CN110900454B - 一种磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，该系统是由外部稳压气源提供恒定气压的高压气流，高压气流依次通过喷气装置的稳压室、变压室与喷嘴，然后由喷口喷射到工件表面，最后逸散在大气中，当已磨表面的粗糙度发生变化时，喷嘴的喷口与已磨表面的距离会改变，引起喷嘴气体流量的变化，使得变压室内的气压变化，从而导致气压传感器采集的信号改变，信号采集模块将采集到的信号传递给计算机，在计算机中进行信号的分析与数据的显示，同时提取信号的特征数据，当气压传感器的信号变化超过设定阈值时，计算机将反馈信号传输给磨床数控平台，调整砂轮转速和工作台移动速度，以保证磨削工件的表面粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及一种粗糙度的实时检测与智能控制系统，特别是一种磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统。
背景技术
磨削加工是机械加工的重要组成部分，广泛应用于高精度的机械加工中。在精密磨削加工时，工件表面粗糙度是评定磨削质量好坏的重要指标之一。测量粗糙度的方法通常分为两大类：接触式测量（如触针式测量）；非接触式测量（如光学测量和声发射式测量），但是接触式测量很难实现粗糙度的在线检测，从而很难实时控制磨削质量。而光学测量和声发射式测量的装置结构及操作都较为复杂，且成本较高，对磨削工况的要求也较高。
专利号CN201010168306.X提出了利用声发射技术实时检测外圆磨削工件表面质量，建立了声发射信号与工件表面粗糙度的关系模型，进而实现磨削过程中工件表面质量的可视化，但是声发射检测装置利用声信号作为信号源，声信号接收器就要尽量靠近砂轮与工件的接触位置，此时磨床本身的机械运转噪声以及外界杂声都会对声测量传感器产生干扰，所以对磨床本身的性能以及外界环境都有较高的要求。专利号CN20171061913.7提出了利用二维激光扫描仪检测加工质量的方法，利用两个激光扫描仪扫描工件上下两个表面，得到对应的图像信息，并利用多种传感器对系统进行监测与控制，但这种方法要求被检测对象有良好的反光性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于，该系统包含粗糙度检测模块、信号采集模块和磨削参数智能控制模块。
所述的粗糙度检测模块包含外部稳压气源和喷气装置，稳压气源为系统提供稳定的高压气流，喷气装置由稳压室、变压室和喷嘴组成，稳压室与变压室之间由隔板分开，隔板的中心加工有气孔以连通稳压室和变压室，变压室内均布有多组气压传感器。
所述的信号采集模块用于采集气压传感器的信号，并将信号传输到计算机。
所述的磨削参数智能控制模块主要是通过计算机进行信号的分析、数据的显示，并能够对磨削参数进行实时反馈控制。
所述的高压气流由气管传输到喷气装置的稳压室中，再经气孔进入到变压室中，然后由喷嘴喷射到工件的表面上，在工件上形成气流，最后逸散在大气中。
所述的磨削加工过程中，工件已磨表面不是绝对平直的理想磨削表面，而是在微观上存在大量波峰和波谷，即已磨表面具有一定的粗糙度；当已磨表面粗糙度发生变化时，喷嘴的喷口与已磨表面的距离X i 会改变，引起喷嘴气体流量的变化，使得变压室内的气压变化，从而导致气压传感器的信号改变；当气压传感器的信号变化超过设定阈值时，表明磨削表面粗糙度恶化，计算机会给磨床数控平台提供反馈信号，从而实时调整砂轮的转速和工作台的移动速度，保证磨削工件的表面粗糙度。
所述的计算机可以记录并存档信号采集模块采集到的气压传感器的信号，便于后续查询分析。
所述的气压传感器的信号超过设定阈值时，表明磨削表面粗糙度突然严重恶化，磨床会报警甚至紧急制动。
所述的变压室周向均布有与气压传感器数量相等的凹槽，用于镶嵌气压传感器，气压传感器与凹槽粘接牢固。
所述的稳压气源的气体压力为0.1-0.5 MPa，控制精度为0.1 kPa，气压传感器的测量精度至少为0.1 kPa。
所述的信号采集模块的采样频率不小于2 MHz。
所述的多组气压传感器，指的是气压传感器是以4个为一组，根据喷气装置的尺寸大小设置为1-4组。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
① 不会对磨削过程产生干扰。本发明利用高压气体喷射到工件表面来进行检测，属于非接触式气压检测，整个装置与工件没有直接接触，不会干扰磨削进程。
② 受外界环境影响小。利用气动原理检测，与声发射检测技术相比，不会被机床工作以及外界环境产生的杂声所干扰；与光学检测技术相比，不会受外界杂光的影响。
③ 磨削参数的智能调整。利用计算机对采集系统获得的数据进行实时分析和特征提取，并给磨床数控平台提供反馈信号，实时调整磨削工艺参数，从而实现了智能磨削。
④ 实现了可视化检测。采集的信号可以转化为图像，直观显示并描述磨削粗糙度的特征值；也可以全程记录数据，便于后续查看和分析。
⑤ 结构简单，使用方便，便于拆装、维护。
附图说明
图1是磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统示意图。
图2是喷气装置结构示意图。
图3是检测装置原理图。
其中，1-磨床工作台，2-工件，3-砂轮，4-喷气装置，5-计算机，6-稳压室，7-变压室，8-气压传感器，9-喷嘴，10-气孔，11-隔板，12-凹槽，13-已磨表面，14-理想磨削表面，15-喷口，16-气流，17-波峰，18-波谷。
具体实施方式
下面结合附图对发明具体实施方式做进一步说明。
如图1和图2所示，一种磨削表面粗糙度在线检测与智能控制系统，其特征在于：系统包含粗糙度检测模块、信号采集模块和磨削参数智能控制模块。粗糙度检测模块包含外部稳压气源和喷气装置（4），稳压气源为系统提供稳定的高压气流，喷气装置（4）由稳压室（6）、变压室（7）和喷嘴（9）组成，稳压室（6）与变压室（7）之间由隔板（11）分开，隔板（11）的中心加工有气孔（10）以连通稳压室（6）和变压室（7），变压室（7）内均布有多组气压传感器（8）。喷气装置（4）结构简单、便于制造，外部辅助设备只有一个稳压气源，减小了成本。
如图2和图3所示，高压气流由气管传输到喷气装置（4）的稳压室（6）中，再经气孔（10）进入到变压室（7）中，然后由喷嘴（9）喷射到工件（2）的表面上，在工件（2）上形成气流（16），最后逸散在大气中。系统利用气动原理实现非接触式测量，对工件的材料类型，外界环境没有特别的要求，受外界环境影响小。
如图1所示，信号采集模块将采集到的信号传输到计算机（5），通过计算机（5）进行信号的分析、数据的显示，实现了实时可视化检测，同时对相关信息进行存档，便于后续查看分析。
磨削加工过程中，工件（2）已磨表面（13）不是绝对平直的理想磨削表面（14），而是在微观上存在大量的波峰（17）和波谷（18），即已磨表面具有一定的粗糙度；当已磨表面（13）的粗糙度发生变化时，喷嘴（9）的喷口（15）与已磨表面（13）的距离X i 会改变，引起喷嘴（9）气体流量的变化，使得变压室（7）内的气压变化，从而导致气压传感器（8）的信号改变；当气压传感器（8）的信号变化超过设定阈值时，表明磨削表面粗糙度恶化，计算机会给磨床数控平台提供反馈信号，从而实时调整砂轮（3）的转速和工作台（1）的移动速度，保证磨削工件的表面粗糙度。通过计算机实时分析信号，并实时向磨床数控平台提供反馈信号，实现了智能磨削。
如图1所示，磨削开始前应对系统进行标定，具体步骤如下。
步骤一：打开外部的稳压气源，开始向测量装置（4）供气，外部稳压气源的气压值通过数字化接口实时传输给计算机（5）。
步骤二：通过计算机（5）监测稳压气源的气压值，当气压稳定在合理范围内，将标准件一端放在喷口（15）正下方的位置。
步骤三：设置合理的行程，启动磨床的工作台，使工作台开始移动。
步骤四：观测计算机（5）实时采集的气压传感器的电压信号，此时信号电压值应稳定在某一电压值附近，此电压值即为理想磨削表面对应的电压值；若电压值不稳则应检查整个系统是否有故障。
步骤五：取下标准件，准备开始磨削。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (7)
1.一种磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于：系统包含粗糙度检测模块、信号采集模块和磨削参数智能控制模块；粗糙度检测模块包含外部稳压气源和喷气装置(4)，外部稳压气源为系统提供稳定的高压气流，喷气装置(4)由稳压室(6)、变压室(7)和喷嘴(9)组成，稳压室(6)与变压室(7)之间由隔板(11)分开，隔板(11)的中心加工有气孔(10)以连通稳压室(6)和变压室(7)，变压室(7)内均布有多组气压传感器(8)；信号采集模块用于采集气压传感器(8)的信号，并将信号传输到计算机(5)；磨削参数智能控制模块主要通过计算机(5)进行信号的分析、数据的显示、并能够对磨削参数进行实时反馈控制；
高压气流由气管传输到喷气装置(4)的稳压室(6)中，再经气孔(10)进入到变压室(7)中，然后由喷嘴(9)喷射到工件(2)的表面上，在工件(2)上形成气流(16)，最后逸散在大气中；
磨削加工过程中，工件(2)已磨表面(13)不是绝对平直的理想磨削表面(14)，而是在微观上存在大量的波峰(17)和波谷(18)，即已磨表面具有一定的粗糙度；当已磨表面(13)的粗糙度发生变化时，喷嘴(9)的喷口(15)与已磨表面(13)的距离Xi会改变，引起喷嘴(9)气体流量的变化，使得变压室(7)内的气压变化，从而导致气压传感器(8)的信号改变；当气压传感器(8)的信号变化超过设定阈值时，表明磨削表面粗糙度恶化，计算机会给磨床数控平台提供反馈信号，从而实时调整砂轮(3)的转速和工作台(1)的移动速度，保证磨削工件的表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于：所述的计算机(5)能够记录并存档信号采集模块采集到的气压传感器(8)的信号，便于后续查询分析。
3.根据权利要求1所述的磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于：所述的气压传感器(8)的信号超过某一设定阈值时，表明磨削表面粗糙度突然严重恶化，磨床会报警甚至紧急制动。
4.根据权利要求1所述的磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于：所述的变压室(7)周向均布有与气压传感器(8)数量相等的凹槽(12)，用于镶嵌气压传感器(8)，气压传感器(8)与凹槽(12)粘接牢固。
5.根据权利要求1所述的磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于：所述的外部稳压气源的气体压力为0.1-0.5MPa，控制精度为0.1kPa，气压传感器(8)的测量精度至少为0.1kPa。
6.根据权利要求1所述的磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于：所述的信号采集模块的采样频率不小于2MHz。
7.根据权利要求1所述的磨削表面粗糙度实时检测与智能控制系统，其特征在于：所述的多组气压传感器(8)，指的是气压传感器(8)是以4个为一组，根据喷气装置(4)的尺寸大小设置为1-4组。
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