CN106985083A - 一种具有靶物击穿判断功能的切割装置 - Google Patents

一种具有靶物击穿判断功能的切割装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有靶物击穿判断功能的切割装置，包括高压水射流切割机构、变量信号获取机构以及信号处理机构，所述变量信号获取机构与所述信号处理机构连接，所述变量信号获取机构获取的是高压水射流切割靶物时产生的声音的音色和音调、靶物振动频率、靶物受到高压水射流的打击力大小中的任意一种或任意两种或全部。靶物在被击穿前后，所产生的声音的音色和音调是不同的，靶物所受到高压水射流的打击力大小是不同的，靶物的振动频率也是不同的，本发明通过变量信号获取机构获取这些靶物在被击穿前后会产生变化的变量信号，并通过信号处理机构判断这些变量是否发生变化，以此判断靶物是否被击穿，从而方便操控，节省能源。

Description

一种具有靶物击穿判断功能的切割装置
技术领域
本发明涉及一种具有靶物击穿判断功能的切割装置。
背景技术
随着机械化程度的不断提高，高压水射流进行靶物切割时的切割速度不断提高，使得肉眼观察靶物切割时存在两个难点：一、由于水流击打在靶物上激起雾状，不易观察；二、在靶物击穿后不能立即关闭保护喷嘴，经济效益差。这些都不利于操作人员的安全，不能满足实际情况的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效解决现有高压水射流切割靶物时，不易观察是否击穿、浪费能量的问题的具有靶物击穿判断功能的切割装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有靶物击穿判断功能的切割装置，包括高压水射流切割机构、变量信号获取机构以及信号处理机构，所述变量信号获取机构与所述信号处理机构连接，所述变量信号获取机构获取的是高压水射流切割靶物时产生的声音的音色和音调、靶物振动频率、靶物受到高压水射流的打击力大小中的任意一种或任意两种或全部。
进一步地，所述变量信号获取机构包括拾音器。
进一步地，所述变量信号获取机构包括压阻式传感器，所述压阻式传感器固定在靶物的背面。
进一步地，所述变量信号获取机构包括振动传感器，所述振动传感器固定在靶物上。
进一步地，所述高压水射流切割机构包括高压分流器和两个以上的切割喷头，各所述切割喷头分别通过一个电磁阀与所述高压分流器连接。
进一步地，所述高压水射流切割机构包括高压水供给单元、磨料供给单元以及料液混合腔，所述高压水供给单元通过第一管道与所述磨料供给单元连通，所述高压水供给单元通过第二管道与所述料液混合腔连通，所述磨料供给单元通过第三管道与所述料液混合腔连通。
进一步地，所述高压水供给单元包括水箱、高压泵以及进水管，所述进水管的一端伸入所述水箱，所述进水管的另一端与所述第一管道和第二管道连通，所述高压泵安装在所述进水管上，且所述进水管上位于所述高压泵的前后侧分别安装有过滤网和压力表，所述水箱和所述进水管之间还分别连接有安全阀和调压阀。
进一步地，所述第一管道上安装有单向阀。
进一步地，所述第三管道上安装有磨料截止阀。
进一步地，所述磨料供给单元包括磨料罐、连接在所述磨料罐的顶部的旋盖、连接在所述旋盖的顶部的泄压阀以及连接在所述磨料罐的底部的底座。
本发明的有益效果体现在：
高压水射流切割靶物时会产生声音，靶物会受到高压水射流的打击力，靶物也会产生振动，而靶物在被击穿前后，所产生的声音的音色和音调是不同的，靶物所受到高压水射流的打击力大小是不同的，靶物的振动频率也是不同的，本发明通过变量信号获取机构获取这些靶物在被击穿前后会产生变化的变量信号，并通过信号处理机构判断这些变量是否发生变化，以此判断靶物是否被击穿，从而方便操控，节省能源。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明另一实施例的结构示意图。
图3是本发明另一实施例的信号检出电路图。
图4是本发明再一实施例的结构示意图。
附图中各部件的标记为：11水箱、12高压泵、13进水管13、14过滤网、15压力表、16安全阀、17调压阀、21磨料罐、22旋盖、221把手、23泄压阀、24底座、3料液混合腔、31第一管道、311单向阀、32第二管道、33第三管道、331磨料截止阀、4信号处理机构、51切割喷头、52切割截止阀、53高压分流器、54电磁阀、55夹具、6拾音器、71压阻式传感器、72数据采集卡、81振动传感器、82信号采集机构。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1、图2和图4。
本发明具有靶物击穿判断功能的切割装置，包括高压水射流切割机构、变量信号获取机构以及信号处理机构4，所述变量信号获取机构与所述信号处理机构4连接，所述变量信号获取机构获取的是高压水射流切割靶物时产生的声音的音色和音调、靶物振动频率、靶物受到高压水射流的打击力大小中的任意一种或任意两种或全部。
高压水射流切割靶物时会产生声音，靶物会受到高压水射流的打击力，靶物也会产生振动，而靶物在被击穿前后，所产生的声音的音色和音调是不同的，靶物所受到高压水射流的打击力大小是不同的，靶物的振动频率也是不同的，本发明通过变量信号获取机构获取这些靶物在被击穿前后会产生变化的变量信号，并通过信号处理机构判断这些变量是否发生变化，以此判断靶物是否被击穿，从而方便操控，节省能源。
在一实施例中，所述高压水射流切割机构包括高压水供给单元、磨料供给单元以及料液混合腔3，所述高压水供给单元通过第一管道31与所述磨料供给单元连通，所述高压水供给单元通过第二管道32与所述料液混合腔3连通，所述磨料供给单元通过第三管道33与所述料液混合腔3连通。这样设计，高压水供给单元提供的高压水一路流入磨料罐21，另一路流入料液混合腔3，流入磨料罐21的水将会携带磨料经第三管道33进入料液混合腔3。
在一实施例中，所述第一管道31上安装有单向阀311。用于防止磨料进入高压水供给单元；所述第三管道33上安装有磨料截止阀331，便于控制磨料的供给。
在一实施例中，所述高压水供给单元包括水箱11、高压泵12以及进水管13，所述进水管13的一端伸入所述水箱11，所述进水管13的另一端与所述第一管道31和第二管道32连通，所述高压泵12安装在所述进水管13上，且所述进水管13上位于所述高压泵12的前后侧分别安装有过滤网14和压力表15，所述水箱11和所述进水管13之间还分别连接有安全阀16和调压阀17。使用时，高压泵12将水箱11内的水泵出，过滤网14起到净化作用，压力表15用于监测水流压力，调压阀17可以将一部分水引回水箱11，从而调节水压，安全阀16用于水流压力过高时，将水引入水箱11，释放压力，起到安全作用。
在一实施例中，所述磨料供给单元包括磨料罐21、连接在所述磨料罐21的顶部的旋盖22、连接在所述旋盖22的顶部的泄压阀23以及连接在所述磨料罐21的底部的底座24。优选地，所述旋盖22圆周设有把手221，方便操纵。
参见图1和图2，在一实施例中，料液混合腔3直接或通过切割截止阀52与切割喷头51连通，这样高压水与磨料在料液混合腔3内混合，并最终通过切割喷头51喷出而进行切割。
参见图4，在一实施例中，所述高压水射流切割机构包括高压分流器53和两个以上的切割喷头51，所述高压分流器53与料液混合腔3连接，各所述切割喷头51分别通过一个电磁阀54与所述高压分流器53连接。这样设计，可以用一套供水供料设备而实现多组靶物的同时切割，具体实施中，高压分流器53一端用高压胶管与料液混合腔3连通，各切割喷头51和相应电磁阀54之间也安装压力表15。
进一步地，切割喷头51和靶物均由夹具55固定，夹具采用手动控制，能实现精确定位和移动。
参见图1，在一实施例中，所述变量信号获取机构包括拾音器6，具体实施时，拾音器可固定在切割喷头51上，信号处理机构4为计算机，拾音器通过数据线连接到计算机上，高压泵12也与计算机连接。高压水射流切割靶物时会产生声音，而靶物在被击穿前后，该声音的音色和音调不同，高压水射流切割机构工作时，拾音器采集靶物被击穿前后声音的音色和音调，并通过数据线将该声音的音色和音调信号传输到计算机上，计算机上安装有LabVIEW软件，计算机运用内置的声卡进行信号调理，再将数据通过计算机总线传输到LabVIEW程序处理，当计算机根据声音的音色和音调信号的变化判断出水射流切割击穿靶物后，计算机控制高压泵12自动关闭，实现了水射流切割的自动化，并且高效节能，减少了传统水射流切割需要操作人员静距离观察带来的危险，这种判断控制方式结构简单，操作方便，经济实用。
参见图2，在一实施例中，所述变量信号获取机构包括压阻式传感器71，假设靶物为水平放置，水射流喷嘴位于靶物上方，射流垂直于靶物表面；将电阻式压力传感器中的压阻式传感器贴于靶物背面，并避开射流轨迹，信号处理机构4为计算机，压阻式传感器71通过数据采集卡NI USB-6229与计算机连接。同样的，高压水射流切割靶物时，靶物会受到高压水射流的打击力，而靶物在被击穿前后，所受到高压水射流的打击力大小是不同的，高压水射流切割机构工作时，压阻式传感器采集靶物受到高压水射流的打击力大小，并通过数据采集卡72将该打击力信号传输到计算机上，当计算机根据打击力信号的变化判断出水射流切割击穿靶物后，计算机控制高压泵12自动关闭。这种判断控制方式适用于靶物位于切割喷头51不同位置进行切割，提高了方法的环境适应性，且结构简单，操作方便，经济实用。
优选地，为了增加该测量方法的精确度，可在靶物上不同位置安装多个压阻式传感器。根据不同位置的压阻式传感器产生的电阻阻值在检测电路中产生的电流不同来标示靶物是否击穿判断依据，电流越小，靶物击穿的程度越大，参见图3，检测电路中多个位置的压阻式传感器并联在检测电路中，R为分压电阻，R1和R2为压阻式传感器的电阻，引出端测出的电压反映了每个压阻式传感器的电阻的变化，而阻值变化是因为压阻式传感器受到来自水射流打击力。
具体实施中，将每个压阻式传感器引出的两根导线串联接入电路，并在每个压阻式传感器单元的接线处另外引出两根较短的引线连接数据采集卡，这些压阻式传感器单元串联各自的分压电阻，然后互相之间并联焊接一个5V直流恒压源。计算机上安装有LabVIEW软件，使用DAQ助手试验数据处理采集编程，设置每个通道对应的传感器名称，信号输入范围设置为-10到10V，接线端选择差分模式，采样率设置为1Hz。采用软件的方法进行滤波，采用小波函数进行降噪。滤波采用LabVIEW软件中的滤波模块，输入信号、低截止频率100Hz，高截止频率300Hz，输出信号。利用离散小波变换进行小波降噪。
参见图4，在一实施例中，所述变量信号获取机构包括振动传感器81，所述振动传感器固定在靶物上，信号处理机构4为计算机，振动传感器81通过信号采集机构82与计算机连接，计算机上安装有LabVIEW软件，信号采集机构可使用数据采集卡NI USB-6229。同样地，高压水射流切割靶物时，靶物产生振动，而靶物在被击穿前后，其振动频率是不同的，高压水射流切割机构工作时，振动传感器主要功能是将物理量转换成模拟信号，数据采集卡将采集的信号转换为计算机可以处理的数据，数据经过LabVIEW软件在显示器上显示出靶物振动的频率波形图，判断出靶物被击穿，然后通过控制电磁阀关闭水射流，进而达到保护喷嘴，经济效益显著。这种方式尤其适用于含有高压分流器和两个以上的切割喷头51的情况。
具体实施步骤如下：
第一步，在靶物探测前进行设备组装；
第二步，检查各部分的连接，确保连接牢靠，在安装切割喷头前，将水箱放满水，接通电源，启动高压泵，冲洗高压胶管，防止高压胶管内部的铁锈、污渍堵塞切割喷头；
第三步，关闭高压泵，安装切割喷头，再次启动高压泵，检查高压水射流发生装置的工作状况；
第四步，将测试装置通上电源，开始测量靶物的振动频率，然后通过信号处理装置，观察波形变化，判断靶物是否被击穿。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：包括高压水射流切割机构、变量信号获取机构以及信号处理机构，所述变量信号获取机构与所述信号处理机构连接，所述变量信号获取机构获取的是高压水射流切割靶物时产生的声音的音色和音调、靶物振动频率、靶物受到高压水射流的打击力大小中的任意一种或任意两种或全部。
2.如权利要求1所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述变量信号获取机构包括拾音器。
3.如权利要求1或2所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述变量信号获取机构包括压阻式传感器，所述压阻式传感器固定在靶物的背面。
4.如权利要求1或2所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述变量信号获取机构包括振动传感器，所述振动传感器固定在靶物上。
5.如权利要求1或2所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述高压水射流切割机构包括高压分流器和两个以上的切割喷头，各所述切割喷头分别通过一个电磁阀与所述高压分流器连接。
6.如权利要求1或2所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述高压水射流切割机构包括高压水供给单元、磨料供给单元以及料液混合腔，所述高压水供给单元通过第一管道与所述磨料供给单元连通，所述高压水供给单元通过第二管道与所述料液混合腔连通，所述磨料供给单元通过第三管道与所述料液混合腔连通。
7.如权利要求6所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述高压水供给单元包括水箱、高压泵以及进水管，所述进水管的一端伸入所述水箱，所述进水管的另一端与所述第一管道和第二管道连通，所述高压泵安装在所述进水管上，且所述进水管上位于所述高压泵的前后侧分别安装有过滤网和压力表，所述水箱和所述进水管之间还分别连接有安全阀和调压阀。
8.如权利要求6所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述第一管道上安装有单向阀。
9.如权利要求6所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述第三管道上安装有磨料截止阀。
10.如权利要求6所述的具有靶物击穿判断功能的切割装置，其特征在于：所述磨料供给单元包括磨料罐、连接在所述磨料罐的顶部的旋盖、连接在所述旋盖的顶部的泄压阀以及连接在所述磨料罐的底部的底座。
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