一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置，包括三條振動信號的輸入電路和用于信號處理的控制器。本發(fā)明還公開了一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置的檢測方法，通過對振動信號進行不同頻率的濾波，并對濾波后的信號進行分解對比，得到每個震源的獨立振動信息。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了通過振動對于機床運行狀態(tài)判斷的準確性。
【專利說明】
一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置及其方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及機床故障檢測技術(shù)領域，尤其是一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置及其方法。【背景技術(shù)】
[0002]機床在工作過程中出現(xiàn)任何機械部件的磨損和松動后，都會在運行噪音上得到直接的反應，所以機床的運行噪音是監(jiān)控機床運行狀態(tài)的一種常用方式?，F(xiàn)有技術(shù)中，對機床噪音的檢測有很多種，但是無論哪種檢測方式，其區(qū)別僅僅在于對于振動的采集裝置和采集方法的不同，對于振動采集后的分析和判斷，還是停留在對于振動和頻率的統(tǒng)計層面上， 無法將不同情況所產(chǎn)生的不同振動進行區(qū)分和判斷，通過振動對于機床運行問題的檢測準確度低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置及其方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了通過振動對于機床運行狀態(tài)判斷的準確性。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0005]—種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置，
[0006]振動信號輸入端通過串聯(lián)的第一電阻、第一電感、第二電阻連接至第一運放的正向輸入端，第一電阻和第一電感之間通過第一電容接地，第一電感與第二電阻之間通過第二電感接地，第二電阻和第一運放之間分別通過第二電容和第三電容接地，第一三極管的發(fā)射極通過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第四電阻連接至第二電阻和第一運放之間，第一三極管的基極通過第四電容連接至第二電阻和第一運放之間，第一運放的反向輸入端通過第五電阻接地，第一運放的反向輸入端同時通過第六電阻連接至第一運放的輸出端，第一運放的輸出端通過第十五電阻連接至控制器的輸出端；
[0007]振動信號輸入端還通過串聯(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第三電感接地，第二三極管的基極通過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)射極通過串聯(lián)的第九電阻、第六電容和第七電容連接至第二運放的反向輸入端，第六電容和第七電容之間通過第十電阻接地，第六電容和第七電容之間通過第八電容和第九電容連接至第二運放的輸出端，第七電容和第二運放的反向輸入端之間通過第十一電阻連接至第二運放的輸出端，第八電容和第九電容之間與第二運放的反向輸入端連接，第二運放的正向輸入端通過第十二電阻接地，第二運放的輸出端通過第十三電阻連接至控制器的輸出端；
[0008]振動信號輸入端還通過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的輸入模塊、用于信號分解的分解模塊、用于信號對比的對比模塊和用于記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫模塊。
[0010]一種用于上述數(shù)控機床的異常振動檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
[0011]A、振動信號通過三路不同的路徑輸入控制器，第一運放支路對振動信號進行低通濾波，第二運放支路對振動信號進行高通濾波，使得三路振動信號分別呈現(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)的信號通過輸入模塊進入控制器，其中高頻放大狀態(tài)信號和低頻放大狀態(tài)信號進入分解模塊中進行分解處理，正常狀態(tài)信號直接進入對比模塊；
[0013]C、在分解模塊中，隨機地將信號分為若干段，從每一段信號中提取一個基波信號和若干個諧波信號；
[0014]D、若相連的兩個信號段的基波信號相鄰的端點的差值大于閾值，則重新劃分這兩個信號段的范圍，然后返回步驟C ;若相連的兩個信號段的基波信號相鄰的端點的差值小于閾值，則進行步驟E ;
[0015]E、在基波信號上選取若干個特征點值，與正常狀態(tài)的振動信號進行對比，將特征點值與正常狀態(tài)的振動信號的偏差值放入數(shù)據(jù)庫模塊進行檢索查詢，若檢索到結(jié)果則直接輸出，若未檢索到，則直接將基波信號進行輸出
[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，根據(jù)輸出的基波信號進行故障分析，并將分析的結(jié)果反饋至數(shù)據(jù)庫模塊中進行記錄。
[0018]采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于:本發(fā)明利用運算放大器對輸入信號進行選擇性地濾波和放大，然后對處理后的信號進行分解，通過使用特征點值與正常狀態(tài)的信號進行比對，將振動信號中包含的多個振動信號進行獨立地檢測和判斷，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)問題震源，提高對于機床運行狀態(tài)檢測的準確性。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的一個具體實施例的電路圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的一個具體實施例中控制器的原理圖
[0021]圖中:1、輸入模塊；2、分解模塊；3、對比模塊；4、數(shù)據(jù)庫模塊；S1、振動信號輸入端；Q1、第一三極管；Q2、第二三極管；A1、第一運放；A2、第二運放；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。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1-2，一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置，
[0023]振動信號輸入端SI通過串聯(lián)的第一電阻R1、第一電感L1、第二電阻R2連接至第一運放Al的正向輸入端，第一電阻Rl和第一電感LI之間通過第一電容Cl接地，第一電感LI與第二電阻R2之間通過第二電感L2接地，第二電阻R2和第一運放Al之間分別通過第二電容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的集電極通過第四電阻R4連接至第二電阻R2和第一運放A1之間，第一三極管Q1的基極通過第四電容C4連接至第二電阻R2和第一運放A1 之間，第一運放A1的反向輸入端通過第五電阻R5接地，第一運放A1的反向輸入端同時通過第六電阻R6連接至第一運放A1的輸出端，第一運放A1的輸出端通過第十五電阻R15連接至控制器CUP的輸出端；
[0024]振動信號輸入端SI還通過串聯(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之間通過第三電感L3接地，第二三極管Q2的基極通過第八電阻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連接至第二運放A2的反向輸入端，第六電容C6和第七電容C7之間通過第十電阻R10接地，第六電容C6和第七電容C7之間通過第八電容C8和第九電容C9連接至第二運放A2的輸出端，第七電容R7和第二運放A2的反向輸入端之間通過第i^一電阻R11連接至第二運放A2的輸出端，第八電容C8和第九電容C9 之間與第二運放A2的反向輸入端連接，第二運放A2的正向輸入端通過第十二電阻R12接地，第二運放A2的輸出端通過第十三電阻R13連接至控制器CUP的輸出端；
[0025]振動信號輸入端SI還通過第十四電阻R14直接連接至控制器CUP的輸出端；
[0026]控制器CUP包括用于接收信號的輸入模塊1、用于信號分解的分解模塊2、用于信號對比的對比模塊3和用于記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫模塊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)控機床的異常振動檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
[0029]A、振動信號通過三路不同的路徑輸入控制器CPU，第一運放A1支路對振動信號進行低通濾波，第二運放A2支路對振動信號進行高通濾波，使得三路振動信號分別呈現(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)的信號通過輸入模塊1進入控制器CPU，其中高頻放大狀態(tài)信號和低頻放大狀態(tài)信號進入分解模塊2中進行分解處理，正常狀態(tài)信號直接進入對比模塊3 ;
[0031]C、在分解模塊2中，隨機地將信號分為若干段，從每一段信號中提取一個基波信號和若干個諧波信號；每一段的信號長度在〇.2ms?0.5ms，基波信號采用正玄函數(shù)表示， 諧波信號采用N次多項式函數(shù)表示；分解諧波信號時，采用多次擬合逐漸逼近的方式進行， 即首先使用一個N次多項式函數(shù)表示諧波信號，然后通過模擬值與實際值的偏差，補入其它的N次多項式函數(shù)，對首先使用的N次多項式函數(shù)進行校準；
[0032]D、若相連的兩個信號段的基波信號相鄰的端點的差值大于閾值，則重新劃分這兩個信號段的范圍，然后返回步驟C;若相連的兩個信號段的基波信號相鄰的端點的差值小于閾值，則進行步驟E ;閾值為±10% ;重新?lián)Q份兩個信號段時，新的分割點所處位置的諧波信號的最高次數(shù)不超過5 (N < 5);
[0033]E、在基波信號上選取若干個特征點值，與正常狀態(tài)的振動信號進行對比，將特征點值與正常狀態(tài)的振動信號的偏差值放入數(shù)據(jù)庫模塊4進行檢索查詢，若檢索到結(jié)果則直接輸出，若未檢索到，則直接將基波信號進行輸出；特征點值的選取過程為:以0.0lms的長度為基準，檢測這一長度中所包含的諧波信號，若諧波信號中自變量的冪的最高次數(shù)與最低次數(shù)之差大于7或者諧波信號的振幅大于此處基波信號振幅的3倍，則選取基波信號在這一長度內(nèi)的中間點作為特征點值；在未檢索到結(jié)果時，根據(jù)輸出的基波信號進行故障分析，并將分析的結(jié)果反饋至數(shù)據(jù)庫模塊4中進行記錄，在進行故障分析中，諧波信號中自變量的冪越高，則震源越靠近動力輸出軸，基波信號的頻率越高，則震源越靠近加工刀具。
[0034]本發(fā)明可以通過振動信號的分析對機床的整體運行狀態(tài)進行全面監(jiān)測，減少了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)振動信號異常后人工排查的時間。
[0035]上述描述僅作為本發(fā)明可實施的技術(shù)方案提出，不作為對其技術(shù)方案本身的單一限制條件。
【主權(quán)項】
1.一種數(shù)控機床的異常振動檢測裝置，其特征在于: 振動信號輸入端(SI)通過串聯(lián)的第一電阻(Rl)、第一電感(LI)、第二電阻(R2)連接至第一運放(Al)的正向輸入端，第一電阻(Rl)和第一電感(LI)之間通過第一電容(Cl)接地，第一電感(LI)與第二電阻(R2)之間通過第二電感(L2)接地，第二電阻(R2)和第一運放(Al)之間分別通過第二電容(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)的集電極通過第四電阻(R4)連接至第二電阻(R2)和第一運放(Al)之間，第一三極管(Ql)的基極通過第四電容(C4)連接至第二電阻(R2)和第一運放(Al)之間，第一運放(Al)的反向輸入端通過第五電阻(R5)接地，第一運放(Al)的反向輸入端同時通過第六電阻(R6)連接至第一運放(Al)的輸出端，第一運放(Al)的輸出端通過第十五電阻(R15)連接至控制器(CUP)的輸出端； 振動信號輸入端(SI)還通過串聯(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)之間通過第三電感(L3)接地，第二三極管(Q2)的基極通過第八電阻(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)連接至第二運放(A2)的反向輸入端，第六電容(C6)和第七電容(C7)之間通過第十電阻(RlO)接地，第六電容(C6)和第七電容(C7)之間通過第八電容(C8)和第九電容(C9)連接至第二運放(A2)的輸出端，第七電容(R7)和第二運放(A2)的反向輸入端之間通過第十一電阻(Rll)連接至第二運放(A2)的輸出端，第八電容(C8)和第九電容(C9)之間與第二運放(A2)的反向輸入端連接，第二運放(A2)的正向輸入端通過第十二電阻(R12)接地，第二運放(A2)的輸出端通過第十三電阻(Rl3)連接至控制器(CUP)的輸出端； 振動信號輸入端(SI)還通過第十四電阻(R14)直接連接至控制器(CUP)的輸出端； 控制器(CUP)包括用于接收信號的輸入模塊(I)、用于信號分解的分解模塊(2)、用于信號對比的對比模塊(3)和用于記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫模塊(4)。2.一種使用權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床的異常振動檢測裝置的檢測方法，其特征在于包括以下步驟: A、振動信號通過三路不同的路徑輸入控制器(CPU)，第一運放(Al)支路對振動信號進行低通濾波，第二運放(A2)支路對振動信號進行高通濾波，使得三路振動信號分別呈現(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)的信號通過輸入模塊(I)進入控制器(CPU)，其中高頻放大狀態(tài)信號和低頻放大狀態(tài)信號進入分解模塊(2)中進行分解處理，正常狀態(tài)信號直接進入對比模塊(3); C、在分解模塊(2)中，隨機地將信號分為若干段，從每一段信號中提取一個基波信號和若干個諧波信號； D、若相連的兩個信號段的基波信號相鄰的端點的差值大于閾值，則重新劃分這兩個信號段的范圍，然后返回步驟C ;若相連的兩個信號段的基波信號相鄰的端點的差值小于閾值，則進行步驟E ; E、在基波信號上選取若干個特征點值，與正常狀態(tài)的振動信號進行對比，將特征點值與正常狀態(tài)的振動信號的偏差值放入數(shù)據(jù)庫模塊(4)進行檢索查詢，若檢索到結(jié)果則直接輸出，若未檢索到，則直接將基波信號進行輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控機床的異常振動檢測裝置的檢測方法，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)控機床的異常振動檢測裝置的檢測方法，其特征在于:步 驟E中，在未檢索到結(jié)果時，根據(jù)輸出的基波信號進行故障分析，并將分析的結(jié)果反饋至數(shù) 據(jù)庫模塊(4)中進行記錄。
【文檔編號】G01H11/06GK105987801SQ201510056472
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月4日
【發(fā)明人】宋明安, 孫潔, 劉學平, 李志博, 同彥恒, 麻輝
【申請人】寧夏巨能機器人系統(tǒng)有限公司