數(shù)控銑床加工過程狀態(tài)信息評價裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)控銑床加工過程狀態(tài)信息評價裝置，由評價裝置MCU將機床上的加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列裝置、信息存儲設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)等裝置連接成為半閉環(huán)控制回路。加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列采集數(shù)控機床加工過程中的主軸電流、進給電流、振動、加工溫度等狀態(tài)數(shù)據(jù)，并能夠智能識別刀具磨損、破損、工件毛坯的材料缺陷等異常狀態(tài)。通訊單元能夠使加工狀態(tài)信息采集陣列與評價裝置MCU實現(xiàn)實時連接。評價裝置MCU按照一定的算法對采集得到的加工狀態(tài)參數(shù)進行檢驗分析，生成檢驗報告，并指導(dǎo)信息存儲設(shè)備更新最優(yōu)參數(shù)記錄；同時評價裝置MCU具有預(yù)判功能，在遇到不可處理的問題時提請報警，同時分析相應(yīng)的錯誤原因并給出恰當(dāng)?shù)慕鉀Q措施。本裝置對銑床的加工參數(shù)和加工過程的狀態(tài)信息進行檢測。
【專利說明】數(shù)控銑床加工過程狀態(tài)信息評價裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控銑床加工過程的狀態(tài)信息評價，屬于數(shù)控加工控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對加工過程中狀態(tài)的穩(wěn)定性實施有效監(jiān)測是提升數(shù)控整體技術(shù)水平的關(guān)鍵問題之一。數(shù)復(fù)雜性、非線性和不確定性是數(shù)控加工過程的顯著特征，但是它是依據(jù)事先擬定的加工指令來實現(xiàn)的，是一種開環(huán)加工方式，這種方式忽略了機床加工過程中的外部干擾、機床本身的健康狀況等不穩(wěn)定因素造成的負面影響，嚴(yán)重影響了數(shù)控機床的加工性能和加工質(zhì)量的提升，因此在加工過程對這些因素進行實時的監(jiān)控評價和滾動優(yōu)化就顯得十分重要。數(shù)控銑床的加工屬于斷續(xù)切削過程，其加工過程更加復(fù)雜，加工過程中的不確定因素更多，如何在加工過程中實現(xiàn)加工信息的評價優(yōu)化已經(jīng)嚴(yán)重的制約了銑床加工質(zhì)量的提高。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)已對數(shù)控加工過程監(jiān)控進行了較為廣泛的研究，如中國專利申請文件“機床監(jiān)控系統(tǒng)”(申請?zhí)?00510050791.X，申請日2005.07.15)，是通過監(jiān)控機床的運行作業(yè)信息，對機床的生產(chǎn)狀況進行管理分析，實現(xiàn)了對機床和操作人員狀況的有效了解和管理，該發(fā)明主要用于對生產(chǎn)過程的流程管理，并未涉及具體的監(jiān)控算法?！耙环N數(shù)控機床加工性能監(jiān)控系統(tǒng)”(申請?zhí)?00810048524.2，申請日2008.07.25)，對多臺機床的自身參數(shù)和現(xiàn)場加工狀態(tài)進行檢測，分析了機床當(dāng)前加工性能及其發(fā)展趨勢，保證了機床的加工安全和質(zhì)量，該發(fā)明所反映的加工性能狀態(tài)數(shù)據(jù)僅為:主軸電流、進給電機電流、主軸振動量，其表述機床的加工過程的信息比較單一，不足以綜合反應(yīng)機床的實際加工狀態(tài)，且該發(fā)明主要針對網(wǎng)絡(luò)化的信息傳輸，而非針對具體的機床加工過程的監(jiān)測技術(shù)并未深入涉及。而“自適應(yīng)控制車削操作的方法和系統(tǒng)”(申請?zhí)?9811978.4，申請日1999.09.02)只是針對車削加工提出了一種自適應(yīng)的控制方法，涉及到了一些簡單的車削加工過程，而車削加工過程為連續(xù)切削，其過程與機理相對簡單，銑削過程則為斷續(xù)切削，其過程及不確定性遠比車削過程復(fù)雜。因此針對銑削加工過程狀態(tài)信息評價優(yōu)化方面的研發(fā)工作在國內(nèi)尚空白，有待于加快速度進行相關(guān)研發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控銑床加工過程的狀態(tài)信息評價裝置，其能夠?qū)庸み^程中狀態(tài)信息的穩(wěn)定性進行有效的檢測，以提升數(shù)控技術(shù)整體水平。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種數(shù)控銑床加工過程狀態(tài)信息評價裝置，包括評價裝置MCU、通訊單元、加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列單元、信息存儲設(shè)備和報警器，其特征在于:
[0007]所述的銑床加工過程狀態(tài)信息采集陣列單元包括:信息采集模塊、模式轉(zhuǎn)換模塊和控制服務(wù)|吳塊，其中:
[0008]所述信息采集模塊用于采集機床銑削加工過程中的主軸電流、進給電流、振動、加工溫度等不同狀態(tài)數(shù)據(jù)，并能夠智能識別刀具磨損、破損、工件毛坯的材料缺陷等異常狀態(tài)，這些信號構(gòu)成加工過程信息陣列，工作時采集模塊將獲得的狀態(tài)信號進行簡單的預(yù)處理，然后傳遞給模式轉(zhuǎn)換模塊；
[0009]所述模式轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)評價裝置MCU的評價指標(biāo)，對信息采集模塊得到的信息陣列按照模糊分類模式識別的方法進行快速計算，使之成為評價裝置MCU能夠識別的量化的實際運行參數(shù)；
[0010]所述控制服務(wù)模塊發(fā)送量化后的實際運行參數(shù)，接收評價裝置MCU傳遞回來的控制參數(shù)、指導(dǎo)數(shù)控系統(tǒng)進行相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化；在數(shù)控系統(tǒng)不能夠完成自適應(yīng)優(yōu)化的情況下可以提交報警申請，并給出相應(yīng)的警告提示；
[0011]所述通訊單元內(nèi)置增益元件和屏蔽電路，可有效地實現(xiàn)評價裝置MCU與加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列單元之間的通訊；
[0012]所述評價裝置MCU為具有完整的自我學(xué)習(xí)能力的計算機設(shè)備，能夠保存加工歷史過程中的最優(yōu)參數(shù)，并將下一加工過程中的參數(shù)信息與最優(yōu)解進行對比，生成檢驗報告，并據(jù)此做出機床參數(shù)調(diào)整的決策結(jié)果；
[0013]所述信息存儲設(shè)備用于快速存儲銑床的加工參數(shù)，并對按照加工工件形狀、工藝、材質(zhì)進行分類、保證在下一次在相同加工條件下能夠快速的使銑床的加工工藝性能達到最佳；
[0014]所述報警器是指在加工工藝性能參數(shù)遠離最佳參數(shù)且不能夠通過評價裝置MCU和數(shù)控系統(tǒng)得到有效調(diào)節(jié)時進行報警的一種服務(wù)裝置；所述銑床加工工藝性能的主要參數(shù)包括:主軸電機電流、進給電機電流,振動、發(fā)熱。
[0015]其中，所述信息采集模塊包括以下兩種:
[0016]I)利用伺服調(diào)整工具采集數(shù)控系統(tǒng)所給定的指令位置、指令速度、指令電機位置、指令脈沖位置、力矩電流、指令電機位置、指令脈沖位置，并根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)得到的反饋信息推算出工作臺的實際位置、實際速度、跟隨誤差、實際電機位置，實際脈沖位置、指令增量行號的數(shù)字化信息，并將采集到的數(shù)據(jù)保存為txt文件；
[0017]2)利用指令域示波器采集加工過程的跟蹤誤差、電機電流、主軸功率、主軸振動等狀態(tài)數(shù)據(jù)，使其與加工指令相對應(yīng)形成以G代碼為自變量的實時監(jiān)控圖像，并將采集得到的數(shù)據(jù)以txt文檔的形式進行保存。
[0018]其中，所述模式轉(zhuǎn)換模塊將信息采集模塊得到的信息按照模糊分類模式識別的方法進行加工處理，繪制出時域信號圖像和指令域信號圖像，生成信號微波圖像，在顯示器上進行顯示；，同時保存為相應(yīng)的文檔，以便發(fā)送給評價裝置MCU。
[0019]其中，所述控制服務(wù)模塊控制服務(wù)模塊內(nèi)置ARM芯片，可將模式轉(zhuǎn)換模塊變換后的數(shù)據(jù)進行打包壓縮，以加快信息傳遞速度；同時控制服務(wù)模塊還接受評價裝置MCU所發(fā)出的指令數(shù)據(jù)，進行解壓和派送，以控制銑床加工參數(shù)的優(yōu)化和升級，確保銑床可以實時更新加工數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)壓縮的算法為HCNC Data compression算法,解壓過程為HCNC Datacompression算法的逆向過程。
[0020]其中，所述通訊單元由光纖或者是基于wifi的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收模塊、保護電路、增益電路、屏蔽電路構(gòu)成。
[0021]其中，所述評價裝置MCU對采集得到的加工狀態(tài)數(shù)據(jù)和數(shù)控機床原有的最優(yōu)狀態(tài)參數(shù)進行對比，并將最終結(jié)果傳遞給信息存儲設(shè)備和控制服務(wù)模塊，通過控制服務(wù)模塊控制、更新數(shù)控統(tǒng)床的加工參數(shù)；通過HCNC determine算法判斷機床的加工參數(shù)是否在可優(yōu)化處理的范圍內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果進行實時報警指令的發(fā)送，顯示相應(yīng)的解決方案。
[0022]其中，還包括數(shù)控銑床健康評價體系的建立，其包括數(shù)控銑床心電圖、工藝設(shè)備疲勞指數(shù)和加工精度三部分，所述數(shù)控銑床心電圖利用采集得到的主軸電流信號和進給電流信號，在時域上形成以幅值和波形為因變量的數(shù)控銑床心電圖，反映數(shù)控銑床在加工過程中主軸電流、進給電流在刀路軌跡變化的情況下的大小和平穩(wěn)度，用來研究數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和進給系統(tǒng)的精準(zhǔn)性；所述工藝設(shè)備疲勞指數(shù)利用采集得到的加工狀態(tài)的振動信息，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電信號，繪制進給速度-振動圖像(V-v圖)、主軸轉(zhuǎn)速-振動圖像(V_w圖)、時間-振動圖像(V~t圖)、切削深度-振動圖像(V~d圖),分析在不同加工參數(shù)的匹配下，數(shù)控銑床加工的穩(wěn)定性并由此推斷數(shù)控銑床的疲勞指數(shù)；所述加工精度根據(jù)視覺傳感器采集得到的工件加工后的幾何尺寸和工件表面的紋波情況，與設(shè)計的加工工藝對應(yīng)的質(zhì)量參數(shù)相對比，評價數(shù)控統(tǒng)床的加工精度和表面質(zhì)量。
[0023]其中，所述評價裝置MCU還包括工作日志的管理日志，其是指評價裝置所指定對象的歷史最優(yōu)加工參數(shù)記錄按時間有序的集合；每個日志文件由日志記錄組成，每條日志記錄描述了一次最有歷史參數(shù)的優(yōu)化狀況，評價裝置中的日志實時更新。
[0024]其中，所述評價裝置MCU還包括日志管理控制器，主要有以下功能:
[0025]a、監(jiān)控程序算法的運行狀況，發(fā)現(xiàn)異常功能產(chǎn)生預(yù)警；
[0026]b、連接程序算法要求其發(fā)送日志文件以存入日志存儲單元，并將相關(guān)的發(fā)送記錄存入日志管理控制器的指定文件；
[0027]C、將緩存的加密日志文件解密后以原始日志文件的形式發(fā)送給日志存儲服務(wù)器存儲，定期刪除緩存的日志文件；
[0028]d、查詢?nèi)罩敬鎯Ψ?wù)器的日志文件容量，提示各日志服務(wù)器的硬盤剩余空間；
[0029]e、對日志存儲服務(wù)器中的日志文件進行備份，分解有關(guān)日志文件中的日志數(shù)據(jù)，并存入日志數(shù)據(jù)庫；
[0030]f、對日志數(shù)據(jù)庫中的日志數(shù)據(jù)進行查詢、生成統(tǒng)計表；
[0031]為減少拒絕服務(wù)攻擊的可能性，可為各種不同的日志文件創(chuàng)建獨立文件分區(qū)作為緩存空間。
[0032]其中，所述模糊分類模式識別的方法對于多類模式識別問題，可通過兩類問題的組合來實現(xiàn)，一對多和一對一策略；一對多策略就是一個分類器將每一類與剩下所有類別區(qū)分開來；一對一就是一個分類器每次完成二選一；采用一對多策略并進行逐步的篩檢，第一步，將所采集到的信息按照系統(tǒng)既定的重要程度依次錄入打包等待第二步的計算；第二步，即把第一步獲得的采集結(jié)果按照系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，保存成為相應(yīng)的數(shù)據(jù)文本；第三步，根據(jù)第二步得到的數(shù)據(jù)文本，按照時域和頻域的數(shù)據(jù)過渡過程的不同繪制出時域信號圖像和指令域信號圖像，生成信號微波圖像；
[0033]所述HCNC Data compression算法為:第一步按照規(guī)定的表現(xiàn)模式對數(shù)據(jù)單元進行分組；第二步對于單元的各個分組，制定一個組特定碼，所述組碼的大小按照組內(nèi)數(shù)據(jù)所照容量的大小來確定；第三步指定特定的單元標(biāo)示符碼，用于識別組內(nèi)的單獨字符，所屬總碼包括相互連接的組特定碼和標(biāo)識符碼，其特征在于標(biāo)識符碼的大小為最小，以使可在那個組中出現(xiàn)的每個單元被具體制指定；[0034]HCNC determine算法為:第一步,對一組數(shù)據(jù)標(biāo)本用候選方法和對比方法同時進行分析測定，最后觀測兩組數(shù)據(jù)的不同；第二步，按照既定的評價標(biāo)準(zhǔn)確定最佳數(shù)據(jù)；第三步，若新采集數(shù)據(jù)為最佳數(shù)據(jù)，則不發(fā)出指令，否則按照第四步繼續(xù)進行；第四步，確定原因并判斷是否出現(xiàn)了劣化趨勢，對應(yīng)原因按照設(shè)計的優(yōu)化步驟進行加工參數(shù)的優(yōu)化處理，如若出現(xiàn)劣化趨勢則進行第五步；第五步，確定劣化原因同時給報警器發(fā)出報警指令，銑床停止工作。
[0035]由上所述，本發(fā)明的數(shù)控銑床加工過程狀態(tài)信息評價裝置，由評價裝置MCU將機床上的加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列單元、信息存儲設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)等裝置連接成為半閉環(huán)控制回路。加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列采集數(shù)控機床加工過程中的主軸電流、進給電流、振動、加工溫度等狀態(tài)數(shù)據(jù)，并能夠智能識別刀具磨損、破損、工件毛坯的材料缺陷等異常狀態(tài)。通訊單元能夠快速的實現(xiàn)數(shù)據(jù)上行下行服務(wù)，使加工狀態(tài)信息采集陣列單元與評價裝置MCU實現(xiàn)實時連接。評價裝置MCU內(nèi)含歷史加工過程中的最優(yōu)參數(shù)記錄，按照一定的算法對采集得到的加工狀態(tài)參數(shù)進行檢驗分析，生成檢驗報告，并指導(dǎo)信息存儲設(shè)備更新最優(yōu)參數(shù)記錄；同時評價裝置MCU具有預(yù)判功能，在遇到不可處理的問題時提請報警，同時分析相應(yīng)的錯誤原因并給出恰當(dāng)?shù)慕鉀Q措施。本裝置對銑床的加工參數(shù)和加工過程的狀態(tài)信息進行檢測。擁有自我學(xué)習(xí)能力，有效的保證了銑床加工過程的高效性和長時間連續(xù)加工的可靠性，從效率和精度方面提高了數(shù)控銑床的加工質(zhì)量，能夠?qū)庸み^程中狀態(tài)信息的穩(wěn)定性進行有效的檢測，以提升數(shù)控技術(shù)整體水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明信息評價裝置的整體構(gòu)架圖；
[0037]圖2為本發(fā)明中采用的光纖通訊單元的示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明采用的基于wifi的無線通訊單元的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]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僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0040]本發(fā)明的數(shù)控銑床加工過程狀態(tài)信息評價裝置，包括評價裝置MCU (MicroControl Unit，微處理單元)、通訊單元、加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列、信息存儲設(shè)備和報警器，所述的銑床加工過程狀態(tài)信息采集陣列單元包括:信息采集模塊、模式轉(zhuǎn)換模塊和控制服務(wù)模塊，其中信息采集模塊分為手持式和固定式兩種，包含大量的單片系統(tǒng)，連接不同物理屬性的傳感器，其種類和數(shù)量可以根據(jù)實際需要進行任意的增減，比如可以采集機床銑削加工過程中的主軸電流、進給電流、振動、加工溫度等不同狀態(tài)數(shù)據(jù)，并能夠智能識別刀具磨損、破損、工件毛坯的材料缺陷等異常狀態(tài)。這些信號構(gòu)成加工過程信息陣列，工作時采集模塊將獲得的狀態(tài)信號進行簡單的預(yù)處理，然后傳遞給模式轉(zhuǎn)換模塊；模式轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)評價裝置MCU的評價指標(biāo)，對信息采集模塊得到的信息陣列按照模糊分類模式識別的方法進行快速計算，使之成為評價裝置MCU能夠識別的量化的實際運行參數(shù)；控制服務(wù)模塊發(fā)送量化后的實際運行參數(shù)，接受評價裝置MCU傳遞回來的控制參數(shù)、指導(dǎo)數(shù)控系統(tǒng)進行相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化。在數(shù)控系統(tǒng)不能夠完成自適應(yīng)優(yōu)化的情況下可以提交報警申請，并給出相應(yīng)的警告提示和解決方法；本功能為國產(chǎn)華中8型數(shù)控系統(tǒng)的配套設(shè)備，對于其他品牌的數(shù)控系統(tǒng)則為選配項。
[0041]本發(fā)明的通訊單元內(nèi)置增益元件和屏蔽電路，可以有效地實現(xiàn)評價裝置MCU與監(jiān)控檢測設(shè)備之間的通訊，同時還可以保證所傳遞的信號的純凈性和完整性。
[0042]本發(fā)明評價裝置MCU是具有完整的自我學(xué)習(xí)能力的計算機設(shè)備，可以保存加工歷史過程中的最優(yōu)參數(shù)，并將下一加工過程中的參數(shù)信息與最優(yōu)解進行對比，生成檢驗報告；據(jù)此做出機床參數(shù)調(diào)整的決策結(jié)果。
[0043]信息存儲設(shè)備主要是用來快速存儲銑床的加工參數(shù)，并對其進行分類，例如可以按照加工工件形狀、工藝、材質(zhì)等元素進行分類、保證在下一次在相同加工條件下能夠快速的使銑床的加工工藝性能達到最佳。
[0044]報警器是指在加工工藝性能參數(shù)遠離最佳參數(shù)且不能夠通過評價裝置MCU和數(shù)控系統(tǒng)得到有效調(diào)節(jié)時進行報警的一種服務(wù)裝置，它可以反映機床加工工藝性能的劣化趨勢，適時地的提請人工干預(yù)。對于具有自動調(diào)節(jié)功能的華中8型系統(tǒng)，可借助評價裝置的決策結(jié)果，接受參數(shù)調(diào)整指令自主的進行滾動優(yōu)化，調(diào)整加工狀態(tài)，直至達到最優(yōu)加工狀態(tài)為止。
[0045]其中，反映銑床加工工藝性能的主要參數(shù)包括:主軸電機電流、進給電機電流,振動、發(fā)熱等。
[0046]本發(fā)明的信息采集模塊可以有以下兩種方式:
[0047]I)利用伺服調(diào)整工具(HCNC Servo Self-adapted Turning Tool 簡稱 SSTT)米集數(shù)控系統(tǒng)所給定的指令位置、指令速度、指令電機位置、指令脈沖位置、力矩電流、指令電機位置、指令脈沖位置，并根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)得到的反饋信息推算出工作臺的實際位置、實際速度、跟隨誤差、實際電機位置，實際脈沖位置、指令增量行號的數(shù)字化信息，并將采集到的數(shù)據(jù)保存為txt文件(具體數(shù)據(jù)類型根據(jù)華中數(shù)控8型系統(tǒng)確定)；
[0048]2)利用指令域示波器(HCNC G_code oscilloscope簡稱GC0SC)采集加工過程的跟蹤誤差、電機電流、主軸功率、主軸振動等狀態(tài)數(shù)據(jù)，使其與加工指令相對應(yīng)形成以G代碼為自變量的實時監(jiān)控圖像，并將采集得到的數(shù)據(jù)以txt文檔的形式進行保存(具體數(shù)據(jù)類型根據(jù)華中數(shù)控8型系統(tǒng)確定)。
[0049]在采集到數(shù)據(jù)之后，模式轉(zhuǎn)換模塊將信息采集模塊得到的信息按照HCNC-M-modeswapping算法進行加工處理，繪制出指令域圖像和時域圖像，同時保存為相應(yīng)的數(shù)據(jù)文本，以便發(fā)送給評價裝置MCU;
[0050]控制服務(wù)模塊內(nèi)置ARM芯片，可以將模式轉(zhuǎn)換模塊變換后的數(shù)據(jù)進行打包壓縮，以加快信息傳遞速度；同時控制服務(wù)模塊還可以接受評價裝置MCU所發(fā)出的指令數(shù)據(jù)，進行解壓和派送，以控制銑床加工參數(shù)的優(yōu)化和升級，，確保銑床可以實時更新加工數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)壓縮的算法為HCNC Datacompression算法,解壓過程為HCNC Data compression算法的逆向過程。
[0051]通訊單元由光纖(或是基于wifi的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收模塊)、保護電路、增益電路、屏蔽電路構(gòu)成，并按照圖2以及圖3所示進行設(shè)計調(diào)配。
[0052]本發(fā)明的評價裝置MCU內(nèi)置Intel酷睿i74770K型MCU，利用大數(shù)據(jù)原理下自行設(shè)計的HCNC determine算法，對采集得到的加工狀態(tài)數(shù)據(jù)和數(shù)控機床原有的最優(yōu)狀態(tài)參數(shù)進行對比，并將最終結(jié)果傳遞給信息存儲設(shè)備和控制服務(wù)模塊，通過控制服務(wù)模塊控制、更新數(shù)控統(tǒng)床的加工參數(shù)；通過HCNC determine算法判斷機床的加工參數(shù)是否在可優(yōu)化處理的范圍內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果進行實時報警指令的發(fā)送，顯示相應(yīng)的解決方案；另外還包括數(shù)控統(tǒng)床健康評價體系的建立，包括數(shù)控統(tǒng)床心電圖(Electrocardiography For HCNCMillingmachine,簡稱 HCNC-M-ECG)、工藝設(shè)備疲勞指數(shù)(HCNC Millingmachineindex offatigue簡稱HCNC-M-FI)和加工精度(Precision Ratio簡稱PR)三部分以及工作日志的管理日志(Log)。
[0053]其中所述的數(shù)控銑床心電圖(HCNC-M-ECG)利用采集得到的主軸電流信號和進給電流信號，在時域上形成以幅值和波形為因變量的數(shù)控銑床心電圖，它反映出了數(shù)控銑床在加工過程中主軸電流、進給電流在刀路軌跡變化的情況下的大小和平穩(wěn)度，以研究數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和進給系統(tǒng)的精準(zhǔn)性；
[0054]所述的工藝設(shè)備疲勞指數(shù)(HCNC-M-FI)利用采集得到的加工狀態(tài)的振動信息，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電信號，繪制進給速度-振動圖像(V-v圖)、主軸轉(zhuǎn)速-振動圖像(V-w圖)、時間-振動圖像(V-t圖)、切削深度-振動圖像(V-d圖)，分析在不同加工參數(shù)的匹配下，數(shù)控銑床加工的穩(wěn)定性并由此推斷數(shù)控銑床的疲勞指數(shù)；
[0055]所述加工精度(PR)根據(jù)視覺傳感器采集得到的工件加工后的幾何尺寸和工件表面的紋波情況，與設(shè)計的加工工藝對應(yīng)的質(zhì)量參數(shù)相對比，評價數(shù)控銑床的加工精度和表面質(zhì)量；
[0056]所述工作日志的管理日志(Log)是指評價裝置所指定對象的歷史最優(yōu)加工參數(shù)記錄按時間有序的集合。每個日志文件由日志記錄組成，每條日志記錄描述了一次最有歷史參數(shù)的優(yōu)化狀況。評價裝置中的日志是實時更新的，因此對日志進行實時的統(tǒng)一管理顯得十分重要，基于此構(gòu)建一個日志管理控制器，主要有以下功能:
[0057]a、監(jiān)控程序算法的運行狀況，發(fā)現(xiàn)異常功能產(chǎn)生預(yù)警；
[0058]b、連接程序算法要求其發(fā)送日志文件以存入日志存儲單元，并將相關(guān)的發(fā)送記錄存入日志管理控制器的指定文件；
[0059]C、將緩存的加密日志文件解密后以原始日志文件的形式發(fā)送給日志存儲服務(wù)器存儲，定期刪除緩存的日志文件；
[0060]d、查詢?nèi)罩敬鎯Ψ?wù)器的日志文件容量，提示各日志服務(wù)器的硬盤剩余空間；
[0061]e、對日志存儲服務(wù)器中的日志文件進行備份，分解有關(guān)日志文件中的日志數(shù)據(jù)，并存入日志數(shù)據(jù)庫；
[0062]f、對日志數(shù)據(jù)庫中的日志數(shù)據(jù)進行查詢、生成統(tǒng)計表。
[0063]為減少拒絕服務(wù)攻擊的可能性，可為各種不同的日志文件創(chuàng)建獨立文件分區(qū)作為緩存空間。
[0064]通過工作日志的存儲和更新，可以及時的選用最優(yōu)的加工數(shù)據(jù)參數(shù)，對機床的加工狀態(tài)和性能進行健康預(yù)測和實時預(yù)警，避免數(shù)控銑床的帶病工作，保證數(shù)控設(shè)備在長期加工的工況下的設(shè)備的安全穩(wěn)定性。
[0065]下面對于上文提到的各種算法進行詳細說明:
[0066]HCNC-M-mode swapping算法,對于多類模式識別問題，本算法可通過兩類問題的組合來實現(xiàn)，一對多和一對一策略。一對多策略就是一個分類器將每一類與剩下所有類別區(qū)分開來。一對一就是一個分類器每次完成二選一。本實施例使用一對多并進行逐步的篩檢，具體地，第一步，將所采集到的信息按照系統(tǒng)既定的重要程度依次錄入打包，等待第二步的計算；第二步，即把第一步獲得的采集結(jié)果按照系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，(具體類型按照系統(tǒng)的設(shè)定可調(diào))；第三步，根據(jù)第二步得到的數(shù)據(jù)文本，按照時域和頻域的數(shù)據(jù)過渡過程的不同繪制出時域信號圖像和指令域信號圖像，生成信號微波圖像。
[0067]HCNC Data compression算法,第一步按照規(guī)定的表現(xiàn)模式對數(shù)據(jù)單元進行分組；第二步對于單元的各個分組，制定一個組特定碼，所述組碼的大小按照組內(nèi)數(shù)據(jù)所照容量的大小來確定；第三步指定特定的單元標(biāo)示符碼，用于識別組內(nèi)的單獨字符，所屬總碼包括相互連接的組特定碼和標(biāo)識符碼，其特征在于標(biāo)識符碼的大小為最小，以使可在那個組中出現(xiàn)的每個單元被具體制指定。
[0068]HCNC determine算法,第一步,對一組數(shù)據(jù)標(biāo)本用候選方法和對比方法同時進行分析測定，最后觀測兩組數(shù)據(jù)的不同；第二步，按照既定的評價標(biāo)準(zhǔn)確定最佳數(shù)據(jù)；第三步，若新采集數(shù)據(jù)為最佳數(shù)據(jù)，則不發(fā)出指令，否則按照第四步繼續(xù)進行；第四步，確定原因并判斷是否出現(xiàn)了劣化趨勢，對應(yīng)原因按照設(shè)計的優(yōu)化步驟進行加工參數(shù)的優(yōu)化處理，如若出現(xiàn)劣化趨勢則進行第五步；第五步，確定劣化原因同時給報警器發(fā)出報警指令，銑床停止工作。
[0069]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明保護的范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)控銑床加工過程狀態(tài)信息評價裝置，包括評價裝置MCU、通訊單元、加工狀態(tài)數(shù)據(jù)采集陣列單元、信息存儲設(shè)備和報警器，其特征在于: 所述的銑床加工過程狀態(tài)信息采集陣列單元包括:信息采集模塊、模式轉(zhuǎn)換模塊和控制服務(wù)模塊，其中: 所述信息采集模塊分為手持式和固定式兩種，用于采集機床銑削加工過程中的主軸電流、進給電流、振動、加工溫度這些不同狀態(tài)數(shù)據(jù)，并能夠智能識別刀具磨損、破損、工件毛坯的材料缺陷這些異常狀態(tài)，這些信號構(gòu)成加工過程信息陣列，工作時采集模塊將獲得的狀態(tài)信號進行濾波處理，然后傳遞給模式轉(zhuǎn)換模塊； 所述模式轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)評價指標(biāo)，對信息采集模塊得到的信息陣列按照模糊分類模式識別的方法進行快速計算，使之成為評價裝置MCU能夠識別的量化的實際運行參數(shù)； 所述控制服務(wù)模塊發(fā)送量化后的實際運行參數(shù)，接收評價裝置MCU傳遞回來的控制參數(shù)、指導(dǎo)數(shù)控系統(tǒng)進行相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化；在數(shù)控系統(tǒng)不能夠完成自適應(yīng)優(yōu)化的情況下提交報警申請，并給出相應(yīng)的警告提示； 所述通訊單元內(nèi)置增益元件和屏蔽電路，可實現(xiàn)評價裝置MCU與監(jiān)控檢測設(shè)備之間的通訊； 所述評價裝置MCU為具有完整的自我學(xué)習(xí)能力的計算機設(shè)備，能夠保存加工歷史過程中的最優(yōu)參數(shù)，并將下一加工過程中的參數(shù)信息與最優(yōu)解進行對比，生成檢驗報告，并據(jù)此做出機床參數(shù)調(diào)整的 決策結(jié)果； 所述信息存儲設(shè)備用于快速存儲銑床的加工參數(shù)，并對按照加工工件形狀、工藝、材質(zhì)進行分類、保證在下一次在相同加工條件下能夠快速的使銑床的加工工藝性能達到最佳； 所述報警器是指在加工工藝性能參數(shù)遠離最佳參數(shù)且不能夠通過評價裝置MCU和數(shù)控系統(tǒng)得到有效調(diào)節(jié)時進行報警的一種服務(wù)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的評價裝置，其特征在于:所述信息采集模塊包括以下兩種: 1)利用伺服調(diào)整工具采集數(shù)控系統(tǒng)所給定的指令位置、指令速度、指令電機位置、指令脈沖位置、力矩電流，并根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)得到的反饋信息推算出工作臺的實際位置、實際速度、跟隨誤差、實際電機位置，實際脈沖位置、指令增量行號的數(shù)字化信息，并將采集到的數(shù)據(jù)保存為txt文件； 2)利用指令域示波器采集加工過程的跟蹤誤差、電機電流、主軸功率、主軸振動等狀態(tài)數(shù)據(jù)，使其與加工指令相對應(yīng)形成以G代碼為自變量的實時監(jiān)控圖像，并將采集得到的數(shù)據(jù)以txt文檔的形式進行保存。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的評價裝置，其特征在于: 所述模式轉(zhuǎn)換模塊將信息采集模塊得到的信息按照模糊分類模式識別的方法進行加工處理，形成指令域圖像和時域圖像，并保存為相應(yīng)的文檔，以便發(fā)送給所述評價裝置MCU。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評價裝置，其特征在于: 所述控制服務(wù)模塊的核心為ARM芯片，利用ARM的多通道及快速信息處理能力可將模式轉(zhuǎn)換模塊變換后的數(shù)據(jù)進行打包壓縮，以加快信息傳遞速度；同時控制服務(wù)模塊還接受評價裝置MCU所發(fā)出的指令數(shù)據(jù)，進行解壓和派送，以控制銑床加工參數(shù)的優(yōu)化和升級，確保銑床可以實時更新加工數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)壓縮的算法為HCNC Data compression算法，解壓過程為HCNC Data compression算法的逆向過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的評價裝置，其中， 所述通訊單元由光纖或者是基于wifi的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收模塊、保護電路、增益電路、屏蔽電路構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的評價裝置，其中， 所述評價裝置MCU對采集得到的加工狀態(tài)數(shù)據(jù)和數(shù)控機床原有的最優(yōu)狀態(tài)參數(shù)進行對比，并將最終結(jié)果傳遞給信息存儲設(shè)備和控制服務(wù)模塊，通過控制服務(wù)模塊控制、更新數(shù)控統(tǒng)床的加工參數(shù)；通過HCNC determine算法判斷機床的加工參數(shù)是否在可優(yōu)化處理的范圍內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果進行實時報警指令的發(fā)送，顯示相應(yīng)的解決方案。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的評價裝置，其中，還包括數(shù)控銑床健康評價體系的建立，具體包括數(shù)控銑床心電圖、工藝設(shè)備疲勞指數(shù)和加工精度三部分， 所述數(shù)控銑床心電圖是指利用采集得到的主軸電流信號和進給電流信號，在時域上形成以幅值和波形為因變量的數(shù)控銑床心電圖，反映數(shù)控銑床在加工過程中主軸電流、進給電流在刀路軌跡變化的情況下的大小和平穩(wěn)度，用來研究數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和進給系統(tǒng)的精準(zhǔn)性； 所述工藝設(shè)備疲勞指數(shù)利用采集得到的加工狀態(tài)的振動信息，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電信號，繪制進給速度-振動圖像、主軸轉(zhuǎn)速-振動圖像、時間-振動圖像、切削深度-振動圖像，分析在不同加工參數(shù)的匹配下，數(shù)控銑床加工的穩(wěn)定性并由此推斷數(shù)控銑床的疲勞指數(shù)； 所述加工精度根據(jù)視覺傳感器采集得到的工件加工后的幾何尺寸和工件表面的紋波情況，與設(shè)計的加工工藝對應(yīng)的質(zhì)量參數(shù)相對比，評價數(shù)控銑床的加工精度和表面質(zhì)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的評價裝置，其中，所述評價裝置MCU還包括工作日志的管理日志，其是指評價裝置所指定對象的歷史最優(yōu)加工參數(shù)記錄按時間有序的集合；每個日志文件由日志記錄組成，每條日志記 錄描述了一次有歷史參數(shù)的優(yōu)化狀況，評價裝置中的日志實時更新。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的評價裝置，其中，所述評價裝置MCU還包括日志管理控制器，有以下功能: a、監(jiān)控程序算法的運行狀況，發(fā)現(xiàn)異常功能產(chǎn)生預(yù)警； b、連接程序算法要求其發(fā)送日志文件以存入日志存儲單元，并將相關(guān)的發(fā)送記錄存入日志管理控制器的指定文件； C、將緩存的加密日志文件解密后以原始日志文件的形式發(fā)送給日志存儲服務(wù)器存儲，定期刪除緩存的日志文件； d、查詢?nèi)罩敬鎯Ψ?wù)器的日志文件容量，提示各日志服務(wù)器的硬盤剩余空間； e、對日志存儲服務(wù)器中的日志文件進行備份，分解有關(guān)日志文件中的日志數(shù)據(jù)，并存入日志數(shù)據(jù)庫； f、對日志數(shù)據(jù)庫中的日志數(shù)據(jù)進行查詢、生成統(tǒng)計表； 為減少拒絕服務(wù)攻擊的可能性，可為各種不同的日志文件創(chuàng)建獨立文件分區(qū)作為緩存空間。
10.如權(quán)利要求6所述的評價裝置，其中，其特征在于: 所述模糊分類模式識別的方法對于多類模式識別問題，可通過兩類問題的組合來實現(xiàn)，一對多和一對一策略；一對多 策略就是一個分類器將每一類與剩下所有類別區(qū)分開來；一對一就是一個分類器每次完成二選一； 其中，采用一對多策略時，第一步是進行逐步的篩檢，將所采集到的信息按照系統(tǒng)既定的重要程度依次錄入打包等待第二步的計算；第二步，把第一步獲得的采集結(jié)果按照系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號；第三步，根據(jù)第二步得到的數(shù)據(jù)文本，按照時域和頻域的數(shù)據(jù)過渡過程的不同繪制出時域信號圖像和指令域信號圖像，生成信號微波圖像； 所述HCNC Data compression算法為:第一步按照規(guī)定的表現(xiàn)模式對數(shù)據(jù)單元進行分組；第二步對于單元的各個分組，制定一個組特定碼，所述組特定碼的大小按照組內(nèi)數(shù)據(jù)所照容量的大小來確定；第三步指定特定的單元標(biāo)示符碼，用于識別組內(nèi)的單獨字符，所屬總碼包括相互連接的組特定碼和標(biāo)識符碼，其特征在于標(biāo)識符碼的大小為最小，以使可在那個組中出現(xiàn)的每個單元被具體指定； HCNC determine算法為:第一步,對一組數(shù)據(jù)標(biāo)本用候選方法和對比方法同時進行分析測定，最后觀測兩組數(shù)據(jù)的不同；第二步，按照既定的評價標(biāo)準(zhǔn)確定最佳數(shù)據(jù)；第三步，若新采集數(shù)據(jù)為最佳數(shù)據(jù)，則不發(fā)出指令，否則按照第四步繼續(xù)進行；第四步，確定原因并判斷是否出現(xiàn)了劣化趨勢，對應(yīng)原因按照設(shè)計的優(yōu)化步驟進行加工參數(shù)的優(yōu)化處理，如若出現(xiàn)劣化趨勢則進行第五步；第五步，確定劣化原因同時給報警器發(fā)出報警指令，銑床停止工作。`
【文檔編號】G05B19/406GK103760820SQ201410051470
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月15日
【發(fā)明者】李曦, 喬廷強, 朱念念, 施陽, 陳吉紅, 徐軼 申請人:華中科技大學(xué)