CN109282764B - 一种反击式破碎衬板磨损检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电磁超声金属测厚技术领域，具体地说是一种反击式破碎衬板磨损检测装置及检测方法，其特征在于，包括金属外壳体，其一端面设有探头容纳孔；所述金属外壳体的一端面侧的外壁上设有固定装置用于安装在待测的衬板上；内壳体，设置在金属外壳体内；抗震填充物，填充设置在所述金属外壳体与内壳体之间；伸缩驱动装置，包括由驱动装置驱动位移的伸缩杆；电磁超声探头，其滑动嵌设在所述探头容纳孔中，且电磁超声探头的内端固定在所述伸缩杆的一端上，通过伸缩杆控制电磁超声探头沿探头容纳孔伸缩移动。本发明具有如下技术优势：超声探头与衬板之间无需任何耦合剂，对于被测衬板表面质量要求不高；提醒工作人员及时更换衬板。

Description

一种反击式破碎衬板磨损检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及电磁超声金属测厚技术领域，具体地说是一种反击式破碎衬板磨损检测装置及检测方法。
背景技术
反击式破碎机主要用于对各种矿石和大块物料进行中等粒度破碎，广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业。反击式破碎机的工作部分是板锤和衬板，板锤安装在转子上，衬板安装在悬挂装置上，物料受到高速旋转的转子上的锤板的冲击作用，使物料获得高负荷的运动速度然后撞击到反击衬板上，从而对物料起到破碎作用。
使用过程中，衬板属于反击式破碎机的易损件，由于破碎是靠物料对衬板的撞击产生作用的，从而在破碎过程中物料必然会对衬板造成相应的磨损，因此衬板的磨损是很普遍的现象。
衬板磨损到一定程度时，如未及时更换将会磨损到破碎机机体结构，对机体结构造成不可修复的损伤。因此，在破碎生产过程中需要对反击式破碎机进行保养维护，检查衬板的磨损情况，及时更换配件，保障设备稳定运行。
目前，对反击式破碎机的衬板磨损程度的检测都是靠现场人员的观察来确定的，即依靠人工经验。这种依靠人眼观察的方法，不仅浪费人力，精确度不够，无法准确定量磨损，而且实时性不足，无法及时反馈磨损情况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用电磁超声波原理对反击式破碎机衬板磨损量进行实时检测的装置，以提醒工作人员及时更换衬板，以防止衬板过度磨损给破碎机本体造成伤害。
为实现上述目的，设计一种反击式破碎衬板磨损检测装置，其特征在于，包括：
金属外壳体，其一端面设有探头容纳孔；所述金属外壳体的一端面侧的外壁上设有固定装置用于安装在待测的衬板上；
内壳体，设置在金属外壳体内；
抗震填充物，填充设置在所述金属外壳体与内壳体之间；
伸缩驱动装置，包括由驱动装置驱动位移的伸缩杆；
电磁超声探头，其滑动嵌设在所述探头容纳孔中，且电磁超声探头的内端固定在所述伸缩杆的一端上，通过伸缩杆控制电磁超声探头沿探头容纳孔伸缩移动，实现电磁超声探头贴近衬板检测或远离衬板结束检测；
所述的电磁超声探头的信号输出端、驱动装置的控制端分别连接到上位机的相应控制端上。
所述的驱动装置包括滑块、电机、2根导轨、固定块、丝杆，2根导轨分别与探头容纳孔的中心轴线平行，2根导轨的一端分别固定在位于探头容纳孔旁的内壳体的端面上，2根导轨的另一端分别贯穿轨接滑块的相应处后固定在固定块上，固定块的底端固定在内壳体的内壁上；所述电机嵌设在所述滑块内，且电机的输出轴轴接与导轨平行的丝杆的一端，所述丝杆的另一端贯穿滑块的内端面后与固定块的相应处螺纹连接；滑块的外端面固定连接伸缩杆的另一端。
所述探头容纳孔侧的金属外壳体的外侧壁上固定有悬挂装置。
所述金属外壳体与悬挂装置之间设有橡胶密封垫圈。
所述探头容纳孔侧的金属外壳体的外侧壁上还设有容纳伸出的电磁超声探头的保护腔；所述的保护腔嵌设在所述悬挂装置内。
所述的固定装置采用固定耳朵孔。
所述的上位机包括主处理模块MCU、发射功率放大单元、信号滤波放大单元、下变频单元、RS485单元及电源单元；
所述的主处理模块MCU的DAC模块连接发射功率放大单元的输入端，所述的主处理模块MCU的采集接收模块ADC依次连接下变频单元的输出端、信号滤波放大单元的输出端，信号滤波放大单元的输入端连接所述发射功率放大单元的输出端；所述主处理模块MCU的UART接口连接RS485接口；所述的主处理模块MCU还设有GPIO接口；其中，
所述发射功率放大单元主要实现低通滤波与信号放大，DAC模块的IO输出口输出的电平波形经过低通滤波使DAC模块输出的锯齿波形滤除高频噪声形成平滑的电平信号，其信号放大采用全桥驱动方式使之能够足以驱动电磁超声波探头发射线圈，使之被测金属体内部产生足够分贝的超声波；
信号滤波放大单元，主要实现信号的过滤，通过发射功率放大单元与信号滤波放大单元连接，使送信号直接加入到滤波过程，消除发送信号的干扰，同时加入高通滤波滤除现场设备工作造成的各种低频噪声，并实现将滤波后的电平信号进行放大；
下变频单元，主要实现将滤波后信号电平信号进行下变频，使信号下降到主处理模块MCU的采集接收模块ADC足以采集采样率下；
GPIO接口，控制伸缩杆的运动接收位置反馈，实现电磁超声探头的移动；
电源单元，主要实现外部电源转化，提供检测装置中的各个部件运行的能量需求；
RS485接口，实现RS485电平与UART电平的转换，实现检测装置与上位机间通讯的物理链路。
所述下变频单元包括两个乘法器、一个加法器；两个乘法器的一个输入端分别连接所述信号滤波放大单元的输出端；一个乘法器的另一个输入端输入基频cos信号，另一个乘法器的另一个输入端输入-sin信号；两个乘法器的输出端分别连接加法器的两个输入端，加法器的输出端输出下变频输出信号。
一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于，
向所述电磁超声探头中的发射线圈通以高频电流，利用电磁感应现象在衬板的表面感应出高频涡流，高频涡流在电磁超声探头的强磁场作用下产生机械力，同时振动以波的形式传播出去，波经由衬板传导，达到界面后反射，回到衬板表面并产生机械振动，此震动在电磁超声探头的强磁场作用下接收线圈中产生具有一定编码形式感应电动势信号并发送至主处理模块MCU；
所述主处理模块MCU将接收到的感应电动势信号产生经过伪随机正交扩频编波形数据C，通过内部DAC模块将波形数据通过IO口转换成电平波形输出到发射功率放大单元，同时主处理模块MCU通过采集接收模块ADC处理过的电平信号，将其数字化形成接收波形数据；主处理模块MCU计算单元采用离散傅立叶算法将时域的波形数据转换成频域数据块A；对频域数据块经行带通滤波，将其他无关频段数据滤除得到数据B；将数据B与发送的伪随机正交扩频编波形频域数据C相乘获得数据D，对数据D采用反散傅立叶算法处理得到信号到达时间图E，采用波峰检测算法取峰值最早到达信号时间，并将信号发送时间与接收到的时间相减得到时间差t，根据公式s＝si-v*t/2，就可以计算出衬板磨损量s，si为齿板初始厚度，v为声波在齿板中传播速度。
本发明具有如下技术优势：
超声探头与衬板之间无需任何耦合剂，对于被测衬板表面质量要求不高；
通过发射功率放大单元与信号滤波放大单元连接，使送信号直接加入到滤波过程，消除发送信号的干扰，同时加入高通滤波滤除现场设备工作造成的各种低频噪声，保证测量结果准确性；
通过在工作过程的实时检测，根据反击式破碎机衬板的磨损量，发出相应的信号，提醒工作人员及时更换衬板，以防止衬板过度磨损给破碎机本体造成伤害。
附图说明
图1为本发明中伸缩杆回收时的结构示意图。
图2为本发明中伸缩杆伸出时的结构示意图。
图3为本发明在实际安装中的结构示意图。
图4为本发明用于反击破机的结构示意图。
图5为本发明中上位机中控制电磁超越探头部分的电路框图。
图6为本发明实施例中发射功率放大单元的电路图。
图7为本发明实施例中信号滤波放大单元的电路图。
图8为本发明实施例中下变频单元的电路图。
图9为本发明实施例中处理方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步地说明。
实施例1
参见图1～图4，一种反击式破碎衬板磨损检测装置，其特征在于，包括：
金属外壳体1，其一端面设有探头容纳孔1-2；所述金属外壳体1的一端面侧的外壁上设有固定装置4用于安装在待测的衬板上；
内壳体2，设置在金属外壳体1内；
抗震填充物3，填充设置在金属外壳体1与内壳体2之间；比如泡沫海绵等；
伸缩驱动装置，包括由驱动装置驱动位移的伸缩杆7；本例中所述的驱动装置包括滑块7-1、电机7-2、2根导轨7-3、固定块7-4、丝杆7-5，2根导轨7-3分别与探头容纳孔1-2的中心轴线平行，2根导轨7-3的一端分别固定在位于探头容纳孔1-2旁的内壳体2的端面上，2根导轨7-3的另一端分别贯穿轨接滑块7-1的相应处后固定在固定块7-4上，固定块7-4的底端固定在内壳体2的内壁上；所述电机7-2嵌设在所述滑块7-1内，且电机7-2的输出轴轴接与导轨7-3平行的丝杆7-5的一端，所述丝杆7-5的另一端贯穿滑块7-1的内端面后与固定块7-4的相应处螺纹连接；滑块7-1的外端面固定连接伸缩杆7的另一端。当然也可以用气缸或液压缸等驱动装置；
电磁超声探头6，其滑动嵌设在所述探头容纳孔1-2中，且电磁超声探头6的内端固定在所述伸缩杆7的一端上，通过伸缩杆7控制电磁超声探头6沿探头容纳孔1-2伸缩移动，实现电磁超声探头6贴近衬板检测或远离衬板结束检测；
所述的电磁超声探头的信号输出端、驱动装置的控制端分别连接到上位机的相应控制端上，本例中驱动装置的控制端也即电机7-2的控制端，本例中电机7-2采用直流电机。
当需要进行测量时，伸缩杆将电磁超声探头推出，贴紧被测衬板，启动测量，完成测量后，伸缩杆收回电磁超声探头，测量一般安排在破碎机停机时刻完成，以保护电磁超声探头不受强震影响。
进一步的，所述探头容纳孔1-2侧的金属外壳体1的外侧壁上固定有悬挂装置10。
进一步的，所述金属外壳体1与悬挂装置10之间设有橡胶密封垫圈5，以实现避震及防磨功能。
进一步的，所述探头容纳孔1-2侧的金属外壳体1的外侧壁上还设有容纳伸出的电磁超声探头6的保护腔1-1；所述的保护腔1-1嵌设在所述悬挂装置10内。
进一步的，所述的固定装置4采用固定耳朵孔。
进一步的，参见图5，所述的上位机包括主处理模块MCU、发射功率放大单元、信号滤波放大单元、下变频单元、RS485单元及电源单元；
所述的主处理模块MCU的DAC模块连接发射功率放大单元的输入端，所述的主处理模块MCU的采集接收模块ADC依次连接下变频单元的输出端、信号滤波放大单元的输出端，信号滤波放大单元的输入端连接所述发射功率放大单元的输出端；所述主处理模块MCU的UART接口连接RS485接口；所述的主处理模块MCU还设有GPIO接口；其中，
所述发射功率放大单元主要实现低通滤波与信号放大，DAC模块的IO输出口输出的电平波形经过低通滤波使DAC模块输出的锯齿波形滤除高频噪声形成平滑的电平信号，其信号放大采用全桥驱动方式使之能够足以驱动电磁超声波探头发射线圈，使之被测金属体内部产生足够分贝的超声波，参见图6，其包括两个运算放大器、两个NPN三极管、两上PNP三级管、三个电容、7个电阻；
信号滤波放大单元，主要实现信号的过滤，由于电磁超声探头中接收线圈与发送线圈被封闭在同一个结构体中，不可避免的发送线圈发送的电磁信号影响到接收线圈，对接收到的信号产生干扰，通过发射功率放大单元与信号滤波放大单元连接，使送信号直接加入到滤波过程，消除发送信号的干扰，同时加入高通滤波滤除现场设备工作造成的各种低频噪声，并实现将滤波后的电平信号进行放大，参见图7，其包括2个运算放大器、3个电容、2个电阻；
下变频单元，主要实现将滤波后信号电平信号进行下变频，使信号下降到主处理模块MCU的采集接收模块ADC足以采集采样率下，参见图8，其包括两个乘法器16、一个加法器17；两个乘法器16的一个输入端分别连接所述信号滤波放大单元的输出端；一个乘法器16的另一个输入端输入基频cos信号，另一个乘法器16的另一个输入端输入-sin信号；两个乘法器16的输出端分别连接加法器17的两个输入端，加法器17的输出端输出下变频输出信号；
GPIO接口，控制伸缩杆的运动接收位置反馈，实现电磁超声探头的移动；
电源单元，主要实现外部电源转化，提供检测装置中的各个部件运行的能量需求；
RS485接口，实现RS485电平与UART电平的转换，实现检测装置与上位机间通讯的物理链路。
实施例2
参见图9，一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于：向所述电磁超声探头中的发射线圈通以高频电流，利用电磁感应现象在衬板的表面感应出高频涡流，高频涡流在电磁超声探头的强磁场作用下产生机械力，同时振动以波的形式传播出去，波经由衬板传导，达到界面后反射，回到衬板表面并产生机械振动，此震动在电磁超声探头的强磁场作用下接收线圈中产生具有一定编码形式感应电动势信号并发送至主处理模块MCU；
所述主处理模块MCU将接收到的感应电动势信号产生经过伪随机正交扩频编波形数据C，通过内部DAC模块将波形数据通过IO口转换成电平波形输出到发射功率放大单元，同时主处理模块MCU通过采集接收模块ADC处理过的电平信号，将其数字化形成接收波形数据；主处理模块MCU计算单元采用离散傅立叶算法将时域的波形数据转换成频域数据块A；对频域数据块经行带通滤波，将其他无关频段数据滤除得到数据B；将数据B与发送的伪随机正交扩频编波形频域数据C相乘获得数据D，对数据D采用反散傅立叶算法处理得到信号到达时间图E，采用波峰检测算法取峰值最早到达信号时间，并将信号发送时间与接收到的时间相减得到时间差t，根据公式s＝si-v*t/2，就可以计算出衬板磨损量s，si为齿板初始厚度，v为声波在齿板中传播速度。

Claims (6)

1.一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于，包括：
金属外壳体(1)，其一端面设有探头容纳孔(1-2)；所述金属外壳体(1)的一端面侧的外壁上设有固定装置(4)用于安装在待测的衬板上；
内壳体(2)，设置在金属外壳体(1)内；
抗震填充物(3)，填充设置在所述金属外壳体(1)与内壳体(2)之间；
伸缩驱动装置，包括由驱动装置驱动位移的伸缩杆(7)；
电磁超声探头(6)，其滑动嵌设在所述探头容纳孔(1-2)中，且电磁超声探头(6)的内端固定在所述伸缩杆(7)的一端上，通过伸缩杆(7)控制电磁超声探头(6)沿探头容纳孔(1-2)伸缩移动，实现电磁超声探头(6)贴近衬板检测或远离衬板结束检测；
所述的电磁超声探头的信号输出端、驱动装置的控制端分别连接到上位机的相应控制端上；
所述的电磁超声探头中接收线圈与发送线圈被封闭在同一个结构体中；
所述的上位机包括主处理模块MCU、发射功率放大单元、信号滤波放大单元、下变频单元、RS485单元及电源单元；
所述的主处理模块MCU的DAC模块连接发射功率放大单元的输入端，所述的主处理模块MCU的采集接收模块ADC依次连接下变频单元的输出端、信号滤波放大单元的输出端，信号滤波放大单元的输入端连接所述发射功率放大单元的输出端；所述主处理模块MCU的UART接口连接RS485接口；所述的主处理模块MCU还设有GPIO接口；其中，
所述发射功率放大单元主要实现低通滤波与信号放大，DAC模块的IO 输出口输出的电平波形经过低通滤波使DAC模块输出的锯齿波形滤除高频噪声形成平滑的电平信号，其信号放大采用全桥驱动方式使之能够足以驱动电磁超声波探头发射线圈，使之被测金属体内部产生足够分贝的超声波；
信号滤波放大单元，主要实现信号的过滤，通过发射功率放大单元与信号滤波放大单元连接，使发 送信号直接加入到滤波过程，消除发送信号的干扰，同时加入高通滤波滤除现场设备工作造成的各种低频噪声，并实现将滤波后的电平信号进行放大；
下变频单元，主要实现将滤波后信号电平信号进行下变频，使信号下降到主处理模块MCU的采集接收模块ADC足以采集采样率下；
GPIO接口，控制伸缩杆的运动接收位置反馈，实现电磁超声探头的移动；
电源单元，主要实现外部电源转化，提供检测装置中的各个部件运行的能量需求；
RS485接口，实现RS485电平与UART电平的转换，实现检测装置与上位机间通讯的物理链路；
所述下变频单元包括两个乘法器(16)、一个加法器(17)；两个乘法器(16)的一个输入端分别连接所述信号滤波放大单元的输出端；一个乘法器(16)的另一个输入端输入基频cos信号，另一个乘法器(16)的另一个输入端输入-sin信号；两个乘法器(16)的输出端分别连接加法器(17)的两个输入端，加法器(17)的输出端输出下变频输出信号；
向所述电磁超声探头中的发射线圈通以高频电流，利用电磁感应现象在衬板的表面感应出高频涡流，高频涡流在电磁超声探头的强磁场作用下产生机械力，同时振动以波的形式传播出去，波经由衬板传导，达到界面后反射，回到衬板表面并产生机械振动，此震动在电磁超声探头的强磁场作用下接收线圈中产生具有一定编码形式感应电动势信号并发送至主处理模块MCU；
所述主处理模块MCU将接收到的感应电动势信号产生经过伪随机正交扩频编波形数据C，通过内部DAC模块将波形数据通过IO转换成电平波形输出到发射功率放大单元，同时主处理模块MCU通过采集接收模块ADC处理过的电平信号，将其数字化形成接收波形数据；主处理模块MCU计算单元采用离散傅立叶算法将时域的波形数据转换成频域数据块A；对频域数据块经行带通滤波，将其他无关频段数据滤除得到数据B；将数据B与发送的伪随机正交扩频编波形频域数据C相乘获得数据D，对数据D采用反散傅立叶算法处理得到信号到达时间图E，采用波峰检测算法取峰值最早到达信号时间，并将信号发送时间与接收到的时间相减得到时间差t，根据公式s＝si-v*t/2，就可以计算出衬板磨损量s，si为齿板初始厚度，v为声波在齿板中传播速度。
2.如权利要求1所述的一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于，所述的驱动装置包括滑块(7-1)、电机(7-2)、2根导轨(7-3)、固定块(7-4)、丝杆(7-5)，2根导轨(7-3)分别与探头容纳孔(1-2)的中心轴线平行，2根导轨(7-3)的一端分别固定在位于探头容纳孔(1-2)旁的内壳体(2)的端面上，2根导轨(7-3)的另一端分别贯穿轨接滑块(7-1)的相应处后固定在固定块(7-4)上，固定块(7-4)的底端固定在内壳体(2)的内壁上；所述电机(7-2)嵌设在所述滑块(7-1)内，且电机(7-2)的输出轴轴接与导轨(7-3)平行的丝杆(7-5)的一端，所述丝杆(7-5)的另一端贯穿滑块(7-1)的内端面后与固定块(7-4)的相应处螺纹连接；滑块(7-1)的外端面固定连接伸缩杆(7)的另一端。
3.如权利要求1所述的一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于，所述探头容纳孔(1-2)侧的金属外壳体(1)的外侧壁上固定有悬挂装置(10)。
4.如权利要求3所述的一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于，所述金属外壳体(1)与悬挂装置(10)之间设有橡胶密封垫圈(5)。
5.如权利要求3所述的一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于，所述探头容纳孔(1-2)侧的金属外壳体(1)的外侧壁上还设有容纳伸出的电磁超声探头(6)的保护腔(1-1)；所述的保护腔(1-1)嵌设在所述悬挂装置(10)内。
6.如权利要求1所述的一种反击式破碎衬板磨损检测装置的检测方法，其特征在于，所述的固定装置(4)采用固定耳朵孔。
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