一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统.pdf

本发明公开了一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，包括安装在机床的基座上的主轴，主轴上安装有刀柄，刀柄上安装有刀具，基座上固定安装有初级单元，刀柄上固定安装有次级单元，刀具上固定安装有传感单元，传感单元安装在靠近刀具的切削刃的部位，传感单元与次级单元通过导线连接；传感单元用于在切削的过程中实时感知刀具的物理量；次级单元用于在线采样传感单元感知的物理量并通过无线传输通道向初级单元传输；初级单元用于产生射频载波及在无线传输通道中获取次级单元传输的数据。本系统通过同一传输通道完成能量和数据的同时传输，使系统结构更加简单，感知的物理量多，传输速度快，并可进行刀具身份的识别兼容智能刀具管理系统。

1.  一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，包括安装在机床的基座(1)上的主轴，主轴上安装有刀柄(2)，刀柄(2)上安装有刀具(3)，其特征在于：所述基座(1)上固定安装有初级单元(4)，所述刀柄(2)上固定安装有次级单元(5)，所述刀具(3)上固定安装有传感单元(6)，传感单元(6)安装在靠近刀具(3)的切削刃(31)的部位，传感单元(6)与次级单元(5)通过导线(7)连接；其中，传感单元(6)用于在切削的过程中实时感知刀具(3)的物理量；次级单元(5)用于在线采样传感单元(6)感知的物理量并通过无线传输通道向初级单元(4)传输；初级单元(4)用于产生射频载波及在无线传输通道中获取次级单元(5)传输的数据。

2.  根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：所述次级单元(5)在传输数据时能获取无线传输通道中的载波能量并转换给自身供电。

3.  根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：所述次级单元(5)内存储刀具身份信息，初级单元(4)能通过质询的方式读写存储在次级单元(5)中的刀具身份信息。

4.  根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：所述传感单元(6)优选为嵌入式传感器或者薄膜传感器。

5.  根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：所述初级单元(4)包括固定安装于基座(1)上的初级支架(41)和初级电路板(42)，所述刀柄(2)穿过初级支架(41)后连接在主轴上，初级支架(41)上安装有初级线圈支架(43)，初级线圈支架(43)上缠绕有初级线圈(44)，初级线圈(44)的两端均连接于初级电路板(42)上；初级线圈(44)用于构成无线传输通道，初级电路板(42)用于数 据的质询、载波能量的发送和数据的处理。

6.  根据权利要求5所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：初级线圈支架(43)螺纹连接在初级支架(41)上，拧动初级线圈支架(43)能调节初级线圈(44)和次级单元(5)的距离。

7.  根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：所述次级单元(5)包括固定套接在刀柄(2)外侧的次级支架(51)，所述次级支架(51)上安装有次级电路板(52)和次级线圈支架(53)，次级线圈支架(53)上缠绕有次级线圈(54)，所述次级线圈(54)的两个端部连接在次级电路板(52)；次级电路板(52)用于采集传感单元(6)感知的传感数据、能量的接收和数据的处理及存储刀具身份信息；次级线圈(54)用于构成无线传输通道。

8.  根据权利要求7所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：次级线圈支架(53)螺纹连接在次级支架(51)上，拧动次级线圈支架(53)能调节次级线圈(54)和初级单元(4)的距离。

9.  根据权利要求7所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：所述次级电路板(52)安装在次级支架(51)的靠近传感单元(6)的一端。

10.  根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其特征在于：所述初级线圈(44)和/或次级线圈(54)为利兹线绕制而成。

一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统
技术领域
本发明属于智能刀具领域，更具体地，涉及一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统。
背景技术
在加工过程中，为了更好的保证被加工零件的质量，需要在线实时监测加工过程中的多种物理量；针对铣削加工的特点而研制的智能刀具也越来越多；现有的智能铣削刀具主要是利用蓝牙加锂电池、声表面波等技术，或者采用不同的传输通道实现检测数据和能量的传输。
然而，进一步研究表明，现有的铣削智能刀具系统存在着诸多不足，首先，无线传输模块加电池的方式会使能量得不到及时的补充，而使智能刀具不能连续的工作甚至出现监控系统异常工作的情况；其次，声表面波技术使用的材料较易损坏、工艺较复杂且同时感知的物理量较少；再次，能量和数据的分通道传输会使系统较为复杂，成本较高，功耗较大；且目前的智能刀具系统只能单一的进行切削物理量的感知，而不能与现有的智能刀具管理系统相兼容，从而制约着超精密加工以及智能制造的发展。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，其目的在于在相对旋转不适宜架设连接线的应用中实现能量和数据共用同一无线传输通道进行传输，解决了传统的智能铣削刀具存在的各种问题，并具备结构简单、可持续工作、感知物理量多、实时性强、可兼容刀具管理系统、成本低廉且易用等诸多优点。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于RFID技术 的智能铣削刀具系统，包括安装在机床的基座上的主轴，主轴上安装有刀柄，刀柄上安装有刀具，所述基座上固定安装有初级单元，所述刀柄上固定安装有次级单元，所述刀具上固定安装有传感单元，传感单元安装在靠近刀具的切削刃的部位，传感单元与次级单元通过导线连接；其中，传感单元用于在切削的过程中实时感知刀具的物理量；次级单元用于在线采样传感单元感知的物理量并通过无线传输通道向初级单元传输；初级单元用于产生射频载波及在无线传输通道中获取次级单元传输的数据。
优选地，所述次级单元在传输数据时能获取无线传输通道中的载波能量并转换给自身供电。
优选地，所述次级单元内存储刀具身份信息，初级单元能通过质询的方式读写存储在次级单元中的刀具身份信息。
优选地，所述传感单元优选为嵌入式传感器或者薄膜传感器。
优选地，所述初级单元包括固定安装于基座上的初级支架和初级电路板，所述刀柄穿过初级支架后连接在主轴上，初级支架上安装有初级线圈支架，初级线圈支架上缠绕有初级线圈，初级线圈的两端均连接于初级电路板上；初级线圈用于构成无线传输通道，初级电路板用于数据的质询、载波能量的发送和数据的处理。
优选地，初级线圈支架螺纹连接在初级支架上，拧动初级线圈支架能调节初级线圈和次级单元的距离。
优选地，所述次级单元包括固定套接在刀柄外侧的次级支架，所述次级支架上安装有次级电路板和次级线圈支架，次级线圈支架上缠绕有次级线圈，所述次级线圈的两个端部连接在次级电路板；次级电路板用于采集传感单元感知的传感数据、能量的接收和数据的处理及存储刀具身份信息；次级线圈用于构成无线传输通道。
优选地，次级线圈支架螺纹连接在次级支架上，拧动次级线圈支架能调节次级线圈和初级单元的距离。
优选地，所述次级电路板安装在次级支架的靠近传感单元的一端。
优选地，所述初级线圈和/或次级线圈为利兹线绕制而成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)结构简单和可持续工作：本系统通过同一传输通道完成能量和数据的传输，使系统结构更加简单；
2)感知物理量多和实时性强：感知单元类型的多样性可实现同时感知刀具切削过程中的多种物理量，高频的电磁场使数据达到较高的传输速率，从而保证感知物理量的实时传输；
3)兼容刀具管理系统：系统存储有可被实时质询的刀具身份信息，能与现有的刀具管理系统相兼容；
4)成本较低且使用方便：系统结构的精简、工艺的简化，大大降低了系统的成本，且易于操作；
5)次级单元并可在通信的同时持续获取能量，保证系统的可持续工作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中次级单元的结构示意图；
图3是本发明中初级单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～图3所示，一种基于RFID技术的智能铣削刀具系统，包括安装在机床的基座1上的主轴，主轴上安装有刀柄2，刀柄2上安装有刀具3， 所述基座1上固定安装有初级单元4，所述刀柄2上固定安装有次级单元5，所述刀具3上固定安装有传感单元6，优选地，所述传感单元6优选为嵌入式传感器或者薄膜传感器，以便于其检测刀具3的物理量。传感单元6安装在靠近刀具3的切削刃31的部位，传感单元6应该尽量靠近切削刃31，以使得检测结果更接近实际值。传感单元6与次级单元5通过导线7连接；其中，传感单元6用于在切削的过程中实时感知刀具3的物理量。传感单元6包括温度传感器和/或应力传感器和/或扭矩传感器等传感器，可以检测刀具3上靠近切削刃31的部位的温度和/或应力和/或扭矩等物理量；次级单元5用于在线采样传感单元6感知的物理量并通过无线传输通道向初级单元4传输；初级单元4用于产生射频载波及在无线传输通道中获取次级单元5传输的数据。
本发明的刀具3、传感单元6、刀柄2和次级单元5同步旋转，因此导线7不会受到拉扯力而被扯断，次级单元5能够接收传感单元6上传回的刀具3上的温度和/或应力和/或扭矩等物理量。另外，虽然次级单元5相对于基座1转动而初级单元4相对基座静止，但次级单元5与初级单元4没有通过导电线来进行连接，而是通过RFID技术进行通信，二者能够很好地进行通信而不受刀具3旋转的影响。而本发明的次级单元5和初级单元4通过RFID技术实现无线连接，在相对旋转不适宜架设连接线的应用中实现能量和数据共用同一无线传输通道进行传输，结构简化，大大降低了系统的成本，且易于操作。
进一步，所述次级单元5在传输数据时能获取无线传输通道中的载波能量并转换给自身供电。次级单元5内不需要安装电池，这样避免了装电池而导致的次级单元5体积增大的问题，另外也避免了更换电池导致系统不能连续工作的问题。
进一步，所述次级单元5内存储刀具身份信息，初级单元4能通过质询的方式读写存储在次级单元5中的刀具身份信息，该刀具身份信息可被 外部刀具3管理系统通过质询的方式读取和修改，从而可兼容现有的刀具管理系统，实现刀具的智能管理。
进一步，所述初级单元4包括固定安装于基座1上的初级支架41和初级电路板42，初级支架41为回转体形状。所述刀柄2穿过初级支架41后连接在主轴上，初级支架41上安装有初级线圈支架43，初级线圈支架43上缠绕有初级线圈44，初级线圈44的两端均连接于初级电路板42上；初级线圈44用于构成无线传输通道，初级电路板42用于数据的质询、载波能量的发送和数据的处理。
进一步，所述次级单元5包括固定套接在刀柄2外侧的次级支架51，所述次级支架51上安装有次级电路板52和次级线圈支架53，次级线圈支架53上缠绕有次级线圈54，所述次级线圈54的两个端部连接在次级电路板52，导线7连接在次级电路板52上；次级电路板52用于采集传感单元6感知的传感数据、载波能量的接收和数据的处理及存储刀具身份信息；次级线圈54用于构成无线传输通道。
作为优选，初级线圈支架43螺纹连接在初级支架41上，拧动初级线圈支架43能调节初级线圈44和次级线圈54的距离；次级线圈支架53螺纹连接在次级支架51上，拧动次级线圈支架53能调节次级线圈54和初级线圈44的距离，这样便于初级单元4和次级单元5更好地进行通信。
另外，所述次级电路板52安装在次级支架51的靠近传感单元6的一端，这样便于其导线7将次级电路板52和传感单元6连接在一起。
优选地，所述初级线圈44和/或次级线圈54为利兹线绕制而成，用于构成稳定的无线传输通道。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。