[發明專利]基于虛擬儀器的機床狀態故障診斷系統和方法

在審

• 申請號: 202010187633.3
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111337250A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 戴新;劉貴云;葉富星;舒聰
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01M13/045;G01M13/021;G01M13/028
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于虛擬儀器的機床狀態故障診斷系統，其特征在于，包括信號采集模塊、信號預處理模塊、信號時域分析模塊和信號頻域分析模塊，所述信號采集模塊與信號預處理模塊連接，所述信號時域分析模塊、信號頻域分析模塊分別與信號預處理模塊連接；

所述信號采集模塊，用于將數據采集卡采集的數據導入到LabVIEW程序作為程序的輸入模塊，

所述信號預處理模塊包括小波降噪模塊以及低通濾波模塊，用于對采集的數據進行降噪和濾波；

所述信號時域分析模塊，用于對時域信號進行分析，所述信號時域分析模塊包括統計特征參數計算模塊、時序信號顯示模塊以及自相關模塊；

所述統計特征參數計算模塊，利用了LabVIEW的統計函數，該統計函數用于將預處理后的振動信號的統計特征參數計算；

所述時序信號顯示模塊，用于顯示對采集到的振動信號特征參數的計算結果；

所述自相關模塊，是對信號在時域當中特性的平均度量，用來描述信號x(t)在兩個不同的任意時刻s,t之間的相關程度；

所述信號頻域分析模塊，用于反映故障特征頻率，從而有效辨別故障的類型，所述信號時域分析模塊包括傅里葉變換模塊、自功率頻譜分析模塊、倒譜分析模塊以及包絡譜分析模塊；

所述傅里葉變換模塊，通過頻域分析旋鈕搭配條件結構實現自相關模塊功能的啟用與關閉；

所述自功率頻譜分析模塊，用于獲得振動信號的頻率結構特征，振動信號通過自功率譜函數，輸出功率譜圖；

所述倒譜分析模塊，用于將信號的傅里葉變換頻譜圖進行對數運算；

所述包絡譜分析模塊，用于對預處理后的振動信號進行包絡分析，得到信號的外包絡信息，使用時域與頻域的手段對其進行分析。

2.根據權利要求1所述基于虛擬儀器的機床狀態故障診斷系統，其特征在于，所述信號采集模塊包括振動傳感器、電荷放大器和數據采集卡，所述振動傳感器選用壓電式加速度傳感器；

所述壓電式加速度傳感器，用于采集振動信號，并把信號傳輸到電荷放大器中；

所述電荷放大器，用于接收壓電式加速度傳感器的電荷信號并加以放大，將原本微弱的信號經電荷放大器放大后能夠進行與電腦之前的傳輸；

所述數據采集卡，接收來自電荷放大器放大后的信號，并與計算機中的LabVIEW程序進行數據聯通。

3.根據權利要求2所述基于虛擬儀器的機床狀態故障診斷系統，其特征在于，所述數據采集卡采集振動傳感器的數據，所述振動傳感器選用壓電式加速度傳感器；所述數據采集卡選用USB-6008。

4.根據權利要求1所述基于虛擬儀器的機床狀態故障診斷系統，其特征在于，所述小波降噪模塊，用于將信號進行小波變換后，產生的小波系數包含了信號的重要信息，其中信號本身的小波系數較大，而噪聲信號的小波系數較小，通過設置一個合適的閥值，使得噪聲信號消除并使得原本信號保留；

所述低通濾波模塊，用于允許低于低通截止頻率信號通過而將信號超出低通截止頻率的部分進行濾波處理。

5.根據權利要求1所述基于虛擬儀器的機床狀態故障診斷系統，其特征在于，所述自相關模塊的表達式為：

R(s,t)＝E[X(s)*X(t)]。

6.根據權利要求1所述基于虛擬儀器的機床狀態故障診斷系統，其特征在于，所述傅里葉變換模塊中，振動信號會從左往右經過快速傅里葉變換函數，輸出雙邊頻譜圖，為了將雙邊頻譜圖轉化為單邊頻譜圖，取原本數組大小的一半作為新的數組大小，能得到單邊頻譜圖；

所述倒譜分析模塊中，先將輸入的振動信號通過自功率譜函數得出自功率譜，再用對數函數將橫坐標表示為底數為10的對數，在進行傅里葉逆變換得到信號的倒譜圖；

所述包絡譜分析模塊中，將振動信號的平方與其Hilbert變換后的平方相加，得到的結果取算術平方根，然后進行傅里葉變換得到信號的包絡譜圖，為了便于分析應將雙邊包絡譜圖轉化為單邊包絡譜圖，取原本數組大小的一半作為新的數組大小，得到單邊包絡譜圖。