专利名称：基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械领域，主要涉及数控加工和在线监控、维护方法与设备，具体讲就是一种基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置。
背景技术：
在现代加工尤其是精密和超精密加工中数控系统已应用的相当普遍。个人计算机数控系统是基于工业控制计算机(IPC)的一种开放式数字控制系统，其核心是建立一种向数控系统的软硬件开发商、机床制造商的最终用户都开放的体系结构和标准，使数控系统不依赖于特定厂家，达到可互联、可互操作、可重组和可互换的目的。由此而组成的数控机床特别适用于加工多品种、小批量以及形状复杂的零件，在现代制造业中占据重要地位。开放式系统各模块之间能否通畅地交换数据、主控计算机能否实时地对各子控模块进行在线监控对于开放式数控系统来说是十分关键的，它对于数控系统的性能和开放性程度有重大影响。
个人计算机数控系统的高实时性在线检测一直是制约其可靠性的瓶径问题例如大多数数控机床加工时，操作者主要依靠肉眼的观察和自身的经验来判断机床的运行情况并作出适当的干预，例如停止主轴、系统停机等。这一过程是人工的，其最大的缺陷在于实时性差，当操作者发现一场情况时可能已造成工件的损毁、机床的破坏等无法弥补的损失。
将蓝牙技术用于数控系统应用于开放式数控系统是一个带前瞻性的研究方向。在《航空制造技术》2004年第4期，P.61～63上发表，由郇极等撰写的论文“基于蓝牙技术的数控系统网络和远程服务功能研究”研究的是利用网络软件pcAnywhere实现数控系统网络和远程服务功能。采用网络进行数控系统的数据传输，可以实现远程传输，但所用的设备存在电磁干扰，与数控加工中产生的噪声频段接近，使得现场的信号会产生干扰，一旦发生错误，也无法进行加工状态的恢复和现场维护，尤其是一些贵重的工件就可能废掉；另外远距离传输存在一定的时间滞后，实时性较差；网络数据传输通过电缆线连接在操作和维护上需要一定的技术，不够方便。《制造技术与机床》2004年第10期P.90～92由何宁等撰写的“蓝牙技术在数控系统通讯中的应用研究”一文研究的是利用蓝牙无线通讯技术代替串行总线构建无线制造网络；合肥工业大学，200363～65齐继阳的硕士学位论文“USB接口及其在数控系统中应用”研究的是基于通用串行总线USB的数控系统，对利用蓝牙技术而开发的“数控PDA”仅提出前期的设想，利用总线USB的数控系统，可实现数据的传输和存储，不能实现数据的实时监控和现场维护，而且文中并无具体实施方案。将蓝牙技术应用于测试和监控系统方面的文章，其主要目的是构件蓝牙无线传感器网络，实现测试与监控的无线化，与本实用新型所涉及的数控加工过程的加工现场各状态数据的在线监控和维护相去甚远。
据我们所知将蓝牙无线通讯技术，数控主机与外围PC机和便携设备的互连，实现数控系统的在线实时监控和维护。还没有整体的方案和相关的文献报道。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述技术或仪器存在的缺点，改变过去专用数控系统无法进行实时的测试和监控，现场维护性很差的现状，解决了数控系统的实时可维护性和蓝牙无线在线监控。提供一种通用性强，柔性高，抗电磁干扰，数据传输准确，保证了实时性，不仅做到了加工现场监视，故障状态信息保存，必要时可以通过监控设备对出错数据进行修改和恢复，实现了真正意义上的现场监控和维护，且操作方便，工作安全、可靠，减少加工损失的基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置。
本实用新型的构思是基于蓝牙无线通讯技术，将数控主机与外围PC机或便携设备的互连，完成数据在数控主机与外围PC机或便携式设备之间的互传，实现数控系统的在线实时监控和高效率维护。
下面对本实用新型的技术方案进行详细说明本实用新型的实现在于在整体装置中包括有数控主机，还包括有外围PC机或便携设备，并加入了蓝牙监控系统，现场的外围PC机或便携设备兼作蓝牙监控设备，具体就是监控机。蓝牙监控系统与数控主机、外围PC机或便携设备互连，它们之间通过安装在各自主板上的基于USB技术的蓝牙设备，利用双向的蓝牙无线数据链道实施实时数据传输和交流，进行无线通讯，实现了数控系统的在线实时监控和高效率维护。
本实用新型首次提出了实时可维护数控系统的概念并予以实现，将IT技术的新成果之一“蓝牙技术”应用于数控系统，利用蓝牙技术，通过建立高速无线数据链路实现技术人员对数控机床的在线无线监测以及数控系统的实时自动监控，在生产过程中用户方技术人员可以通过蓝牙监控设备对数控主机进行实时监控和干预机床的运行。本实用新型采用蓝牙技术，由于该技术的传输频率与数控系统加工过程产生的噪声频率的频段相差几个数量级，从而避免了数控车间内多台机电设备相互间的电磁干扰。这些干扰大多是在1GHz以下，而蓝牙设备工作在ISM频段，因此在工业现场环境抗干扰方面具有突出的优势，保证了数据传输的准确性。
本实用新型的实现还在于蓝牙监控系统主要包括两个完全相同的蓝牙收发模块、实时自动监控模块、故障在线检测模块、故障回放模块、人工干预模块、状态数据库和系统信息数据库，一对完全相同的蓝牙收发模块，其中一个嵌装于数控主机中，位于位控、速控模块和伺服系统之间，另一个蓝牙收发模块连同实时自动监控模块、故障在线检测模块、故障回放模块、人工干预模块、状态数据库和系统信息数据库一起嵌装于蓝牙监控设备中，状态数据库和系统信息数据库分别与实时自动监控模块、故障在线检测模块、故障回放模块数据连接，两个完全相同的蓝牙收发模块之间有蓝牙数据链道进行数据双向通讯，配合相应的软件，当数控主机通过蓝牙数据链道向监控机发送数据时，实现数控加工过程的监控，一旦发生异常状况，监控机通过蓝牙数据链道向数控主机返回人工干预数据实现数控加工过程的现场高效维护。
同时通过蓝牙监控系统对数控系统运行状态的各种中间数据进行实时和完整的记录以便提高数控系统的可维护性，一旦数控系统发生故障，技术人员可以第一时间在现场通过查看监控设备上相关数据做到心中有数，必要时还可以对该数据进行修改，以便恢复正常的数控加工现场。
本实用新型的实现还在于现场蓝牙监控设备为外围PC机，两个完全相同的蓝牙收发模块之间通过一对蓝牙适配器进行无线数据双向通讯，通过外围PC机的USB接口与数控主机进行无线数据双向通讯。
该蓝牙适配器采用USB接口与数控主机和监控机进行连接，它具有热插拔，易扩展，接口通用性好的优点。实现了工作的方便和可靠。
本实用新型的实现还在于现场蓝牙监控设备为便携设备，便携设备可以采用笔记本电脑或PDA设备，数控主机与便携设备中的监控系统进行无线通讯。
监控机采用笔记本电脑或PDA设备，把人们从固定地点和固定姿态的机床操作模者解放出来，由机器为中心转变为以人为中心，另外PDA设备是一种手持控制器式的个人数字助理，将它作为数控遍程以及其它信息的传输工具，从而将数控机床提升到一个更高的水平。
本实用新型的实现还在于数控主机采用工业控制个人计算机(IPC)，简称个人计算机。数控主机采用个人计算机，个人计算机数控系统是目前数控系统发展的趋势，该类系统具有柔性高、开放性好，特别适用于制造业竞争日益激烈的产品需求，是加工多品种、小批量、结构复杂的零件的重要加工方法。
本实用新型数控系统和蓝牙监控设备之间的蓝牙数据链可以随时建立和中断，完全由用户掌握和控制。其中数控系统界面和蓝牙固定机监控系统界面显示信息基本同步，见附图3和图4。
由于本实用新型将“蓝牙技术”应用于数控系统，设置了数据双向传输的渠道和功能模块构架，确保了现场实时数据的高速采集和信息并行，使得现场加工的监控和维护的实时性大为提高。解决了数控系统的实时可维护性和蓝牙无线在线监控。整体装置具备使用方便，通用性强，柔性高，抗电磁干扰，数据传输准确，保证实时性，不仅做到了加工现场监视，故障状态信息保存，数控主机通过蓝牙数据通道向监控机发送状态数据实现数控加工过程的监控，一旦发生异常状况，监控机通过蓝牙数据通道向数控主机返回人工干预数据，实现现场高效维护。
图1是本实用新型的组成示意图；图2是本实用新型蓝牙监控系统与数控系统的整体构架示意图；图3是本实用新型数控主机的显示屏界面示意图；图4是与图3所显示的同一加工时刻的监视设备的界面图。
具体实施方式
以下结合附图进行详细说明实施例1如图1所示，实现数控系统与蓝牙监控系统之间的数据传输，数控系统和蓝牙监控系统须有相应的蓝牙硬件。在整体装置的设备选型上，数控主机和监控机同时采用IPC+蓝牙USB Dongle的硬件组合。蓝牙监控系统的构成以及与数控系统的连接见图2。支撑该装置中的软件平台采用C++Builder6.0。数控系统和蓝牙监控设备之间的蓝牙数据链可以随时建立和中断，完全由用户掌握和控制。参见图2，并参见图3和图4，整个工作过程如下运行过程中，蓝牙收发模块5将位控模块4采集的数控机床的各传感器的信息和机床的运动坐标状态信息16实时地发送到蓝牙监控系统的蓝牙数据收发模块8中，通过安装在数控主机和监控机上的蓝牙适配器利用无线蓝牙数据链道7，监控机上的蓝牙监控系统的蓝牙数据收发模块8将发送过来的数据分别送入实时自动监控模块9，实时自动监控模块9对运行的状态信息按一定的监控算法进行分析检查，如发现有异常则发送指令回数控主机(CNC)的上层功能模块3完成对机床的控制，实时监控模块9负责将系统的状态数据存入状态数据库14。同时，故障自动检测模块10调用系统信息数据库13中的机床实体三维信息和被加工工件的三维实体信息，结合机床的实时加工状态信息16、17、18检测可能发生的故障，并实施自动干预措施。人工干预模块12在加工过程中技术人员可通过该模块人工发送指令，控制机床的工作状态和实时修改加工参数。故障回放模块11具有事后处理功能。数控系统和蓝牙监控系统之间的工作是相互独立的实时并行工作，因此无论CNC部分发生怎样严重的故障，并行部分都能完整的记录系统的状态信息。故障回放模块11调用状态数据库14中的信息，完成其对机床故障的重现，帮助技术人员排除故障、积累避免故障的经验。
实施本实用新型的技术方案，解决了数控加工难以现场监控，尤其是不能现场维护的问题。在本实用新型的整个装置中，其中数控系统界面和蓝牙监控机界面显示信息基本同步。对比图3和图4，图3中的15是数控主机上现场加工过程的图形显示，在数控主机上显示的坐标状态信息16、机床状态信息17、和运行情况信息18均依次与监控机显示器上的坐标状态信息21、机床状态信息19、和运行情况信息20相对应和基本一致，见图4。
实施例2蓝牙监控系统的构成、工作及效果同实施例1，整体装置为数控主机采用IPC+蓝牙USB Dongle的硬件组合，监控机采用笔记本PC+蓝牙USB Dongle的组合，参见图1中的1。支撑该装置中的软件平台采用C++Builder6.0。
实施例3蓝牙监控系统的构成、工作及效果同实施例1，整体装置为数控主机采用IPC+蓝牙USB Dongle的硬件组合，监控机采用了HP iPAQ Pocket PC h5450PDA，参见图1中的2；支撑该装置中数控主机的软件平台采用C++Builder6.0。支撑该装置中蓝牙便携监控机的软件平台采用eVB3.0。
本实用新型构思新颖、操作方便、通用性强、柔性高、抗干扰、确保证实时性。
权利要求1.一种基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置，包括有数控主机，其特征在于在整体装置中还包括有外围PC机或便携设备，并加入了蓝牙监控系统，现场的外围PC机或便携设备兼作蓝牙监控设备，蓝牙监控系统与数控主机、外围PC机或便携设备互连，数控主机与监控机之间通过安装在各自主板上的基于USB技术的蓝牙设备，利用双向的蓝牙无线数据链道实施实时数据传输和交流。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置，其特征在于蓝牙监控系统主要包括两个完全相同的蓝牙收发模块、实时自动监控模块(9)、故障在线检测模块(10)、故障回放模块(11)、人工干预模块(12)、状态数据库(14)和系统信息数据库(13)，一对完全相同的蓝牙收发模块，其中一个蓝牙收发模块(5)嵌装于数控主机中，位于位控、速控模块(4)和伺服系统(6)之间，另一个蓝牙收发模块(8)连同实时自动监控模块(9)、故障在线检测模块(10)、故障回放模块(11)、人工干预模块(12)、状态数据库(14)和系统信息数据库(13)一起嵌装于蓝牙监控设备中，状态数据库(14)和系统信息数据库(13)分别与实时自动监控模块(9)、故障在线检测模块(10)、故障回放模块(11)数据连接，两个完全相同的蓝牙收发模块之间有蓝牙数据链道(7)进行数据双向通讯，配合相应的软件，当数控主机通过蓝牙数据链道(7)向监控机发送数据时，实现数控加工过程的监控。
3.根据权利要求2所述的基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置，其特征在于现场蓝牙监控设备为外围PC机，两个完全相同的蓝牙收发模块之间通过一对蓝牙适配器进行无线数据双向通讯，通过外围PC机的USB接口与数控主机进行无线数据双向通讯。
4.根据权利要求2所述的基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置，其特征在于现场蓝牙监控设备为便携设备，便携设备可以采用笔记本电脑或PDA设备，数控主机与便携设备中的监控系统进行无线通讯。
5.根据权利要求3或4所述的基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置，其特征在于数控主机采用工业控制个人计算机。
专利摘要本实用新型一种基于蓝牙技术的数控系统在线监控与维护装置，将“蓝牙技术”应用于数控系统，整体装置中有数控主机，还包括外围PC机或便携设备关键在于还融入了蓝牙监控系统，可以组合构成。本实用新型设置了数据双向传输的通道和功能模块构架，确保了现场实时数据的高速采集和信息并行，解决了数控系统的实时可维护性和蓝牙无线在线监控。整体装置具备使用方便，通用性强，柔性高，抗电磁干扰，数据传输准确，使得现场加工的监控和维护的实时性大为提高。利用双向的蓝牙无线数据链道实施实时数据传输和交流，进行无线通讯，不仅做到了加工现场监视，故障状态信息保存，如果发生异常状况，监控机通过蓝牙数据通道向数控主机返回人工干预数据，在实现现场在线监控的同时还实现了现场高效维护。
文档编号G05B19/414GK2847342SQ20052007831
公开日2006年12月13日 申请日期2005年2月2日 优先权日2005年2月2日
发明者王琨琦, 王芳, 张长富 申请人:西安工业学院