NI LabVIEW助力平衡nEXT一代涡轮分子泵

超高真空泵性能

Edwards是一家领先的真空和减排设备制造商，为半导体、制药和太阳能等世界最先进的行业提供服务，并促进可再生能源、遗传学、干细胞研究和粒子物理学等领域的前沿研究。

该公司最具创新性的新产品包括nEXT涡轮分子真空泵，该泵通过涡轮转子以60,000 rpm的速度旋转提供超高真空性能，桨尖速度接近音速的90%。

该类型泵的一个关键应用是在实验室中，该泵包含在质谱和电子显微镜设备中，以提供使电离粒子到达检测器所需的超高真空环境。但是，这些类型的仪器对振动和电磁干扰非常敏感。考虑到这一点，nEXT泵的振动和杂散磁场水平明显低于任何其他泵。

创建内部解决方案

制造可实现一流振动性能的泵，同时旋转速度比一级方程式赛车引擎快四倍，并非易事。它要求泵的转子在极其严苛的容差内保持平衡，残余振动水平非常低，以至于测量此振动来达到所需的平衡容差超出了任何现有平衡台架的能力。

当然，我们与这些台架的供应商进行了接洽，以便购买新系统或升级，但很快发现，这些标准系统都无法满足我们的专业要求。

在距离产品发布仅数周的时间内，我们面临的挑战是如何开发内部解决方案。尽管多年来我们与多家测试硬件供应商合作并使用多种编程语言，但包括LabVIEW系统设计软件在内的NI产品已成为我司的公认标准－不仅用于生产测试，而且用于我们位于世界各地的服务中心和实验室，以促进正在进行的研究和开发。

LabVIEW在公司内的广泛使用、易用性以及与NI和第三方硬件无与伦比的兼容性使其成为此应用程序的明显选择。为满足严苛的信号捕捉要求，我们选择了NI-9234四通道DSA。该模块具有51.2 kS/s采样率、24位分辨率和出色的102 dB动态输入范围，不仅满足了我们的要求，还具有与LabVIEW和IEPE信号调理无缝集成的优势。可直接连接至加速计，从而简化整个系统构建。

实现

首先使用DSA模块和NI Sound and Vibration Measurement Toolkit构建原型系统，用于验证概念。加速计连接至泵体，光电传感器用于检测泵转子位置并提供转速参考。光电传感器是一种数字设备，可在转子每次旋转时输出单个短脉冲。将此类数字传感器连接至模拟输入通常不可行。但是，Measurement Suite软件提供了多个从模拟域重构原始转速信号的函数，从而实现了上述功能。通过测量软件套件中包含的NI Sound and Vibration Assistant和NI硬件，我们在数小时内构建了一个工作原型系统，证明了内部解决方案的可行性。

下一步是将原型移至LabVIEW，以便开始完整应用程序的工作。声音与振动助手为我们生成了LabVIEW代码，为软件开发奠定了基础。

在这里，添加用户界面、校准函数、用于调整产品特定参数的对话框以及根据测得的振动数据计算泵不平衡的代码相对简单。这些计算方法是众所周知的，关于该主题已有大量文献。但是，在计算不平衡和必须添加的质量以纠正不平衡时，通常认为测量应尽量靠近源。在本例中，由于转子位于泵外壳内，无法直接进行测量，因此无法进行实际不平衡估计。现成解决方案无法处理这些与标准实践的偏差，这迫使操作员通过手动执行计算进行补偿。我们的内部解决方案支持整合公司的专有技术和实践，使系统更加直观，并优化了生产工作流程和制造效率。此外，通过添加交互式软件工具以帮助操作员从标准砝码中补充所需的校正质量，我们增强了客户体验并进一步改进了工作流程。

最后，我们利用LabVIEW固有的并行性和剩余的两个DSA输入，扩展了软件以支持同时在两个泵上平衡。因此，我们开发了两台平衡台架，成本远低于一台的价格。从概念验证到验证和最终交付工作解决方案的完整开发仅用了不到5周时间。

发挥优势

通过LabVIEW、NI数据采集硬件和NI Sound and Vibration Measurement Suite，我们开发了一个强大且用户友好的平衡系统，其动态输入范围远远超过任何商用系统，成本仅为该系统的一小部分，且项目时间非常紧迫。

除了显著节约成本外，生成自定义解决方案还具有诸多优势，包括提高测量精度、改进生产工作流程和效率以及大大简化支持（如果发生故障，我们可以自己修复）。

自去年推出该解决方案以来，我们已经超越了最初的简要说明，调整了应用程序以支持整个涡轮泵产品系列中的平衡，使其成为现成台架的通用替代选择。随着公司的发展壮大，LabVIEW的内置发布工具可轻松将该解决方案在全球范围内推广到新的服务和制造工厂，从而持续节约成本并改进生产工艺，确保了Edwards作为全球领导者的地位。

作者信息：

杰拉德·约翰斯
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