一种数控机床铣刀磨损状态信号监测方法与流程

技术特征：
1.一种数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，包括如下步骤：工件与数控机床的工作台（1）之间安装有三分量测力仪（2），所述三分量测力仪（2）以电压的形式测量空间中三个方向上的切削力，工件上安装有3个压电式加速度传感器（3）用于测量振动信号，工作台（1）的外侧布置有噪声传感器（4），所述三分量测力仪（2）的电压信号、压电式加速度传感器（3）的电压信号、噪声传感器（4）的声压信号被采集到上位机（5）中；铣刀（7）位于工件上方，所述铣刀（7）通过定位夹具（6）安装在数控机床的主轴（8）上以来进行x、y、z轴三个方向自由移动；在铣刀（7）的外侧布置有设置有视觉检测装置（9），所述视觉检测装置（9）通过夹具进行固定，所述视觉检测装置（9）包括光源（91）、ccd摄像机（92）、镜头（93）、图像采集卡（94）， 铣刀（7）的外侧设置在光源（91），所述ccd摄像机（92）位于铣刀（7）与光源（91）之间，所述ccd摄像机（92）上安装有镜头（93）并且朝向铣刀（7），所述ccd摄像机（92）与图像采集卡（94）连接，所述图像采集卡（94）采用 ieee1394连接上位机（5）以来传输铣刀图像；所述上位机（5）得到的三分量测力仪（2）的电压信号、压电式加速度传感器（3）的电压信号、噪声传感器（4）的电压信号，经核主元分析筛选后，通过bpnn 的网络模型实现对铣刀（7）磨损状态的信号识别；所述上位机（5）得到的铣刀图像先经过图像处理，然后上位机（5）采用机器视觉软件对图像处理后的铣刀图像磨损区域进行提取，最后对铣刀磨损量进行量化以确定铣刀的磨损状态，实现刀具的磨损监测。2.根据权利要求1所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，所述步骤（1）中的定位夹具（6）包括夹紧机构（61）、环形固定底座（62）、外壳（63）、转动底板（64），所述夹紧机构（61）安装于环形固定底座（62）上，所述夹紧机构（61）用于对铣刀（7）的刀柄进行夹紧和张开；所述环形固定底座（62）用于对铣刀（7）进行支撑并且环形固定底座（62）与主轴（8）固定连接；所述转动底板（64）设于环形固定底座（62）的内圆内或设于环形固定底座（62）的上表面，所述外壳（63）扣设于转动底板（64）上，所述外壳（63）与转动底板（64）通过连杆（65）固定连接；所述外壳（63）与转动底板（64）之间设置夹紧机构（61）；所述外壳（63）中部设有与夹紧机构（61）的夹持口相通的通孔，所述通孔的内侧供夹紧机构（61）夹紧铣刀（7）的刀柄。3.根据权利要求2所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，所述夹紧机构（61）包括下固定块（611）、至少三个夹紧偏心轮（612）、上固定块（613）；所述下固定块（611）的底部与环形固定底座（62）固定连接，所述下固定块（611）的顶部设有凹槽；所述夹紧偏心轮（612）包括支撑柱（6121）、滑动柱（6122）和偏心轮（6123），所述支撑柱（6121）的底端与转动底板（64）固定连接，所述偏心轮（6123）的偏心套接于支撑柱（6121）上，所述偏心轮（6123）的轮边与滑动柱（6122）固定连接，所述滑动柱（6122）可滑动地设于所述凹槽中；所述上固定块（613）与下固定块（611）连接，所述上固定块（613）下表面设置的凹槽与下固定块（611）顶部的凹槽相对设置。4.根据权利要求3所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，所述环形固定底座（62）上设置有与连杆（65）数量相同的定位销（621），每一所述定位销（621）与对应的连杆（65）之间通过一弹簧（622）连接，所述弹簧（622）用于张开后利用形变后的弹力驱动所述夹紧机构（61）恢复至夹紧状态；所述外壳（63）上设置有转动杆（631），通过转动转动杆（631），带动外壳（63）和转动底板（64）转动，实现夹紧机构（61）的夹紧与张开。
5.根据权利要求1所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，所述步骤（2）中的ccd摄像机（92）采用高分辨率工业数字 ccd 摄像机，所述镜头（93）采用双远心机器视觉镜头。6.根据权利要求1所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，所述步骤（3）中的bpnn 的网络模型，结构设计的步骤如下：输入层设计： 输入层节点数等于经核主元分析筛选后三分量测力仪（2）的电压信号、压电式加速度传感器（3）的电压信号、噪声传感器（4）的电压信号的特征个数；输出层设计：输出层节点数为铣刀（7）初期、正常和急剧磨损的 3 种状态，输出层节点数为 3；隐含层设计：隐含层节点数表示为 k = (a b) / 2 c, c∈ [1, 10]。7.根据权利要求1所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，所述步骤（3）中的图像处理，包括如下步骤：（1）直方图均衡化：上位机（5）通过图像采集卡（94）得到ccd摄像机（92）拍照采集的铣刀图像的直方图，计算新的灰度级，然后修正为合理的灰度级，计算出该采集的图像的新直方图，生成新的图像；（2）图像去噪：对上述图像进行均值滤波处理，使用权值系数， 将上述图像待处理像素点的领域点进行加权平均计算，将得到的计算结果赋予该点，直至将图像中的每一个像素点都处理完毕；（3）阈值分割：对上述图像采用双峰法进行阈值分割；（4）图像边缘提取：对上述图像采用canny 算子进行图像边缘提取检测，然后采用膨胀与腐蚀的综合运算， 使上述图像的边缘信息更加清晰。8.根据权利要求1所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，其特征在于，所述步骤（3）中的铣刀图像磨损区域进行提取，对图像处理后的图像使用形态学重构求取极值点得到极值点图， 其中，背景区域和铣刀未磨损区域都属于局部极值点，各区域边界不属于局部极值点，最终通过形态学变换将铣刀磨损区域的边界提取出来。

技术总结
一种数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，包括如下步骤：工件与数控机床的工作台之间安装有三分量测力仪，所述三分量测力仪以电压的形式测量空间中三个方向上的切削力，工件上安装有3个压电式加速度传感器用于测量振动信号，工作台的外侧布置有噪声传感器，所述三分量测力仪的电压信号、压电式加速度传感器的电压信号、噪声传感器的声压信号被采集到上位机中；铣刀位于工件上方，所述铣刀通过定位夹具安装在数控机床的主轴上以来进行X、Y、Z轴三个方向自由移动。本发明所述的数控机床铣刀磨损状态信号监测方法，方法设计合理，将间接监测与直接监测相结合，避免了单一监测方法导致的容易受到噪音干扰、监测数据大、监测准确率低的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：陈茂隆
受保护的技术使用者：豪丰茂五金制品（太仓）有限公司
技术研发日：2021.08.05
技术公布日：2021/11/4