本發(fā)明涉及變頻器控制領域，特別是涉及一種雕刻機的斷刀檢測方法及變頻器。

背景技術：

雕刻機，是一種常用的加工設備，其通過高速旋轉的電主軸帶動刀具，通過刻刀將目標元件雕刻成期望的形狀或在目標元件上雕刻出期望的紋路。雕刻機的控制系統(tǒng)一般由數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、高速電主軸組成。

高速雕刻機由于其旋轉速度高，通常電主軸的轉速可以達到上萬轉每分鐘，因此在加工過程中遇到刀具老化或材料密度不均勻等情況，很容易造成刀具折斷。由于高速雕刻機的加工是可以看出高速的銑鉆過程，因此其需要在冷卻液中進行加工。這導致外部很難看清楚加工時的刀具情況。又由于有時加工一個元件可能會耗時幾個小時，因此如果不能及時發(fā)現(xiàn)斷刀，會浪費很多時間。

因此，如何使雕刻機在高速雕刻的過程中能夠檢測出刀具是否損壞成為亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對雕刻機在加工過程中刀具損壞后難以檢測的問題，提供一種使雕刻機在高速雕刻的過程中能夠有效檢測出刀具是否損壞的雕刻機的斷刀檢測方法及變頻器。

一種雕刻機的斷刀檢測方法，包括：

獲取目標頻率，在變頻器啟動后將輸出頻率逐漸增加至目標頻率；

在變頻器的輸出頻率到達目標頻率后，實時檢測電機的運行電流；并在接收到進刀指令之前，記錄第一電流值，在接收到進刀指令后，記錄執(zhí)行所述進刀指令后的第二電流值，所述第二電流值大于第一電流值；

在執(zhí)行進刀指令的過程中，持續(xù)判斷所述運行電流是否出現(xiàn)符合預設條件的下降；

若是，則認為此時出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，并在所述雕刻機出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象后進行斷刀報警。

在其中一個實施例中，還包括：

持續(xù)檢測所述輸出頻率的值，根據(jù)所述輸出頻率的值計算輸出電壓的值；

根據(jù)所述輸出電壓的值發(fā)出pwm信號，所述pwm信號用于控制電機轉動。

在其中一個實施例中，所述持續(xù)檢測所述輸出頻率的值包括：

預設加速時間，對變頻器啟動后所經(jīng)過的時間進行計時得到運行時間；

當所述運行時間小于所述加速時間時，通過公式fs＝fo*t/t計算出所述輸出頻率的值，其中，fs為輸出頻率，fo為目標頻率，t為運行時間，t為預設的加速時間；

當所述運行時間大于或等于所述加速時間時，輸出頻率為所述目標頻率。

在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述輸出電壓的值發(fā)出pwm信號包括：

根據(jù)所述輸出電壓的值計算出三相比較寄存器的值，并通過所述三相比較寄存器發(fā)出三相pwm電壓信號。

在其中一個實施例中，所述實時檢測電機的運行電流包括：

檢測電機的三相運行電流中的兩相運行電流，根據(jù)三相電流和為零，計算出第三相運行電流的大小；

通過坐標變換將三相靜止坐標系下的所述三相運行電流變換到兩相靜止坐標系下的兩相運行電流；

通過電流合成將所述兩相靜止坐標系下的兩相運行電流合成為運行電流。

在其中一個實施例中，在接收到所述進刀指令后，控制所述雕刻機的刀具向需要雕刻的材料移動，并在接觸到所述材料后按照預設的路線進行雕刻。

在其中一個實施例中，所述判斷所述運行電流是否出現(xiàn)符合預設條件的下降包括：

當所述運行電流不大于所述第二電流值時，判斷所述運行電流是否小于所述第一電流值與第二電流值之和的一半；

若是，預設延遲時間，在所述延遲時間過后再次判斷所述運行電流是否小于所述第一電流值與第二電流值之和的一半。

在其中一個實施例中，當所述運行電流大于所述第二電流值時，則將所述第二電流值更新為當前檢測的所述運行電流的值。

一種變頻器，用于控制雕刻機運行并對雕刻機進行斷刀檢測，包括：

信號接收模塊，用于接收啟動信號和獲取目標頻率；

電主軸控制模塊，用于在變頻器啟動后將輸出頻率逐漸增加至目標頻率；

電流檢測模塊，用于在變頻器的輸出頻率到達目標頻率后，實時檢測電機的運行電流；并在接收到進刀指令之前，記錄第一電流值，在接收到進刀指令后，記錄執(zhí)行所述進刀指令后的第二電流值；

斷刀檢測模塊，用于在執(zhí)行進刀指令的過程中，持續(xù)判斷所述運行電流是否出現(xiàn)符合預設條件的下降；若是，則認為此時出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象；

報警模塊，用于在所述雕刻機出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象后進行斷刀報警。

在其中一個實施例中，還包括：

頻率檢測模塊，用于持續(xù)檢測所述輸出頻率的值；

輸出電壓計算模塊，用于根據(jù)所述輸出頻率的值計算輸出電壓的值；

svpwm輸出模塊，用于根據(jù)所述輸出電壓的值發(fā)出pwm信號，所述pwm信號用于控制電機轉動；

計時模塊，用于對接收到所述啟動信號開始所經(jīng)過的時間進行計時；

坐標變換模塊，用于將三相靜止坐標系下的所述三相運行電流變換到兩相靜止坐標系下的兩相運行電流；

電流合成模塊，用于將所述兩相靜止坐標系下的兩相運行電流合成為運行電流。

上述雕刻機的斷刀檢測方法及變頻器，通過在輸出頻率達到目標頻率時，記錄接收到進刀指令之前的第一電流值，在接收到進刀指令后，記錄執(zhí)行所述進刀指令后的第二電流值，并通過判斷所述運行電流是否出現(xiàn)符合預設條件的下降來判斷是否出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，并在所述雕刻機出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象后進行斷刀報警。使雕刻機在高速雕刻的過程中也能夠有效檢測出刀具是否損壞，避免在加工過程中無法檢測斷刀現(xiàn)象而浪費時間，提高了加工效率。

附圖說明

圖1為一個實施例中雕刻機的斷刀檢測方法的流程圖；

圖2為一個實施例中雕刻機控制的流程圖；

圖3為一個實施例中電流檢測的流程圖；

圖4為一個實施例中斷刀檢測的流程圖；

圖5為一個實施例中的變頻器控制的模塊圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

以下提供一種雕刻機的斷刀檢測方法，參閱圖1所示，為一個實施例中的雕刻機的斷刀檢測方法流程圖，所述方法包括以下步驟s110～s150。

s110：獲取目標頻率，在變頻器啟動后將輸出頻率逐漸增加至目標頻率。

具體地，控制雕刻機運行的變頻器接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的啟動信號和目標頻率信號，所述啟動信號用于控制變頻器啟動，所述目標頻率信號用于給定變頻器輸出的目標頻率。

在一個實施例中，變頻器通過開關量輸入端口或通訊端口輸入所述啟動信號，執(zhí)行所述啟動信號并增大輸出頻率，通過模擬量輸入端口或通訊端口輸入所述目標頻率信號，根據(jù)所述目標頻率信號確定目標頻率，并增大輸出頻率至所述目標頻率。

進一步地，通過預設加速時間，所述加速時間指的是變頻器的輸出頻率由零增加至目標頻率所需的時間，所述加速時間可以根據(jù)用戶需求進行設定。并對接收到所述啟動信號開始所經(jīng)過的時間進行計時得到運行時間，當所述運行時間小于所述加速時間時，根據(jù)所述目標頻率、運行時間與加速時間的關系計算得到所述輸出頻率的值。當所述輸出頻率的值處于不同大小時，根據(jù)所述輸出頻率與電機的基本工作頻率、基本工作電壓、最大工作頻率和最大工作電壓等參數(shù)的關系計算變頻器的輸出電壓的值。

在一個實施例中，雕刻機的控制流程圖如圖2所示，根據(jù)雕刻機電主軸(電機)的工作曲線獲取電機的基本工作頻率fb、基本工作電壓vb、最大工作頻率fm和最大工作電壓vm等參數(shù)。當所述運行時間小于所述加速時間時，變頻器根據(jù)用戶預設的加速時間t以及根據(jù)目標頻率信號確定的目標頻率fo，可以通過公式fs＝fo*t/t計算出輸出頻率的值，其中fs為輸出頻率，t為變頻器內(nèi)置的計時模塊計時所得的運行時間?？梢岳斫獾氖牵斔鲞\行時間t大于或等于所述加速時間t時，即變頻器的運行時間達到加速時間，此時變頻器的輸出頻率為目標頻率，即fs＝fo。

進一步地，當fs<(fb/10)時，變頻器輸出電壓vout＝vb*fs/fb+vt*(1-fs/(fb/10))，其中vt為變頻器預設的電壓補償量；當(fb/10)<fs<fb時，變頻器輸出電壓vout＝vb*fs/fb；當fb<fs<fm時，變頻器輸出電壓vout＝(vm-vb)*(fs-fb)/(fm-fb)+vb。

進一步地，根據(jù)所述輸出電壓的值發(fā)出pwm(脈沖寬度調(diào)制)信號，所述pwm信號用于控制電機轉動。

在一個實施例中，根據(jù)所述輸出電壓的值計算出三相比較寄存器的值，并通過所述三相比較寄存器發(fā)出三相pwm電壓信號。將輸出電壓vout帶入變頻器內(nèi)置的svpwm(空間矢量脈寬調(diào)制)輸出模塊，可以計算出三相比較寄存器的值，并通過所述三相比較寄存器的控制芯片發(fā)出三相相差120°的pwm電壓信號。

進一步地，通過變頻器內(nèi)置的ipm模塊(智能功率模塊)控制電機按照預設的目標頻率運行，同時可以保證將計算的輸出電壓vout施加到所述電機上。

s120：在變頻器的輸出頻率到達目標頻率后，實時檢測電機的運行電流；并在接收到進刀指令之前，記錄第一電流值，在接收到進刀指令后，記錄執(zhí)行所述進刀指令后的第二電流值，所述第二電流值大于第一電流值。

具體地，檢測電機的三相運行電流中的任意兩相運行電流，根據(jù)三相電流和為零，計算出第三相運行電流的大?。煌ㄟ^坐標變換將三相靜止坐標系下的所述三相運行電流變換到兩相靜止坐標系下的兩相運行電流；通過電流合成將所述兩相靜止坐標系下的兩相運行電流合成為運行電流。在接收到所述進刀指令后，控制所述雕刻機的刀具向需要雕刻的材料移動，并在接觸到所述材料后按照預設的路線進行雕刻。因此，在未接收到進刀指令時，相當于所述電機空載運行。在接收到進刀指令，并且雕刻機的刀具開始雕銑材料后，相當于所述電機負載運行。所以所述第二電流值大于第一電流值。

在一個實施例中，電流檢測流程圖如圖3所示，檢測電機的三相運行電流中的任意兩相運行電流，如iu、iw，根據(jù)三相電流和為零，則可計算出第三相運行電流iv＝-iu-iw。

進一步地，通過克拉克變換(clark變換)將三相靜止坐標系下的三相運行電流iu、iv、iw變換到兩相靜止坐標系下的兩相運行電流iα、iβ。所述克拉克變換的公式為iα＝iu，其中，iu、iv、iw為時間上互相間隔120度的三相平衡交流電流，iα和iβ為時間上互相間隔90度的兩相平衡交流電流。

進一步地，通過公式將兩相靜止坐標系下的兩相運行電流iα、iβ合成為運行電流i。

s130：在執(zhí)行進刀指令的過程中，持續(xù)判斷所述運行電流是否出現(xiàn)符合預設條件的下降。

在一個實施例中，斷刀檢測的流程圖如圖4所示，在未接收到進刀指令時記錄第一電流值i1，在接收到進刀指令后記錄第二電流值i2。

進一步地，判斷運行電流i是否大于第二電流值i2；若是，則將第二電流值i2更新為當前檢測的運行電流i的值；此時，當?shù)窨虣C的刀具接觸雕刻材料時，電機的運行電流處于由空載電流增大到負載電流的過程，這個過程運行電流在單調(diào)增加，通過更新i2來記錄最終負載電流的大小，通過最終負載來判斷是否出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，可以避免第一電流值i1和第二電流值i2相差太小而造成誤判的問題。

在判斷運行電流i是否大于第二電流值i2的步驟中，若否，則進一步判斷運行電流i是否小于第一電流值i1與第二電流值i2之和的一半，即是否滿足i<(i2+i1)/2。

進一步地，若此時運行電流i滿足i<(i2+i1)/2，則預設延遲時間，在所述延遲時間過后再次判斷所述運行電流i是否滿足i<(i2+i1)/2；由于雕刻機出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象后，刀具與雕刻材料無接觸，相當于雕刻機的電機又變成了空載運行，此時電流會又變成無進刀指令時的空載運行電流，因此通過判斷此時的運行電流i的值是否降低為空載時的運行電流值，就能判斷出雕刻機是否出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象。

s140：若是，則認為此時出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，并在所述雕刻機出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象后進行斷刀報警。

具體地，在判斷所述運行電流i是否滿足i<(i2+i1)/2的步驟中，若在所述延遲時間過后依然滿足，則認為此時出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，變頻器通過內(nèi)置的報警模塊進行報警。

上述雕刻機的斷刀檢測方法，使雕刻機在高速雕刻的過程中也能夠有效檢測出刀具是否損壞，避免在加工過程中無法檢測斷刀現(xiàn)象而浪費時間，提高了加工效率。

基于相同的發(fā)明構思，以下提供一種變頻器，用于控制雕刻機運行并執(zhí)行上述實施例對雕刻機進行斷刀檢測，參閱圖5所示，為一個實施例中的變頻器控制的模塊圖，所述變頻器包括信號接收模塊(圖中未示)、電主軸控制模塊200、頻率檢測模塊300、輸出電壓計算模塊400、svpwm輸出模塊500、ipm模塊600、電流檢測模塊700、斷刀檢測模塊800和報警模塊900。

其中，信號接收模塊包括頻率接收單元110和命令接收單元120，命令接收單元120用于接收啟動信號，頻率接收單元110用于接收頻率信號。

電主軸控制模塊200用于執(zhí)行所述啟動信號并增大輸出頻率，根據(jù)所述目標頻率信號確定目標頻率，并增大輸出頻率至所述目標頻率，電主軸控制模塊可以發(fā)出雕刻機工作所需的速度曲線和電壓曲線。

頻率檢測模塊300用于持續(xù)檢測所述輸出頻率的值，輸出電壓計算模塊400用于根據(jù)所述輸出頻率的值計算輸出電壓的值。

svpwm輸出模塊500用于根據(jù)所述輸出電壓的值發(fā)出pwm信號，所述pwm信號用于控制電機轉動。

ipm模塊600用于控制電機按照預設的目標頻率運行，同時可以保證將輸出電壓計算模塊400計算的輸出電壓的值施加到所述電機上。

電流檢測模塊700用于在變頻器的輸出頻率到達目標頻率后，實時檢測電機的運行電流；并在接收到進刀指令之前，記錄第一電流值，在接收到進刀指令后，記錄執(zhí)行所述進刀指令后的第二電流值。

斷刀檢測模塊800用于在執(zhí)行進刀指令的過程中，持續(xù)判斷所述運行電流是否出現(xiàn)符合預設條件的下降；若是，則認為此時出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象。

報警模塊900用于在所述雕刻機出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象后進行斷刀報警。

在一個實施例中，所述變頻器還包括用于對接收到所述啟動信號開始所經(jīng)過的時間進行計時的計時模塊(圖中未示)，用于將三相靜止坐標系下的所述三相運行電流變換到兩相靜止坐標系下的兩相運行電流的坐標變換模塊(圖中未示)，以及用于將所述兩相靜止坐標系下的兩相運行電流合成為運行電流的電流合成模塊(圖中未示)。

上述變頻器，通過頻率檢測模塊檢測到輸出頻率達到所述目標頻率時，電流檢測模塊記錄未接收到進刀指令時的第一電流值，在接收到進刀指令后，電流檢測模塊記錄執(zhí)行所述進刀指令后的第二電流值，并通過斷刀檢測模塊判斷所述運行電流是否小于預設判定值來判斷是否出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，并在所述雕刻機出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象后通過報警模塊進行斷刀報警。使雕刻機在高速雕刻的過程中也能夠有效檢測出刀具是否損壞，避免在加工過程中無法檢測斷刀現(xiàn)象而浪費時間，提高了加工效率。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。