[发明专利]多物理状态监测优化与远程综合诊断智能数控系统

说明书

技术领域

本发明属于机电一体化的数控技术领域，具体地讲，是一种基于多物理状态监测与优化以及远程综合诊断的智能化数控系统。

技术背景

随着现代机械加工对复杂化、精密化、大型化以及自动化的要求不断提高，一些高档精密数控加工设备日益得到广泛应用。这些设备对加工质量及效率起着关键乃至核心作用，往往造价相当昂贵；甚至某些加工出来的产品，由于复杂性或精密性或大型化等特征，其单件造价或加工成本亦相当惊人。在此情况下，加工设备损坏或产品报废甚至仅仅是加工效率的降低都可能造成巨大的损失。

由于数控机床的结构复杂性、技术先进性，一旦机床出现了故障，其检查工作量大，涉及技术领域多，现场工作人员或技术人员一般无力解决，而是需要异地机床生产厂家的技术人员和相关专家的技术支持。通常情况下，异地机床生产厂家的技术人员或相关专家为检修发生故障的数控设备，必须了解相关设备的现场信息。而在目前条件下，这些相关人员必须亲自到达加工现场，这使得除了增加经济及人员负担外，对机床用户来讲，其最大的损失在于设备故障不能及时排除，大大延误了生产周期，打乱了加工计划，甚至可能造成合同纠纷；而对于技术人员来讲，由于地域、行业及企业间的相互限制，彼此之间联系松散，使得实际技术力量显得严重不足，同时又有相当大的潜力没有得到充分利用。因此，当设备求诊时，由于地域限制，专家或生产厂家技术人员就会奔波于全国各地，造成资源的严重浪费。

传统上采用专门的检测设备，以巡检或定期检测的方式对加工设备进行检测。而现有的加工优化控制系统均采用独立于数控系统的外挂式形式^[1，2]，两者未能实现无缝集成。不符合开放式数控系统的模块化设计理念及发展趋势，并于无形中提高了系统复杂程度，增加了安装调试乃至操作的难度。目前，一些国外知名数控系统制造商已经以数控系统为监测平台开展了针对机床性能的远程监测^[3]，但其只能在非工作状态下对机床特定参数进行检测与评估，无法实现加工环境下制造系统的监测与诊断。

[1].智能自适应数控加工技术研究综述，金仁成，李水进，唐小琦等，工具技术，2004，34(11)：3-5

[2].Omat智能自适应控制系统，北京嘉源易润科技发展有限公司，制造技术与机床，2006，5：120-121

[3].ePS Network Services，SIEMENS，2006.2。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种基于现场多物理状态监测与加工运行优化并具备远程综合诊断功能的智能化数控系统，以此为平台实现以加工安全及加工优化为目标的智能化解决方案以及以远程监测诊断为目标的网络化解决方案。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

主控模块，分别以系统总线与运动控制模块、通讯模块、设备状态监控模块、在机检测模块以及网络监控诊断模块相连接，主控模块以高性能微处理器为核心，用于完成系统初始化、参数管理、全局数据管理、总体任务协调、人机交互管理、运动程序检错、机床调整、用户自定义功能开发、系统帮助等任务；

运动控制模块，运动控制模块以高速DSP为核心，由下载到该模块FLASH存储器中的运动程序及配置参数，用于独立完成运动程序译码、刀具补偿、螺距补偿、插补、伺服控制、PLC控制等机床动作相关的控制；

在机检测模块，包括几何信息测量单元、误差评定单元、在机检测存储区，几何信息测量单元分别与三维测头、系统总线、误差评定单元相连，几何信息测量单元、误差评定单元分别和在机检测存储区相连；

设备状态监控模块，包括信号采集与分析单元、电气状态监测单元、突变信号监测单元，电气状态监测单元分别与各电气端口相连，信号采集与分析单元与平稳信号传感器相连，设置有红外光电开关构成视觉前馈器，其输出信号经系统数字IO电路连接循环监测程序处理模块，设置有处理无法预警的突变信号，通过阻尼器与冗余器相结合构建成的安全缓冲器，安全缓冲器经总线连接到主控模块；

网络监控诊断模块包括加工场景监测单元、软件定时抓屏单元、现场物理状态远程诊断单元、网络监控策略单元、诊断信息存储单元，网络监控策略单元与远程监控终端相连，网络监控策略单元还分别与软件定时抓屏单元、现场物理状态远程诊断单元、加工场景监测单元相连，加工场景监测单元与现场高速CCD摄像头相连，软件定时抓屏单元、加工场景监测单元分别由数据缓冲区经通讯模块连接至远程监控终端，现场物理状态远程诊断单元连接系统总线，现场物理状态远程诊断单元还经通讯模块连接远程监控诊断终端；