洗衣機在線質量監測

全自動噪聲和振動試驗臺-確保高端洗衣機質量

Loccioni集團與世界上最大的制造商密切合作超過45年，在實驗室和生產線上的自動化質量控制和測試系統方面具有絕對的領先優勢。MUSA（隔音區測試系統）是一種集洗衣機噪音和振動測試于一體的全自動完整解決方案，測試通常在研發實驗室里進行。

隨機抽樣檢測不能保證整個產品線的質量，只有100%成品測試才能確保所有產品滿足高質量標準。眾所周知，振動測試能夠幫助判別產品是否合格，因此可以通過在線分析家用電器的振動信號來進行質量控制，激光多普勒測振儀（LDV）已廣泛用于在線或靠近生產線的非接觸式的質量控制。

MUSA系統

本文提出了一種用于洗衣機在線監測的工業解決方案，利用LDV和麥克風對產品進行客觀的振動噪音質量檢測，從而檢測出特定的機械缺陷。該系統主要包括一個隔音柜，可將外界噪音減低約35分貝，MUSA系統可同時測量三臺洗衣機（圖1）。

圖1 MUSA系統可同時測試三臺洗衣機

3臺IVS工業型激光測振儀（每個工位1個），出射激光指向洗衣機的滾筒，這個方向與電機軸向一致（圖2）。

3個麥克風（每個工位1個）位于洗衣機尾部，與電機正對。

圖2  LDV的出射激光指向洗衣機的滾筒

當三臺洗衣機分別進入相應隔音工位后，柜門關閉。三臺洗衣機都開始轉動，在升速和恒速時同時采集LDV和麥克風的信號（圖3），本系統的核心是信號處理軟件：

圖3  合格洗衣機的速度時域信號（上）故障洗衣機的速度時域信號（下）

從LDV信號直接計算出滾筒轉速（圖4）

速度信號去噪（這里不詳細描述）

分析LDV和麥克風在時域-頻域內的瞬態信號（STFT，圖5）

分析恒速時LDV和麥克風的時域信號（圖6）

圖4 通過LDV計算出洗衣機轉速

圖5 合格洗衣機在升速時的速度信號STFT

圖6    故障洗衣機在恒速時的速度信號FFT

    將在升速和恒速時所得出某些特征值與固定閾值進行比較，以確定洗衣機狀態。這些閾值與被測洗衣機的具體型號有關。特定頻段內的能量之和被提取后，再與特定缺陷（如電機缺陷）相關聯。如圖7（左）所示，頻譜中的主頻率峰值與洗衣機的轉速相關。事實上， 20Hz左右的頻率相當于滾桶轉速為1200RPM。故障洗衣機還顯示出額外的頻率，約280Hz和560Hz，很明顯這些頻率與電機故障相關（基波和二次諧波），如圖7（右）所示。我們知道，電機和洗衣機滾筒的轉速比為13.5，因此電機轉速= 13.5 x 1200 = 16,200，或270Hz。

圖7 速度時域信號的能量譜圖，左側為合格品，右側有故障

圖8 振動測試系統的前面板顯示

結果

    本軟件是用LabVIEW編程語言開發的，利用LDV、MUSA系統能夠檢測到以下缺陷：

皮帶輪松動或損壞

配重塊松動

皮帶有缺陷（臟、損壞或在皮帶輪上的位置不正確）

軸承有缺陷

連接滾筒與箱體的彈簧有缺陷/丟失

滾筒不平衡

電機有缺陷

麥克風主要是讓用戶分辨出那些產生噪音但又不足以對洗衣機產生震動的缺陷，如接地線接觸皮帶輪、滾筒內缺少材料（如螺絲）等。

總結與展望

本文展示了如何將合適的傳感器、數據采集系統和模式識別算法所組成的數據分析系統，成功地應用于洗衣機生產線上的機械故障診斷，使用科技手段取代主觀性較強的人工檢測，得出真實客觀的產品質量評估。

事實證明，激光多普勒測振儀可檢測出洗衣機絕大多數的機械缺陷。

鳴謝

Barbara Torcianti, Cristina Cristalli,

Gianluca Agostineli, Enrico Concettoni

Loccioni Group, I-60030 Angeli di Rosora, Italy