一種無附加傳感器的水平迴轉體動平衡檢測系統的製作方法

2023-11-10 11:23:32 3

專利名稱：一種無附加傳感器的水平迴轉體動平衡檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種動平衡檢測系統，尤其涉及一種無附加傳感器的動平衡檢測系統。
背景技術：
常用機械中包含著大量的作旋轉運動的零部件，例如各種傳動軸、主軸、轉臺和電動機等，統稱為迴轉體。在理想的情況下迴轉體旋轉時與不旋轉時，對軸承產生的壓力是一樣的，這樣的迴轉體是平衡的迴轉體。但工程中的各種迴轉體，由於材質不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產生的誤差，甚至設計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得迴轉體在旋轉時，其上每個微小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及其基礎上，弓I起振動，振動的幅度將和物體的角速度、物體的不均衡點的有效質量、有效半徑、以及支撐物的剛度有關，產生了噪音，加速軸承磨損，運行不穩等，嚴重影響設備的使用壽命、安全性和設備的精度，嚴重時能造成破壞性事故。為此，必須對迴轉體進行平衡分析和補償，使其達到允許的平衡精度等級，或使產生的機械振動幅度降在允許的範圍內。國外的一些廠商提供的現場動平衡檢測設備一般都採用加速度傳感器和轉速傳感器的方法進行平衡檢測計算，這樣不僅成本高，而且在某些場合操作不方便，所以一種根據實際機械設備的特性，而研製一種適於在數控系統中應用，進行實時的動平衡監測的無附加傳感器動平衡檢測系統，是十分必要的。注本實用新型的系統中利用了下列技術內容如

圖1所示動平衡分析裝置部分，包括前端信號處理單元，主要用於對由於電機不平衡旋轉產生的振動信號進行採集和轉換(外部表示不平衡旋轉產生振動的信號，包含振動的頻率，幅度和相位等信息)，進行AD採樣等操作，以達到調整信號輸入範圍，把振動信號的模擬量轉換成數字量，保證FFT信號處理有足夠的帶寬。FIFO，主要作為外部輸入數據的緩衝單元(即對外部輸入電機不平衡旋轉造成振動信號進行緩衝);將外部高速AD採集的數據暫存到FIFO中，等到FIFO滿後一次性將數據送到雙埠 RAM儲存單元中，用於FFT處理器計算；控制單元主要作為各個單元協調工作的控制器。控制單元負責產生讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關模塊的啟動信號。雙埠 RAM儲存單元，用於對外部輸入的原始數據進行緩存，以及用來暫存經過蝶形運算後的中間數據，每個蝶行運算的輸入輸出數據均要經過RAM的讀寫操作。因此，RAM的頻繁讀寫操作速度對FFT的處理速度影響較大。為了加快FFT的運算速度，需要構造雙埠 RAM來加快數據傳輸的吞吐量；本實施例採用兩個雙埠 RAM存儲單元(即雙口RAMl和雙口 RAM2)。顯示單元，用於對數據處理單元傳送過來的振動信息和補償信息的數據進行顯示。FFT處理器，利用傅立葉變換對高速A/D採集到的時域信號轉換為頻域信號；FFT處理器把FFT實時化的要求和晶片設計靈活性結合了起來，實現並行算法與硬體結構的優化配置，提高了 FFT處理速度，滿足了振動信號分析處理的高速度、高解析度、高可靠性的要求。快速傅立葉變換可以精確對振動頻率提純，而且可以得到由於迴轉體不平衡旋(即電機不平衡旋轉造成振動信號)轉導致振動特徵頻率的幅值和相位。數據處理單元，用於對FFT處理後的復域數據進行求模值運算和相位計算，根據在轉速一定的情況下，振動的模值和偏心點質量成線性比例關係。通過求初始化質量與振動信號的模值的比例係數，在轉速不變的情況下，通過再次測量振動信號的模值和相位，利用這個比例係數來確定需要補償的質量(添加或是削減)M和相對位置，以輸出包括當前轉速，需要補償的質量(添加或是削減)和相對位置結果(即得到振動信號的幅頻特性和相位特性，基頻信號的幅值和相位反映出偏心點的相對質量和相對位置與振動頻率的關係)。如圖2所示FFT處理器包括地址控制模塊、蝶形運算單元、旋轉因子表存儲單元和倒序模塊地址控制模塊用來產生使能信號，並起到各單元的時序控制作用，以及產生正確的旋轉因子表查找地址，以及RAM的讀寫地址，對各模塊的時序進行有效控制，保證系統正
常工作。 所述蝶形運算單元，用於對存儲雙埠 RAM儲存單元的電機不平衡旋轉造成振動信號進行蝶形運算，所述蝶形運算按照抽取方式的不同可分為DIT-FFT (按時間抽取)和DIF-FFT (按頻率抽取)算法。按照蝶形運算的構成不同可分為基2、基4、基8和任意因子(2n，n為大於I的整數)，以及分裂基等。為更清楚的表示蝶形運算單元的工作過程，以基-2循環結構為例進行說明(這也是本實用新型所述裝置的最優實例，與流水線結構相t匕，運算速度下降，但由於其只使用一個蝶形處理器，所以佔用的資源最少，流水線結構的運算速率是這種循環結構的Iog2N倍。)，模型如圖3所示基-2FFT中，N為採樣點數，N=2m，共有M級運算，每級有N/2個2點FFT蝶形運算，因此N點FFT共有(N/2) Iog2N個蝶形運算。I個基-2蝶形運算由I個復乘運算單元和2個復加運算單元組成。其公式如下
權利要求1.一種無附加傳感器的水平迴轉體動平衡檢測系統，包括 將採集到的模擬量信號即電機不平衡旋轉造成振動信號轉換成數字量的前端信號處理單元； 連接前端信號處理單元，對外部輸入電機不平衡旋轉造成振動信號的數字量進行緩衝的FIFO單元； 連接FIFO單元，將電機轉速對應的頻率轉換成迴轉體不平衡旋轉導致振動特徵頻率的幅值和相位的FFT處理器； 連接FFT處理器、前端信號處理單元和數據處理單元，用於產生讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關模塊的啟動信號和控制信號的控制單元； 連接控制單元和FFT處理器，對外部輸入的原始數據進行緩存，以及用來暫存經過蝶形運算後的中間數據的雙埠 RAM儲存單元； 連接雙埠 RAM儲存單元，對FFT處理後的復域數據進行求模值運算和相位處理，通過振動的模值和偏心點質量的關係對動平衡振動數據進行處理，輸出補償的質量和相對位置的數據處理單元； 連接數據處理單元，對數據處理單元傳送過來的振動信息和補償信息的數據進行顯示的顯示單元； 其特徵在於前端信號處理單元通過電流傳感器連接到水平迴轉體的驅動電機的伺服驅動器上獲取驅動電流值； 上述各單元進行數據連接。
2.根據權利要求1所述的一種無附加傳感器的水平迴轉體動平衡檢測系統，其特徵在於上述各組成模塊都集成在現場可編程門陣列FPGA中。
專利摘要本實用新型公開了一種無附加傳感器的水平迴轉體動平衡檢測系統，其特徵在於前端信號處理單元通過電流傳感器連接到水平迴轉體的驅動電機的伺服驅動器上，將採集信號發送到與其連接的FIFO中；FFT處理器同FIFO相連接，將處理的中間數據和原始數據儲存在於其連接的雙埠RAM儲存單元中；數據處理單元同雙埠RAM存儲單元相連接，通過計算獲取輸出補償的質量和相對位置後發送於其連接的顯示單元上進行顯示；控制單元分別同前端信號處理單元、FFT處理器、雙埠RAM存儲單元以及數據處理單元相連接用於讀地址、寫地址、使能信號以及各個相關模塊的啟動控制。該系統具有誤差小、安裝方便和成本低廉等優點適於廣泛推廣。
文檔編號G01M1/22GK202836884SQ20122022015
公開日2013年3月27日 申請日期2012年5月16日 優先權日2011年5月16日
發明者張贊秋, 于德海, 郝天陽, 李俊, 隋繼平 申請人:大連光洋科技工程有限公司