專利名稱：快速判峰的方法及振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)的制作方法
快速判峰的方法及振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于振動(dòng)時(shí)效技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)機(jī)械工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效的過程
中，通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到振動(dòng)峰值然后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效 的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
振動(dòng)時(shí)效是機(jī)械加工行業(yè)中用于消除機(jī)械工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的一種工藝，是通 過振動(dòng)時(shí)效設(shè)備的控制系統(tǒng)控制固定于工件上的激振器帶動(dòng)工件振動(dòng)。 判峰方法是振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)尋找工件固有頻率(共振頻率)及諧振頻率的方法。常 規(guī)振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)的判峰方法是使激振器從最低轉(zhuǎn)速緩慢升到最高轉(zhuǎn)速(這一過程稱為掃 頻)，數(shù)據(jù)采集電路通過振幅傳感器采集工件受迫振動(dòng)下的振幅，然后通過分析振幅-轉(zhuǎn) 速曲線的極值點(diǎn)來判斷工件的共振峰和諧振峰(工件的固有頻率和諧振頻率對(duì)應(yīng)的振 幅-轉(zhuǎn)速曲線上的極值點(diǎn)分別稱為共振峰和諧振峰)，這是傳統(tǒng)的判峰方法，是在時(shí)域進(jìn) 行的。使用這種時(shí)域判峰方法的時(shí)效設(shè)備一般具有以下缺點(diǎn) —、常規(guī)振動(dòng)時(shí)效設(shè)備掃頻時(shí)一般從激振器的最低轉(zhuǎn)速緩慢升到最高轉(zhuǎn)速，進(jìn) 行掃頻耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)(一般需要3-6分鐘，如果再進(jìn)行二次掃頻以判斷時(shí)效的效果時(shí)，時(shí) 間加倍)，這樣在進(jìn)行大批量工件的振動(dòng)時(shí)效時(shí)，嚴(yán)重影響工作效率，并且振動(dòng)時(shí)效設(shè)備 工作時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致電力資源的浪費(fèi)，振動(dòng)時(shí)效設(shè)備本身的使用壽命縮短等問題；另 外，操作人員也要忍受長(zhǎng)時(shí)間的噪聲。 二、對(duì)于大型工件，采用常規(guī)判峰方法的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備通?？梢苑治龀龉ぜ?共振頻率和諧振頻率。而對(duì)于小型工件，情況則不然。 一方面，由于小型工件的剛性一 般都比較大，掃頻的時(shí)候，在不同的激振器轉(zhuǎn)速下工件的受迫振動(dòng)振幅值差異不大，導(dǎo) 致用常規(guī)的判峰方法很難找到可以進(jìn)行時(shí)效的共振峰或者諧振峰；另一方面，連接在小 型工件上的激振器在掃頻時(shí)容易導(dǎo)致工件整體隨著激振器進(jìn)行振動(dòng)，這樣振幅傳感器采 集回來的振幅值就不準(zhǔn)確，有可能誤判共振頻率，致使振動(dòng)時(shí)效不能達(dá)到預(yù)期的效果。
三、對(duì)于固有頻率很高的一些工件，在激振器的額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(一般小于 12000轉(zhuǎn)/秒)，用常規(guī)的掃頻方式，不能得到可以進(jìn)行時(shí)效的共振峰或者諧振峰。
針對(duì)上述問題，我們嘗試采用傅立葉變換進(jìn)行頻域判峰。傳統(tǒng)的信號(hào)分析是建 立在傅立葉變換的基礎(chǔ)之上的。雖然傅立葉變換能夠?qū)⑿盘?hào)的時(shí)域特征和頻域特征聯(lián)系 起來，能分別從信號(hào)的時(shí)域和頻域觀察信號(hào)，但卻不能把二者有機(jī)地結(jié)合起來。由于傅 立葉分析使用的是一種全局的變換，要么完全在時(shí)域，要么完全在頻域，因此無法表述 信號(hào)的時(shí)頻局域性質(zhì)，而這種性質(zhì)恰恰是非平穩(wěn)信號(hào)最根本和最關(guān)鍵的性質(zhì)。本系統(tǒng)的 振幅信號(hào)就是一種非平穩(wěn)的瞬變信號(hào)，僅從時(shí)域或頻域上來分析是不夠的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在判峰過程中使用小波分析方法的振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)，它能夠解決現(xiàn)有振動(dòng)時(shí)效技術(shù)中存在的掃頻時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)小型工件判峰不準(zhǔn)確、有時(shí)甚至無
法找到峰值、傅立葉變換不能同時(shí)提供時(shí)域特征和頻域特征等問題。 本發(fā)明技術(shù)方案還提供了一種采用該方法的高效的振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)。 本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為提供了一種用于振動(dòng)時(shí)效的判
峰方法，所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法包括步驟 第一步、對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行采樣； 第二步、對(duì)采樣信息進(jìn)行量化；
,、1 d、
第三步、弓l入窗口函數(shù)^》(0二-,^'//(.-■■■■■一)，
如| " 其中，aGR且a^0， a為尺度因子，表示與頻率相關(guān)的伸縮，b為時(shí)間平移 因子；第四步、通過以下公式進(jìn)行小波變換第六步、將尺度通過^=^轉(zhuǎn)換為頻率，得到振動(dòng)時(shí)效的峰值。 其中a表示尺度，A表示采樣周期，F(xiàn)。是小波的中心頻率，F(xiàn),表示與尺度a 對(duì)應(yīng)的頻率， 根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案振動(dòng)時(shí)效的技術(shù)方案為將激振器與振幅傳感 器固定于工件上，用錘子在工件上敲擊一下，上位機(jī)通過振幅傳感器采集工件受迫振動(dòng) 下的振幅，并對(duì)振幅數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件的共振頻率和各階諧振頻率，然后下位機(jī) 控制激振器在選定的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行時(shí)效處理。 根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案振動(dòng)時(shí)效的技術(shù)方案為將激振器與振幅傳感 器固定于工件上，下位機(jī)控制激振器在低速區(qū)快速升速，上位機(jī)通過振幅傳感器采集工 件受迫振動(dòng)下的振幅，并采用小波分析方法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件的共振 頻率和各階諧振頻率，然后下位機(jī)控制激振器在選定的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行設(shè)定
時(shí)間的時(shí)效處理。 根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述第一步具體為根據(jù)采樣定理采樣頻率大 于兩倍的信號(hào)的最高頻率，并將信號(hào)中高于激振器能夠產(chǎn)生的最高振動(dòng)頻率的部分在濾 波過程中濾除。 根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述第二步的量化過程是對(duì)經(jīng)過采樣的振幅信 號(hào)近似為離散值的過程。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述第四步具體為小波變換在低頻部分具有 較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻 率分辨率，小波變換時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)頻窗口的面積固定不變，時(shí)窗和頻窗相對(duì)改變，具體做 法是在高頻時(shí)使用短時(shí)窗和寬頻窗，而在低頻時(shí)則使用寬時(shí)窗和短頻窗。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述第五步具體為振幅信號(hào)經(jīng)過小波變換以
其中b為平移參數(shù)，a為伸縮參數(shù)，V'為V的共軛函數(shù)； 第五步、通過小波變換得到時(shí)間-尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系；后可得到時(shí)間-尺度曲線，尺度因子表示與頻率相關(guān)的伸縮，x軸對(duì)應(yīng)的是時(shí)間，y軸是 尺度，尺度越小，對(duì)應(yīng)的頻率越高；x-y點(diǎn)表示小波變換系數(shù)，小波變換的系數(shù)表示小波 與處在分析時(shí)段內(nèi)信號(hào)的波形近似度，系數(shù)的大小通過所畫出圖的顏色深淺進(jìn)行區(qū)分， 通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)小波變換，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，即觀察信號(hào)在某一時(shí)間上對(duì) 應(yīng)某一尺度a的成分。 根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述第六步具體為通過觀察信號(hào)在某一時(shí)間 上對(duì)應(yīng)某一尺度a的成分可以找出最大小波系數(shù)對(duì)應(yīng)的尺度值，根據(jù)尺度計(jì)算得到工件的 固有頻率，然后根據(jù)需要的諧振峰數(shù)量找出等數(shù)量小波系數(shù)次大點(diǎn)，根據(jù)次大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 尺度計(jì)算出次大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，即得到需要的工件的諧振峰頻率。 本發(fā)明還提供了一種快速判峰的振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)所述振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)包括激振 器單元、振幅檢測(cè)單元、下位機(jī)和上位機(jī)，其中，所述激振器單元中的激振器和所述振 幅檢測(cè)單元中的振幅傳感器安裝在被測(cè)工件上，所述激振器單元中的激振器控制器與所 述下位機(jī)連接，所述下位機(jī)與所述上位機(jī)連接，所述振幅傳感器與所述上位機(jī)連接。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述上位機(jī)為數(shù)據(jù)處理終端，其與所述下位機(jī) 通過串口、 USB接口或無線通訊方式連接。 根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案激振器單元包括激振器和激振器控制器，所述 激振器通過所述激振器控制器與所述下位機(jī)連接。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)還包括輸入單元和輸出單 元，所述輸入單元與所述上位機(jī)連接，所述上位機(jī)與所述輸出單元連接。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述輸入單元為控制鍵或鍵盤。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案所述輸出單元包括打印機(jī)和顯示器。
本發(fā)明能夠產(chǎn)生的有益效果為 —、減少了掃頻時(shí)間，節(jié)省了能源消耗，減少了振動(dòng)時(shí)效設(shè)備本身的損耗，通 過激振器快速升速或者采用敲擊方式使工件產(chǎn)生受迫振動(dòng)，節(jié)省了掃頻時(shí)間，在很短時(shí) 間內(nèi)達(dá)到了采集振幅數(shù)據(jù)，判斷工件共振頻率和諧振頻率的目的，達(dá)到了省時(shí)、省電、 減少設(shè)備損耗、降低時(shí)效時(shí)的噪音的目的。 二、解決了采用傳統(tǒng)判峰方法的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備無法找出部分小工件和剛性很大 的工件的諧振峰的問題，而使用本發(fā)明中的基于小波分析判峰方法的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，可 以計(jì)算出工件的共振頻率和各階諧振頻率，控制器中的軟件可以在激振器的額定轉(zhuǎn)速范 圍內(nèi)選擇幾個(gè)諧振峰進(jìn)行時(shí)效。 三、提高對(duì)小型工件判峰的準(zhǔn)確性，小波分析判峰方法通過對(duì)信號(hào)的各個(gè)頻率 上的振幅進(jìn)行分析，能夠清晰分辨出工件的共振振動(dòng)頻率，減少了時(shí)域判峰方法對(duì)小型 工件共振頻率誤判的問題。 四、對(duì)于共振頻率超過激振器振動(dòng)頻率范圍的工件，可以找到工件在激振器額 定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的諧振峰，解決了共振頻率超過激振器振動(dòng)頻率范圍工件的振動(dòng)時(shí)效 問題。
圖1.本發(fā)明中的判峰方法的流程6
圖2.本發(fā)明用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法及振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明 請(qǐng)參閱圖l本發(fā)明中的判峰方法的流程圖。如圖1所示，提供了一種用于振動(dòng) 時(shí)效的判峰方法，所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法包括步驟
第一步、對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行采樣； 第二步、對(duì)采樣信息進(jìn)行量化；
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第三步、弓|入窗口函數(shù)￥^0) = ^=7^(^")，
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第四步、通過以下公式進(jìn)行小波變換
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其中b為平移參數(shù)，a為伸縮參數(shù)，v'為v的共軛函數(shù)；
第五步、通過小波變換得到時(shí)間-尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系；
第六步、將尺度通過《-^7轉(zhuǎn)換為頻率，得到振動(dòng)時(shí)效的峰值；
因子；
其中a表示尺度，A表示采樣周期，F(xiàn)。是小波的中心頻率，F(xiàn),表示與尺度a 對(duì)應(yīng)的頻率。 在本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案中 所述第一步具體為根據(jù)采樣定理采樣頻率大于兩倍的信號(hào)的最高頻率，并將
信號(hào)中高于激振器105能夠產(chǎn)生的最高振動(dòng)頻率的部分在濾波過程中濾除。 所述第二步的量化過程是對(duì)經(jīng)過采樣的振幅信號(hào)近似為離散值的過程。 所述第四步具體為小波變換在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間
分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率，小波變換時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)
頻窗口的面積固定不變，時(shí)窗和頻窗相對(duì)改變，具體做法是在高頻時(shí)使用短時(shí)窗和寬頻
窗，而在低頻時(shí)則使用寬時(shí)窗和短頻窗。 所述第五步具體為振幅信號(hào)經(jīng)過小波變換以后可得到時(shí)間-尺度曲線，尺度 因子表示與頻率相關(guān)的伸縮，x軸對(duì)應(yīng)的是時(shí)間，y軸是尺度，尺度越小，對(duì)應(yīng)的頻率越 高；x-y點(diǎn)表示小波變換系數(shù)，小波變換的系數(shù)表示小波與處在分析時(shí)段內(nèi)信號(hào)的波形近 似度，系數(shù)的大小通過所畫出圖的顏色深淺進(jìn)行區(qū)分，通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)小波變換， 可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，即觀察信號(hào)在某一時(shí)間上對(duì)應(yīng)某一尺度a的成分。
所述第六步具體為通過觀察信號(hào)在某一時(shí)間上對(duì)應(yīng)某一尺度a的成分可以 找出最大小波系數(shù)對(duì)應(yīng)的尺度值，根據(jù)尺度計(jì)算得到工件的固有頻率，然后根據(jù)需要的 諧振峰數(shù)量找出等數(shù)量小波系數(shù)次大點(diǎn)，根據(jù)次大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的尺度計(jì)算出次大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻 率，即得到需要的工件的諧振峰頻率。 請(qǐng)參閱圖2本發(fā)明用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法及振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖中所示，本發(fā)明還提供了一種快速判峰的振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)所述振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)包括激
振器單元101、振幅檢測(cè)單元102、下位機(jī)104和上位機(jī)103，其中，所述激振器單元IOI 中的激振器105和所述振幅檢測(cè)單元102中的振幅傳感器安裝在被測(cè)工件上，所述激振器 單元101中的激振器控制器106與所述下位機(jī)104連接，所述下位機(jī)104與所述上位機(jī) 103連接，所述振幅傳感器與所述上位機(jī)103連接。 在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中所述上位機(jī)103為用于單獨(dú)存儲(chǔ)振動(dòng)時(shí)效判峰模 塊的數(shù)據(jù)處理終端，其與所述下位機(jī)104通過串口、 USB接口或無線通訊方式連接，所 述下位機(jī)104包括MCU108和電流/轉(zhuǎn)速采集單元。上位機(jī)103通過振幅傳感器采集工件 受迫振動(dòng)下的振幅，然后對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)采樣信息進(jìn)行量化，引入窗口函數(shù)、 進(jìn)行小波變換、得到時(shí)間-尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系，最后將尺度轉(zhuǎn)換為頻率便得到振動(dòng)時(shí)效的峰 值。所述振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)還包括輸入單元和輸出單元，所述輸入單元與所述上位機(jī)103連 接，所述上位機(jī)103與所述輸出單元連接。所述輸入單元為控制鍵或鍵盤109，所述輸出 單元包括打印機(jī)110和顯示器111。所述上位機(jī)103還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，可以將采集到 的信息和處理后得到的信息存儲(chǔ)起來以備查看。 在本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案中激振器單元101包括激振器105和激振器控制器 106，所述激振器105通過所述激振器控制器106與所述下位機(jī)104連接，所述振幅檢測(cè) 單元102中的振幅傳感器與所述上位機(jī)103連接。所述振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)還包括輸入單元和 輸出單元，所述輸入單元與所述上位機(jī)103連接，所述上位機(jī)103與所述輸出單元連接， 所述輸入單元為控制鍵或鍵盤109，所述輸出單元包括打印機(jī)110和顯示器111。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷而提供一種基于小波分析的振動(dòng)時(shí)效系 統(tǒng)，它能夠解決現(xiàn)有振動(dòng)時(shí)效技術(shù)中存在的掃頻時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)小型工件判峰不準(zhǔn)確、有時(shí) 甚至無法找到峰、傅立葉變換不能同時(shí)提供時(shí)域特征和頻域特征等問題。
小波分析使用一個(gè)窗函數(shù)(小波函數(shù))，時(shí)頻窗面積不變，但形狀可改變。小 波函數(shù)根據(jù)需要調(diào)整時(shí)間與頻率分辨率，具有多分辨分析(Multiresolution Analysis)的 特點(diǎn)，克服了短時(shí)傅里葉變換分析非平穩(wěn)信號(hào)單一分辨率的困難。小波分析是一種時(shí) 間——尺度分析方法，而且在時(shí)間、尺度(頻率)兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力， 在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分 辨率和較低的頻率分辨率，很適合于探測(cè)正常信號(hào)中夾帶的瞬間反常現(xiàn)象并展示其成 分。所以，小波分析被稱為分析信號(hào)的顯微鏡。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的待處理工件定位后，激振器105和 振幅傳感器分別被安置于工件上，同時(shí)與振動(dòng)時(shí)效設(shè)備相連接，振動(dòng)時(shí)效設(shè)備中的上位 機(jī)103對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析，利用基于小波分析的判峰方法找到工件的固有頻率和諧 振頻率。下位機(jī)104按照相關(guān)工藝發(fā)出相應(yīng)的控制指令給激振器控制電路從而控制激振 器105對(duì)工件進(jìn)行時(shí)效。時(shí)效過程中的有關(guān)曲線信息可以通過顯示器111顯示，用打印 機(jī)110打印。 為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，可采用以下技術(shù)方案 方案一、將激振器105與振幅傳感器固定于工件上，用錘子在工件上敲擊一 下，上位機(jī)103通過振幅傳感器采集工件受迫振動(dòng)下的振幅，然后利用小波分析判峰方 法對(duì)振幅數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件的共振頻率和各階諧振頻率，最后控制激振器105在選定的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速附近按照工藝要求進(jìn)行時(shí)效處理。 方案二、將激振器105與振幅傳感器固定于工件上，控制激振器105從低速區(qū)快速升速，上位機(jī)103通過振幅傳感器采集工件受迫振動(dòng)下的振幅，然后利用小波分析判峰方法對(duì)振幅數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件的共振頻率和各階諧振頻率，然后控制激振器105在選定的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速附近按照工藝要求進(jìn)行時(shí)效處理。 方案一與方案二中的小波分析判峰方法采用如圖1本發(fā)明中的判峰方法流程圖所述方法實(shí)現(xiàn)對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行一系列的處理，包括采樣、量化、小波分析等。基于小波分析的判峰方法可以提高頻率分辨率，對(duì)短數(shù)據(jù)仍然具有較高的頻率分辨率，從而提高頻譜檢測(cè)的準(zhǔn)確度。 采用上述技術(shù)方案后，減少了掃頻時(shí)間，節(jié)省了能源消耗，減少了振動(dòng)時(shí)效設(shè)備本身的損耗，通過激振器105快速升速或者采用敲擊方式使工件產(chǎn)生受迫振動(dòng)，節(jié)省了掃頻時(shí)間，在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了采集振幅數(shù)據(jù)，判斷工件共振頻率和諧振頻率的目的，達(dá)到了省時(shí)、省電、減少設(shè)備損耗、降低時(shí)效時(shí)的噪音的目的，并且解決了采用傳統(tǒng)判峰方法的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備無法找出部分小工件和剛性很大的工件的諧振峰的問題，使用本發(fā)明中的基于小波分析判峰方法的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，可以計(jì)算出任何工件的共振頻率和各階諧振頻率，上位機(jī)103中的軟件可以在激振器105的額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選擇幾個(gè)諧振峰進(jìn)行時(shí)效，提高對(duì)小型工件判峰的準(zhǔn)確性，小波分析判峰方法能夠高效分辨出工件的共振頻率，減少了時(shí)域判峰方法對(duì)小型工件共振頻率誤判的問題，對(duì)于共振頻率超過激振器105振動(dòng)頻率范圍的工件，可以找到工件在激振器105額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的諧振峰，解決了共振頻率超過激振器105振動(dòng)頻率范圍工件的振動(dòng)時(shí)效問題。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法包括步驟A對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行采樣；B對(duì)采樣信息進(jìn)行量化；C引入窗口函數(shù) <mrow><msub> <mi>ψ</mi> <mrow><mi>a</mi><mo>,</mo><mi>b</mi> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <msqrt><mo>|</mo><mi>a</mi><mo>|</mo> </msqrt></mfrac><mi>ψ</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>b</mi></mrow><mi>a</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>其中，a∈R且a≠0，a為尺度因子，表示與頻率相關(guān)的伸縮，b為時(shí)間平移因子；D通過 <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>ψ</mi></msub><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <msqrt><mo>|</mo><mi>a</mi><mo>|</mo> </msqrt></mfrac><msubsup> <mo>∫</mo> <mrow><mo>+</mo><mo>∞</mo> </mrow> <mrow><mo>+</mo><mo>∞</mo> </mrow></msubsup><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>ψ</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>b</mi></mrow><mi>a</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi> </mrow>進(jìn)行小波變換，其中b為平移參數(shù)，a為伸縮參數(shù)，ψ*為ψ的共軛函數(shù)；E通過小波變換得到時(shí)間-尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系；F將尺度通過 <mrow><msub> <mi>F</mi> <mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>F</mi><mi>c</mi> </msub> <mrow><mi>a</mi><mo>·</mo><mi>Δ</mi> </mrow></mfrac> </mrow>轉(zhuǎn)換為頻率，得到振動(dòng)時(shí)效的峰值，其中a表示尺度，Δ表示采樣周期，F(xiàn)c是小波的中心頻率，F(xiàn)a表示與尺度a對(duì)應(yīng)的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述的用于振動(dòng)時(shí) 效的判峰方法中對(duì)振幅進(jìn)行采樣的技術(shù)方案為將激振器(105)與振幅傳感器固定于工件 上，用錘子在工件上敲擊一下，上位機(jī)(103)通過振幅檢測(cè)單元(102)采集工件受迫振動(dòng) 下的振幅，然后利用小波分析判峰方法對(duì)振幅數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到工件的共振頻率和各 階諧振頻率，然后下位機(jī)(104)控制激振器(105)在選定的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行時(shí) 效處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述的用于振動(dòng)時(shí) 效的判峰方法中對(duì)振幅進(jìn)行采樣的技術(shù)方案為將激振器(105)與振幅傳感器固定于工件上，下位機(jī)(104)控制激振器(105)在低速區(qū)快速升速，上位機(jī)(103)中通過振幅傳感器采 集工件受迫振動(dòng)下的振幅，然后利用小波分析判峰方法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到 工件的共振頻率和各階諧振頻率，然后通過下位機(jī)(104)控制激振器(105)在選定的頻率 所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行設(shè)定時(shí)間的時(shí)效處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述步驟A具體為根據(jù)采樣定理采樣頻率大于兩倍的信號(hào)的最高頻率，并將信號(hào)中高于激振器(105)能夠產(chǎn) 生的最高振動(dòng)頻率的部分在濾波過程中濾除。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述步驟B中的量化過程是對(duì)經(jīng)過采樣的振幅信號(hào)近似為離散值的過程。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述步驟D具體為小波變換在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高 的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率，小波變換時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)頻窗口的面積固定不變，時(shí)窗 和頻窗相對(duì)改變，具體做法是在高頻時(shí)使用短時(shí)窗和寬頻窗，而在低頻時(shí)則使用寬時(shí)窗 和短頻窗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述步驟E具體為 振幅信號(hào)經(jīng)過小波變換以后可得到時(shí)間-尺度曲線，尺度因子表示與頻率相關(guān)的伸縮，X軸對(duì)應(yīng)的是時(shí)間，y軸是尺度，尺度越小，對(duì)應(yīng)的頻率越高；x-y點(diǎn)表示小波變換系數(shù)， 小波變換的系數(shù)表示小波與處在分析時(shí)段內(nèi)信號(hào)的波形近似度，系數(shù)的大小通過所畫出 圖的顏色深淺進(jìn)行區(qū)分，通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)小波變換，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，即 觀察信號(hào)在某一時(shí)間上對(duì)應(yīng)某一尺度a的成分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于振動(dòng)時(shí)效的判峰方法，其特征在于所述步驟F具體為 通過觀察信號(hào)在某一時(shí)間上對(duì)應(yīng)某一尺度a的成分可以找出最大小波系數(shù)對(duì)應(yīng)的尺度值， 根據(jù)尺度計(jì)算得到工件的固有頻率，然后根據(jù)需要的諧振峰數(shù)量找出等數(shù)量小波系數(shù)次 大點(diǎn)，根據(jù)次大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的尺度計(jì)算出次大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，即得到需要的工件的諧振峰頻 率。
9. 一種快速判峰的振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)，其特征在于所述振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)包括激振器單 元(IOI)、振幅檢測(cè)單元(102)、下位機(jī)(104)和上位機(jī)(103)，其中，所述激振器單元(IOI) 和所述振幅檢測(cè)單元(102)中的振幅傳感器安裝在被測(cè)工件上，所述振幅檢測(cè)單元(102) 與上位機(jī)(103)連接，所述激振器單元(101)與所述下位機(jī)(104)連接，所述下位機(jī)(104) 與所述上位機(jī)(103)連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述快速判峰的振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)，其特征在于所述上位機(jī)(103)為 數(shù)據(jù)處理終端，所述上位機(jī)(103)與所述下位機(jī)(104)通過串口 、 USB接口或無線通訊方 式連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以快速判峰的振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)。判峰方法包括步驟一、對(duì)振幅信號(hào)進(jìn)行采樣；二、對(duì)采樣信息進(jìn)行量化；三、引入窗口函數(shù)；四、進(jìn)行小波變換；五、通過小波變換得到時(shí)間-尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系；六、將尺度轉(zhuǎn)換為頻率，得到振動(dòng)時(shí)效的峰值。振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)包括激振器單元、振幅檢測(cè)單元、下位機(jī)和上位機(jī)，其中，激振器單元中的激振器和振幅檢測(cè)單元中的振幅傳感器安裝在被測(cè)工件，激振器單元中的激振器控制器與下位機(jī)連接，下位機(jī)與上位機(jī)連接。本發(fā)明技術(shù)方案能快速檢測(cè)出工件的共振頻率和諧振頻率，對(duì)短時(shí)間采集的數(shù)據(jù)具有較高的頻率分辨率，從而滿足小型工件的共振頻率和諧振頻率檢測(cè)準(zhǔn)確度需求，并且具有時(shí)效處理時(shí)間短、噪聲小、耗能少等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C21D11/00GK101691632SQ20091010829
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者馮寶玉, 周軍飛, 李會(huì)濱, 王鴻鵬, 蘆廣蘋, 董德權(quán), 韓殿文 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院