專利名稱：外圓磨削過程多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)外圓磨床在磨削時(shí)的砂輪進(jìn)給位移、磨床主電機(jī)功率、砂 輪振動(dòng)量和磨削區(qū)聲發(fā)射進(jìn)行多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
外圓磨削作為軸類零件精加工的關(guān)鍵工序，對(duì)保證其加工質(zhì)量起著至關(guān)重要的作 用，因而倍受人們的關(guān)注。先進(jìn)的數(shù)控外圓磨床大大減少了操作者的干預(yù)程度，因而避免了 許多的人因誤差，穩(wěn)定了加工質(zhì)量。然而，由于磨削過程的質(zhì)量影響極其復(fù)雜，不可避免地會(huì)受到待磨削工件質(zhì)量、砂 輪與工裝磨損、熱變形、電磁干擾及磨床動(dòng)態(tài)特性變異等諸多因素的影響，難以始終保持加 工的穩(wěn)定性或質(zhì)量的一致性。因而，對(duì)磨削過程狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)研究，已成為人們關(guān)注的焦 點(diǎn)，提出一些解決方案?，F(xiàn)有技術(shù)提出了磨床進(jìn)給位移與主電機(jī)功率的監(jiān)測(cè)方案；另有針對(duì) 磨削砂輪的振動(dòng)、聲發(fā)射等信號(hào)的監(jiān)測(cè)方案，這些方案都在一定程度上解決了磨削過程的 狀態(tài)監(jiān)測(cè)問題，但也都存在著一些局限性。如前者更多的是著眼于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，后者主 要著眼于動(dòng)態(tài)信息的監(jiān)測(cè)，另外后者僅僅通過對(duì)振動(dòng)、聲發(fā)射的監(jiān)測(cè)來判斷磨削時(shí)砂輪的 狀態(tài)。而對(duì)磨削過程來說，需要多尺度、多參數(shù)、更全面的集成狀態(tài)監(jiān)測(cè)，這是一個(gè)值得研究 的問題。然而，目前市場(chǎng)上尚缺乏能夠有效解決這一問題的裝置或輔助系統(tǒng)，這正是提出本 項(xiàng)實(shí)用新型的重要背景。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種能夠?qū)ν鈭A磨床在磨削時(shí)的砂輪進(jìn)給位移、磨床主 電機(jī)功率、砂輪振動(dòng)量和磨削區(qū)聲發(fā)射進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案該外圓磨削過程多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)裝置主要包括信號(hào)采集裝置、濾波與放大器、配線端子板、數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)分析與顯示 裝置；所述信號(hào)采集裝置包括功率傳感器、位移傳感器、加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器；所 述濾波與放大器包括采集板、恒流適配器、前置放大器和前放供電分離信號(hào)器；所述功率 傳感器與配線端子板連接；所述位移傳感器和采集板連接；所述加速度傳感器和恒流適配 器連接；所述聲發(fā)射傳感器和前置放大器連接；所述前置放大器和前放供電分離信號(hào)器連 接；所述采集板、恒流適配器、前放供電分離信號(hào)器分別與配線端子板連接；所述配線端子 板與數(shù)據(jù)采集卡連接；所述數(shù)據(jù)采集卡與信號(hào)分析與顯示裝置連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果是本實(shí)用新型裝置的傳感器分別 采用線性位移差動(dòng)變壓器LVDT、互感器電流檢測(cè)裝置、ICP型壓電式加速度傳感器、聲發(fā)射 傳感器，砂輪進(jìn)給量、磨床主電機(jī)功率、砂輪振動(dòng)量、磨削區(qū)聲發(fā)射信號(hào)傳感器模擬信號(hào)經(jīng) 過調(diào)理放大處理后，經(jīng)過配線端子板輸入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換 后的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)采集卡與PC機(jī)通過PCI接口可保持高速通信。本實(shí) 用新型通過對(duì)磨削過程中的砂輪進(jìn)給量、磨床主電機(jī)功率、砂輪振動(dòng)量、磨削區(qū)聲發(fā)射信號(hào)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)，擴(kuò)大了磨削過程狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)范圍，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與動(dòng)力學(xué) 狀態(tài)的集成監(jiān)測(cè)，以提高其質(zhì)量監(jiān)測(cè)、判斷的可靠性和準(zhǔn)確性，減少產(chǎn)品質(zhì)量缺陷數(shù)量與返 工率，降低產(chǎn)品的檢驗(yàn)成本，提高產(chǎn)品的合格率和生產(chǎn)效率。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是砂輪進(jìn)給位移模擬量采集板21的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是恒流源適配器22的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；圖4是配線端子板3的引腳定義圖；圖中1、信號(hào)采集裝置，2、濾波與放大器，3、配線端子板，4、數(shù)據(jù)采集卡，5、信號(hào)分 析與顯示裝置，11、功率傳感器，12、位移傳感器，13、加速度傳感器，14、聲發(fā)射傳感器，21、 采集板，22、恒流適配器，23、前置放大器，24、前放供電分離信號(hào)器，3、配線端子板，4、數(shù)據(jù) 采集卡，51、信號(hào)分析裝置，52、顯示裝置，221、ICP(內(nèi)置集成電路的壓電傳感器)型加速度 傳感器，222、恒流源，223、指示燈，224、高通濾波器，225、放大器，226、低通濾波器，227、放 大器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型外圓磨削過程多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)主要包括以下 部分1)信號(hào)采集裝置1 包括四組傳感器，分別為位移傳感器12，用于測(cè)量磨頭徑向進(jìn)給位移的砂輪進(jìn)給位移傳感器，可采用中原 量?jī)x生產(chǎn)的LVDT型差動(dòng)變壓式位移傳感器DG09。該差動(dòng)變壓式位移傳感器的測(cè)量范圍 為士5_，總行程11_，前行程5. 1 5. 3_，線性誤差士0.5%，重復(fù)性誤差0. 2μπι，測(cè)力 0. 7 0. 9Ν。位移傳感器的輸出端接入濾波與放大器2中的采集板21。功率傳感器11為用于測(cè)量磨床主電機(jī)功率的主電機(jī)功率傳感器，可采用綿陽維 博電子的WBP312P71型三相有功功率隔離傳感器，將功率傳感器11接觸磨床主軸電機(jī)電 網(wǎng)，功率傳感器11可將其變換為標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓輸出(VZ)。該功率傳感器11的精度等級(jí)為 0. 5，輸出標(biāo)稱值為0 5V，負(fù)載能力5mA，靜態(tài)電流彡35mA,電壓輸入100V 500V，50Hz。 功率傳感器11的輸出端接入配線端子板3。加速度傳感器13，用于測(cè)量磨床在磨削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)，可采用揚(yáng)州科動(dòng)電子 有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ICP型壓電式加速度傳感器KD1005L，該傳感器的電壓靈敏度50mV，安 裝諧振頻率28KHz，使用頻率范圍0. 5 8KHz，最大橫向靈敏度比小于5，最大量程100g，分 辨率0.0006g，外形尺寸Φ 15X33。加速度傳感器13的輸出信號(hào)經(jīng)過恒流適配器(由恒流 源、發(fā)光二極管指示燈、高通濾波器、放大器、低通濾波器組成)濾波、放大后，輸出至配線 端子板3。聲發(fā)射傳感器14，用于測(cè)量磨削區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力波，可采用北京聲華興業(yè)科技有限 公司生產(chǎn)的SR150C型聲發(fā)射傳感器。該傳感器的尺寸為Φ19Χ19.5，重量28g，外殼材 料為不銹鋼，接受面為陶瓷，接口位置在上端面，信號(hào)頻率范圍為60 400KHz，諧振頻率 150KHz，靈敏度大于-65dB。聲發(fā)射信號(hào)依次經(jīng)過濾波與放大器中的前置放大器23、前放供電分離信號(hào)器24處理后，輸出至配線端子板3。2)濾波與放大器2 包括采集板21 用于對(duì)進(jìn)給量模擬信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理。采集板21包括由電容C3、電容C4、電阻R9、RIO、Rll構(gòu)成的調(diào)零電路接儀表放大器INA114芯片的IN+端和IN-端； 由電容C7、C8構(gòu)成的電源濾波電路和由電容C5、C6構(gòu)成的電源濾波電路分別接在INAl 14 芯片的正負(fù)端；由電阻R12、R13、R14構(gòu)成的放大倍數(shù)電路接在INAl 14芯片的RAl端和RA2 端；由電容C9、電阻R15構(gòu)成的濾波電路一端與INA114芯片的VREF端和VO端；采集板21 的輸入端連接位移傳感器12，輸出端連接配線端子板3。恒流適配器22 用于對(duì)砂輪振動(dòng)量模擬信號(hào)進(jìn)行電荷放大處理。可采用揚(yáng)州科動(dòng) 電子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的KD5202型恒流源適配器，如圖3所示，該恒流源適配器由恒流源 222、發(fā)光二極管指示燈223、高通濾波器224、放大器225、227、低通濾波器226組成。恒流 適配器22包含1路輸入通道，在盒體頂端左側(cè)，采用BNC接口形式；輸出通道位于盒體頂端 右側(cè)，同樣采用BNC接口 ；增益分別為Xl與XlO ；盒體面板左側(cè)為欠壓指示燈，右側(cè)為電 源指示燈；恒流適配器22的輸出端連接配線端子板3。前置放大器23和前放供電分離信號(hào)器24 用于對(duì)磨削區(qū)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行濾波和 放大處理，可采用與北京聲華興業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的SR150C型聲發(fā)射傳感器配套的PA I型寬帶前置放大器。該寬帶前置放大器的帶寬為IOKHz 2MHz，增益40dB士 ldB，動(dòng)態(tài)范 圍大于74dB，不失真輸出Vpp大于13V，最大輸出Vpp大于20V，最大輸入Vpp大于200mV，輸入 阻抗大于50M Ω，輸出阻抗50 Ω，輸入方式為單端輸入，供電要求28V直流100mA，靜態(tài)電流 20 25mA，發(fā)射脈沖輸出幅度-24V，發(fā)射脈沖觸發(fā)-24V，幾何尺寸116 X 36 X 30mm，外殼材 料為鑄鋁，接口類型為BNC。前置放大器23包含輸入與輸出端口，輸入端口連接聲發(fā)射傳感 器14，輸出端口連接前放供電分離信號(hào)器24，前放供電分離信號(hào)器24的輸出端接入配線端 子板3。3)配線端子板3 用于將處理后的包含功率傳感器11、位移傳感器12、加速度傳感 器13和聲發(fā)射傳感器14在內(nèi)的四組傳感器信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)采集卡4中，配線端子板3采 用與數(shù)據(jù)采集卡4配套的板卡，該配線端子板3的型號(hào)可為DIN-68S/1M。端子板各針腳定 義如圖4所示，配線端子板3包括一組輸入端口與輸出端口。采集板21的輸出端接入CONl 上的CHO+與CHO-；磨床主電機(jī)功率量模擬信號(hào)輸出端接入CONl上的CHl+與CHl-；振動(dòng)量 模擬信號(hào)經(jīng)恒流適配器22處理后接入CONl上的CH2+與CH2-；磨削區(qū)聲發(fā)射信號(hào)分別經(jīng) 過前置放大器23、前放供電分離信號(hào)器24處理后接入CONl上的CH3+與CH3-。配線端子 板3通過高密度DB68針-高密度并行68針電纜經(jīng)由C0N3上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外部68針SCSI 接口輸出，接入數(shù)據(jù)采集卡4。4)數(shù)據(jù)采集卡4 用于采集功率傳感器11、位移傳感器12、加速度傳感器13和聲 發(fā)射傳感器14這四組傳感器信號(hào)，并對(duì)四組模擬信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至計(jì)算 機(jī)。數(shù)據(jù)采集卡4可采用凌華科技生產(chǎn)的同步采樣多功能數(shù)據(jù)采集卡，型號(hào)為DAQ-2010，可 以同步采集4個(gè)差分輸入的AI通道，差分輸入的應(yīng)用可以獲得最大的噪聲抑制。具有波形 發(fā)生功能的2通道的12位模擬輸出，可以與模擬輸入功能同時(shí)使用。如果需要更多的模擬 輸入或輸出通道，可以通過SSI (系統(tǒng)同步接口)總線進(jìn)行多卡同步。數(shù)據(jù)采集卡4可采用 32位3. 3V/5. OV PCI總線，4通道差分輸入，14位A/D,同步采樣率最大2MS/s/CH，每通道可單獨(dú)程控，板載8K FIFO,可編程的增益1/2/4/8，傳輸方式為輪詢，Scatter/gather DMA, 輸入方式雙極時(shí)為 0-10V/0-5V/0-2. 5V/0-1. 25V，單極時(shí)為 士 IOV/士 5V/士 2. 5V/士 1. 25V, 2路12位電壓輸出，24位8255可編程輸入或輸出，2通道定時(shí)/記數(shù)器，電源為5V/1. 82A。 數(shù)據(jù)采集卡4以標(biāo)準(zhǔn)PCI接口形式與信號(hào)分析與顯示裝置5連接。 5)信號(hào)分析與顯示裝置5 包括信號(hào)分析裝置51與顯示裝置52。信號(hào)分析裝置 51對(duì)數(shù)據(jù)采集卡4輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將波形輸出至顯示裝置52上。本實(shí)用新型 可使用計(jì)算機(jī)作為信號(hào)分析與顯示裝置5。
權(quán)利要求一種外圓磨削過程多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括信號(hào)采集裝置(1)、濾波與放大器(2)、配線端子板(3)、數(shù)據(jù)采集卡(4)和信號(hào)分析與顯示裝置(5)；所述信號(hào)采集裝置(1)包括功率傳感器(11)、位移傳感器(12)、加速度傳感器(13)和聲發(fā)射傳感器(14)；所述濾波與放大器(2)包括采集板(21)、恒流適配器(22)、前置放大器(23)和前放供電分離信號(hào)器(24)；所述功率傳感器(11)與配線端子板(3)連接；所述位移傳感器(12)和采集板(21)連接；所述加速度傳感器(13)和恒流適配器(22)連接；所述聲發(fā)射傳感器(14)和前置放大器(23)連接；所述前置放大器(23)和前放供電分離信號(hào)器(24)連接；所述采集板(21)、恒流適配器(22)、前放供電分離信號(hào)器(24)分別與配線端子板(3)連接；所述配線端子板(3)與數(shù)據(jù)采集卡(4)連接；所述數(shù)據(jù)采集卡(4)與信號(hào)分析與顯示裝置(5)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種外圓磨削過程多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其信號(hào)采集裝置包括功率傳感器、位移傳感器、加速度傳感器和聲發(fā)射傳感器；濾波與放大器包括采集板、恒流適配器、前置放大器和前放供電分離信號(hào)器；功率傳感器與配線端子板連接；位移傳感器和采集板連接；加速度傳感器和恒流適配器連接；聲發(fā)射傳感器和前置放大器連接；前置放大器和前放供電分離信號(hào)器連接；采集板、恒流適配器、前放供電分離信號(hào)器分別與配線端子板連接；配線端子板與數(shù)據(jù)采集卡連接；數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)分析與顯示裝置連接。本實(shí)用新型可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磨削過程中的砂輪進(jìn)給位移、主電機(jī)功率、磨頭振動(dòng)和磨削區(qū)聲發(fā)射信號(hào)，并將這些信號(hào)的波形輸出至顯示裝置上。
文檔編號(hào)B24B49/10GK201573116SQ200920197420
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者余忠華, 楊振生, 汪虹, 鄭乾 申請(qǐng)人:寧波摩士集團(tuán)股份有限公司;浙江大學(xué)