CN106078508B - 一种砂轮磨损在线监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种砂轮磨损在线监测方法，综合利用差压测量技术和误差分离技术，所构建的通过砂轮工作表面与冷却液喷嘴端面之间的压力变化，使用第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头测量计算得到砂轮的圆度误差，在线测量砂轮磨损量和钝化程度的测量系统，很好的实现对砂轮磨损程度的在线检测，具有良好的测量精度。

Description

一种砂轮磨损在线监测方法
技术领域
本发明属于机械加工与工程测试技术领域，特别涉及一种砂轮磨损在线监测方法。
背景技术
六十年代以来，人们开展了对砂轮磨损、钝化和形貌学(Topography)研究。先后提出了十多种检测方法，可分为在线动态检测和停机静态检测两类，静态法主要包括：触针法、印迹法、光截观察法和电镜观察法。在线动态检测方法主要有：测温测力法、划痕复印法、液压法、气压法、激光检测法、光电检测法、计算机视觉检测法、声发射法。但是，到目前为止，还没有一种成熟的在线检测方法真正在实际生产中得到推广应用。
发明内容
本发明设计开发了一种砂轮磨损在线监测方法，克服了现有监测方法由于硬件采样频率限值造成采样点数量少、结果精度差的缺陷，实现了对砂轮磨损情况的在线监测。
本发明提供的技术方案为：
一种砂轮磨损在线监测方法，包括如下步骤：
步骤一、砂轮表面与第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头断面之间的间隙变化分别由转换器的输出信号s1(θ)、s2(θ)和s3(θ)给出，其中θ为砂轮旋转的角度，即θ＝ωt，ω为砂轮旋转角速度，t旋转时间；第一测量探头为水平安装，第一测量探头和第二测量探头之间的夹角为α，第二测量探头和第三测量探头之间的夹角为β；
步骤二、计算加权信号s(θ)
s(θ)＝s1(θ)+as2(θ)+bs3(θ)
其中，a＝-sin(α+β)/sinβ，b＝sinα/sinβ；
步骤三、对连续信号s(θ)进行采样，砂轮旋转第1周时，从零点位置开始均匀采样V个点，并且
其中，ns为砂轮转速，tk为采样硬件的转换时间；
砂轮旋转第j周时，从零点位置延时(j-1)*Δt时间后，开始均匀采样V个点，其中T为砂轮旋转一周的时间，N为总采样点数；
通过采样获得s(θ)的离散信号s(n)，n＝1,2,...,N，n为采样点序号；
步骤四、对s(n)作离散傅立叶变换和离散傅立叶逆变换，得到砂轮圆度误差时域上的离散形式h(n)
步骤五、获取h(n)的标准差Sh，以及s(n)的平均值
步骤六、判断砂轮的钝化程度和磨损量，Sh越大，则砂轮越锋利，Sh越小，则砂轮越钝；越大，则砂轮的磨损量越大，越小，则砂轮的磨损量越小。
优选的是，步骤一中，所述第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头分别为三个压差传感的喷头。
优选的是，步骤三中，总采样点数N为2的整数次幂，即N＝2q，q为整数。
优选的是，砂轮旋转每周的采样点数V为2的整数次幂，即V＝2r，r为整数，并且r＜q。
优选的是，步骤四中，对R(n)作离散傅立叶变换，得到频域上的H(k)
式中，m、p为整数，并且α/2π＝m/N，β/2π＝p/N；
再对H(k)作离散傅立叶逆变换，即可得到砂轮圆度误差时域上的离散形式h(n)。
优选的是，步骤二中，将信号s1(θ)、s2(θ)和s3(θ)分别输入到增益为1，a，b的三个运算放大器8、9、10中，并经加法器11得到s(θ)。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种砂轮磨损在线监测方法，综合利用差压测量技术和误差分离技术，所构建的通过砂轮工作表面与冷却液喷嘴端面之间的压力变化在线测量砂轮磨损量和钝化程度的测量系统，很好的实现对砂轮磨损程度的在线检测，具有良好的测量精度。
附图说明
图1为本发明所述的砂轮磨损在线监测系统的结构示意图。
图2为本发明所述的加法电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供了一种砂轮磨损在线监测方法，如图1所示，在砂轮4的回转平面上布置第一测量探头1、第二测量探头2和第三测量探头3，其中第一测量探头1为水平安装，第一测量探头1和第二测量探头2之间的夹角为α，第二测量探头2和第三测量探头3之间的夹角为β。O点为砂轮4的实际回转中心，第一测量探头1、第二测量探头2和第三测量探头3的中心线相交于O点。使用第一测量探头1、第二测量探头2和第三测量探头3能够分别测量出每个测量探头的前端面与砂轮表面之间的距离。所述第一测量探头1、第二测量探头2和第三测量探头3分别为第一压差传感器5、第二压差传感器6和第三压差传感器7的测量喷头，利用差压测量技术，测量出每个测量探头的前端面与砂轮表面之间的距离。如图1所示，第一压差传感器5、第二压差传感器6和第三压差传感器7分别与第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10连接，经第一压差传感器5、第二压差传感器6和第三压差传感器7采集的信号分别经过第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10进行信号的放大。所述第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10分别与加法器11连接，在加法器11中对第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10的输出信号的进行相加。所述加法器11与A/D采集卡12连接，计算机13通过A/D采集卡12对加法器11的输出的模拟信号转换为数字信号，并进行处理。基准信号采集器14用于采集砂轮旋转的基准脉冲信号，即砂轮每旋转一周输出一个脉冲信号。基准信号采集器14将采集的脉冲信号输入到整形器15中进行整形，然后输入到C/T采集器16中，获取砂轮旋转的周期，最后再将信号输入到计算机13中。同时，基准脉冲信号也作为计算机采样时的基准点。
本发明提供的砂轮磨损在线监测方法的具体步骤如下：
步骤一、实时采集砂轮表面与第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头断面之间的间隙变化分别由转换器的输出信号s1(θ)、s2(θ)和s3(θ)给出，其中θ为砂轮旋转的角度，即θ＝ωt，ω为砂轮旋转角速度，t旋转时间；
步骤二、将s1(θ)、s2(θ)和s3(θ)输入到第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10，并且第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10的增益分别为1、a、b，然后输入到加法器11中，如图2所示，得到加权信号s(θ)
s(θ)＝s1(θ)+as2(θ)+bs3(θ)
＝h(θ)+ah(θ+α)+bh(θ+α+β)
其中，a＝-sin(α+β)/sinβ，b＝sinαsinβ，h(θ)为圆度误差。
步骤三、对加权信号s(θ)进行均匀采样，采样点数N应大于等于圆度误差的最高阶谐波次数nc的二倍，即N≥2nc，且还需满足N＝2q，q为整数。实际采样间隔时间为T为砂轮旋转一周的时间。由于砂轮速旋转ns很高，一般采样点又N很大，因此Δt很小，有时硬件的最高采样频率不能满足要求。
本发明提供的分批采样方法能够解决上述问题，即
(1)从砂轮主轴基准脉冲信号开始，砂轮旋转第1周均匀采样点数V满足
ns为砂轮转速，tk为A/D采集卡的转换时间。并且满足V＝2r，r为整数，r<q。
(2)砂轮旋转第j周时，均匀采样点数V不变，但采样从砂轮主轴基准脉冲信号延时(j-1)*Δt，j＝2,3,…,2q-r。
(3)当完成2q-r次采样，将每次采样点数V，按j由小到大进行排序，得到砂轮旋转一周的序列s(n)，n＝1,2,...,N，n为采样点序号。
步骤四、对s(n)(n＝1,2,...,N)作离散傅立叶变换(DFT)，得到频域上的H(k)，k＝1,2,...,N
式中，m、p为整数，并且α/2π＝m/N，β/2π＝p/N。
再对H(k)作离散傅立叶逆变换(IDFT)，即可得到砂轮圆度误差时域上的离散形式h(n)
步骤五、取h(n)的标准差Sh
其中，
通过对砂轮一周的s(n)取平均，得到
步骤六、根据砂轮的圆度误差h(n)的标准差Sh的大小，得到砂轮的钝化程度，Sh越大，则砂轮越锋利，Sh越小，则砂轮越钝，当Sh小到一定程度时，需要对砂轮进行修复。
根据的大小，可到砂轮的磨损量的大小，越大，则砂轮的磨损量越大，越小，则砂轮的磨损量越小。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、砂轮表面与第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头端面之间的间隙变化分别由三个转换器的输出信号s1(θ)、s2(θ)和s3(θ)给出，其中θ为砂轮旋转的角度，即θ＝ωt，ω为砂轮旋转角速度，t旋转时间；第一测量探头为水平安装，第一测量探头和第二测量探头之间的夹角为α，第二测量探头和第三测量探头之间的夹角为β；
步骤二、计算加权信号s(θ)
s(θ)＝s1(θ)+as2(θ)+bs3(θ)
其中，a＝-sin(α+β)/sinβ，b＝sinα/sinβ；
步骤三、对连续信号s(θ)进行采样，砂轮旋转第1周时，从零点位置开始均匀采样V个点，并且
其中，ns为砂轮转速，tk为采样硬件的转换时间；
砂轮旋转第j周时，从零点位置延时(j-1)*Δt时间后，开始均匀采样V个点，其中T为砂轮旋转一周的时间，N为总采样点数；
通过采样获得s(θ)的离散信号s(n)，n＝1，2，…，N，n为采样点序号；
步骤四、对s(n)作离散傅立叶变换和离散傅立叶逆变换，得到砂轮圆度误差时域上的离散形式h(n)
步骤五、获取h(n)的标准差Sh，以及s(n)的平均值
步骤六、判断砂轮的钝化程度和磨损量，Sh越大，则砂轮越锋利，Sh越小，则砂轮越钝；越大，则砂轮的磨损量越大，越小，则砂轮的磨损量越小。
2.根据权利要求1所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤一中，所述第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头分别为三个压差传感的喷头。
3.根据权利要求1或2所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤三中，总采样点数N为2的整数次幂，即N＝2q，q为整数。
4.根据权利要求3所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，砂轮旋转每周的采样点数V为2的整数次幂，即V＝2r，r为整数，并且r＜q。
5.根据权利要求1所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤四中，对s(n)作离散傅立叶变换，得到频域上的H(k)
式中，m、p为整数，并且α/2π＝m/N，β/2π＝p/N；
再对H(k)作离散傅立叶逆变换，即可得到砂轮圆度误差时域上的离散形式h(n)。
6.根据权利要求5所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤二中，将信号s1(θ)、s2(θ)、s3(θ)分别输入到增益为1，a，b的三个运算放大器中，并经加法器得到s(θ)。
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