专利名称：激光平衡调整装置及其方法
激光平衡调整装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种激光平衡调整装置及其方法，尤指利用激光的非接触 加工性能对工件进行平衡调整的激光动平衡调整装置及其方法。
背景技术：
机械运动时，各运动构件由于制造、装配误差，材质不均等原因造成 质量分布不均，质心做变速运动将产生大小及方向呈周期性变化的惯性力。 由于回转体结构不对称、材质不均匀、制造和安装误差等原因，均会引起 偏心(质心偏离形心)，由于偏心将导致回转体运转时产生离心惯性力，从 而使回转体处于不平衡状态，需在回转体上加减配重，以改善回转体的质 量分布，从而保证回转体在运转时由不平衡而引起的振动或振动力减小到 允许范围内，现有技术采用平衡仪或平衡机来测量或实验回转体的平衡(可 指动平衡或静平衡)，在被测工件或被测机构不平衡时，从平衡仪或平衡机 上取下该被测工件或被测机构，然后利用辅助设备切除或增加材料或者利 用人工如磨沙纸对准工件或机构进行磨擦以切除或增加材料的方法来调节 该工件或机构的平衡。
现有技术的平衡调整方法，需从平衡仪或平衡机上取下工作，所以无 法做到实时调节，大多数情况需要多次调节，易受人为操作影响，生产效 率低，可靠性及精度都不高；另，由于调整部分是接触式加工，而接触式 加工必然对材料产生机械变形，并施加给材料一定的应力，加工变形量大. 只能加工普通材料，而不能加工精度较高的材料。
发明内容
本发明所欲解决的技术问题在于提供一种可以在线测量并可对回转休 的平衡进行调整、且调整精度高、效率高的激光平衡调整装置及其方法。
本发明所采用的技术方案是提供一种激光平衡调整装置，该装置利用 激光非接触加工性能调整被加工工件的平衡， 一个调整整个激光平衡调整
装置的相对水平位置的调节装置；安装在调节装置上的牵引工件作转动的 动力装置、支撑工件的支撑装置、记录、分析工件平衡性能的测量指示系 统及一个激光系统，所述测量指示系统分别与激光系统、动力装置或工件 及支撑装置相连。
本发明提供一种激光平衡调整方法，该方法利用激光非接触加工性能
调整被加工工件的平衡，该方法包括如下步骤
第一步提供一个调整装置，调整整个激光平衡装置的相对位置； 第二步提供一个动力装置，使工件在该动力装置牵引下做运动； 第三步分别提供一个位置传感器和一个振动传感器，分别记录工件
的平衡状态及因不平衡引起的振动；
第四步提供一个计算机，计算和分析所述位置传感器和振动传感器
输出的数据；
第五步根据所述计算机所分析的数据，提供至少一个激光系统，对 工件进行加工调整工件的平衡。
本发明激光动平衡调整装置及其方法，通过激光的非接触加工性能对 工件进行动平衡调整，由于激光开通及关闭的延时很短，可以实现在高速 运转的工件上进行在线的调整，其优点如下
1. 生产效率高，在高精度的调整中，由于不需要多次在工件装卸及 记录，所以可以大大提高生产效率。 '
2. 可靠性高，由于在线一次性将工件安装并夹紧完成调整，便于自动化，也消除了人为因素造成的失误。
3. 精度高，由于在线测量和在线调整，不需要人工干预，很容易做 到精确定位调整，并形成闭环调节以获得很高的品质。
4. 可加工普通工艺很难加工的工件，而且加工变形小。
图1为本发明激光平衡调整装置的结构示意图的主视图2为图1所示激光平衡调整装置的结构示意图的右视图3为本发明激光平衡调整装置第二实施例的结构示意图的主视图4为图3所示激光平衡调整装置的结构示意图的右视图5为本发明激光平衡调整装置第三实施例的结构示意图的主视图6为本发明激光平衡调整装置第四实施例的结构示意图的主视图7为图6所示激光平衡调整装置的结构示意图的右视图。
具体实施模式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。 请参阅图1和图2为本发明激光平衡调整装置第一实施例的结构示意 图，本发明的激光平衡调整装置100是一种利用激光非接触加工性能调整 工件3的动平衡，而调整工件3的静平衡也在本发明的保护范围内，该工件 3为回转体，具体可为轴类工件，例如电机转子、离心扇叶等，且调整回转 件的质量分布，使回转件工作时离心力系达到平衡，以消除附加动压力， 尽可能减轻有害的机械振动。
本发明的激光平衡调整装置100包括 一个调整装置18，调整整个激光
平衡装置的相对位置，该调整装置18包括一个底座8及可对底座8进行调 节的一个水平调节装置10，所述整个激光平衡调整装置100即安装在该底座8上； 一个动力装置1安装在该底座8上，且该动力装置8对应工件3 的中心轴线安装，该动力装置8使工件3在该动力装置1牵引下做运动； 支撑及固定工件3的支撑装置6，该支撑装置6为一对工件3进行夹持的夹 持装置，工件3安装在夹持装置6上，并对应动力装置1; 一个升降装置9， 固定在所述底座8上； 一激光系统4安装在该升降装置9上，本实施例中 激光系统4包括两个激光头或激光器，该激光头或激光器所采用的激光为 任意波长。 '
本发明激光平衡调整装置100还包括有测量指示系统，该指示系统包 括一个位置传感器2、 一个振动传感器7及一个计算机5，振动传感器7安 装在支撑装置6上，以测量工件3的振动，所述位置传感器2安装在动力 装置1上或工件3的轴上，位置传感器2和振动传感器7分别与计算机5 相连，计算机5又与激光系统4相连。该激光平衡调整装置100工作流程 下面将详细论述。
首先，调整调整装置18，既调整安装在底座8上的水平调节装置10， 由于整个激光平衡调整装置100位于所述调整装置18上，'该调整装置18 使整个装置100处于水平状态，以利于激光系统4加工工件3。
接着将工件3装设支撑装置6上，使工件3的轴线对应动力装置1被 固定住。
接着调整所述升降装置9，并使激光系统4与工件3处于相对位置。 接着开启动力装置l，该动力装置1用于提供工件3转动的动力，工件
3在该动力装置1牵引下转动，且工件3在旋转时，动平衡不好会引起夹持
装置6振动。
所述振动传感器和位置传感器用于测量工件3因不平衡引起的振动， 其中所述振动传感器7记录工件3动平衡不好时所产生的振动，传送至计 算机5;而位置传感器2可为压力传感器或其他类型的传感器，并设于所述工件3的至少一端部(当然该位置传感器也可设于工件3的两端)，且该位 置传感器2记录工件3振动所对应的位置传送到计算机5。
所述计算机5收到位置传感器2的数据后，分析工件3的动平衡特性， 如果工件3的动平衡特性不好时，计算机5将控制所述激光系统4加工工 件3，使工件3上各质量的离心力的向量和等于零，且离心力所引起的力偶 矩的向量和也等于零，并在控制激光系统4时，同时采集位置传感器2和 振动传感器7的信号分析工件3的动平衡特征，直到检测到工件3的各质 量的离心力的向量和等于零，且离心力所引起的力偶矩的向量和也等于零 为止。
其中激光系统4为包括所有波长的激光设备，并利用激光的发射能力 强、能量的高度集中的特点及激光开通及关闭的延时很短，且本实施例中 两个激光系统4同时向下对工件3在线加工，并通过非接触加工材料的方 法实现实时动平衡调节，可以实现在高速运转的工件上进行在线的调整。
本发明还提供了一种激光平衡调整方法，该方法利用激光非接触加工 性能调整工件3的平衡，该方法包括如下步骤
第一步提供一个调整装置IO，调整整个激光平衡装置的相对位置； 第二步提供一个动力装置1，使工件3在该动力装置1牵引下做运动； 第三步分别提供位置传感器2和振动传感器7，分别记录工件3的平 衡状态及因不平衡引起的振动；
第四步提供一个计算机5，计算和分析所述位置传感器2和振动传感 器7输出的数据；
第五步根据所述计算机5所分析的数据，提供至少一个激光系统4，
对工件3进行加工调整工件3的平衡。
图3和图4为本发明激光平衡调整装置第二实施例的结构示意图，本实
施例与上述第一实施例的主要区别在于本实施例的工件3为盘类工件，具体可为卧式盘类工件，如风轮、飞轮、皮带轮、制动鼓、卧式数控机床
等。该盘类工件3安装在支撑装置6上，该支撑装置6也为安装盘类工件3 的一夹持装置，该盘类工件3安装在该夹持装置上，另有一转轴ll的轴线 对应动力装置1安装，盘类工件3安装在该转轴11上，且盘类工件3由该 转轴带动转动，通过位置传感器2和振动传感器7采集信号分析该盘类工 件3的动平衡特性，而两激光系统4相向设置，对该盘类工件3进行调整， 直到该盘类工件3达到要求的动平衡状态。
图5为本发明激光平衡调整装置第三实施例的结构示意图，本实施例 与上述第一实施例的主要区别在于本实施例的工件3也为盘类工件，如 数控机床等，且本实施例只有一个激光系统4加工盘类工件3，所述支撑装 置包括一个转轴15、 一个压块12和一个底盘13，压块12和底盘13安装 在转轴15的一端，盘类工件3由压块12压紧安装在底盘13上；所述动力 装置1包括一个电机17及由电机17驱动的皮带14，所述皮带14与转轴 15相连并驱动转轴15转动；并在本实施例中，设有两组振动传感器7、 16， 并分别位于转轴15的两侧及皮带14的端部，具体操作为下面详细论述。
首先调整底座8上的水平调节装置10调节水平，再将盘类工件3用一 个压块12压在一个底盘13上；压牢固后调整升降装置9，使激光系统4到 适合加工的位置；接着开启动力装置，即电机16驱动皮带14，使皮带14 带动盘类工件3旋转，此时盘类工件3动平衡不好时，会引起转轴15振动， 并由振动传感器7记录，传送至计算机5; —个位置传感器2位于转轴15 的端部，该位置传感器2记录振动所对应的位置传送到计算机5记录；接 着计算机5分析盘类工件3的动平衡特性,控制激光系统4加工盘类工件3， 同时采集位置传感器2和振动传感器7、 16的信号分析盘类工件3的动平 衡特性，直到符合目标值为止。图6和图7为本发明激光平衡调整装置第三实施例的结构示意图，本 实施例与上述第一实施例的主要区别在于本实施例的工件3为曲轴类工 件，如偏心轮等，本实施例也是计算机5分析曲轴类工件3的动平衡特性，
控制激光系统对曲轴类工件3，同时通过位置传感器2和振动传感器7采集 信号分析该曲轴类工件3的动平衡特性，直到该曲轴类工件3达到要求的 动平衡状态。
本发明激光平衡调整装置100不仅可加工轴类工件、盘类工件、曲轴 类工件等回转体类工件，而且都是利用激光的非接触加工性能使这类工件 的各质量的离心力的向量和等于零，且离心力所引起的力偶矩的向量和也 等于零，从而达到对这类工件进行动平衡调整。
当然如果对这类工件进行静平衡调整时，也是首先通过传感器检测工 件的质心位置是否在回转轴线上，如果工件静平衡不好时，计算机将控制 所述激光系统加工工件，使工件在同一回转面内加一质量(或在相反方向减 一质量)，并在控制激光系统时，同时采集位置传感器和振动传感器的信号 分析工件的静平衡特征，直到检测到工件的离心力与原有质量所产生的离 心力之向量和等于零，直到工件达到要求的静平衡状态。
权利要求
1. 一种激光平衡调整装置，其特征在于，其包括一个调整整个激光平衡调整装置的相对水平位置的调整装置；安装在调节装置上的牵引工件作转动的动力装置、支撑工件的支撑装置、记录、分析工件平衡性能的测量指示系统及一个激光系统，所述测量指示系统分别与激光系统、动力装置或工件及支撑装置相连。
2. 如权利要求l所述的激光平衡调整装置，其特征在于还包括调节所 述激光系统与工件的相对位置的至少一个升降装置，所述激光系统安 装在该升降装置上。
3. 如权利要求l所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述调整装置 包括底座及可对底座进行调节的水平调节装置，所述整个激光平衡调 整装置即安装在该底座上。
4. 如权利要求l所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述测量指示 系统包括一个计算机、 一个位置传感器、及一个振动传感器，所述振 动传感器安装在所述支撑装置上、所述位置传感器安装在动力装置上 或工件上，所述位置传感器与振动传感器与计算机相连，计算机又与 激光系统相连。
5. 如权利要求4所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述位置传感 器为压力传感器，记录所述工件振动时所对应的位置，并将该位置传 送到所述计算机。
6. 如权利要求4所述的激光平衡整调装置，其特征在于所述位置传感 器设于所述工件的至少一端部。
7. 如权利要求1所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述支撑装置 为一对工件进行夹持的夹持装置，工件安装在夹持装置上，并对应动 .力装置。
8. 如权利要求l所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述支撑装置 包括一安装工件的夹持装置，所述动力装置上安装一与其轴线对应的 转轴，工件安装在夹持装置上，并安装在转轴上由转轴带动转动。
9. 如权利要求1所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述支撑装置 包括一个转轴、 一个压块和一个底盘，压块和底盘安装在转轴的一端， 工件由压块压紧安装在底盘上；所述动力装置包括一个电机及由电机 驱动的皮带，所述皮带与转轴相连并驱动转轴转动。
10. 如权利要求1所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述激光系统 包括至少-个激光头或激光器。
11. 如权利要求IO所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述激光头或 激光器所采用的激光为任意波长。
12. 如权利要求1所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述激光平衡 调整装置调整工件的动平衡。
13. 如权利要求1所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述激光平衡 调整装置调整工件的静平衡。
14. 如权利要求]所述的激光平衡调整装置，其特征在于所述工件为回 转体，包括轴类工件、盘类工件、曲轴类工件。
15. —种激光平衡调整方法，该方法利用激光非接触加工性能调整被加工 工件的平衡，其特征在于，该方法包括如下步骤第一步提供一个调整装置，调整整个激光平衡装置的相对位置； 第二步提供一个动力装置，使工件在该动力装置牵引下做运动； 第三步分别提供一个位置传感器和一个振动传感器，分别记录工件的平衡状态及因不平衡引起的振动；第四步提供一个计算机，计算和分析所述位置传感器和振动传感器输出的数据；第五步根据所述计算机所分析的数据，提供至少一个激光系统，对 工件进行加工调整工件的平衡。
全文摘要
本发明激光平衡调整装置及其方法，被调整工件在动力装置牵引下做回转运动，在转动状态下，利用位置传感器和振动传感器，分别记录工件的平衡状态及因不平衡引起的振动，并传给计算机，并计算和分析传感器输出的数据，该计算机控制激光系统，调整工件的平衡，直到达到要求为止，并通过激光的非接触加工性能对工件进行动平衡调整，由于激光开通及关闭的延时很短，可以实现在高速运转的工件上进行在线的调整，使得生产效率高、可靠性高、精度高，并可加工普通工艺很难加工的工件，而且加工变形小。
文档编号G01M1/30GK101435733SQ20071012451
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月14日 优先权日2007年11月14日
发明者宁 任, 张洪鑫, 陈克胜, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司