一种数控机床刀头故障诊断系统技术方案

本发明专利技术提供的数控机床刀头故障诊断系统，利用中央处理装置、振动传感器、信号处理电路、A/D转换模块、图像采集模块、图像处理模块、电源模块、比较模块、报警装置、无线传输装置、用户控制端、显示装置以及存储装置，可实现对数控机床的刀头的有效监测，不仅能够通过振动传感器测试刀头在加工过程中的振动参数，并将该振动参数与预设振动阈值进行比较，还能通过图像采集装置采集刀头的图像信息，工作人员能够结合振动传感器采集的刀头振动信号和刀头图像信息对数控机床的刀头进行有效监测，图像处理模块对采集的图像依次进行图像增强、图像平滑、图像锐化、图像灰度变换处理。

A CNC tool head fault diagnosis system

The fault diagnosis system of CNC machine tool tool head provided by the invention utilizes central processing device, vibration sensor, signal processing circuit, A/D conversion module, image acquisition module, image processing module, power supply module, comparison module, alarm device, wireless transmission device, user control terminal, display device and storage device. The tool head of NC machine tool can be effectively monitored. Not only can the vibration parameters of the tool head be measured by vibration sensor in the process of machining, and the vibration parameters are compared with the preset vibration threshold, but also the image information of the tool head can be collected by image acquisition device. The staff can collect the image information of the tool head with the vibration sensor. The tool head vibration signal and image information of the tool head are monitored effectively. The image processing module performs image enhancement, image smoothing, image sharpening and image gray transformation on the collected images in turn.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床刀头故障诊断系统
本专利技术涉及智能测试
，尤其涉及一种数控机床刀头故障诊断系统。
技术介绍
数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床，控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。刀具系统是高档数控机床极其重要的功能部件，切削过程中，刀具在高温和高压条件下工作，由于受工件、切屑的剧烈摩擦，在前、后面接触区域内会产生磨损，磨损较轻时会使刀具的几何形状和加工工件尺寸发生改变，严重时将引起刀具摩钝、破损、刀刃塑性变形及热磨损等刀具失效现象，导致产品加工质量和生产效率大幅下降。因此，对数控机床的刀具磨损情况进行在线监测和预警以减少刀具失效现象十分重要。刀具的检测分直接检测和间接检测，直接检测法需要将刀具从数控机床上取下，进而影响数控机床的加工效率，而间接检测具有实时性、便利性等优点，但是由于数控机床加工环境各异，使用间接检测方法获得的测试结果精度不高。
技术实现思路
因此，为了克服上述问题，本专利技术提供一种数控机床刀头故障诊断系统，利用中央处理装置、振动传感器、信号处理电路、A/D转换模块、图像采集模块、图像处理模块、电源模块、比较模块、报警装置、无线传输装置、用户控制端、显示装置以及存储装置，可实现对数控机床的刀头的有效监测，不仅能够通过振动传感器测试刀头在加工过程中的振动参数，并将该振动参数与预设振动阈值进行比较，还能通过图像采集装置采集刀头的图像信息，工作人员能够结合振动传感器采集的刀头振动信号和刀头图像信息对数控机床的刀头进行有效监测，避免发生误判。根据本专利技术的一种数控机床刀头故障诊断系统，数控机床刀头故障诊断系统包括中央处理装置、振动传感器、信号处理电路、A/D转换模块、图像采集模块、图像处理模块、电源模块、比较模块、报警装置、无线传输装置、用户控制端、显示装置以及存储装置。其中，振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端与A/D转换模块的输入端连接，A/D转换模块的输出端与中央处理装置的输入端连接，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，图像处理模块的输出端与中央处理装置的输入端连接，电源模块的输出端与中央处理装置的输入端连接，比较模块的输出端与报警装置的输入端连接，无线传输装置的输出端与用户控制端的输入端连接，比较模块的输入端、无线传输装置的输入端、显示装置的输入端以及存储装置的输入端与中央处理装置的输出端连接，图像采集模块用于采集数控机床刀头的图像信息，振动传感器用于采集数控机床刀头的振动信号。优选的是，振动传感器安装在数控机床刀头电主轴轴承部位垂直方向，振动传感器将数控机床刀头的振动转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，经过信号处理电路处理后的电压信号为V1，信号处理电路包括电阻R1-R7，电容C1-C2以及集成运放A1-A2。其中，电阻R1的一端与振动传感器的输出端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R2的另一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的一端还与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端接地，电阻R3的一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端还与集成运放A1的输出端连接，电阻R4的另一端与电容C1的一端连接，电阻R4的另一端还与电容C2的一端连接，电容C1的另一端接地，电容C2的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R7的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R7的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R6的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的另一端接地，电阻R5的一端与电容C2的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接。优选的是，图像处理模块包括图像增强单元、图像平滑单元、图像锐化单元以及灰度变换单元。其中，图像采集模块的信号输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与灰度变换单元的输入端连接，灰度变换单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。其中，图像增强单元对图像采集模块采集的图像信息进行图像亮度增强处理，图像平滑单元对经过图像增强单元处理后的图像信息进行图像清晰度增强处理，图像锐化单元对经过图像平滑单元处理后的图像信息进行图像锐化处理，灰度变换单元对经过图像锐化单元处理后的图像信息进行图像灰度扩展处理，灰度变换单元将处理后的图像信息传输至中央处理装置。优选的是，图像采集模块用于采集数控机床刀头的图像信息，振动传感器用于采集数控机床刀头的振动信号。其中，振动传感器将采集到的数控机床刀头的振动信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的振动信号依次进行放大、滤波处理，并将处理后的振动信号传输至A/D转换模块，A/D转换模块将接收到的振动模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的振动信号传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的振动信号传输至存储装置进行存储，中央处理装置将接收到的振动信号通过无线传输装置传输至用户控制端，中央处理装置将接收到的振动信号传输至比较模块，比较模块将接收到的振动信号与预设振动阈值进行比较，若比较模块接收到的振动信号大于预设振动阈值，则报警装置发出报警信息。其中，图像采集模块将采集到的数控机床刀头的图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像信息进行图像处理，并将处理后的图像信息传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信息传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的图像信息传输至存储装置进行存储，中央处理装置将接收到的图像信息通过无线传输装置传输至用户控制端。优选的是，电源模块为中央处理装置提供电力支持。优选的是，图像采集模块为CCD图像传感器，振动传感器为压缩型测试用加速度传感器。优选的是，将图像采集模块传输至图像处理模块的刀头图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，；。优选的是，图像平滑单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，平滑函数为q(x,y)，；；其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。优选的是，图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，。优选的是，灰度单元对图像d(x,y)进行灰度范围扩展处理，上述图像d本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床刀头故障诊断系统，其特征在于，所述数控机床刀头故障诊断系统包括中央处理装置（1）、振动传感器（2）、信号处理电路（3）、A/D转换模块（4）、图像采集模块（5）、图像处理模块（6）、电源模块（7）、比较模块（8）、报警装置（9）、无线传输装置（10）、用户控制端（11）、显示装置（12）以及存储装置（13）；其中，所述振动传感器（2）的输出端与所述信号处理电路（3）的输入端，所述信号处理电路（3）的输出端与所述A/D转换模块（4）的输入端连接，所述A/D转换模块（4）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述图像采集模块（5）的输出端与所述图像处理模块（6）的输入端连接，所述图像处理模块（6）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述电源模块（7）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述比较模块（8）的输出端与所述报警装置（9）的输入端连接，所述无线传输装置（10）的输出端与所述用户控制端（11）的输入端连接，所述比较模块（8）的输入端、所述无线传输装置（10）的输入端、所述显示装置（12）的输入端以及所述存储装置（13）的输入端与所述中央处理装置（1）的输出端连接，所述图像采集模块（5）用于采集数控机床刀头的图像信息，所述振动传感器（2）用于采集数控机床刀头的振动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种数控机床刀头故障诊断系统，其特征在于，所述数控机床刀头故障诊断系统包括中央处理装置（1）、振动传感器（2）、信号处理电路（3）、A/D转换模块（4）、图像采集模块（5）、图像处理模块（6）、电源模块（7）、比较模块（8）、报警装置（9）、无线传输装置（10）、用户控制端（11）、显示装置（12）以及存储装置（13）；其中，所述振动传感器（2）的输出端与所述信号处理电路（3）的输入端，所述信号处理电路（3）的输出端与所述A/D转换模块（4）的输入端连接，所述A/D转换模块（4）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述图像采集模块（5）的输出端与所述图像处理模块（6）的输入端连接，所述图像处理模块（6）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述电源模块（7）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述比较模块（8）的输出端与所述报警装置（9）的输入端连接，所述无线传输装置（10）的输出端与所述用户控制端（11）的输入端连接，所述比较模块（8）的输入端、所述无线传输装置（10）的输入端、所述显示装置（12）的输入端以及所述存储装置（13）的输入端与所述中央处理装置（1）的输出端连接，所述图像采集模块（5）用于采集数控机床刀头的图像信息，所述振动传感器（2）用于采集数控机床刀头的振动信号。2.根据权利要求1所述的数控机床刀头故障诊断系统，其特征在于，所述振动传感器（2）安装在数控机床刀头电主轴轴承部位垂直方向，所述振动传感器（2）将数控机床刀头的振动转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路（3），经过所述信号处理电路（3）处理后的电压信号为V1，所述信号处理电路（3）包括电阻R1-R7，电容C1-C2以及集成运放A1-A2；其中，电阻R1的一端与所述振动传感器（2）的输出端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R2的另一端还与电阻R3的一端连接，电阻R3的一端还与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端接地，电阻R3的一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端还与集成运放A1的输出端连接，电阻R4的另一端与电容C1的一端连接，电阻R4的另一端还与电容C2的一端连接，电容C1的另一端接地，电容C2的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R7的一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R7的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R6的一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的另一端接地，电阻R5的一端与电容C2的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接。3.根据权利要求1所述的数控机床刀头故障诊断系统，其特征在于，所述图像处理模块（6）包括图像增强单元、图像平滑单元、图像锐化单元以及灰度变换单元；其中，所述图像采集模块（5）的信号输出端与所述图像增强单元的输入端连接，所述图像增强单元的输出端与所述图像平滑单元的输入端连接，所述图像平滑单元的输出端与所述图像锐化单元的输入端连接，所述图像锐化单元的输出端与所述灰度变换单元的输入端连接，所述灰度变换单元的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接；其中，所述图像增强单元对所述图像采集模块（5）采集的图像信息进行图像亮度增强处理，所述图像平滑单元对经过所述图像增强单元处理后的图像信息进行图像清晰度增强处理，所述图像锐化单元对经过所述图像平滑单元处理后的图像信息进行图像锐化处理，所述灰度变换单元对经过所述图像锐化单元处理后的图像信息进行图像灰度扩展处理，所述灰度...

【专利技术属性】
技术研发人员：司文峰，
申请(专利权)人：安徽江机重型数控机床股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34