电机转子平衡系统和方法技术方案

技术编号:13777892 阅读:111 留言:0更新日期:2016-10-01 04:01
本发明专利技术提供一种电机转子平衡系统和方法。系统包括:测试装置,包括转子驱动与定位模块,用于驱动转子旋转以及使转子旋转定位到特定角度,以及转速与振动测量模块,用于测量转子的转速和振动;切削装置,包括转子定位与固定模块,用于使转子旋转定位到特定角度并紧固转子,以及移动与切削模块,用于移动切削电机并切削转子特定部位;搬运装置,用于将转子在测试装置与切削装置之间搬运;控制器,连接至测试装置和切削装置,用于控制测试装置对转子转速和振动进行测量,通过不平衡影响系数矩阵计算转子不平衡量,并根据转子不平衡量及当前不平衡偏差补偿量控制切削装置对转子进行切削去重,以及对不平衡偏差进行非线性自适应补偿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械制造行业中电机转子生产领域,尤其涉及一种电机转子平衡系统和方法
技术介绍
转子作为旋转机械的核心单元,由于材料、加工精度、装配工艺等的限制,其质量分布是不均衡的;工作时,转子绕其几何中心旋转时,这种质量分布的不均衡会体现为转子惯性主轴与旋转轴的偏移,从而引起不平衡离心激振力,这个力与转速平方成正比。转子不平衡会对旋转机械的寿命与精度造成显著影响,因而转子在交付使用前,需通过动平衡工艺减小转子上的残余不平衡。在工业产品上,根据应用场合与工作转速等的差异,对转子残余不平衡量有严格限制。传统的动平衡工艺主要依赖人工平衡,先把待平衡转子安装在测试装架上,驱动其旋转到平衡转速,测量转子不平衡量的分布,再交由平衡操作人员,根据动平衡测量结果的指示,在转子平衡面的特定位置去除(或添加)指定大小的质量块。工业上大批量生产的转子系统,比如电动工具、汽车电机中的转子,对平衡的效率提出了极高的要求。使用传统工艺进行平衡时,操作者的平衡工作效率难以满足要求,工作强度大,生产成本高,而且平衡质量的稳定性难以得到保障。全自动平衡机把动平衡测量、转子定位、搬运、去重等过程集成到一个完整平衡流程之中,并完全脱离人工操作,具有效率高,劳动强度低,平衡质量稳定等优点,尤其适合大批量工业生产。对于批量生产的电机转子,自动平衡机工作的基本过程是:操作者将待平衡转子放置在测试工位,启动自动平衡程序,平衡机开动电机,驱动皮带带动转子转动,利用振动传感器及齿轮速度传感器对转子不平衡量(即待切削量)进行测量,同时对转子铁芯进行角度定位;当转子不平衡量测试完毕,并定位到特定的角度后,由机械手将转子从测试工位搬运到切削工位;在切削工位处,控制器控制切削装置分 别对铁芯两侧的平衡面进行角度定位及去重(刚性转子通过两个平衡面理论上可以实现任意高精度的动平衡);转子去重完成后,再通过机械手将转子搬运回测试工位进行测试,如果测试结果达到设定值,则通过蜂鸣器和指示灯告之操作者,操作者取走平衡达标的转子,放入新的待平衡转子。自动平衡机的系统框架如图1所示。“测试工位”模块——用于测试转子的不平衡量及位置,它通过“转子驱动与定位模块”驱动转子到达平衡转速,以便于“转速与振动测量模块”利用安装的振动传感器及齿轮速度传感器,对转子上的残余不平衡量进行大小与角度分布的测试,还负责将转子定位到特定的相位角度;这个工位还负责对转子的不平衡影响系数矩阵进行标定,不平衡质量大小与角度分布的测定,依赖于这一系数矩阵与转子前后两个测振面上测得的振动量的乘积。“机械手”模块——负责将转子在“测试工位”与“切削工位”之间进行搬运,机械手将转子从一个工位抓起,搬运到另外一个工位后松开,转子从一个工位转移到另一个工位;它既负责把待加工转子搬运到“切削工位”进行去重,也负责将去重完毕的转子搬运回“测试工位”进行复测。“切削工位”模块——负责对转子两侧的平衡面进行去重,它由“转子定位及压紧装置”及“移动及切削工作台”构成;“转子定位及压紧装置”会把转子旋转定位到特定角度,并牢牢压紧防止松脱跑位;“移动及切削工作台”负责按照“控制器”的要求移动切削电机,切削电机带动铣刀旋转,会切削掉与其扫掠路径重合的转子的体积。“触屏”模块——负责人机交互,操作员通过“触屏”向“控制器”发送各种指令,“控制器”通过“触屏”反馈各种参数、曲线数据。“控制器”模块——平衡机的核心,它接收操作人员的指令,根据指令运行特定的控制模块,驱动“测试工位”、“机械手”和“切削工位”完成特定的平衡步骤,并及时通过“触屏”向操作人员反馈各种数据信息。自动平衡机要针对批量待平衡转子开展自动测量、不平衡量评估、转子搬运、自动切削等工作;此过程中,根据振动量测量值,计算转 子不平衡量大小时,需要依赖在标准转子上标定获得的影响系数矩阵(标准影响系数矩阵);不同批次生产出来的同型号转子,由于材料与加工工艺的限制,其真实影响系数矩阵与标准影响系数矩阵存在差异;这种差异会导致依据标准影响系数矩阵计算出来的转子不平衡量偏离转子真实不平衡量,依据计算出来的量进行切削去重,则去重精度会受到影响,从而影响平衡的效率。另外,转子在自动平衡机上进行平衡时,需要进行旋转角度定位、在不同工位间搬运转子;角度定位依靠数字脉冲驱动步进电机进行开环控制,受系统精度所限,步进电机驱动转子运动时,实际定位位置与理想位置存在不平衡偏差;转子在不同工位间搬运时,搬运机构需要从起始工位抓取转子,搬运到目标工位后再释放转子,受到系统精度的影响,搬运机构抓放转子时,会对转子角度位置造成影响。这些不平衡偏差,会影响平衡精度与效率,需要进行修正。仅针对一个批次、一种类型生产出来的转子,通过人工调整,补偿偏差量造成的影响,虽然效率低,依赖经验,还是可行的;但平衡机需要面对不同类型、不同尺寸、不同批次的转子,它们的不平衡偏差量是存在差异的,每当差异出现,就需要人工干预进行调整,这会对平衡精度与效率造成大的影响,而且需要经验丰富的操作人员。如果能借助一套自适应的方法,通过控制算法对这种不平衡偏差进行在线自动修正,将大幅改善机器对不同类型、尺寸、批次转子的动平衡效率,提高机器的自动化水平,降低人工调试的劳动强度,并减少对操作人员经验的依赖。另外,由于系统中存在种种影响平衡精度的非线性因素,不平衡偏差补偿,不能简单以平衡误差与切削量之间满足线性关系为基础,去推算系统实际偏差;这种推算,所得结果不精确,更严重的是,由于待修正量本身与利用线性关系推算修正量所导致的计算偏差是可比的,依靠线性关系进行参数修正,会带来修正过程中相关参数的不稳定现象,产生补偿量的非线性振荡,具体表现为不平衡偏差补偿量在计算中难以收敛,在较宽的范围内波动。补偿量的波动,往往在幅度上与待修正量是相当的,会对实际补偿效果造成大的影响,有时候甚至会带来负面作用,导致平衡效果变差。因此,为了改进自动平衡机的自动化程度及平衡质量,自适应解决方案还需要有效解决非线性因素导致的补偿量不稳定问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种电机转子平衡系统和方法。可避免使用线性方法带来的参数振荡,并能对两个平衡面的角度偏差分别进行有效修正;可提升平衡效率,降低人工调试的劳动强度,提高机器的自动化水平。根据本专利技术的一方面,提供一种电机转子平衡系统。系统包括测试装置、切削装置、搬运装置和控制器。测试装置包括转子驱动与定位模块,配置用于驱动转子旋转以及使转子旋转定位到特定角度,以及转速与振动测量模块,配置用于测量转子的转速和振动;切削装置包括转子定位与固定模块,配置用于使转子旋转定位到特定角度并紧固转子,以及移动与切削模块,配置用于移动切削电机并切削转子特定部位;搬运装置配置用于将转子在测试装置与切削装置之间搬运;控制器连接至测试装置和切削装置,配置用于控制测试装置对转子转速和振动进行测量,通过不平衡影响系数矩阵计算转子不平衡量,并根据转子不平衡量及当前不平衡偏差补偿量,控制切削装置对转子进行切削去重,以及对不平衡偏差进行非线性自适应补偿。优选地,控制器还配置用于在切削装置对转子进行切削去重之后控制测试装置对转子不平衡量进行复测,如果复测结果合格则对该转子的平衡过程结束,如果复测结果不合格,则对不平衡偏差进行非线性自适应补本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种电机转子平衡系统,其特征在于,包括:测试装置,包括转子驱动与定位模块,配置用于驱动转子旋转以及使转子旋转定位到特定角度,以及转速与振动测量模块,配置用于测量转子的转速和振动;切削装置,包括转子定位与固定模块,配置用于使转子旋转定位到特定角度并紧固转子,以及移动与切削模块,配置用于移动切削电机并切削转子特定部位;搬运装置,配置用于将转子在所述测试装置与所述切削装置之间搬运;控制器,连接至所述测试装置和所述切削装置,配置用于控制所述测试装置对转子转速和振动进行测量,通过不平衡影响系数矩阵计算转子不平衡量,并根据转子不平衡量及当前不平衡偏差补偿量控制所述切削装置对转子进行切削去重,以及对不平衡偏差进行非线性自适应补偿。

【技术特征摘要】
1.一种电机转子平衡系统,其特征在于,包括:测试装置,包括转子驱动与定位模块,配置用于驱动转子旋转以及使转子旋转定位到特定角度,以及转速与振动测量模块,配置用于测量转子的转速和振动;切削装置,包括转子定位与固定模块,配置用于使转子旋转定位到特定角度并紧固转子,以及移动与切削模块,配置用于移动切削电机并切削转子特定部位;搬运装置,配置用于将转子在所述测试装置与所述切削装置之间搬运;控制器,连接至所述测试装置和所述切削装置,配置用于控制所述测试装置对转子转速和振动进行测量,通过不平衡影响系数矩阵计算转子不平衡量,并根据转子不平衡量及当前不平衡偏差补偿量控制所述切削装置对转子进行切削去重,以及对不平衡偏差进行非线性自适应补偿。2.根据权利要求1所述的电机转子平衡系统,其特征在于,所述控制器还配置用于在所述切削装置对转子进行切削去重之后控制所述测试装置对转子不平衡量进行复测,如果复测结果合格则对该转子的平衡过程结束,如果复测结果不合格,则对不平衡偏差进行非线性自适应补偿。3.根据权利要求1或2所述的电机转子平衡系统,其特征在于,所述控制器对不平衡偏差进行非线性自适应补偿是将转子平衡面上的不平衡偏差矢量通过自适应收敛算法进行补偿。4.根据权利要求3所述的电机转子平衡系统,其特征在于,所述控制器进行非线性自适应补偿时的自适应参数初始值取自数值范围0.1至0.5。5.根据权利要求3所述的电机转子平衡系统,其特征在于,所述控制器进行非线性自适应补偿的收敛算法如下:α(k+1)=α(k)–μ1(k+1)n1(k)β(k+1)=β(k)–μ2(k+1)n2(k)μ1(k+1)=μ1(k)sgn(n12(k-1)-n12(k))μ2(k+1)=μ2(k)sgn(n22(k-1)–n22(k))其中α为不平衡偏差矢量的第一分量,β为不平衡偏差矢量的第二分量,μ1与μ2为自适应参数,n1为转子不平衡量的第一分量,n2为转子不平衡量的第二分量,sgn为符号判断函数,当它所判定的算式为正时为+1,为负时为-1,(0)代表初值,(k)代表上一轮参数修正后的值,(k+1)代表本轮参数修正后的值。6.根据权利要求5所述的电机转子平衡系统,其特征在于,第...

【专利技术属性】
技术研发人员:白金刚何雷
申请(专利权)人:武义益圣设备有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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