СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ
METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING STATIC UNBALANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу и устройству для определения статической неуравновешенности снабженного центрирующей поверхностью тела с помощью весов, образованных для определения центра тяжести корпуса, который имеет базирующий элемент для тела и центрирующего средства, которые центрируют тело к опорной точке весов.
Уровень техники
Способ и устройство указанного вида известны из DE 3330974 С2 и DE 102009016123 А1. При способе и устройствах этого вида необходимо центрирование подлежащего исследованию тела с большой точностью к опорной точке весов. Если центрирующая поверхность тела образована сверленным отверстием, то известно закрепление тела с помощью входящего в зацепление со сверленным отверстием центрирующего дорна. При больших и более тяжелых, чаще всего имеющих форму диска, телах первоначально осуществляется предварительное центрирование при укладке тела на опорную поверхность базирующего элемента. Затем тело дополнительно центрируется и раскрепляется с помощью зажимной оправки или трехкулачкового патрона. Известные центрирующие средства имеют недостаток, что при закреплении существует опасность повреждения центрирующей поверхности. Чтобы уменьшить эту опасность, средства закрепления должны приспосабливаться соответственно к диаметру поверхности зажима. Отсюда для различных диаметров зажима становятся необходимыми различные, соответственно сменяемые средства зажима. Это повышает расходы на конструкцию и стоимость устройства.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения поставлена задача создания способа указанного типа и устройства для осуществления способа, который сделает возможным определение неуравновешенности с высокой стабильной повторяемостью и надежно предотвратит повреждение подлежащего измерению тела при закреплении на базирующем элементе.
Задача решается в способе признаками п.1 формулы изобретения и в устройстве признаками п.6 формулы изобретения.
Согласно изобретению способ определения статической неуравновешенности снабженного центрирующей поверхностью тела осуществляется с помощью весов, образованных для определения центра тяжести тела, который имеет базирующий элемент для тела и средства центрирования, которые устанавливают тело при укладке на базирующий элемент в основном центрическое положение к опорной точке весов, и включает этапы: укладку тела на базирующий элемент прибора весов, измерение положения центрирующей поверхности тела по отношению к базирующему элементу с помощью, по меньшей мере, двух расположенных на определенном угловом расстоянии друг от друга электрических датчиков перемещения, расчет по сигналам измерения датчиков перемещения с помощью присоединенной к датчикам перемещения электрической схемы обработки эксцентриситета центрирующей поверхности тела к опорной точке весов, взвешивание тела и регистрацию массы и положения центра тяжести тела в отношении к опорной точке весов, расчет с помощью схемы обработки по полученным от весов сигналов измерения и эксцентриситету центрирующей поверхности тела к опорной точке весов неуравновешенности тела.
При способе согласно изобретению отказываются от точного, центрического позиционирования тела на точке начала отсчета весов и мирятся с неточным позиционированием после укладки на базирующий элемент. Вместо этого в противоположность известным способам с помощью датчиков перемещения измеряется точное положение центрирующей поверхности и учитывается и компенсируется имеющийся эксцентриситет центра центрирующей поверхности к опорной точке весов при определении неуравновешенности. Таким образом, достигается точное определение неуравновешенности с высокой стабильностью повторяемости.
Для измерения тело должно укладываться на базирующий элемент только с предварительным позиционированием. Затем оно больше не перемещается. Так как предварительное позиционирование требует только небольших направляющих усилий и никаких значительных усилий нажима не создается для раскрепления на центрирующей поверхности, то практически исключается опасность повреждения ротора.
Другое преимущество способа согласно изобретению заключается в коротком времени процесса. Датчики перемещения могут очень быстро регистрировать положение центрирующей поверхности и требуют меньше времени, чем смещение тела в положение измерения с помощью зажимных приспособлений. Стабильность повторяемости измерения положения зависит только от точности датчиков перемещения и позволяет более высокую точность, чем она может достигаться с трехкулачковым патроном.
Чтобы откалибровать датчики перемещения, согласно другому предложению изобретения с помощью датчиков перемещения измеряется положение уложенного на базирующий элемент вращательно-симметричного калибровочного тела и центр калибровочного тела определяется в качестве начала отсчета системы координат датчиков, предназначенной датчикам перемещения. Затем путем взвешивания калибровочного тела с помощью весов определяется вектор, который описывает эксцентриситет системы координат сенсоров к системе координат весов, начало отсчета которой лежит в опорной точке весов. Такой способ калибрования прост и может осуществляться быстро и обеспечивает точное калибрование весов.
Эксцентриситет центрирующей поверхности тела, неуравновешенность которого нужно определить, к опорной точке весов согласно другому предложению изобретения может определяться с помощью того, что по сигналам измерения датчиков перемещения рассчитывается положение центра центрирующей поверхности тела и вектор, который описывает эксцентриситет центра центрирующей поверхности к началу отсчета системы координат датчиков, и что с помощью вычитания вектора эксцентриситета системы координат сенсоров к началу отсчета системы координат весов рассчитывается вектор, описывающий эксцентриситет центра центрирующей поверхности к опорной точке весов.
Для определения неуравновешенности тела с помощью весов может измеряться вектор, описывающий эксцентриситет центра тяжести тела в отношении системы координат весов, и с помощью вычитания этого вектора и вектора, описывающего эксцентриситет центрирующей поверхности в отношении системы координат весов, рассчитывается вектор, который описывает эксцентриситет центра тяжести в отношении центра центрирующей поверхности тела. По эксцентриситету центра тяжести тела и его массе потом известным способом может рассчитываться статическая неуравновешенность.
В качестве датчиков перемещения в предложенном в соответствии с изобретением способе могут применяться измеряющие бесконтактно датчики или датчики с подвижными щупами. Если датчики перемещения применяются со щупами, то они могут оказывать влияние на измерение неуравновешенности, так как щупы при нащупывании положения центрирующей поверхности движутся и смещаются относительно базирующего элемента весов. Чтобы избежать такого отрицательного влияния на измерение уравновешенности, может согласно изобретению определяться движимая масса каждого щупа и по массе и заданному пути перемещения соответствующего щупа для каждого щупа может рассчитываться вклад в неуравновешенность. Рассчитанные вклады в неуравновешенность могут потом выделяться из неуравновешенности тела, рассчитанной по положению центра тяжести.
Предпочтительное устройство для осуществления способа согласно изобретению включает весы, образованные для определения центра тяжести тела, которые имеют базирующий элемент для тела и средства для центрирования, которые при укладке тела на базирующий элемент устанавливают в основном центрическое положение к опорной точке весов, причем базирующий элемент имеет, по меньшей мере, два электрических датчика перемещения, расположенные на определенном угловом расстоянии друг от друга, которые измеряют положение центрирующей поверхности тела в отношении базирующего элемента и которые присоединены к электрической схеме обработки, которая установлена для того, чтобы по сигналам измерения датчиков перемещения рассчитывать эксцентриситет центрирующей поверхности тела к опорной точке весов и по полученным при взвешивании тела сигналам измерения весов и рассчитанному эксцентриситету центрирующей поверхности рассчитывать центр тяжести и неуравновешенность тела в отношении центра его центрирующей поверхности.
Предложенное в соответствии с изобретением устройство может реализовываться благоприятно в плане стоимости благодаря простым, механическим конструктивным элементам, так как не должны воспринимать и создавать никаких высоких усилий при процессе. Устройство позволяет также приспосабливание к различным диаметрам центрирующей поверхности с помощью того, что датчики перемещения могут радиально переставляться. После перестановки необходима только повторная калибровка датчиков перемещения относительно центра. Это возможно простым способом с калибровочным кольцом.
Предпочтительно устройство имеет датчики перемещения с подвижными щупами, которые могут прикладываться к центрирующей поверхности тела, причем схема обработки установлена для того, чтобы по массе и пути перемещения каждого щупа рассчитать вклад в неуравновешенность и выделить рассчитанные вклады в неуравновешенность из рассчитанной неуравновешенности тела. Поэтому изменение положения щупов не влияет на определение неуравновешенности.
Базирующий элемент устройства согласно изобретению может иметь поддон в форме круглого диска, на котором на одинаковом расстоянии от центра поддона и угловом расстоянии соответственно 120° расположены датчики перемещения. Щупы датчиков перемещения могут радиально перемещаться вручную или с помощью приводимого в действие исполнительного органа.
Базирующий элемент может иметь установочные элементы для подлежащего измерению тела, которые отстоят от поддона и расположены между датчиками перемещения и которые имеют лежащие в общей плоскости опорные поверхности для тела.
Для установки тела в основном центрическое положение базирующий элемент может быть снабжен, по меньшей мере, тремя коническими направляющими элементами, которые выступают из плоскости опорных поверхностей и образованы для установки тела на центрирующей поверхности. Для приспосабливания к различным диаметрам центрирующей поверхности направляющие элементы могут радиально переставляться.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью примера осуществления, который представлен на чертеже. Где показывают:
фигура 1 - вид сверху весов, образованных для определения центра тяжести согласно изобретению; и
фигура 2 - система координат для пояснения способа согласно изобретению.
Фигура 1 показывает весы 10 для определения неуравновешенности тела, предназначенного для вращения вокруг оси, путем взвешивания тела и измерения положения его центра тяжести. Весы 10 имеют поддон 11, который имеет форму ровного круглого диска. Поддон 11 имеет две степени свободы и в вертикальном направлении оперт на, по меньшей мере, три датчика силы, которые находятся под поддоном установки и подают аналоговые или цифровые сигналы измерения. Сигналы измерения передаются устройству обработки 12, которое имеет монитор 13 для показания определенных данных в части неуравновешенности и клавишную панель 14 для введения данных. На поддоне 11 при расположении в виде лучей расположены установочные элементы 15 и датчики перемещения 16. В принципе было бы достаточно двух датчиков перемещения, например, на расстоянии 90°. Но три датчика перемещения повышают точность измерения положения.
Установочные элементы 15 имеют расстояние между центрами 120°. Датчики перемещения находятся соответственно между установочными элементами 15 и имеют от них расстояние между центрами 60°. Установочные элементы 15 образуют своими верхними сторонами опорные поверхности 17, которые лежат в общей, расположенной параллельно и на расстоянии от поддона 11 плоскости. На установочных элементах 15 расположены направляющие элементы 18, которые выступают вверх над плоскостью опорных поверхностей 17 и имеют коническую, сужающуюся вверх форму. Направляющие элементы 18 находятся на одинаковом расстоянии от средней оси поддона 11 и служат для центрирования уложенного на установочные элементы тела.
Датчики перемещения простираются под общей плоскостью опорных поверхностей 17. Они имеют щупы 20, которые выступают вверх над плоскостью опорных поверхностей 17 и имеют радиально наружные сенсорные поверхности 21, которые образованы и предназначены для контакта с поверхностью сверленного отверстия, расположенного на установочных элементах тела. Щупы 20 радиально подвижно установлены в суппорте датчиков перемещения 16 и могут перемещаться с помощью электрических исполнительных органов 22. Управление исполнительными органами 22 осуществляется с помощью устройства для обработки 12. Соответствующее положение щупа 20 и величина его радиального перемещения может измеряться с помощью расположенных на датчиках перемещения 16 датчиков хода. Результаты измерения датчиков перемещения передаются устройству для обработки 12.
На весах 10 в качестве примера находится тело 30, неуравновешенность которого должна измеряться. Тело 30 является вращательно-симметричным и имеет центрирующую поверхность 31, которая в выбранном примере представлена стенкой цилиндрического сверленного отверстия тела 30. Тело 30 имеет на своих осевых концах ровные торцевые поверхности 32, которые лежат в плоскостях, перпендикулярных оси центрирующей поверхности 31. Своей нижней торцевой поверхностью 32 тело 30 лежит на опорных поверхностях 17 установочных элементов 15. С помощью направляющих элементов 18, которые направляют тело 30 при укладке на центрирующей поверхности 31, оно в основном центрируется по отношению к поддону 11. Однако центрирование является неточным, так как направляющие элементы 18 расположены на таком расстоянии от оси поддона 11, что тело 30 легко и без опасности повреждения, например при зажиме, может укладываться на весах 10.
После укладки тела 30 с помощью управления исполнительными органами 22 щупы 20 со своими сенсорными поверхностями прикладываются с небольшим усилием к центрирующей поверхности 31. При этом тело 30 не движется и сохраняет свое положение, полученное при укладке.
По сигналам измерения датчиков перемещения 16 с помощью сравнения полученных ранее и накопленных в устройстве для обработки 12 калибровочных данных рассчитывается отклонение положения тела 30 от точно центрированного положения и от опорной точки весов 10 и компенсируется при определении неуравновешенности.
S
С помощью изображенной на фигуре 2 системы координат ниже более подробно поясняется расчет системы координат. На фигуре 2 с помощью W обозначена система координат весов, начало отсчета которой лежит в опорной точке весов 10, с помощью S обозначена система координат датчиков, начало отсчета которой лежит в центре датчиков перемещения, и с помощью R обозначена система координат тела, начало отсчета которой лежит в центре центрирующей поверхности 31 тела 30. Опорная точка весов 10 и центр датчиков перемещения 16 определяются с помощью процесса калибровки при применении калибровочного тела с помощью компенсации перехода, причем датчики перемещения 16 калибруются на центр калибровочного тела и с помощью взвешивания определяется вектор e, который описывает эксцентриситет системы координат сенсора S к системе координат весов W.
SR
SR
S
R
Для определения неуравновешенности тела 30 сначала по сигналам измерения датчиков перемещения 16, которые дают перемещение щупов 20 по отношению к положению нуля, полученного с помощью калибровки, рассчитывается центр центрирующей поверхности 31 и затем вектор e, который дает эксцентриситет центра центрирующей поверхности к началу отсчета системы координат сенсоров S. Путем сложения вектора e и полученного при тарировке и имеющегося в памяти вектора e рассчитывается вектор e, который дает эксцентриситет центра центрирующей поверхности 31 тела 30 к началу отсчета системы координат весов W.
R
SP.W
SP.R
SP.W
R
SP.R
По сигналам измерения весов 10 обычным способом может определяться положение центра тяжести SP тела 30 в отношении системы координат весов W и описываться с помощью вектора e. Найденный для расчета неуравновешенности вектор e в системе координат тела R, отнесенный к центру центрирующей поверхности 31, потом может рассчитываться с помощью вычитания векторов e и e. Рассчитанный вектор e дает эксцентриситет центра тяжести тела 30. По эксцентриситету центра тяжести и массе тела 30 потом известным способом может рассчитываться величина и угловое положение неуравновешенности тела 30.
При расчете неуравновешенности также учитывается, что смещение щупов 20 при укладке на центрирующую поверхность 31 оказывает влияние на измеренную неуравновешенность. По массе смещаемых щупов 20 и путям перемещения, полученным из сигналов измерения датчиков перемещения 16, для каждого датчика перемещения 16 рассчитывается вклад в неуравновешенность, который может быть выделен из неуравновешенности, рассчитанной по эксцентриситету центра тяжести и массе тела 30, чтобы получить фактическую неуравновешенность тела 30.
Способ и устройство согласно изобретению годятся для всех известных вариантов применения весов, образованных для определения центра тяжести, для определения неуравновешенности. В отношении величины и веса подлежащего измерению тела область измерения может еще и расширяться, так как для более точного центрирования уложенного тела не требуется перемещение. Применение также не ограничено вогнутыми центрирующими поверхностями, а пригодно равным образом для выпуклых центрирующих поверхностей. Для приспосабливания к различным диаметрам датчики перемещения и элементы для установки могут быть установлены с возможностью радиально смещаться или сдвигаться по поддону. Вместо электромеханических датчиков перемещения могут применяться также оптические и работающие бесконтактно датчики перемещения.