[发明专利]一种基于频率校正和互相关原理的往复运动周期提取方法

说明书

本发明公开了一种基于频率校正和互相关原理的往复运动周期提取方法，本发明步骤为：首先对往复运动中测得的信号进行包络计算；再计算包络的频谱，并找出包络谱的峰值频率以及对应的相位；对包络进行平移，并计算平移后包络频谱的峰值频率对应的相位；通过平移前后的相位差和平移时间，得到校正后的准确峰值频率，也就得到了往复运动信号的周期时间长度；之后，根据互相关原理，将信号包络分别和频率为峰值频率的正、余弦信号做互相关系数计算，进而算出信号的起始相位，以及对应的时间；最终，利用得到的往复运动测试信号的周期长度和周期起始时间。本发明不需要安装键相器，只对测试信号分析进行分析，就可以找出与实际往复动作一致信号周期。

技术领域

本发明涉及一种基于频率校正和互相关原理的往复运动周期提取方法，属于旋转机械状态监测技术领域。

背景技术

随着工业自动化程度的不断提高，关节型工业机器人广泛应用于自动化工厂。工业机器人传动系统的核心是RV减速器，占到其总成本的1/3以上。作为工业机器人中的主要旋转部件，随着服役时间的延长，可靠性逐渐降低，故障率上升。故障停机会造成自动化生产线停止运行，再加上机器人更换减速机需要将其调离工位，耗费大量时间，给企业带来很大经济损失。由于机器人工作时关节往复运动，在对机器人机械系统进行检测时，测得信号出现周期性的波动。检测时间的不同，经历的信号周期数也不同，对评估机器人状态有较大影响。因此需要将机器人往复运动的信号以整周期的形式截取出来，并且保证截取的起始时刻对应往复运动过程中信号最弱的时刻，以便更准确的将机器人旋转机械系统的故障识别出来。

由于实际工况条件的限制，在关节型机器人中，传动系统的旋转部件结构紧凑，不能通过安装键相器来获取机械臂往复动作的触发信号。

发明内容

本发明提供了一种基于频率校正和互相关原理的往复运动周期提取方法，以用于实现往复式旋转机械系统的状态监测问题。

本发明的技术方案是：一种基于频率校正和互相关原理的往复运动周期提取方法，所述方法具体步骤如下：

Step1、对往复运动的测试信号，获得其单边包络信号；

Step2、根据Step1中得到的单边包络信号，对其计算频谱，即包络谱，找出包络谱的峰值频率f_p以及峰值频率上的相位θ_p；

Step3、将Step1中得到的单边包络信号中时刻为1/(2f_p)之前的信号舍弃，剩余信号往时间轴负半轴平移1/(2f_p)；然后，计算平移后包络的频谱，找出其峰值频率对应的相位θ_p’；

Step4、计算平移前后相位差Δθ＝θ_p-θ_p’；利用公式得到包络谱的峰值频率的准确值，则往复动作周期长度时间为T₀＝2/f₀；

Step5、将Step1中得到的单边包络信号分别和频率为f₀的正、余弦信号计算互相关系数，分别得到互相关系数R_sin、R_cos，利用公式求解出往复运动信号的初始相位；

Step6、初始相位θ₀对应的时间t₀＝θ₀/(2πf₀)；将t₀作为往复运动中信号强度最低点，即一个运动周期的起始点，从该点开始，从信号中截取T₀时间长度的信号，得到一个完整的往复运动周期中的信号。

所述步骤Step1中，单边包络信号提取方式为从采样信号里每毫秒内取出其最大值，连接起来，得到单边包络信号。

所述步骤Step4中，如果Δθ＜0，则Δθ＝Δθ+2π；否则，取步骤Step4中计算得到的值。