[发明专利]一种智能机床状态监测装置及其状态监测方法

说明书

本发明公开了一种智能机床状态监测装置及其状态监测方法，涉及机床主轴的运转监测技术领域。该装置包括检测机床主轴电机电流信号的电流传感器；检测机床主轴振动信号的三轴振动传感器；数据采集模块，包括高速数据输入接口、LCD屏、通讯接口和电源部分，数据采集模块对信号进行处理并做出状态判断。针对机床强电磁和环境干扰的影响，该装置能够结合电流信号对振动信号进行降噪处理，并且对降噪处理后的数据进行实时的数据融合处理、特征提取、故障诊断、状态信息显示和故障报警。本发明通过对机床主轴相关的电流和振动的实时监控，可快速完成机床状态诊断，具有实时性强、便携、良好的环境适应性，可显著提高机床状态监测的实时性和准确性。

技术领域

本发明涉及机床主轴的运转监测技术领域，尤其涉及一种智能机床状态监测装置及其状态监测方法。

背景技术

随着技术的发展，对产品质量的要求越来越高，机床也在向高速和高精度发展。而机床的磨损和意外故障会导致加工精度降低和停机，最终影响到机床的加工效率和寿命。为了保证机床的加工精度和可靠性，需要对机床的关键部件进行监控，并依据监控信息分析机床的状态。目前已有很多基于机床温度、振动、电流等参数的监控系统，主要是通过把数据发送到上位机或云端进行处理，在现场只是完成对数据的采集。但是因为机床的高速性，数据采集的频率非常高，数据量非常大。为了传输这些数据，需要较大的带宽。而大量的数据传输到云端或上位机，需要较大的存储空间，这增加了系统搭建的成本和维护成本。同时机床故障发展迅速，因此对监控系统的实时性要求很高，诊断结果延迟一定的时间将使所得到的结果失去意义，而采集数据的传输必然导致一定的延时，给机床系统的状态监控带来不利影响。另一方面，机床是一个机、电、液、气等协同工作的复杂系统，现场具有温度高、电磁干扰强等特点。因此，如何在强电磁和环境干扰下有效地采集到真实信号是一大挑战。而故障，尤其是早期故障，其信号的强度非常弱，容易被湮没在噪声信号中。因此，需要采取措施消除各种噪声对信号的影响。传统的数据采集模块对采集的数据主要采用低通滤波器或抗混叠的低通滤波器，所有的数据需要在上位机进行额外处理。而数据传输过程中的延迟，导致信号同步会出现问题，给信号的深度降噪和融合带来困难。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提出一种智能机床状态监测装置及其状态监测方法，该装置能够实时监测机床主轴电机的电流信号并进行特征提取，并且同时监测机床主轴的振动信号，并对振动信号进行降噪和融合，提高故障诊断的准确率。

为了实现上述目的，本发明采用以下方案，

一种智能机床状态监测装置，所述监测装置包括：

电流传感器，为通孔结构，安装于机床主轴电机电源输入的任意一相电源线上，用于检测机床主轴电机电流信号；

三轴振动传感器，为表面安装部件，安装于机床主轴轴承的正上方中间位置，用于检测机床主轴三个方向的振动信号；

数据采集模块，包括高速数据输入接口、LCD屏、通讯接口和电源部分；

所述高速数据输入接口为四通道的模拟量输入接口，用以采集机床主轴电机电流信号和机床主轴三个方向的振动信号；

所述数据采集模块内部通过采集到的机床主轴电机电流信号对采集到的机床主轴三个方向的振动信号进行降噪处理和数据融合处理，并且数据采集模块内部对采集的信号进行特征提取、状态监控和故障报警；

所述LCD屏用以显示机床主轴的状态和报警信息；

所述通讯接口包括以太网有线接口和USB接口，用以和上位机进行通讯；所述电源部分为数据采集模块提供工作电源。

进一步地，所述模拟量输入接口采用BNC接口，且所述数据采集模块内部设置的高速AD芯片完成模拟量的采集。