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一种超声切割声主轴状态监测系统及方法一种超声切割声主轴状态监测系统及方法本发明公开了一种超声切割声主轴的状态监测系统及方法，包括主控MCU、人机交互界面装置、数据采集系统和数据存储系统传感器输出接口通过杜邦线与调理电路输入接口连接，调理电路输出接口通过杜邦线与主控MCU内置ADC的GPIO口连接，人机交互界面装置与主控MCU通过16位8080总线相连，数据存储系统通过SPI总线与主控MCU连接；主控MCU上设有USB转串口用来供电，设有2MSPI-FLASH用于保存字库，设有JTAG/SW口来下载数据采集程序本发明在加工中的各个故障参数，超过工作许可范围时，给予声光报警提示，从而提高加工的可靠性和安全性，增强企业竞争力，更适合工程实际应用专利说明】一种超声切割声主轴状态监测系统及方法【技术领域】[0001]本发明涉及超声切割声主轴的状态监测领域，特别是涉及一种超声切割声主轴状态监测系统及方法背景技术】[0002]蜂窝复合材料具有高比强度、高比刚度和高比模量，良好的耐老化和抗腐蚀能力，有足够的断裂韧性和良好的抗疲劳性能，在航空航天、军事、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且不断地向新的领域扩展。

正是由于蜂窝复合材料优良独特的性能特点，传统的加工方法在加工质量、效率和环保方面存在较大不足超声切割技术的发展很好的解决了上述问题，在蜂窝复合材料的超声切割中，超声切割声主轴是其加工的主体和关键，其综合性能的好坏直接影响材料加工质量和加工效率然而，在实际的蜂窝复合材料超声切割过程中，常常由于声主轴匹配不好、关键点温度过高、刀尖振动减弱、刀具磨损或破裂等原因，造成蜂窝复合材料超声切割优越性降低或消失，甚至整个声学系统损坏目前，对于超声切割声主轴可靠性的研究已经成为国产超声加工设备投入生产应用的瓶颈其研究点相对分散，往往只进行单一故障参数的监测，缺乏一套完整的对超声切割声主轴综合故障参数的监测系统而且，目前声主轴的监测系统的智能化、可视化、自动化程度相对较低，过多的依赖专业的素质人员对所测参数进行分析判断，进而影响声主轴状态监测的实时性、可靠性和安全性，最终严重影响国产超声加工设备的市场化发展发明内容】[0003]针对现有技术的不足，提供一种超声切割声主轴状态监测系统及方法[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:[0005]一种超声切割声主轴状态监测系统，包括主控MCU、人机交互界面装置、数据采集系统和数据存储系统。

主控MCU采用ARM Cortex-M3，所述的数据采集系统包括多个调理电路和多个传感器；其中调理电路分为衰减模块的调理电路和放大模块的调理电路；[0006]传感器输出接口通过杜邦线与调理电路输入接口连接，调理电路输出接口通过杜邦线与主控MCU内置ADC的GPIO 口连接，人机交互界面装置与主控MCU通过16位8080总线相连，数据存储系统通过SPI总线与主控MCU连接；主控MCU上设有USB转串口用来供电，设有2MSP1-FLASH用于保存字库，设有JTAG/SW 口来下载数据采集程序；[0007]衰减模块的调理电路包括第一电压反馈型放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一二极管D1、第二二极管D2、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3;[0008]第一电阻Rl的Vin端与传感器的输出端连接，另一端与第一二极管Dl正极、第二二极管D2负极、第二电阻R2的一端、第一电压反馈型放大器Ul正向输入端连接，第二电阻R2的另一端接地，第一二极管Dl负极与第二二极管D2正极、第一电压反馈型放大器Ul反向输入端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第一电压反馈型放大器Ul的电压输出端与第三电阻R3的另一端连接主控MCU内置ADC的GPIO输入口，第一电压反馈型放大器Ul正负电源端接土5v电压；第四电阻R4的另一端与第二运算放大器U2的输出口、第五电阻R5的一端连接,第二运算放大器U2反向输入端与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端，第二运算放大器U2正向输入端接地，第三运算放大器U3的输出端和反向输入端与第六电阻R6的另一端连接，第三运算放大器U3的正向输入端接5V偏置电压，第三运算放大器U3的正负电源端接±5v电压；[0009]放大模块的调理电路包括第四运算放大器U4、第七电阻R7和滑动电阻r ；[0010]所述的滑动电阻r代表10KNTC热电阻温度传感器，其一端接+3.3V电压，另一端与第四运算放大器U4的正向输入端、第七电阻R7的一端连接，第四运算放大器U4的反向输入端与输出端连接主控MCU内置ADC的GPIO输入口 ；[0011]一种超声切割声主轴状态监测方法，具体包括以下步骤:[0012]步骤一:开启系统时钟初始化、延时初始化、LED初始化、LCD初始化、ADC初始化、DMA初始化、触摸屏初始化、内存池初始化；[0013]步骤二:更新字库和界面图片；[0014]步骤三:初始化画图；[0015]步骤四:设置多页面缓存的当前操作层和显示层为I ;[0016]步骤五:加载主界面；[0017]步骤六:进入触摸点扫描程序；[0018]步骤七:判断是否是触摸点1，如果不是触摸点1，则继续执行步骤六，如果触摸点是1，则首先设置当前操作层和显示层为2，其次加载主轴监测界面，进入ADC数据采集、处理、分析程序，将采集到的数据与报警阀值对比，如果超过则报警，并保存，如果没有超过，则将数据在液晶屏上显示，显示之后进入触摸点扫描程序，并判断是否为触摸点5，如果不是，则继续在液晶屏上显示数据，如果为触摸点5，则返回执行步骤四；[0019]步骤八:判断是否是触摸点2，如果不是触摸点2，则继续执行步骤六，如果触摸点为2，则首先设置当前操作层和显示层为3，其次进入动态曲线显示界面，调用ADC数据采集、处理、分析程序，并将AD采集的数据以曲线形式在液晶屏上显示，显示之后进入触摸点扫描程序，并判断是否为触摸点5，如果不是，则继续在液晶屏上显示数据，如果为触摸点5，则返回执行步骤四；[0020]步骤九:判断是否是触摸点3，如果不是触摸点3，则继续执行步骤六，如果触摸点为3，则首先设置当前操作层和显示层为4，其次进入设置界面，通过触摸按键设置报警阀值，并将报警阀值大小在液晶屏上显示，显示之后进入触摸点扫描程序，并判断是否为触摸点5，如果不是，则继续在液晶屏上显示数据，如果为触摸点5，则返回执行步骤四；[0021]步骤十:判断是否是触摸点4，如果不是触摸点4，则继续执行步骤六，如果触摸点为4，则首先设置当前操作层和显示层为5，其次加载文件管理界面，并将故障数据在液晶屏上显示，显示之后进入触摸点扫描程序，并判断是否为触摸点5，如果不是，则继续在液晶屏上显示数据，如果为触摸点5，则返回执行步骤四。

[0022]本发明的有益效果:[0023](I) 一套嵌入式状态监测系统能够完成整个超声切割声主轴常见故障参数的监测；[0024](2)针对于换能器阻抗角的监测方法，采样改进的正交相关法，其有效抑制高斯白噪声的干扰，并且计算量小，计算精度高，完全满足监测系统的实时性和准确性[0025](3)该监测系统可以使用户在短时间内获得声主轴的状态信息，抗干扰能力强，能够保证数据有效、快速、稳定地传输；[0026](4)7寸液晶屏将故障监测点和采集的数据对应显示，直观地查看声主轴状态监测参数；[0027](5)该监测系统可以及早防范故障发生，使企业及时获得技术支持，解决生产企业技术力量不足的问题，并减少维护和使用成本[0028](6)该监测系统可以减少企业的售后服务成本，提高售后服务质量，适应制造全球化和市场竞争激烈化的趋势,增强企业竞争力专利附图】【附图说明】[0029]图1:本发明的结构示意图；[0030]图2:本发明的传感器布局图；[0031]图3:本发明的信号衰减模块的调理电路图；[0032]图4:本发明的信号放大模块的调理电路图；[0033]图5:本发明的基本工作流程图具体实施方式】[0034]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的描述；[0035]如图1所示，本发明提供的一种超声切割声主轴状态监测系统及方法包括主控MCU、人机界面交互装置、数据采集系统、数据存储系统。

数据采集系统与ARMCortex-M3微处理器相连，并与监测所用的传感器相连，用于获取超声切割声主轴常见故障参数，传感器与内部ADC通过调理电路将传感器输出的电压信号经过放大、滤波后，转换为满足ADC输入的电压范围；人机交互界面装置与ARMCortex-M3微处理器相连，用于显示超声切割声主轴状态监测的数据；数据存储系统与ARM Cortex-M3微处理器相连，用于对故障数据进行保存另外，此监测系统通过USB转串口供电，通过2MSP1-FLASH保存字库，通过JTAG/SW下载数据采集程序[0036]ARM Cortex-M3微处理器作为主控MCU完成人机交互界面的控制、数据采集的控制、数据存储的控制[0037]优选的，主控MCU采用基于ARM Cortex_M3内核的芯片型号为STM32F103RBT6作为控制器，该芯片内部自带12位16通道的逐次逼近型ADC模数转换器降低了系统硬件扩展的复杂性，提高了系统的可靠性[0038]人机交互界面装置由触摸屏驱动单元、IXD驱动单元、IXD显示屏构成其中IXD驱动单元与ARM Cortex-M3微处理器通过16位8080总线连接，触摸屏驱动单元与ARMCortex-M3微处理器通过IIC总线连接。

人机交互界面装置可以支持8页显存，多达5点同时触控，使用触摸功能可以实现界面的相互切换和阀值参数的设置等，避开了按键操作，更加智能、实用、方便本监测系统共有五个界面，主界面、声主轴监测界面、动态曲线显示界面、设置界面、文件管理界面主界面是一个开机logo界面，显示整个监测系统所具有的功能；主轴监测界面可以完全显示整个声主轴各关键点的故障参数，显示清晰明了，对使用用户零基础考验；动态曲线显示界面可以对刀尖振幅、阻抗角、换能器电压、电流、各关键点温度进行动态曲线显示，方便观察数据走势图，为专业的技术人员研发更实用的声主轴提供技术依据；设置界面用来设置报警阀值；文件管理界面可以查看故障报警参数[0039]IXD显示屏为7寸TFT-1XD，分辨率为800*480触摸屏驱动单元通过IIC通信接口与主控MCU相连来驱动触摸屏，用于完成各界面之间的相互切换和阀值参数的设置等功能触摸屏驱动单元由型号为GT811的芯片构成[0040]数据采集系统采用ARM Cortex-M3片内自带的12位16通道的逐次逼近型ADC模数转换器该ADC模数转换器可以通过软件设置每个通道的采样频率，方便高频信号和低频信号以不同的采样频率进行采集，达到合理利用ARM Cortex-M3微处理器的内部资源。

ADC模数转换器对输入信号的电压要求范围为O?3.3V,因此,传感器输出的信号电压范围要经过调理电路进行放大、滤波转换为可以被ADC采集的电压被ADC采集的信号数据通过数据处理、分析之后在7寸TFT-1XD液晶屏上显示[0041]SPIFLASH用于存储字库SPIFLASH由型号为W25X16芯片构成，容量为2M字节USB转串口为工控MCU供电SD卡用于保存异常数据SD卡容量为2GJTAG/SW用于数据米集软件程序的烧录[0042]如图2所示，本发明提供的一种超声切割声主轴状态监测系统及方法的传感器布局图超声切割声主轴机械结构部分主要包括:换能器、变幅杆、刀具，而超声波发生器是将工频电转化为超声频，整个声主轴的工作离不开超声波发生器而超声波发生器内部又包括:整流模块、逆变模块、匹配模块根据超声切割声主轴的机械结构。