一种数控加工过程中G代码执行状态数据的实时采集方法与流程

本发明属于数控机床数据采集技术领域，更具体地，涉及一种数控加工过程中G代码执行状态数据的实时采集方法，其能够在采集数控机床的内部、外部传感器信息的同时，同时采集机床的加工过程G代码信息。

背景技术：

目前，数控机床加工状态可以通过内部的电机电流传感器、外部的振动传感器等进行监测；但是许多数控机床不能对加工时的G代码信息进行采集和记录，导致机床故障诊断分析时对电流、振动等传感器信号变化所对应的机床加工状态信息缺失。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种数控系统加工过程数据采集方法，使其在采集数控机床的内部、外部传感器信息的同时，能够将机床的加工过程G代码也作为一路传感器信息来进行同步采集，从而能够将该信息与其他传感器信息一起进行综合分析，在机床发生故障时进行诊断和分析。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数控加工过程中G代码执行状态数据的实时采集方法，该方法采用蓝牙模块通过接口插到数控机床操作面板上，数据采集终端与数控系统间通过蓝牙建立连接，数据采集终端通过数据交换协议与数控系统进行数据的交互，数控系统通过与数控系统蓝牙数据服务模块程序对数据采集终端提供服务。该方法能够在采集数控机床的内部、外部传感器信息的同时，同时采集机床的加工过程G代码信息，这些数据能够用于监测机床的运行状态，而且弥补了采用传感器采集机床物理信号时对机床加工状态信息的缺失，能够和传感器数据配合起来进行机床故障诊断与分析。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种数控加工过程中G代码执行状态数据的实时采集方法，其特征在于，其采用蓝牙通信方式通过运行于数控系统上的数控系统蓝牙数据服务模块实现数据采集终端与数控系统间的数据交互，其中所述数控系统与数据采集终端间通过数据交换协议来进行数据的交互，该数据交换协议包括请求包、应答包、信息包、状态保持包、配置包和基础包，该实时采集方法具体包括以下步骤：

S1.启动数控系统，数据采集终端建立与数控系统间的蓝牙连接；

S2.建立蓝牙连接后，数据采集终端通过蓝牙向数控系统发送建立数据采集连接的请求包，并等待数控系统的应答，数控系统蓝牙数据服务模块收到该请求包后，发送对应的应答包，表明同意或者不同意建立数据采集连接；

S3.数控系统蓝牙数据服务模块发送应答包同意建立数据采集连接后，数控系统和数据采集终端建立数据采集连接，并持续周期性的互相发送状态保持包，表明自己在线；

S4.数据采集开始前，数据采集终端按需要先发送配置包，数控系统蓝牙数据服务模块收到该包后，按配置包数据内容对采集方案进行配置，操作完成后，数控系统蓝牙数据服务模块向数据采集终端发送对应的应答包，表明配置成功或者失败；

S5.配置成功后，数据采集终端发送开始采集对应的请求包，数控系统蓝牙数据服务模块收到该包后，发送同意采集或拒绝采集应答包，表明采集请求成功或者失败，采集请求成功后，数控系统蓝牙数据服务模块开始按采样方案，进行数据采集工作，并通过基础包持续地发送至数据采集终端；

S6.数据采集完成后，数据采集终端发送采集停止请求，并停止采集数据的接收，数控系统蓝牙数据服务模块接收到采集停止请求后，立即停止数据采集工作，从而实现基于蓝牙的数控加工过程G代码执行状态数据的实时采集。

进一步优选地，所述数控系统上设置有接口，蓝牙模块通过该接口与数控系统进行连接。

优选地，所述数控系统的数控系统蓝牙数据服务模块以升级数控系统的方式，被添加进数控机床的数控系统中。

优选地，所述数控系统蓝牙数据服务模块的初始化在数控系统启动的系统运行环境初始化阶段完成后立即进行，以保证其初始化过程中使用到的资源都已经过初始化。

优选地，在所述数控系统运行过程中，所述数控系统蓝牙数据服务模块的主任务程序代码被数控系统在低优先级非核心线程中间歇性的重复调用，以保证其代码的运行不对数控加工中数控系统对机床的实时控制产生任何影响。

优选地，所述数控系统蓝牙数据服务模块的退出在数控系统退出时的所有资源释放和所有服务停止前进行，以保证已释放的数控系统资源或已停止的数控系统服务不再被其使用。

优选地，所述数控系统与数据采集终端间的数据交换协议定义了数控系统与数据采集终端间通过蓝牙模块进行数据交换的数据包格式要求，其中，

请求包的包数据为请求码；

应答包的包数据为所应答的请求码和状态码，状态码用于表明请求操作成功或者失败；

信息包的包数据为信息类型码、信息值字节数、信息值类型码和信息值，信息包的包数据有多个“信息类型码-信息值字节数-信息值类型码-信息值”单元，用于数控系统(2)与数据采集终端(3)间的信息交换；

状态保持包无包数据，用于数控系统(2)与数据采集终端(3)间相互通知在线状态，若一方一段时间内未收到另一方的状态保持包，则停止所有与其的数据传输；

配置包的包数据依次为配置类型码和配置值,有多个“配置类型码-配置值”单元，用于对数据采集方案进行配置；

基础包的包数据为所采集的数据。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的蓝牙模块硬件通过接口插到数控机床操作面板上，数据采集终端与数控系统间通过蓝牙建立连接，数据采集终端通过数据交换协议与数控系统进行数据的交互，数控系统通过与数控系统蓝牙数据服务模块程序对数据采集终端提供服务。通过数控系统与数据采集终端间的数据交换协议可以对采集方案进行灵活配置，以满足实际需要。本方法的数控系统仅需要设置一个蓝牙模块接口，蓝牙模块通过升级数控系统的方式添加进现有数控系统中，不需要额外的硬件升级。

(2)在本发明的数据采集方法中，机床外部设备能够通过蓝牙实时地获取机床内部数据，这些数据能够用于监测机床的运行状态，而且弥补了采用传感器采集机床物理信号时对机床加工状态信息的缺失，能够和传感器数据配合起来进行机床故障诊断与分析。

(3)本发明的蓝牙接口的数控加工过程G代码执行状态数据实时采集方法，能够简单便捷地从机床外部采集数控加工过程中的G代码执行实时状态数据，且该方法不需要做额外的硬件升级，大大节约了设备改造的成本，适合大规模推广使用。

附图说明

图1为本发明的硬件设施示意图；

图2为本发明的通信示意图；

图3为实施例中数控系统蓝牙数据服务模块在数控系统中的总运行流程图；

图4为实施例中数控系统蓝牙数据服务模块任务流程图；

图5为数控系统与蓝牙模块间的数据交换协议数据报的格式。其中A为所有类型数据包的都具有的数据包基本结构；B表示请求包的数据包结构；C为应答包的包数据结构；D为信息包的包数据格式；E表示状态保持包的包数据结构；F为配置包的包数据结构；G为基础包的包数据结构。

图6为一种实施方案中数控系统与数据采集终端之间采集数据过程的交互流程。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

其中1-蓝牙模块，2-数控系统，21-数控系统蓝牙数据服务模块，22-接口，3-数据终端采集系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种数控加工过程中G代码执行状态数据的实时采集方法，其特征在于，其采用蓝牙通信方式通过运行于数控系统2上的数控系统蓝牙数据服务模块21实现数据采集终端3与数控系统2间的数据交互，其中所述数控系统2与数据采集终端3间通过数据交换协议来进行数据的交互，该数据交换协议包括请求包、应答包、信息包、状态保持包、配置包和基础包，该实时采集方法具体包括以下步骤：

S1.启动数控系统2，数据采集终端3建立与数控系统2间的蓝牙连接；

S2.建立蓝牙连接后，数据采集终端3通过蓝牙向数控系统2发送建立数据采集连接的请求包，并等待数控系统2的应答，数控系统蓝牙数据服务模块21收到该请求包后，发送对应的应答包，表明同意或者不同意建立数据采集连接；

S3.数控系统蓝牙数据服务模块21发送应答包同意建立数据采集连接后，数控系统2和数据采集终端3建立数据采集连接，并持续周期性的互相发送状态保持包，表明自己在线；

S4.数据采集开始前，数据采集终端3按需要先发送配置包，数控系统蓝牙数据服务模块21收到该包后，按配置包数据内容对采集方案进行配置，操作完成后，数控系统蓝牙数据服务模块21向数据采集终端3发送对应的应答包，表明配置成功或者失败；

S5.配置成功后，数据采集终端3发送开始采集对应的请求包，数控系统蓝牙数据服务模块21收到该包后，发送同意采集或拒绝采集应答包，表明采集请求成功或者失败，采集请求成功后，数控系统蓝牙数据服务模块21开始按采样方案，进行数据采集工作，并通过基础包持续地发送至数据采集终端3；

S6.数据采集完成后，数据采集终端3发送采集停止请求，并停止采集数据的接收，数控系统蓝牙数据服务模块21接收到采集停止请求后，立即停止数据采集工作，从而实现基于蓝牙的数控加工过程G代码执行状态数据的实时采集。

在本发明的一个优选实施例中，所述数控系统2上设置有接口22，蓝牙模块1通过该接口22与数控系统2进行连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述数控系统的数控系统蓝牙数据服务模块21以升级数控系统2的方式，被添加进数控机床的数控系统2中。

在本发明的一个优选实施例中，所述数控系统蓝牙数据服务模块21的初始化在数控系统2启动的系统运行环境初始化阶段完成后立即进行，以保证其初始化过程中使用到的资源都已经过初始化。

在本发明的一个优选实施例中，在所述数控系统2运行过程中，所述数控系统蓝牙数据服务模块21的主任务程序代码被数控系统2在低优先级非核心线程中间歇性的重复调用，以保证其代码的运行不对数控加工中数控系统2对机床的实时控制产生任何影响。

在本发明的一个优选实施例中，所述数控系统蓝牙数据服务模块21的退出在数控系统2退出时的所有资源释放和所有服务停止前进行，以保证已释放的数控系统资源或已停止的数控系统服务不再被其使用。

在本发明的一个优选实施例中，所述数控系统2与数据采集终端3间的数据交换协议定义了数控系统2与数据采集终端3间通过蓝牙模块1进行数据交换的数据包格式要求，其中，

请求包的包数据为请求码；

应答包的包数据为所应答的请求码和状态码，状态码用于表明请求操作成功或者失败；

信息包的包数据为信息类型码、信息值字节数、信息值类型码和信息值，信息包的包数据有多个“信息类型码-信息值字节数-信息值类型码-信息值”单元，用于数控系统2与数据采集终端3间的信息交换；

状态保持包无包数据，用于数控系统2与数据采集终端3间相互通知在线状态，若一方一段时间内未收到另一方的状态保持包，则停止所有与其的数据传输；

配置包的包数据依次为配置类型码和配置值,有多个“配置类型码-配置值”单元，用于对数据采集方案进行配置；

基础包的包数据为所采集的数据。

为更好地解释本发明，以下给出一个具体实施例：

实施例

在图1所示实施方案的硬件设施中，USB蓝牙模块1插入到数控面板上的USB插口2上。在图2所示实施方案的数控系统蓝牙数据服务模块21运行流程中，数控系统初始化完成后立即进行数控系统蓝牙数据服务模块21的初始化，随后启动数控系统空闲运行线程,并等待CPU执行数控系统其他任务。当CPU执行完数控系统其他任务后，会处理空闲运行线程中的数控系统蓝牙数据服务模块21的主任务。这个过程循环往复进行。

在数控系统蓝牙数据服务模块21的主任务执行过程中，首先判断蓝牙硬件的接入状态，若未接入则不进行任何操作，若已接入，则首先尝试读取终端的输入数据包。若未读到数据包，则先判断终端当前接入状态，若终端未接入则不做任何操作。若已接入，则判断接入超时状态，若已超时，则重置蓝牙软件模块到初始状态，等待设备的接入。若未超时则超时计数自增。在读取数据包时，若读到了数据采集终端的发送的数据包，则判断数据包类型并作出相应的处理，随后将超时计数清零。若设备已接入，连接未超时且数据采集已开始，则发送新采集的数据到数据终端。

主任务最后一步检查是否需要关闭数控系统蓝牙数据服务模块21功能，若要关闭，则数控系统蓝牙数据服务模块21不再继续重复执行。数控系统即将关闭前，首先停止数控系统蓝牙数据服务模块21的运行，随后，释放数控系统蓝牙数据服务模块21资源，再随后释放数控系统其他资源，并停止运行。在图3所示实施方案的数控系统与数据采集终端采集数据过程的交互流程中，首先由数据采集终端向数控系统发送接入请求，收到同意接入响应后，数据采集终端根据需要发送获取机床信息数据的请求，如数控系统版本信息、机床状态信息、机床参数信息、G代码数据等。数控系统收到该请求后，向数据采集终端发送相关的信息数据。随后，数据采集终端根据采集需要，发送相应的采集方案配置请求。数控系统收到该请求后，根据采集方案配置参数，配置采集方案，并在配置生效后，向数据采集终端发送配置成功消息。

数据采集终端收到配置成功消息后，即可以通过发送开始采集请求，请求数控系统蓝牙数据服务模块21开始数据采集工作。数控系统蓝牙数据服务模块21收到开始采样请求后，若当前能够进行数据采集，则会发送开始采集请求成功消息给数据采集终端，并开始采集数据，被采集的数据会一包一包的发送到数据采集终端。当数据采集终端要停止采集工作时，首先向数控系统发送停止采集请求，数控系统收到该请求后，立即停止当前的数据采集工作，并向数据采集终端发送采集已停止消息。

本发明提出在采集内部、外部传感器信息的同时，将机床的加工过程G代码也作为一路传感器信息来进行同步采集，并利用数控机床面板上的USB接口+蓝牙模块的形式将该信息传递出来与其他传感器信息一起进行综合分析。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。