一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法及系统与流程

1.本技术涉及导轨检测的技术领域，尤其是涉及一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法及系统。


背景技术：

2.在五轴加工中心中，机床的经典结构一般包括：床身+直线导轨+工作台。直线导轨由于长期使用，在滑动面上会产生一定的磨损以及其他故障，若不及时采取措施，则会对加工的零件造成不良影响。
3.现有技术中，直线导轨面上的故障可以通过以下方式进行判定：1.通过观察导轨面的外观情况；2.通过专业人员拆机检查；3.通过加工零件不合格的情况，来筛选判定导轨故障。
4.然而，上述第一种方式由人为视觉和触觉判定，但导轨的故障表现微小，例如磨损，存在较大的误判可能性；第二种方式需要邀请专家到场，且需要停机检测，若导轨状态正常，则浪费了人力和物力资源，得不偿失；第三种方式存在较大的不确定性，零件加工不合格可能由多方面原因导致，故难以筛选判定导轨故障。
5.基于上述原因，现有技术不能对导轨的磨损情况进行科学地、准确地检测和分析，不利于管理人员对导轨的管理工作。


技术实现要素：

6.为了对导轨的故障情况进行较为科学和准确的检测，本技术提供一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法及系统。
7.第一方面，本技术提供一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法，采用如下的技术方案：一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法，包括：获取导轨和预设的距离检测装置之间的实际距离信息；基于所述实际距离信息对所述导轨进行相似度分析，获取相似度分析结果；基于所述相似度分析结果和预设的磨损距离阈值对所述实际距离信息进行磨损分析，获取磨损分析结果。
8.通过采用上述技术方案，根据实际距离信息对导轨进行相似度分析，判断两个导轨之间的相似度，对导轨的相关性进行分析，减少了导轨受到损坏的可能性；通过实际距离信息和磨损距离阈值对导轨的磨损情况进行分析，当导轨出现磨损的时候能够及时发现，从而对导轨的故障情况进行较为科学和准确地检测。
9.可选的，所述距离检测装置固定安装在滑块上，所述滑块与所述导轨滑动配合，所述导轨包括第一导轨和第二导轨，所述滑块包括第一滑块和第二滑块，所述获取导轨和预设的距离检测装置之间的实际距离信息包括：
获取预设的检测点；当所述第一滑块在所述第一导轨上滑动时，基于预设的距离检测装置以及预设的采集时间在所述检测点处获取所述第一导轨和所述距离检测装置之间的第一实际距离信息；当所述第二滑块在所述第二导轨上滑动时，基于所述距离检测装置和所述采集时间在所述检测点处获取第二导轨和所述距离检测装置之间的第二实际距离信息。
10.通过采用上述技术方案，设置采集样本，在减少数据量的同时，对导轨进行全面的检测。
11.可选的，所述基于所述实际距离信息对所述导轨进行相似度分析，获取相似度分析结果包括：基于所述第一实际距离信息获取第一距离函数，基于所述第二实际距离信息获取第二距离函数；对所述第一距离函数和所述第二距离函数进行相似度分析，获取相关系数；若所述相关系数为0，则确定所述第一距离函数和所述第二距离函数不满足相似度要求，生成报警信号；若所述相关系数为1，则确定所述第一距离函数和所述第二距离函数满足相似度要求。
12.通过采用上述技术方案，根据对第一距离函数和第二距离函数的分析来确定第一导轨和第二导轨的相关性，减少了导轨在使用时损坏的可能性。
13.可选的，所述对所述第一距离函数和所述第二距离函数进行相似度分析，获取相关系数包括：基于误差能量函数对所述第一距离函数和所述第二距离函数进行分析，获取误差能量值；基于时域积分算法和所述误差能量值对所述第一距离函数和所述第二距离函数进行分析，得到相关系数。
14.可选的，所述基于所述相似度分析结果和预设的磨损距离阈值对所述实际距离信息进行磨损分析，获取磨损分析结果包括：当所述第一距离函数和所述第二距离函数满足相似度要求时，根据所述实际距离信息获取所述检测点处的距离变化值；判断预设比例的所述检测点处的所述距离变化值是否大于等于预设的磨损距离阈值；若大于等于，则确定所述导轨达到维护要求，生成报警信号；若小于，则确定所述导轨未达到维护要求。
15.通过采用上述技术方案，当导轨发生磨损时，能够及时反应，并通过报警信号来提醒工作人员及时处理。
16.可选的，还包括：基于预设的距离突变阈值对所述距离变化值进行距离突变分析，得到距离突变分析结果；基于所述距离突变分析结果执行所述导轨的距离突变响应操作，并再次基于所述
距离突变阈值对所述实际距离信息进行距离突变分析，得到距离突变分析结果；基于所述距离突变分析结果生成报警信号。
17.通过采用上述技术方案，对距离突变情况进行处理，发出报警信号以提示工作人员进行及时处理。
18.可选的，还包括：基于预设的温度采集设备获取所述导轨的实时温度数值；基于预设的温度阈值对所述实时温度数值进行分析，获取温度分析结果；基于所述温度分析结果执行所述导轨的温度突变响应操作，并再次分析所述实时温度数值，得到温度突变分析结果；基于所述温度突变分析结果生成报警信号。
19.通过采用上述技术方案，对温度突变情况进行响应，并在温度突变时发出报警信号，以提示工作人员及时处理。
20.第二方面，本技术提供一种五轴加工中心直线导轨故障检测系统，采用如下的技术方案：一种五轴加工中心直线导轨故障检测系统，包括：获取模块，用于获取导轨和预设的距离检测装置之间的实际距离信息；相似度分析模块，用于基于所述实际距离信息对所述导轨进行相似度分析，获取相似度分析结果；以及磨损分析模块，用于基于所述相似度分析结果和预设的磨损距离阈值对所述实际距离信息进行磨损分析，获取磨损分析结果。
21.通过采用上述技术方案，根据实际距离信息对导轨进行相似度分析，判断两个导轨之间的相似度，对导轨的相关性进行分析，减少了导轨受到损坏的可能性；通过实际距离信息和磨损距离阈值对导轨的磨损情况进行分析，当导轨出现磨损的时候能够及时发现，从而对导轨的故障情况进行较为科学和准确地检测。
22.第三方面，本技术提供一种终端设备，采用如下的技术方案：一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了上述的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法。
23.通过采用上述技术方案，将上述的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法生成计算机程序，并存储于存储器中，以被处理器加载并执行，从而，根据存储器及处理器制作终端设备，方便使用。
24.第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用了上述的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法。
25.通过采用上述技术方案，将上述的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法生成计算机程序，并存储于计算机可读存储介质中，以被处理器加载并执行，通过计算机可读存储介质，方便计算机程序的可读及存储。
附图说明
26.图1是本技术实施例一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法的整体流程示意图。
27.图2是本技术实施例一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法中的机床结构示意图。
28.图3是本技术实施例一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法中步骤s201-s204的流程示意图。
29.图4是本技术实施例一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法中步骤s401-s403的流程示意图。
30.图5是本技术实施例一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法中步骤s501-s504的流程示意图。
31.附图标记说明：1、第一导轨；2、第二导轨；3、第一滑块；4、第二滑块；5、距离检测装置；6、气管；7、温度检测装置。
具体实施方式
32.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
33.本技术实施例公开一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法，参照图1，包括：s101、获取导轨和预设的距离检测装置之间的实际距离信息；s102、基于实际距离信息对导轨进行相似度分析，获取相似度分析结果；s103、基于相似度分析结果和预设的磨损距离阈值对实际距离信息进行磨损分析，获取磨损分析结果。
34.参照图2，本实施例中公开一种机床的机体结构，包括床身、第一导轨1、第二导轨2、设置在第一导轨1上的两个第一滑块3、设置在第二导轨2上的两个第二滑块4以及设置在滑块上方的工作台，其中，两个第一滑块3分别与第一导轨1滑动连接，两个第二滑块4分别与第二导轨2滑动连接。
35.在步骤s101中，本实施例中的距离检测装置5为电涡流位移传感器，在第一滑块3上固定安装有电涡流位移传感器，且电涡流位移传感器的检测端口朝向第一导轨1的导轨面，用于检测第一滑块3和第一导轨1之间的实际距离信息；同理，在第二滑块4上同样设置有电涡流位移传感器，用于检测第二滑块4和第一导轨1之间的实际距离信息。
36.在导轨初次投入使用时，将电涡流位移传感器固定安装在滑块上，安装方式可以采用多螺栓进行固定，也可以采用焊接的方式，以减少电涡流位移传感器在滑块上发生位移的可能性，保证获取的数据的准确性。同时，通过电涡流位移传感器获取与导轨面之间的初始距离信息，作为标准距离信息，用于衡量导轨面的磨损情况。
37.初始距离信息的获取可以采用如下方式，设定导轨的长度为800mm，每隔25mm设置一个检测点，可知共设置33个检测点。当开始进行检测工作时，工作台置于导轨的一端，此时第一滑块3置于第一导轨1的一端，第二滑块4置于第二导轨2的一端，此时第一滑块3和第二滑块4上的电涡流位移传感器测得第一组原始距离信息。之后，在滑块的作用下工作台开始移动，当第一滑块3和第二滑块4移动25mm时，电涡流位移传感器测得第二组原始距离信
息，以此类推，直至获取33组原始距离信息。按照上述方式每隔1小时采集一次，直至连续采集10次原始距离信息，对每个检测点的原始距离信息进行计算，获取算术平均值作为初始距离信息，可知，初始距离信息共设置有33组。
38.由于导轨磨损是一个很缓慢的过程，因此导轨磨损量无需实时地、不间断地获取实际距离信息，可以选择每隔一个采集时间获取一次实际距离信息，例如24小时。实际距离信息采集的方式与上述初始距离信息采集的方式相同，通过第一滑块3上的电涡流位移传感器可以获取第一导轨1的第一实际距离信息，通过第二滑块4上的电涡流位移传感器可以获取第二导轨2的第二实际距离信息。
39.值得一提的是，本实施例中电涡流位移传感器与导轨面之间的距离信息，可以根据电涡流位移传感器的检测端口的安装高度来确定，例如，将电涡流位移传感器的检测端口安装在导轨面上方1mm处，则距离信息即为1mm。
40.步骤s102，在直线导轨的工作过程中，若第一实际距离信息和第二实际距离信息具有较大的差异性，可以判定两个导轨的工作情况不同步，有可能使得导轨损伤增大，甚至导致生产停滞且具有一定的不可控性。因此获取实际距离信息之后，首先需要对第一实际距离信息和第二距离信息进行相似度分析，以对第一导轨1和第二导轨2的相关情况进行分析。参照图3，具体包括：s201、基于第一实际距离信息获取第一距离函数，基于第二实际距离信息获取第二距离函数；s202、对第一距离函数和第二距离函数进行相似度分析，获取相关系数；s203、若相关系数为0，则确定第一距离函数和第二距离函数不满足相似度要求，生成报警信号；s204、若相关系数为1，则确定第一距离函数和第二距离函数满足相似度要求。
41.在本实施例中，根据第一实际距离信息获取第一导轨1上每个检测点的实际距离信息，形成第一波形曲线，并根据第一波形曲线构建第一距离函数x(t)，根据第二实际距离信息获取第二导轨2上每个检测点的实际距离信息，形成第二波形曲线，并根据第二波形曲线构建第二距离函数y(t)。
42.通过对第一距离函数和第二距离函数进行相似度分析，获取相关系数，通过相关系数即可了解第一导轨1和第二导轨2之间的相关情况，从而采取对应措施。
43.具体地，对第一距离函数和第二距离函数进行相似度分析，具体包括：s301、基于误差能量函数对第一距离函数和第二距离函数进行分析，获取误差能量值；s302、基于时域积分算法和误差能量值对第一距离函数和第二距离函数进行分析，得到相关系数。
44.由上述可知，假定第一距离函数和第二距离函数分别为x(t)、y(t)，可以选择倍数a使a*y(t)去逼近x(t)。在此我们可以借用误差能量来度量两个波形曲线的相似程度，误差能量用x(t)-a*y(t)的平方在时域上的积分来表示；倍数a的选择必须要保证能使能量误差为最小，通过对两个函数求导求极值可以得知当a为x(t)*y(t)在时域的积分与y(t)*y(t)在时域的积分比值时可以满足条件，在此条件下的误差能量是可能所有条件下最小的。
45.定义x(t)与y(t)的相关数为pxy，其平方与1的差值为相对误差能量，即误差能量
与x(t)*x(t)在时域积分的比值。其中，xy就可以用来表征两波形的相似程度。解出关于pxy的方程，其分子为x(t)*y(t)在时域的积分；分为两信号各自的平方在时域积分之积的平方根。从数学上可以证明分子的模小于分母，也即相关数pxy的模不会大于1。由于对于位移来说位移值的大小是确定的，相关系数pxy的大小只由x(t)*y(t)的积分所决定。如果两完全不相似的波形其幅度取值和出现时刻是相互独立、彼此无关的，x(t)*y(t)=0，其积分结果亦为0，所以当相关系数为0时两组波形曲线的相似度最差，即不相关。当相关系数为1，则误差能量为0，说明这两波形曲线的相似度很好，是线形相关的。也即，当线性系数pxy为0时，确定第一距离函数和第二距离函数不满足相似度要求；当线性系数pxy为1时，确定第一距离函数和第二距离函数满足相似度要求。
46.当第一距离函数和第二距离函数不满足相似度要求时，表示第一导轨1和第二导轨2之间的相关程度较差，需要对导轨进行拆解检修，以减少导轨的损伤，保证工作进程，此时生成报警信号，例如可以通过声光报警器发出声光报警信号，以提示工作人员进行拆机检修。当第一距离函数和第二距离函数满足相似度要求时，即可进行后续的磨损检测。
47.值得一提的是，也可以通过获取第一导轨1和第二导轨2上的同一检测点的第一实际距离信息和第二实际距离信息，例如第二检测点，判断第二检测点的第一实际距离和第二实际距离的差值是否超出预设的相差阈值，若超出，也可以初步确定第一导轨1和第二导轨2在该点处存在严重偏差，需要尽快检修。
48.步骤s103中，当第一距离函数和第二距离函数满足相似度要求时，可以对导轨的磨损程度进行检测，判断实际距离信息的距离变化值是否大于等于预设的磨损距离阈值，从而确定导轨是否需要检修或者更换。距离变化值=实际距离-初始距离，根据实际距离信息可以获取导轨上每个检测点的实际距离，通过实际距离和初始距离能够计算出每个检测点的距离变化值。例如，设置磨损距离阈值为0.05mm，若某检测点的距离变化值为0.06》0.05，则确定该检测点的距离变化值超出了磨损距离阈值，此时生成报警信号，例如可以通过声光报警器发出声光报警信号，以提示工作人员进行拆机检修。
49.在本实施例中，预设比例=工作台长度/导轨长度，例如，若导轨长10m，工作台长4m，则预设比例为4/10=40%，表示若超过40%的检测点的磨损变化量超出磨损距离阈值，则确定该导轨磨损情况严重，需要检修或者更换，此时生成报警信号，例如可以通过声光报警器发出声光报警信号，以提示工作人员进行拆机检修。
50.导轨在正常使用时，导轨面上有杂质、导轨或滑块发生松动、导轨出现划痕等情况都会导致电涡流位移传感器检测到的实际距离发生距离突变，且距离突变对导轨的损伤较为严重，零件的加工也会收到影响。因此，当第一距离函数和第二距离函数满足相似度要求时，还可以根据实际距离信息进行距离突变分析。参照图4，具体包括：s401、基于预设的距离突变阈值对距离变化值进行距离突变分析，得到距离突变分析结果；s402、基于距离突变分析结果执行导轨的距离突变响应操作，并再次基于距离突变阈值对实际距离信息进行距离突变分析得到距离突变分析结果；s403、基于距离突变分析结果生成报警信号。
51.本实施例预设有距离突变阈值，当距离变化值超出距离突变阈值时，判定发生距离突变。例如，将距离突变阈值设置为0.1mm，当距离变化值为0.12mm，则初步判断第一实际
距离信息发生了距离突变。第二实际距离信息是否发生距离突变的判断方法相同，故在此不再赘述。
52.由于多种原因都会导致距离突变，因此需要筛选距离突变原因。在本实施例中，还在滑块上设置有气阀和气管6，气管6连接气泵，气管6的出风方向朝向导轨面，气阀用于控制气管6的打开和关闭，当气阀打开时，气管6向导轨面进行吹风，将导轨面上的杂质进行清理。
53.例如，当判断检测点a出现距离突变时，控制气阀打开，向导轨进行吹风，同时，再次经过检测点a继续获取距离变化值进行分析，若距离变化值发生变化，小于距离突变阈值，则确定检测点a处为杂质影响；若经过预设次数的吹风和重新检测，例如5次，检测点a的距离变化值依然大于等于距离突变阈值，则确定检测点a异常，此时生成报警信号,例如可以通过声光报警器发出声光报警信号，以提示工作人员进行拆机检修。
54.另外，电涡流位移传感器在实际使用的过程中，检测到的实际距离信息可能偶尔出现误差，获取的距离变化值可能有误。且若导轨上有杂质、润滑不够、某一部分导轨或者滑块松动或者导轨上有划痕，滑块在经过导轨时，导轨的温度即会发生骤变，因此可以通过温度传感器来确定实际距离信息是否真实发生了突变。
55.为了实现上述目的，在本实施例中还设置有温度检测装置7，温度检测装置7为温度传感器，同样安装在第一滑块3和第二滑块4上，用于对导轨上各个检测点的温度值进行检测。参照图5，通过温度传感器来确定实际距离信息是否真实发生了突变具体包括：s501、基于预设的温度采集设备获取导轨的实时温度数值；s502、基于预设的温度阈值对实时温度数值进行分析，获取温度分析结果；s503、基于温度分析结果执行导轨的温度突变响应操作，并再次分析实时温度数值，得到温度突变分析结果；s504、基于温度突变分析结果生成报警信号。
56.在导轨正常运作时，通过温度传感器获取导轨的温度数值，同时获取大气温度数值，根据大气温度数值与实时温度数值获取温度变化值。本实施例中还预设有温度阈值，通过温度变化值与温度阈值进行对比来初步判断导轨是否出现温度突变。
57.例如，设置温度阈值为5℃、10℃、20℃，在本实施例中表示，若检测点的温度变化值5℃《δt≦10℃时，导轨出现轻微温度突变，此时同样通过气管6向导管进行吹风，同时加大滑块与导轨之间的润滑流量，并继续检测；若检测点的温度变化值10℃《δt≦20℃，确定导轨出现中等温度突变，此时通过加大气阀的开度，来使得气管6吹风的风量增大，同时加大润滑流量，且减缓滑块的滑动速度，并继续检测；若检测点的温度变化值δt》20℃，且在运行周期内持续上升，确定导轨发生严重温度突变，并生成报警信号。
58.在温度变化值5℃《δt≦10℃和10℃《δt≦20℃时，若后续测得的温度变化值δt≦5℃，则确定温度变化回归正常，温度变化是由于杂质或者润滑不够导致的；若多次执行温度突变响应操作后，温度变化值未发生变化，则生成报警信号,例如可以通过声光报警器发出声光报警信号，以提示工作人员进行拆机检修。
59.本技术实施例一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法的实施原理为：根据实际
距离信息对导轨进行相似度分析，判断两个导轨之间的相似度，对导轨的相关性进行分析，减少了导轨受到损坏的可能性；通过实际距离信息和磨损距离阈值对导轨的磨损情况进行分析，当导轨出现磨损的时候能够及时发现，从而对导轨的故障情况进行较为科学和准确地检测。
60.本技术实施例还公开一种五轴加工中心直线导轨故障检测系统，包括获取模块、相似度分析模块以及磨损分析模块，其中，获取模块用于获取导轨和预设的距离检测装置5之间的实际距离信息；相似度分析模块用于基于实际距离信息对导轨进行相似度分析，获取相似度分析结果；磨损分析模块用于基于相似度分析结果和预设的磨损距离阈值对实际距离信息进行磨损分析，获取磨损分析结果。
61.本技术实施例一种五轴加工中心直线导轨故障检测系统的具体实施方式与上述一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法的具体实施方式相同，故在此不再赘述。
62.本技术实施例还公开一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时，采用了上述实施例中的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法。
63.其中，终端设备可以采用台式电脑、笔记本电脑或者云端服务器等计算机设备，并且，终端设备包括但不限于处理器以及存储器，例如，终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备以及总线等。
64.其中，处理器可以采用中央处理单元（cpu），当然，根据实际的使用情况，也可以采用其他通用处理器、数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、现成可编程门阵列（fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以采用微处理器或者任何常规的处理器等，本技术对此不做限制。
65.其中，存储器可以为终端设备的内部存储单元，例如，终端设备的硬盘或者内存，也可以为终端设备的外部存储设备，例如，终端设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡（smc）、安全数字卡（sd）或者闪存卡（fc）等，并且，存储器还可以为终端设备的内部存储单元与外部存储设备的组合，存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据，本技术对此不做限制。
66.其中，通过本终端设备，将上述实施例中的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法存储于终端设备的存储器中，并且，被加载并执行于终端设备的处理器上，方便使用。
67.本技术实施例还公开一种计算机可读存储介质，并且，计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，计算机程序被处理器执行时，采用了上述实施例中的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法。
68.其中，计算机程序可以存储于计算机可读介质中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间件形式等，计算机可读介质包括能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（rom）、随机存取存储器（ram）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，计算机可读介质包括但不限于上述元器件。
69.其中，通过本计算机可读存储介质，将上述实施例中的一种五轴加工中心直线导轨故障检测方法存储于计算机可读存储介质中，并且，被加载并执行于处理器上，以方便上述方法的存储及应用。
70.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。