一種數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：(1)運(yùn)行自檢G指令，并采集運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)：(2)將采集得到的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與自檢G指令之間建立映射關(guān)系，形成指令域映射集；(3)將指令域映射集根據(jù)自檢G指令進(jìn)行劃分，提取目標(biāo)自檢G指令下的指令域映射，并得出目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)該運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算出實(shí)際特征值，再與標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算得到健康指數(shù)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)關(guān)鍵的數(shù)控機(jī)床健康指數(shù)的計(jì)算依據(jù)、健康指數(shù)的計(jì)算方法、以及健康指數(shù)的顯示方式等進(jìn)行改進(jìn)，能夠有效解決數(shù)控機(jī)床健康狀態(tài)判斷不及時(shí)與不準(zhǔn)確的問(wèn)題，并且得出的數(shù)控機(jī)床的健康指數(shù)是通過(guò)可視化顯示，提高了機(jī)床與人的交互效果。
【專利說(shuō)明】
一種數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方 法，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示數(shù)控機(jī)床的健康狀態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)床的可靠性、故障診斷與預(yù)測(cè)、性能評(píng)估和維修保障等問(wèn)題得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的 廣泛關(guān)注。為保證數(shù)控機(jī)床安全可靠地運(yùn)行，盡量減少故障停機(jī)時(shí)間及延長(zhǎng)機(jī)床的工作周 期，國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)床故障診斷方法進(jìn)行了很多研究，數(shù)控設(shè)備的維修也經(jīng)歷了事后維修、定期 維護(hù)到狀態(tài)維修等多個(gè)發(fā)展方向。事后維修不僅對(duì)機(jī)床本身?yè)p害比較大，同時(shí)會(huì)對(duì)企業(yè)造 成損失甚至威脅工人的人身安全;定期維護(hù)成本較高，并且不容易控制維護(hù)周期。故障提前 預(yù)測(cè)、快速解決已成為企業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。然而，針對(duì)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件，尤其是運(yùn)動(dòng) 部件的故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)研究較少，并不能滿足當(dāng)今生產(chǎn)企業(yè)的巨大需求。機(jī)床出 廠質(zhì)量檢測(cè)僅停留在面向加工效果，憑工人經(jīng)驗(yàn)判斷合格與否，判斷誤差率較高，且無(wú)法長(zhǎng) 期作出實(shí)時(shí)判斷;另外，機(jī)床的健康狀態(tài)往往無(wú)法直觀展現(xiàn)，機(jī)床與人之間的互動(dòng)性差。
[0003] 盡管公開(kāi)號(hào)為CN104808585A的中國(guó)專利提供一種基于HNC-8型數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床健 康狀態(tài)快速檢查方法，其將數(shù)據(jù)采集和分析、評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)集成到數(shù)控系統(tǒng)之中，可實(shí)現(xiàn)健康狀 態(tài)在線檢查，但該檢查方法運(yùn)行的G代碼是根據(jù)待加工零件決定，代碼可移植性受限，不能 根據(jù)機(jī)床類(lèi)型靈活變化，因此不能為機(jī)床的自檢提供運(yùn)行規(guī)程。并且該方法是把采集的數(shù) 據(jù)與機(jī)床內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果沒(méi)有配置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)則無(wú)法對(duì)機(jī)床進(jìn)行健康評(píng)估。另 外，該方法只能將單臺(tái)機(jī)床的健康檢查結(jié)果作為歷史數(shù)據(jù)繪制健康曲線，以反映機(jī)床的健 康狀態(tài)變化，并不能站在機(jī)床集群的高度對(duì)整個(gè)車(chē)間的機(jī)床健康狀態(tài)進(jìn)行可視化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控機(jī)床的健 康監(jiān)測(cè)方法，其中通過(guò)對(duì)其關(guān)鍵數(shù)控機(jī)床健康指數(shù)的計(jì)算依據(jù)、健康指數(shù)的計(jì)算方法、以及 健康指數(shù)的顯示方式等進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決數(shù)控機(jī)床健康狀態(tài)判斷不 及時(shí)、不準(zhǔn)確的問(wèn)題，并且得出的數(shù)控機(jī)床的健康指數(shù)是通過(guò)可視化顯示，提高了機(jī)床與人 的交互效果。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法， 其特征在于，包括以下步驟：
[0006] (1)運(yùn)行自檢G指令，并采集運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)：
[0007] 所述運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為進(jìn)給軸負(fù)載電流、進(jìn)給軸位置、進(jìn)給軸速度、進(jìn)給軸加速度、 進(jìn)給軸振動(dòng)信號(hào)，主軸負(fù)載電流、主軸功率、主軸速度、主軸振動(dòng)信號(hào)，以及刀庫(kù)I/O信號(hào)中 的至少一種；
[0008] (2)將采集得到的所述運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與所述步驟（1)中的自檢G指令之間建立映射 關(guān)系，形成指令域映射集；
[0009] (3)將所述步驟(2)得到的指令域映射集根據(jù)所述步驟（1)中的自檢G指令進(jìn)行劃 分，提取目標(biāo)自檢G指令下的指令域映射，得出所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根 據(jù)所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算出所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的 實(shí)際特征值;接著，將所述實(shí)際特征值與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行對(duì)比計(jì) 算，得出該數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸、刀庫(kù)或整機(jī)的健康指數(shù);所述標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與所 述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)兩者的數(shù)據(jù)種類(lèi)相同。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，
[0011] 當(dāng)所述步驟(3)中所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為進(jìn)給軸負(fù)載電流或主 軸負(fù)載電流時(shí)，所述實(shí)際特征值為所述進(jìn)給軸負(fù)載電流或所述主軸負(fù)載電流經(jīng)過(guò)上下包絡(luò) 線提取和二項(xiàng)式擬合處理后得到的電流波動(dòng)、電流平均值、二項(xiàng)式系數(shù)和置信度，所述標(biāo)準(zhǔn) 特征值為標(biāo)準(zhǔn)電流波動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)電流平均值、標(biāo)準(zhǔn)二項(xiàng)式系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)置信度；
[0012] 當(dāng)所述步驟(3)中所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為主軸速度時(shí)，所述實(shí)際 特征值為主軸升速時(shí)間和主軸降速時(shí)間，所述標(biāo)準(zhǔn)特征值為標(biāo)準(zhǔn)主軸升速時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)主軸 降速時(shí)間；
[0013] 當(dāng)所述步驟(3)中所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為刀庫(kù)I/O信號(hào)時(shí)，所述 實(shí)際特征值為刀庫(kù)換刀時(shí)間，所述標(biāo)準(zhǔn)特征值為標(biāo)準(zhǔn)刀庫(kù)換刀時(shí)間。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中得出的所述數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸、 刀庫(kù)或整機(jī)的健康指數(shù)還被顯示。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中得出的所述數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸、 刀庫(kù)或整機(jī)的健康指數(shù)以分色圖或者雷達(dá)圖顯示，其中，
[0016] 所述分色圖用于顯示所述數(shù)控機(jī)床的健康指數(shù)隨時(shí)間的變化情況，該分色圖包括 至少兩個(gè)區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域分別為健康區(qū)域和非健康區(qū)域，所述健康區(qū)域和所述非健康區(qū) 域以不同顏色區(qū)分；
[0017] 所述雷達(dá)圖用于分別顯示該數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸的健康狀態(tài)、該數(shù)控機(jī)床主軸的健康 狀態(tài)或該數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)的健康狀態(tài)。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述數(shù)控機(jī)床為數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床或數(shù)控加工中心， 其中，
[0019] 當(dāng)所述數(shù)控機(jī)床為數(shù)控車(chē)床時(shí)，所述步驟(1)中的自檢G指令包括進(jìn)給軸單軸運(yùn)行 區(qū)間、進(jìn)給軸運(yùn)行速度、進(jìn)給軸運(yùn)行次數(shù)，雙軸聯(lián)動(dòng)作圓運(yùn)動(dòng)的半徑、該雙軸聯(lián)動(dòng)圓運(yùn)動(dòng)的 圓個(gè)數(shù)、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方向、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行速度，主軸運(yùn)行速度、主軸運(yùn)行方向和 主軸運(yùn)行時(shí)間；
[0020] 當(dāng)所述數(shù)控機(jī)床為數(shù)控銑床時(shí)，所述步驟(1)中的自檢G指令包括進(jìn)給軸單軸運(yùn)行 區(qū)間、進(jìn)給軸運(yùn)行速度、進(jìn)給軸運(yùn)行次數(shù)，雙軸聯(lián)動(dòng)作圓運(yùn)動(dòng)的半徑、該雙軸聯(lián)動(dòng)圓運(yùn)動(dòng)的 圓個(gè)數(shù)、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方向、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行速度，主軸運(yùn)行速度、主軸運(yùn)行方向和 主軸運(yùn)行時(shí)間；
[0021 ]當(dāng)所述數(shù)控機(jī)床為數(shù)控加工中心時(shí)，所述步驟(1)中的自檢G指令包括進(jìn)給軸單軸 運(yùn)行區(qū)間、進(jìn)給軸運(yùn)行速度、進(jìn)給軸運(yùn)行次數(shù)，雙軸聯(lián)動(dòng)作圓運(yùn)動(dòng)的半徑、該雙軸聯(lián)動(dòng)圓運(yùn) 動(dòng)的圓個(gè)數(shù)、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方向、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行速度，主軸運(yùn)行速度、主軸運(yùn)行方 向和主軸運(yùn)行時(shí)間，以及刀庫(kù)換刀動(dòng)作。
[0022] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中所述數(shù)控機(jī)床的整機(jī)的健康指數(shù)為該 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸的健康指數(shù)與該數(shù)控機(jī)床的主軸的健康指數(shù)的平均值;或者，所述步驟 (3)中所述數(shù)控機(jī)床的整機(jī)的健康指數(shù)為該數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸的健康指數(shù)、該數(shù)控機(jī)床的 主軸的健康指數(shù)與該數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)的健康指數(shù)的平均值。
[0023] 通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：
[0024] 1.通過(guò)使數(shù)控機(jī)床運(yùn)行特定的自檢G代碼（即自檢G指令），可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床全面、方 便的檢查，為機(jī)床的自檢提供運(yùn)行規(guī)程；
[0025] 2.機(jī)床自檢G代碼與運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)的映射，一方面可以明確運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù) 的運(yùn)行過(guò)程，另一方面在進(jìn)行數(shù)據(jù)比較時(shí)更加科學(xué)合理；
[0026] 3.通過(guò)機(jī)床指令域波形圖的橫向比較，實(shí)現(xiàn)機(jī)床集群健康狀態(tài)的監(jiān)控;通過(guò)機(jī)床 指令域波形圖的縱向比較，實(shí)現(xiàn)機(jī)床健康狀態(tài)的跟蹤。橫向比較是指將計(jì)算得到的某一數(shù) 控機(jī)床的健康指數(shù)與該數(shù)控機(jī)床所屬的數(shù)控機(jī)床集群內(nèi)的其它數(shù)控機(jī)床的健康指數(shù)進(jìn)行 比較，從而判斷該數(shù)控機(jī)床集群整體的健康狀況，形成例如對(duì)車(chē)間所有機(jī)床的健康狀況整 體的認(rèn)知。縱向比較是指將計(jì)算得到的某一數(shù)控機(jī)床的健康指數(shù)與該數(shù)控機(jī)床的歷史健康 指數(shù)進(jìn)行比較，更加直觀地反映機(jī)床健康狀態(tài)的變化趨勢(shì)。
[0027] 本發(fā)明中的數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，是一整套基于實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)的數(shù)字化可視化 的機(jī)床健康狀態(tài)檢測(cè)方法，是套行之有效的數(shù)控機(jī)床健康監(jiān)測(cè)方法，能夠?qū)崟r(shí)直觀地了解 機(jī)床健康狀態(tài)并提前鎖定故障部位，滿足當(dāng)今數(shù)控機(jī)床健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需求。本發(fā)明通過(guò) 在數(shù)控機(jī)床上運(yùn)行自檢G指令，采集數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)，形成指令域波形圖，從中獲取 可反映機(jī)床裝配質(zhì)量、電機(jī)質(zhì)量、伺服調(diào)整匹配度的特征參數(shù)，并對(duì)機(jī)床綜合健康指數(shù)進(jìn)行 可視化顯示。
[0028] 本發(fā)明將采集得到的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與自檢G指令之間建立映射關(guān)系，形成指令域 映射集，使得運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的對(duì)比更加合理；由于對(duì)于特定的某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，工作任務(wù)數(shù) 據(jù)（即自檢G指令)是固定的，因此可以通過(guò)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析，直接判斷數(shù)控機(jī)床的狀 態(tài)，亦即對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行健康評(píng)估。本發(fā)明中的橫向比較是對(duì)機(jī)床集群內(nèi)部每臺(tái)機(jī)床的數(shù) 據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可快速定位健康狀態(tài)欠佳的機(jī)床;縱向比較是對(duì)單臺(tái)機(jī)床歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比，更 加直觀地反映機(jī)床健康狀態(tài)的變化趨勢(shì)。本發(fā)明得出的數(shù)控機(jī)床的健康指數(shù)優(yōu)選以分色圖 或雷達(dá)圖的方式顯示，分色圖是機(jī)床健康值在時(shí)域上的顯示，例如，可以恰當(dāng)?shù)剡x取健康值 閾值，將區(qū)間劃分為紅黃綠三個(gè)區(qū)域，反映其變動(dòng)情形及好壞趨勢(shì)；雷達(dá)圖則是針對(duì)于主 軸、進(jìn)給軸、刀庫(kù)等部件的健康狀態(tài)，各部件健康狀態(tài)優(yōu)中差一目了然。
[0029] 此外，本發(fā)明中的數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法是基于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，可以相應(yīng)的 配合開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的改造原理，應(yīng)用到各類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)中，只要改造后的數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)?現(xiàn)指令域與運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的映射，能夠獲取該數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的指令信息即可。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1是本發(fā)明方法步驟流程圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例方法中G01指令負(fù)載電流處理流程示意圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例方法中工作任務(wù)數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的映射；
[0033] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例方法中機(jī)床健康指數(shù)的分色圖；
[0034]圖5是本發(fā)明實(shí)施例方法中機(jī)床健康指數(shù)的雷達(dá)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明中的數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0038]步驟一：以數(shù)控機(jī)床采用立式加工中心為例，運(yùn)行特定自檢G代碼（即自檢G指令）， 并采集運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0039]針對(duì)于立式加工中心，工作任務(wù)數(shù)據(jù)即自檢G指令的內(nèi)容如下表1、表2、表3所示：
[0040 ]表1針對(duì)立式加工中心的進(jìn)給軸單軸運(yùn)行參數(shù)
[0041]
[0042] 表2針對(duì)立式加工中心的雙軸圓運(yùn)動(dòng)運(yùn)行參數(shù)
[0043]
[0044] 表3針對(duì)立式加工中心的主軸運(yùn)行參數(shù)
[0045]
[0046]
[0047] 此外，刀庫(kù)的換刀動(dòng)作為:從刀位1換到刀位6,再換到刀位1。
[0048] 運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集主要包括程序行號(hào)、位置、速度、負(fù)載電流以及刀庫(kù)的I/O信 號(hào)。
[0049] 步驟二:將G代碼與G代碼運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射，形成工作任務(wù)數(shù)據(jù)與 運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，形成指令域映射集。在本實(shí)施例中，可以以程序行號(hào)為橫坐標(biāo)， 以運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)(如主軸負(fù)載電流)為縱坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與指令域的映射，如圖3所 示。進(jìn)一步的，可以通過(guò)對(duì)主軸負(fù)載電流的分析，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)估。
[0050] 步驟三：
[0051] 以指令域分析為基礎(chǔ)，將時(shí)域信號(hào)按照G指令進(jìn)行劃分，并提取相關(guān)時(shí)域信號(hào)的特 征值（即，提取目標(biāo)自檢G指令下的指令域映射，得出所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù) 據(jù)，并根據(jù)所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算出所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài) 數(shù)據(jù)的實(shí)際特征值），對(duì)特征值做相關(guān)聚類(lèi)處理(例如，將實(shí)際特征值與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù) 對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行比較)和可視化處理，得到數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸、主軸和整機(jī)的健康指 數(shù)，并利用時(shí)序分析和歷史健康數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向、縱向比較，對(duì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸和整 機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0052]例如，橫向比較是對(duì)機(jī)床集群內(nèi)部每臺(tái)機(jī)床的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可快速定位健康狀 態(tài)欠佳的機(jī)床;縱向比較是對(duì)單臺(tái)機(jī)床歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比，更加直觀地反映機(jī)床健康狀態(tài)的 變化趨勢(shì)。
[0053]健康指數(shù)的算法步驟可采用如下步驟：
[0054] ①根據(jù)指令行號(hào)對(duì)時(shí)域信號(hào)（負(fù)載電流/跟隨誤差/實(shí)際速度/實(shí)際位置/指令位 置)進(jìn)行劃分，賦予時(shí)域信號(hào)以數(shù)控機(jī)床運(yùn)行信息；
[0055] ②針對(duì)劃分的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行特征提取；
[0056] 對(duì)G01的負(fù)載電流進(jìn)行如圖5所示，獲得特征為二次項(xiàng)系數(shù)、擬合置信度、電流平均 值、電流波動(dòng)值；
[0057] 對(duì)G02/G03的位置進(jìn)行如下處理:構(gòu)建對(duì)應(yīng)兩軸的實(shí)際位置和指令位置的合成圓； 繪制兩個(gè)圓的圓測(cè)試圖。
[0058]對(duì)M03的實(shí)際速度的處理為:計(jì)算主軸加速時(shí)間；對(duì)M05的實(shí)際速度的處理為:計(jì)算 主軸減速時(shí)間。
[0059]對(duì)M06的換刀指令的處理為:計(jì)算換刀時(shí)間。
[0060]③根據(jù)不同的G指令，針對(duì)于單軸、雙軸、主軸、刀庫(kù)，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的特征與模板數(shù) 據(jù)的特征進(jìn)行聚類(lèi)分析，由聚類(lèi)分析得到各進(jìn)給軸、主軸、刀庫(kù)的健康狀態(tài)，并進(jìn)一步根據(jù) 加權(quán)平均的方法計(jì)算機(jī)床整機(jī)的健康指數(shù)。
[0061 ]④根據(jù)時(shí)序分析方法，結(jié)合機(jī)床歷史的健康指數(shù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床未來(lái)的健康狀態(tài)進(jìn) 行預(yù)測(cè)分析。
[0062]具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例中健康指數(shù)的計(jì)算步驟可以采用如下步驟：
[0063] ①特征提取:特征向量為[刀庫(kù)換刀時(shí)間Tc主軸升速時(shí)間Tsa主軸降速時(shí)間Tsd電 流波動(dòng)Iv電流平均值Im二項(xiàng)式系數(shù)A置信度Rs];
[0064] ②針對(duì)上述特征向量中每個(gè)特征值進(jìn)行歸一化處理；
[0065]③健康基準(zhǔn)的建立:29臺(tái)機(jī)床的正常運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)特征的平均狀態(tài)；
[0066] 基準(zhǔn)特征：[刀庫(kù)換刀時(shí)間Tcb主軸升速時(shí)間Tsab主軸降速時(shí)間Tsdb電流波動(dòng)Ivb 電流平均值Imb二項(xiàng)式系數(shù)Ab置信度Rsb];
[0067]④健康指數(shù)HI的計(jì)算：
[0068] 刀庫(kù)健康指數(shù)ΗΙ_Τ〇〇1:
[0069] 歐距離計(jì)算：eDist = pdist(Tcb，Tc);
[0070] 健康指數(shù)計(jì)算：
[0071 ] logsig(n) = l/ (l+exp(-n))->HI_Tool = 2*logsig(_eDist) = l/ (l+exp(_ eDist))
[0072] X 軸健康指數(shù) HI_XAxis:
[0073] 歐氏距離計(jì)算：eDist = pdist([Ivb Imb Ab Rsb]，[Iv Im A Rs]);
[0074] 健康指數(shù)計(jì)算：
[0075] logsig(n) = l/(l+exp(_n) )_>HI_XAxis = 2*logsig(-eDist ) = 1/( l+exp(_ eDist))
[0076] Y 軸健康指數(shù) HI_YAxis:
[0077] 歐氏距離計(jì)算：eDist = pdist([Ivb Imb Ab Rsb]，[Iv Im A Rs]);
[0078] 健康指數(shù)計(jì)算：
[0079] logsig(n) = l/(l+exp(-n) )->HI_XAxis = 2*logsig(-eDist) = 1/(l+exp(-eDist))
[0080] Z 軸健康指數(shù) HI_ZAxis:
[0081] 歐氏距離計(jì)算：eDist = pdist([Ivb Imb Ab Rsb]，[Iv Im A Rs]);
[0082] 健康指數(shù)計(jì)算：
[0083] logsig(n) = l/(l+exp(-n) )->HI_XAxis = 2*logsig(-eDist) = 1/(l+exp(-eDist))
[0084] 主軸健康指數(shù)HI_Spdl:
[0085] 歐氏距離計(jì)算：eDist = pdist([Tsab Tsdb]，[Tsa Tsd]);
[0086] 健康指數(shù)計(jì)算：
[0087] logsig(n) = l/(l+exp(-n) )->HI_Spdl = 2*logsig(-eDist) = l/(l+exp(-eDist))
[0088] 機(jī)床健康指數(shù)HI_Machine:
[0089] HI_Machine=mean([HI_Tool HI_Spdl HI_Xaxis HI_YAxis HI_ZAxis])
[0090] 步驟四：
[0091] 對(duì)計(jì)算所得數(shù)控機(jī)床健康指數(shù)進(jìn)行可視化顯示。對(duì)單臺(tái)機(jī)床歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向比 較，綜合健康指數(shù)的時(shí)域分布得到分色圖（顯示的圖形可以為不同顏色的分色圖，包括同一 基礎(chǔ)顏色下的不同顏色深淺度的分色圖，如圖4所示），各單項(xiàng)指標(biāo)健康指數(shù)的變化趨勢(shì)形 成雷達(dá)圖（如圖5所示）。
[0092]上述實(shí)施例是針對(duì)數(shù)控加工中心，除了數(shù)控加工中心外，本發(fā)明中的數(shù)控機(jī)床的 健康監(jiān)測(cè)保障方法還適用于數(shù)控車(chē)床和數(shù)控銑床，區(qū)別在于自檢G指令所包含的內(nèi)容不同： 針對(duì)于普通車(chē)床而言，自檢G指令包含了進(jìn)給軸(X/Z)單軸運(yùn)行區(qū)間、運(yùn)行速度和運(yùn)行次數(shù)， 雙軸(XZ)圓運(yùn)動(dòng)的半徑、圓個(gè)數(shù)、運(yùn)行方向和運(yùn)行速度，主軸的運(yùn)行速度、運(yùn)行方向和運(yùn)行 時(shí)間；針對(duì)于普通銑床而言，自檢G指令包含了進(jìn)給軸(X/Y/Z)單軸運(yùn)行區(qū)間、運(yùn)行速度和運(yùn) 行次數(shù)，雙軸(XY/YZ/ZX)圓運(yùn)動(dòng)的半徑、圓個(gè)數(shù)、運(yùn)行方向和運(yùn)行速度，主軸的運(yùn)行速度、運(yùn) 行方向和運(yùn)行時(shí)間。數(shù)控加工中心的自檢G指令是在普通銑床的基礎(chǔ)上，添加了刀庫(kù)的換刀 動(dòng)作。這些自檢G指令均為工作任務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)在數(shù)控機(jī)床上運(yùn)行特定的自檢G代碼進(jìn)行非 加工運(yùn)行，并采集此過(guò)程中的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，由此來(lái)判斷數(shù)控機(jī)床的健康狀態(tài)。
[0093]本發(fā)明中的基準(zhǔn)特征（即，標(biāo)準(zhǔn)特征值)為預(yù)先設(shè)定的、健康狀態(tài)下的數(shù)控機(jī)床各 特征值，例如，可以是該數(shù)控機(jī)床出廠時(shí)健康狀態(tài)下的特征。本發(fā)明中的函數(shù)，除特殊說(shuō)明 的外，均保持?jǐn)?shù)學(xué)領(lǐng)域的常規(guī)定義，可以滿足如MATLAB軟件中的初始定義。
[0094]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 運(yùn)行自檢G指令，并采集運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)： 所述運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為進(jìn)給軸負(fù)載電流、進(jìn)給軸位置、進(jìn)給軸速度、進(jìn)給軸加速度、進(jìn)給 軸振動(dòng)信號(hào)，主軸負(fù)載電流、主軸功率、主軸速度、主軸振動(dòng)信號(hào)，以及刀庫(kù)I/O信號(hào)中的至 少一種； (2) 將采集得到的所述運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與所述步驟（1)中的自檢G指令之間建立映射關(guān) 系，形成指令域映射集； (3) 將所述步驟(2)得到的指令域映射集根據(jù)所述步驟（1)中的自檢G指令進(jìn)行劃分，提 取目標(biāo)自檢G指令下的指令域映射，得出所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所 述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算出所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)際 特征值;接著，將所述實(shí)際特征值與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，得 出該數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸、刀庫(kù)或整機(jī)的健康指數(shù);所述標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與所述目標(biāo) 自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)兩者的數(shù)據(jù)種類(lèi)相同。2. 如權(quán)利要求1所述數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 當(dāng)所述步驟(3)中所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為進(jìn)給軸負(fù)載電流或主軸負(fù) 載電流時(shí)，所述實(shí)際特征值為所述進(jìn)給軸負(fù)載電流或所述主軸負(fù)載電流經(jīng)過(guò)上下包絡(luò)線提 取和二項(xiàng)式擬合處理后得到的電流波動(dòng)、電流平均值、二項(xiàng)式系數(shù)和置信度，所述標(biāo)準(zhǔn)特征 值為標(biāo)準(zhǔn)電流波動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)電流平均值、標(biāo)準(zhǔn)二項(xiàng)式系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)置信度； 當(dāng)所述步驟(3)中所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為主軸速度時(shí)，所述實(shí)際特征 值為主軸升速時(shí)間和主軸降速時(shí)間，所述標(biāo)準(zhǔn)特征值為標(biāo)準(zhǔn)主軸升速時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)主軸降速 時(shí)間； 當(dāng)所述步驟(3)中所述目標(biāo)自檢G指令下的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為刀庫(kù)I/O信號(hào)時(shí)，所述實(shí)際 特征值為刀庫(kù)換刀時(shí)間，所述標(biāo)準(zhǔn)特征值為標(biāo)準(zhǔn)刀庫(kù)換刀時(shí)間。3. 如權(quán)利要求1所述數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(3)中得出的所 述數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸、刀庫(kù)或整機(jī)的健康指數(shù)還被顯示。4. 如權(quán)利要求3所述數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(3)中得出的所 述數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸、刀庫(kù)或整機(jī)的健康指數(shù)以分色圖或者雷達(dá)圖顯示，其中， 所述分色圖用于顯示所述數(shù)控機(jī)床的健康指數(shù)隨時(shí)間的變化情況，該分色圖包括至少 兩個(gè)區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域分別為健康區(qū)域和非健康區(qū)域，所述健康區(qū)域和所述非健康區(qū)域以 不同顏色區(qū)分； 所述雷達(dá)圖用于分別顯示該數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸的健康狀態(tài)、該數(shù)控機(jī)床主軸的健康狀態(tài) 或該數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)的健康狀態(tài)。5. 如權(quán)利要求1 一 4任意一項(xiàng)所述數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述數(shù)控機(jī) 床為數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床或數(shù)控加工中心，其中， 當(dāng)所述數(shù)控機(jī)床為數(shù)控車(chē)床時(shí)，所述步驟（1)中的自檢G指令包括進(jìn)給軸單軸運(yùn)行區(qū) 間、進(jìn)給軸運(yùn)行速度、進(jìn)給軸運(yùn)行次數(shù)，雙軸聯(lián)動(dòng)作圓運(yùn)動(dòng)的半徑、該雙軸聯(lián)動(dòng)圓運(yùn)動(dòng)的圓 個(gè)數(shù)、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方向、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行速度，主軸運(yùn)行速度、主軸運(yùn)行方向和主 軸運(yùn)行時(shí)間； 當(dāng)所述數(shù)控機(jī)床為數(shù)控銑床時(shí)，所述步驟（1)中的自檢G指令包括進(jìn)給軸單軸運(yùn)行區(qū) 間、進(jìn)給軸運(yùn)行速度、進(jìn)給軸運(yùn)行次數(shù)，雙軸聯(lián)動(dòng)作圓運(yùn)動(dòng)的半徑、該雙軸聯(lián)動(dòng)圓運(yùn)動(dòng)的圓 個(gè)數(shù)、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方向、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行速度，主軸運(yùn)行速度、主軸運(yùn)行方向和主 軸運(yùn)行時(shí)間； 當(dāng)所述數(shù)控機(jī)床為數(shù)控加工中心時(shí)，所述步驟(1)中的自檢G指令包括進(jìn)給軸單軸運(yùn)行 區(qū)間、進(jìn)給軸運(yùn)行速度、進(jìn)給軸運(yùn)行次數(shù)，雙軸聯(lián)動(dòng)作圓運(yùn)動(dòng)的半徑、該雙軸聯(lián)動(dòng)圓運(yùn)動(dòng)的 圓個(gè)數(shù)、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行方向、該雙軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行速度，主軸運(yùn)行速度、主軸運(yùn)行方向和 主軸運(yùn)行時(shí)間，以及刀庫(kù)換刀動(dòng)作。6.如權(quán)利要求1 一 5任意一項(xiàng)所述數(shù)控機(jī)床的健康監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(3) 中所述數(shù)控機(jī)床的整機(jī)的健康指數(shù)為該數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸的健康指數(shù)與該數(shù)控機(jī)床的主 軸的健康指數(shù)的平均值;或者，所述步驟(3)中所述數(shù)控機(jī)床的整機(jī)的健康指數(shù)為該數(shù)控機(jī) 床的進(jìn)給軸的健康指數(shù)、該數(shù)控機(jī)床的主軸的健康指數(shù)與該數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)的健康指數(shù)的 平均值。
【文檔編號(hào)】G05B19/406GK105974886SQ201610486884
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】陳吉紅, 周會(huì)成, 許光達(dá), 馬玉奇, 周振, 胡震宇
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)