[发明专利]基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式的带锯条锯切负载检测装置，特别涉及一种基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置及方法。

背景技术

声发射是指材料在外力或内力作用下，局部源快速释放能量而产生瞬态弹性波的一种现象。这种弹性波能够反映金属带锯条锯切过程中的一些物理特性，并能被安置于金属带锯条表面的传感器接收，故采用检测声发射信号的方法，可以判断金属带锯条的锯切负载状态。在实际锯切加工生产中，带锯锯切负载会随着加工生产的进行而改变，这对后续工艺的加工精度、加工效率有着较大的影响。因此，需要研制一种带锯床的锯切负载检测装置，对研究金属带锯床的高精度化、高效率化具有非常重要的意义。

目前，在相关领域并没有基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置，如专利号为CN201110177969.2 (授权公告号CN102275131A，授权公告日2011年12月14日)公开了一种检测磨床加工状态的监控方法及监控系统，该系统采用声纳传感器接收数控磨床对于工件加工时所发出的声纳信号，并将其声纳信号转换成电信号,电信号分别转换成 RS232通讯协议信号和PROFIBUS通讯协议信号,将RS232通讯协议信号传到磨床上的数控系统中，数控系统将接收到的RS232协议信号以动态波形的方式显示在屏幕上,将PROFIBUS协议信号传入PLC系统中进行PLC逻辑编程，并将PLC输出磨床与工件的碰撞信号及接触信号传入数控系统的零件程序中，实现了防碰撞和消空程。该系统能够监控数控磨床加工的全过程，能一定程度上提高磨削质量和效率。但该系统直接将采集回来的声发射信号用来编程和显示，缺少对干扰信号的分析处理，精度不高，因此，并不适用于金属带锯条锯切负载检测要求。本发明针对以上技术的不足，提供了一种基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供了一种基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置及方法。该装置是一种通过设置在锯切工作区域附近的声波传感器，对空气中传播的锯切过程中带锯与工件相互作用的声波信号，进行高频采样、分析和特征提取的金属带锯条负载检测装置；该装置是一种通过设置在紧密接触带锯条的导向轮轴上的声波传感器，对金属中传播的锯切过程中带锯与工件相互作用的声波信号，进行高频采样、分析和特征提取的金属带锯条负载检测装置；该装置是一种以反复实验下不同介质中不同负载的锯切声波能量特征集合为先验知识，通过与锯切负载三向力直接测量的对比，进行锯切负载识别模型的参数修正，最终辨识带锯条锯切负载的金属带锯条负载检测装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置包括第一声波传感器、第二声波传感器、安装支架、前置放大器、转换板、数据采集卡、工控机。其中声发射传感器模块包括第一声波传感器和第二声波传感器及安装支架,其中第二声波传感器为贴片式声波传感器；信号采集模块包括前置放大器和转换板及数据采集卡；信号分析模块及人机界面模块均集成于工控机内。

所述的第一声波传感器通过安装支架固定在金属带锯床导向装置上，所述的导向轮的轴固定在金属带锯床导向装置上，导向轮与带锯条紧密贴合，且导向轮的轮轴方向与带锯条的运动方向垂直，所述的声波传感器固定于导向轮的轴上；

第一声波传感器和第二声波传感器的信号输出端口与前置放大器的模拟量输入端口连接，前置放大器以单端连接的信号转换模式连接到转换板的模拟量输入端口，转换板通过外接电缆传输至数据采集卡，数据采集卡通过PCI接口传输至工控机；

当带锯锯切时，带锯条与工件相互作用产生声发射信号，通过第一声波传感器采集空气中传播的声发射信号，通过第二声波传感器采集金属中传播的声发射信号，声发射信号经声波传感器转换为电信号。声波传感器输出的电信号传送至前置放大器的模拟量输入端口，经前置放大器放大后的电信号转换板的模拟量输入端口。输入转换板的模拟信号通过外接电缆传输至采集卡，采集卡先进行通道扫描及增益运算处理，来优化模拟信号转换效率及精度，然后对模拟信号进行高速A/D转换。

经过信号采集模块采集、转换及运算后，数字信号通过PCI接口，传输至工控机内等待基于数字信号滤波，采样，小波分析等数字信号处理。经过多次数字处理后的特征信号，在基于势能函数分类模型分析识别后，由人机界面(HMI)显示带锯锯切负载特性及负载变化。

基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测方法，包括以下步骤：