專利名稱：一種基于金屬帶鋸條顫振特性的鋸切負(fù)載檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非接觸式的金屬帶鋸條鋸切負(fù)載檢測裝置，特別涉及一種基于金屬帶鋸條顫振特性的鋸切負(fù)載檢測裝置。
背景技術(shù)：
金屬帶鋸床是一種下料工序主要設(shè)備，以其鋸切精度高、鋸縫小，具有高效節(jié)能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鋸切各種金屬材料及非金屬材料等場合。在實(shí)際鋸切加工生產(chǎn)中，隨著加工工件截面積無序變化、加工工件材質(zhì)硬度突變、鋸齒齒刃磨損等復(fù)雜工況的出現(xiàn)，金屬帶鋸條鋸切負(fù)載參數(shù)會相應(yīng)產(chǎn)生變化，二者的相關(guān)性理論分析較為復(fù)雜，但對后續(xù)工藝的加工精度、加工效率有著較大的影響。因此，需要研制一種帶鋸床的鋸切負(fù)載檢測裝置，對研究金屬帶鋸床的高精度化、高效率化具有非常重要的意義。目前，在相關(guān)領(lǐng)域并沒有基于金屬帶鋸床的鋸切負(fù)載檢測裝置，如專利號為CN101135899(授權(quán)公告號CN200710009663.X，授權(quán)公告日2008年3月5日)公開了一種精密數(shù)控機(jī)床在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用點(diǎn)對多點(diǎn)無線串口通訊方式，包括精密數(shù)控機(jī)床、伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、傳感器、多通道傳感器接口電路、單片機(jī)、無線數(shù)傳模塊和工控機(jī)，傳感器隨動(dòng)安裝在精密數(shù)控機(jī)床上，單片機(jī)控制傳感器數(shù)據(jù)采集，工控機(jī)通過無線數(shù)傳模塊與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，工控機(jī)中設(shè)有在線檢測與誤差補(bǔ)償軟件。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測數(shù)控機(jī)床工作狀況，能一定程度上對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償，提高機(jī)床工作精度。但該系統(tǒng)缺乏連續(xù)分析大量顫振信號的能力，無法應(yīng)用于復(fù)雜工況的工作環(huán)境，無法對工作狀況進(jìn)行智能決策及分析，因此，并不適用于基于金屬帶鋸條顫振特性的鋸切負(fù)載檢測要求。如專利號為CN201010102851.9(授權(quán)公告號CN101769785A，授權(quán)公告日2010年7月7日)公開了一種注水機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的點(diǎn)檢方法及檢測裝置，該裝置包括振動(dòng)檢測模塊、設(shè)備負(fù)載檢測模塊、聲發(fā)射檢測模塊、轉(zhuǎn)速檢測模塊、在線狀態(tài)檢測分析模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊和多信號調(diào)制模塊的檢測裝置，在正常狀態(tài)下，振動(dòng)檢測模塊采集的振動(dòng)信號、聲發(fā)射檢測模塊采集聲發(fā)射信號、設(shè)備負(fù)載檢測模塊測得設(shè)備的數(shù)據(jù)、計(jì)算得到調(diào)制的音頻信號存入數(shù)據(jù)庫管理模塊，對設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢時(shí)，將實(shí)際采集的信號存入數(shù)據(jù)管理模塊，計(jì)算實(shí)際信號音頻信號，通過耳機(jī)對正常狀態(tài)參考音頻信號和實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)音頻信號進(jìn)行監(jiān)聽比較。該裝置采用多種傳感器，采集多處模擬量信號，可以較為全面地針對機(jī)床運(yùn)行過程中的狀況進(jìn)行比對分析，基于數(shù)據(jù)庫信號管理處理也提高了檢測系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。但這種裝置成本較高，且采用聲學(xué)信號進(jìn)行比對，主觀判斷成分較大，不利于客觀分析。因此不適合于金屬帶鋸鋸切負(fù)載檢測。本實(shí)用新型針對以上技術(shù)的不足，提供了一種基于金屬帶鋸條顫振特性的鋸切負(fù)載檢測裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種非接觸式的金屬帶鋸條鋸切負(fù)載在線檢測裝置；是一種基于帶鋸條顫振特性與鋸切負(fù)載的相關(guān)性原理的檢測裝置；是一種通過高頻采樣帶鋸條的顫振信號，然后進(jìn)行顫振信號處理、特征提取和相關(guān)性轉(zhuǎn)換，得到鋸切負(fù)載特性的間接性檢測裝置；是一種快速反映鋸切負(fù)載變化的檢測裝置；是一種可對每次鋸切工況進(jìn)行智能決策評價(jià)的在線檢測裝置。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:本實(shí)用新型由電渦流傳感器模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、人機(jī)界面模塊組成；其中電渦流傳感器模塊包括四套電渦流傳感器及四套帶底座的支架。所述的電渦流傳感器模塊，其四套電渦流傳感器均分固定于四套帶底座的支架上，分別用于測定帶鋸工作時(shí)工件兩側(cè)鋸切產(chǎn)生的帶鋸顫振偏移量。所述的帶底座的支架固定于金屬帶鋸床的導(dǎo)向裝置上，并可調(diào)節(jié)支架使四套電渦流傳感器的探頭都在同一水平面且垂直于金屬帶鋸條鋸帶部分。所述的電渦流傳感器用于測定帶鋸工作時(shí)工件兩側(cè)鋸切產(chǎn)生的帶鋸顫振偏移量。所述的信號采集模塊采用轉(zhuǎn)換板及采集卡，電渦流傳感器信號輸出端與轉(zhuǎn)換板的模擬量輸入接線端口連接，所述的轉(zhuǎn)換板與所述的采集卡通過電纜連接，所述的采集卡與PC機(jī)PCI插槽相連。所述的信號處理模塊對所述的采集卡所采集的帶鋸顫振偏移量信號進(jìn)行信號處理。所述的人機(jī)界面模塊實(shí)現(xiàn)金屬帶鋸床鋸切負(fù)載特性的動(dòng)態(tài)顯示。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:1、與現(xiàn)有帶鋸床機(jī)構(gòu)裝配簡單，對實(shí)際生產(chǎn)影響較?。?、檢測系統(tǒng)響應(yīng)速度快，信息存儲量大，精確度較高。3、裝置硬件結(jié)構(gòu)簡單，分析識別主要靠軟件實(shí)現(xiàn)，便于升級與維護(hù)。

圖1為帶鋸顫振信號采集硬件安裝示意圖。圖2為帶鋸顫振信號采集處理模塊示意圖。圖3為鋸切負(fù)載特性在線智能決策工作原理圖。圖4為粗糙集推理機(jī)工作原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。如圖1所示，電渦流傳感器模塊包括四套電渦流傳感器I及帶底座4的支架5。所述的電渦流傳感器I的探頭分別固定安裝在四套支架5上，所述的底座4固定在金屬帶鋸床導(dǎo)向裝置3上。檢測時(shí)，調(diào)節(jié)支架5的伸展姿態(tài)，使得所述的電渦流傳感器I的探頭垂直正對于金屬帶鋸條2的鋸帶部分，且探頭檢測面位于同一水平面。當(dāng)帶鋸工作時(shí)，帶鋸條會產(chǎn)生基于平衡位置的橫向顫振偏移，其偏移值的大小經(jīng)由電渦流傳感器I轉(zhuǎn)換為電流信號變化量，提供系統(tǒng)進(jìn)一步分析處理。如圖2所示，信號采集模塊電路主要包括模擬量輸入模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，高速計(jì)數(shù)器模塊及FIFO模塊。電渦流傳感器I檢測帶鋸條顫振偏移后，輸出模擬(電流)信號
1-4至轉(zhuǎn)換板模塊的模擬量輸入端口，具體連接方式為單端連接的信號轉(zhuǎn)換模式。[0024]通過外接電纜，將輸入轉(zhuǎn)換板模塊的模擬信號直接傳輸至采集卡，進(jìn)行模擬信號的高速A/D轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換開始之前，采集卡還要進(jìn)行通道掃描及增益運(yùn)算處理，以便優(yōu)化模擬信號轉(zhuǎn)換效率及精度。同時(shí)，采集卡還提供了可編程的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，用于為A/D變換提供觸發(fā)脈沖。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片為82C54，含有3個(gè)16位IOMHz時(shí)鐘。其中有一個(gè)計(jì)數(shù)器作為事件計(jì)數(shù)器，用來對輸入通道的事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。另外兩個(gè)計(jì)數(shù)器級聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)的32位定時(shí)器。采集卡帶有IK的采樣FIFO (先入先出)緩沖器用于AD轉(zhuǎn)換。所述的FIFO內(nèi)存緩沖器，能存儲1KA/D采樣值，啟動(dòng)緩沖器的中斷請求后，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及更高的操作系統(tǒng)預(yù)警功能。經(jīng)過采集卡初步轉(zhuǎn)換及運(yùn)算后的數(shù)據(jù)通過PCI接口，傳輸至PC內(nèi)等待基于數(shù)字信號濾波，采樣，傅里葉變換、相關(guān)性分析等數(shù)學(xué)算法的數(shù)字信號處理。經(jīng)過多次數(shù)字處理后的特征信號，在基于故障診斷學(xué)中專家系統(tǒng)的理論模型分析后，由人機(jī)界面(HMI)顯示帶鋸鋸切負(fù)載特性及負(fù)載變化，并綜合得出鋸切工況的智能決策評價(jià)。如圖3所示，數(shù)字信號處理、運(yùn)算及分析的具體工作原理為，在帶鋸工作運(yùn)行時(shí)，所述的電渦流傳感器I檢測帶鋸顫振偏移量，輸出模擬量信號值ai (t)。所述的信號值ai (t)經(jīng)由所述的信號采集模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，其中所述的信號采集模塊配有自動(dòng)通道/增益掃描電路及穩(wěn)壓濾波電路，可對所述的信號值ai (t)進(jìn)行前置預(yù)處理。經(jīng)所述的信號采集模塊AD轉(zhuǎn)換后，輸出數(shù)字信號值x(t)至信號處理模塊。所述的信號處理模塊，為了便于分析計(jì)算，將轉(zhuǎn)換采樣后信號的時(shí)間序列截取有限長的一段進(jìn)行計(jì)算，其余部分視為零不予分析。即采用窗函數(shù)《(t)去乘采樣信號(時(shí)間序列)，x(t)
其頻譜函數(shù)為 `[0029]采用快速傅里葉變換算法(FFT)，將離散的時(shí)間序列X (t) w⑴變換成離散頻率序列’輸出結(jié)果乂江)^^^)^^)].D(f)。由此，可利用計(jì)算機(jī)有效的處理有限長的離散時(shí)間序列及有限長的離散頻率序列。所述的電渦流傳感器I采集了四個(gè)信號值ai(t)，為了研究各信號值之間的關(guān)系，進(jìn)一步應(yīng)用相關(guān)性分析提取帶鋸顫振特征值。即應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)區(qū)別周期函數(shù)，衰減寬帶隨機(jī)噪聲，并可確定周期因素的頻率，由此測得帶鋸?fù)稽c(diǎn)的固定頻率隨時(shí)間及工況變化而發(fā)生的相應(yīng)關(guān)系。應(yīng)用互相關(guān)函數(shù)，可以利用同頻相關(guān)，不同頻不相關(guān)的特性，測得帶鋸不同點(diǎn)之間的固定頻率在時(shí)間及工況影響下的變化情況。經(jīng)過處理后的顫振信號，可提取特征值，利用基于粗糙集(RSDA)的專家系統(tǒng)，對鋸切工況進(jìn)行在線智能決策。在所述的專家系統(tǒng)中，帶鋸的運(yùn)行顫振曲線簇及相關(guān)頻譜分析信息作為專家知識匯入專家?guī)?，所述的特征值作為系統(tǒng)的輸入信息，暫存于數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過診斷模型的比對分析，提出問題的分類。此時(shí)，系統(tǒng)提出的問題分類是比較繁雜的，有一些只是存在于理論情況中。因此，基于實(shí)際系統(tǒng)，需要經(jīng)過粗糙集(RSDA)對問題分類進(jìn)行約簡。如圖4所示，所述的粗糙集(RSDA)是一種分析數(shù)據(jù)之間相關(guān)性和依賴性的一種符號方法，利用RSDA從數(shù)據(jù)中提取規(guī)則、尋找關(guān)鍵屬性和屬性值，進(jìn)行預(yù)測和決策，由于規(guī)則的產(chǎn)生完全從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，因此系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自診斷的功能。所述的專家系統(tǒng)經(jīng)過診斷和決策，最終通過人機(jī)接口，即人機(jī)界面(HMI)輸出帶 鋸鋸切工況智能決策評價(jià)。
權(quán)利要求1.一種基于金屬帶鋸條顫振特性的鋸切負(fù)載檢測裝置，其特征在于:該裝置由電渦流傳感器模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、人機(jī)界面模塊組成；其中電渦流傳感器模塊包括四套電渦流傳感器及四套帶底座的支架； 所述的電渦流傳感器模塊，其四套電渦流傳感器均分固定于四套帶底座的支架上，分別用于測定帶鋸工作時(shí)工件兩側(cè)鋸切產(chǎn)生的帶鋸顫振偏移量； 所述的帶底座的支架固定于金屬帶鋸床的導(dǎo)向裝置上，并可調(diào)節(jié)支架使四套電渦流傳感器的探頭都在同一水平面且垂直于金屬帶鋸條鋸帶部分； 所述的電渦流傳感器用于測定帶鋸工作時(shí)工件兩側(cè)鋸切產(chǎn)生的帶鋸顫振偏移量；所述的信號采集模塊采用轉(zhuǎn)換板及采集卡，電渦流傳感器信號輸出端與轉(zhuǎn)換板的模擬量輸入接線端口連接，所述的轉(zhuǎn)換板與所述的采集卡通過電纜連接，所述的采集卡與PC機(jī)PCI插槽相連； 所述的信號處理模塊對所述的采集卡所采集的帶鋸顫振偏移量信號進(jìn)行信號處理； 所述的人機(jī)界面模塊實(shí)現(xiàn)金屬帶鋸床鋸切負(fù)載特性的動(dòng)態(tài)顯示。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于金屬帶鋸條顫振特性的鋸切負(fù)載檢測裝置。該裝置由電渦流傳感器模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、人機(jī)界面模塊組成。其中電渦流傳感器模塊包括四套電渦流傳感器及四套帶底座的支架。所述的電渦流傳感器模塊，其四套電渦流傳感器均分固定于四套帶底座的支架上。所述的帶底座的支架固定于金屬帶鋸床的導(dǎo)向裝置上，并可調(diào)節(jié)支架使四套電渦流傳感器的探頭都在同一水平面且垂直于金屬帶鋸條鋸帶部分。所述的信號采集模塊采用轉(zhuǎn)換板及采集卡。本實(shí)用新型與現(xiàn)有帶鋸床機(jī)構(gòu)裝配簡單，對實(shí)際生產(chǎn)影響較小。檢測系統(tǒng)響應(yīng)速度快，信息存儲量大，精確度較高。
文檔編號G05B19/406GK202948288SQ20122059354
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者倪敬, 蒙臻, 湯海天 申請人:杭州電子科技大學(xué)