刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统的制作方法

本发明涉及刀具检测技术领域，更具体地，涉及刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统。

背景技术：

刀具是机床的重要组成部分，在机床加工过程中会与工作面产生摩擦与碰撞，势必会造成截齿的严重磨损甚至失效。刀具一旦处于严重磨损或失效状态，将影响机床的切削状态，间接影响工件加工质量。因此，实现对刀具磨损程度及失效状态的实时监测与诊断，获取刀具的最佳更换时期，对提高机床运转效率、保证工件加工质量都具有十分重要的意义。目前刀具监测方法众多，有直接测量法与间接测量法。直接测量法是在非切削时间内直接测量刀具或工件的尺寸，比如探针法等。间接测量法是在切削时间内提取与刀具状态有关的间接信号，比如功率(电流)法、振动法、声发射法、红外热像法、热电偶方法等。

从金属切削原理可知，刀具磨损与温度的变化密切相关，这一因素可用于监测刀具状态。传统的温度测量采用的是热电偶方法，但在实际加工中几乎没有一种工件允许在其内部埋置热电偶，而且其热惯性大，响应慢，并不适合实时监测。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统。

本发明实施例提供刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统，包括监测模块和失效分析模块；

所述监测模块，用于实时获取刀具工作过程中刀具的纹理特征值和温度特征值；

所述失效分析模块，用于基于已训练的刀具失效模型对所述纹理特征值和温度特征值进行处理，得到刀具失效状态。

作为优选的，所述刀具失效状态包括新刀、早期磨损、严重磨损和失效。

作为优选的，所述监测模块包括红外成像仪和可见光成像仪；

所述红外成像仪用于实时获取刀具的红外热像图，并基于所述红外热像图提取刀具的刀身温度特征值和刀尖闪温特征值；

所述可见光成像仪用于实时获取刀具的可见光图像，并基于所述可见光图像提取刀具的纹理特征值。

作为优选的，所述监测模块还包括温度优化单元，所述温度优化模块用于基于所述红外热像仪的发射率、大气温度和发射温度，对所述红外热像图进行特征提取，得到刀具的刀身温度特征值和刀尖闪温特征值。

作为优选的，所述可见光成像仪具体用于基于所述可见光图像获取刀具的粗糙度、对比度、线性度和方向度：

其中，fcrs为粗糙度，fcon为对比度，flin为线性度，fdir为方向度，p代为红外热像图的直方图中的峰值，np为红外热像图的直方图中所有的峰值，对于某个峰值p，wp代表该峰值所包含的所有的离散区域，而φp是波峰的中心位置。

作为优选的，失效分析模块还用于对不同刀具失效状态的刀身温度特征值、刀尖闪温特征值和纹理特征值进行训练，得到用于预测刀具失效状态的刀具失效模型。

本发明实施例提出刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统，具有安装方便、不受加工环境影响、不影响机床的正常加工、经济性好、便于在生产中应用等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

刀具是机床的重要组成部分，在机床加工过程中会与工作面产生摩擦与碰撞，势必会造成截齿的严重磨损甚至失效。刀具一旦处于严重磨损或失效状态，将影响机床的切削状态，间接影响工件加工质量。因此，实现对刀具磨损程度及失效状态的实时监测与诊断，获取刀具的最佳更换时期，对提高机床运转效率、保证工件加工质量都具有十分重要的意义。从金属切削原理可知，刀具磨损与温度的变化密切相关，这一因素可用于监测刀具状态。传统的温度测量采用的是热电偶方法，但在实际加工中几乎没有一种工件允许在其内部埋置热电偶，而且其热惯性大，响应慢，并不适合实时监测。因此本发明实施例通过测试和提取刀具红外信号特征样本，断精度可达到80％以上，有效解决了刀具工作状态难以实时监测与诊断的技术难题，对提高刀具的工作效率以及节能降耗具有非常重要的意义。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

如图1中所示，本发明实施例提供刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统，包括监测模块10和失效分析模块20；

所述监测模块10，用于实时获取刀具工作过程中刀具的纹理特征值和温度特征值；

所述失效分析模块20，用于基于已训练的刀具失效模型对所述纹理特征值和温度特征值进行处理，得到刀具失效状态。

作为优选的，所述刀具失效状态包括新刀、早期磨损、严重磨损和失效。

作为优选的，所述监测模块10包括红外成像仪101和可见光成像仪102；

所述红外成像仪101用于实时获取刀具的红外热像图，并基于所述红外热像图提取刀具的刀身温度特征值和刀尖闪温特征值；

所述可见光成像仪102用于实时获取刀具的可见光图像，并基于所述可见光图像提取刀具的纹理特征值。

作为优选的，所述监测模块10还包括温度优化单元103，所述温度优化模块103用于基于所述红外热像仪的发射率、大气温度和发射温度，对所述红外热像图进行特征提取，得到刀具的刀身温度特征值和刀尖闪温特征值。

作为优选的，所述可见光成像仪102具体用于基于所述可见光图像获取刀具的粗糙度、对比度、线性度和方向度：

其中，fcrs为粗糙度，fcon为对比度，flin为线性度，fdir为方向度，p代为红外热像图的直方图中的峰值，np为红外热像图的直方图中所有的峰值，对于某个峰值p，wp代表该峰值所包含的所有的离散区域，而φp是波峰的中心位置。

作为优选的，失效分析模块20还用于对不同刀具失效状态的刀身温度特征值、刀尖闪温特征值和纹理特征值进行训练，得到用于预测刀具失效状态的刀具失效模型。

本发明实施例提出刀具失效过程实时检测及优化数据分析系统，具有安装方便、不受加工环境影响、不影响机床的正常加工、经济性好、便于在生产中应用等优点。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。