CN103394971B - 一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测装置及方法，现有技术局限于对带锯的线速度的检测，而无法检测出带锯条对带轮的包角，本发明一种实时采集锯带轮转动自由度和锯带及锯带轮间隙自由度的二自由度耦合检测装置；是一种将锯带及锯带轮间隙沿着锯带轮转动角度方向进行展开测量的方法；是一种非接触式的锯带轮转速和锯带及锯带轮间隙高频采样、数据耦合处理、分析及确定动态包角检测装置。本发明结构简单，易于维护，高开放性，且检测精度高，实用效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属锯带锯床中锯带传动过程的动态包角检测装置，特别涉及一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测装置及方法。
背景技术
金属锯带锯床是一种以带传动为主要驱动形式的金属切削机床。在带传动中，包角的大小反映了带与带轮接触时间的长短。若包角变小，带锯与带轮之间所需的摩擦力即增大，这会使得带锯局部过热，导致带锯的使用寿命减短。特别当带锯包角过小时，由于带锯与带轮之间的静摩擦力无法传递所需的扭矩而产生打滑或脱落，从而引起切断面歪斜，影响工件精度，加剧锯带磨损，甚至会造成生产事故。可见，对于带锯锯切过程中的动态包角进行实时检测是十分必要的。
目前，在静态情况下的包角可以通过带轮盘的直径和轴间距来确定。但是在实际生产动态过程中的包角并不等于静态下的计算值，在目前已有的技术下动态包角的数值不能直接测出。因此，研制一种带锯床锯带动态包角的检测装置，对研究带锯床的高效性、性、提高锯带使用寿命具有非常重要的意义。
当前有金属锯带锯全程线速度检测装置的专利，如专利号CN202207928U所涉及的是一种由一个支承框架和多个检测单元组成的检测机构。该机构通过一个带有胶圈套的轴承与带锯压紧，带锯的转动通过摩擦力带动轴承同步转动，带锯的线速度与轴承的线速度相同。该专利机构装配简单，对带锯的影响小，检测点均匀分布，便于实现金属锯带锯条全程线速度的测量。但是该专利技术局限于对带锯的线速度的检测，而无法检测出带锯条对带轮的包角。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测装置及方法。该装置是一种实时采集锯带轮转动自由度和锯带及锯带轮间隙自由度的二自由度耦合检测装置；是一种将锯带及锯带轮间隙沿着锯带轮转动角度方向进行展开测量的方法；是一种非接触式的锯带轮转速和锯带及锯带轮间隙高频采样、数据耦合处理、分析及确定动态包角检测装置。
本发明采用的技术方案是：
本发明的一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测装置，包括金属带、从动带轮，激光位移传感器、弹性联轴器、光电编码器、光电编码器安装座、从动带轮安装轴、数据耦合及分析显示模块、张紧机构、导向机构、主动带轮；
所述的金属带套置于主动带轮和从动带轮上，并且利用导向机构的导向作用，使得金属带锯条能够正确锯切工件。从动带轮上开设有螺纹安装孔，从动带轮安装轴利用螺纹安装在螺纹安装孔内。光电编码器通过光电编码器安装座在张紧机构上，光电编码器的输出轴通过弹性联轴器与从动带轮安装轴固定连接；从动带轮上设有张紧机构，用以张紧金属带；从动带轮的轮缘上开设有激光发射孔，激光位移传感器固定安装在动带轮的幅板上，并且激光位移传感器的发射端对准激光发射孔；
激光位移传感器的信号输出端与数据耦合及分析显示模块的模拟信号输入端连接；光电编码器的信号输出端与数据耦合及分析显示模块的数字信号输入端连接；
一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：激光位移传感器和光电编码器随着从动轮作圆周运动。圆周运动过程中，位移传感器对锯带及从动轮间隙进行高频采样，并将间隙信号通过屏蔽电缆传递给集成由高频模拟量采样口的数据耦合及分析显示模块；光电编码器的A、B相脉冲对从动轮转动角位移进行高频采样，并将角位移信号通过屏蔽电缆传递给集成由高数计数口的数据耦合及分析显示模块中，同时光电编码器每转动一圈会发射一个Z相脉冲。
步骤2：数据耦合分析及显示模块根据转动角位移信号、锯带及从动轮间隙信号、光电编码器的Z相脉冲建立直角坐标系。当光电编码器第一次收到Z相脉冲后，将光电编码器清零，并将该时刻标示为坐标原点。根据光电编码器的分辨率和倍频性质精确求出每个脉冲所对应的角度，于是可绘制出表示角度的横轴坐标。横轴坐标刻度上从0度到360度循环标示，其中第一个0度为坐标原点，即光电编码器第一次收到Z相脉冲时。根据激光位移传感器测得的数据可绘制出表示位移的纵轴坐标。纵轴坐标刻度上标有S2和S1。S2为激光位移传感器的极限测量距离，表示当金属带与激光位移传感器的距离超过这个值时，数据耦合分析及显示模块没有锯带及从动轮间隙信号。S1为金属带和从动轮相接触时的间隙，并且规定允许误差ΔS，即当数据耦合分析及显示模块接收到数值大小S1±ΔS时，即认为金属带和从动轮是相接触的。另外，在横轴坐标上做两个标示θ1和θ2，其中θ1表示当数据耦合分析及显示模块测得的数值从S2减小到S1±ΔS的瞬间，从动轮从原点开始所转过的角度；其中θ2则表示当数据耦合分析及显示模块测得的数值超过S1±ΔS的瞬间，从动轮从原点开始所转过的角度。综合以上分析，即可求出当从动轮转动一周时，其动态包角的大小为θ1和θ2之差。最后求得多个周期内θ1和θ2之差的平均值，就是所需的动态包角。
本发明的有益效果：
本发明可作为带传动动态包角检测试验台，用于检测和分析带传动过程中的动态包角；本发明结构简单，易于维护，高开放性，可根据实际情况随时进行周边扩展和组合成其他更高级系统，以便于相关系统的建模与仿真研究；本发明检测精度高，实用效果明显，可以将该检测系统应用在工程实际领域中。
附图说明
图1为本发明的金属锯带传动示意图；
图2为本发明的一种安装示意图；
图3为本发明的动态包角检测原理图；
图4为本发明的信号采集示意图。
图中：横轴θ表示由光电编码器5的三相输出信号转换过来的从动轮角度值，纵坐标S表示由激光位移传感器3采集得到的锯带及从动轮间隙，S1为锯带与从动轮接触时的间隙,ΔS为规定的允许误差，AB段长度为锯带与从动轮相接触时的长度，AB段长度所对应的角度θ2-θ1即为动态包角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详尽的描述。
如图1所示，本发明的一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测装置，包括金属带1、从动带轮2，激光位移传感器3、弹性联轴器4、光电编码器5、光电编码器安装座6、从动带轮安装轴7、数据耦合及分析显示模块8、张紧机构10、导向机构11、主动带轮12；
如图1、图2和图3所示，金属带1套置于主动带轮12和从动带轮2上，并且利用导向机构11的导向作用，使得金属带锯条能够正确锯切工件。从动带轮2上开设有螺纹安装孔，从动带轮安装轴7利用螺纹安装在螺纹安装孔内。光电编码器5通过光电编码器安装座6在张进机构10上，光电编码器5的输出轴通过弹性联轴器4与从动带轮安装轴7固定连接；从动带轮2上设有张紧机构10，用以张紧金属带1；从动带轮的轮缘上开设有激光发射孔，激光位移传感器3固定安装在动带轮2的幅板上，并且激光位移传感器的发射端对准激光发射孔；
激光位移传感器3的信号输出端与数据耦合及分析显示模块8的模拟信号输入端连接；光电编码器5的信号输出端与数据耦合及分析显示模块8的数字信号输入端连接；
所述的激光位移传感器3高频采集金属锯带及从动轮间隙。光电编码器5用于从动轮转动角位移的采集。所述的光电编码器5的Z相输出信号作为光电编码器的原点标志，A、B相输出信号用于采集从动轮的转动角位移。
如图3所示为本发明的动态包角检测原理图。激光位移传感器3的位移输出信号通过屏蔽电缆与数据耦合分析及显示模块8的高频模拟量采样口相连。光电编码器5的A、B及Z相信号输出端通过屏蔽电缆与数据耦合及分析显示模块8的高数计数口相连。弧AB为用于计算动态包角θ的有效段长。
如图4所示为本发明的信号采集示意图。
本发明一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，激光位移传感器3和光电编码器5随着从动轮2作圆周运动。圆周运动过程中，位移传感器3对锯带及从动轮间隙进行高频采样，并将间隙信号通过屏蔽电缆传递给集成由高频模拟量采样口的数据耦合及分析显示模块8；光电编码器5对从动轮转动角位移进行高频采样，并将角位移信号通过屏蔽电缆传递给集成由高数计数口的数据耦合及分析显示模块8中，同时光电编码器5每转动一圈会发射一个Z相脉冲。
步骤2，绘制如图4所示的信号采集示意图。数据耦合分析及显示模块8根据转动角位移信号、锯带及从动轮间隙信号、光电编码器的Z相脉冲建立直角坐标系。当光电编码器5第一次收到Z相脉冲后，将光电编码器5清零，并将该时刻标示为坐标原点。根据光电编码器5的分辨率和倍频性质精确求出每个脉冲所对应的角度，于是可绘制出表示角度的横轴坐标θ。横轴坐标刻度如图标示，正向方向上从0度到360度循环标示，其中第一个0度为坐标原点，即光电编码器5第一次收到Z相脉冲时。根据激光位移传感器3测得的数据可绘制出表示位移的纵轴坐标S。纵轴坐标刻度上标有S2和S1。S2为激光位移传感器3的极限测量距离，表示当金属带1与激光位移传感器3的距离超过这个值时，数据耦合分析及显示模块8没有锯带1及从动轮2间隙信号。S1为金属带1和从动轮2相接触时的间隙，并且规定允许误差ΔS，即当数据耦合分析及显示模块8接收到数值大小S1±ΔS时，即认为金属带1和从动轮2是相接触的。另外，在横轴坐标上做如图所示的两个标示θ1和θ2，其中θ1表示当数据耦合分析及显示模块8测得的数值从S2减小到S1±ΔS的瞬间，从动轮2从原点开始所转过的角度；其中θ2则表示当数据耦合分析及显示模块8测得的数值超过S1±ΔS的瞬间，从动轮2从原点开始所转过的角度。综合以上分析，即可求出当从动轮2转动一周时，其动态包角的大小为θ1和θ2之差。最后求得多个周期内θ1和θ2之差的平均值，就是所需的动态包角。
Claims (2)
1.一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测装置，包括金属带、从动带轮，激光位移传感器、弹性联轴器、光电编码器、光电编码器安装座、从动带轮安装轴、数据耦合及分析显示模块、张紧机构、导向机构、主动带轮；
其特征在于：所述的金属带套置于主动带轮和从动带轮上，并且利用导向机构的导向作用，使得金属带锯条能够正确锯切工件；从动带轮上开设有螺纹安装孔，从动带轮安装轴利用螺纹安装在螺纹安装孔内；光电编码器通过光电编码器安装座在张紧机构上，光电编码器的输出轴通过弹性联轴器与从动带轮安装轴固定连接；从动带轮上设有张紧机构，用以张紧金属带；从动带轮的轮缘上开设有激光发射孔，激光位移传感器固定安装在从动带轮的幅板上，并且激光位移传感器的发射端对准激光发射孔；
激光位移传感器的信号输出端与数据耦合及分析显示模块的模拟信号输入端连接；光电编码器的信号输出端与数据耦合及分析显示模块的数字信号输入端连接。
2.一种锯床金属锯带传动过程的动态包角检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：激光位移传感器和光电编码器随着从动轮作圆周运动；圆周运动过程中，位移传感器对锯带及从动轮间隙进行高频采样，并将间隙信号通过屏蔽电缆传递给集成由高频模拟量采样口的数据耦合及分析显示模块；光电编码器的A、B相脉冲对从动轮转动角位移进行高频采样，并将角位移信号通过屏蔽电缆传递给集成由高数计数口的数据耦合及分析显示模块中，同时光电编码器每转动一圈会发射一个Z相脉冲；
步骤2：数据耦合分析及显示模块根据转动角位移信号、锯带及从动轮间隙信号、光电编码器的Z相脉冲建立直角坐标系；当光电编码器第一次收到Z相脉冲后，将光电编码器清零，并将该时刻标示为坐标原点；根据光电编码器的分辨率和倍频性质精确求出每个脉冲所对应的角度，于是可绘制出表示角度的横轴坐标；横轴坐标刻度上从0度到360度循环标示，其中第一个0度为坐标原点，即光电编码器第一次收到Z相脉冲时；根据激光位移传感器测得的数据可绘制出表示位移的纵轴坐标；纵轴坐标刻度上标有S2和S1；S2为激光位移传感器的极限测量距离，表示当金属带与激光位移传感器的距离超过这个值时，数据耦合分析及显示模块没有锯带及从动轮间隙信号；S1为金属带和从动轮相接触时的间隙，并且规定允许误差ΔS，即当数据耦合分析及显示模块接收到数值大小S1±ΔS时，即认为金属带和从动轮是相接触的；另外，在横轴坐标上做两个标示θ1和θ2，其中θ1表示当数据耦合分析及显示模块测得的数值从S2减小到S1±ΔS的瞬间，从动轮从原点开始所转过的角度；其中θ2则表示当数据耦合分析及显示模块测得的数值超过S1±ΔS的瞬间，从动轮从原点开始所转过的角度；综合以上分析，即可求出当从动轮转动一周时，其动态包角的大小为θ1和θ2之差；最后求得多个周期内θ1和θ2之差的平均值，就是所需的动态包角。
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