TW202217257A - 衝壓異常檢測系統 - Google Patents

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Abstract

一種衝壓異常檢測系統，包括：衝床，工作時產生振動信號；超聲波感測器，固定於所述衝床上，用於將所述振動信號轉換成電壓回應信號；資料獲取裝置，電連接於所述超聲波感測器，用於即時採集所述電壓回應信號，生成監控包絡曲線，並分析所述電壓回應曲線是否偏離監控包絡曲線，當超出監控包絡曲線時，判斷所述衝床異常，並輸出異常信號，對生產設備的長期振動參數進行監測，從而預測生產過程中因設備的異常而造成的生產中斷，提高生產品質。

Description

衝壓異常檢測系統
本發明涉及感測器領域，尤其涉及一種超聲波感測器。
在工業生產中，生產設備，如衝壓設備異常時常會發生，可能會導致產品批量異常，中斷生產。因此，有必要對生產設備的長期振動參數進行監測，從而預測生產過程中因設備的異常而造成的生產中斷。
有鑑於此，有必要提供一種衝壓異常檢測系統對生產設備的長期振動參數進行監測，從而預測生產過程中因設備的異常而造成的生產中斷。
本發明一實施方式提供的衝壓異常檢測系統，其特徵在於，包括：衝床，工作時產生振動信號；超聲波感測器，固定於所述衝床上，用於將所述振動信號轉換成電壓回應信號；資料獲取裝置，電連接於所述超聲波感測器，用於即時採集所述電壓回應信號，生成監控包絡曲線，並分析所述電壓回應曲線是否偏離監控包絡曲線，當超出監控包絡曲線時，判斷所述衝床異常，並輸出異常信號。
優選地，所述監控包絡曲線包括上包絡線和下包絡線，當所述電壓回應曲線偏離上包絡線時，所述資料獲取裝置輸出第一異常信號，當所述電壓回應曲線偏離下包絡線時，所述資料獲取裝置輸出第二異常信號。
優選地，還包括設備控制器，電連接於所述衝床及所述資料獲取裝置，用於當接收到第一異常信號時，控制所述衝床停止工作，當接收到所述第二異常信號時，發出警報提醒。
優選地，所述資料獲取單元根據電壓回應信號採用AI演算法生成監控包絡曲線。
優選地，所述資料獲取單元還用於：提取所述電壓回應信號的有效信號；對所述有效信號進行去高頻處理，生成去高頻信號；對所述去高頻信號提取時域特徵和頻域特徵；根據所述提取的時域特徵和頻域特徵生成 所述監控包絡曲線。
優選地，所述資料獲取單元還用於：將所述有效信號由時域轉化傅裡葉變換後在頻域內乘以一個隻保留1kHz以下信號的窗，再進行逆傅裡葉變換，轉回時域信號，以生成所述去高頻信號。
相對於現有技術，本發明實施方式提供的超聲波感測器及衝壓異常檢測系統，通過超聲波感測器監測生產設備的長期振動參數，從而預測生產過程中因設備的異常而造成的生產中斷，提高生產品質。
參見圖1所示，圖1為本發明超聲波感測器10一實施方式的結構示意圖。在本實施方式中，超聲波感測器10包括外殼100、蓋片101、銅箔102、壓電晶片103以及線纜104。超聲波感測器10安裝在測試設備上，用於檢測測試設備的振動信號，將振動信號轉換成電壓回應信號。
在本實施方式中，外殼100一端開口，另一端為封閉面。蓋片101與外殼100的開口端吻合，粘接於外殼100的開口端。銅箔102包括上表面和下表面，下表面粘接在外殼100的封閉面的內底面。壓電晶片103包括上表面和下表面，壓電晶片103的下表面粘接在銅箔的上表面，當測試設備振動時，將振動信號轉換成電壓回應信號。在本實施方式中，壓電晶片103為陶瓷晶片。線纜104，正極焊接至壓電晶片103的上表面，負極焊接在銅箔102的上表面，用於連接外部檢測設備，並將所述電壓回應信號傳送至所述外部檢測設備。所述外部檢測設備可以為但不限於示波器，網路分析儀等檢測設備。當所述待測設備持續工作時， 線纜104輸出連續的電壓回應信號曲線。當所述電壓回應曲線偏離監控包絡曲線範圍時，所述測試設備工作異常。
在本實施方式中，外殼100包括凹槽105，凹槽105用於匯出線纜104。
在本發明的其他實施方式中，超聲波感測器10還包括鉛塊（圖未示），設置於壓電晶片103與蓋片101之間，用於放大所述電壓回應信號。
在本實施方式中，測試設備以衝壓設備為例說明。衝壓設備在其工作過程當中所產生的振動信號主要分為以垂直加速度信號為主要成分及衝壓瞬間的聲發信號為主要成分兩種情況。當振動信號為以垂直加速度信號為主要成分時，衝壓設備利用超聲波感測器10對垂直其厚度方向振動信號的電壓來反應衝壓信號，在超聲波感測器10上設置鉛塊使得衝壓時，鉛塊可對超聲波感測器10施加作用力，用以放大超聲波感測器10的電壓回應信號。鉛塊尺寸越大，壓電晶片103的電壓回應信號越大，頻率越高，壓電晶片103的電壓回應信號越大。
當振動信號以衝壓瞬間的聲發信號為主要成分時，鉛塊尺寸越小，壓電晶片103的電壓回應越大。因此，衝壓過程中產生的振動信號以衝壓瞬間的聲發信號為主要成分時，不加鉛塊的情況下為壓電晶片103回應的最優情況。故而，超聲波感測器10在實際應用中，可以根據不同的應用場景選擇加或者不加鉛塊。
參見圖2所示，圖2為本發明衝壓異常檢測系統1一實施方式的模組示意圖。在本實施方式中，衝壓異常檢測系統1包括超聲波感測器10、衝床20、資料獲取裝置30。
在本實施方式中，衝床20包含上下模具，在工作時，上下模具衝擊時產生振動信號。超聲波感測器10固定於衝床10上，用於將衝床20工作時產生的振動信號轉換成電壓回應信號。資料獲取裝置30，電連接於超聲波感測器10，用於即時採集所述電壓回應信號，生成監控包絡曲線，並分析所述電壓回應曲線是否偏離監控包絡曲線，當超出監控包絡曲線時，判斷所述待測產品工作異常，並輸出異常信號。
參見圖3所示，圖3為本發明監控包絡曲線的示意圖。如圖3所示，監控包絡曲線L包括上包絡線L1和下包絡線L2，當電壓回應曲線K在上包絡線L1與下包絡線L2之間時，衝床10正常工作。當所述電壓回應曲線K偏離上包絡線時，資料獲取裝置30輸出第一異常信號，當所述電壓回應曲線偏離下包絡線時，資料獲取裝置30輸出第二異常信號。
在本實施方式中，衝壓廠檢測系統1還包括設備控制器40。設備控制器40電連接於衝床10及資料獲取裝置30，用於當接收到所述第一異常信號時，控制衝床10停止工作；當接收到所述第二異常信號時，發出警報提醒。具體而言，所述電壓回應曲線K偏離下包絡線時，衝壓產品出現瑕疵，有品質問題；所述電壓回應曲線K偏離上包絡線時，表示出現危及衝床或衝床模具的重大故障，設備控制器40控制衝床10停止工作。如圖3所示，電壓回應曲線K偏離上包絡線L1，此時，設備控制器40控制衝床10停止工作。
在本實施方式中，資料獲取裝置30根據電壓回應信號採用AI演算法生成監控包絡曲線。具體地，資料獲取裝置30首先提取所述電壓回應信號的有效信號；接著對所述有效信號進行去高頻處理，生成去高頻信號；進而，對所述去高頻信號提取時域特徵和頻域特徵；最後，根據所述提取的時域特徵和頻域特徵生成 所述監控包絡曲線。具體地，時頻域特徵主要包括：波形的平均值， 標準差， 最大值，最小值，均方差，偏度，峭度，波峰因數，裕度因數，峰值因數，K因數等，取到的資料特徵用PCA-T2模型來計算出是否是屬於異常信號特徵，或採用統計的異常點檢測演算法，對原始資料極差，四分位數間距，均差，標準差等作分析,生成所訴監控包絡曲線，即時檢測出異常信號。在實際應用中，衝壓異常檢測系統1通常包括複數個超聲波感測器10，以實現多角度資料獲取。
參見圖4所示，附圖4為本發明資料獲取裝置30提取電壓回應信號的有效信號的示意圖。以三個超聲波感測器10為例說明。衝床10完成一個衝程電子凸輪對應角度為0~360°，衝壓過程中上下模具合模瞬間對應的電子凸輪角度為167~170°，這時第二個超聲波感測器10中出現衝擊的有效信號，對齊第二個超聲波感測器10所有信號後再加窗提取虛線框內這一部分的有效信號進行去高頻處理。
參見圖5所示，附圖5為本發明資料獲取裝置30對有效信號進行去高頻處理的示意圖。如圖5所示，有效信號有較多的毛刺，即高頻成分，為了更好的顯示結果，將所述有效信號由時域轉化傅裡葉變換後在頻域內乘以一個隻保留1kHz以下信號的窗，再進行逆傅裡葉變換，轉回時域信號，以生成所述去高頻信號。
相對於現有技術，本發明實施方式提供的超聲波感測器及衝壓異常檢測系統，通過超聲波感測器監測生產設備的長期振動參數，從而預測生產過程中因設備的異常而造成的生產中斷，提高生產品質。
本技術領域的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍之內，對以上實施方式所作的適當改變和變化都落在本發明要求保護的範圍之內。
1:衝壓異常檢測系統 10:超聲波感測器 100:外殼 101:蓋片 102:銅箔 103:壓電晶片 104:線纜 105:凹槽 20:衝床 30:資料獲取裝置 40:設備控制器 L:監控包絡曲線 L1:上包絡線 L2:下包絡線 K:電壓回應曲線
圖1為本發明超聲波感測器一實施方式的結構示意圖。 圖2為本發明衝壓異常檢測系統一實施方式的模組示意圖。 圖3為本發明監控包絡曲線的示意圖。 圖4為本發明資料獲取裝置提取電壓回應信號的有效信號的示意圖。 圖5為本發明資料獲取裝置對有效信號進行去高頻處理的示意圖。
無
1:衝壓異常檢測系統
10:超聲波感測器
20:衝床
30:資料獲取裝置
40:設備控制器

Claims (6)

  1. 一種衝壓異常檢測系統，包括： 衝床，工作時產生振動信號； 超聲波感測器，固定於所述衝床上，用於將所述振動信號轉換成電壓回應信號； 資料獲取裝置，電連接於所述超聲波感測器，用於即時採集所述電壓回應信號，生成監控包絡曲線，並分析所述電壓回應曲線是否偏離監控包絡曲線，當超出監控包絡曲線時，判斷所述衝床異常，並輸出異常信號。
  2. 如請求項1所述的衝壓異常檢測系統，其中，所述監控包絡曲線包括上包絡線和下包絡線，當所述電壓回應曲線偏離上包絡線時，所述資料獲取裝置輸出第一異常信號，當所述電壓回應曲線偏離下包絡線時，所述資料獲取裝置輸出第二異常信號。
  3. 如請求項2所述的衝壓異常檢測系統，還包括設備控制器，電連接於所述衝床及所述資料獲取裝置，用於當接收到第一異常信號時，控制所述衝床停止工作，當接收到所述第二異常信號時，發出警報提醒。
  4. 如請求項1所述的衝壓異常檢測系統，其中，所述資料獲取單元根據電壓回應信號採用AI演算法生成監控包絡曲線。
  5. 如請求項4所述的衝壓異常檢測系統，其中，所述資料獲取單元還用於：提取所述電壓回應信號的有效信號；對所述有效信號進行去高頻處理，生成去高頻信號；對所述去高頻信號提取時域特徵和頻域特徵；根據所述提取的時域特徵和頻域特徵生成所述監控包絡曲線。
  6. 如請求項5所述的衝壓異常檢測系統，其中，所述資料獲取單元還用於：將所述有效信號由時域轉化傅裡葉變換後在頻域內乘以一個隻保留1kHz以下信號的窗，再進行逆傅裡葉變換，轉回時域信號，以生成所述去高頻信號。
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