CN116068305A - 一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置 - Google Patents

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张澎鑫
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Abstract

本发明属于数控机床故障诊断领域，具体地，涉及一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，包括电弧铣削机床电气系统数据采集模块、电弧铣削机床电气系统故障诊断模块和电弧铣削机床电气系统故障处理模块，所述电弧铣削机床电气系统数据采集模块包括信号采集单元、数据传输单元和数据降噪单元，所述电弧铣削机床电气系统故障诊断模块包括特征提取单元、数据融合单元和数据分析单元，所述电弧铣削机床电气系统故障处理模块包括故障维护单元、故障显示单元和故障报警单元。本发明实现了对电弧铣削机床电气系统故障快速精确的诊断，缩短了电弧铣削机床电气系统的故障时间，极大地提高了电弧铣削机床电气系统的可靠性。

Description

一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置
技术领域
本发明涉及数控机床故障诊断领域，具体涉及一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置。
背景技术
电弧铣削机床被广泛用于加工具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损等特点的难切削零件中，其可靠性对于安全高效生产有着十分重要的意义。电弧铣削机床电气系统作为电弧铣削机床的核心组成部分，其可靠性要求更高。电气系统一旦出现故障，会直接影响加工效果，甚至导致机床瘫痪。
目前对电弧铣削机床电气故障的诊断主要依赖人工经验，在人工诊断的过程中很容易出现误诊或漏诊，影响故障诊断的精确度。同时，电弧铣削机床电气系统组成复杂，故障具有复杂性和多样性，依靠单一的故障表征数据无法实现快速准确的故障排查和设备维修。
因此，如何设计一套电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，实现电弧铣削机床电气系统故障快速精确的智能诊断，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，包括电弧铣削机床电气系统数据采集模块、电弧铣削机床电气系统故障诊断模块和电弧铣削机床电气系统故障处理模块，所述电弧铣削机床电气系统数据采集模块采集电弧铣削机床关键电气元件的工作信号，并将信号传输至上位机进行存储与降噪处理，将降噪后的信号传输至电弧铣削机床电气系统故障诊断模块；所述电弧铣削机床电气系统故障诊断模块对降噪后的信号进行特征提取，将提取得到的特征进行数据融合，并对融合后的数据进行故障分类得到故障信息，将故障信息传输至电弧铣削机床电气系统故障处理模块；电弧铣削机床电气系统故障处理模块根据故障信息确定故障处理方案。
在一种能够实现的方式中，所述电弧铣削机床电气系统数据采集模块包括信号采集单元、数据传输单元和数据降噪单元，所述信号采集单元通过多个传感器实时采集电弧铣削机床关键电气元件的电压信号、电流信号、振动信号、声发射信号、温度信号和湿度信号。
在一种能够实现的方式中，所述数据传输单元将信号采集单元采集得到的信号通过数据采集卡传输至上位机进行存储与处理。
在一种能够实现的方式中，所述数据降噪单元对传输至上位机的信号使用小波变换的方法进行降噪处理，并将降噪后的信号传输至电弧铣削机床电气系统故障诊断模块。
在一种能够实现的方式中，所述电弧铣削机床电气系统故障诊断模块包括特征提取单元、数据融合单元和数据分析单元，所述特征提取单元对降噪后的信号使用变分模态分解方法进行特征提取，将提取得到的特征信号传输至数据融合单元。
在一种能够实现的方式中，所述数据融合单元采用卷积神经网络对特征信号进行特征层数据融合，得到融合后特征层数据，以不同类别的特征信号数据作为综合依据，将所述电弧铣削机床关键电气元件的融合后特征层数据传输至数据分析单元。
在一种能够实现的方式中，所述数据分析单元对融合后特征层数据进行故障分类，得出电弧铣削机床电气系统的故障原因和故障部件，并将故障原因和故障部件信息传输至电弧铣削机床电气系统故障处理模块。
在一种能够实现的方式中，所述电弧铣削机床电气系统故障处理模块包括故障维护单元、故障显示单元和故障报警单元，所述故障维护单元根据电弧铣削机床电气系统的故障原因和故障部件信息检索电弧铣削机床维修数据库中的解决方案，确定电弧铣削机床电气系统的故障危害程度和维修方案。
在一种能够实现的方式中，所述故障显示单元将电弧铣削机床电气系统的故障原因、故障部件、故障危害程度和维修方案通过显示器输出显示。
在一种能够实现的方式中，所述故障报警单元根据电弧铣削机床电气系统的故障危害程度发出不同颜色和声音的报警信号，便于维修人员及时对电弧铣削机床电气系统的故障进行判断和维修。
本发明的有益效果为：本发明提供的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，通过多个传感器实时获取电弧铣削机床关键电气元件的工作状态信息，将每一个传感器采集得到的信号进行降噪处理和特征提取，使用卷积神经网络的方法对特征信号进行特征层数据融合，以不同类别的特征信号数据作为综合依据，增加了故障特征的多样性，提高了故障诊断的精确度，通过故障分类实现了电弧铣削机床电气系统故障的快速诊断，并通过电弧铣削机床维修数据库提供故障处理方案。本发明能够对电弧铣削机床电气系统的故障实现快速精确的诊断，缩短电弧铣削机床电气系统的故障时间，极大地提高电弧铣削机床电气系统的可靠性。
附图说明
利用附图对本发明实施例或现有技术中的技术方案作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置的结构示意图；
图2是本发明一个示例性实施例的电弧铣削机床电气系统数据采集模块的框图示意图；
图3是本发明一个示例性实施例的电弧铣削机床电气系统故障诊断模块的框图示意图；
图4是本发明一个示例性实施例的电弧铣削机床电气系统故障处理模块的框图示意图。
附图标记：
电弧铣削机床电气系统数据采集模块101、信号采集单元102、数据降噪单元103、数据传输单元104、降噪后的信号105、电弧铣削机床关键电气元件106、电压传感器107、电压信号108、电流传感器109、电流信号110、振动传感器111、振动信号112、声发射传感器113、声发射信号114、温度传感器115、温度信号116、湿度传感器117、湿度信号118、数据采集卡119、上位机120、小波变换121、降噪后的电压信号122、降噪后的电流信号123、降噪后的振动信号124、降噪后的声发射信号125、降噪后的温度信号126、降噪后的湿度信号127、电弧铣削机床电气系统故障诊断模块201、特征提取单元202、数据融合单元203、数据分析单元204、故障信息205、变分模态分解206、电压信号特征207、电流信号特征208、振动信号特征209、声发射信号特征210、温度信号特征211、湿度信号特征212、卷积神经网络213、融合后特征层数据214、故障分类215、故障原因216、故障部件217、电弧铣削机床电气系统故障处理模块301、故障维护单元302、故障显示单元303、故障报警单元304、电弧铣削机床维修数据库305、故障危害程度306、维修方案307、显示器308、声光报警器309、报警信号310。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明做进一步描述。
参见图1，本实施例提供一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，包括电弧铣削机床电气系统数据采集模块101、电弧铣削机床电气系统故障诊断模块201和电弧铣削机床电气系统故障处理模块301，电弧铣削机床电气系统数据采集模块101包括信号采集单元102、数据传输单元103和数据降噪单元104；电弧铣削机床电气系统故障诊断模块201包括特征提取单元202、数据融合单元203和数据分析单元204；电弧铣削机床电气系统故障处理模块301包括故障维护单元302、故障显示单元303和故障报警单元304；电弧铣削机床电气系统数据采集模块101通过传感器实时采集电弧铣削机床电气系统关键元件的工作信号，并对信号进行降噪处理，将降噪后的信号105传输至电弧铣削机床电气系统故障诊断模块201；电弧铣削机床电气系统故障诊断模块201对降噪后的信号105进行特征提取，将提取得到的特征进行数据融合，对融合后的数据进行分析得到故障信息205，并将故障信息205传输至电弧铣削机床电气系统故障处理模块301；电弧铣削机床电气系统故障处理模块301根据故障信息205确定故障处理方案。
参见图2，电弧铣削机床电气系统数据采集模块101包括信号采集单元102、数据传输单元103和数据降噪单元104，信号采集单元102实时采集电弧铣削机床关键电气元件106的工作状态信号，通过电压传感器107实时采集电弧铣削机床关键电气元件106的电压信号108，通过电流传感器109实时采集电弧铣削机床关键电气元件106的电流信号110，通过振动传感器111实时采集电弧铣削机床关键电气元件106的振动信号112，通过声发射传感器113实时采集电弧铣削机床关键电气元件106的声发射信号114，通过温度传感器115实时采集电弧铣削机床关键电气元件106的温度信号116，通过湿度传感器117实时采集电弧铣削机床关键电气元件106的湿度信号118；数据传输单元103将信号采集单元102采集得到的电压信号108、电流信号110、振动信号112、声发射信号114、温度信号116和湿度信号118通过数据采集卡119传输至上位机120进行存储与处理；数据降噪单元104对传输至上位机的信号使用小波变换121的方法进行降噪处理得到降噪后信号105，包括降噪后的电压信号122、降噪后的电流信号123、降噪后的振动信号124、降噪后的声发射信号125、降噪后的温度信号126和降噪后的湿度信号127，并将降噪后的信号105传输至电弧铣削机床电气系统故障诊断模块201。
参见图3，电弧铣削机床电气系统故障诊断模块201包括特征提取单元202、数据融合单元203和数据分析单元204，特征提取单元202使用变分模态分解206的方法对降噪后的电压信号122、降噪后的电流信号123、降噪后的振动信号124、降噪后的声发射信号125、降噪后的温度信号126和降噪后的湿度信号127分别进行特征提取得到电压信号特征207、电流信号特征208、振动信号特征209、声发射信号特征210、温度信号特征211和湿度信号特征212，并将提取得到的特征信号传输至数据融合单元203；数据融合单元203采用卷积神经网络213对提取得到的电压信号特征207、电流信号特征208、振动信号特征209、声发射信号特征210、温度信号特征211和湿度信号特征212进行特征层数据融合，并将融合后特征层数据214传输至数据分析单元204；数据分析单元204进行故障分类215，经过回归计算将融合后特征层数据214映射到故障概率，将其中最大故障概率的状态对应到电弧铣削机床电气系统的故障信息205，包括故障原因216和故障部件217，并将故障信息205传输至电弧铣削机床电气系统故障处理模块301。
参见图4，电弧铣削机床电气系统故障处理模块301包括故障维护单元302、故障显示单元303和故障报警单元304，故障维护单元302根据电弧铣削机床电气系统的故障信息205检索电弧铣削机床维修数据库305中的处理方案，确定电弧铣削机床电气系统的故障危害程度306和维修方案307；故障显示单元303将电弧铣削机床电气系统的故障信息205、故障危害程度306和维修方案307通过显示器308输出显示；故障报警单元304在电弧铣削机床发生故障时根据故障危害程度306通过声光报警器309发出不同颜色和声音的报警信号310。
以上实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，但并非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，凡是在本发明的主旨之内，对本发明的技术方案所做的任何修改或者等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，包括电弧铣削机床电气系统数据采集模块、电弧铣削机床电气系统故障诊断模块和电弧铣削机床电气系统故障处理模块，所述电弧铣削机床电气系统数据采集模块采集电弧铣削机床关键电气元件的工作信号，并将信号传输至上位机进行存储与降噪处理，将降噪后的信号传输至电弧铣削机床电气系统故障诊断模块；所述电弧铣削机床电气系统故障诊断模块对降噪后的信号进行特征提取，将提取得到的特征进行数据融合，并对融合后的数据进行分析得到故障信息，将故障信息传输至电弧铣削机床电气系统故障处理模块；电弧铣削机床电气系统故障处理模块根据故障信息确定故障处理方案。
2.根据权利要求1所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述电弧铣削机床电气系统数据采集模块包括信号采集单元、数据传输单元和数据降噪单元，所述信号采集单元通过多个传感器实时采集电弧铣削机床关键电气元件的电压信号、电流信号、振动信号、声发射信号、温度信号和湿度信号。
3.根据权利要求2所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述数据传输单元将信号采集单元采集得到的信号通过数据采集卡传输至上位机进行存储与处理。
4.根据权利要求2所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述数据降噪单元对传输至上位机的信号使用小波变换的方法进行降噪处理，并将降噪后的信号传输至电弧铣削机床电气系统故障诊断模块。
5.根据权利要求1所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述电弧铣削机床电气系统故障诊断模块包括特征提取单元、数据融合单元和数据分析单元，所述特征提取单元对降噪后的信号使用变分模态分解方法进行特征提取，将提取得到的特征信号传输至数据融合单元。
6.根据权利要求5所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述数据融合单元采用卷积神经网络对特征信号进行特征层数据融合，并将电弧铣削机床关键电气元件的融合后特征层数据传输至数据分析单元。
7.根据权利要求5所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述数据分析单元对融合后特征层数据进行故障分类，得出电弧铣削机床电气系统的故障原因和故障部件，并将故障原因和故障部件信息传输至电弧铣削机床电气系统故障处理模块。
8.根据权利要求1所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述电弧铣削机床电气系统故障处理模块包括故障维护单元、故障显示单元和故障报警单元，所述故障维护单元根据电弧铣削机床电气系统的故障原因和故障部件信息检索电弧铣削机床维修数据库中的解决方案，确定电弧铣削机床电气系统的故障危害程度和维修方案。
9.根据权利要求8所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述故障显示单元将电弧铣削机床电气系统的故障原因、故障部件、故障危害程度和维修方案通过显示器输出显示。
10.根据权利要求8所述的电弧铣削机床电气系统故障诊断装置，其特征是，所述故障报警单元根据电弧铣削机床电气系统的故障危害程度发出不同颜色和声音的报警信号。
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