基于电涡流传感器的锻锤锤头位移检测系统研究

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锻锤是锻压设备的先驱,它具有打击速度快、行程次数多、成形工艺性好等优点。随着现代工业的快速发展,锻件加工呈现精密化、复杂化趋势,但是锻压现场恶劣的条件使锻件尺寸监控成为行业难题,严重制约了锻锤的发展。实现锻件尺寸监控对提高锻件加工精度、锻锤自动化水平具有重要的意义。  本文主要研究内容如下:  (1)分析锻锤加工特点和电涡流位移传感器的应用范围,提出了一种基于电涡流传感器的锤头位移检测方案。根据打击过程中锤头位移与锻件尺寸的定量关系,实现锻件尺寸测量。该方案在锤头侧面垂直方向加工等距凹槽作为刻度标尺,电涡流传感器探头安装于机架上且正对凹槽刻度标尺位置,通过采集锤头运动过程中传感器输出电压信号,建立输出电压与锤头位移之间的数学模型,进而根据输出电压动态数据计算锤头位移。  (2)采用Ansoft Maxwell有限元软件对方案进行仿真,分析探头不同位置时,凹槽刻度标尺表面磁场特征,确立了方案的可行性。然后通过仿真与实验相结合的方式,确定凹槽刻度标尺尺寸及探头提离高度。在所设计结构下,锤头移动时电涡流传感器能输出较为理想的类似正弦电压波形,便于输出电压与锤头位移模型的建立。  (3)针对采集信号的特点,采用数字低通滤波和小波去噪结合的方法完成信号滤波。设计算法完成采集信号中与锤头位移相关的特征量提取。最后,通过对比几种曲线拟合方法,选择改进的分段三次Lagrange插值多项式法建立周期内输出电压与位移的数学模型,进而实现锤头位移检测。  (4)采用LabVIEW虚拟仪器设计用户图像界面,LabVIEW中调用Matlab完成采集信号滤波去噪、特征量提取、锤头位移计算等。最后,搭建实验平台进行测试,并对系统测量误差进行了分析。实验结果表明,该位移检测系统能够实现直线位移的快速测量,具有无接触、量程大、响应速度快等优点,测量精度达0.4mm,满足系统的设计要求。
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