一种基于工业互联网具有数据采集功能的智能三色警示灯的制作方法

本实用新型涉及机床设备技术领域，更进一步的，涉及一种基于工业互联网具有数据采集功能的智能三色警示灯。

背景技术：

目前，市场上的单独的机床警示灯的主要作用是显示机床的运行状态，提醒操作人员进行异常处理。机床报警灯的三色分别为：红色、绿色和黄色。

红色代表：机器故障；

绿色代表：正常运行；

黄色代表：机器空闲；

有些警示灯还具备蜂鸣器、强声喇叭等，可同时进行声光报警。

机床的效率是每一位生产管理者都关心的关键生产指标。由于设备本身的通讯限制，反映生产情况的传统方式还是通过人工记录、汇报和整理来完成。同时，电脑管理的手段，也往往因为相互通讯规格不匹配等原因，造成相同数据的反复输入输出，时效性不强。

近年来，随着工业互联网的发展步入快车道，已经出现了通过机器互联、结合软件和大数据分析，达到节省经济成本提高生产效率的方法。具体实现方法有增加采集终端进行数据采集，并通过部署网线进行数据上云、现场部署pc机或者服务器通过网线进行数据采集的方式实现上云、增加监控相机通过视觉分析进行数据统计上云。

金属加工过程中，切削刀具的状态对于生产效率和表面加工质量有重要影响，因此刀具磨损在线监测具有重要意义。在传统制造中，换刀主要靠有经验的操作工人根据切削声音、切屑的颜色、手感和加工表面质量变化等现象或离线观察刀具的磨损状况来决定是否需要换刀。

高端数控机床是精密零部件的主要生产设备，对机床所在环境中的温度和湿度的要求比较严格，工厂环境的温湿度采集具有很重要的意义。

中国专利公布号cn108803491a公布了一种基于智能三色灯实现机连网的制程数字化云管理系统，具备采集三色警示灯三种状态（机器故障、正常运行、机器空闲）通过无线方式传输上云的功能，其数据采集的意义在于监控生产进度、统计生产效率、提高管理效能，但不足之处在于采集的数据信息量太少，只能对提升生产效率有一定的作用，对于机床设备管理、远程运维、刀具在线监控、工厂环境的温湿度监控则没有涉及。

传统的机床报警灯功能单一，无法表示机床运行的所有状态信息，其信息传达的距离也很有限，只能仅限于操作人员目视耳闻的范围内，并且不具备机床运行详细信息的采集、存储、分析功能。

现有的机床数据采集上云的方法对机床设备而言都存在增加很高的额外成本并且部署困难的问题。单独实现机床刀具磨损的数据采集、环境温湿度采集又各需要一套完整的系统，存在成本居高不下，运维不易的问题。

中国专利公开的仅有的一种智能三色灯采集的机床信息又十分有限，只能采集机床的机器故障、正常运行、机器空闲三种状态，对机床设备生产者、机床设备管理者、刀具使用者、工厂环境管理者意义不大。

技术实现要素：

本实用新型使用嵌入式技术把传统机床警示灯、机床数据采集、刀具磨损在线监测、环境温湿度采集、计算机云技术、数据远程无线传输有机结合起来，低成本的实现机床、刀具及其生产环境温湿度的实时数据采集。可以具备实时监控生产进度、机床运行状态，统计效率、核算加工进度，协助计划排单，提高生产和管理效率的作用。

本申请是如下实现的，一种基于工业互联网具有数据采集功能的智能三色警示灯，警示灯包括端盖、灯罩、金属保护壳、底座、安装螺钉；所述底座上部设置金属保护壳，所述金属保护壳上部设置灯罩；所述灯罩内处设置有灯条；所述灯罩上部设置端盖；且，所述端盖处设置有温湿度采集单元；所述灯罩内处设置有通信天线；所述金属保护壳内设置有通信单元、刀具磨损采集单元、机床数据采集单元、蜂鸣器；所述底座内设置网口通信端口、485通信端口。

进一步的，所述灯条采用三色led灯珠和三角形铝合金板制作，且灯条上设计了led灯珠驱动电路，用以根据需求调整灯光颜色。

进一步的，所述通信天线为4g通信天线；所述通信单元为4g通信单元。

进一步的，所述端盖的顶部开有一个小孔洞，所述温湿度采集单元的温湿度传感器可以从小孔洞中裸露出来。

进一步的，所述端盖采用高强度塑料注塑一体成型；所述灯罩分为两层；外层透明，里层磨砂透光；采用透光亚克力管制作。

进一步的，所述金属保护壳设置有环形凹槽，所述端盖设置有环形凹槽，所述灯罩的两层固定在金属保护壳和端盖的环形凹槽内。

进一步的，所述灯条一端与所述金属保护壳相连，另一端通过螺钉与端盖固定。

进一步的，还包括微控制器系统；

所述微控制器系统内设置电源、存储单元、视频采集单元及通信端口；

机床数据采集单元通过网口通信端口与微控制器系统进行数据交换；

刀具磨损采集单元通过485通信端口与微控制器系统进行数据交换；

温湿度采集单元通过485通信端口将采集的信息传输至微控制器系统；

通信单元通过串口通信端口与微控制器系统进行数据交换；

视频采集单元通过网口通信端口与微控制器系统进行数据交换；

所述机床数据采集单元、刀具磨损采集单元、温湿度采集单元采集的数据通过通信单元无线传输至云端，用以实现数据上云。

进一步的，所述存储单元包括内存和闪存两类存储单元；所述视频采集单元为网络摄像机；两个所述网口通信端口的网口电路部署在三色警示灯的底座下面，通过底座的开孔连接机床网口和网络摄像机网口。

进一步的，所述底座下部设置安装螺钉；通过所述底座下部的安装螺钉将整个三色警示灯固定在机床机体上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型使用嵌入式技术把传统机床警示灯、机床数据采集、刀具磨损在线监测、环境温湿度采集、计算机云技术、数据远程无线传输有机结合起来，低成本的实现机床、刀具及其生产环境温湿度的实时数据采集。

1、现有三色警示灯为三色三段式设计，各色（红、黄、绿）的长度较短，现场远距离不易观察，本实用新型采用一段三色设计，发亮段较长，易于操作人员现场识别区分机床状态。

2、相比于传统三色警示灯，本实用新型拥有强大的数据采集功能，即可在工业现场警示操作人员又可远程上云，方便大数据分析，助力工业互联网。

3、相比于只能采集三色警示灯三种状态的方案，本实用新型采用arm微控制器系统作为控制核心，可以采集更多的机床运行数据、报警数据、刀具磨损数据、现场温湿度数据，为机床远程运维、远程监控、远程问题诊断打通数据链路壁垒。

4、相比于传统的数据采集器或工业互联网网关，本实用新型将数据采集功能集成到机床必须的三色警示灯当中，安装部署方便、成本更低，并且易于维护。

相比于采用部署网线的方式进行数据采集上云，本实用新型采用4g无线通信的方式，简化了部署流程，节约了部署成本。

附图说明

图1为本实用新型的三色警示灯结构示意图；

图2为本实用新型的三色警示灯局部剖视结构示意图；

图3为本实用新型的三色警示灯电路硬件系统拓扑图；

图4为本实用新型中三色警示灯在机床互联网中所处位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图，本实用新型提供一种技术方案。

术语介绍：

云技术是指在广域网或局域网内将硬件、软件、网络等系列资源统一起来，实现数据的计算、储存、处理和共享的一种托管技术。

arm（advancedriscmachines），既可认为是一个公司的名字，也可认为是对一类微处理器的统称，本文中指的是微处理器。

485通信一种被广泛采用的串行总线通信标准，本文中都简称为485。

在传统机床三色报警灯的基础上，本实用新型通过增加机床数据采集单元、刀具磨损检测数据采集单元、温湿度采集单元、4g无线通信单元实现机床的数据采集无线上云功能。

下面结合附图对本实用新型做全面介绍：一种基于工业互联网具有数据采集功能的智能三色警示灯，包括端盖1、灯罩2、金属保护壳3、底座4、安装螺钉5；底座4上部设置金属保护壳3，金属保护壳3上部设置灯罩2；灯罩2内处设置有灯条8；灯罩2上部设置端盖1。智能三色警示灯系统组成如图三所示，整个系统包括智能三色警示灯和微控制器系统。

智能三色警示灯的端盖1处设置有温湿度采集单元6；灯罩2内处设置有通信天线7；金属保护壳3内设置有通信单元9、刀具磨损采集单元10、机床数据采集单元11、蜂鸣器12，底座4内设置网口通信端口14、485通信端口13。

三色警示灯电路硬件系统拓扑结构见图，以下介绍各个组成部分的连接关系以及功能。

灯条8采用三色led灯珠和三角形铝合金板制作，且灯条8上设计了led灯珠驱动电路，用以根据需求调整灯光颜色。三色三面铝合金散热灯条采用三色led灯珠加上三角形铝合金板制作，铝合金板导热良好，可以很好的将led灯珠的热量导出，从而大大的增加led灯珠的使用寿命。灯条上设计了led灯珠驱动电路，可以根据需求调整灯光颜色红、黄、绿。

金属保护壳内安装有4g通信单元、刀具磨损数据采集单元、机床数据采集单元、蜂鸣器，各个单元部分分别使用网口、串口或485进行通信。通信天线7为4g通信天线；通信单元9为4g通信单元。4g无线通信需要天线才能取得很好的通信效果，天线不能安装在金属保护壳内，否则会造成无线电屏蔽，因此天线安装在灯罩内。

通信天线和通信单元也可以采用wifi、网线直连、2g无线通信、lora无线通信、nb-iot无线通信。

端盖1采用高强度塑料注塑一体成型；端盖1的顶部开有一个小孔洞，温湿度采集单元6的温湿度传感器可以从小孔洞中裸露出来。端盖是采用高强度塑料注塑一体成型，其顶部开有一个小孔洞，温湿度传感器可以裸露出来，避免传感器密封在灯体内无法准确的测量环境温湿度数据。端盖还有一个作用，就是使用螺钉连接三色三面铝合金散热灯条起到固定灯条并且拉紧固定灯罩的作用。

灯罩2分为两层；外层透明，里层磨砂透光；采用透光亚克力管制作。金属保护壳3设置有环形凹槽，端盖1设置有环形凹槽，灯罩2的两层固定在金属保护壳3和端盖1的环形凹槽内。灯条8一端与金属保护壳3相连，另一端通过螺钉与端盖1固定。灯罩分为两层，使用透光亚克力管制作，最外一层透明，里面一层磨砂透光，两层都可以固定在端盖与金属保护壳的环形凹槽内，并通过三色三面铝合金散热灯条固定拉紧。

三种数据采集单元是本实用新型的核心，他们之间使用串口通信、485通信、网口通信进行数据交换，最终全部通过4g通信单元将数据传输上云。

微控制器系统内设置电源、存储单元、视频采集单元及通信端口；机床数据采集单元11通过网口通信端口14与微控制器系统进行数据交换；刀具磨损采集单元10通过485通信端口13与微控制器系统进行数据交换；温湿度采集单元6通过485通信端口13将采集的信息传输至微控制器系统；通信单元9通过串口通信端口与微控制器系统进行数据交换；视频采集单元通过网口通信端口14与微控制器系统进行数据交换；机床数据采集单元11、刀具磨损采集单元10、温湿度采集单元6采集的数据通过通信单元9无线传输至云端，用以实现数据上云。

整个电路使用arm微控制器系统作为核心，嵌入linux操作系统，可以为不同的机床开发不同的数据采集程序因不同厂家的数控机床会有不同的总线通信协议，在必要的时候还可以使用视频监控程序远程实时查看机床情况。

存储单元包括内存和闪存两类存储单元；视频采集单元为网络摄像机；两个网口通信端口14的网口电路部署在三色警示灯的底座4下面，通过底座的开孔连接机床网口和网络摄像机网口。双网口电路部署在警示灯的底座下面，可以通过底座的开孔连接机床网口和网络摄像机网口。

刀具磨损数据采集单元采用485通信与刀具磨损检测用的3d传感器通信，刀具磨损3d检测属于另外一种技术，本文就不做详细论述。本实用新型描述了的使用3d传感器进行刀具磨损检测，并通过485通信进行数据采集，也可使用其它方式进行刀具磨损检测、使用其它通信方式进行数据采集。

底座4下部设置安装螺钉5；通过底座4下部的安装螺钉5将整个三色警示灯固定在机床机体上。底座被设计的很方便拆卸，可通过安装螺钉将整个灯体固定在机床机体上。机床用的三色警示灯有多种安装方式，本实用新型也可采用：⑴壁挂式支架安装；⑵铝管式支架安装；⑶能折弯角接近水平90度的结构方式，移动机床时可防止外部接触破损。

整个系统供电使用dc24v，5a安全电压，由机床提供，与传统的机床三色警示灯相同，接线简单，部署方便。

本实用新型采用的是4g无线通信的方式上云，也可采用其它方式，如wifi、网线直连、2g或3g无线通信、lora无线通信、nb-iot无线通信等。

常用的刀具磨损检测有电阻测量法、刀具工件间距测量法、射线测量法、微结构镀层法、光线测量法、放电电流测量法、切屑力检测法、功率信号检测法、声发射检测法、震动信号检测法、切屑温度测量法、工件表面粗糙度测量法等，不管使用什么方法进行检测，理论上本实用新型都可以进行数据采集。

具有数据采集功能的智能三色警示灯在机床互联网中所扮演的角色如图4。

本实用新型描述的工业现场的温湿度采集单元安装在了智能三色报警灯顶部，实际也可安装在任何需要的地方，然后使用无线通信方式进行数据采集。

本实用新型采用的是透明亚克力特殊处理的有机玻璃管与磨砂亚克力管作为灯罩，也可选用具有一定强度的透光材料作为灯罩。

多样化数据分析呈现。对设备状态的远程监控采集、实现设备利用效率统计、分析、测评，自动计算、以丰富的表现形式展示统计图表、生成报告，将结果提供相关部门或系统使用，提高生产效率，降低生产成本，呈现多样化的数据分析。

移动端应用设备数据远程实时监控。管理人员通过移动端随时掌握生产现场情况，包括任务完成情况、设备运行状态及设备运行效率等状况，现场问题及时获知和处理，降低管理成本。

除了可以具备实时监控生产进度、机床运行状态，统计效率、核算加工进度，协助计划排单，提高生产和管理效率的作用外，还具备以下功能：

1、机床报警数据采集记录分析：记录机床报警履历，并按照设备报警的次数、报警类型、报警号出现的频率统计和分析，帮助用户了解报警次数最多的机床，报警次数最多的报警号，报警次数最多的报警类型，通过一定的改善以提高设备的可用率。

2、机床过程参数采集记录分析：过程参数有操作模式、进给率、主轴参数负载、倍率、转速、xyz伺服轴参数速度，负载/功率机械、偏移坐标、电流、温度、压力等，采集这些数据以帮助用户了解生产过程中的实际加工工艺参数，根据采集到的参数信息生成相关数据报表可以帮助用户了解生产过程数据是否合理，如进给率，可以快速导出历史加工过程中的实际进给率，了解产品是否以100%速率进行量产，如主轴速度、负载功率等数据可以判断出机床加工程序是否合理，是否会有损坏设备的风险等。真正实现机床设备的远程运维。

3、机床刀具磨损数据采集分析：根据采集到的刀具磨损监控传感器的实时数据，系统自动判断刀具磨损情况，从而及时换刀，以保证加工的连续性以及加工质量，提高了机床的加工效率，更大的发挥数控机床的优势，对于增加企业的市场竞争力起到了很大作用。

4、机床所在环境的温湿度数据采集分析：机床所在的环境的温湿度的实时数据的采集，对保证产品质量,节约能源,减少日常运转费用,改善劳动条件等方面均有着重要意义。

5、三色警示灯设计有网口，必要时候可接入云台网络摄像机对设备运行情况进行视频运维、远程问题诊断。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。