本发明涉及一种自动检测装置，特别涉及一种电主轴性能自动检测装置。
背景技术：
电主轴是数控机床的关键功能部件，其可靠性及其综合性能对数控机床的可靠性及其综合性能有着很大的影响，电主轴的故障也会严重影响生产加工进程和生产效率。因此对电主轴的性能检测、性能信号采集、故障检测、故障诊断、故障预警的研究无论对数控机床制造企业还是机床用户企业都显得尤为重要。然而目前针对于数控机床电主轴的性能及故障数据不够全面，检测指标简单、电主轴性能变化趋势的相关数据不够全面。此外，目前针对机床主轴性能参数的检测主要依靠现场技术人员的评价检测和一些静态单一性能的人工检测,这大大降低了检测效率,增加了检测与生产成本。如果电主轴在高速运转情况下出现故障，对现场实验人员来说具有一定的危险性。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有电主轴检测技术中存在的检测信号不全面、自动化水平低以及检测方式操作复杂的问题而提供的一种电主轴性能自动检测装置。
本发明提供的电主轴性能自动检测装置包括有地平铁、防护罩、噪声监测机构、综合检测箱、主轴支撑机构、振动信号检测机构、线激光位移检测机构、检测棒和控制柜，其中防护罩、综合检测箱、主轴支撑机构、振动信号检测机构和线激光位移检测机构均设在地平铁上，噪声监测机构装配在防护罩上，主轴支撑机构上装配有被测主轴，综合检测箱设置在被测主轴的尾部，综合检测箱的通过信号线和电源线与控制柜连接，同时综合检测箱通过管路接口连接被测主轴和被测主轴的驱动、润滑及冷却设备，检测棒装配在被测主轴的刀柄接口处，检测棒随着被测主轴的运行能够同步转动，振动信号检测机构设置在被测主轴的前端，振动信号检测机构的中心部件为中空的套设在检测棒上，线激光位移检测机构设在振动信号检测机构的前端，线激光位移检测机构中心部件的中心孔也套设在检测棒上从而能够实现对检测棒的检测，控制柜为整个装置的主控端，能够实现整个装置的自动化控制并将采集到的数据存入数据库。
噪声监测机构是由摄像头、噪声传感器和吸音材料组成，摄像头和噪声传感器设在防护罩的顶端，吸音材料设在防护罩对应被测主轴侧的内侧壁上，防护罩与地平铁的连接处设有导轨，防护罩能够在导轨上移动，防护罩能够罩设在整个装置上。
综合检测箱的前后两侧壁上对称装配有数个快换接头，每个快换接头都对应着被测主轴不同的输入设备管路，能使被测主轴的输入设备通过综合检测箱快速连接到被测主轴，综合检测箱内部对不同的管路安装相对应的检测传感器，从而能够实现对被测主轴不同输入信号的检测；综合检测箱的内腔从下至上依次被隔板隔设为电力输入测量区、润滑输入测量区和冷却测量区，其中电力输入测量区内设置有电压传感器、电流传感器和航空插头；润滑输入测量区内设置有流量传感器、润滑管路和润滑接口；冷却测量区内设置有冷却管路、温度传感器、温度变送器和冷却接口；综合检测箱的顶端装配有接线板，接线板上装配有稳压电源、检测箱总开关、指示灯和报警灯，综合检测箱内腔中的所有传感器引线到接线板上集成后再与控制柜内的上位机进行通信。
主轴支撑机构包括有调整垫铁、主轴支架、主轴抱夹和连接法兰，主轴抱夹通过螺栓固定在主轴支架上表面的t型槽上，调整垫铁设置在主轴支架下方，通过调整垫铁对整个主轴支撑机构的高度进行调整从而实现被测主轴中心高的调整，被测主轴分别在前端和后端与连接法兰相互配合连接，并通过螺钉进行固连，连接法兰与主轴抱夹中心孔相互配合，通过端面螺栓分别固定在主轴抱夹的前后端面，连接法兰的外径为固定值，内径根据不同的被测主轴直径加工到对应的配合尺寸。
振动信号检测机构包括有振动传感器支架、齿轮驱动电机、主动齿轮、从动齿轮、夹爪套、夹爪、夹爪滚轮、固定螺母、凸轮圆盘和振动传感器，其中齿轮驱动电机通过端面螺钉安装在振动传感器支架上，电机输出轴连接主动齿轮中心孔，从动齿轮中心孔压入衬套与振动传感器支架上部空心轴相互配合形成滑动轴承能够相对转动，空心轴焊接在振动传感器支架上，主动齿轮在齿轮驱动电机的带动下啮合从动齿轮同步转动，凸轮圆盘位于从动齿轮与振动传感器支架之间并与空心轴通过过盈配合联接而相对固定，从动齿轮与凸轮圆盘之间能够相对转动；从动齿轮端面开有圆孔与夹爪套外径配合且通过固定螺母拧紧，夹爪与夹爪套可轴向相对滑动，夹爪套内部装配有复位弹簧，夹爪末端通过螺纹孔安装夹爪滚轮，夹爪滚轮、凸轮圆盘在夹爪套内部复位弹簧的作用下形成为封闭式的凸轮机构，振动传感器通过后端粘贴的拉钉被夹设在夹爪内，在夹爪夹紧时夹爪和拉钉之间紧密接触，在夹爪松开时，拉钉在夹爪之间但与夹爪之间有缝隙不接触，振动传感器的前端粘有磁铁。
齿轮驱动电机为伺服电机。
线激光位移检测机构包括线激光位移传感器、调整平板、线激光传感器支架、滑台、丝杠螺母副、丝杠驱动电机和激光传感器导轨，其中线激光位移传感器设有四个，两两对应对称装配在调整平板上，调整平板开长槽与线激光传感器支架通过紧定螺钉连接，长槽的作用是可以使调整平板在高度上进行微调，滑台设置在线激光传感器支架的下部，滑台卡接在激光传感器导轨上，同时滑台也螺接在丝杠螺母副上，丝杠驱动电机驱使丝杠螺母副转动过程中带动滑台沿激光传感器导轨进行滑动。
检测棒的端面为梯形圆台结构。
控制柜为整个装置的操控端，包括有控制机构、信号采集机构、显示器和数据存储盘，其中信号采集机构将装置安装的各传感器采集的信号传输到工控机，主要由接线端子板、信号调理模块、数据采集卡和工控机组成；控制机构主要由plc控制的电源通断开关、用来驱动外部电机运转的电机驱动器以及驱动被测主轴运转的变频器组成，其中plc与工控机具有rs232串口通信，变频器与工控机也设置有rs232串口通信；显示器为工控机中安装的上位机软件提供显示与输入接口实现人机交流；数据存储盘为采集的信号提供存储空间。
控制柜内设置的控制机构、信号采集机构、显示器和数据存储盘均为现有设备的组装，因此具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作过程：
将被测主轴通过连接法兰安装在主轴抱夹上，固定好主轴抱夹与主轴支架，设置调整垫铁至被测主轴在合适的中心高，最后通过地脚螺栓锁死；将被测主轴的输入电线、冷却、润滑等接口连接到综合检测箱部件的对应接口，将检测棒安装入被测主轴的刀柄接口；调整振动信号检测机构与被测主轴的相对位置，设置振动传感器的初始转位点，并拧紧相应的固定螺栓；调整线激光位移检测机构与被测主轴的相对位置；确定所有部件固定安装好后，拉上防护罩；利用控制柜内部设置的上位机控制开始检测。
齿轮驱动电机通过主动齿轮带动从动齿轮转动，因此从动齿轮上固定的夹爪套以及夹爪带动振动传感器一起转动。当从动齿轮带动夹爪机构转动到凸轮圆盘的凹陷处时，夹爪由于复位弹簧的作用伸出夹爪套，夹爪松开拉钉，释放振动传感器，在振动传感器前端磁铁的作用下吸附在被测主轴端面上。当夹爪机构转动到凸轮圆盘凸出处时，夹爪收缩夹紧拉钉且向回移动，即夹住振动传感器并且拉回，随着转动移到下一凹陷处释放振动传感器。凸轮圆盘的凹陷处即为振动传感器安放点位。凸轮圆盘能够依据不同的需要定制为不同数量定位点的凸轮圆盘。
当被测主轴静止时，移动线激光位移传感器到距离主轴的前端面为l1、l2和l3的a、b、c点，记录线激光位移传感器所得到的检测棒在这些点投影的边界位置并记录数值；被测主轴转动时，移动线激光位移传感器移动到检测棒a点和b点，测量检测棒在水平和竖直方向投影边界的变化量，将得到的值与被测主轴静止时的对应测量值做计算，即可求出检测棒转动时回转偏角，通过回转偏角判断主轴回转精度；若需要结果更加精确亦可取多测量点进行拟合求解。检测棒端面加工成梯形圆台的结构，利用梯形圆台圆锥角的原理，将主轴的轴向位移转化为径向位移进行测量，从而利用线激光位移传感器测量c点投影值，结合被测主轴静止时c点的投影值和被测主轴主轴回转偏角即可计算出被测主轴的轴向位移变化。轴向位移变化。该方法操作简单，只需要一次安装即可完成轴向和径向精度的检测。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种电主轴性能自动检测装置能够完全实现自动化实时检测被测主轴的各种状态信号，包括被测主轴前端面不同测量点位的振动信号、自动化测量被测主轴回转精度、径向位移、轴向位移。因为自动化的实现、所以可以通过网络实现远程控制，从而进行远程实验，提高了人员安全性。本发明所述的线激光位移检测机构，能够检测被测主轴的径向位移，轴向位移，回转精度。与传统测量方法相比，检测方法简单、安装难度低，从而减少了传感器安装位置误差对测量误差的影响。本发明所述的主轴支撑机构能够适用于不同直径大小的被测主轴，从而实现多种类型被测主轴信号的检测。本发明所述振动信号检测机构采用伺服电机驱动，机械结构传动的方式实现传感器转位来对不同检测点测量，减少了传感器数量的使用，减少检测成本。本发明所述的噪声检测与防护罩部件采用防护罩内附吸音材料的隔音方式，减少环境噪声和声音内部反射带来的干扰，使检测的噪声信号更加准确，并且还能起到防护的作用。本发明所述的综合检测箱部件采用集成测量的形式，并利用分隔板分区，屏蔽干扰，利用快换接口快速插拔，可依据不同类型被测主轴输入量选择适用的分区管路，适用性强，可移植性好。
附图说明
图1为本发明所述检测装置整体结构示意图。
图2为本发明所述综合检测箱结构示意图。
图3为本发明所述主轴支撑机构结构示意图。
图4为本发明所述振动信号检测机构爆炸结构示意图。
图5为本发明所述振动信号检测机构夹爪部分结构示意图。
图6为本发明所述线激光位移检测机构结构示意图。
图7为本发明所述线激光位移检测工作原理示意图。
图8为本发明所述控制柜内部结构及连接原理示意图。
1、地平铁2、防护罩3、综合检测箱4、主轴支撑机构5、振动信号检测机构6、线激光位移检测机构7、检测棒8、控制柜9、被测主轴10、摄像头11、噪声传感器12、吸音材料13、导轨14、电力输入测量区15、润滑输入测量区16、冷却测量区20、电压传感器21、电流传感器22、航空插头23、流量传感器24、润滑管路25、润滑接口26、冷却管路27、温度传感器28、温度变送器29、冷却接口30、接线板31、调整垫铁32、主轴支架33、主轴抱夹34、连接法兰35、振动传感器支架36、齿轮驱动电机37、主动齿轮38、从动齿轮39、夹爪套40、夹爪41、夹爪滚轮42、固定螺母43、凸轮圆盘44、振动传感器45、空心轴46、复位弹簧47、拉钉48、磁铁50、线激光位移传感器51、调整平板52、线激光传感器支架53、滑台54、丝杠螺母副55、丝杠驱动电机56、激光传感器导轨。
具体实施方式
请参阅图1至图8所示：
本发明提供的电主轴性能自动检测装置包括有地平铁1、防护罩2、噪声监测机构、综合检测箱3、主轴支撑机构4、振动信号检测机构5、线激光位移检测机构6、检测棒7和控制柜8，其中防护罩2、综合检测箱3、主轴支撑机构4、振动信号检测机构5和线激光位移检测机构6均设在地平铁1上，噪声监测机构装配在防护罩2上，主轴支撑机构4上装配有被测主轴9，综合检测箱3设置在被测主轴9的尾部，综合检测箱3的通过信号线和电源线与控制柜8连接，同时综合检测箱3为实现被测主轴9的输入量检测，通过不同的管路接口连接被测主轴9和被测主轴9的驱动、润滑及冷却等设备，检测棒7装配在被测主轴9的刀柄接口处，检测棒7随着被测主轴9的运行能够同步转动，振动信号检测机构5设置在被测主轴9的前端，为使振动信号检测机构5不影响检测棒7的转动，振动信号检测机构5的中心部件为中空的套设在检测棒7上，线激光位移检测机构6设在振动信号检测机构5的前端，线激光位移检测机构6中心部件的中心孔也套设在检测棒7上从而能够实现对检测棒7的检测，控制柜8为整个装置的主控端，能够实现整个装置的自动化控制并将采集到的数据存入数据库。
噪声监测机构是由摄像头10、噪声传感器11和吸音材料12组成，摄像头10和噪声传感器11设在防护罩2的顶端，吸音材料12设在防护罩2对应被测主轴9侧的内侧壁上，防护罩2与地平铁1的连接处设有导轨13，防护罩2能够在导轨13上移动，防护罩2能够罩设在整个装置上。
综合检测箱3的前后两侧壁上对称装配有数个快换接头，每个快换接头都对应着被测主轴9不同的输入设备管路，能使被测主轴9的输入设备通过综合检测箱3快速连接到被测主轴9，综合检测箱3内部对不同的管路安装相对应的检测传感器，从而能够实现对被测主轴9不同输入信号的检测；综合检测箱3的内腔从下至上依次被隔板隔设为电力输入测量区14、润滑输入测量区15和冷却测量区16，其中电力输入测量区14内设置有电压传感器20、电流传感器21和航空插头22；润滑输入测量区15内设置有流量传感器23、润滑管路24和润滑接口25；冷却测量区16内设置有冷却管路26、温度传感器27、温度变送器28和冷却接口29；综合检测箱3的顶端装配有接线板30，接线板30上装配有稳压电源、检测箱总开关、指示灯和报警灯，综合检测箱3内腔中的所有传感器引线到接线板30上集成后再与控制柜8内的上位机进行通信。
主轴支撑机构4包括有调整垫铁31、主轴支架32、主轴抱夹33和连接法兰34，主轴抱夹33通过螺栓固定在主轴支架32上表面的t型槽上，调整垫铁31设置在主轴支架32下方，通过调整垫铁31对整个主轴支撑机构4的高度进行调整从而实现被测主轴9中心高的调整，被测主轴9分别在前端和后端与连接法兰34相互配合连接，并通过螺钉进行固连，连接法兰34与主轴抱夹33中心孔相互配合，通过端面螺栓分别固定在主轴抱夹33的前后端面，连接法兰34的外径为固定值，内径根据不同的被测主轴9直径加工到对应的配合尺寸。
振动信号检测机构5包括有振动传感器支架35、齿轮驱动电机36、主动齿轮37、从动齿轮38、夹爪套39、夹爪40、夹爪滚轮41、固定螺母42、凸轮圆盘43和振动传感器44，其中齿轮驱动电机36通过端面螺钉安装在振动传感器支架35上，电机输出轴连接主动齿轮37中心孔，从动齿轮38中心孔压入衬套与振动传感器支架35上部空心轴45相互配合形成滑动轴承能够相对转动，空心轴45焊接在振动传感器支架上，主动齿轮37在齿轮驱动电机36的带动下啮合从动齿轮38同步转动，凸轮圆盘43位于从动齿轮38与振动传感器支架35之间并与空心轴45通过过盈配合联接而相对固定，所以从动齿轮38与凸轮圆盘43之间可以相对转动；从动齿轮38端面开有圆孔与夹爪套39外径配合且通过固定螺母42拧紧，夹爪40与夹爪套39可轴向相对滑动，夹爪套39内部装配有复位弹簧46，夹爪40末端通过螺纹孔安装夹爪滚轮41，夹爪滚轮41、凸轮圆盘43在夹爪套39内部复位弹簧46的作用下形成为封闭式的凸轮机构，振动传感器44通过后端粘贴的拉钉47被夹设在夹爪40内，在夹爪40夹紧时夹爪40和拉钉47之间紧密接触，在夹爪40松开时，拉钉47在夹爪40之间但与夹爪40之间有缝隙不接触；振动传感器44的前端粘有磁铁48。
齿轮驱动电机36为伺服电机。
线激光位移检测机构6包括线激光位移传感器50、调整平板51、线激光传感器支架52、滑台53、丝杠螺母副54、丝杠驱动电机55和激光传感器导轨56，其中线激光位移传感器50设有四个，两两对应对称装配在调整平板51上，调整平板51开长槽与线激光传感器支架52通过紧定螺钉连接，长槽的作用是可以使调整平板51在高度上进行微调，滑台53设置在线激光传感器支架52的下部，滑台53卡接在激光传感器导轨56上，同时滑台53也螺接在丝杠螺母副54上，丝杠驱动电机55驱使丝杠螺母副54转动过程中带动滑台53沿激光传感器导轨56进行滑动。
检测棒7的端面为梯形圆台结构。
控制柜8为整个装置的操控端，包括有控制机构、信号采集机构、显示器和数据存储盘，其中信号采集机构将装置安装的各传感器采集的信号传输到工控机，主要由接线端子板、信号调理模块、数据采集卡和工控机组成；控制机构主要由plc控制的电源通断开关、用来驱动外部电机运转的电机驱动器以及驱动被测主轴运转的变频器组成，其中plc与工控机具有rs232串口通信，变频器与工控机也设置有rs232串口通信；显示器为工控机中安装的上位机软件提供显示与输入接口实现人机交流；数据存储盘为采集的信号提供存储空间。
控制柜内设置的控制机构、信号采集机构、显示器和数据存储盘均为现有设备的组装，因此具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作过程：
将被测主轴9通过连接法兰34安装在主轴抱夹33上，固定好主轴抱夹33与主轴支架32，设置调整垫铁31至被测主轴9在合适的中心高，最后通过地脚螺栓锁死；将被测主轴9的输入电线、冷却、润滑等接口连接到综合检测箱3部件的对应接口，将检测棒7安装入被测主轴9的刀柄接口处；调整振动信号检测机构5与被测主轴9的相对位置，设置振动传感器44的初始转位点，并拧紧相应的固定螺栓；调整线激光位移检测机构6与被测主轴9的相对位置；确定所有部件固定安装好后，拉上防护罩2；利用控制柜8内部设置的上位机控制开始检测。
齿轮驱动电机36通过主动齿轮37带动从动齿轮38转动，因此从动齿轮38上固定的夹爪套39以及夹爪40带动振动传感器44一起转动。当从动齿轮38带动夹爪机构转动到凸轮圆盘43的凹陷处时，夹爪40由于复位弹簧46的作用伸出夹爪套39，夹爪40松开拉钉47，释放振动传感器44，在振动传感器44前端磁铁48的作用下吸附在被测主轴9端面上。当夹爪机构转动到凸轮圆盘43凸出处时，夹爪40收缩夹紧拉钉47且向回移动，即夹住振动传感器44并且拉回，随着转动移到下一凹陷处释放振动传感器44。凸轮圆盘43的凹陷处即为振动传感器44安放点位。凸轮圆盘43能够依据不同的需要定制为不同数量定位点的凸轮圆盘43。
当被测主轴9静止时，移动线激光位移传感器50到距离被测主轴9的前端面为l1、l2和l3的a、b、c点，记录线激光位移传感器50所得到的检测棒7在这些点投影的边界位置并记录数值；被测主轴9转动时，移动线激光位移传感器50移动到检测棒7a点和b点，测量检测棒7在水平和竖直方向投影边界的变化量，将得到的值与被测主轴9静止时的对应测量值做计算，即可求出检测棒7转动时回转偏角，通过回转偏角判断被测主轴9回转精度；若需要结果更加精确亦可取多测量点进行拟合求解。检测棒7端面加工成梯形圆台的结构，利用梯形圆台圆锥角的原理，将被测主轴9的轴向位移转化为径向位移进行测量，从而利用线激光位移传感器50测量c点投影值，结合被测主轴9静止时c点的投影值和被测主轴9主轴回转偏角即可计算出被测主轴9的轴向位移变化。该方法操作简单，只需要一次安装即可完成轴向和径向精度的检测。