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- 杜 春英,
挑戰(zhàn):
國(guó)內(nèi)外雖然有幾種滾針軸承測(cè)試系統(tǒng)，但只是針對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)滾針軸承的故障診斷往往需要多種參數(shù)綜合評(píng)價(jià)，所以急需開(kāi)發(fā)一種多功能滾針軸承測(cè)試系統(tǒng)。
解決方案:
在滾針軸承測(cè)試臺(tái)上使用NI公司的信號(hào)采集卡對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行采集，使用NI的圖形化編程軟件LABVIEW進(jìn)行測(cè)試過(guò)程的控制，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析判斷處理，從而開(kāi)發(fā)出一套靈活、自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。
- 滾針軸承測(cè)試臺(tái)的工作原理及測(cè)試要求
軸承檢測(cè)系統(tǒng)的功能要求：對(duì)滾針軸承的三種參數(shù)振動(dòng)、噪聲、轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集和判斷。摩托車連桿大頭端滾針軸承是一種無(wú)內(nèi)外圈的滾針軸承，其故障主要是保持架和滾針單一故障或者兩只兼有。其表現(xiàn)出來(lái)的特征主要有油溫突增、振動(dòng)和噪聲異常、軸向或徑向漂移等。但是目前滾針軸承檢測(cè)存在的問(wèn)題是檢測(cè)指標(biāo)單一、自動(dòng)化程度低等，嚴(yán)重影響摩托車企業(yè)的成產(chǎn)及開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的效率。而應(yīng)用labview程序?qū)L針軸承檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控并把合格與非合格品自動(dòng)做出分類。效率高，可靠性好并大大節(jié)省了人工成本。檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：
根據(jù)滾針軸承檢測(cè)臺(tái)的工作原理，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的基本要求如下：
- ）提供220v交流電源，為滾針軸承測(cè)試臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)提供工作電源。
- ）提供信號(hào)處理裝置，為采集信號(hào)做前期處理。
- ）提供聲級(jí)計(jì)，對(duì)噪聲進(jìn)行采集。
- ）可以同時(shí)采集3路信號(hào)。
- ）整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)放在一個(gè)隔音罩內(nèi)進(jìn)行。
- 方案設(shè)計(jì)
根據(jù)以往測(cè)試系統(tǒng)的情況，對(duì)本套開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)希望達(dá)到如下效果：
- ）可靠穩(wěn)定性好，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際應(yīng)用高度相關(guān)。
- ）自動(dòng)化程度高，盡量減少人工因素的影響。
- ）高效率，盡量減少每一個(gè)軸承的檢測(cè)時(shí)間。
通過(guò)對(duì)測(cè)試要求的分析，虛擬儀器技術(shù)非常符合方案的要求，并能夠較好的達(dá)到方案預(yù)期的效果。NI公司有著豐富的虛擬儀器測(cè)試、測(cè)量產(chǎn)品線，可以給我們提供較大的選擇空間，LABVIEW是一個(gè)易學(xué)易用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以快速的制作出復(fù)雜有效且易于操作的測(cè)試系統(tǒng)。因此我們決定選擇NI公司的軟硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)新的測(cè)試系統(tǒng)。
總體方案設(shè)計(jì)如圖所示
首先由電機(jī)帶動(dòng)裝有滾針軸承的檢測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)產(chǎn)生待采集信號(hào)，通過(guò)加速度傳感器、聲級(jí)計(jì)和光電傳感器將信號(hào)通過(guò)信號(hào)采集卡采集到上位機(jī)中進(jìn)行分析，需要說(shuō)明的是由于加速度傳感器產(chǎn)生的信號(hào)很微弱，在進(jìn)入計(jì)算機(jī)之前需要通過(guò)信號(hào)調(diào)理器的預(yù)處理。用labview軟件包中的各種處理方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，就可以判斷出滾針軸承的合格品與非合格品了。
3.信號(hào)的采集與分析
對(duì)滾針軸承測(cè)試最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是對(duì)三種信號(hào)的一個(gè)同時(shí)采集問(wèn)題，為了方便又可以滿足測(cè)試要求，我選用NI公司的一種便攜式USB四通道采集卡，這種采集卡的特點(diǎn)是穩(wěn)定性好、占用空間小并且攜帶方便。因?yàn)樵诘皖l下軸承的軸向跳動(dòng)比較明顯，高頻下振動(dòng)比較明顯，我們選用5000的采樣率。為了減少信號(hào)處理的工作量，每次盡量采集轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的一段信號(hào)。
在對(duì)信號(hào)處理方面，利用LABVIEW豐富的信號(hào)分析處理函數(shù)，對(duì)信號(hào)的時(shí)頻域特性、小波特性等進(jìn)行分析，然后與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，從而判斷信號(hào)是否合格。
4.軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
測(cè)試軟件由LABVIEW平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，它將各個(gè)測(cè)試模塊有效的連接起來(lái)，對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行控制，并將測(cè)試結(jié)果顯示在上位機(jī)屏幕。測(cè)試完成時(shí)，將測(cè)試的各個(gè)參數(shù)和結(jié)果以多種形式儲(chǔ)存在電腦中，以便后續(xù)的核查使用。
軟件設(shè)計(jì)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)顯示和保存模塊三部分構(gòu)成。在程序編制過(guò)程中采用了事件結(jié)構(gòu)。
在數(shù)據(jù)采集模塊中，按照一定的規(guī)范設(shè)置參數(shù)，如采樣頻率、采樣數(shù)、觸發(fā)方式和采集到的數(shù)據(jù)格式等。
在數(shù)據(jù)分析模塊中，首先從數(shù)據(jù)采集模塊中讀取數(shù)據(jù)，得到原始數(shù)據(jù)后，利用LABVIEW中帶的函數(shù)進(jìn)行分析處理，如對(duì)三種進(jìn)行同步處理、頻譜分析、小波分析等，綜合處理得到的結(jié)果，對(duì)振動(dòng)、噪聲、轉(zhuǎn)速信號(hào)是否合格進(jìn)行分析。
在數(shù)據(jù)顯示和保存模塊中，對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)以表格、圖表等方式進(jìn)行顯示和保存。
圖3 部分原始圖
圖4 處理后部分圖
結(jié)論：
通過(guò)NI公司先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，能夠準(zhǔn)確而快速地對(duì)硬件進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集；DAQmx與LABVIEW2012軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)有效結(jié)合，通過(guò)滾針滾針軸承測(cè)試臺(tái)，實(shí)現(xiàn)三種信號(hào)的同時(shí)采集與處理。軟件結(jié)構(gòu)功能強(qiáng)大，穩(wěn)定可靠，易于修改，即使一線工人，通過(guò)簡(jiǎn)短的培訓(xùn)也可以操作自如。
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