机床撞机保护方法、系统及存储介质与流程

1.本发明实施例涉及机床智能化技术领域，尤其涉及一种机床撞机保护方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.当前的机床(加工中心、车床、铣床、车铣复合、磨床及一些专用机床等)在加工过程中，难免会出现误操作、程序设计错误、系统异常等各种各样的意外，这些意外将会导致机床的加工部件发生碰撞即机床撞机。一旦出现机床撞机，轻则刀具损毁，重则工作台、主轴等核心部件报废，不仅会产生巨大的维修费用，而且停机维修影响企业正常生产。因此，亟需一种机床撞机保护方案，保护机床加工部件不会被严重损坏。


技术实现要素：

3.为解决相关技术问题，本发明提供一种机床撞机保护方法、系统及存储介质，来解决以上背景技术部分提到的问题。
4.为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
5.第一方面，本发明实施例提供了一种机床撞机保护方法，包括：
6.获取机床主轴电机的电流值或功率值；
7.判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，或判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；
8.若以上任一判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
9.作为一种可选的实施方式，获取机床主轴电机的电流值，包括：
10.将电流采集模块设置在机床主轴电机的供电电源线上；
11.通过所述电流采集模块实时采集所述机床主轴电机的电流信号，并输出给ad采集模块；
12.所述ad采集模块对收到的电流信号进行模数转换，并将转换后的电流数据发送给控制单元；
13.所述控制单元对所述电流数据处理后获得机床主轴电机的电流值。
14.作为一种可选的实施方式，获取机床主轴电机的功率值，包括：
15.将电流采集模块设置在机床主轴电机的供电电源线上；通过所述电流采集模块实时采集所述机床主轴电机的电流信号，并输出给ad采集模块；
16.采用如下两种方式的任一种实时采集所述机床主轴电机的电压信号，并输出给所述ad采集模块；其中，所述两种方式包括：一、通过电压采集模块实时采集所述机床主轴电机的电压信号；二、直接采集所述机床主轴电机的相电压信号或线电压信号；
17.所述ad采集模块对收到的电流信号和电压信号进行模数转换，并将转换后的数据发送给控制单元；
18.所述控制单元计算出所述机床主轴电机的电流值和电压值，并根据该电流值和电压值计算出所述机床主轴电机的功率值。
19.作为一种可选的实施方式，所述控制单元计算出所述机床主轴电机的电流值和电压值，包括：
20.控制单元在收到所述ad采集模块发送的数据后，对数据依次进行滤波、精准带通滤波，获得所述机床主轴电机的电流值和电压值。
21.作为一种可选的实施方式，对数据依次进行滤波、精准带通滤波处理，获得所述机床主轴电机的电流值和电压值，包括：
22.将机床撞机保护的响应时间、控制单元从ad采集模块收集数据的周期即每次开始采样到结束采样的时间均设为t；其中，在t时间内所述控制单元收集n组数据，所述n组数据中每组数据由三相电流数据和三相电压数据组成；
23.所述控制单元每次对收集到的m组数据做fft变换获得m组数据的fft频域数据，查询所述m组数据的fft频域数据中频域幅值最大的数据并将其作为该组数据的核心频率fh；其中，所述m组数据由所述控制单元最新收集的n组数据和(m-n)组历史数据组成；
24.所述控制单元针对所述m组数据的fft频域数据，将所述核心频率fh的正负设定值的幅值和对称的(m-fh)保留，其他频域数据设置为零，完成精准带通滤波；
25.所述控制单元对精准带通滤波后的频域数据做逆fft运算，获得m组时域数据，提取m组时域数据中的前n组数据，所述前n组数据即为当t时间内的所述机床主轴电机实际的三相电流值ia，ib，ic和三相电压值ua，ua，uc。
26.作为一种可选的实施方式，根据该电流值和电压值计算出所述机床主轴电机的功率值，包括：
27.所述控制单元对当t时间内的所述机床主轴电机实际的三相电流值ia，ib，ic和三相电压值ua，ua，uc做积分运算计算出所述机床主轴电机的瞬时功率值p：
[0028][0029]
对所述机床主轴电机的瞬时功率值p进行数据平滑处理。
[0030]
第二方面，本发明实施例提供了一种机床撞机保护系统，包括：
[0031]
获取模块，用于获取机床主轴电机的电流值、功率值的任一种或组合；
[0032]
判断模块，用于判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，或判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；
[0033]
执行模块，用于判断模块判断结果为是时，判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0034]
作为一种可选的实施方式，所述获取模块包括：
[0035]
电流采集模块，设置在机床主轴电机的供电电源线上，用于实时采集所述机床主轴电机的电流信号，并输出给ad采集模块；
[0036]
ad采集模块，用于对收到的电流信号、电压信号进行模数转换，并将转换后的数据发送给控制单元；
[0037]
控制单元，用于计算所述机床主轴电机的电流值和电压值，并根据该电流值和电压值计算出所述机床主轴电机的功率值；
[0038]
所述判断模块和执行模块集成在所述控制单元中。
[0039]
作为一种可选的实施方式，所述机床撞机保护系统还包括：
[0040]
上位机，用于为所述控制单元配置参数，并实时监控机床撞机保护数据。
[0041]
第三方面，本发明实施例提供了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执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现第一方面任一项所述的机床撞机保护方法。
[0042]
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述的机床撞机保护方法。
[0043]
本发明实施例提供的机床撞机保护方法、系统及存储介质，该方法包括获取机床主轴电机的电流值、功率值的任一种或组合；判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，或判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；若以上任一判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护。本发明实施例提供的技术方案实时监控机床主轴电机的电流值或功率值即负载，一旦达到预设的撞机保护电流边界值或预设的撞机保护电流边界值，将立即触发机床停机，有效减轻甚至避免机床撞机造成加工部件的损害，稳定性好，可靠性高，适宜推广应用。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明及理解本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明背景技术、实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0045]
图1为本发明实施例一提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0046]
图2为本发明实施例二提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0047]
图3为本发明实施例三提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0048]
图4为本发明实施例四提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0049]
图5为本发明实施例五提供的机床撞机保护系统结构图示意；
[0050]
图6为本发明实施例六提供的机床撞机保护系统结构图示意。
具体实施方式
[0051]
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0052]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0053]
实施例一
[0054]
如图1所示，图1为本发明实施例一提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0055]
本实施例中机床撞机保护方法100包括：
[0056]
s101.获取机床主轴电机的电流值或功率值；
[0057]
s102.判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，或判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；
[0058]
s103.若以上任一判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0059]
示例性的，本实施例中所述步骤s101仅获取机床主轴电机的电流值，提供一种仅通过监测电流值实现机床撞机保护的方法，该方法具体包括如下步骤：
[0060]
s1011.获取机床主轴电机的电流值；
[0061]
s1021.判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值；
[0062]
示例性的，在本实施例中所述撞机保护电流边界值是将试验出的机床正常加工时主轴电机的最大电流值乘以一个经验系数获得；机床主轴的进给倍率不同，对应的撞机保护电流边界值不同，各进给倍率下均对应其相应的撞机保护电流边界值。
[0063]
s1031.若判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0064]
示例性的，本实施例中所述步骤s101仅获取机床主轴电机的功率值，提供一种仅通过监测功率值实现机床撞机保护的方法，该方法具体包括如下步骤：
[0065]
s1012.获取机床主轴电机的功率值；值得一提的是，此处的功率值即指机床主轴电机的负载大小；
[0066]
s1022.判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；
[0067]
示例性的，在本实施例中所述撞机保护功率边界值是将试验出的机床正常加工时主轴电机的最大功率值乘以一个经验系数获得；机床主轴的进给倍率不同，对应的撞机保护功率边界值不同，各进给倍率下均对应其相应的撞机保护功率边界值。
[0068]
s1032.若判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0069]
示例性的，本实施例中所述步骤s103获取机床主轴电机的电流值和功率值，提供一种供用户选择通过监测电流值、功率值任一种或其组合实现机床撞机保护的方法，该方法具体包括如下步骤：
[0070]
s1013.获取机床主轴电机的电流值和功率值；示例性的，在具体应用中一般是先获取机床主轴电机的电流值和电压值，然后根据所述电流值和电压值计算出机床主轴电机对应的功率值；值得一提的是，此处的功率值即指机床主轴电机的负载大小；
[0071]
s1023.用户选择以下三种模式的任一种判断是否发生机床撞机事件；所述三种模式包括：模式一、只通过电流值判断是否发生机床撞机事件；模式二、只通过功率值判断是否发生机床撞机事件；模式三、既通过电流值，又通过功率值，判断是否发生机床撞机事件。
[0072]
其中，s10231.若用户选择通过所述电流值来判断是否发生机床撞机事件，则判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值；s10331.若判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0073]
示例性的，在本实施例中所述撞机保护电流边界值是将试验出的机床正常加工时主轴电机的最大电流值乘以一个经验系数获得；机床主轴的进给倍率不同，对应的撞机保护电流边界值不同，各进给倍率下均对应其相应的撞机保护电流边界值。
[0074]
其中，s10232.若用户选择通过所述功率值来判断是否发生机床撞机事件，则判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；s10332.若判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0075]
其中，s10233.若用户选择同时通过所述电流值和功率值来判断是否发生机床撞机事件，则判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，并判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；s10333.在上述任一判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0076]
本发明实施例提供的机床撞机保护方法100扩展性和灵活性强，无论是适合通过监控电流还是适合监控功率或者二者均可的各种类型机床，均可通过本实施例的技术方案实现机床撞机保护，有效减轻甚至避免机床撞机造成加工部件的损害，是机床发生撞机时的“安全气囊”，稳定性好，可靠性高。
[0077]
实施例二
[0078]
如图2所示，图2为本发明实施例二提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0079]
本发明实施例提供一种机床撞机保护方法200，包括：
[0080]
s201.获取机床主轴电机的电流值；
[0081]
s202.判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值；
[0082]
s203.若步骤s202的判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0083]
示例性的，在本实施例中所述步骤s201具体包括：
[0084]
s2011.将电流采集模块设置在机床主轴电机的供电电源线上；
[0085]
示例性的，在具体应用中所述电流采集模并不局限于设置在机床主轴电机的供电电源线即机床主轴电机的动力线上，根据监控场景等需求不同，也可以将所述电流采集模块设置在机床的加工轴例如伺服轴等，通过监控加工轴的动力电流值，判断加工轴是否发生撞击，具体实现方案对同下文监控机床主轴雷同，不再赘述。
[0086]
s2012.通过所述电流采集模块实时采集所述机床主轴电机的电流信号，并输出给ad采集模块；
[0087]
示例性的，所述电流采集模块优选霍尔电流传感器。根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，需要选择对应精度的霍尔电流传感器，正常采用精度不低于千分之五的霍尔电流传感器。值得一提的是，本实施例中将霍尔电流传感器安装在机床主轴电机的供电电源线上，安装简单方便易操作、不改变机床现有状态，电流作为监控对象的采集的实时性高，而且电流具有很好的交流电频率特征，不容易被外部信号干扰，经过大量的对比分析实验，确定电流非常适合用于机床撞机保护方案。
[0088]
s2013.所述ad采集模块对收到的电流信号进行模数转换，并将转换后的电流数据发送给控制单元；
[0089]
示例性的，在本实施例中根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，选择采集频率、采集精度符合要求的ad采集模块。示例性的在本实施例中ad采集模块将收的电流信号即三相电流信号转换为三相电流数据，每秒钟发送大量三相电流数据给控制单元，例如在一应用中ad采集模块每秒发送4960组数据给控制单元，其中一组数据即指一组三相电流数据。示例性，在本实施例中所述ad采集模块可选择通过spi接口将数据发送给控制单
元，但并不局限于此数据通讯方式。
[0090]
s2014.所述控制单元对所述电流数据处理后获得机床主轴电机的电流值；
[0091]
示例性的，在本实施例中所述控制单元对收集的数据依次进行滤波、精准带通滤波处理，获得所述机床主轴电机的电流值，现择一实现方案说明如下：
[0092]
将机床撞机保护的响应时间、控制单元从ad采集模块收集数据的周期即每次开始采样到结束采样的时间均设为t；其中，在t时间内所述控制单元收集n组数据，所述n组数据中每组数据即为一组三相电流数据；其中，n为正整数，优选的经验值为4。
[0093]
所述控制单元每次对收集到的m组数据做fft变换获得m组数据的fft频域数据，查询所述m组数据的fft频域数据中频域幅值最大的数据并将其作为该组数据的核心频率fh；其中，所述m组数据由所述控制单元最新收集的n组数据和(m-n)组历史数据组成；值得一提的是，m为满足fft对数据的个数要求的任一正整数，优选的经验值为1024。
[0094]
所述控制单元针对所述m组数据的fft频域数据，将所述核心频率fh的正负设定值的幅值和对称的(m-fh)保留，其他频域数据设置为零，完成精准带通滤波；示例性的，在本实施例中所述正负设定值需根据实际情况确定，优选的经验值是10。
[0095]
所述控制单元对精准带通滤波后的频域数据做逆fft运算，获得m组时域数据，提取m组时域数据中的前n组数据，所述前n组数据即为当t时间内的所述机床主轴电机实际的三相电流值ia，ib，ic。
[0096]
示例性的，在本实施例中所述步骤s202.判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，具体包括：判断t时间内的所述机床主轴电机实际的三相电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值。
[0097]
在本实施例中所述撞机保护电流边界值是将试验出的机床正常加工时主轴电机的最大电流值乘以一个经验系数获得，所以撞机保护电流边界值＝经验系数*主轴电机的最大电流值，实际应用中优选的经验系数是1.3。因此，需要预先通过实验获取机床正常加工时主轴电机的最大电流值即绝对报警边界，然后再确定一个经验系数，计算出撞机保护边界值即撞机保护电流边界值，最大限度保证撞机保护响应的准确性，减少甚至避免撞机保护的误触发。
[0098]
值得一提的是，在本实施例中机床主轴的进给倍率不同，对应的撞机保护电流边界值不同，因此，需要预先通过实验获取机床主轴各进给倍率场景下对应的主轴电机的最大电流值即各场景下的绝对报警边界，然后再确定一个经验系数，计算出各进给倍率场景下的撞机保护边界值即各场景下的撞机保护电流边界值，保证各进给倍率场景下撞机保护响应的准确性，减少甚至避免各进给倍率场景下撞机保护的误触发。在机床撞机保护监控开始时，实时获取当前机床主轴的进给倍率，调取当前进给倍率场景下对应的撞机保护电流边界值用于机床撞机保护判断，其中，实时获取当前机床主轴的进给倍率的方式优选但不限于如下两种的任一种：一、控制单元通过与机床的控制器通讯实时获取机床主轴的状态，例如，控制单元的io/以太网/232等通讯接口和机床的控制器通讯实现；二、修改t图，其中，t图是机床控制器中的运行程序，有的机床没有提供机床工作模式的点位或者地址，通过修改机床的程序来进行输出。
[0099]
在本实施例中，机床的撞机事件一般发生在运动部件的动作过程中，在主轴停止旋转时并不会发生撞机，因此，在本实施例中实时监控机床主轴的状态，当监控到机床主轴
开始旋转时，控制单元工作，启动本实施例提出的机床撞机保护方案，机床实施撞机监控工作；当监控到机床主轴停止旋转时，控制单元停止工作，关闭本实施例提出的机床撞机保护方案，机床撞机监控停止。示例性的，在本实施例中实时监控机床主轴的状态方式优选但不限于如下两种的任一种：一、控制单元通过与机床的控制器通讯实时获取机床主轴的状态，例如，控制单元的io/以太网/232等通讯接口和机床的控制器通讯实现；二、修改t图，其中，t图是机床控制器中的运行程序，有的机床没有提供机床工作模式的点位或者地址，通过修改机床的程序来进行输出。
[0100]
示例性的，在本实施例中当机床主轴电机的电流值不小于预设的撞机保护电流边界值时，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护。在本实施例中所述机床撞机保护包括但不限于机床停机，当控制单元判定发生机床撞机事件时，本实施例优选的方式是控制单元通过报警反馈模块将机床发生撞机事件的结果立即反馈给机床端，机床端将在撞机保护响应时间内(如1ms)实现机床停机，并可同时触发声控报警、红色灯报警、语音报警等等，也可在机床端显示报警的内容。
[0101]
示例性的，在本实施例中所述报警反馈模块通过但不限于io/以太网/rs232/rs422/profibus/profinet/ethercat等接口实现与机床端数据通讯。示例性的，在本实施例中优选通过干接点将报警触发信号并入到机床的急停信号中，发生发机床撞机事件，报警触发，机床立即停止。示例性的，在本实施例中通过修改机床t图，当将报警信息输入到机床端后后，机床端上会显示报警内容。其中，t图是机床控制器中的运行程序，有的机床没有提供机床工作模式的点位或者地址，通过修改机床的程序来进行输出。示例性的，在本实施例中还可以在机床端和机床撞机保护系统端对报警的类型进行扩展，例如短信报警、语音报警、plc报警等等，最大限度第一时间通知相关人员发生机床撞机事件。
[0102]
本发明实施例提供的机床撞机保护方法200通过监控机床主轴电机的电流实现了机床撞机保护；实时监控机床状态，在机床主轴开始旋转时才会立即启动机床撞机保护，获取当前进给倍率场景下对应的撞机保护电流边界值用于机床撞机保护判断，通过监控机床主轴电机的电流实现机床撞机保护，机床主轴停止旋转时立即停止启动机床撞机保护。本发明实施例提供的机床撞机保护方法200有效减轻甚至避免了机床撞机造成加工部件的损害，是机床发生撞机时的“安全气囊”，稳定性好，可靠性高。
[0103]
实施例三
[0104]
如图3所示，图3为本发明实施例三提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0105]
本发明实施例提供一种机床撞机保护方法300，包括：
[0106]
s301.获取机床主轴电机的功率值；值得一提的是，此处的功率值即指机床主轴电机的负载大小；
[0107]
s302.判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；
[0108]
s303.若判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0109]
示例性的，在本实施例中所述步骤s301具体包括：
[0110]
s3011.获取机床主轴电机的电流值和电压值；
[0111]
示例性的，在本实施例中将电流采集模块设置在机床主轴电机的供电电源线上；值得一提的是，在具体应用中所述电流采集模并不局限于设置在机床主轴电机的供电电源
线即机床主轴电机的动力线上，根据监控场景等需求不同，也可以将所述电流采集模块设置在机床的加工轴例如伺服轴等，通过监控加工轴的动力电流值，判断加工轴是否发生撞击，具体实现方案对同下文监控机床主轴雷同，不再赘述。
[0112]
在本实施例中通过所述电流采集模块实时采集所述机床主轴电机的电流信号，并输出给ad采集模块。示例性的，所述电流采集模块优选霍尔电流传感器。根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，需要选择对应精度的霍尔电流传感器，正常采用精度不低于千分之五的霍尔电流传感器。值得一提的是，本实施例中将霍尔电流传感器安装在机床主轴电机的供电电源线上，安装简单方便易操作、不改变机床现有状态，电流作为监控对象的采集的实时性高，而且电流具有很好的交流电频率特征，不容易被外部信号干扰，经过大量的对比分析实验，确定电流非常适合用于机床撞机保护方案。
[0113]
示例性的，采用如下两种方式的任一种实时采集所述机床主轴电机的电压信号，并输出给所述ad采集模块；其中，所述两种方式包括：一、通过电压采集模块实时采集所述机床主轴电机的电压信号；其中，所述电压采集模块优选霍尔电流传感器。根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，需要选择对应精度的霍尔电流传感器；二、直接采集所述机床主轴电机的相电压信号或线电压信号。
[0114]
示例性的，在本实施例中优选采用直接采集所述机床主轴电机的相电压信号或线电压信号方式获取机床主轴电机的电压信号。
[0115]
s3012.所述ad采集模块对收到的电流信号和电压信号进行模数转换，并将转换后的电流数据和电压数据发送给控制单元；
[0116]
示例性的，在本实施例中根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，选择采集频率、采集精度符合要求的ad采集模块。示例性的在本实施例中ad采集模块将收的电流信号和电压信号(即三相电流信号和三相电压信号)转换为三相电流数据和三相电压数据，每秒钟发送大量三相电流数据和三相电压数据给控制单元，例如在一应用中ad采集模块每秒发送4960组数据给控制单元，其中每组数据由一组三相电流数据和一组三相电压数据组成。示例性，在本实施例中所述ad采集模块可选择通过spi接口将数据发送给控制单元，但并不局限于此数据通讯方式。
[0117]
s3013.所述控制单元对所述电流数据和电压数据处理后获得机床主轴电机的电流值和电压值；
[0118]
示例性的，在本实施例中所述控制单元对收集的数据依次进行滤波、精准带通滤波处理，获得所述机床主轴电机的电流值和电压值，现择一实现方案说明如下：
[0119]
将机床撞机保护的响应时间、控制单元从ad采集模块收集数据的周期即每次开始采样到结束采样的时间均设为t；其中，在t时间内所述控制单元收集n组数据，所述n组数据中每组数据均由一组三相电流数据和一组三相电压数据组成；其中，n为正整数，优选的经验值为4。
[0120]
所述控制单元每次对收集到的m组数据做fft变换获得m组数据的fft频域数据，查询所述m组数据的fft频域数据中频域幅值最大的数据并将其作为该组数据的核心频率fh；其中，所述m组数据由所述控制单元最新收集的n组数据和(m-n)组历史数据组成；值得一提的是，m为满足fft对数据的个数要求的任一正整数，优选的经验值为1024。
[0121]
所述控制单元针对所述m组数据的fft频域数据，将所述核心频率fh的正负设定值
的幅值和对称的(m-fh)保留，其他频域数据设置为零，完成精准带通滤波；示例性的，在本实施例中所述正负设定值需根据实际情况确定，优选的经验值是10。
[0122]
所述控制单元对精准带通滤波后的频域数据做逆fft运算，获得m组时域数据，提取m组时域数据中的前n组数据，所述前n组数据即为当t时间内的所述机床主轴电机实际的三相电流值ia，ib，ic和三相电压值ua，ua，uc。
[0123]
s3014.所述控制单元对当t时间内的所述机床主轴电机实际的三相电流值ia，ib，ic和三相电压值ua，ua，uc做积分运算计算出所述机床主轴电机的瞬时功率值p：
[0124][0125]
s1315.通过公式(1)和公式(2)对所述瞬时功率值p进行数据平滑处理：
[0126][0127][0128]
其中，p[n]指步骤s3014每次计算出来的功率数据，n是指做平滑处理的数据个数。通过移动平滑处理，可以有效去除干扰和异常毛刺数据，提高机床撞机保护判断的准确性。
[0129]
示例性的，在本实施例中所述步骤s302.判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值，具体包括：判断t时间内的所述机床主轴电机实际的功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值。
[0130]
在本实施例中所述撞机保护功率边界值是将试验出的机床正常加工时主轴电机的最大功率值乘以一个经验系数获得，所以撞机保护功率边界值＝经验系数*主轴电机的最大功率值，实际应用中优选的经验系数是1.3。因此，需要预先通过实验获取机床正常加工时主轴电机的最大功率值即绝对报警边界，然后再确定一个经验系数，计算出撞机保护边界值即撞机保护功率边界值，最大限度保证撞机保护响应的准确性，减少甚至避免撞机保护的误触发。
[0131]
值得一提的是，在本实施例中机床主轴的进给倍率不同，对应的撞机保护功率边界值不同，因此，需要预先通过实验获取机床主轴各进给倍率场景下对应的主轴电机的最大功率值即各场景下的绝对报警边界，然后再确定一个经验系数，计算出各进给倍率场景下的撞机保护边界值即各场景下的撞机保护功率边界值，保证各进给倍率场景下撞机保护响应的准确性，减少甚至避免各进给倍率场景下撞机保护的误触发。在机床撞机保护监控开始时，实时获取当前机床主轴的进给倍率，调取当前进给倍率场景下对应的撞机保护功率边界值用于机床撞机保护判断，其中，实时获取当前机床主轴的进给倍率的方式优选但不限于如下两种的任一种：一、控制单元通过与机床的控制器通讯实时获取机床主轴的状态，例如，控制单元的io/以太网/232等通讯接口和机床的控制器通讯实现；二、修改t图，其中，t图是机床控制器中的运行程序，有的机床没有提供机床工作模式的点位或者地址，通过修改机床的程序来进行输出。
[0132]
在本实施例中，机床的撞机事件一般发生在运动部件的动作过程中，在主轴停止旋转时并不会发生撞机，因此，在本实施例中实时监控机床主轴的状态，当监控到机床主轴开始旋转时，控制单元工作，启动本实施例提出的机床撞机保护方案，机床实施撞机监控工
作；当监控到机床主轴停止旋转时，控制单元停止工作，关闭本实施例提出的机床撞机保护方案，机床撞机监控停止。示例性的，在本实施例中实时监控机床主轴的状态方式优选但不限于如下两种的任一种：一、控制单元通过与机床的控制器通讯实时获取机床主轴的状态，例如，控制单元的io/以太网/232等通讯接口和机床的控制器通讯实现；二、修改t图，其中，t图是机床控制器中的运行程序，有的机床没有提供机床工作模式的点位或者地址，通过修改机床的程序来进行输出。
[0133]
示例性的，在本实施例中当机床主轴电机的功率值不小于预设的撞机保护功率边界值时，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护。在本实施例中所述机床撞机保护包括但不限于机床停机，当控制单元判定发生机床撞机事件时，本实施例优选的方式是控制单元通过报警反馈模块将机床发生撞机事件的结果立即反馈给机床端，机床端将在撞机保护响应时间内(如1ms)实现机床停机，并可同时触发声控报警、红色灯报警、语音报警等等，也可在机床端显示报警的内容。
[0134]
示例性的，在本实施例中所述报警反馈模块通过但不限于io/以太网/rs232/rs422/profibus/profinet/ethercat等接口实现与机床端数据通讯。示例性的，在本实施例中优选通过干接点将报警触发信号并入到机床的急停信号中，发生发机床撞机事件，报警触发，机床立即停止。示例性的，在本实施例中通过修改机床t图，当将报警信息输入到机床端后后，机床端上会显示报警内容。其中，t图是机床控制器中的运行程序，有的机床没有提供机床工作模式的点位或者地址，通过修改机床的程序来进行输出。示例性的，在本实施例中还可以在机床端和机床撞机保护系统端对报警的类型进行扩展，例如短信报警、语音报警、plc报警等等，最大限度第一时间通知相关人员发生机床撞机事件。
[0135]
本发明实施例提供的机床撞机保护方法300通过监控机床主轴电机的功率实现了机床撞机保护；工作时，实时监控机床状态，在机床主轴开始旋转时才会立即启动机床撞机保护，获取当前进给倍率场景下对应的撞机保护功率边界值用于机床撞机保护判断，通过监控机床主轴电机的功率实现机床撞机保护，机床主轴停止旋转时立即停止启动机床撞机保护。本发明实施例提供的机床撞机保护方法300有效减轻甚至避免了机床撞机造成加工部件的损害，是机床发生撞机时的“安全气囊”，稳定性好，可靠性高。
[0136]
实施例四
[0137]
如图4所示，图4为本发明实施例四提供的机床撞机保护方法流程示意图；
[0138]
本实施例提供一种用户可自主选通过监测电流值模式，监控功率值模式，或同时监控电流值和功率值模式实现机床撞机保护的方法，该机床撞机保护方法400具体包括如下步骤：
[0139]
s401.获取机床主轴电机的电流值和功率值；
[0140]
示例性的，在本实施例中获取机床主轴电机的电流值和功率值的具体实现方案同本发明实施例三中的内容相同，在此不再赘述。
[0141]
s402.选择以下三种模式的任一种判断是否发生机床撞机事件；所述三种模式包括：模式一、只通过电流值判断是否发生机床撞机事件；模式二、只通过功率值判断是否发生机床撞机事件；模式三、既通过电流值，又通过功率值，判断是否发生机床撞机事件。
[0142]
示例性的，s4021.若用户选择通过所述电流值判断是否发生机床撞机事件，则控制单元判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值；若判断结果为是，则判定
发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。示例性的，在本实施例中所述步骤s4021的具体实现方案同本发明实施例二中的内容相同，在此不再赘述。
[0143]
示例性的，s4022.若用户选择通过所述功率值来判断是否发生机床撞机事件，则判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；若判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。示例性的，在本实施例中所述步骤s4022的具体实现方案同本发明实施例三中的内容相同，在此不再赘述。
[0144]
示例性的，s4023.若用户选择同时通过所述电流值和功率值来判断是否发生机床撞机事件，则判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，并判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；若上述任一判断结果为是，则判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。示例性的，在本实施例中所述步骤s4023中判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值的实现方案同上述步骤s4021；在本实施例中所述步骤s4023中判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值的实现方案同上述步骤s4022。
[0145]
本发明实施例提供的机床撞机保护方法400，用户可根据具体的使用场景自主选通过监测电流值、功率值任一种或其组合的方式实现机床撞机保护监控，兼容性强，使用范围广。本发明实施例提供的机床撞机保护方法400可以有效减轻甚至避免了机床撞机造成加工部件的损害，稳定性好，可靠性高，是机床发生撞机时的“安全气囊”。
[0146]
实施例五
[0147]
如图5所示，图5位本发明实施例五提供的机床撞机保护系统结构示意图；
[0148]
本实施例提供一种机床撞机保护系统500，该系统采用上述实施例二所述的机床撞机保护方法，具体包括：
[0149]
获取模块，用于获取机床主轴电机501的电流值；
[0150]
判断模块，用于判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值
[0151]
执行模块，用于判断模块判断结果为是时，判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0152]
示例性的，在本实施例中所述获取模块包括：
[0153]
电流采集模块502，设置在机床主轴电机501的供电电源线上，用于实时采集所述机床主轴电机501的电流信号，并输出给ad采集模块503；示例性的，电流采集模块502可接在主轴驱动器/放大器505位置。
[0154]
ad采集模块503，用于对收到的电流信号、电压信号进行模数转换，并将转换后的数据发送给控制单元504；
[0155]
控制单元504，用于计算所述机床主轴电机501的电流值，并根据该电流值和电压值计算出所述机床主轴电机501的功率值；
[0156]
示例性的，在本实施例中所述判断模块和执行模块集成在所述控制单元504中。
[0157]
示例性的，在本实施例中所述判断模块和执行模块集成在所述控制单元504中。示例性的，在本实施例中所述控制单元504中设置有与cnc控制器507(机床控制器)通讯连接的状态监控模块和报警反馈模块，实现上述实施例二中提到的机床状态监控和报警反馈功
能。
[0158]
示例性的，在本实施例中还设置一上位机506，所示上位机506与控制单元504通讯，用于为所述控制单元504配置参数，并实时监控机床撞机保护数据。示例性的，在本实施例中所述配置参数包括但不限于滤波参数、撞机保护电流边界值相关参数、电流监控选项参数、报警类型设定(例如，plc报警，急停报警，三色灯报警，语音报警，短信报警等等)、报警时长设定(报警触发后的保持时间)。所述实时监控机床撞机保护数据，包括但不限于监控机床主轴电机501当前的电流值报警状态、历史报警记录等。示例性的，在本实施例中所述上位机506包括但不限于手机、平板或其他智能终端。
[0159]
本发明实施例提供的机床撞机保护系统500通过监控机床主轴电机501的电流实现了机床撞机保护；实时监控机床状态，在机床主轴开始旋转时才会立即启动机床撞机保护，获取当前进给倍率场景下对应的撞机保护电流边界值用于机床撞机保护判断，通过监控机床主轴电机501的电流实现机床撞机保护，机床主轴停止旋转时立即停止启动机床撞机保护。本发明实施例提供的机床撞机保护系统500有效减轻甚至避免了机床撞机造成加工部件的损害，是机床发生撞机时的“安全气囊”，稳定性好，可靠性高。
[0160]
实施例六
[0161]
如图6所示，
[0162]
本实施例提供一种机床撞机保护系统600，该系统采用上述实施例三和实施例四任一所述的机床撞机保护方法，包括：
[0163]
获取模块，用于获取机床主轴电机601的电流值和功率值；
[0164]
判断模块，用于判断所述电流值是否不小于预设的撞机保护电流边界值，或判断所述功率值是否不小于预设的撞机保护功率边界值；
[0165]
执行模块，用于判断模块的任一判断结果为是时，判定发生机床撞机事件，触发机床撞机保护，其中，所述机床撞机保护包括但不限于机床停机。
[0166]
示例性的，在本实施例中所述获取模块包括：
[0167]
电流采集模块602，设置在机床主轴电机601的供电电源线上，用于实时采集所述机床主轴电机601的电流信号，并输出给ad采集模块603；
[0168]
具体的，在本实施例中将电流采集模块602设置在机床主轴电机601的供电电源线上，示例性的，电流采集模块602可接在主轴驱动器/放大器605位置。值得一提的是，在具体应用中所述电流采集模并不局限于设置在机床主轴电机601的供电电源线即机床主轴电机601的动力线上，根据监控场景等需求不同，也可以将所述电流采集模块602设置在机床的加工轴例如伺服轴等，通过监控加工轴的动力电流值，判断加工轴是否发生撞击，具体实现方案对同下文监控机床主轴雷同，不再赘述。
[0169]
在本实施例中通过所述电流采集模块602实时采集所述机床主轴电机601的电流信号，并输出给ad采集模块603。示例性的，所述电流采集模块602优选霍尔电流传感器。根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，需要选择对应精度的霍尔电流传感器，正常采用精度不低于千分之五的霍尔电流传感器。值得一提的是，本实施例中将霍尔电流传感器安装在机床主轴电机601的供电电源线上，安装简单方便易操作、不改变机床现有状态，电流作为监控对象的采集的实时性高，而且电流具有很好的交流电频率特征，不容易被外部信号干扰，经过大量的对比分析实验，确定电流非常适合用于机床撞机保护方案。
[0170]
示例性的，采用如下两种方式的任一种实时采集所述机床主轴电机601的电压信号，并输出给所述ad采集模块603；其中，所述两种方式包括：一、通过电压采集模块实时采集所述机床主轴电机601的电压信号；其中，所述电压采集模块优选霍尔电流传感器。根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，需要选择对应精度的霍尔电流传感器；二、直接采集所述机床主轴电机601的相电压信号或线电压信号。
[0171]
示例性的，在本实施例中优选采用直接采集所述机床主轴电机601的相电压信号或线电压信号方式获取机床主轴电机601的电压信号。
[0172]
ad采集模块603，用于对收到的电流信号、电压信号进行模数转换，并将转换后的数据发送给控制单元604；
[0173]
具体的，在本实施例中根据不同场景对机床撞机保护响应速度的要求，选择采集频率、采集精度符合要求的ad采集模块603。示例性的在本实施例中ad采集模块603将收的电流信号和电压信号(即三相电流信号和三相电压信号)转换为三相电流数据和三相电压数据，每秒钟发送大量三相电流数据和三相电压数据给控制单元604，例如在一应用中ad采集模块603每秒发送4960组数据给控制单元604，其中每组数据由一组三相电流数据和一组三相电压数据组成。示例性，在本实施例中所述ad采集模块603可选择通过spi接口将数据发送给控制单元604，但并不局限于此数据通讯方式。
[0174]
控制单元604，用于对收到的处理后获得机床主轴电机601的电流值和功率值；具体处理过程可参考上述实施例三。
[0175]
示例性的，在本实施例中所述判断模块和执行模块集成在所述控制单元604中。示例性的，在本实施例中所述控制单元604中设置有与cnc控制器607(机床控制器)通讯连接的状态监控模块和报警反馈模块，实现上述实施例中提到的机床状态监控和报警反馈功能。
[0176]
示例性的，在本实施例中还设置一上位机606，所示上位机606与控制单元604通讯，用于为所述控制单元604配置参数，并实时监控机床撞机保护数据。示例性的，在本实施例中所述配置参数包括但不限于滤波参数、撞机保护电流边界值相关参数、电流监控选项参数、报警类型设定(例如，plc报警，急停报警，三色灯报警，语音报警，短信报警等等)、报警时长设定(报警触发后的保持时间)。所述实时监控机床撞机保护数据，包括但不限于监控机床主轴电机601当前的电流值报警状态、历史报警记录等。示例性的，在本实施例中所述上位机606包括但不限于手机、平板或其他智能终端。
[0177]
本发明实施例提供的机床撞机保护系统600，用户可根据具体的使用场景自主选通过监测电流值、功率值任一种或其组合的方式实现机床撞机保护监控，兼容性强，使用范围广。本发明实施例提供的机床撞机保护系统600可以有效减轻甚至避免了机床撞机造成加工部件的损害，稳定性好，可靠性高，是机床发生撞机时的“安全气囊”。
[0178]
实施例七
[0179]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，，该计算机可读存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(randomaccess memory，ram)、磁盘或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，具体的，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现上述实施例一至实施例四任一所述的机床撞机保护方法。
[0180]
实施例八
[0181]
本实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例一至实施例四任一所述的机床撞机保护方法。
[0182]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由本技术的权利要求书指出。
[0183]
应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求书来限制。
[0184]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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技术各实施例技术方案的范围。