[发明专利]高速旋转主轴实时检测装置及其检测方法

说明书

本发明涉及机械装备中安装使用的实时检测装置，特别涉及高速旋转主轴实时检测装置及其检测方法。本发明装置包括主轴轴向端面测量靶点、激光发射器、图像数据采集器、信号转换器、数据存储器、空间立体坐标系显示系统。该装置的检测方法是图像数据采集器实时接收来自待测主轴轴向端面测量靶点反射的激光，图像数据采集器把接收到的激光干涉条纹通过信号转换器，在立体坐标体系中确定其空间三维坐标，将其三维坐标进行模型运算，得到均值；根据数值进行振动分析和故障诊断。本发明解决了现有技术中各种传感器检测数据的同步性问题，能够在主轴的轴向位置实时地、同步地检测主轴的径向振动、轴向位移、实时转速和转速方向的具体数值。

技术领域

本发明涉及离心式压缩机、汽轮机、光刻机等装有高速旋转主轴的机械装备中安装使用的实时检测装置，特别涉及高速旋转主轴实时检测装置及其检测方法。

背景技术

无论通用机械还是专用设备几乎都需要对高速旋转主轴的振动、转速、以及轴位移进行实时检测，根据测得数据与理论计算数据进行对比分析后采取相应的控制策略。特别是在离心式压缩机等高达20000转的旋转主轴，这些检测装置更是不可或缺的。传统的检测是将转速、振动、轴位移分开检测，其检测结果和实际使用和理想状态差距甚远。因此，需要研制一种能够将基础误差保持一致的多功能实时检测装置。

激光全息技术是利用光的干涉和衍射原理，将物体反射的特定光波以干涉条纹形式记录下来，并在一定条件下使其再现。全息干涉的相干光束是由同一系统产生的，因而可以消除系统的误差、降低对光学元件的精度要求。全息干涉计量能实现高精度非接触无损三维测量，分析测量能够波长数量级的水平,同时还可以对一个物体在2个不同时刻的状态进行对比，从而探测物体在一段时间内发生的任何变化。

“电荷耦合器件”(Charge Couple Device，简写CCD)，是一种以电荷包的形式存储和传递信息的半导体表面器件，能够把光学影像转化为数字信号。由于CCD相机的灵敏度高、噪声低、动态范围大等突出优点，使它在天文物理学、航空航天、生物和医学研究、X射线成像、水下摄影、分子动力学、光谱学等科学研究领域得到广泛的应用。

以往的检测传感器需要在主轴径向分别安装振动传感器、轴位移传感器和转速传感器等三种传感器。这三种传感器安装在主轴相关联的底座上，跟随主轴振动也会产生相应振动。因此，这种检测方法和安装方式，都会极大的降低现场检测精度，而且这三种传感器检测数据很难实现同步性。主轴高速旋转工作过程中会产生振动、轴位移等现象。

主轴高速旋转工作过程中产生的振动信号是分析设备工作情况、故障分析的重要技术数据。轴位移则是反映主轴转动部分和静止部分的相对位置的核心技术指标。而目前进行振动分析仅仅是在平面坐标系中分析，没有考虑轴位移的影响因素。

因此，目前急需一种能够高效故障分析、提高诊断效率的检测装置和检测方法。

发明内容

发明目的：

本发明是基于激光全息干涉原理与CCD图像数据采集技术基础上，在高速旋转主轴工作现场安装一个能够实时、同步检测并存储振动、转速、轴位移、旋转方向等重要基础数据的一种技术装置。高速旋转主轴实时检测装置让主轴端面上的靶点以时间为单位、以空间立体坐标系为值进行实时检测并存储，根据具体振动分析需要能够以二维或三维方式进行展示和模型计算，通过增加时间和轴位移作为主轴振动分析因素，能够进一步提高振动分析和故障诊断效率。

技术方案：

高速旋转主轴实时检测装置，在被测主轴的主轴轴向端面安置主轴轴向端面测量靶点，激光发射器和图像数据采集器设置在带有测量靶点的主轴端面的对面，图像数据采集器与信号转换器连接；信号转换器与数据存储器连接，以空间立体坐标系和时间为单位的数值形式存储在数据存储器；与数据存储器连接的空间立体坐标系显示系统按照时间为衡量单位显示靶点在某一时间的空间立体坐标。