CN109623655A - 一种砂轮工作状态在位监测系统及方法 - Google Patents

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    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/003—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving acoustic means

Abstract

本发明涉及一种砂轮工作状态在位监测系统及方法，包括声发射信号采集装置，采用一个流体式声发射传感器；声发射信号处理系统，包括特征参量提取模块和判断模块；视觉检测装置，采用一个CCD高清摄像头；图像处理系统，包括灰度值提取模块、面积计算模块和指标值计算模块；诊断系统，包括一个判断模块和报警模块，根据指标值判断是否需要报警及修整砂轮。本发明还提供了一种砂轮工作状态在位监测方法：首先利用流体式声发射传感器采集声发射信号，其次根据声发射特征参数和阈值的比较判断是否发生磨粒磨损、破裂及脱落现象，若是，则开启CCD高清摄像头拍摄砂轮表面形貌，然后对表面形貌图像进行处理，得到缺陷区域面积和指标值，最后根据指标值判断是否需要报警及修整齿轮。

Description

一种砂轮工作状态在位监测系统及方法
技术领域
本发明涉及精密磨削加工技术领域，尤其涉及一种砂轮工作状态在位监测系统及方法。
背景技术
随着高速高精度磨削技术的发展，磨削加工逐渐被应用于各种精密、高精密等加工场合，且涉及到机械加工的各个领域。砂轮作为磨削加工和磨床上最重要的工具，砂轮的磨粒对磨削性能起着重要的作用。磨粒发生磨损、破裂及脱落现象时，会导致砂轮切削能力退化，提高磨削力和磨削温度，砂轮的使用寿命。因此，砂轮在磨削过程中磨粒的磨损、破裂及脱落的识别是十分关键和必要的。
传统的对砂轮磨粒磨损、破裂及脱落现象进行检测的方法大部分都存在检测效率低，检测精度不高，无法具体给出评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值等缺点。因此，本领域的技术人员致力于开发一种砂轮工作状态在位监测系统及方法。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有技术检测效率低，智能化程度不高，检测精度不高，无法具体给出评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值。
为实现上述目的，本发明提供了一种砂轮工作状态在位监测系统及方法，具体的技术方案如下：
一种砂轮工作状态在位监测系统包括：
声发射信号采集装置，包括一个流体式声发射传感器，安装在砂轮加工处用来代替冷却液喷头，用于采集砂轮运转过程中所产生的声发射信号；
声发射信号处理系统，包括特征参量提取模块和判断模块，用于对采集到的声发射信号进行处理，以便于即时发现砂轮运转过程中所产生的磨粒磨损、破裂及脱落现象；
视觉检测装置，包括一个CCD高清摄像头，垂直安装在砂轮工作面上方，用于采集金刚石砂轮的表面形貌；
图像处理系统，包括灰度值提取模块、面积计算模块和负载率计算模块，用于处理采集到的金刚石砂轮的表面形貌图像，根据灰度值确定金刚石磨粒磨损、破裂及脱落缺陷区域，并量化得到评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值；
诊断系统，包括一个判断模块和报警模块，根据评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值，以确定是否需要报警及修整砂轮。
进一步地，所述的流体式声发射传感器采用双叠片式流体式声发射传感器，用来代替冷却液喷头，冷却液从流体式声发射传感器中喷出，声发射信号沿与冷却液相反的方向传到流体式声发射传感器中。
所述的CCD高清摄像头，分辨率不低于2048×2048，像素尺寸不小于3.88μm×3.88μm。
本发明另一方面提供了一种基于所述装置的砂轮工作状态在位监测方法，包括步骤：
步骤1：采集砂轮运转过程中所产生的声发射信号；
步骤2：提取声发射信号的能量与阈值进行比较，判断砂轮是否存在负载现象，假如能量大于阈值，则停机，跳转到步骤3，否则返回到步骤1；
步骤3：开启CCD相机，以砂轮停止位置为0°，顺时针旋转，分别选取砂轮0°，90°，180°以及270°四个位置拍摄金刚石砂轮的表面形貌；
步骤4：将拍摄到的金刚石砂轮的表面形貌图像转化为灰度图像，并进行灰度值的提取，通过正常金刚石磨粒和发生磨损、破裂及脱落金刚石磨粒的灰度值的不同，确定砂轮发生磨粒磨损、破裂及脱落缺陷区域，并根据灰度值计算缺陷区域面积和缺陷区域面积占图像总体面积的比值，然后对4幅图片的比值进行平均，得到评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值；
步骤5：根据评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值，以确定是否需要报警及修整砂轮，假如指标值大于30％，则修整齿轮，假如指标值小于15％，则继续开机，跳转到步骤1，假如指标值在15％～30％之间，则继续开机，同时开启报警装置，以提醒操作人员密切关注工件加工情况。
具体而言，所述的步骤2中的阈值，具体是指在实际加工中根据多次检测砂轮磨粒发生磨损、破裂及脱落现象的情况而确定的。
具体而言，所述的步骤3在开启CCD相机拍照之前，需对砂轮表面的油污进行清理。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明设计的砂轮工作状态在位监测系统可以实现砂轮的在位检测，避免了砂轮卸载与安装的繁琐，并且智能化程度高，信号处理速度快；
(2)本发明设计的砂轮工作状态在位监测方法流程简单，结果直观，将声发射检测与视觉检测很好的结合在一起，可以具体给出评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值，以确定是否需要报警及修整砂轮。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单说明。
图1是本发明实施例的砂轮工作状态在位监测系统示意图。
图2是本发明实施例的砂轮工作状态在位监测系统的方法流程图。
图中所示：1-砂轮轴；2-砂轮；3-平衡头；4-待加工工件；5-流体式声发射传感器；6-CCD高清摄像头；7-声发射信号处理系统；8-图像处理系统；9-诊断系统。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
一种砂轮2工作状态在位监测系统包括：
声发射信号采集装置，包括一个流体式声发射传感器5，安装在砂轮2加工处用来代替冷却液喷头，用于采集砂轮2运转过程中所产生的声发射信号；
声发射信号处理系统7，包括特征参量提取模块和判断模块，用于对采集到的声发射信号进行处理，以便于即时发现砂轮2运转过程中所产生的磨粒磨损、破裂及脱落现象；
视觉检测装置，包括一个CCD高清摄像头6，垂直安装在砂轮2工作面上方，用于采集金刚石砂轮2的表面形貌；
图像处理系统8，包括灰度值提取模块、面积计算模块和负载率计算模块，用于处理采集到的金刚石砂轮2的表面形貌图像，根据灰度值确定金刚石磨粒磨损、破裂及脱落缺陷区域，并量化得到评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值；
诊断系统9，包括一个判断模块和报警模块，根据评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值，以确定是否需要报警及修整砂轮2。
本实施例中，所述的流体式声发射传感器5采用双叠片式流体式声发射传感器，用来代替冷却液喷头，冷却液从流体式声发射传感器中5喷出，声发射信号沿与冷却液相反的方向传到流体式声发射传感器5中。
本实施例中，所述的CCD高清摄像头6，分辨率不低于2048×2048，像素尺寸不小于3.88μm×3.88μm。
本发明另一方面提供了一种基于所述装置的砂轮2工作状态在位监测方法，包括步骤：
步骤1：采集砂轮2运转过程中所产生的声发射信号；
步骤2：提取声发射信号的能量与阈值进行比较，判断砂轮2是否存在负载现象，假如能量大于阈值，则停机，跳转到步骤3，否则返回到步骤1；
步骤3：开启CCD相机，以砂轮2停止位置为0°，顺时针旋转，分别选取砂轮2 0°，90°，180°以及270°四个位置拍摄金刚石砂轮2的表面形貌；
步骤4：将拍摄到的金刚石砂轮2的表面形貌图像转化为灰度图像，并进行灰度值的提取，通过正常金刚石磨粒和发生磨损、破裂及脱落金刚石磨粒的灰度值的不同，确定砂轮2发生磨粒磨损、破裂及脱落缺陷区域，并根据灰度值计算缺陷区域面积和缺陷区域面积占图像总体面积的比值，然后对4幅图片的比值进行平均，得到评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值；
步骤5：根据评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值，以确定是否需要报警及修整砂轮2，假如指标值大于30％，则修整齿轮，假如指标值小于15％，则继续开机，跳转到步骤1，假如指标值在15％～30％之间，则继续开机，同时开启报警装置，以提醒操作人员密切关注工件加工情况。
具体而言，所述的步骤2中的阈值，具体是指在实际加工中根据多次检测砂轮2磨粒发生磨损、破裂及脱落现象的情况而确定的。
具体而言，所述的步骤3在开启CCD相机拍照之前，需对砂轮2表面的油污进行清理。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而非是对本发明的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种砂轮工作状态在位监测系统，其特征在于，包括：
声发射信号采集装置，包括一个流体式声发射传感器，安装在砂轮加工处用来代替冷却液喷头，用于采集砂轮运转过程中所产生的声发射信号；
声发射信号处理系统，包括特征参量提取模块和判断模块，用于对采集到的声发射信号进行处理，以便于即时发现砂轮运转过程中所产生的磨粒磨损、破裂及脱落现象；
视觉检测装置，包括一个CCD高清摄像头，垂直安装在砂轮工作面上方，用于采集金刚石砂轮的表面形貌；
图像处理系统，包括灰度值提取模块、面积计算模块和负载率计算模块，用于处理采集到的金刚石砂轮的表面形貌图像，根据灰度值确定金刚石磨粒磨损、破裂及脱落缺陷区域，并量化得到评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值；
诊断系统，包括一个判断模块和报警模块，根据评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值，以确定是否需要报警及修整砂轮。
2.根据权利要求1所述的砂轮工作状态在位监测系统，其特征在于，所述的流体式声发射传感器采用双叠片式流体式声发射传感器，用来代替冷却液喷头，冷却液从流体式声发射传感器中喷出，声发射信号沿与冷却液相反的方向传到流体式声发射传感器中。
3.根据权利要求1所述的砂轮工作状态在位监测系统，其特征在于，所述的CCD高清摄像头，分辨率不低于2048×2048，像素尺寸不小于3.88μm×3.88μm。
4.一种砂轮工作状态在位监测方法，其特征在于，包括步骤：
步骤(1)：采集砂轮运转过程中所产生的声发射信号；
步骤(2)：提取声发射信号的能量与阈值进行比较，判断砂轮是否存在负载现象，假如能量大于阈值，则停机，跳转到步骤(3)，否则返回到步骤(1)；
步骤(3)：开启CCD相机，以砂轮停止位置为0°，顺时针旋转，分别选取砂轮0°，90°，180°以及270°四个位置拍摄金刚石砂轮的表面形貌；
步骤(4)：将拍摄到的金刚石砂轮的表面形貌图像转化为灰度图像，并进行灰度值的提取，通过正常金刚石磨粒和发生磨损、破裂及脱落金刚石磨粒的灰度值的不同，确定砂轮发生磨粒磨损、破裂及脱落缺陷区域，并根据灰度值计算缺陷区域面积和缺陷区域面积占图像总体面积的比值，然后对4幅图片的比值进行平均，得到评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值；
步骤(5)：根据评价磨粒磨损、破裂及脱落的指标值，以确定是否需要报警及修整砂轮，假如指标值大于30％，则修整齿轮，假如指标值小于15％，则继续开机，跳转到步骤(1)，假如指标值在15％～30％之间，则继续开机，同时开启报警装置，以提醒操作人员密切关注工件加工情况。
5.根据权利要求4所述的砂轮工作状态在位监测方法，其特征在于，所述的步骤(2)中的阈值，具体是指在实际加工中根据多次检测砂轮磨粒发生磨损、破裂及脱落现象的情况而确定的。
6.根据权利要求4所述的砂轮负载现象在位监测方法，其特征在于，所述的步骤(3)在开启CCD相机拍照之前，需对砂轮表面的油污进行清理。
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