本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)及其方法。該系統(tǒng)基于“嵌入式監(jiān)測單元+傳感器信號調(diào)理模塊”硬件架構(gòu)的機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測硬件裝置和基于“系統(tǒng)引擎+功能組件”軟件架構(gòu)的可重構(gòu)監(jiān)測軟件平臺。根據(jù)機(jī)床不同功能部件的監(jiān)測要求，選擇傳感器并更換相應(yīng)的信號調(diào)理模塊重構(gòu)監(jiān)測硬件裝置，可重構(gòu)監(jiān)測軟件平臺上通過動態(tài)加載功能組件，并將相應(yīng)的功能部件監(jiān)測子程序在線下載到模塊化嵌入式監(jiān)測裝置，以實現(xiàn)對機(jī)床不同功能部件的監(jiān)測。本發(fā)明專利技術(shù)不僅有利于快速構(gòu)建面向機(jī)床不同功能部件的監(jiān)測診斷系統(tǒng)，提高機(jī)床加工的可靠性、安全性和加工效率，同時也推動了監(jiān)測診斷技術(shù)在國產(chǎn)機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種機(jī)床功能部件監(jiān)測系統(tǒng)， 尤其是一種基于“嵌入式信號采集監(jiān)測單元+傳感器信號調(diào)理模塊”硬件架構(gòu)的機(jī)床功能 部件可重構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)和及其方法。
技術(shù)介紹
機(jī)床是整個制造業(yè)的基礎(chǔ)，機(jī)床的加工水平直接影響到其他裝備的平質(zhì)和性能， 同時也體現(xiàn)了一個國家工業(yè)的整體水平。我國是一個制造業(yè)大國，但卻不是一個制造業(yè)強(qiáng) 國，其主要原因在于我國的機(jī)床整體水平偏低，加工質(zhì)量跟不上，因此提高機(jī)床的加工精度 和水平成為振興我國工業(yè)的關(guān)鍵。體現(xiàn)機(jī)床水平的一個重要方面是機(jī)床加工性能的狀態(tài)監(jiān) 測，獲取機(jī)床的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的分析處理，提取相應(yīng)的特征信息，供加工者參 考，并采取相應(yīng)的措施，以保證機(jī)床的加工效率、可靠性和安全性。目前對機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測的已開展了廣泛的研究，產(chǎn)生了一些技術(shù)。如中國專利 申請文件“一種新型的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)方法”(專利號 CN200710018570. 3,申請日2007.9. 3)其利用現(xiàn)代遠(yuǎn)程測控技術(shù)和故障診斷分析技術(shù)， 結(jié)合數(shù)控機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的特點，建立了一個新型的基于有線和無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)方法。還有“機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)”(專利號 CN200510050791.X,申請日2005. 7. 15)其方案是通過監(jiān)控機(jī)床的運(yùn)行作業(yè)信息，對機(jī)床 的生產(chǎn)狀況進(jìn)行管理，分析機(jī)床的生產(chǎn)效率，間接了解操作者的工作狀況，有效的對機(jī)床和 操作人員進(jìn)行管理。另外還有“車間局域網(wǎng)內(nèi)分布式數(shù)控機(jī)床的實時監(jiān)控系統(tǒng)”(專利號 CN200310108724. 3)、“基于制造現(xiàn)場的智能化遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)”(專利號03113556. 0) 等相關(guān)技術(shù)。這些技術(shù)有個共同的缺點是側(cè)重機(jī)床的某一方面或是電氣故障監(jiān)測，缺乏靈 活性和多樣性，不能滿足數(shù)控機(jī)床不同功能部件的監(jiān)測要求，也很難真實反映機(jī)床當(dāng)前的 各部分的運(yùn)行狀態(tài)和滿足機(jī)床復(fù)雜多樣化的應(yīng)用需求。機(jī)床由主軸系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)四大功能部件組成，為更好地監(jiān) 測機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，掌握機(jī)床的實時信息，有必要開發(fā)面向機(jī)床不同功能部件的監(jiān)測系統(tǒng)， 以滿足機(jī)床復(fù)雜多樣化的應(yīng)用需求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測 系統(tǒng)及其方法，該監(jiān)測系統(tǒng)是基于“嵌入式監(jiān)測單元+傳感器信號調(diào)理模塊”的硬件架構(gòu)和 “系統(tǒng)引擎+功能組件”軟件架構(gòu)實現(xiàn)一種能夠快速構(gòu)建面向機(jī)床不同功能部件的監(jiān)測診斷 系統(tǒng)，其可以通過軟硬件模塊化的靈活配置，實現(xiàn)對機(jī)床不同功能部件的監(jiān)測和預(yù)警。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的該種機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，包括上位機(jī)以及通過網(wǎng)絡(luò)連接的多個嵌入式 監(jiān)測裝置；所述嵌入式監(jiān)測裝置包括背板總線以及與背板總線連接的嵌入式信號采集監(jiān)測模塊、信號調(diào)理模塊和電源模塊，所述信號調(diào)理模塊的信號輸入端連接有多個安裝在機(jī)床 上的傳感器；所述嵌入式信號采集監(jiān)測模塊包括相互連接的FPGA處理器和DSP處理器，所 述FPGA處理器連接有AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、IO接口和計數(shù)器，所述DSP處理器通過網(wǎng)絡(luò)硬件 協(xié)議棧芯片連接有網(wǎng)絡(luò)物理層芯片，所述網(wǎng)絡(luò)物理層芯片連接有RJ45網(wǎng)口，所述RJ45網(wǎng)口 通過網(wǎng)線與上位機(jī)連接，所述DSP處理器還連接有SDRAM和FLASH ；DSP處理器與背板總線 連接；所述信號調(diào)理模塊包括信號調(diào)理電路以及與其連接的多個傳感器適配模塊；所述多 個傳感器適配模塊分別連接傳感器。上述傳感器適配模塊選用渦流傳感器激勵I(lǐng)C模塊；所述信號調(diào)理電路包括多路 并行連接在調(diào)理電路總線接口上的信號隔離放大濾波電路，所述信號隔離放大濾波電路由 信號隔離放大器、可編程增益放大器以及可編程截止頻率濾波器依次連接構(gòu)成，所述信號 隔離放大器的信號輸入端連接渦流傳感器激勵I(lǐng)C模塊的信號輸出端；所述調(diào)理電路總線 接口連接到背板總線上。上述上位機(jī)上安裝有可重構(gòu)監(jiān)測平臺，所述可重構(gòu)監(jiān)測平臺包括系統(tǒng)引擎以及與 系統(tǒng)引擎連接的功能組件和配置文件；所述系統(tǒng)引擎負(fù)責(zé)組件的管理與數(shù)據(jù)流的管理工 作，其根據(jù)配置文件動態(tài)加載功能組件重構(gòu)上層監(jiān)測軟件平臺，并將相應(yīng)的功能部件監(jiān)測 子程序在線下載到嵌入式監(jiān)測裝置中；所述功能組件包括監(jiān)測模塊管理組件、數(shù)據(jù)庫管理 組件、數(shù)據(jù)分析及故障診斷組件和實時信息顯示組件；所述功能部件監(jiān)測子程序是保存在 上位機(jī)中的對應(yīng)機(jī)床各功能部件的對應(yīng)監(jiān)測程序。上述嵌入式監(jiān)測裝置的傳感器包括有電流傳感器、振動位移傳感器、振動加速度 傳感器、振動速度傳感器、聲發(fā)射傳感器、光電傳感器或溫度傳感器。本專利技術(shù)還提出一種基于上述系統(tǒng)的機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測方法，具體包括以下 步驟1)將多個嵌入式監(jiān)測裝置的各傳感器安裝在待監(jiān)測機(jī)床相應(yīng)的各個功能部件 上；2)初始化系統(tǒng)，在上位機(jī)上的可重構(gòu)監(jiān)測平臺上動態(tài)加載各個功能組件，形成監(jiān) 測系統(tǒng)；并且下載上位機(jī)中的功能部件監(jiān)測子程序至嵌入式監(jiān)測裝置中；其中動態(tài)加載各 個功能組件為采用讀取現(xiàn)有配置文件加載方式或者直接選取功能組件進(jìn)行加載。3)啟動機(jī)床，使各傳感器的輸出信號通過信號調(diào)理模塊的調(diào)理后傳送給嵌入式信 號采集監(jiān)測模塊進(jìn)行信號處理；4)嵌入式信號采集監(jiān)測模塊將信號處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)中的可重構(gòu) 監(jiān)測平臺，可重構(gòu)監(jiān)測平臺中的功能組件對信號進(jìn)行分析處理，并將結(jié)果進(jìn)行存儲和顯示。本專利技術(shù)的有益效果在于本專利技術(shù)設(shè)計了傳感器信號調(diào)理模塊可更換的模塊化、嵌入式信號采集監(jiān)測裝置。 該系統(tǒng)主要應(yīng)用于國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測，通過軟硬件模塊化的靈活配置，實現(xiàn)對機(jī) 床不同功能部件的監(jiān)測和預(yù)警，因而它不僅可以為機(jī)床操作者及企業(yè)管理者提供機(jī)床運(yùn)行 的真實信息，方便操作者了解機(jī)床當(dāng)前的加工狀態(tài)，并針對相應(yīng)的情況做及時有效的處理， 以保證加工過程安全穩(wěn)定的進(jìn)行，而且在機(jī)床發(fā)生故障時，能夠及時的鎖定故障出現(xiàn)位置 及原因，以利于機(jī)床操作者及時對故障進(jìn)行處理，把故障對生產(chǎn)加工的影響降到最小。附圖說明圖1是本專利技術(shù)一種機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測方法及裝置技術(shù)方案圖；圖2是本專利技術(shù)模塊化的可重構(gòu)監(jiān)測裝置總體方案圖；圖3是本專利技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式信號監(jiān)測模塊總體架構(gòu)圖；圖4是本專利技術(shù)可重構(gòu)監(jiān)測平臺軟件總體方案圖；圖5是本專利技術(shù)信號調(diào)理模塊的原理圖；圖6是本專利技術(shù)電源模塊的原理圖；圖7是本專利技術(shù)背板總線結(jié)構(gòu)圖；圖8是本專利技術(shù)功能部件監(jiān)測子程序流程圖；圖9是本專利技術(shù)可重構(gòu)平臺軟件架構(gòu)和虛擬總線結(jié)構(gòu)；圖10是本專利技術(shù)可重構(gòu)平臺軟件的工作流程圖。具體實施例方式本專利技術(shù)的機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)包括上位機(jī)以及通過網(wǎng)絡(luò)連接的多個嵌 入式監(jiān)測裝置。其中嵌入式監(jiān)測裝置包括背板總線以及與背板總線連接的嵌入式信號采集 監(jiān)測模塊、信號調(diào)理模塊和電源模塊。信號調(diào)理模塊的信號輸入端連接有多個安裝在機(jī)床 上的傳感器，包括有電流傳感器、振動位移傳感器、振動加速度傳感器、振動速度傳感器、聲 發(fā)射傳感器、光電傳感器和溫度傳感器，這些傳感器分別安裝于機(jī)床的主軸、刀具、進(jìn)給等 系統(tǒng)中。嵌入式信號采集監(jiān)測模塊包括相互連接的FPGA處理器和DSP處理器，F(xiàn)PGA處理器 連接有AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、IO接口和計數(shù)器，所述DSP處理器通過網(wǎng)絡(luò)硬件協(xié)議棧芯片連接 有網(wǎng)絡(luò)物理層芯片，網(wǎng)絡(luò)物理層芯片連接有RJ45網(wǎng)口，RJ45網(wǎng)口通過網(wǎng)線與上本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種機(jī)床功能部件可重構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機(jī)以及通過網(wǎng)絡(luò)連接的多個嵌入式監(jiān)測裝置；所述嵌入式監(jiān)測裝置包括背板總線以及與背板總線連接的嵌入式信號采集監(jiān)測模塊、信號調(diào)理模塊和電源模塊，所述信號調(diào)理模塊的信號輸入端連接有多個安裝在機(jī)床上的傳感器；所述嵌入式信號采集監(jiān)測模塊包括相互連接的ＦＰＧＡ處理器和ＤＳＰ處理器，所述ＦＰＧＡ處理器連接有ＡＤ模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、ＩＯ接口和計數(shù)器，所述ＤＳＰ處理器通過網(wǎng)絡(luò)硬件協(xié)議棧芯片連接有網(wǎng)絡(luò)物理層芯片，所述網(wǎng)絡(luò)物理層芯片連接有ＲＪ４５網(wǎng)口，所述ＲＪ４５網(wǎng)口通過網(wǎng)線與上位機(jī)連接，所述ＤＳＰ處理器還連接有ＳＤＲＡＭ和ＦＬＡＳＨ；ＤＳＰ處理器與背板總線連接；所述信號調(diào)理模塊包括信號調(diào)理電路以及與其連接的多個傳感器適配模塊；所述多個傳感器適配模塊分別連接傳感器。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李猛，景敏卿，李玉成，劉恒，
申請(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：87
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