机床主轴电机功率实时监测系统及方法与流程

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种机床主轴电机功率实时监测系统及方法。

背景技术

对机械加工过程中机床各种状态信号进行监测，是保障机床稳定、可靠运行的重要手段。机床主轴电机功率信号包含丰富的加工状态信息，例如刀具与工件的接触时间、加工过程功率波动、刀具磨损、断刀等。同时，机床加工过程主轴电机功率信号容易测量，不会对加工过程产生干扰，因此，主轴电机功率监测在机械加工过程中应用广泛。

然而，相关技术中往往只能采集低频率的加工过程主轴电机功率信号，低频率主轴电机功率信号包含的加工过程状态信息有限。为了使采集的功率信号包含更多、更准确的加工状态信息，所获取的功率信号要求达到250khz及以上。因此，亟需开发一种机床主轴电机功率实时监测系统，以实现高精度、高频率(可达250khz及以上)机床加工过程主轴电机功率信号采集。

技术实现要素：

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现作出的：

应用于机械加工过程的机床主轴电机功率监测设备一般只能采集低频率的加工过程主轴电机功率信号。而高频率、高精度的机床加工过程主轴电机功率信号意味着包含更多、更准确的加工状态信息。为了使采集的功率信号包含更多、更准确的加工状态信息，所获取的功率信号要求达到250khz及以上。高频率的机床主轴电机功率信号与加工零件的面形精度之间具有密切关联，通过对高频率主轴电机功率信号分析，有助于提高加工质量和零件表面缺陷诊断。综上所述，开发一种实时采集高频率、高精度的机床主轴电机功率信号监测系统，对机械加工领域具有重要意义。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种机床主轴电机功率实时监测系统，该系统有效提高监测的适用性和实时性，简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种机床主轴电机功率实时监测方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种机床主轴电机功率实时监测系统，包括：设置于机床主轴电机供电导线上的多个电流传感器，以测量所述机床主轴电机供电导线的当前电流；设置于所述机床主轴电机供电导线上的多个电压传感器，以测量所述机床主轴电机供电导线的当前电压；监测装置，所述监测装置分别与所述多个电流传感器和所述多个电压传感器相连，所述监测装置用于存储所述当前电流和所述当前电压，并根据所述当前电流和所述当前电压获取所述机床主轴电机的当前功率。

本发明实施例的机床主轴电机功率实时监测系统，通过实时的测量机床主轴电机的电流和电压得到机床主轴电机的实时功率，实现高频率、高精度的机床加工过程主轴电机功率信号的采集，从而有效提高监测的适用性和实时性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的机床主轴电机功率实时监测系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个电流传感器包括第一至第三电流传感器，且所述第一至第三电流传感器与所述机床主轴电机供电导线一一对应设置，所述多个电压传感器包括第一至第三电压传感器，且所述多个电压传感器分别用于测量为机床主轴电机供电的每两根导线间的电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：数据采集装置，所述数据采集装置分别与所述多个电流传感器、所述多个电压传感器和所述监测装置相连，以接收所述多个电流传感器和所述多个电压传感器发送的所述当前电流和所述当前电压，并发送所述当前电流和所述当前电压至所述监测装置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：供电模块，所述供电模块分别与所述多个电流传感器和所述多个电压传感器相连，以为所述多个电流传感器和所述多个电压传感器供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述数据采集装置的采样频率可达250khz及以上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述监测装置还用于显示所述当前电流、所述当前电压和所述机床主轴电机的当前功率。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种机床主轴电机功率实时监测方法，包括以下步骤：测量机床主轴电机供电导线的当前电流；测量为所述机床主轴电机供电的每两根导线间的当前电压；存储所述当前电流和所述当前电压，并根据所述当前电流和所述当前电压获取所述机床主轴电机的当前功率。

本发明实施例的机床主轴电机功率实时监测方法，通过实时的测量机床主轴电机的电流和电压得到机床主轴电机的实时功率，实现高频率、高精度的机床加工过程主轴电机功率信号的采集，从而有效提高监测的适用性和实时性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的机床主轴电机功率实时监测方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：采集所述当前电流和所述当前电压，其中，采样频率可达250khz及以上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，显示所述当前电流、所述当前电压和所述机床主轴电机的当前功率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的机床主轴电机功率实时监测系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个具体实施例的机床主轴电机功率实时监测系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的机床主轴电机功率实时监测方法的流程图。

附图标记说明：

机床主轴电机功率实时监测系统10、多个电流传感器100、多个电压传感器200和监测装置300、驱动器1、机床主轴电机2、电流测量模块3、电流传感器31-33、供电模块4，电压测量模块5、电压传感器51-53、数据采集模块6和数据处理模块7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的机床主轴电机功率实时监测系统及方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的机床主轴电机功率实时监测系统。

图1是本发明一个实施例的机床主轴电机功率实时监测系统的结构示意图。

如图1所示，该机床主轴电机功率实时监测系统10包括：多个电流传感器100、多个电压传感器200和监测装置300。

其中，多个电流传感器100设置于机床主轴电机供电导线上，以测量机床主轴电机供电导线的当前电流。多个电压传感器200设置于机床主轴电机供电导线上，以测量机床主轴电机供电导线的当前电压。监测装置300分别与多个电流传感器100和多个电压传感器200相连，监测装置300用于存储当前电流和当前电压，并根据当前电流和当前电压获取机床主轴电机的当前功率。本发明实施例的系统10通过实时的测量机床主轴电机的电流和电压得到机床主轴电机的实时功率，实现高频率、高精度的机床加工过程主轴电机功率信号的采集，从而有效提高监测的适用性和实时性，简单易实现。

可以理解的是，多个电流传感器100可以集成在电流测量模块中，分别用于测量为机床主轴电机供电的每根导线中的电流，也可以直接通过多个电流传感器100测量机床主轴电机供电导线的当前电流，本领域技术人员可以根据实际使用需求进行设置，在此不做具体限制。同样地，多个电压传感器200可以集成在电压测量模块中，分别用于测量为机床主轴电机供电的每两根导线间的电压，也可以直接通过多个电压传感器200测量机床主轴电机供电导线的当前电压，本领域技术人员可以根据实际使用需求进行设置，在此不做具体限制。监测装置300可以为数据处理模块，数据处理模块分别与多个电流传感器100和多个电压传感器200相连，当然，数据处理模块也可以与电流测量模块和电压测量模块相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个电流传感器100可以包括第一至第三电流传感器，且第一至第三电流传感器与机床主轴电机供电导线一一对应设置，多个电压传感器200可以包括第一至第三电压传感器，且多个电压传感器200分别用于测量为机床主轴电机供电的每两根导线间的电压。

需要说明的是，多个电流传感器100在测量线路中的电流时，需要将导线穿过电流传感器。多个电压传感器200测量电压时，直接连接在为主轴电机供电的导线上。三个电压传感器分别用于测量为机床主轴电机供电的每两根导线间的电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的系统10还包括：数据采集装置。其中，数据采集装置分别与多个电流传感器100、多个电压传感器200和监测装置300相连，以接收多个电流传感器100和多个电压传感器200发送的当前电流和当前电压，并发送当前电流和当前电压至监测装置300。

进一步地，在本发明的一个实施例中，监测装置还用于显示当前电流、当前电压和机床主轴电机的当前功率。

举例而言，数据采集装置可以为数据采集模块，可以与三个电流传感器和三个电压传感器的输出端相连，用于采集三个电流传感器和三个电压传感器输出的信号，监测装置300可以为数据处理模块，数据处理模块与数据采集模块的输出端相连，用于接收数据采集模块采集到的三个电流信号和三个电压信号，并利用接收到的三个电流信号和三个电压信号实时计算机床主轴电机功率，数据处理模块可以实时存储并显示接收到的三个电流信号、三个电压信号和计算得到的机床主轴电机实时功率信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，数据采集装置的采样频率可达250khz及以上。

也就是说，在采集高频率、高精度的机床主轴电机功率信号时，数据采集装置的采样频率可达250khz及以上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：供电模块。其中，供电模块分别与多个电流传感器100和多个电压传感器200相连，以为多个电流传感器和多个电压传感器供电。

举例而言，供电模块与三个电流传感器和三个电压传感器相连，为三个电流传感器和三个电压传感器供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：驱动器。其中，驱动器与机床主轴电机相连，以为机床主轴电机供电。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，多个电流传感器100集成在电流测量模块中，多个电压传感器集成在电压测量模块中，监测装置300以数据处理模块为例，数据采集装置以数据采集模块为例，本发明实施例的系统10包括：电流测量模块3、供电模块4，电压测量模块5、数据采集模块6和数据处理模块7。

主轴电机2与驱动器1相连，由驱动器1供电。

电流测量模块3包括电流传感器31、电流传感器32和电流传感器33。电流传感器31、电流传感器32和电流传感器33用于测量机床主轴电机2电流。电流传感器31、电流传感器32和电流传感器33测量机床主轴电机2的电流时的安装方式如附图中所示，导线穿过电流传感器31、电流传感器32和电流传感器33。

电压测量模块5包括电压传感器53、电压传感器52和电压传感器51。电压传感器53、电压传感器52和电压传感器51测量机床主轴电机2的电压时的安装方式如附图中所示，电压传感器53、电压传感器52和电压传感器51直接连接在为主轴电机2供电的导线上。电压传感器53、电压传感器52和电压传感器51分别测量为主轴电机2供电的每两根导线间的电压。

供电模块4与电压传感器53、电压传感器52、电压传感器51、电流传感器31、电流传感器32和电流传感器33相连，为电压传感器53、电压传感器52、电压传感器51、电流传感器31、电流传感器32和电流传感器33供电。

数据采集模块6与电压传感器53、电压传感器52、电压传感器51、电流传感器31、电流传感器32和电流传感器33的输出端相连，用于采集电压传感器53、电压传感器52、电压传感器51输出的电压信号和电流传感器31、电流传感器32、电流传感器33输出的电流信号。数据采集模块6的采样频率可达250khz及以上。

数据处理模块7与数据采集模块6的输出端相连，用于接收数据采集模块6采集到的三个电流信号和三个电压信号，并利用接收到的三个电流信号和三个电压信号实时计算机床主轴电机2的功率，数据处理模块7可以实时存储并显示接收到的三个电流信号、三个电压信号和计算得到的机床主轴电机2的实时功率信号。

根据本发明实施例提出的机床主轴电机功率实时监测系统，通过实时的测量机床主轴电机的电流和电压得到机床主轴电机的实时功率，实现高频率、高精度的机床加工过程主轴电机功率信号的采集，从而有效提高监测的适用性和实时性，简单易实现。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的机床主轴电机功率实时监测方法。

图3是本发明一个实施例的机床主轴电机功率实时监测方法的流程图。

如图3所示，该机床主轴电机功率实时监测方法包括以下步骤：

在步骤s301中，测量机床主轴电机供电导线的当前电流。

在步骤s302中，测量为机床主轴电机供电的每两根导线间的当前电压。

在步骤s303中，存储当前电流和当前电压，并根据当前电流和当前电压获取机床主轴电机的当前功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：采集当前电流和当前电压，其中，采样频率可达250khz及以上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，显示当前电流、当前电压和机床主轴电机的当前功率。

需要说明的是，前述对机床主轴电机功率实时监测系统实施例的解释说明也适用于该实施例的机床主轴电机功率实时监测方法，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的机床主轴电机功率实时监测方法，通过实时的测量机床主轴电机的电流和电压得到机床主轴电机的实时功率，实现高频率、高精度的机床加工过程主轴电机功率信号的采集，从而有效提高监测的适用性和实时性，简单易实现。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。