[發(fā)明專利]一種數控磨床載荷譜數據變采樣率采集裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310007289.5
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103170910A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 范晉偉;劉勇軍;王波;穆東輝;李偉華;梁曉霞;鄭德榮
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: B24B49/00
• 分類號: B24B49/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發(fā)明涉及一種數控磨床載荷譜數據變采樣率采集裝置與方法，本發(fā)明屬于先進制造技術及自動化領域。?

背景技術

數控磨床在機械制造企業(yè)使用非常廣泛，數控磨床的可靠性對企業(yè)正常生產十分重要。為了提高數控磨床的可靠性，必須對數控磨床進行可靠性設計，數控磨床的載荷譜是可靠性設計的基礎數據。數控磨床的載荷譜主要包括數控磨床各個轉動軸的轉速和轉矩值。?

目前國內數控磨床與國外先進數控磨床相比可靠性普遍偏低，存在故障率高、加工精度難以長久維持，其根本原因是在產品設計時未進行可靠性設計。為了提升國產數控磨床的可靠性，必須進行可靠性設計。可靠性設計的前提是獲取載荷譜數據，要想獲取數控磨床的載荷譜數據，需要對相關數據進行采集，而本發(fā)明正是基于以上背景而設計的。?

傳統(tǒng)的數據采集系統(tǒng)是將傳感器裝在被測機體上，影響被測機器的正常工作，且通常傳統(tǒng)數據采集裝置采樣頻率是固定不變的。由于數控機床載荷譜數據的采集不能影響數控磨床的正常工作，而且是連續(xù)采集，CPU需要處理的數據量非常大，給存儲帶來了困難。為此需要一種簡便、實用的數據采集與處理方法，在數據變化較小時降低采樣頻率，從而降低數據存儲量，減輕CPU負擔，減小存儲空間。?

發(fā)明內容

本發(fā)明針對數控磨床載荷譜，提出了一種數控磨床載荷譜數據變采樣率采集裝置與方法。四個非接觸式轉速傳感器（1）（2）（3）（4）分別安裝在主軸（16）、砂輪軸（17）、X軸絲杠（18）和Z軸絲杠（19）端部，四個電流變送器（5）（6）（7）（8）分別穿過主軸伺服驅動器（20）、砂輪軸變頻器（21）、X軸伺服驅動器（22）和Z軸伺服驅動?器（23）的電源線。轉速傳感器和電流變送器將信號送給信號采集處理板（13），信號采集處理板（13）首先以計算出的采樣頻率對各路信號進行分時采樣，然后將采樣的模擬信號轉為數字信號送給CPU（12）處理，處理后的數據通過RS232串口（14）傳送給上位計算機（15），計算機存儲載荷譜數據并進行后處理。?

為了不改變數控磨床的機械結構，本發(fā)明使用的四個轉速傳感器均為非接觸式轉速傳感器，將傳感器安裝在轉軸和絲杠端部，不影響數控磨床的操作和正常工作。四個轉速傳感器和四個電流變送器的安裝均不影響數控磨床正常的工作。四個轉速傳感器的數值可以直接反映主軸、砂輪軸、X軸絲杠和Z軸絲杠的轉速。?

對于扭矩的測量本發(fā)明采用的是間接測量法，轉軸的扭矩和電機的功率是成正比的，故測量電機的功率即可以計算出軸的扭矩，對于數控磨床使用的電機而言，其輸入電壓通常是固定不變的，而電流隨著扭矩的變化而變化，為此，本發(fā)明通過測量電機的電流來間接計算轉軸的扭矩，為了不改變數控磨床的現(xiàn)有接線方式和電氣元件布局，本發(fā)明使用電流變送器來檢測電機的電流，電流變送器套在電動機的輸入電源線上即可檢測出輸入電流值。?

由于數控磨床的轉速和轉矩值的變化是隨機的，為了真實反映機床任意時刻的轉速和轉矩值，就必須以較大的采樣頻率進行采樣，計采樣的數據量和采樣頻率成正比。如果一直以較高的采樣頻率采樣，將需要大量的存儲空間，且CPU一直處于高速運轉狀態(tài)。為了解決這一問題，本發(fā)明采取變采樣頻率采樣，即根據每個信號的前后兩次采樣值的差值來確定采樣頻率，采樣頻率與前后兩次采樣值的差值成正比。如果前后采樣值的差值很小，說明該信號變化很小，則降低采樣頻率，減小存儲量；如果前后采樣值的差值很大，說明該信號變化很大，為了不失真，則加大采樣頻率。為了防止前后兩次采樣值的插著很小導致采樣頻率很小或采樣停止，設置一個最低采樣頻率，當計算出的采樣頻率低于最低采樣頻率時，以最低采樣頻率進行采樣。同?樣為了防止計算出的采樣頻率超過采樣器件的處理能力，設置一個最高采樣頻率，當計算出的采樣頻率超過最高采樣頻率時，以最高采樣頻率采樣。?

由于在任意時刻只能有一路信號進行采樣，本發(fā)明中有八路信號需要采集，故有可能出現(xiàn)在某一時刻有兩個或兩個以上的信號同時需要采樣，即出現(xiàn)信號競爭情形。為此，在測量時將八路信號進行編號，當出現(xiàn)競爭情況時，將參與競爭的信號按編號的大小進行排隊，編號小的信號先采樣，采樣完畢后再返回繼續(xù)采樣。?

本發(fā)明具有的有益效果是：?

1、本發(fā)明所述的數控磨床載荷譜數據變采樣率采集裝置與方法可以在不改變數據磨床結構和電氣元件的情況下采集載荷譜數據，不破壞數控磨床的完整性，提高機床的可靠性，同時不會影響數據磨床的正常工作。?