CN111610023B - 一种减速机噪声评价方法、装置及手持式减速机噪声评价仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减速机噪声评价方法、装置及手持式减速机噪声评价仪，属于旋转机械噪声检测领域。本发明解决了现有技术中的减速机检测质量不高，不能减速机性能评价的问题。本发明包括设置采集减减速机的转速参数，输入标准样本数据，设置预处理参数，设置评价标准；获取和存储减速机的声音信号、振动信号和转速信号；对所述振动信号进行等角度重采样，并对所述重采样数据进行阶次分析得到阶次分析数据；对所述阶次分析数据进行FFT变换生成待测数据的阶次图，对比后得出评价等级；本发明实现减速机噪声的高质量检测和得到减速机的评价结果。
Description
技术领域
本发明属于机械检测领域，特别是涉及一种减速机噪声评价方法、装置及手持式减速机噪声评价仪。
背景技术
减速机是一种用于降低原动机输出转速，提高输出扭矩的减速齿轮装置。减速机在正常工作的过程中声音平稳，但当轴承磨损或齿轮磨损严重时会由较大的异常噪声。齿轮传动过程中的噪声可分成加速度噪声和自鸣噪声，其中加速度噪声是齿轮在传动过程中齿轮轮齿啮合时，由于啮合处的冲击产生很大加速度并引起周围介质的扰动而产生的噪声。另一方面，在齿轮啮合作用下，减速机内的其它的零件会产生振动，由这些振动产生的噪声称为自鸣噪声。这些噪声信号中包含着丰富的故障特征信息，因此通过对这些噪声信号进行分析对比可分析出减速机的性能优劣。
现阶段手持式噪声检测装置大多是对噪声的幅值与频率范围进行检测，但减速机运行过程中的频率成分复杂，不但有轴转频率，齿轮啮合频率，还有因此而激励引起的某些零件的固有频率，所以采用传统的频谱分析很难区分出真正的噪声源。并且，传统的频谱分析需要满足稳态信号的要求，而减速机在运行过程中很难达到精确的稳定速度，因此会产生“频谱模糊“的现象。并且，现阶段缺少对减速机进行性能评价的方法和设备。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种减速机噪声评价方法，包括如下步骤：
设置采集减减速机的转速参数，输入标准样本数据，设置预处理参数，设置评价标准；
获取减速机的声音信号、振动信号和转速信号；
存储获取的声音信号、振动信号和转速信号作为待测数据，存储所述标准样本数据；
对所述振动信号进行等角度重采样，并对所述重采样数据进行阶次分析得到阶次分析数据；
对所述阶次分析数据进行FFT变换生成待测数据的阶次图，对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级；
显示所述评价等级。
进一步的，所述标准样本数据通过上位机传输输入或测量标准减速机的数据作为标准样本数据。
进一步的，所述预处理参数包括减速机内齿轮组齿数和允许偏差率。
进一步的，所述阶次分析方法包括：
同时对噪声信号和转速信号分别进行等间隔时域采样，得到噪声信号的异步时域采样信号和转速信号的异步时域采样信号；
将采集的转速数据作为振动角的测量基准；
获取恒定角增量对应的时间；
根据恒定角增量对应的时间，对噪声信号进行插值，实现重采样，实现对噪声信号的同步采样。
进一步的，所述对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级的方法包括：
根据预处理参数与标准样本数据的阶次谱进行阶次对比，选取与所述预处理参数相关的阶次进行对比，得到每个阶次点的相似度；
取所述相似度的平均值；
得到标准样本的偏差率；
根据设置的评价标准得到评价等级。
进一步的，所述阶次点的相似度Sn为：
式中，Sn为第n个阶次点的相似度，xn第n个待测数据，yn为与xn相关的标准数据。
进一步的，所述偏差率P为：
本发明第二方面提供了一种减速机噪声评价装置，用以实现本发明第一方面所述的减速机噪声评价方法，包括：
预设模块，用以设置减速机的转速参数，输入标准样本数据，设置预处理参数，设置评价标准；
信号获取模块，用以获取减速机的声音信号、振动信号和转速信号；
存储模块，用以存储获取的的声音信号、振动信号和转速信号作为待测数据，存储所述标准样本数据；
数据处理模块，用以对所述振动信号进行等角度重采样，并对所述重采样数据进行阶次分析得到阶次分析数据；
对比模块，用以对所述阶次分析数据进行FFT变换生成待测数据的阶次图，对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级；
显示模块，用以显示所述评价等级。
本发明第三方面提供了一种手持式减速机噪声评价仪，包括本发明第二方面所述减速机噪声评价装置。
进一步的，所述手持式减速机噪声评价仪还包括人机交互模块，壳体外安装有声音传感器、振动传感器和脉冲输入接口。
如上所述，本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明采用计算阶次跟踪技术对减速机运行时的声音数据进行采集，此方法可解决由于减速机运行时的速度不稳定出现的“频率模糊”现象，以根据得出的特征阶次图产生的明显峰值推断主要噪声源；
2、本发明通过阶次分析对采集的数据与标准样本数据进行比较，通过比较相关阶次点的幅值大小，得出实际数据与样本数据的相似度，进而对减速机性能进行评价，得到评价结果。
3、本发明的手持式减速机噪声评价仪携带方便，操作简单，可以显示减速机的评价结果。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的评价方法整体流程图；
图2为本发明一具体实施例的S1的具体流程图；
图3为本发明一具体实施例的S4的具体流程图；
图4为本发明一具体实施例的S5的具体流程图
图5为本发明一具体实施例的评价装置的原理示意图；
图6为本发明一具体实施例的手持减速机噪声评价仪的外部结构图；
图7为本发明一具体实施例的手持减速机噪声评价仪内部原理示意图；
图8为本发明一具体实施例的手持减速机噪声评价仪的原理结构示意图；
图9为本发明一具体实施例的标准样本数据的阶次图谱；
图10为本发明一具体实施例的待测减速机数据的阶次图谱。
图中，1-声音传感器，2-显示屏，3-振动传感器，4-通讯接口，5-壳体，6-13按键，14-冲输入接口。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例的第一方面提供了一种减速机噪声评价方法，包括如下步骤：
S1、设置待采集减速机的转速参数，输入标准样本数据，设置预处理参数，设置评价标准，具体流程如图2所示，包括如下步骤：
S11、首先选择处理固定转速的数据还是加速度的数据，并设定转速值或转速范围；
S12、对样本的获取方式进行选择，本实施例中有S13aA和S13B两种方式；
S13A、通过上位机传输标准样本数据，所述上位机传输的数据可以是测量好的标准数据，并且其测量环境与待测量的现场环境相同。也可以是一组理想状况下没有噪声干扰的理想数据，可以用来分析判断与理想状态下测量结果的差异，为技术人员分析对比与理想状态下系统运行的差异，方便技术人员分析减速机在理想条件下与实际条件下的阶次谱的不同。
S13B、测量现场一组标准减速机得到的数据作为标准样本数据；
S14、获取方式设置完毕后，开始对样本数据进行获取。
S15、待样本数据获取完毕后，对预处理参数进行设置，其中设置内容包括减速机内齿轮组齿数和允许偏差率。
本实施例所述的评价标准根据所述允许偏差率设定，在本实施例中，设定三个阶段允许偏差率：偏差率P在[100％,90％)之间时，减速机优，偏差率P在[90％，80％)之间时，减速机为良，偏差率P在[80％,0]之间时，减速机为不合格。
当参数设置完毕后退出预设流程，进入步骤S2，开始数据采集。
S2、获取减速机的声音信号、振动信号和转速信号，本实施例中通过声音传感器、振动信号采集器和编码器分别获取相应信号，并根据实际需要处理所述声音信号、振动信号和转速信号，处理方式包括放大、滤波和AD转换等，处理完成的声音信号、振动信号和转速信号进行后续步骤的操作，获取所述声音信号、振动信号和转速信号与步骤S13B所述标准样本数据的获取环境相同，同一环境下先测量出标准减速机数据，再测量其他待测数据，将再同一环境下的两种数据进行比较得出评价等级，相同环境下减小外部声音的干扰。
S3、存储步骤S2所述的声音信号、振动信号和转速信号作为待测数据，存储步骤S1所述的标准样本。
所述声音信号和振动信号互为替换使用，所述声音信号和所述振动信号都可以作为测量数据使用，在测量不方便得到振动信号时，可以使用声音信号作为后续步骤中所述的振动信号。
S4、对所述振动信号进行等角度重采样，并对所述重采样数据进行阶次分析得到阶次分析数据；
如图3所示，包括如下步骤：
S41、同时对噪声信号和转速信号分别进行等间隔时域采样，得到噪声信号的异步时域采样信号和转速信号的异步时域采样信号；
S42、本实施例中将编码器安装在减速机的驱动电机输出端，通过脉冲接收编码器发出的脉冲信号，将采集的转速数据作为振动角的测量基准，对减速机的输入转速进行测量，建立转轴转角模型θ(t)为：
θ(t)＝b0+b1t+b2t2；
式中，b0、b1和b2分别为待定系数；
设定脉冲接收器接收一个脉冲所对应的轴转角增量为
则上述的待定系数b0、b1和b2通过三个连续的脉冲到达时间t1、t2和t3得到，即：
θ(t1)＝0，
进而得到所述待定系数b0、b1和b2。
S43、获取恒定角增量对应的时间；根据所述待定系数b0、b1和b2以及转轴转角模型得到恒定角增量Δθ对应的时间t为：
其中，k为插值系数，k值通过θ＝kΔθ确定。
S44、根据恒定角增量对应的时间t，对噪声信号进行插值，实现重采样，实现对噪声信号的同步采样。
S5、对重采样的数据进行存储，并对所述阶次分析数据进行FFT变换生成待测数据的阶次图，对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级；
具体包括如下步骤：
S51、根据预处理参数与标准样本数据的阶次谱进行阶次对比，选取与所述预处理参数相关的阶次进行对比，得到第n个阶次点的相似度Sn为：
式中，xn第n个待测数据，yn为与xn相关的标准数据。
S52、取所有阶次点的相似度的平均值；
S53、得到标准样本的偏差率P为：
S54、根据设置的评价标准得到待评价减速机的评价等级。
S6、显示所述评价等级，待一组减速机数据评价后，可进行选择是否继续测试，如果继续测试将重新进入到待测数据采集步骤，如果选择结束测试，将结束待测数据采集。
本申请上述实施例中流程图图1-4中各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必须按照箭头指示的顺序依次执行，这些步骤的执行并没有非常严格的顺序显示，在实际应用过程可以以其他的顺序执行。并且，图1-4中至少一部分步骤可以包括多个子步骤或多个阶段，这些子步骤或阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或其他步骤的子步骤或阶段的至少一部分轮流或交替执行。
与上述减速机评价方法相对应的，本发明一实施例提供了一种减速机噪声评价装置，用以实现本申请一实施例所述的减速机噪声评价方法，本实施例的减速机噪声评价装置原理图如图5所示，包括：
预设模块，用以设置减速机的转速参数，输入标准样本数据，设置预处理参数，设置评价标准；
信号获取模块，用以获取减速机的声音信号、振动信号和转速信号；
存储模块，用以存储获取的的声音信号、振动信号和转速信号作为待测数据，存储所述标准样本数据；
数据处理模块，用以对所述振动信号进行等角度重采样，并对所述重采样数据进行阶次分析得到阶次分析数据；
对比模块，用以对所述阶次分析数据进行FFT变换生成待测数据的阶次图，对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级；
显示模块，用以显示所述评价等级。
上述减速机噪声评价装置中的各个模块可以全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现，上述各模块可以以硬件形式内嵌或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中存储器中，便于处理器调用执行上述各个模块对应的操作。
在一具体实施例中，提供了一种手持式减速机噪声评价仪，如图6和图7所示，包括壳体，所述壳体5内包括本发明一具体实施例所述的减速机噪声评价装置，所述减速机噪声评价装置可以通过软件、硬件或软硬件结合的方式成为所述手持式减速机噪声评价仪的部分或全部。
在一具体实施例中，所述手持式噪声评价仪还包括：
供电模块，供电模块包括供电电源和电源管理电路，为手持式噪声检测仪供电，电源管理电路防止供电系统的过充和过放，设有充放电保护功能，本实施例采用的电源管理电路可以采用现有技术中的的电源管理电路实现所述充放电保护功能。
通讯接口，进行有线或无线通信。
人机交互模块，包括输入装置和显示装置，所述输入装置可以包括触摸屏或按键，所述显示装置可以为显示屏或触摸显示屏等，通过人机交互系统可对测试模式、减速机内齿轮组参数，样本数据存储方式等功能进行设定，可通过显示屏将数据分析后的评价结果显示出来，本实施例的输入装置为按键6-13，显示装置为显示屏2，所述显示模块输出的内容通过显示屏显示。
声音传感器1、振动传感器和脉冲输入接口14，所述声音传感器1安装于装置壳体5顶部并与壳体5内部声音采集模块建立连接，用于采集减速机传动过程中产生的声音信号；振动传感器是由50cm长的引线连接，可贴敷在减速机上，用于采集减速机在传动过程中产生的振动信号，作为辅助参数；脉冲输入接口14可用引线与驱动电机的编码器进行连接，由脉冲接收器接收编码器发出的脉冲信号，对减速机的输入转速进行测量。
在一具体实施例中，所述减速机噪声评价装置的信号获取模块为硬件模块，包括信号采集模块和信号处理模块，所述信号采集模块包括声音采集模块、振动采集模块和脉冲采集模块，用以获取由所述声音传感器1、振动传感器和脉冲输入接口14采集的减速机的声音信号、振动信号和转速信号，声音采集模块用于采集减速机的噪声，振动采集模块可贴敷到减速机的机体上作为辅助参数，脉冲采集器用于采集电机每转产生的脉冲信号，用于计算转速，作为辅助参数；所述信号处理模块根据需要选择相应的信号处理模块对采集的声音信号、振动信号和转速信号进行处理。
在一具体实施例中，所述信号处理模块包括依次连接的放大电路、滤波电路和A/D转换电路。
在一具体实施例中，所述减速机噪声评价装置的存储模块为硬件模块，包括待测数据存储器和样本数据存储器，所述待测数据存储器用以存储处理后的声音信号、振动信号和转速信号作为待测数据，样本数据存储器用以存储所述标准样本数据；
在一具体实施例中，所述减速机噪声评价装置的对比模块为硬件模块，通过硬件搭建算法进行数据的分析对比，所述存储模块与对比模块建立连接，用于将样本存储器中的数据和待测数据存储器中的数据可传输到数据分析处理模块中进行数据对比分析。
在一具体实施例中，所述预设模块和显示模块通过主控芯片上搭载的程序实现；所述主控芯片通过通讯模块与所述存储模块建立双向通信连接，当用户在样本准备阶段选择由上位机传输样本数据到样本存储器中时，通讯模块可将上位机数据传输到样本存储器中，当用户需要得到待测减速机数据时可由通讯模块将待测数据存储器中数据传输到上位机。
如图8所示，在一具体实施例中，提供了一种手持式减速机噪声评价仪，所述壳体5内包括处理器和存储器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行所述减速机噪声评价装置各模块对应的操作，所述处理器可以使中央处理器CPU、微处理器MCU等，该存储器例如包括ROM(只读存储器)、RAM(随机取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储装置等。
如图9所示，对固定1000rad/min的转速下对齿数为48齿进行的阶次分析产生的阶次图，分别对48阶次的峰值点进行取值，可得到在48阶次时标准样本数据的峰值是52，如图10所示，待测齿轮数据的峰值是54，可知该待测齿轮与标准齿轮的相似度为96.15％，在阶次图中48阶次下产生的峰值明显突出，可以判定减速机中48齿的齿轮是系统的主要噪声源，即，通过阶次谱分析可见哪个阶次噪声贡献量大，进而判定与该阶次相关的减速机内结构部件是主要噪声源。
以上实施例的各个技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应该认为是本说明书记载的范围。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种减速机噪声评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
设置采集减减速机的转速参数，输入标准样本数据，设置预处理参数，设置评价标准；
获取减速机的声音信号、振动信号和转速信号；
存储获取的声音信号、振动信号和转速信号作为待测数据，存储所述标准样本数据；
对所述振动信号进行等角度重采样，并对所述重采样数据进行阶次分析得到阶次分析数据；
对所述阶次分析数据进行FFT变换生成待测数据的阶次图，对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级；
显示所述评价等级；
所述对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级的方法包括：
根据预处理参数与标准样本数据的阶次谱进行阶次对比，选取与所述预处理参数相关的阶次进行对比，得到每个阶次点的相似度；
取所述相似度的平均值；
得到标准样本的偏差率；
根据设置的评价标准得到评价等级；
所述阶次点的相似度Sn为：
式中，Sn为第n个阶次点的相似度，xn第n个待测数据，yn为与xn相关的标准数据。
2.根据权利要求1所述一种减速机噪声评价方法，其特征在于，所述标准样本数据通过上位机传输输入或测量标准减速机的数据作为标准样本数据。
3.根据权利要求1所述一种减速机噪声评价方法，其特征在于，所述预处理参数包括减速机内齿轮组齿数和允许偏差率。
4.根据权利要求1所述一种减速机噪声评价方法，其特征在于，所述阶次分析方法包括：
同时对噪声信号和转速信号分别进行等间隔时域采样，得到噪声信号的异步时域采样信号和转速信号的异步时域采样信号；
将采集的转速数据作为振动角的测量基准；
获取恒定角增量对应的时间；
根据恒定角增量对应的时间，对噪声信号进行插值，实现重采样，实现对噪声信号的同步采样。
5.根据权利要求1所述一种减速机噪声评价方法，其特征在于，所述偏差率P为：
6.一种减速机噪声评价装置，其特征在于：用以实现权利要求1-5任一权利要求所述的减速机噪声评价方法，包括：
预设模块，用以设置减速机的转速参数，输入标准样本数据，设置预处理参数，设置评价标准；
信号获取模块，用以获取减速机的声音信号、振动信号和转速信号；
存储模块，用以存储获取的声音信号、振动信号和转速信号作为待测数据，存储所述标准样本数据；
数据处理模块，用以对所述振动信号进行等角度重采样，并对所述重采样数据进行阶次分析得到阶次分析数据；
对比模块，用以对所述阶次分析数据进行FFT变换生成待测数据的阶次图，对比待测数据的阶次图参数和标准样本数据的阶次图参数，根据所述评价标准得出评价等级；
显示模块，用以显示所述评价等级。
7.一种手持式减速机噪声评价仪，其特征在于：包括权利要求6所述减速机噪声评价装置。
8.根据权利要求7所述一种手持式减速机噪声评价仪，其特征在于：所述手持式减速机噪声评价仪还包括人机交互模块，壳体外安装有声音传感器、振动传感器和脉冲输入接口。
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