人造金刚石压机裂锤实时监测装置及方法和裂锤判断方法

摘要

本发明提供一种人造金刚石压机裂锤实时监测装置，包括主机、一一对应安装于每一个金刚石压机顶锤钢环上的检测组件、一一对应连接主机和每一个检测组件的连接线、连接主机和压机控制柜的控制线；所述检测组件由依次连接的振动传感器、检测组件处理器、第一通信电路构成；主机包括与检测组件相同个数的第二通信电路和一个主机处理器，所述第二通信电路的一端与第一通信电路连接、一端连接于主机处理器上，所述主机处理器通过控制线连接至人造金刚石压机控制柜。利用振动传感器检测人造金刚石压机顶锤上的振动，并输出振动信息；利用处理器分析振动传感器检测到的振动的幅度、特定周期、特定持续时间和信号包络判断裂锤是否发生。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石压机顶锤裂锤的监测报警装置，尤其涉及一种人造金刚石压机裂 锤实时监测装置及方法和裂锤判断方法。

背景技术

人造金刚石压机生产时，由于在压机顶锤端面（六支压机顶锤端面形成六面体腔）对腔 体施以高温高压，易发生裂锤故障。裂锤发生后若不采取措施，会发生爆锤等严重事故，威 胁现场生产人员的人身安全并造成经济损失。

目前在国内，金刚石压机顶锤裂锤故障确认主要还是依靠现场作业人员的听觉感知。由 于生产现场环境嘈杂，加之一些生产人员缺乏经验，导致有些裂锤故障不能及时感知和处理， 造成很大经济损失，并存在安全隐患。

在生产现场，生产人员根据听觉判定有裂锤发生后，手动进行紧急停机，而后打开压机 并进行一段时间冷却，再使用磨尖的锯条伸进锤头间在锤头表面进行滑动试探，根据手感判 定裂锤发生在压机中六个顶锤的哪个顶锤，确定后更换顶锤并重新进入生产环节。由于一个 生产车间装有很多压机并且各压机距离很近，而环境中存在各种干扰声，所以这种人耳判定 的方式存在严重的问题，易造成误判而导致很大浪费和低下的生产效率，并存在安全隐患。 目前这方面的技术仅有一个已公开专利。201020683354公开人造金刚石压机顶锤裂锤报警装 置,由声发射传感器、以及与之相连的数据采集和处理模块组成;声发射传感器安装在一中空 的信号传导管的内腔中,该信号传导管的前端开口与人造金刚石压机的顶锤中心相对。该专利 叙述的方案中，采用传声器采集压机周围的声音，通过声音是否具有裂锤特征来判断出压机 是否发生裂锤。在正对压机的位置安装定向传声器，用于采集来自这个压机的声音信号。其 依据是，金刚石压机顶锤发生裂锤时，其声音特征明显。那么，只要检测到某段声音信号具 备这种特征，检测装置就可以确定裂锤的发生。

但是，现有工厂中一个金刚石压机车间一般配有很多台压机，同时工作的压机很多。一 台压机发生裂锤时，附近压机的传声器也能检测到声音而导致误判。并且，金刚石压机车间 的环境中，包含各种机械拖拽、敲击等动作产生的声音，这些声音在特征上有些很接近裂锤 所产生的声音，传声器检测装置极易受干扰而导致误判。这些误判都对金刚石的正常生产影 响严重。同时，一台压机有六个顶锤并距离很近，任何锤头发生裂锤，传声器都会检测到， 导致检测装置无法判断出是哪一个顶锤发生了裂锤。综上所述，其主要存在以下几点不足：1、 无法判断出哪个锤头发生裂锤；2、易发生误动作。

发明内容

本发明的目的是：提出一种人造金刚石压机裂锤实时监测装置及方法和裂锤判断方法， 能够准确地判定是否有裂锤发生和确定发生裂锤的位置，及时紧急停机和报警提醒更换。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

人造金刚石压机裂锤实时监测装置，包括主机、一一对应安装于每一个金刚石压机顶锤 钢环上的检测组件、一一对应连接主机和每一个检测组件的连接线、连接主机和压机控制柜 的控制线；

所述检测组件由依次连接的振动传感器、检测组件处理器、第一通信电路构成。

进一步的，所述主机包括与检测组件相同个数的第二通信电路和一个主机处理器，所述 第二通信电路的一端与第一通信电路连接、一端连接于主机处理器上，所述主机处理器通过 控制线连接至压机控制柜。

进一步的，所述主机包括与检测组件相同个数的通信组件和一个PC机，所述通信组件的 一端与第一通信电路连接、一端连接于PC机上，所述PC机通过控制线连接至压机控制柜。

进一步的，所述主机包括显示器，所述主机处理器或者PC机与显示器信号连接。

人造金刚石压机裂锤实时监测方法，包括以下步骤：

利用振动传感器检测人造金刚石压机顶锤上的振动，并输出振动信息；

利用检测组件处理器分析振动传感器检测到的振动的幅度、特定周期、特定持续时间和 信号包络判断裂锤是否发生，判定裂锤发生时立刻通过连接线将裂锤信息传送到主机；

主机接收到来自检测组件的裂锤信息后，主机内的主机处理器或者PC机立刻通过控制线 向控制柜发出停机命令，使压机停机。

进一步的，主机内的主机处理器或者PC机能够提取裂锤信息中的裂锤位置信息，并将裂 锤位置显示在显示器上。

人造金刚石压机裂锤实时监测方法，包括以下步骤：

利用振动传感器检测人造金刚石压机顶锤上的振动，并输出振动信息；

利用检测组件处理器通过连接线将振动信息传送到主机；

主机接收到来自所有检测组件的振动信息后，主机内的主机处理器或者PC机分析接收到 的振动的幅度、特定周期、特定持续时间和信号包络判断裂锤是否发生，判定裂锤发生时立 刻通过控制线向控制柜发出停机命令，使压机停机。

进一步的，主机内的主机处理器或者PC机通过判定裂锤直接得到裂锤位置信息，并将裂 锤位置显示在显示器上。

人造金刚石压机裂锤判断方法，利用振动传感器检测人造金刚石压机顶锤上的振动，并 输出振动信息；利用检测组件中的检测组件处理器、主机中的处理器或PC机分析振动传感器 检测到的振动的幅度、特定周期、特定持续时间和信号包络，判断裂锤是否发生；将实测裂 锤振动信号幅度的50%-70%作为裂锤振动信号检测的阈值，当振动幅度超过阈值，并同时满 足在特定周期、特定持续时间和信号包络这三种信号特征时，判断为裂锤发生，否则判断为 裂锤未发生。主机接收到来自检测组件的裂锤信息或自身判定有裂锤发生后，主机内的主机 处理器或者PC机立刻通过控制线向控制柜发出停机命令，使压机停机。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将用于采集机械振动的传感器安装在顶锤的钢环上，所以在某个顶锤发生裂 锤时，其传感器所感应到的机械振动比其他顶锤（包括其他压机上的顶锤）的传感器所感应 到的机械振动要强很多。通过将振动信号与给定阈值进行比较，仅振动信号超过阈值情形下 才有可能判定为裂锤发生，这样就避免了由干扰引起的误判。在加上其他三种信号特征的筛 选，误判率会更小。

（2）在压机发生裂锤时该装置进行报警并使压机紧急停机，以保护压机设备以及现场人 员的安全。

（3）该装置能显示出裂锤的确切位置，便于顶锤的更换。总体上减小裂锤造成的损失： 1、避免爆锤发生；2、保障生产人员的安全；3、方便更换，提高生产效率。

附图说明

图1为人造金刚石压机裂锤实时监测装置的结构示意图；

图2为人造金刚石压机裂锤实时监测装置中检测组件的结构示意图；

图3为人造金刚石压机裂锤实时监测装置中主机结构1的示意图；

图4为人造金刚石压机裂锤实时监测装置中主机结构2的示意图；

图5为裂锤振动信号示意图；

图6为显示裂锤振动信号周期的示波器截图；

图7为显示裂锤振动信号持续时间的示波器截图。

图8为本发明方法的判断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，人造金刚石压机裂锤实时监测装置，包括主机、一一对应安装于6个金刚 石压机顶锤钢环2上的检测组件1、一一对应连接主机和6个检测组件1的连接线、连接主 机和压机控制柜的控制线。

如图2所示，所述检测组件1由依次连接的振动传感器（如BMA180）、检测组件处理器 （如PIC18F45K50）、第一通信电路构成。如图3所示，所述主机包括6个第二通信电路和一 个主机处理器（如PIC18F46K80），所述第二通信电路一端与第一通信电路连接、一端连接于 主机处理器上，所述主机处理器通过控制线连接至压机控制柜。如图4所示，所述主机包括 6个通信组件和一个PC机（如联想T4900DI5-3470），所述通信组件的一端与第一通信芯片连 接、一端连接于PC机上，所述PC机通过控制线连接至压机控制柜。

进一步的，所述主机包括显示器（如联想L1710A），所述主机处理器或PC机与显示器信 号连接。

在金刚石压机生产过程中，检测组件中的振动传感器不断检测顶锤的振动，实时将其振 动信息传送到检测组件处理器，或再由检测组件传送到主机。处理器（检测组件中的检测组 件处理器、主机中的处理器或PC机）依据裂锤振动的幅度、特定周期、特定持续时间和信号 包络来判定是否有裂锤发生。

流程1。由检测组件中的处理器进行裂锤判断，那么，该处理器将处理结果信息（即，“某 顶锤已发生裂锤”信息或“裂锤未发生”信息）传送至主机。

流程2。由主机中的处理器或PC机来进行裂锤判断，那么，就需要检测组件中的处理器 将顶锤振动信息（不进行判断）发送到主机，由主机自身产生“某顶锤已发生裂锤”信息或 “裂锤未发生”信息。

主机内的处理器接收到检测组件发来的“某顶锤已发生裂锤”信息（流程1）或者自身 产生“某顶锤已发生裂锤”信息（流程2），立刻通过控制线向控制柜发出停机命令，使压机 停机。接着，主机内的处理器或PC机将裂锤位置显示在显示器上，告知生产人员这个位置是 发生裂锤的位置，提醒实施更换。

本实施例的裂锤判断方法具体如下：处理器（检测组件中的处理器、主机中的处理器或 PC机）依据裂锤振动的幅度、特定周期、特定持续时间和信号包络来判定是否有裂锤发生。

第一，如图5所示，与生产现场的干扰相比，裂锤振动信号的幅度很大。生产现场的干 扰通常为从压机四周传来的声音，而这些声音信号在顶锤转换为振动，其信号幅度很小（相 比于裂锤振动信号）。因此，可采用实测裂锤振动信号幅度的50%-70%作为裂锤振动信号检测 的阈值。

第二、信号周期具有重复性，即对于同一种型号的顶锤，裂锤信号周期具有一致性。例 如，实测某种顶锤裂锤信号，其周期约为104uS，如图6所示。

第三、裂锤振动信号持续时间为8-20mS。图7中两条垂直标线之间的时间差是大约10mS。

第四，图5中的虚线表示出信号变化趋势，即信号包络。从图5可看出，信号包络是一 个钟形。图7中实测裂锤振动信号的包络大致也呈钟形（两条垂直标线之间）。

处理器若检测到同时满足以上四个特征的信号，即可判定为裂锤发生。

裂锤判断方法对应的系统见图8。来自振动传感器的信号进入带通滤波器，该带通滤波 器的参数为：1、低频截止频率为8KHz；2、高频截止频率为12.5KHz；3、带外衰减为每倍频 程-40dB。（解释：该滤波器中心频率为10KHz，带宽为4.5KHz，能够保证所有型号顶锤的裂 锤信号通过该滤波器）。带通滤波器的输出信号分别连接到频率分析模块和包络分析模块。频 率分析模块中，使用相关运算器进行频率匹配，当输入信号的频率与预先设定信号的频率相 同或接近时，相关运算器输出频率匹配信号。包络分析模块采用数值分析方法，可以计算出 信号的幅度和包络持续时间。

本实施例将用于采集机械振动的传感器安装在顶锤的钢环上（顶锤和钢环之间是紧密固 定的，是实际上的固体连接），所以在某个顶锤发生裂锤时，其传感器所感应到的机械振动比 其他顶锤（包括其他压机上的顶锤）的传感器所感应到的机械振动要强很多。通过将振动信 号与给定阈值进行比较，仅振动信号超过阈值情形下才有可能判定为裂锤发生，这样就避免 了由干扰引起的误判。在加上其他三种信号特征的筛选，误判率会更小。

目前，若生产过程中发生裂锤，生产人员首先要通过手动方式判定裂锤的位置，费时费 力。而对于本检测装置，当发生裂锤时，可判定是哪个锤头发生了裂锤并在显示器上显示。 这样，生产人员可以省去裂锤发生后手动检测的时间而快速更换，提高生产效率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本 发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。