CN105987801B - 一种数控机床的异常振动检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床的异常振动检测装置，包括三条振动信号的输入电路和用于信号处理的控制器。本发明还公开了一种数控机床的异常振动检测装置的检测方法，通过对振动信号进行不同频率的滤波，并对滤波后的信号进行分解对比，得到每个震源的独立振动信息。本发明能够解决现有技术的不足，提高了通过振动对于机床运行状态判断的准确性。

Description

一种数控机床的异常振动检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及机床故障检测技术领域，尤其是一种数控机床的异常振动检测装置及其方法。

背景技术

机床在工作过程中出现任何机械部件的磨损和松动后，都会在运行噪音上得到直接的反应，所以机床的运行噪音是监控机床运行状态的一种常用方式。现有技术中，对机床噪音的检测有很多种，但是无论哪种检测方式，其区别仅仅在于对于振动的采集装置和采集方法的不同，对于振动采集后的分析和判断，还是停留在对于振动和频率的统计层面上，无法将不同情况所产生的不同振动进行区分和判断，通过振动对于机床运行问题的检测准确度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种数控机床的异常振动检测装置及其方法，能够解决现有技术的不足，提高了通过振动对于机床运行状态判断的准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种数控机床的异常振动检测装置，

振动信号输入端通过串联的第一电阻、第一电感、第二电阻连接至第一运放的正向输入端，第一电阻和第一电感之间通过第一电容接地，第一电感与第二电阻之间通过第二电感接地，第二电阻和第一运放之间分别通过第二电容和第三电容接地，第一三极管的发射极通过第三电阻连接至第二电容和第二电阻之间，第一三极管的集电极通过第四电阻连接至第二电阻和第一运放之间，第一三极管的基极通过第四电容连接至第二电阻和第一运放之间，第一运放的反向输入端通过第五电阻接地，第一运放的反向输入端同时通过第六电阻连接至第一运放的输出端，第一运放的输出端通过第十五电阻连接至控制器的输出端；

振动信号输入端还通过串联的第七电阻和第五电容连接至第二三极管的集电极，第七电阻和第五电容之间通过第三电感接地，第二三极管的基极通过第八电阻连接在第七电阻和第五电容之间，第二三极管的发射极通过串联的第九电阻、第六电容和第七电容连接至第二运放的反向输入端，第六电容和第七电容之间通过第十电阻接地，第六电容和第七电容之间通过第八电容和第九电容连接至第二运放的输出端，第七电容和第二运放的反向输入端之间通过第十一电阻连接至第二运放的输出端，第八电容和第九电容之间与第二运放的反向输入端连接，第二运放的正向输入端通过第十二电阻接地，第二运放的输出端通过第十三电阻连接至控制器的输出端；

振动信号输入端还通过第十四电阻直接连接至控制器的输出端；

控制器包括用于接收信号的输入模块、用于信号分解的分解模块、用于信号对比的对比模块和用于记录数据的数据库模块。

一种用于上述数控机床的异常振动检测装置的检测方法，包括以下步骤：

A、振动信号通过三路不同的路径输入控制器，第一运放支路对振动信号进行低通滤波，第二运放支路对振动信号进行高通滤波，使得三路振动信号分别呈现正常状态、高频放大状态和低频放大状态；

B、三种状态的信号通过输入模块进入控制器，其中高频放大状态信号和低频放大状态信号进入分解模块中进行分解处理，正常状态信号直接进入对比模块；

C、在分解模块中，随机地将信号分为若干段，从每一段信号中提取一个基波信号和若干个谐波信号；

D、若相连的两个信号段的基波信号相邻的端点的差值大于阈值，则重新划分这两个信号段的范围，然后返回步骤C；若相连的两个信号段的基波信号相邻的端点的差值小于阈值，则进行步骤E；

E、在基波信号上选取若干个特征点值，与正常状态的振动信号进行对比，将特征点值与正常状态的振动信号的偏差值放入数据库模块进行检索查询，若检索到结果则直接输出，若未检索到，则直接将基波信号进行输出

作为优选，步骤D中，所述阈值为±10％。

作为优选，步骤E中，在未检索到结果时，根据输出的基波信号进行故障分析，并将分析的结果反馈至数据库模块中进行记录。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明利用运算放大器对输入信号进行选择性地滤波和放大，然后对处理后的信号进行分解，通过使用特征点值与正常状态的信号进行比对，将振动信号中包含的多个振动信号进行独立地检测和判断，从而避免了不同震源之间的相互干扰，可以使工作人员快速地发现问题震源，提高对于机床运行状态检测的准确性。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施例的电路图。

图2是本发明的一个具体实施例中控制器的原理图

图中：1、输入模块；2、分解模块；3、对比模块；4、数据库模块；SI、振动信号输入端；Q1、第一三极管；Q2、第二三极管；A1、第一运放；A2、第二运放；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；R9、第九电阻；R10、第十电阻；R11、第十一电阻；R12、第十二电阻；R13、第十三电阻；R14、第十四电阻；R15、第十五电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；C6、第六电容；C7、第七电容；C8、第八电容；C9、第九电容；L1、第一电感；L2、第二电感；L3、第三电感。

具体实施方式

参照图1-2，一种数控机床的异常振动检测装置，

振动信号输入端SI通过串联的第一电阻R1、第一电感L1、第二电阻R2连接至第一运放A1的正向输入端，第一电阻R1和第一电感L1之间通过第一电容C1接地，第一电感L1与第二电阻R2之间通过第二电感L2接地，第二电阻R2和第一运放A1之间分别通过第二电容C2和第三电容C3接地，第一三极管Q1的发射极通过第三电阻R3连接至第二电容C2和第二电阻R2之间，第一三极管Q1的集电极通过第四电阻R4连接至第二电阻R2和第一运放A1之间，第一三极管Q1的基极通过第四电容C4连接至第二电阻R2和第一运放A1之间，第一运放A1的反向输入端通过第五电阻R5接地，第一运放A1的反向输入端同时通过第六电阻R6连接至第一运放A1的输出端，第一运放A1的输出端通过第十五电阻R15连接至控制器CPU的输出端；

振动信号输入端SI还通过串联的第七电阻R7和第五电容C5连接至第二三极管Q2的集电极，第七电阻R7和第五电容C5之间通过第三电感L3接地，第二三极管Q2的基极通过第八电阻R8连接在第七电阻R7和第五电容C5之间，第二三极管Q2的发射极通过串联的第九电阻R9、第六电容C6和第七电容C7连接至第二运放A2的反向输入端，第六电容C6和第七电容C7之间通过第十电阻R10接地，第六电容C6和第七电容C7之间通过第八电容C8和第九电容C9连接至第二运放A2的输出端，第七电容R7和第二运放A2的反向输入端之间通过第十一电阻R11连接至第二运放A2的输出端，第八电容C8和第九电容C9之间与第二运放A2的反向输入端连接，第二运放A2的正向输入端通过第十二电阻R12接地，第二运放A2的输出端通过第十三电阻R13连接至控制器CPU的输出端；

振动信号输入端SI还通过第十四电阻R14直接连接至控制器CPU的输出端；

控制器CPU包括用于接收信号的输入模块1、用于信号分解的分解模块2、用于信号对比的对比模块3和用于记录数据的数据库模块4。

其中，第一电阻R1为60kΩ，第二电阻R2为35kΩ，第三电阻R3为50kΩ，第四电阻R4为47kΩ，第五电阻R5为25kΩ，第六电阻R6为55kΩ；第七电阻R7为80kΩ，第八电阻R8为38kΩ，第九电阻R9为45kΩ，第十电阻R10为75kΩ，第十一电阻R11为47kΩ，第十二电阻R12为51kΩ，第十三电阻R13为33kΩ，第十四电阻R14为10kΩ，第十五电阻R15为45kΩ。第一电容C1为50μF，第二电容C2为120μF，第三电容C3为85μF，第四电容C4为45μF，第五电容C5为100μF，第六电容C5为85μF，第七电容C7为35μF，第八电容C8为90μF，第九电容C9为33μF。第一电感L1为30mH，第二电感L2为55mH，第三电感L3为46mH。

一种使用上述的数控机床的异常振动检测装置的检测方法，包括以下步骤：

A、振动信号通过三路不同的路径输入控制器CPU，第一运放A1支路对振动信号进行低通滤波，第二运放A2支路对振动信号进行高通滤波，使得三路振动信号分别呈现正常状态、高频放大状态和低频放大状态；

B、三种状态的信号通过输入模块1进入控制器CPU，其中高频放大状态信号和低频放大状态信号进入分解模块2中进行分解处理，正常状态信号直接进入对比模块3；

C、在分解模块2中，随机地将信号分为若干段，从每一段信号中提取一个基波信号和若干个谐波信号；每一段的信号长度在0.2ms～0.5ms，基波信号采用正玄函数表示，谐波信号采用N次多项式函数表示；分解谐波信号时，采用多次拟合逐渐逼近的方式进行，即首先使用一个N次多项式函数表示谐波信号，然后通过模拟值与实际值的偏差，补入其它的N次多项式函数，对首先使用的N次多项式函数进行校准；

D、若相连的两个信号段的基波信号相邻的端点的差值大于阈值，则重新划分这两个信号段的范围，然后返回步骤C；若相连的两个信号段的基波信号相邻的端点的差值小于阈值，则进行步骤E；阈值为±10％；重新换份两个信号段时，新的分割点所处位置的谐波信号的最高次数不超过5(N≤5)；

E、在基波信号上选取若干个特征点值，与正常状态的振动信号进行对比，将特征点值与正常状态的振动信号的偏差值放入数据库模块4进行检索查询，若检索到结果则直接输出，若未检索到，则直接将基波信号进行输出；特征点值的选取过程为：以0.01ms的长度为基准，检测这一长度中所包含的谐波信号，若谐波信号中自变量的幂的最高次数与最低次数之差大于7或者谐波信号的振幅大于此处基波信号振幅的3倍，则选取基波信号在这一长度内的中间点作为特征点值；在未检索到结果时，根据输出的基波信号进行故障分析，并将分析的结果反馈至数据库模块4中进行记录，在进行故障分析中，谐波信号中自变量的幂越高，则震源越靠近动力输出轴，基波信号的频率越高，则震源越靠近加工刀具。

本发明可以通过振动信号的分析对机床的整体运行状态进行全面监测，减少了现有技术中发现振动信号异常后人工排查的时间。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (3)

1.一种数控机床的异常振动检测装置的检测方法，此检测装置包括，

振动信号输入端(SI)通过串联的第一电阻(R1)、第一电感(L1)、第二电阻(R2)连接至第一运放(A1)的正向输入端，第一电阻(R1)和第一电感(L1)之间通过第一电容(C1)接地，第一电感(L1)与第二电阻(R2)之间通过第二电感(L2)接地，第二电阻(R2)和第一运放(A1)之间分别通过第二电容(C2)和第三电容(C3)接地，第一三极管(Q1)的发射极通过第三电阻(R3)连接至第二电容(C2)和第二电阻(R2)之间，第一三极管(Q1)的集电极通过第四电阻(R4)连接至第二电阻(R2)和第一运放(A1)之间，第一三极管(Q1)的基极通过第四电容(C4)连接至第二电阻(R2)和第一运放(A1)之间，第一运放(A1)的反向输入端通过第五电阻(R5)接地，第一运放(A1)的反向输入端同时通过第六电阻(R6)连接至第一运放(A1)的输出端，第一运放(A1)的输出端通过第十五电阻(R15)连接至控制器(CPU)的输出端；

振动信号输入端(SI)还通过串联的第七电阻(R7)和第五电容(C5)连接至第二三极管(Q2)的集电极，第七电阻(R7)和第五电容(C5)之间通过第三电感(L3)接地，第二三极管(Q2)的基极通过第八电阻(R8)连接在第七电阻(R7)和第五电容(C5)之间，第二三极管(Q2)的发射极通过串联的第九电阻(R9)、第六电容(C6)和第七电容(C7)连接至第二运放(A2)的反向输入端，第六电容(C6)和第七电容(C7)之间通过第十电阻(R10)接地，第六电容(C6)和第七电容(C7)之间通过第八电容(C8)和第九电容(C9)连接至第二运放(A2)的输出端，第七电容(R7)和第二运放(A2)的反向输入端之间通过第十一电阻(R11)连接至第二运放(A2)的输出端，第八电容(C8)和第九电容(C9)之间与第二运放(A2)的反向输入端连接，第二运放(A2)的正向输入端通过第十二电阻(R12)接地，第二运放(A2)的输出端通过第十三电阻(R13)连接至控制器(CPU)的输出端；

振动信号输入端(SI)还通过第十四电阻(R14)直接连接至控制器(CPU)的输出端；

控制器(CPU)包括用于接收信号的输入模块(1)、用于信号分解的分解模块(2)、用于信号对比的对比模块(3)和用于记录数据的数据库模块(4)；

其特征在于包括以下步骤：

A、振动信号通过三路不同的路径输入控制器(CPU)，第一运放(A1)支路对振动信号进行低通滤波，第二运放(A2)支路对振动信号进行高通滤波，使得三路振动信号分别呈现正常状态、高频放大状态和低频放大状态；

B、三种状态的信号通过输入模块(1)进入控制器(CPU)，其中高频放大状态信号和低频放大状态信号进入分解模块(2)中进行分解处理，正常状态信号直接进入对比模块(3)；

C、在分解模块(2)中，随机地将信号分为若干段，从每一段信号中提取一个基波信号和若干个谐波信号；

D、若相连的两个信号段的基波信号相邻的端点的差值大于阈值，则重新划分这两个信号段的范围，然后返回步骤C；若相连的两个信号段的基波信号相邻的端点的差值小于阈值，则进行步骤E；

E、在基波信号上选取若干个特征点值，与正常状态的振动信号进行对比，将特征点值与正常状态的振动信号的偏差值放入数据库模块(4)进行检索查询，若检索到结果则直接输出，若未检索到，则直接将基波信号进行输出。

2.根据权利要求1所述的数控机床的异常振动检测装置的检测方法，其特征在于：步骤D中，所述阈值为±10％。

3.根据权利要求1所述的数控机床的异常振动检测装置的检测方法，其特征在于：步骤E中，在未检索到结果时，根据输出的基波信号进行故障分析，并将分析的结果反馈至数据库模块(4)中进行记录。