一種自適應的變載荷振動平臺動平衡校正系統及方法
【專利摘要】本發明涉及一種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統及方法，尤其是一種動態變載荷動平衡系統的自適應測量與校正方法。本系統包括振動平臺、光電傳感器、加速度傳感器、傳感器信號處理電路、微處理器、旋轉配重裝置。旋轉配重裝置是由步進電機控制的旋轉軸承。加速度傳感器測得振動平臺的振動信號通過傳感器信號處理電路傳送給微處理器，光電傳感器測得振動平臺主軸承的轉速信號通過傳感器信號處理電路傳送給微處理器，微處理器通過振動信號和轉速信號計算得到不平衡量的幅值和相位。本發明實現了振動平臺的不平衡量的測量與不平衡校正，尤其是能夠自適應的校正動態變載荷振動平臺的不平衡，使其處于動平衡狀態。
【專利說明】一種自適應的變載荷振動平臺動平衡校正系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自適應的變載荷振動平臺動平衡校正系統及方法，尤其一種動態變載荷動平衡系統的自適應測量與校正系統及方法。
技術背景
[0002]振動平臺由于材質不均勻、加工及組裝過程中產生的誤差，甚至設計時留下的不平衡缺陷，使得主軸在做旋轉時，平臺的每個質點產生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過軸承作用到機械平臺上，引起振動，產生了噪音，使軸承磨損加劇，縮短了機械壽命，嚴重的可能造成事故。為此，必須對轉子進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或者使機械振動幅度降在允許的范圍內。
[0003]目前，針對振動平臺，發明201210099294.9公開了一種搖床，特點是:操作簡單易懂，搖動效果顯著；發明201210088298.7公開了一種電動搖床特點是:操作簡單易懂，搖動效果顯著；發明201210184686.5公開一種慣性力、阻尼力及彈性力可控的電動式振動平臺，特點是:實現了對彈性力，阻尼力，慣性力的控制，不需要和配重塊，阻尼器，彈性支承體共同作用，可以獨自實現具體的振動需要；發明201010244138.8公開了一種洗衣機配重塊的振動平臺等。
[0004]目前，針對動平衡測量與校正，發明201210314417.6公開了一種電機轉子動平衡輔具及動平衡方法，解決了長期困擾生產部門電機轉子難于動平衡和動平衡質量差的難題，且使用方便，可靠性強；發明201310284240.4公開了一種動平衡校正工藝，能夠快捷方便的確定刀具的不平衡量，工作效率高，精度高，不會造成刀具的可靠性下降，且刀具外形美觀；發明201110127722.X公開了一種動平衡分析裝置，采用FFT實時分析技術，極大地提高了系統分辨率和分析速度；適于在動平衡檢測和振動分析、補償等應用場合廣泛推廣；發明201010186944.4公開了油田抽油機配重平衡系統中的一種動平衡機構等。
[0005]在已公開的發明或文獻中，未提到本發明中針對動態變載荷振動平臺使用自適應的測量與校正方法，特別是采樣多傳感器測量和雙質量塊平衡機構來實現對動態變載荷振動平臺的不平衡在線動態測量與校正。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統及方法，實現動態變載荷振動平臺的不平衡量的測量與校正不平衡，特別是能夠自適應的校正不平衡的系統，使其達到動平衡狀態。
[0007]為達到上述目的，本發明的構思是:
一種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統，包括振動平臺、旋轉配重裝置、力口速度傳感器(振動傳感器)、光電傳感器、傳感器信號處理電路、微處理器，其中旋轉配重裝置包括裝置底座、上半部軸承、下半部軸承、配重塊、內置步進電機、傳動裝置、傳動軌道、固定環軌。所述加速度傳感器(X軸、y軸和z軸)測得所述振動平臺的振動信號(X軸、y軸和Z軸)通過所述傳感器信號處理電路傳送給所述微處理器，所述光電傳感器測得所述振動平臺主軸承的轉速信號通過所述傳感器信號處理電路傳送給所述微處理器，所述微處理器通過振動信號和轉速信號得到不平衡量的幅值和相位，所述微處理器根據計算得到的不平衡量的幅值和相位控制所述旋轉配重裝置，使所述振動平臺校正到動平衡狀態。
[0008]上述旋轉配重裝置中的旋轉軸承，分為所述上半部軸承與所述下半部軸承，所述上半部軸承與所述下半部軸承分別由內置步進電機控制，所述上半部軸承連接一個所述配重塊，所述配重塊固定在徑向所述傳動軌道上，所述傳動裝置驅動所述傳動軌道使所述配重塊徑向來回移動，所述傳動裝置與所述固定環軌通過齒輪咬合固定，所述下半部軸承連接一個所述配重塊，所述配重塊固定在徑向所述傳動軌道上，所述傳動裝置驅動所述傳動軌道使所述配重塊徑向來回移動，所述傳動裝置與所述固定環軌通過齒輪咬合固定，所述微處理器通過分別控制旋轉軸承中的內置步進電機和所述傳動裝置調整所述配重塊的分布位置從而校正系統的不平衡量。
[0009]根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案:
一種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統，包括振動平臺、旋轉配重裝置、X軸加速度傳感器、y軸加速度傳感器、z軸加速度傳感器、微處理器、光電傳感器、傳感器信號處理電路，其特征在于:旋轉配重裝置安裝在振動平臺上，X軸加速度傳感器、y軸加速度傳感器及z軸加速度傳感器分別固定在振動平臺上，X軸加速度傳感器、y軸加速度傳感器和z軸加速度傳感器經傳感器信號處理電路連接微處理器，光電傳感器對準振動平臺而輸出端經傳感器信號處理電路連接微處理器，旋轉配重裝置連接微處理器；χ軸加速度傳感器、y軸加速度傳感器及z軸加速度傳感器分別測得振動信號傳送給傳感器信號處理電路，傳感器信號處理電路處理振動信號后再將經處理的振動信號傳送給微處理器，光電傳感器測得轉速信號傳送給傳感器信號處理電路，傳感器信號處理電路處理轉速信號后再將經處理的轉速信號傳送給微處理器；
所述旋轉配重裝置包括裝置底座、上半部軸承、下半部軸承、配重塊A、配重塊B、內置步進電機A、內置步進電機B、傳動裝置A、傳動裝置B、傳動軌道A、傳動軌道B、固定環軌，旋轉配重裝置中的旋轉軸承，分為上半部軸承與下半部軸承，上半部軸承與下半部軸承分別由內置步進電機B和內置步進電機A控制，上半部軸承連接一個配重塊B，配重塊B固定在徑向傳動軌道B上，傳動裝置B驅動傳動軌道B使配重塊B徑向來回移動，傳動裝置B與固定環軌通過齒輪咬合固定，下半部軸承連接一個配重塊A,配重塊A固定在徑向傳動軌道A上，傳動裝置A驅動傳動軌道A使配重塊A徑向來回移動，傳動裝置A與固定環軌通過齒輪咬合固定。
[0010]一種自適應的變載荷振動平臺動平衡校正方法，采用上述的自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統進行動平衡校正，操作步驟如下:
1)開啟振動平臺；
2)X軸加速度傳感器、y軸加速度傳感器、z軸加速度傳感器分別測得振動平臺的振動信號通過傳感器信號處理電路傳送給微處理器；光電傳感器測得振動平臺主軸承的轉速信號通過傳感器信號處理電路傳送給微處理器；
3)微處理器通過步驟2)測得的振動信號和轉速信號計算得到不平衡量的幅值和相
位； 4)微處理器根據步驟3)計算得到的不平衡量的幅值和相位，判斷系統是否不平衡；若判斷系統不平衡，微處理器控制旋轉配重裝置中的旋轉軸承，特別是微處理器根據計算得到具體結果相應的分別控制上半部軸承所連接一個配重塊2.4B與下半部軸承所連接的配重塊2.4A的分布位置，從而校正不平衡，振動平臺達到動平衡狀態；
5)在達到動平衡狀態之后，振動平臺質量分布發生改變，即載荷發生動態的改變，由步驟2)、步驟3)和步驟4)使振動平臺很快的又達到動平衡狀態；振動平臺達到平衡狀態，同樣由步驟2)、步驟3)和步驟4)使振動平臺一直處于動平衡狀態；該過程實現自適應測量與校正動態變載荷振動平臺的不平衡量。
[0011]本發明與現有技術相比較，具有以下顯而易見的實質特點和顯著技術進步: 與傳統振動平臺相比，一方面這種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正方法，實
現了動態變載荷振動平臺的不平衡量的測量與校正不平衡；另一方面這種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正方法，一旦系統上電，加速度傳感器就測得振動平臺的振動信號通過傳感器信號處理電路傳送給微處理器，光電傳感器測得振動平臺主軸承的轉速信號通過傳感器信號處理電路傳送給微處理器，微處理器通過振動信號和轉速信號得到不平衡量的幅值和相位，從而控制旋轉配重裝置的配置塊分布位置，使振動平臺校正到平衡狀態。特別是當振動平臺在運行在動平衡狀態以后，振動平臺的質量分布發生變化，即載荷發生動態改變使其失去動平衡，系統能夠自適應的將振動平臺動態校正達到動平衡狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明一種自適應的變載荷振動平臺動平衡校正方法示意圖。
[0013]圖2是本發明所涉及的旋轉配重裝置的俯視圖。
[0014]圖3是本發明所涉及的旋轉配重裝置的側視圖。
[0015]圖4是本發明自適應動平衡測量與校正方法原理圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明的實施例作進一步詳細的描述。
[0017]實施例一:
參見圖1-圖4,本自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統,包括振動平臺1.1、旋轉配重裝置1.2、X軸加速度傳感器1.3、y軸加速度傳感器1.4、z軸加速度傳感器1.5、微處理器1.6、光電傳感器1.7、傳感器信號處理電路1.8，其特征在于:所述旋轉配重裝置1.2安裝在振動平臺1.1上，所述X軸加速度傳感器1.3、y軸加速度傳感器1.4及z軸加速度傳感器1.5分別固定在振動平臺1.1上，所述X軸加速度傳感器1.3、y軸加速度傳感器1.4和z軸加速度傳感器1.5經傳感器信號處理電路1.8連接微處理器1.6，光電傳感器1.7對準振動平臺1.1而輸出端經傳感器信號處理電路1.8連接微處理器1.6，旋轉配重裝置1.2連接微處理器器1.6 ;所述X軸加速度傳感器1.3、y軸加速度傳感器1.4及z軸加速度傳感器1.5分別測得振動信號傳送給傳感器信號處理電路1.8，傳感器信號處理電路
1.8處理振動信號后再將經處理的振動信號傳送給微處理器1.6，光電傳感器1.7測得轉速信號傳送給傳感器信號處理電路1.8，傳感器信號處理電路1.8處理轉速信號后再將經處理的轉速信號傳送給微處理器1.6 ； 實施例二:
所述旋轉配重裝置1.2包括裝置底座2.1、上半部軸承2.2、下半部軸承2.3、配重塊A2.4A、配重塊B2.4B、內置步進電機A2.5A、內置步進電機B2.5B、傳動裝置A2.6A、傳動裝置B2.6B、傳動軌道A2.7A、傳動軌道B2.7B和固定環軌2.8，所述旋轉配重裝置1.2中的旋轉軸承，分為上半部軸承2.2與下半部軸承2.3，上半部軸承2.2與下半部軸承2.3分別由內置步進電機B2.5B和內置步進電機A2.5A控制，上半部軸承2.2連接一個配重塊B2.4B,配重塊B2.4B固定在徑向傳動軌道B2.7B上，傳動裝置B2.6B驅動傳動軌道B2.7B使配重塊B2.4B徑向來回移動，傳動裝置B2.6B與固定環軌2.8通過齒輪咬合固定，下半部軸承2.3連接一個配重塊A2.4A，配重塊A2.4A固定在徑向傳動軌道A2.7A上，傳動裝置A2.6A驅動傳動軌道A2.7A使配重塊A2.4A徑向來回移動，傳動裝置A2.6A與固定環軌2.8通過齒輪咬合固定。
[0018]實施例三:
如圖1所示，本自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統，包括振動平臺1.1、旋轉配重裝置1.2、X軸加速度傳感器1.3、y軸加速度傳感器1.4、Z軸加速度傳感器1.5、微處理器1.6、光電傳感器1.7、傳感器信號處理電路1.8。如圖2所示，旋轉配重裝置1.2包括裝置底座2.1、上半部軸承2.2、下半部軸承2.3、配重塊A2.4A、配重塊B2.4B、內置步進電機A2.5A、內置步進電機B2.5B、傳動裝置A2.6A、傳動裝置B2.6B、傳動軌道A2.7A、傳動軌道B2.7B、固定環軌2.8。加速度傳感器1.3、加速度傳感器1.4分別測得振動平臺1.1的x軸向和I軸向(即水平面)的振動信號通過傳感器信號處理電路1.8傳送給微處理器1.6，z軸加速度傳感器1.5測得振動平臺1.1的z軸向(即與水平面垂直方向)的振動信號通過傳感器信號處理電路1.8傳送給微處理器1.6，光電傳感器1.4測得振動平臺1.1主軸承的轉速信號通過傳感器信號處理電路1.8傳送給微處理器1.6，微處理器1.6通過振動信號和轉速信號得到不平衡量的幅值和相位，微處理器1.6根據計算得到的不平衡量的幅值和相位控制旋轉配重裝置1.2，使振動平臺1.1校正到動平衡狀態。
[0019]如圖2所示，一種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統，旋轉配重裝置
1.2中的旋轉軸承，分為上半部軸承2.2與下半部軸承2.3，上半部軸承2.2與下半部軸承
2.3分別由內置步進電機B2.5B和內置步進電機A2.5A控制，上半部軸承2.2連接一個配重塊B2.4B，配重塊B2.4B固定在徑向傳動軌道B2.7B上，傳動裝置B2.6B驅動傳動軌道B2.7B使配重塊B2.4B徑向來回移動，傳動裝置B2.6B與固定環軌2.8通過齒輪咬合固定，下半部軸承2.3連接一個配重塊A2.4A，配重塊A2.4A固定在徑向傳動軌道A2.7A上，傳動裝置A2.6A驅動傳動軌道A2.7A使配重塊A2.4A徑向來回移動，傳動裝置A2.6A與固定環軌2.8通過齒輪咬合固定，微處理器1.6通過分別控制旋轉軸承中的內置步進電機A2.5A、內置步進電機B2.5B、傳動裝置A2.6A和傳動裝置B2.6B分別調整配重塊的分布位置從而校正系統的不平衡量。
[0020]一種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正方法，實現自適應測量與校正動態變載荷振動平臺的不平衡量，如圖3所示，操作步驟如下:
1)開啟振動平臺3.1 ；
2)加速度傳感器檢測3.2，如圖1所示的X軸加速度傳感器1.3、y軸加速度傳感器1.4分別測得振動平臺1.1的水平面上X軸向和I軸向的振動信號通過傳感器信號處理電路1.8傳送給微處理器1.6，Z軸加速度傳感器1.5測得振動平臺1.1的與水平面垂直的Z軸向的振動信號通過傳感器信號處理電路1.8傳送給微處理器1.6 ;光電傳感器檢測3.3，如圖1所示的光電傳感器1.7測得振動平臺1.1主軸承的轉速信號通過傳感器信號處理電路1.8傳送給微處理器1.6 ；
3)微處理器計算3.4，微處理器1.6通過步驟2)測得的振動信號和轉速信號計算得到不平衡量的幅值和相位；
4)判斷不平衡3.5，微處理器1.6根據步驟3)計算得到的不平衡量的幅值和相位，判斷系統是否不平衡；若判斷系統不平衡，控制旋轉配重裝置校正不平衡3.6，控制旋轉配重裝置1.2中的旋轉軸承，特別是微處理器1.6根據計算得到具體結果相應的分別控制如圖2所示的上半部軸承2.2所連接的配重塊B2.4B與下半部軸承2.3所連接的配重塊A2.4A的分布位置，從而校正不平衡，振動平臺達到動平衡狀態3.7 ；
5)在達到動平衡狀態之后，振動平臺質量分布發生改變3.8，即動態變載荷發生改變，由步驟2)、步驟3)和步驟4)使振動平臺很快的又達到動平衡狀態；振動平臺達到平衡狀態3.7，同樣由步驟2)、步驟3)和步驟4)使振動平臺一直處于動平衡狀態；該過程實現自適應測量與校正動態變載荷振動平臺的不平衡量。
【權利要求】
1.一種自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統，包括振動平臺(1.1)、旋轉配重裝置(1.2)、x軸加速度傳感器(1.3)、y軸加速度傳感器(1.4)、z軸加速度傳感器(1.5)、微處理器(1.6)、光電傳感器(1.7)、傳感器信號處理電路(1.8)，其特征在于:所述旋轉配重裝置(1.2)安裝在振動平臺(1.1)上，所述X軸加速度傳感器(1.3)、y軸加速度傳感器(1.4)及z軸加速度傳感器(1.5)分別固定在振動平臺(1.1)上，所述X軸加速度傳感器(1.3)、y軸加速度傳感器(1.4)和z軸加速度傳感器(1.5)經傳感器信號處理電路(1.8)連接微處理器(1.6)，光電傳感器(1.7)對準振動平臺(1.1)而輸出端經傳感器信號處理電路(1.8)連接微處理器(1.6)，旋轉配重裝置(1.2)連接微處理器(1.6);所述X軸加速度傳感器(1.3)、y軸加速度傳感器(1.4)及z軸加速度傳感器(1.5)分別測得振動信號傳送給傳感器信號處理電路(1.8)，傳感器信號處理電路(1.8)處理振動信號后再將經處理的振動信號傳送給微處理器(1.6)，光電傳感器(1.7)測得轉速信號傳送給傳感器信號處理電路(1.8)，傳感器信號處理電路(1.8)處理轉速信號后再將經處理的轉速信號傳送給微處理器(1.6)。
2.根據權利要求1所述的自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統，其特征在于:所述旋轉配重裝置(1.2)包括裝置底座(2.1)、上半部軸承(2.2)、下半部軸承(2.3)、配重塊A (2.4A)、配重塊B (2.4B)、內置步進電機A (2.5A)、內置步進電機B (2.5B)、傳動裝置A (2.6A)、傳動裝置B (2.6B)、傳動軌道A (2.7A)、傳動軌道B (2.7B)和固定環軌(2.8)，所述旋轉配重裝置(1.2)中的旋轉軸承，分為上半部軸承(2.2)與下半部軸承(2.3)，上半部軸承(2.2)與下半部軸承(2.3)分別由內置步進電機B (2.5B)和內置步進電機A (2.5A)控制，上半部軸承(2.2)連接一個配重塊B (2.4B)，配重塊B (2.4B)固定在徑向傳動軌道B (2.7B)上，傳動裝置B (2.6B)驅動傳動軌道B (2.7B)使配重塊B (2.4B)徑向來回移動，傳動裝置B (2.6B)與固定環軌(2.8)通過齒輪咬合固定，下半部軸承(2.3)連接一個配重塊A (2.4A)，配重塊A (2.4A)固定在徑向傳動軌道A (2.7A)上，傳動裝置A (2.6A)驅動傳動軌道A (2.7A)使配重塊A (2.4A)徑向來回移動，傳動裝置A (2.6A)與固定環軌(2.8)通過齒輪咬合固定。
3.—種自適應的變載荷振動平臺動平衡校正方法，采用根據權利要求1所述的自適應的動態變載荷振動平臺動平衡校正系統進行動平衡校正，其特征在于操作步驟如下: 1)開啟振動平臺； 2)X軸加速度傳感器(1.3)、y軸加速度傳感器(1.4)、z軸加速度傳感器(1.5)分別測得振動平臺(1.0的振動信號通過傳感器信號處理電路(1.8)傳送給微處理器(1.6);光電傳感器(1.7)測得振動平臺(1.1)主軸承的轉速信號通過傳感器信號處理電路(1.8)傳送給微處理器(1.6)； 3)微處理器(1.6)通過步驟2)測得的振動信號和轉速信號計算得到不平衡量的幅值和相位； 4)微處理器(1.6)根據步驟3)計算得到的不平衡量的幅值和相位，判斷系統是否不平衡；若判斷系統不平衡，微處理器(1.6)控制旋轉配重裝置1.2中的旋轉軸承，特別是微處理器(1.6)根據計算得到具體結果相應的分別控制上半部軸承(2.2)所連接一個配重塊B(2.4B)與下半部軸承(2.3)所連接的配重塊A (2.4A)的分布位置，從而校正不平衡，振動平臺達到動平衡狀態；5)在達到動平衡狀態之后，振動平臺質量分布發生改變，即載荷發生動態的改變，由步驟2)、步驟3)和步驟4)使振動平臺很快的又達到動平衡狀態；振動平臺達到平衡狀態，同樣由步驟2)、步驟3)和步驟4)使振動平臺一直處于動平衡狀態；該過程實現自適應測量與校正動態變載荷振 動平臺的不平衡量。
【文檔編號】G01M1/38GK104019942SQ201410285015
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】王海寬, 方駿, 錢世俊, 費敏銳, 張銳 申請人:上海大學
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