CN115127597B - 刀片安装状态检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了刀片安装状态检测方法及系统，其中检测方法包括如下步骤：S1,获取一段采样信号，采样信号是从一段检测信号中采样得到，一段检测信号是对射式传感器对转动预定圈数的刀片进行实时检测得到的信号；S2,确定一段采样信号中满足特定条件的时间间隔的数量；S3,判断满足特定条件的时间间隔的数量是否小于阈值；S4,若否，确定刀片安装异常；若是，确定刀片安装正常。本发明通过对射式传感器对刀片进行实时检测，对刀片安装异常时出现周期性的异常高电平进行分析，通过确定设定长度的采样信号中符合一定条件的相邻异常高电平的时间间隔的数量，并且该数量与阈值进行比较，能够有效地确认出刀片的安装状态，有利于及时发现安装异常情况。

Description

刀片安装状态检测方法及系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是刀片安装状态检测方法及系统。
背景技术
划片机的切割作业依赖于切割刀片，切割刀片的安装状态直接影响着切割效果以及切割刀片自身的安全。
在实际生产线，切割刀片由人工安装在主轴上，但是在人工安装时，会存在由于疏忽导致刀片没有正确安装到位的问题，例如切割刀片安装后是倾斜的。在切割刀片没有正确安装时，切割刀片在高速转动时，其外圆会出现与主轴不同心的问题，这样会导致切割质量异常。
如申请号为201210296515.1的中国发明专利申请所揭示的检测方法，其能够检测刀具的磨损、破损等状态，但无法准确地检测出刀片的安装状态。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种刀片安装状态检测方法及系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
刀片安装状态检测方法，包括如下步骤：
S1,获取一段采样信号，所述一段采样信号是从一段检测信号中采样得到，所述一段检测信号是对射式传感器对转动预定圈数的刀片进行实时检测得到的信号；
S2,确定所述一段采样信号中满足特定条件的时间间隔的数量；
S3,判断所述满足特定条件的时间间隔的数量是否小于阈值；
S4,当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量大于或等于所述阈值时，确定所述刀片安装异常；当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量小于所述阈值时，确定所述刀片安装正常。
优选的，所述一段采样信号包括44000个采样点。
优选的，所述S2包括如下步骤：
S21,对所述一段采样信号进行高通滤波处理；
S22,从经过高通滤波处理的信号中筛选出n个待判定时间间隔，当相邻两个异常高电平的时间间隔等于主轴转动一圈所需时间或相邻两个异常高电平的时间间隔与主轴转动一圈所需时间的差值在设定范围内时，确定具有一个待判定时间间隔；
S23, 判断所述n个待判定时间间隔是否满足如下公式（1）：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
其中，x i 为所述n个待判定时间间隔中的第i个待判定时间间隔，ε为主轴周期公差；
当确定所述n个待判定时间间隔满足公式（1）时，认定所述n个待判定时间间隔相等且每个待判定时间间隔等于主轴转动一圈所需时间，所述满足特定条件的时间间隔的数量为n；
当确定所述n个待判定时间间隔不满足公式（1）时，确定所述n个待判定时间间隔中哪些等于主轴转动一圈所需时间，将等于主轴转动一圈所需时间的待判定时间间隔的数量作为所述满足特定条件的时间间隔的数量。
优选的，所述高通滤波处理中的滤波系数α由如下公式计算：
α=1-m/（m+0.03πf0）；
其中，m是主轴转速，单位是转/分钟；f0是下限截止频率，单位是赫兹。
优选的，所述滤波系数α在0.01-0.02之间取值。
优选的，在所述S22中,先对经过高通滤波处理的信号进行二值化处理，再根据经过二值化处理的信号筛选出所述n个待判定时间间隔。
优选的，所述ε在2±0.1之间取值。
优选的，当所述一段采样信号是从刀片转动十一圈对应的检测信号中采集时，所述阈值为5。
优选的，交替采集两个传感器通道的数据以分析确定所述刀片的安装状态。
刀片安装状态检测系统，包括
信号获取单元,用于获取一段采样信号，所述一段采样信号是从一段检测信号中采样得到，所述一段检测信号是对射式传感器对转动预定圈数的刀片进行实时检测得到的信号；
统计单元,用于确定所述一段采样信号中满足特定条件的时间间隔的数量；
判断单元，用于判断所述满足特定条件的时间间隔的数量是否小于阈值；
结果确定单元，用于当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量大于或等于所述阈值时，确定所述刀片安装异常；当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量小于所述阈值时，确定所述刀片安装正常。
本发明技术方案的优点主要体现在：
本发明通过对射式传感器对刀片进行实时检测，对刀片安装异常时出现周期性的异常高电平进行分析，通过确定设定长度的采样信号中符合一定条件的相邻异常高电平的时间间隔的数量，并将该数量与阈值进行比较，能够有效地确认出刀片的安装状态，有利于及时发现刀片安装异常情况以进行相应的处理从而保证切割质量。
本发明的方法在识别出满足特定条件的时间间隔的数量时，充分考虑了实际情况中的各种异常情况，并根据对阈值和主轴周期公差的设定，避免了异常信号干扰，能够有效地保证最终的检测精度。
本发明通过对过滤系数的设计能够有效地改善过滤效果，避免现场电磁环境和光学环境对检测精度的干扰。并且在高通滤波后，进行二值化处理，能够快速、有效地识别出异常高电平信号，从而使后续确定相邻异常高电平信号之间的时间间隔更为容易、也更准确。
本发明通过交替采集两个传感器通道的数据进行分析，两个传感器通道的数据可以相互验证，可以有效地避免单个传感器异常时无法准确检测的问题，有利于改善检测的可靠性。
附图说明
图1是本发明中通过对射式传感器对安装异常的刀片进行检测得到的一段采样信号的波形图（采样信号中含有低频干扰信号），图中横坐标为时间，单位为毫秒，纵坐标为幅值；
图2本发明的方法的示意图；
图3是本发明的方法的详细过程示意图；
图4是本发明的方法中对一段采样信号进行高通滤波处理后的信号波形图，图中横坐标为时间，单位为毫秒，纵坐标为幅值；
图5是本发明的方法中对高通滤波处理后的信号进行二值化处理得到的信号图，图中横坐标为时间，单位为毫秒，纵坐标为幅值。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。
实施例1
下面结合附图对本发明揭示的刀片安装状态检测方法进行阐述，在进行刀片安装状态检测时，与现有技术一样是通过对射式传感器来进行检测，所述对射式传感器例如是对射式光纤传感器或对射式光电传感器等。以对射式光纤传感器为例，其包括发射端与接收端，发射端和接收端设置在刀片的轴向两侧，并且，刀片可以遮挡所述发射器的部分出射光。所述接收端与光纤放大器连接，所述光纤放大器连接信号采集装置（A/D转换器），所述信号采集装置连接控制装置。
当所述刀片准确安装且刀片无破损、磨损时，所述接收端接收的光量是相对稳定的，所述光纤放大器输出的电压（即检测信号）也相对稳定且电压值较小。如附图1所示，当所述刀片安装异常（倾斜）时，所述光纤放大器输出的电压会呈现周期性的异常增大，这是由于刀片安装异常时，高速转动的刀片的外圆与主轴不同心使得其外圆与对射式传感器的相对位置出现周期性的变化，当刀片的外圆偏离所述对射式传感器最远时，所述接收端接收的光量会明显增加，所以光纤放大器输出的电压会出现显著增大，出现异常高电平。因此通过检测、分析异常高电平的出现周期特性就可以检测出刀片安装状态。
如附图2所示，所述刀片安装状态检测方法具体包括如下步骤：
S1,获取一段采样信号，所述一段采样信号是从一段检测信号中采样得到，所述一段检测信号是对射式传感器对转动预定圈数的刀片进行实时检测得到的信号；
S2,确定所述一段采样信号中满足特定条件的时间间隔的数量；
S3,判断所述满足特定条件的时间间隔的数量是否小于阈值；
S4,当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量大于或等于所述阈值时，确定所述刀片安装异常；当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量小于所述阈值时，确定所述刀片安装正常。
为了充分提取到异常高电平的周期特征，所述一段采样信号包括44000个采样点，具体的，是对主轴转动十一圈对应的检测信号进行采样，并且，主轴每转一圈的采样点为4000个。
为保证在不同转速之下都能采集到主轴转动十一圈的，所以将主轴转速作为一个配置参数，由用户根据实际需要输入对应的主轴转速，控制装置接收到主轴转速后会根据该值调整采样频率（单位为赫兹）。具体计算时，是根据公式f=44000m/660计算出采样评率，其中，m为主轴转速，单位为转/分钟。例如，当主轴转速为30000转/分钟时，对应的采样频率f=44000×30000/660=200000赫兹。
并且，在实际设置所述主轴转速时，需要将主轴转速设置为高于或略低于额定主轴工作转速，以避免对检测结果的影响。
获得采样信号后需要对所述采样信号进行相应的处理，如附图3所示，所述S2包括如下步骤：
S21,对所述一段采样信号进行高通滤波处理；
如附图1所示，由于检测信号受划片机工作时的电磁环境和光学环境（冷却液散射）的影响，采样信号中经常含有低频的干扰信号，这些信号会严重干扰检测判断的精度，因此，必须予以消除。
本发明是通过一阶数字半带高通滤波算法去除低频干扰信号，所述一阶数字半带高通滤波算法为已知技术，此处不作赘述，所述一段采样信号经过所述高通滤波处理后的信号如附图4所示。
当给定了滤波处理的下限截止频率和主轴转速的前提下，滤波系数α由如下公式计算：
α=1-m/（m+0.03πf0）；
其中，m是主轴转速，单位是转/分钟；f0是下限截止频率，单位是赫兹，其值可以根据需要设定，此处不作限定。当所述主轴转速为30000转/分钟时，所述滤波系数α在0.01-0.02之间取值，优选为0.01。
如附图4所示，刀片安装异常时产生的异常高电平信号对应的幅值明显高于正常信号对应的幅值，因此，先对经过高通滤波处理的信号进行二值化处理,对经过高通滤波处理后的信号进行二值化处理的具体技术为已知技术，此处不作赘述。在进行二值化处理时，只要选择一个适当的筛选条件即可将小于筛选条件的信号进行剔除，所述筛选条件可以由算法根据所述一段采样信号的实际情况自动确定，在进行二值化处理后得到如附图5所示的仅有异常高电平信号的图形，在附图5中，T为相邻两个异常高电平之间的时间间隔。
从附图4、附图5可以看出：理论上，主轴转动十一圈对应的采样信号中可以得到十一个异常高电平，并且相邻两个异常高电平之间的时间间隔应该固定等于主轴转动一圈的用时，此处，将主轴转动一圈的用时定义为一个主轴周期，对应的，主轴转动十一圈对应的所述一段采样信号中应该有十个主轴周期，因此，理论上，当确定所述一段采样信号中有十个主轴周期时即可确定刀片安装异常。
但是上述情况只是理想情况，实际情况与理想情况有一定差异，由于各种干扰的存在，往往所述一段采样信号中检测出的主轴周期并非是十个，例如，如果在两个异常高电平之间出现了一个干扰的异常高电平信号，则确定的主轴周期就会减少一个。而如果在信号中丢失了一个异常高电平信号，就会减少两个主轴周期。
同时，前面所述的任意相邻两个异常高电平之间的时间间隔等于一个主轴周期也只是理想状态，实际中，相邻两个异常高电平之间的时间间隔有可能只是近似所述主轴周期。因此，在筛选待判定时间间隔时，若相邻两个异常高电平之间的时间间隔在主轴转动一圈所需时间附近时，也需要保留相应的时间间隔以便后续判断，并且筛选出n个待判定时间间隔后需要判断筛选出的所述n个待判定时间间隔是否符合一定的要求。
具体如下：
S22,从经过高通滤波处理的信号中或经过二值化处理的信号中筛选出n个待判定时间间隔，当相邻两个异常高电平的时间间隔等于主轴转动一圈所需时间或相邻两个异常高电平的时间间隔与主轴转动一圈所需时间的差值在设定范围内时，确定具有一个待判定时间间隔，所述设定范围可以根据实际需要进行设定，此处不作限定。
S23, 判断所述n个待判定时间间隔是否满足如下公式（1）：
Figure 66235DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
其中，x i 为所述n个待判定时间间隔中的第i个待判定时间间隔；ε为主轴周期公差。
当确定所述n个待判定时间间隔满足公式（1）时，认定所述n个待判定时间间隔相等且每个待判定时间间隔等于主轴转动一圈所需时间，此时，所述n个待判定时间间隔都是所述满足特定条件的时间间隔，对应的，所述满足特定条件的时间间隔的数量为n。
当确定所述n个待判定时间间隔不满足公式（1）时，确定所述n个待判定时间间隔中哪些等于主轴转动一圈所需时间，将等于主轴转动一圈所需时间的待判定时间间隔的数量作为所述满足特定条件的时间间隔的数量，此时，等于主轴转动一圈所需时间的待判定时间间隔是所述满足特定条件的时间间隔。
其中，所述ε是影响检测正确率的重要参数，当所述ε选得过小时，筛选出的待判定时间间隔的数量就少，容易将安装正常的刀片确定为安装异常。反之，所述ε选得过大时，有可能把干扰信号当成主轴周期，容易将安装异常的刀片确定为安装正常。经过研究确定，当所述ε在2±0.1之间取值时，可以得到正确率最高的检测结果。
由于实际检测到的满足特定条件的时间间隔的数量与理论值存在差异，因此，为了提高判断的准确率，就需要设定一个合适的阈值作为实际判断的依据，所述阈值作为一个配置参数，可以由用户设定，但是阈值选得过大，容易产生将安装正常的刀片确定为安装异常的问题。反之，阈值选得过小，容易产生将安装异常的刀片确定为安装正常的问题，经过研究发现，当所述阈值为5时，可以得到正确率高的检测结果。
因此，当测得的主轴周期的个数（满足特定条件的时间间隔的数量）大于或等于5时，确定为刀片安装异常；否则，当测得的主轴周期的个数小于5时，确定为刀片安装正常。当确定刀片安装异常时，控制装置可以报警停机。
进一步，为了避免一个对射式传感器的检测出现异常，本发明中，是采集两个传感器通道的数据以分析确定所述刀片的安装状态。即本发明中是通过两个对射式传感器来对刀片进行检测并且交替采集两个对射式传感器的检测信号。具体的，先采集第一个对射式传感器对刀片转动十一圈进行检测的检测信号进行分析判断；再采集第二个对射式传感器对刀片转动十一圈进行检测的检测信号进行分析判断；接着再采集第一个对射式传感器对刀片转动十一圈进行检测的检测信号进行分析判断，如此交替进行检测判断。
实施例2
本实施例揭示了一种刀片安装状态检测系统，包括
信号获取单元,用于获取一段采样信号，所述一段采样信号是从一段检测信号中采样得到，所述一段检测信号是对射式传感器对转动预定圈数的刀片进行实时检测得到的信号；
统计单元,用于确定所述一段采样信号中满足特定条件的时间间隔的数量；
判断单元，用于判断所述满足特定条件的时间间隔的数量是否小于阈值；
结果确定单元，用于当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量大于或等于所述阈值时，确定所述刀片安装异常；当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量小于所述阈值时，确定所述刀片安装正常。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.刀片安装状态检测方法，通过对射式传感器对所述刀片进行检测，所述对射式传感器的发射端及接收端设置在刀片的轴向两侧，刀片遮挡所述发射端的部分出射光，其特征在于：所述检测方法包括如下步骤：
S1,获取一段采样信号，所述一段采样信号是从一段检测信号中采样得到，所述一段检测信号是对射式传感器对转动预定圈数的刀片进行实时检测得到的信号；
S2,确定所述一段采样信号中满足特定条件的时间间隔的数量；
所述S2包括如下步骤：
S21,对所述一段采样信号进行高通滤波处理；
S22,从经过高通滤波处理的信号中筛选出n个待判定时间间隔，当相邻两个异常高电平的时间间隔等于主轴转动一圈所需时间或相邻两个异常高电平的时间间隔与主轴转动一圈所需时间的差值在设定范围内时，确定具有一个待判定时间间隔；
S23, 判断所述n个待判定时间间隔是否满足如下公式（1）：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
其中，x i 为所述n个待判定时间间隔中的第i个待判定时间间隔，ε为主轴周期公差；
当确定所述n个待判定时间间隔满足公式（1）时，认定所述n个待判定时间间隔相等且每个待判定时间间隔等于主轴转动一圈所需时间，所述满足特定条件的时间间隔的数量为n；
当确定所述n个待判定时间间隔不满足公式（1）时，确定所述n个待判定时间间隔中哪些等于主轴转动一圈所需时间，将等于主轴转动一圈所需时间的待判定时间间隔的数量作为所述满足特定条件的时间间隔的数量；
S3,判断所述满足特定条件的时间间隔的数量是否小于阈值；
S4,当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量大于或等于所述阈值时，确定所述刀片安装异常；当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量小于所述阈值时，确定所述刀片安装正常。
2.根据权利要求1所述的刀片安装状态检测方法，其特征在于：所述一段采样信号包括44000个采样点。
3.根据权利要求1所述的刀片安装状态检测方法，其特征在于：所述高通滤波处理中的滤波系数α由如下公式计算：
α=1-m/（m+0.03πf0）；
其中，m是主轴转速，单位是转/分钟；f0是下限截止频率，单位是赫兹。
4.根据权利要求3所述的刀片安装状态检测方法，其特征在于：所述滤波系数α在0.01-0.02之间取值。
5.根据权利要求1所述的刀片安装状态检测方法，其特征在于：在所述S22中,先对经过高通滤波处理的信号进行二值化处理，再根据经过二值化处理的信号筛选出所述n个待判定时间间隔。
6.根据权利要求1所述的刀片安装状态检测方法，其特征在于：所述ε在2±0.1之间取值。
7.根据权利要求1-6任一所述的刀片安装状态检测方法，其特征在于：当所述一段采样信号是从刀片转动十一圈对应的检测信号中采集时，所述阈值为5。
8.根据权利要求1所述的刀片安装状态检测方法，其特征在于：交替采集两个传感器通道的数据以分析确定所述刀片的安装状态。
9.刀片安装状态检测系统，通过对射式传感器对所述刀片进行检测，所述对射式传感器的发射端及接收端设置在刀片的轴向两侧，刀片遮挡所述发射端的部分出射光，其特征在于：所述检测系统包括
信号获取单元,用于获取一段采样信号，所述一段采样信号是从一段检测信号中采样得到，所述一段检测信号是对射式传感器对转动预定圈数的刀片进行实时检测得到的信号；
统计单元,用于根据如下步骤确定所述一段采样信号中满足特定条件的时间间隔的数量：
S21,对所述一段采样信号进行高通滤波处理；
S22,从经过高通滤波处理的信号中筛选出n个待判定时间间隔，当相邻两个异常高电平的时间间隔等于主轴转动一圈所需时间或相邻两个异常高电平的时间间隔与主轴转动一圈所需时间的差值在设定范围内时，确定具有一个待判定时间间隔；
S23, 判断所述n个待判定时间间隔是否满足如下公式（1）：
Figure 741192DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
其中，x i 为所述n个待判定时间间隔中的第i个待判定时间间隔，ε为主轴周期公差；
当确定所述n个待判定时间间隔满足公式（1）时，认定所述n个待判定时间间隔相等且每个待判定时间间隔等于主轴转动一圈所需时间，所述满足特定条件的时间间隔的数量为n；
当确定所述n个待判定时间间隔不满足公式（1）时，确定所述n个待判定时间间隔中哪些等于主轴转动一圈所需时间，将等于主轴转动一圈所需时间的待判定时间间隔的数量作为所述满足特定条件的时间间隔的数量；
判断单元，用于判断所述满足特定条件的时间间隔的数量是否小于阈值；
结果确定单元，用于当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量大于或等于所述阈值时，确定所述刀片安装异常；当确定所述满足特定条件的时间间隔的数量小于所述阈值时，确定所述刀片安装正常。
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