CN101508035A - 加工成型设备的断刀监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工成型设备的断刀监测方法，包括：1)设定基准转速差值；2)监测主轴的实时加工转速；3)将空载转速和实时加工转速的速度差与基准转速差值进行比较；4)当空载转速和实时加工转速的速度差小于基准转速差值时，判定断刀。本发明还公开了一种用以实施该断刀监测方法的断刀监测系统。本发明断刀监测方法及系统，解决了以往在线断刀检测的延时长、效率低和成本高的缺点，其实时性好、成本低和便于使用。

Description

加工成型设备的断刀监测方法和系统

技术领域

本发明涉及在线加工的断刀监控，特别是一种加工成型设备的断刀监测方法和系统。

背景技术

随着市场的要求和技术的发展，对加工成型设备的断刀检测提出了新的要求。例如，对于印刷线路板(PCB)数控成型设备，由于PCB的高度集成化，单位面积上需要成型加工的时间越来越长，加工过程中的断刀检测的要求也相应提高。事后的断刀检测只有在取换刀时才检测刀具是否损坏，随着成型路径的复杂而使加工效率太低，同时也增加了人工成本；而已知的在线断刀检测的技术有以下两种：一是使用光纤对射或激光反射的方式，在主轴抬起时检测刀具的损坏情况；二是通过检测吸尘装置的粉尘浓度，加工过程中如果断刀，粉尘浓度降低而报警。第一种方法要等到加工完正在加工的部分，在主轴抬起刀具时才能测试刀具的损坏情况，不能立即报警，检测环境要求高，光源部件很容易受污染，需要定期清洗，检测结果不稳定；第二种方法需要等吸尘装置中的粉尘浓度低于设定值后才能检测，也是需要等一段时间后粉尘浓度低于检测值后才能报警，也不能满足实时检测的要求，且检测结果不稳定。现有的方案都有延时而使设备的加工效率降低。

发明内容

本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，是解决目前在线断刀检测的延时长、效率低和成本高的缺点，提供一种实时性好、成本低和便于使用的加工成型设备的断刀监测方法和监测系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种加工成型设备的断刀监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定基准转速差值；

2)监测主轴的实时加工转速；

3)将主轴的空载转速和所述实时加工转速的速度差与所述基准转速差值进行比较；

4)当所述空载转速和所述实时加工转速的速度差小于所述基准转速差值时，判定断刀。

优选地，所述步骤1)包括以下子步骤：

1.1)检测并获取主轴的空载转速和正常加工转速；

1.2)根据所述空载转速和所述正常加工转速的速度差确定所述基准差值；

优选地，所述步骤1.1)中，检测使用多种刀具分别正常加工多种板材时的多个所述正常加工转速，所述步骤1.2)中，取所述空载转速和多个所述正常加工转速的速度差中的最小者作为所述基准转速差值。

优选地，所述主轴具有转速编码器，所述步骤1.1)中，利用高精密测量仪检测所述空载转速和所述正常加工转速，所述步骤2)中，通过采样所述转速编码器的输出信号并根据采样数据得出所述实时加工转速。

优选地，所述步骤2)之后还包括：将所述步骤2)和所述步骤1.1)的检测结果进行精度比较，并根据比较的结果调整以下任一项或其组合：所述步骤2)中采样的频率、用于采样的元器件的精度以及所述主轴的转速编码器。

一种加工成型设备的断刀监测系统，其特征在于，包括主轴转速检测模块、基准转速差值获取模块和比较判断模块，所述主轴转速检测模块和所述基准转速差值获取模块的输出端分别耦合到所述比较判断模块的输入端，所述主轴转速检测模块用于检测主轴的空载转速、正常加工转速以及实时加工转速，所述基准转速差值获取模块用于获取根据所述空载转速和所述正常加工转速的速度差所确定的基准转速差值，所述比较判断模块用于将所述空载转速和所述实时加工转速的速度差与所述基准转速差值进行比较，并当比较结果为所述基准转速差值较大时，判定断刀。

优选地，还包括告警模块，其用于在判定断刀时给出报警信号。

优选地，所述主轴转速检测模块包括：

参考信号检测单元，其用于检测所述空载转速和所述正常加工转速；

实时信号监测单元，其用于监测所述实时加工转速；

优选地，所述主轴具有转速编码器，所述实时信号监测单元包括采样电路和处理电路，所述采样电路用于采样所述转速编码器的输出信号，所述处理电路用于根据采样数据计算所述实时加工转速。

优选地，所述正常加工转速为使用多种刀具分别正常加工多种板材时的多个加工转速，所述基准转速差值为所述空载转速和所述多个加工转速的速度差中的最小者。

本发明有益的技术效果是：

本发明根据载置刀具的主轴的空载转速和正常加工转速的速度差确定基准转速差值，在加工过程中监测实时加工转速，判断实时加工转速和空载转速的速度差是否小于基准转速差值，如果是小于则判定断刀，这样，本发明利用加工过程中主轴转速的变化，实现了加工成型设备在加工过程中断刀情况的实时检测，克服了目前在线断刀检测的延时和不确定性，提高了加工成型的准确性和可靠性，进而提高了加工效率并有效减少了成本。由于节省了粉尘传感器或激光传感器等检测元器件，也使设备成本得以降低，从而提高了产品质量性能和竞争力。

采用主轴自带转速编码器的加工成型设备，实时加工转速通过采样主轴的转速编码器来获取，可以进一步大量节约成本。

附图说明

图1为本发明加工成型设备的断刀监测方法一种实施例的流程图；

图2为本发明一种实施例所应用的PCB数控成型机示意图；

图3为一种加工条件下正常加工转速相对于空载转速的减速情况示意图；

图4为同种加工条件下发生断刀时的实时加工转速相对于空载转速的减速情况示意图；

图5为本发明加工成型设备的断刀监测系统一种实施例的结构框图；

图6为断刀监测系统一种具体的实例示意图；

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

具体实施方式

本发明的断刀监测方法以能量守恒定律为理论基础。加工成型设备装载刀具的主轴在空载时运行的转速较高，而在加工过程中则有明显的降低，即负载转速与空载转速之间存在一个转速降，即有一个差值，但是，断刀情形下的转速差与刀具正常加工情形下的转速差相比更小，这样，就可参考正常加工转速与空载转速的转速差，预先给出一个设定值，在实际加工过程中，根据加工转速与空载转速值是否小于这个设定值(在上下文中称为基准转速差值)来判定是否发生了断刀情况。

请参考图1和图2，以对机械式四轴PCB数控成型设备的断刀监测为例，断刀监测方法包括以下步骤：

步骤1)检测并获取第一至第四主轴1、2、3、4的空载转速和正常加工转速。

优选的实施例中，使用高精度测量仪器，且在采用多种刀具、板材和不同加工参数的情况下测试出各种情况下的正常加工转速，例如，检测使用多种刀具分别正常加工多种板材时的多个正常加工转速。

步骤2)获取各种加工情况下正常加工转速与空载转速的速度差，并参考主轴转速波动值，确定出基准转速差值。

优选的实施例中，取空载转速和多个正常加工转速的速度差中的最小者作为基准转速差值。请参考图3，图中展示了正常加工时的主轴转速降低现象，主轴的空载转速是53106转/分，而一种加工条件下的负载转速是52096转/分，相减得到一个速度差为990转/分。同样的方式获得其他加工条件下的速度差。

步骤3)加工过程中监测主轴的实时加工转速。

优选的实施例中，采用主轴自带转速编码器的加工成型设备，选用合适的采样元器件和精确的滤波电路组成实际使用的数据采集板卡，通过数据采集板卡采样主轴的转速编码器的输出信号并根据采样数据计算出实时加工转速。

步骤4)将空载转速和实时加工转速的速度差与基准转速差值进行比较。

步骤5)当空载转速和实时加工转速的速度差小于基准转速差值时，判定断刀事件发生。

请参考图4，与图3所对应的加工条件相同，设备启动后，主轴的加工转速先大幅降低，但在加工的过程中出现了加工转速上升，变得与空载转速相差很小的情况，转速差值小于基准转速差值，从而可以判定断刀。

优选的实施例中，步骤3)之后还包括：将步骤3)中的在线检测结果与步骤1)利用高精度测量仪器测得的精确数据进行比较，判断步骤3)的检测精度是否达到要求，并根据此调整步骤3)中对主轴转速信号采样的频率以及用于采样的元器件的精度。如果转速测试精度不能达到要求，则需要优化编码器和采样元器件，也可再进一步试验标定出更加精确的基准转速差值，从而优化电气设计，提高检测的准确性和稳定性。

步骤6)在判定断刀事件发生时进行告警。

优选的实施例中，数据采集板卡给出报警信号，上位机软件识别并报警。在实际加工过程中，没有误报警情况则说明步骤3)中的检测部件的配置比较合理。

尽管在一些较优的实施例中，断刀监测方法包括以下的步骤来得到基准转速差值：检测并获取主轴的空载转速和正常加工转速；根据空载转速和正常加工转速的速度差确定基准转速差值，但是在另一些实施例中，也可以不包含此种步骤，例如，基准转速差值可利用主轴的标称参数及实际运行的经验参数来事先给定。

图5展示了本发明的断刀监测系统一种实施例的结构。断刀监测系统包括主轴转速检测模块、基准转速差值获取模块、比较判断模块以及告警模块。主轴转速检测模块和基准转速差值获取模块的输出端分别耦合到比较判断模块的输入端，比较判断模块的输出端耦合到告警模块的输入端。其中，主轴转速检测模块又包括参考信号检测单元和实时信号监测单元，参考信号检测单元用于检测主轴的空载转速和正常加工转速，实时信号监测单元用于在线监测主轴的实时加工转速；基准转速差值获取模块用于获取根据空载转速和正常加工转速的速度差所确定的基准转速差值；比较判断模块用于将空载转速和实时加工转速的速度差与基准转速差值进行比较，并当比较结果为基准转速差值较大时，判定断刀；告警模块用于在判定断刀时给出报警信号。

优选的实施例中，主轴具有转速编码器，参考信号检测单元为高精密测量仪，实时信号监测单元包括采样电路和处理电路，所述采样电路用于采样所述转速编码器的输出信号，所述处理电路用于根据采样数据计算所述实时加工转速。

图6展示了上述断刀监测系统一种具体的实例。其中，实时信号监测单元包括由四路放大器及滤波器、计数IC构成的采样电路，即数据采集板卡，以及作为处理电路的MCU(微控制单元)，MCU通过RS232总线连接到上位机。工作时，四根主轴转速编码器的输出信号分别经四路放大器及滤波器处理，由计数IC采样，所得数据由MCU处理，算出实时加工转速。同时，MCU还根据基准转速差值获取模块给出的基准转速差值，将空载转速和实时加工转速的速度差与基准转速差值进行比较，当比较结果为基准转速差值较大时，MCU发出断刀判定信号至上位机，上位机程序作出响应，停机并发出断刀报警信号。

本发明利用加工过程中主轴转速的变化，实现了加工成型设备在加工过程中断刀情况的实时检测，克服了目前在线断刀检测的延时和不确定性，提高了加工成型的准确性和可靠性，进而提高了加工效率并有效减少了成本。由于节省了现有检测方案所需的粉尘传感器或激光传感器等检测元器件，也使设备成本得以降低，从而提高了产品质量性能和竞争力。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种加工成型设备的断刀监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定基准转速差值；

2)监测主轴的实时加工转速；

3)将主轴的空载转速和所述实时加工转速的速度差与所述基准转速差值进行比较；

4)当所述空载转速和所述实时加工转速的速度差小于所述基准转速差值时，判定断刀。

2.一种加工成型设备的断刀监测方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下子步骤：

1.1)检测并获取主轴的空载转速和正常加工转速；

1.2)根据所述空载转速和所述正常加工转速的速度差确定所述基准差值。

3.如权利要求2所述的加工成型设备的断刀监测方法，其特征在于，所述步骤1.1)中，检测使用多种刀具分别正常加工多种板材时的多个所述正常加工转速，所述步骤1.2)中，取所述空载转速和多个所述正常加工转速的速度差中的最小者作为所述基准转速差值。

4.如权利要求2或3所述的加工成型设备的断刀监测方法，其特征在于，所述主轴具有转速编码器，所述步骤1.1)中，利用高精密测量仪检测所述空载转速和所述正常加工转速，所述步骤2)中，通过采样所述转速编码器的输出信号并根据采样数据得出所述实时加工转速。

5.如权利要求4所述的加工成型设备的断刀监测方法，其特征在于，所述步骤2)之后还包括：将所述步骤2)和所述步骤1.1)的检测结果进行精度比较，并根据比较的结果调整以下任一项或其组合：所述步骤2)中采样的频率、用于采样的元器件的精度以及所述主轴的转速编码器。

6.一种加工成型设备的断刀监测系统，其特征在于，包括主轴转速检测模块、基准转速差值获取模块和比较判断模块，所述主轴转速检测模块和所述基准转速差值获取模块的输出端分别耦合到所述比较判断模块的输入端，所述主轴转速检测模块用于检测主轴的空载转速、正常加工转速以及实时加工转速，所述基准转速差值获取模块用于获取根据所述空载转速和所述正常加工转速的速度差所确定的基准转速差值，所述比较判断模块用于将所述空载转速和所述实时加工转速的速度差与所述基准转速差值进行比较，并当比较结果为所述基准转速差值较大时，判定断刀。

7.如权利要求6所述的加工成型设备的断刀监测系统，其特征在于，还包括：

告警模块，其用于在判定断刀时给出报警信号。

8.如权利要求6所述的加工成型设备的断刀监测系统，其特征在于，所述主轴转速检测模块包括：

参考信号检测单元，其用于检测所述空载转速和所述正常加工转速；

实时信号监测单元，其用于监测所述实时加工转速。

9.如权利要求8所述的加工成型设备的断刀监测系统，其特征在于，所述主轴具有转速编码器，所述实时信号监测单元包括采样电路和处理电路，所述采样电路用于采样所述转速编码器的输出信号，所述处理电路用于根据采样数据计算所述实时加工转速。

10.如权利要求6至9任一项所述的加工成型设备的断刀监测系统，其特征在于，所述正常加工转速为使用多种刀具分别正常加工多种板材时的多个加工转速，所述基准转速差值为所述空载转速和所述多个加工转速的速度差中的最小者。

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