聲發射刀具失效監控儀的製作方法

2023-07-17 14:33:36 2

專利名稱：聲發射刀具失效監控儀的製作方法
聲發射刀具失效監控儀屬於檢測、故障診斷技術領域。用於各類數控工具機及系統和專用工具機在加工過程中對刀具失效的實時監控。
由清華大學研製的AE刀具綜合監視儀，已於1989年申報發明專利，其申請公開號為CN1041721A，名稱為「一種聲發射(AE)刀具綜合監視(控)方法與裝置」。該專利發明的特徵是用聲發射信號的「振鈴記數」、「一次包絡信號幅值的均值」、「一次包絡信號的峰值」、「一次包絡信號的微分峰峰值」、「二次包絡信號的峰值」、「一次包絡信號的峰值記數」、「二次包絡信號波延續時間」等七個參數作為判斷刀具(砂輪)破損的特徵指標。依據該產品的公開資料，它的主要技術參數為刀具破損解析度 0.01mm2(粗加工，典型0.2mm2)響應時間 0.3ms～0.5s報警輸出方式 報警燈、報警蜂鳴器、交聯傳輸接口儀器外形尺寸 450×440×210(長×寬×高)mm儀器淨重 12KgAE車削監視儀售價高達4.5萬元，AE刀具綜合監視儀則更貴。該儀器所用特徵參數多達七個，按其方法製成的聲發射刀具綜合監視儀結構複雜，儀器大而笨重，工作程序龐雜，響應時間長等由其引起的另一個缺點是價格昂貴，給應用推廣造成極大的困難。
本發明是為避免上述現有聲發射刀具監視系統的不足，提出了一種聲發射刀具失效監控儀。它是由傳感器、模擬電路、數字電路、軟體包、開關電源、前後面板、底座、加高板支架、上蓋、輸出接口及報警器等部分組成。儀器工作時，首先將它安放在被監視設備的適當位置，將聲發射傳感器安裝在工具機的合適位置，接通儀器電源，把儀器後面板電源開關置於接通位置，然後將後面板「自檢-監控」的扭子開關置於「自檢」位置，再按前面板的「自檢」鍵。儀器即開始自檢，數碼顯示值將漸增直至報警。則說明系統工作正常。這時將後面板扭子開關搬向、「監控」。其次進行工序設置。按工種要求按「工序設置」鍵，每按一次改變一個工種，數碼首位加「1」直到「5」再回到「1」。再次調整「閾值」。閾值調整按工種分破損和磨損閾值進行調整，分別按「閾值調整Ⅰ」和「閾值調整Ⅱ」鍵，並調整各自的「電位器」及觀察顯示值，直到合適為止。最後按「啟動」鍵，儀器開始運行採樣、比較和處理直至報警。報警時儀器後面板RS-232C接口和主機交換信息，同時前面板數碼顯示器低四位顯示當前磨損值，報警燈亮，蜂鳴器發聲。當報警處理完畢後，按「復位」鍵，儀器又進入初始狀態，並顯示1 8097，如需繼續工作，按「工序設置」和啟動「鍵即可。
本儀器是以當今世界上具有最高性能的單片微型計算機系列MCS-96為核心設計的智能化監控儀。主機晶片的主頻為12MHz，晶片內集成有10位A/D，轉換速度為42μs，配置有容量為16～64K ROM，主機功能極強。
本發明與現有聲發射監控儀相比具有以下優點1.探測監視系統是車、鏜、鑽智能化高精度聲發射刀具失效監控系統。
2.刀具磨、破損解析度為0.01mm2。
3.報警輸出方式多，除設有報警指示燈，報警數字顯示、蜂鳴器報警外，還設有交聯傳輸RS-232C接口，直流24v報警輸出。
4.響應速度快 快速報警響應時間＜0.1ms計算機報警響應時間＜30ms5.儀器體積小 儀器外形尺寸235×205×85(長×寬×高)mm6.儀器重量輕 儀器總重量＜2Kg，為已有儀器重量的六分之一7.系統抗幹擾能力強和儀器操作使用十分方便，安全。
8.結構緊湊合理，易於生產，成本低，便於推廣。
附圖的說明如下

圖1.聲發射刀具失效監控儀示意2.前面板3.後面板4.聲發射刀具失效監控儀原理框圖根據附圖結合實施例詳述如下圖1 由模擬電路(8、29)、數字電路(9、3)、開關電源(77)、前面板(2)、後面板(4)、底座(5)、加高板支架(6)、上蓋(1)、輸出接口及報警器等部分組成。裝配時，首先把開關電源(7)用快壓螺釘(82×6)固定在底座(5)的右邊。其次將模擬電路板(8)用快壓螺釘(16×6)安裝並固定在底座(5)的左邊。再按順序將插頭(F1、F2、F11)分別插入插座(E1、E2、E11)，再將套塑料墊(12×8)後把膠墊(11×4)分別套在四個螺杆(10×4)上插入底座(5)的安裝孔內。再把加高板支架(6)按定位槽裝在底座(5)上。將墊片(21×3)、(19×3)分別裝在引長墊(20×3)的兩邊用螺釘(18×3)固定在數字電路(9)上，把數字電路(9)用螺釘(23×2)通過引長墊(20×2)固定在加高板支架(6)上，用套上絕緣墊圈(22)的螺栓(85)及螺帽(86)固緊在角架(84)上，和用螺帽(14)旋在事先套上小管(87)的螺栓上，將數字電路(9)自然放平擰緊。再按順序把插頭(F3、F4、F5、F6、F7和F8)分別裝入插座(E3、E4、E5、E6、E7和E8)上，並將數字電路板(3)對準兩個方孔位置套在前面板(2)上插入底座(5)的前端槽內，套塑料墊(12×8)於長螺拴(10×4)的上端，並給模擬電路(29)通過螺釘(27)螺帽(83×1)裝上引長片(82)，將該電路板通孔(28)及套管(24×2)用螺栓(81×3)安裝並固定在開關電源(77)開闊部的上方。按順序將插頭(F12、F13)插進插座(E12、E13)上，最後蓋上蓋(1)於加高板支架(6)的槽內，並擰緊長螺釘(10×4)，則聲發射刀具失效監控儀裝成。
圖2 標號碼的器件全部裝在數字電路(3)上，而前面板(2)上則是加工出大小、形狀不同的圓孔和方或長方形孔使有關元器件漏出顯示罷了。現說明如下衰減器按鈕(30、31)衰減-10dB(30)，衰減-20dB(31)閾值調整孔(32、33)破損閾值調整(32)，磨損閾值調整(33)功能顯示燈(34)、工序設置顯示燈(35)、儀器運行指示燈(36)、採集信號指示燈(38)、暫停指示燈(39)。
數碼顯示器(37)，用其顯示工序號、儀器等待用戶命令狀態，破、磨損閾值設置，磨損電壓計算值及磨損報警當前值顯示等。
報警顯示燈(40、41)磨損報警顯示燈(40)、破損報警顯示燈(41)。
儀器人工操作9位小鍵盤(42～50)工序設置鍵(42)，啟動鍵(43)，破損閾值調整顯示鍵(44)，繼續執行鍵(45)，暫停執行鍵(46)，磨損閾值調整顯示鍵(47)，自檢鍵(48)，復位鍵(49)和背景噪聲設置鍵(50)構成。
圖3 由自檢-監控開關(51)，傳感器輸入插座(52)及(54)，通線孔(53)，輸出交聯RS-232C接口插座(55)，直流24v輸出接線柱(56)和(57)，RS-232C接口輸出綠紅指示燈(58×2)，儀器電源開關(59)構成。
圖4 該圖由模擬電路(8、29)，數字電路(9、3)及開關電源(77)三部分組成。模擬電路(8、29)部分由前置放大器(60)，衰減器(76)、選頻放大器(61)、峰值檢波器(62)、比較器(75)，低通濾波器(63)，報警接口電路(71)，RS-232C接口(68)，蜂鳴器(70)、直流24v輸出電路(67)等組成。數字電路(9，3)部分由A/D轉換器(64)，微型計算機主機8097-90晶片(65)，可編程存貯器(72)、存貯器(73)、鍵盤(74)、D/A轉換器(66)，直流24v輸出電路(67)，磨損量計算顯示器(69)和RS-232C接口(68)，蜂鳴器(70)等組成。
開關電源(77)承擔為模擬電路(8、29)及數字電路(9、3)提供所需電源。
權利要求
1.本專利提供一種聲發射刀具失效監控儀。它由聲發射傳感器、模擬電路、數字電路、開關電源、前後面板、多種輸出接口及顯示等部分組成。其特徵在於以MCS-96系列單片微型計算機為核心，用聲發射信號上升斜率及包含最大峰值電壓前若干採樣點的均值電壓作為特徵量，來判斷刀具磨損的程度。對於刀具破損採用少環節的模擬電路處理，只採用峰值檢波後的電壓值作為特徵量來構成。
2.根據權利1所述聲發射刀具失效監控儀的要求，本發明是將由聲發射傳感器拾取並經過預處理後的AE信號，通過模擬電路單元處理刀具破損及數字電路單元處理刀具極度磨損和多種傳輸接口單元及抗幹擾的開關電源系統所組成的聲發射刀具失效監控儀，其特徵是按聲發射信號的斜率、均峰值電壓與經驗建立起來的特徵參數模式識別和識別判斷程序並將其固化在單片微型計算機中的可編程存貯器中的智能化識別判斷的一種自動化多工種刀具監控系統來形成。
全文摘要
本發明涉及一種聲發射刀具失效監控儀，屬於檢測、監控和故障診斷技術領域。是由傳感器、模擬電路、數字電路、軟體包及多種輸出方式等部分組成。儀器是以聲發射技術為基礎，用最快速的單片微型計算機MCS-96為核心，配以足夠的外圍支持器件構成。用其檢測與監控多種刀具在加工過程中的工況。由於本發明構思及選件先進合理，結構緊湊，它具有速度快、可靠性高、抗幹擾能力強、使用安全、體積小、重量輕、成本低等優點。具有社會經濟效益，易於推廣使用。
文檔編號B23Q17/09GK1058164SQ9010943
公開日1992年1月29日 申請日期1990年11月24日 優先權日1990年11月24日
發明者張軻, 馮凱昉, 徐建榮, 崔西寧, 李志俊 申請人:西北工業大學