一种机床健康状态快速检查方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种机床健康状态快速检查方法，涉及数控加工诊断领域。
【背景技术】
[0002] 数控加工，即在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，其本身就是一种工艺 方法。该方法较传统机加工带来的好处就是，利用数字信息化的技术解决零件复杂多变、小 批量、小型化、高精度等问题，从而实现加工领域的自动化、智能化。
[0003] 另一方面，数控机床集机械、电气、液压和气动等模块于一体，具有知识融合和技 术密集的显著特点。如果在使用过程中发生故障，诊断的难度较大，特别是侧重于机械零部 件的检测和诊断更为困难，不易收集到相关的有效信息，并作到及时反馈，通常情况下误诊 率也很高，因而对机床的健康状态进行快速检查，对数控机床故障进行提前警告的需求愈 来愈强烈。
[0004] 目前，数控设备使用企业对设备的维护主要采用三种手段：故障后诊断，定期更换 易损坏部件和定期检查。故障后诊断可能对加工的零件和机床本身造成严重损坏，造成生 产线的停产，甚至可能导致事故的发生；定期更换易损件一般会在未达到零部件平均使用 寿命之前更换，不仅造成了零件的浪费，还需要更多的维护时间；而定期检查，不容易控制 检查周期，故障可能在周期间隙内发生。
[0005] 目前通行的健康检查的方法是通过多种外接传感器连接到采集卡，通过采集卡获 取数控设备的运行状态信息，将数据保存到电脑上进行分析建模，把建模完成后采集的数 控设备状态信息、后期采集的数据输入已知模型中进行健康状态的检测（邓晓云，振动诊 断技术在数控机床状态监测与故障诊断中应用的研宄，2009,大连交通大学.第71页）。 常用的方法是利用时频域分析获取特征值，利用数学模型方法和人工智能方法（如神经网 络、模糊算法等）进行建模（徐建安，数控线切割智能状态监测系统研宄，2002,哈尔滨工 程大学.第76页；王宇，数控加工过程监测与故障诊断技术的研宄，2003,哈尔滨理工大 学.第63页）。这些方法建立的模型都比较复杂、计算量大，需要大量的数据训练模型，而 且这些方法采用外挂式的数据采集和分析方法，不能获取伺服电机电流、跟随误差等数控 系统内部的信息，而这些信息在一定程度上反映了数控装备的健康状态。上述缺点决定了 现行方法只能进行定期在线检测，无法同步采集多种信号，采集数据不一致，无法获取数控 系统内部的信号（如伺服电机电流、跟随误差等），无法长期在车间使用，难于集成于数控 装备进行产业化生产。只能作为科研的手段，而不能真正的集成于数控装备之中，在工业生 产中进行大规模的实际应用。
[0006] 2010年问世的HNC-8型数控系统，是武汉华中数控股份有限公司推出的新一代总 线式数控系统，主要由HMI (人机界面）、HPC-100 (核心控制单元）、电源模块、主轴模块、伺 服驱动模块以及I/O模块（含HI0-1075、HI0-1073板卡单元）。该产品采用开放式、全数 字、总线式数控体系结构，运用Iinux操作平台、工业以太网NCUC总线、全数字伺服，具有纳 米插补功能，支持深度二次开发，形成各类专用数控系统和添加各种先进控制功能，为机床 在线监测和快速检查创造了良好条件。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种基于HNC-8型数控系统的机床健康状态快速检查方法，旨在解决 数控装备健康状态信息数据采集和数控系统分离、在线采集-离线分析的缺陷。本发明将 数据采集和分析、评价环节集成到数控系统之中，可实现健康状态在线检查，提高机床健康 状态检查的可靠性、安全性和检测速度。
[0008] 本发明所提出的一种机床健康状态快速检查方法，其特征在于包含以下步骤：
[0009] 步骤一：将传感器置入机床需要检查的目标部位，并通过数控系统I/O模块单元 连接到数控系统；
[0010] 步骤二：通过数控系统示波器采样界面，根据检查对象，设置数据采集通道以确定 需要采集的目标部位状态信息，并从数控系统内部预置的标准样本数据库中，选择相应的 对比样本数据；
[0011] 步骤三：载入G代码程序，启动机床，目标部位状态信息通过采集通道传递到数控 系统内部HPC-100模块；
[0012] 步骤四：以指令域为基准，计算采集的目标部位状态信息在G代码周期内的平均 值，作为特征值；
[0013] 步骤五：将步骤四中的特征值和步骤二所选择的对比样本数据对比，计算出此次 机床运行的健康值HV :
【主权项】
1. 一种机床健康状态快速检查方法，其特征在于包含以下步骤： 步骤一：将传感器置入机床需要检查的目标部位，并通过数控系统I/O模块单元连接 到数控系统； 步骤二：通过数控系统示波器采样界面，根据检查对象，设置数据采集通道以确定需要 采集的目标部位状态信息，并从数控系统内部预置的标准样本数据库中，选择相应的对比 样本数据； 步骤三：载入G代码程序，启动机床，目标部位状态信息通过采集通道传递到数控系统 内部HPC-100模块； 步骤四：以指令域为基准，计算采集的目标部位状态信息在G代码周期内的平均值，作 为特征值； 步骤五：将步骤四中的特征值和步骤二所选择的对比样本数据对比，计算出此次机床 运行的健康值HV:
其中&是各目标部位样本与对比样本数据的偏差统计值，h是影响因子，K是所采集 的信息源数量；\是第j个目标部位的特征值，^是第j个目标部位的对比样本值，N是一 个G代码程序的代码行数；计算出的HV值越大，说明各目标部位的状态信息与标准样本数 据库的数据相差越小，机床的健康状态越好。
2. 权利要求1所述的机床健康状态快速检查方法，其特征在于所述的检查部位包括数 控机床轴电流、轴跟随误差、主轴和工作台振动。
【专利摘要】本发明公开了一种机床健康状态快速检查方法。该方法利用华中HNC-8型数控系统，预先在机床中需检查的各部位置入传感器，然后在示波器采样界面，配置采样通道信息；在数控系统诊断界子界面，配置健康检查参数；然后选择加工程序，按下循环启动开始后进行在线采样，系统利用信号分析方法获取采样信息的特征值；最后与标准数据进行综合对比，对机床健康评估，并图形化显示。本发明使用的外部传感器信号，通过数控系统接口直接传递到数控系统内部，实现了在线采集和分析，改变了传统外部测量、离线建模分析的式，提高了数控机床健康检查的效率、实用性和使用范围。
【IPC分类】G05B19-406
【公开号】CN104808585
【申请号】CN201510171796
【发明人】向华, 陈吉红, 周振, 许光达, 周浩
【申请人】华中科技大学, 襄阳华中科技大学先进制造工程研究院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月13日