一種具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及機床控制領(lǐng)域，尤其涉及一種具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制方法 及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。十八世紀(jì)中葉開啟 工業(yè)文明以來，世界強國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強大的制造業(yè)，就沒 有國家和民族的強盛。打造具有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安 全、建設(shè)世界強國的必由之路。
[0003] 2015的兩會上，李克強總理在政府工作報告中首次提出要實施《中國制造2025》， 并表示"堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國"。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年對比2015年下降18%，在 2025年下降34%。
[0004] 機床作為機械制造業(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)機床保有量約750萬臺，由車削占所有工種的比重，車床 占機床總量約40%~60%，若以50%計，則車床總量約為375萬臺。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)機床保有量約750萬臺；其中車床以50%計，約 375萬臺；普通車床占車床總量以70%計，約262萬臺。機床作為高性能的大型制造設(shè)備，能 耗較高，若每臺機床額定功率按平均10千瓦計算，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 床在加工工件時對刀、退刀等空載的期間機床主軸電機存在能源消耗問題，空載期間主軸 電機的功率消耗仍然較大。經(jīng)過對加工工廠實地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，在實際加工流程中，車床空載 時間較長，在整個開機工作時間中所占比例較高，因此空載時的主軸電機能量消耗不可忽 視。另外，機床內(nèi)部每個繼電器所加電壓較高，對應(yīng)的功率消耗較大，在保證安全與設(shè)備正 常運行的前提下可以對其進行控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)機床空載時間較長，消耗能量大，造 成電量浪費的缺陷，提供一種控制機床空載時減小能量消耗的具有檢測功能的機床傳動節(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功能的機床傳動節(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)，對獲取到的圖像數(shù)據(jù)進行處理 得到黑白圖像，其中車刀與工件作為識別對象在黑白圖像中為白點，其余為黑點；
[0009] S2、對黑白圖像進行圖形面積標(biāo)志位檢測：通過判斷白點個數(shù)可以得出車刀和工 件進入視場的面積大小，若面積到達閾值時觸發(fā)標(biāo)志位；
[0010] S3、對黑白圖像進行凹凸性標(biāo)志位檢測：通過判斷車刀和工件構(gòu)成的兩塊白點圖 像的凹凸性，若兩個凹凸性均超過閾值時觸發(fā)標(biāo)志位；
[0011] S4、將步驟S2和S3得到的結(jié)果進行綜合判斷，若兩個標(biāo)志位均被觸發(fā)，判定車刀接 近工件，機床即將開始加工，反之判定機床處于空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)；
[0012] S5、若判定機床為空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)，輸出低占空比pwm波，控制電機輸出電壓 在維持電機轉(zhuǎn)速的最低電壓值，控制電機轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速。
[0013] 進一步地，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，通過提取YUV格式圖片中的灰度信 息，得到當(dāng)前時刻的灰度圖，再將灰度圖二值化形成黑白圖像。
[0015] 進一步地，本發(fā)明的步驟S3中判斷圖像凹凸性的具體方法為：
[0016]通過計算每列從上至下第一個白點與最后一個白點分別與第二列第一個白點與 最后一個白點的距離，直至某列不存在白點，將這些距離求和可得弧長，通過計算弧長與弦 長差與和的比值，得到圖形的凹凸性。
[0017] 進一步地，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，電機功率控制輸出電壓為低電壓，其輸出電壓值將電機轉(zhuǎn)速維持在保持電機轉(zhuǎn)動 的最低電壓值;在輸入PWM波為高占空比情況下，電機控制輸出電壓為正常電壓。
[0019] 本發(fā)明提供一種具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制裝置，包括與主軸電機相連的 接觸器模塊、傳感器檢測模塊和電機功率模塊，傳感器檢測模塊還連接有圖像傳感器，其 中：
[0020] 圖像傳感器，安裝在機床側(cè)面刀架上，用于拍攝機床工作時側(cè)面刀件正向觀察到 的的畫面，以YUV格式圖像存儲于單片機內(nèi)存中；
[0021] 接觸器模塊，用于對輸入電壓進行交流斬波，降低電流至維持電流，從而降低交流 接觸器的吸持功耗；
[0022] 傳感器檢測模塊，用于在本裝置進行車削加工工作時，在車刀對刀期間實時監(jiān)測 加工工件狀態(tài)，按不同工作狀態(tài)輸出不同pwm波給電機功率模塊；
[0023]電機功率模塊，用于通過控制IGBT的通斷時間比，來改變電源的輸出電壓大小， IGBT的通斷時間比由傳感檢測模塊輸入的PWM波決定。
[0024]進一步地，本發(fā)明的所述圖像傳感器使用的CMOS攝像頭芯片為0V7725。
[0025] 進一步地，本發(fā)明的所述接觸器模塊隨機床主軸電機開關(guān)共同打開與關(guān)閉。
[0026] 進一步地，本發(fā)明的所述電機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)明的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制方法，通 過對采集到的車刀和工件的圖像進行處理，得到機床的工作狀態(tài)，進而調(diào)節(jié)機床的輸出電 壓和功率;能夠有效的減少機床空載時的能量消耗，并且不會影響機床的工作狀態(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)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0029] 圖1是本發(fā)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制方法的流程圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制方法的黑白圖像；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖4是本發(fā)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制裝置的延時電路；
[0033]圖5是本發(fā)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制裝置的TL494控制電路； [0034]圖6是本發(fā)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制裝置的驅(qū)動電路。
【具體實施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實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)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(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)，對獲取到的圖像數(shù)據(jù)進行處理 得到黑白圖像，其中車刀與工件作為識別對象在黑白圖像中為白點，其余為黑點；
[0038] S2、對黑白圖像進行圖形面積標(biāo)志位檢測：通過判斷白點個數(shù)可以得出車刀和工 件進入視場的面積大小，若面積到達閾值時觸發(fā)標(biāo)志位；
[0039] S3、對黑白圖像進行凹凸性標(biāo)志位檢測：通過判斷車刀和工件構(gòu)成的兩塊白點圖 像的凹凸性，若兩個凹凸性均超過閾值時觸發(fā)標(biāo)志位；
[0040] S4、將步驟S2和S3得到的結(jié)果進行綜合判斷，若兩個標(biāo)志位均被觸發(fā)，判定車刀接 近工件，機床即將開始加工，反之判定機床處于空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)；
[0041 ] S5、若判定機床處于空載或?qū)Φ锻说稜顟B(tài)，輸出低占空比pwm波，控制電機輸出電 壓在維持電機轉(zhuǎn)速的最低電壓值，控制電機轉(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，通過提取YUV格式圖 片中的灰度信息，可以得到當(dāng)前時刻的灰度圖，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 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別對象在圖像中為白 色，其余為黑色，通過判斷白點個數(shù)可以得出車刀和工件進入視場的面積大小，在面積到達 閾值時將觸發(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的兩個互相垂直的邊界進入視場，圖中區(qū)域1為 工件進入視場時產(chǎn)生的白斑，區(qū)域2為車刀進入視場時產(chǎn)生的白斑。
[0048] A、B、C三點為視場定點，通過計算A和B兩點間白斑和B、C兩點間白斑的凹凸性，當(dāng) 兩塊白斑凹凸性均超過閾值時，觸發(fā)標(biāo)志位。
[0049] 當(dāng)圖形面積標(biāo)志位和凹凸性標(biāo)志位同時被觸發(fā)時判定車刀接近工件，反之判定車 刀遠離工件，然后根據(jù)工作狀態(tài)對調(diào)速電路進行相應(yīng)操作。
[0050] 如圖3所示，本發(fā)明實施例的具有檢測功能的機床傳動節(jié)能控制裝置，包括與主軸 電機相連的接觸器模塊、傳感器檢測模塊和電機功率模塊，傳感器檢測模塊還連接有圖像 傳感器，其中：
[0051 ]接觸器模塊，接觸器模塊隨機床主軸電機開關(guān)共同打開與關(guān)閉，對輸入電壓進行 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到節(jié)能效果。
[0052]傳感檢測模塊，在本裝置進行車削加工工作時，在