一种数控机床刀具振动信号检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数控机床刀具振动信号检测系统及检测方法，包括振动信号采集装置、数据处理模块和分析判断模块；所述振动信号采集装置固定于数控机床刀台上，用于检测刀具振动信息并输出相应的检测信号至数据处理模块；所述数据处理模块用于对所述检测信号进行差分放大处理后输出待分析数据至分析判断模块；所述分析判断模块用于根据预先存储的数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类，当判断为异常振动数据类别时输出预警信号。通过封装固定在机床上的刚性振动信号采集装置，非接触式采集机床刀具的运行状态信息，并且基于预先训练识别的数据类别实现对刀具振动信号的故障检测及预警，具有灵敏度高、非接触式检测、测量识别精度高等优点。

A Vibration Signal Detection System and Detection Method for CNC Machine Tools

The invention discloses a tool vibration signal detection system and detection method of a numerical control machine tool, including a vibration signal acquisition device, a data processing module and an analysis and judgment module; the vibration signal acquisition device is fixed on the tool table of a numerical control machine tool for detecting the tool vibration information and outputting the corresponding detection signal to the data processing module; and the data processing module is used for the inspection. After differential amplification, the measured signal outputs the data to be analyzed to the analysis and judgment module. The analysis and judgment module is used to judge and classify the current collected data according to the pre-stored data categories, and outputs the early warning signal when the abnormal vibration data categories are judged. By encapsulating the rigid vibration signal acquisition device fixed on the machine tool, the non-contact acquisition of the operation status information of the machine tool tool, and based on the data classes identified by the pre-training, the fault detection and early warning of the vibration signal of the tool can be realized, which has the advantages of high sensitivity, non-contact detection and high accuracy of measurement and identification.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床刀具振动信号检测系统及检测方法
本专利技术涉及振动检测
，特别涉及一种数控机床刀具振动信号检测系统及检测方法。
技术介绍
无论在航空航天、机械制造、石油化工等现代制造行业，数控机床的作用都是不可或缺的，其自主创新和发展的水平，国民经济和国家建设的需要，对我国未来科技的发展都具有非常重要的战略意义。数控机床的振动检测分析具有重要意义，其中刀具是机床上损坏最为频繁的零部件，刀具的磨损会影响机床的加工精度，造成严重的经济损失，因此对数控机床异常振动的检测主要是针对机床刀具的异常振动进行检测。目前，对数控机床刀具振动信号的检测大多应用传统的传感器，比如速度传感器和加速度传感器，然后对传感器参数的变化进行记录分析。但是，传统的传感器在数控机床刀具振动的条件下，阻值的变化范围普遍较小，而且大多为接触式的检测，这对机床刀具的异常振动反映得不够精确，采集到的数据存在很大的误差，这会影响到分析结果的准确性。因而现有技术还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种数控机床刀具振动信号检测系统及检测方法，通过封装固定在机床上的刚性振动信号采集装置，非接触式采集机床刀具的运行状态信息，并且基于预先训练识别的数据类别实现对刀具振动信号的故障检测及预警，具有灵敏度高、非接触式检测、测量识别精度高等优点。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种数控机床刀具振动信号检测系统，其包括振动信号采集装置、数据处理模块和分析判断模块；所述振动信号采集装置固定于数控机床刀台上且与数据处理模块电连接，所述振动信号采集装置用于检测刀具振动信息并输出相应的检测信号至数据处理模块；所述数据处理模块还与分析判断模块电连接，用于对接收到的检测信号进行差分放大处理后输出待分析数据至分析判断模块；所述分析判断模块用于根据预先存储的数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类，当判断为异常振动数据类别时输出预警信号。所述的数控机床刀具振动信号检测系统中，所述振动信号采集装置包括固定于数控机床刀台上的保护壳，以及粘贴在所述保护壳内部的表面具有裂纹阵列的柔性应变片，所述柔性应变片的表面还涂覆有导电涂层，所述柔性应变片的两端设置有与所述数据处理模块电连接的电极引线，所述柔性应变片根据刀具振动信息输出实时变化的阻值至数据处理模块。所述的数控机床刀具振动信号检测系统中，所述保护壳包括底座和保护外罩，所述底座包括基板，所述基板上设置有支撑架，所述柔性应变片的两端对应粘贴于所述支撑架的两端，所述支撑架的中间部分具有第一凹槽，所述支撑架的四周还设置有与所述保护外罩配合的边框；所述保护外罩的底部设置有第二凹槽，所述保护外罩和底座通过所述边框和第二凹槽装配为一体，所述保护外罩的侧面还设置有通线孔。所述的数控机床刀具振动信号检测系统中，所述基板上设置有第一螺丝孔，所述保护外罩上与所述第一螺丝孔对应的位置设置有第二螺丝孔，通过连接件贯穿所述第一螺丝孔和第二螺丝孔后将所述振动信号采集装置固定于数控机床刀台上，以实现非接触式的机床刀具振动信息采集。所述的数控机床刀具振动信号检测系统中，所述边框和第二凹槽之间，以及所述通线孔内均设置有密封胶。所述的数控机床刀具振动信号检测系统中，所述数据处理模块包括转换单元、差分放大单元和数据采集单元；所述转换单元与所述柔性应变片和差分放大单元电连接，用于将柔性应变片的实时变化阻值转换为相应的电压信号后输出至差分放大单元；所述差分放大单元与数据采集单元连接，用于对所述电压信号进行差分计算并放大处理后输出离散信号至数据采集单元；所述数据采集单元还与分析判断模块连接，用于采集所述差分放大单元输出的离散信号后输出待分析数据至分析判断模块。所述的数控机床刀具振动信号检测系统中，所述转换单元为惠斯通电桥，所述柔性应变片通过两端的电极引线与惠斯通电桥的空桥臂连接，所述惠斯通电桥的输出端连接所述差分放大单元。所述的数控机床刀具振动信号检测系统中，所述分析判断模块包括训练识别单元、分类单元和故障预警单元；所述训练识别单元用于根据预先采集的训练样本以及预设训练模型生成相应的数据类别；所述分类单元用于根据所述数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类；所述故障预警单元用于在当前待分析数据判断为异常振动数据类别时输出预警信号。一种数控机床刀具振动信号检测方法，其包括如下步骤：由固定于数控机床刀台上的振动信号采集装置检测刀具振动信息并输出相应的检测信号；对接收到的检测信号进行差分放大处理后输出待分析数据；根据预先存储的数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类，并在判断为异常振动数据类别时输出预警信号。所述的数控机床刀具振动信号检测方法中，所述根据预先存储的数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类，并在判断为异常振动数据类别时输出预警信号的步骤包括：根据预先采集的训练样本以及预设训练模型生成相应的数据类别；根据所述数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类；在当前待分析数据判断为异常振动数据类别时输出预警信号。相较于现有技术，本专利技术提供的数控机床刀具振动信号检测系统及检测方法中，所述数控机床刀具振动信号检测系统包括振动信号采集装置、数据处理模块和分析判断模块；所述振动信号采集装置固定于数控机床刀台上且与数据处理模块电连接，所述振动信号采集装置用于检测刀具振动信息并输出相应的检测信号至数据处理模块；所述数据处理模块还与分析判断模块电连接，用于对接收到的检测信号进行差分放大处理后输出待分析数据至分析判断模块；所述分析判断模块用于根据预先存储的数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类，当判断为异常振动数据类别时输出预警信号。通过封装固定在机床上的刚性振动信号采集装置，非接触式采集机床刀具的运行状态信息，并且基于预先训练识别的数据类别实现对刀具振动信号的故障检测及预警，具有灵敏度高、非接触式检测、测量识别精度高等优点。附图说明图1为本专利技术提供的数控机床刀具振动信号检测系统的结构框图。图2为本专利技术提供的振动信号采集装置中柔性应变片和底座的侧面示意图。图3为本专利技术提供的振动信号采集装置中柔性应变片和底座的立体图。图4为本专利技术提供的振动信号采集装置中保护外罩的一个角度的立体图。图5为本专利技术提供的振动信号采集装置中保护外罩的另一个角度的立体图。图6为本专利技术提供的振动信号采集装置中柔性应变片在挤压状态下的示意图。图7为本专利技术提供的振动信号采集装置中柔性应变片在拉伸状态下的示意图。图8为本专利技术提供的数控机床刀具振动信号检测系统中惠斯通电桥的电路图。图9为本专利技术提供的数控机床刀具振动信号检测系统中差分放大单元的电路图。图10~图19为本专利技术提供的数控机床刀具振动信号检测系统中数据采集单元的电路图。图20为本专利技术提供的数控机床刀具振动信号检测方法的流程图。具体实施方式本专利技术提供一种数控机床刀具振动信号检测系统及检测方法，通过封装固定在机床上的刚性振动信号采集装置，非接触式采集机床刀具的运行状态信息，并且基于预先训练识别的数据类别实现对刀具振动信号的故障检测及预警，具有灵敏度高、非接触式检测、测量识别精度高等优点。为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床刀具振动信号检测系统，其特征在于，包括振动信号采集装置、数据处理模块和分析判断模块；所述振动信号采集装置固定于数控机床刀台上且与数据处理模块电连接，所述振动信号采集装置用于检测刀具振动信息并输出相应的检测信号至数据处理模块；所述数据处理模块还与分析判断模块电连接，用于对接收到的检测信号进行差分放大处理后输出待分析数据至分析判断模块；所述分析判断模块用于根据预先存储的数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类，当判断为异常振动数据类别时输出预警信号。

【技术特征摘要】
1.一种数控机床刀具振动信号检测系统，其特征在于，包括振动信号采集装置、数据处理模块和分析判断模块；所述振动信号采集装置固定于数控机床刀台上且与数据处理模块电连接，所述振动信号采集装置用于检测刀具振动信息并输出相应的检测信号至数据处理模块；所述数据处理模块还与分析判断模块电连接，用于对接收到的检测信号进行差分放大处理后输出待分析数据至分析判断模块；所述分析判断模块用于根据预先存储的数据类别对当前采集的待分析数据进行判断分类，当判断为异常振动数据类别时输出预警信号。2.根据权利要求1所述的数控机床刀具振动信号检测系统，其特征在于，所述振动信号采集装置包括固定于数控机床刀台上的保护壳，以及粘贴在所述保护壳内部的表面具有裂纹阵列的柔性应变片，所述柔性应变片的表面还涂覆有导电涂层，所述柔性应变片的两端设置有与所述数据处理模块电连接的电极引线，所述柔性应变片根据刀具振动信息输出实时变化的阻值至数据处理模块。3.根据权利要求2所述的数控机床刀具振动信号检测系统，其特征在于，所述保护壳包括底座和保护外罩，所述底座包括基板，所述基板上设置有支撑架，所述柔性应变片的两端对应粘贴于所述支撑架的两端，所述支撑架的中间部分具有第一凹槽，所述支撑架的四周还设置有与所述保护外罩配合的边框；所述保护外罩的底部设置有第二凹槽，所述保护外罩和底座通过所述边框和第二凹槽装配为一体，所述保护外罩的侧面还设置有通线孔。4.根据权利要求3所述的数控机床刀具振动信号检测系统，其特征在于，所述基板上设置有第一螺丝孔，所述保护外罩上与所述第一螺丝孔对应的位置设置有第二螺丝孔，通过连接件贯穿所述第一螺丝孔和第二螺丝孔后将所述振动信号采集装置固定于数控机床刀台上，以实现非接触式的机床刀具振动信息采集。5.根据权利要求4所述的数控机床刀具振动信号检测系统，其特征在于，所述边框和第二凹槽之间，以及所述通线孔内均设置有密封胶。6.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志武，宋阳，侯涛，刘富，王柯，赵宇峰，王跃桥，游子跃，姜守坤，刘云，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22