[发明专利]一种基于多源参数的数控机床数据格式规范化处理方法

权利要求书

1.一种基于多源参数的数控机床数据格式规范化处理方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、使用多源传感器同步采集同一工况下数控机床的多源参数；所述多源参数包括工件受到的切削力信号、工作台的振动加速度信号、微位移信号、机床的功率信号、加工环境的温度信号；

步骤2、将所采集的并经过放大处理后的多源参数信号通过USB、PCI、以太网总线接入嵌入式系统中，由嵌入式系统对多源参数信号进行幅值、无量纲化、归一化、数据校准四个层级的处理，将信号转变为规范化格式；

步骤3、再将规范化格式处理后的信号数据通过工业以太网交换机传输至上位机，由所述上位机进行数据分析处理，判断所述数控机床的状态或存在的故障。

2.根据权利要求1所述基于多源参数的数控机床数据格式规范化处理方法，其特征在于，在步骤1中，具体是将多个用于采集多源数据的传感器安装在数控机床上，通过基准触发传感器及其放大器，将触发信号传输至全部数据采集单元，触发各通道的传感器模块同步采集多源参数数据；

由切削力感知模块、振动加速度感知模块、微位移感知模块、温度感知模块、功率感知模块同步采集同一工况下数控机床的多源参数，并将采集的多源参数信号通过放大器进行信号放大；

所述数据采集单元再将放大后的多源参数信号转换成数字信号，以进行后续数据传输。

3.根据权利要求1所述基于多源参数的数控机床数据格式规范化处理方法，其特征在于，在步骤2中，由嵌入式系统对多源参数信号进行幅值、无量纲化、归一化、数据校准四个层级的处理，将信号转变为规范化格式的过程具体为：

1)针对工件受到的切削力信号处理过程为：

工件受到的切削力信号包括F_x(N)、F_y(N)、F_z(N)3个通道的切削力参数，用x_Fij表示，单位N；这里i＝1，2，3；i＝1表示F_x；i＝2表示F_y；i＝3表示F_z，对应3个通道；j表示任意采样点的测量分力，j＝1，2，...，n；

(1)首先计算3个通道切削力数据最大值、最小值及绝对值

对3个通道切削力分量进行描述，x_F1j表示F_x；x_F2j表示F_y；x_F3j表示F_z，由于采用基准触发信号，三个方向的切削力量纲一致，具备无量纲化条件，横向进行无量纲化处理；

最大值x_Fimax＝max[max(x_Fij，j＝1，2，...，n)，i＝1，2，3]

最小值x_Fimin＝min[min(x_Fij，j＝1，2，...，n)，i＝1，2，3]

绝对值x_Fmax＝max[|x_Fimax-x_Fimin|]

(2)实时采集数据倍率及分区段描述，表示为：

x_SFijk为调理参数，其区间[-10,10]

(3)无量纲化及归一化处理

对各通道数据分区段除以绝对值x_Fmax，得到无量纲化数据x_Fij，i＝1，2，3；j＝1，2，..，n，表示为：

将无量纲化各通道的切削力描述成数据集形式，表示为：

X_F1参数取值范围[-1,1]；

X_F2参数取值范围[-1,1]；

X_F3参数取值范围[-1,1]；

再进行归一化处理，将x_F1j、x_F2j、x_F3j转化为x_cFij＝k_Fm×x_Fij；k_Fm是通用数据集中的一种具体情况，下标F表示切削力，具体表示倍率系数；

将归一化处理后各通道的切削力描述成数据集形式，表示为：

X_CF1参数取值范围[-1,1]；

X_CF2参数取值范围[-1,1]；

X_CF3参数取值范围[-1,1]；

(4)规范化处理后数据的校准

其中，表示规范化处理后的数据，通过比较规范化处理后数据与原始数据X_Fij的误差进行数据校准；

2)针对工作台的振动加速度信号处理过程为：

设有m_V个加速度信号通道，用符号x_Vij描述，加速度单位m/s²，第i通道，i＝1，2，3…，m_V；第j个数据，j＝1，2，3…，n；

针对工作台的振动加速度信号处理过程与切削力信号处理过程相同；

3)针对微位移信号处理过程为：

设有m_D个微位移信号通道，用x_Dij描述，单位为mm,第i通道，i＝1，2，3…，m_D；第j个数据，j＝1，2，3…，n；

针对微位移信号处理过程与切削力信号处理过程相同；

4)针对机床的功率信号处理过程为：

设有m_p个功率参数通道，用x_Pij描述，单位为W,第i通道，i＝1，2，3…，m_p；第j个数据，j＝1，2，3…，n；

针对机床的功率信号处理过程与切削力信号处理过程相同；

5)针对加工环境的温度信号处理过程为：

设有m_T个温度参数通道，用x_Tij描述，单位℃,第i通道，i＝1，2，3…，m_T；第j个数据，j＝1，2，3…，n；

针对加工环境的温度信号处理过程与切削力信号处理过程相同。