专利名称：测量动平衡的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量测试件的动平衡的方法和装置，该方法和装置可以测量出不稳定性，从而去掉具有剩余预定动态不稳定性的测试件。
即，例如，假如要测定汽车发动机曲轴的动态平衡性，那么一定得考虑当曲轴安装到汽车内而进行旋转时，安装了许多附件如活塞、连杆等。
换句话说，测量实验曲轴本身的动态不稳定没有意义。反之，应该测量，当安装了相关零件时，拆下实验曲轴是否存在不平衡，从而使该曲轴在没有振动的情况下进行旋转。
为了测量这种如上所述的测试件的不稳定性，因此采用了下面三种方法。
在第一种方法中，当旋转来确定校正量和角度位置时，与剩下来的不稳定性相一致的若干虚环(dummy ring)连接到曲轴相应部分上。
在第二种方法中，当旋转来决定校正量和角度位置时，曲轴在振动停止时连接到心轴上，该心轴载有等于剩下来的预定不稳定性的虚重量(dummy weight)。
在第三种方法中，曲轴本身在没有连接任何虚环或者虚重量的情况下进行旋转，旋转曲轴的不稳定由振动传感器作为模拟信号来探测，然后，模拟-数字转换器(A/D转换器)把该模拟信号转换成数字信号。之后，根据所探测到的数字值和事先得到的数字虚值处理数字计算结果，而该数字虚值与剩余的不稳定性相一致，即从前者减少后者，因此发现了初始不稳定性并且决定了校正量和角度位置。
这里应该注意到，根据上述的校正量和角度位置在进行上述测量之后，借助于在最佳位置处钻孔进行曲轴平衡调整，而该最佳位置具有在曲轴平衡重上的最佳深度。
但是，上述第一方法需要连接和拆下每个曲轴的虚环来进行测量。此外，当各种曲轴借助于相同测量装置来测量时，不得不为不同型相应地准备不同虚环，并且每次不得不进行更换。而且，由于这些原因，因此用这种方法难以使测量自动化。
尽管第二种方法不需要连接或者拆下相应曲轴的虚环，但是当用相同测量机器来测量不同型曲轴时，它需要更换虚重量。
第三方法既不需要连接也不需要更换虚环或者虚重量，因此它适合于测量自动化，但是由于下面原因使它难以得到高精确度的测量。
即，借助于振动传感器所得到的不稳定数据是剩下来的不稳定的总和，并且如上所述一样去掉它。尽管剩下来的不稳定性依赖于曲轴的型式而不同，但是一些达到了许多千gcm的水平。相反，所要消除的不稳定性相当小，即通常为许多百gcm的水平。
相应地，借助于振动传感器所得到的不稳定数据的最大尺寸大小形成许多千和许多百gcm。
另一方面，可以输入到模拟-数字转换器中的电压常常限制到小于±5V，模拟-数字转换器的输入范围的足尺(full scale)应该与借助于上面传感器所测量到的不稳定性数据的可能最大值相一致。
但是，通过这样做，当上面最大值变得较大时，模拟-数字转换器的每一个计数单位所能测量到的不稳定性变得更大(即，模拟-数字转换器的清晰度(resolution)变小了)，因此，比上面还高的清晰度的测量是不可能实现的。即，由于存在相对较大的不稳定性剩下来，因此清晰度变坏了，因此难以实现消除不稳定性的、高精确度的测量。
因此，本发明的目的是提供一种测量测试件的旋转平衡性的方法和装置，该测试件应该具有保留其中的预定不稳定性，该方法和装置可以精确地探测到所要消除的不稳定性，而不需要虚环、虚重量或者类似物。
本发明的测量方法是这样的等于虚部分的数字虚值信息首先储存在存储器中，旋转传感器探测到作为工件的旋转体的旋转角度位置，响应该旋转角度位置，从存储器中读出数字虚值信息，同时这些信息片被转换成模拟虚信号，然后合成借助于旋转振动传感器所探测到的旋转体的旋转振动量而得到的模拟振动信号和模拟虚信号，从而借助于从不稳定性部分中去掉虚部分而得到初始不稳定部分的模拟信号，在这之后，这种模拟信号进行数字转换，从而得到数字初始不稳定值。
上述数字虚信息可以理想地储存在每种不同型装置的存储器中，每当这种工件变化时，该存储器可以转变到与这种变化相一致的虚值信息中。在这种方法中，自动测量可以实现，同时不同型的工件可以在同一测量装置中进行。而且，当初始模拟不稳定性信号进行数字化时，最好初始模拟信号的接近最大值与借助于模拟-数字转换器所测得的足尺相一致。还有，模拟信号最好分成垂直于每个振动方向的分量，这些分量借助于相应地与旋转体完全同步的余弦波形和正弦波形来产生。
本发明的旋转平衡测量装置设置有旋转支撑部分来支撑作为机件的旋转体，该旋转体设置有电马达，该电马达能够可旋转地驱动该旋转体。还有，提供用来探测旋转体的旋转角度位置的旋转传感器，并且提供一种振动传感器，该振动传感器借助于通过旋转支撑部分探测上述旋转体的振动来得到模拟振动信号。另一方面，设置了存储器，它储存作为要留在旋转体内的不稳定的数字数据的虚值信息，并且设置了控制器，它根据来自上述旋转传感器的旋转角度位置信号输出上述虚值信息。随着(为了)输入这种输出的数字虚值信息，安装了把这种信息转换成模拟虚信号的模拟-数字转换器，并且安装了波合成电路，在该电路中，输入在这里所得到的模拟虚信号和来自上述旋转传感器的模拟振动信号并且进行波合成，从而借助于从模拟振动信号中去掉模拟虚信号部分来得到模拟初始不稳定信号。就这种波合成电路而言，模拟-数字转换器被连接到模拟初始不稳定信号被输入且被转换成数字不稳定信号的地方。
上述模拟-数字转换器最好借助于用来根据余弦波形来形成模拟虚信号的一个方向分量的波的模拟-数字转换器和用来根据相互垂直的每个振动方向的正弦波形来形成垂直于上述模拟虚信号的一个方向的分量的波形的模拟-数字转换器来形成。
而且，优选地，上述虚信息与借助于通过首先作为留下来的预定不稳定性的主工件的测量所得到的结果相一致，至少在所测量的旋转体的旋转速度处的不稳定的大小和角度位置折合成数字值储存在存储器中。即，主机件(master work)在与等于这个主机件的预定不稳定部分的虚重量相连接的状态时进行旋转，该主机件借助于旋转平衡测量装置的测量进行校正和平衡。之后，振动传感器借助于测量具有虚重量的主工件的旋转平衡性而得到的模拟信号被进行数字化转换并且作为数字虚值的数据。为了借助于这种主工件来得到虚值信息，最好使用与下文所要描述的、用来测量工件的那种相同的旋转平衡装置。
还有，波形合成电路借助于增加和减少所要输入的波最好符合波形加法电路或者波形减法电路，总之，借助于从上述振动信号中除去模拟虚信号部分可以得到模拟初始不稳定信号。
而且，旋转平衡装置的旋转支撑部分最好成形为轴承或者心轴，该轴承支撑旋转体两端的外周，而心轴沿着旋转体的旋转中心轴线支撑旋转轴的两端。
本发明的测量方法和测量装置如上所述那样形成，因此具有下面这些效果。
例如，假设虚部分的大小为4500gcm，而初始不稳定部分(由于偏离该虚部分，因此该初始不稳定部分不得不在曲轴本身上进行调整)的大小是500gcm，那么借助于振动传感器所探测到的探测值大小是上面这两个值的总和，即5000gcm。
当借助于上面所描述的传统第三方法来进行测量时，模拟-数字转换器的测量范围的足尺不得不至少与5000gcm的上述总和相一致。
如果模拟-数字转换器的足尺低于±5并且它的清晰度是12毕特，上述传统第三方法只得到5000gcm/2048位=2.44gcm/位的精确度，小于这个的水平测量不可能实现。
相反，根据本发明的测量方法和测量装置，上述虚部分的4500gcm只作为初始不稳定部分的模拟信号，在这里，借助于模拟信号的加法或者减法，从振动传感器的模拟振动信号中去掉虚部分。即，输入到模拟-数字转换器中的信号大小最多只等于500gcm。相应地，如果这个借助于上述模拟-数字转换器进行数字转换，那么500gcm/2048位=0.244gcm/位(digidt)，根据本发明的测量方法和测量装置，与上述第三方法相比，可以得到10倍的清晰度，并且大大地提高了测量精确度。因此，即使在预定不稳定量较大的情况下，初始旋转不稳定性比传统技术的小得多。
现在，参照附图并且以例子的方式来描述本发明，在这些附图中
图1是示意图，它示出了体现本发明的测量装置；图2是侧视图，它示出了图1所示的测量装置的测试件、工件支撑机构和振动传感器之间的关系；及图3A&3B是示意图，它示出了在图1所示出的测量装置的右和左轴承处的虚测量和初始测量的总不稳定性。
图1示出了体现本发明的测量装置，其中，标号1表示作为测试件的曲轴(工件)。测量装置的工作支撑结构以放大的方式示出在图2中。
如图1&2所示一样，相应地，曲轴1的端部可旋转地由一对支承件2L&2R来支撑。支承件2L&2R通过弹簧4L&5L和4R&5R相应地由一对安装底座3L&3R来支撑，因此响应曲轴1在旋转时所产生的振动，轴承2L&2R相对于安装底座3L&3R可以移动。安装底座3L&3R固定到底架(未示出)上。
振动传感器6L&6R相应地连接到安装底座3L&3R，从而通过安装底座3L&3R而探测曲轴1的振动。作为振动传感器，假如采用所谓的软型平衡器，弹簧4L、5L、4R&5R是相对较软的那种，那么可以采用例如振动速度探测型的移动传感器。另一方面，假如采用所谓的硬型平衡器，弹簧4L、5L、4R&5R是高硬度的片簧(blade spring)，那么当支承件2L&2R的移动量较小时，可以采用例如压电元件型或者高灵敏度的振动速度探测型的移动系统传感器。
返回到图1，曲轴1设置成借助于电马达17来驱动旋转，而电马达17偶合一端1b(发动机输出侧)上。在邻近曲轴1的另一端1a的销部分上，附着光标记7，同时光传感器8设置在销部分上从而面对光标记7。光传感器8向着光标记7连续地发射光束，从而接受由光标记7所反射回来的光束。每次当光标记7在曲轴1旋转时变成面对光传感器8时，光传感器8接受到返回来的光束并且把相应信号输出到控制器16，从而借助于控制器16来探测曲轴1的旋转位置和旋转速度。
振动传感器6L、6R相应地通过放大器电路9L、9R连接到波形加法电路11L、11R上，因此由振动传感器6L&6R所探测到的模拟振动信号WDL、WDR各自输入到波加法电路11L、11R中。此外，多模拟-数字转换器12L&12R和13L&13R连接到波加法电路11L、11R中，因此从多模拟-数字转换器中输出的模拟虚信号DLX&DLY和DRX&DRY相应地输入到波形加法电路11L&11R中。
从波形产生电路10中供给±±余弦信号的该多模拟-数字转换器12L和从波形产生电路10中供给±±正弦信号的多模拟-数字转换器13L都连接到控制器16的CPU数据总线23中，通过该控制器16可以输入在支承件2L所得到的数据的数字虚值。即，当数字虚值输入到多模拟-数字转换器12L&13L中，多模拟-数字转换器12L根据±±余弦信号产生了X方向(如水平振动方向)的模拟虚信号DLX，同时多模拟-数字转换器13L根据±±正弦信号相应地产生了Y方向(如垂直振动方向)的模拟虚信号DLY，这些信号输出到波形加法电路11L中。同时，由旋转传感器8所探测到的、涉及曲轴1的旋转状态的信号通过I/O接口19输入到波形导出电路(waveform derivation circuit)10中。
同样地，从波形产生电路10中供给±±余弦信号的该多模拟-数字转换器12R和从波形产生电路10中供给±±正弦信号的多模拟-数字转换器13R都连接到控制器16中，通过该控制器可以输入数字虚值。即，当从控制器16的存储器22中读出的、与曲轴1的旋转同步的数字虚值输入到多模拟-数字转换器12R、13R中，多模拟-数字转换器12R根据±±余弦信号产生了X方向的模拟虚信号DRX，而多转换器13R根据±正弦信号相应地产生了Y方向的模拟虚信号DRY，这两种信号输入到波形加法电路11R中。
波形加法电路11L使来自左侧振动传感器6L的模拟振动信号WDL和来自多模拟-数字转换器12L和13L的模拟虚信号DLX和DLY输入并且合成这些同步模拟波形，从而从模拟振动信号中除去模拟虚信号部分，并且在左侧支承件2L处产生原始不稳定信号WL。
同样地，波形加法电路11R使来自左侧振动传感器6R的模拟振动信号WRL和来自多模拟-数字转换器12R和12L的模拟虚信号DRX和DRY输入并且合成这些同步模拟波形，从而从模拟振动信号中除去模拟虚信号部分，并且在右侧支承件2R处产生原始不稳定信号WR。
波形加法电路11L、11R输出模拟原始不稳定信号，这些信号相应地输入到模拟-数字转换器14L、14R中。每个转换器A/D14L、14R的输出侧通过数字滤波器15L、15R连接到控制器16的CPU数据总线23中。借助于模拟-数字转换器14L、14R进行数字转换的初始不稳定信号WL、WR借助于数字滤波器15L、15R减少了噪声，从而可以由控制器16读出。
接下来，描述测量曲轴1的初始不稳定。
在如图1所示的、由左和右支承件2L、2R所支撑的状态时，借助于电马达17使曲轴1以预定数目的转数进行旋转。这时，由于曲轴1产生了动态不稳定，因此沿着离心力方向上的力沿圆周方向移动。这时的惯性力通过支承件2L和2R及弹簧4L&5L和4R&5R作用在安装底座3L、3R上。安装底座3L、3R的振动速度由振动传感器6L、6R来探测，响应这些振动速度，相应地产生模拟振动信号WDL、WDR。这些模拟振动信号WDL、WDR在放大电路9L、9R中相应地被放大，然后输入到波形加法电路11L、11R中。
另一方面，曲轴1的光标记7由光传感器8来探测。即，每当旋转光标记7变成面对光传感器8时，光传感器8产生了光传感器信号脉冲WK。该信号WK输入到控制器16的I/O接口19中。控制器16根据光传感器信号脉冲WK在CPU20中探测产生脉冲时开始的曲轴1的旋转位置θ和从脉冲之间的消逝时间开始的曲轴1的旋转速度N。
当轴轴1的旋转速度N到达可测量范围时，根据所试验的曲轴类型及旋转位置？θ和光传感器8所探测到的曲轴1的旋转速度N，可以从存储器22中读出数字虚值信息。这种数字虚值信息可以转移到多模拟-数字转换器12L、12R、13L和13R中，在这里，是以所形成的±±余弦曲线和±±正弦曲线为基础的。在与曲轴1的旋转同步的波产生电路10中，它们被转换成模拟虚信号DLX、DLY、DRX和DRY，然后相应地输出到波加法电路11L、11R中。
波形加法电路11L使从振动传感器6L发送出的模拟振动信号WDL的波形和虚值信号DLX、DLY的波形同步并进行合成。借助于这种合成，从模拟振动信号WDL的波形中去掉模拟虚信号部分DLX、DLY，从而得到模拟初始不稳定信号WL。这种来自波形加法电路11L的模拟初始不稳定信号WL借助于模拟-数字转化器14L来进行数字转化，从而得到数字初始不稳定值。这种数字初始不稳定值输入到控制器6，因此在图1的曲轴1的左部分处得到初始不稳定的校正量和角度位置是可能的。
同样地，波形加法电路11R使从振动传感器6R发送出的模拟振动信号WDR的波形和虚信号DRX、DRY的波形根据由光传感器8所探测到的旋转位置？θ和旋转速度N来同步并进行合成。借助于这种合成，从模拟振动信号WDR的波形中去掉模拟虚信号部分DRX、DRY，从而得到模拟初始不稳定信号WR。这种来自波形加法电路11R的模拟初始不稳定信号WR借助于模拟-数字转化器14R来进行数字转化，从而得到数字初始不稳定值。这种数字初始不稳定值输入到控制器16，因此在图1的曲轴1的右部分处得到初始不稳定的校正量和角度位置是可能的。
这里，初始不稳定信号WL、WR和不稳定虚信号DL、DR之间的关系示出在图3中。注意到，在附图中，图3A示出了处于左侧支承件2L处的状态，而图3B示出了处于右侧支承件2R处的状态。还注意到，为了更加清楚地理解这种关系，与虚信号部分DL、DR相对照，初始不稳定部分WL、WR以放大的方式进行放大图示。振动传感器6L、6R探测WDL、WDR，而WDL、WDR是上面两部分矢量的总和。因此，根据传统第三方法，借助于上面所描述的模拟-数字转换器14L、14R进行测量的足尺不得不形成得与最大可能WDL、WDR相一致，因此不能得到非常好的清晰度。
相反，根据本发明，输入到模拟-数字转化器14L、14R中的模拟初始不稳定信号WL、WR借助于波形加法电路11L、11R去掉其值比初始不稳定信号大得多的虚部分，因此，与上面所描述的传统第三方法相比，借助于使比WDL、WDR小得多的初始不稳定部分WL、WR的最大可能尺寸大小与借助于每个模拟-数字转换器14L、14R来进行测量的足尺相一致，可以大大地提高清晰度。其结果是，即使如果发生主体旋转，其中预定不稳定较大，但是与上面所描述的传统方法相比，这种不稳定可以减少到非常小。
权利要求
1．一种测量测试件的旋转不稳定性的方法，它包括旋转该测试件；借助于检测该件的振动来得到模拟振动信号；检测该件的旋转位置，同时根据旋转位置从存储器中读出数字虚数据，该数据与保留在该件中的预定不稳定相一致；把数字虚数据转换成模拟虚信号，从模拟振动信号中减去模拟虚信号，从而产生模拟初始不稳定性信号，并且把模拟初始不稳定信号转换成数字初始不稳定信号。
2．如权利要求1所述的方法，包括首先为若干不同种测试件储存数字虚数据，并且有选择地读出与测试中的该件相一致的数字虚数据。
3．如权利要求1所述的方法，它包括借助于如下步骤得到虚数据把数值等于预定不稳定的虚重量加入到主测试件中，并且使该件平衡；去掉该虚重量，并且旋转该件；检测该件的振动从而得到模拟振动信号；及把该信号转换成数字振动信号。
4．如权利要求1所述的方法，在该方法中，借助于初始不稳定性信号的模拟-数字转换器所测得的足尺与信号的接近最大值相一致。
5．如前述权利要求任一所述的方法，它包括把模拟虚信号分成与垂直振动方向相一致的分量，这些分量借助于相应的余弦波和正弦波信号来产生。
6．一种用来测量测试件的旋转不稳定性的装置，它包括旋转支撑部分，它支撑测试件；旋转该件的装置；旋转传感器，它设置来探测测试件的旋转角度位置，并且产生位置信号；振动传感器，它设置来通过支撑部分探测该件的振动量并且产生模拟振动信号；存储器，它储存与保留在该件内的预定不稳定性相一致的数字虚数据；数字-模拟转换器，根据来自旋转传感器的旋转位置，它把从储存器中读出来的数字虚数据转换成模拟虚信号；波合成电路，它设置来接受来自振动传感器的模拟振动信号和来自数字-模拟转换器的模拟虚信号，并且从振动信号中去掉虚信号，从而产生模拟初始不稳定信号；及模拟-数字转换器，它设置来接受来自波合成电路中的模拟初始不稳定信号，并且把模拟初始不稳定信号转换成数字初始不稳定信号。
7．如权利要求6所述的装置，在该装置中，数字-模拟转换器包括第一多数字-模拟转换器，它设置来从与一个方向的振动分量相一致的数字虚数据中形成余弦波信号；及第二数字-模拟转换器，它设置来从与垂直于第一方向分量的、第二方向的振动分量相一致的数字虚数据中产生正弦波信号。
8．如权利要求6所述的装置，在该装置中，用来旋转测试件的装置包括电马达。
全文摘要
一种测量动平衡的方法及其测量装置,涉及预定不稳定性的数据作为虚值信息储存在存储器中。作为旋转体的曲轴的振动借助于振动传感器来探测,得到模拟振动信号。曲轴的旋转角位置借助于光传感器来探测,响应这种旋转角位置,上述虚值信息借助于多模拟－数字转换器转换成模拟虚信号DLX、DLY、DRX和DRY,并且从模拟振动信号中去掉这些信号,从而得到模拟初始不稳定信号,这些不稳定信号借助于数字－模拟转换器来进行转换,从而得到数字初始不稳定性值。
文档编号G01M1/30GK1313509SQ0111182
公开日2001年9月19日 申请日期2001年3月13日 优先权日2000年3月13日
发明者三浦博树 申请人:国际计测器株式会社