CN113311785A - 一种数控机床实时故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数控机床实时故障检测装置，包括：工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、人机交互装置、通信模块和壳体，工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、信息反馈模块、人机交互装置依次连接，故障诊断模块与专家数据库模块连接，人机交互装置与专家数据库模块连接，人机交互装置与通信模块连接，工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、通信模块封装在壳体中，人机交互装置嵌装在壳体表面。本发明大大提高了故障检测效率，降低数控机床出现严重事故的概率，节省数控机床运行成本。

Description

一种数控机床实时故障检测装置

技术领域

本发明涉及数控机床故障诊断领域，特别是涉及一种数控机床实时故障检测装置。

背景技术

数控机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。数控机床具有对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法，其加工精度高，具有稳定的加工质量，可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件等特点，因此，数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，被广泛应用于机械制造、航空航天等领域。

由于现代化工业的飞速发展，对于精密零件的需求日益提升，因此，数控机床的结构日趋复杂，自动化程度也随之不断提高，这就使得数控机床的故障诊断难度增大。由于生产制造现场存在着很多不确定性因素，使得在数控机床的运行过程中，不可避免会出现各种各样的故障。数控机床状态监测与故障诊断系统根据数控机床运行过程中产生的各种特征信息来判别其状态，对于提高机床运行的可靠性与加工精度、提升整个生产线的生产效率具有重大意义。

现阶段数控机床的故障诊断主要靠人工进行，每台设备配备检修人员定期进行故障检测，对于故障检测主要依靠检修人员的经验，效率低，对于细微故障无法及时检测出，大大影响了数控机床的故障检出效率，增加了数控机床的运行成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控机床实时故障检测装置，以解决上述现有技术存在的问题，使数控机床运行过程中的故障及时被检测出，降低数控机床出现严重故障的概率，提高数控机床故障检测效率，节省数控机床运行成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种数控机床实时故障检测装置，包括工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、人机交互装置、通信模块和壳体，

所述工作状态信息采集模块用于采集数控机床工作数据；

所述信息存储模块用于存储所述数控机床工作数据；

所述信息处理模块用于对所述数控机床工作数据进行预处理；

所述故障诊断模块用于对数控机床可能存在的故障进行诊断；

所述专家数据库模块用于存储数控机床故障类型、原因和故障解除方案；

所述信息反馈模块用于故障诊断结果发送到所述人机交互装置；

所述人机交互装置用于显示数控机床诊断结果及输入信息；

所述通信模块用于所述故障检测装置与互联网连接；

所述工作状态信息采集模块、所述信息存储模块、所述信息处理模块、所述故障诊断模块、所述信息反馈模块、所述人机交互装置依次连接，所述故障诊断模块与所述专家数据库模块连接，所述人机交互装置与所述专家数据库模块连接，所述人机交互装置通过所述通信模块与互联网连接，所述工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、通信模块封装在所述壳体中，所述人机交互装置嵌装在所述壳体表面。

优选的，所述工作状态信息采集模块包括振动数据获取单元、压力数据获取单元、温度数据获取单元、电压数据获取单元和电流数据获取单元，所述振动数据获取单元、压力数据获取单元、温度数据获取单元、电压数据获取单元和电流数据获取单元均与所述信息存储模块连接。

优选的，所述振动数据获取单元与数控机床上的加速度传感器相连接，所述压力数据获取单元与数控机床上的压力传感器相连接，所述温度数据获取单元与数控机床上的温度传感器相连接，所述电压数据获取单元与数控机床上的电压传感器相连接，所述电流数据获取与数控机床上的电流传感器相连接。

优选的，所述信息处理模块对所述数控机床工作数据转换为电信号并进行滤波降噪，获得待检测数据。

优选的，所述故障诊断模块包括故障类型判断单元、故障特征提取单元、初级故障诊断单元、高级故障诊断单元，所述故障类型判断单元用于判断故障出现的部件，所述故障特征提取单元用于故障诊断所需的特征信息，所述初级故障诊断单元用于判断故障等级，所述高级故障诊断单元用于分析故障产生原因，所述故障类型判断单元、所述故障特征提取单元、所述初级故障诊断单元、所述高级故障诊断单元依次连接，所述高级故障诊断单元与所述专家数据库模块连接，所述初级故障诊断单元、所述高级故障诊断单元分别与所述信息反馈模块连接。

优选的，所述人机交互装置包括显示单元和报警单元，所述显示单元显示故障发生部件、故障等级、故障原因和故障解除方案。

优选的，所述人机交互装置采用高清触摸屏。

优选的，所述报警单元采用报警提示器，所述报警提示器能够根据故障等级发出不同的提示警报音。

优选的，所述故障检测装置还包括视频信息采集模块，所述视频信息采集模块用于采集数控机床运行视频，所述视频信息采集模块与所述信息存储模块连接，所述视频信息采集模块还与生产场地的摄像头连接。

本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的数控机床实时故障检测装置，采用工作状态信息采集模块实时获取数控机床的工作状态信息，通过故障诊断模块、专家数据库模块，对发生故障的部件、故障原因进行快速诊断并提供解决方案，不断丰富专家数据库为故障诊断不断积累判断依据。本发明能够应对多种数控机床故障诊断及处理，实时对数控机床的工作情况进行监控，快速发现故障解决故障，大大节省了数控机床的运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的数控机床实时故障检测装置组成示意图；

图2为本发明的数控机床实时故障检测装置外观示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种数控机床实时故障检测装置，用于对数控机床的工作状态实时进行监测，及时进行数控机床故障检测。参照图1-2，数控机床实时故障检测装置包括工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、人机交互装置、通信模块和壳体。其中，工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、通信模块封装在壳体中，人机交互装置下镶嵌在壳体上部。工作状态信息采集模块、所述信息存储模块、所述信息处理模块、所述故障诊断模块、所述信息反馈模块、所述人机交互装置依次连接，所述故障诊断模块与所述专家数据库模块连接，所述人机交互装置与所述专家数据库模块连接，所述人机交互装置通过所述通信模块与互联网连接。

工作状态信息采集模块用于采集数控机床工作数据，包括振动数据获取单元、压力数据获取单元、温度数据获取单元、电压数据获取单元和电流数据获取单元，振动数据获取单元与数控机床上的加速度传感器相连接获取数控机床组成零件的振动数据，压力数据获取单元与数控机床上的压力传感器相连接获取数控机床的压力数据，温度数据获取单元与数控机床上的温度传感器相连接获取数控机床工作中零件的实时温度，电压数据获取单元与数控机床上的电压传感器相连接获取数控机床实时工作电压，电流数据获取与数控机床上的电流传感器相连接获取数控机床实时工作电流，振动数据获取单元、压力数据获取单元、温度数据获取单元、电压数据获取单元和电流数据获取单元均与信息存储模块连接，将采集到的振动、压力、温度、电压、电流数据存储到故障检测装置中，为故障诊断工作提供数据基础。

将数据存储模块中的数控机床工作状态数据传输到信息处理模块，由信息处理模块对工作状态数据进行信号转换，并对信号进行预处理。由于外界干扰通过振动传感器和采集设备采集到的信号出现非平稳性非光滑性等特点，而且常常会偏离信号的真实值，会使得后续的信号分析产生加大误差甚至是错误，因此在特征值提取之前对信号进行预处理是有必要的，预处理包括零均值化处理和信号滤波处理，零均值化处理就是让一组信号里的每值都减去这组信号的平均值，以去掉信号的直流分量。同时由于外界干扰，采集到的信号中存在噪声，有用的信号可能被噪声信号覆盖，所以需要对信号进行滤波降噪处理，提高信噪比，可以采用小波包变换进行信号滤波。通过预处理得到待检测数控机床工作状态信号。

将待检测数控机床工作状态信号传输到故障诊断模块，故障诊断模块用于对数控机床可能存在的故障进行诊断，故障诊断模块包括故障类型判断单元、故障特征提取单元、初级故障诊断单元、高级故障诊断单元，故障类型判断单元根据接收到的故障信号判断数控机床哪个组件出现了故障，故障特征提取单元根据出现故障的组件抽取故障诊断所需要的故障诊断特征并传输到初级故障诊断单元，初级故障诊断单元接收到故障组件的故障诊断特征根据判断条件判断故障等级并将判断结果和条件输送到高级故障诊断单元，故障等级包括轻微故障、一般故障、严重故障和危急故障四个等级，高级故障诊断单元根据故障组件的故障诊断特征和等级调用专家数据库中所存储的故障解决方案数据方案，通过对比找到故障发生的原因及故障解除方案，如果该故障是初次发生并在专家数据库中没有找到相应的解决方案则反馈未找到解决方案，高级故障诊断单元将故障诊断结果发送到信息反馈模块。信息反馈模块将获取的故障诊断结果发送到人机交互装置。

人机交互装置包括显示单元和报警单元，显示单元显示故障发生部件、故障等级、故障原因和故障解除方案，检修人员根据所显示的故障发生部件、故障等级、故障原因和故障解除方案进行故障修复。报警单元采用报警提示器，报警提示器能够根据故障等级发出不同的提示警报音，根据提示警报音使检修人员通过声音知晓故障等级。如果显示的是所发生故障未找到解决方案，则由检修人员通过交互装置将故障发生特征通过通信模块发送到行业专家处，请求提供解决方案，待获得解决方案并成功解决故障后由检修人员将故障特征、故障发生原因和故障解决方案通过人机交互装置输入到故障检测装置中丰富专家数据库。为进一步丰富专家数据库，检修人员可以通过人机交互装置通过通信模块连接到互联网查找同类型数控机床故障资料，并将故障资料下载输入到故障检测装置中丰富专家数据库。

进一步优化方案，人机交互装置采用高清触摸屏。

进一步优化方案，数控机床实时故障检测装置还包括视频信息采集模块，视频信息采集模块用于采集数控机床运行视频，视频信息采集模块与信息存储模块连接，视频信息采集模块还与生产场地的摄像头连接。在与行内专家进行故障解除方案交流时将视频信息一并提供，提高故障解除方案的正确性。

本发明提供的数控机床实时故障检测装置能够适用于所有数控机床，数控机床在出现故障时，其机身振动、电压、电流等运行参数会出现噪音数据，针对这些噪音数据与专家数据库中的故障模型进行比对，能够及时发现数控机床的故障并且根据专家数据库提供的故障解除方法进行处置，如果专家数据库提供的故障解除方法没有解除故障或者没有提供故障解除方法，则把数控机床的故障检测数据及运行视频发送给专家，由专家给出解决方案，带故障解除后，将故障数据和解决方案补充进专家数据库，对于新投入使用的数控机床，检修人员从互联网或其他渠道获得该类型数控机床的故障资料补充进专家数据库。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种数控机床实时故障检测装置，其特征在于：包括工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、人机交互装置、通信模块和壳体，

所述工作状态信息采集模块用于采集数控机床工作数据；

所述信息存储模块用于存储所述数控机床工作数据；

所述信息处理模块用于对所述数控机床工作数据进行预处理；

所述故障诊断模块用于对数控机床可能存在的故障进行诊断；

所述专家数据库模块用于存储数控机床故障类型、原因和故障解除方案；

所述信息反馈模块用于故障诊断结果发送到所述人机交互装置；

所述人机交互装置用于显示数控机床诊断结果及输入信息；

所述通信模块用于所述故障检测装置与互联网连接；

所述工作状态信息采集模块、所述信息存储模块、所述信息处理模块、所述故障诊断模块、所述信息反馈模块、所述人机交互装置依次连接，所述故障诊断模块与所述专家数据库模块连接，所述人机交互装置与所述专家数据库模块连接，所述人机交互装置通过所述通信模块与互联网连接，所述工作状态信息采集模块、信息存储模块、信息处理模块、故障诊断模块、专家数据库模块、信息反馈模块、通信模块封装在所述壳体中，所述人机交互装置嵌装在所述壳体表面。

2.根据权利要求1所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述工作状态信息采集模块包括振动数据获取单元、压力数据获取单元、温度数据获取单元、电压数据获取单元和电流数据获取单元，所述振动数据获取单元、压力数据获取单元、温度数据获取单元、电压数据获取单元和电流数据获取单元均与所述信息存储模块连接。

3.根据权利要求2所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述振动数据获取单元与数控机床上的加速度传感器相连接，所述压力数据获取单元与数控机床上的压力传感器相连接，所述温度数据获取单元与数控机床上的温度传感器相连接，所述电压数据获取单元与数控机床上的电压传感器相连接，所述电流数据获取与数控机床上的电流传感器相连接。

4.根据权利要求1所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述信息处理模块对所述数控机床工作数据转换为电信号并进行滤波降噪，获得待检测数据。

5.根据权利要求1所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述故障诊断模块包括故障类型判断单元、故障特征提取单元、初级故障诊断单元、高级故障诊断单元，所述故障类型判断单元用于判断故障出现的部件，所述故障特征提取单元用于故障诊断所需的特征信息，所述初级故障诊断单元用于判断故障等级，所述高级故障诊断单元用于分析故障产生原因，所述故障类型判断单元、所述故障特征提取单元、所述初级故障诊断单元、所述高级故障诊断单元依次连接，所述高级故障诊断单元与所述专家数据库模块连接，所述初级故障诊断单元、所述高级故障诊断单元分别与所述信息反馈模块连接。

6.根据权利要求1所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述人机交互装置包括显示单元和报警单元，所述显示单元显示故障发生部件、故障等级、故障原因和故障解除方案。

7.根据权利要求1或6所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述人机交互装置采用高清触摸屏。

8.根据权利要求6所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述报警单元采用报警提示器，所述报警提示器能够根据故障等级发出不同的提示警报音。

9.根据权利要求1所述的数控机床实时故障检测装置，其特征在于：所述故障检测装置还包括视频信息采集模块，所述视频信息采集模块用于采集数控机床运行视频，所述视频信息采集模块与所述信息存储模块连接，所述视频信息采集模块还与生产场地的摄像头连接。

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