[發明專利]用于機加工中刀桿振動信號的實時監測裝置及其監測方法

有效

• 申請號: 201410177269.7
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN104015098A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 王國鋒;楊印衛;劉暢;李志猛;謝慶陸;張彥超
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23Q17/12
• 分類號: B23Q17/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及一種刀具磨損監測系統，尤其涉及一種刀具振動信號監測系統。?

背景技術

目前，機加工振動數據的采集都是采用粘貼在機床或者主軸上的振動傳感器來進行，然后通過傳輸線傳到數據采集卡，計算機控制采集卡進行采集，然后把這些數據保存在計算機中或者實時處理來實現對加工誤差的補償。儀器較多，連線復雜，不易攜帶，給使用人員帶來很多不必要的時間浪費。?

發明內容

針對現有技術中存在技術問題，本發明用于機加工中刀桿振動信號的實時監測裝置是將傳感器嵌入到刀桿中，刀桿和刀柄之間通過一個標準的數據接口連接，刀柄中嵌裝有采用有線連接的微處理器和藍牙裝置，藍牙裝置與采集器和計算機之間采用無線數據傳輸，本發明使用方便，通用性較強。?

為了解決上述技術問題，本發明一種用于機加工中刀桿振動信號的實時監測裝置，包括刀柄、刀桿、采集卡和計算機，所述刀桿設有第一軸向盲孔，該第一軸向盲孔的開口位于刀桿的后端，所述第一軸向盲孔內、且位于刀頭端嵌裝有壓電式振動傳感器；所述刀柄設有與所述第一軸向盲孔對正的第二軸向盲孔，所述第一軸向盲孔和所述第二軸向盲孔的交界處設有數據接口，自所述壓電式振動傳感器的輸出端至所述數據接口連接有傳輸線，所述第一軸向盲孔內填充有環氧樹脂；所述刀柄的中部設有凹槽，所述凹槽內設有微處理器和藍牙裝置，所述微處理器和藍牙裝置之間及所述數據接口與微處理器之間均連接有數據線；所述藍牙裝置與所述采集卡之間用無線傳輸。?

本發明一種用于機加工中刀桿振動信號的實時監測方法，包括以下步驟：?

步驟一、信號的采集：首先，壓電式振動傳感器將監測到的刀具振動信號轉變為電壓量的模擬信號，通過傳輸線將該電壓量的模擬信號傳輸到刀柄中的微處理器中，所述微處理器中的A/D轉換模塊將該電壓量的模擬信號轉換成數字信號,微處理器中的儲存器將轉換后的數字信號儲存起來，等待傳輸出去和被調用，微處理器中的控制器控制藍牙裝置是否開始或停止數據的傳輸；?

步驟二、信號的傳輸：藍牙裝置在接到微處理器傳輸數據的指令后，?

在發送模式下，采集的數據由基帶模塊輸入，在合成器中進行載波調制，調制后的信號進入發送模塊，在發送模塊中，收發控制線選通低噪放大器，將調制信號放大，并由巴?倫轉為非平衡信號輸出至收發控制開關；再由收發控制線選通至濾波器，通過天線向外發送；?

在接收模式下，信號由天線接收，經過濾波器和收發控制開關進入接收模塊，接收模塊首先通過巴倫將從天線傳來的不平衡信號轉為平衡信號；然后通過接收模塊的低噪放大器將接收的微弱信號放大，最后在解調電路中與從合成器提供的本振信號進行作用，將載波信號解調輸出；?

采集卡對接收模塊接收到的數據進行采樣，然后將采樣后的數據傳輸到計算機上，以TXT的格式保存下來，進而進行處理和分析；?

步驟三、信號的處理：在計算機中通過labview或者matlab軟件對信號進行調用和處理，首先，采用小波變化或者快速傅里葉變換對數據進行處理；其次，進行特征信號提取，選取時域、頻域以及時頻域的特征；然后，應用神經網絡、隱馬爾科夫或者支持向量機進行模式識別，實現刀具磨損的識別，進而實時掌握刀具磨損的值。?

與現有技術相比，本發明的有益效果是：?

本發明監測裝置可以在現有技術中普通監測系統基礎上，通過對現有普通刀柄進行改裝后獲得，即：把傳感器嵌入到刀桿中同時把微處理器和藍牙無線傳輸裝置嵌入到刀柄中，并通過微處理器和藍牙裝置即計算機實現信號的采集、處理、傳輸和控制反饋等。本發明將在線監測的理念和數據無線傳輸相結合，使得加工過程監測更加方便，刀具振動的信號被刀桿上的振動傳感器采集，經傳輸線傳到刀桿與刀柄的接口，再傳到刀柄上的微處理器中，經放大器進行信號的放大，經濾波裝置進行信號的去噪與預處理，然后經過微處理器的A/D轉換，得到的數據通過藍牙裝置無線傳輸到計算機中，計算機中的采集卡對數據進行采集和處理，通過對數據進行分析得到結果。本發明實用性強，通用性好，由于是嵌入式的結構，所以結構簡單可靠，除此之外，傳感器距離加工位置較近，所以精度較高，并且效果更好，采用無線的信號傳輸，使得安裝和使用起來更加方便。本發明監測方法與現有技術中的監測方法相比，攜帶方便，對加工精度、加工質量和機床刀具壽命的提高都有很好的效果。?

附圖說明

圖1是本發明監測裝置的結構示意圖；?

圖2是本發明監測裝置中刀桿的結構示意圖?

圖3是本發明監測裝置實現信號傳遞的流程圖。?