一种自适应的变载荷振动平台动平衡校正系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统及方法，尤其是一种动态变载荷动平衡系统的自适应测量与校正方法。本系统包括振动平台、光电传感器、加速度传感器、传感器信号处理电路、微处理器、旋转配重装置。旋转配重装置是由步进电机控制的旋转轴承。加速度传感器测得振动平台的振动信号通过传感器信号处理电路传送给微处理器，光电传感器测得振动平台主轴承的转速信号通过传感器信号处理电路传送给微处理器，微处理器通过振动信号和转速信号计算得到不平衡量的幅值和相位。本发明实现了振动平台的不平衡量的测量与不平衡校正，尤其是能够自适应的校正动态变载荷振动平台的不平衡，使其处于动平衡状态。
【专利说明】一种自适应的变载荷振动平台动平衡校正系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自适应的变载荷振动平台动平衡校正系统及方法，尤其一种动态变载荷动平衡系统的自适应测量与校正系统及方法。
技术背景
[0002]振动平台由于材质不均匀、加工及组装过程中产生的误差，甚至设计时留下的不平衡缺陷，使得主轴在做旋转时，平台的每个质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械平台上，引起振动，产生了噪音，使轴承磨损加剧，缩短了机械寿命，严重的可能造成事故。为此，必须对转子进行平衡，使其达到允许的平衡精度等级，或者使机械振动幅度降在允许的范围内。
[0003]目前，针对振动平台，发明201210099294.9公开了一种摇床，特点是:操作简单易懂，摇动效果显著；发明201210088298.7公开了一种电动摇床特点是:操作简单易懂，摇动效果显著；发明201210184686.5公开一种惯性力、阻尼力及弹性力可控的电动式振动平台，特点是:实现了对弹性力，阻尼力，惯性力的控制，不需要和配重块，阻尼器，弹性支承体共同作用，可以独自实现具体的振动需要；发明201010244138.8公开了一种洗衣机配重块的振动平台等。
[0004]目前，针对动平衡测量与校正，发明201210314417.6公开了一种电机转子动平衡辅具及动平衡方法，解决了长期困扰生产部门电机转子难于动平衡和动平衡质量差的难题，且使用方便，可靠性强；发明201310284240.4公开了一种动平衡校正工艺，能够快捷方便的确定刀具的不平衡量，工作效率高，精度高，不会造成刀具的可靠性下降，且刀具外形美观；发明201110127722.X公开了一种动平衡分析装置，采用FFT实时分析技术，极大地提高了系统分辨率和分析速度；适于在动平衡检测和振动分析、补偿等应用场合广泛推广；发明201010186944.4公开了油田抽油机配重平衡系统中的一种动平衡机构等。
[0005]在已公开的发明或文献中，未提到本发明中针对动态变载荷振动平台使用自适应的测量与校正方法，特别是采样多传感器测量和双质量块平衡机构来实现对动态变载荷振动平台的不平衡在线动态测量与校正。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统及方法，实现动态变载荷振动平台的不平衡量的测量与校正不平衡，特别是能够自适应的校正不平衡的系统，使其达到动平衡状态。
[0007]为达到上述目的，本发明的构思是:
一种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统，包括振动平台、旋转配重装置、力口速度传感器(振动传感器)、光电传感器、传感器信号处理电路、微处理器，其中旋转配重装置包括装置底座、上半部轴承、下半部轴承、配重块、内置步进电机、传动装置、传动轨道、固定环轨。所述加速度传感器(X轴、y轴和z轴)测得所述振动平台的振动信号(X轴、y轴和Z轴)通过所述传感器信号处理电路传送给所述微处理器，所述光电传感器测得所述振动平台主轴承的转速信号通过所述传感器信号处理电路传送给所述微处理器，所述微处理器通过振动信号和转速信号得到不平衡量的幅值和相位，所述微处理器根据计算得到的不平衡量的幅值和相位控制所述旋转配重装置，使所述振动平台校正到动平衡状态。
[0008]上述旋转配重装置中的旋转轴承，分为所述上半部轴承与所述下半部轴承，所述上半部轴承与所述下半部轴承分别由内置步进电机控制，所述上半部轴承连接一个所述配重块，所述配重块固定在径向所述传动轨道上，所述传动装置驱动所述传动轨道使所述配重块径向来回移动，所述传动装置与所述固定环轨通过齿轮咬合固定，所述下半部轴承连接一个所述配重块，所述配重块固定在径向所述传动轨道上，所述传动装置驱动所述传动轨道使所述配重块径向来回移动，所述传动装置与所述固定环轨通过齿轮咬合固定，所述微处理器通过分别控制旋转轴承中的内置步进电机和所述传动装置调整所述配重块的分布位置从而校正系统的不平衡量。
[0009]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:
一种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统，包括振动平台、旋转配重装置、X轴加速度传感器、y轴加速度传感器、z轴加速度传感器、微处理器、光电传感器、传感器信号处理电路，其特征在于:旋转配重装置安装在振动平台上，X轴加速度传感器、y轴加速度传感器及z轴加速度传感器分别固定在振动平台上，X轴加速度传感器、y轴加速度传感器和z轴加速度传感器经传感器信号处理电路连接微处理器，光电传感器对准振动平台而输出端经传感器信号处理电路连接微处理器，旋转配重装置连接微处理器；χ轴加速度传感器、y轴加速度传感器及z轴加速度传感器分别测得振动信号传送给传感器信号处理电路，传感器信号处理电路处理振动信号后再将经处理的振动信号传送给微处理器，光电传感器测得转速信号传送给传感器信号处理电路，传感器信号处理电路处理转速信号后再将经处理的转速信号传送给微处理器；
所述旋转配重装置包括装置底座、上半部轴承、下半部轴承、配重块A、配重块B、内置步进电机A、内置步进电机B、传动装置A、传动装置B、传动轨道A、传动轨道B、固定环轨，旋转配重装置中的旋转轴承，分为上半部轴承与下半部轴承，上半部轴承与下半部轴承分别由内置步进电机B和内置步进电机A控制，上半部轴承连接一个配重块B，配重块B固定在径向传动轨道B上，传动装置B驱动传动轨道B使配重块B径向来回移动，传动装置B与固定环轨通过齿轮咬合固定，下半部轴承连接一个配重块A,配重块A固定在径向传动轨道A上，传动装置A驱动传动轨道A使配重块A径向来回移动，传动装置A与固定环轨通过齿轮咬合固定。
[0010]一种自适应的变载荷振动平台动平衡校正方法，采用上述的自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统进行动平衡校正，操作步骤如下:
1)开启振动平台；
2)X轴加速度传感器、y轴加速度传感器、z轴加速度传感器分别测得振动平台的振动信号通过传感器信号处理电路传送给微处理器；光电传感器测得振动平台主轴承的转速信号通过传感器信号处理电路传送给微处理器；
3)微处理器通过步骤2)测得的振动信号和转速信号计算得到不平衡量的幅值和相
位； 4)微处理器根据步骤3)计算得到的不平衡量的幅值和相位，判断系统是否不平衡；若判断系统不平衡，微处理器控制旋转配重装置中的旋转轴承，特别是微处理器根据计算得到具体结果相应的分别控制上半部轴承所连接一个配重块2.4B与下半部轴承所连接的配重块2.4A的分布位置，从而校正不平衡，振动平台达到动平衡状态；
5)在达到动平衡状态之后，振动平台质量分布发生改变，即载荷发生动态的改变，由步骤2)、步骤3)和步骤4)使振动平台很快的又达到动平衡状态；振动平台达到平衡状态，同样由步骤2)、步骤3)和步骤4)使振动平台一直处于动平衡状态；该过程实现自适应测量与校正动态变载荷振动平台的不平衡量。
[0011]本发明与现有技术相比较，具有以下显而易见的实质特点和显著技术进步: 与传统振动平台相比，一方面这种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正方法，实
现了动态变载荷振动平台的不平衡量的测量与校正不平衡；另一方面这种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正方法，一旦系统上电，加速度传感器就测得振动平台的振动信号通过传感器信号处理电路传送给微处理器，光电传感器测得振动平台主轴承的转速信号通过传感器信号处理电路传送给微处理器，微处理器通过振动信号和转速信号得到不平衡量的幅值和相位，从而控制旋转配重装置的配置块分布位置，使振动平台校正到平衡状态。特别是当振动平台在运行在动平衡状态以后，振动平台的质量分布发生变化，即载荷发生动态改变使其失去动平衡，系统能够自适应的将振动平台动态校正达到动平衡状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明一种自适应的变载荷振动平台动平衡校正方法示意图。
[0013]图2是本发明所涉及的旋转配重装置的俯视图。
[0014]图3是本发明所涉及的旋转配重装置的侧视图。
[0015]图4是本发明自适应动平衡测量与校正方法原理图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细的描述。
[0017]实施例一:
参见图1-图4,本自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统,包括振动平台1.1、旋转配重装置1.2、X轴加速度传感器1.3、y轴加速度传感器1.4、z轴加速度传感器1.5、微处理器1.6、光电传感器1.7、传感器信号处理电路1.8，其特征在于:所述旋转配重装置1.2安装在振动平台1.1上，所述X轴加速度传感器1.3、y轴加速度传感器1.4及z轴加速度传感器1.5分别固定在振动平台1.1上，所述X轴加速度传感器1.3、y轴加速度传感器1.4和z轴加速度传感器1.5经传感器信号处理电路1.8连接微处理器1.6，光电传感器1.7对准振动平台1.1而输出端经传感器信号处理电路1.8连接微处理器1.6，旋转配重装置1.2连接微处理器器1.6 ;所述X轴加速度传感器1.3、y轴加速度传感器1.4及z轴加速度传感器1.5分别测得振动信号传送给传感器信号处理电路1.8，传感器信号处理电路
1.8处理振动信号后再将经处理的振动信号传送给微处理器1.6，光电传感器1.7测得转速信号传送给传感器信号处理电路1.8，传感器信号处理电路1.8处理转速信号后再将经处理的转速信号传送给微处理器1.6 ； 实施例二:
所述旋转配重装置1.2包括装置底座2.1、上半部轴承2.2、下半部轴承2.3、配重块A2.4A、配重块B2.4B、内置步进电机A2.5A、内置步进电机B2.5B、传动装置A2.6A、传动装置B2.6B、传动轨道A2.7A、传动轨道B2.7B和固定环轨2.8，所述旋转配重装置1.2中的旋转轴承，分为上半部轴承2.2与下半部轴承2.3，上半部轴承2.2与下半部轴承2.3分别由内置步进电机B2.5B和内置步进电机A2.5A控制，上半部轴承2.2连接一个配重块B2.4B,配重块B2.4B固定在径向传动轨道B2.7B上，传动装置B2.6B驱动传动轨道B2.7B使配重块B2.4B径向来回移动，传动装置B2.6B与固定环轨2.8通过齿轮咬合固定，下半部轴承2.3连接一个配重块A2.4A，配重块A2.4A固定在径向传动轨道A2.7A上，传动装置A2.6A驱动传动轨道A2.7A使配重块A2.4A径向来回移动，传动装置A2.6A与固定环轨2.8通过齿轮咬合固定。
[0018]实施例三:
如图1所示，本自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统，包括振动平台1.1、旋转配重装置1.2、X轴加速度传感器1.3、y轴加速度传感器1.4、Z轴加速度传感器1.5、微处理器1.6、光电传感器1.7、传感器信号处理电路1.8。如图2所示，旋转配重装置1.2包括装置底座2.1、上半部轴承2.2、下半部轴承2.3、配重块A2.4A、配重块B2.4B、内置步进电机A2.5A、内置步进电机B2.5B、传动装置A2.6A、传动装置B2.6B、传动轨道A2.7A、传动轨道B2.7B、固定环轨2.8。加速度传感器1.3、加速度传感器1.4分别测得振动平台1.1的x轴向和I轴向(即水平面)的振动信号通过传感器信号处理电路1.8传送给微处理器1.6，z轴加速度传感器1.5测得振动平台1.1的z轴向(即与水平面垂直方向)的振动信号通过传感器信号处理电路1.8传送给微处理器1.6，光电传感器1.4测得振动平台1.1主轴承的转速信号通过传感器信号处理电路1.8传送给微处理器1.6，微处理器1.6通过振动信号和转速信号得到不平衡量的幅值和相位，微处理器1.6根据计算得到的不平衡量的幅值和相位控制旋转配重装置1.2，使振动平台1.1校正到动平衡状态。
[0019]如图2所示，一种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统，旋转配重装置
1.2中的旋转轴承，分为上半部轴承2.2与下半部轴承2.3，上半部轴承2.2与下半部轴承
2.3分别由内置步进电机B2.5B和内置步进电机A2.5A控制，上半部轴承2.2连接一个配重块B2.4B，配重块B2.4B固定在径向传动轨道B2.7B上，传动装置B2.6B驱动传动轨道B2.7B使配重块B2.4B径向来回移动，传动装置B2.6B与固定环轨2.8通过齿轮咬合固定，下半部轴承2.3连接一个配重块A2.4A，配重块A2.4A固定在径向传动轨道A2.7A上，传动装置A2.6A驱动传动轨道A2.7A使配重块A2.4A径向来回移动，传动装置A2.6A与固定环轨2.8通过齿轮咬合固定，微处理器1.6通过分别控制旋转轴承中的内置步进电机A2.5A、内置步进电机B2.5B、传动装置A2.6A和传动装置B2.6B分别调整配重块的分布位置从而校正系统的不平衡量。
[0020]一种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正方法，实现自适应测量与校正动态变载荷振动平台的不平衡量，如图3所示，操作步骤如下:
1)开启振动平台3.1 ；
2)加速度传感器检测3.2，如图1所示的X轴加速度传感器1.3、y轴加速度传感器1.4分别测得振动平台1.1的水平面上X轴向和I轴向的振动信号通过传感器信号处理电路1.8传送给微处理器1.6，Z轴加速度传感器1.5测得振动平台1.1的与水平面垂直的Z轴向的振动信号通过传感器信号处理电路1.8传送给微处理器1.6 ;光电传感器检测3.3，如图1所示的光电传感器1.7测得振动平台1.1主轴承的转速信号通过传感器信号处理电路1.8传送给微处理器1.6 ；
3)微处理器计算3.4，微处理器1.6通过步骤2)测得的振动信号和转速信号计算得到不平衡量的幅值和相位；
4)判断不平衡3.5，微处理器1.6根据步骤3)计算得到的不平衡量的幅值和相位，判断系统是否不平衡；若判断系统不平衡，控制旋转配重装置校正不平衡3.6，控制旋转配重装置1.2中的旋转轴承，特别是微处理器1.6根据计算得到具体结果相应的分别控制如图2所示的上半部轴承2.2所连接的配重块B2.4B与下半部轴承2.3所连接的配重块A2.4A的分布位置，从而校正不平衡，振动平台达到动平衡状态3.7 ；
5)在达到动平衡状态之后，振动平台质量分布发生改变3.8，即动态变载荷发生改变，由步骤2)、步骤3)和步骤4)使振动平台很快的又达到动平衡状态；振动平台达到平衡状态3.7，同样由步骤2)、步骤3)和步骤4)使振动平台一直处于动平衡状态；该过程实现自适应测量与校正动态变载荷振动平台的不平衡量。
【权利要求】
1.一种自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统，包括振动平台(1.1)、旋转配重装置(1.2)、x轴加速度传感器(1.3)、y轴加速度传感器(1.4)、z轴加速度传感器(1.5)、微处理器(1.6)、光电传感器(1.7)、传感器信号处理电路(1.8)，其特征在于:所述旋转配重装置(1.2)安装在振动平台(1.1)上，所述X轴加速度传感器(1.3)、y轴加速度传感器(1.4)及z轴加速度传感器(1.5)分别固定在振动平台(1.1)上，所述X轴加速度传感器(1.3)、y轴加速度传感器(1.4)和z轴加速度传感器(1.5)经传感器信号处理电路(1.8)连接微处理器(1.6)，光电传感器(1.7)对准振动平台(1.1)而输出端经传感器信号处理电路(1.8)连接微处理器(1.6)，旋转配重装置(1.2)连接微处理器(1.6);所述X轴加速度传感器(1.3)、y轴加速度传感器(1.4)及z轴加速度传感器(1.5)分别测得振动信号传送给传感器信号处理电路(1.8)，传感器信号处理电路(1.8)处理振动信号后再将经处理的振动信号传送给微处理器(1.6)，光电传感器(1.7)测得转速信号传送给传感器信号处理电路(1.8)，传感器信号处理电路(1.8)处理转速信号后再将经处理的转速信号传送给微处理器(1.6)。
2.根据权利要求1所述的自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统，其特征在于:所述旋转配重装置(1.2)包括装置底座(2.1)、上半部轴承(2.2)、下半部轴承(2.3)、配重块A (2.4A)、配重块B (2.4B)、内置步进电机A (2.5A)、内置步进电机B (2.5B)、传动装置A (2.6A)、传动装置B (2.6B)、传动轨道A (2.7A)、传动轨道B (2.7B)和固定环轨(2.8)，所述旋转配重装置(1.2)中的旋转轴承，分为上半部轴承(2.2)与下半部轴承(2.3)，上半部轴承(2.2)与下半部轴承(2.3)分别由内置步进电机B (2.5B)和内置步进电机A (2.5A)控制，上半部轴承(2.2)连接一个配重块B (2.4B)，配重块B (2.4B)固定在径向传动轨道B (2.7B)上，传动装置B (2.6B)驱动传动轨道B (2.7B)使配重块B (2.4B)径向来回移动，传动装置B (2.6B)与固定环轨(2.8)通过齿轮咬合固定，下半部轴承(2.3)连接一个配重块A (2.4A)，配重块A (2.4A)固定在径向传动轨道A (2.7A)上，传动装置A (2.6A)驱动传动轨道A (2.7A)使配重块A (2.4A)径向来回移动，传动装置A (2.6A)与固定环轨(2.8)通过齿轮咬合固定。
3.—种自适应的变载荷振动平台动平衡校正方法，采用根据权利要求1所述的自适应的动态变载荷振动平台动平衡校正系统进行动平衡校正，其特征在于操作步骤如下: 1)开启振动平台； 2)X轴加速度传感器(1.3)、y轴加速度传感器(1.4)、z轴加速度传感器(1.5)分别测得振动平台(1.0的振动信号通过传感器信号处理电路(1.8)传送给微处理器(1.6);光电传感器(1.7)测得振动平台(1.1)主轴承的转速信号通过传感器信号处理电路(1.8)传送给微处理器(1.6)； 3)微处理器(1.6)通过步骤2)测得的振动信号和转速信号计算得到不平衡量的幅值和相位； 4)微处理器(1.6)根据步骤3)计算得到的不平衡量的幅值和相位，判断系统是否不平衡；若判断系统不平衡，微处理器(1.6)控制旋转配重装置1.2中的旋转轴承，特别是微处理器(1.6)根据计算得到具体结果相应的分别控制上半部轴承(2.2)所连接一个配重块B(2.4B)与下半部轴承(2.3)所连接的配重块A (2.4A)的分布位置，从而校正不平衡，振动平台达到动平衡状态；5)在达到动平衡状态之后，振动平台质量分布发生改变，即载荷发生动态的改变，由步骤2)、步骤3)和步骤4)使振动平台很快的又达到动平衡状态；振动平台达到平衡状态，同样由步骤2)、步骤3)和步骤4)使振动平台一直处于动平衡状态；该过程实现自适应测量与校正动态变载荷振 动平台的不平衡量。
【文档编号】G01M1/38GK104019942SQ201410285015
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】王海宽, 方骏, 钱世俊, 费敏锐, 张锐 申请人:上海大学
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