一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲切割聲主軸的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，包括主控MCU、人機(jī)交互界面裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。傳感器輸出接口通過(guò)杜邦線與調(diào)理電路輸入接口連接，調(diào)理電路輸出接口通過(guò)杜邦線與主控MCU內(nèi)置ADC的GPIO口連接，人機(jī)交互界面裝置與主控MCU通過(guò)16位8080總線相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)SPI總線與主控MCU連接；主控MCU上設(shè)有USB轉(zhuǎn)串口用來(lái)供電，設(shè)有2MSPI-FLASH用于保存字庫(kù)，設(shè)有JTAG/SW口來(lái)下載數(shù)據(jù)采集程序。本發(fā)明在加工中的各個(gè)故障參數(shù)，超過(guò)工作許可范圍時(shí)，給予聲光報(bào)警提示，從而提高加工的可靠性和安全性，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，更適合工程實(shí)際應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲切割聲主軸的狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蜂窩復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度和高比模量，良好的耐老化和抗腐蝕能力，有足夠的斷裂韌性和良好的抗疲勞性能，在航空航天、軍事、電子、汽車和生物工程等領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并且不斷地向新的領(lǐng)域擴(kuò)展。正是由于蜂窩復(fù)合材料優(yōu)良獨(dú)特的性能特點(diǎn)，傳統(tǒng)的加工方法在加工質(zhì)量、效率和環(huán)保方面存在較大不足。超聲切割技術(shù)的發(fā)展很好的解決了上述問(wèn)題，在蜂窩復(fù)合材料的超聲切割中，超聲切割聲主軸是其加工的主體和關(guān)鍵，其綜合性能的好壞直接影響材料加工質(zhì)量和加工效率。然而，在實(shí)際的蜂窩復(fù)合材料超聲切割過(guò)程中，常常由于聲主軸匹配不好、關(guān)鍵點(diǎn)溫度過(guò)高、刀尖振動(dòng)減弱、刀具磨損或破裂等原因，造成蜂窩復(fù)合材料超聲切割優(yōu)越性降低或消失，甚至整個(gè)聲學(xué)系統(tǒng)損壞。目前，對(duì)于超聲切割聲主軸可靠性的研究已經(jīng)成為國(guó)產(chǎn)超聲加工設(shè)備投入生產(chǎn)應(yīng)用的瓶頸。其研究點(diǎn)相對(duì)分散，往往只進(jìn)行單一故障參數(shù)的監(jiān)測(cè)，缺乏一套完整的對(duì)超聲切割聲主軸綜合故障參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而且，目前聲主軸的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化、可視化、自動(dòng)化程度相對(duì)較低，過(guò)多的依賴專業(yè)的素質(zhì)人員對(duì)所測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而影響聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性，最終嚴(yán)重影響國(guó)產(chǎn)超聲加工設(shè)備的市場(chǎng)化發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括主控MCU、人機(jī)交互界面裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。主控MCU采用ARM Cortex-M3，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括多個(gè)調(diào)理電路和多個(gè)傳感器；其中調(diào)理電路分為衰減模塊的調(diào)理電路和放大模塊的調(diào)理電路；
[0006]傳感器輸出接口通過(guò)杜邦線與調(diào)理電路輸入接口連接，調(diào)理電路輸出接口通過(guò)杜邦線與主控MCU內(nèi)置ADC的GPIO 口連接，人機(jī)交互界面裝置與主控MCU通過(guò)16位8080總線相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)SPI總線與主控MCU連接；主控MCU上設(shè)有USB轉(zhuǎn)串口用來(lái)供電，設(shè)有2MSP1-FLASH用于保存字庫(kù)，設(shè)有JTAG/SW 口來(lái)下載數(shù)據(jù)采集程序；
[0007]衰減模塊的調(diào)理電路包括第一電壓反饋型放大器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第一二極管D1、第二二極管D2、第二運(yùn)算放大器U2和第三運(yùn)算放大器U3;
[0008]第一電阻Rl的Vin端與傳感器的輸出端連接，另一端與第一二極管Dl正極、第二二極管D2負(fù)極、第二電阻R2的一端、第一電壓反饋型放大器Ul正向輸入端連接，第二電阻R2的另一端接地，第一二極管Dl負(fù)極與第二二極管D2正極、第一電壓反饋型放大器Ul反向輸入端、第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端連接，第一電壓反饋型放大器Ul的電壓輸出端與第三電阻R3的另一端連接主控MCU內(nèi)置ADC的GPIO輸入口，第一電壓反饋型放大器Ul正負(fù)電源端接土5v電壓；第四電阻R4的另一端與第二運(yùn)算放大器U2的輸出口、第五電阻R5的一端連接,第二運(yùn)算放大器U2反向輸入端與第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的一端，第二運(yùn)算放大器U2正向輸入端接地，第三運(yùn)算放大器U3的輸出端和反向輸入端與第六電阻R6的另一端連接，第三運(yùn)算放大器U3的正向輸入端接5V偏置電壓，第三運(yùn)算放大器U3的正負(fù)電源端接±5v電壓；
[0009]放大模塊的調(diào)理電路包括第四運(yùn)算放大器U4、第七電阻R7和滑動(dòng)電阻r ；
[0010]所述的滑動(dòng)電阻r代表10KNTC熱電阻溫度傳感器，其一端接+3.3V電壓，另一端與第四運(yùn)算放大器U4的正向輸入端、第七電阻R7的一端連接，第四運(yùn)算放大器U4的反向輸入端與輸出端連接主控MCU內(nèi)置ADC的GPIO輸入口 ；
[0011]一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，具體包括以下步驟:
[0012]步驟一:開(kāi)啟系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、延時(shí)初始化、LED初始化、LCD初始化、ADC初始化、DMA初始化、觸摸屏初始化、內(nèi)存池初始化；
[0013]步驟二:更新字庫(kù)和界面圖片；
[0014]步驟三:初始化畫(huà)圖；
[0015]步驟四:設(shè)置多頁(yè)面緩存的當(dāng)前操作層和顯示層為I ;
[0016]步驟五:加載主界面；
[0017]步驟六:進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序；
[0018]步驟七:判斷是否是觸摸點(diǎn)1，如果不是觸摸點(diǎn)1，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)是1，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為2，其次加載主軸監(jiān)測(cè)界面，進(jìn)入ADC數(shù)據(jù)采集、處理、分析程序，將采集到的數(shù)據(jù)與報(bào)警閥值對(duì)比，如果超過(guò)則報(bào)警，并保存，如果沒(méi)有超過(guò)，則將數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四；
[0019]步驟八:判斷是否是觸摸點(diǎn)2，如果不是觸摸點(diǎn)2，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)為2，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為3，其次進(jìn)入動(dòng)態(tài)曲線顯示界面，調(diào)用ADC數(shù)據(jù)采集、處理、分析程序，并將AD采集的數(shù)據(jù)以曲線形式在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四；
[0020]步驟九:判斷是否是觸摸點(diǎn)3，如果不是觸摸點(diǎn)3，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)為3，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為4，其次進(jìn)入設(shè)置界面，通過(guò)觸摸按鍵設(shè)置報(bào)警閥值，并將報(bào)警閥值大小在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四；
[0021]步驟十:判斷是否是觸摸點(diǎn)4，如果不是觸摸點(diǎn)4，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)為4，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為5，其次加載文件管理界面，并將故障數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023](I) 一套嵌入式狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠完成整個(gè)超聲切割聲主軸常見(jiàn)故障參數(shù)的監(jiān)測(cè)；[0024](2)針對(duì)于換能器阻抗角的監(jiān)測(cè)方法，采樣改進(jìn)的正交相關(guān)法，其有效抑制高斯白噪聲的干擾，并且計(jì)算量小，計(jì)算精度高，完全滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
[0025](3)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以使用戶在短時(shí)間內(nèi)獲得聲主軸的狀態(tài)信息，抗干擾能力強(qiáng)，能夠保證數(shù)據(jù)有效、快速、穩(wěn)定地傳輸；
[0026](4)7寸液晶屏將故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)和采集的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)顯示，直觀地查看聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)；
[0027](5)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及早防范故障發(fā)生，使企業(yè)及時(shí)獲得技術(shù)支持，解決生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)力量不足的問(wèn)題，并減少維護(hù)和使用成本。
[0028](6)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以減少企業(yè)的售后服務(wù)成本，提高售后服務(wù)質(zhì)量，適應(yīng)制造全球化和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈化的趨勢(shì),增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2:本發(fā)明的傳感器布局圖；
[0031]圖3:本發(fā)明的信號(hào)衰減模塊的調(diào)理電路圖；
[0032]圖4:本發(fā)明的信號(hào)放大模塊的調(diào)理電路圖；
[0033]圖5:本發(fā)明的基本工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述；
[0035]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法包括主控MCU、人機(jī)界面交互裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與ARMCortex-M3微處理器相連，并與監(jiān)測(cè)所用的傳感器相連，用于獲取超聲切割聲主軸常見(jiàn)故障參數(shù)，傳感器與內(nèi)部ADC通過(guò)調(diào)理電路將傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波后，轉(zhuǎn)換為滿足ADC輸入的電壓范圍；人機(jī)交互界面裝置與ARMCortex-M3微處理器相連，用于顯示超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)與ARM Cortex-M3微處理器相連，用于對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。另外，此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口供電，通過(guò)2MSP1-FLASH保存字庫(kù)，通過(guò)JTAG/SW下載數(shù)據(jù)采集程序。
[0036]ARM Cortex-M3微處理器作為主控MCU完成人機(jī)交互界面的控制、數(shù)據(jù)采集的控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的控制。
[0037]優(yōu)選的，主控MCU采用基于ARM Cortex_M3內(nèi)核的芯片型號(hào)為STM32F103RBT6作為控制器，該芯片內(nèi)部自帶12位16通道的逐次逼近型ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器。降低了系統(tǒng)硬件擴(kuò)展的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0038]人機(jī)交互界面裝置由觸摸屏驅(qū)動(dòng)單元、IXD驅(qū)動(dòng)單元、IXD顯示屏構(gòu)成。其中IXD驅(qū)動(dòng)單元與ARM Cortex-M3微處理器通過(guò)16位8080總線連接，觸摸屏驅(qū)動(dòng)單元與ARMCortex-M3微處理器通過(guò)IIC總線連接。人機(jī)交互界面裝置可以支持8頁(yè)顯存，多達(dá)5點(diǎn)同時(shí)觸控，使用觸摸功能可以實(shí)現(xiàn)界面的相互切換和閥值參數(shù)的設(shè)置等，避開(kāi)了按鍵操作，更加智能、實(shí)用、方便。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共有五個(gè)界面，主界面、聲主軸監(jiān)測(cè)界面、動(dòng)態(tài)曲線顯示界面、設(shè)置界面、文件管理界面。主界面是一個(gè)開(kāi)機(jī)logo界面，顯示整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所具有的功能；主軸監(jiān)測(cè)界面可以完全顯示整個(gè)聲主軸各關(guān)鍵點(diǎn)的故障參數(shù)，顯示清晰明了，對(duì)使用用戶零基礎(chǔ)考驗(yàn)；動(dòng)態(tài)曲線顯示界面可以對(duì)刀尖振幅、阻抗角、換能器電壓、電流、各關(guān)鍵點(diǎn)溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)曲線顯示，方便觀察數(shù)據(jù)走勢(shì)圖，為專業(yè)的技術(shù)人員研發(fā)更實(shí)用的聲主軸提供技術(shù)依據(jù)；設(shè)置界面用來(lái)設(shè)置報(bào)警閥值；文件管理界面可以查看故障報(bào)警參數(shù)。
[0039]IXD顯示屏為7寸TFT-1XD，分辨率為800*480。觸摸屏驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)IIC通信接口與主控MCU相連來(lái)驅(qū)動(dòng)觸摸屏，用于完成各界面之間的相互切換和閥值參數(shù)的設(shè)置等功能。觸摸屏驅(qū)動(dòng)單元由型號(hào)為GT811的芯片構(gòu)成。
[0040]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用ARM Cortex-M3片內(nèi)自帶的12位16通道的逐次逼近型ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以通過(guò)軟件設(shè)置每個(gè)通道的采樣頻率，方便高頻信號(hào)和低頻信號(hào)以不同的采樣頻率進(jìn)行采集，達(dá)到合理利用ARM Cortex-M3微處理器的內(nèi)部資源。ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的電壓要求范圍為O?3.3V,因此,傳感器輸出的信號(hào)電壓范圍要經(jīng)過(guò)調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波轉(zhuǎn)換為可以被ADC采集的電壓。被ADC采集的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理、分析之后在7寸TFT-1XD液晶屏上顯示。
[0041]SPIFLASH用于存儲(chǔ)字庫(kù)。SPIFLASH由型號(hào)為W25X16芯片構(gòu)成，容量為2M字節(jié)。USB轉(zhuǎn)串口為工控MCU供電。SD卡用于保存異常數(shù)據(jù)。SD卡容量為2G。JTAG/SW用于數(shù)據(jù)米集軟件程序的燒錄。
[0042]如圖2所示，本發(fā)明提供的一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法的傳感器布局圖。超聲切割聲主軸機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要包括:換能器、變幅桿、刀具，而超聲波發(fā)生器是將工頻電轉(zhuǎn)化為超聲頻，整個(gè)聲主軸的工作離不開(kāi)超聲波發(fā)生器。而超聲波發(fā)生器內(nèi)部又包括:整流模塊、逆變模塊、匹配模塊。根據(jù)超聲切割聲主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件，分析得到影響超聲切割聲主軸加工的各參數(shù)，并根據(jù)各參數(shù)確定所選用的傳感器為:ACS712ELC-20A直流電流傳感器201、10KNTC接觸式熱電阻溫度傳感器202、LTSRl5-NP交流電流傳感器203、CHV-25P交流電壓傳感器204、0TP_538U紅外非接觸式傳感器205、10KNTC接觸式熱電阻溫度傳感器206、377C01傳聲器207。
[0043]ACS712ELC-20A直流電流傳感器201用于測(cè)量整流模塊輸出電流，整流模塊常見(jiàn)的故障是整流橋過(guò)電流被擊穿。ACS712ELC-20A電流傳感器201將監(jiān)測(cè)到的電流轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的電壓被AD采集，最終在人機(jī)界面顯示電流大小，如果電流值超過(guò)預(yù)設(shè)閥值，將出現(xiàn)聲光報(bào)警，并把過(guò)電流值保存到SD卡。
[0044]10KNTC接觸式溫度傳感器202用于測(cè)量功率管溫度，功率管常見(jiàn)故障就是溫度升高，甚至高達(dá)上百度而損壞逆變模塊。10KNTC熱電阻溫度傳感器202將溫度值轉(zhuǎn)換為電阻值輸出，溫度越高，電阻越小。AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)采集傳感器輸出電壓換算出功率管溫度，并在人機(jī)界面上顯示溫度大小，如果溫度值超過(guò)預(yù)設(shè)閥值，將出現(xiàn)聲光報(bào)警，并把溫度值保存到SD卡。
[0045]LTSRl5-NP交流電流傳感器203、CHV-25P交流電壓傳感器204用于測(cè)量換能器輸入電流和換能器兩端電壓，聲主軸常見(jiàn)故障是阻抗不匹配，導(dǎo)致聲主軸系統(tǒng)失諧或失效。LTSRl5-NP交流電流傳感器203、CHV-25P交流電壓傳感器204分別獲得換能器的電流和電壓，并通過(guò)調(diào)理電路被AD采集，采集之后的電壓、電流數(shù)字量通過(guò)改進(jìn)的正交相關(guān)法處理，得到兩者之間的相位差，最終在人機(jī)界面顯示相位差(即阻抗角)大小，如果阻抗角值超過(guò)預(yù)設(shè)閥值，將出現(xiàn)聲光報(bào)警，并把阻抗角大小保存到SD卡。另外，對(duì)于AD轉(zhuǎn)換后的電流值還可以通過(guò)FFT分析和相關(guān)計(jì)算得到超聲波發(fā)生器輸出頻率和刀尖振幅，并在人機(jī)界面上顯不O
[0046]0TP-538U紅外非接觸式傳感器205用于測(cè)量換能器溫度，換能器最常見(jiàn)的問(wèn)題就是發(fā)熱問(wèn)題，即熱極限。由于換能器主要是由壓電陶瓷材料實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，而壓電陶瓷材料屬于鐵電材料，在大電場(chǎng)以及高功率的情況下，壓電陶瓷材料內(nèi)部的鐵電電滯損耗及介電損耗相當(dāng)大，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。而聲主軸在工作過(guò)程中有時(shí)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，故需要紅外非接觸式溫度傳感器測(cè)量其溫度。紅外非接觸式傳感器205將溫度值轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的電壓值輸出，經(jīng)過(guò)調(diào)理之后被AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集，通過(guò)軟件處理得到相對(duì)應(yīng)的溫度值，并在人機(jī)界面上顯示溫度大小，如果溫度值超過(guò)預(yù)設(shè)閥值，將出現(xiàn)聲光報(bào)警，并把溫度值保存到SD卡。
[0047]10KNTC接觸式溫度傳感器206用于測(cè)量聲主軸節(jié)點(diǎn)處的溫度，節(jié)點(diǎn)是用來(lái)固定聲主軸本身的，節(jié)點(diǎn)處常常由于振動(dòng)產(chǎn)生摩擦熱，加大超聲能量的損耗，致使聲主軸刀尖振幅極小，故需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)溫度。10KNTC接觸式溫度傳感器206將溫度值轉(zhuǎn)換為電阻值輸出，溫度越高，電阻越小。AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)采集傳感器輸出電壓換算出功率管溫度，并在人機(jī)界面上顯示溫度大小，如果溫度值超過(guò)預(yù)設(shè)閥值，將出現(xiàn)聲光報(bào)警，并把溫度值保存到SD卡。
[0048]377C01傳聲器207用于測(cè)量刀尖磨損噪聲，刀尖在使用過(guò)程中常常會(huì)有磨損，磨損后的刀具尺寸改變，從而導(dǎo)致超聲振動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化，節(jié)點(diǎn)與夾持位置偏離過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)系統(tǒng)特別是固定處迅速發(fā)熱以致?lián)p壞。然而，常常由于系統(tǒng)失諧導(dǎo)致刀尖崩裂，故需要測(cè)量刀尖磨損噪聲。377C01傳聲器207拾取蜂窩復(fù)合材料超聲切割過(guò)程中的刀尖磨損噪聲，將獲得的噪聲信號(hào)通過(guò)調(diào)理電路后被AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集，采集后的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件處理得到相對(duì)應(yīng)的噪聲聲壓等級(jí)輸出，如果聲壓等級(jí)值超過(guò)預(yù)設(shè)閥值，將出現(xiàn)聲光報(bào)警，并把聲壓等級(jí)值保存到SD卡。另外，通過(guò)FFT對(duì)采集到的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析還可以得到聲主軸系統(tǒng)的諧振頻率，并在人機(jī)界面上顯示。
[0049]上述通過(guò)傳感器測(cè)量后的信號(hào)都不能直接被ARM Cortex-M3微處理器的片內(nèi)ADC直接采樣，故需要通過(guò)調(diào)理電路放大、濾波之后才能夠被采樣。
[0050]如圖3、4所示，本發(fā)明提供的一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法的調(diào)理電路圖。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)理電路包括兩部分:信號(hào)衰減模塊電路圖3和信號(hào)放大模塊電路圖4。
[0051]ACS712ELC-20A直流電流傳感器201、LTSRl5-NP交流電流傳感器203、CHV_25P交流電壓傳感器204和377C01傳聲器207輸出的電壓信號(hào)大于內(nèi)置ADC的電壓輸入范圍O~
3.3V，因此需要調(diào)理電路將傳感器輸出的信號(hào)電壓衰減到O~3.3V。如圖3所示，本衰減模塊所用的芯片為AD8056芯片，接口輸入電壓范圍為-1OV~+10V(即為各傳感器輸出電壓范圍)。衰減以后，輸出電壓范圍為O~3V，滿足內(nèi)置AD芯片的輸入范圍。轉(zhuǎn)換公式如下:
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括主控MCU、人機(jī)交互界面裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；主控MCU采用ARM Cortex-M3，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括多個(gè)調(diào)理電路和多個(gè)傳感器；其中調(diào)理電路分為衰減模塊的調(diào)理電路和放大模塊的調(diào)理電路； 其特征在于:傳感器輸出接口通過(guò)杜邦線與調(diào)理電路輸入接口連接，調(diào)理電路輸出接口通過(guò)杜邦線與主控MCU內(nèi)置ADC的GPIO 口連接，人機(jī)交互界面裝置與主控MCU通過(guò)16位8080總線相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)SPI總線與主控MCU連接；主控MCU上設(shè)有USB轉(zhuǎn)串口用來(lái)供電，設(shè)有2MSP1-FLASH用于保存字庫(kù)，設(shè)有JTAG/SW 口來(lái)下載數(shù)據(jù)采集程序；衰減模塊的調(diào)理電路包括第一電壓反饋型放大器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第一二極管D1、第二二極管D2、第二運(yùn)算放大器U2和第三運(yùn)算放大器U3; 第一電阻Rl的Vin端與傳感器的輸出端連接,另一端與第一二極管Dl正極、第二二極管D2負(fù)極、第二電阻R2的一端、第一電壓反饋型放大器Ul正向輸入端連接，第二電阻R2的另一端接地，第一二極管Dl負(fù)極與第二二極管D2正極、第一電壓反饋型放大器Ul反向輸入端、第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端連接，第一電壓反饋型放大器Ul的電壓輸出端與第三電阻R3的另一端連接主控MCU內(nèi)置ADC的GPIO輸入口，第一電壓反饋型放大器Ul正負(fù)電源端接土5v電壓；第四電阻R4的另一端與第二運(yùn)算放大器U2的輸出口、第五電阻R5的一端連接,第二運(yùn)算放大器U2反向輸入端與第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的一端，第二運(yùn)算放大器U2正向輸入端接地，第三運(yùn)算放大器U3的輸出端和反向輸入端與第六電阻R6的另一端連接，第三運(yùn)算放大器U3的正向輸入端接5V偏置電壓，第三運(yùn)算放大器U3的正負(fù)電源端接±5v電壓； 放大模塊的調(diào)理電路包括第四運(yùn)算放大器U4、第七電阻R7和滑動(dòng)電阻r ； 所述的滑動(dòng)電阻r代表10KNTC熱電阻溫度傳感器，其一端接+3.3V電壓，另一端與第四運(yùn)算放大器U4的正向輸入端、第七電阻R7的一端連接，第四運(yùn)算放大器U4的反向輸入端與輸出端連接主控MCU內(nèi)置ADC的GPIO輸入口。
2.一種超聲切割聲主軸狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟: 步驟一:開(kāi)啟系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、延時(shí)初始化、LED初始化、LCD初始化、ADC初始化、DMA初始化、觸摸屏初始化、內(nèi)存池初始化； 步驟二:更新字庫(kù)和界面圖片； 步驟三:初始化畫(huà)圖； 步驟四:設(shè)置多頁(yè)面緩存的當(dāng)前操作層和顯示層為I ; 步驟五:加載主界面； 步驟六:進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序； 步驟七:判斷是否是觸摸點(diǎn)1，如果不是觸摸點(diǎn)1，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)是1，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為2，其次加載主軸監(jiān)測(cè)界面，進(jìn)入ADC數(shù)據(jù)采集、處理、分析程序，將采集到的數(shù)據(jù)與報(bào)警閥值對(duì)比，如果超過(guò)則報(bào)警，并保存，如果沒(méi)有超過(guò)，則將數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四； 步驟八:判斷是否是觸摸點(diǎn)2，如果不是觸摸點(diǎn)2，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)為2，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為3，其次進(jìn)入動(dòng)態(tài)曲線顯示界面，調(diào)用ADC數(shù)據(jù)采集、處理、分析程序，并將AD采集的數(shù)據(jù)以曲線形式在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四； 步驟九:判斷是否是觸摸點(diǎn)3，如果不是觸摸點(diǎn)3，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)為3，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為4，其次進(jìn)入設(shè)置界面，通過(guò)觸摸按鍵設(shè)置報(bào)警閥值，并將報(bào)警閥值大小在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四； 步驟十:判斷是否是觸摸點(diǎn)4，如果不是觸摸點(diǎn)4，則繼續(xù)執(zhí)行步驟六，如果觸摸點(diǎn)為4，則首先設(shè)置當(dāng)前操作層和顯示層為5，其次加載文件管理界面，并將故障數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示，顯示之后進(jìn)入觸摸點(diǎn)掃描程序，并判斷是否為觸摸點(diǎn)5，如果不是，則繼續(xù)在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)，如果為觸摸點(diǎn)5，則返回執(zhí)行步驟四。
【文檔編號(hào)】G05B19/406GK103760819SQ201310753698
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】紀(jì)華偉, 李旭龍, 于保華, 葉紅仙, 胡小平, 趙志磊, 徐超 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)