一种砂轮磨损在线监测方法
【专利摘要】本发明提供了一种砂轮磨损在线监测方法，综合利用差压测量技术和误差分离技术，所构建的通过砂轮工作表面与冷却液喷嘴端面之间的压力变化，使用第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头测量计算得到砂轮的圆度误差，在线测量砂轮磨损量和钝化程度的测量系统，很好的实现对砂轮磨损程度的在线检测，具有良好的测量精度。
【专利说明】
一种砂轮磨损在线监测方法
技术领域
[0001]本发明属于机械加工与工程测试技术领域，特别涉及一种砂轮磨损在线监测方 法。
【背景技术】
[0002]六十年代以来，人们开展了对砂轮磨损、钝化和形貌学(Topography)研究。先后提 出了十多种检测方法，可分为在线动态检测和停机静态检测两类，静态法主要包括:触针 法、印迹法、光截观察法和电镜观察法。在线动态检测方法主要有：测温测力法、划痕复印 法、液压法、气压法、激光检测法、光电检测法、计算机视觉检测法、声发射法。但是，到目前 为止，还没有一种成熟的在线检测方法真正在实际生产中得到推广应用。
【发明内容】
[0003] 本发明设计开发了一种砂轮磨损在线监测方法，克服了现有监测方法由于硬件采 样频率限值造成采样点数量少、结果精度差的缺陷，实现了对砂轮磨损情况的在线监测。
[0004] 本发明提供的技术方案为：
[0005] -种砂轮磨损在线监测方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤一、砂轮表面与第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头断面之间的间 隙变化分别由转换器5、6和7的输出信号S1 (Θ)、S2(Θ)和S3(Θ)给出，其中Θ为砂轮旋转的角 度，g卩θ = cot，ω为砂轮旋转角速度，t旋转时间；第一测量探头为水平安装，第一测量探头 和第二测量探头之间的夹角为α，第二测量探头和第三测量探头之间的夹角为β;
[0007] 步骤二、计算加权信号s(0)
[0008] s(9) =si(9)+as2(9)+bs3(9)
[0009] 其中，a = -sin(a+0)/sin0，b = sina/sin0;
[0010] 步骤三、对连续信号s(9)进行采样，砂轮旋转第1周时，从零点位置开始均匀采样V 个点，并且
[0012] 其中，ns为砂轮转速，tk为采样硬件的转换时间；
[0013] 砂轮旋转第j周时，从零点位置延时（j-1)* At时间后，开始均匀采样V个点，其中
T为砂轮旋转一周的时间，N为总采样点数；
[0014] 通过采样获得s(0)的离散信号s(n)，n = l，2,. . .，N，n为采样点序号；
[0015] 步骤四、对s(n)作离散傅立叶变换和离散傅立叶逆变换，得到砂轮圆度误差时域 上的离散形式h(n)
[0017] 步骤五、获取h(n)的标准差Sh，以及s(n)的平均值^，
[0018] 步骤六、判断砂轮的钝化程度和磨损量，Sh越大，则砂轮越锋利，Sh越小，则砂轮越 钝;s越大，则砂轮的磨损量越大，;s越小，则砂轮的磨损量越小。
[0019] 优选的是，步骤一中，所述第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头分别为三 个压差传感的喷头。
[0020] 优选的是，步骤三中，总采样点数N为2的整数次幂，即N=2q，q为整数。
[0021] 优选的是，砂轮旋转每周的采样点数V为2的整数次幂，即V = 2%r为整数，并且r< q〇
[0022] 优选的是，步骤四中，对R(n)作离散傅立叶变换，得到频域上的H(k)
[0024] 式中，m、p为整数，并且 α/2π=ηι/Ν，β/2：π = ρ/Ν;
[0025] 再对H(k)作离散傅立叶逆变换，即可得到砂轮圆度误差时域上的离散形式h(n)。
[0026] 优选的是，步骤二中，将信号81(0)、82(0)和83(θ)分别输入到增益为l， a，b的三个 运算放大器8、9、10中，并经加法器11得到s (Θ)。
[0027] 本发明的有益效果是:本发明提供了一种砂轮磨损在线监测方法，综合利用差压 测量技术和误差分离技术，所构建的通过砂轮工作表面与冷却液喷嘴端面之间的压力变化 在线测量砂轮磨损量和钝化程度的测量系统，很好的实现对砂轮磨损程度的在线检测，具 有良好的测量精度。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明所述的砂轮磨损在线监测系统的结构示意图。
[0029]图2为本发明所述的加法电路。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0031] 本发明提供了一种砂轮磨损在线监测方法，如图1所示，在砂轮4的回转平面上布 置第一测量探头1、第二测量探头2和第三测量探头3,其中第一测量探头1为水平安装，第一 测量探头1和第二测量探头2之间的夹角为α，第二测量探头2和第三测量探头3之间的夹角 为Κ0点为砂轮4的实际回转中心，第一测量探头1、第二测量探头2和第三测量探头3的中心 线相交于〇点。使用第一测量探头1、第二测量探头2和第三测量探头3能够分别测量出每个 测量探头的前端面与砂轮表面之间的距离。所述第一测量探头1、第二测量探头2和第三测 量探头3分别为第一压差传感器5、第二压差传感器6和第三压差传感器7的测量喷头，利用 差压测量技术，测量出每个测量探头的前端面与砂轮表面之间的距离。如图1所示，第一压 差传感器5、第二压差传感器6和第三压差传感器7分别与第一运算放大器8、第二运算放大 器9和第三运算放大器10连接，经第一压差传感器5、第二压差传感器6和第三压差传感器7 采集的信号分别经过第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10进行信号的 放大。所述第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10分别与加法器11连接， 在加法器11中对第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10的输出信号的进 行相加。所述加法器11与A/D采集卡12连接，计算机13通过A/D采集卡12对加法器11的输出 的模拟信号转换为数字信号，并进行处理。基准信号采集器14用于采集砂轮旋转的基准脉 冲信号，即砂轮每旋转一周输出一个脉冲信号。基准信号采集器14将采集的脉冲信号输入 到整形器15中进行整形，然后输入到C/T采集器16中，获取砂轮旋转的周期，最后再将信号 输入到计算机13中。同时，基准脉冲信号也作为计算机采样时的基准点。
[0032] 本发明提供的砂轮磨损在线监测方法的具体步骤如下：
[0033] 步骤一、实时采集砂轮表面与第一测量探头、第二测量探头和第三测量探头断面 之间的间隙变化分别由转换器5、6和7的输出信号si (Θ)、S2(Θ)和S3(Θ)给出，其中Θ为砂轮旋 转的角度，即θ= c〇t，ω为砂轮旋转角速度，t旋转时间；
[0034] 步骤二、将S1 (Θ)、S2 (Θ)和S3 (Θ)输入到第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三 运算放大器10,并且第一运算放大器8、第二运算放大器9和第三运算放大器10的增益分别 为l、a、b，然后输入到加法器11中，如图2所示，得到加权信号s(0)
[0035] s(9) =si(9)+as2(9)+bs3(9)
[0036] =h(0)+ah(0+a)+bh(0+a+P)
[0037] 其中，a = -sin(a+0)/sinP，b = sina/sinP，h(9)为圆度误差。
[0038] 步骤三、对加权信号s(0)进行均匀采样，采样点数N应大于等于圆度误差的最高阶 谐波次数nc的二倍，即N彡2nc，且还需满足N=2q，q为整数。实际采样间隔时间为
J为 砂轮旋转一周的时间。由于砂轮速旋转ns很高，一般采样点又N很大，因此△ t很小，有时硬 件的最高采样频率不能满足要求。
[0039 ]本发明提供的分批采样方法能够解决上述问题，即
[0040] (1)从砂轮主轴基准脉冲信号开始，砂轮旋转第1周均匀采样点数V满足
[0042] ns为砂轮转速，tk为A/D采集卡的转换时间。并且满足7 = 为整数，r〈q。
[0043] (2)砂轮旋转第j周时，均匀采样点数V不变，但采样从砂轮主轴基准脉冲信号延时 (j_l)*At，j = 2,3，"，2q-r〇
[0044] (3)当完成20次采样，将每次采样点数V，按j由小到大进行排序，得到砂轮旋转一 周的序列s(n)，n = l，2,. . .，N，n为采样点序号。
[0045] 步骤四、对s(n)(n=l，2，.. .，N)作离散傅立叶变换(DFT)，得到频域上的H(k)，k = 1,2,...,Ν
[0047] 式中，m、p为整数，并且 α/2π=ηι/Ν，β/2：π = ρ/Ν。
[0048] 再对H(k)作离散傅立叶逆变换（IDFT)，即可得到砂轮圆度误差时域上的离散形式 h(n)
[0050] 步骤五、取h(n)的标准差Sh
[0053] 通过对砂轮一周的s(n)取平均，得到
[0055] 步骤六、根据砂轮的圆度误差h(n)的标准差Sh的大小，得到砂轮的钝化程度，Sh越 大，贝砂轮越锋利，Sh越小，则砂轮越钝，当Sh小到一定程度时，需要对砂轮进行修复。
[0056] 根据;s的大小，可到砂轮的磨损量的大小，:y越大，则砂轮的磨损量越大，;y越小，则 砂轮的磨损量越小。
[0057]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【主权项】
1. 一种砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、砂轮表面与第一测量探头、第二测量探头和第Ξ测量探头端面之间的间隙变 化分别由Ξ个转换器的输出信号S1(0)、S2(0)和S3(0)给出，其中Θ为砂轮旋转的角度，即θ = ω t，ω为砂轮旋转角速度，t旋转时间；第一测量探头为水平安装，第一测量探头和第二测 量探头之间的夹角为α，第二测量探头和第Ξ测量探头之间的夹角为β; 步骤二、计算加权信号s(0) S(白）=si(目）+as2(目）+bs3(白） 其中，a = _sin (曰+0)/sin0，b = sin 曰/sinP; 步骤Ξ、对连续信号s(0)进行采样，砂轮旋转第1周时，从零点位置开始均匀采样V个 点，并且 V< - "A- 其中，ns为砂轮转速，tk为采样硬件的转换时间； 砂轮旋转第j周时，从零点位置延时（j-1)* At时间后，开始均匀采样V个点，其中T为砂轮旋转一周的时间，N为总采样点数； 通过采样获得s(0)的离散信号s(n)，n=l，2,…，N，n为采样点序号； 步骤四、对s(n)作离散傅立叶变换和离散傅立叶逆变换，得到砂轮圆度误差时域上的 离散形式Μη)步骤五、获取h(n)的标准差Sh，W及s(n)的平均值三； 步骤六、判断砂轮的纯化程度和磨损量，乱越大，则砂轮越锋利，乱越小，则砂轮越纯;之 越大，则砂轮的磨损量越大，?越小，则砂轮的磨损量越小。2. 根据权利要求1所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤一中，所述第一测 量探头、第二测量探头和第Ξ测量探头分别为Ξ个压差传感的喷头。3. 根据权利要求1或2所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤Ξ中，总采样点 数Ν为2的整数次幕，即Ν=29，q为整数。4. 根据权利要求3所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，砂轮旋转每周的采样点 数V为2的整数次幕，即V = 2T，r为整数，并且r<q。5. 根据权利要求1所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤四中，对s(n)作离 散傅立叶变换，得到频域上的mk)式中，m、p为整数，并且α/23τ=πι/Ν，β/23τ = ρ/Ν; 再对Η化)作离散傅立叶逆变换，即可得到砂轮圆度误差时域上的离散形式h(n)。6. 根据权利要求5所述的砂轮磨损在线监测方法，其特征在于，步骤二中，将信号si(0)、 S2(0)、S3(0)分别输入到增益为l，a，b的Ξ个运算放大器中，并经加法器得到s(0)。
【文档编号】B24B49/16GK106078508SQ201610485560
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】母德强, 关英俊, 张发奎, 谢新旺, 崔博, 刘夏, 王立威, 苍鹏
【申请人】长春工业大学