一種具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及機(jī)床控制領(lǐng)域，尤其涉及一種具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制方法 及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基。十八世紀(jì)中葉開啟 工業(yè)文明以來，世界強(qiáng)國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，就沒 有國家和民族的強(qiáng)盛。打造具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安 全、建設(shè)世界強(qiáng)國的必由之路。
[0003] 2015的兩會(huì)上，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中首次提出要實(shí)施《中國制造2025》， 并表示"堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國"。在 國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》中，明確提出了"綠色發(fā)展"的基本要求，綠色發(fā)展的其中一 項(xiàng)重要指標(biāo)為"規(guī)模以上單位工業(yè)增加值能耗下降幅度"在2020年對(duì)比2015年下降18%，在 2025年下降34%。
[0004] 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)中重要的大型加工設(shè)備，在我國一直具備較大的保有量，據(jù) 調(diào)行業(yè)調(diào)查顯示，截止2015年，國內(nèi)機(jī)床保有量約750萬臺(tái)，由車削占所有工種的比重，車床 占機(jī)床總量約40%~60%，若以50%計(jì)，則車床總量約為375萬臺(tái)。截止2015年，預(yù)估普通車 床約占車床總量70%。綜上所述，目前國內(nèi)機(jī)床保有量約750萬臺(tái)；其中車床以50%計(jì)，約 375萬臺(tái)；普通車床占車床總量以70%計(jì)，約262萬臺(tái)。機(jī)床作為高性能的大型制造設(shè)備，能 耗較高，若每臺(tái)機(jī)床額定功率按平均10千瓦計(jì)算，則總功率約7500萬千瓦，普通車床總功率 約為2620萬千瓦；且機(jī)床平均能量利用率低下，平均低于30%。根據(jù)理論分析，現(xiàn)役普通車 床在加工工件時(shí)對(duì)刀、退刀等空載的期間機(jī)床主軸電機(jī)存在能源消耗問題，空載期間主軸 電機(jī)的功率消耗仍然較大。經(jīng)過對(duì)加工工廠實(shí)地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際加工流程中，車床空載 時(shí)間較長(zhǎng)，在整個(gè)開機(jī)工作時(shí)間中所占比例較高，因此空載時(shí)的主軸電機(jī)能量消耗不可忽 視。另外，機(jī)床內(nèi)部每個(gè)繼電器所加電壓較高，對(duì)應(yīng)的功率消耗較大，在保證安全與設(shè)備正 常運(yùn)行的前提下可以對(duì)其進(jìn)行控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)機(jī)床空載時(shí)間較長(zhǎng)，消耗能量大，造 成電量浪費(fèi)的缺陷，提供一種控制機(jī)床空載時(shí)減小能量消耗的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié) 能控制方法及裝置。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明提供一種具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制方法，包括以下步驟：
[0008] S1、通過圖像傳感器采集刀具與工件的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)獲取到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 得到黑白圖像，其中車刀與工件作為識(shí)別對(duì)象在黑白圖像中為白點(diǎn)，其余為黑點(diǎn)；
[0009] S2、對(duì)黑白圖像進(jìn)行圖形面積標(biāo)志位檢測(cè)：通過判斷白點(diǎn)個(gè)數(shù)可以得出車刀和工 件進(jìn)入視場(chǎng)的面積大小，若面積到達(dá)閾值時(shí)觸發(fā)標(biāo)志位；
[0010] S3、對(duì)黑白圖像進(jìn)行凹凸性標(biāo)志位檢測(cè)：通過判斷車刀和工件構(gòu)成的兩塊白點(diǎn)圖 像的凹凸性，若兩個(gè)凹凸性均超過閾值時(shí)觸發(fā)標(biāo)志位；
[0011] S4、將步驟S2和S3得到的結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，若兩個(gè)標(biāo)志位均被觸發(fā)，判定車刀接 近工件，機(jī)床即將開始加工，反之判定機(jī)床處于空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)；
[0012] S5、若判定機(jī)床為空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)，輸出低占空比pwm波，控制電機(jī)輸出電壓 在維持電機(jī)轉(zhuǎn)速的最低電壓值，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速。
[0013] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S1中處理得到黑白圖像的具體方法為：
[0014] 采集到圖像數(shù)據(jù)后，圖像數(shù)據(jù)以YUV格式存儲(chǔ)，通過提取YUV格式圖片中的灰度信 息，得到當(dāng)前時(shí)刻的灰度圖，再將灰度圖二值化形成黑白圖像。
[0015] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S3中判斷圖像凹凸性的具體方法為：
[0016]通過計(jì)算每列從上至下第一個(gè)白點(diǎn)與最后一個(gè)白點(diǎn)分別與第二列第一個(gè)白點(diǎn)與 最后一個(gè)白點(diǎn)的距離，直至某列不存在白點(diǎn)，將這些距離求和可得弧長(zhǎng)，通過計(jì)算弧長(zhǎng)與弦 長(zhǎng)差與和的比值，得到圖形的凹凸性。
[0017] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S5中控制輸出電壓的具體方法為：
[0018] 通過控制IGBT的通斷時(shí)間比，來改變電源的輸出電壓大小;在輸入PWM為低占空比 情況下，電機(jī)功率控制輸出電壓為低電壓，其輸出電壓值將電機(jī)轉(zhuǎn)速維持在保持電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 的最低電壓值;在輸入PWM波為高占空比情況下，電機(jī)控制輸出電壓為正常電壓。
[0019] 本發(fā)明提供一種具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制裝置，包括與主軸電機(jī)相連的 接觸器模塊、傳感器檢測(cè)模塊和電機(jī)功率模塊，傳感器檢測(cè)模塊還連接有圖像傳感器，其 中：
[0020] 圖像傳感器，安裝在機(jī)床側(cè)面刀架上，用于拍攝機(jī)床工作時(shí)側(cè)面刀件正向觀察到 的的畫面，以YUV格式圖像存儲(chǔ)于單片機(jī)內(nèi)存中；
[0021] 接觸器模塊，用于對(duì)輸入電壓進(jìn)行交流斬波，降低電流至維持電流，從而降低交流 接觸器的吸持功耗；
[0022] 傳感器檢測(cè)模塊，用于在本裝置進(jìn)行車削加工工作時(shí)，在車刀對(duì)刀期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 加工工件狀態(tài)，按不同工作狀態(tài)輸出不同pwm波給電機(jī)功率模塊；
[0023]電機(jī)功率模塊，用于通過控制IGBT的通斷時(shí)間比，來改變電源的輸出電壓大小， IGBT的通斷時(shí)間比由傳感檢測(cè)模塊輸入的PWM波決定。
[0024]進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述圖像傳感器使用的CMOS攝像頭芯片為0V7725。
[0025] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述接觸器模塊隨機(jī)床主軸電機(jī)開關(guān)共同打開與關(guān)閉。
[0026] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述電機(jī)功率模塊采用單管雙向斬波調(diào)壓電路。
[0027] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制方法，通 過對(duì)采集到的車刀和工件的圖像進(jìn)行處理，得到機(jī)床的工作狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)床的輸出電 壓和功率;能夠有效的減少機(jī)床空載時(shí)的能量消耗，并且不會(huì)影響機(jī)床的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換速 度;相比傳統(tǒng)繼電器模塊，大幅提高了節(jié)能效率，提高了機(jī)床的使用效率;結(jié)合圖像處理和 程序控制，節(jié)省了人工，同時(shí)也避免了人工判斷造成的誤操作。
【附圖說明】
[0028] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0029] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制方法的流程圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制方法的黑白圖像；
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制裝置的延時(shí)電路；
[0033]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制裝置的TL494控制電路； [0034]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制裝置的驅(qū)動(dòng)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制方法，包括以下步 驟：
[0037] S1、通過圖像傳感器采集刀具與工件的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)獲取到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 得到黑白圖像，其中車刀與工件作為識(shí)別對(duì)象在黑白圖像中為白點(diǎn)，其余為黑點(diǎn)；
[0038] S2、對(duì)黑白圖像進(jìn)行圖形面積標(biāo)志位檢測(cè)：通過判斷白點(diǎn)個(gè)數(shù)可以得出車刀和工 件進(jìn)入視場(chǎng)的面積大小，若面積到達(dá)閾值時(shí)觸發(fā)標(biāo)志位；
[0039] S3、對(duì)黑白圖像進(jìn)行凹凸性標(biāo)志位檢測(cè)：通過判斷車刀和工件構(gòu)成的兩塊白點(diǎn)圖 像的凹凸性，若兩個(gè)凹凸性均超過閾值時(shí)觸發(fā)標(biāo)志位；
[0040] S4、將步驟S2和S3得到的結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，若兩個(gè)標(biāo)志位均被觸發(fā)，判定車刀接 近工件，機(jī)床即將開始加工，反之判定機(jī)床處于空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)；
[0041 ] S5、若判定機(jī)床處于空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)，輸出低占空比pwm波，控制電機(jī)輸出電 壓在維持電機(jī)轉(zhuǎn)速的最低電壓值，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速。
[0042] 通過0V7670傳感器采集到圖像后，圖形數(shù)據(jù)以YUV格式存儲(chǔ)，通過提取YUV格式圖 片中的灰度信息，可以得到當(dāng)前時(shí)刻的灰度圖，再將灰度圖二值化形成黑白圖像。該傳感器 體積小，工作電壓低，提供單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能。通過SCCB總線控制，可 以輸入整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影像數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品VGA圖像最高達(dá)到30 幀/秒。用戶可以完全控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。所有圖像處理功能過程包括伽 瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等都可以通過SCCB接口編程。OmmiVision圖像傳感器應(yīng)用獨(dú) 有的傳感器技術(shù)，通過減少或消除光學(xué)或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尼、浮散等，提高圖 像質(zhì)量，得到清晰的穩(wěn)定的彩色圖像。
[0043] 如圖2所示，圖像處理中，主要用到兩種判斷依據(jù)：
[0044] (1)圖形面積：
[0045] 由于經(jīng)過上述處理后得到黑白圖像，而車刀與工件作為識(shí)別對(duì)象在圖像中為白 色，其余為黑色，通過判斷白點(diǎn)個(gè)數(shù)可以得出車刀和工件進(jìn)入視場(chǎng)的面積大小，在面積到達(dá) 閾值時(shí)將觸發(fā)標(biāo)志位。
[0046] (2)凹凸性：
[0047]如圖2所示，車刀和工件是從視場(chǎng)的兩個(gè)互相垂直的邊界進(jìn)入視場(chǎng)，圖中區(qū)域1為 工件進(jìn)入視場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的白斑，區(qū)域2為車刀進(jìn)入視場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的白斑。
[0048] A、B、C三點(diǎn)為視場(chǎng)定點(diǎn)，通過計(jì)算A和B兩點(diǎn)間白斑和B、C兩點(diǎn)間白斑的凹凸性，當(dāng) 兩塊白斑凹凸性均超過閾值時(shí)，觸發(fā)標(biāo)志位。
[0049] 當(dāng)圖形面積標(biāo)志位和凹凸性標(biāo)志位同時(shí)被觸發(fā)時(shí)判定車刀接近工件，反之判定車 刀遠(yuǎn)離工件，然后根據(jù)工作狀態(tài)對(duì)調(diào)速電路進(jìn)行相應(yīng)操作。
[0050] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的具有檢測(cè)功能的機(jī)床傳動(dòng)節(jié)能控制裝置，包括與主軸 電機(jī)相連的接觸器模塊、傳感器檢測(cè)模塊和電機(jī)功率模塊，傳感器檢測(cè)模塊還連接有圖像 傳感器，其中：
[0051 ]接觸器模塊，接觸器模塊隨機(jī)床主軸電機(jī)開關(guān)共同打開與關(guān)閉，對(duì)輸入電壓進(jìn)行 交流斬波，降低電流至維持電流，從而降低交流接觸器的吸持功耗達(dá)到節(jié)能效果。
[0052]傳感檢測(cè)模塊，在本裝置進(jìn)行車削加工工作時(shí)，在