CN114526898A - 机械部件螺栓松动检测方法及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械部件螺栓松动检测方法及检测系统，包括向无线振动源组件发送第一工作指令，以使无线振动源组件向待检测机械部件提供预设频率的振动激励；接收来自无线检测组件的振动采集数据，振动采集数据为无线检测组件对待检测机械部件进行采集得到；基于预设的傅里叶变换模型，根据振动采集数据确定第一幅频数据；基于预设的能量重心运算模型，根据第一幅频数据确定第一频率值；根据第一频率值以及振动激励的振动频率值，确定待检测机械部件的螺栓松紧度。本发明能够对待检测机械部件的螺栓松紧度进行检测，有利于提高螺栓松紧度检测的自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及特种设备检测技术领域，特别涉及一种机械部件螺栓松动检测方法及检测系统。
背景技术
螺栓作为众多机械产品及结构的联接件与紧固件，发挥着重要的作用。在机电类特种设备(例如自动扶梯)中，螺栓联接更是随处可见。然而，在机械部件运转过程中，螺栓发生松动尤其是关键部件的螺栓松动，往往是引发事故的重要原因。因此，需要在使用过程中对机械部件螺栓的松紧度进行检测。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种机械部件螺栓松动检测方法及检测系统，能够机械部件螺栓的松紧度进行检测。
一方面，本发明实施例提供一种机械部件螺栓松动检测方法，包括：
向无线振动源组件发送第一工作指令，以使所述无线振动源组件向待检测机械部件提供预设频率的振动激励；
接收来自无线检测组件的振动采集数据，所述振动采集数据为所述无线检测组件对所述待检测机械部件进行采集得到；
基于预设的傅里叶变换模型，根据所述振动采集数据确定第一幅频数据；
基于预设的能量重心运算模型，根据所述第一幅频数据确定第一频率值；
根据所述第一频率值以及所述振动激励的振动频率值，确定所述待检测机械部件的螺栓松紧度。
根据本发明的一些实施例，所述基于预设的傅里叶变换模型，根据所述振动采集数据确定第一幅频数据，包括：
基于预设的傅里叶变换模型，对所述振动采集数据进行时频变换，得到第一频谱数据；
计算所述第一频谱数据的频率值和幅值，得到第一中间幅频数据；
确定所述第一中间幅频数据中幅值最大的第二中间幅频数据；
根据所述第二中间幅频数据，确定所述第一中间幅频数据中与所述第二中间幅频数据频率相近的偶数组第三中间幅频数据；
将所述第二中间幅频数据和所述偶数组第三中间幅频数据作为所述第一幅频数据。
根据本发明的一些实施例，所述确定所述第一中间幅频数据中幅值最大的第二中间幅频数据，包括：
根据幅值大小对所述第一中间幅频数据由大到小进行排序，得到第一排序数据；
取所述第一排序数据中的第一组数据作为所述第二中间幅频数据；
或者，根据幅值大小对所述第一中间幅频数据由小到大进行排序，得到第二排序数据；
取所述第二排序数据中的最后一组数据作为所述第二中间幅频数据。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第二中间幅频数据，确定所述第一中间幅频数据中与所述第二中间幅频数据频率相近的偶数组第三中间幅频数据，包括：
根据频率大小对所述第一中间幅频数据进行排序，得到第三排序数据；
根据所述第二中间幅频数据的频率值，确定所述第二中间幅频数据在所述第三排序数据中的排列序号；
根据所述排列序号，取所述第三排列数据中与所述第二中间幅频数据相邻的偶数组数据作为所述第三中间幅频数据。
根据本发明的一些实施例，所述基于预设的能量重心运算模型，根据所述第一幅频数据确定第一频率值，包括：
确定第一累加值，所述第一累加值用于表征所述第一幅频数据中所有幅值数据之和；
确定第二累加值，所述第二累加值用于表征所述第一幅频数据中所有幅值数据与对应的幅值数据序号的乘积之和；
根据所述第一累加值、所述第二累加值以及预设的第一系数，确定所述第一频率值。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第一频率值以及所述振动激励的振动频率值，确定所述待检测机械部件的螺栓松紧度，包括：
根据所述第一频率值和所述振动激励的振动频率值，确定第一频率差值；
当所述第一频率差值位于预设的频率差值范围内时，确定所述螺栓松紧度合格。
根据本发明的一些实施例，所述向无线振动源组件发送第一工作指令之前，还包括：
获取用户输入的第一振动频率数据；
将所述第一振动频率数据进行本地备份；
响应于用户的操作指令，向所述无线振动源组件发送第二工作指令，以根据所述第一振动频率数据配置所述无线振动源组件振动激励的振动频率。
另一方面，本发明实施例提供一种机械部件螺栓松动检测系统，包括：
无线振动激励源组件，安装在待检测机械部件上；
无线检测组件，安装在所述待检测机械部件上；
信号处理组件，与所述无线振动激励源组件和所述无线检测组件无线通信连接，所述信号处理组件用于执行上述的机械部件螺栓松动检测方法。
根据本发明的一些实施例，所述无线振动激励源组件设置有第一磁吸件，并通过所述第一磁吸件吸附安装在所述待检测机械部件上，所述无线检测组件设置有第二磁吸件，并通过所述第二磁吸件吸附安装在所述待检测机械部件上。
根据本发明的一些实施例，所述无线振动激励源组件设置有第一无线组网触发按键，所述无线检测组件设置有第二无线组网触发按键。
本发明实施例至少具有如下有益效果：
本发明实施例通过无线激励源组件为待检测机械部件提供振动激励，并通过无线检测组件采集待测机械部件的振动采集数据，利用傅里叶变换模型确定第一幅频数据并基于能量重心运算模型确定更加精准的第一频率值，根据第一频率值和振动激励的振动频率值，确定待检测机械部件的螺栓松紧度，有利于提高螺栓松紧度检测的自动化程度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的机械部件螺栓松动检测方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的机械部件螺栓松动检测系统的示意图；
图3为图2示出的机械部件螺栓松动检测系统的数据处理逻辑示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
请参照图1，本实施例公开了一种机械部件螺栓松动检测方法，包括步骤S100～S500。需要说明的是，在本实施例的描述中，对方法步骤的连续标号是为了方便审查和理解，结合本实施例的整体技术方案以及各个步骤之间的逻辑关系，调整部分步骤之间的实施顺序并不会影响本实施例技术方案所达到的技术效果。在对本实施例方法的各个步骤进行详细叙述之前，先对实施本实施例方法的机械部件螺栓松动检测系统进行描述，以便于理解本实施例的方法。请参照图2，一种机械部件螺栓松动检测系统包括无线振动源组件100、无线检测组件200和信号处理组件300，其中无线振动源组件100和无线检测组件200能够与信号处理组件300无线通信连接。下面以信号处理组件300为执行主体来对本实施例方法的各个步骤进行详细说明。
S100、向无线振动源组件100发送第一工作指令，以使无线振动源组件100向待检测机械部件010提供预设频率的振动激励。
在使用时，将无线振动源组件100和无线检测组件200安装在待检测机械部件010上，无线振动源组件100和无线检测组件200分别与信号处理组件300建立无线通信连接。应当想到的是，待检测机械部件010上安装有待检测的螺栓011。响应于用户的输入指令，向无线振动源组件100发送第一工作指令，以开始进行检测。无线振动源组件100在接收到第一工作指令后，以预设频率开始振动，从而向待检测机械部件010提供振动激励。
S200、接收来自无线检测组件200的振动采集数据，振动采集数据为无线检测组件200对待检测机械部件010进行采集得到。
由于无线检测组件200和无线振动源组件100安装在同一待检测机械部件010上，无线振动源组件100产生的振动能量可以通过待检测机械部件010传递给无线检测组件200，无线检测组件200进行振动信号的采集，得到振动采集数据，并将振动采集数据无线传输给信号处理组件300。值得一提的是，无线振动源组件100和无线检测组件200均能够与信号处理组件300进行无线通信，有利于简化布线，提高使用的便利性以及提高检测效率。
S300、基于预设的傅里叶变换模型，根据振动采集数据确定第一幅频数据。
振动采集数据是一种周期信号数据。一般而言，周期信号均可以分解成一个直流分量、一个基波和无限个谐波，各次谐波的频率是基波频率的整数倍，基波和各次谐波的幅值是不相同的，基波和各次谐波均可以看作独立的谱线，其中，幅值最大的谱线代表基频成分的频率，选取幅值最大的谱线及其相邻的偶数根谱线，并以此确定第一幅频数据，其中第一幅频数据包括频率数据以及与频率数据对应的幅值数据。
S400、基于预设的能量重心运算模型，根据第一幅频数据确定第一频率值。
在实际应用中发现，虽然无线振动源组件100产生的振动能量可以通过待检测机械部件010传递给无线检测组件200，但是无线检测组件200采集的振动采集数据中不可避免地混入干扰成分，例如外界的振动干扰、温漂对无线检测组件200的干扰等。因此，本实施例基于能量重心运算模型，根据第一幅频数据确定第一频率值，从而得到更加精确的振动频率。
S500、根据第一频率值以及振动激励的振动频率值，确定待检测机械部件010的螺栓松紧度。
通常而言，当待检测机械部件010的螺栓松紧度合格时，即待检测机械部件010的螺栓未发生松动，待检测机械部件010表现为一个刚性整体，无线振动源组件100产生的振动能量能够完整地或近乎完整地传递给无线检测组件200，而第一频率值是振动采集数据经过傅里叶变换模型和能量重心运算模型处理得到的，能够滤除大部分干扰成分，因此，根据第一频率值以及振动激励的振动频率值，可以确定待检测机械部件010的螺栓松紧度。需要说明的是，本实施例通过无线振动源组件100能够提供稳定频率的振动激励，且振动激励的频率可以进行预设，有利于减少干扰因素，提高检测的准确性。
其中，步骤S300、基于预设的傅里叶变换模型，根据振动采集数据确定第一幅频数据，包括以下步骤：
S310、基于预设的傅里叶变换模型，对振动采集数据进行时频变换，得到第一频谱数据；
S320、计算第一频谱数据的频率值和幅值，得到第一中间幅频数据；
S330、确定第一中间幅频数据中幅值最大的第二中间幅频数据；
S340、根据第二中间幅频数据，确定第一中间幅频数据中与第二中间幅频数据频率相近的偶数组第三中间幅频数据；
S350、将第二中间幅频数据和偶数组第三中间幅频数据作为第一幅频数据。
如上文涉及的，周期信号经过傅里叶变换模型处理后，可以得到基波和各次谐波的谱线，因此，振动采集数据经过傅里叶变换模型的时频变换得到的第一频谱数据，可以看作是基波频谱数据和各次谐波频谱数据的集合，每根谱线具有相应的频率值和幅值，因此，计算第一频谱数据的频率值和幅值，可以得到第一中间幅频数据，以便于步骤S330确定第一中间幅频数据中幅值最大的第二中间幅频数据。其中，第二中间幅频数据对应的谱线为幅值最大的基频成分谱线，步骤S340得到的第三中间幅频数据对应于为以基频成分谱线为中心的偶数根谱线。
其中步骤S330、确定第一中间幅频数据中幅值最大的第二中间幅频数据，包括以下步骤：
S331、根据幅值大小对第一中间幅频数据由大到小进行排序，得到第一排序数据；
S332、取第一排序数据中的第一组数据作为第二中间幅频数据；
或者，
S333、根据幅值大小对第一中间幅频数据由小到大进行排序，得到第二排序数据；
S334、取第二排序数据中的最后一组数据作为第二中间幅频数据。
需要说明的是，第一中间幅频数据包括每根谱线的序号以及对应的频率值和幅值，因此第二中间幅频数据也包括谱线的序号以及对应的频率值和幅值。
步骤S340、根据第二中间幅频数据，确定第一中间幅频数据中与第二中间幅频数据频率相近的偶数组第三中间幅频数据，包括以下步骤：
S341、根据频率大小对第一中间幅频数据进行排序，得到第三排序数据；
S342、根据第二中间幅频数据的频率值，确定第二中间幅频数据在第三排序数据中的排列序号；
S343、根据排列序号，取第三排列数据中与第二中间幅频数据相邻的偶数组数据作为第三中间幅频数据。
具体的，设第二中间幅频数据的频率值为f0，根据f0在第三排序数据中进行查找，确定第二中间幅频数据在第三排序数据中的排列序号为k0，以k0为中心进行选取，例如选取4组数据作为第三中间幅频数据，即第k0-2、k0-1、k0+1、k0+2组数据。
步骤S400、基于预设的能量重心运算模型，根据第一幅频数据确定第一频率值，包括以下步骤：
S410、确定第一累加值，第一累加值用于表征第一幅频数据中所有幅值数据之和，例如：第一累加值为
m＝2，其中，k0为幅值最大谱线的序号，G(k0+i)为序号为k0+i的谱线的幅值。
S420、确定第二累加值，第二累加值用于表征第一幅频数据中所有幅值数据与对应的幅值数据序号的乘积之和，例如：第二累加值为
S430、根据第一累加值、第二累加值以及预设的第一系数，确定第一频率值。
例如：
其中，
为第一系数，fs为采样频率，L为参与离散傅里叶变换的点数，f为第一频率值。需要说明的是，第一系数可以进行预设，也可以根据用户的需求而进行适应性配置。
步骤S500、根据第一频率值以及振动激励的振动频率值，确定待检测机械部件010的螺栓松紧度，包括以下步骤：
S510、根据第一频率值和振动激励的振动频率值，确定第一频率差值；
S520、当第一频率差值位于预设的频率差值范围内时，确定螺栓松紧度合格。例如，设第一频率值为f，振动频率值为f0，则第一频率差值为Δf＝|f-f0|，当f1≤Δf≤f2时，说明无线振动源组件100产生的振动能量在待检测机械部件010上传递时几乎无损失，即待检测机械部件010为一个刚性整体，因此可以判断待检测机械部件010的螺栓松紧度合格。
在实际应用中发现，在不同场合的测试中现场环境的干扰会对检测结果造成不良影响。因此，步骤S100、向无线振动源组件100发送第一工作指令之前，还包括：
S011、获取用户输入的第一振动频率数据；
S012、将第一振动频率数据进行本地备份；
S013、响应于用户的操作指令，向无线振动源组件100发送第二工作指令，以根据第一振动频率数据配置无线振动源组件100振动激励的振动频率。
用户可以根据不同的应用场合对振动激励的振动频率进行配置，有利于减少环境因素的干扰，其中用户输入的第一振动频率数据在信号处理组件300中进行备份，可以对步骤S500中振动激励的振动频率值进行同步更新，有利于提高使用的便利性。
请参照图2和图3，本发明实施例提供还一种机械部件螺栓松动检测系统，包括无线振动激励源组件、无线检测组件200和信号处理组件300，无线振动激励源组件和无线检测组件200均安装在待检测机械部件010上，信号处理组件300与无线振动激励源组件和无线检测组件200无线通信连接，信号处理组件300用于执行上述的机械部件螺栓松动检测方法。需要说明的是，无线检测组件200的数量可以为一个或多个，可以根据实际应用的需求，对待检测机械部件010进行多点检测。
对于大部分需要检测的机械部件而言，其材质通常为铁质或掺杂有铁的金属，针对这一特点，无线振动激励源组件设置有第一磁吸件(未图示)，并通过第一磁吸件吸附安装在待检测机械部件010上，无线检测组件200设置有第二磁吸件(未图示)，并通过第二磁吸件吸附安装在待检测机械部件010上。其中，第一磁吸件和第二磁吸件采用磁性较强的永磁铁，例如钕铁硼磁铁，能够很好地吸附在待检测机械部件010上，使用方便，且能够与待检测机械部件010紧密接触，减少无线振动激励源组件和无线检测组件200安装不牢靠而造成干扰因素。当然，第一磁吸件和第二磁吸件还可以采用非永磁铁，例如电磁铁，当需要进行检测时，电磁铁上电吸附在待检测机械部件010上，当检测完成后，电磁铁断电脱离待检测机械部件010，装卸方便，有利于提高使用的便利性。
在应用场合中，待检测机械部件010设置在狭窄的空间中且周侧存在数量众多的阻碍结构，这对这一特点，本实施例的无线振动激励源组件和无线检测组件200均通过无线通信的方式与信号处理组件300进行连接，可以减少布线，适用于环境复杂的应用场合。其中，无线振动激励源组件设置有第一无线组网触发按键，无线检测组件200设置有第二无线组网触发按键。当触发第一无线组网触发按键时，无线振动激励源组件与信号处理组件300进行组网配对，从而实现一键配对，提高智能化程度，易于使用。为了能够让用户直观地了解组网配对状态，无线振动激励源组件上还设置有第一指示灯，当组网配对成功时，第一指示灯进行闪烁提示。同理，当触发第二无线组网触发按键时，无线检测组件200与信号处理组件300进行组网配对，无线检测组件200上还设置有第二指示灯，当组网配对成功时，第二指示灯进行闪烁提示。
应当想到的是，无线振动源组件100还设置有第一电路板和振动发生器，第一电路板上设置有第一处理器和第一无线通信单元，第一处理器分别与第一无线通信单元和振动发生器电性连接。无线检测组件200还设置有第二电路板和振动传感器，第二电路板上设置有第二处理器和第二无线通信单元，第二处理器分别与振动传感器和第二无线通信单元电性连接。信号处理组件300设置有第三电路板和人机交互面板，第三电路板设置有第三处理器和第三无线通信单元，第三处理器分别与第三无线通信单元和人机交互面板电性连接，其中，人机交互面板可以是触摸式显示屏，或者，LCD显示屏和功能按键的组合，人机交互面板用于获取用户输入以及显示待检测机械部件010的螺栓松紧度检测结果。
通过上文的说明可知，本实施例通过无线激励源组件为待检测机械部件010提供振动激励，并通过无线检测组件200采集待测机械部件的振动采集数据，利用傅里叶变换模型确定第一幅频数据并基于能量重心运算模型确定更加精准的第一频率值，根据第一频率值和振动激励的振动频率值，确定待检测机械部件010的螺栓松紧度，有利于提高螺栓松紧度检测的自动化程度。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种机械部件螺栓松动检测方法，其特征在于，包括：
向无线振动源组件发送第一工作指令，以使所述无线振动源组件向待检测机械部件提供预设频率的振动激励；
接收来自无线检测组件的振动采集数据，所述振动采集数据为所述无线检测组件对所述待检测机械部件进行采集得到；
基于预设的傅里叶变换模型，根据所述振动采集数据确定第一幅频数据；
基于预设的能量重心运算模型，根据所述第一幅频数据确定第一频率值；
根据所述第一频率值以及所述振动激励的振动频率值，确定所述待检测机械部件的螺栓松紧度。
2.根据权利要求1所述的机械部件螺栓松动检测方法，其特征在于，所述基于预设的傅里叶变换模型，根据所述振动采集数据确定第一幅频数据，包括：
基于预设的傅里叶变换模型，对所述振动采集数据进行时频变换，得到第一频谱数据；
计算所述第一频谱数据的频率值和幅值，得到第一中间幅频数据；
确定所述第一中间幅频数据中幅值最大的第二中间幅频数据；
根据所述第二中间幅频数据，确定所述第一中间幅频数据中与所述第二中间幅频数据频率相近的偶数组第三中间幅频数据；
将所述第二中间幅频数据和所述偶数组第三中间幅频数据作为所述第一幅频数据。
3.根据权利要求2所述的机械部件螺栓松动检测方法，其特征在于，所述确定所述第一中间幅频数据中幅值最大的第二中间幅频数据，包括：
根据幅值大小对所述第一中间幅频数据由大到小进行排序，得到第一排序数据；
取所述第一排序数据中的第一组数据作为所述第二中间幅频数据；
或者，根据幅值大小对所述第一中间幅频数据由小到大进行排序，得到第二排序数据；
取所述第二排序数据中的最后一组数据作为所述第二中间幅频数据。
4.根据权利要求2或3所述的机械部件螺栓松动检测方法，其特征在于，所述根据所述第二中间幅频数据，确定所述第一中间幅频数据中与所述第二中间幅频数据频率相近的偶数组第三中间幅频数据，包括：
根据频率大小对所述第一中间幅频数据进行排序，得到第三排序数据；
根据所述第二中间幅频数据的频率值，确定所述第二中间幅频数据在所述第三排序数据中的排列序号；
根据所述排列序号，取所述第三排列数据中与所述第二中间幅频数据相邻的偶数组数据作为所述第三中间幅频数据。
5.根据权利要求1所述的机械部件螺栓松动检测方法，其特征在于，所述基于预设的能量重心运算模型，根据所述第一幅频数据确定第一频率值，包括：
确定第一累加值，所述第一累加值用于表征所述第一幅频数据中所有幅值数据之和；
确定第二累加值，所述第二累加值用于表征所述第一幅频数据中所有幅值数据与对应的幅值数据序号的乘积之和；
根据所述第一累加值、所述第二累加值以及预设的第一系数，确定所述第一频率值。
6.根据权利要求1所述的机械部件螺栓松动检测方法，其特征在于，所述根据所述第一频率值以及所述振动激励的振动频率值，确定所述待检测机械部件的螺栓松紧度，包括：
根据所述第一频率值和所述振动激励的振动频率值，确定第一频率差值；
当所述第一频率差值位于预设的频率差值范围内时，确定所述螺栓松紧度合格。
7.根据权利要求1所述的机械部件螺栓松动检测方法，其特征在于，所述向无线振动源组件发送第一工作指令之前，还包括：
获取用户输入的第一振动频率数据；
将所述第一振动频率数据进行本地备份；
响应于用户的操作指令，向所述无线振动源组件发送第二工作指令，以根据所述第一振动频率数据配置所述无线振动源组件振动激励的振动频率。
8.一种机械部件螺栓松动检测系统，其特征在于，包括：
无线振动激励源组件，安装在待检测机械部件上；
无线检测组件，安装在所述待检测机械部件上；
信号处理组件，与所述无线振动激励源组件和所述无线检测组件无线通信连接，所述信号处理组件用于执行如权利要求1至7任意一项所述的机械部件螺栓松动检测方法。
9.根据权利要求8所述的机械部件螺栓松动检测系统，其特征在于，所述无线振动激励源组件设置有第一磁吸件，并通过所述第一磁吸件吸附安装在所述待检测机械部件上，所述无线检测组件设置有第二磁吸件，并通过所述第二磁吸件吸附安装在所述待检测机械部件上。
10.根据权利要求8或9所述的机械部件螺栓松动检测系统，其特征在于，所述无线振动激励源组件设置有第一无线组网触发按键，所述无线检测组件设置有第二无线组网触发按键。
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