CN109374208B - 一种用于螺旋桨静平衡检测的设备及其误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于螺旋桨静平衡检测的设备及其误差补偿方法，通过后期对螺旋桨中心与检测平台中心之间的偏心距进行补偿来消除偏心距对最终检测结果不平衡质量的影响，可以极大的提高螺旋桨静平衡检测的精度，使得最终误差处于一个极小的范围。

Description

一种用于螺旋桨静平衡检测的设备及其误差补偿方法

技术领域

本发明涉及一种静平衡检测技术领域，特别是一种用于船用螺旋桨静平衡检测中误差补偿方法。

背景技术

螺旋桨是船舶的核心动力原件，随着时代的不断发展，我们对船舶的要求也越来越高，高速化与高精化已经成为了现代船舶的代名词。不断追求螺旋桨的高速化与高精化也意味着对螺旋桨静不平衡质量的消除的要求也不断提高，这就要求我们对螺旋桨静平衡检测方式要进一步改进。

目前已有的螺旋桨静平衡检测主要是通过平衡轴滚动法和摆动法立式平衡仪检测法这两种方法来实现的，已有的静平衡检测设备主要都是通过芯轴定位的方式来对螺旋桨进行对中，再用锥块来固定。但这两种检测方法始终都无法解决螺旋桨中心与检测平台中心之间的偏心距，而由于偏心距的存在螺旋桨在对中过程在容易与锥块卡死，使得检测完成后无法对螺旋桨进行正常拆卸。面对这一问题，申请号为CN201710306613.1的发明专利《一种无芯船用螺旋桨静平衡仪及其静平衡检测方法》提出了一种无芯船用螺旋桨静平衡仪及其静平衡检测方法，它采用视觉引导来完成对中，这种方法理论上是可以使得消除螺旋桨中心与检测平台中心之间的偏心距，但由于吊装过程误差与激光三角测距仪的检测误差，偏心距还是存在。而偏心距的存在势必会最终对不平衡质量的检测结果产生影响，从而会使螺旋桨在实际使用中加速磨损，并会对螺旋桨的性能产生影响。

因此，对螺旋桨中心与检测平台中心之间的偏心距进行补偿就显得十分必要了。

发明内容

针对螺旋桨静平衡检测过程中存在的螺旋桨中心与检测平台中心之间的偏心距无法消除的问题，本发明提出了一种用于螺旋桨静平衡检测的误差补偿方法，通过后期对螺旋桨中心与检测平台中心之间的偏心距进行补偿来消除偏心距对最终检测结果不平衡质量的影响，可以极大的提高螺旋桨静平衡检测的精度，使得最终误差处于一个极小的范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于螺旋桨静平衡检测的设备，包括检测装置，所述检测装置包括承载板，所述承载板的上表面中心位置从下至上依次设置有旋转平台固定端、旋转平台输出端、旋转平台、导轨和工业相机，所述旋转平台输出端带动旋转平台转动，所述导轨上具有导条，导轨一端设有电机，导条上设有激光三角测距仪；所述承载板的下表面中心位置设置有液压悬浮模块，液压悬浮模块侧部具有传感器转换平台电机，液压悬浮模块与承载板之间设有传感器转换平台，传感器转换平台的边缘位置设有测质传感器和称重传感器，所述称重传感器下部设置有伺服电动缸；所述承载板的边缘位置设置有电动推杆。

作为进一步的优选方案，所述承载板的边缘位置设置有四个电动推杆，四个电动推杆两两间距相同。

作为进一步的优选方案，所述承载板的下表面上还设置有倾角传感器。

作为进一步的优选方案，所述导条与激光三角测距仪之间设有激光三角测距仪连接底座，所述导轨和工业相机之间设有工业相机底座。

一种用于螺旋桨静平衡检测的设备的误差补偿方法，包括以下步骤：

步骤一：行车吊着螺旋桨向检测装置靠近，螺旋桨中心转轴孔朝下，工业相机启动，工业相机不断拍摄螺旋桨中心转轴孔相对检测装置位置移动，引导行车到达检测装置中心位置，行车带动螺旋桨沿竖直方向下降，直至四根电动推杆之中，螺旋桨保持悬挂状态；

步骤二：四根电动推杆同步启动，协同对螺旋桨进行悬空对中，行车依然跟随移动，然后将对中好的螺旋桨下放到承载板的上端面保持悬空，电动推杆回归原位，导轨和激光三角测距仪处于螺旋桨中心转轴孔内，电机启动，导轨带着激光三角测距仪向右运动到激光三角测距仪的检测范围内，激光三角测距仪启动采集螺旋桨内孔壁到检测装置中心的距离；

步骤三：旋转平台固定端内部电机工作带动旋转平台输出端启动，驱动旋转平台顺时针旋转一周，导轨顺时针旋转一周，带动激光三角测距仪顺时针旋转一周采集一圈螺旋桨内孔壁距离承载板中心距离数据，将采集到的数据传输给工控机，通过工控机的分析计算，得出最终螺旋桨的中心与承载板的中心之间的误差，通过计算机将最终检测得到的偏心距与预先设定好的标准值即误差允许值进行比较，若这一数值大于误差允许值，则重复上述步骤重新检测，若符合要求则将工业相机最终采集的图像通过视觉处理显示出螺旋桨中心与检测平台中心之间的位置关系，便于以后绘制检测坐标系图；

步骤四：液压悬浮模块启动，液压悬浮球将承载板悬浮起来以承载螺旋桨的重量，此时传感器转换平台的默认位置为称重传感器位于伺服电动缸的正上方，承载板在承载螺旋桨后启动伺服电动缸，伺服电动缸顶升称重传感器、承载板和螺旋桨，其中伺服电动缸顶升结束后，伺服电动缸自带的位移传感器将顶升行程传送给工控机，只要这个行程的最终高度大于承载盘的高度，则读取称重传感器的数据并加以记录，重复上述操作三次取平均值来求得螺旋桨的质量；

步骤五：建立平面坐标系，设传感器转换平台平面具有X轴、Y轴，传感器转换平台上具有三个称重传感器分别为A，B，C，设FA，FB，FC是三个称重传感器的示数，点G为检测平台的中心理论位置，以点G为圆心的圆F是螺旋桨的理论位置，点O是螺旋桨中心的实际位置，以点O为圆心的圆E是螺旋桨的实际位置，H为螺旋桨的实际重心，得出坐标系X、Y轴上的合力矩Δm1,Δm2(公式(1)):

其中：FG为螺旋桨总质量，r为设定桨叶调整后质心的半径，R为称重传感器分布圆的半径，FA、FB、FC为称重传感器采集的数据，J、K为螺旋桨底部圆孔实际中心坐标；

步骤六：但在实际中K,J,FG，FA、FB、FC的参数由于传感器产生的测量误差，设其误差为ΔK、ΔJ、ΔFG、ΔFA、ΔFB、ΔFC，其中真实数据为K1,J1,FG1,FA1,FB1,FC1,则可以获得：

K＝ΔK+K1；J＝ΔJ+J1；FG＝ΔFG+FG1；FA＝ΔFA+FA1；FB＝ΔFB+FB1；FC＝ΔFC+FC1

将其带入公式(1)中得

由上式可知，Δm1,Δm2的误差部分分别为(公式(2))

步骤七：在实际检测过程中，结合设备所采用的激光三角测距仪与称重传感器的检测精度，从上式中可以判断出影响整个检测结果的最大影响参数是螺旋桨的质量FG1，其他误差主要是ΔK、ΔJ、ΔFA、ΔFB、ΔFC主要是激光三角测距仪与称重传感器在检测过程中产生的，如若采用检测精度较高的激光三角测距仪与称重传感器则这部分误差基本可以忽略不计，否则要带入一起计算；若在激光三角测距仪与称重传感器检测精度较高时，只需在公式(2)中带入螺旋桨的质量FG1，质量误差ΔFG，质心半径r和激光三角测距仪的示数与检测精度，就可以将最终的误差计算出来，并带入最终的不平衡质量检测结果中得到准确的不平衡质量并加以消除。

与现有螺旋桨静平衡检测技术相比，本发明提出的一种用于螺旋桨静平衡检测的设备及其误差补偿方法，可以实现对螺旋桨中心与检测平台中心之间的偏心距和传感器的检测误差进行补偿来消除偏心距与传感器的检测误差对最终检测结果不平衡质量的影响，可以极大的提高螺旋桨静平衡检测的精度，使得最终误差处于一个极小的范围，从而可以提升螺旋桨的加工精度，推进效率和使用寿命。

附图说明

图1为误差补偿总体流程图；

图2为对中检测模块结构示意图；

图3为图2对中检测模块中的检测装置结构示意图；

图4为对中检测模块工作流程图；

图5为检测模块结构示意图；

图6为检测模块称重工作流程图；

图7为检测坐标系图；

其中，1-电动推杆；2-检测装置；3-激光三角测距仪；4-导轨；5-电机；6-旋转平台；7-旋转平台输出端；8-旋转平台固定端；9-激光三角测距仪连接底座；10-工业相机底座；11-承载板；12-工业相机；13-伺服电动缸；14-液压悬浮模块；15-传感器转换平台；16-测质传感器；17-称重传感器；18-传感器转换平台电机；19-倾角传感器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

本发明提出一种用于大型船用螺旋桨静平衡检测的误差补偿方法，具体步骤如下：

分析误差来源

影响螺旋桨静平衡检测的误差的主要因素有螺旋桨对中过程中螺旋桨中心与检测平台中心偏移的距离和检测平台上使用的传感器的误差，但其中只有螺旋桨对中过程中螺旋桨中心与检测平台中心偏移的距离是可以补偿的而传感器的检测误差无法避免。如图1所示，我们通过对螺旋桨中心与检测平台中心的偏心距和称重传感器的示数的测定来补偿检测过程中产生的误差。

螺旋桨与检测平台偏心距的测量

如图2、3所示，螺旋桨静平衡检测平台的对中检测模块包括电动推杆1与检测装置2两部分，检测装置主要包括激光三角测距仪3、导轨4、电机5、旋转平台6、旋转平台输出端7、旋转平台固定端8、激光三角测距仪连接底座9、工业相机底座10、承载板11、工业相机12。具体检测过程如图4，工作时，首先行车吊着螺旋桨向检测平台靠近，工业相机12启动，工业相机12不断拍摄螺旋桨相对检测平台的位置，从而引导行车到达指定地点，螺旋桨沿竖直方向下放，当螺旋桨到达设定位置时，对中机构工作，电动推杆1启动，对螺旋桨进行悬空对中，然后将对中好的螺旋桨下放到承载板11的上端面，然后电动推杆1回归原位，检测装置2处于螺旋桨的内空中。这时电机5启动，导轨4带着激光三角测距仪3向右运动到设定好的位置，激光三角测距仪3启动开始准备采集螺旋桨内孔臂到检测装置2中心的距离，旋转平台固定端8内部电机工作带动旋转平台输出端7顺时针旋转一周，旋转平台输出端7带动旋转平台6顺时针旋转一周，旋转平台6通过旋转平台输出端7带动电机5与导轨4顺时针旋转一周，电动导轨带动激光三角测距仪3顺时针旋转一周采集一圈螺旋桨内孔壁距离承载板11中心距离数据，将采集到的数据传输给工控机，通过工控机的分析计算，得出最终螺旋桨的中心与承载板11的中心之间的误差，通过计算机将最终检测得到的偏心距与预先设定好的标准值进行比较，若这一数值过大则重复上述步骤重新检测，若符合要求则将工业相机12最终采集的图像通过视觉处理显示出螺旋桨中心与检测平台中心之间的位置关系。

称重传感器示数的测量

如图5所示，螺旋桨静平衡检测平台的检测模块主要由伺服电动缸13、液压悬浮模块14、传感器转换平台15、测质传感器16、称重传感器17、传感器转换平台电机18、倾角传感器19这些部分组成。其中本发明大型船用螺旋桨静平衡检测的误差补偿方法需要的数据仅有称重传感器17的数据，因此只需进行称重测量，称重检测的过程如图6所示，在工作时，首先液压悬浮模块14启动，液压悬浮球将承载板11悬浮起来以承载螺旋桨的重量，此时传感器转换平台15的默认位置为称重传感器17位于伺服电动缸13的正上方，在螺旋桨安放在承载板11上后启动伺服电动缸13，伺服电动缸13按照预先设定的行程顶升称重传感器17、承载板11和螺旋桨。其中伺服电动缸13预先设定行程的终点高度一定要大于承载板11的高度。在顶升结束后，伺服电动缸13自带的位移传感器将其行程传送给工控机，再由工控机与预先设定的行程作比较，若达到要求则读取称重传感器17的数据并加以记录，由于检测精度的不准确性，所以重复上述操作三次取平均值来求得螺旋桨的质量。

对偏心距与传感器的精度误差进行补偿

如图7所示，A,B,C分别是均匀分布的三个称重传感器，FA,FB,FC是三个称重传感器的示数，G为检测平台的中心即螺旋桨中心的理论位置，以G为圆心的圆F是螺旋桨的理论位置，O是螺旋桨中心的实际位置，以O为圆心的圆E是螺旋桨的实际位置，H为螺旋桨的实际重心。

1)根据图7所建立的坐标系、三个称重传感器的示数、三个称重传感器的位置关系、螺旋桨的实际情况，可以求得在坐标系X、Y轴上的合力矩Δm1,Δm2:

其中：FG为螺旋桨总质量，r为设定桨叶调整后质心的半径(即打磨位置)，R为称重传感器分布圆的半径，FA、FB、FC为称重传感器采集的数据，J、K为螺旋桨底部圆孔实际中心坐标；

2)但在实际中K,J,FG，FA、FB、FC的参数由于传感器产生的测量误差，设其误差为ΔK、ΔJ、ΔFG、ΔFA、ΔFB、ΔFC，其中真实数据为K1,J1,FG1,FA1,FB1,FC1,则可以获得：

K＝ΔK+K1；J＝ΔJ+J1；FG＝ΔFG+FG1；FA＝ΔFA+FA1；FB＝ΔFB+FB1；FC＝ΔFC+FC1

将其带入公式(1)中得

由上式可知，Δm1,Δm2的误差部分分别为

在实际检测过程中，结合设备所采用的激光三角测距仪与称重传感器的检测精度，从上式中可以判断出影响整个检测结果的最大影响参数是螺旋桨的质量FG1，其他误差主要是ΔK、ΔJ、ΔFA、ΔFB、ΔFC主要是激光三角测距仪与称重传感器在检测过程中产生的，如若采用检测精度较高的激光三角测距仪与称重传感器则这部分误差基本可以忽略不计，否则要带入一起计算。若在激光三角测距仪与称重传感器检测精度较高时，只需在公式(2)中带入螺旋桨的质量FG1，质量误差ΔFG，质心半径r和激光三角测距仪的示数与检测精度，就可以将因为检测误差和螺旋桨位置的实际误差而造成的系统检测误差计算出来，最后在检测的不平衡质量检测结果中将这一部分减掉则得到准确的不平衡质量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于螺旋桨静平衡检测设备的误差补偿方法，检测设备包括检测装置(2)，所述检测装置(2)包括承载板(11)，所述承载板(11)的上表面中心位置从下至上依次设置有旋转平台固定端(8)、旋转平台输出端(7)、旋转平台(6)、导轨(4)和工业相机(12)，所述旋转平台输出端(7)带动旋转平台(6)转动，所述导轨(4)上具有导条，导轨(4)一端设有电机(5)，导条上设有激光三角测距仪(3)；所述承载板(11)的下表面中心位置设置有液压悬浮模块(14)，液压悬浮模块(14)侧部具有传感器转换平台电机(18)，液压悬浮模块(14)与承载板(11)之间设有传感器转换平台(15)，传感器转换平台(15)的边缘位置设有测质传感器(16)和称重传感器(17)，所述称重传感器(17)下部设置有伺服电动缸(13)；所述承载板(11)的边缘位置设置有电动推杆(1)，其特征在于：误差补偿方法步骤如下：

步骤一：行车吊着螺旋桨向检测装置(2)靠近，螺旋桨中心转轴孔朝下，工业相机(12)启动，工业相机(12)不断拍摄螺旋桨中心转轴孔相对检测装置(2)位置移动，引导行车将螺旋桨吊到检测装置(2)的正上方，使得螺旋桨的轮毂位于电动推杆的工作范围内，行车带动螺旋桨沿竖直方向下降，直至四根电动推杆(1)之中，螺旋桨保持悬挂状态；

步骤二：四根电动推杆(1)同步启动，协同对螺旋桨进行悬空对中，行车依然跟随移动，然后将对中好的螺旋桨下放到承载板(11)的上端面保持悬空，电动推杆(1)回归原位，导轨(4)和激光三角测距仪(3)处于螺旋桨转轴孔内，电机(5)启动，导轨(4)带着激光三角测距仪(3)沿导轨方向将激光三角测距仪(3)送到它的量程范围内，激光三角测距仪(3)启动采集螺旋桨内孔壁到检测装置(2)中心的距离；

步骤三：旋转平台固定端(8)内部电机工作带动旋转平台输出端(7)启动，驱动旋转平台(6)顺时针旋转一周，导轨(4)顺时针旋转一周，带动激光三角测距仪(3)顺时针旋转一周采集一圈螺旋桨内孔壁距离承载板(11)中心距离数据，将采集到的数据传输给工控机，通过工控机的分析计算，得出最终螺旋桨的中心与承载板(11)的中心之间的误差，通过计算机将最终检测得到的偏心距与预先设定好的标准值即误差允许值进行比较，若这一数值大于误差允许值，则重复步骤一与步骤二重新检测，若符合要求则将工业相机(12)最终采集的图像通过视觉处理显示出螺旋桨中心与检测平台中心之间的位置关系，便于以后绘制检测坐标系图；

步骤四：液压悬浮模块(14)启动，液压悬浮球将承载板(11)悬浮起来以承载螺旋桨的重量，此时传感器转换平台(15)的默认位置为称重传感器(17)位于伺服电动缸(13)的正上方，承载板(11)在承载螺旋桨后启动伺服电动缸(13)，伺服电动缸(13)顶升称重传感器(17)、承载板(11)和螺旋桨，其中伺服电动缸(13)顶升结束后，伺服电动缸(13)自带的位移传感器将顶升行程传送给工控机，只要这个行程的最终高度大于承载盘的高度，则读取称重传感器(17)的数据并加以记录，重复步骤一至步骤三进行三次，取平均值来求得螺旋桨的质量；

步骤五：建立平面坐标系，设传感器转换平台(15)平面具有X轴、Y轴，传感器转换平台(15)上具有三个称重传感器(17)，分别为A，B，C，设FA，FB，FC是三个称重传感器(17)的示数，点G为检测平台的中心理论位置，以点G为圆心的圆F是螺旋桨的理论位置，点O是螺旋桨中心的实际位置，以点O为圆心的圆E是螺旋桨的实际位置，H为螺旋桨的实际重心，得出坐标系X、Y轴上的合力矩Δm1,Δm2，如公式(1)所示：

其中：FG为螺旋桨总质量，r为设定桨叶 调整后质心的半径，R为称重传感器分布圆的半径，FA、FB、FC为称重传感器采集的数据，K为螺旋桨底部圆孔坐标X方向的数值，J为螺旋桨底部圆孔坐标Y方向的数值；

步骤六：但在实际中K、J、FG、FA、FB、FC的参数由于传感器产生的测量误差，设其误差为ΔK、ΔJ、ΔFG、ΔFA、ΔFB、ΔFC，其中真实数据为K1,J1,FG1,FA1,FB1,FC1,则可以获得：

K＝ΔK+K1；J＝ΔJ+J1；FG＝ΔFG+FG1；FA＝ΔFA+FA1；FB＝ΔFB+FB1；FC＝ΔFC+FC1

将其带入公式(1)中得

上式可知，Δm1,Δm2的误差部分如公式(2)所示：

步骤七：在实际检测过程中，结合设备所采用的激光三角测距仪与称重传感器的检测精度，从上式中可以判断出影响整个检测结果的最大影响参数是螺旋桨的质量FG1，其他误差ΔK、ΔJ、ΔFA、ΔFB、ΔFC是激光三角测距仪与称重传感器在检测过程中产生的，如若采用检测精度较高的激光三角测距仪与称重传感器则这部分误差可以忽略不计，否则要带入一起计算；若在激光三角测距仪与称重传感器检测精度较高时，只需在公式(2)中带入螺旋桨的质量FG1，质量误差ΔFG，质心半径r和激光三角测距仪的示数与检测精度，就可以将最终的误差计算出来，并带入最终的不平衡质量检测结果中，用最终的不平衡质量检测结果减去计算出的误差，则可以得到螺旋桨的不平衡质量。

2.根据权利要求1所述的一种用于螺旋桨静平衡检测设备的误差补偿方法，其特征在于：所述承载板(11)的边缘位置设置有四个电动推杆(1)，四个电动推杆(1)两两间距相同。

3.根据权利要求1所述的一种用于螺旋桨静平衡检测设备的误差补偿方法，其特征在于：所述承载板(11)的下表面上还设置有倾角传感器(19)。

4.根据权利要求1所述的一种用于螺旋桨静平衡检测设备的误差补偿方法，其特征在于：所述导条与激光三角测距仪(3)之间设有激光三角测距仪连接底座(9)，所述导轨(4)和工业相机(12)之间设有工业相机底座(10)。

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