加工成型設備的斷刀監測方法和系統的製作方法

2024-02-21 16:19:15

專利名稱：加工成型設備的斷刀監測方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及在線加工的斷刀監控，特別是一種加工成型設備的斷刀監 測方法和系統。
背景技術：
隨著市場的要求和技術的發展，對加工成型設備的斷刀檢測提出了新
的要求。例如，對於印刷線路板(PCB)數控成型設備，由於PCB的高度集 成化，單位面積上需要成型加工的時間越來越長，加工過程中的斷刀檢測 的要求也相應提高。事後的斷刀檢測只有在取換刀時才檢測刀具是否損壞， 隨著成型路徑的複雜而使加工效率太低，同時也增加了人工成本；而已知 的在線斷刀檢測的技術有以下兩種:一是使用光纖對射或雷射反射的方式， 在主軸抬起時檢測刀具的損壞情況；二是通過檢測吸塵裝置的粉塵濃度， 加工過程中如果斷刀，粉塵濃度降低而報警。第一種方法要等到加工完正 在加工的部分，在主軸抬起刀具時才能測試刀具的損壞情況，不能立即報 警，檢測環境要求高，光源部件很容易受汙染，需要定期清洗，檢測結果 不穩定;第二種方法需要等吸塵裝置中的粉塵濃度低於設定值後才能檢測， 也是需要等一段時間後粉塵濃度低於檢測值後才能報警，也不能滿足實時 檢測的要求，且檢測結果不穩定。現有的方案都有延時而使設備的加工效 率降低。

發明內容
本發明的主要目的就是解決現有技術中的問題，是解決目前在線斷刀 檢測的延時長、效率低和成本高的缺點，提供一種實時性好、成本低和便 於使用的加工成型設備的斷刀監測方法和監測系統。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案
一種加工成型設備的斷刀監測方法，其特徵在於，包括以下步驟
1) 設定基準轉速差值；
2) 監測主軸的實時加工轉速；
3) 將主軸的空載轉速和所述實時加工轉速的速度差與所述基準轉速 差值進行比較；4)當所述空載轉速和所述實時加工轉速的速度差小於所述基準轉速 差值時，判定斷刀。
優選地，所述步驟l)包括以下子步驟
1.1) 檢測並獲取主軸的空載轉速和正常加工轉速；
1.2) 根據所述空載轉速和所述正常加工轉速的速度差確定所述基準 差值；
優選地，所述步驟1.1)中，檢測使用多種刀具分別正常加工多種板 材時的多個所述正常加工轉速，所述步驟1.2)中，取所述空載轉速和多 個所述正常加工轉速的速度差中的最小者作為所述基準轉速差值。
優選地，所述主軸具有轉速編碼器，所述步驟l. 1)中，利用高精密測 量儀檢測所述空載轉速和所述正常加工轉速，所述步驟2)中，通過採樣 所述轉速編碼器的輸出信號並根據採樣數據得出所述實時加工轉速。
優選地，所述步驟2)之後還包括將所述步驟2)和所述步驟l. 1) 的檢測結果進行精度比較，並根據比較的結果調整以下任一項或其組合 所述步驟2)中採樣的頻率、用於採樣的元器件的精度以及所述主軸的轉 速編碼器。
一種加工成型設備的斷刀監測系統，其特徵在於，包括主軸轉速檢測 模塊、基準轉速差值獲取模塊和比較判斷模塊，所述主軸轉速檢測模塊和 所述基準轉速差值獲取模塊的輸出端分別耦合到所述比較判斷模塊的輸 入端，所述主軸轉速檢測模塊用於檢測主軸的空載轉速、正常加工轉速以 及實時加工轉速，所述基準轉速差值獲取模塊用於獲取根據所述空載轉速 和所述正常加工轉速的速度差所確定的基準轉速差值，所述比較判斷模塊 用於將所述空載轉速和所述實時加工轉速的速度差與所述基準轉速差值 進行比較，並當比較結果為所述基準轉速差值較大時，判定斷刀。
優選地，還包括告警模塊，其用於在判定斷刀時給出報警信號。
優選地，所述主軸轉速檢測模塊包括
參考信號檢測單元，其用於檢測所述空載轉速和所述正常加工轉速； 實時信號監測單元，其用於監測所述實時加工轉速；
優選地，所述主軸具有轉速編碼器，所述實時信號監測單元包括採樣 電路和處理電路，所述採樣電路用於採樣所述轉速編碼器的輸出信號，所 述處理電路用於根據採樣數據計算所述實時加工轉速。
優選地，所述正常加工轉速為使用多種刀具分別正常加工多種板材時 的多個加工轉速，所述基準轉速差值為所述空載轉速和所述多個加工轉速的速度差中的最小者。
本發明有益的技術效果是
本發明根據載置刀具的主軸的空載轉速和正常加工轉速的速度差確 定基準轉速差值，在加工過程中監測實時加工轉速，判斷實時加工轉速和 空載轉速的速度差是否小於基準轉速差值，如果是小於則判定斷刀，這樣， 本發明利用加工過程中主軸轉速的變化，實現了加工成型設備在加工過程 中斷刀情況的實時檢測，克服了目前在線斷刀檢測的延時和不確定性，提 高了加工成型的準確性和可靠性，進而提高了加工效率並有效減少了成本。 由於節省了粉塵傳感器或雷射傳感器等檢測元器件，也使設備成本得以降 低，從而提高了產品質量性能和競爭力。
採用主軸自帶轉速編碼器的加工成型設備，實時加工轉速通過採樣主 軸的轉速編碼器來獲取，可以進一步大量節約成本。


圖1為本發明加工成型設備的斷刀監測方法一種實施例的流程圖2為本發明一種實施例所應用的PCB數控成型機示意圖3為一種加工條件下正常加工轉速相對於空載轉速的減速情況示意
圖4為同種加工條件下發生斷刀時的實時加工轉速相對於空載轉速的 減速情況示意圖5為本發明加工成型設備的斷刀監測系統一種實施例的結構框圖； 圖6為斷刀監測系統一種具體的實例示意本發明的特徵及優點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
具體實施例方式
本發明的斷刀監測方法以能量守恆定律為理論基礎。加工成型設備裝 載刀具的主軸在空載時運行的轉速較高，而在加工過程中則有明顯的降低， 即負載轉速與空載轉速之間存在一個轉速降，即有一個差值，但是，斷刀 情形下的轉速差與刀具正常加工情形下的轉速差相比更小，這樣，就可參 考正常加工轉速與空載轉速的轉速差，預先給出一個設定值，在實際加工 過程中，根據加工轉速與空載轉速值是否小於這個設定值(在上下文中稱 為基準轉速差值)來判定是否發生了斷刀情況。
請參考圖1和圖2，以對機械式四軸PCB數控成型設備的斷刀監測為 例，斷刀監測方法包括以下步驟
步驟1)檢測並獲取第一至第四主軸1、 2、 3、 4的空載轉速和正常加工轉速。
優選的實施例中，使用高精度測量儀器，且在採用多種刀具、板材和 不同加工參數的情況下測試出各種情況下的正常加工轉速，例如，檢測使 用多種刀具分別正常加工多種板材時的多個正常加工轉速。
步驟2)獲取各種加工情況下正常加工轉速與空載轉速的速度差，並 參考主軸轉速波動值，確定出基準轉速差值。
優選的實施例中，取空載轉速和多個正常加工轉速的速度差中的最小
者作為基準轉速差值。請參考圖3，圖中展示了正常加工時的主軸轉速降 低現象，主軸的空載轉速是53106轉/分，而一種加工條件下的負載轉速是 52096轉/分，相減得到一個速度差為990轉/分。同樣的方式獲得其他加 工條件下的速度差。
步驟3)加工過程中監測主軸的實時加工轉速。
優選的實施例中，採用主軸自帶轉速編碼器的加工成型設備，選用合 適的採樣元器件和精確的濾波電路組成實際使用的數據採集板卡，通過數 據採集板卡採樣主軸的轉速編碼器的輸出信號並根據採樣數據計算出實時 加工轉速。
步驟4)將空載轉速和實時加工轉速的速度差與基準轉速差值進行比較。
步驟5)當空載轉速和實時加工轉速的速度差小於基準轉速差值時， 判定斷刀事件發生。
請參考圖4，與圖3所對應的加工條件相同，設備啟動後，主軸的加 工轉速先大幅降低，但在加工的過程中出現了加工轉速上升，變得與空載 轉速相差很小的情況，轉速差值小於基準轉速差值，從而可以判定斷刀。
優選的實施例中，步驟3)之後還包括將步驟3)中的在線檢測結 果與步驟l)利用高精度測量儀器測得的精確數據進行比較，判斷步驟3) 的檢測精度是否達到要求，並根據此調整步驟3)中對主軸轉速信號採樣 的頻率以及用於採樣的元器件的精度。如果轉速測試精度不能達到要求， 則需要優化編碼器和採樣元器件，也可再進一步試驗標定出更加精確的基 準轉速差值，從而優化電氣設計，提高檢測的準確性和穩定性。
步驟6)在判定斷刀事件發生時進行告警。
優選的實施例中，數據採集板卡給出報警信號，上位機軟體識別並報 警。在實際加工過程中，沒有誤報警情況則說明步驟3)中的檢測部件的配置比較合理。
儘管在一些較優的實施例中，斷刀監測方法包括以下的步驟來得到基 準轉速差值檢測並獲取主軸的空載轉速和正常加工轉速；根據空載轉速 和正常加工轉速的速度差確定基準轉速差值，但是在另一些實施例中，也 可以不包含此種步驟，例如，基準轉速差值可利用主軸的標稱參數及實際 運行的經驗參數來事先給定。
圖5展示了本發明的斷刀監測系統一種實施例的結構。斷刀監測系統 包括主軸轉速檢測模塊、基準轉速差值獲取模塊、比較判斷模塊以及告警 模塊。主軸轉速檢測模塊和基準轉速差值獲取模塊的輸出端分別耦合到比 較判斷模塊的輸入端，比較判斷模塊的輸出端耦合到告警模塊的輸入端。 其中，主軸轉速檢測模塊又包括參考信號檢測單元和實時信號監測單元， 參考信號檢測單元用於檢測主軸的空載轉速和正常加工轉速，實時信號監 測單元用於在線監測主軸的實時加工轉速；基準轉速差值獲取模塊用於獲 取根據空載轉速和正常加工轉速的速度差所確定的基準轉速差值；比較判 斷模塊用於將空載轉速和實時加工轉速的速度差與基準轉速差值進行比 較，並當比較結果為基準轉速差值較大時，判定斷刀；告警模塊用於在判 定斷刀時給出報警信號。
優選的實施例中，主軸具有轉速編碼器，參考信號檢測單元為高精密 測量儀，實時信號監測單元包括採樣電路和處理電路，所述採樣電路用於 採樣所述轉速編碼器的輸出信號，所述處理電路用於根據採樣數據計算所 述實時加工轉速。
圖6展示了上述斷刀監測系統一種具體的實例。其中，實時信號監測 單元包括由四路放大器及濾波器、計數IC構成的採樣電路，即數據採集 板卡，以及作為處理電路的MCU (微控制單元)，MCU通過RS232總線連接 到上位機。工作時，四根主軸轉速編碼器的輸出信號分別經四路放大器及 濾波器處理，由計數IC採樣，所得數據由MCU處理，算出實時加工轉速。 同時，MCU還根據基準轉速差值獲取模塊給出的基準轉速差值，將空載轉 速和實時加工轉速的速度差與基準轉速差值進行比較，當比較結果為基準 轉速差值較大時，MCU發出斷刀判定信號至上位機，上位機程序作出響應， 停機並發出斷刀報警信號。
本發明利用加工過程中主軸轉速的變化，實現了加工成型設備在加工 過程中斷刀情況的實時檢測，克服了目前在線斷刀檢測的延時和不確定 性，提高了加工成型的準確性和可靠性，進而提高了加工效率並有效減小了成本。由於節省了現有檢測方案所需的粉塵傳感器或雷射傳感器等檢測 元器件，也使設備成本得以降低，從而提高了產品質量性能和競爭力。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 幹簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1. 一種加工成型設備的斷刀監測方法，其特徵在於，包括以下步驟1)設定基準轉速差值；2)監測主軸的實時加工轉速；3)將主軸的空載轉速和所述實時加工轉速的速度差與所述基準轉速差值進行比較；4)當所述空載轉速和所述實時加工轉速的速度差小於所述基準轉速差值時，判定斷刀。
2. —種加工成型設備的斷刀監測方法，其特徵在於，所述步驟1) 包括以下子步驟1.1)檢測並獲取主軸的空載轉速和正常加工轉速；1. 2)根據所述空載轉速和所述正常加工轉速的速度差確定所述基準差值。
3. 如權利要求2所述的加工成型設備的斷刀監測方法，其特徵在於， 所述步驟1.1)中，檢測使用多種刀具分別正常加工多種板材時的多個所 述正常加工轉速，所述步驟1.2)中，取所述空載轉速和多個所述正常加 工轉速的速度差中的最小者作為所述基準轉速差值。
4. 如權利要求2或3所述的加工成型設備的斷刀監測方法，其特徵 在於，所述主軸具有轉速編碼器，所述步驟l. 1)中，利用高精密測量儀檢 測所述空載轉速和所述正常加工轉速，所述步驟2)中，通過採樣所述轉 速編碼器的輸出信號並根據採樣數據得出所述實時加工轉速。
5. 如權利要求4所述的加工成型設備的斷刀監測方法，其特徵在於， 所述步驟2)之後還包括將所述步驟2)和所述步驟1. 1)的檢測結果進 行精度比較，並根據比較的結果調整以下任一項或其組合所述步驟2) 中採樣的頻率、用於採樣的元器件的精度以及所述主軸的轉速編碼器。
6. —種加工成型設備的斷刀監測系統，其特徵在於,包括主軸轉速 檢測模塊、基準轉速差值獲取模塊和比較判斷模塊，所述主軸轉速檢測模 塊和所述基準轉速差值獲取模塊的輸出端分別耦合到所述比較判斷模塊 的輸入端，所述主軸轉速檢測模塊用於檢測主軸的空載轉速、正常加工轉 速以及實時加工轉速，所述基準轉速差值獲取模塊用於獲取根據所述空載轉速和所述正常加工轉速的速度差所確定的基準轉速差值，所述比較判斷 模塊用於將所述空載轉速和所述實時加工轉速的速度差與所述基準轉速 差值進行比較，並當比較結果為所述基準轉速差值較大時，判定斷刀。
7. 如權利要求6所述的加工成型設備的斷刀監測系統，其特徵在於，還包括告警模塊，其用於在判定斷刀時給出報警信號。
8. 如權利要求6所述的加工成型設備的斷刀監測系統，其特徵在於，所述主軸轉速檢測模塊包括參考信號檢測單元，其用於檢測所述空載轉速和所述正常加工轉速； 實時信號監測單元，其用於監測所述實時加工轉速。
9. 如權利要求8所述的加工成型設備的斷刀監測系統，其特徵在於， 所述主軸具有轉速編碼器，所述實時信號監測單元包括採樣電路和處理電 路，所述採樣電路用於採樣所述轉速編碼器的輸出信號，所述處理電路用 於根據採樣數據計算所述實時加工轉速。
10. 如權利要求6至9任一項所述的加工成型設備的斷刀監測系統， 其特徵在於，所述正常加工轉速為使用多種刀具分別正常加工多種板材時 的多個加工轉速，所述基準轉速差值為所述空載轉速和所述多個加工轉速 的速度差中的最小者。
全文摘要
本發明公開了一種加工成型設備的斷刀監測方法，包括1)設定基準轉速差值；2)監測主軸的實時加工轉速；3)將空載轉速和實時加工轉速的速度差與基準轉速差值進行比較；4)當空載轉速和實時加工轉速的速度差小於基準轉速差值時，判定斷刀。本發明還公開了一種用以實施該斷刀監測方法的斷刀監測系統。本發明斷刀監測方法及系統，解決了以往在線斷刀檢測的延時長、效率低和成本高的缺點，其實時性好、成本低和便於使用。
文檔編號B23Q17/09GK101508035SQ20081021787
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者楊彩寧, 楊立偉, 群 雷, 高雲峰, 劍 龍 申請人:深圳市大族雷射科技股份有限公司;深圳市大族數控科技有限公司