[發明專利]數控機床動態特性測試分析系統

無效

• 申請號: 201010145762.2
• 申請日: 2010-04-14
• 公開（公告）號: CN101794138A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 吳波;胡友民;金超;何俊杰;吳傳海;邢遲;胡峰;徐增柄;夏軍勇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明涉及數控機床性能測試領域，特別是一種數控機床的動態特性測試分析系統。

背景技術

由于影響機床機械性能的因素較多且機床加工過程的復雜性，從而導致所監測的信號多而復雜，但因機床動態性能及機床各個零部件的狀態是一個緩變過程，采用一個簡便的測試系統對機床動態性能及狀態進行不定期的檢測，并對所測信號進行分析，從而對機床性能及狀態做出評估和識別及預測，以便及時地對機床做出適當的調整，以提高機床的加工質量和生產效率。

設備狀態監測及故障診斷系統在現代工廠中應用具有重大意義，隨著計算機技術的發展，設備狀態監測系統在近二十年年來得到日益廣泛的開發和應用，世界各國競相開展研究工作，不斷推出新產品。近二十年來，東南大學、西安交通大學、華中科技大學、西北工業大學和鄭州大學等高校和科研院所先后推出了設備在線狀態監測系統、便攜式監測分析系統等應用于鋼鐵、冶金等大型企業工業現場當中。

高速高精機床在長時間運行以后，產生的力學特性的退化，使其機械性能發生變化，從而對機床的加工質量和效率產生影響。本發明可以對高速高精機床的動態特性及機械狀態進行監測診斷及預測，可以確保零件的加工精度及效率，防止機械性能的劣化。

發明內容

本發明的目的在于開發一套以采集裝置和工業計算機為載體的便攜式數控機床動態特性測試分析系統。

一種數控裝備動態特性測試分析系統，包括傳感器子系統、二次儀表子系統、數據采集子系統和數據存儲分析系統；

其中，所述傳感器子系統用于獲取準待測數控裝備的振動信號與溫度信號；

所述二次儀表子系統對采集到的信號進行調理，包括對信號進行濾波和放大；

所述數據采集子系統采集上述經調理后的模擬信號，并將其轉化為數字信號后輸出給數據存儲分析系統；

所述數據存儲分析系統用于對輸入的數字信號進行存儲及分析，完成狀態識別并進行相應的診斷。

所述的數據存儲分析系統包括信號采集模塊、數據管理模塊、信號分析模塊和圖形顯示模塊，

其中，所述信號采集模塊接收上述數據采集子系統輸出的數字信號，并通過設置采樣通道、采樣率、增益、觸發方式、采樣點數和數據采集模式實施采集；

所述數據管理模塊采用數據庫的方式存儲數據，生成所需的文件，并根據檢測點選擇相應采集通道采集的數據文件實現讀取操作；

所述信號分析模塊包括信號預處理，時域分析，幅值譜分析，頻域分析，時頻分析和模態分析，通過對數控裝備采集到的信號進行上述處理，即可實現狀態識別并進行相應的診斷；

所述圖形顯示模塊以圖形化的方式顯示上述信號采集、數據管理和信號分析得到的狀態識別和診斷結果。

所述的傳感器子系統包括：測量支撐絲杠的軸承及工作臺振動的加速度傳感器和測量進給系統在不同工況下的溫度的溫度傳感器。

所述數據存儲分析系統運行于上位機中。

本數控機床動態測試系統能完成對多種類型的信號的測試，包括緩變信號和快變信號。通過數據采集裝置完成數據采集，由USB通信傳輸數據至上位機，完成采集數據存儲，通過運行于上位機中的測試分析軟件系統進行信號分析處理。它系統集成了測試信號采集、圖形顯示、數據儲存、數據分析、狀態識別、性能預測等功能，可以測試信號內容包括振動、熱變化特性等，分析方法包括常用的時域分析、頻域分析、時頻分析，以及熱動態特性分析，同時融合ART-CPN雙重方法進行預測分析等?？捎糜趯悼貦C床動態特性測試分析。

附圖說明

圖1為本測試分析系統的系統框圖；

圖2為數據存儲分析系統圖；

圖3為數據采集流程圖；

圖4為信號時域分析流程圖；

圖5是信號頻域分析流程圖；

圖6是信號時頻分析流程圖；

圖7是本測試分析系統的實物示意圖。

具體實施例

以下結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。

圖1是本測試分析系統的系統框圖，它采用多級子系統形式的分布式結構，其主要由準高速進給系統實驗臺(即數控機床)、傳感器子系統、二次儀表子系統(信號調理模塊)、數據采集子系統和數據存儲分析系統組成。

1)傳感器子系統

傳感器子系統采集準高速進給系統實驗臺的振動信號與溫度信號，是機床狀態監測系統的主要信息來源，它屬于一次儀表，關系到整個監測、分析和決策結果的可靠性和準確性。針對數控裝備運行的特點，系統所需的傳感器主要包括：測量支撐絲杠的軸承及工作臺振動的加速度傳感器、測量進給系統在不同工況下的溫度傳感器等。傳感器子系統得到的信號送給二次儀表子系統。