一种激光精密去重系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用激光技术完成对转子质心的调整，使其达到平衡状态的装 置，具体涉及一种激光精密去重系统及方法，主要应用于提高惯性导航系统、喷气发动机等 平衡精度的精密加工领域。
【背景技术】
[0002] 随着惯性陀螺仪表精度和稳定性的不断提高，对陀螺转子动平衡的精度和工艺要 求也随之增高，去重平衡实质上是通过改变转子的质量分布来完成的。在具有高速转动部 件如：陀螺马达、电动机、喷气发动机活动件等所有精密机械和仪器上，产生的功能误差 (如陀螺仪上的漂移效应）和干扰性的摆动，常常是由于残留在转动部件内的不平衡量所 引起的。因而进行精密的去重平衡，使转动部件的旋转轴与中心惯性轴重合，对于提高惯性 导航系统和转动部件的精度和寿命意义重大。
[0003] 传统去重平衡技术主要有两种方式：一种是通过钻头打孔等方式，实现对转动部 件质心的调整。平衡转动部件的过程需要多次起动、测量、停止、去重的工艺过程，才能达到 所期望的平衡精度。但此种方式平衡效率低、定位精度差、劳动强度大、平衡精度不高，频繁 的起动、去重、停止还影响转子的使用寿命。此外，对于结构特殊的挠性陀螺转子，由于挠性 接头强度低，人工去重作用力大，容易使接头筋部受力变形，直接影响陀螺仪表的工作稳定 性；另一种方式是采用激光动平衡方式测量及去重，但由于液浮陀螺转子只能在浮油内检 测不平衡位置，无法在高速旋转中测量，故不适合激光动平衡测量方式。在激光用于平衡之 前，国外曾报导用电子束加工来实现平衡，但相对于静电陀螺，因为在平衡过程中要产生电 磁场的干扰偏转，同时还需要抽真空系统和高压系统，限制了它的使用。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提出一种结构简单的激光精 密去重系统及去重方法，克服了传统电钻、动平衡等方式去重的缺点，既能实现对转子的精 确定位、提高效率，又能精密去除质量，达到转子所需要的平衡精度。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] -种激光精密去重系统，包括激光光路传输单元、工作场、激光电路控制单元、调 焦装置和摄像装置，
[0007] 工作场包含气体保护装置、转子和除尘装置，转子外部设置有防止转子表面氧化 的气体保护装置及去转子表面灰尘的除尘装置；
[0008] 激光电路控制单元包含上位机、主控电路、激光控制电路、图像采集卡和电机驱动 器，其中上位机向主控电路发送激光参数控制指令、扫描振镜控制信号指令和方向及脉冲 指令，主控电路将从上位机接到的参数控制指令发送到激光控制电路中，激光控制电路将 参数控制指令转化为平均功率、重复频率信号，同时将平均功率、重复频率信号发送给激光 光路传输单元，用来发送符合参数设置的激光；主控电路从上位机接到扫描振镜控制信号 指令，并通过激光控制电路发送至激光光路传输单元，以实现激光光路的偏转定位，最终将 高能量密度激光传至转子上，实现对转子去重；
[0009] 主控电路将从上位机接到的方向及脉冲指令发送到电机驱动器中，电机驱动器将 方向及脉冲信号发送到调焦装置，控制激光光路传输单元的位置移动，完成对激光焦点位 置的调节；
[0010] 摄像装置采集转子图像，图像采集卡将摄像装置中的转子图像传递到上位机上显 示，完成对转子图像的校正。
[0011] 激光光路传输单元包含激光器、可见光指不器、光路传输器、扫描振镜和平场聚焦 镜，其中脉冲激光器从激光电路控制单元中接收平均功率、重复频率信号，并发送符合参数 设置的激光到光路传输器中，光路传输器同时接收可见光指示器发出的指示光，并将激光 与指不光在光路传输器中进行激光的合束及扩束，经合束及扩束后的光束射入到扫描振镜 上，扫描振镜同时将从主控电路获得的扫描振镜控制信号指令转化为运动信号，实现光路 在X向和Y向的偏转定位，经偏转后的光束射到平场聚焦镜上，用来聚焦光束，以产生高能 量密度激光至转子上。
[0012] 对扫描振镜需要进行多点校正，其方法为：建立一个多点网格，建立原始输入网格 和失真网格之间的函数关系，确定失真图形上对应点相对于理论坐标点在X方向和y方向 上的误差值，通过计算得出失真图形并输出，当输出的图形是标准正方形时校正成功。
[0013] 对转子图像的校正方法为：在上位机内绘制校正点，X向和Y向校正点取奇数，确 定中心校正点为图像中心，匹配摄像装置可视区域，对摄像装置进行校正，如上位机内图像 显示仍存在畸变，则重新校正，直至图像无明显畸变可清晰显示转子特征为止，则完成校 正。
[0014] -种激光精密去重方法，具体步骤为：
[0015] 第一步：检测转子的去重位置，确定转子不平衡相位和质量数据；
[0016] 第二步：将转子安装在激光可扫描区域内，启动上位机，通过上位机发送方向及脉 冲指令来控制调焦装置，完成对激光焦点位置的调节；
[0017] 第三步：启动摄像装置，并完成对图像的校正；
[0018] 第四步：启动扫描系统，对扫描系统进行多点校正，并完成对转子过重部位的精准 定位；
[0019] 第五步：设置激光去重参数，包括激光器平均功率参数、重复频率参数和扫描系统 的扫描速度参数，当以上参数设置完成后，进入下一步；
[0020] 第六步：开启气体保护和除尘装置并开启激光器，按照第五步中设置的激光器平 均功率参数、重复频率参数和扫描系统的扫描速度参数及第四步骤中上位机内绘制的去重 图形对材料去重，对去重凹坑吹入防止重凹坑氧化的保护气体，并及时将加工产生的粉尘 吸除；
[0021] 第七步：激光去重完成后，关闭激光器，在上位机内重新绘制去毛刺图形，将去重 凹坑覆盖，设置激光器和扫描系统速度参数，对去重凹坑做去毛刺处理。
[0022] 所述第五步中通过计算确定激光器平均功率参数；根据去重效果，在IKHz~ IOMHz范围内选择激光器重复频率参数；根据对加工效率的要求，在500mm/s~25000mm/s 范围内选择扫描速度参数。
[0023] 所述第三步中对图像的校正方法为：在上位机内绘制校正点，X向和Y向校正点取 奇数，确定中心校正点为图像中心，匹配摄像装置可视区域，对摄像装置进行校正，如上位 机内图像显示仍存在畸变，则重新校正，直至图像无明显畸变可清晰显示转子特征为止，则 完成校正。
[0024] 所述第四步中对转子过重部位的精准定位方法为：在上位机内绘制去重图形，根 据第一步中确定的转子不平衡相位和质量数据，在上位机内建立去重坐标位置，将去重图 形覆盖在转子的待去重位置上，并启动可见光指示器，在上位机内观察指示光具体位置，直 至去重图形与转子的待去重位置一致，则完成精准定位。
[0025] 所述第五步中激光器平均功率参数确定方法为：激光去重时，根据各向同性的均 质去重材料的热传导偏微分方程，同时结合去重表面的对流和辐射散热条件，获得针对不 同材料，激光去重所需的激光器平均功率。
[0026] 激光器输出连续或脉冲式激光，能量均匀分布，激光波长段为0. 266ym~ 10. 64ym，输出平均功率小于500W。
[0027] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0028] (1)本发明利用激光去重代替了传统电钻去重平衡方式，弥补了传统平衡方式定 位精度差、去重精度低的缺点，简化了传统复杂的去重过程，转子无需多次装卡，提高