基于自動化檢測技術(shù)的體育運動機械誤差分析

曹家樂

摘 要：體育運動機械同其他機械設(shè)備一樣，存在出現(xiàn)生產(chǎn)與運行誤差的風險，需要采取相應(yīng)的技術(shù)進行檢測與處理，降低風險發(fā)生率。自動化檢測技術(shù)具有性能檢測、連續(xù)監(jiān)測、誤差檢測及故障定位等優(yōu)勢，檢測系統(tǒng)由自動檢測設(shè)備、檢測程序集與檢測環(huán)境構(gòu)成，包括程控接口、虛擬儀器、現(xiàn)場檢測、自動檢測系統(tǒng)實現(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)，可較好地應(yīng)用于體育運動機械誤差分析中。對此，文章基于對體育運動機械電路誤差特征的分析，設(shè)計一種體育運動機械誤差自動化診斷系統(tǒng)，以相應(yīng)技術(shù)為支持自動檢測與處理運動機械誤差及故障，保證體育運動機械的應(yīng)有價值。

關(guān)鍵詞：自動化檢測技術(shù)，體育運動，機械誤差，誤差診斷系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1001-5922（2020）10-0153-04

Abstract：The same to other mechanical equipment， physical exercise mechanical also has production and operation error risks， it needs adopt corresponding technology to make a testing and management， reduce risk incidence. Automatic detection technology has performance test， continuous monitoring， error detection and fault location advantages. The testing system consists of automatic testing equipment， testing procedures and testing environment， including key technologies such as program-controlled interface， virtual instrument， on-site detection， automatic detection system realization， etc.， can be better applied to physical exercise mechanical error analysis. In this regard， based on the physical exercise mechanical circuit error characteristics analysis， the paper designs a kind of physical exercise mechanical error automatic diagnostic system， it can detect and dispose exercise mechanical error and fault automatically under the support of corresponding technologies， and guarantee the due value of physical exercise mechanical.

Key words：automatic detection technology， physical exercise， mechanical error， error diagnosis system

0 引言

體育運動在提高國民身體素質(zhì)方面發(fā)揮著極大的作用，并作為一種競賽項目豐富著人們的生活。長期以來，科技工作者均將體育運動機械技術(shù)研究視作工作重點，未曾停歇過在運動機械設(shè)計與改良等方面的腳步[1]。針對性分析體育運動機械可知，其在鑄件焊接工藝與修復(fù)工藝上有較為突出的特殊性表現(xiàn)。焊接工藝是機械鑄造的重點，工件材質(zhì)會對其產(chǎn)生直接的影響，在體育運動機械質(zhì)量控制方面意義重大;修復(fù)工藝關(guān)系到體育運動機械的使用安全，會受到鑄造環(huán)境的影響，與機械鑄造完成后的長期維護密切相關(guān)。基于工件外形尺寸、組件配合等諸多因素的約束與限制，體育運動機械在實際生產(chǎn)與運行過程中復(fù)雜程度高，工序繁雜，在質(zhì)量方面難以控制[2]，易造成體育運動機械誤差的出現(xiàn)，使其成為機械不可避免的一項技術(shù)問題。實際上，雖然體育運動機械誤差難以避免，但可運用相關(guān)技術(shù)與措施進行檢測及精度改良。在體育運動機械總成本中，檢測技術(shù)成本所占比重較大，但一旦實現(xiàn)先進的技術(shù)應(yīng)用升級，深入強化運動機械生產(chǎn)及運行系統(tǒng)中的自動化檢測技術(shù)，便會增加成本效益，嚴格產(chǎn)品質(zhì)量把控，同時有利于提升生產(chǎn)程序的標準化，實現(xiàn)多重效益功能。對此，文章以電子類體育運動機械為例，對自動化檢測技術(shù)在其機械誤差檢測方面的應(yīng)用進行研究。

1 自動化檢測關(guān)鍵技術(shù)

與日新月異的科技技術(shù)發(fā)展相伴隨，檢測技術(shù)與手段亦實現(xiàn)了迅速的發(fā)展，逐漸由以往單純的人工產(chǎn)品質(zhì)量檢驗向自動化檢測系統(tǒng)在線檢測轉(zhuǎn)變[3]。自動化檢測是性能檢測、連續(xù)監(jiān)測、誤差檢測及故障定位的總稱，它利用多種信息技術(shù)檢測系統(tǒng)、設(shè)備與部件的性能，診斷誤差與故障。通過應(yīng)用自動化檢測，體育運動機械制造系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)即時、全面且自動化的在線檢測，隨著人們對運動機械性能認知的逐步深入，選擇有效手段能夠?qū)w育運動機械生產(chǎn)與運營中的損壞加以規(guī)避，延長機械的使用壽命。

典型的自動化檢測系統(tǒng)包括自動檢測設(shè)備、檢測程序集與檢測環(huán)境3大部分，圖1所示為其結(jié)構(gòu)框圖。其中，自動檢測設(shè)備由測量儀器、主計算機、通信總線等部件構(gòu)成，主計算機對檢測與測量儀器以及檢測程序集的運行進行控制，操作系統(tǒng)、編譯器與實驗運行程序等系統(tǒng)軟件的功能則在于控制檢測工作站的工作狀態(tài)，開發(fā)與執(zhí)行檢測程序集;檢測程序集包括檢測與診斷程序、連接被檢測單元與自動化檢測設(shè)備的適配器以及操作手冊等;檢測環(huán)境則涉及自動檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)描述、編程與檢測規(guī)范語言、編譯器、開發(fā)工具及描述對象設(shè)計需求、檢測策略信息標準格式等內(nèi)容。

在現(xiàn)代微電子技術(shù)與計算機技術(shù)等的推動下，檢測技術(shù)與計算機實現(xiàn)了深層次的結(jié)合，掀起了檢測儀器領(lǐng)域的革命浪潮，全新檢測設(shè)備組建方式日益更新?，F(xiàn)代自動化檢測關(guān)鍵技術(shù)如下。

1.1 程控接口技術(shù)

怎樣將檢測系統(tǒng)同接受檢測的設(shè)備自動地連接起來，對于自動化檢測而言十分重要，計算機程序控制的接口單元（程控接口）可較好地將這一問題解決。在程控接口內(nèi)部，包括一組通用的連接點，并配有完成接口任務(wù)的緩沖器與多路分配器，以實現(xiàn)2項基本功能：①發(fā)生、調(diào)理模擬與數(shù)字激勵，將激勵向被測裝置引導(dǎo);對從被測裝置引線處得到的數(shù)據(jù)進行調(diào)理，引導(dǎo)給自動檢測系統(tǒng);②在被測裝置引線上添加程控負載。換句話而言，即通過相應(yīng)的程序控制，程控接口可以將引導(dǎo)檢測系統(tǒng)功能到被測設(shè)備的功能發(fā)揮出來，以此實現(xiàn)對被測設(shè)備的檢測。

1.2 虛擬儀器技術(shù)

在一定的硬件條件支持下，虛擬儀器通過特定的軟件編程將虛擬面板生成于屏幕之上，基于對各種相關(guān)信號的采集、分析與處理，發(fā)揮儀器所具有的功能。實際上，虛擬儀器是在計算機技術(shù)與儀器技術(shù)共同發(fā)展與深度結(jié)合背景下推出的一種全新儀器，在很大程度上突破了傳統(tǒng)儀器的概念。就傳統(tǒng)儀器而言，其主要功能模塊均以硬件形式而存在，而對虛擬儀器來說，它是具有儀器功能的軟硬件組合體，可按照軟件模塊的功能及其差異化組合靈活配置自身功能，實現(xiàn)對傳統(tǒng)儀器功能的擴充。

1.3 專家系統(tǒng)

同專家系統(tǒng)相互結(jié)合現(xiàn)已成為自動化檢測領(lǐng)域推動自動化檢測技術(shù)發(fā)展與進步的一個重要動力與目標。作為人工智能的重要組成內(nèi)容之一，專家系統(tǒng)自20世紀50年代被提出并不斷擴大應(yīng)用范圍以來，現(xiàn)已形成了一套完整的學(xué)科體系。20世紀50年代中期，美國率先在航空機載設(shè)備的檢測方面應(yīng)用專家系統(tǒng)，取得了理想的檢測效果，引起部分國家的效仿。與專家系統(tǒng)相結(jié)合，自動化檢測設(shè)備對故障的定位、分析以及判斷等能力必然會得到很大程度的增強，設(shè)備的維修保障效率也會大大提升。

1.4 現(xiàn)場檢測技術(shù)

微處理器與大規(guī)模集成電路應(yīng)用愈發(fā)廣泛，這是現(xiàn)代化機械與設(shè)備的發(fā)展趨勢，故現(xiàn)場誤差與故障檢測變得越來越重要。為了方便現(xiàn)場誤差、故障等的檢測與維修，特征分析、邏輯分析、電路模擬、內(nèi)在診斷等現(xiàn)場檢測技術(shù)得到了大規(guī)模的開發(fā)與研究。例如，運用特征分析技術(shù)，在電路圖有關(guān)節(jié)點將“特征”體現(xiàn)出來，讓機械或設(shè)備產(chǎn)生激勵，采用簡單且無源的檢測設(shè)備——特征分析儀，便可在很短的時間內(nèi)確定現(xiàn)場誤差或故障點，對元器件進行定位，以此實現(xiàn)對維修現(xiàn)場誤差及故障診斷的簡化，保證設(shè)備戰(zhàn)備率。

2 基于自動化檢測技術(shù)的體育運動機械誤差診斷系統(tǒng)

2.1 體育運動機械電路誤差特征分析

在進行體育運動機械誤差自動化檢測系統(tǒng)的設(shè)計之時，應(yīng)將對機械誤差特征的提取作為誤差檢測的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵步驟。與很多機械設(shè)備相同，體育運動機械系統(tǒng)亦較為復(fù)雜，常見誤差與故障一般來源于硬件[4]。為了方便分析，簡化處理體育運動機械內(nèi)部硬件電路，采用等值電路的形式給出，如圖2所示，同時，將其視作體育運動機械容易出現(xiàn)誤差的研究目標，對電路的誤差特征進行分析。

圖2中的通過公式（1）計算得到：

式（1）中，為各相線路的對地電容。進一步研究圖2，可求得為：

式（2）中，表示頻率。若用表示體育運動機械誤差電流同之間的相角差，則機械誤差特征可用來表示，有：

按上述步驟對簡化體育運動機械等值電路進行分析，便可實現(xiàn)對機械誤差特征的提取。

2.2 體育運動機械誤差自動化檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

在體育運動機械誤差自動化檢測系統(tǒng)中，末端設(shè)備由對各類體育運動機械不同運行狀態(tài)下各項數(shù)據(jù)信息進行采集的傳感器構(gòu)成，采用指令與Web這2種不同的服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)方式，借助已經(jīng)存在的局域網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)內(nèi)部集成各個傳感器[5]。傳感器對體育運動機械的信號數(shù)據(jù)進行采集，經(jīng)數(shù)據(jù)服務(wù)器轉(zhuǎn)換其原有形式，用誤差特征直觀地表示出來，為后期的記錄、處理以及分析工作的順利進行提供參考依據(jù)。圖3所示為體育運動機械誤差自動化檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

在接收到體育運動器械的誤差特征后，指令服務(wù)器會結(jié)合所得指標做出相應(yīng)的比較，對機械所監(jiān)測到的誤差特征的對比結(jié)果進行判斷，以此明確機械是否有異常問題出現(xiàn)，得出相應(yīng)的結(jié)論。如果所得結(jié)論為體育運動機械運行有異常情況存在，此時系統(tǒng)會對這一異常狀態(tài)進行自動處理，并在處理工作結(jié)束后上報所處理的結(jié)果。在系統(tǒng)對體育運動機械誤差進行正常檢測的整個過程中，如果運動機械各相線路的對地電容變大，運動機械的電容會呈3倍的增加;如果運動機械不同相的對地泄漏電阻呈變大趨勢，運動機械的誤差電流會同其呈反比，同呈正比，此時頻率、體育運動機械對地電容電流以及補償電流均容易對其產(chǎn)生相應(yīng)的影響。所以，在應(yīng)用體育運動機械誤差自動化檢測系統(tǒng)檢測運動機械誤差的過程中，如果運動機械發(fā)生異常，檢測系統(tǒng)的外部接口模塊會將報警短信發(fā)送至一個或多個管理人員的數(shù)據(jù)接收移動終端上[6]，此處的移動終端可以是工作人員的手機或平板電腦等設(shè)備，如此，相關(guān)人員便能夠在第一時間獲得體育運動機械的誤差信息，掌握其出現(xiàn)異常的情況，進而做出及時的反應(yīng)以進行相應(yīng)的處理，避免體育運動機械的運動誤差進一步變大，最終造成故障的出現(xiàn)，同時，亦能夠避免由運動機械誤差/故障帶來的更大的損失。

Web服務(wù)器采用B/S模式編程，能夠進行信息的查詢，并對相關(guān)設(shè)備進行控制，利用Java Web執(zhí)行網(wǎng)站開發(fā)任務(wù)，還可實現(xiàn)對網(wǎng)站建設(shè)成本的進一步降低。在對速數(shù)據(jù)、指令服務(wù)器進行編程之時，所采用的模式應(yīng)為C/S模式，在日常運行體育運動機械的過程中，使用該模式能夠?qū)崿F(xiàn)巡檢相關(guān)設(shè)備、排序與排查運動機械的誤差數(shù)據(jù)、存儲各項數(shù)據(jù)的功能。該項操作可以將下次同一誤差出現(xiàn)時系統(tǒng)的檢測時間縮短。

3 結(jié)語

文章基于對自動化檢測技術(shù)的分析，提出了一種以電子類體育運動機械為對象的運動機械誤差自動化檢測方法。通過對體育運動機械誤差特征的提取，進行運動機械誤差自動化檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計。系統(tǒng)在檢測過程中若發(fā)現(xiàn)體育運動機械的異常，會向移動終端發(fā)送報警信息，工作人員可第一時間接收誤差報警信息，采取相應(yīng)措施，規(guī)避誤差或故障的進一步發(fā)生，在體育運動機械正常運行中有較高的應(yīng)用價值。

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