专利名称：平衡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种平衡装置，其通过检测由旋转体传递到该平衡装置的振动来测量该旋转体的动态不平衡。
但是，一些旋转体要求有一定的动态不平衡以使该旋转体所属的系统能够在整体上保持动态平衡。例如，连在活塞或类似物上的曲柄轴应该具有动态不平衡，其可以抵消由活塞或类似物产生的动态不平衡，而使发动机不会产生严重的振动。
通常，旋转体的动态不平衡由一个平衡装置来测量。旋转体则通过添加或去掉其上的质量进行动态平衡调整，以消除测量出的不平衡。
如果旋转体要求有一定的不平衡，就增加旋转体的质量，该质量使得保持所需的动态不平衡，因此只有与所需动态不平衡的动态不平衡偏差才会被平衡装置测量出来。例如，如果测量曲柄轴，与活塞具有同样质量的填密环在测量时被固定到每一曲柄销上。
但是，只要测量一个新的曲柄轴，上述测量曲柄轴的动态不平衡的方法就需要手动安装和去掉填密环，这使得测量过程的自动化难以实现，并且增加了测量需要的时间。
因此，需要一种能够测量曲柄轴动态不平衡与其所需动态不平衡偏差的平衡装置，该装置不需要在曲柄轴上安装填密环。
该平衡装置通过用一个测振计检测由旋转体传递到该平衡装置的振动来测量旋转体的动态不平衡。但是，测振计的敏感度以及该平衡装置的振动特征会根据环境温度的变化随时发生变化。因此，应该有规律地对该平衡装置进行校准以确保测量结果的正确。
平衡装置的传统校准方法是，通过给平衡装置提供一个具有动态平衡的标准旋转体，在该标准旋转体上加上一个已知质量的配重，旋转该标准旋转体以测量它的动态不平衡，并将测量结果与由附加在标准旋转体上配重的位置和质量计算出来的结果进行比较。
但是，由于校准过程需要手动给校准机构添加配重，因此，平衡装置的传统校准方法很难实现自动化。
而且，如果对多个旋转体的平衡面进行动态不平衡的测量，则在每一平衡面上都需要进行校准。也就是说，每次将配重放在旋转体的不同的平衡面上，而校准会进行多次。在这种情况下，必须多次将配重手动地添加到标准旋转体并去除。这增加了校准所需要的时间。
因此，需要一种能够不用配重就可以进行校准的平衡装置。
在一些情况下，平衡装置的振动特征会由于比如机械缺陷等原因发生显著变化。由于在这些情况下不能够得到正确的动态不平衡的测量结果，还需要一种适合检测振动特征显著变化的平衡装置。
本发明的另一目的是提供一种平衡装置，其不需要对用于校准的动态平衡旋转体添加配重就能够进行其校准。
本发明的又一目的是提供一种平衡装置，其能够自动检测异常振动特征。
根据本发明的一个方面，提供一种平衡装置，其通过一个旋转机构旋转一个被测物体，使得该物体由于其本身的动态不平衡而产生振动。该物体的振动传递到一个振动件，然后由一个传感器进行检测。该振动件上连接有一个振动器。在本发明的一个实施方案中，振动器用来消除振动件的预定振动。例如，振动器给振动件施加振动，该振动与由具有理想动态不平衡的理想体在振动件中产生的理想振动反相。这样，振动件的理想振动就可以被消除，然后，通过检测该振动件剩余的振动，平衡装置就能够确定被测物体的动态不平衡与理想动态不平衡的偏差。
该平衡装置可以设有一个存储器装置，其能够存储表示由理想体在振动件内产生振动的数据。因此，如上所述，振动器很容易获得振动该振动件所需要的数据。需要注意，通过将理想体安装到旋转机构上，然后旋转理想体以振动该振动件，再由传感器检测振动件的振动，可以将数据处理后存储到存储器装置中。
可选择地或另外，该平衡装置可具有一个处理器，其能够从传感器的输出进行计算来确定该物体的动态不平衡。该处理器还可进行用于上述计算的系数的修正。本技术领域技术人员所公知，这种系数的修正可通过在带有旋转物体的振动件中产生振动并确定检测振动件振动的传感器输出值而进行，其中该旋转物体具有已知的动态不平衡。然而，在本发明的平衡装置中，这种系数的修正是通过利用一动态平衡参考体而进行的，而不是通过一个具有已知动态不平衡的物体进行的。还通过振动体对振动件施加参考振动。该参考振动基本等于由旋转该参考体使振动件产生的振动，该参考体在其预定位置加有配重。产生这种参考振动的数据可以存储在平衡装置的存储器装置中。
在如上面布置的平衡装置中，系数的修正或平衡装置的校准不必给参考体添加配重就可进行，这不仅缩短了校准所需要的时间，并且使校准自动化。
可选择地或另外，该平衡装置可具有一个控制器，用于确定平衡装置是否具有严重削弱该旋转体的振动向传感器传递的缺陷。当振动器对振动件施加参考振动时，其中该参考振动可根据存储在平衡装置的存储器装置中的数据而产生，该控制器根据由传感器检测到的振动来确定这种缺陷是否存在。
根据本发明的另一方面，该平衡装置包括一个用于旋转被测试物体的旋转机构，一个振动件，用于被由旋转机构旋转的物体振动，一个用于检测该振动件振动的传感器，一个存储由传感器检测到的振动数据的存储器装置，一个连接到振动件上对其施加振动的振动器，以及一个具有第一和第二操作模式的控制器。在第一操作模式下，当振动器不工作时，控制器将传感器检测到的振动数据存储到存储器装置中。在第二操作模式下，根据存储在存储器装置中的数据，控制器通过控制振动器振动该振动件。
在第一操作模式下，由例如具有理想动态不平衡的物体或具有适合校准平衡装置的动态不平衡的物体产生的振动件的振动数据，可被采样并存储到存储器中。在第二操作模式下，上述数据可以被用来振动该振动件，因此，例如，振动件只保留物体的动态不平衡与其理想动态不平衡的偏差而引起的振动，或者，上述数据还可以用来产生适合进行平衡装置校准的振动件的振动。
根据本发明的另一方面，提供了一种测量物体动态不平衡的方法。在这种方法中，一个具有未知动态不平衡的测试旋转体被旋转以使其产生第一振动。然后，第一振动由测试体传递给振动件。在振动件上施加第二振动，如果测试体具有理想动态不平衡，调整第二振动使其完全消除振动件中产生的振动。这样，振动件的振动就被检测出来。
根据本发明的又一方面，提供了一种校准平衡装置的方法。该方法包括通过旋转测试体对振动体施加振动，检测振动体的振动，并进行一确定过程以从被检测到的振动确定该测试体的动态不平衡。在该方法中，将一个具有动态平衡的参考体设置成可将该参考体的振动传递给一个振动件。然后，参考体被转动。当给振动件施加参考振动时，振动件的振动就被检测到。参考振动与通过旋转在预定位置上具有配重的参考体而在振动件中产生的振动基本相同。接着，当对振动件施加参考振动时，根据被检测到的振动，对用于确定动态不平衡的处理过程的系数进行修正。
根据本发明的又一方面，提供一种测试一种平衡装置的方法。在该方法，平衡装置通过旋转测试体在振动件中产生振动，并根据传感器检测到的振动件的振动，来确定测试体的动态不平衡。在该方法中，将一个具有动态平衡的参考体，设置成使该参考体的振动传递给一个振动件。然后，参考体被转动以振动该振动件。当给振动件施加参考振动时，振动件的振动就被检测到。参考振动与通过旋转在预定位置上带有配重的参考体而在振动件中产生的振动基本相同。接着，通过对由传感器检测到的振动与参考振动进行比较，确定平衡装置是否具有缺陷，这种缺陷严重地削弱了参考体的振动传递给传感器。
图1和图2分别示意性地示出了本发明第一实施例的平衡装置的前视图和顶视图；图3和图4分别示出了图1、图2所示的平衡装置的右视图和左视图；图5示出了设置在本发明第一实施例的平衡装置上的一个控制器的方框图；以及图6是本发明第二实施例的平衡装置的前视图。
图1和图2分别示意性地示出了本发明第一实施例的平衡装置的前视图和顶视图，图3和图4分别示出了图1、图2所述的平衡装置100的右视图和左视图。
如图1所示，平衡装置100用于测量曲柄轴300的动态不平衡。平衡装置100设有一个基座102，该基座102具有第一和第二向上伸出的侧壁102a，102b(图1中未示出示出，见图2至4)和一个刚性的工作台104。该工作台104通过多个弹簧106支撑在侧壁102a和102b之间的基座102上，使得工作台104能够在大致的水平平面内振动。该工作台104设有分别安装在靠近工作台104右侧边104a和左侧边104b的右工作台壁110和左工作台壁112。
平衡装置100还具有第一对和第二对滚轮114和116，其发置为分别在第一和第二测量平面P1和P2内可旋转地支撑曲柄轴300，这两个平面垂直于曲柄轴300的旋转轴线。第一对滚轮114连接到第一对驱动轴118上，该驱动轴118由一对安装在右工作台壁110上的轴承120支撑。同样地，第二对滚轮116连接到第二对驱动轴122上，该驱动轴122由一对安装在右工作台壁112上的轴承124支撑。这样，第一对和第二对滚轮114和116分别通过右工作台壁110和左工作台壁112可旋转地支撑。
第一对和第二对滚轮114和116被一驱动机构可旋转地驱动。该驱动机构包括一个安装在基座102上的马达130，以及一个驱动轴132，该驱动轴132通过多个安装在工作台104的下表面104c上的轴承133可旋转地支撑在工作台104的下面。
马达130具有一个主轴130a，其通过一个固定在主轴130a上第一皮带轮134，一个固定在驱动轴132左端的第二皮带轮136，以及绕在第一皮带轮134和第二皮带轮136上的一个第一环形皮带138，与驱动轴132连接。
参照图1和图3，驱动轴132还通过第三、第四和第五皮带轮140、142和144，以及第二环形皮带146与第一对驱动轴118连接。第三皮带轮140固定在驱动轴132的右端，第四、第五皮带轮142、144则固定在第一对驱动轴118与第一对滚轮114相对的端部。第二环形皮带146绕在第三、第四和第五皮带轮140、142、144上，以将驱动轴132的转动传递给第一对滚轮114。
参照图1和图4，驱动轴132还通过一个靠近第二皮带轮136固定在驱动轴132上的第六皮带轮148，第七和第八皮带轮150和152，其与第二对滚轮116相对的端部固定在第二对驱动轴122上，以及绕在第六、第七和第八皮带轮148、150和152上的第三环形皮带154，与第二对驱动轴122连接。
当平衡装置100如上述所描述设置时，马达130产生的驱动力首先通过第一环形皮带138传递给驱动轴132。然后，驱动力通过第二和第三环形皮带146和154传递给第一对驱动轴118和第二对驱动轴122。结果，第一和第二对滚轮114和116以相同转动速度沿相同的方向转动，使得安装在其上的曲柄轴300转动。
参照图1和图2，平衡装置100还设有安置在第一侧壁102a和工作台104之间的左、右测振计155L和155R。左、右测振计155L和155R用于检测工作台104在垂直于曲柄轴300的旋转轴线的平面内的振动，即平行于第一和第二测量平面P1和P2的平面内的振动。左、右测振计155L和155R的每一个在两个垂直方向上检测工作台104的加速度。在本实施方案中，两个垂直方向分别为图3中的箭头X和Y表示的方向。左、右测振计155L和155R分别安装在能够检测到工作台104靠近左、右工作台壁112和110处振动的位置上。一般情况下，左(右)测振计155L(155R)连接在工作台104的侧面，使左(右)测振计155L(155R)和左(右)工作台壁112(110)位于同一直线上，该直线垂直于曲柄轴300的旋转轴线。
需要注意，由于第一对滚轮114在第一测量平面P1内支撑曲柄轴300，曲柄轴300在第一测量平面P1内的振动通过第一对滚轮114和右工作台壁110传递给工作台104。这样，连接在工作台104靠近右工作台壁110处的右测振计155R检测到曲柄轴300在第一测量平面P1内的振动。同样地，连接在工作台104靠近左工作台壁112处的左测振计155L检测到曲柄轴300在第二测量平面P2内的振动，第二对滚轮116在第二测量平面P2内支撑曲柄轴300。
平衡装置还设有左、右压电式致动器156L和156R，其安装在第二侧壁102b和工作台104之间使工作台104振动。左、右压电式致动器156L和156R的构成使其在平行于测量平面P1和P2的平面内在两相互垂直方向上振动。在本实施方案中，两相互垂直方向分别为X方向和Y方向，在图3中用箭头X和Y表示。左、右压电式致动器156L和156R分别连接在工作台104上靠近左、右工作台壁112和110的位置。通常，左(右)压电式致动器156L(156R)被连接到工作台104的一侧，使左(右)压电式致动器156L(156R)和左(右)工作台壁112(110)设置在同一直线上，该直线垂直于曲柄轴300的旋转轴线。
该平衡装置还设有一个传感器158，其位于与曲柄轴300的一端相邻的位置。当曲柄轴旋转时，加工在曲柄轴300端部的键槽300a每次通过传感器158时，该传感器输出一个脉冲信号。
并且，平衡装置100还设有一个控制器200(在图1至图4中未示出)，其用来控制平衡装置的操作。
图5为示出本发明第一实施例的平衡装置100控制器的方框图。
控制器200具有一个中央处理器(CPU)202，一个存储装置204，一个输入/输(I/O)端口214，以及第一、第二、第三和第四个数/模(D/A)转换器206、208、210和212。控制器200还具有第一和第二放大器(AMP)216和218，第一和第二模/数(A/D)转换器220和222，第一和第二数字滤波器(DF)224和226以及一个CPU数据总线228。
第一和第二放大器216和218分别放大右测振计155R和左测振计155L的模拟输出信号。第一和第二模/数转换器220和222分别将第一和第二放大器216和218的输出模拟信号转换为数字信号。第一和第二数字滤波器224和226减少从第一和第二模/数转换器220和222出来的数字信号的噪声，并将它们发送到CPU数据总线228。
CPU202将CPU数据总线228上的数字数据存储到存储器装置204中。CPU202还根据存储器装置中存储的数据产生振动信号，并将它们通过输入/输端口214和第一、第二、第三和第四个数/模转换器206、208、210和212输送给右压电式致动器156R和左压电式致动器156L，以控制压电式致动器156R和156L的驱动，从而控制工作台104的振动。CPU202还产生控制马达130的驱动的控制信号。
下面将描述平衡装置100的操作。平衡装置100有两种操作模式，即理想振动数据采样模式和测量模式。在理想振动数据采样模式，测量具有理想动态不平衡的理想曲柄轴的振动，并将获得的数据存入存储器装置204中。在测量模式下，测量被测试曲柄轴(其动态不平衡是未知的)的动态不平衡与理想曲柄轴的理想不平衡的偏差。
在理想振动数据采样模式，将理想曲柄轴放置在第一和第二对滚轮114和116上。然后，驱动马达130使第一和第二对滚轮114和116转动，从而使曲柄轴转动。CPU202根据由传感器158产生的脉冲信号控制马达130，使理想曲柄轴以预定的转速每分钟N转进行转动。
由于动态不平衡，旋转中的理想曲柄轴产生振动。理想曲柄轴的振动通过滚轮114、116以及右工作台壁110和左工作台壁112传递，并使工作台104振动。上面所述的由理想曲柄轴产生的工作台104的振动在下面被称为“理想振动”。
注意，在理想振动数据采样模式中，右、左压电式致动器156R、156L并不被驱动，以确保工作台104的振动只是由理想曲柄轴的振动而引起的。工作台104的理想振动由右、左测振计155R和155L检测。CPU202通过第一和第二模/数转换器220和222接受与右、左测振计155R和155L采集的理想曲柄轴转动一周的理想振动相应的数据，并将数据存入存储器装置204。更具体地说，左测振计155L检测靠近左工作台壁112的工作台104在X、Y方向上的加速度，并产生X、Y方向的左侧模拟振动信号WLX和WLY，其对应于被检测的X、Y方向上的加速度。X、Y方向的左侧模拟振动信号WLX和WLY通过第一放大器216后，进入第一模/数转换器220，被转换成X、Y方向的左侧数字振动信号W′LX和W′LY。然后，X、Y方向的左侧数字振动信号W′LX和W′LY通过第一数字滤波器224后被输入到CPU数据总线228中。滤波器224用于减少数字信号的噪声，以使CPU202能获取与数字振动信号W′LX和W′LY相应的数据。
同样的，右测振计155R检测靠近右工作台壁110的工作台104在X、Y方向上的加速度(accelerated velocity)，并通过第二放大器218，将X、Y方向的右侧模拟振动信号WRX和WRY输送到第二模/数转换器222。转换器222将右侧模拟信号WRX和WRY转换成右侧数字信号W′RX和W′RY，然后使它们通过第二数字滤波器226后发送到CPU数据总线228，以使CPU202能够获取与X、Y方向的右侧数字振动信号W′RX和W′RY相应的数据。
CPU202监测由传感器158产生的脉冲信号，并将相邻两脉冲数字信号周期间的数字信号W′LX、W′LY、W′RX和W′RY的每一个的数据都存入存储器装置204。以这种方式，CPU202在存储器装置中产生四组数字数据。两组表示由右测振计155R在X、Y方向上检测到的一个振动周期(其在下文中被称为X、Y方向标准右侧理想振动数据)。另两组表示由左测振计155L在X、Y方向上检测到的周期的一个振动(其在下文中被称为X、Y方向的左侧理想振动数据)。
在测量模式中，一具有未知动态不平衡的测试曲柄轴被放置在第一和第二对滚轮114和116上，并以预定的转动速度每分钟N转转动。结果，由于其未知的动态不平衡，测试曲柄轴产生振动，工作台104随之振动。
接着，CPU202产生第一和第二振动信号，以控制左压电式致动器156L分别在X、Y方向上的驱动，并分别通过第一和第二数/模转换器206和208将第一和第二振动信号提供给左压电式致动器156L。并且，CPU200产生第三和第四振动信号，以控制右压电式致动器156R分别在X、Y方向上的驱动，并分别通过第三和第四数/模转换器210和212将第三和第四振动信号提供给右压电式致动器156R。
根据存储在存储器装置203中的X、Y方向的标准左侧振动数据和X、Y方向的标准右侧理想振动数据，产生第一、第二、第三和第四控制信号，并与传感器158产生的脉冲信号同步地将其提供给右和左压电式致动器156L和156R，以使工作台104所产生的振动与理想振动相反。也就是说，如果理想振动能够用函数f＝f(θ)表示，其中θ代表振动相位(或曲柄轴的旋转角)，则第一、第二、第三和第四控制信号驱动右、左压电式致动器156R、156L，以产生由函数f＝-f(θ)表示的工作台104振动。
当右、左压电式致动器156R、156L使工作台104产生上述振动时，右、左测振计155R、155L检测工作台104的振动。
如果测试曲柄轴具有与理想曲柄轴相同的动态不平衡，则由测试曲柄轴产生的振动被由右、左压电式致动器156R、156L产生的反相振动抵消。这样，右、左测振计155R、155L检测工作台104没有振动。
如果测试曲柄轴与理想曲柄轴的动态不平衡不同，则右、左压电式致动器156R、156L不能完全抵消由测试曲柄轴产生的振动。这样，由于测试曲柄轴的动态不平衡与理想曲柄轴的动态不平衡的偏差，工作台104产生振动。
右、左测振计155R、155L检测由与理想曲柄轴的动态不平衡偏差而引起的工作台104的振动，并产生相应的模拟信号。产生的模拟信号依次被第一和第二放大器216和218放大，然后由第一和第二模/数转换器220、222转换成数字信号。在两个相邻脉冲信号周期内(该脉冲信号由传感器158根据测试曲柄轴的转动而产生)CPU202将来自模/数转换器220、222的数字信号存入存储器装置。
这样，表示测试曲柄轴的动态不平衡与理想曲柄轴的动态不平衡的偏差的数据存入存储器装置204中。
图6是本发明第二实施例的平衡装置400的前视图。平衡装置400用于测量旋转体500的动态不平衡。第二实施例的平衡装置400基本上具有与本发明第一实施例的平衡装置100相同的配置。但是，操作方式不同。因此，下面只描述第二实施例的平衡装置400的操作。
第二实施例的平衡装置400具有四种操作模式，即参考数据采样模式、测试模式、校准模式和测量模式。
在参考数据采样模式中，工作台104由参考体600产生振动，参考体600在预定位置设有一个已知质量的配重，相应于工作台104的振动数据，即参考振动数据被采样。参考体600是一个与测试体500同类型的动态平衡体。注意，如图6所示，应用在本实施例的测试体500(并由此的参考体600)具有一个主要部分502(602)，右、左支撑部分504和506(604和606)，其从主要部分502(602)的右端508(608)和左端510(610)伸出，以及一个形成在测试体500(或参考体600)一端圆周面上的键槽512(612)。
在参考数据采样模式中，参考体600被放置在第一和第二对滚轮114和116上，被右、左支撑部分504和506支撑，并以每分钟N转的预定转动速度转动。由于参考体600是动态平衡的，因此其不使工作台104产生振动。
当参考体600旋转时，通过调整第一和第二放大器216和218的增益，对右、左测振计155R和155L进行零位调整。
在对右、左测振计155R和155L进行零位调整后，参考体600就暂时停止以添加配重。配重被添加在主要部分502左端510的外边上，其与键槽512的圆周位置相同，例如，如图6中所示的虚线520。
接着，参考体600以每分钟N转的转速再次转动。这次，由于配重引起的动态不平衡使得参考体600产生振动。结果，工作台104也发生振动。
左测振计155L检测靠近左工作台壁112处的工作台104的X、Y方向的振动，并输出X、Y模拟振动信号WLX(θ)和WLY(θ)，其中θ代表X、Y模拟振动信号的相位，或参考体600从传感器158检测键槽612的位置开始的旋转角度。
X、Y模拟振动信号WLX(θ)和WLY(θ)通过第二放大器218，然后进入第二模/数转换器222，被转换成X、Y方向数字振动信号W′LX(θ)和W′LY(θ)。接着，X、Y数字振动信号W′LX(θ)和W′LY(θ)通过第二数字滤波器226，被输送到CPU数据总线228中。
同样地，右测振计155R检测临近右工作台壁110处的工作台104X、Y方向的振动，并通过第一放大器216将X、Y模拟振动信号WRX(θ)和WRY(θ)输出至第一模/数转换器220中。第一模/数转换器220将X、Y模拟振动信号WRX(θ)和WRY(θ)转换成X、Y数字振动信号W′RX(θ)和W′RY(θ)。然后，通过第一数字滤波器224，将信号W′RX(θ)和W′RY(θ)输出到CPU数据总线228中。
在由传感器158产生的两相邻脉冲周期间，CPU202将每一数字振动信号W′LX(θ)、W′LY(θ)、W′RX(θ)和W′RY(θ)都存入存储器装置204中。这样，在存储器装置204中产生四组数字数据。其中两组表示左测振计155L检测到的工作台104在X、Y方向上的一个振动周期，这两组数据在下文被称为X、Y左侧配重左侧振动数据。另两组表示右测振计155R检测到的工作台104在X、Y方向上的一个振动周期(这两组数据在下文中被称为X、Y左侧配重右侧振动数据)。如上所述得到的四组数字数据将被应用在校准模式和测试模式中。
接着，配重被移到参考体600主要部分502右端508的外边，并固定在与键槽512相同的圆周位置。然后，参考体600以每分钟N转的转速再次转动。右、左测振计155R和155L产生模拟振动信号WLX(θ)、WLY(θ)、WRX(θ)和WRY(θ)，这些信号被转换成数字振动信号W′LX(θ)、W′LY(θ)、W′RX(θ)和W′RY(θ)，然后作为的一个振动周期存入存储器装置204中。这样，在存储器装置204中产生另外四组数字数据。由数字振动信号W′LX(θ)、W′LY(θ)得到的数据组在下面被称为X、Y右侧配重左侧振动数据，而其他由数字振动信号W′RX(θ)、W′RY(θ)得到的数据组在下面被称为X、Y方向右侧配重右侧振动数据。如上所述所得到的这四组数字数据也将被应用在校准模式和测试模式中。
本领域技术人员熟知，设有配重的参考体600的动态不平衡可以由两个向量UL和UR来表示，这两个向量表示两个不同的平衡平面内的动态不平衡的大小和角度位置。
向量UL和UR可以由连接在参考体600上的配重质量和位置决定。并且，在本领域还公知，向量UL和UR可与向量fL和fR相关，向量fL和fR表示由振动的参考体600施加给第一和第二滚轮114、116的力的大小和方向。向量UL和UR与向量fL和fR的关系如下式所示ULUR=a1a2a3a4-1fLfR----(1)]]>式中a1、a2、a3和a4为常数。
如果与向量UL相关联的平衡平面被定义在参考体600的主要部分602的左端，而与向量UR相关联的平衡平面被定义在主要部分602的右端，配重只连接在主要部分502的左端，则参考体600只具有由向量UL表示的动态不平衡。并且，向量fL和fR可以分别由X、Y左侧配重左侧振动数据和X、Y左侧配重右侧振动数据决定。这样，公式(1)可以改写成UL10=a1a2a3a4-1fL1fR1----(2)]]>其中，向量UL1表示由连接在主要部分602左端的配重的质量和位置决定的动态不平衡。fL1和fR1分别表示根据X、Y左侧配重左侧振动数据和X、Y左侧配重右侧振动数据计算得到的向量。由公式(2)，常数a1和a3可由下式得到a1=UL1fL1----(3)]]>a3=UL1fR1----(4)]]>相反，如果配重只连接在主要部分602的右端，则参考体600的动态不平衡可仅由向量UR表示，并且向量fL和fR可以分别由X、Y右侧配重左侧振动数据和X、Y右侧配重右侧振动数据决定。这样，公式(1)可以改写成0UR2=a1a2a3a4-1fL2fR2----(5)]]>其中，向量UR2表示由连接在主要部分602右端的配重的质量和位置决定的动态不平衡。而FL2和fR2分别表示根据X、Y右侧配重左侧振动数据和X、Y右侧配重右侧振动数据计算得到的向量。由公式(5)，常系数a1和a3可由下式得到a2=UR2fL2----(6)]]>a4=UR2fR2----(7)]]>在振动数据采样模式下，CPU202根据公式(3)、(4)、(6)和(7)计算常系数a1、a2、a3和a4，并将计算值存入存储器装置204中以备后面应用。接着，振动施加采样模式终止。
现在，将描述平衡装置400在测试模式下的操作。执行测试模式是为了检测平衡装置的缺陷，这种缺陷使得旋转体传递给测振计155R和155L的振动受到严重地削弱。
在测试模式中，参考体600被放置在第一和第二对滚轮114和116上，并以每分钟N转的转速转动。接着，CPU202分别通过第一和第二数/模转换器206、208将X、Y左侧配重左侧振动数据，与传感器158来的脉冲信号同步地传递给左压电式致动器156L。CPU202还分别通过第三和第四数/模转换器210、212将X、Y左侧配重右侧振动数据与传感器158来的脉冲信号同步地传递给右压电式致动器156R。结果，右、左压电式致动器156R、156L使工作台产生振动，从而引起参考体600振动。该振动与在主要部分602的左端设有配重的参考体600引起的振动基本相同。
同时，右、左测振计155R和155L检测工作台104的振动。CPU202根据下列公式计算右和左测振计155R和155L的输出信号与X、Y左侧配重右和左侧振动数据的偏差δ1=1MΣm=1M(WLX(2πm/M)-MLLX(2πm/M))2----(8)]]>δ2=1MΣm=1M(WLY(2π/M)-MLLY(2πm/M))2----(9)]]>δ3=1MΣm=1M(WRX(2πm/M)-MLRX(2πm/M))2----(10)]]>δ4=1MΣm=1M(WRY(2πm/M)-MLRY(2πm/M))2----(11)]]>其中，MLLX(2πm/M)和MLLY(2πm/M)分别代表X和Y左侧配重左侧振动数据。MLRX(2πm/M)和MLRY(2πm/M)分别代表X和Y左侧配重右侧振动数据。M表示参考体600转动一周的数据采样数。
偏差δ1、δ2、δ3和δ4分别与阈值Th1、Th2、Th3和Th4相比较，这些阈值根据经验确定，随参考体600的尺寸和形状的不同而变化。当偏差δ1、δ2、δ3和δ4中的一个超出其相应的阈值时，就可以判断平衡装置400具有缺陷，这种缺陷使参考体600的振动向右、左测振计155R和155L的传递受到严重地削弱。在这种情况下，CPU202通过譬如一个显示单元(未示出)向操作者提出警告，随后终止测试模式的操作。相反地，如果所有偏差δ1、δ2、δ3和δ4都在相应的阈值范围内，则重复下面的过程将存储在存储器装置204中的X、Y右侧配重左侧振动数据和X、Y右侧配重右侧振动数据输送到右、左压电式致动器156R、156L。此时，可以通过下列公式得到右、左测振计155R和155L的输出信号的偏差。δ1=1MΣm=1M(WLX(2πm/M)-MRLX(2πm/M))2----(12)]]>δ2=1MΣm=1M(WLY(2πm/M)-MRLY(2πm/M))2----(13)]]>δ3=1MΣm=1M(WRX(2πm/M)-MRRX(2πm/M))2----(14)]]>δ4=1MΣm=1M(WRY(2πm/M)-MRRY(2πm/M))2----(15)]]>其中MRLX(2πm/M)、MRLY(2πm/M)、MRRX(2πm/M)和MRRY(2πm/M)，分别代表X、Y右侧配重左侧振动数据和X、Y右侧配重右侧振动数据。
而且，如果偏差δ1、δ2、δ3和δ4中的一个超出其相应的阈值，CPU202就给操作者一个警告，然后终止测试模式操作。相反，如果所有偏差δ1、δ2、δ3和δ4都在相应的阈值范围内，可以判断平衡装置400没有缺陷，CPU202通过譬如显示单元将这一结论告知操作者。然后测试模式操作终止。
现在，将描述本发明第二实施例的平衡装置400的校准模式。校准模式修正常数a1、a2、a3和a4，以避免由右、左测振计155R和155L的灵敏度变化引起的测量误差，该右、左测振计155R和155L的灵敏度变化可以由例如环境温度的变化引起。注意，只有当测试模式没有发现平衡装置400的缺陷时，才能较好地执行校准模式。
在校准模式中，参考体600被放置在第一和第二对滚轮114和116上，并以每分钟N转的转速转动。接着，通过由第一、第二、第三和第四数/模转换器206、208、210和212将X、Y左侧配重左侧振动数据和X、Y方向左侧配重右侧振动数据提供给右、左压电式致动器156R、156L，而使工作台104产生振动，从而使参考体600也发生振动。结果，使工作台104产生的振动。所产生的振动基本上与在其主要部分602左端设有配重的参考体600产生的振动相同，尽管参考体600上没有附加配重。
接着，由右、左测振计155R和155L(WLX(θ)、WLY(θ)、WRX(θ)和WRY(θ))当前产生的输出信号，CPU202计算出向量fL1和fR1。然后，通过将获得的向量fL1和fR1代入公式(3)和(4)，确定常数a1和a3。然后，存储在存储器装置204中常数a1和a3旧值换成新值。这样，就完成了常数a1和a3的修正。
接着，CPU202将X、Y右侧配重左侧振动数据和X、Y右侧配重右侧振动数据，传输给右、左压电式致动器156R、156L。这样，工作台104产生振动。所产生的振动基本上与在其主要部分602的右端设有配重的参考体600产生的振动相同。
然后，由右、左测振计155R和155L(WLX(θ)、WLY(θ)、WRX(θ)和WRY(θ))当前产生的输出信号，CPU202计算出向量fL2和fR2。然后，通过将获得的向量fL2和fR2代入公式(6)和(7)，以确定常数a2和a4。然后，存储在存储器装置204中的常数a2和a4旧值换成新值。
在保存了常数a2和a4后，校准模式的操作终止。
现在，描述本发明第二实施例的平衡装置400的测量模式。
在这种模式中，具有未知动态不平衡的测试体500被放置在第一和第二对滚轮114和116上，并以每分钟N转的转速转动。以每分钟N转的转速转动的测试体，由于其存在的动态不平衡而产生振动。右、左测振计155R和155L通过工作台104检测测试体的振动，并产生输出信号WLX(θ)、WLY(θ)、WRX(θ)和WRY(θ)。CPU202接受右、左测振计155R和155L的输出信号，由此确定由测试体500施加给第一和第二对滚轮114和116的力的向量fL和fR。然后，将向量fL和fR以及常数a1、a2、a3和a4代入公式(1)。结果，就得到表示测试体动态不平衡的向量UL和UR。
当参考具体的优选实施方案对本发明进行描述后，本领域技术人员都了解，对本发明优选实施例中部件所作的修改及用等同物的替换都落入本发明的范围。另外，可以对本发明进行修改以使其适合于具体的情况和材料，这些都不超出本发明的精神。例如，在本发明的第一实施例中，理想曲柄轴的理想动态不平衡可以被分成多块理想动态不平衡，每一块限定在一个平衡平面上，该平衡面限定在曲柄轴的不同曲柄销处。当曲柄轴转动时，每一片理想动态不平衡在振动件中产生一个特殊振动，其可以被与之相反的振动抵消。
在本发明的第一实施例中，每一相反振动的数据可存储在平衡装置的存储器装置中，并可操作压电式致动器以在振动件中产生一个存储在存储器装置中的相反振动的一个复合振动。
本发明第一实施例的平衡装置还可设有多个曲柄销传感器。这些传感器检测旋转中的曲柄轴的各个曲柄销的转角位置。考虑了由曲柄销传感器检测到的曲柄销的转角位置，可以产生相反振动的复合振动时，以减少由于被测量曲柄轴的曲柄销的转角位置误差引起的动态不平衡测量的误差。
权利要求
1.一种平衡装置，其特征在于，包括一个旋转机构，用于旋转一个待测试物体；一个振动件，被由所述旋转机构旋转的物体振动；一个传感器，用于检测所述振动件的振动；以及一个振动器，连接到所述振动件上，用于振动所述振动件，其中，在使用时，所述传感器检测由所述物体和所述振动器在所述振动件中产生的复合振动。
2.根据权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，所述振动器振动所述振动件，以抵消所述振动件的预定振动。
3.根据权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，所述振动器对所述振动件施加振动，该振动与由具有理想动态不平衡的理想体使所述振动件产生的振动反相。
4.根据权利要求3所述的平衡装置，其特征在于，还包括一个存储器装置，用于存储表示由理想体在所述振动件中产生的振动的数据，其中，所述振动器根据存储在所述存储器装置中的数据振动所述振动件。
5.根据权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，当所述振动件由安装在所述旋转机构上并由其旋转的理想体振动时，所述存储器装置中的所述数据是由所述传感器检测到的振动经处理得到的。
6.根据权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，还包括一个处理器，用于根据所述传感器的输出进行计算，以确定所述物体的动态不平衡；其中，所述处理器对所述计算中应用的系数进行修正，当所述旋转机构旋转一个动态平衡的参考体，且所述振动器对所述振动件施加参考振动时，根据所述传感器的输出进行所述修正，所述参考振动基本上与通过旋转在预定位置带有配重的参考体而使所述振动件产生的振动相同。
7.根据权利要求6所述的平衡装置，其特征在于，还包括一个存储器装置，以存储用于产生所述参考振动的数据。
8.根据权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，还包括一个控制器，当所述振动器对所述振动件施加参考振动时，根据所述传感器检测到的振动，该控制器确定所述平衡装置是否有严重削弱所述物体的振动向所述传感器传输的缺陷。
9.根据权利要求8所述的平衡装置，其特征在于，还包括一个存储器装置，以存储用于产生所述参考振动的数据。
10.一种平衡装置，其特征在于，包括一个旋转机构，用于旋转一个待测试物体；一个振动件，被由所述旋转机构旋转的物体振动；一个传感器，用于检测所述振动件的振动；一个存储器装置，存储由传感器检测到的振动数据；一个振动器，连接到所述振动件，以对其施加振动；以及一个控制器，其具有第一和第二操作模式，在所述第一操作模式的所述控制器，当所述振动器保持不工作状态时，将由所述传感器检测到的振动数据存入所述存储器装置中，在所述第二操作模式的所述控制器，通过根据存储在所述存储器装置中的所述数据控制所述振动器，振动所述振动件。
11.一种测量物体的动态不平衡的方法，其特征在于，包括旋转一具有未知动态不平衡的测试体，以在测试体中产生第一振动；将所述第一振动从测试体传给一个振动件；对该振动件施加第二振动，如果测试体具有理想动态不平衡，调整第二振动以抵消在该振动件中产生的振动；检测该振动件的振动。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括在对振动件施加第二振动前，将产生第二振动的数据准备在存储器装置中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，准备产生第二振动的数据包括旋转一个具有理想动态不平衡的标准体；将标准体中产生的振动传递给振动件；检测振动件的振动；以及将检测到的振动数据存入存储器装置中。
14.一种校准平衡装置的方法，该平衡装置通过旋转测试体对振动体施加振动，检测振动件的振动，并且进行一过程以由检测到的振动确定测试体的动态不平衡，所述方法包括布置一个参考体，使参考体的振动传递给该振动件，所述参考体具有动态平衡；旋转该参考体；当对振动件施加参考振动时，检测该振动件的振动，该参考振动基本与通过旋转在预定位置带有一个配重的参考体在振动件中产生的振动相同；以及修正使用在该过程的系数，以根据检测到的振动确定该动态不平衡，同时对振动件施加参考振动。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括旋转一个在预定位置带有配重的参考体，以振动该振动件；检测振动件的振动；将检测到的振动数据存入存储器装置；以及从存储在存储器装置中的数据产生参考振动。
16.一种测试平衡装置的方法，该平衡装置通过由旋转测试体在振动件中产生振动，并通过传感器检测振动件的振动，来确定测试体的动态平衡，该方法包括布置一个参考体，使该参考体的振动传递给振动件，所述参考体具有动态平衡；旋转该参考体；当对振动件施加参考振动时，检测振动件的振动，该参考振动基本与通过旋转在预定位置带有一个配重的参考体而在振动件中产生的振动相同；以及通过将传感器检测到的振动与参考振动比较，确定平衡装置是否具有严重削弱由该参考体向传感器传递的振动的缺陷。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，确定平衡装置是否具有缺陷的步骤包括计算由传感器检测到的振动与参考振动的偏差；将该偏差与预定阈值进行比较。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，还包括当确定该平衡装置具有缺陷时，向平衡装置的操作者发出警告。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括旋转在预定位置带有配重的该参考体，以振动该振动件；检测振动件的振动；将检测到的振动数据存入存储器装置；以及从存储在存储器装置中的数据产生参考振动。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括对使用在一过程中的系数进行修正，该过程用于从传感器的输出确定测试体的动态不平衡，当确定平衡装置不具有缺陷时，进行所述修正。
全文摘要
一种平衡装置，其用旋转机构支撑和旋转测试物体，使该物体由于本身的动态不平衡而振动。物体的振动被传递给振动件，并由传感器检测。一个振动器连接到该振动件上。振动器对振动件施加一个振动，该振动与由具有理想动态不平衡的理想体在振动件中产生的振动反相。通过检测保留在振动件中的振动，该平衡装置测得该物体的动态不平衡与理想动态不平衡的偏差。
文档编号G01M1/20GK1459623SQ0313143
公开日2003年12月3日 申请日期2003年5月16日 优先权日2002年5月16日
发明者三浦博树 申请人:国际计测器株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
