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1、(10)申请公布号 CN 103644863 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103644863 A (21)申请号 201310648101.5 (22)申请日 2013.12.04 G01B 11/26(2006.01) (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市学府路 301 号 (72)发明人 宋寿鹏 杨阳 赵腾飞 王云蛟 刘立朝 (74)专利代理机构 南京知识律师事务所 32207 代理人 卢亚丽 (54) 发明名称 贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置与 方法 (57) 摘要 本发明提供一种贯流风叶径向圆跳度非接触 在线故障诊断装置与方法。该装置。
2、包括传感器模 块、 信号调理处理模块、 电源模块、 单片机中央信 息处理单元模块、 液晶 （LCD） 诊断显示模块、 声光 报警模块。该方法主要是以激光三角法为原理的 激光位移传感器对贯流风叶的多处圆跳度参数进 行非接触式在线测量， 诊断贯流风叶质量是否合 格， 而激光三角法是以经典的光学三角原理为基 础， 当物面移动时， 其位移方向与接收光路光轴形 成一夹角。本发明可在线诊断贯流风叶径向圆 跳度， 具有自动化程度高、 诊断可靠以及诊断效率 高， 可实现不同规格贯流风叶的非接触诊断。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局。
3、 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103644863 A CN 103644863 A 1/1 页 2 1. 贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置， 其特征在于 ： 该装置包括 ： （1） 传感器模块， 包括贯流风叶径向圆跳度测量传感器与贯流风叶探测传感器， 前者用 于测量贯流风叶径向圆跳动， 作为故障诊断的监测信号源 ； 后者用于判断贯流风叶放置情 况， 智能启动径向圆跳动测量程序 ； （2） 信号调理模块， 对传感器输出信号进行滤波以及限幅处理， 并输入到单片机系统 中 ； （3） 电源模块， 将 AC-DC 输出的直流电源进行转换。
4、， 用于给传感器模块、 信号调理模块、 单片机、 声光报警以及 LCD 显示屏供电 ； （4） 单片机中央信息处理单元模块， 用于接收传感器检测信号， 对数据进行运算处理、 故障诊断与决策， 并通过显示模块实时显示贯流风叶故障状态信息以及径向圆跳动参数 值 ； （5） 液晶 （LCD） 诊断显示模块， 用于接收单片机的显示信息， 显示故障诊断结果和贯流 风叶径向圆跳动参数 ； （6） 声光报警模块， 分别用绿、 红两种颜色的 LED 分别显示贯流风叶径向圆跳动合格与 故障时的状态， 对超出阈值的不合格产品， 蜂鸣器出现报警提示。 2. 如权利要求 1 所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断。
5、装置， 其特征在于 ： 所述的贯流风叶径向圆跳度测量传感器采用激光测量传感器 ； 贯流风叶探测传感器采用光 电开关传感器。 3. 如权利要求 1 所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置， 其特征在于 ： 所述的模拟信号处理模块具有放大、 滤波、 信号幅度衰减功能， 使传感器输出稳定信号。 4. 如权利要求 1 所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置， 其特征在于 ： 所述的电源模块将 AC-DC 输出直流电源进行转换， 转换为 +5V、 15V、 +24V 直流电， 给传感 器模块、 信号调理模块、 LCD 显示模块及单片机供电。 5. 如权利要求 1 所述的贯流风叶径向圆跳度。
6、非接触在线故障诊断装置， 其特征在于 ： 所述的单片机中央信息处理单元模块采用 C8051F020 单片机， 将传感器采集到的数据送入 单片机， 记录下采集到的数据， 并进行贯流风叶径向圆跳度的诊断与识别。 6. 如权利要求 1 所述的贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断装置， 其特征在于 ： 所述的 LCD 诊断显示模块实时显示诊断结果和圆跳动的相关参数。 7. 贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断方法， 其特征在于 ： 其包括如下步骤 ： （1） 初始化系统， 初始化完成后， 通过贯流风叶探测传感器的输出来判断是否已放置工 件， 此时， 接近开关在下降沿有效 ； （2） 当放置工件后， 贯。
7、流风叶探测传感器将输出的控制信号送至步进电机控制系统启 动电机运转 ； （3） 电机运转的同时选择模数转换通道采集贯流风叶径向圆跳度测量传感器的输出信 号， 循环采集一定采样点数， 并通过算法计算出采集信号的最大值与最小值， 如此循环采集 三路传感器输出值并存储最值 ； （4） 数据处理程序主要是将采集的电压值的最值作差并转换为位移值， 再将位移值与 预存的阈值进行比较， 进行声光报警显示， 并将所得的圆跳动值在 LCD 屏上显示。 权 利 要 求 书 CN 103644863 A 2 1/3 页 3 贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置与方法 技术领域 0001 本发明涉及产品监测与诊断技术。
8、领域， 主要用于在线监测叶片圆跳动参数， 特别 适用于空调等贯流风叶轮圆跳动的检测， 具有被测参数显示、 合格与不合格报警显示功能。 背景技术 0002 贯流风叶作为空调及气体输送设备的重要零部件， 其几何特性参数将直接影响空 调的噪声水平及风量输送效能， 因此对贯流风叶结构几何参数有着较高的要求。 其中， 贯流 风叶的圆跳动是其结构几何参数中最重要的参数之一， 提出一种自动化非接触在线诊断装 置是市场所迫切需要。 0003 目前国内外对贯流风叶的监测方法可以分为两类 ： 一是采用人工方式， 通过百分 表等器具测量圆跳动， 再由工人根据诊断标准主观评估与判断 ； 二是借助于测量仪器进行 圆跳动。
9、参数的测量以及超限报警。根据资料检索结果， 于本发明相关的几种圆跳动检测方 法主要是基于运用激光检测技术及机器视觉检测技术 （1太友科技.跳动测试(T01)EB/ OL ； 2 向胜梅 . 非连续回转面径向跳动测量数据处理系统研究 D. 硕士学位论文 . 长 春 : 长春理工大学 ,2008 年 ； ） ， 这类技术对系统硬件要求高， 开发成本高、 难度大， 对不同 产品的测量需要重新标定， 适应性不强。 而对应的激光检测技术采用衍射法， 只适用于小量 程的精密测量， 以激光扫描法为原理的圆跳动测量仪目前只能测量轴类零件的单点径向圆 跳动参数。 人工方式存在监测效率低、 监测结果受人为主观因素。
10、影响大、 长时间监测易使工 人视觉疲劳等不足， 采用测量仪器只能对单一的圆跳动参数进行测量与超限报警。 发明内容 0004 本发明的目的是提出一种贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置， 采用以单片 机为核心的硬件结构， 能够实现实时、 在线、 非接触的对风叶圆跳度质量诊断 0005 本发明提出的贯流风叶径向圆跳度非接触在线诊断装置， 主要包括 ： 0006 （1） 传感器模块， 包括贯流风叶径向圆跳动测量传感器与贯流风叶探测传感器， 前 者用于测量贯流风叶径向圆跳动， 作为故障诊断的监测信号源 ； 后者用于判断贯流风叶放 置情况， 智能启动径向圆跳动测量程序 ； 0007 （2） 信号调理模块。
11、， 对传感器信号输出信号进行滤波以及限幅处理， 用于单片机输 入 ； 0008 （3） 电源模块， 将AC-DC输出的5V直流电源进行转换， 用于传感器、 信号调理电路、 单片机、 声光报警以及 LCD 显示屏供电 ； 0009 （4） 单片机中央信息处理单元模块， 用于接受传感器检测信号， 对数据进行运算处 理、 故障诊断与决策， 并通过显示模块实时显示贯流风叶故障状态信息以及径向圆跳动参 数值 ； 0010 （5） 液晶 （LCD） 诊断显示模块， 用于接收单片机的显示信息， 显示故障诊断结果和 贯流风叶径向圆跳动参数 ； 说 明 书 CN 103644863 A 3 2/3 页 4 00。
12、11 （6） 声光报警模块， 分别用绿、 红两种颜色的 LED 分别显示贯流风叶径向圆跳动合 格与故障时的状态， 对超出阈值的不合格产品， 蜂鸣器出现报警提示。 0012 上述装置中的各模块主要包括 ： 0013 （1） 传感器模块是激光测量传感器收发电路， 用于检测风叶轮径向圆跳度， 光电传 感器检测检测风叶的放置与否。 0014 （2） 模拟信号处理模块具有放大、 滤波、 信号幅度衰减功能， 使传感器输出稳定信 号。 0015 （3） 电源模块将 AC-DC 输出的 +5V、 15V、 +24V 直流电， 给传感器、 信号调理、 LCD 显示及单片机供电。 0016 （4） 单片机中央信息。
13、处理单元模块采用 C8051F020 单片机， 将传感器采集到的数 据送入单片机， 记录下采集到的数据， 并进行贯流风叶径向圆跳度的诊断与识别。 0017 （5） LCD 诊断显示模块实时显示诊断结果和圆跳动的相关参数。 0018 （6） 声光报警系统， 用绿、 红两种颜色分别显示风叶圆跳动质量是否合格， 并对超 出阈值的不合格产品输出音频报警。 0019 贯流风叶径向圆跳度非接触在线故障诊断方法， 其包括如下步骤 ： 0020 （1） 初始化系统， 初始化完成后， 通过贯流风叶探测传感器的输出来判断是否已放 置工件， 此时， 接近开关在下降沿有效 ； 0021 （2） 当放置工件后， 贯流风。
14、叶探测传感器将输出的控制信号送至步进电机控制系 统启动电机运转 ； 0022 （3） 电机运转的同时选择模数转换通道采集贯流风叶径向圆跳度测量传感器的输 出信号， 循环采集一定采样点数， 并通过算法计算出采集信号的最大值与最小值， 如此循环 采集三路传感器输出值并存储最值 ； 0023 （4） 数据处理程序主要是将采集的电压值的三组最值作差并转换为位移值， 再将 位移值与预存的阈值进行比较， 进行声光报警显示， 并将所得的圆跳动值在 LCD 屏上显示。 0024 本发明提出了一种贯流风叶径向圆跳度在线诊断装置和方法， 该方法主要以激光 三角法为原理的激光测量传感器对风叶的径向圆跳度进行非接触式。
15、在线测量， 而激光三角 法是以经典的光学三角原理为基础， 当物面移动时， 其位移方向与接收光路光轴形成一夹 角。该发明检测效率高， 产线在线监测， 成本低， 适合大范围推广。 附图说明 ： 0025 图 1 为本发明中贯流风叶径向圆跳度在线诊断装置结构框图。 0026 图 2 为本发明中主程序流程图。 0027 图 3 为本发明中传感器布设示意图。 0028 图 4 为本实例中电路原理图。 具体实施方式 ： 0029 下面结合附图及一个实施例对本发明作进一步的说明。 0030 以下将结合附图和具体的实施方式对本发明进行详细描述。 但这些实施方式并不 限制本发明， 本领域的普通技术人员根据这些实。
16、施方式所做出的结构、 方法、 或功能上的变 说 明 书 CN 103644863 A 4 3/3 页 5 换均包含在本发明的保护范围内。 0031 如图 1 所示， 本发明的原理结构框图， 本发明的装置硬件功能模块主要包括传感 器模块、 信号调理处理模块、 电源模块、 单片机中央信息处理单元模块、 液晶 （LCD） 诊断显示 模块、 声光报警模块。 。 0032 如图 2 所示， 本发明装置主程序流程图， 首先初始化系统， 初始化完成后， 通过贯 流风叶探测传感器输出来判断是否已放置工件 ； 当检测放置工件后， 将输出的控制信号送 至步进电机控制系统启动电机运转 ； 电机运转的同时选择模数转换。
17、通道采集激光传感器的 输出信号， 循环采集一定采样点数， 并通过算法计算出采集信号的最大值与最小值， 如此循 环采集三路传感器输出值并存储最值 ； 数据处理程序主要是将采集的最值 （电压值） 作差并 转换为位移值， 再将位移值与预存的阈值进行比较， 进行声光报警显示， 并将所得的圆跳动 值在 LCD 屏上显示。 0033 如图 3 所示为传感器的布设示意图， 本发明中， 电机 1 带动贯流风叶 2 旋转， 在贯 流风叶2一侧设有贯流风叶探测传感器3， 此实施例中贯流风叶探测传感器3为慢反射型光 电传感器 （型号为 M18） ； 所述贯流风叶侧还设有贯流风叶径向圆跳度测量传感器 4， 贯流风 叶。
18、径向圆跳度测量传感器4主要采用了激光测量传感器 （型号为LG5B65NU） ， ， 。 所述的贯流 风叶径向圆跳度测量传感器4中包括激光器5， 会聚透镜6， 以及光电探测器7， 实例中， 贯流 风叶探测传感器 3 监测导轨上是否放置贯流风叶， 并控制电机带动风叶轮转动， 贯流风叶 侧还设有贯流风叶径向圆跳度测量传感器 4 对风叶的径向圆跳度进行在线监测， 所述所述 的贯流风叶径向圆跳度测量传感器 4 的位置可以移动， 从不同角度对贯流风叶进行探测。 0034 如图 4 所示， 本装置中电路原理图， 其中， 信号调理模块采用差分放大、 滤波处 理， 运算放大器 （型号为 JRC4558） 需要 。
19、12V 供电， 通过改变可调电阻， 得到所需放大倍 数。实例中， 由于 C8051F020 单片机内部 ADC 的输入范围为 0 VREF， VREF2.4V， 耐 5V， 也需要进行幅度衰减， 为此我们 采用了精密分压电路。 0035 本装置中电源模块， 系统外部供电电源采用AC-DC输出为+5V、 +24直流电， 供传感 器、 单片机、 信号调理电路、 声光报警及LCD诊断显示电路供电， 激光传感器采用AC-DC提供 的 +24V， 光电传感器工作电压为 10-30VDC。 0036 本装置中单片机中央信息处理单元电路中单片机型号为 C8051F020， 该单片机与 C51 系列单片机具有。
20、兼容的控制器内核， 采用流水线结构， 指令执行速度大大提高， 本例中， 其晶振为 22MHz， 将信号通过 AD 转换输入单片机， 采集注塑叶轮转动一圈得到的数据， 根 据实验所得数据阈值的判断比较。本实施例中， 贯流风叶径向圆跳动的诊断 ： 如果 T TH or T TL（TH,TL为实验过程所得阈值点， T 为实测值。 ） ， 则端面圆跳动不合格。 0037 本装置中 LCD 诊断显示， LCD 显示器 ( 型号为 RT12864M-1) 实时显示风叶径向圆 跳度的相关参数， 操作者可以清晰地了解参数， 并做出正确的操作。 0038 本装置中声光报警， 采用了绿、 红两种颜色 LED 表示圆跳动是否合格及蜂鸣器报 警电路。实例中， 绿、 红两种颜色 LED 分别表示圆跳动合格与不合格， 对超出阈值的不合格 产品， 蜂鸣器出现报警提示。 说 明 书 CN 103644863 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103644863 A 6 2/3 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103644863 A 7 3/3 页 8 图 4 说 明 书 附 图 CN 103644863 A 8 。