[發明專利]光電式雙刀口支承靜平衡測量儀及測量方法

有效

• 申請號: 200910073363.7
• 申請日: 2009-12-07
• 公開（公告）號: CN101710016B
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 劉國棟;浦昭邦;劉炳國;李佳;莊志濤;胡濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

1.光電式雙刀口支承靜平衡測量儀，其特征在于它包括第一升降機構(1-1)、第二升降機構(1-2)、第三升降機構(1-3)、第一支柱(2-1)、第二支柱(2-2)、第三支柱(2-3)、底座(3)、一對外刀承座(4)、一對內刀承座(5)、一對粗刀口(7)、一對細刀口(8)、支承(10)、托架體(12)、測量反射鏡(13)和光電準直光管(14)，所述第一支柱(2-1)、第二支柱(2-2)和第三支柱(2-3)分別設置在第一升降機構(1-1)、第二升降機構(1-2)和第三升降機構(1-3)上，第一支柱(2-1)和第三支柱(2-3)左右對稱支承在托架體(12)的下端，第二支柱(2-2)支承在所述一對外刀承座(4)之間的中心的下端，所述一對內刀承座(5)左右對稱的設置在底座(3)上，所述一對細刀口(8)和一對粗刀口(7)左右對稱固定在托架體(12)的下表面，并且一對細刀口(8)正下方為一對內刀承座(5)，一對粗刀口(7)的正下方為一對外刀承座(4)，一對粗刀口(7)和一對細刀口(8)的刀刃線與支承(10)的中心線共線，所述測量反射鏡(13)垂直于托架體(12)的上表面，并且測量反射鏡(13)在支承(10)的中心線所在的豎直面內，所述光電準直光管(14)由光源(14-1)、聚光鏡(14-2)、分劃板(14-3)、分光鏡(14-4)、物鏡(14-5)和線陣CCD(14-6)組成，所述的光源(14-1)、聚光鏡(14-2)、分劃板(14-3)、分光鏡(14-4)和物鏡(14-5)共軸且依次從左至右排列，分劃板(14-3)放置在光源經聚光鏡(14-2)的物點上，線陣CCD(14-6)設置在分光鏡(14-4)的正下方物鏡(14-5)的焦平面上，使經分光鏡(14-4)反射的光聚焦于線陣CCD(14-6)的表面，光電準直光管(14)出射光水平并能夠射到測量反射鏡(13)上，線陣CCD(14-6)的信號輸出端與計算機(16)的輸入端口連接；

所述光電式雙刀口支承靜平衡測量儀還包括標定架(9)、第一平衡塊(6-1)和第二平衡塊(6-2)，所述兩個平衡塊對稱的設置在托架體(12)的左右兩端，所述標定架(9)設置在托架體(12)的上表面。

2.根據權利要求1所述的光電式雙刀口支承靜平衡測量儀，其特征在于光電式雙刀口支承靜平衡測量儀還包括三個起升組件(15)，每個所述起升組件(15)由支板(15-2)和三個支承(15-1)組成，三個起升組件(15)分別設置在第一支柱(2-1)上端、第二支柱(2-2)上端和第三支柱(2-3)上端，所述三個支承(15-1)兩兩間等距離設置在支板(15-2)上，三個支承(15-1)分別為V形支承、平面支承和錐形支承，托架體(12)與V形支承或錐形支承接觸的部分設置相應的V形凸起或錐形凸起，使起升組件(15)和托架體(12)能夠緊密結合。

3.根據權利要求1所述的光電式雙刀口支承靜平衡測量儀，其特征在于粗刀口(7)的刀刃曲率半徑為30～50μm，細刀口(8)的刀刃曲率半徑為2～3μm。

4.利用權利要求1所述的光電式雙刀口支承靜平衡測量儀的測量方法，其特征在于具體步驟如下：

步驟A、在放置被測轉子(11)之前，通過兩個平衡塊的作用將托體架(12)的重心位置調整到托體架(12)的中心位置；而標定架(9)用于建立靜不平衡量與托架體(12)偏轉角度之間的關系；

將被測轉子(11)的軸頸放置在托架體(12)的支承(10)上，一對粗刀口(7)支承在外刀承座(4)上，被測轉子(11)的質量不平衡引起托架體(12)繞粗刀口(7)的刀刃線偏擺，光電準直光管(14)通過接收來自測量反射鏡(13)的發射光，對被測轉子(11)的質量不平衡量進行粗測；

步驟B、在第二升降機構(1-2)的作用下，第二支柱(2-2)與外刀承座(4)一同下降，外刀承座(4)與一對粗刀口(7)脫離，一對細刀口(7)與內刀承座(4)接觸，被測轉子(11)的質量不平衡引起托架體(12)繞細刀口(8)的刀刃線偏擺，光電準直光管(14)通過接收來自測量反射鏡(13)的發射光，對被測轉子(11)的質量不平衡量進行精測。

5.根據權利要求4所述的光電式雙刀口支承靜平衡測量儀的測量方法，其特征在于步驟A和步驟B中利用光電準直光管(14)測量被測轉子(11)的質量不平衡量的具體步驟如下：

步驟a、將標準轉子(11)放置在支承(10)上，分劃板(14-3)成像落在線陣CCD(14-6)上，線陣CCD(14-6)的讀數為x₀；

步驟b、將被測轉子(11)以一定角度放置在支承(10)上，分劃板(14-3)成像落在線陣CCD(14-6)上，線陣CCD(14-6)的讀數為x₁；

步驟c、利用步驟a和步驟b的讀數計算測量反射鏡(13)的轉角α₁

α1=tan-1x1-x02f,]]>

其中f為物鏡(14-5)的焦距；

步驟d、由步驟c獲得的測量反射鏡(13)的轉角α₁，根據關系式M₁＝k·α₁，計算被測轉子(11)的不平衡力矩(M₁)，其中k是靈敏度系數，可用校正的方法求出；

步驟e、將被測轉子(11)旋轉180度，分劃板(14-3)成像落在線陣CCD(14-6)上，線陣CCD(14-6)的讀數為x₂；

步驟f、利用步驟a和步驟e的讀數計算測量反射鏡13的轉角α₂

α2=tan-1x2-x02f,]]>

其中f為物鏡(14-5)的焦距；

步驟g、由步驟f獲得的測量反射鏡(13)的轉角α₂，根據關系式M₂＝k·α₂，計算被測轉子(11)的不平衡力矩M₂；

步驟h、由步驟d和步驟g獲得的不平衡力矩M₁和M₂計算被測轉子(11)的重心到支承(10)中心線的距離Δ₁，即偏心距離：根據靜平衡測量原理計算被測轉子(11)在原始位置和旋轉180°時的不平衡力矩M₁和M₂：

M1=P(Δ1-l1)=PΔ1-Pl1M2=-P(Δ1+l1)=-PΔ1-Pl1]]>

對上述方程組進行求解：

Δ1=M1-M22P]]>

其中l₁為支承(10)中心線與粗刀口(7)或細刀口(8)刀刃線的偏移距離，Δ₁為被測轉子(11)的重心到支承(10)中心線的距離，P為被測轉子的重量；

步驟i、將被測轉子(11)旋轉角度β，返回執行步驟B-H，直至實現對被測轉子不同方位測量。