一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置,包括三條振動(dòng)信號(hào)的輸入電路和用于信號(hào)處理的控制器。本發(fā)明還公開(kāi)了一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法,通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行不同頻率的濾波,并對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行分解對(duì)比,得到每個(gè)震源的獨(dú)立振動(dòng)信息。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,提高了通過(guò)振動(dòng)對(duì)于機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性。
【專利說(shuō)明】
一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)床故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,尤其是一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置及其方法?!颈尘凹夹g(shù)】
[0002]機(jī)床在工作過(guò)程中出現(xiàn)任何機(jī)械部件的磨損和松動(dòng)后,都會(huì)在運(yùn)行噪音上得到直接的反應(yīng),所以機(jī)床的運(yùn)行噪音是監(jiān)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的一種常用方式?,F(xiàn)有技術(shù)中,對(duì)機(jī)床噪音的檢測(cè)有很多種,但是無(wú)論哪種檢測(cè)方式,其區(qū)別僅僅在于對(duì)于振動(dòng)的采集裝置和采集方法的不同,對(duì)于振動(dòng)采集后的分析和判斷,還是停留在對(duì)于振動(dòng)和頻率的統(tǒng)計(jì)層面上, 無(wú)法將不同情況所產(chǎn)生的不同振動(dòng)進(jìn)行區(qū)分和判斷,通過(guò)振動(dòng)對(duì)于機(jī)床運(yùn)行問(wèn)題的檢測(cè)準(zhǔn)確度低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置及其方法,能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,提高了通過(guò)振動(dòng)對(duì)于機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0005]—種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置,
[0006]振動(dòng)信號(hào)輸入端通過(guò)串聯(lián)的第一電阻、第一電感、第二電阻連接至第一運(yùn)放的正向輸入端,第一電阻和第一電感之間通過(guò)第一電容接地,第一電感與第二電阻之間通過(guò)第二電感接地,第二電阻和第一運(yùn)放之間分別通過(guò)第二電容和第三電容接地,第一三極管的發(fā)射極通過(guò)第三電阻連接至第二電容和第二電阻之間,第一三極管的集電極通過(guò)第四電阻連接至第二電阻和第一運(yùn)放之間,第一三極管的基極通過(guò)第四電容連接至第二電阻和第一運(yùn)放之間,第一運(yùn)放的反向輸入端通過(guò)第五電阻接地,第一運(yùn)放的反向輸入端同時(shí)通過(guò)第六電阻連接至第一運(yùn)放的輸出端,第一運(yùn)放的輸出端通過(guò)第十五電阻連接至控制器的輸出端;
[0007]振動(dòng)信號(hào)輸入端還通過(guò)串聯(lián)的第七電阻和第五電容連接至第二三極管的集電極, 第七電阻和第五電容之間通過(guò)第三電感接地,第二三極管的基極通過(guò)第八電阻連接在第七電阻和第五電容之間,第二三極管的發(fā)射極通過(guò)串聯(lián)的第九電阻、第六電容和第七電容連接至第二運(yùn)放的反向輸入端,第六電容和第七電容之間通過(guò)第十電阻接地,第六電容和第七電容之間通過(guò)第八電容和第九電容連接至第二運(yùn)放的輸出端,第七電容和第二運(yùn)放的反向輸入端之間通過(guò)第十一電阻連接至第二運(yùn)放的輸出端,第八電容和第九電容之間與第二運(yùn)放的反向輸入端連接,第二運(yùn)放的正向輸入端通過(guò)第十二電阻接地,第二運(yùn)放的輸出端通過(guò)第十三電阻連接至控制器的輸出端;
[0008]振動(dòng)信號(hào)輸入端還通過(guò)第十四電阻直接連接至控制器的輸出端;
[0009]控制器包括用于接收信號(hào)的輸入模塊、用于信號(hào)分解的分解模塊、用于信號(hào)對(duì)比的對(duì)比模塊和用于記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。
[0010]一種用于上述數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法,包括以下步驟:
[0011]A、振動(dòng)信號(hào)通過(guò)三路不同的路徑輸入控制器,第一運(yùn)放支路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波,第二運(yùn)放支路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高通濾波,使得三路振動(dòng)信號(hào)分別呈現(xiàn)正常狀態(tài)、高頻放大狀態(tài)和低頻放大狀態(tài);
[0012]B、三種狀態(tài)的信號(hào)通過(guò)輸入模塊進(jìn)入控制器,其中高頻放大狀態(tài)信號(hào)和低頻放大狀態(tài)信號(hào)進(jìn)入分解模塊中進(jìn)行分解處理,正常狀態(tài)信號(hào)直接進(jìn)入對(duì)比模塊;
[0013]C、在分解模塊中,隨機(jī)地將信號(hào)分為若干段,從每一段信號(hào)中提取一個(gè)基波信號(hào)和若干個(gè)諧波信號(hào);
[0014]D、若相連的兩個(gè)信號(hào)段的基波信號(hào)相鄰的端點(diǎn)的差值大于閾值,則重新劃分這兩個(gè)信號(hào)段的范圍,然后返回步驟C ;若相連的兩個(gè)信號(hào)段的基波信號(hào)相鄰的端點(diǎn)的差值小于閾值,則進(jìn)行步驟E ;
[0015]E、在基波信號(hào)上選取若干個(gè)特征點(diǎn)值,與正常狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,將特征點(diǎn)值與正常狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)的偏差值放入數(shù)據(jù)庫(kù)模塊進(jìn)行檢索查詢,若檢索到結(jié)果則直接輸出,若未檢索到,則直接將基波信號(hào)進(jìn)行輸出
[0016]作為優(yōu)選,步驟D中,所述閾值為± 10 %。
[0017]作為優(yōu)選,步驟E中,在未檢索到結(jié)果時(shí),根據(jù)輸出的基波信號(hào)進(jìn)行故障分析,并將分析的結(jié)果反饋至數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中進(jìn)行記錄。
[0018]采用上述技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果在于:本發(fā)明利用運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行選擇性地濾波和放大,然后對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行分解,通過(guò)使用特征點(diǎn)值與正常狀態(tài)的信號(hào)進(jìn)行比對(duì),將振動(dòng)信號(hào)中包含的多個(gè)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立地檢測(cè)和判斷,從而避免了不同震源之間的相互干擾,可以使工作人員快速地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題震源,提高對(duì)于機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的電路圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中控制器的原理圖
[0021]圖中:1、輸入模塊;2、分解模塊;3、對(duì)比模塊;4、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊;S1、振動(dòng)信號(hào)輸入端;Q1、第一三極管;Q2、第二三極管;A1、第一運(yùn)放;A2、第二運(yùn)放;R1、第一電阻;R2、第二電阻;R3、第三電阻;R4、第四電阻;R5、第五電阻;R6、第六電阻;R7、第七電阻;R8、第八電阻;R9、第九電阻;R10、第十電阻;R11、第^^一電阻;R12、第十二電阻;R13、第十三電阻;R14、第十四電阻;R15、第十五電阻;C1、第一電容;C2、第二電容;C3、第三電容;C4、第四電容;C5、第五電容;C6、第六電容;C7、第七電容;C8、第八電容;C9、第九電容;L1、第一電感;L2、第二電感山3、第三電感。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參照?qǐng)D1-2,一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置,
[0023]振動(dòng)信號(hào)輸入端SI通過(guò)串聯(lián)的第一電阻R1、第一電感L1、第二電阻R2連接至第一運(yùn)放Al的正向輸入端,第一電阻Rl和第一電感LI之間通過(guò)第一電容Cl接地,第一電感LI與第二電阻R2之間通過(guò)第二電感L2接地,第二電阻R2和第一運(yùn)放Al之間分別通過(guò)第二電容C2和第三電容C3接地,第一三極管Q1的發(fā)射極通過(guò)第三電阻R3連接至第二電容 C2和第二電阻R2之間,第一三極管Q1的集電極通過(guò)第四電阻R4連接至第二電阻R2和第一運(yùn)放A1之間,第一三極管Q1的基極通過(guò)第四電容C4連接至第二電阻R2和第一運(yùn)放A1 之間,第一運(yùn)放A1的反向輸入端通過(guò)第五電阻R5接地,第一運(yùn)放A1的反向輸入端同時(shí)通過(guò)第六電阻R6連接至第一運(yùn)放A1的輸出端,第一運(yùn)放A1的輸出端通過(guò)第十五電阻R15連接至控制器CUP的輸出端;
[0024]振動(dòng)信號(hào)輸入端SI還通過(guò)串聯(lián)的第七電阻R7和第五電容C5連接至第二三極管 Q2的集電極,第七電阻R7和第五電容C5之間通過(guò)第三電感L3接地,第二三極管Q2的基極通過(guò)第八電阻R8連接在第七電阻R7和第五電容C5之間,第二三極管Q2的發(fā)射極通過(guò)串聯(lián)的第九電阻R9、第六電容C6和第七電容C7連接至第二運(yùn)放A2的反向輸入端,第六電容C6和第七電容C7之間通過(guò)第十電阻R10接地,第六電容C6和第七電容C7之間通過(guò)第八電容C8和第九電容C9連接至第二運(yùn)放A2的輸出端,第七電容R7和第二運(yùn)放A2的反向輸入端之間通過(guò)第i^一電阻R11連接至第二運(yùn)放A2的輸出端,第八電容C8和第九電容C9 之間與第二運(yùn)放A2的反向輸入端連接,第二運(yùn)放A2的正向輸入端通過(guò)第十二電阻R12接地,第二運(yùn)放A2的輸出端通過(guò)第十三電阻R13連接至控制器CUP的輸出端;
[0025]振動(dòng)信號(hào)輸入端SI還通過(guò)第十四電阻R14直接連接至控制器CUP的輸出端;
[0026]控制器CUP包括用于接收信號(hào)的輸入模塊1、用于信號(hào)分解的分解模塊2、用于信號(hào)對(duì)比的對(duì)比模塊3和用于記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊4。
[0027]其中,第一電阻R1為60k Q,第二電阻R2為35k Q,第三電阻R3為50k Q,第四電阻R4為47kQ,第五電阻R5為25kQ,第六電阻R6為55kQ ;第七電阻R7為80kQ,第八電阻R8為38k Q,第九電阻R9為45k Q,第十電阻R10為75k Q,第^-一電阻Rl 1為47k Q, 第十二電阻R12為51kQ,第十三電阻R13為33kQ,第十四電阻R14為10kQ,第十五電阻 R15為45kQ。第一電容C1為50yF,第二電容C2為120yF,第三電容C3為85yF,第四電容C4為45 y F,第五電容C5為100 y F,第六電容C5為85 y F,第七電容C7為35 y F,第八電容C8為90 y F,第九電容C9為33 y F。第一電感L1為30mH,第二電感L2為55mH,第三電感L3為46mH。
[0028]—種使用上述的數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法,包括以下步驟:
[0029]A、振動(dòng)信號(hào)通過(guò)三路不同的路徑輸入控制器CPU,第一運(yùn)放A1支路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波,第二運(yùn)放A2支路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高通濾波,使得三路振動(dòng)信號(hào)分別呈現(xiàn)正常狀態(tài)、高頻放大狀態(tài)和低頻放大狀態(tài);
[0030]B、三種狀態(tài)的信號(hào)通過(guò)輸入模塊1進(jìn)入控制器CPU,其中高頻放大狀態(tài)信號(hào)和低頻放大狀態(tài)信號(hào)進(jìn)入分解模塊2中進(jìn)行分解處理,正常狀態(tài)信號(hào)直接進(jìn)入對(duì)比模塊3 ;
[0031]C、在分解模塊2中,隨機(jī)地將信號(hào)分為若干段,從每一段信號(hào)中提取一個(gè)基波信號(hào)和若干個(gè)諧波信號(hào);每一段的信號(hào)長(zhǎng)度在〇.2ms?0.5ms,基波信號(hào)采用正玄函數(shù)表示, 諧波信號(hào)采用N次多項(xiàng)式函數(shù)表示;分解諧波信號(hào)時(shí),采用多次擬合逐漸逼近的方式進(jìn)行, 即首先使用一個(gè)N次多項(xiàng)式函數(shù)表示諧波信號(hào),然后通過(guò)模擬值與實(shí)際值的偏差,補(bǔ)入其它的N次多項(xiàng)式函數(shù),對(duì)首先使用的N次多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn);
[0032]D、若相連的兩個(gè)信號(hào)段的基波信號(hào)相鄰的端點(diǎn)的差值大于閾值,則重新劃分這兩個(gè)信號(hào)段的范圍,然后返回步驟C;若相連的兩個(gè)信號(hào)段的基波信號(hào)相鄰的端點(diǎn)的差值小于閾值,則進(jìn)行步驟E ;閾值為±10% ;重新?lián)Q份兩個(gè)信號(hào)段時(shí),新的分割點(diǎn)所處位置的諧波信號(hào)的最高次數(shù)不超過(guò)5 (N < 5);
[0033]E、在基波信號(hào)上選取若干個(gè)特征點(diǎn)值,與正常狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,將特征點(diǎn)值與正常狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)的偏差值放入數(shù)據(jù)庫(kù)模塊4進(jìn)行檢索查詢,若檢索到結(jié)果則直接輸出,若未檢索到,則直接將基波信號(hào)進(jìn)行輸出;特征點(diǎn)值的選取過(guò)程為:以0.0lms的長(zhǎng)度為基準(zhǔn),檢測(cè)這一長(zhǎng)度中所包含的諧波信號(hào),若諧波信號(hào)中自變量的冪的最高次數(shù)與最低次數(shù)之差大于7或者諧波信號(hào)的振幅大于此處基波信號(hào)振幅的3倍,則選取基波信號(hào)在這一長(zhǎng)度內(nèi)的中間點(diǎn)作為特征點(diǎn)值;在未檢索到結(jié)果時(shí),根據(jù)輸出的基波信號(hào)進(jìn)行故障分析,并將分析的結(jié)果反饋至數(shù)據(jù)庫(kù)模塊4中進(jìn)行記錄,在進(jìn)行故障分析中,諧波信號(hào)中自變量的冪越高,則震源越靠近動(dòng)力輸出軸,基波信號(hào)的頻率越高,則震源越靠近加工刀具。
[0034]本發(fā)明可以通過(guò)振動(dòng)信號(hào)的分析對(duì)機(jī)床的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè),減少了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)異常后人工排查的時(shí)間。
[0035]上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出,不作為對(duì)其技術(shù)方案本身的單一限制條件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置,其特征在于: 振動(dòng)信號(hào)輸入端(SI)通過(guò)串聯(lián)的第一電阻(Rl)、第一電感(LI)、第二電阻(R2)連接至第一運(yùn)放(Al)的正向輸入端,第一電阻(Rl)和第一電感(LI)之間通過(guò)第一電容(Cl)接地,第一電感(LI)與第二電阻(R2)之間通過(guò)第二電感(L2)接地,第二電阻(R2)和第一運(yùn)放(Al)之間分別通過(guò)第二電容(C2)和第三電容(C3)接地,第一三極管(Ql)的發(fā)射極通過(guò)第三電阻(R3)連接至第二電容(C2)和第二電阻(R2)之間,第一三極管(Ql)的集電極通過(guò)第四電阻(R4)連接至第二電阻(R2)和第一運(yùn)放(Al)之間,第一三極管(Ql)的基極通過(guò)第四電容(C4)連接至第二電阻(R2)和第一運(yùn)放(Al)之間,第一運(yùn)放(Al)的反向輸入端通過(guò)第五電阻(R5)接地,第一運(yùn)放(Al)的反向輸入端同時(shí)通過(guò)第六電阻(R6)連接至第一運(yùn)放(Al)的輸出端,第一運(yùn)放(Al)的輸出端通過(guò)第十五電阻(R15)連接至控制器(CUP)的輸出端; 振動(dòng)信號(hào)輸入端(SI)還通過(guò)串聯(lián)的第七電阻(R7)和第五電容(C5)連接至第二三極管(Q2)的集電極,第七電阻(R7)和第五電容(C5)之間通過(guò)第三電感(L3)接地,第二三極管(Q2)的基極通過(guò)第八電阻(R8)連接在第七電阻(R7)和第五電容(C5)之間,第二三極管(Q2)的發(fā)射極通過(guò)串聯(lián)的第九電阻(R9)、第六電容(C6)和第七電容(C7)連接至第二運(yùn)放(A2)的反向輸入端,第六電容(C6)和第七電容(C7)之間通過(guò)第十電阻(RlO)接地,第六電容(C6)和第七電容(C7)之間通過(guò)第八電容(C8)和第九電容(C9)連接至第二運(yùn)放(A2)的輸出端,第七電容(R7)和第二運(yùn)放(A2)的反向輸入端之間通過(guò)第十一電阻(Rll)連接至第二運(yùn)放(A2)的輸出端,第八電容(C8)和第九電容(C9)之間與第二運(yùn)放(A2)的反向輸入端連接,第二運(yùn)放(A2)的正向輸入端通過(guò)第十二電阻(R12)接地,第二運(yùn)放(A2)的輸出端通過(guò)第十三電阻(Rl3)連接至控制器(CUP)的輸出端; 振動(dòng)信號(hào)輸入端(SI)還通過(guò)第十四電阻(R14)直接連接至控制器(CUP)的輸出端; 控制器(CUP)包括用于接收信號(hào)的輸入模塊(I)、用于信號(hào)分解的分解模塊(2)、用于信號(hào)對(duì)比的對(duì)比模塊(3)和用于記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊(4)。2.一種使用權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法,其特征在于包括以下步驟: A、振動(dòng)信號(hào)通過(guò)三路不同的路徑輸入控制器(CPU),第一運(yùn)放(Al)支路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行低通濾波,第二運(yùn)放(A2)支路對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高通濾波,使得三路振動(dòng)信號(hào)分別呈現(xiàn)正常狀態(tài)、高頻放大狀態(tài)和低頻放大狀態(tài); B、三種狀態(tài)的信號(hào)通過(guò)輸入模塊(I)進(jìn)入控制器(CPU),其中高頻放大狀態(tài)信號(hào)和低頻放大狀態(tài)信號(hào)進(jìn)入分解模塊(2)中進(jìn)行分解處理,正常狀態(tài)信號(hào)直接進(jìn)入對(duì)比模塊(3); C、在分解模塊(2)中,隨機(jī)地將信號(hào)分為若干段,從每一段信號(hào)中提取一個(gè)基波信號(hào)和若干個(gè)諧波信號(hào); D、若相連的兩個(gè)信號(hào)段的基波信號(hào)相鄰的端點(diǎn)的差值大于閾值,則重新劃分這兩個(gè)信號(hào)段的范圍,然后返回步驟C ;若相連的兩個(gè)信號(hào)段的基波信號(hào)相鄰的端點(diǎn)的差值小于閾值,則進(jìn)行步驟E ; E、在基波信號(hào)上選取若干個(gè)特征點(diǎn)值,與正常狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,將特征點(diǎn)值與正常狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)的偏差值放入數(shù)據(jù)庫(kù)模塊(4)進(jìn)行檢索查詢,若檢索到結(jié)果則直接輸出,若未檢索到,則直接將基波信號(hào)進(jìn)行輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法,其特征在于:步 驟D中,所述閾值為± 10 %。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控機(jī)床的異常振動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法,其特征在于:步 驟E中,在未檢索到結(jié)果時(shí),根據(jù)輸出的基波信號(hào)進(jìn)行故障分析,并將分析的結(jié)果反饋至數(shù) 據(jù)庫(kù)模塊(4)中進(jìn)行記錄。
【文檔編號(hào)】G01H11/06GK105987801SQ201510056472
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日
【發(fā)明人】宋明安, 孫潔, 劉學(xué)平, 李志博, 同彥恒, 麻輝
【申請(qǐng)人】寧夏巨能機(jī)器人系統(tǒng)有限公司