CS261035B1

CS261035B1 - Method for determining the torsion angle on a rotating part

Info

Publication number: CS261035B1
Application number: CS503386A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Buric
Original assignee: Zdenek Buric
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1989-01-12

Abstract

Způsob umožňuje s vysokou přesností určovat úhel zkrutu rotující části pomocí stejného počtu značek, umístěných na dvou libovolných místech A a B rotující části, mezi nimiž je úhel zkrutu měřen. Nejprve se bez zatížení při dané konstantní rychlosti zo o změří časový interval ΤΛΟ bu9 jako logický součet impulsu Ty^ z místa A a impulsu TVb z místa B nebo jako časový odstup těchto impulsů Ty^, Tyg a současně nebo s malým časovým odstupem se změří při konstantní rychlosti £VO časový interval TVo daný bud šířkou impulsu ŤyA, resp. Typ nebo odstupem dvou po sobě následujících impulsů Ty^, resp. TyB. Potom se rotující část zatíží momentem a analogicky, jak byly změřeny časové intervaly ΤΛο, Tyo bez zatížení, se změří časové intervaly Ho, Ty Při zatížení. Ohel zkrutu)^se určí ze vztahu f ~ % *TV ' T</ ”The method allows to determine with high accuracy the angle of torsion of a rotating part by means of the same number of marks placed at two arbitrary places A and B of the rotating part, between which the angle of torsion is measured. First, without load at a given constant speed zo o, the time interval ΤΛΟ is measured either as the logical sum of the impulse Ty^ from place A and the impulse TVb from place B or as the time interval of these impulses Ty^, Tyg and simultaneously or with a small time interval, the time interval TVo given either by the pulse width ŤyA, or Type or by the interval of two consecutive impulses Ty^, or TyB is measured at a constant speed £VO. Then the rotating part is loaded with a moment and analogously to how the time intervals ΤΛο, Tyo were measured without load, the time intervals Ho, Ty Under load are measured. The angle of torsion)^ is determined from the relation f ~ % *TV ' T</ ”

Description

Vynález se týká způsobu určení úhlu zkrutu na rotující části, například na hřídeli, mezi místy libovolně zvolenými, v nichž lze umístit značky, určující polohu hřídele. V případě, že zkrut probíhá v oblasti pružných deformací, může být z měření vyhodnocován i moment.The invention relates to a method for determining the torsion angle on a rotating part, for example a shaft, between arbitrarily selected locations at which shaft position markers can be located. If the torsion takes place in the area of elastic deformations, the torque can also be evaluated from the measurement.

Pro měření úhlu zkrutu jsou používány například tenozmetrické, optické či indukční snímače, je využíván i tzv. Videmanův efekt. Přenos signálů z rotující části je bud kontaktní přes kroužky nebo bezkontaktní, zprostředkovaný elektromagnetickým polem, přes přijímač a vysílač. Jsou známy též způsoby, které vyhodnocují úhel zkrutu pomoci značek, umístěných na protilehlých koncích zkrucované části resp. hřídele. Úhel zkrutu je zde měřen z fázového posunutí jako střední hodnota napětí impulsu, jehož délka odpovídá fázovému posunutí a který je získáván na klopném obvodu. Jiná možnost je měřit úhel zkrutu z fázového posunuti pomocí speciálního referenčního zdroje, jehož kmitočet je řízen otáčkami a úhel zkrutu je určen počtem impulsů, které propustí hradlo. Jsou známa i podobná měřeni úhlu zkrutu z fázového posunutí, kdy vyhodnocování je zajištováno různými fázovými diskriminátory.For example, tenosmetric, optical or inductive sensors are used for torsion angle measurement, so-called Videman effect is also used. The transmission of signals from the rotating part is either contact via rings or non-contact, mediated by an electromagnetic field, via a receiver and a transmitter. Methods are also known which evaluate the torsion angle by means of marks located at opposite ends of the torsion part respectively of the torsion part. shaft. The torsion angle is here measured from the phase shift as the mean value of the pulse voltage, the length of which corresponds to the phase shift and which is obtained at the flip-flop. Another possibility is to measure the torsion angle from the phase shift using a special reference source whose frequency is speed-controlled and the torsion angle is determined by the number of pulses that pass the gate. Similar measurements of the torsion angle from phase shift are known, where the evaluation is provided by different phase discriminators.

Nevýhodou dosud známých způsobů určování úhlu zkrutu rotujících částí je, že ve všech případech jsou kladeny vysoké požadavky na přesnost umístění značek. Těmito požadavky je omezena přesnost měření. V některých speciálních případech lze zabezpečit vysokou přesnost měřeni úhlu zkrutu pomocí speciálních kotoučů se značkami, avšak pro běžné použití v provozu je tato možnost většinou nerealizovatelná. Výroba takovýchto kotoučů je složitá a drahá a kromě toho jsou tyto vyrobeny vždy pro umístění pouze v určitých místech měření části a mnohdy je požadavek měřit v několika různých místech.A disadvantage of the previously known methods for determining the torsion angle of rotating parts is that in all cases high demands are placed on the accuracy of the positioning of the marks. These requirements limit measurement accuracy. In some special cases, high torsion angle measurement accuracy can be ensured by special marker discs, but this is usually not feasible for normal use in service. The manufacture of such discs is complicated and expensive and, moreover, they are always made to be placed only at certain points of measurement of the part and it is often a requirement to measure at several different points.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob určení úhlu zkrutu na rotující části pomocí stejného počtu značek, umístěných na dvou libovolných místech rotující části, mezi nimiž je úhel zkrutu měřen, podle vynálezu. Jeho podstatou je, že se nejprve bez zatížení při dané konstantní rychlosti ct>_o změří časový interval T<^ bud jako logický součet impulsu T_VA od značky z jednoho místa na rotující části a impulsu T_VB od značky z druhého místa na rotující části nebo jako časový odstup těchto impulsů Ty_A, Τ_νβ. Současně nebo s malým časovým odstupem se změří při této dané konstantní rychlosti ul_Q o časový interval T_VQ daný bud šířkou impulsu Ty_A resp. Ty_B na jednom místě rotující části nebo odstupem dvou po sobě následujících impulsů Ty_A resp. T_VB od dvou sousedních značek na jednom místě rotující části. Poté se rotující část zatíží momentem a zcela stejným způsobem, jakým byly stanoveny časové intervaly T/,_Q a T_VQ bez zatíženi se změří odpovídající časové intervaly T^ a Ty Ohel zkrutu se určí ze vztahu .The above drawbacks eliminate the method of determining the torsion angle on a rotating part by using the same number of marks located at two arbitrary points of the rotating part between which the torsion angle is measured according to the invention. It is basically that, without load at a given constant speed ct> _o, the time interval T <^ is measured as the logical sum of the pulse T _VA from the mark from one point on the rotating part and the pulse T _VB from the mark from the other point on the rotating part. as time interval of these pulses Ty _A , Τ _νβ . Simultaneously or at a small time interval, at this given constant velocity, ul _Q, the time interval T _VQ given by either the pulse width Ty _A or the pulse width is measured. Ty _B at one point of the rotating part or by the spacing of two successive pulses Ty _A resp. T _VB from two adjacent marks at one point of the rotating part. Thereafter, the rotating part is torque loaded, and in the same manner as the non-load time intervals T1, _Q and T _VQ were determined, the corresponding time intervals T1 and T1 of the torsion angle are determined from the relation.

Λ = α>ο ~ ^Τ·Μ·Λ = α> ο ~ ^Τ · Μ ·

Pokud dochází ke kmitání rychlosti, měří se časový interval při zatížení na straně, kde jsou změny rychlosti menší.If speed oscillations occur, the time interval is measured under load on the side where the speed changes are less.

Výhodou tohoto způsobu je, že se úhel zkrutu vyhodnocuje z časových intervalů, které lze změřit velmi přesně a tím je zajištěna podstatně větší přesnost měření než u známých způsobů. Tím, že měření probíhá nejprve bez zatížení a prakticky při rovnoměrném pohybu a teprve poté při zatížení, jsou odstraněny vysoké požadavky na přesnost umístění značek, což podstatně zjednodušuje technologii jejich výroby a realizaci celého měření. Dává to možnost měřit na hotových strojích při dodatečně připojovaných značkách, pokud jsou měřená místa přístupná, což dosud známé způsoby neumožňují.The advantage of this method is that the torsion angle is evaluated from time intervals which can be measured very precisely and thereby ensure a considerably greater measurement accuracy than in the known methods. The fact that the measurement is carried out first without load and practically uniform movement and only then under load, eliminates the high requirements for the accuracy of mark placement, which significantly simplifies the technology of their production and realization of the whole measurement. This gives the possibility to measure on finished machines with additionally attached marks, if the measured points are accessible, which is not possible in the known methods.

Způsob určení úhlu zkrutu spočívá v tom, že ve zvolených místech A, B například pružného hřídele jsou umístěny značky, z nichž se záskají impulsy. Otáčí-li se dvě značky v různých místech A a B pružného hřídele, dochází při jeho zkrucování ke změně fáze, ke vzájemnému posouvání značek, které změříme jako časový interval odpovídající logickému součtu dvou překrývajících se impulsů. S rostoucím úhlem zkrutu se mění překrytí. V tomto případě je nutné, aby v rozsahu měřených úhlů nedošlo ke zrušení překrytí impulsů a aby mezera mezi sousedními impulsy umožnila řízení činnosti měřicích obvodů. Tento časový interval lze určit také změřením časového intervalu mezi impulsy z prvního a druhého místa na zkrucovaném hřídeli. Při větším počtu značek po obvodu je opět nutné zajistit dostatečně velký odstup, aby následným měřením nebylo rušeno měření předchozí. Změřený časový interval je závislý na rychlosti a na úhlu překrytí.The method of determining the torsion angle is that at the selected points A, B of, for example, the flexible shaft, there are marks from which the pulses are intercepted. If the two marks rotate at different points A and B of the flexible shaft, the phase twists, the marks shift relative to each other, measured as a time interval corresponding to the logical sum of the two overlapping pulses. As the torsion angle increases, the overlap changes. In this case, it is necessary that the overlap of the pulses is not eliminated in the range of the measured angles and that the gap between adjacent pulses allows the operation of the measuring circuits to be controlled. This time interval can also be determined by measuring the time interval between pulses from the first and second positions on the twisted shaft. If there are more marks around the perimeter, it is necessary to ensure a sufficiently large distance so that subsequent measurements do not interfere with the previous measurement. The measured time interval depends on the speed and the overlap angle.

Ohel zkrutu je určen v konkrétním případě tak, že se změří, nejprve při známé dané konstantní rychlosti_Wo· Časový interval T^_Q bu3 jako logický součet dvou impulsů Ty_A a Τ_γβ jejichž šiřka je určena rychlostí_ωθ a které přicházejí ze dvou míst A a B, mezi nimiž je pružná rotující část, jejíž úhel zkrutu se sleduje nebo se tento časový interval Τ/,θ změří jako interval, jehož začátek je určen impulsem Ty_A z jednoho místa A a konec impulsemThe torsion angle is determined in a particular case by measuring, first, at a given given constant speed _Wo · Time interval T ^ _Q bu3 as the logical sum of two pulses Ty _A and Τ _γβ whose width is determined by speed _ωθ and coming from two places A and B, between which there is a flexible rotating part whose torsion angle is monitored or this time interval Τ /, θ is measured as an interval whose beginning is determined by the impulse Ty _A from one point A and the end by the impulse

T z druhého místa B rotující zkrucované části. Současně nebo s malým odstupem se změří časový VB interval T_v , opět při rychlosti a) , který je dán bud šířkou impulsu T_va z jednoho místa VO O V AT from the second location B of the rotating twisted portion. Simultaneously or at a small distance, the time VB interval T _v is measured, again at speed a), which is given either by the pulse width T _va from one location VO OVA

A nebo šířkou impulsu Ty_B z druhého místa B. Tento časový interval T_yo lze též změřit jako odstupovou po sobě následujících impulsů bu3 TV_ft z jednoho místa A nebo Ty_B z druhého místa B. Při zatížení momentem se opakuje analogické měření a to stejným způsobem, jaký byl zvolen při měřeni časových intervalů a Ty_Q bez zatížení, čímž se získají časové intervalyA or the pulse width Ty _B from second location B. This time interval T _yo can also be measured as the successive pulses of either TV3 _ft from one location A or Ty _B from another location B. Under torque load, an analogous measurement is repeated with the same in the manner chosen in the measurement of the time intervals and the non-load Ty _Q , thereby obtaining the time intervals

T^a Ty. Ohel zkrutu je pak určen ze vztahu / ⁼ ’ 'W ^/IZ kde Τ_νθ je časový interval impulsu definujícího rychlost, změřený při známé rychlosti MoT ^ and Ty. The torsion angle is then determined from / ⁼ '' W ^{/ IZ} where Τ _νθ is the time interval of the pulse defining the velocity, measured at the known velocity Mo

T^, je časový interval impulsu definujícího posun značek v místech A a B, nezatíženého hřídele při známé rychlostiT 1, is the time interval of the pulse defining the shift of the marks at the locations A and B of the unloaded shaft at a known speed

T_v je časový interval definující rychlost hřídele při zatížení momentem /v místě A nebo B/ ^TXzje časový interval, definující zkrut hřídele při zatížení momentem.T _v is the time interval defining the shaft speed at torque load / at location A or B / ^T Xz is the time interval defining the shaft torque at torque load.

Měření může být realizováno v následujících pohybových variantách:The measurement can be realized in the following movement variants:

V čase, ve kterém se měří časové intervaly Ty a T^ jsou rychost i přenášený moment konstantní. V tomto případě, podle vztahu /1/, se určí správně hodnota úhlu zkrutu / v měřeném časovém intervalu.At the time at which the time intervals Ty and T ^ are measured, the speed and the transmitted torque are constant. In this case, according to formula (1), the value of the torsion angle / is correctly determined in the measured time interval.

V měřeném časovém intervalu má jedna strana konátantní rychlost a druhá proměnnou.In the measured time interval, one side has a constant speed and the other has a variable.

Zntěří-li se časový interval Ty v místě s konstantní rychlostí, určí se podle vztahu /1/ okamžitá 'hodnota úhlu zkrutu / v čase, určeném tou částí impulsu s proměnnou rychlostí, která omezuje časový interval T^ ; je-li na jedné straně měřeného obvodu větší moment setrvačnosti, pak se tomuto předpokladu lze přihlížet.If the time interval T 1 is worn at a constant speed location, the instantaneous torsion angle value (1) is determined according to (1) at the time determined by the variable speed pulse portion that limits the time interval T 1; if there is a greater moment of inertia on one side of the measured circuit, then this assumption can be taken into account.

V měřeném časovém intervalu mají obě strany proměnnou rychlost, obě strany kmitají.In the measured time interval, both sides have a variable speed, both sides oscillate.

Chyba měření je závislá na frekvenci měřených kmitů a na úhlu natočení, v němž se měřeni realizuje; je vhodné pracovat s užšími impulsy, to znamená s kratšími časovými intervaly.The measurement error is dependent on the frequency of the measured oscillations and the angle of rotation at which the measurement is made; it is advisable to work with narrower pulses, that is to say with shorter time intervals.

Ve speciálním případě, když se nastaví časový interval T^ = 0, zjednoduší se rovnice /1/ = ůJ τ o VoIn a special case, when the time interval T ^ = 0 is set, the equation / 1 / = τ τ τ Vo is simplified

Součin to_o 1 značek. Budou-li hřídeli, je úhel ’ představuje úhel natočeních stran značky nebo sousedních následných úhly otu všech následných značek stejné v obou měřených místech A a B na zkrutu určen z rovnice /3/Product of this _by 1 tags. If they are shafts, the angle 'represents the angle of rotation of the sides of the mark or adjacent consecutive angles of rotation of all successive marks the same at both measured points A and B on the torsion is determined from equation / 3 /

Ve zvláštním případě může být úhle tb = 2tzn., že na obvodu je jediná značka; potom je nutné nastavovat pouze vzájemné polohy značek v obou měřených místech A a B, a to posunutím polohy snímače, aby Ί/λ = 0. Potom je únel zkrutu 2^. ——.In a particular case, the angle tb = 2 may be that there is a single mark on the perimeter; then it is only necessary to set the relative positions of the marks at both the measured points A and B, by shifting the sensor position to, / λ = 0. Then the torsion February is 2 ^. ——.

VIN

Při větším počtu značek po obvodu hřídele je přesnost měření snížena následkem omezených technických možností přímého nastavení polohy značek. Úhlovému natočení o 1° při otáčkách 1 500 l/min, odpovídá časový interval přibližně 100 ns. Délkový posun na průměru 100 mm, za 1 ns je 8 /um. Změna polohy je zaznamenávána s vysokou přesností, proto je výhodně měřit relativní změny polohy jednotlivých značek. Při relativních měření není nutné dbát na vysokou přesnost instalovaných značek a proto může být aplikováno i v provozních podmínkách poměrně jednoduchými prostředky.With a larger number of markings on the circumference of the shaft, the measurement accuracy is reduced due to limited technical possibilities of direct positioning of the markers. An angular rotation of 1 ° at 1500 l / min corresponds to a time interval of approximately 100 ns. The linear displacement at 100 mm in 1 ns is 8 µm. The position change is recorded with high accuracy, therefore it is advantageous to measure the relative position changes of the individual marks. In relative measurements, it is not necessary to ensure the high accuracy of the installed marks and therefore can be applied even in operating conditions by relatively simple means.

Claims

1. A method of determining the twist angle of a rotating part with the same number of marks placed at any point two rotating parts, between which the twist angle is measured, characterized in that the first no-load at a given constant speed / .mu.l / _Q measured time interval / T ^ / bu3 as the logical sum of the pulse ( ^T VA) from the mark from one location on the rotating part and the next pulse (Tn) from the mark from another location on the rotating part or as the time offset of these

VD pulses (Ty _A , ^T yjj) ^and at the same time or with time interval, at this given constant velocity (aJQ), the time interval (Ty) is measured without load given either pulse width (TVA) or pulse width (/νβ) on one or the other at the rotating part or by the spacing of two successive pulses (TVft, ^T VB) ^at one or the other of the rotating part and then the rotating part is torque loaded and the time interval (T <6) is measured in the same way as the time interval (T.<^/) was measured without load and at the same time or with a time interval is again analogous to the time interval (Ty) was measured without load, the time interval (Ty) is measured, after which the short circuit angle / * f / is determined from the relationship

2. Method according to claim 1, characterized in that the time interval (T _y ) is measured under load on the side where the velocity changes are smaller.