一种用于钢球冷镦成形的在线监测系统及监控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于钢球冷镦成形的在线监测系统及监控方法，包括动、静模位移信号采集装置，位移信号采集装置与单片机控制系统相连，单片机控制系统与人机界面相连，所述的动、静模位移信号采集装置采集动模、静模之间的位移变化，并将位移变化转化为电压变化；所述的电压信号传输给单片机控制系统，所述的单片机控制系统对电压信号进行处理后，在人机界面上显示。本发明专利技术在传统冷镦过程的基础上增加在线监测系统，使得生产效率大大提高，及时发现冷镦过程中的问题，在节约人力的同时提高了产品质量的一致性，实现了对于冷镦过程球坯成形的在线监测。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括动、静模位移信号采集装置，位移信号采集装置与单片机控制系统相连，单片机控制系统与人机界面相连，所述的动、静模位移信号采集装置采集动模、静模之间的位移变化，并将位移变化转化为电压变化；所述的电压信号传输给单片机控制系统，所述的单片机控制系统对电压信号进行处理后，在人机界面上显示。本专利技术在传统冷镦过程的基础上增加在线监测系统，使得生产效率大大提高，及时发现冷镦过程中的问题，在节约人力的同时提高了产品质量的一致性，实现了对于冷镦过程球坯成形的在线监测。【专利说明】
本专利技术涉及。
技术介绍
钢球作为机械装备领域的关键零件，主要用于轴承、阀门、丝杠传动、抛光等，是机械、汽车行业以及军工、航空航天工业必不可少的零件。目前国内钢球的基本加工工艺过程为:原材料一冷缴一光球一热处理一硬磨一初研一精研一超精研一光学外观一清洗防镑一成品检验一包装。冷镦制坯能够保证良好的产品精度和机械性能，因而中小型钢球制坯普遍采用冷镦加工工艺。冷镦作为钢球加工的第一道工序，其成性缺陷具有扩散性、遗传性、隐蔽性，往往在后续工序中暴露出来，是主要的质量隐患和次品源头。环带缺陷(无环带或环带过大)是钢球成行过程中的主要质量缺陷。 目前国内钢球冷镦设备只执行机械式的往复运动，缺乏过程检测；传统的采用专用检测器具进行人工检测的方法，检测效率低，量具易磨损，生产过程中问题不能被及时发现和纠正，造成毛坯质量稳定性差，合格钢球毛坯中往往混杂着坏品，严重影响成品合格率。 在专利申请号为中公开了一种钢球高速冷镦机的自动检测装置，，包括固定在冷镦机机架上的PLC、冷镦机面板1、模块2、固定模壳3、固定球模4、活动模壳5和活动球模6，所述模块2与冷镦机面板I固定连接，固定模壳3通过垫板9固定安装在模块2上，固定球模4安装在固定模壳3内，活动球模6安装在活动模壳5内，活动模壳5通过偏心轮与冷镦机的高速电机连接，该自动检测装置还包括压力传感器7 ;在冷镦机的面板I上设有孔8，孔8内装入压力传感器7，压力传感器7通过导线与冷镦机上PLC连接; 现有专利的自动检测装置，压力传感器需要安装在冷镦机面板上的孔内，安装不方便，并且在现有冷镦机的基础上进行设备改造麻烦，需要重新打孔来安装传感器；采用PLC控制，成本较高。并且只通过获取冲击压力的值来根据压力范围判断球是否合格的方法并不全面，应根据冷镦过程中压力一时间信号建立包络曲线判断。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了一种用于钢球冷镦成形的在线监测系统，通过对冷镦过程中动模、静模位移信号进行实时监测和记录，并通过自学习算法自动建立生产监测标准，在线提取监测并分析信号特征，在加工过程中实时监测冷镦球坯时间-位移曲线，通过相关分析算法分析与生产监测标准的匹配程度，使得生产过程中有问题被及时发现，具有质量追踪及优化、异常报警及设备保护等功能。 为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下: 一种用于钢球冷镦成形的在线监测系统，包括动、静模位移信号采集装置，位移信号采集装置与单片机控制系统相连，单片机控制系统与人机界面相连，所述的动、静模位移信号采集装置采集动模、静模之间的位移变化，并将位移变化转化为电压变化；所述的电压信号传输给单片机控制系统，所述的单片机控制系统对电压信号进行处理后，在人机界面上显示。 所述的动、静模位移信号采集装置包括微位移电涡流传感器、安装在冷镦机固定模壳上的固定支架和安装在活动模壳上且用于传感器感应的固定感应块；所述的微位移电涡流传感器安装在固定支架上。 所述的单片机控制系统主要包括单片机芯片，A/D转换模块，报警装置。A/D转换模块和报警装置均与单片机芯片相连； 所述的报警装置主要包括继电器和红色报警灯，继电器来控制报警灯电路的通断； 所述的人机界面为触摸屏人机界面，通过串口线与单片机芯片的串口通信连接； 所述的微位移电涡流传感器、单片机控制系统、人机界面均通过系统控制电源电路供电； 所述的系统控制电源电路包括旋钮开关、电源指示灯以及工业级AC-DC开关电源，AC-DC开关电源将220V交流电转换成24V和5V直流电输出。 微位移电涡流传感器通过电涡流效应的原理，准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置，并位移变化转化为电压变化。将微位移电涡流传感器及感应块分别安装在静模和动模一侧，生产过程中冷镦胎体的距离变化转变为电压变化信号。 动、静模位移信号采集装置用于对冷镦过程中动模、静模之间位移变化的信号进行米集； 人机界面用于显示冷镦过程中位移信号的变化参数及冷镦机工作状态； 单片机控制系统用于将位移传感器采集到的位移信号处理后送到人机界面实时显示，通过自学习算法将一段稳定生产过程中的位移信号记录下来，并且自动建立包络曲线作为生产监测标准，在加工过程中实时监测冷镦球坯时间-位移曲线，通过相关分析算法分析与生产监测标准的匹配程度，当实际生产过程测试信号超出包络曲线时产生报警信号或者自动关闭机械设备电源； 所述的在线监测系统的监控方法如下: 首先是对监测系统进行学习训练过程，通过学习训练建立工作模板，主要包括3个步骤: 步骤1:在操作人员的监控下，并由操作人员判断钢球成形的质量是否合格，只记录合格钢球毛坯的时间-位移信号； 步骤2:对合格的钢球毛坯进行离散采样，具体如下: 对η个冷镦钢球合格信号采样；每个信号经A/D转换后，离散为一个长度固定为j的数组 (i = I, 2…n), (j = I, 2…N);这样将每个载荷信号由连续模拟量变为离散点，为中值滤波提供数值来源。这样将每个载荷信号由连续模拟量变为离散点，为中值滤波提供数值来源。 步骤3:循环中值滤波: 对η组数据中每个对应点进行升序排列，选择中间的x(x > 3)个数据进行保存；如果有新数据，再进行n-x组波形的采样，组成η组数据，升序排列；但记录下哪些是以前保留下来的旧数据，哪些是新的数据；根据新旧数据各种不同的排列可能，得到X组新的波形信号，如此循环。如果没有新波形输入则从每个点剩余的X个数据中，选择中间的数据进行保存，得到标准波形信号，自动建立包络曲线作为生产监测标准，保存在单片机系统中； 上面的n，X均表示自然数。 在监测系统进行完学习训练之后，进入正常生产工作阶段，进入到步骤4。正常工况下，每次冷镦过程的时间-位移信号曲线的特征指标与模板基本相同，一旦出现成形故障，信号曲线就会产生相应的异常变化。 步骤4:在生产阶段检测时，通过微位移电涡流传感器随时采集动、静模位移信号，采用相关分析算法将所采集的信号与步骤3中的生产监测标准进行匹配运算，当实际生产过程测试信号超出包络曲线时产生报警信号或者自动关闭机械设备电源，当没有超出包络曲线时，设备正常运行。 本专利技术的有益效果: 在本专利技术中采用微位移传感器监测动模位移X随时间t变化的关系，采集料段在成形过程中成形质量的变化规律，采用自学习算法自动建立包络曲线作为生产监测标准，根据位移曲线上的每一点可自动分析计算最佳包络曲线的宽度。在实际生产过程中，模具磨损、料段变长、变短等环节出现异常时，位移信号变化就会在包络曲线上反映出来； 本专利技术在传统冷镦过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢球冷镦成形的在线监测系统，其特征在于：包括动、静模位移信号采集装置，位移信号采集装置与单片机控制系统相连，单片机控制系统与人机界面相连，所述的动、静模位移信号采集装置采集动模、静模之间的位移变化，并将位移变化转化为电压变化；所述的电压信号传输给单片机控制系统，所述的单片机控制系统对电压信号进行处理后，在人机界面上显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国栋，艾长胜，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37