CN113752087A - 一种数控刀具磨损的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控刀具磨损的监测方法，其施工流程有设备搭建→水平校准→通电测试→装配刀具→启动设备→光学监测→振动监测→完成监测，包括以下八个步骤。本发明有益效果在于，通过使用点阵激光投影检测，能够有效的对数控刀具的磨损程度、磨损位置以及转动时的振动幅度进行精确测量，并且装置在对数控刀具进行检测时，装置与数控刀具之间不存在夹持固定关系，可以对数控刀具进行多角度全方位的无伤检测，从而可以提升装置的检测精确度，保证数控加工过程中的精度和加工效果，提升数控加工的安全性，还可以减少数控刀具的检测成本，装置在检测过程中简单易操作，检测时装置处于全自动检测状态，可以防止人为操作引起的误差。

Description

一种数控刀具磨损的监测方法

技术领域

本发明涉及刀具监测技术领域，具体为一种数控刀具磨损的监测方法。

背景技术

数控加工是现代生产制造行业中精细度和可控性最高的加工方式之一，数控加工通过程序编码对刀具进行控制，可以提升数控加工的精细度，并且可以保证加工出的工件规格保持统一，还可以增加工件加工的难度，扩大了机械加工的适用范围，在数控加工中，数控刀具是保证数控加工效果的重要保障，数控刀具在进行打磨切削时容易与工将发生磨损，并且会出现刀头的缺失，进而影响到数控加工的精度和加工效果，还会存在撞刀等安全隐患，因此，需要对数控刀具进行定期的精细化监测，保证数控刀具的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控刀具磨损的监测方法，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：

一种数控刀具磨损的监测方法，其施工流程有设备搭建→水平校准→通电测试→装配刀具→启动设备→光学监测→振动监测→完成监测，其特征在于：包括以下八个步骤：

步骤一：所述设备包括点阵激光发射器、点阵激光接收器和振动频率传感器，将监测用电子元件依次用螺栓固定安装在特定的安装架上直至电子元件保持稳定；

步骤二：所述利用电子水平仪对点阵激光发射器和点阵激光接收器进行水平倾角监测，调节点阵激光发射器和点阵激光接收器的水平位置和高度，直至点阵激光发射器和点阵激光接收器之间保持水平，并且两者的中心点在同一水平线下重合；

步骤三：所述对电子元件通电进行通电测试，检查点阵激光发射器能否正常发射点阵激光束，并且查看点阵激光接收器对激光束是否产生反应；

步骤四：所述将数控刀具固定安装在刀架的底部，并且将振动频率传感器固定安装在数控刀具的顶部中轴线位置处；

步骤五：所述数控刀具通过驱动设备带动进行高速转动，同时带动振动频率传感器同步发生转动；

步骤六：所述点阵激光发射器水平发射出多束规律排列的点阵激光束，通过激光束在数控刀具的外表面产生反射，使激光束在点阵激光接收器的表面形成阴影，通过数控芯片对多次采集的阴影面积进行计算，从而监测数控刀具是否存在磨损，并对磨损的程度进行检测；

步骤七：所述振动频率传感器通过数控刀具带动进行高速转动，通过振动频率传感器对数控刀具的离心振动频率进行检测，从而对数控刀具的重心偏移进行检测；

步骤八：所述点阵激光接收器和振动频率传感器在检测到刀具存在一定程度的磨损时，通过导线对警报器发出电信号，警报器通电后发出声光警报并控制驱动设备停电关机，使装置停止运行，将刀具拆卸后记录数据完成检测。

进一步，所述点阵激光发射器和点阵激光接收器在工作过程中保持相对稳定，使用螺栓和安装螺纹杆的方式对点阵激光发射器和点阵激光接收器的安装位置进行微调，使激光束能够精确的投射到点阵激光接收器的表面。

进一步，所述点阵激光发射器在进行监测前通电开关机两到三次，保证点阵激光发射器内部的激光源能够完全正常工作，确保点阵激光发射器发出的激光束数量完整，保证激光映射出的阴影形状不存在缺失。

进一步，所述点阵激光接收器和振动频率传感器通过导线与同一数控芯片电性连接，点阵激光接收器和振动频率传感器分别可以对数控芯片传递数据和信号。

进一步，所述数控刀具与振动频率传感器的内部中轴线必须重合，使装置整体的重心位置处于正中央，避免装置装配时出现偏移影响数控刀具转动时的振动频率监测。

进一步，所述点阵激光接收器内部阵列安装有光敏电阻，光敏电阻受到激光照射对内部电路中传输的电流进行调节，从而使数控芯片对电流信号进行接收。

进一步，所述数控芯片与电力驱动设备内部电路电性连接，点阵激光接收器和振动频率传感器可分别对数控芯片传递电信号，使数控芯片控制电力驱动设备进行开关机。

进一步，所述点阵激光发射器的内部等距安装有数组激光灯，点阵激光发射器的一侧安装有滤光片，通过滤光片对每一组激光灯发出的激光束进行过滤，使激光束呈水平方向射出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该数控刀具磨损的监测方法，能够有效的对数控刀具的磨损程度、磨损位置以及转动时的振动幅度进行精确测量，并且装置在对数控刀具进行检测时，装置与数控刀具之间不存在夹持固定关系，可以对数控刀具进行多角度全方位的无伤检测，从而可以提升装置的检测精确度，利用检测的数据方便对数控刀具的使用性能进行评估，以便于对老化磨损程度较大的数控刀具进行替换，保证数控加工过程中的精度和加工效果，提升数控加工的安全性，还可以减少数控刀具的检测成本，装置在检测过程中简单易操作，检测时装置处于全自动检测状态，可以防止人为操作引起的误差。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的点阵投影监测原理示意图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参阅图1-2，本发明提供的实施例：一种数控刀具磨损的监测方法，其施工流程有设备搭建→水平校准→通电测试→装配刀具→启动设备→光学监测→振动监测→完成监测，其特征在于：包括以下八个步骤：

步骤一：所述设备包括点阵激光发射器、点阵激光接收器和振动频率传感器，将监测用电子元件依次用螺栓固定安装在特定的安装架上直至电子元件保持稳定，利用螺栓和垫片等零件对电子元件进行组装，并且对电子元件进行加固，提升电子元件的安装稳定性，保证电子元件在对数控刀具进行检测时的精确性，防止数控刀具在转动时产生的振动对点阵激光发射器和点阵激光接收器的稳定性造成影响，使得装置可以稳定的通过发射出的点阵激光对数控刀具进行磨损检测；

步骤二：所述利用电子水平仪对点阵激光发射器和点阵激光接收器进行水平倾角监测，调节点阵激光发射器和点阵激光接收器的水平位置和高度，直至点阵激光发射器和点阵激光接收器之间保持水平，并且两者的中心点在同一水平线下重合，将点阵激光发射器和点阵激光接收器进行校准，使点阵激光发射器发射出的点阵激光束可以以垂直于点阵激光接收器外表面的角度照射到点阵激光接收器上，通过被数控刀具遮挡的激光在点阵激光接收器上形成与数控刀具外形一致的阴影，通过阴影的形状和面积大小，与数控刀具的参数对比可以对数控刀具的磨损程度进行检测；

步骤三：所述对电子元件通电进行通电测试，检查点阵激光发射器能否正常发射点阵激光束，并且查看点阵激光接收器对激光束是否产生反应，点阵激光发射器需要对点阵激光接收器阵列式发射出数组激光束，为了保证激光检测的效果，需要对点阵激光发射器内部的发光点进行多次通电测试，保证装置在对数控刀具进行检测时保持精准；

步骤四：所述将数控刀具固定安装在刀架的底部，并且将振动频率传感器固定安装在数控刀具的顶部中轴线位置处，将振动频率传感器与刀具叠加式组装并固定，使振动频率传感器的重心与数控刀具的重心处于同一垂直线上，利用数控刀具带动振动频率传感器同步进行转动，可以对振动频率传感器对振动的频率和幅度进行检测，进而可以使振动频率传感器对数控刀具转动时产生的重心偏移和晃动幅度进行精密测量，以便于对数控刀具的重量分配情况进行检测，进而对数控刀具的磨损情况进行检测；

步骤五：所述数控刀具通过驱动设备带动进行高速转动，同时带动振动频率传感器同步发生转动，通过电动机等电力驱动设备与数控刀具固定连接，从而带动数控刀具进行高速转动，进而带动顶部的振动频率传感器同步进行转动，使振动频率传感器对数控刀具转动时的振动频率进行检测，并将数据通过导线传输至数控芯片进行分析对比，利用数控芯片与数据库内部的数据进行对比，当装置检测的数据与数据库内部记录的原厂参数偏差范围超过设定值时，控制驱动设备停电关机，从而完成数控刀具的磨损检测，检测过程中不需要人为的再进行操作，防止人工干预检测过程所出现的误差，提升了装置的检测效果和精确性；

步骤六：所述点阵激光发射器水平发射出多束规律排列的点阵激光束，通过激光束在数控刀具的外表面产生反射，使激光束在点阵激光接收器的表面形成阴影，通过数控芯片对多次采集的阴影面积进行计算，从而检测数控刀具是否存在磨损，并对磨损的程度进行检测，利用点阵式激光束照射在数控刀具和点阵激光接收器的表面，使数控刀具的阴影投射在点阵激光接收器的表面，通过点阵激光接收器内部的光敏电阻对每一组激光束和阴影的位置进行检测，使点阵激光接收器对刀具的磨损程度以及磨损位置进行检测，从而将检测数据通过导线传递至数控芯片进行分析对比；

步骤七：所述振动频率传感器通过数控刀具带动进行高速转动，通过振动频率传感器对数控刀具的离心振动频率进行检测，从而对数控刀具的重心偏移进行检测，数控刀具存在磨损时，其在转动时容易因为重心不稳出现小幅度的晃动，通过振动频率传感器对数控刀具的振动频率进行精确测量，可以得出数控刀具的磨损情况；

步骤八：所述点阵激光接收器和振动频率传感器在检测到刀具存在一定程度的磨损时，通过导线对警报器发出电信号，警报器通电后发出声光警报并控制驱动设备停电关机，使装置停止运行，将刀具拆卸后记录数据完成检测，数控芯片通过点阵激光接收器或者振动频率传感器传递的电信号控制，使数控机床停止运行，并且将检测出的磨损数据进行记录，方便后期工作人员对检测的数据进行对比筛查，从而可判断出数控刀具是否存在磨损，并且对数控刀具的使用性能进行评估，以便于工作人员根据实际的检测数据判断数控刀具是否可用，从而可以适当的对磨损过度的数控刀具进行更换，保证了数控加工刀具的加工效果。

进一步，点阵激光发射器和点阵激光接收器在工作过程中保持相对稳定，使用螺栓和安装螺纹杆的方式对点阵激光发射器和点阵激光接收器的安装位置进行微调，使激光束能够精确的投射到点阵激光接收器的表面，激光束的投影方向需要与点阵激光接收器的表面保持垂直，从而使点阵激光接收器表面形成的阴影部分与数控刀具的大小和形状一致，进而提升了光学检测部分的精确度。

进一步，点阵激光发射器在进行检测前通电开关机两到三次，保证点阵激光发射器内部的激光源能够完全正常工作，确保点阵激光发射器发出的激光束数量完整，保证激光映射出的阴影形状不存在缺失，在使用点阵激光发射器进行光学检测之前，为了保证检测工作的准确性，需要对光学检测部分进行多次测试，保证电子元件保持完好，方可对数控刀具进行精密检测。

进一步，点阵激光接收器和振动频率传感器通过导线与同一数控芯片电性连接，点阵激光接收器和振动频率传感器分别可以对数控芯片传递数据和信号，数控芯片通过导线分别与点阵激光接收器和振动频率传感器电性连接，通过对点阵激光接收器和振动频率传感器传输的数据进行记录，并且与数据库中数控刀具的原厂参数进行对比，当检测的数据超过设定的误差范围时，通过数控芯片控制装置停机，进而得出数控刀具是否磨损的结论。

进一步，数控刀具与振动频率传感器的内部中轴线必须重合，使装置整体的重心位置处于正中央，避免装置装配时出现偏移影响数控刀具转动时的振动频率监测，振动频率传感器对数控刀具进行检测时需要配合数控刀具同步进行高速转动，为了防止振动频率传感器安装出现偏移影响数控刀具的振动频率，提升振动检测的精确性，需要将振动频率传感器与数控刀具保持在同一中轴线上进行固定安装，从而消除振动频率传感器自身对振动频率的影响。

进一步，点阵激光接收器内部阵列安装有光敏电阻，光敏电阻受到激光照射对内部电路中传输的电流进行调节，从而使数控芯片对电流信号进行接收，光敏电阻在激光照射后对电阻大小进行调节，从而控制内部电路中传输的电流大小，利用电流的变化对电信号进行传输，从而对数控芯片传递指令。

进一步，数控芯片与电力驱动设备内部电路电性连接，点阵激光接收器和振动频率传感器可分别对数控芯片传递电信号，使数控芯片控制电力驱动设备进行开关机，数控芯片接收点阵激光接收器和振动频率传感器传递的电信号指令，可以对驱动设备的电力供应进行切断，从而使数控刀具停止转动，进而完成检测。

进一步，点阵激光发射器的内部等距安装有数组激光灯，点阵激光发射器的一侧安装有滤光片，通过滤光片对每一组激光灯发出的激光束进行过滤，使激光束呈水平方向射出，利用滤光片使激光束可以阵列式以同一方向射出，进而使点阵激光接收器的接收端形成与数控刀具实体的截面完全一致的阴影，进而可以对数控刀具的磨损进行精密检测。

实施例2

一、点阵激光检测的原理：

点阵激光作为目前应用较为广泛的一类光学检测方式，其工作过程主要包括点阵激光发射、点阵投影、光电信号转换及信息处理等。

1、点阵激光检测的原理

1.1点阵激光的产生

由于光线在同一种介质中以直线的形式传播，因此光线在传播的路径中受到物体遮挡时，会在物体的另一侧形成阴暗面，从而产生影子，为了提升激光对于数控刀具的测量精度，需要使用点光源通电后发射出光线直径较小的多组激光束，从而产生阵列式激光，使每一组激光束以相同的方向对数控刀具进行照射，从而对数控刀具进行磨损检测。

1.2点阵激光检测的效果

由于点阵激光中的每一组激光束都是保持相对平行的方向对数控刀具进行照射，因此点阵激光照射数控刀具后形成的阴影在面积和形状方面与数控刀具实体的纵向截面完全一致，通过照射到点阵激光接收器上的激光束与点阵激光接收器内部的光敏电阻产生变阻反应，从而使每一组光敏电阻连接的电路电流大小发生变化，从而使点阵激光接收器对阴影的面积和形状进行数据记录，并且通过导线将记录的数据传输给数控芯片进行处理。

2、点阵激光检测的校准

2.1、利用点阵激光对数控刀具进行精确测量时，为了防止激光束的照射位置和方向出现偏差，需要在安装时对点阵激光发射器和点阵激光接收器进行校准，其主要目的是：将点阵激光的射出角与光敏电阻保持垂直，从而使产生的阴影与数控刀具实体的大小和截面形状保持一致，进而提升激光的检测效果，增加数控刀具的评估精度。

2.2、点阵激光的检测工艺可以分为如下四类。

1，设备校准；2，点阵投影；3，光电转换；4，信息处理。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种数控刀具磨损的监测方法，其施工流程有设备搭建→水平校准→通电测试→装配刀具→启动设备→光学监测→振动监测→完成监测，其特征在于：包括以下八个步骤：

步骤一：所述设备包括点阵激光发射器、点阵激光接收器和振动频率传感器，将监测用电子元件依次用螺栓固定安装在特定的安装架上直至电子元件保持稳定；

步骤二：所述利用电子水平仪对点阵激光发射器和点阵激光接收器进行水平倾角监测，调节点阵激光发射器和点阵激光接收器的水平位置和高度，直至点阵激光发射器和点阵激光接收器之间保持水平，并且两者的中心点在同一水平线下重合；

步骤三：所述对电子元件通电进行通电测试，检查点阵激光发射器能否正常发射点阵激光束，并且查看点阵激光接收器对激光束是否产生反应；

步骤四：所述将数控刀具固定安装在刀架的底部，并且将振动频率传感器固定安装在数控刀具的顶部中轴线位置处；

步骤五：所述数控刀具通过驱动设备带动进行高速转动，同时带动振动频率传感器同步发生转动；

步骤六：所述点阵激光发射器水平发射出多束规律排列的点阵激光束，通过激光束在数控刀具的外表面产生反射，使激光束在点阵激光接收器的表面形成阴影，通过数控芯片对多次采集的阴影面积进行计算，从而监测数控刀具是否存在磨损，并对磨损的程度进行检测；

步骤七：所述振动频率传感器通过数控刀具带动进行高速转动，通过振动频率传感器对数控刀具的离心振动频率进行检测，从而对数控刀具的重心偏移进行检测；

步骤八：所述点阵激光接收器和振动频率传感器在检测到刀具存在一定程度的磨损时，通过导线对警报器发出电信号，警报器通电后发出声光警报并控制驱动设备停电关机，使装置停止运行，将刀具拆卸后记录数据完成检测。

2.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损的监测方法，其特征在于：所述点阵激光发射器和点阵激光接收器在工作过程中保持相对稳定，使用螺栓和安装螺纹杆的方式对点阵激光发射器和点阵激光接收器的安装位置进行微调，使激光束能够精确的投射到点阵激光接收器的表面。

3.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损的监测方法，其特征在于：所述点阵激光发射器在进行监测前通电开关机两到三次，保证点阵激光发射器内部的激光源能够完全正常工作，确保点阵激光发射器发出的激光束数量完整，保证激光映射出的阴影形状不存在缺失。

4.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损的监测方法，其特征在于：所述点阵激光接收器和振动频率传感器通过导线与同一数控芯片电性连接，点阵激光接收器和振动频率传感器分别可以对数控芯片传递数据和信号。

5.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损的监测方法，其特征在于：所述数控刀具与振动频率传感器的内部中轴线必须重合，使装置整体的重心位置处于正中央，避免装置装配时出现偏移影响数控刀具转动时的振动频率监测。

6.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损的监测方法，其特征在于：所述点阵激光接收器内部阵列安装有光敏电阻，光敏电阻受到激光照射对内部电路中传输的电流进行调节，从而使数控芯片对电流信号进行接收。

7.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损的监测方法，其特征在于：所述数控芯片与电力驱动设备内部电路电性连接，点阵激光接收器和振动频率传感器可分别对数控芯片传递电信号，使数控芯片控制电力驱动设备进行开关机。

8.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损的监测方法，其特征在于：所述点阵激光发射器的内部等距安装有数组激光灯，点阵激光发射器的一侧安装有滤光片，通过滤光片对每一组激光灯发出的激光束进行过滤，使激光束呈水平方向射出。

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