CN106371407A

CN106371407A - 机械加工作业状态统计方法及机械加工机器人

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Publication number: CN106371407A
Application number: CN201510427429.3A
Authority: CN
Inventors: 陈益民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2017-02-01

Abstract

本发明涉及一种机械加工机器人，包括主体部及设于主体部上的切割工具，主体部包括声波传感模块及与声波传感模块连接的智能处理器；此外，本发明还涉及一种机械加工作业状态统计方法，包括如下步骤：建立切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生声波信息数据库，采集切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生的声波信息，将所采集的声波信息与数据库中声波信息进行比对、筛选，及，形成智能作业状态统计数据和/或报警信息。上述机器人及其统计方法通过对声波进行科学合理的筛选，能够对加工工件的数量、合格率及设备工作效率进行全程动态且有效的统计，此外，其还能够提取并实时跟踪切割工具的异常磨损声波信息，达到及时更换刀具的目的。

Description

机械加工作业状态统计方法及机械加工机器人

技术领域

本发明涉机械加工技术领域，特别是涉及一种用于对机加工工件质量进行智能分类统计的机械加工作业状态统计方法及载有上述方法的机械加工机器人。

背景技术

在机械加工技术中所使用的机加工设备，只满足了对具体工件的加工作业需求，却无法在规定时间内对加工工件的数量、合格率及设备工作效率进行实时统计，如一天八小时该台机加工设备一共加工了多少件工件，有多少件工件是不合格的、每件工件的具体作业时间等。

传统办法是通过作业人员对当前作业的工件数量进行手工计数以及工件质量筛选统计，这种方法不仅费时、费力，还会由于不同人员作业标准不一致而造成统计不准确的问题。

此外，传统的机加工设备上所使用的切割工具使用时间过长，会造成加工工件的品质下降、不合格率升高的问题，若长期使用超过使用寿命期的切割工具，在机加工过程中，甚至会出现刀刃断裂飞出的危险，造成更大的人身财产损失，因此需定期对加工工件的使用状态进行确认。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种用于对机加工工件质量进行智能分类统计的机械加工作业状态统计方法及载有上述方法的机械加工机器人。

一种机械加工作业状态统计方法，用于统计机械加工机器人的作业状态，所述工业机器包括主体部及设于所述主体部上的切割工具，所述主体部上设有声波传感模块及与所述声波传感模块连接的智能处理器，包括如下步骤：

建立切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生声波信息数据库，

采集切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生的声波信息，

将所采集的所述声波信息与所述数据库中声波信息进行比对、筛选，及，

形成智能作业状态统计数据和/或报警信息。

在其中一个实施方式中，上述建立切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生声波信息数据库的步骤中，所述数据库包括：切割工具与合格加工工件之间的声波信息，切割工具与不合格加工工件之间的声波信息，不同切割工具与相同加工工件之间的声波信息，同一切割工具与不同加工工件之间的声波信息及同一切割工具与被加工工件之间历史声波信息的至少一种。

在其中一个实施方式中，上述将所采集的所述声波信息与所述数据库中声波信息进行比对、筛选的步骤中，包括，

利用经验模式对所述声波信息进行筛选，以分解出至少一个特征信息函数；

对所述至少一个特征信息函数进行变换，以获取与所述数据库中声波信息相匹配的信息，从而对所采集的所述声波信息进行筛选，及，

所述筛选信息形成合格声波信号、不合格声波信号、切割工具报警信号的至少一种。

在其中一个实施方式中，上述将所采集的所述声波信息与所述数据库中声波信息进行比对、筛选的步骤中，

所述特征信息函数包括频率信息、相位信息及时间信息的至少一种。

所述对至少一个特征信息函数进行变换的方式包括傅里叶变换、拉普拉斯变换、小波变换、Z变换及希尔伯特变换的至少一种。

所述特征信息函数包括同一切割工具与被加工工件之间在切割过程中所提取的声波信息曲线。

在其中一个实施方式中，上述形成智能作业状态统计数据和/或报警信息的步骤中，包括，

将所述声波信息与触发信号逻辑与计算，当声波信号及触发信号同时存在时，开始统计切割工具及加工工件的信息，反之，则不统计。

将所述合格声波信号统计为一次合格件数，并在原有合格工件件数上进行累加，

将所述不合格声波信号统计为一次不合格件数，并在原有不合格工件件数上进行累加，

将所述合格声波信号及所述不合格声波信号进行累加，统计为加工工件的总数量，及，

将所述加工工件的加工时间进行统计。

当所述不合格声波信号持续出现在预设区间时，产生报警提示。

在其中一个实施方式中，上述形成智能作业状态统计数据和/或报警信息的步骤中，

当所述切割工具的工作时间超出预设区间时，产生更换切割工具提示。

当所述声波信息曲线超出阈值时，产生更换切割工具提示。

一种机械加工机器人，包括主体部及设于所述主体部上的切割工具，所述主体部上设有声波传感模块及与所述声波传感模块连接的智能处理器。

在其中一个实施方式中，所述声波传感模块与所述切割工具邻近。

在其中一个实施方式中，所述机械加工机器人为去毛刺机器人。

在其中一个实施方式中，所述智能处理器为PLC处理器、单片机，运动控制器，数控系统的至少一种。

上述机械加工作业状态统计方法，采用智能处理器和声波传感模块相结合的办法，通过采集切割工具与被加工工件之间的声波信息，并与预设的声波信息数据库进行对比分类，从而对声波进行科学合理的筛选，达到在规定时间内对加工工件的数量、合格率及设备工作效率进行全程动态且有效的统计，与此同时，上述统计方法，还能够提取并实时跟踪切割工具的异常磨损声波信息，达到及时更换刀具的目的。

上述机械加工作业状态统计方法最大的优势在于，所有的筛选信息均采用量化的指标，从而降低了不同人员(比如新员工及老员工)因作业标准不一致而造成统计不准确的问题。

附图说明

图1为机械加工机器人的结构示意图；

图2为机械加工作业状态统计方法的流程图；

图3为对所采集的声波信息与数据库中声波信息进行比对、筛选的流程图；

其中，对应元器件编号列表如下：

100、机械加工机器人 110、主体部

111、声波传感模块 112、智能处理器

120、切割工具

具体实施方式

本实施方式揭示了一种机械加工机器人，主要用于机械加工领域，该机器人内嵌有智能作业状态统计处理系统，用于代替作业人员实时统计机械加工机器人的作业状态，如在规定时间内对加工工件的数量、加工工件的时间、产品合格率设备工作效率、及切割工具磨损状态等参数进行统计。

这种机械加工机器人包括主体部及设于主体部上的切割工具，主体部上设有声波传感模块及与声波传感模块连接的智能处理器。上述机械加工机器人可以为机械加工领域中具有声波信息采集功能以及智能数据处理功能的普通机械加工设备，如，切削(车削、铣削、刨削、磨削、钻削或镗削)机器人，去毛刺机器人、齿轮加工机器人、曲面加工机器人等。切割工具包括但不限于车刀、铣刀、刨刀、磨刀、拉刀孔加工刀具、螺纹刀具、齿轮刀具等。需要指出的是，上述机械加工机器人也能够在特种加工技术领域中使用。

其中，声波传感模块用于收集切割工具与加工工件之间产生的声波信息，为了确保上述声波信息的高保真度，优选方案中，声波传感模块与切割工具邻近设置。智能处理器为PLC处理器、单片机，运动控制器，数控系统的至少一种，只要是能够实现采集声波信息，并对声波信息进行比对、统计及分析的功能的智能处理器均在本发明的保护范围内。

以去毛刺机器人为例进行说明，在机器人切割工具部位安装一个声音采集器传感器，因为去毛刺机器人在作业时，切割工具都是通过和加工工件的直接接触并利用切割工具铣销作业进行毛刺去除的，这样就产生了一组声波信息。通过大量的试验发现，合格加工工件所产生的声波信息和不合格加工工件所产生的声波信息存在差异，比如，如果没有把加工工件上的毛刺去除，就说明刀刃具没有和加工工件进行有效的接触，这样就产生了合格加工工件与不合格加工工件之间的声波差异。

此外，如果切割工具与加工工件之间的接触力过大，其加工工件被去除的部位偏大时，也会产生不同的声波信息，直观听觉的表现就会产生较大的噪音和低沉的闷声；同理，如果切割工具磨损的过多，也就是其使用寿命达到极限的时候，与加工工件之间所产生的声波信息也有不同。

本实施方式揭示了上述机械加工作业状态统计方法，用于统计机械加工机器人的作业状态，其主要包括如下步骤：

S110、建立切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生声波信息数据库，从而为后续的声波信息筛选提供比对样本。

上述数据库包括：切割工具与合格加工工件之间的声波信息，切割工具与不合格加工工件之间的声波信息，不同切割工具与相同加工工件之间的声波信息，同一切割工具与不同加工工件之间的声波信息及同一切割工具与被加工工件之间历史声波信息的至少一种。

S120、采集切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生的声波信息。本实施方式中，声波传感模块随时采集工具与被加工工件之间在切割过程中所产生的声波信息，在优选方案中，为了减少声波传感模块随时采集声波信息所带来的数据处理量大的问题，当操作人员对加工工件发出作业指令时，即当操作人员按下加工启动按钮并产生的触发信号时，同时触发声波传感模块对工具与被加工工件之间在切割过程中所产生的声波信息进行采集。

S130、将所采集的声波信息与数据库中声波信息进行比对及筛选。该步骤主要包括如下方法：

S131、利用经验模式对声波信息进行筛选，以分解出至少一个特征信息函数，即是对所采集的声波信息进行提取的过程。

S132、对至少一个特征信息函数进行变换，以获取与数据库中声波信息相匹配的信息，从而对所采集的声波信息进行筛选；以及，

S133、筛选信息形成合格声波信号、不合格声波信号、切割工具报警信号的至少一种。

其中，特征信息函数包括频率信息、相位信息及时间信息的至少一种。此外，为了得到切割工具的磨耗信息，上述特征信息函数还包括同一切割工具与被加工工件之间在切割过程中所提取的声波信息曲线。

以及，对至少一个特征信息函数进行变换的方式包括傅里叶变换、拉普拉斯变换、小波变换、Z变换及希尔伯特变换的至少一种。

机械加工机器人采集切割工具与加工工件之间产生的声波信息，通过提取上述声波信息中具有特定特征信息函数信号，例如，切割工具与合格品加工工件之间产生所产生的特征信息函数信号的声波信息，从而得到最终的加工工件状态信息。

在其中一个实施方式中，当加工工件与切削工具接触时即会产生噪音声波，在声波源不同，介质相同的情况下，就会产生相应横波的噪音波峰，在一个作业周期内会有一组声波周期信号，切割工具与合格品加工工件之间在作业过程中所产生的声波信号频率是在一个有效的范围内的，其噪音声波周期也是一定的，例如，设定一个完整作业过程中合格品(一等品)加工工件的声波信号频率范围在40kHz与90kHz之间，当超过此频率范围的加工工件视为合格品(二等品)，低于此频率范围的加工工件视为不合格品。通过对声波频率信息的提取、筛选，既可以分辨出合格品与不合格品之间的差异，此外，还可以在合格品内进行加工工件的等级分配，如一等品，二等品等。

此外，在上述声波提取的过程中，还包括对声波信息进行滤波、信号提取及放大的过程，在其他实施方式中，还包括将上述声波信息进行模数转换的过程。

S140、形成智能作业状态统计数据和/或报警信息。

上述统计数据和/或报警信息的统计方法包括但不限于以下几种：

第一种：将声波信息与触发信号逻辑与计算，当声波信号及触发信号同时存在时，开始统计切割工具及加工工件的信息，反之，不统计。

这里所说的触发信号是指对加工作业发的作业指令，狭义范围即是指按下加工工件启动按钮时所产生的触发信号，因为如果不知道触发信号什么时候开始就没有办法在同一时间节点内进行加工工件加工时间、设备工作效率、切割工具磨损信息等数据有效统计；此外，如果只有触发信号，但没有实际作业过程，这样就会造成加工工件的数量统计无效，比如每天早上上班时都会对设备有一个预热过程，一般的预热过程是编制一个小的程序，或者调用历史程序，但不进行零件加工的实际作业，也就是没有实际的在工作区域没有放置零件，这样触发信号是统计了一次，但是却没有进行实际加工作业，如果只是对触发信息进行统计就会产生统计错识。基于上述几点，在本实施方式中，需要将声波信息与触发信号进行逻辑与计算，即，只要两者信息均符合要求，才进行声波信息的提取及分析过程。

第二种：将合格声波信号统计为一次合格件数，并在原有合格工件件数上进行累加。

第三种：将不合格声波信号统计为一次不合格件数，并在原有不合格工件件数上进行累加。

第四种：将合格声波信号及不合格声波信号进行累加，统计为加工工件的总数量。

通过统计相同时间内加工工件的总数量，合格工件总数量、不合格工件总数量，统计出加工工件的合格率，近而指导后续产品生产工艺的改进。

第五种：将加工工件的加工时间进行统计。

对每一组声波信息进行分割后，从而提取出每一组声波信息的起始时间以及终止时间，即为加工工件加工的起始时间以及完成时间，从而用来统计加工工件的加工时间，根据固定时间内加工工件的总数量，近而统计出后续的设备工作效率。

第六种：当不合格声波信号持续出现在预设区间时，产生报警提示。

当不合格声波信号持续出现在预设区间时，则说明产品工艺出现了问题，系统会自动产生报警提示，指导操作人员确认。此外，该预设时间可以根据产品工艺的成熟度进行设定，当产品工艺处于新研制阶段，预设时间设定可以适当缩短，，从而确保实时监控不合格加工工件状态；当产品工艺处于成熟阶段，预设时间设定可以根据经验值设定，采用这种方法，可以减少传统作业单纯依靠操作人员对产品的实时统计的工序，节约人力成本、能够有效提高自动化水平。

上面所介绍的几种统计方法基本上都是针对加工工件及加工工艺的品质管控，下面介绍几种针对切割工具的几种统计方法：

切割工具是否需要更换主要基于以下几点因素得知：

1、切割工具的使用超过使用寿命，在实际系统统计中，当切割工具的工作时间超出预设区间(如，最长使用寿命)时，产生更换切割工具提示；

2、切割工具发生异常崩裂，导致加工工件出现异常，在实际系统统计中，当不合格声波信号持续出现在预设区间时，产生报警提示，指导操作人员对切割工件的使用状态进行检查；

3、切割工具历史声波信息监测，当监测到声波信息曲线超出阈值时，产生更换切割工具提示。

现在一般的工业机器无法对作业状态进行统计，只能依靠作业人员对当前作业的工件数量进行手工计数以及工件质量筛选统计，这种方法不仅费时、费力，还会由于不同人员作业标准不一致而造成统计不准确的问题。此外，传统的机加工设备上所使用的切割工具使用时间过长，会造成加工工件的品质下降、不合格率升高的问题，若长期使用超过使用寿命期的切割工具，在机加工过程中，甚至会出现刀刃断裂飞出的危险，造成更大的人身财产损失，因此需定期对加工工件的使用状态进行确认。

本发明所涉及的机械加工作业状态统计方法及载有上述方法的机械加工机器人，通过对声波阀值的合理科学设置，结合智能处理器的特点可以对机械加工设备的作业状态统计及切割工具的有效使用起到革命生的作用，主要有益效果如下：

1、提高了作业效率，能够满足工厂管理工作者对设备开动率和作业状态的大数据分析及综合管理；

2、使得传统的机器人有了一个自己思考的大脑，能够自己判断分析科学作业。从而能够有效地降低产品不合格率，提高切割刀具的使用效率，减少生产成本及人员的浪费，提高加工工件的自动化水平。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种机械加工作业状态统计方法，用于统计机械加工机器人的作业状态，所述机械加工机器人包括主体部及设于所述主体部上的切割工具，其特征在于，所述主体部上设有声波传感模块及与所述声波传感模块连接的智能处理器，上述机械加工作业状态统计方法包括如下步骤：

建立切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生声波信息数据库；

采集切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生的声波信息；

形成智能作业状态统计数据和/或报警信息。

2.根据权利要求1所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述建立切割工具与被加工工件之间在切割过程中所产生声波信息数据库的步骤中，所述数据库包括：

切割工具与合格加工工件之间的声波信息，切割工具与不合格加工工件之间的声波信息，不同切割工具与相同加工工件之间的声波信息，同一切割工具与不同加工工件之间的声波信息及同一切割工具与被加工工件之间历史声波信息的至少一种。

3.根据权利要求1所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述将所采集的所述声波信息与所述数据库中声波信息进行比对、筛选的步骤中，包括：

4.根据权利要求3所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述将所采集的所述声波信息与所述数据库中声波信息进行比对、筛选的步骤中，

5.根据权利要求4所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述将所采集的所述声波信息与所述数据库中声波信息进行比对、筛选的步骤中，

6.根据权利要求3所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述将所采集的所述声波信息与所述数据库中声波信息进行比对、筛选的步骤中，

7.根据权利要求1所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述形成智能作业状态统计数据和/或报警信息的步骤中，包括：

8.根据权利要求3所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述形成智能作业状态统计数据和/或报警信息的步骤中，包括：

将所述合格声波信号统计为一次合格件数，并在原有合格工件件数上进行累加；

将所述不合格声波信号统计为一次不合格件数，并在原有不合格工件件数上进行累加；

将所述加工工件的加工时间进行统计。

9.根据权利要求1所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述形成智能作业状态统计数据和/或报警信息的步骤中，包括：

10.根据权利要求1所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述形成智能作业状态统计数据和/或报警信息的步骤中，包括：

11.根据权利要求6所述的机械加工作业状态统计方法，其特征在于，上述形成智能作业状态统计数据和/或报警信息的步骤中，包括：

当所述声波信息曲线超出阈值时，产生更换切割工具提示。

12.一种机械加工机器人，包括主体部及设于所述主体部上的切割工具，其特征在于，所述主体部上设有声波传感模块及与所述声波传感模块连接的智能处理器。

13.根据权利要求1所述的机械加工机器人，其特征在于，所述声波传感模块与所述切割工具邻近。

14.根据权利要求1所述的机械加工机器人，其特征在于，所述机械加工机器人为去毛刺机器人。

15.根据权利要求1所述的机械加工机器人，其特征在于，所述智能处理器为PLC处理器、单片机，运动控制器，数控系统的至少一种。