CN205129520U - 机床主轴故障智能诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种机床主轴故障智能诊断系统，其特征在于，设置有DSP处理器和PLC控制器，DSP处理器的输入端连接有声音采集模块、振动传感器、电流传感器和温度传感器，DSP处理器将采集到的声音信号、振动信号、主电机工作电流以及主轴温度构成特征集合进行主轴故障智能诊断，并发出相应的故障信息到所述PLC控制器中；PLC控制器的输出端连接有报警电路、电源开关和变频器。其效果是：系统融合了多种传感器，通过多种信号特征构成特征向量，几乎可以识别所有的故障状况，复杂的数字信号运算通过DSP处理器完成，简单的控制信号通过PLC控制器完成，检测出主轴故障时，系统能够做到及时智能预警或应急停机，有效减小主轴故障所引起的损失。
Description
技术领域
本实用新型涉及机床故障诊断技术，具体的说，是一种机床主轴故障智能诊断系统。
背景技术
装备制造业是国民经济发展的基础，没有先进的装备就不能有经济的高速发展。随着计算机技术、通信技术、自动化技术和机电一体化技术的快速发展，以数控技术为代表的多种先进装备制造技术得到重点研究和发展。以数控机床为基础的各类加工中心、柔性生产线蓬勃发展，数控机床成为现代装备制造业的技术基础，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，给装备制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。
然而作为一种加工精度高、自动化程度好的加工设备，数控机床的结构非常复杂，它由NC系统、进给系统、机械传动系统、冷却系统、润滑系统、电源和电机等许多子系统组成，由于设备自动化程度高，价格昂贵，结构复杂，容易发生故障，且故障现象和故障原因之间是“一对多”的关系，即一种故障现象可能是由多种故障原因引起的，而一种故障原因又可能引起多种故障现象。据统计数控机床主轴系统的故障占其机械故障的60％，然而主轴系统的是否存在故障和存在怎样程度的故障则直接影响着生产加工，因此，对大中型数控机床主轴系统进行故障诊断是非常必要的。
现有的机床主轴故障诊断系统通常比较简单，往往只采集单一的故障信号进行诊断和判别，如中国专利201320039119.0公开的一种滚动轴承故障在线检测系统，以振动信号为检测对象，通过对振动信号的分析实现故障检测，但由于设备复杂，故障原因多样化，单一的振动信号往往难以全方位的检测出主轴的故障信息，故障预警相对较难。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种机床主轴故障智能诊断系统，通过多种参数检测，利用多种检测信息的融合和判别，实现机床主轴故障的智能诊断，同时做到障预警处理或应急停机，及时减少或避免因为主轴故障所带来的损失。
为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：
一种机床主轴故障智能诊断系统，其关键在于，设置有DSP处理器和PLC控制器，所述DSP处理器的输入端连接有声音采集模块、振动传感器、电流传感器和温度传感器，其中：
声音采集模块安装在机床主轴的轴承盖上，用于采集机床运行时的声音信号；
振动传感器安装在机床主轴的轴承座上，用于采集机床运行时的振动信号；
电流传感器安装在机床的电源线上，用于采集机床运行时的主电机工作电流；
温度传感器安装在机床主轴的前端，用于采集机床运行时的主轴温度；
所述DSP处理器将采集到的声音信号、振动信号、主电机工作电流以及主轴温度构成特征集合进行主轴故障智能诊断，并发出相应的故障信息到所述PLC控制器中；
所述PLC控制器的输出端连接有报警电路、电源开关和变频器，所述电源开关和变频器安装在三相电源与主电机之间的供电线路上，PLC控制器根据DSP处理器发出的故障信息发出相应的控制信号到所述报警电路或/和电源开关或/和变频器中。
该系统将DSP处理器与PLC控制器融合在一起，DSP处理器接收多种监测参数，通过智能识别算法进行故障智能诊断，主要负责复杂的数据处理，PLC控制器则用于实现现场控制，当监测到异常时，一方面可以通过报警电路及时发出报警信息，另一方面可以通过控制电源开关或变频器来改变主电机的工作状态，避免故障恶化所引起的重大损失。
作为进一步描述，所述DSP处理器上设置有存储器和无线传输模块，用于实现监测数据的本地存储和远程传输。
为了实时掌握机床运行状况，所述DSP处理器上设置有显示器。
为了更好的实现声音信号的采集，所述声音采集模块包括一喇叭状的拾音罩，在该拾音罩的顶部安装有拾音器，所述拾音器的输出端与滤波电路的输入端连接，在滤波电路的输出端还依次连接有放大电路和AD采样电路。
安装时，所述拾音罩罩设在机床主轴的轴承盖上，更好的接收主轴故障声音。
本实用新型的显著效果：
系统融合了多种传感器，通过多种信号特征构成特征向量，DSP处理器中可以配置不同的模式识别算法来判断机床主轴的故障状况，信号特征更加全面，几乎可以识别所有的故障状况，复杂的数字信号运算通过DSP处理器完成，简单的控制信号通过PLC控制器完成，检测出主轴故障时，系统能够做到及时智能预警或应急停机，有效减小主轴故障所引起的损失。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图；
图2是图1中声音检测模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1所示，一种机床主轴故障智能诊断系统，设置有DSP处理器1和PLC控制器2，所述DSP处理器1的输入端连接有声音采集模块3、振动传感器4、电流传感器5和温度传感器6，其中：
声音采集模块3安装在机床主轴的轴承盖上，用于采集机床运行时的声音信号；
振动传感器4安装在机床主轴的轴承座上，用于采集机床运行时的振动信号；
电流传感器5安装在机床的电源线上，用于采集机床运行时的主电机工作电流；
温度传感器6安装在机床主轴的前端，用于采集机床运行时的主轴温度；
所述DSP处理器1将采集到的声音信号、振动信号、主电机工作电流以及主轴温度构成特征集合进行主轴故障智能诊断，并发出相应的故障信息到所述PLC控制器2中；
所述PLC控制器2的输出端连接有报警电路7、电源开关8和变频器9，所述电源开关8和变频器9安装在三相电源10与主电机11之间的供电线路上，PLC控制器2根据DSP处理器1发出的故障信息发出相应的控制信号到所述报警电路7或/和电源开关8或/和变频器9中。
从图1可以看出，所述DSP处理器1上设置有存储器12、无线传输模块13和显示器14，存储器12用于实现监测数据的本地存储，无线传输模块13用于实现监测数据的远程传输，显示器14可以实现监测数据的本地显示。
如图2所示，为了更好的实现声音信号的采集，所述声音采集模块3包括一喇叭状的拾音罩31，拾音罩31罩设在机床主轴的轴承盖上，在该拾音罩31的顶部安装有拾音器32，所述拾音器32的输出端与滤波电路33的输入端连接，在滤波电路33的输出端还依次连接有放大电路34和AD采样电路35。
本实用新型的工作原理是：
系统将声音信号、振动信号、主电机工作电流和主轴温度这四种参数组成特征集合，在DSP处理器1中可以配置各种成熟的智能识别算法，比如基于神经网络的模式识别，支持向量机的模式识别等等，通过多种信息进行特征提取即可智能识别出机床主轴的各种故障情况，从而通过PLC控制器2执行相对应的应急处理，轻微故障时可以通过报警电路7进行故障预警，让技术人员及时进行故障排除，也可以通过控制变频器9来改变主电机11的转速实现故障排除，当故障严重时，PLC控制器2还可以直接切断电源开关8，让主电机11停止工作，避免故障情况恶化，达到智能保护的目的。
Claims (5)
1.一种机床主轴故障智能诊断系统，其特征在于，设置有DSP处理器(1)和PLC控制器(2)，所述DSP处理器(1)的输入端连接有声音采集模块(3)、振动传感器(4)、电流传感器(5)和温度传感器(6)，其中：
声音采集模块(3)安装在机床主轴的轴承盖上，用于采集机床运行时的声音信号；
振动传感器(4)安装在机床主轴的轴承座上，用于采集机床运行时的振动信号；
电流传感器(5)安装在机床的电源线上，用于采集机床运行时的主电机工作电流；
温度传感器(6)安装在机床主轴的前端，用于采集机床运行时的主轴温度；
所述DSP处理器(1)将采集到的声音信号、振动信号、主电机工作电流以及主轴温度构成特征集合进行主轴故障智能诊断，并发出相应的故障信息到所述PLC控制器(2)中；
所述PLC控制器(2)的输出端连接有报警电路(7)、电源开关(8)和变频器(9)，所述电源开关(8)和变频器(9)安装在三相电源(10)与主电机(11)之间的供电线路上，PLC控制器(2)根据DSP处理器(1)发出的故障信息发出相应的控制信号到所述报警电路(7)或/和电源开关(8)或/和变频器(9)中。
2.根据权利要求1所述的机床主轴故障智能诊断系统，其特征在于，所述DSP处理器(1)上设置有存储器(12)和无线传输模块(13)，用于实现监测数据的本地存储和远程传输。
3.根据权利要求2所述的机床主轴故障智能诊断系统，其特征在于，所述DSP处理器(1)上设置有显示器(14)。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的机床主轴故障智能诊断系统，其特征在于，所述声音采集模块(3)包括一喇叭状的拾音罩(31)，在该拾音罩(31)的顶部安装有拾音器(32)，所述拾音器(32)的输出端与滤波电路(33)的输入端连接，在滤波电路(33)的输出端还依次连接有放大电路(34)和AD采样电路(35)。
5.根据权利要求4所述的机床主轴故障智能诊断系统，其特征在于，所述拾音罩(31)罩设在机床主轴的轴承盖上。
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