CN106970601A - 一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统及测控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统及其测控方法，所述系统包括相互之间电连接的数据采集单元，数据传输单元、数据检测诊断单元、数据处理单元和数据执行单元；所述测控方案包括数据采集、数据传输、数据检测诊断、数据处理和执行控制指令。数据采集单元采集到的数据进行模数转换处理，并将处理后的数据传送给数据检测诊断单元，然后再接收数据检测诊断单元传回的比较结果数据，数据处理单元中的控制器依据比较得出判断执行指令，控制器将判断执行指令通过数模转换器转换后再通过数据传输单元传送给控制执行单元。该测控系统及测控方法具有构造简单、操作方便、自动化程度高、可提高风电主轴的加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，具体涉及风力发电机中主轴的加工，即是一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统及其测控方法。
背景技术
风电作为全球发电的新技术，是未来最有可能降低风电发电成本的新技术，成为全球备受关注的一个热点。对于大型海上风电设备来说，风电机组的轻量化和长寿命成为研究的技术难点。目前国内缺乏成熟的大功率海上风电机组设备，基本上以引进技术为主，且未完全消化吸收。
大功率风电机组主轴的新加工工艺，是主轴加工的先进核心技术，可以解决目前国内大功率（5MW、6MW）机组国产化的难点，抓住世界风电市场发展的历史机遇，有效抢占欧洲市场，促进经济发展。同时，对大功率风电机组核心产品的设计理念和制造技术的提升有很好的借鉴作用，并且可以实现相近轴类部件的技术变革，对于节能减排、降低加工成本、延长使用寿命、保证运行安全等方面都具有重要的意义。
大功率风电机组主轴加工的自动化控制技术，长期以来一直受到本领域技术人员的关注，特别是锻造加热过程的自动化控制技术长期以来没有得到很好的解决。目前，大功率风电机组主轴加工中的锻造前的加热过程控制大多是有人工凭借经验予以控制，由于大功率风电机组主轴体积大，且重量很重，加热温度又很高，很难对其实现精准的自动化控制。因此会直接影响大功率风电机组主轴的加工质量，而且加工环境也非常恶劣。所以有必要对现有大功率风电机组主轴加工过程进行自动化控制方面的改造。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种构造简单、操作方便、自动化程度高、可提高风电主轴的加工质量、减轻劳动强度、改善工作环境，降低生产成本的一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，所述系统包括相互之间电连接的数据采集单元、数据传输单元、数据检测诊断单元、数据处理单元和控制执行单元；
数据采集单元，用于采集风电主轴锻造、一次热处理、机加工、二次热处理、表面喷涂过程的相关数据，所述数据包括风电主轴原材料中氮、氢、氧、硅含量的数据，风电主轴锻造前在加热炉内的加热温度、加热时间、加热炉内燃气供应量数据，风电主轴锻造后三坐标检测数据，风电主轴锻造后进行一次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及一次热处理用冷却介质温度的数据，一次热处理后粗机加工前后的探伤数据、粗机加工后的三坐标检测数据，粗机加工后二次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及二次热处理用冷却介质温度的数据，二次热处理及精机加工后的三坐标检测数据和探伤数据，以及表面喷涂工艺中的环境的温度、压力、送风量、排风量，喷枪的喷嘴角度、喷涂速度数据，数据采集单元将采集到的数据通过数据传输单元传送给数据处理单元；
数据传输单元，用于各单元之间的数据传送，同时还用于将各类数据传送到广域网和局域网，并通过以太网与子系统双向链接；
数据检测诊断单元，用于接收经数据处理单元处理后的采集数据并将其与存储单元内存储的数据和/或设定的预定目标控制数据进行比较，然后将比较结果再传送给数据处理单元中的控制器；
数据处理单元，用于将数据采集单元采集到的数据进行模数转换处理，并将处理后的数据传送给数据检测诊断单元，然后再接收数据检测诊断单元传回的比较结果数据，数据处理单元中的控制器依据比较得出判断执行指令，控制器将判断执行指令通过数模转换器转换后再通过数据传输单元传送给控制执行单元；
控制执行单元，用于将控制器发出的判断执行指令通过数据传输单元传送给驱动器件执行相应的控制任务。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，优选的技术方案是，所述数据采集单元中包括有温度检测模块、氮氢氧检测模块、光谱检测模块、超声脉冲探伤检测模块、磁粉检测模块、三坐标检测模块和时钟模块，各检测模块和时钟模块通过数据线与数据采集单元中的接线端口连接。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，进一步优选的技术方案是，所述光谱检测模块为光谱检测仪包括基座、发射器、探测器及光谱检测器，所述发射器、探测器及光谱检测器均安装于所述基座上，所述样品置于所述光谱检测器内，所述发射器发射电磁波，所述电磁波进入所述光谱检测器并在所述样品表面反射或透射后从所述光谱检测器出射，出射后的电磁波被所述探测器接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，进一步优选的技术方案还有，所述氮氢氧检测模块包括用于测定氧含量的红外监测仪，用于测定氢、氮含量的热导池。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，进一步优选的技术方案还有，所述超声脉冲探伤检测模块是由窄脉冲发射电路和回波信号接收电路组成的超声脉冲探伤检测仪。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，进一步优选的技术方案还有，所述磁粉检测模块为霍尔传感器阵列，所述温度检测模块为远红外温度传感器，所述三坐标检测模块为微米级位移传感器。
为了便于将数据采集单元采集到的数据传送给数据检测诊断单元和数据处理单元，以及能够实现各单元之间的数据互联互通，并通过互联网、局域网、以太网实现与远端控制单元的连通，优选的技术方案还有，所述数据传输单元包括用于各单元之间数据双向传输的数据线、有线和/或无线通信模块、服务器。
为了能够实现风电主轴加工全过程的自动化控制，优选的技术方案还有，所述数据处理单元包括中央控制器、若干个车间子控制器和远端子控制器；车间子初步控制器用于处理车间子系统内部采集到的数据并将处理结果传送到中央控制器，同时接收中央控制器发出的控制指令，并将控制指令发送给控制执行单元；远端子控制器用于设置控制目标参数指令，同时用于监视系统运营状况；中央控制器用于接收各车间子控制器发来的初步处理数据和远端子控制器发来的设定参数和/或控制指令数据，并对上述数据进行协调处理，然后将控制指令发送给车间子控制器，中央控制器还用于接收控制执行单元执行控制指令后反馈给中央控制器的指令执行结果的反馈信息，并将其反馈信息传送到相应的远端子控制器及各车间子控制器。
为了能够实现风电主轴加工全过程的自动化控制，优选的技术方案还有，所述控制执行单元包括锻造用的燃气加热炉温度控制器、加热计时控制器、天然气供给量控制阀、加热炉内的供风量及压力控制阀、加热炉的排烟道排烟量控制器，热处理用的电加热炉温度控制器、加热计时控制器、加热功率控制器、冷却介质温度控制器，以及表面喷涂设施中的环境温度控制器、气体含量控制器、环境气压控制器、送风量与排风量控制器、以及喷枪的喷嘴角度与喷涂速度控制器。
本发明的另一个目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种控制方法简单、操作方便、自动化程度高、可提高风电主轴的加工质量、减轻劳动强度、改善工作环境，降低生产成本的一种基于物联网风电主轴加工的智能测控方法。
为实现上述目的，本发明的另一项技术方案是设计基于物联网风电主轴加工的智能测控方法，所述控制方法包括如下控制步骤：
S1：数据采集，由数据采集单元采集风电主轴锻造、一次热处理、机加工、二次热处理、表面喷涂过程的相关数据，所述数据包括风电主轴原材料中氮、氢、氧、硅含量的数据，风电主轴锻造前在加热炉内的加热温度、加热时间、加热炉内燃气供应量数据，风电主轴锻造后三坐标检测数据，风电主轴锻造后进行一次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及一次热处理用冷却介质温度的数据，一次热处理后粗机加工前后的探伤数据、粗机加工后的三坐标检测数据，粗机加工后二次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及二次热处理用冷却介质温度的数据，二次热处理及精机加工后的三坐标检测数据和探伤数据，以及表面喷涂工艺中的环境的温度、压力、送风量、排风量，喷枪的喷嘴角度、喷涂速度数据，数据采集单元将采集到的数据通过数据传输单元传动给数据处理单元；
S2：数据传输，将由数据采集单元采集到的数据，通过数据传输单元将其数据传送到数据检测诊断单元和数据处理单元，同时还用于将各类数据传送到广域网和局域网，并通过以太网与子系统双向数据传输；
S3：数据检测诊断，通过数据检测诊断单元接收经数据处理单元处理后的采集数据，并将其与存储单元内存储的数据和/或设定的预定目标控制数据进行比较，然后将比较结果再传送给控制器；
S4：数据处理，通过数据处理单元将数据采集单元采集到的数据进行模数转换处理，并将处理后的数据传送给数据检测诊断单元，然后再接收数据检测诊断单元传回的比较结果数据，数据处理单元中的控制器依据比较结果得出判断执行指令，控制器将判断执行指令通过数模转换器转换后，再通过数据传输单元传送给控制执行单元；
S5：执行控制指令，通过控制执行单元将控制器发出的判断执行指令通过数据传输单元传送给驱动器件执行相应的控制任务。
本发明的优点和有益效果在于：该基于物联网风电主轴加工的智能测控系统及其测控方法具有构造简单、操作方便、自动化程度高、可提高风电主轴的加工质量、减轻劳动强度、改善工作环境，降低生产成本的一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统。
附图说明
图1是本发明基于物联网风电主轴加工的智能测控系统的系统示意图之一；
图2是本发明基于物联网风电主轴加工的智能测控系统的系统示意图之二；
图3是本发明基于物联网风电主轴加工的智能测控系统中的光谱检测仪一种测试示意图；
图4是本发明基于物联网风电主轴加工的智能测控系统中的光谱检测仪另一种测试示意图；
图5是本发明基于物联网风电主轴加工的智能测控系统中的光谱检测仪反射模块的光路示意图；
图6是本发明基于物联网风电主轴加工的智能测控系统中的光谱检测仪透射模块的光路示意图。
图1、图2中：1、数据采集单元；2、数据传输单元；2.1、广域网；2.2、局域网；2.3、以太网；3、数据检测诊断单元；3.1、存储单元；4、数据处理单元；4.1、控制器；4.11、中央控制器；4.12、车间子控制器；4.13、远端子控制器；5、控制执行单元；5.1、驱动器件；5.12、温度控制器；5.13、计时控制器；5.14、天然气供给量控制阀；5.15、供风量控制阀；5.16、压力控制阀；5.17、排烟道排烟量控制器；6、子系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、2所示，本发明是一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，所述系统包括相互之间电连接的数据采集单元1、数据传输单元2、数据检测诊断单元3、数据处理单元4和控制执行单元5；
数据采集单元1，采集风电主轴锻造、一次热处理、机加工、二次热处理、表面喷涂过程的相关数据，所述数据包括风电主轴原材料中氮、氢、氧、硅含量的数据，风电主轴锻造前在加热炉内的加热温度、加热时间、加热炉内燃气供应量数据，风电主轴锻造后三坐标检测数据，风电主轴锻造后进行一次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及一次热处理用冷却介质温度的数据，一次热处理后粗机加工前后的探伤数据、粗机加工后的三坐标检测数据，粗机加工后二次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及二次热处理用冷却介质温度的数据，二次热处理及精机加工后的三坐标检测数据和探伤数据，以及表面喷涂工艺中的环境的温度、压力、送风量、排风量，喷枪的喷嘴角度、喷涂速度数据，数据采集单元将采集到的数据通过数据传输单元传送给数据处理单元4；
数据传输单元2，用于各单元之间的数据传送，同时还用于将各类数据传送到广域网2.1（互联网）和局域网2.2，并通过以太网2.3与子系统6双向链接；
数据检测诊断单元3，用于接收经数据处理单元4处理后的采集数据并将其与存储单元3.1内存储的数据和/或设定的预定目标控制数据进行比较，然后将比较结果再传送给数据处理单元4中的控制器4.1；
数据处理单元4，用于将数据采集单元1采集到的数据进行模数转换处理，并将处理后的数据传送到数据检测诊断单元3，然后再接收数据检测诊断单元3传回的比较结果数据，数据处理单元4中的控制器4.1依据比较得出判断执行指令，控制器4.1将判断执行指令通过数模转换器转换后再通过数据传输单元2传送给控制执行单元5；
控制执行单元5，用于将控制器4.1发出的判断执行指令通过数据传输单元1传送给驱动器件5.1执行相应的控制任务。
如图2所示，为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，本发明优选的实施方案是，所述数据采集单元1中包括有温度检测模块、氮氢氧检测模块、光谱检测模块、超声脉冲探伤检测模块、磁粉检测模块、三坐标检测模块和时钟模块，各检测模块和时钟模块通过数据线与数据采集单元1中的接线端口连接。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，
如图3、4所示，发明进一步优选的实施方案是，所述光谱检测模块为光谱检测仪100，光谱检测仪100包括基座20、发射器30、探测器40、反射模块50及透射模块60，所述发射器30、探测器40均固定于所述基座20上。所述反射模块50及透射模块60构成了所述光谱检测装置100 的光谱检测模块，且任一时刻所述反射模块50及所述透射模块60二者中只有一个安装在所述基座20上。所述发射器30发射电磁波，所述电磁波经所述反射模块50或透射模块60后传输至所述探测器40。所述电磁波为太赫兹波，其频率位于0.1THz～10THz之间，所述太赫兹波具有透视性好、安全性高、光谱分辨本领强等优点。
在本发明的实施例中，所述基座20用于固定所述发射器30、探测器40、反射模块50及透射模块60，所述基座20开设有固定孔（图未示），所述固定孔用于安装所述反射模块50及透射模块60。所述发射器30用于向该反射模块50和透射模块60发射电磁波，所述探测器40 用于接收所述反射模块50和透射模块60反射的电磁波。
如图5所示，所述反射模块50包括第一底板51、第一样品支架52、第一反射调节组件53、第一反射件54、第二反射调节组件55及第二反射件56。所述第一底板51上开设若干安装孔512，所述安装孔512与所述基座20上的固定孔一一对应，所述反射模块50与所述基座20可通过销钉、螺栓、螺钉等固定件安装固定，即通过插入所述固定件将所
述反射模块50安装于所述基座20上。其中，所述基座20上的固定孔与所述固定件之间的配合为过盈配合，所述第一底板51上的安装孔512 与所述固定件之间的配合为小公差的过渡配合，从而保证所述反射模块50可以简单快捷地安装至所述基座20或从该基座20上拆卸，且同时保证所述反射模块50具有较佳的安装精度。
在本发明的实施例中，所述第一样品支架52、第一反射调节组件53及第二反射调节组件55均可拆卸地安装于所述第一底板51上，其中，所述第一样品支架52位于所述第一反射调节组件53与第二反射调节组件55 之间。
在本发明的实施例中，所述第一反射调节组件53包括第一反射调节架531及第二反射调节架532，所述第一反射件54可为抛物面镜。所述第一反射调节架531可为XYZ三轴调节架，其安装于所述第一底板51上，用以调节所述第一反射件54 的空间位置。所述第二反射调节架532可为角度调节架，其安装于所述第一反射调节架531上，用以调节所述第一反射件54相对于所述第一底板51的角度。可以理解的是，在本发明的其他实施例中，所述第一反射调节架531及所述第二反射调节架532的安装位置可以互换，即所述第二反射调节架532固定于所述第一底板51上，所述第一反射调节架531安装于所述第二反射调节架532上，所述第一反射件54安装于所述第一反射调节架531上。
在本发明的其他实施例中，所述第一反射件54为离轴抛物面镜，其安装于所述第二反射调节架532上，该第一反射件54反射并汇聚入射于其表面的电磁波。由于所述第一反射件54可将入射的光束聚焦成一个小光斑，且相比于普通的透镜，其聚焦的光斑更小，聚焦效率更高，因而其利于小尺寸样品的测量。另外，在利用太赫兹光谱成像时，通常使用小光斑逐点扫描成像的方式，所以所述第一反射件54的结构功能使太赫兹光谱系统用于成像成为可能。
在本发明的实施例中，所述第一反射调节架531及所述第二反射调节架532均具有锁紧件（图未示），当所述锁紧件松开时，所述第一反射调节架531 及所述第二反射调节架532可调节所述第一反射件54 的空间位置及其相对于所述第一底板51的角度；当所述锁紧件锁紧时，所述第一反射件54被固定而无法移动，即该第一反射件54的光路已确定。
在本发明的实施例中，所述第二反射调节组件55包括第三反射调节架551、第四反射调节架552。所述第二反射调节组件55的各个元件的形状和结构均与所述第一反射调节组件53的元件的形状和结构基本相同，例如，所述第三调节架551对应于所述第一反射调节架531，所述第四调节架552对应于所述第二调节架532，在此不再赘述。
在本发明的实施例中，所述第一样品支架52用于放置样品200，且所述样品200水平横置于所述样品支架52上。调节所述第一反射调节架531、第二反射调节架532、第三反射调节架551及第四反射调节架552，使得所述样品200与所述第一底板51之间的距离分别小于所述第一反射件54及所述第二反射件56到所述第一底板51的距离，且当所述样品200水平横置于该第一样品支架52上时，所述第一反射件54及所述第二反射件56的焦点正好位于所述样品200上。
在本发明的实施例中，所述发射器30固定于所述基座20上且对准所述第一反射件54，所述探测器40固定于所述基座20上且对准所述第二反射件56。合理设计所述第一反射件54及第二反射件56的焦距及其反射面的抛物面方程并调节所述第一反射件54及第二反射件56的空间位置及它们相对于所述第一底板51的角度，所述发射器30发射的电
磁波经所述第一反射件54反射后沿着靠近所述第一底板51的方向发射，即经过所述第一反射件54反射后的电磁波射向该第一底板51，并与所述第一底板51呈一定夹角，随后所述电磁波汇聚于所述样品200 的表面并发生反射，在所述样品200表面反射后的电磁波入射至所述第二反射件56，经所述第二反射件56反射并汇聚至所述探测器40后被所述探测器40接收。
可以理解的是，在本发明的实施例中，所述第一反射件54和第二反射件56的焦距和反射面的抛物面方程并不一定需要相同，只要所述第一反射件54和第二反射件56的焦点同时位于所述第一样品支架52上且具备上述的电磁波传播特征的设计参数都在本发明的保护之内，在此不再赘述。
所述第一反射件54与所述第二反射件56相同，二者具有相同的焦距，则所述第一样品支架52位于所述第一反射调节组件53与第二反射调节组件55中间，即该第一样品支架52与所述第一反射调节组件53 和所述第二反射调节组件55的距离相等。
如图6所示，在本发明的实施例中，所述透射模块60包括第二底板61、第二样品支架62、第一透射调节组件63、第三反射件64、第二透射调节组件65及第四反射件66。所述透射模块60的各个元件的形状和结构与所述反射模块50 的元件的形状和结构基本相同。例如，所述第二底板61对应于所述第一底板51，所述第二样品支架62对应于所述第一样品支架52，所述第一透射调节组件63对应于所述第一反射调节组件53，所述第二透射调节组件65对应于所述第二反射调节组件55，且图5中各元件之间的连接及安装方式与图4中对应的各元件之间的连接及安装方式也基本相同。所述第一透射调节组件63包括第一透射调节架631、第二透射调节架632。所述第一透射调节架631可为XYZ 三轴调节架，所述第二透射调节架632可为角度调节架；所述第二透射调节组件65包括第三透射调节架651及第四透射调节架652，所述第三透射调节架651可为XYZ 三轴调节架，所述第四透射调节架652可为角度调节架。
所不同的是，在所述透射模块60中，所述样品200竖直放置于所述第二样品支架62上，所述第三反射件64及第四反射件66可为离轴抛物面镜，其具有与所述第一反射件54及第二反射件56不同的焦距，且其反射面的抛物面方程等设计参数也不同。
调节所述第一透射调节架631、第二透射调节架632、第三透射调节架651及第四透射调节架652，使得所述第三反射件64及所述第四反射件66离所述第二底板61的高度与所述样品200离所述第二底板61 的高度大致相等，且所述第三反射件64及所述第四反射件66的焦点同时位于所述样品200上。所述发射器30对准所述第三反射件64，所述探测器40对准所述第四反射件66，所述发射器30发射的电磁波经所述第三反射件64反射后，将沿平行于所述第二底板61的方向传播并汇聚于所述样品200上，随后所述电磁波透射该样品200后到达所述第四反射件66，经所述第四反射件66反射并汇聚后传输至所述探测器40被接收。
需要注意的是，由于所述第三反射件64及第四反射件66的设计参数（如焦距、反射面的方程等）与所述第一反射件54及第二反射件56 差别较大，因而无法仅通过调节反射模块50的第一反射件54及第二反射件56的空间位置和角度来实现所述第三反射件64及第四反射件66在所述透射模块60中的功能，即不能仅通过调节所述第一反射件54及第二反射件56的空间位置和角度，使所述电磁波分别实现在所述样品200表面反射及透射所述样品200的功能。同样，也无法仅通过调节第三反射件64及第四反射件66的空间位置和角度实现所述第一反射件54及第二反射件56在所述反射模块50中的功能。
如图2至图5所示，组装时，将所述发射器30、探测器40及反射模块50安装于所述基座20上，并调节三者的相对位置，使得所述发射器30对准所述第一反射件54，所述探测器40对准所述第二反射件56，从而光路连通。将所述样品200水平横置于所述第一样品支架52上，松开所述第一反射调节架531、所述第二反射调节架532、第三反射调节
架551及第四反射调节架552的锁紧件，调节所述第一反射件54及第二反射件56的空间位置以及其与所述第一底板51之间的角度，使得所述第一反射件54及第二反射件56的焦点同时位于所述样品200上。同时，所述发射器30发射的电磁波经所述第一反射件54反射后汇聚于所述样品200的表面并发生反射，在所述样品200表面反射后的电磁波入射至所述第二反射件56，经所述第二反射件56反射并汇聚至所述探测器40后被所述探测器40接收。旋紧所述锁紧件，以固定所述第一反射件54及第二反射件56。
拆下所述反射模块50并将所述透射模块60安装于所述基座20上，调节所述发射器30、探测器40及透射模块60之间的相对位置，使得所述发射器30对准所述第三反射件64，所述探测器40对准所述第四反射件66。将所述样品200竖直放置于所述第二样品支架62上，松开所述第一透射调节架631、第二透射调节架632、第三透射调节架651及第四透射调节架652的锁紧件，调节所述第三反射件64及第四反射件66 的空间位置以及二者与所述第二底板61之间的角度，使得所述第三反射件64及第四反射件66的焦点同时位于所述样品200上，同时，所述发射器30发射的电磁波经所述第三反射件64反射后，汇聚于所述样品200上，随后所述电磁波透射所述样品200后到达所述第四反射件66，经所述第四反射件66反射并汇聚至所述探测器40后被接收。旋紧所述锁紧件以固定所述第三反射件64及第四反射件66。
检测时，当需要检测所述样品200的反射光谱时，将所述反射模块50安装于所述基座20上，并将所述样品200水平横置于所述第一样品支架52上，启动所述发射器30，所述发射器30发出电磁波，该电磁波经所述第一反射件54反射并汇聚于所述样品200上，所述电磁波在所述样品200表面发射后传播至所述第二反射件56并被该第二反射件56反射并汇聚至所述探测器40，所述探测器40接收所述电磁波，从而获得所述样品200的反射光谱。当需要检测所述样品200的透射光谱时，卸下所述反射模块50并安装所述透射模块60，将所述样品200竖直放置于所述第二样品支架62上，启动所述发射器30，所述发射器30发出电磁波，该电磁波经所述第三反射件64反射并汇聚于所述样品200 上，所述电磁波透射所述样品200后传播至所述第四反射件66并被该第四反射件66反射并汇聚至所述探测器40，所述探测器40接收所述电磁波，从而获得所述样品200 的透射光谱。
综上所述，本发明实施例提供的一种光谱检测装置100，其可用于所述样品200的反射光谱和透射光谱检测。所述发射器30发射电磁波，该电磁波进入所述反射模块50或透射模块60并在所述样品发生反射或透射，并从所述反射模块50或透射模块60，出射后的电磁波被所述探测器40接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱，即通过所述反射模块50及透射模块60的结构设计配合所述发射器30和探测器40 可使得所述反射模块50及所述透射模块60进行灵活的切换，从而分别实现反射光谱检测和透射光谱检测。此外，由于更换所述反射模块50 及所述透射模块60时无需重新设置部分光学器件的位置和角度以及再次调整光路，因而极大方便了实验研究和光谱测量。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，本发明进一步优选的实施方案还有，所述氮氢氧检测模块包括用于测定氧含量的红外监测仪，用于测定氢、氮含量的热导池。设备测量的原理为：
取原料样品由进样器掉进石墨坩埚中，样品高温坩埚中溶化，释放出氢和氮。氧与热坩埚表面起反应，产生一氧化碳。由气泵将气体送入催化剂炉子，CO转换为CO2，然后通过红外池检测CO2，热导池检测氮和氢。
红外池：测量原理，是根据某些气体能够吸收红外线，而每种气体只吸收特定波长的红外线，吸收光谱决定于气体分子中原子类型。
红外光源，是通过电子加热，并且发出宽带红外光。光束被旋转的叶片(切光器)，间断切断，产生交变光。切光马达，是由石英振荡器控制。因此，红外光的切光频率是相当稳定的。红外光通过有样品气和载气混合气流通过的测量池时，被吸收。而红外光被吸收的强度与气体浓度有关，红外光束通过测量池后，经过滤光片，只有红外光中窄带通过。所选择的中频带波长，是对气体测量呈最大吸收的波长，.通过滤光片后，光束强度是根据红外池中气体浓度来决定的，最后红外光束照射到半导体红外检测器上，得到与光强成正比关系的电信号。
如上所述，由于红外光束是通过切光器旋转间断切断，所以检测器接收的是一种交变的电信号。象噪音一样，温度和接收器的老化影响是可以抑制的。得到的电信号，通过电路放大和整流。由红外池输出的是直流信号，电子电路将确保仪器零点和灵敏度稳定，并且自动校正，而不用手动检查和校准。
红外分析器是由恒温控制的，所以样品气进入分析器时是处于恒温状态。
热导池：热导池检测的是热导值的变化，但不是测量绝对的热导值。而是选取一个参比，这个参比通常是纯载气。
1、热导池；2、测量通道；3、参比通道；4、热敏电阻；5、前置放大器；6 电子单元。测量池1中有两个通道，测量通道2通入分析气流，参比通道 3通入纯载气。
每个通道有两个热敏电阻4，检测每个通道的热敏变化。热敏电阻连接在惠斯顿电桥上，检测输出信号。信号通过放大器5，传输到电子单元6，无需调节，自动回零。恒温的环境，保证测量池不受影响。
设备精度
测量范围：ON 低氧0.0－300ppm OH 低氧0.0－300ppm ；
高氧0.0－2% 高氧0.0－2% ；
低氮0.0-300ppm 低氢0.0－50ppm
高氮0.0－2% 高氢0.0－1000ppm
灵敏度： 氧0.1ppm； 氮0.1ppm； 氢0.1ppm
精密度： ON 低氧0.1ppm或1%（相对偏差） OH 低氧0.1ppm或1%（相对偏差）
高氧2ppm或1%（相对偏差） 高氧2ppm或1%（相对偏差）
低氮0.1ppm或1%（相对偏差） 低氢0.05ppm或1%（相对偏差）
高氮 0.2ppm或1%（相对偏差） 高氢0.5ppm或1%（相对偏差）
热导池检测器是基于被测组分与载气的热导系数不同而进行检测的，当通过热导池体的样品组成及其浓度有所变化时，就会引起热敏元件温度的变化，从而导致其电阻值的变化，这种阻值的变化可以通过惠斯登电桥进行测量。当载气以恒定的流速通过，并以恒定的电压给热导池通电时，热丝温度升高。若测量臂无样品组分通过时，流经参考臂和测量臂的均是纯的载气，同种载气有相同的热导系数，因此参考臂和测量臂的电阻值相同，电桥处于平衡状态，检测器无信号输出。当有样品组分进入检测器时，纯的载气流经参考臂，载气携带被测组分流经测量臂，由于载气和被测组分混合气体的热导系数与纯载气的热导系数不同，使得测量臂与参考臂的电阻值有所不同，电桥平衡被破坏，此时检测器会有电压信号输出，其检测信号大小和被测组分的浓度成正比，因而可用于定量分析。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，本发明进一步优选的实施方案还有，所述超声脉冲探伤检测模块是由窄脉冲发射电路和回波信号接收电路组成的超声脉冲探伤检测仪，超声脉冲探伤检测仪为市场上可以购买到的仪器设备，只需将该设备安装并连接到系统中即可。
为了能够实时采集到风电主轴加工过程中各项所需要的技术参数，本发明进一步优选的实施方案还有，所述磁粉检测模块为霍尔传感器阵列，所述温度检测模块为远红外温度传感器，所述三坐标检测模块为微米级位移传感器。其中采用霍尔传感器阵列的具体检测系统及检测方法，可参照中国专利：201410839730.0 ；一种基于霍尔传感器阵列的电磁探伤方法及系统中公开的技术方案；而采用远红外温度传感器检测被加热工件表面温度属于本领域常用的技术手段；微米级位移传感器也可以选用现有技术中的外购检测仪器，只需将该设备安装并连接到系统中即可。
为了便于将数据采集单元采集到的数据传送给数据检测诊断单元和数据处理单元4，以及能够实现各单元之间的数据互联互通，并通过互联网、局域网、以太网实现与远端控制单元的连通，本发明优选的实施方案还有，所述数据传输单元2包括用于各单元之间数据双向传输的数据线、有线和/或无线通信模块、服务器。
为了能够实现风电主轴加工全过程的自动化控制，本发明优选的实施方案还有，所述数据处理单元4包括中央控制器4.11，或为计算机，或为PLC可编程控制器、若干个车间子控制器4.12和远端子控制器4.13；车间子初步控制器4.12用于处理车间子系统内部采集到的数据并将处理结果传送到中央控制器4.11，同时接收中央控制器4.11发出的控制指令，并将控制指令发送给控制执行单元5；远端子控制器4.13用于设置控制目标参数指令，同时用于监视系统运营状况；中央控制器4.11用于接收各车间子控制器4.12发来的初步处理数据和远端子控制器4.13发来的设定参数和/或控制指令数据，并对上述数据进行协调处理，然后将控制指令发送给车间子控制器4.12，中央控制器4.11还用于接收控制执行单元5执行控制指令后反馈给中央控制器4.11的指令执行结果的反馈信息，并将其反馈信息传送到相应的远端子控制器4.13及各车间子控制器4.12。
为了能够实现风电主轴加工全过程的自动化控制，本发明优选的实施方案还有，所述控制执行单元5包括锻造用的燃气加热炉温度控制器5.12、加热计时控制器5.13、天然气供给量控制阀5.14、加热炉内的供风量控制阀5.15及压力控制阀5.16、加热炉的排烟道排烟量控制器5.17，热处理用的电加热炉温度控制器、加热计时控制器、加热功率控制器、冷却介质温度控制器，以及表面喷涂设施中的环境温度控制器、气体含量控制器、环境气压控制器、送风量与排风量控制器、以及喷枪的喷嘴角度与喷涂速度控制器。
其中燃气加热炉温度控制器与电加热炉温度控制器用于控制加热炉的加热温度，及加热温度曲线与设定或控制器中储存的加热曲线相吻合。加热计时控制器用于控制加热炉的加热时间，天然气供给量控制阀用于控制阀门的启闭及开启量，加热炉内的供风量控制阀5.15及压力控制阀5.16分别用于控制阀门的启闭及开启量。加热炉的排烟道排烟量控制器用于控制烟道口部阀门的开启量。冷却介质温度控制器通过冷却液泵控制冷却液的循环和/或添加。喷涂包括喷丸、喷砂和喷漆，所述环境温度控制器、气体含量控制器、环境气压控制器、送风量与排风量控制器分别通过控制相应的泵或阀门予以实现，所述喷枪的喷嘴角度与喷涂速度的控制器则需要采用相应的控制执行机构完成。
本发明的另一项技术方案是设计基于物联网风电主轴加工的智能测控方法，所述控制方法包括如下控制步骤：
S1：数据采集，由数据采集单元1采集风电主轴锻造、一次热处理、机加工、二次热处理、表面喷涂过程的相关数据，所述数据包括风电主轴原材料中氮、氢、氧、硅含量的数据，风电主轴锻造前在加热炉内的加热温度、加热时间、加热炉内燃气供应量数据，风电主轴锻造后三坐标检测数据，风电主轴锻造后进行一次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及一次热处理用冷却介质温度的数据，一次热处理后粗机加工前后的探伤数据、粗机加工后的三坐标检测数据，粗机加工后二次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及二次热处理用冷却介质温度的数据，二次热处理及精机加工后的三坐标检测数据和探伤数据，以及表面喷涂工艺中的环境的温度、压力、送风量、排风量，喷枪的喷嘴角度、喷涂速度数据，数据采集单元将采集到的数据通过数据传输单元2传送给数据处理单元4；
S2：数据传输，将由数据采集单元1采集到的数据，通过数据传输单元2将其数据传送到数据检测诊断单元3和数据处理单元4，同时还用于将各类数据传送到广域网和局域网，并通过以太网与子系统双向数据传输；
S3：数据检测诊断，通过数据检测诊断单元3接收经数据处理单元4处理后的采集数据，并将其与存储单元内存储的数据和/或设定的预定目标控制数据进行比较，然后将比较结果再传送给控制器4.1；
S4：数据处理，通过数据处理单元4将数据采集单元1采集到的数据进行模数转换处理，并将处理后的数据传送给数据检测诊断单元3，然后再接收检测诊断单元传回的比较结果数据，数据处理单元中的控制器4.1依据比较结果得出判断执行指令，控制器4.1将判断执行指令通过数模转换器转换后，再通过数据传输单元传送给控制执行单元5；
S5：执行控制指令，通过控制执行单元5将控制器4.1发出的判断执行指令通过数据传输单元2传送给驱动器件5.1执行相应的控制任务。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述系统包括相互之间电连接的数据采集单元，数据传输单元、数据检测诊断单元、数据处理单元和控制执行单元；
数据采集单元，用于采集风电主轴锻造、一次热处理、机加工、二次热处理、表面喷涂过程的相关数据，所述数据包括风电主轴原材料中氮、氢、氧、硅含量的数据，风电主轴锻造前在加热炉内的加热温度、加热时间、加热炉内燃气供应量数据，风电主轴锻造后三坐标检测数据，风电主轴锻造后进行一次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及一次热处理用冷却介质温度的数据，一次热处理后粗机加工前后的探伤数据、粗机加工后的三坐标检测数据，粗机加工后二次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及二次热处理用冷却介质温度的数据，二次热处理及精机加工后的三坐标检测数据和探伤数据，以及表面喷涂工艺中的环境的温度、压力、送风量、排风量，喷枪的喷嘴角度、喷涂速度数据，数据采集单元将采集到的数据通过数据传输单元传送给数据处理单元；
数据传输单元，用于各单元之间的数据传送，同时还用于将各类数据传送到广域网和局域网，并通过以太网与子系统双向链接；
数据检测诊断单元，用于接收经数据处理单元处理后的采集数据并将其与存储单元内存储的数据和/或设定的预定目标控制数据进行比较，然后将比较结果再传送给数据处理单元中的控制器；
数据处理单元，用于将数据采集单元采集到的数据进行模数转换处理，并将处理后的数据传送给数据检测诊断单元，然后再接收数据检测诊断单元传回的比较结果数据，数据处理单元中的控制器依据比较得出判断执行指令，控制器将判断执行指令通过数模转换器转换后再通过数据传输单元传送给控制执行单元；
控制执行单元，用于将控制器发出的判断执行指令通过数据传输单元传送给驱动器件执行相应的控制任务。
2.如权利要求1所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述数据采集单元中包括有温度检测模块、氮氢氧检测模块、光谱检测模块、超声脉冲探伤检测模块、磁粉检测模块、三坐标检测模块和时钟模块，各检测模块和时钟模块通过数据线与数据采集单元中的接线端口连接。
3.如权利要求2所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述光谱检测模块为光谱检测仪包括基座、发射器、探测器及光谱检测器，所述发射器、探测器及光谱检测器均安装于所述基座上，所述样品置于所述光谱检测器内，所述发射器发射电磁波，所述电磁波进入所述光谱检测器并在所述样品表面反射或透射后从所述光谱检测器出射，出射后的电磁波被所述探测器接收以检测所述样品的反射光谱或透射光谱。
4.如权利要求2所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述氮氢氧检测模块包括用于测定氧含量的红外监测仪，用于测定氢、氮含量的热导池。
5.如权利要求2所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述超声脉冲探伤检测模块是由窄脉冲发射电路和回波信号接收电路组成的超声脉冲探伤检测仪。
6.如权利要求2所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述磁粉检测模块为霍尔传感器阵列，所述温度检测模块为远红外温度传感器，所述三坐标检测模块为微米级位移传感器。
7.如权利要求1所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述数据传输单元包括用于各单元之间数据双向传输的数据线、有线和/或无线通信模块、服务器。
8.如权利要求1所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述数据处理单元包括中央控制器、若干个车间子控制器和远端子控制器；车间子初步控制器用于处理车间子系统内部采集到的数据并将处理结果传送到中央控制器，同时接收中央控制器发出的控制指令，并将控制指令发送给控制执行单元；远端子控制器用于设置控制目标参数指令，同时用于监视系统运营状况；中央控制器用于接收各车间子控制器发来的初步处理数据和远端子控制器发来的设定参数和/或控制指令数据，并对上述数据进行协调处理，然后将控制指令发送给车间子控制器，中央控制器还用于接收控制执行单元执行控制指令后反馈给中央控制器的指令执行结果的反馈信息，并将其反馈信息传送到相应的远端子控制器及各车间子控制器。
9.如权利要求1所述的基于物联网风电主轴加工的智能测控系统，其特征在于，所述控制执行单元包括锻造用的燃气加热炉温度控制器、加热计时控制器、天然气供给量控制阀、加热炉内的供风量及压力控制阀、加热炉的排烟道排烟量控制器，热处理用的电加热炉温度控制器、加热计时控制器、加热功率控制器、冷却介质温度控制器，以及表面喷涂设施中的环境温度控制器、气体含量控制器、环境气压控制器、送风量与排风量控制器、以及喷枪的喷嘴角度与喷涂速度控制器。
10.一种基于物联网风电主轴加工的智能测控方法，其特征在于，所述控制方法包括如下控制步骤：
S1：数据采集，由数据采集单元采集风电主轴锻造、一次热处理、机加工、二次热处理、表面喷涂过程的相关数据，所述数据包括风电主轴原材料中氮、氢、氧、硅含量的数据，风电主轴锻造前在加热炉内的加热温度、加热时间、加热炉内燃气供应量数据，风电主轴锻造后三坐标检测数据，风电主轴锻造后进行一次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及一次热处理用冷却介质温度的数据，一次热处理后粗机加工前后的探伤数据、粗机加工后的三坐标检测数据，粗机加工后二次热处理时电加热炉炉内温度、加热时间、加热电功率及二次热处理用冷却介质温度的数据，二次热处理及精机加工后的三坐标检测数据和探伤数据，以及表面喷涂工艺中的环境的温度、压力、送风量、排风量，喷枪的喷嘴角度、喷涂速度数据，数据采集单元将采集到的数据通过数据传输单元传送给数据处理单元；
S2：数据传输，将由数据采集单元采集到的数据，通过数据传输单元将其数据传送到数据检测诊断单元和数据处理单元，同时还用于将各类数据传送到广域网和局域网，并通过以太网与子系统双向数据传输；
S3：数据检测诊断，通过数据检测诊断单元接收经数据处理单元处理后的采集数据，并将其与存储单元内存储的数据和/或设定的预定目标控制数据进行比较，然后将比较结果再传送给控制器；
S4：数据处理，通过数据处理单元将数据采集单元采集到的数据进行模数转换处理，并将处理后的数据传送给数据检测诊断单元，然后再接收数据检测诊断单元传回的比较结果数据，数据处理单元中的控制器依据比较结果得出判断执行指令，控制器将判断执行指令通过数模转换器转换后，再通过数据传输单元传送给控制执行单元；
S5：执行控制指令，通过控制执行单元将控制器发出的判断执行指令通过数据传输单元传送给驱动器件执行相应的控制任务。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201710238815.7A CN106970601A (zh) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | 一种基于物联网风电主轴加工的智能测控系统及测控方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111965247A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-20 | 北京聚龙科技发展有限公司 | 一种物联网探伤控制装置及控制方法 |
| CN117655932A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-08 | 江苏省成越科技有限公司 | 一种物联网抛丸机控制系统 |
-
2017
- 2017-04-13 CN CN201710238815.7A patent/CN106970601A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| CN117655932B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-04-16 | 江苏省成越科技有限公司 | 一种物联网抛丸机控制系统 |
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