貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線診斷裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷裝置與方法。該裝置包括傳感器模塊、信號調(diào)理處理模塊、電源模塊、單片機(jī)中央信息處理單元模塊、液晶（LCD）診斷顯示模塊、聲光報警模塊。該方法主要是以激光三角法為原理的激光位移傳感器對貫流風(fēng)葉的多處圓跳度參數(shù)進(jìn)行非接觸式在線測量，診斷貫流風(fēng)葉質(zhì)量是否合格，而激光三角法是以經(jīng)典的光學(xué)三角原理為基礎(chǔ)，當(dāng)物面移動時，其位移方向與接收光路光軸形成一夾角。本發(fā)明可在線診斷貫流風(fēng)葉徑向圓跳度，具有自動化程度高、診斷可靠以及診斷效率高，可實現(xiàn)不同規(guī)格貫流風(fēng)葉的非接觸診斷。
【專利說明】貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線診斷裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及產(chǎn)品監(jiān)測與診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，主要用于在線監(jiān)測葉片圓跳動參數(shù)，特別適用于空調(diào)等貫流風(fēng)葉輪圓跳動的檢測，具有被測參數(shù)顯示、合格與不合格報警顯示功能。
【背景技術(shù)】
[0002]貫流風(fēng)葉作為空調(diào)及氣體輸送設(shè)備的重要零部件，其幾何特性參數(shù)將直接影響空調(diào)的噪聲水平及風(fēng)量輸送效能，因此對貫流風(fēng)葉結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)有著較高的要求。其中，貫流風(fēng)葉的圓跳動是其結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)中最重要的參數(shù)之一，提出一種自動化非接觸在線診斷裝置是市場所迫切需要。
[0003]目前國內(nèi)外對貫流風(fēng)葉的監(jiān)測方法可以分為兩類:一是采用人工方式，通過百分表等器具測量圓跳動，再由工人根據(jù)診斷標(biāo)準(zhǔn)主觀評估與判斷；二是借助于測量儀器進(jìn)行圓跳動參數(shù)的測量以及超限報警。根據(jù)資料檢索結(jié)果，于本發(fā)明相關(guān)的幾種圓跳動檢測方法主要是基于運(yùn)用激光檢測技術(shù)及機(jī)器視覺檢測技術(shù)([I]太友科技.跳動測試(TOl) [EB/0L] ；[2]向勝梅.非連續(xù)回轉(zhuǎn)面徑向跳動測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研究[D].碩士學(xué)位論文.長春:長春理工大學(xué)，2008年；)，這類技術(shù)對系統(tǒng)硬件要求高，開發(fā)成本高、難度大，對不同產(chǎn)品的測量需要重新標(biāo)定，適應(yīng)性不強(qiáng)。而對應(yīng)的激光檢測技術(shù)采用衍射法，只適用于小量程的精密測量，以激光掃描法為原理的圓跳動測量儀目前只能測量軸類零件的單點(diǎn)徑向圓跳動參數(shù)。人工方式存在監(jiān)測效率低、監(jiān)測結(jié)果受人為主觀因素影響大、長時間監(jiān)測易使工人視覺疲勞等不足，采用測量儀器只能對單一的圓跳動參數(shù)進(jìn)行測量與超限報警。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線診斷裝置，采用以單片機(jī)為核心的硬件結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時、在線、非接觸的對風(fēng)葉圓跳度質(zhì)量診斷
[0005]本發(fā)明提出的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線診斷裝置，主要包括:
[0006](I)傳感器模塊，包括貫流風(fēng)葉徑向圓跳動測量傳感器與貫流風(fēng)葉探測傳感器，前者用于測量貫流風(fēng)葉徑向圓跳動，作為故障診斷的監(jiān)測信號源；后者用于判斷貫流風(fēng)葉放置情況，智能啟動徑向圓跳動測量程序；
[0007](2)信號調(diào)理模塊，對傳感器信號輸出信號進(jìn)行濾波以及限幅處理，用于單片機(jī)輸A ；
[0008](3)電源模塊，將AC-DC輸出的5V直流電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用于傳感器、信號調(diào)理電路、單片機(jī)、聲光報警以及IXD顯示屏供電；
[0009](4)單片機(jī)中央信息處理單元模塊，用于接受傳感器檢測信號，對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理、故障診斷與決策，并通過顯示模塊實時顯示貫流風(fēng)葉故障狀態(tài)信息以及徑向圓跳動參數(shù)值；
[0010](5)液晶(IXD)診斷顯示模塊，用于接收單片機(jī)的顯示信息，顯示故障診斷結(jié)果和貫流風(fēng)葉徑向圓跳動參數(shù)；[0011](6)聲光報警模塊，分別用綠、紅兩種顏色的LED分別顯示貫流風(fēng)葉徑向圓跳動合格與故障時的狀態(tài)，對超出閾值的不合格產(chǎn)品，蜂鳴器出現(xiàn)報警提示。
[0012]上述裝置中的各模塊主要包括:
[0013](I)傳感器模塊是激光測量傳感器收發(fā)電路，用于檢測風(fēng)葉輪徑向圓跳度，光電傳感器檢測檢測風(fēng)葉的放置與否。
[0014](2)模擬信號處理模塊具有放大、濾波、信號幅度衰減功能，使傳感器輸出穩(wěn)定信號。
[0015](3)電源模塊將AC-DC輸出的+5V、± 15V、+24V直流電，給傳感器、信號調(diào)理、LCD顯示及單片機(jī)供電。
[0016](4)單片機(jī)中央信息處理單元模塊采用C8051R)20單片機(jī)，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，記錄下采集到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行貫流風(fēng)葉徑向圓跳度的診斷與識別。
[0017](5) IXD診斷顯示模塊實時顯示診斷結(jié)果和圓跳動的相關(guān)參數(shù)。
[0018](6)聲光報警系統(tǒng)，用綠、紅兩種顏色分別顯示風(fēng)葉圓跳動質(zhì)量是否合格，并對超出閾值的不合格產(chǎn)品輸出音頻報警。
[0019]貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷方法，其包括如下步驟:
[0020]( I)初始化系統(tǒng)，初始化完成后，通過貫流風(fēng)葉探測傳感器的輸出來判斷是否已放置工件，此時，接近開關(guān)在下降沿有效；
[0021](2)當(dāng)放置工件后，貫流風(fēng)葉探測傳感器將輸出的控制信號送至步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)啟動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0022](3)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道采集貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器的輸出信號，循環(huán)采集一定采樣點(diǎn)數(shù)，并通過算法計算出采集信號的最大值與最小值，如此循環(huán)采集三路傳感器輸出值并存儲最值；
[0023](4)數(shù)據(jù)處理程序主要是將采集的電壓值的三組最值作差并轉(zhuǎn)換為位移值，再將位移值與預(yù)存的閾值進(jìn)行比較，進(jìn)行聲光報警顯示，并將所得的圓跳動值在LCD屏上顯示。
[0024]本發(fā)明提出了一種貫流風(fēng)葉徑向圓跳度在線診斷裝置和方法，該方法主要以激光三角法為原理的激光測量傳感器對風(fēng)葉的徑向圓跳度進(jìn)行非接觸式在線測量，而激光三角法是以經(jīng)典的光學(xué)三角原理為基礎(chǔ)，當(dāng)物面移動時，其位移方向與接收光路光軸形成一夾角。該發(fā)明檢測效率高，產(chǎn)線在線監(jiān)測，成本低，適合大范圍推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0025]圖1為本發(fā)明中貫流風(fēng)葉徑向圓跳度在線診斷裝置結(jié)構(gòu)框圖。
[0026]圖2為本發(fā)明中主程序流程圖。
[0027]圖3為本發(fā)明中傳感器布設(shè)示意圖。
[0028]圖4為本實例中電路原理圖。
【具體實施方式】:
[0029]下面結(jié)合附圖及一個實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0030]以下將結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)框圖，本發(fā)明的裝置硬件功能模塊主要包括傳感器模塊、信號調(diào)理處理模塊、電源模塊、單片機(jī)中央信息處理單元模塊、液晶(LCD)診斷顯示模塊、聲光報警模塊。。
[0032]如圖2所示，本發(fā)明裝置主程序流程圖，首先初始化系統(tǒng)，初始化完成后，通過貫流風(fēng)葉探測傳感器輸出來判斷是否已放置工件；當(dāng)檢測放置工件后，將輸出的控制信號送至步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)啟動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道采集激光傳感器的輸出信號，循環(huán)采集一定采樣點(diǎn)數(shù)，并通過算法計算出采集信號的最大值與最小值，如此循環(huán)采集三路傳感器輸出值并存儲最值；數(shù)據(jù)處理程序主要是將采集的最值(電壓值)作差并轉(zhuǎn)換為位移值，再將位移值與預(yù)存的閾值進(jìn)行比較，進(jìn)行聲光報警顯示，并將所得的圓跳動值在IXD屏上顯示。
[0033]如圖3所示為傳感器的布設(shè)示意圖，本發(fā)明中，電機(jī)I帶動貫流風(fēng)葉2旋轉(zhuǎn)，在貫流風(fēng)葉2 —側(cè)設(shè)有貫流風(fēng)葉探測傳感器3，此實施例中貫流風(fēng)葉探測傳感器3為慢反射型光電傳感器(型號為M18);所述貫流風(fēng)葉側(cè)還設(shè)有貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器4，貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器4主要采用了激光測量傳感器(型號為LG5B65NU)，，。所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器4中包括激光器5，會聚透鏡6，以及光電探測器7，實例中，貫流風(fēng)葉探測傳感器3監(jiān)測導(dǎo)軌上是否放置貫流風(fēng)葉，并控制電機(jī)帶動風(fēng)葉輪轉(zhuǎn)動，貫流風(fēng)葉側(cè)還設(shè)有貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器4對風(fēng)葉的徑向圓跳度進(jìn)行在線監(jiān)測，所述所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器4的位置可以移動，從不同角度對貫流風(fēng)葉進(jìn)行探測。
[0034]如圖4所示，本裝置中電路原理圖，其中，信號調(diào)理模塊采用差分放大、濾波處理，運(yùn)算放大器(型號為JRC4558)需要±12V供電，通過改變可調(diào)電阻，得到所需放大倍數(shù)。實例中，由于C8051F020單片機(jī)內(nèi)部ADC的輸入范圍為O — VREF，VREF〈3V，一般取VREF=2.5V，需要對傳感器的輸出進(jìn)行信號幅度衰減，然而光電開關(guān)的工作電壓采用的是12V，而C8051F020的I/O 口的邏輯高電平為>2.4V，耐5V，也需要進(jìn)行幅度衰減，為此我們采用了精密分壓電路。
[0035]本裝置中電源模塊，系統(tǒng)外部供電電源采用AC-DC輸出為+5V、+24直流電，供傳感器、單片機(jī)、信號調(diào)理電路、聲光報警及LCD診斷顯示電路供電，激光傳感器采用AC-DC提供的+24V，光電傳感器工作電壓為10-30VDC。
[0036]本裝置中單片機(jī)中央信息處理單元電路中單片機(jī)型號為C8051F020，該單片機(jī)與C51系列單片機(jī)具有兼容的控制器內(nèi)核，采用流水線結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行速度大大提高，本例中，其晶振為22MHz，將信號通過A\D轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，采集注塑葉輪轉(zhuǎn)動一圈得到的數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)閾值的判斷比較。本實施例中，貫流風(fēng)葉徑向圓跳動的診斷:如果T > Thor T > Tl (TH，IY為實驗過程所得閾值點(diǎn)，T為實測值。)，則端面圓跳動不合格。
[0037]本裝置中IXD診斷顯示，IXD顯示器(型號為RT12864M-1)實時顯示風(fēng)葉徑向圓跳度的相關(guān)參數(shù)，操作者可以清晰地了解參數(shù)，并做出正確的操作。
[0038]本裝置中聲光報警，采用了綠、紅兩種顏色LED表示圓跳動是否合格及蜂鳴器報警電路。實例中，綠、紅兩種顏色LED分別表示圓跳動合格與不合格，對超出閾值的不合格產(chǎn)品，蜂鳴器出現(xiàn)報警提示。
【權(quán)利要求】
1.貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷裝置，其特征在于:該裝置包括: (1)傳感器模塊，包括貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器與貫流風(fēng)葉探測傳感器，前者用于測量貫流風(fēng)葉徑向圓跳動，作為故障診斷的監(jiān)測信號源；后者用于判斷貫流風(fēng)葉放置情況，智能啟動徑向圓跳動測量程序； (2)信號調(diào)理模塊，對傳感器輸出信號進(jìn)行濾波以及限幅處理，并輸入到單片機(jī)系統(tǒng)中； (3)電源模塊，將AC-DC輸出的直流電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用于給傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、單片機(jī)、聲光報警以及IXD顯示屏供電； (4)單片機(jī)中央信息處理單元模塊，用于接收傳感器檢測信號，對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理、故障診斷與決策，并通過顯示模塊實時顯示貫流風(fēng)葉故障狀態(tài)信息以及徑向圓跳動參數(shù)值； (5)液晶(LCD)診斷顯示模塊，用于接收單片機(jī)的顯示信息，顯示故障診斷結(jié)果和貫流風(fēng)葉徑向圓跳動參數(shù)； (6)聲光報警模塊，分別用綠、紅兩種顏色的LED分別顯示貫流風(fēng)葉徑向圓跳動合格與故障時的狀態(tài)，對超出閾值的不合格產(chǎn)品，蜂鳴器出現(xiàn)報警提示。
2.如權(quán)利要求1所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷裝置，其特征在于:所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器采用激光測量傳感器；貫流風(fēng)葉探測傳感器采用光電開關(guān)傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷裝置，其特征在于:所述的模擬信號處理模塊具有放大、濾波、信號幅度衰減功能，使傳感器輸出穩(wěn)定信號。
4.如權(quán)利要求1所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷裝置，其特征在于:所述的電源模塊將AC-DC輸出直流電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為+5V、±15V、+24V直流電，給傳感器模塊、信號調(diào)理模塊、LCD顯示模塊及單片機(jī)供電。
5.如權(quán)利要求1所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷裝置，其特征在于:所述的單片機(jī)中央信息處理單元模塊采用C8051F020單片機(jī)，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，記錄下采集到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行貫流風(fēng)葉徑向圓跳度的診斷與識別。
6.如權(quán)利要求1所述的貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷裝置，其特征在于:所述的LCD診斷顯示模塊實時顯示診斷結(jié)果和圓跳動的相關(guān)參數(shù)。
7.貫流風(fēng)葉徑向圓跳度非接觸在線故障診斷方法，其特征在于:其包括如下步驟: (1)初始化系統(tǒng)，初始化完成后，通過貫流風(fēng)葉探測傳感器的輸出來判斷是否已放置工件，此時，接近開關(guān)在下降沿有效； (2)當(dāng)放置工件后，貫流風(fēng)葉探測傳感器將輸出的控制信號送至步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)啟動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)； (3)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道采集貫流風(fēng)葉徑向圓跳度測量傳感器的輸出信號，循環(huán)采集一定采樣點(diǎn)數(shù)，并通過算法計算出采集信號的最大值與最小值，如此循環(huán)采集三路傳感器輸出值并存儲最值； (4)數(shù)據(jù)處理程序主要是將采集的電壓值的最值作差并轉(zhuǎn)換為位移值，再將位移值與預(yù)存的閾值進(jìn)行比較，進(jìn)行聲光報警顯示，并將所得的圓跳動值在LCD屏上顯示。
【文檔編號】G01B11/26GK103644863SQ201310648101
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】宋壽鵬, 楊陽, 趙騰飛, 王云蛟, 劉立朝 申請人:江蘇大學(xué)