一种基于边缘计算的断刀实时监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于边缘计算的断刀实时监测方法及系统，属于数控技术领域。监测前，将边缘计算模块与数控系统连接，同时通过边缘计算模块上的接口连接采集卡与振动传感器；试加工时，边缘计算模块同步并缓存所有试加工振动幅度数据和主轴电流数据，并确定主轴电流数据变化阈值和主轴电流数据的上、下限值；监测时，将边缘计算模块与数控系统连接，边缘计算模块获取数控系统中的主轴电流数据，当主轴电流在预设时长内的变化量超过主轴电流数据变化阈值，或者主轴电流在预设时长内超出主轴电流数据的上限值或下限值，边缘计算模块判断发生断刀。如此，不仅减轻了主站计算压力，而且提高了断刀情况判断的准确性。高了断刀情况判断的准确性。高了断刀情况判断的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的断刀实时监测方法及系统


[0001]本专利技术属于数控
，更具体地，涉及一种基于边缘计算的断刀实时监测方法及系统。

技术介绍

[0002]在数控机床零件加工过程中，由于走刀路径不合理、切削力不稳定、刀具一致性差、工件材质不均匀、刀具老化、应力疲劳等原因，极易发生刀具断裂，导致废品废件的产生。特别是在自动化、智能化生产线中，由于无人值守，刀具的异常状态如果不能及时被发现，往往会影响生产线的自动生产，进而影响生产线的生产节拍，导致生产线无法正常工作。因此很有必要寻找一种能够实时监测刀具断刀状况的方法，来处理加工过程中的断刀问题。
[0003]现有的断刀监测技术方案主要有非实时监测和实时监测两种。
[0004]非实时监测包括人工检测、激光光束检测、机器视觉检测等，人工检测通常依托于操作人员的经验或通过定量法，这种模式增加了人工作业强度，降低了刀具的使用寿命及生产加工效率。激光光束检测、机器视觉检测等，相对人工检测来说，虽然一定程度上弥补了其不足，但是也无法在加工的过程中监测刀具的状态，只能进行刀具状态的离线检测，影响生产加工效率。
[0005]实时监测通过实时监测加工过程中刀具断裂前后的关键特征量来判断刀具断刀状态，所述关键特征量主要有主轴或变频器的电机电流、声信号、振动信号等。通过主轴电流负载等检测断刀的技术：在小刀具高速半精或精加工时，由于切削用量小，断刀前后主轴或变频器的电机电流无明显稳定变化，即灵敏度不高，不能有效判断刀具断刀现象。声音变化检测断刀：发生断刀后，声波会出现反常，可以通过对声波的采样分析，判断出断刀。缺点是声波分析较为复杂，同时要求没有外部声音干扰，对环境因素要求较高。振动传感器内置在刀柄中的技术：小空间内集成多部件，结构复杂、成本高，且需要分别设计多种类型的刀柄。
[0006]此外，现有的实时监测技术也可按判断断刀主体分为两种。一种是数控系统判断：通过数控系统内部的数据(如主轴电流)来判断刀具状态，缺点是占用数控系统计算资源且准确性不高；另一种是数控系统外部独立的计算机判断：传感器与计算机相连，计算机采集传感器数据判断刀具状态，再通过以太网与数控系统通信，缺点是传输时间长、传输延时不确定、集成度较低。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于边缘计算的断刀实时监测方法及系统，旨在解决现有的实时监测技术只能单独通过数控系统内部或外部的数据判断刀具状态，导致占用数控系统计算资源或实时性差的技术问题。
[0008]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于边缘计算的断刀实时监测方
法，包括：
[0009]监测前，将边缘计算模块与数控系统连接，同时通过所述边缘计算模块上的接口连接采集卡与振动传感器，所述振动传感器安装在数控机床切削振动影响区域；
[0010]试加工时，所述振动传感器采集刀具试加工振动幅度数据，并发送至所述边缘计算模块，同时所述边缘计算模块获取数控系统中的主轴电流数据；所述边缘计算模块同步并缓存所有试加工振动幅度数据和主轴电流数据后，计算在预设时长内试加工振动幅度数据的最大变化量超过预设阈值时对应的试加工主轴电流数据的最大变化量；根据所有计算得到的试加工主轴电流数据的最大变化量，确定主轴电流数据变化阈值；以及根据试加工振动幅度数据的最大值和最小值，确定主轴电流数据的上限值和下限值；
[0011]监测时，将边缘计算模块与数控系统连接，所述边缘计算模块获取数控系统中的主轴电流数据，当主轴电流在所述预设时长内的变化量超过所述主轴电流数据变化阈值，或者主轴电流在所述预设时长内超出所述主轴电流数据的上限值或下限值，所述边缘计算模块判断发生断刀。
[0012]进一步地，所述边缘计算模块通过NCUC总线接入数控系统。
[0013]进一步地，试加工时，待所有的试加工振动幅度数据采集完毕后，取其中的最大值max与最小值min；所述预设阈值大于
[0014]进一步地，监测前，使用强力磁铁吸附或螺纹连接方式将振动传感器固定在数控机床切削振动影响区域。
[0015]进一步地，所述根据所有计算得到试加工主轴电流数据的最大变化量，确定主轴电流数据变化阈值，包括：将所有计算得到的试加工主轴电流数据的最大变化量取平均，作为主轴电流数据变化阈值；
[0016]所述根据试加工振动幅度数据的最大值和最小值，确定主轴电流数据的上限值和下限值，包括：获取试加工振动幅度数据的最大值对应时刻的主轴电流数据，作为所述主轴电流数据的上限值；获取试加工振动幅度数据的最小值对应时刻的主轴电流数据，作为所述主轴电流数据的下限值。
[0017]进一步地，监测时，所述边缘计算模块判断发生断刀后，将报警信息反馈给数控系统，使数控系统根据反馈信息控制驱动装置停止运行。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种基于边缘计算的断刀实时监测系统，包括：边缘计算模块、采集卡、振动传感器；
[0019]监测前，所述边缘计算模块与数控系统连接，所述边缘计算模块上的接口连接采集卡与振动传感器，所述振动传感器安装在数控机床切削振动影响区域；
[0020]试加工时，所述振动传感器采集刀具试加工振动幅度数据，并发送至所述边缘计算模块，同时所述边缘计算模块获取数控系统中的主轴电流数据；所述边缘计算模块同步并缓存所有试加工振动幅度数据和主轴电流数据后，计算在预设时长内试加工振动幅度数据的最大变化量超过预设阈值时对应的试加工主轴电流数据的最大变化量；所述边缘计算模块根据所有计算得到的试加工主轴电流数据的最大变化量，确定主轴电流数据变化阈值；以及根据试加工振动幅度数据的最大值和最小值，确定主轴电流数据的上限值和下限值；
[0021]监测时，所述边缘计算模块与数控系统连接，所述边缘计算模块获取数控系统中的主轴电流数据，当主轴电流在所述预设时长内的变化量超过所述主轴电流数据变化阈值，或者主轴电流在所述预设时长内超出所述主轴电流数据的上限值或下限值，所述边缘计算模块判断发生断刀。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0023](1)区别于现有的实时监测技术只能单独通过数控系统内部或外部的数据判断刀具状态，本专利技术在监测前通过同步并缓存所有试加工振动幅度数据和主轴电流数据，并通过振动幅度数据的变化确定主轴电流数据变化阈值，以及通过振动幅度数据的上下限确定主轴电流数据的上下限；在监测时，仅需实时获取数控系统中的主轴电流数据，并当主轴电流在预设时长内的变化量超过主轴电流数据变化阈值，或者主轴电流在预设时长内超出主轴电流数据的上限值或下限值，判断发生断刀。如此，本专利技术一方面，通过边缘计算模块对机床加工过程中的断刀状态进行实时监测，减轻了主站计算压力，降低了数据传输成本，提高了集成度；另一方面，由于边缘计算模块可以同步振动幅度数据(外部数据)与主轴电流数据(内部数据)，因而可以在监测前，建立外部数据与内部数据之间的联系，通过外部数据确定发生断刀时内部数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的断刀实时监测方法，其特征在于，包括：监测前，将边缘计算模块与数控系统连接，同时通过所述边缘计算模块上的接口连接采集卡与振动传感器，所述振动传感器安装在数控机床切削振动影响区域；试加工时，所述振动传感器采集刀具试加工振动幅度数据，并发送至所述边缘计算模块，同时所述边缘计算模块获取数控系统中的主轴电流数据；所述边缘计算模块同步并缓存所有试加工振动幅度数据和主轴电流数据后，计算在预设时长内试加工振动幅度数据的最大变化量超过预设阈值时对应的试加工主轴电流数据的最大变化量；根据所有计算得到的试加工主轴电流数据的最大变化量，确定主轴电流数据变化阈值；以及根据试加工振动幅度数据的最大值和最小值，确定主轴电流数据的上限值和下限值；监测时，将边缘计算模块与数控系统连接，所述边缘计算模块获取数控系统中的主轴电流数据，当主轴电流在所述预设时长内的变化量超过所述主轴电流数据变化阈值，或者主轴电流在所述预设时长内超出所述主轴电流数据的上限值或下限值，所述边缘计算模块判断发生断刀。2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的断刀实时监测方法，其特征在于，所述边缘计算模块通过NCUC总线接入数控系统。3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的断刀实时监测方法，其特征在于，试加工时，待所有的试加工振动幅度数据采集完毕后，取其中的最大值max与最小值min；所述预设阈值大于4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的断刀实时监测方法，其特征在于，监测前，使用强力磁铁吸附或螺纹连接方式将振动传感器固定在数控机床切削振动影响区域。5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的断刀实时监测方法，其特征在于，所述根据所有计算得到试加工主轴电流数据的最大变化量，确定主轴电流数据变化阈值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周会成，陈家耀，陈吉红，杨建中，许光达，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：