专利名称：磨床砂轮动态平衡测控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工技术及信号控制技术领域，特别是一种磨床砂轮动态平衡测控系统。
本发明的目的是以如下技术方案来实现的所述的磨床砂轮动态平衡测控系统，是基于这样一种设计思想，在砂轮自动平衡过程中，因砂轮本身不平衡量与砂轮平衡头质量补偿系统的共同作用，振动位移的幅值和相位在快速地发生变化，它的变化规律与平衡头的工作原理有关。平衡过程需要实时跟踪信号，并根据被测信号的幅值立即做出分析、判断和处理，直至捕捉到的振动值达到预置值为止；其采用数字信号专用处理芯片，对磨床砂轮动态的测振传感信号和测速传感信号进行隔波采样及隔波处理，通过离散付立叶变换并做出分析处理变换计算来提取基波分量，得到精确的基波信号的幅值和相位，抑制其它噪声的干扰，将信号提供给双桥马达专用集成控制器经功率放大驱动砂轮平衡头传动机构，实现砂轮的动态平衡。
所述的磨床砂轮动态平衡测控系统的测振传感器(1)拾取机械振动信号供给前置电路积分器(2)进行积分变换，将振动的速度量转换成振动位移量，集成程控放大器(3)在DSP芯片(9)的控制下自动进行量程转换，集成数字低通跟踪滤波器(4)起抗混淆作用，滤去高于有用信号2倍的频率成份，平移动电路(5)将双向电压信号转变为模数转换器所需的单电压信号；DSP芯片(9)内含十位A/D转换器；霍尔测速传感器(6)拾取主轴的转速信号f0，经整形、锁相倍频产生128 f0和稳定的f0二路信号，作为采样间隔控制、转速测量和数字滤波的时钟脉冲；数字信号处理(DSP)专用芯片TMS320F240产生PWM脉冲，经缓冲隔离处理(12)，提供给双桥马达专用集成控制器(13)，经其功率放大后，控制砂轮平衡头(17)在电磁驱动器(16)控制下，对砂轮(18)进行质量补偿，实现砂轮的动态平衡。
所述磨床砂轮动态平衡测控系统隔波采样及隔波处理程序设计为当测量系统进入砂轮自动平衡状态时，DSP向双桥马达控制器提供PWM脉冲，砂轮质量补偿系统开始工作。基频振动位移的幅值和相位在发生快速变化。测量单元跟踪信号捕捉最佳点。在砂轮转动的上一圈采样128点，在下一圈内完成对128样点的离散付立叶变换计算，提取基波的分量，并将其与预置值比较，同时将计算结果提供给液晶显示器显示，便于观察测量状态。当测值大于预置值时，继续下一个轮回，当测值小于等于预置值时，立即停PWM输出，自动平衡过程结束，砂轮质量补偿系统锁定状态。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性
本发明通过计算方法提取基波分量，大大提高了砂轮自动平衡测控单元测量精度，采样点数影响着离散付立叶变换精度，单波中采样点数越多，计算精度越高，当样点数为128时，计算误差为0.2E-3；本发明对被测信号能快速跟踪、快速反应、抑制干扰能力强；通过计算方法提取基波分量，大大提高了砂轮自动平衡测控单元测量精度。
本发明对被测信号快速跟踪，快速反应，抑制干扰能力强，在砂轮自动平衡系统中得到成功的运用。
图2是磨床砂轮动态平衡测控系统电路结构原理图。
图3是磨床砂轮动态平衡测控系统隔波采样及隔波处理程序设计图。
如
图1中所示，图中1-测振传感器；2-积分器；3-集成程控放大器；4-集成数字低通跟踪滤波器；5-电平移动；6-霍尔测速传感器；7-整形电路；8-锁相环；9-数字信号处理(DSP)系统；10-RS-232和I/O输出；11-CNC设备；12-缓冲、隔离；13-双桥马达集成控制器；14-液精显示模板；15-键输入；16-电磁驱动器；17-平衡头；18-砂轮。
如图2中所示磨床砂轮动态平衡测控系统的测控电路的组成及工作原理测振传感器(1)拾取的振动信号供给集成运放IC1构成的积分器，R1和C1为积分电阻电容。IC1信号输出端6接程控放大器PGA103信号输入端VIN。PGA103的A0和A1是信号增益控制端，控制信号来自主芯片TMS320F240(以下简称DSP)多功能端IOPA0和IOPA1。PGA103信号输出端V0接数字低通滤波器MAX291的IN端，MAX291的OP IN和OP OUT为器件内部放大器的输入和输出端，MAX291的CLK为时钟频率输入端，本电路中需要的时钟频率为砂轮轴转动频率f0的128倍，由锁相环提供。MAX291的输出端OUT信号经隔直电容C2供IC2构成的电平移动电路，IC2-6信号输出供DSP内的A/D转换器输入端ADCIN3。IC2-3端接参考电压Vt。
测速传感器6拾取的砂轮轴转动频率信号f0供双单稳电路CD4528-B端，CD4528-Q端与CD4046-AIN端连接。CD4046和CD4040构成锁相环。CD4046-VCOUT端与CD4040-CLK端连接，CD4040-Q7端与CD4046-BIN端连接产生128 f0时钟信号和稳定的f0信号。脉冲信号128f0分别供MAX291-CLK、DSP-CAP4和DSP-C AP1；脉冲信号f0供DSP-CAP3。
DSP数据总线D0～D15的低八位接液晶显示器MDLS204612的数据总线DB0～DB7，DSP的地址线A1和A2接MDLS204612的使能信号端和寄存器、数据操作选择端E和RS，DSP的外部器件写允许端/WE经反相器74LS04接MDLS204612的读、写操作选择端R/W。
权利要求
1.一种磨床砂轮动态平衡测控系统，其基于这样一种设计思想，在砂轮自动平衡过程中，因砂轮本身不平衡量与砂轮平衡头质量补偿系统的共同作用，振动位移的幅值和相位在快速地发生变化，它的变化规律与平衡头的工作原理有关，平衡过程需要实时跟踪信号，并根据被测信号的幅值立即做出分析、判断和处理，直至捕捉到的振动值达到预置值为止，其特征在于采用数字信号专用处理芯片，对磨床砂轮自动平衡过程中的振动信号进行隔波采样及隔波处理，通过离散付立叶变换计算来提取基波分量，得到精确的基波信号的幅值和相位，抑制其它噪声的干扰，经过对被测信号的分析处理，判断是否需要将PWM信号提供给双桥马达专用集成控制器，来驱动砂轮平衡头传动机构，以实现砂轮的动态平衡。
2.如权利要求1所述的磨床砂轮动态平衡测控系统，其特征在于其平衡测控系统的测振传感器(1)拾取机械振动信号供给前置电路积分器(2)进行积分变换，将振动的速度量转换成振动位移量，集成程控放大器(3)在DSP芯片(9)的控制下自动进行量程转换，集成数字低通跟踪滤波器(4)起抗混淆作用，滤去高于有用信号2倍的频率成份平移动电路(5)将双向电压信号转变为模数转换器所需的单电压信号；DSP芯片(9)内含十位A/D转换器；霍尔测速传感器(6)拾取主轴的转速信号f0，经整形、锁相倍频产生128f0和稳定的f0二路信号，作为采样间隔控制、转速测量和数字滤波的时钟脉冲；数字信号处(DSP)专用芯片TMS320F240产生PWM脉冲，经缓冲隔离处理(12)，提供给双桥马达专用集成控制器(13)，经其功率放大后驱动砂轮平衡头的电磁驱动器(16)；DSP芯片完成整机时序运行，被测信号的采样分析处理、脉冲捕捉、PWM输出、人机对话和测量结果显示等各种控制；RS-232串行口和I/O口用于与CNC设备联机通讯；砂轮平衡头(17)在电磁驱动器控制下，对砂轮(18)，进行质量补偿，使其达到动态平衡。
3.如权利要求1所述的磨床砂轮动态平衡测控系统，其特征在于其平衡测控系统的隔波采样及隔波处理程序设计为当测量系统进入砂轮自动平衡状态时，DSP向双桥马达控制器提供PWM脉冲，砂轮质量补偿系统开始工作；基频振动位移的幅值和相位在发生快速变化；测量单元跟踪信号捕捉最佳点；在砂轮转动的上一圈采样128点，在下一圈内完成对128样点的离散付立叶变换计算，提取基波的分量，并将其与预置值比较，同时将计算结果提供给液晶显示器显示，便于观察测量状态，当测值大于预置值时，继续下一个轮回，当测值小于等于预置值时，立即停止PWM输出，自动平衡过程结束，砂轮质量补偿系统锁定状态。
全文摘要
一种磨床砂轮动态平衡测控系统，其采用数字信号专用处理芯片，对磨床砂轮自动平衡过程中的振动信号进行隔波采样及隔波处理，通过离散付立叶变换计算来提取基波分量，得到精确的基波信号的幅值和相位，抑制其它噪声的干扰，经过对被测信号的分析处理，判断是否将PWM信号提供给双桥马达专用集成控制器，来驱动砂轮平衡头传动机构，以实现砂轮的动态平衡。其可快速跟踪，快速反应，抑制干扰能力强。
文档编号G01M1/16GK1405541SQ0214878
公开日2003年3月26日 申请日期2002年11月21日 优先权日2002年11月21日
发明者高冰, 苏健, 钟小滨, 张卫军 申请人:洛阳轴研科技股份有限公司