CN113741344A - 一种数控机床的智能故障诊断系统及其方法 - Google Patents

一种数控机床的智能故障诊断系统及其方法 Download PDF

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CN113741344A CN202110887324.1A CN202110887324A CN113741344A CN 113741344 A CN113741344 A CN 113741344A CN 202110887324 A CN202110887324 A CN 202110887324A CN 113741344 A CN113741344 A CN 113741344A
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张虎
崔君君
倪丹柯
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37616—Use same monitoring tools to monitor tool and workpiece

Abstract

本发明公开了一种数控机床的智能故障诊断系统，包括信号转换箱，所述信号转换箱的一端电性连接有显示器，所述信号转换箱的外表面固定安装有电流变送器和电压变送器，所述信号转换箱的上表面安装有温度传感器，所述信号转换箱的一端电性连接有扫描诊断机构，所述信号转换箱的一端电性连接有摄像机构，所述信号转换箱的一端电性连接有数据对比箱。本发明还公开了一种数控机床的智能故障诊断的方法。本发明通过电流变送器对输出电流进行采集，通过电压变送器对输出电压进行采集，方便对数控机床内部的电流电压进行诊断。

Description

一种数控机床的智能故障诊断系统及其方法
技术领域
本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种数控机床的智能故障诊断系统及其方法。
背景技术
数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
目前现有的数控机床的智能故障诊断系统及其方法还存在一些的问题：不方便对电流电压进行检测，不方便对数控机床内部进行实时监控，导致不方便对故障进行定位，降低故障诊断和故障维修的速度，为此我们提出一种数控机床的智能故障诊断系统及其方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数控机床的智能故障诊断系统及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数控机床的智能故障诊断系统，包括信号转换箱，所述信号转换箱的一端电性连接有显示器，所述信号转换箱的外表面固定安装有电流变送器和电压变送器，所述信号转换箱的上表面安装有温度传感器，所述信号转换箱的一端电性连接有扫描诊断机构，所述信号转换箱的一端电性连接有摄像机构，所述信号转换箱的一端电性连接有数据对比箱。
优选的，所述扫描诊断机构包括龙门架，所述龙门架的上表面固定安装有信号放大器，所述龙门架上固定安装有红外线扫描仪，所述龙门架的侧壁上固定安装有超声波发生器，所述龙门架的侧壁上固定安装有位于所述超声波发生器下方的换能器，所述龙门架的底部外表面焊接有定位板，所述定位板上螺纹连接有若干组紧固螺栓。
优选的，所述摄像机构包括摄像头和安装板，所述安装板的四周均开设有安装孔，所述摄像头固定安装在所述安装板的下表面上。
优选的，所述信号转换箱的底部设置有散热机构，所述散热机构与所述温度传感器电性连接，所述散热机构包括第一安装环和伺服电机，所述第一安装环的四周均焊接有固定块，所述固定块的另一端焊接在所述信号转换箱的内部，所述伺服电机设置在所述第一安装环的内侧，所述伺服电机的外表面固定套接有第二安装环，所述第二安装环的四周均焊接有定位杆，所述定位杆的另一端通过第一螺钉与所述第一安装环固定连接，所述伺服电机的输出端传动连接有扇叶。
优选的，所述信号转换箱的一侧设置有防尘机构，所述防尘机构包括盖板，所述盖板上固定设置有防尘网，所述盖板的外侧四周固定设置有凸块，所述凸块的外表面开设有沉孔，所述沉孔内螺纹连接有第二螺钉，所述信号转换箱的外表面开设有凹槽，所述凸块设置在所述凹槽内，且所述凸块通过所述第二螺钉固定设置在所述凹槽内。
本发明还提供了一种数控机床的智能故障诊断的方法，包括以下步骤：
S1.元件检查：工作人员检查各个部件性能是否正常，若发现有些部件性能不正常之后，进行维修或更换；
S2.元件安装：在各个部件性能正常之后，将各个部件分别安装到预定的位置；
S3.电流电压检测：通过电流变送器对输出电流进行采集，通过电压变送器对输出电压进行采集，对数控机床内部的电流电压进行诊断；
S4.视频监控：将摄像机构安装到预定的位置，通过摄像头对数控机床内部进行实时监控，并通过显示器显示，在产生故障时，直接对故障部位进行定位；
S5.扫描诊断：通过超声波发生器、换能器和信号放大器进行超声波诊断，将诊断结果传输到显示器上，再通过红外线扫描仪对数控机床进行扫描，显示器通过文字和图像进行反映，使诊断结果便于观察；
S6.数据对比：通过控制数据对比箱的转换按钮将数控机构的各项数据进行显示，并使数据对比箱上显示的各项数据与显示器上的各个数据进行对比，从而检测运行机制是否故障，完成数控机床的故障诊断工作。
优选的，所述S3中电流电压检测时电流变送器对电流进行检测时采用的电流检测方法包括以下步骤：
S101.测量三相负载中的负载电流瞬时值ia，ib，ic；
S102.利用clark变换，将三相负载中的负载电流瞬时值变换到α-β两相正交坐标系中：经过坐标变换得到瞬时有功电流ip和无功电流iq；
S103.基于ip_iq建立离散系统状态方程和测量方程；
S104.利用卡尔曼滤波器对有功电流ip和无功电流iq进行滤波，得到直流分量；
S105.通过坐标反变换得到基波正序电流，将基波正序电流与负载电流相减得到总补偿电流。
优选的，所述S102中利用clark变换，将三相负载中的负载电流瞬时值变换到α-β两相正交坐标系中，具体为：
Figure BDA0003194656880000031
其中：
Figure BDA0003194656880000032
优选的，所述S102中利用clark变换，经过坐标变换得到瞬时有功电流ip和无功电流iq，具体为：
Figure BDA0003194656880000041
其中，
Figure BDA0003194656880000042
ω为基波角频率。
优选的，所述S103中基于ip_iq建立离散系统状态方程和测量方程，具体为：
对于有功电流ip：
Figure BDA0003194656880000043
其中，
Figure BDA0003194656880000044
为状态转移矩阵，Hp1×16为测量矩阵，Xp16×1(k+1)为有功电流状态变量第k+1个值、Xp16×1(k)为有功电流状态变量第k个值、w(k)为过程噪声、v(k)为测量噪声、zp(k)为有功电流测量值；
对于无功电流iq：
Figure BDA0003194656880000045
其中，
Figure BDA0003194656880000046
为状态转移矩阵，Hq1×16为测量矩阵，Xq16×1(k+1)为无功电流状态变量的第k+1个值、Xq16×1(k)为无功电流状态变量第k个值、w(k)为过程噪声、v(k)为测量噪声、zq(k)为无功电流测量值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过电流变送器对输出电流进行采集，通过电压变送器对输出电压进行采集，方便对数控机床内部的电流电压进行诊断。
(2)本发明通过将摄像机构安装到预定的位置，通过摄像头对数控机床内部进行实时监控，并通过显示器显示，在产生故障时，直接对故障部位进行定位，从而增加了故障诊断和故障维修时的速度。
(3)本发明通过超声波发生器、换能器和信号放大器进行超声波诊断，将诊断结果传输到显示器上，再通过红外线扫描仪，对数控机床进行扫描，显示器通过文字和图像进行反映，使诊断结果便于观察。
(4)本发明通过控制数据对比箱的转换按钮将数控机构的各项数据进行显示，并使数据对比箱上显示的各项数据与显示器上的各个数据进行对比，从而检测运行机制是否故障，完成数控机床的故障诊断工作，进一步提高了故障诊断的速度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1中A处放大图；
图3为本发明信号转换箱部分的结构剖视图；
图4为本发明图3中的右视的结构剖视图；
图5为本发明的流程框图。
图中：1、信号转换箱；2、显示器；3、电流变送器；4、电压变送器；5、温度传感器；6、扫描诊断机构；61、龙门架；62、信号放大器；63、红外线扫描仪；64、超声波发生器；65、换能器；66、定位板；67、紧固螺栓；7、摄像机构；71、摄像头；72、安装板；8、数据对比箱；9、散热机构；91、第一安装环；92、伺服电机；93、固定块；94、第二安装环；95、定位杆；96、第一螺钉；97、扇叶；10、防尘机构；101、盖板；102、防尘网；103、凸块；104、沉孔；105、第二螺钉；106、凹槽。
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。
实施例1
请参阅图1-图4，本发明提供一种技术方案：一种数控机床的智能故障诊断系统，包括信号转换箱1，所述信号转换箱1的一端电性连接有显示器2，所述信号转换箱1的外表面固定安装有电流变送器3和电压变送器4，所述信号转换箱1的上表面安装有温度传感器5，所述信号转换箱1的一端电性连接有扫描诊断机构6，所述信号转换箱1的一端电性连接有摄像机构7，所述信号转换箱1的一端电性连接有数据对比箱8。
本实施例中，优选的，所述扫描诊断机构6包括龙门架61，所述龙门架61的上表面固定安装有信号放大器62，所述龙门架61上固定安装有红外线扫描仪63，所述龙门架61的侧壁上固定安装有超声波发生器64，所述龙门架61的侧壁上固定安装有位于所述超声波发生器64下方的换能器65，所述龙门架61的底部外表面焊接有定位板66，所述定位板66上螺纹连接有若干组紧固螺栓67。
本实施例中，优选的，所述摄像机构7包括摄像头71和安装板72，所述安装板72的四周均开设有安装孔，所述摄像头71固定安装在所述安装板72的下表面上。
本实施例中，优选的，所述信号转换箱1的底部设置有散热机构9，所述散热机构9与所述温度传感器5电性连接，所述散热机构9包括第一安装环91和伺服电机92，所述第一安装环91的四周均焊接有固定块93，所述固定块93的另一端焊接在所述信号转换箱1的内部，所述伺服电机92设置在所述第一安装环91的内侧，所述伺服电机92的外表面固定套接有第二安装环94，所述第二安装环94的四周均焊接有定位杆95，所述定位杆95的另一端通过第一螺钉96与所述第一安装环91固定连接，所述伺服电机92的输出端传动连接有扇叶97；通过设置散热机构9能够方便对信号转换箱1内部进行散热，在温度传感器5检测到信号转换箱1内部的温度过高时，启动伺服电机92，使伺服电机92带动扇叶97转动，对信号转换箱1内部进行散热，同时散热机构9方便拆装。
本实施例中，优选的，所述信号转换箱1的一侧设置有防尘机构10，所述防尘机构10包括盖板101，所述盖板101上固定设置有防尘网102，所述盖板101的外侧四周固定设置有凸块103，所述凸块103的外表面开设有沉孔104，所述沉孔104内螺纹连接有第二螺钉105，所述信号转换箱1的外表面开设有凹槽106，所述凸块103设置在所述凹槽106内，且所述凸块103通过所述第二螺钉105固定设置在所述凹槽106内；通过设置盖板101和防尘网102能够在进行通风散热的情况下，起到防尘的效果，同时防尘机构10方便拆装，便于清理。
实施例2
请参阅图5，本发明提供一种技术方案：一种数控机床的智能故障诊断的方法，包括以下步骤：
S1.元件检查：工作人员检查各个部件性能是否正常，若发现有些部件性能不正常之后，进行维修或更换；
S2.元件安装：在各个部件性能正常之后，将各个部件分别安装到预定的位置；
S3.电流电压检测：通过电流变送器3对输出电流进行采集，通过电压变送器4对输出电压进行采集，对数控机床内部的电流电压进行诊断；
S4.视频监控：将摄像机构7安装到预定的位置，通过摄像头71对数控机床内部进行实时监控，并通过显示器2显示，在产生故障时，直接对故障部位进行定位；
S5.扫描诊断：通过超声波发生器64、换能器65和信号放大器62进行超声波诊断，将诊断结果传输到显示器2上，再通过红外线扫描仪63对数控机床进行扫描，显示器2通过文字和图像进行反映，使诊断结果便于观察；
S6.数据对比：通过控制数据对比箱8的转换按钮将数控机构的各项数据进行显示，并使数据对比箱8上显示的各项数据与显示器2上的各个数据进行对比，从而检测运行机制是否故障，完成数控机床的故障诊断工作。
本实施例中，优选的，所述S3中电流电压检测时电流变送器3对电流进行检测时采用的电流检测方法包括以下步骤：
S101.测量三相负载中的负载电流瞬时值ia，ib，ic；
S102.利用clark变换，将三相负载中的负载电流瞬时值变换到α-β两相正交坐标系中：经过坐标变换得到瞬时有功电流ip和无功电流iq；
S103.基于ip_iq建立离散系统状态方程和测量方程；
S104.利用卡尔曼滤波器对有功电流ip和无功电流iq进行滤波，得到直流分量；
S105.通过坐标反变换得到基波正序电流，将基波正序电流与负载电流相减得到总补偿电流。
本实施例中，优选的，所述S102中利用clark变换，将三相负载中的负载电流瞬时值变换到α-β两相正交坐标系中，具体为：
Figure BDA0003194656880000081
其中：
Figure BDA0003194656880000082
本实施例中，优选的，所述S102中利用clark变换，经过坐标变换得到瞬时有功电流ip和无功电流iq，具体为：
Figure BDA0003194656880000091
其中，
Figure BDA0003194656880000092
ω为基波角频率。
本实施例中，优选的，所述S103中基于ip_iq建立离散系统状态方程和测量方程，具体为：
对于有功电流ip：
Figure BDA0003194656880000093
其中，
Figure BDA0003194656880000094
为状态转移矩阵，Hp1×16为测量矩阵，Xp16×1(k+1)为有功电流状态变量第k+1个值、Xp16×1(k)为有功电流状态变量第k个值、w(k)为过程噪声、v(k)为测量噪声、zp(k)为有功电流测量值；
对于无功电流iq：
Figure BDA0003194656880000095
其中，
Figure BDA0003194656880000096
为状态转移矩阵，Hq1×16为测量矩阵，Xq16×1(k+1)为无功电流状态变量的第k+1个值、Xq16×1(k)为无功电流状态变量第k个值、w(k)为过程噪声、v(k)为测量噪声、zq(k)为无功电流测量值。
本发明的原理及优点：
(1)本发明通过电流变送器对输出电流进行采集，通过电压变送器对输出电压进行采集，方便对数控机床内部的电流电压进行诊断。
(2)本发明通过将摄像机构安装到预定的位置，通过摄像头对数控机床内部进行实时监控，并通过显示器显示，在产生故障时，直接对故障部位进行定位，从而增加了故障诊断和故障维修时的速度。
(3)本发明通过超声波发生器、换能器和信号放大器进行超声波诊断，将诊断结果传输到显示器上，再通过红外线扫描仪，对数控机床进行扫描，显示器通过文字和图像进行反映，使诊断结果便于观察。
(4)本发明通过控制数据对比箱的转换按钮将数控机构的各项数据进行显示，并使数据对比箱上显示的各项数据与显示器上的各个数据进行对比，从而检测运行机制是否故障，完成数控机床的故障诊断工作，进一步提高了故障诊断的速度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种数控机床的智能故障诊断系统，包括信号转换箱(1)，其特征在于：所述信号转换箱(1)的一端电性连接有显示器(2)，所述信号转换箱(1)的外表面固定安装有电流变送器(3)和电压变送器(4)，所述信号转换箱(1)的上表面安装有温度传感器(5)，所述信号转换箱(1)的一端电性连接有扫描诊断机构(6)，所述信号转换箱(1)的一端电性连接有摄像机构(7)，所述信号转换箱(1)的一端电性连接有数据对比箱(8)。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床的智能故障诊断系统，其特征在于：所述扫描诊断机构(6)包括龙门架(61)，所述龙门架(61)的上表面固定安装有信号放大器(62)，所述龙门架(61)上固定安装有红外线扫描仪(63)，所述龙门架(61)的侧壁上固定安装有超声波发生器(64)，所述龙门架(61)的侧壁上固定安装有位于所述超声波发生器(64)下方的换能器(65)，所述龙门架(61)的底部外表面焊接有定位板(66)，所述定位板(66)上螺纹连接有若干组紧固螺栓(67)。
3.根据权利要求1所述的一种数控机床的智能故障诊断系统，其特征在于：所述摄像机构(7)包括摄像头(71)和安装板(72)，所述安装板(72)的四周均开设有安装孔，所述摄像头(71)固定安装在所述安装板(72)的下表面上。
4.根据权利要求1所述的一种数控机床的智能故障诊断系统，其特征在于：所述信号转换箱(1)的底部设置有散热机构(9)，所述散热机构(9)与所述温度传感器(5)电性连接，所述散热机构(9)包括第一安装环(91)和伺服电机(92)，所述第一安装环(91)的四周均焊接有固定块(93)，所述固定块(93)的另一端焊接在所述信号转换箱(1)的内部，所述伺服电机(92)设置在所述第一安装环(91)的内侧，所述伺服电机(92)的外表面固定套接有第二安装环(94)，所述第二安装环(94)的四周均焊接有定位杆(95)，所述定位杆(95)的另一端通过第一螺钉(96)与所述第一安装环(91)固定连接，所述伺服电机(92)的输出端传动连接有扇叶(97)。
5.根据权利要求4所述的一种数控机床的智能故障诊断系统，其特征在于：所述信号转换箱(1)的一侧设置有防尘机构(10)，所述防尘机构(10)包括盖板(101)，所述盖板(101)上固定设置有防尘网(102)，所述盖板(101)的外侧四周固定设置有凸块(103)，所述凸块(103)的外表面开设有沉孔(104)，所述沉孔(104)内螺纹连接有第二螺钉(105)，所述信号转换箱(1)的外表面开设有凹槽(106)，所述凸块(103)设置在所述凹槽(106)内，且所述凸块(103)通过所述第二螺钉(105)固定设置在所述凹槽(106)内。
6.一种数控机床的智能故障诊断的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.元件检查：工作人员检查各个部件性能是否正常，若发现有些部件性能不正常之后，进行维修或更换；
S2.元件安装：在各个部件性能正常之后，将各个部件分别安装到预定的位置；
S3.电流电压检测：通过电流变送器(3)对输出电流进行采集，通过电压变送器(4)对输出电压进行采集，对数控机床内部的电流电压进行诊断；
S4.视频监控：将摄像机构(7)安装到预定的位置，通过摄像头(71)对数控机床内部进行实时监控，并通过显示器(2)显示，在产生故障时，直接对故障部位进行定位；
S5.扫描诊断：通过超声波发生器(64)、换能器(65)和信号放大器(62)进行超声波诊断，将诊断结果传输到显示器(2)上，再通过红外线扫描仪(63)对数控机床进行扫描，显示器(2)通过文字和图像进行反映，使诊断结果便于观察；
S6.数据对比：通过控制数据对比箱(8)的转换按钮将数控机构的各项数据进行显示，并使数据对比箱(8)上显示的各项数据与显示器(2)上的各个数据进行对比，从而检测运行机制是否故障，完成数控机床的故障诊断工作。
7.根据权利要求6所述的一种数控机床的智能故障诊断的方法，其特征在于：所述S3中电流电压检测时电流变送器(3)对电流进行检测时采用的电流检测方法包括以下步骤：
S101.测量三相负载中的负载电流瞬时值ia，ib，ic；
S102.利用clark变换，将三相负载中的负载电流瞬时值变换到α-β两相正交坐标系中：经过坐标变换得到瞬时有功电流ip和无功电流iq；
S103.基于ip_iq建立离散系统状态方程和测量方程；
S104.利用卡尔曼滤波器对有功电流ip和无功电流iq进行滤波，得到直流分量；
S105.通过坐标反变换得到基波正序电流，将基波正序电流与负载电流相减得到总补偿电流。
8.根据权利要求7所述的一种数控机床的智能故障诊断的方法，其特征在于：所述S102中利用clark变换，将三相负载中的负载电流瞬时值变换到α-β两相正交坐标系中，具体为：
Figure FDA0003194656870000031
其中：
Figure FDA0003194656870000032
9.根据权利要求7所述的一种数控机床的智能故障诊断的方法，其特征在于：所述S102中利用clark变换，经过坐标变换得到瞬时有功电流ip和无功电流iq，具体为：
Figure FDA0003194656870000033
其中，
Figure FDA0003194656870000034
ω为基波角频率。
10.根据权利要求7所述的一种数控机床的智能故障诊断的方法，其特征在于：所述S103中基于ip_iq建立离散系统状态方程和测量方程，具体为：
对于有功电流ip：
Figure FDA0003194656870000041
其中，
Figure FDA0003194656870000042
为状态转移矩阵，Hp1×16为测量矩阵，Xp16×1(k+1)为有功电流状态变量第k+1个值、Xp16×1(k)为有功电流状态变量第k个值、w(k)为过程噪声、v(k)为测量噪声、zp(k)为有功电流测量值；
对于无功电流iq：
Figure FDA0003194656870000043
其中，
Figure FDA0003194656870000044
为状态转移矩阵，Hq1×16为测量矩阵，Xq16×1(k+1)为无功电流状态变量的第k+1个值、Xq16×1(k)为无功电流状态变量第k个值、w(k)为过程噪声、v(k)为测量噪声、zq(k)为无功电流测量值。
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