измерительное устройство к балансировочному станку

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО К БАЛАНСИРОВОЧНОМУ СТАНКУ, содержащее вибродатчик, блок измерения с регистратором фазы, генератор несущей частоты, подключенный к блоку измерения, последовательно соединенные умножитель частоты и счетчик-распределитель, выходы которого связаны с выходом блока измерения, и схему выделения фронта, выходом подключенную к входу сброса счетчика-распределителя, отличающееся тем, что оно снабжено регулируемыми усилителем, включенным между выходом вибродатчика и измерительным входом блока измерения, блоком задания усиления, подключенные к регулируемому усилителю, тремя десятичными счетчиками, элементом 2ИЛИ, включенным между выходом умножителя частоты и счетным входом первого десятичного счетчика, элементом 3ИЛИ - НЕ, входы которого подключены к выходам десятичных счетчиков, а выход - к второму входу элемента 2ИЛИ и входу схемы выделения фронта, делителем частоты на 10, включенным между выходом элемента 2ИЛИ и счетным входом второго десятичного счетчика, делителем частоты на 100, включенным между выходом элемента 2ИЛИ и счетным входом третьего десятичного счетчика, блоком задания кода угла, подключенным к входам предварительной установки десятичных счетчиков, и формирователем синхроимпульсов, подключенным к входу умножителя частоты, входам сброса делителей частоты и входам разрешения предварительной установки десятичных счетчиков, а дополнительный выход генератора несущей частоты подключен к второму входу регистратора фазы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в универсальных балансировочных станках, для статической и динамической балансировки, в том числе для трехплоскостных.

Известно устройство для измерения параметров вектора дисбаланса, содержащее вибродатчик, первый и второй фазовые детекторы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных ключевого модулятора, вход которого соединен с выходом вибродатчика, аппроксиматора и интегратора, соединенных соответственно с выходами последних, 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 дополнительных аппроксиматоров, фильтр нижних частот и измеритель значения дисбаланса, последовательно соединенные нуль-компаратор, вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, и регистратор фазы, генератор сигналов несущей частоты и формирователь опорных сигналов, выполненный в виде последовательно соединенных датчика углового положения, дополнительного фильтра нижних частот, дополнительного нуль-компаратора, выход которого соединен с вторым входом регистратора фазы, и соединенного С-входом параллельного регистра, первый и второй одиночные D-входы которого соединены с соответствующими входами датчика углового положения, с управляющими входами соответствующих дополнительных ключевых модуляторов и первым, и вторым одиночными выходами генератора сигналов несущей частоты, группа D-входов с группой выходов генератора сигналов несущей частоты и группой управляющих входов дополнительных аппроксиматоров, первый и второй одиночные выходы с управляющими входами соответствующих ключевых модуляторов, а группа выходов с группой управляющих входов аппроксиматоров [1]

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает возможности оперативной перенастройки, компенсирующей изменение параметров колебательной системы балансировочного станка, вызванное изменение массы или конфигурации балансируемого ротора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, группа выходов и первый, второй одиночные выходы которого соединены с первой группой входов и первым, и вторым одиночными входами блока измерения, формирователь синхроимпульсов, выполненный в виде последовательно соединенных датчика углового положения, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами генератора несущей частоты, фильтра нижних частот и фазового детектора, управляющий вход которого соединен с одним из входов датчика углового положения, а информационный вход с выходом фильтра нижних частот, соединенный с выходом фазового детектора, умножитель частоты, счетчик-распределитель, счетный вход которого соединен с выходом умножителя частоты, группа выходов и первый, и второй одиночные выходы соединены с второй группой входов и с третьим, и четвертым одиночными входами блока измерения, и схему выделения фронта, выход которой соединен с установочным входом счетчика-распределителя [2]

Недостатком известного устройства при использовании его в составе зарезонансного балансировочного станка является отсутствие возможности корректировки модуля коэффициента передачи измерительного устройства и углового положения измерительной системы координат. Необходимость в корректировке указанных параметров измерительного устройства возникает при перенастройке его на новый типоразмер ротора в связи с тем, что изменение массы и конфигурации балансировочного ротора приводит к изменению комплексного коэффициента передачи колебательной системы станка.

Целью изобретения является повышение производительности балансировки за счет возможности быстрой перенастройки измерительного устройства на другой типоразмер ротора без проведения пробных пусков.

Это достигается тем, что измерительное устройство к балансировочному станку, содержащее вибродатчик, многовходовый блок измерения, генератор сигналов несущей частоты, группа выходов и первый, и второй одиночные выходы которого соединены с первой группой входов, и первым, и вторым одиночными входами блока измерения, последовательно соединенные формирователь синхроимпульсов, умножитель частоты и соединенный счетным входом счетчик-распределитель, группа выходов, и первый, и второй одиночные выходы которого соединены с второй группой входов, и с третьим, и четвертым одиночными входами блока измерения, и схему выделения фронта, выход которой соединен с входом сброса счетчика-распределителя, согласно изобретению, снабжено блоком задания усиления, регулируемым усилителем, информационный вход которого соединен с выходом вибродатчика, управляющий вход с выходом блока задания усиления, а выход с пятым одиночным входом блока измерения, делителем частоты на десять, делителем частоты на сто, первым десятичным счетчиком, логическим элементом 2ИЛИ, один из входов которого соединен с выходом умножителя частоты, а выход с счетным входом первого десятичного счетчика и объединенными вместе счетными входами делителя частоты на десять и делителя частоты на сто, вторым и третьим десятичными счетчиками, счетные входы которых соединены с выходами делителя частоты на десять и делителя частоты на сто соответственно, а входы разрешения предварительной установки объединены и соединены с входом разрешения предварительной установки первого десятичного счетчика и входами сброса делителя частоты на десять, делителя частоты на сто, и с выходом формирователя синхроимпульсов, блоком задания кода угла, выходная шина которого соединена с входами предварительной установки первого, второго и третьего десятичных счетчиков и логическим элементом 3ИЛИ-НЕ, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответствующих десятичных счетчиков, а выход с входом схемы выделения фронта и вторым входом логического элемента 2ИЛИ, кроме того, шестой одиночный вход блока измерения соединен с вторым одиночным выходом генератора сигналов несущей частоты.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Измерительное устройство к балансировочному станку содержит последовательно соединенные вибродатчик 1 и регулируемый усилитель 2, блок 3 задания усиления, соединенный с управляющим входом регулируемого усилителя, генератор 4 сигналов несущей частоты, счетчик-распределитель 5, блок 6 задания кода угла, последовательно соединенные логический элемент 3ИЛИ-НЕ 7 и схему 8 выделения фронта, выход которой соединен с входом сброса счетчика-распределителя 5, первый 9, второй 10 и третий 11 десятичные счетчики, входы предварительной установки которых соединены с соответствующими разрядами выходной шины блока 6 задания кода угла, а выходы соответственно с первым, вторым и третьим входами логического элемента 3ИЛИ-НЕ 7, делитель 12 частоты на десять, и делитель 13 частоты на сто, выходы которых соединены со счетными входами соответственно второго 10 и третьего 11 десятичных счетчиков, формирователь 14 синхроимпульсов, выход которого соединен с объединенными вместе входами сброса делителя 12 частоты на десять, делителя 13 частоты на сто, и входами разрешения предварительной установки первого 9, второго 10 и третьего 11 десятичных счетчиков, умножитель 15 частоты, вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, а выход с счетным входом счетчика-распределителя 5, логический элемент 2ИЛИ 16, первый вход которого соединен с выходом умножителя 15 частоты, второй вход с выходом логического элемента 3ИЛИ-НЕ 7, выход с счетными входами делителя 12 частоты на десять, делителя 13 частоты на сто, и первого 9 десятичного счетчика, и блок 17 измерения, первая группа входов и первый, и второй одиночные входы которых соединены с группой выходов, и первым, и вторым одиночными выходами генератора 4 сигналов несущей частоты, вторая группа входов, и третий, и четвертый одиночные входы соединены с группой выходов, и первым, и вторым одиночными выходами счетчика- распределителя 5, пятый одиночный вход соединен с выходом регулируемого усилителя, а шестой одиночный вход с вторым одиночным выходом генератора 4 сигналов несущей частоты.

Регулируемый усилитель 2 может быть выполнен, например, в виде аналогового перемножителя на микросхеме КР572ПС2, один из входов которого используется как информационный, другой как управляющий. Блок 3 задания усиления в этом случае может быть выполнен, например в виде последовательно соединенных регулируемого источника постоянного напряжения и соединенного с его выходом цифрового вольтметра, причем выходом блока 3 задания усиления является выход регулируемого источника постоянного напряжения.

В качестве регулируемого усилителя 2 может быть также использован обычный операционный усилитель, в отрицательной обратной связи которого включен прецизионный переменный резистор, снабженный угловой или линейной шкалой, выполняющий роль блока 3 задания усиления.

Блок 6 задания кода угла может быть выполнен, например, на модульном трехсекционном переключателе типа ПП8-3(3A). Выводы 1, 3, 4, 8 секций единиц, десятков, сотен переключателей образуют выходную шину блока 6 задания кода угла и соединены поразрядно с входами предварительной установки соответственно первого 9, второго 10 и третьего 11 десятичных счетчиков.

В качестве десятичных счетчиков могут использоваться, например, микросхемы КР561ИЕ14.

Блок 17 измерения содержит две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных фазового детектора 18(19), блока 20(21) памяти и амплитудного модулятора 22(23), последовательно соединенные сумматор 24, фильтр 25 нижних частот и измерителль 26 значения дисбаланса, последовательно соединенные нуль-компаратора 27, вход которого соединен с выходом фильтра 25 нижних частот, и регистратор 28 фазы, причем одиночные входы и объединенные вместе группы входов первого и второго амплитудных модуляторов 22 и 23 являются соответственно первым и вторым одиночными и группой входом блока 17 измерения, одиночные входы и объединенные вместе группы входов фазовых детекторов 18 и 19 соответственно третьим и четвертым одиночными и второй группой входов блока 17 измерения, объединенные информационные входы фазовых детекторов 18 и 19 пятым одиночным входом блока 17 измерений, а второй вход регистратора 28 зоны шестым одиночным входом блока 17 измерения.

Генеpатоp 4 сигналов несущей частоты может быть выполнен в виде импульсного генератора и счетчика-распределителя, включающего два счетчика Джонсона, С-входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами импульсного генератора, и три логических элемента ИCКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы 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 являются соответственно первым и вторым одиночными выходами, а выходы логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ группой выходов генератора сигналов несущей частоты.

Счетчик-распределитель 5 может быть выполнен, например, аналогично счетчику-распределителю в генераторе 4 сигналов несущей частоты, дополненному делителем частоты на два, прямой и инверсный выходы которого соединены со счетными входами обоих счетчиков Джонсона. Счетным входом счетчика-распределителя является счетный вход делителя частоты на два, входом сброса входы сброса обоих счетчиков Джонсона, а группа выходов образована первым выходом первого счетчика Джонсона и выходами всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Формирователь синхроимпульсов 14 может быть выполнен, например, в виде фотоимпульсного или индуктивного датчика, обеспечивающего формирование одного импульса на каждый оборот балансируемого ротора.

Умножитель 15 частоты может быть выполнен на микросхеме К564ГГ1 (зарубежный аналог СД4046) и делителе частоты в цепи обратной связи (П.Хоровиц, У. Хилл, Искусство схемотехники, М. Мир, 1983, с. 84-89).

Рассмотрим работу устройства.

В вибродатчике 1 механические колебания, вызванные центробежными силами, возникающими при вращении несбалансированного ротора, преобразуются в электрический сигнал, содержащий информацию о значении и угле дисбаланса. Выходной сигнал датчика поступает на пятый одиночный вход блока 17 измерения через регулируемый усилитель 2, коэффициент передачи которого определяется постоянным напряжением на его управляющем входе. Управляющее напряжение, величина которого при настройке на балансируемый ротор может изменяться оператором, вырабатывает блок 3 задания усиления. Величина управляющего напряжения регистрируется входящим в состав блока 3 задания усиления цифровым вольтметром.

Пятый одиночный (измерительный) вход блока 17 измерения образован объединенными вместе входами фазовых детекторов 18 и 19, которые осуществляют фильтрацию помех, содержащихся в спектре сигнала дисбаланса. Для этого на одиночные входы фазовых детекторов 18 и 19 поступают прямоугольные импульсы типа меандр с частотой F вращения балансируемого ротора и взаимным сдвигом фаз 90^о, на группу входов импульсы, дискретно изменяющие коэффициент передачи преобразуемого сигнала по синусоидальному и косинусоидальному законам n раз за один оборот балансируемого ротора. Такое преобразование входного сигнала в фазовых детекторах 18 и 19 эквивалентно его умножению на синусоидальный и косинусоидальный сигналы, аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании по времени.

Спектр таких сигналов, кроме основной гармоники, содержит паразитные высшие гармоники частоты F. В процессе перемножения спектральные составляющие входного сигнала, совпадающие с основной гармоникой и указанными паразитными составляющими, переносятся на нулевую частоту, т.е. преобразуются постоянные напряжения, несущие информацию об ортогональных составляющих вектора дисбаланса. Помехи переносятся на боковые частоты и подавляются фильтрами нижних частот, входящими в состав фазовых детекторов 18 и 19. Эквивалентная АЧХ преобразования, выполняемого фазовыми детекторами 18 и 19, имеет кроме основной полосы прозрачности на частоте F, дополнительные паразитные на высших гармониках. Ширина каждой полосы прозрачности определяется частотой среза фильтра нижних частот, входящего в состав фазовых детекторов 18 и 19.

В описываемом примере выполнения устройства используется двенадцать ступеней аппроксимации, которых в большинстве случаев практического применения оказывается достаточно.

Постоянные напряжения, пропорциональные ортогональным составляющим сектора дисбаланса, через открытые в режиме измерения блоки 20 и 21 памяти поступают на входы амплитудных модуляторов 22 и 23.

На одиночные управляющие входы амплитудных модуляторов 22 и 23 поступают прямоугольные импульсы типа меандр несущей частоты с взаимным сдвигом фаз 90^о, а на группу управляющих входов импульсы, дискретно изменяющие коэффициент передачи входного сигнала по синусоидальному и косинусоидальному законам n раз за один период несущей частоты f. Управляющие амплитудными модуляторами 22 и 23 импульсы формируются на первом и втором одиночных выходах генератора 4 сигналов несущей частоты.

Преобразование входного сигнала амплитудными модуляторами 22 и 23 эквивалентно его умножению на синусоидальный и косинусоидальный сигналы, аппроксимированные ступенчатой функцией при равномерном квантовании во времени. В результате амплитудной модуляции на выходе сумматора 24 формируется сигнал, основная гармоника которого представляет собой векторную сумму ортогональных составляющих вектора дисбаланса на несущей частоте, каждая из которых представляет собой квазигармонический сигнал несущей частоты f, аппроксимированный ступенчатой функцией. Спектр сигнала, выделяющегося на выходе сумматора 24, кроме основной содержит высшие гармоники, которые подавляются фильтром 25 нижних частот. На выходе фильтра 25 нижних частот выделяется гармонический сигнал несущей частоты, амплитуда и фаза которого несут информацию об угле и значении вектора дисбаланса. Подключенный к выходу фильтра 25 нижних частот измеритель 26 значений дисбаланса используется для определения величины корректирующей массы.

С выходом фильтра 25 нижних частот соединен также нуль-компаратор 27, преобразующий синусоидальный сигнал в меандр, поступающий на один из входов регистратора 28 фазы. На второй вход регистратора 28 фазы поступает меандр с выхода генератора 4 сигналов несущей частоты. Показания регистратора 28 фазы пропорциональны разности фаз сигналов на его входах и соответствуют угловому положению вектора дисбаланса на балансируемом роторе. Они используются для отыскания на балансируемом роторе места коррекции.

Синхронно с балансируемым ротором (на чертеже не показан) формирователь 14 синхроимпульсов вырабатывает опорные импульсы, к которым осуществляется временная (угловая) привязка измерительной системы координат.

Связанный с выходом формирователя 14 синхроимпульсов умножитель 15 частоты генерирует последовательность импульсов, частота которых кратна частоте вращения балансируемого ротора. Коэффициент кратности выбирается равным модулю счетчика-распределителя 5, который в данном устройстве имеет значение 360. Таким образом, выходные импульсы умножителя 15 частоты образует цифровую шкалу с дискретностью один электрический градус.

На первом и втором одиночных выходах счетчика-распределителя 5 выделяются меандры частоты вращения, образующие прямоугольную измерительную систему координат. Угловое положение этой системы координат определяется временным положением коротких импульсов, поступающих на вход сброса счетчика-распределителя 5 синхронно с частотой вращения балансируемого ротора. Часть устройства, в состав которого входят блок 6 задания кода угла, делитель 12 на десять, делитель 13 на сто, первый 9, второй 10 и третий 11 десятичные счетчики, логические элементы 3ИЛИ-НЕ 7 и 2ИЛИ 16, и схема 8 выделения фронта, формирует импульсы синхронизации счетчика-распределителя 5.

Фазовый сдвиг этих импульсов относительно опорных, вырабатываемых формирователем 14 синхроимпульсов, задается блоком 6 задания кода угла. Коды единиц, десятков и сотен градусов задаваемого угла поступают на входы предварительной установки соответственно первого 9, второго 10 и третьего 11 десятичных счетчиков, каждый из которых включен в режиме вычитания. При воздействии синхроимпульсов на входы разрешения предварительной установки десятичных счетчиков 9, 10, 11 их триггера устанавливаются в состояние, соответствующие коду заданного угла.

Тактирование первого счетчика 9 производится импульсами, выделяющимися на выходе логического элемента 2ИЛИ 16. Дискретность этих импульсов равна одному электрическому градусу.

Тактирование второго и третьего десятичных счетчиков 10 и 11 осуществляется выходными импульсами делителей 12, 13 частоты на десять и на сто, благодаря чему вес записанного в эти счетчики кода по отношению к весу кода, записанного в первый 9 десятичный счетчик, больше в десять раз соответственно. Обнуление всех трех десятичных счетчиков происходит с приходом на счетный вход первого 9 десятичного счетчика импульса, порядковый номер которого, считая от момента записи кода, равен числу градусов, набранному на переключателе блока 6 задания кода угла.

В моменты обнуления счетчиков логический элемент 3ИЛИ-НЕ 7 устанавливается в единичное состояние, что приводит к блокировке импульсов, поступающих на счетные входы делителя частоты 12, 13 и первого десятичного счетчика 9 через логический элемент 2ИЛИ. Одновременно схема 8 выделения фронта вырабатывает короткий импульс синхронизации счетчика-распределителя 5, определяющий угловое положение измерительной системы координат. Таким образом, угол поворота измерительной системы координат по отношению к опорным импульсам численно равен углу, заданному переключателем блока 6 задания кода угла. При изменении углового положения измерительной системы координат изменяются напряжения, соответствующие прямоугольным проекциям вектора дисбаланса, на выходах фазовых детекторов 18 и 19. Соответственно изменяется фаза сигнала на первом входе регистратора 28 фазы и его показания.

При настройке измерительного устройства производятся пробные пуски балансируемого ротора с установленным в плоскости коррекции тарировочным грузом. Изменением коэффициента передачи регулируемого усилителя 2 и углового положения измерительной системы координат добиваются соответствующих показаний измерителя 26 значений дисбаланса и регистратора 28 фазы. При необходимости повторной настройки измерительного пульта на этот типоразмер ротора пробные пуски не производят, а нужный коэффициент усиления и угловое положение измерительной системы координат задают с помощью блока 3 задания усиления и блока 6 задания кода угла. Это позволяет значительно повысить производительность балансировки, особенно при большой номенклатуре балансируемых роторов.