一种数控系统加工过程数据的采集、转储方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数控系统、机床技术领域，更具体地，涉及一种数控系统加工过程数据采集、转储的方法及其系统。
【背景技术】
[0002]在数控加工中需要采集和记录生产现场的各种实时数据，以供生产管理人员和现场操作者对生产过程进行实时监视、诊断和控制，具有重要的作用。目前有两类采集数控加工过程数据的方法，一类是通过数控系统日志文件的记录，只能采集数控加工过程中的事件信号，如开机、停机、启动、报警信息、程序执行号、刀具号、刀具更换等，是间断的、非连续的，这些非连续性的事件信号并不能与加工任务特征建立关联。
[0003]另一类采用较多的数据采集方法是通过在机床上安装传感器，搭建数据采集硬件平台，形成一套独立于数控系统的嵌入式数据采集系统。如《数控机床及现场生产数据采集系统研宄与开发》中基于ARM的嵌入式数据采集系统，以及公开号为CN101587497B的专利中，针对SiemenS802D数控系统，基于单片机开发的嵌入式服务功能数据采集器，都属于该类采集方法。该方法能采集加工过程中的运动轴的实际位置等连续信号，但无法得到数控加工过程中数控系统内部的指令数据，如指令位置，指令速度等，因此不知道刀具大小、加工速度、粗加工和精加工等情况，无法精确分析加工任务的特征规律。例如加工过程中主轴电流增加，超过额定电流的情况，在粗加工重切时属于正常情况，但在精加工时就属于不正常情况；这种情况下仅靠外部传感器，而无数控系统内部指令就无法对加工状态进行准确的判断。
[0004]尽管公开号为CN101758422A的专利文献中提到了一种能接受指令数据的检测分析装置，但该指令数据是用于检测分析数控装置技术指标的，并不能采集加工过程中的指令数据，并且，该指令数据为离线采集，数控系统并非安装在机床上，是通过外部装置对数据指令进行接收，只能通过总线与数控系统相连，必需在提前知道总线协议的情况下才能获得数控系统指令数据，无法应用在机床上，也无法采集实时加工过程中的指令数据，并不能解决准确判断数控加工状态的问题。只能通过总线与数控系统相连，并不能应用在机床上，因此不能采集实时加工过程数据；该检测分析装置并不是集成在数控系统上，仍然需要外部电路和外部接口，需要知道总线协议才能获得数控系统指令数据。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种数控系统加工过程数据的采集、转储方法及其系统，其中通过对其数据采集类型、采集和转存步骤等进行改进，与现有技术相比不仅能采集数控机床传感器的反馈信号，还能够有效解决数控系统无法采集记录内部指令数据的问题，采集数据类型全面，并且采集的数据为周期连续的，且传感器反馈的采样信号与内部的指令数据同步采集，能够充分反映加工任务的特征，能够为对数控加工过程的分析提供更直接准确的依据。数据的采集和转储可以同时进行，使数控系统可以记录长时间的加工过程数据，便于各种加工过程的分析。另外，数据的采集和转储模块均集成在数控装置上，不需要添加额外的外部电路，使用方便。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种数控系统加工过程数据的采集、转储方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007](I)在加工过程开始前，设置需要采集的数据类型，所述需要采集的数据类型包括传感器反馈的采样信号和数控系统内部的指令数据；
[0008](2)在加工过程中，以一个数控系统的控制周期为周期将所述需要采集的数据类型对应的数据记录到数据缓存区中；
[0009](3)将所述数据缓存区中的数据通过通讯接口转储到其他存储设备；
[0010]所述数控系统内部的指令数据包括程序行号、运动轴的指令位置、指令运动速度、电流环输出和前馈分量中的一种或两种以上。
[0011]作为本发明的进一步优选，所述传感器反馈的采样信号包括运动轴的反馈位置、振动信号、电流信号和温度信号中的一种或两种以上。
[0012]作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)还包括直接显示所采集到的数据。
[0013]作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中所述数控系统内部的指令数据和传感器反馈的采样信号是同步记录的。
[0014]作为本发明的进一步优选，所述数控系统内部的指令数据包括程序行号，用于将数控系统内部的指令数据、传感器反馈的采样信号与数控系统的编程指令对应起来。
[0015]作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)和步骤(3)能够同时进行，步骤(3)中的转储周期大于步骤(2)的采集周期。
[0016]作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中所述数据是以文本文件或二进制数据文件形式转储的。
[0017]作为本发明的进一步优选，所述步骤(I) - (3)都是直接在数控系统中进行的。
[0018]按照本发明的另一个方面，提供了一种数控系统加工过程数据的采集、转储系统，其特征在于，该采集、转储系统集成在数控系统中，包括数据周期采集模块和数据批量发送模块，其中:
[0019]所述数据周期采集模块用于采集数控系统内部的指令数据和传感器反馈的采样信号，并将采集到的指令数据和传感器反馈的采样信号存储到所述数控系统的数据缓存区中；
[0020]所述数据批量发送模块用于将所述数据缓存区中的指令数据和传感器反馈的采样信号数据批量发送至其他存储设备。
[0021]作为本发明的进一步优选，所述数控系统的指令数据和传感器反馈的采样信号为同步采集。
[0022]通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于在数控系统内部嵌入相应的采样功能模块，不仅可以采集传感器反馈的数据，还可以把数控系统发送给执行机构的周期性指令数据(即数控系统内部的指令数据)也同步记录下来，通过对数控系统内部指令数据进行采集，采集的数据类型全面，能够有效弥补现有数控系统无法全面反映加工过程的缺陷。数据为按周期连续采集，且传感器反馈的采样信号与内部的指令数据同步采集；数控系统内部的指令数据包括程序行号，程序行号可用于将数控系统内部的指令数据、传感器反馈的采样信号与数控系统的编程指令对应起来，从而可以建立数据所反映的系统状态的变化特征与加工指令之间的对应关系，能够充分反映加工任务的特征，能够为分析数控加工过程、判断数控加工质量提供更直接准确的依据。数据的转储可以通过例如数控系统多任务控制等方式实现，使数据采集和数据转储能够同时进行，使数据的转储不影响数控加工和数据采集，从而实现加工过程数据长时间不间断的记录；数据转储周期大于数据采集周期，数据可以以多个采样周期为转储周期进行批量转储。通过集成在数控系统上的数据采集系统，并设置相应的功能模块(如，数据周期采集模块、数据批量发送模块、数据类型设置及转储设置模块)以及相应用户使用界面，使数据的采集和转储模块均集成在数控装置上，不需要添加额外的外部电路，使用方便。由于加工过程数据的数据采集周期和数控系统的控制周期两者相同，不需要其他数据通信协议即可简单的将所需要采集的数据采集到数控系统的数据缓存区中。
【附图说明】
[0023]图1是本发明提出的加工过程数据采集与转储流程图；
[0024]图2是外部数据采集方法和本发明的数据采集方法对比示意图；
[0025]图3是本发明中数控系统数据采集过程原理示意图。
【具体实施方式】
[0026]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。
[0027]实施例1
[0028]参照附图1，本发明提出的加工过程数据采集与转储流程图，主要有三个步骤，步骤一是在数据采集界面中设置采集的加工过程数据类型，步骤二是在加工过程中将加工过程数据记录到数控装置的数据缓存区中，步骤三是将数控装置数据缓存区中的加工过程数据转储到其他大容量存储设备中。
[0029]附图2所示为普通外部数据采集方法和本发明的数据采集方法的对比示意图，其中上图对应普通外部数据采集方法，下图对应本发明的数据采集方法。数控系统以指令数据控制伺服系统，这些指令数据通过PCI总线进行传输，是封闭的，没有外部读取接口，因此一般的数据采集方法无法采集数控系统内部的指令数据。目前较多的数据采集方法是通过在机床上安装传感器，搭建数据采集硬件平台，形成一套独立于数控系统的嵌入式数据采集系统，但是该方法只能采集数控系统外部输入输出接口数据和传感器反馈数据。附图2下图所示为本发明提出的一种数控系统加工过程数据的采集、转储方法，通过将数据采集系统集成在数控系统上，并相应的改变数控系统的数据流向，不仅能采集机床传感器的反馈信号，而且能同步采集数控系统加工过程指令数据。
[0030]本发明中的数据采集系统集成在数控系统上，与之对应的有一种数控系统加工过程数据的采集、转储方法，为了实现该方法，主要设计开发了以下功能模块:数据周期采集模块、数据批量发送模块、数据类型设置及转储设置模块。如图2所示，其中数据周期采集模块和数据批量发送模块集成在数控系统的控制器上，数据周期采集模块的作用是在数控系统和伺服系统之间建立数据读取接口，打破原来的封闭状态，使一部分数控系统指令数据和传感器反馈数据中变得可以采集；数据批量发送模块的作用是在数据周期采集模块按周期、不间断的记录数据的同时，通过数控系统多任务控制，将加工过程中数据周期采集模块采集到的数据批量转储到其他存储设备中，从而实现加工过程数据长时间不间断的记录。数据类型设置及转储设置模块既可以集成在数控系统上，也可以单独安装在Windows环境下的PC机上，可以相应的设置以下主要功能或界面:(1)通信协议设置界面；(2)数据采集类型设置界面；(3)采样开始和关闭功能；(4)采集