Устройство для динамической балансировки лучом лазера роторов

(19) (11) 75 за С О М 1/38 13 ТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковско. го( )( ) ТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ЛУЧОМ ЛАЗЕРА РОТОРОВ . по авт.св. В 1043499,о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности балансировки и качества следа на поверхности балансируемого ротора, оно снабжено датчиком опорного сигнала от зон коррекции и блоком запрета; выполненным в виде пятого элемента 2 И, первый вход которого соединен с выходом датчика опорного сигнала от зон коррекции, третьего триггера, Й-вход которого подключен к,выходупятого элемента2 И, четвертого триггера, 5-вход которого подключен кинверсному выходу.третьего триггера, третьего элемента2 ИЛИ, первый вход которого подключенк выходу четвертого триггера, авторой - к инверсному выходу пятогождущего мультивибраторапятого триггера, 5-вход которого подключен квыходу третьего элемента 2 ИЛИ, шестого элемента 2 И, первый вход которогоподключен к выходу пятого триггера,а второй вход соединен с вторым входом пятого элемента 2 И, Р-входомчетвертого триггера и со вторым выходом первого делителя частоты, второго двоичного счетчика, С-вход которого подключен к выходу шестогоэлемента 2 И, а Й-вход соединен с выходом четвертого ждущего мультивибратора, первого и второго многовходо"вых элементов И, подключенных входамн к выходам второго двоичного счетчика, выход первого многовходовогоэлемента И подключен к 5-входутретьего. триггера и к первому Й-входу пятого триггера, а выход второго -к первому входу блока синхронизациии ко второму Й-входу пятого триггера,третий Р-вход которого подключен квьрсоду четвертого ждущего мультивибратора.Изобретение относится к технологии3приборо- и машиностроения и можетбыть использовано для балансировкималогабаритных роторов лучом лазера,У5По основному авт.св.Ф 1043499 известно устройство для динамической балансировки лучом лазера роторов, имеющих собственный привод, содержащее основание, закрепленные на нем поднес для установки ротора и установленные соосно с ротором вращающуюся отклоняющую систему (ВОС 1 с приводом и корректрирующий лазер, датчик опорного сигнала и датчики дисбаланса, связанные с подвесом, соединенный с датчиками блок измерения, датчик опорного сигнала ВОС, последовательно соединенные блок преобразования, блок синхронизации, второй вход которого соединен с выходом датчика опорного сигнала ВОС, и блок управления, второй вход которого связан со вторым выходом блока преобразования, а выход - с входом управления лазера, второй вход которого подключен к выходу датчика опорного сигна" ла ВОС, источник переменного тока, первый блок ключей, входы соединены с источником переменного тока, а выходы - с приводом ВОС, блок команд 30 нь 1 х сигналов и второй блок ключей, входы которого соединены с источником переменного тока, а выходы - с приводом ротора, блок управления скоростью ВОС выполнен в виде после-. З 5 довательно соединенных кварцевого генератора, трех делителей частоты, элемента ЗИИЛИ и счетчика, двух регистров, информационные входы которых соединены с выходом счетчика, блока сравнения .кодов, входы которого соединены с выходами регистров, распределителя импульсов включающего два элемента 2 И и два элемента 2 ИЛИ, первый и второй входы которого 45 подключены к инверсному выходу второго делителя частоты, а .выходы - к входу опроса регистров, элемента 2 И, первый вход которого подключен к вьгсоду блока сравнения кодов и трех 50 последовательно соединенных мультивибраторов, вход первого из которых, третий и четвертый входы элемента ЗИИЛИ соединены с выходом второго делителя частоты, а выход с пятым 55 входом распределителя импульсов, выход третьего идущего мультг 4 вибратора подключей к входу сброса счетчика, выход первого делителя частоты связан с пятым входом элемента ЗИИЛИ, шестой вход которого соеди нен с датчиком опорного сигнала ВОС,блок командных сигналов выполнен в виде блока включения и сброса, триггеров режима и запрета, 5-входы которых подключены к выходу блока включения и сброса, порогового элемента, вход которого соединен с третьим выходом блока преобразователя, и элемента - 2 И, первый вход которого подключен к выходу порогового элемента, второй вход - к инверсному выходу триггера запрета и третьему входу блока синхронизации, а выход - к Й-входу триггера режима, выход которого связан с четвертым входом блока синхронизации, управляющим входом второго блока ключей и вторым нходом элемента 2 И, блок управления скоростью ВОС, выход которого соединен с управляющим входом первого блока ключей и с Й-входом триггера сброса1.Недостатком известного устройства является снижение точности балансировки и качества следа при коррекции неуравновешанных масс за счет образо вания отлетающего облоя на поверхности ротора при повторном удалении массы из одного и того же участка его поверхности. Такое явление всегда наблюдается прикоррекции неуравновешенной .массы по величине большей, чем одновременно удаляемая за лазерный импульс масса. Дисбаланс много-. кратно корректируется при этом неиз той же зоны на поверхности ротора,а из близлежащих зон, что объясняетсявозникающей при малых дисбалансахфазовой ошибкой в электронных блокахЭто явление и является источникомоблоя на поверхности ротора.Цель изобретения - повышение точности балансировки и улучшение качества следа на поверхности балансируемого ротора,Поставленная цель достигается тем,что устройство снабжено датчикомопорного сигнала от зон коррекциии блоком запрета, выполненным в видепятого элемента.2 И, первый вход которого соединен с выходом датчика опорного сигнала от зон коррекции, третьего триггера, Й-вход которого подключен к выходу пятого элемента 2 И, четвертого триггера, 5-вход которого3 30 подключен к инверсному выходу третьего триггера, третьего элемента 2 ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу четвертого триггера, а второй - к инверсному выходу пятого ждущего5 мультивибратора, пятого триггера, Б вход которого подключен к выходу третьего элемента 2 ИЛИ, шестого элемента 2 И,первый вход которого подключен к выходу пятого триггера, а второй вход соединен с вторым входом пятого элемента 2 И Р-входом четвертого триггера и со вторым выходом первого делителя частоты, второго двоичного счетчика15 С-вход которого подключен к выходу шестого элемента 2 И, а Р-вход соединен с выходом четвертого ждущего мультивибратора, первого и второго многдвходовых элементов И, подключенных входами к выходам вто 20 рого двоичного счетчика, выход первого многовходового элемента И подключен к 5-входу третьего триггера и к первому Р-входу пятого триггера,25 а выход второго к первому входу блока синхронизации и ко второму Р-входу пятого триггера третий М-вход которого подключен к выходу четвертого ждущего мультивибратора,На чертеже приведена блок-схема устройства дпя.динамической балансировки лучом лазера роторов.Устройство содержит основание 1, подвес 2, в котором устанавливается ротор, датчик 3 опорных импульсов, 35 привод 4 ротора, расположенные соосно с ротором, ВОС 5 с приводом 6 и лазер 7, датчики 8 и 9 дисбаланса, блок 10 измерения, входы которого подключены к выходам датчиков 8 и 9, 40 блок 11 преобразования, блок 12 синхронизации, блок 3 управления, выход которОго соединен с лазером 7, датчик 14 опорного сигнала ВОС, блок 15 управления скоростью ВОС, первый 45 блок 16 ключей, источник 17 переменного тока, подключенный к. блоку 16 ключей, блок 18 командных сигналов, второй блок 19 ключей, подключенный к источнику 17, блок 15 управления 50 скоростью ВОС выполнен в виде последовательно соединенных кварцевого генератора 20, делителей 21-23 частоты, элемента 24 ЗИИЛИ и счетчика 25, блока 26 сравнения кодов, регистров 27 и 28, входы которых подключены к выходам счетчика 25, а выходы - к входам блока 26 сравнения кодов,7534 распределителя 29 импульсов, элемента 30 2 И и последовательно соединенных трех ждущих мультивибраторов 31-33, блок 18 командных сигналов выполненв виде блока 34 включения и сброса, триггера 35 режима и триггера 36 запрета, выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации, порогового элемента 37 и второго элемента 38 2 И. Распределитель 29 импульсов выполнен в виде третьего и четвертого элементов 39 и 40 2 И и элементов 4.1 и 42 2 ИЛИ, блок 11 преобразования выполнен в виде последовательно соединеннъ 1 х порогового элемента 43, ждущих мультивибраторов 44 и 45 и амплитудного детектора 46. Кроме того, устройство содержит датчик 47 опорного сигнала от зон коррекции и блок 48 запрета, выполненный в виде последовательно соединенных пятого элемента 49 2 И, соединенного Р-входом третьеготриггера 50, подключенного -входом к инверсному его выходу четвертого триггера 51, третьего элемента 52 2 ИЛИ, подключенного 5-входом пятого триггера 53, шестого логического элемента 54 2 И, подключенного С-входом второго двоичного счетчика 55 и связанного с его выходами многовходового элемента 56 И, выход которого связан. с 5-входом третьего триггера 50 и первым Р-входом пятого триггера 53, и второго многовходового элемейта 57 И, подключенного к выходам второго двоичного счетчика 55, выход второго многовходового элемента 57 И, связан со вторым Р-входом пятого триггера 53 и первым входом блока 12.Датчик 47 опорного сигнала от зон коррекции может быть выполнен, например, оптического типа, аналогично датчику 14 опорного сигнала ВОС 5,устанавливается в плоскости расположения датчиков 8 и 9 дисбаланса например, в горизонтальной плоскости со стороны указанных датчиков ) и выставлен у технологической канавки в плоскости вибрации, так что воспринимает следы на поверхности ротора, как импульсы тока на своем выходе.Устройство работает следующим образом.Балансируемый ротор устанавливаете ся на подвесе 2 и подключается приводом 4 к блоку 19 ключей. Запускает-. ся блок 34 включения и сброса и им-., пульс с его выхоца задним фронтом1130753 2 ф Д ,ьи -,ЬГГ Ьф Тьпо 2 ( 1 ( 1 р 2", (2 где 3устанавливает триггеры 35 и 36 режима. и запрета в состояние логической еди ницы. Триггер Зб запрета удерживает от срабатывания блок 12 синхронизации и триггер 35 режима от срабатывания 5 до разгона ротора и ВОС 5 дочастоты балансирования, Сигнал логической единицы. с выхода триггера 35 режима включает блоки 16 и 19 ключей (блок 16 ключей через элемент 30 2 И ),через которые на приводы 4 и б ротора .и ВОС 5 с выхода источника 17 переменного тока начинают поступать переменные токи рабочей частоты. Ротор и ВОС 5 начинают разгоняться, При вы ходе на рабочие обороты, причем в силу большей инерционности ВОС 5 разгоняется медленнее, чем ротор, сигнал с блока 15 управления скоростью ВОС по Й-входу сбросит в начальное поло О жение триггер 36. запрета, сигнал с инверсного выхода которого разрешит. срабатывание блока 12 синхррнизации и через второй элемент 38 2 И подготовит возврат триггера 35 режима по 25 Й-входу, если дисбаланс ротора в плоскости коррекции не превышает по величине поля допуска. Если это не так, то будет осуществлен цикл коррекции дисабаланса. Дисбалансы рото- М ра в плоскостях коррекции воспринимаются датчиками 3,8 и 9 и преобразуются блоком 1 О измерения в два синусоидальных напряжения., первое из которых характеризует величину и угол дисбаланса в одной, а второе- в другой плоскости коррекции. Роль этого блокаможет выполнять, например, электронный блок балансировочного станка О-го класса типа "Луна"40 6365/0027. Напряжение, характеризующее дисбаланс в требуемой плоскостикоррекции, воспринимается блоком 11 преобразования, где из него с помощью 45 порогового элемента 43 формируются прямоугольные импульсы, начальная фаза которых несет информацию об угле дисбаланса. Эти импульсы запускают четвертый и пятый ждущие 50 мультивибраторы 44 и 45, формирующие сдвинутые относительно друг друга на величинукороткие импульсы длительностью т : с 2 4 Тр .,где Тр - период вращения ротора, Импульс 55 7 устанавливает в начальное положение пятый триггер 53 и второй двоичный счетчик 55, Количество двоичных разрядов и во втором счет. с чике 55 выбирается по соотношениюгде 1 НТ - целая часть числа;Й , - минимальный радиус эоныкоррекции в балансируемыхроторах;- минимально допустимое расстояние между зонами коррекции без их взаимногоперекрытия.Так, при Й = 30 мм, В = 2 мм, количество двоичных разрядов счетчика 55, и = 7, частота Г импульсов, заполняющих второй счетчик 55, определяется числом зон коррекции в ба лансируемом роторе и находится в пре- делах где Г - частота вращения роторапри балансировке, а длительность импульса равна Источником для формирования ука,занных импульсов частоты Г для3 роторов, имеющих синхронный приводЭ является первый делитель 21 частоты, а для роторов, имеющих асинхронный привод - датчик 3 опорных сигналов, наносимых на ротор и равных по велнчине количеству выбранных зон коррекции.Импульс С 2 через третий элемент 52 2 ИЛИ устанавливает пятый триггер 53 в состояние логической единицы и, тем самым, разрешает через шестой элемент 54 2 И поступление импульсов частоты Г на второй счетчик 55. На выходе второго счетчика 55 подключен первый многовходовый элемент И таким образом, чтобы импульс на его выходе формировался при подаче на вход второго счетчика 55 импульсовУ количество которых ш определяется из уравнения Хз Мн-.)360 1,90 - фазовый сдвиг тяжелого места относительноначальной фазы;7 113- фазовое запаздываниесигнала дисбалансав электронных блокахустройства,Так, например, при Г = 28800 Гц,Га 400 Гцф э Оф Чн 90 ,151Это означает, что к семиразрядному второму счетчику 55 подключается первый многовходовый элемент 56 И к второму и пятому прямым выходам его разрядов, если считать с младшего разряда, и 1-му, З-му,4-му, 6-му и 15 7-му инверсным выходам, чтобы сигнал на выходе элемента 56 И пояьилсяна 18-импульсе. Фазовый сдвиг этого импульса относительно начальной фазы сигнала дисбаланса будет Ч- Ч =90 ф 20 и это значит, что через поле действия датчика 47 опорного сигнала проходит "тяжелое" место ротора в дан - ной плоскости коррекции. Импульс с выхода элемента 56 И сбрасывает задним фронтом пятый триггер 53 в исходное положение логического "0" и счет импульсов вторым счетчиком 55 прекращается. Одновременно четвертый триггер 50 устанавливается в состоя ние логической единицы. В поле действия датчика 47 опорного сигнала находится текущее значениетяжелогоместа ротора в данной плоскости кор-рекции,которое анализируется на пред мет наличия следа (лунки) от лазерного действия. Если такой имеется, то указанный датчик 47 формирует на своем выходе импульс длительностью , Л,равный длине занятой лунки(или 40 лунками), зоной в плоскости коррекции. Этот импульс блокирует подачу импульсов частотой Г по к-входу третьего триггера 50. Так как триггер 50 находится в состоянии логической единицы, то возврат его в исходное состояние может быть осуществлен только после прекращения действия импульса от зоны, то есть после про хождения следа от взаимодействия че рез поле действия датчика 47. Первый .импульс частотой 1 через пятый эле 3мент 49 2 И сбросит третий триггер 50 в исходное состояние, причем задний фронт импульса на его выходе 55 установит четвертый триггер 51 в состояние логической единицы, а задний фронт первого импульса частотой Гэ 0753 8установит его в состояние логическо го нуляТаким образом, на выходе четвертого триггера 51 формируется импульс длительностью Г ъ Этот импульс характеризует прохождение через поле действия датчика 47 опорных сигналов первой свободной от следов зоны, относительно которой и будет корректрироваться дисбаланс. Этот импульс должен быть сдвинут во времени на уголот поля действия датчика 47 горизонтальная плоскость со стороны датчика 8 и 9 дисбаланса до начальной зоны взаимодействия лазерного луча ). Обычно уголЧс=90. Чтобы осуществить этот фазовый сдвиг второй счетчик 55 должен отсчитать количество импульсов определенное с учетом уравнения 4, какХ2 121РПоэтому второй многовходовый элемент 57 И включен таким образом, чтобы импульс на его выходе был. сформи-. рован при коде в ,определяемом какщэ щ 1+ щг 0)Так, при Гэ = 28800 Гц, Г - 400 Гц,чэ 1 30, аз= 18 + 6 = 24Этот код реализуется подключением элемента 57 И к 4-му и 5-му прямым выходам разрядов семиразрядного вто рого счетчика 55, если считать с младшего разряда, и 1-му, 2-му,З-му, 7-му, 6-му инверсным его выходам. Сформированный ш з импульс на выходе элемента 57 И является стробом свободной зоны вблизи "тяжелого" места ро- тора в плоскости коррекции и он поступает на блок 12 синхронизации и сбрасывает задним фронтом одновременно пятый триггер 53 в исходное состояние, прекращая счет импульсов вторым счетчиком 55. С помощью амплитудного детектора 46 выделяетсяпостоянное напряжение, пропорциональное дисбалансу. Это напряжение управляет через блок 13 управления энергией импульсов лазера 7,(в качестве блока управления может быть использована система управления СУХлазератипа "Квант" ), а также является опоР- ным для порогового элемента 37, настроенного на амплитуду сбрасывания,пропорциональную остаточному дисбалансу, и отключающего через второй элемент 38 2 И процесс балансировкиесли величина дисбаланса меньше,допуска. Строб "тяжелого" места ротора сравнивается в блоке 12 синхронизации со стробом, снимаемым с датчика 14 опорного сигнала ВОС 5 и при 5их совпадении(при условии включениятриггера 35 режима и выключении триггера 36. запрета) инициирует запусклазера 7 через блок 13 управления,Лазерный импульс в пределах поворота 1 Оротора на угол 9 20-120 производит коррекцию неуравновешанной массы.и на поверхности ротора возникаетслед в виде глухого отверстия.Процесс автоматически повторяется 15до достижения дисбалансом поля допуска из новых зон на поверхности. ротора,после чего пороговый элемент 37 отключает триггер 35 режима, прекращаетсяподача питающих напряжений 4 и 6 ротора и ВОС 5. Они останавливаются,(.после чего ротор поворачивают и балан-сируют в другой плоскости.При работе схемы важным элементом,определяющим частоту синхронизациисовпадений положений "тяжелого" местаи фокуса объектива ВОС 5, а следовательно, и производительность балансировки, является обеспечение режимавзаимного их проскальзывания с частотой 2-5 Гц, что обеспечиваетсяхарактером работы блока 15.управленияскоростью ВОС 5,При работе блока 15 последовательность импульсов стабильной частотыс выхода кварцевого генератора 20 де.-.лится делителями 21-23 частоты, соответственно первым - до частоты зонФзапрета Г и частоты Г балансировки,вторым - до 5 = 0,5 Гц.и третьим - 40до частоты 1 = 0,25 Гц, Указанныенапряжения и импульсы с выхода датчика 14 опорного сигнала ВОС 5 коммутируются элементом 24 ЗИИЛИ в последовательность пачек импульсов, 45длительностью каждая 7= 1 с, и частотой Г и, содержащих четная - импульсы частотой Гвос, ,а нечетная -частотой Гвр вращения ВОС 5, и несутвос аинформацию о текущем и заданном значениях частоты вращения ВОС 5. Этиимпульсы записываются счетчиком 25,предварительно сбрасываемым в нулевое положение импульсами частотойс выхода третьего ждущего мультиЧвибратора 53, а импульсы опроса регистров 27 и 28 с первого ждущегомультивибратора 31. Параллельныекоды, соответствующие заданной овостекущей Г ,частотам вращения ВОС 5вос тпоследовательно записываются регистрами 27 и 28 импульсами с выходовраспределителя 29 импульсов, причемпоследний выдает импульсы частотойи сдвинутые друг относительно2друга на половину периода. Это необходимо для того,.чтобы записывать врегистре 27 код, соответствующийзаданной частоте вращения ВОС 5, ав регистре 28 - текущей частоты вращения ВОС 5, Коды выходов регистров27 и 28 сравниваются блоком 26 сравнения кодов, так что сигнал на еговыходе равен логической единице приГв, и логическому нулю вВос а ВоСтпротивном случае. Этот сигнал черезэлемент 30 2 И и блок 16 ключей управляет скоростью вращения ВОС 5, а также первым перепадом отключает триггер 36 запрета,Таким образом, изобретение позволяет повысить точность балансировкии повысить качество. следов на поверхности ротора за счет устранения облоя при многократном поражении однойи той же зоны эа счет введения вустройство датчика опорного сигналаот зон коррекции блока запрета, предназначенного для формирования сигнала от зоны "свободной" от следоввзаимодействия лазерного луча прикоррекции дисбаланса.