述振動件中 產生的複合振動。 I2-依據申請專利範圍第u 、之千衡衣置，進一步包括記憶體裝置，其用於儲存 32 1311 ψφ^η Ιο·......* ......I '**~~^-------·*-·-·—--------J 表不由理想體在前述振動种產生的振動的資料 前述記憶體裝置中的資料振動前述振動件。、中啸動器麟儲存在 平繼，其愉，一 _ _的振動經二:_ ’m，颇_前獅 14. 一種平衡裝置，包括: 旋轉機構，用於旋轉待測試物體; 振動件’由前述旋轉機_轉的物體振動; 感測器，用於檢測前述振勒件的振動； 振動器’蝴輸嫩，騰觸崎動件；及 根據前述感測器檢 、控制器’當前述振動器對前述振動件施加參考振動時， 測到的振動，該控制器確定前述平 述感測器傳輸的缺陷。 、板否有猶削弱前述物體的振動向前 述軸雖驗雜鱗，•輯_動伽歡振動，及 產生的複合鶴。 動件中 K依射雜咖吸爾[進—地嶋 産生所述參考振動的資料。 姥存用於 16. —種平衡裝置，包括： $疋轉機構，用於旋轉待測試物體·， 振動件，由前述旋轉機物的物體振動 13111 --------- 化曰修正替換頁 感測态，用於檢測前述振動件的振動； 振動器’連接到前述振動件上，崎振動前獅件；及 處理器’其用於根據前述感測器的輪 I 不平衡， 進仃汁才，以確定所述物體的動態 其中前述振動嶋前述振動件，以_述振竭預定振動， 其中當使用時，前述感測器檢剛由前述物體 產生的複合振動，及 、賴。。在別述振動件中 其中前述處理器對前述計算中廁 動能平種-一，中應用的係數進行修正，當前述旋轉機構旋轉 動心平衡的蒼考體，且前述振動 動口。對刖述振動件施加參考振動時 測器的輪出進行修正，_^ 根據則述感 灸考秘而過旋轉在預定位置帶有配重的 ，考肢而使刖述振動件產生的振動相同。 17·依據申請專利範圍第16項之 ^ 干衡破置，進一步包括記憶體裝置，以儲存用 產生前述參考振動的資料。 、 18_—種平衡裝置，包括： 旋轉機構’用於旋轉待測試物體； 振動件’由前述旋轉機物的物體振動； 感測器，用於檢測前述振動件的振動； 記憶體裝置’儲存由感__的振動資料； 振動器’連制獅_件，崎細加振動；及 控制器，具有第-操倾式和 _ 器，當前述振動恤式在⑽一崎模式的控制 狀崎’將由前述感測器檢測到咐辰動龍存入 131 111

   译M3修王替換頁 前述記憶體裝置中’在前述第二操作模式的控制器，通過根據儲存在前述記憶 體裝置中的資料控制前述振動器，振動前述振動件。

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