[发明专利]一种数控磨床载荷谱数据变采样率采集装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控磨床载荷谱数据变采样率采集装置与方法，本发明属于先进制造技术及自动化领域。 

背景技术

数控磨床在机械制造企业使用非常广泛，数控磨床的可靠性对企业正常生产十分重要。为了提高数控磨床的可靠性，必须对数控磨床进行可靠性设计，数控磨床的载荷谱是可靠性设计的基础数据。数控磨床的载荷谱主要包括数控磨床各个转动轴的转速和转矩值。 

目前国内数控磨床与国外先进数控磨床相比可靠性普遍偏低，存在故障率高、加工精度难以长久维持，其根本原因是在产品设计时未进行可靠性设计。为了提升国产数控磨床的可靠性，必须进行可靠性设计。可靠性设计的前提是获取载荷谱数据，要想获取数控磨床的载荷谱数据，需要对相关数据进行采集，而本发明正是基于以上背景而设计的。 

传统的数据采集系统是将传感器装在被测机体上，影响被测机器的正常工作，且通常传统数据采集装置采样频率是固定不变的。由于数控机床载荷谱数据的采集不能影响数控磨床的正常工作，而且是连续采集，CPU需要处理的数据量非常大，给存储带来了困难。为此需要一种简便、实用的数据采集与处理方法，在数据变化较小时降低采样频率，从而降低数据存储量，减轻CPU负担，减小存储空间。 

发明内容

本发明针对数控磨床载荷谱，提出了一种数控磨床载荷谱数据变采样率采集装置与方法。四个非接触式转速传感器（1）（2）（3）（4）分别安装在主轴（16）、砂轮轴（17）、X轴丝杠（18）和Z轴丝杠（19）端部，四个电流变送器（5）（6）（7）（8）分别穿过主轴伺服驱动器（20）、砂轮轴变频器（21）、X轴伺服驱动器（22）和Z轴伺服驱动 器（23）的电源线。转速传感器和电流变送器将信号送给信号采集处理板（13），信号采集处理板（13）首先以计算出的采样频率对各路信号进行分时采样，然后将采样的模拟信号转为数字信号送给CPU（12）处理，处理后的数据通过RS232串口（14）传送给上位计算机（15），计算机存储载荷谱数据并进行后处理。 

为了不改变数控磨床的机械结构，本发明使用的四个转速传感器均为非接触式转速传感器，将传感器安装在转轴和丝杠端部，不影响数控磨床的操作和正常工作。四个转速传感器和四个电流变送器的安装均不影响数控磨床正常的工作。四个转速传感器的数值可以直接反映主轴、砂轮轴、X轴丝杠和Z轴丝杠的转速。 

对于扭矩的测量本发明采用的是间接测量法，转轴的扭矩和电机的功率是成正比的，故测量电机的功率即可以计算出轴的扭矩，对于数控磨床使用的电机而言，其输入电压通常是固定不变的，而电流随着扭矩的变化而变化，为此，本发明通过测量电机的电流来间接计算转轴的扭矩，为了不改变数控磨床的现有接线方式和电气元件布局，本发明使用电流变送器来检测电机的电流，电流变送器套在电动机的输入电源线上即可检测出输入电流值。 

由于数控磨床的转速和转矩值的变化是随机的，为了真实反映机床任意时刻的转速和转矩值，就必须以较大的采样频率进行采样，计采样的数据量和采样频率成正比。如果一直以较高的采样频率采样，将需要大量的存储空间，且CPU一直处于高速运转状态。为了解决这一问题，本发明采取变采样频率采样，即根据每个信号的前后两次采样值的差值来确定采样频率，采样频率与前后两次采样值的差值成正比。如果前后采样值的差值很小，说明该信号变化很小，则降低采样频率，减小存储量；如果前后采样值的差值很大，说明该信号变化很大，为了不失真，则加大采样频率。为了防止前后两次采样值的插着很小导致采样频率很小或采样停止，设置一个最低采样频率，当计算出的采样频率低于最低采样频率时，以最低采样频率进行采样。同 样为了防止计算出的采样频率超过采样器件的处理能力，设置一个最高采样频率，当计算出的采样频率超过最高采样频率时，以最高采样频率采样。 

由于在任意时刻只能有一路信号进行采样，本发明中有八路信号需要采集，故有可能出现在某一时刻有两个或两个以上的信号同时需要采样，即出现信号竞争情形。为此，在测量时将八路信号进行编号，当出现竞争情况时，将参与竞争的信号按编号的大小进行排队，编号小的信号先采样，采样完毕后再返回继续采样。 

本发明具有的有益效果是： 

1、本发明所述的数控磨床载荷谱数据变采样率采集装置与方法可以在不改变数据磨床结构和电气元件的情况下采集载荷谱数据，不破坏数控磨床的完整性，提高机床的可靠性，同时不会影响数据磨床的正常工作。