专利名称：外圆磨削过程多参数实时监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对外圆磨床在磨削时的砂轮进给位移、磨床主电机功率、砂 轮振动量和磨削区声发射进行多参数实时监测的装置。
背景技术：
外圆磨削作为轴类零件精加工的关键工序，对保证其加工质量起着至关重要的作 用，因而倍受人们的关注。先进的数控外圆磨床大大减少了操作者的干预程度，因而避免了 许多的人因误差，稳定了加工质量。然而，由于磨削过程的质量影响极其复杂，不可避免地会受到待磨削工件质量、砂 轮与工装磨损、热变形、电磁干扰及磨床动态特性变异等诸多因素的影响，难以始终保持加 工的稳定性或质量的一致性。因而，对磨削过程状态参数的监测研究，已成为人们关注的焦 点，提出一些解决方案。现有技术提出了磨床进给位移与主电机功率的监测方案；另有针对 磨削砂轮的振动、声发射等信号的监测方案，这些方案都在一定程度上解决了磨削过程的 状态监测问题，但也都存在着一些局限性。如前者更多的是着眼于运动状态的监测，后者主 要着眼于动态信息的监测，另外后者仅仅通过对振动、声发射的监测来判断磨削时砂轮的 状态。而对磨削过程来说，需要多尺度、多参数、更全面的集成状态监测，这是一个值得研究 的问题。然而，目前市场上尚缺乏能够有效解决这一问题的装置或辅助系统，这正是提出本 项实用新型的重要背景。
发明内容本实用新型目的在于提供一种能够对外圆磨床在磨削时的砂轮进给位移、磨床主 电机功率、砂轮振动量和磨削区声发射进行实时监测的装置。为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案该外圆磨削过程多参数实时监 测装置主要包括信号采集装置、滤波与放大器、配线端子板、数据采集卡和信号分析与显示 装置；所述信号采集装置包括功率传感器、位移传感器、加速度传感器和声发射传感器；所 述滤波与放大器包括采集板、恒流适配器、前置放大器和前放供电分离信号器；所述功率 传感器与配线端子板连接；所述位移传感器和采集板连接；所述加速度传感器和恒流适配 器连接；所述声发射传感器和前置放大器连接；所述前置放大器和前放供电分离信号器连 接；所述采集板、恒流适配器、前放供电分离信号器分别与配线端子板连接；所述配线端子 板与数据采集卡连接；所述数据采集卡与信号分析与显示装置连接。与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是本实用新型装置的传感器分别 采用线性位移差动变压器LVDT、互感器电流检测装置、ICP型压电式加速度传感器、声发射 传感器，砂轮进给量、磨床主电机功率、砂轮振动量、磨削区声发射信号传感器模拟信号经 过调理放大处理后，经过配线端子板输入数据采集卡，数据采集卡经过模/数转换，将转换 后的数字信号存储至计算机中。数据采集卡与PC机通过PCI接口可保持高速通信。本实 用新型通过对磨削过程中的砂轮进给量、磨床主电机功率、砂轮振动量、磨削区声发射信号分别进行实时采集、存储，扩大了磨削过程状态参数的监测范围，实现其运动状态与动力学 状态的集成监测，以提高其质量监测、判断的可靠性和准确性，减少产品质量缺陷数量与返 工率，降低产品的检验成本，提高产品的合格率和生产效率。
图1是本实用新型的总体结构框图；图2是砂轮进给位移模拟量采集板21的结构框图；图3是恒流源适配器22的内部结构框图；图4是配线端子板3的引脚定义图；图中1、信号采集装置，2、滤波与放大器，3、配线端子板，4、数据采集卡，5、信号分 析与显示装置，11、功率传感器，12、位移传感器，13、加速度传感器，14、声发射传感器，21、 采集板，22、恒流适配器，23、前置放大器，24、前放供电分离信号器，3、配线端子板，4、数据 采集卡，51、信号分析装置，52、显示装置，221、ICP(内置集成电路的压电传感器)型加速度 传感器，222、恒流源，223、指示灯，224、高通滤波器，225、放大器，226、低通滤波器，227、放 大器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型外圆磨削过程多参数实时监测装置的结构主要包括以下 部分1)信号采集装置1 包括四组传感器，分别为位移传感器12，用于测量磨头径向进给位移的砂轮进给位移传感器，可采用中原 量仪生产的LVDT型差动变压式位移传感器DG09。该差动变压式位移传感器的测量范围 为士5_，总行程11_，前行程5. 1 5. 3_，线性误差士0.5%，重复性误差0. 2μπι，测力 0. 7 0. 9Ν。位移传感器的输出端接入滤波与放大器2中的采集板21。功率传感器11为用于测量磨床主电机功率的主电机功率传感器，可采用绵阳维 博电子的WBP312P71型三相有功功率隔离传感器，将功率传感器11接触磨床主轴电机电 网，功率传感器11可将其变换为标准的直流电压输出(VZ)。该功率传感器11的精度等级为 0. 5，输出标称值为0 5V，负载能力5mA，静态电流彡35mA,电压输入100V 500V，50Hz。 功率传感器11的输出端接入配线端子板3。加速度传感器13，用于测量磨床在磨削过程中产生的振动，可采用扬州科动电子 有限责任公司生产的ICP型压电式加速度传感器KD1005L，该传感器的电压灵敏度50mV，安 装谐振频率28KHz，使用频率范围0. 5 8KHz，最大横向灵敏度比小于5，最大量程100g，分 辨率0.0006g，外形尺寸Φ 15X33。加速度传感器13的输出信号经过恒流适配器(由恒流 源、发光二极管指示灯、高通滤波器、放大器、低通滤波器组成)滤波、放大后，输出至配线 端子板3。声发射传感器14，用于测量磨削区产生的应力波，可采用北京声华兴业科技有限 公司生产的SR150C型声发射传感器。该传感器的尺寸为Φ19Χ19.5，重量28g，外壳材 料为不锈钢，接受面为陶瓷，接口位置在上端面，信号频率范围为60 400KHz，谐振频率 150KHz，灵敏度大于-65dB。声发射信号依次经过滤波与放大器中的前置放大器23、前放供电分离信号器24处理后，输出至配线端子板3。2)滤波与放大器2 包括采集板21 用于对进给量模拟信号进行滤波、放大处理。采集板21包括由电容C3、电容C4、电阻R9、RIO、Rll构成的调零电路接仪表放大器INA114芯片的IN+端和IN-端； 由电容C7、C8构成的电源滤波电路和由电容C5、C6构成的电源滤波电路分别接在INAl 14 芯片的正负端；由电阻R12、R13、R14构成的放大倍数电路接在INAl 14芯片的RAl端和RA2 端；由电容C9、电阻R15构成的滤波电路一端与INA114芯片的VREF端和VO端；采集板21 的输入端连接位移传感器12，输出端连接配线端子板3。恒流适配器22 用于对砂轮振动量模拟信号进行电荷放大处理。可采用扬州科动 电子有限责任公司生产的KD5202型恒流源适配器，如图3所示，该恒流源适配器由恒流源 222、发光二极管指示灯223、高通滤波器224、放大器225、227、低通滤波器226组成。恒流 适配器22包含1路输入通道，在盒体顶端左侧，采用BNC接口形式；输出通道位于盒体顶端 右侧，同样采用BNC接口 ；增益分别为Xl与XlO ；盒体面板左侧为欠压指示灯，右侧为电 源指示灯；恒流适配器22的输出端连接配线端子板3。前置放大器23和前放供电分离信号器24 用于对磨削区声发射信号进行滤波和 放大处理，可采用与北京声华兴业科技有限公司生产的SR150C型声发射传感器配套的PA I型宽带前置放大器。该宽带前置放大器的带宽为IOKHz 2MHz，增益40dB士 ldB，动态范 围大于74dB，不失真输出Vpp大于13V，最大输出Vpp大于20V，最大输入Vpp大于200mV，输入 阻抗大于50M Ω，输出阻抗50 Ω，输入方式为单端输入，供电要求28V直流100mA，静态电流 20 25mA，发射脉冲输出幅度-24V，发射脉冲触发-24V，几何尺寸116 X 36 X 30mm，外壳材 料为铸铝，接口类型为BNC。前置放大器23包含输入与输出端口，输入端口连接声发射传感 器14，输出端口连接前放供电分离信号器24，前放供电分离信号器24的输出端接入配线端 子板3。3)配线端子板3 用于将处理后的包含功率传感器11、位移传感器12、加速度传感 器13和声发射传感器14在内的四组传感器信号输入至数据采集卡4中，配线端子板3采 用与数据采集卡4配套的板卡，该配线端子板3的型号可为DIN-68S/1M。端子板各针脚定 义如图4所示，配线端子板3包括一组输入端口与输出端口。采集板21的输出端接入CONl 上的CHO+与CHO-；磨床主电机功率量模拟信号输出端接入CONl上的CHl+与CHl-；振动量 模拟信号经恒流适配器22处理后接入CONl上的CH2+与CH2-；磨削区声发射信号分别经 过前置放大器23、前放供电分离信号器24处理后接入CONl上的CH3+与CH3-。配线端子 板3通过高密度DB68针-高密度并行68针电缆经由C0N3上的工业标准外部68针SCSI 接口输出，接入数据采集卡4。4)数据采集卡4 用于采集功率传感器11、位移传感器12、加速度传感器13和声 发射传感器14这四组传感器信号，并对四组模拟信号进行模/数转换，将数据存储至计算 机。数据采集卡4可采用凌华科技生产的同步采样多功能数据采集卡，型号为DAQ-2010，可 以同步采集4个差分输入的AI通道，差分输入的应用可以获得最大的噪声抑制。具有波形 发生功能的2通道的12位模拟输出，可以与模拟输入功能同时使用。如果需要更多的模拟 输入或输出通道，可以通过SSI (系统同步接口)总线进行多卡同步。数据采集卡4可采用 32位3. 3V/5. OV PCI总线，4通道差分输入，14位A/D,同步采样率最大2MS/s/CH，每通道可单独程控，板载8K FIFO,可编程的增益1/2/4/8，传输方式为轮询，Scatter/gather DMA, 输入方式双极时为 0-10V/0-5V/0-2. 5V/0-1. 25V，单极时为 士 IOV/士 5V/士 2. 5V/士 1. 25V, 2路12位电压输出，24位8255可编程输入或输出，2通道定时/记数器，电源为5V/1. 82A。 数据采集卡4以标准PCI接口形式与信号分析与显示装置5连接。 5)信号分析与显示装置5 包括信号分析装置51与显示装置52。信号分析装置 51对数据采集卡4输入的数字信号进行存储，并将波形输出至显示装置52上。本实用新型 可使用计算机作为信号分析与显示装置5。
权利要求一种外圆磨削过程多参数实时监测装置，其特征在于包括信号采集装置(1)、滤波与放大器(2)、配线端子板(3)、数据采集卡(4)和信号分析与显示装置(5)；所述信号采集装置(1)包括功率传感器(11)、位移传感器(12)、加速度传感器(13)和声发射传感器(14)；所述滤波与放大器(2)包括采集板(21)、恒流适配器(22)、前置放大器(23)和前放供电分离信号器(24)；所述功率传感器(11)与配线端子板(3)连接；所述位移传感器(12)和采集板(21)连接；所述加速度传感器(13)和恒流适配器(22)连接；所述声发射传感器(14)和前置放大器(23)连接；所述前置放大器(23)和前放供电分离信号器(24)连接；所述采集板(21)、恒流适配器(22)、前放供电分离信号器(24)分别与配线端子板(3)连接；所述配线端子板(3)与数据采集卡(4)连接；所述数据采集卡(4)与信号分析与显示装置(5)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种外圆磨削过程多参数实时监测装置，其信号采集装置包括功率传感器、位移传感器、加速度传感器和声发射传感器；滤波与放大器包括采集板、恒流适配器、前置放大器和前放供电分离信号器；功率传感器与配线端子板连接；位移传感器和采集板连接；加速度传感器和恒流适配器连接；声发射传感器和前置放大器连接；前置放大器和前放供电分离信号器连接；采集板、恒流适配器、前放供电分离信号器分别与配线端子板连接；配线端子板与数据采集卡连接；数据采集卡和信号分析与显示装置连接。本实用新型可实时监测磨削过程中的砂轮进给位移、主电机功率、磨头振动和磨削区声发射信号，并将这些信号的波形输出至显示装置上。
文档编号B24B49/10GK201573116SQ200920197420
公开日2010年9月8日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者余忠华, 杨振生, 汪虹, 郑乾 申请人:宁波摩士集团股份有限公司;浙江大学