[发明专利]一种用于机床主轴传动部件故障检测的智能螺栓监测系统

说明书

本发明公开了一种用于机床主轴传动部件故障检测的智能螺栓监测系统，包括：若干安装于机床主轴传动部件的各关键连接处的智能螺栓，内置用于采集振动信号的三轴加速度传感器；无线传输单元，设于智能螺栓内部并发送振动信号；信号接收单元，位于机床控制系统用于接收振动信号；数据处理单元，位于机床控制系统并计算分析振动信号；报警单元，与接收数据处理单元电连接，发出警报；机床伺服单元，其与接收数据处理单元电连接，控制相应设备的紧急停机。本发明具有以下优点和效果：本发明给机床上无处不在的螺栓赋予了感知功能，能有效的监测机床主轴传动部件工作状态，最大化的保证被加工产品的质量，提高机床运行效率，保护机器和人员安全。

技术领域

本发明涉及机械设备状态监测领域，特别涉及一种用于机床主轴传动部 件故障检测的智能螺栓监测系统。

背景技术

智能机器区别于传统机器的最大特征就是像人类一样能够对自身运行状 态进行实时监测分析，智能化的做出最优化的决策，最大化的保证产品质量， 从而提高工作效率，保护机器和人员安全。作为“工业之米”的螺栓在智能 机器上同样是必备零件，若机器的螺栓也具备监测分析能力，将为机器智能 化提供一个有效的解决方案。

机器在正常运行过程中，其振动信号是平稳的在一定范围内波动；机器 超负荷运转或工作异常时，其振动信号是异常的(振幅均值超差、周期性冲 击)；由于操作不当或是程序错误，会出现运动部件之间的撞击现象(如机床 主轴撞击工件或夹具)，其振动信号在撞击的瞬间会出现异常峰值。这些异常 状态轻则造成机器设备和加工零件的损坏，重则造成操作人员的人身伤害， 甚至引发重大生产安全事故造成重大经济和人员损失。

螺栓是机械结构中最重要的零件之一，在传统工业领域，机械零件通常 仅作为结构件存在，而在智能化时代，智能化的结构件将不仅仅只是结构件， 结构功能一体化是必然趋势。结构功能一体化是指机械零件除作为结构件使 用外，同时还具备一定的附加功能，如感知、驱动、存储、形变和自修复等。 智能化的机械需要由众多的传感器来提供信息，而无处不在的具有感知功能 的智能螺栓将是最好的选择之一。

现有的智能螺栓主要有以下五类：第一类是内置热电偶监测温度的智能 螺栓，第二类是内置压电式应变片监测预应力的智能螺栓，第三类是不同拉 力下颜色不同的监测预应力的智能螺栓，第四类是带有数字标签用于身份识 别的智能螺栓，第五类是内置光纤光栅传感器的既可监测温度也可监测预应 力的智能螺栓。以上各类监测温度与应力的智能螺栓在船舶工程、电网工程、 水利工程、桥梁建筑工程等领域的很多造价昂贵的大型工程结构和设备，如 风机、海洋平台、桥梁、输电塔、港机、船舶等领域存在较广的应用潜力。

但对于智能机器来说，振动监测是最为方便和成熟的一种故障检测方式， 应用于机器运行状态的实时监测与诊断，然而，国内外尚未见到用于监测振 动信号的智能螺栓监测系统。

本发明提出一种用于机床主轴传动部件故障检测的无线智能螺栓监测系 统，有效地监测机床主轴传动部件运行过程中的振动信号，分析判断机器所 处运行状态。在机床撞机事故发生瞬间紧急停机，减轻机床撞机事故的危害， 保护设备和人员的安全；在主轴传动系统主要零件故障发生前发出报警，提 醒维护人员及时检修，提高经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于机床主轴传动部件故障检测的智能螺栓 监测系统，其通过机床上随处可见的螺栓来监测设备状态，采用瞬间振动峰 值监测、周期性振动频率匹配以及平均振幅监测相结合的方法来确定机床是 否发生机床撞机事故、机械故障，并自动做出紧急停机、检修报警或继续运 行决策。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于机床 主轴传动部件故障检测的智能螺栓监测系统，包括：

若干安装于机床主轴传动部件的各关键连接处的智能螺栓，各所述的智 能螺栓均内置三轴加速度传感器，并用于采集振动信号；

无线传输单元，其设于对应的智能螺栓内部，并用于发送采集到的振动 信号；