專利名稱：圓鋸片適張狀態(tài)的檢測(cè)方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)圓鋸片進(jìn)行適張?zhí)幚頃r(shí)進(jìn)檢測(cè)其適張狀態(tài)的方法和設(shè)備。
適張?zhí)幚硎窃鰪?qiáng)圓鋸片動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，提高鋸切精度，減少鋸口損失最常用的一種處理方法。近年來(lái)，鋸片的適張技術(shù)已經(jīng)取得很大成就，出現(xiàn)了多種適張方法。然而，無(wú)論哪種適張方法，其實(shí)質(zhì)都是依靠在圓鋸片中引入合理的適張應(yīng)力來(lái)提高鋸片的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。最佳適張效果的控制，要求科學(xué)精確的檢測(cè)手段。但是。縱觀適張檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀后可以看出；(1)還沒(méi)有一種能夠全面反映鋸片適張狀態(tài)的量化標(biāo)準(zhǔn)。
(2)在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用的“光隙檢測(cè)法”仍然停留在手工作業(yè)，人眼觀察，經(jīng)驗(yàn)判別的水平上，很難適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。
(3)在科研或?qū)嶒?yàn)室條件下，雖然可以用X射線應(yīng)力儀等現(xiàn)代手段逐點(diǎn)測(cè)試鋸片的內(nèi)應(yīng)力，但要直接用這些測(cè)試結(jié)果表述鋸片的適張狀態(tài)仍很困難。即使反映鋸片的應(yīng)力分布，也需測(cè)試大量數(shù)據(jù)，并要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。加之設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，技術(shù)要求高等原因，不適合在工業(yè)中應(yīng)用。
(4)近年來(lái)，雖然也有人研究過(guò)新的鋸片適張檢測(cè)方法，如用AE波檢測(cè)內(nèi)應(yīng)力，用正弦激振法檢測(cè)固有頻率等，但是這些方法有的因標(biāo)定問(wèn)題沒(méi)有解決，有的因檢測(cè)參數(shù)不能全面反映鋸片的適張狀態(tài)，加之設(shè)備、操作上還有一些問(wèn)題，因此都未能達(dá)到工業(yè)適用要求。
(5)在美國(guó)專利US—5,163,334中公開了一種圓鋸片的測(cè)試方法，采用這種方法，通過(guò)測(cè)試圓鋸片在選定轉(zhuǎn)速條件下的頻域響應(yīng)和時(shí)域響應(yīng)，以及圓鋸片的固有頻率和鋸路寬度，來(lái)衡量圓鋸片的特性。但是，這種方法仍然不能量化反映鋸片的適張程度及適張狀態(tài)的其他兩個(gè)參數(shù)。
鑒于上述諸點(diǎn)，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種能夠全面反映鋸片適張狀態(tài)的參量，并能快速、準(zhǔn)確無(wú)損檢測(cè)顯示記錄這些參量的方法和設(shè)備。無(wú)疑這對(duì)完善鋸片適張理論，促進(jìn)適張及其檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，提高制鋸和用鋸水平都有重要意義。
各種適張方法都是依靠在鋸片中引入適張應(yīng)力來(lái)達(dá)到既可提高鋸片的穩(wěn)定性又能減小鋸片厚度的目的。由于適張應(yīng)力會(huì)影響到鋸片的振動(dòng)、噪聲、剛度、平整性，甚至電、磁等諸多物理機(jī)械性能，因此，準(zhǔn)確檢測(cè)并全面反映鋸片的適張狀態(tài)，對(duì)指導(dǎo)鋸片和鋸機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、指導(dǎo)修鋸工藝，提高鋸片質(zhì)量，延長(zhǎng)鋸片使用壽命都是非常重要的。
過(guò)去人們都用適張度，即適張程度，來(lái)描述鋸片的適張狀態(tài)。這是不全面的。因?yàn)?，一個(gè)鋸片的適張狀態(tài)不僅包含適張程度，還應(yīng)包含適張應(yīng)力分布特征，以及適張后鋸片的平整性。無(wú)論是傳統(tǒng)的觀察“光隙”大小，還是用現(xiàn)代應(yīng)力測(cè)量方法，要全面準(zhǔn)確地表述適張狀態(tài)這一概念都很困難。
研究發(fā)現(xiàn)，合理適張后，鋸片的適張應(yīng)力分布特點(diǎn)是靠鋸齒的外環(huán)區(qū)為周向張應(yīng)力，而靠套裝孔一側(cè)的內(nèi)環(huán)區(qū)周向張應(yīng)力較小或者是周向壓應(yīng)力。徑向應(yīng)力沿鋸片半徑方向的分布特點(diǎn)是邊緣小，中間大，皆為壓應(yīng)力，而且量值比周向應(yīng)力小。
研究發(fā)現(xiàn)，適張?zhí)幚頃?huì)使鋸片n≥2高階模態(tài)的固有頻率增加，使n＝0和n＝1這兩個(gè)低階模態(tài)的固有頻率降低，如圖7所示。原因是，前者主要受外環(huán)區(qū)周向張應(yīng)力的影響，后者主要受內(nèi)環(huán)區(qū)周向壓應(yīng)力的影響，當(dāng)n＝0模態(tài)的固有頻率下降到的于零時(shí)，鋸片會(huì)嚴(yán)重“碟形化”，這是過(guò)度適張的重要標(biāo)志。只要解決在工業(yè)條件下準(zhǔn)確、快速檢測(cè)鋸片的各階固有頻率問(wèn)題，便會(huì)找到準(zhǔn)確反映鋸片適張程度的量化參量。
實(shí)驗(yàn)和研究還表明，鋸片的固有頻率變化并不能反映適張應(yīng)力的分布特征，但是鋸片周邊的剛度變化卻可以反映這一特征。圖9是鋸片適張前后在中央夾持狀態(tài)下，周邊一點(diǎn)加載時(shí)，圓周方向角度9表示的各點(diǎn)橫向變形量μθ的曲線，這條曲線可用下列方程定量描述μθ=3(1-u2)FDπEt3ΣCnCosnθ]]>式中F—載荷；D—鋸片直徑；t—鋸片厚度；E—鋸片材料的彈性模量；μ—鋸片材料的泊松比n—波節(jié)直徑數(shù)；Cn—與n相對(duì)應(yīng)的彈性變形系數(shù)。
適張會(huì)改變一個(gè)鋸片的Cn值。因此，會(huì)改變鋸片的剛度在“圖9中實(shí)線曲線表示鋸片未適張時(shí)上述橫向形量的變化曲線。虛線曲線表示鋸片適張后該變形量的變化曲線。從圖9中可以看出，大約在θ＝90°附近，適張前后的變形量最為靈敏。鋸片在適張前μθ很小，甚至為負(fù)值(變形方向和加載方向相反)；適張后，μθ為正值，數(shù)量隨適張程度增加而增加。因此，如果能解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件下，鋸片任一半徑一周內(nèi)的橫向變形的快速準(zhǔn)確測(cè)量及顯示記錄問(wèn)題，不但可以解決鋸片端面圓周方向平整性(俗稱端面圓跳動(dòng))的檢測(cè)問(wèn)題，而且可以通過(guò)檢測(cè)鋸片在加載時(shí)一周內(nèi)的μθ值，以反映鋸片適張狀應(yīng)力大小和分布均勻性問(wèn)題。
鋸片合理適張的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是適張程度要“合理”；在圓周方向的適張應(yīng)力分布應(yīng)均勻；適張后鋸片的圓周方向應(yīng)當(dāng)平整，端面圓跳動(dòng)應(yīng)該在相應(yīng)的規(guī)定之內(nèi)。
大量研究證明，對(duì)于一般木工圓鋸片而言，只要適張使其最低臨界模態(tài)(一般夾持比為0.26—0.46時(shí)，n＝3模態(tài))的固有頻率較未適張時(shí)增加20—40％，使視為適張程度合理。另一種做法是，通過(guò)試鋸先認(rèn)定一個(gè)鋸生的適張程度為“合理”，然后測(cè)量該鋸片的固有頻率，并將其作為同規(guī)格鋸片的適張程度的標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于表征鋸片適張狀態(tài)的特征參量的提取和分析方法而言，可分為頻域分析和時(shí)域分析。
頻域分析——FFT低通譜分析主要是通過(guò)鋸片對(duì)沖擊函數(shù)響應(yīng)的FFT功率譜和幅頻譜分析，檢測(cè)鋸片最常見的幾個(gè)階模態(tài)的固有頻率。然后，通過(guò)比較一個(gè)鋸片適張前后的固有頻率變化幅度，判別鋸片的適張程度。上述分析建立在離散富氏變換基礎(chǔ)上。
若X(K)是被測(cè)信號(hào)，它的富氏變換為X(n)，
即X(n)＝DFT[X(k)]當(dāng)X(K)滿足采樣定理時(shí)，有X(n)=1NΣk=0n-1x(k)e-j2πnK/N]]>0≤n≤N－1或X(k)=Σn=0n-1x(n)ej2πnk/N]]>0≤k≤N－1根據(jù)巴什瓦定理有功率譜P(n)，P(n)＝|X(n)|2＝R2e[X(n)]＋I(xiàn)2m[X(n)]n＝0、1、2、……N－1幅頻譜V(n)為V(n)=P(n)]]>n＝0，1，2……N－1在本發(fā)明的檢測(cè)方法中，用該變換的一種快速算法來(lái)完成自譜分析。
時(shí)域分析是通過(guò)單片機(jī)控制，對(duì)鋸片一定半徑圓周方向在未加載和加載兩種情況下，一周內(nèi)的橫向變形量進(jìn)行采樣分析來(lái)進(jìn)行的。分析結(jié)果，前者用以表述鋸片圓周方向的平整性，即端面圓跳動(dòng)，后者則是通過(guò)剛度表述適張應(yīng)力的分布特征。
(1)檢測(cè)鋸片圓周方向的平整性若檢測(cè)到的鋸片一定半徑圓周方向一轉(zhuǎn)內(nèi)的橫向變形的樣本函數(shù)為L(zhǎng)，采樣點(diǎn)數(shù)為N，則L＝{l1、12，……lN)取lmax＝MAX{l1l2，……lN)lmin＝MIN{l1， l2，……lN)則鋸片端面圓跳動(dòng)之最大值為M＝lmax－lmin為了說(shuō)明鋸片一定半徑圓周方向的平整分布情況，引入映射ФФL→Bl|→R＋K(l－l1)即B＝{b|b＝R＋K(l－l1)，l∈L，l1∈L)其中K—放大系數(shù)R—坐標(biāo)圓半徑由上述映射，可將鋸片一定半徑圓周方向一轉(zhuǎn)內(nèi)的跳動(dòng)量變換成以R為半徑的坐標(biāo)圓上的徑向變化集合B。
(2)檢測(cè)適張應(yīng)力分布在鋸片周邊一點(diǎn)加載時(shí)，在距加載點(diǎn)θ＝90°處圓周方向一轉(zhuǎn)內(nèi)采集橫向變形量得到的樣本函數(shù)為D。
D＝{d1，d2……dN}則描述適張應(yīng)力在鋸片圓周方向的分布特征的映射f為fD→Gd1→R＋K(d－l1)即D＝{d|d＝R＋K(d－l1)，d∈D，l1∈L)其中K和R分別為放大系數(shù)和坐標(biāo)圓半徑。
通過(guò)上面變換，可以得到以這種特殊定義剛度表述的鋸片一周內(nèi)的適張應(yīng)力分布特征。
基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供了一種圓鋸片適張狀態(tài)的檢測(cè)方法，用該方法第一步可以檢測(cè)記錄圓鋸片的各階固有頻率。首先，用固定裝置固定圓鋸片，將第一探測(cè)頭設(shè)置在鋸片周邊鄰近圓鋸片的位置，接著在一個(gè)確定位置施加沖擊力，使圓鋸片產(chǎn)生振動(dòng)，由第一探測(cè)頭采集圓鋸片發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，將采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，隨后自動(dòng)繪制出鋸片的功率譜P(n)或幅頻譜V(n)。由該譜圖中的任一個(gè)可讀出被測(cè)鋸片的各階固有頻率。用上述固有頻率直接反映圓鋸片的適張程度。第二步，將第二探測(cè)頭設(shè)置在相對(duì)于圓鋸片中心一定半徑處，并使探頭與鋸片接觸，使鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)，用第二探測(cè)頭測(cè)量圓鋸片的一定半徑圓周方向端面圓跳動(dòng)量。然后，在一定部位對(duì)鋸片加載，使圓鋸片圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)，由第二探測(cè)頭采集圓鋸片的一定半徑圓周方向的橫向變形量數(shù)據(jù)。接著對(duì)上述采集到的兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。采用映射技術(shù)將一定半徑圓周方向一轉(zhuǎn)內(nèi)的端面圓跳動(dòng)量和加載情況下的橫向變形量變換為半徑R，放大倍數(shù)K的直觀顯示的圓坐標(biāo)象圖。用上述兩種象圖分別顯示鋸片的平整性(端面圓跳動(dòng))和適張應(yīng)力在圓周方向的均勻性。
在圓鋸片適張前或適張后重復(fù)執(zhí)行上述檢測(cè)步驟，分別測(cè)出各階模態(tài)n＝0，1，2…6的固有頻率。接著在選定的位置分別測(cè)出從圓鋸片齒槽底向內(nèi)大約5—15毫米處圓周方向的橫向變形量或端面圓跳動(dòng)量。
在測(cè)量圓鋸片的一定半徑圓周方向的橫向變形量的同時(shí)，需要對(duì)圓鋸片加載，其作用力的方向與圓鋸片的軸線方向大致平行。
對(duì)圓鋸片加載時(shí)，作用力的作用點(diǎn)與探測(cè)頭之間的角位移大約為60°—120°。
使圓鋸片產(chǎn)生振動(dòng)的沖擊力的作用點(diǎn)距離第一探測(cè)頭的角位移大約為180°。
在重復(fù)執(zhí)行了檢測(cè)步驟，得出圓鋸片各階模態(tài)n＝0，1，2…6的固有頻率后，執(zhí)行對(duì)適張前后的同一階模態(tài)的固有頻率進(jìn)行比較的步驟。
在執(zhí)行固有頻率比較步驟的過(guò)程中，圓鋸片在夾持比為0.26—0.46條件下，模態(tài)n＝3合理適張后的固有頻率應(yīng)該比適張前增加20—40％。
本發(fā)明還提供了一種實(shí)施上述檢測(cè)方法的設(shè)備，該設(shè)備包括機(jī)械傳動(dòng)裝置、裝夾裝置、探測(cè)頭，濾波器，A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)系統(tǒng)、繪圖打印機(jī)和光電脈沖裝置。通過(guò)裝夾裝置將圓鋸片固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，用小錘向圓鋸片施加沖擊力，由第一探測(cè)頭采集圓鋸片發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)電纜將采集到的振動(dòng)信號(hào)傳遞到濾波器，通過(guò)濾波器的振動(dòng)信號(hào)被傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后再送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。還設(shè)有第二探測(cè)頭，用第二探測(cè)頭測(cè)量圓鋸片的一定半徑圓周方向的橫向變形量或端面圓跳動(dòng)量。通過(guò)電纜將第二探測(cè)頭采集到的鋸片一定半徑圓周方向的橫向變形量或端面圓跳動(dòng)量的信號(hào)傳遞到濾波器，通過(guò)濾波器的信號(hào)被傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)系統(tǒng)分別進(jìn)一步處理來(lái)自第一和第二探測(cè)頭的數(shù)據(jù)后，由繪圖打印機(jī)分別得到功率譜及幅頻譜圖，端面圓跳動(dòng)象圖和圓鋸片受力作用下一定半徑圓周方向的橫向變形量的象圖。
所述機(jī)械傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪，傳動(dòng)輪通過(guò)傳動(dòng)帶將動(dòng)力傳遞到減速箱。圓鋸片由裝夾裝置固定安裝在減速箱輸出端的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。所述裝夾裝置由夾盤、螺母和轉(zhuǎn)動(dòng)軸端部的螺紋構(gòu)成。
第一探測(cè)頭是非接觸式位移傳感器。該傳感器支撐在傳感器支架上。傳感器支架可以沿著導(dǎo)軌移動(dòng)，以便可以調(diào)整非接觸式位移傳感器在鄰近圓鋸片的端面相對(duì)于圓鋸片的中心軸線的距離。第二探測(cè)頭是接觸式位移傳感器，該傳感器安裝在傳感器支架上，傳感器支架可以沿著導(dǎo)軌移動(dòng)。
加力裝置包括加力桿，圓導(dǎo)軌，雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪，滑輪，手柄，牽引繩，及重錘。加力桿安裝在圓導(dǎo)軌上，并可以沿著圓導(dǎo)軌移動(dòng)。而且可以在圓導(dǎo)軌的適當(dāng)位置定位。圓導(dǎo)軌的一端連接雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄。該曲柄的自由端連接連桿的一端，連桿的另一端與曲柄的自由端相連接。另一曲柄可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在豎軸上，在豎軸的一端有加力手柄和轉(zhuǎn)動(dòng)輪。牽引繩的一端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)輪上。牽引繩繞過(guò)滑輪。牽引繩的一端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)輪上。牽引繩繞過(guò)滑輪。牽引繩的另一端設(shè)有重錘。手柄可以在擋板處在加載狀態(tài)下定位。
所述光電脈沖裝置包括光電管和脈沖盤。
本發(fā)明適合工業(yè)應(yīng)用。能夠?qū)A鋸片適張狀態(tài)進(jìn)行全面量化、自動(dòng)、無(wú)損檢測(cè)分析。其主要特點(diǎn)如下
1)提出了用適張程度，適張應(yīng)力分布特征、鋸片圓周方向的平整性三個(gè)參量全面表述鋸片適張狀態(tài)的概念。
2)在檢測(cè)技術(shù)上，選取以下三個(gè)參量作為上述評(píng)價(jià)鋸片適張狀態(tài)的三個(gè)指標(biāo)i、用鋸片適張前后固有頻率的變化幅度表述鋸片的適張程度；ii、用鋸片加載狀態(tài)下，邊緣一定位置一周的橫向變形量來(lái)表述適張應(yīng)力分布特征；iii、用鋸片適張后任一半徑處一周內(nèi)的端面圓跳動(dòng)量來(lái)表述適張對(duì)鋸片平整性的影響。
3)采用了先進(jìn)的科學(xué)方法對(duì)提出的特征參量進(jìn)行量化分析。
i、采用建立在基二復(fù)序列FFT算法基礎(chǔ)上的自譜分析技術(shù)，對(duì)鋸片進(jìn)行頻域分析，找出鋸片各階模枋的固有頻率；ii 、采用時(shí)域映射技術(shù)，對(duì)鋸片進(jìn)行時(shí)域分析，建立并描繪平面圖象，建立并描繪平面象圖的，表述鋸片端面圓跳動(dòng)和加載狀態(tài)下鋸片端面某一半徑位置距加載點(diǎn)90°處一周內(nèi)變形μ90這一逆象特征。
4)本發(fā)明提供的檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用了機(jī)械，微機(jī)、模擬、數(shù)字、電工等多項(xiàng)技術(shù)，提高了設(shè)備的自動(dòng)化、智能化程度。
i、采用體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格屬微機(jī)家族中最低的8031單片機(jī)作為系統(tǒng)處理和控制核心。組成了應(yīng)用/配置比近于1的專用檢測(cè)系統(tǒng)。在軟件設(shè)計(jì)上，采用了如數(shù)字濾波，數(shù)字放大等多種以“軟”代“硬”的方法，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，大大降低了成本，具有較高的性能/價(jià)格比；ii、設(shè)置了LED顯示器，傳感器狀態(tài)指示，繪圖打印機(jī)等多種提示，記錄裝置。用數(shù)字和曲線圖形輸出檢測(cè)結(jié)果。而且可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、操作流程進(jìn)行指示或提示。便于使用者操作。
iii、在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，完全模擬真實(shí)的鋸片裝夾方式，使測(cè)量結(jié)果符合實(shí)際情況。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的檢測(cè)方法和設(shè)備的實(shí)施例。


圖1是本發(fā)明的方框圖。
圖2是本發(fā)明的檢測(cè)設(shè)備的主視圖。
圖3是本發(fā)明的檢測(cè)設(shè)備的俯視圖。
圖4是本發(fā)明的檢測(cè)設(shè)備中加力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是由打印機(jī)繪制出的圓鋸片適張前的幅頻圖。
圖6是由打印機(jī)繪制出的圓鋸片適張后的幅頻圖。
圖7是圓鋸片固有頻率與其適張程度的關(guān)系曲線圖。
圖8是由打印機(jī)繪制出的圓鋸片的平整性及適張均勻性的圓坐標(biāo)曲線圖。
圖9是圓鋸片在中央夾持，周邊一點(diǎn)加載時(shí)，不同θ角處變形量的曲線圖。
通過(guò)圖1所示的方框圖可以了解本發(fā)明的主要部件。這些部件是機(jī)械傳動(dòng)和裝夾部分，光電盤、傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)、功能鍵，驅(qū)動(dòng)控制電路，LED顯示器，和繪圖打印機(jī)。采用由上述部件構(gòu)成的設(shè)備，即可實(shí)施本發(fā)明的檢測(cè)方法。
采用本發(fā)明的方法，分別檢測(cè)記錄圓鋸片適張前后的各階固有頻率，用直角坐標(biāo)系表述圓鋸片的功率譜或幅頻譜；用圓坐標(biāo)圖形顯示記錄鋸片在加載和未加載情況下適張前后任一半徑圓周方向的橫向變形量和端面圓跳動(dòng)量。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例中，被測(cè)圓鋸片是直徑為600mm，厚度為2.4mm，夾持比為0.3的碳鋼鋸片。首先測(cè)定鋸片在未適張狀態(tài)時(shí)的固有頻率。采用固定裝置將圓鋸片固定在支撐軸上，接著將非接觸式位移傳感器設(shè)置在鄰近圓鋸片的位置，使非接觸式位移傳感器與圓鋸片齒槽底之間的徑向距離大約為10mm。在距離上述位置的角位移大約180°的位置施加沖擊力，使圓鋸片產(chǎn)生振動(dòng)，由非接觸式位移傳感器采集圓鋸片發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，將采集到的振動(dòng)信號(hào)傳遞到抗混頻濾波器，再將通過(guò)抗混頻濾波器的振動(dòng)信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，這些數(shù)據(jù)由單片機(jī)處理后發(fā)送到繪圖打印機(jī)，由打印機(jī)繪制出功率譜P(n)或幅頻譜V(n)由上述譜圖即可讀出鋸片的各階固有頻率。
對(duì)圓鋸片進(jìn)行適張加工，并且測(cè)定其適張程度，這時(shí)可以采用以下兩種方法(1)在鋸片未適張前，先測(cè)出其各階固有頻率然后由輕到重分幾次逐步適張鋸片(滾壓，錘打或其他方法)，每次適張后都測(cè)量鋸片固有頻率，直到該鋸片n＝3或n＝4階模態(tài)的固有頻率較適張前增加幅度在20—40％，便視為適張程度合適。
從圖5和圖6中可以看出，該圓鋸片未適張時(shí)第一階固有頻率為39Hz，適張后前兩階的固有頻率分別為15Hz和32Hz。對(duì)照?qǐng)D7可知，當(dāng)圓鋸片未適張時(shí)，n＝0和n＝1這兩個(gè)低階模態(tài)的固有頻率往往混在一起，而適張到一定程度后，這兩階固有頻率發(fā)生分離，但都比未適張時(shí)下降。故可認(rèn)定，該鋸片未適張時(shí)n＝0，n＝1的固有頻率為39Hz。適張到本例情況下，n＝0的固有頻率為15Hz，n＝1的固有頻率為32Hz。從n＝2階模態(tài)開始，適張后的鋸片各階固有頻率皆較未適張時(shí)有所增加，其中n＝3的固有頻率較適張前增加約30％，這說(shuō)明適張程度合理，如果n＝3的固有頻率適張后，只增大10％左右，說(shuō)明適張程度較輕，但是，如果增大幅度超過(guò)40％，鋸片“碟形化”一定明顯，說(shuō)明適張過(guò)度。
(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適張，通過(guò)試鋸先認(rèn)定此規(guī)格鋸片的適張度為合理或最佳，然后測(cè)量其固有頻率。選擇n＝3，或n＝4的固有頻率作為標(biāo)準(zhǔn)，以后遇到此規(guī)格鋸片，按此標(biāo)準(zhǔn)適張即可，誤差應(yīng)在±5％以內(nèi)。
通常，在測(cè)定了圓鋸片的固有頻率之前或之后就可以測(cè)定圓鋸片任一半徑圓周方向的橫向變形量，或端面跳動(dòng)量。
在圓鋸片已經(jīng)固定在支撐軸上時(shí)，支撐軸通常是可以旋轉(zhuǎn)的，將接觸式位移傳感器設(shè)置在相對(duì)于圓鋸片中心一定半徑，并且與鋸片端接觸，在此實(shí)施例中，接觸式位移傳感器與圓鋸片齒槽底之間的距離大約為10mm。
首先，用接觸式位移傳感器測(cè)量圓鋸片的一定半徑圓周方向的橫向變形量，使圓鋸片圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)，在圓鋸片的邊緣處持續(xù)加載，作用力應(yīng)控制在使鋸片在該點(diǎn)的橫向變形量不超過(guò)鋸片厚度的一半之內(nèi)。并且在力的作用點(diǎn)與接觸式位移傳感器之間的角位移約90°處，測(cè)量圓鋸片一周內(nèi)的橫向變形量，該位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送到抗混頻過(guò)濾波器，然后將來(lái)自濾波器的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)又被送到單片機(jī)，單片機(jī)將經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理的數(shù)據(jù)送往LED顯示器和繪圖打印機(jī)。LED顯示器顯示出距離加載點(diǎn)90°位置一周內(nèi)橫向變形量變化幅值。由于采用了映射技術(shù)，由繪圖打印機(jī)打印出圓坐標(biāo)圖形，其顯示出一定半徑圓周方向一周內(nèi)的橫向變形量。在此實(shí)施例中，將一周內(nèi)的橫向變形量變換為半徑為35mm放大倍數(shù)為10的圓坐標(biāo)象圖上。
圖8所示的曲線圖中，曲線34表示一定半徑圓周方向一周內(nèi)的橫向變形量，它同時(shí)說(shuō)明了圓鋸片的適張應(yīng)力分布均勻情況，其不均勻性最大值為0.672mm。
其次，用接觸式位移傳感器測(cè)量圓鋸片一定半徑圓周方向一周內(nèi)的端面跳動(dòng)量。其檢測(cè)步驟不對(duì)圓鋸片施加作用力外，其他步驟與檢測(cè)圓鋸片一定半徑圓周方向一周內(nèi)的橫向變形量相同。對(duì)于相同的部分不再贅述。
在圖8中曲線33表示適張后端面圓跳動(dòng)量，其最大跳動(dòng)量為0.508mm。從該圖中可見，在左下角120°范圍內(nèi)曲線很平整，其它部分較差。一般都將被測(cè)鋸片標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的端面圓跳動(dòng)量公差作為衡量該鋸片平整性的標(biāo)準(zhǔn)。在此優(yōu)選的實(shí)施例中，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該鋸片的端面圓跳動(dòng)公差為0.5mm。顯然，圖8中曲線33說(shuō)明此圖鋸片的端面圓跳動(dòng)量稍微超標(biāo)。
圖2—4詳細(xì)描繪了采用本發(fā)明的對(duì)圓鋸片進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備構(gòu)造。該檢測(cè)設(shè)備包括機(jī)身1、加力裝置2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、裝夾裝置和測(cè)量顯示系統(tǒng)。將繪圖打印機(jī)7和儀器箱8直接安裝在機(jī)身1上。在機(jī)身1上還設(shè)有導(dǎo)軌3，支撐著位移傳感器的滑板4可以沿著導(dǎo)軌3滑動(dòng)。在本發(fā)明中，設(shè)置了兩個(gè)滑板4，在這兩個(gè)滑板4上分別安裝了接觸式位移傳感器15和非接觸式位移傳感器13。接觸式位移傳感器15通過(guò)傳感器支架24與滑板4相連。非接觸式位移傳感器13借助傳感器支架12與滑板4相連。由于傳感器可以沿著機(jī)身1的導(dǎo)軌3的縱向移動(dòng)，所以可以調(diào)整傳感器13和15相對(duì)于圓鋸盤周邊或中心的位置。而且，支架12，24可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并且用定位裝置，如螺釘，定位。通常采用接觸式位移傳感器15檢測(cè)圓鋸片6的一定半徑圓周方向的端面圓跳動(dòng)量和橫向變形量。用非接觸式位移傳感器13檢測(cè)圓鋸片6的固有頻率。傳感器13和15通過(guò)導(dǎo)線與儀器箱8相連接(未圖示)。在儀器箱8內(nèi)有濾波器，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)LED顯示器以及功能鍵。
電動(dòng)機(jī)17安裝在機(jī)身1中。由電動(dòng)機(jī)17驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪16。傳動(dòng)輪16借助傳動(dòng)帶19將動(dòng)力傳遞到變速箱18，在此優(yōu)選的實(shí)施例中使用的減速箱18是蝸輪蝸桿減速器。在此實(shí)施例中減速箱18輸出端軸20的轉(zhuǎn)速為3rpm，在軸20上設(shè)置有裝夾裝置14。圓鋸片6借助裝夾裝置14安裝在減速箱18的輸出軸20上。裝夾裝置14由夾盤22，螺母21和設(shè)置在輸出軸20端部的螺紋23構(gòu)成。在減速箱18的另一個(gè)輸出端設(shè)有脈沖盤11。在此實(shí)施例中，脈沖盤11實(shí)際上安裝在蝸桿軸的一端。光電管10通過(guò)電纜與儀器箱8相連接。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，光電管10與脈沖盤11相配合，測(cè)量圓鋸片的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
加力裝置如圖4所示，所述加力裝置主要由手柄5、驅(qū)動(dòng)輪30，滑輪23，重錘24，豎軸29、雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)，圓導(dǎo)軌9和加力桿26構(gòu)成。手柄5的一端安裝在豎軸29上。豎軸29的兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在機(jī)身1中。在豎軸29上還安裝有驅(qū)動(dòng)輪30和曲柄27。牽引繩31的一端固定在驅(qū)動(dòng)輪30上，所述牽引繩31繞過(guò)滑輪23后與重錘24相連。滑輪23借助支撐軸安裝在機(jī)身1中。曲柄27的自由端通過(guò)銷軸與連桿25相連。連桿25的另一端與曲柄28的自由端相連。曲柄28的另一端與圓導(dǎo)軌29相連。加力桿26的一端安裝在圓導(dǎo)軌9上，另一端向外伸出呈懸臂梁。加力桿26可以沿圓導(dǎo)軌上下滑動(dòng)。并且可以用定位器如螺釘定位。當(dāng)操作者搬動(dòng)手柄5時(shí)，可以使加力桿26產(chǎn)生一個(gè)固定的橫向力。施加作用力時(shí)，手柄5與擋板22相互配合。內(nèi)定位裝置如銷子使手柄5在加力狀態(tài)下定位。通常，加力桿26的自由端所在的位置是施加作用力的作用點(diǎn)。在此實(shí)施例中，加力桿26的自由端非接觸式位移傳感器的檢測(cè)點(diǎn)之間的角位移選定在大約90°。
上述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明中特例的詳細(xì)描述。以便于專業(yè)人員對(duì)本發(fā)明的檢測(cè)方法和設(shè)備有明確的了解。涉及本發(fā)明的構(gòu)思和請(qǐng)求保護(hù)的內(nèi)容都記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種圓鋸片適張狀態(tài)的檢測(cè)方法，用該方法可以檢測(cè)記錄圓鋸片的各階固有頻率，首先用固定裝置固定圓鋸片，將第一探測(cè)頭設(shè)置在鄰近圓鋸片的位置，接著在一個(gè)確定位置施加沖擊力，使圓鋸片產(chǎn)生振動(dòng)，由第一探測(cè)頭采集圓鋸片發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，將采集到的振動(dòng)信號(hào)由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，隨后繪制出功率譜P(n)或幅頻譜V(n)，并從圖上讀出圓鋸片的各階固有頻率，其特征是用上述固有頻率直接反映圓鋸片的適張程度，該第二探頭設(shè)置在相對(duì)于圓鋸片中心一定半徑處并與鋸片表面接觸，使圓鋸片圍繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)，由第二探測(cè)頭采集圓鋸片的一定半徑圓周方向在加載情況下一周的橫向變形量并采集圓鋸片一周內(nèi)的端面跳動(dòng)量的數(shù)據(jù)，接著對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用映射技術(shù)將一定半徑圓周方向一轉(zhuǎn)內(nèi)的橫向變形量或端面圓跳動(dòng)量變換為半徑為R，放大倍數(shù)為K的直觀顯示的圓坐標(biāo)象圖。
2.按照權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征是在圓鋸片適張前或適張后重復(fù)執(zhí)行上述檢測(cè)步驟，分別測(cè)出各階模態(tài)n＝0、1、2…6的固有頻率，接著分別測(cè)出從圓鋸片齒槽底向內(nèi)大約5—15毫米處一周內(nèi)范圍的端面圓跳動(dòng)量和加載情況下的橫向變形量。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)方法，其特征是在測(cè)量圓鋸片的一定半徑圓周方向的橫向變形量時(shí)要對(duì)鋸片加載，其作用力的方向與圓鋸片的軸線方向大致平行。
4.按照權(quán)利要求3所述的檢測(cè)方法，其特征是對(duì)圓鋸片加載時(shí)，作用力的作用點(diǎn)與探測(cè)頭之間的角位移大約為60°—120°。
5.按照權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征是所述沖擊力的作用點(diǎn)距離第一探測(cè)頭的角位移大約180°。
6.按照權(quán)利要求2所述的檢測(cè)方法，其特征是在重復(fù)執(zhí)行了檢測(cè)步驟得出圓鋸片各階模態(tài)n＝0，1，2…6的固有頻率后，執(zhí)行對(duì)適張狀態(tài)前后的同一階模態(tài)的固有頻率進(jìn)行比較的步驟。
7.按照權(quán)利要求6所述的檢測(cè)方法，其特征是；在執(zhí)行固有頻率比較步驟的過(guò)程中，圓鋸片在模態(tài)n＝3，夾持比0.26—0.46條件下，合理適張后的固有頻率應(yīng)該比適張狀態(tài)前增加20—40％。
8.一種實(shí)施權(quán)利要求1—7所述檢測(cè)方法的設(shè)備，其包括機(jī)械傳動(dòng)裝置，裝夾裝置、探測(cè)頭、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)系統(tǒng)、繪圖打印機(jī)和光電脈沖裝置，通過(guò)裝夾裝置將圓鋸片固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，用小錘向圓鋸片施加沖擊力，由第一探測(cè)頭采集圓鋸片發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)電纜將采集到的振動(dòng)信號(hào)傳遞到濾波器，通過(guò)濾波器的振動(dòng)信號(hào)被傳送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送至單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其特征是設(shè)有第二探測(cè)頭，用第二探測(cè)頭測(cè)量圓鋸片的一定半徑圓周方向的橫向變形量或端面圓跳動(dòng)量，通過(guò)電纜將第二探測(cè)頭采集到的圓鋸片一定半徑圓周方向的橫向變形量或端面跳動(dòng)量的數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞到濾波器，通過(guò)濾波器的數(shù)據(jù)信號(hào)被傳送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，分別來(lái)自第一和第二探測(cè)頭的數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)的進(jìn)一步處理后，由繪圖打印機(jī)分別得到功率譜及幅頻譜的譜圖，端面圓跳動(dòng)象圖和圓鋸片受力作用下一定半徑圓周方向的橫向變形量的象圖。
9.按照權(quán)利要求8所述的檢測(cè)設(shè)備，其特征是所述機(jī)械傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)(17)，由電動(dòng)機(jī)(17)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)輪(16)，傳動(dòng)輪(16)通過(guò)傳動(dòng)帶(19)將動(dòng)力傳遞到變速箱(18)，圓鋸片(6)由裝夾裝置(14)固定安裝在變速箱(18)輸出端的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(20)上；所述裝夾裝置(14)由夾盤(22)，螺母(21)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸(20)端部的螺紋(23)構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求8所述的檢測(cè)設(shè)備，其特征是第一探測(cè)頭是非接觸式位移傳感器(13)，該傳感器(13)支撐在傳感器支架(12)上，傳感器支架(12)可以沿著導(dǎo)軌(3)移動(dòng)，以便可以調(diào)整非接觸式位移傳感器(13)在鄰近圓鋸片(6)的端面相對(duì)于圓鋸片(6)的中心軸線的距離；第二探測(cè)頭是接觸式位移傳感器(15)，該傳感器(15)安裝在傳感器支架(24)上，傳感器支架(24)可以沿著導(dǎo)軌(3)移動(dòng)。
11.按照權(quán)利要求8所述的檢測(cè)裝置，其特征是加力裝置包括加力桿(26)，圓導(dǎo)軌(9)，加力桿(26)安裝在圓導(dǎo)軌(9)上，并可以沿著圓導(dǎo)軌(9)移動(dòng)，而且可以在圓導(dǎo)軌(9)的適當(dāng)位置定位；圓導(dǎo)軌(9)的一端連接雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄(28)，曲柄(28)的自由端連接連桿(25)的一端，連桿(25)的另一端與曲柄(27)的自由端相連接，曲柄(27)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在豎軸(29)上，在豎軸(29)的一端設(shè)有加力手柄(5)和轉(zhuǎn)動(dòng)輪(30)，牽引繩(31)的一端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)輪(30)上，牽引繩(31)繞過(guò)滑輪(23)，在牽引繩(31)的另一端設(shè)有重錘(24)，手柄(5)可以在擋板(22)處在加載狀態(tài)下定位。
12.按照權(quán)利要求8所述的檢測(cè)設(shè)備，其特征是所述光電脈沖裝置包括光電管(10)和脈沖盤(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓鋸片適張狀態(tài)的檢測(cè)方法和設(shè)備。采用該方法可以通過(guò)檢測(cè)記錄到的鋸片各階固有頻率、鋸片一定半徑圓周方向加載情況下的橫向變形量(對(duì)應(yīng)于剛度)以及鋸片的端面圓跳動(dòng)量這三個(gè)參量來(lái)全面反映一個(gè)鋸片的適張狀態(tài)，即適張程度、適張應(yīng)力分布均勻性和鋸片的平整性。該方法運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，在直角坐標(biāo)系上給出鋸片的功率譜P(n)或幅頻譜V(n)；用映射技術(shù)將所測(cè)鋸片在加載情況下一周內(nèi)的橫向變形量和鋸片的端面圓跳動(dòng)量變換成半徑為R、放大倍數(shù)為K的圓坐標(biāo)象圖。本發(fā)明的檢測(cè)設(shè)備包括機(jī)械傳動(dòng)裝置、裝夾裝置、加力裝置、傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)系統(tǒng)、LED顯示器和繪圖打印機(jī)。
文檔編號(hào)G01H1/06GK1116297SQ94108038
公開日1996年2月7日 申請(qǐng)日期1994年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月5日
發(fā)明者習(xí)寶田, 撒潮, 路鵬程, 黃箭波, 陳欣 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)