CN108972376B - 一种物联网砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物联网砂轮，包括砂轮本体，所述砂轮本体的端面上开设有轴向孔，所述轴向孔内设置有物联网装置，所述物联网装置包括mcu，所述mcu连接用于采集砂轮工作状态数据的采集单元和用于发送所述工作状态数据的通信单元，以及用于供电的电池单元。本发明利用移动互联网络将现场完整的第一手磨削数据传递至智能终端，能够在不影响客户的磨削作业的前提下，使得砂轮厂家及时获得相关信息。对砂轮使用寿命做出预判，有方向和针对性的改进产品，进而消除砂轮厂家与客户之间的信息不对称，降低沟通成本，提升售后服务水平。

Description

一种物联网砂轮

技术领域

本发明涉及一种物联网砂轮，属于砂轮制造及应用技术领域。

背景技术

砂轮是利用磨料、结合剂、基体等原辅材料通过压制烧结、电镀、钎焊等工艺制造而成的一种磨具。砂轮安装于各类磨床上对工件进行磨削加工，堪称现代工业的牙齿。

当前砂轮等磨具市场的运行模式是生产厂家向客户供应磨具产品，客户使用该产品，生产厂家提供售后服务。售后服务大多是客户向厂家反映砂轮使用过程中出现问题，后者的技术人员通过电话、网络社交软件、出差至现场等方式沟通从而解决问题。这种运行模式造成了在不出现磨削故障的情况下，砂轮厂家对于产品的使用情况知之甚少，特别是砂轮的实时运行情况。例如，使用寿命、使用寿命的一致性是砂轮的一项重要指标，砂轮厂家获得的寿命数据来自于本企业的营销人员或者技术客服人员，此两者的数据由客户的技术人员或者磨床操作工人提供。很明显，砂轮厂家寿命数据的获得没有与砂轮磨削作业同步，且滞后于客户。砂轮的使用寿命与主轴转速、进给速度、砂轮跳动(端面跳动和径向跳动)、冷却效果、修整周期等技术指标相关联。砂轮正常磨削尚可，若批量使用寿命出现较大波动(寿命长短不一，一致性差)，不仅影响客户的磨削作业，还使得厂家客服技术人员无法第一时间获得相关的磨削数据，使得分析、解决问题就比较困难。其次，客户出于砂轮价格上的考虑，会采取一些采购策略，反馈给砂轮厂家错误的寿命数据来误导后者，造成厂家处于弱势的地位。

这种市场运行模式造成了砂轮厂家只是卖砂轮的，磨削工作是客户的，两者之间的技术数据沟通是笼统、低效的。磨削作业数据是动态的，客户技术人员、厂家营销人员采集获得的仅仅是瞬间或者区间数据，不能反映整个磨削过程中相关数据的变化。厂家技术客服人员、客户技术人员也只能在磨削故障发生后才能着手解决问题，无法对磨削故障做到提前预判；厂家技术客服人员、客户技术人员、磨床操作工人利用采集的区间或者瞬间数据，并结合自身的工作经验对磨削故障原因做出研判。磨削故障的排除工作不仅阻碍了客户的正常磨削作业，而且增加了厂家、客户的时间成本和效率成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种物联网砂轮，用以解决砂轮厂家难以立即获取砂轮完整的运行状态的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种物联网砂轮，包括砂轮本体，所述砂轮本体的端面上开设有轴向孔，所述轴向孔内设置有物联网装置，所述物联网装置包括mcu，所述mcu连接用于采集砂轮工作状态数据的采集单元和用于发送所述工作状态数据的通信单元，以及用于供电的电池单元。

进一步的，所述采集单元包括以下至少一种传感器：用于判断砂轮靠近加工表面的距离传感器、声音传感器和温度传感器。

进一步的，所述采集单元还包括GPS。

进一步的，所述轴向孔内还设置有用于使采集单元及通信单元进入工作状态的触发单元，所述触发单元连接所述mcu。

进一步的，所述触发单元为加速度传感器。

进一步的，所述轴向孔为在所述砂轮本体靠近边缘处开设的安装盲孔。

进一步的，所述砂轮本体的对应位置上还设置有用于平衡所述安装盲孔的平衡盲孔或平衡配重件。

本发明提供一种可以联网感知、在线检测工作状态的砂轮。该砂轮利用移动互联网络将现场完整的第一手磨削数据传递至智能终端，能够在不影响客户的磨削作业的前提下，使得砂轮厂家及时获得相关信息。对砂轮使用寿命做出预判，有方向和针对性的改进产品，进而消除砂轮厂家与客户之间的信息不对称，降低沟通上的时间和效率成本。

进一步的，本发明通过触发单元在砂轮开始工作时唤醒相关互联网装置，防止互联网装置持续工作而耗费电力。

附图说明

图1是砂轮盘体截面示意图；

图2是物联网装置结构示意图；

图3是物联网砂轮电路原理图；

图4是物联网砂轮信息路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的一种可以联网感知、在线检测的砂轮，包括物联网装置1、磨料层2、定位孔3、砂轮基体4。该砂轮是将物联网装置1植入砂轮基体4中，超硬砂轮是将金属基体表面非工作层开设盲孔，物联网装置镶嵌于孔中，再用胶体封住孔口边沿；普磨砂轮是采用定制的模具使得其端面位置预留用于固定物联网装置的盲孔，待砂轮压制烧结成型后，将物联网装置镶嵌于内，最后用胶体密封孔口边沿。物联网装置通过移动互联网将砂轮使用状态信息传输至后台服务器，经过软件处理最后将相关数据通过移动互联网、固网宽带传输至砂轮厂商、使用客户的智能终端。作为其他实施方式，物联网装置也可设置于砂轮本体上轴向开设的通孔内，两端边沿采用胶体材料密封(仅露出红外探测器)，防止砂轮转动时物联网装置飞出。

如图2所示，物联网装置1包括微处理器11(mcu)、电池模块12、以及采集单元，采集单元包含GPS模块13、距离传感器模块14、A/D转换模块15、天线模块17、声音传感器模块18、温度传感器模块10，距离传感器模块14包含红外探测器141及红外LED灯珠142；物联网装置1还包括作为触发单元的加速度模块19和作为通信单元的通信模块16，上述模块与mcu相连；电路板密封在圆柱体塑料壳中，一并嵌入砂轮端面盲孔中，整个物联网装置的功耗0.12W。电路原理图如图3所示。

采集单元集成有带有红外探测器及红外LED灯珠的距离传感器、声音传感器、温度传感器。随着砂轮与待磨削工件距离的减少，红外探测器接收的反射回来的LED灯珠发射的红外线强度达到设定阈值，触发距离传感器。距离传感器输出信号的变化周期即砂轮单次磨削工件所用的时间，变化频率即为磨削工件的数量；声音传感器用于探知砂轮周围环境声音的变化，特别是砂轮磨削工件时间段声音的变化；温度传感器用于感应砂轮本身温度的变化。上述三种传感器工作时产生的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号，数字信号再由通信模块经移动互联网传送至后台服务器。

带有红外探测器及红外LED灯珠的距离传感器的工作过程具体类似为智能手机通过类似的距离传感器判断手机在贴近人脸接打电话时，熄灭屏幕。

作为其他实施例，也可以根据需要选择一个或多个不同的传感器设置于砂轮上，用于获取所需信息。

采集单元还可以集成有GPS模块，用于获取砂轮所处位置。

触发单元集成有加速度传感器，加速度传感器用来感知砂轮的运动状态(静止或者转动)，当砂轮开始转动时传感器开始工作从而唤醒整个物联网装置，使得各个模块进入工作状态。加速度传感器未检测到砂轮的转动时，物联网装置处于休眠状态。

红外探测器141的分辨率为6cm，触发距离传感器输出感应信号,接收终端表现为周期性的蜂鸣声(周期为1s)。

声音传感器18的分辨率为80分贝，以波浪线的形式表现在终端应用软件的显示界面上。

温度传感器模块10的分辨率为3℃，同样以波浪线的形式表现在终端应用软件的显示界面上。

GPS模块13是用于砂轮所在地理位置的定位。待传感器模块唤醒后，GPS模块开始进入工作状态，利用移动互联网向服务器发送GPS坐标信号，实现对砂轮地理位置的定位。

A/D转换模块15将传感器搜集的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号通过移动互联网传输至后台服务器。

通信单元包括通信模块16和天线模块17；通信模块16主要是提供移动互联网以实现数字信号由物联网装置传输至服务器。该模块以SIM卡为载体，接入电信运营商提供的移动互联网。天线模块17用来接收电信运营商通信基站发出的网络信号，使得物联网装置接入移动互联网。

电池模块12是采用1枚AG625纽扣式碱锰电池，电池容量为200mAh，额定电压1.5V；电池为物联网装置提供动力支持。

如图4所示，包括数控磨床5、砂轮基体4、物联网装置1、后台服务器6、智能手机7、计算机8，后台服务器6将所获得的数字信号通过软件处理后，再通过固网宽带或者移动互联网将砂轮的运行状态数据至传输砂轮生产商的智能终端(计算机、智能手机)。砂轮生产商可以通过计算机以及智能手机的信息接收软件监测砂轮的地理位置、运动状态、使用寿命等。

本实施例以发动机曲轴磨削用电镀CBN砂轮为例，具体实施方案如下。砂轮基体机械加工结束后，在不影响基体机械强度的情况下，于砂轮两端面距离基体圆心位置10mm～280mm的直径方向上分别钻取1个直径30mm、深度10mm的盲孔，用于放置物联网装置。待基体电镀完成以后，将物联网装置镶嵌进端面的一个盲孔，用AB胶封住孔口边沿。接着砂轮置于动平衡仪做平衡测试，采用对砂轮端面钻取盲孔并填充AB胶的方式校正不平衡量。待砂轮发送至客户，启动电脑、智能手机的相关应用软件，以监测砂轮运动状态的变化。当砂轮开始转动，加速度传感器开始工作，物联网装置被唤醒进入工作状态。GPS模块获取的坐标信息、加速度传感器获得的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号，经移动互联网将信号传输至后台服务器。后台服务器应用软件将数字信号处理后，再通过固网宽带、移动互联网传输至PC、手机等智能终端。打开PC、智能手机的相关应用软件，界面显示砂轮的模拟运动状态，即一个虚拟的砂轮在转动。同时软件加载的网络地图软件结合获得的坐标信息可以显示砂轮磨削作业的地理位置，从而定位砂轮终端客户的实际地址。当砂轮移动至曲轴轴颈6cm时，砂轮的红外探测器开始工作并触发距离传感器输出感应信号，砂轮远离曲轴轴颈超过6cm时距离传感器停止感应；感应信号经A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号，再通过移动互联网将信号传输至后台服务器。感应时间即砂轮磨削加工曲轴的周期，感应变化频率即为砂轮加工工件的数量；后台服务器应用软件搜集感应时间和感应次数并通过移动互联网传输至PC、智能手机，打开两者对应的应用软件，即可获悉感应变化频率和感应时间，并在软件界面上显示出来。当距离传感器发生感应时，即砂轮移动靠近曲轴轴颈，PC、智能手机的相关应用软件界面以动画形式显示为虚拟的砂轮同步移动靠近虚拟的曲轴工件，并发出周期性的蜂鸣声，表示砂轮开始磨削作业；当砂轮远离曲轴轴颈，软件界面以动画形式同步显示虚拟的曲轴工件远离虚拟曲轴工件，两者距离超过6cm后蜂鸣声停止。加速度传感器对应的虚拟砂轮界面与距离传感器对应的虚拟砂轮界面相互独立，互不干涉。加速度传感器唤醒物联网装置的同时，声音传感器和温度传感器进入待机状态。当砂轮周围环境的声音高于80分贝时，声音传感器进入工作状态—探知砂轮所处环境的声音变化，其获得的模拟信号通过A/D转换模块转换为数字信号，经移动互联网将信号传输至后台服务器。服务器软件将数字信号经过软件处理，再通过固网宽带或者移动互联网将声音信号传输至PC、智能手机等终端。声音信号在终端的相关应用软件界面上显示为动态的波浪线。当砂轮所处环境的声音发生变化，应用软件界面上的波浪线相应的会出现较大的波峰或者波谷或者波浪线消失(砂轮周围环境的声音低于80分贝)。当砂轮基体的温度变化超过3℃时，温度传感器对应的终端应用软件的显示界面开始出现动态的波浪线；温度变化低于3℃时，波浪线消失。

随着砂轮磨削作业的进行，当声音传感器和温度传感器对应的波浪线同时出现异常变化(非周期性的波峰波谷)，判断砂轮可能出现磨粒磨损严重、磨削力急剧增大或者减小、磨削噪音变大、工件表面出现烧伤等磨削故障。若异常的波峰或者波谷持续超过10倍的磨削时间间隔(单次蜂鸣声持续的时间)，由此可判断砂轮工作寿命殆尽，砂轮厂商即可马上通知客户，将此砂轮下机并更换新的砂轮。

当砂轮停止转动，四种传感器和红外探测器停止感应。同时终端应用软件界面两种虚拟的砂轮停止转动、蜂鸣声停止、波浪线消失，表示物联网装置进入待机状态。服务器软件通过传感器搜集的信息进行分析，从而获得砂轮的温度变化数据、工作环境声音变化数据、寿命数据等。最后将相关的数据记录并保存，砂轮厂商的人员可以随时导出查阅。砂轮下机后，其内置物联网装置随之报废，不可再用。

需要说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种物联网砂轮，其特征在于，包括砂轮本体，所述砂轮本体的端面上开设有轴向孔，所述轴向孔内设置有物联网装置，所述物联网装置包括mcu，所述mcu连接用于采集砂轮工作状态数据的采集单元和用于发送所述工作状态数据的通信单元，以及用于供电的电池单元；所述采集单元包括声音传感器；所述轴向孔内还设置有用于使采集单元及通信单元进入工作状态的触发单元，所述触发单元连接所述mcu；所述触发单元为加速度传感器；所述加速度传感器用于感知砂轮的运行状态，当砂轮开始转动时加速度传感器开始工作，唤醒物联网装置，加速度传感器未检测到砂轮的转动时，物联网装置处于休眠状态；所述加速度传感器唤醒物联网装置的同时，声音传感器进入待机状态，当砂轮周围环境的声音高于80分贝时，声音传感器进入工作状态，用于探知砂轮所处环境的声音变化。

2.根据权利要求1所述的一种物联网砂轮，其特征在于，所述采集单元还包括以下至少一种传感器：用于判断砂轮靠近加工表面的距离传感器和温度传感器。

3.根据权利要求2所述的一种物联网砂轮，其特征在于，所述采集单元还包括GPS。

4.根据权利要求1所述的一种物联网砂轮，其特征在于，所述轴向孔为在所述砂轮本体靠近边缘处开设的安装盲孔。

5.根据权利要求4所述的一种物联网砂轮，其特征在于，所述砂轮本体的对应位置上还设置有用于平衡所述安装盲孔的平衡盲孔或平衡配重件。

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