一种监控刀具状态的方法、系统以及处理设备技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种监控刀具状态的方法、系统以及处理设备，通过功率和/或振动传感器获取加工过程信号；通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界；通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息；根据所述监控边界、所述机械加工信息和所述加工过程信号进行在线监控；若在线监控的特征值超出所述监控边界时，则触发报警；从而提高刀具寿命，降低刀具成本，并降低刀具异常导致的损失。该功能对于批量制造的CNC加工和自动化生产线等应用有着非常重要的经济价值。

A method, system, and processing equipment for monitoring the state of a tool

The embodiment of the invention discloses a method, system and tool condition monitoring processing equipment, processing power through the signal acquisition and / or vibration sensor; learning characteristic signal obtaining normal tool condition by off-line, and according to the characteristics of signal acquisition and monitoring boundary; obtaining machining information through interaction with the machine tool PLC; on-line monitoring according to the monitoring boundary, the mechanical processing and the information processing signal; if a characteristic of on-line monitoring value beyond the monitoring boundary, triggering the alarm; so as to improve the tool life and reduce tool costs, and reduce the losses caused by abnormal tool. This function has very important economic value for the application of CNC processing and automatic production line in batch manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
一种监控刀具状态的方法、系统以及处理设备
本专利技术实施例涉及机械加工的技术，尤其涉及一种监控刀具状态的方法、系统以及处理设备。
技术介绍
在加工过程中，刀具磨损通常是根据经验来估计刀具磨损的寿命，并据此设定一个换刀值，而不同刀具之间存在一定的差异性，不同加工过程也存在差异性。当按照固定件数换刀时，往往会出现刀具还未到磨损极限时就被更换，或者刀具已经发生磨损或破损，还在继续加工的情况出现，导致刀具的更换不合理。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种监控刀具状态的方法、系统及处理设备，旨在解决如何实时监控刀具状态。第一方面，一种监控刀具状态的方法，所述方法包括：根据功率和/或振动传感器获取加工过程信号；通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界；通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息；根据所述监控边界、所述机械加工信息和所述加工过程信号进行在线监控；若在线监控的特征值超出所述监控边界时，则触发报警。可选地，所述通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界，包括：分别使新刀具和临界磨损的刀具进行加工，并使用选定的功率传感器和/或振动传感器监测加工过程，获取离线监控数据；在选定的监控区域内，分别获取新刀具加工时的特征信号曲线和临界磨损的刀具加工时的特征信号曲线；选择不同的监控边界算法，分别提取表征刀具磨损、崩刃、缺刀和/或断刀的监控边界；其中，所述监控边界算法，包括固定边界、分段边界、动态边界、统计值边界和/或变化率边界。可选地，所述通过离线学习获取正常刀具状态的特征信息，并根据所述特征信息获取监控边界，包括：学习正常加工信号的变化率ΔY/Δt，再取正常加工信号中变化率的最高值作为参考点，将所述参考点乘以一个安全系数，作为所述监控边界，所述监控边界用于监控刀具的崩刃；其中，所述Δt为统计的时间间隔，与采样频率和功率信号的波动情况相关。所述ΔY为在Δt时间内特征信号Y的变化值。可选地，所述通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息，包括：从数控系统中的刀号变量中获取刀号信息；将所述刀号信息转换成二进制码，每一位二进制码都对应一个机床的PLC输出端口，所述PLC输出端口通过高低电平信号来表征二进制的1和0；读取到所述高低电平信号后，再转换成数字信号，获取待监控的刀号信息。可选的，所述通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息，包括：换刀之后，机床准备开始加工之前，机床通过系统变量把PLC的预设端口置为高电平预设时间，读取到所述高电平信号后，获取机床准备开始加工的信息。可选地，所述根据所述监控边界，所述机械加工信息和所述加工过程信号进行在线监控，包括：根据待监控的刀号信号，调取所述刀号对应的监控边界；根据所述机械加工信息和所述加工过程信号，开启和关闭监控功能。可选地，所述根据所述机械加工信息和所述加工过程信号，开启和关闭监控功能，包括：当获取到机床准备开始加工的信号后，监控功能打开；当实时监控值大于或等于预设触发阈值时，监控计时开始；使用相对时间法，确定边界监控的起始和结束时间；到达结束时间后，监控功能关闭。第二方面，一种监控刀具状态的系统，其特征在于，所述系统包括：控制器，用于采集功率和/或振动数据，获取加工过程信号；用于与机床PLC交互获取机械加工信息；用于输出报警信号给机床；处理器，用于从控制器获取所有机械加工信息和加工过程信号；用于运行离线学习获取监控边界和在线监控软件；用于输出报警信号给控制器；用于人机交互。第三方面，一种处理设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的软件程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述的方法。本专利技术实施例提供一种监控刀具状态的方法、系统以及处理设备，根据功率和/或振动传感器获取加工过程信号；通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界；通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息；根据所述监控边界、所述机械加工信息和所述加工过程信号进行在线监控；若在线监控的特征值超出所述监控边界时，则触发报警；附图说明图1是本专利技术实施例一中的一种监控刀具状态的系统架构图；图2是本专利技术实施例二中的一种基于系统架构中运行的监控刀具状态的流程示意图；图3是本专利技术实施例三中的监控刀具状态的方法的流程示意图；图4是本专利技术实施例三中的使用固定的上下边界来监控刀具的不同状态的示意图；图5是本专利技术实施例三中的分段边界来监控刀具的不同状态的示意图；图6是本专利技术实施例三中的动态边界来监控刀具的不同状态的示意图；图7是本专利技术实施例三中的连续型边界来监控刀具的不同状态的示意图；图8是本专利技术实施例三中的循环加工的示意图；图9是本专利技术实施例三中的变化率边界来监控刀具的不同状态的示意图；图10是本专利技术实施例四中的监控刀具状态的方法的流程示意图；图11是本专利技术实施例四中的映射关系示意图；图12是本专利技术实施例四中的加工时间的示意图；图13是本专利技术实施例五中的监控刀具状态的装置的结构示意图；图14是本专利技术实施例六中的处理设备可读存储介质的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一参考图1，本实施例适用于监控刀具状态的系统，监控工具状态的系统硬件由传感器，控制器和处理器组成。刀具的状态一般分为正常，已磨损，崩刃，断刀和缺刀。机床主轴的功率信号和加工区域的振动信号都可以很好的表征刀具的状态。主轴电机消耗的功率正比于切削过程中的切向力，当刀具磨损时，切向力会增加，因此主轴电机消耗的功率也会增加，所以通过监控主轴功率的实时变化可以判断刀具的磨损状态。刀具磨损时，刀具的磨损表面与工件的摩擦增加，切削系统的振动会增大，因此通过监控主轴或工件夹具的振动，可以判断刀具的磨损状态。使用加速度和速度信号都可以表征系统的振动，由于刀具磨损时主要是低频振动，所以振动的速度信号对刀具磨损更为敏感。振动速度原始信号属于高频信号，不便于工业现场监控，所以使用振动信号的有效值来表征刀具的磨损状态。当崩刃时，刀具的锋利性急剧下降，相当于刀具的严重磨损，上述两种特征值都会区别于正常的加工信号；当断刀或缺刀时，主轴会继续旋转，但刀具不再进行切削，此时特征信号会降到空转值，小于正常加工信号。因此，使用功率实时值和加工区域振动速度有效值都可以表征刀具的不同状态。二者都可使用模拟量输出方式，把测量到的特征值输出到控制器的模拟量输入端口。控制器用于把传感器输出的模拟量信号转化为数字信号，并把该数字信号发送给处理器端的监控软件，获取加工过程信号；还用于与机床PLC交互获取刀号信息和机床开始加工的信息；还用于输出报警信号给机床，通知机床执行相应的处理动作；处理器，用于从控制器获取所有机械加工信息和加工过程信号；用于运行离线学习获取监控边界和在线监控软件；用于输出报警信号给控制器；用于人机交互。实施例二参考图2，本实施例是基于实施例一的系统架构运行的监控刀具状态的流程。该流程主要包括：离线获取监控边界、在线监控和触发报警。首先，使用新刀具和临界磨损刀具进行加工，获取离线监控数据，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监控刀具状态的方法，其特征在于，所述方法包括：通过功率和/或振动传感器获取加工过程信号；通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界；通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息；根据所述监控边界、所述机械加工信息和所述加工过程信号进行在线监控；若在线监控的特征值超出所述监控边界时，则触发报警。

【技术特征摘要】
1.一种监控刀具状态的方法，其特征在于，所述方法包括：通过功率和/或振动传感器获取加工过程信号；通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界；通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息；根据所述监控边界、所述机械加工信息和所述加工过程信号进行在线监控；若在线监控的特征值超出所述监控边界时，则触发报警。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界，包括：分别使新刀具和临界磨损的刀具进行加工，并使用选定的功率传感器和/或振动传感器监测加工过程，获取离线监控数据；在选定的监控区域内，分别获取新刀具加工时的特征信号曲线和临界磨损的刀具加工时的特征信号曲线；选择不同的监控边界算法，分别提取表征刀具磨损、崩刃、缺刀和/或断刀的监控边界；其中，所述监控边界算法，包括固定边界、分段边界、动态边界、统计值边界和/或变化率边界。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过离线学习获取正常刀具状态的特征信号，并根据所述特征信号获取监控边界，包括：学习正常加工信号的变化率ΔY/Δt，再取正常加工信号中变化率的最高值作为参考点，将所述参考点乘以一个安全系数，作为所述监控边界，所述监控边界用于监控刀具的崩刃；其中，所述Δt为统计的时间间隔，与采样频率和功率信号的波动情况相关。所述ΔY为在Δt时间内特征信号Y的变化值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息，包括：从数控系统刀号变量中获取刀号信息；将所述刀号信息转换成二进制码，每一位二进制码都对应一个机床的PLC输出端口，所述PLC输出端口通过高低电平信号来表征二进制的1和0；读取到所述高低电平信号后，再转换成数字信号，获取待监控的刀号信息。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过与机床PLC交互的方法获取机械加工信息，包括：换刀之后，机床准备开始加工之前，机床通过系统变量把PL...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕雪峰，王晋生，张群群，肖晓杰，
申请(专利权)人：深圳吉兰丁智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44