ES2337432A1 - Procedimiento y sistema para la deteccion en tiempo real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precision. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y sistema para la detección en tiempo real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precisión. El objeto principal de la invención es un procedimiento para detectar en tiempo real un desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precisión, así como el sistema para llevar a cabo el procedimiento. El procedimiento comprende las siguientes operaciones: a) Adquirir, mediante un medio de adquisición a una frecuencia de muestreo FS, la señal correspondiente a la aceleración de las vibraciones del cabezal; b) Determinar, a partir de la señal obtenida, si el cabezal está desbalanceado.
Description
Procedimiento y sistema para la detección en
tiempo real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de
alta precisión.
El objeto principal de la presente invención es
un procedimiento para detectar en tiempo real un desbalanceo del
cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precisión, así como el
sistema para llevar a cabo dicho procedimiento.
Es conocido que pequeños desbalanceos del
cabezal de un mecanismo rotatorio de alta precisión puede dar lugar
a graves pérdidas de calidad en el resultado del proceso en
cuestión.
Por ejemplo, en el campo del mecanizado de
ultra-precisión, en ocasiones el objetivo es
conseguir superficies con una baja rugosidad, adecuadas para
aplicaciones en que la calidad superficial es un factor clave. Un
cabezal desbalanceado produce vibraciones que tienen una influencia
directa en la precisión del corte, y por lo tanto en la calidad del
acabado superficial. Por tanto, el estudio de las vibraciones en los
procesos de mecanizado tiene una gran importancia para la detección
de anomalías.
La monitorización del mecanizado en tiempo real
es conocida en la técnica. En particular, los documentos US 4131837,
US 5917726, US 6161055, US 6549869 y US 6947800 reivindican
dispositivos o métodos para la monitorización en tiempo real de
diferentes variables o eventos en el mecanizado convencional
empleando diferentes tipos de sensores, ya sean piezoeléctricos u
opto-electrónicos. La patente US 7024063 también
describe un método y aparato para la monitorización en tiempo real
de la operación de pulido de capas de obleas semiconductoras.
Las vibraciones en elementos rotatorios de
rodamientos mecánicos, bien en máquinas centrífugas o en máquinas
herramientas convencionales, también se han estudiado a fondo,
desarrollándose diferentes métodos y dispositivos para su detección
y posterior análisis. En particular, las patentes US 3908444, EP
0011101, US 5537182, EP 1140405, US 6323943, US 6694213, US 7043376,
US 7073384 y US 7386401 describen diferentes métodos para la
medición o detección de vibraciones en los ejes de máquinas
rotativas empleando indistintamente sensores
opto-electrónicos o piezoeléctricos.
La patente US 4432253 describe el diseño de un
sistema de auto-compensación del desbalanceo de
masas para cabezales de centrífugas y tornos de alta velocidad,
entre otros, mediante la inyección automática de fluidos en el
sistema de rodamiento del eje.
También relacionada con el desbalanceo de
cabezales de motores, la solicitud US 2007/0263321 describe un
sistema de control del desbalanceo de masas en el cabezal del motor
de discos duros.
La patente US 5356225 presenta un sistema para
controlar el flujo de aire en rodamientos hidrostáticos de
mecanismos con un alto nivel de rigidez, manteniendo un bajo nivel
de presencia de vibraciones.
Finalmente, para tareas de acabado superficial
de lentes ópticas mediante mecanizado de
ultra-precisión se ha desarrollado en la patente US
5861114 un método para la supresión automática de las vibraciones
que se producen en la herramienta de corte. Las patentes US 7036408
y US 7178433 describen dispositivos para fresado o torneado que
utilizan herramientas con punta de diamante para la fabricación de
lentes ópticas.
En el presente documento, el término
"mecanismo rotatorio de alta precisión" pretende hacer
referencia a todo tipo de procesos donde existe un cabezal que rota
a alta velocidad, incluyendo por ejemplo mecanismos rotatorios con
rodamientos hidrostáticos. En particular, se hace especial
referencia a los procesos de mecanizado de ultra precisión dirigidos
a obtener rugosidades superficiales en la
nano-escala, y más particularmente al torneado con
punta de diamante y otros procesos similares.
Así, a través de una monitorización inteligente
del balanceo del cabezal de un mecanismo rotatorio de alta
precisión, se puede garantizar que el giro del cabezal se lleve a
cabo en las condiciones idóneas y no se produzcan balanceos que
afecten a la calidad del proceso en cuestión.
Un primer aspecto de la invención está dirigido
a un procedimiento para la detección en tiempo real del desbalanceo
del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precisión, donde el
cabezal gira a una velocidad RPM, que comprende las siguientes
operaciones:
a) Adquirir, mediante un medio de adquisición a
una frecuencia de muestreo FS, la señal X(t)
correspondiente a la aceleración de las vibraciones del cabezal.
\vskip1.000000\baselineskip
La señal X(t) se adquiere
utilizando un medio de adquisición adecuado, en particular un
acelerómetro conectado a una tarjeta de adquisición. El acelerómetro
se sitúa en cualquier línea radial al eje de giro, preferentemente
sobre el eje X del cabezal, ya que cuanto más cerca esté del cabezal
mayor será la potencia de la señal obtenida, aunque siempre sin
interferir en el proceso en cuestión.
b) Determinar, a partir de la señal
X(t) obtenida, si el cabezal está desbalanceado.
\vskip1.000000\baselineskip
En esta segunda operación, se emplean los datos
obtenidos en la operación anterior para determinar si las
vibraciones obtenidas se deben a un desbalanceo de dicho cabezal.
Para ello, se realizan las siguientes operaciones:
b1) Eliminar la componente de DC de la señal
X(t) y aplicar a X(t) una transformación
para pasar al dominio de la frecuencia, obteniendo la transformada
T[X(t)].
- La transformada puede ser cualquiera que sirva para pasar los datos de X(t) al dominio de la frecuencia. En realizaciones particulares de la invención se emplea el algoritmo de la Transformada Rápida de Fourier (FFT).
- Además, para calcular la transformada que se aplica a X(t) se utiliza un número de puntos proporcional a la relación entre la frecuencia de muestreo FS y la frecuencia de giro del cabezal RPM.
\vskip1.000000\baselineskip
b2) Buscar el máximo de la transformada
T[X(t)] y su frecuencia correspondiente,
obteniendo MAX(T[X(t)]) y
f_{MAX(T[X(t)])}.
- Una vez se ha pasado la señal de aceleración al dominio de la frecuencia, se busca el pico o armónico de valor máximo del espectro y su frecuencia correspondiente.
\vskip1.000000\baselineskip
b3) Buscar, dentro del rango de análisis (1
\pm p) \cdot
f_{MAX(T[X(t)])}, aquellos armónicos
cuyo valor supera un valor umbral TH.
- A partir del armónico de valor máximo localizado en la operación anterior, se buscan en sus alrededores los armónicos cuyo valor supere un valor umbral TH. En una realización preferida de la invención, p toma valores entre 0,05 y 0,20, y en una realización aún más preferida de la invención, p toma valores entre 0,08 y 0,12.
- El valor umbral TH se puede determinar como un porcentaje del valor de ruido en todo el espectro, como un valor porcentual del armónico principal del espectro, como una media geométrica de ambos valores, o como la media aritmética del espectro en todo el rango de frecuencias en análisis. Seleccionando un valor adecuado de este umbral se puede mejorar en gran medida la eficiencia del procedimiento descrito.
\vskip1.000000\baselineskip
b4) Buscar, entre los armónicos localizados en
la operación anterior, grupos de armónicos separados entre sí por
distancias correspondientes a la frecuencia de giro del cabezal.
- En esta operación se analiza la posición en frecuencia de cada uno de los armónicos localizados en la operación anterior, determinando si existe otro armónico a una distancia aproximadamente equivalente a la frecuencia de giro del cabezal, es decir, a la distancia (RPM/60) Hz. Al decir que los armónicos están separados una distancia equivalente a la frecuencia de giro del cabezal se entiende que no es necesario que dicha distancia sea exacta, sino que se determina un rango o ventana alrededor de (RPM/60). Al final de esta operación, se descubre si los armónicos son independientes unos de otros, o bien forman grupos separados dicha distancia de aproximadamente (RPM/60) Hz entre sí. Preferentemente, se considera que un grupo mínimo está formado al menos por dos armónicos.
\vskip1.000000\baselineskip
b5) Determinar, si existe al menos un grupo de
armónicos separados entre sí por distancias correspondientes a la
frecuencia de giro del cabezal, que el cabezal está
desbalanceado.
- Por último, si se localiza al menos un grupo de armónicos, entonces se puede determinar que el cabezal está desbalanceado en mayor o menor medida. Es decir, mediante este procedimiento se podrían detectar tanto grandes balanceos perjudiciales para el resultado del proceso en cuestión como pequeños balanceos cuyas consecuencias se podrían despreciar.
\vskip1.000000\baselineskip
Adicionalmente, otra realización particular del
procedimiento de la invención comprende además la operación de:
c) Estimar el grado de desbalanceo del
cabezal.
\newpage
Para estimar el grado de desbalanceo del cabezal
se llevan a cabo las siguientes operaciones:
c1) Seleccionar, de entre los grupos de
armónicos localizados, el grupo principal, que es el grupo que tiene
el mayor número de armónicos con mayor potencia.
- Para cada grupo de armónicos se toma su número total, el de mayor valor y la suma de sus valores, de forma que se tiene una noción del número que lo componen y de la potencia de cada uno de ellos. A continuación, los grupos se ordenan primeramente según la cantidad de armónicos que contienen, y en segundo lugar por la suma de sus valores, seleccionándose como grupo principal el que contiene mayor número de armónicos con mayor potencia.
c2) Calcular un parámetro PR que mide la
potencia relativa de los armónicos del grupo principal respecto al
armónico principal de dicho grupo principal.
- El parámetro PR se podría calcular de cualquier modo, siempre que fuese fundamentalmente una medida de la relación entre el valor del armónico principal del grupo principal y la suma de los valores de todos los armónicos del grupo. Sin embargo, en una realización particular de la invención, el parámetro PR se define como:
- donde:
- BPG es la potencia del armónico principal del grupo;
- BP es la componente frecuencial de mayor potencia en el rango del espectro analizado;
- HSPG es la suma de las potencias de los armónicos del grupo principal.
\vskip1.000000\baselineskip
c3) Estimar, a partir del parámetro PR, el grado
de desbalanceo del cabezal (UL).
- La expresión que relaciona el parámetro PR y el grado de desbalanceo del cabezal UL se determina empíricamente a partir de un conjunto de datos experimentales, y por lo tanto se podrían emplear diferentes expresiones para ajustar los datos empíricos obtenidos. La presente solicitud de patente reivindica protección para cualquiera de las expresiones que se utilicen. En una realización particular de la invención, sin embargo, se emplea la siguiente ecuación:
- donde:
- UL es el grado de desbalanceo del cabezal;
- n y m son coeficientes ajustados experimentalmente.
\vskip1.000000\baselineskip
En un segundo aspecto de la invención, se
describe un sistema para la detección en tiempo real del desbalanceo
del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precisión, que
comprende los siguientes elementos:
- Un acelerómetro, situado sobre el eje X del
cabezal, que adquiere la señal correspondiente a las aceleraciones
de las vibraciones del cabezal;
- Un medio de procesamiento, conectado al medio
de adquisición, que recibe dicha señal y determina si las
vibraciones medidas son provocadas por un desbalanceo del
cabezal.
\vskip1.000000\baselineskip
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra un diagrama de bloques del
procedimiento de acuerdo con la presente invención.
Figuras 2 a 6.- Muestran el espectro en
frecuencia de la señal de aceleración del cabezal, para diferentes
velocidades de giro y grado de desbalanceo de cabezal. Para cada
figura, la gráfica nombrada con la letra a) muestra todo el espectro
en frecuencias, mientras que la nombrada con la letra b) muestra un
detalle correspondiente al rango de análisis seleccionado.
Figura 7.- Muestra la potencia relativa entre
picos contra el grado de desbalanceo del cabezal y la curva de
ajuste.
Figura 8.- Muestra los datos experimentales del
grado de desbalanceo contra la potencia relativa entre armónicos y
la curva correspondiente al modelo inverso desarrollado.
Figura 9.- Muestra el error absoluto relativo,
calculado de la aplicación del modelo a los datos experimentales de
validación.
\vskip1.000000\baselineskip
Se describe a continuación un ejemplo de
realización del procedimiento descrito dirigido específicamente a un
proceso de mecanizado de ultra-precisión, haciendo
referencia a las figuras adjuntas. En este ejemplo, se utiliza un
sistema que comprende:
- un acelerómetro piezoeléctrico con resolución
de 10 mV/g, amplificador y acondicionador de señal;
- un ordenador industrial con tarjeta de
adquisición de datos;
- un programa informático embebido en el
ordenador para el procesamiento digital de la señal (adquisición y
filtrado de datos), implementación del procedimiento de la invención
e implementación de la interfaz gráfica de usuario para la muestra
de resultados.
El procedimiento se basa principalmente en la
búsqueda de secuencias de armónicos separados según la frecuencia de
giro del cabezal, alrededor de un rango de un \pm10% (es decir,
p=0,1) de la frecuencia de la componente principal del espectro.
Esta componente se puede ajustar automáticamente de antemano, ya que
se corresponde con el armónico principal de la señal con el cabezal
sin girar. Esto determinado de antemano permite mejorar el tiempo de
cálculo del algoritmo. De existir secuencias de componentes de más
de un mínimo de elementos se deduce que el cabezal está
desbalanceado. La Fig. 1 muestra un algoritmo del procedimiento
descrito.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se ha explicado previamente, en una primera
parte del procedimiento se buscan grupos de armónicos, que son
indicativos de un desbalanceo del cabezal. Los pasos que se siguen
son los siguientes:
- 1)
- De la señal medida se elimina la componente de DC restándole su valor medio. A continuación, en este ejemplo se calcula la Transformada Rápida de Fourier (X_{FFT} = FFT(X))
- 2)
- Se busca el máximo del espectro (MAX_X_{FFT}) y su frecuencia correspondiente (f_{MAX\_X_{FFT}}).
- 3)
- Se calcula el rango de análisis, que en este ejemplo es de entre 0,9 y 1.1 de f_{MAX\_X_{FFT}}, ya que p=0,1.
- 4)
- Los armónicos se detectan calculando la pendiente del espectro de la señal, de existir cambio de signo de positivo a negativo en la pendiente, existe un máximo en la señal original. Si el valor del espectro en este punto sobrepasa un umbral y además la tendencia de la pendiente antes y después de este punto cambia de signo, entonces se considera que el máximo encontrado es un armónico del espectro.
- 5)
- Se calcula la distancia en frecuencia de los armónicos, buscando aquellos que estén separados una distancia dentro de una ventana centrada en la frecuencia de giro (RPM/60) \pm una tolerancia, que en este caso se obtiene como un porcentaje de la velocidad de giro.
- 6)
- De encontrarse armónicos separados una frecuencia dentro de dicha ventana, entonces se cuentan y se agrupan según el orden de las secuencias que existan.
Para el cálculo de la transformada de Fourier se
debe utilizar un número de puntos (N_fft) proporcional a la
relación entre la frecuencia de muestreo (FS) y la frecuencia
de giro del cabezal,
donde, NxRPM es la cantidad
de puntos, en el espectro de la señal, entre armónicos consecutivos
de la frecuencia de
giro.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, el valor umbral (TH) para la detección
de los armónicos, se puede determinar bien como un valor fijo, o
bien a partir del nivel de ruido en el espectro, como un valor
porcentual del armónico principal del espectro, como una media
geométrica de ambos valores o como la media aritmética del espectro
en todo el rango de frecuencias en análisis. Seleccionando un valor
adecuado del umbral, se mejorará en gran medida la eficiencia del
algoritmo.
Así, si se detecta algún grupo de armónicos con
más de dos elementos, se puede deducir que el cabezal está
desbalanceado. A continuación, se continúa el procedimiento para
estimar cuál es el grado de desbalanceo del cabezal.
\vskip1.000000\baselineskip
Por cada grupo de secuencia de armónicos
localizado se almacena su número total, el de mayor valor y la suma
de sus valores. De tal forma que se tiene una noción del número que
lo componen y de la potencia de cada uno ellos.
A continuación, los grupos se ordenan
primeramente según la cantidad de armónicos que contienen y además
por la suma de los valores de estos, quedando como grupo principal
el que contiene mayor número de armónicos con mayor potencia. Del
grupo principal obtenido se calcula la relación entre el armónico
principal y el resto del grupo (Peak Ratio), obteniéndose una medida
de la potencia relativa del resto de los armónicos respecto al
principal. En este ejemplo, el coeficiente utilizado está definido
por la siguiente expresión:
donde:
PR - Peak Ratio
BPG - Armónico principal del grupo (Biggest Peak
in the Group)
BP - Componente frecuencial de mayor potencia en
el rango del espectro analizado (Biggest Peak)
HSPG - Suma de las potencias de los armónicos
del grupo escogido (Highest Sum Peaks in a Group)
\vskip1.000000\baselineskip
La siguiente tabla muestra los resultados
obtenidos para diferentes velocidades de giro del cabezal, donde UL
representa el grado o nivel de desbalance del cabezal medido
experimentalmente y el "número de picos" representa el mayor
número de picos o armónicos obtenidos en secuencia. El grado de
desbalanceo del cabezal se mide empleando la unidad de medida que
proporciona el sistema de medición del CNC del torno utilizado
pre-proceso de corte. Se mide el desplazamiento en
mieras que produce el eje de giro debido al desbalanceo del cabezal.
Así, se tienen 4 niveles diferentes de desbalanceo y se repitió el
experimento tres veces para cada nivel.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el cálculo de la transformada de Fourier se
utilizaron 20 puntos (NxRPM) entre armónicos de la frecuencia de
giro. La frecuencia de muestreo utilizada es de 50 kHz.
En las Figs. 2, 3, 4, 5 y 6 se muestran los
espectros de algunos de los experimentos:
Fig. 2a y 2b: 1000RPM y grado de desbalanceo
0,044 \mum
Fig. 3a y 3b: 2000RPM y grado de desbalanceo
0,149 \mum
Fig. 4a y 4b: 3000RPM y grado de desbalanceo
0,304 \mum
Fig. 5a y 5b: 4000RPM y grado de desbalanceo
0,478 \mum
Fig. 6a y 6b: 5000RPM y grado de desbalanceo
0,665 \mum
En ellas se aprecian los picos detectados y los
umbrales TH utilizados. En línea discontinua se muestra el umbral
calculado para los armónicos, que en este ejemplo se determinó como
la media aritmética del espectro en todo el rango de frecuencias en
análisis.
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de los datos experimentales obtenidos,
se obtiene el comportamiento del Peak Ratio para cada experimento
según el nivel de balanceo del cabezal (Fig. 7), y se observa
también que con el incremento del balanceo del cabezal aumenta
también la potencia relativa entre los picos.
La Fig. 7 ilustra también una curva de ajuste
para la que se ha utilizado, en este ejemplo, una función matemática
tangente hiperbólica obtenida mediante técnicas de regresión lineal
con un coeficiente de correlación R^{2} igual a 0,98. La forma
general de la ecuación de la curva ajustada es la siguiente:
donde:
PR es el Peak Ratio;
UL es el grado de desbalance del cabezal
(Unbalance Level);
m, n son coeficientes de ajuste lineal.
\vskip1.000000\baselineskip
Los coeficientes m y n están ajustados,
inicialmente, en 2,220126 y -1,59696, respectivamente.
Una vez que se ha obtenido el modelo matemático
que relaciona el nivel de desbalanceo del cabezal, mediante
mediciones previas a la operación de corte, y el Peak Ratio o razón
de potencia entre armónicos, es posible desarrollar un modelo
inverso, que estime el grado de desbalanceo del cabezal a partir del
PR. Este modelo inverso permite estimar el desbalanceo del cabezal,
tanto antes del corte como durante la operación del corte, midiendo
solamente las vibraciones en el cabezal. De este modo, se pueden
detectar en tiempo real posibles vibraciones dañinas para el cabezal
o que puedan afectar la calidad del corte.
A partir del modelo directo, descrito
previamente, es posible obtener el modelo inverso, que tiene en este
ejemplo la siguiente ecuación general:
El modelo planteado anteriormente debe cumplir
la condición de que UL sea mayor que 0, por lo que PR debe cumplir
lo siguiente:
Pero independientemente de esta última
condición, es posible definir una condición de valor mínimo para UL
(UL_{min}) de carácter práctico. Según los experimentos
realizados, en los que se ha basado el modelo desarrollado, podemos
fijar este valor mínimo, inicialmente, en 0,010 \mum. Dado el
valor de UL_{min} fijado, entonces la ecuación general para el
cálculo de UL, será la siguiente:
En la Fig. 8 se ilustran los datos
experimentales de UL vs. PR y además los valores de UL obtenidos del
modelo inverso, para los mismos valores de potencia relativa entre
armónicos o picos.
\vskip1.000000\baselineskip
La siguiente tabla muestra el resultado de la
evaluación del procedimiento descrito empleando otro conjunto de
datos experimentales.
Al evaluar el procedimiento según el nuevo
conjunto de datos de PR, se obtuvo el error absoluto entre el grado
de desbalance del cabezal modelado y el experimental. En la Fig. 9
se puede observar como el error disminuye drásticamente a medida que
se incrementa el PR, lo que significa que el modelo es más preciso a
medida que se incrementa el desbalance del cabezal.
\vskip1.000000\baselineskip
Teniendo en cuenta el análisis realizado en la
sección anterior, es posible tomar decisiones respecto a la
influencia del grado de desbalanceo en la aparición de vibraciones
que puedan dañar el cabezal de la máquina o la calidad del corte
durante la propia operación de corte. Si se define un valor límite
mínimo para PR (PR_{LIM}), que, dado los datos obtenidos
experimentalmente, puede ajustarse inicialmente en 0,055, el sistema
de monitorización puede tomar las siguientes decisiones:
Si PR < PR_{LIM}, entonces: NO SE
DETECTAN VIBRACIONES DAÑINAS EN EL CABEZAL DEBIDO A SU
DESBALANCE.
En caso contrario: SE DETECTAN VIBRACIONES EN EL
CABEZAL QUE PUEDEN DAÑAR LA CALIDAD DEL CORTE.
A pesar también de que las realizaciones
descritas de la invención con referencia a los dibujos comprenden
sistemas de computación y procesos realizados en sistemas de
computación, la invención también se extiende a programas de
ordenador, más particularmente a programas de ordenador en o sobre
unos medios portadores, adaptados para poner la invención en
práctica. El programa de ordenador puede estar en forma de código
fuente, de código objeto o en un código intermedio entre código
fuente y código objeto, tal como en forma parcialmente compilada, o
en cualquier otra forma adecuada para usar en la implementación de
los procesos de acuerdo con la invención. El medio portador puede
ser cualquier entidad o dispositivo capaz de portar el programa.
Por ejemplo, el medio portador puede comprender
un medio de almacenamiento, tal como una ROM, por ejemplo un
CD ROM o una ROM semiconductora, o un medio de
grabación magnético, por ejemplo un floppy disc o un disco
duro. Además, el medio portador puede ser un medio portador
transmisible tal como una señal eléctrica u óptica que puede
transmitirse vía cable eléctrico u óptico o mediante radio u otros
medios.
Cuando el programa de ordenador está contenido
en una señal que puede transmitirse directamente mediante un cable u
otro dispositivo o medio, el medio portador puede estar constituido
por dicho cable u otro dispositivo o medio.
Alternativamente, el medio portador puede ser un
circuito integrado en el que está encapsulado (embedded) el
programa de ordenador, estando adaptado dicho circuito integrado
para realizar, o para usarse en la realización de, los procesos
relevantes.
Claims (19)
1. Procedimiento para la detección en tiempo
real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta
precisión, donde el cabezal gira a una velocidad RPM,
caracterizado porque comprende las siguientes
operaciones:
a) Adquirir, mediante un medio de adquisición a
una frecuencia de muestreo FS, la señal X(t)
correspondiente a la aceleración de las vibraciones del cabezal;
b) Determinar, a partir de la señal
X(t) obtenida, si el cabezal está desbalanceado.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la
operación de:
c) Estimar el grado de desbalanceo del
cabezal.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el medio de
adquisición que adquiere la señal X(t) se coloca sobre
el eje X del cabezal.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la operación de
determinar si el cabezal está desbalanceado comprende las siguientes
operaciones:
b1) Eliminar la componente de DC de la señal
X(t) y aplicar a X(t) una transformación
para pasar al dominio de la frecuencia, obteniendo la transformada
T[X(t)].
b2) Buscar el máximo de la transformada
T[X(t)] y su frecuencia correspondiente,
obteniendo MAX(T[X(t)]) y
f_{MAX(T[X(t)])}.
b3) Buscar, dentro del rango de análisis (1
\pm p) \cdot
f_{MAX(T[X(t)])}, aquellos armónicos
cuyo valor supera un valor umbral TH.
b4) Buscar, entre los armónicos localizados en
la operación anterior, grupos de armónicos separados entre sí por
distancias correspondientes a la frecuencia de giro del cabezal.
b5) Determinar, si existe al menos un grupo de
dichos armónicos separados entre sí por distancias correspondientes
a la frecuencia de giro del cabezal, que el cabezal está
desbalanceado.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque el parámetro p está
dentro del rango [0,05, 0,20].
6. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque el parámetro p está
dentro del rango [0,08, 0,12].
7. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque la transformación que
se aplica a X(t) es la Transformada Rápida de Fourier
(FFT).
8. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque el número de puntos
utilizado para calcular la transformada que se aplica a
X(t) es proporcional a la relación entre la frecuencia
de muestreo FS y la frecuencia de giro del cabezal RPM.
9. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque el valor umbral TH es
proporcional a la media aritmética del espectro en el rango de
análisis.
10. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque el valor umbral TH es
proporcional a la media geométrica del nivel de ruido del espectro y
el nivel del armónico principal del espectro.
11. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque el valor umbral TH es
proporcional al armónico principal dentro del rango en análisis.
12. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque el valor umbral TH es
fijo.
13. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la operación de
estimar el grado de desbalanceo del cabezal comprende las siguientes
operaciones:
c1) Seleccionar, de entre los grupos de
armónicos localizados, el grupo principal que tiene el mayor número
de armónicos con mayor potencia.
c2) Calcular un parámetro PR que mide la
potencia relativa de los armónicos del grupo principal respecto al
armónico principal de dicho grupo principal.
c3) Estimar, a partir del parámetro PR, el grado
de desbalanceo del cabezal.
\vskip1.000000\baselineskip
14. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13, caracterizado porque el parámetro PR se
calcula mediante la siguiente expresión:
donde:
BPG es la potencia del armónico principal del
grupo;
BP es la componente frecuencial de mayor
potencia en el rango de de análisis;
HSPG es la suma de las potencias de los
armónicos del grupo principal.
\vskip1.000000\baselineskip
15. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13, caracterizado porque la operación de
estimar el grado de desbalanceo del cabezal se realiza mediante la
siguiente ecuación:
donde:
UL es el grado de desbalanceo del cabezal;
n y m son coeficientes que se ajustan
experimentalmente.
\vskip1.000000\baselineskip
16. Programa de ordenador caracterizado
porque comprende instrucciones de programa para provocar que un
sistema de computación realice el procedimiento según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 15.
17. Programa de ordenador según la
reivindicación 16, caracterizado porque está almacenado en
unos medios de grabación.
18. Programa de ordenador según la
reivindicación 16, caracterizado porque es portado por una
señal portadora eléctrica.
19. Sistema para la detección en tiempo real del
desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precisión
mediante el procedimiento descrito en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende los siguientes
elementos:
- Un acelerómetro, situado sobre el eje X del
cabezal, que adquiere la señal correspondiente a las aceleraciones
de las vibraciones del cabezal;
- Un medio de procesamiento, conectado al medio
de adquisición, que recibe dicha señal y determina si las
vibraciones medidas son provocadas por un desbalanceo del
cabezal.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802614A ES2337432B8 (es) | 2008-09-15 | 2008-09-15 | Procedimiento y sistema para la deteccion en tiempo real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precision. |
| PCT/ES2009/070374 WO2010029204A1 (es) | 2008-09-15 | 2009-09-10 | Procedimiento y sistema para la detección en tiempo real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precisión |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802614A ES2337432B8 (es) | 2008-09-15 | 2008-09-15 | Procedimiento y sistema para la deteccion en tiempo real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precision. |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2337432A1 true ES2337432A1 (es) | 2010-04-23 |
| ES2337432B2 ES2337432B2 (es) | 2011-02-08 |
| ES2337432B8 ES2337432B8 (es) | 2011-08-05 |
Family
ID=42004829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200802614A Expired - Fee Related ES2337432B8 (es) | 2008-09-15 | 2008-09-15 | Procedimiento y sistema para la deteccion en tiempo real del desbalanceo del cabezal en un mecanismo rotatorio de alta precision. |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2337432B8 (es) |
| WO (1) | WO2010029204A1 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4010637A (en) * | 1975-10-06 | 1977-03-08 | Lockheed Aircraft Corporation | Machine vibration monitor and method |
| US4435770A (en) * | 1980-03-19 | 1984-03-06 | Hitachi, Ltd. | Vibration diagnosing method and apparatus for a rotary machine |
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2008
- 2008-09-15 ES ES200802614A patent/ES2337432B8/es not_active Expired - Fee Related
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2009
- 2009-09-10 WO PCT/ES2009/070374 patent/WO2010029204A1/es not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010029204A1 (es) | 2010-03-18 |
| ES2337432B2 (es) | 2011-02-08 |
| ES2337432B8 (es) | 2011-08-05 |
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