磁栅导轨拼接与故障检测关键技术研究及工程实现

发布时间：2017-11-03 19:08

  本文关键词：磁栅导轨拼接与故障检测关键技术研究及工程实现

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【摘要】：在现今机械行业中,尤其是极端制造领域,大型装备中所用的导轨长度越来越长,如我国某重型运载火箭整流罩铆接设备行程达70~80米。磁栅直线导轨因兼有测量系统,磁栅热变形小,测量精度较高,环境适应性强等特点,被广泛应用于高端机床位置测量领域。由于国内外磁栅导轨多以3米/根或5米/根生产和销售,大行程机床导轨采用多节导轨拼接来实现。若磁栅导轨仅采用传统的“机械式”拼接,磁栅测量滑块通过导轨接缝时,可能会造成信号畸变、失真,乃至丢失,会导致测量精度显著下降甚至测量失效;另一方面,磁栅导轨在拼接完成后,因长时间使用后磁栅失磁、地基沉降与温度变化等因素造成接缝偏移,甚至导轨扭曲等现象非常普遍,这就对导轨的定期维护和稳定工作提出了严峻挑战。因此,研究一种新型的磁栅导轨“无缝”拼接及故障检测技术,具有极大的工程应用价值。本文通过对磁栅导轨“无缝”拼接原理的研究,将磁栅导轨拼接问题转换为磁栅信号相位差精确检测问题。针对这一问题,文中从导轨拼接过程中磁栅信号的特征分析入手,提出了一种基于Nuttall窗的高效的相位差检测算法,并与传统HDFT(加汉宁(Hanning)窗DFT算法)、K-DFT算法(加Kaiser5窗DFT算法)等进行了仿真对比,结果表明:该算法不需要预先知道信号频率,不要求被测信号频率恒定,不需要整周期采样,且具有良好的噪声抑制能力,可以保证磁栅读数头以任意速度和加速度通过导轨接缝时,均可实现高精度的相位差实时检测。本文通过对磁栅导轨所特有的故障模式的归纳分析,进行了磁栅导轨故障检测原理研究,提出了以THD+N失真度检测等技术为基础的多特征磁栅信号质量检测评价方法和以李萨如图形为基础的信号质量图形化显示方法,设计了磁栅导轨故障识别规则。最后,本文给出了基于以上技术的磁栅导轨拼接与故障检测仪的工程设计方案,对其软硬件设计与实现进行了描述和说明。通过对检测仪的实验室测试和工业现场验证,结果表明:实测结果和仿真分析数据一致,能够高质量的实现磁栅导轨拼接与故障检测功能。因此,上述磁栅导轨拼接与故障检测技术具有良好的工程可实现性,具有极为广阔的技术推广价值。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG502.6

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