[發明專利]一種智能主軸的振動異常診斷方法及其系統

有效

• 申請號: 202110050050.0
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112539936B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 李鴻峰;賈昌武;譚國豪;張宸
• 申請（專利權）人: 深圳市玄羽科技有限公司
• 主分類號: G01M13/028
• 分類號: G01M13/028
• 代理公司: 深圳市中科創為專利代理有限公司 44384
• 代理人: 譚雪婷;梁炎芳

本發明公開了一種智能主軸的振動異常診斷方法以及系統，通過在主軸上套設拾振環和固定環，在拾振環前后左右分別設置懸臂，在固定環上設置與懸臂對應的光通路，在光通路的入射口和出射口分別設置激光器和光電探測器，并在光通路上設置供懸臂插入的斷口。拾振環能夠拾取主軸在徑向平面內的水平和垂直兩個方向上的振動，拾振環隨主軸的振動時會帶動懸臂在斷口內移動，干涉光在光通路內的傳輸，改變光電探測器接收的光強度。由此可以采集光電探測器接收的光強度并計算光強變化，通過標定和最小二乘法擬合獲取光強變化和振動位移的映射關系，再根據所述映射關系獲取所述主軸在徑向平面內的振動情況，進而根據得到振動情況對主軸的振動異常進行診斷。

技術領域

本發明涉及主軸振動檢測診斷的技術領域，尤其涉及一種智能主軸的振動異常診斷方法及其系統。

背景技術

隨著工業大數據技術的快速發展，也使得機床向柔性化、集成化、智能化方向發展。主軸作為機床的核心功能部件，其性能決定機床整機的技術水平，主軸的智能化也成為了必然的研發趨勢。

現有研究認為，智能主軸至少具備如下特征：1)感知，既主軸能夠感知滋生的運行狀態，主動檢測并與數控系統、操作人員等交流、共享這些信息；2)決策，即主軸能夠自主處理感知到的消息，進行計算，自學習與推理，實現對自身狀態的智能診斷；3)執行，機主軸具備智能控制(包括振動主動控制、防碰撞控制、動平衡控制等)、加工參數自優化與健康自維護等功能，保障主軸的高可靠運行。與普通主軸相比，智能主軸能夠通過振動、溫度、轉速、力矩等工況信號的實時檢測與控制達到更高的加工效率、加工精度和可靠性。

主軸的故障大部分都是以振動的形式表現出來的，目前針對主軸的測振技術有電測法、光學干涉測振法、光強測振法等，其中，光強測振法一般是采用懸臂梁式光纖傳感器進行測量，其原理從光纖傳來的光經過梯度透鏡被徒弟透鏡準直，成為平行光，出射后光被置于前方的懸臂梁上的平彈片擋住一部分，其與部分光經反射鏡反射回梯度透鏡，懸臂梁與主軸剛性連接，主軸轉動時，懸臂梁同步振動，使得平彈片遮擋端的面積發生變化，進而導致反射回的光強也發生變化，最后建立光強變化與振動位移的映射關系就能夠得到主軸的振動情況。但這種反射式光強調制光纖測振技術不便于實施，且只能實現一個方向上的振動測量。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的主要目的是提供一種智能主軸的振動異常診斷方法，旨在實現主軸在徑向平面振動測量。

為實現上述目的，本發明提出的智能主軸的振動異常診斷方法，在主軸上設置一拾振環和固定環，在所述拾振環的周側前后左右分別設置懸臂，所述懸臂的第一端連接在所述拾振環上；在所述固定環上與四所述懸臂一一對應的光通路，并在每一所述光通路的入射口設置激光器，在所述光通路的出射口設置光電探測器；所述光通路的入射口和出射口之間設有斷口，將所述懸臂的第二端插入所述其對應的斷口內；

將所述固定環相對所述主軸固定，當所述主軸在其徑向平面發生振動時，帶動拾振環動作，使得懸臂在斷口內不斷移動，改變光電探測器接收的光強發生改變；通過采集光電探測器接收的光強度P并計算光強變化△P，通過標定和最小二乘法擬合獲取光強變化△P和振動位移△S的映射關系；根據所述映射關系獲取所述主軸在徑向平面內的振動情況；

其中，所述主軸的振動情況包括水平振動情況和垂直振動情況，所述水平振動情況根據分布在所述固定環左右兩側的光電探測器測量的光強變化△P₁得出；所述垂直振動情況根據分布在所述固定環前后兩側的光電探測器測量的光強變化△P₂得出。

可選地，根據分布在所述固定環左右兩側的光電探測器測量的光強變化△P₁得出所述水平振動情況，包括：

根據左右兩側的光電探測器測量的光強度的光強變化△P₁₁和△P₁₂；