Измерительное устройство к балансировочному станку

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 23 ЕСПУБЛИК 19 М 1 22 5)5 БРЕТ ое производ ябрьской ре о СССР 1985. о СССР 1985. РОЙ СТВО КБА- ировоч- овышек баланс ения - и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Минское станкостроителственное обаединение им.Оволюции(56) Авторское свидетельствч. 1151845, кл, 6 01 М 1/22,Авторское свидетельствч.1226086, кл, 6 01 М 1/22,(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСЛАНСИРОВОЧНОМУ СТАН(57) Изобретение относитсяной технике, Цель изобре17 ние точности за счет компенсации изменения сигнала, вызванного нестабильностью частоты вращения, Сигнал с вибродатчика 1 фильтруется и преобразуется в ортогональные составляющие. Сигнал с датчика 5 углового положения преобразуется в импульсный сигнал, кратный частоте вращения, и используется для коррекции изменения частоты вращения, Время вращения при измерении устанавливается достаточным для установления переходных процес.- сов в фазовых детекторах 18 и 19, после чего блоки.20 и 21 памяти переключаются в режим хранения и вращение прекращается, а гармонический сигнал на выходе фильтра 25 нижних частот, несущий информацию о дисбалансе, сохраняется. 1 ил,Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использованов балансировочных станках, например универсальных,Известно устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающихся тел, содержащее генератор синхроимпульса, выполненный в виде электронногоустройства, 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 15выходами первого и второго счетчиков импульсов, цифровой индикатор, вход которого соединен с выходом вычислителя, блокуправления, входы которого соединены сгенератором синхроимпульса и измерителем дисбаланса, а выходы - с управляющими входами первого и второго счетчиковимпульсов и вычислителя.Однако данное устройство не обеспечивает возможности отыскания места коррекции на роторе без применения каких-либодополнительных приспособлений для отсчета измеренного угла, Кроме того, отыскание места коррекции на роторе с помощьюдополнительных приспособлений приводит 30к дополнительной погрешности при отсчетеугла.Наиболее близким к предлагаемому патехнической сущности является измерительное устройство к балансировочному 35станку, содержащее вибродатчик, блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, первый и второй одиночные выходы игруппа выходов которого соединены соответственно с первым и вторым одиночными 40входами и первой группой входов блока измерения, и формирователь опорных сигналов, выполненный в виде последовательносоединенных датчика угловога положения.первый и второй входы которого соединены 45с соответствующими одиночными выходамигенератора сигналов несущей частоты,фильтра нижних частот, нуль-кампаратсра,выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, и соединенного С-входом параллельного регистра,первый и второй одиночные О-входы и груп. па О-входов которого соединены с соответствующими выходами генератора сигналовнесущей частоты, а первый и второй адиночные выходы и группа выходов - соответственно с четвертым и пятым одиночнымивходами и второй группой входов блока измерения. Блок измерения содержит первый и второй фазовые детекторы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных ключевого модулятора, аппроксиматора и интегратора, соединенные с выходами последних соответственно первый и второй блоки памяти, первый и второй амплитудные модуляторы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных дополнительного ключевого модулятора, вход которого соединен с выходом соответствующего блока памяти, и дополнительного аппроксиматора, последовательно соединенные сумматор, входы которого соединены с выходами аппроксиматоров, фильтр нижних частот и измеритель значения дисбаланса, последовательна соединенные нуль-компаратор, вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот; и регистратор фазы, причем управляющие входы дополнительных первого и второго ключевых модуляторов, второй вход регистратора фазы, улравляющие входы соответственно первого и второго ключевых модуляторов и обьединенные вместе входы ключевых модуляторов являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым одиночными входами блока измерения, группа управляющих входов дополнительных аппроксиматоров и группа управляющих входов аппроксиматора - соответственно первый и второй группами входов блока измерения.Недостатком известного устройства является погрешность измерения парамет,"ая дисбаланса, возникающая при нестабильной частоте вращения балансируемаго ротора или при изменении частоты вращения в процессе балансировки,.Происходит зто из-за того, что устройство не обеспечивает компенсации изменения выходного сигнала вибродатчика при изменении частоты вращения, Причинами изменения сигнала вибродатчика являются, например, квадратичная (для машин. работающих в дарезонансном режиме) зависимость центробежной силы, вызываемой его неуравновешенностьк, от частоты вращения балансируемого ротора, зависимость коэффициента преобразования вибродатчика и механической колебательной системы балансировочного станка от частоты и т.д. Зависимость результатов измерения от частоты приводит к снижению производительности балансировки, связанной с необходимостью перенастройки измерительного устройства при измерении частоты вращения,Цель изобретения - повышение точности измерения параметров дисбаланса приработе в диапазоне частот или при нестабильной частоте вращения,Поставленная цель достигается тем, что измерителЬное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, группа выходов которого соединена с первой группой входов блока измерения, и формирователь опорных сигналов, включающий в себя последовательно соединенные датчик углового положения, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты и первым и вторым одиночными входами блока измерения, фильтр нижних частот и первый нуль-компаратор, выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, снабжено первой частотно-зависимой цепью, вход которой соединен с выходом вибродатчика, а выход- с шестым одиночным входом блока измерения, последовательно соединенные фазовым детектором, информационный вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, а управляющий вход - с первым входом датчика углового положения, умножителем частоты, соединенным счетным входом первым счетчиком- распределителем, формирователем синусоиды, второй частотно-зависимой цепью, вторым нуль-компаратором, первой схемой выделения фронта и соединенным установочным входом вторым счетчиком- распределителем, счетный вход которого соединен с выходом умножителя частоты, а первый и второй одиночные выходы и группа выходов - соответственно с четвертым и пятым одиночными входами и второй группой.входов блока измерения, и второй схемой выделения фронта, вход которой соединен с выходом фазового детектора, а выход - с установочным входом первого счетчика-распределителя.Введение в устройство указанных элементов позволяет повысить точность измерения параметров дисбаланса за счет сохранения выбранной цены деления (единицы коррекции) при изменении частоты вращения, Кроме того, повышается производительность. особенно при больших коэффициентах, снижения дисбаланса, за счет того. что отпадает необходимость перестраивать измерительное устройство при переходе на другую частоту вращения.Нэ чертеже представлена структурная схема устройства.Измерительное устройство к балэнсировочному станку содержит последовательно соединенные вибродатчик 1 и первую510152030 354045 частотно-зависимую цепь 2, генератор 3 сигналов несущей частоты,формирователь 4 опорных сигналов, содержащий последовательно соединенные датчик 5 углового положения, первый и второй входы которого соединень, с соответствующими одиночными выходами генератора 3 сигналов несущей частоты, фильтр 6 нижних частот и первый нуль-компаратор 7, последователь-, но соединенные фазовый детектор 8, информационный вход которого соединен с . выходом фильтра 6 нижних частот, а управляющий вход - с первым входом датчика 5 углового положения, умножитель 9 частоты, соединенный счетным входом первый счетчик-распределитель 10, формирователь 11 синусоиды, дополнительную частотно-зависимую цепь 12, второй нуль-компаратор 13, первую схему 14 выделения фронта и соеди- ненный установочным входом второй счетчик-распределитель 15, счетный. вход которого соединен с выходом умножителя 9 частоты, вторую схему 16 выделения фронта, выход которой соединен с выходом фазового детектора 8, а выход - сустановочным входом первого счетчикараспределителя 10, и многовходовый блок 17 измерения, первый и второй одиночныевходы и первая группа входов которого соединены с соответствующими выходами генератора 3 сигналов несущей частоты, третий одиночный вход - с выходом первого нуль-компаратора 7, четвертый и пятый одиночные входы и вторая группа входов - соответственно с первым и вторым одиночными выходами и группой выходов второго счетчика-распределителя 15, а шестой - с выходом первой частотно-зависимойцепи 2.Блок 17 измерения содержит две цепи,каждая из которых состоит из доследовательно соединенных дополнительного фазового детектора 18 (19), блока 20 (21) памяти и амплитудного модулятора 22 (23), последовательно соединенные сумматор24, первый и второй входы которого соединены с выходами соответствующих амплитудных модуляторов 22 и 23,дополнительный фильтр 25 нижних частот и50 измеритель 26 значения дисбаланса, последовательно соединенные дополнительный нуль-компаратор 27, вход которого соединен с выходом фильтра 25 нижних частот, и регистратор 28 фазы, причем одиночные входы и объединенные вместе группы входов первого 22 и. второго 23 амплитудных модуляторов являются соответственно первым и вторым одиночными и первой группой входов блока 17 измерения, второй, вход регистратора 28 фазы - третьим одиночным. входом блока 17 измерения, одиночные входы и объединенные вместе группы входовдополнительных фазовых детекторов 18 и19 - соответственно четвертным и пятым одиночными входами и второй группой входовблока 17 измерения, а обьединенные вместе информационные входы дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 - шестым.одиночным входом блока 17 измерения,Генератор 3 сигналов несущей частотыможет быть выполнен в виде импульсногогенератора и счетчика-распределителя,включающего в себя два счетчика Джонсона, С-входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходамиимпульсного генератора, и три логическихэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, зходыпервого из которых соединены с первым ивторымвыходами первого счетчика Джонсона; входы второго - с первым и вторымвыходами второго счетчика Джонсона, авходы третьего - с выходами первого и второго логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем третьи выходы счетчиковДжонсона являются соответственно первым и вторым одиночными выходами, а выходы трех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - группой выходов генератора 3 сигналов несущей частоты,. Дополнительные фазовые детекторы 18и 19 и амплитудные модуляторы 22 и 23могут быть выполнены, например, как в прототипе.Фазовый детектор 8, например, можетбыть выполнен в виде последовательно соединенных нуль-компаратора и соединенного С-входом О-триггера, причем О-входтриггера является управляющим, а входнуль-компаратора - информационным входами фазово о детектора 8, В качестве нулькомпаратора может также использоватьсяпервый нуль-компаратор 7, к выходу которого подключен С-вход О-триггера.Умножитель 9 частоты, например, может быть выполнен на микросхеме К 564 ГГ 1и делителе частоты в цепи обратной связи.Счетчики-распределители 10, 15 могутбыть выполнены, например, аналогичносчетчику-распределителю в генераторе 3сигналов несущей частоты, дополненому делителем по модулю два. прямой и инверсный выходы которого соединены сосчетными входами обоих счетчиков Джонсона. Счетным входом такого счетчика-распределителя является с етный входделителя по модулю два, установочным входом - установочные входы обоих счетчиковДжонсона, а группа выходов образованапервым выходом первого счетчика Джонсо 2030354050 55 дисбаланса на выходе вибродатчика в общем случае изменяется, Например, в дорезонансных станках с датчиком силы в качестве вибродатчика зависимость сигнала дисбаланса от частоты прямо пропорциональна квадрату частоты. В этом случае, чтобы результаты измерения не изменялись при изменении частоты, АЧХ частотно-зависимой цепи 2 должна иметь обратный характер, т.е, обратно квадратичную зависимостьот частоты. Такую зависимость, например, .может обеспечить двойной интегратор. Свыхода частотно-зависимой цепи 2 сигнал дисбаланса поступает на шестой вход блока17 измерения, образованный входами дополнительных фазовых детекторов 18 и 19, которые осуществляют фильтрацию помех, содержащихся в спектре сигнала дисбаланса. Для этого с формирователя 4 опорныхсигналов на одиночные входы дополнительных фазовых детекторов 18 и 19 поступают прямоугольные импульсы типа меандр частотой Р с взаимным сдвигом фаз 90, а нагруппу входов - импульсы, дискретно изменяющие коэффициент передачи входного сигнала по синусоидальному и косинусоидальному законам и раз за один оборотротора. Такое преобразование входного сигнала в фазовых детекторах 18 и 19 эквивалентно его умножению на синусоидальный и коси нусоидальный сигналы, аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании во времени.Спектр таких сигналов, кроме основной гармоники, содержит паразитные высшие гармоники частоты Е. В процессе перемножения спектральные составляющие входного сигнала, совпадающие с основной гармоникой и указанными паразитными.составляющими, переносятся на нулевую частоту, т.е. преобразуются в постоянные на и выходами всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,Формирователь синусоиды может бытьвыполнен, например, аналогично амплитудному модулятору в прототипе, на аналоговый вход которого подается постоянное напряжение, а группа управляющих входов является группой управляющих входов формирователя синусоиды,10 . Устройство работает следующим образом,В вибродатчике 1 механические колебания, вызванные центробежными силами,возникающими при вращении несбалансированного ротора, преобразуются в электрический сигнал, содержащий информацию о значении и угле дисбаланса, При изменении частоты вращения амплитуда сигналанапряжения, несущие информацию оторто- положения, выполненного в вйде вращаюгональных составляющих вектора дисба- щегося трансформатора (или сельсина), ланса, а помехи переносятся на боковые включенного в режиме фазовращателя, Речастоты и подавляются фильтрами нижних жим фазовращателя обеспечивается пита- частот, входящимивсоставфазовыхдетек нием датчика 5 углового положения торов 18 и 19, Зквивалентная АЧХ такого импульсами несущей частоты с взаимным фильтра имеет, кромеосновной полосы про- сдвигом фаэ 90 или 120, если. датчик 5 зрачности на частоте Р, дополнительные па- углового положения выполнен на сельсине), разитные на высших частотах, Ширина Высшие гармоники выходногосигналадаткаждой полосы прозрачности определяет чика 5 углового положения подавляются ся частотой среза фильтров нижних частот в фильтром 6 нижних частот, Первый нуль- составе дополнительных фазовых детекто- компаратор 7 преобразует выходной сигнал ров 18 и 19. В описываемом примере выпол- фильтра 6 нижних частот в прямоугольные нения устройства используется 12 ступеней импульсы, перепады которых совпадают с. аппроксимации, которых в большинстве 15 моментами перехода синусоиды через нуль. случаев практического применения оказы- Фаза импульсов несущей частоты 1 на выховается достаточно, де первого нуль-компаратора 7 изменяетсяПостоянные напряжения, пропорцио- на 360 при повороте балансируемого ротональные ортогональным составляющим ра полный оборот. Так как положительные -=ктора дисбаланса, через открытые в режи перепады этих импульсов являются тактируме измерения блоки 20 и 21 памяти посту- ющими для О-триггера, на котором реализопают на входы амплитудных модуляторов ван фазовый детектор 8, то при каждом 22 и 23. полном обороте ротора изменения сигналаНа одиночные входы амплитудных мо- на его выходе отображают изменения сигдуляторов 22 и 23 с первого и второго оди нала на О-входе за один период несущей ночных выходов генератора 3 сигналов частоты,т,е,формируется меандрсчастотой .несущей частоты поступают прямоугольные Г равной частоте вращения ротора, импульсы типа меадресущей частоты 1 с вза- Связанный с выходом фазового.детекимным сдвигом фаэ 90, а на группу входов тора 8 умножитель частоты генерирует им - импульсы, дискретно изменяющие коэф пульсный сигнал, частота которого кратна фициент передачи входного сигнала по си- частоте входного сигнала. Коэффициент нусоидальному и косинусоидальному кратности выбирается равным модулю счеэаконам и раз за один период частоты 1. та первого 10 и второго 15 счетчиков-расТакое преобразование входного сигнала в пределителей.фазовых детекторах 22 и 23 эквивалентно 35На группе выходов счетчика-распредеего умнокению на синусоидальный и коси- лителя 10 выделяются меандр с частотой Г, нусоидальный сигналы, аппроксимирован- равной частоте вращения ротора, и группа ные ступенчатой функцией приспециальных сигналов кратной частоты, коравномерном квантовании во времени. В торые управляют аналоговыми ключами результате амплитудной модуляции на вы формирователя 11 синусоиды. Последний ходе сумматора 24 формируется векторная вырабатывает кваэисинусоидальный сигсумма ортогональных составляющих векто- нал, аппроксимированный 12 ступеньякара дисбаланса, каждая иэ которых пред- ми, Фаза выходного сигнала ,ставляет собой квазигармонический сигнал формирователя 11 синусоиды привязана к несущей частоты 1, аппроксимированный 45 фазевыходногосигналафазовогодетектора ступенчатой функцией. Спектр сигнала, вы благодаря синхронизации первого счетчиделяющегося на выходе сумматора 24, кро- ка-распределителя короткими импульсами, ме основной. содержит высшие гармоники, формируемыми второй схемой 16 выделе.- которые подавляются дополнительным ния фронта. Выходной сигнал формироватефильтром 25 нижних частот. На выходе 50 ля 11 синусоиды через дополнительную фильтра 25 нижних частот выделяется гар- частотно-зависимую цепь 12 поступает на монический сигнал несущей частоты , амп- вход второго нуль-компаратора 13, который литуда и фаза которого несут информацию преобразует его в прямоугольныеимпульоб угле и значении вектора дисбаланса. сы. Первая схема 14 выделения фронта по Подключенный к выходу измеритель 26 зна положительным перепадам этих импульсов чениядисбаланса используется для опреде- вырабатывает короткие импульсы синхроления величины корректирующей массы, ниэации второго счетчика-распределителяСинхронно с балансируемым ротором 15. На первом и втором одиночных выходах (не показан) вращается кинематически с и на группе выходов второго счетчика-расним связанный ротор датчика 5 углового пределителя формируются соответственно1746232 12 устройства при изменении частоты вращения, что повышает производительность балансировки роторов, особенно при больших два меандра с частотой Е вращения ротора,с взаимным сдвигом фаз 90, образующиеизмерительную прямоугольную систему координат, и группа специальных сигналовкратной частоты, которые обеспечивают аппроксимацию синусоидальной и косинусоидальной функций в дополнительных .фазовых детекторах 18 и 19,Благодаря идентичности частотно-зависимых цепей 2 и 12 измерительная системакоординат изменяет свое угловое положение.при изменении частоты вращения наугол, равный сдвигу фазы сигнала дисбаланса.Время вращения балансируемого ротара при измерении дисбаланса выбираетсядостаточным для установления переходныхпроцессов в фазовых детекторах 18 и 19, Поистечении указанноговремени блоки 20 и. 21 памяти переключаются в режим хранения, и вращение ротора прекращается. Приэтом гармонический сигнал несущей частотына выходе фильтра 25 нижних частот..содержащий информацию о параметрахдисбаланса, сохраняется.Нуль-компарэтор 27 преобразует синусоиду в прямоугольне импульсы, которыепоступают на один из входов регистратора28 фазы. На второй вход регистратора 28фазы поступают импульсы несущей частоты1, фаза которых соответствует текущему угловому положению балансируемого ротора,В процессе отыскания угла коррекции дисбаланса ротор вращают, добиваясь по показаниям регистратора 28 фазы совпаденияфаз его входных сигналов, При этом уголкоррекции балансируемого ротора совпадает с неподвижным указателем, закрепленным настанине станка (не показан),Таким образом, в данном устройствеосуществляется компенсация изменениясигнала дисбаланса при изменении частотывращения балансируемого ротора, при этомточность отыскания места коррекции на ро-.торе сохраняется, Независимость показаний измерителя 26 значения дисбаланса отчастоты вращения позволяет исключитьоперацию перенастройки измерительного козффициентах уменьшения дисбаланса.Формула изобретения Измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерения,генераторсигналов несущей частоты, груп 10 па выходов которого соединена с первой группой входом блока измерения, и формирователь опорных сигналов, включающий в себя последовательно соединенные датчик углового положения, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты и первым и вторым одиночными входами блока измерения, фильтр нижних частот и первый нуль-компа. 20 25 ратор, выход которого соединен с третьим одиночным входом блока измерения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что с целью повышения точности измерения параметров дисбаланса, оно снабжено первой частотно-зависимой цепью, вход которой .соединен с выходом вибродатчика, а выход - с шестым одиночным входом блока измерения, последовательно соединенными фазовым детектором, информационный вход которого30. соединен с выходом фильтра нижнихчастот, э управляющий вход - с первым входом датчика углового положения, умножителем частоты, соединенным счетным входом первым счетчиком-распределителем, формирователем синусоиды, второй частотно-зависимой цепью, вторым нуль-компаратором,35 первой схемой выделения фронта и соединенным установочным входом вторым счетчиком-распределителем, счетный вход 40 которого соединен с выходом умножителячастоты, э первый и второй одиночные выходы и группа выходов - соответственно с четвертым и пятым одиночными входами и второй группой входов блока измерения, и второй схемой выделения фронта, вход которой соединен с выходом фазового детектора, а выход - с установочным входом первого счетчика-распределителя. 50 Составитель В.МалыгинТехред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Редактор И,Шмакова,Производственно-издательский комбинат "Пагент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2388 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5