一種激光精密去重系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用激光技術(shù)完成對轉(zhuǎn)子質(zhì)心的調(diào)整，使其達(dá)到平衡狀態(tài)的裝 置，具體涉及一種激光精密去重系統(tǒng)及方法，主要應(yīng)用于提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、噴氣發(fā)動機(jī)等 平衡精度的精密加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著慣性陀螺儀表精度和穩(wěn)定性的不斷提高，對陀螺轉(zhuǎn)子動平衡的精度和工藝要 求也隨之增高，去重平衡實質(zhì)上是通過改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布來完成的。在具有高速轉(zhuǎn)動部 件如：陀螺馬達(dá)、電動機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)活動件等所有精密機(jī)械和儀器上，產(chǎn)生的功能誤差 (如陀螺儀上的漂移效應(yīng)）和干擾性的擺動，常常是由于殘留在轉(zhuǎn)動部件內(nèi)的不平衡量所 引起的。因而進(jìn)行精密的去重平衡，使轉(zhuǎn)動部件的旋轉(zhuǎn)軸與中心慣性軸重合，對于提高慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動部件的精度和壽命意義重大。
[0003] 傳統(tǒng)去重平衡技術(shù)主要有兩種方式：一種是通過鉆頭打孔等方式，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動部 件質(zhì)心的調(diào)整。平衡轉(zhuǎn)動部件的過程需要多次起動、測量、停止、去重的工藝過程，才能達(dá)到 所期望的平衡精度。但此種方式平衡效率低、定位精度差、勞動強(qiáng)度大、平衡精度不高，頻繁 的起動、去重、停止還影響轉(zhuǎn)子的使用壽命。此外，對于結(jié)構(gòu)特殊的撓性陀螺轉(zhuǎn)子，由于撓性 接頭強(qiáng)度低，人工去重作用力大，容易使接頭筋部受力變形，直接影響陀螺儀表的工作穩(wěn)定 性；另一種方式是采用激光動平衡方式測量及去重，但由于液浮陀螺轉(zhuǎn)子只能在浮油內(nèi)檢 測不平衡位置，無法在高速旋轉(zhuǎn)中測量，故不適合激光動平衡測量方式。在激光用于平衡之 前，國外曾報導(dǎo)用電子束加工來實現(xiàn)平衡，但相對于靜電陀螺，因為在平衡過程中要產(chǎn)生電 磁場的干擾偏轉(zhuǎn)，同時還需要抽真空系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)，限制了它的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單的激光精 密去重系統(tǒng)及去重方法，克服了傳統(tǒng)電鉆、動平衡等方式去重的缺點，既能實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的精 確定位、提高效率，又能精密去除質(zhì)量，達(dá)到轉(zhuǎn)子所需要的平衡精度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0006] -種激光精密去重系統(tǒng)，包括激光光路傳輸單元、工作場、激光電路控制單元、調(diào) 焦裝置和攝像裝置，
[0007] 工作場包含氣體保護(hù)裝置、轉(zhuǎn)子和除塵裝置，轉(zhuǎn)子外部設(shè)置有防止轉(zhuǎn)子表面氧化 的氣體保護(hù)裝置及去轉(zhuǎn)子表面灰塵的除塵裝置；
[0008] 激光電路控制單元包含上位機(jī)、主控電路、激光控制電路、圖像采集卡和電機(jī)驅(qū)動 器，其中上位機(jī)向主控電路發(fā)送激光參數(shù)控制指令、掃描振鏡控制信號指令和方向及脈沖 指令，主控電路將從上位機(jī)接到的參數(shù)控制指令發(fā)送到激光控制電路中，激光控制電路將 參數(shù)控制指令轉(zhuǎn)化為平均功率、重復(fù)頻率信號，同時將平均功率、重復(fù)頻率信號發(fā)送給激光 光路傳輸單元，用來發(fā)送符合參數(shù)設(shè)置的激光；主控電路從上位機(jī)接到掃描振鏡控制信號 指令，并通過激光控制電路發(fā)送至激光光路傳輸單元，以實現(xiàn)激光光路的偏轉(zhuǎn)定位，最終將 高能量密度激光傳至轉(zhuǎn)子上，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子去重；
[0009] 主控電路將從上位機(jī)接到的方向及脈沖指令發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動器中，電機(jī)驅(qū)動器將 方向及脈沖信號發(fā)送到調(diào)焦裝置，控制激光光路傳輸單元的位置移動，完成對激光焦點位 置的調(diào)節(jié)；
[0010] 攝像裝置采集轉(zhuǎn)子圖像，圖像采集卡將攝像裝置中的轉(zhuǎn)子圖像傳遞到上位機(jī)上顯 示，完成對轉(zhuǎn)子圖像的校正。
[0011] 激光光路傳輸單元包含激光器、可見光指不器、光路傳輸器、掃描振鏡和平場聚焦 鏡，其中脈沖激光器從激光電路控制單元中接收平均功率、重復(fù)頻率信號，并發(fā)送符合參數(shù) 設(shè)置的激光到光路傳輸器中，光路傳輸器同時接收可見光指示器發(fā)出的指示光，并將激光 與指不光在光路傳輸器中進(jìn)行激光的合束及擴(kuò)束，經(jīng)合束及擴(kuò)束后的光束射入到掃描振鏡 上，掃描振鏡同時將從主控電路獲得的掃描振鏡控制信號指令轉(zhuǎn)化為運動信號，實現(xiàn)光路 在X向和Y向的偏轉(zhuǎn)定位，經(jīng)偏轉(zhuǎn)后的光束射到平場聚焦鏡上，用來聚焦光束，以產(chǎn)生高能 量密度激光至轉(zhuǎn)子上。
[0012] 對掃描振鏡需要進(jìn)行多點校正，其方法為：建立一個多點網(wǎng)格，建立原始輸入網(wǎng)格 和失真網(wǎng)格之間的函數(shù)關(guān)系，確定失真圖形上對應(yīng)點相對于理論坐標(biāo)點在X方向和y方向 上的誤差值，通過計算得出失真圖形并輸出，當(dāng)輸出的圖形是標(biāo)準(zhǔn)正方形時校正成功。
[0013] 對轉(zhuǎn)子圖像的校正方法為：在上位機(jī)內(nèi)繪制校正點，X向和Y向校正點取奇數(shù)，確 定中心校正點為圖像中心，匹配攝像裝置可視區(qū)域，對攝像裝置進(jìn)行校正，如上位機(jī)內(nèi)圖像 顯示仍存在畸變，則重新校正，直至圖像無明顯畸變可清晰顯示轉(zhuǎn)子特征為止，則完成校 正。
[0014] -種激光精密去重方法，具體步驟為：
[0015] 第一步：檢測轉(zhuǎn)子的去重位置，確定轉(zhuǎn)子不平衡相位和質(zhì)量數(shù)據(jù)；
[0016] 第二步：將轉(zhuǎn)子安裝在激光可掃描區(qū)域內(nèi)，啟動上位機(jī)，通過上位機(jī)發(fā)送方向及脈 沖指令來控制調(diào)焦裝置，完成對激光焦點位置的調(diào)節(jié)；
[0017] 第三步：啟動攝像裝置，并完成對圖像的校正；
[0018] 第四步：啟動掃描系統(tǒng)，對掃描系統(tǒng)進(jìn)行多點校正，并完成對轉(zhuǎn)子過重部位的精準(zhǔn) 定位；
[0019] 第五步：設(shè)置激光去重參數(shù)，包括激光器平均功率參數(shù)、重復(fù)頻率參數(shù)和掃描系統(tǒng) 的掃描速度參數(shù)，當(dāng)以上參數(shù)設(shè)置完成后，進(jìn)入下一步；
[0020] 第六步：開啟氣體保護(hù)和除塵裝置并開啟激光器，按照第五步中設(shè)置的激光器平 均功率參數(shù)、重復(fù)頻率參數(shù)和掃描系統(tǒng)的掃描速度參數(shù)及第四步驟中上位機(jī)內(nèi)繪制的去重 圖形對材料去重，對去重凹坑吹入防止重凹坑氧化的保護(hù)氣體，并及時將加工產(chǎn)生的粉塵 吸除；
[0021] 第七步：激光去重完成后，關(guān)閉激光器，在上位機(jī)內(nèi)重新繪制去毛刺圖形，將去重 凹坑覆蓋，設(shè)置激光器和掃描系統(tǒng)速度參數(shù)，對去重凹坑做去毛刺處理。
[0022] 所述第五步中通過計算確定激光器平均功率參數(shù)；根據(jù)去重效果，在IKHz~ IOMHz范圍內(nèi)選擇激光器重復(fù)頻率參數(shù)；根據(jù)對加工效率的要求，在500mm/s~25000mm/s 范圍內(nèi)選擇掃描速度參數(shù)。
[0023] 所述第三步中對圖像的校正方法為：在上位機(jī)內(nèi)繪制校正點，X向和Y向校正點取 奇數(shù)，確定中心校正點為圖像中心，匹配攝像裝置可視區(qū)域，對攝像裝置進(jìn)行校正，如上位 機(jī)內(nèi)圖像顯示仍存在畸變，則重新校正，直至圖像無明顯畸變可清晰顯示轉(zhuǎn)子特征為止，則 完成校正。
[0024] 所述第四步中對轉(zhuǎn)子過重部位的精準(zhǔn)定位方法為：在上位機(jī)內(nèi)繪制去重圖形，根 據(jù)第一步中確定的轉(zhuǎn)子不平衡相位和質(zhì)量數(shù)據(jù)，在上位機(jī)內(nèi)建立去重坐標(biāo)位置，將去重圖 形覆蓋在轉(zhuǎn)子的待去重位置上，并啟動可見光指示器，在上位機(jī)內(nèi)觀察指示光具體位置，直 至去重圖形與轉(zhuǎn)子的待去重位置一致，則完成精準(zhǔn)定位。
[0025] 所述第五步中激光器平均功率參數(shù)確定方法為：激光去重時，根據(jù)各向同性的均 質(zhì)去重材料的熱傳導(dǎo)偏微分方程，同時結(jié)合去重表面的對流和輻射散熱條件，獲得針對不 同材料，激光去重所需的激光器平均功率。
[0026] 激光器輸出連續(xù)或脈沖式激光，能量均勻分布，激光波長段為0. 266ym~ 10. 64ym，輸出平均功率小于500W。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0028] (1)本發(fā)明利用激光去重代替了傳統(tǒng)電鉆去重平衡方式，彌補了傳統(tǒng)平衡方式定 位精度差、去重精度低的缺點，簡化了傳統(tǒng)復(fù)雜的去重過程，轉(zhuǎn)子無需多次裝卡，提高