加工監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種加工監(jiān)控系統(tǒng)及方法，特別是一種用于產(chǎn)生加工信息與管理監(jiān)控 工具機加工信息的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通的工具機智能化設(shè)備的目的在于抑制、回避或阻止加工異常的發(fā)生，進而提 升加工過程的穩(wěn)定性。為此，工具機智能化設(shè)備多會搭載傳感器，監(jiān)測加工過程的各種信 息，并且事先規(guī)劃異常對策，當(dāng)監(jiān)測異常發(fā)生時會自動根據(jù)對策行動。舉例而言，一美國專 利掲露一種加工振動回避裝置，通過傳感器測量加工機主軸的振動信號，辨識振動信號是 否為再生型顫振，若是則將主軸轉(zhuǎn)速切換為優(yōu)化轉(zhuǎn)速，達成顫振回避的目的。
[0003] 然而，在異常發(fā)生時，雖然單純的監(jiān)測、辨識與控制能縮短異常作用時間，降低異 常的影響，但仍無法完全回避異常的發(fā)生。因此有人提出W人工智能技術(shù)，例如類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (neural network)，W大量的加工信息訓(xùn)練人工智能，讓人工智能判斷加工信號是否將會 產(chǎn)生異常，達成在異常發(fā)生前就先行回避的方法。例如一歐洲專利掲露利用傳感器的信號 訓(xùn)練類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如果類似的異常可能發(fā)生，類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就能分析異常征兆，達到事前回避 的效果。
[0004] 只不過，利用僅包括單純的傳感器信號的加工信息訓(xùn)練類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在信息不足 的缺陷。舉例而言，傳感器對重度切削的加工條件會反應(yīng)出振幅較大的振動信號，但輕度切 削的異常加工過程也可能有類似的振動信號。所W若使用傳感器卻沒有搭配實際的加工條 件，將不會有充裕的信息，導(dǎo)致所訓(xùn)練的人工智能效能有限。
[0005] 因此，如何能有一種可揃取實際的加工條件，并且將加工條件及其他相關(guān)信息加 入至加工信息內(nèi)，W完整的加工信息訓(xùn)練人工智能，W增進異常辨識的正確性，實為當(dāng)前重 要課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一實施例中，本發(fā)明提出一種加工監(jiān)控系統(tǒng)，其包括一控制器數(shù)據(jù)存取接口、一 異常辨識模塊、一虛擬切削模塊及一加工信息管理模塊；控制器數(shù)據(jù)存取接口用于取得一 控制器的加工參數(shù)，控制器禪接一工具機；異常辨識模塊與控制器數(shù)據(jù)存取接口禪接，異常 辨識模塊通過控制器數(shù)據(jù)存取接口獲得控制器的加工參數(shù)W及存儲加工參數(shù)的變化；虛擬 切削模塊與控制器數(shù)據(jù)存取接口禪接，虛擬切削模塊通過分析加工參數(shù)而仿真工具機的加 工過程；加工信息管理模塊與控制器數(shù)據(jù)存取接口、異常辨識模塊及虛擬切削模塊禪接，加 工信息管理模塊用于收集各時間點的加工信息。
[0007] 在另一實施例中，本發(fā)明提出一種加工監(jiān)控方法，包括：
[000引（a)由一控制器數(shù)據(jù)存取接口取得一控制器的加工信息，控制器與一工具機禪 接；
[0009] 化）由一異常辨識模塊根據(jù)加工信息進行異常特征辨識，W判斷是否發(fā)生異常； 若否，則將加工信息視為成功回避異常的加工信息存儲至一數(shù)據(jù)庫，而后返回步驟（a);若 是，則進入步驟（C);
[0010] (C)由一加工信息管理模塊比對數(shù)據(jù)庫中是否存在成功回避異常的加工信息；若 是，則由異常辨識模塊根據(jù)已存在的成功回避異常的加工信息進行異常回避，而后返回步 驟（a);若否，則進入步驟（d);
[0011] (d)由加工信息管理模塊檢查數(shù)據(jù)庫是否有足夠的相近的加工信息；若否，則由 異常辨識模塊根據(jù)步驟化）的異常特征辨識的結(jié)果，產(chǎn)生多組優(yōu)化加工參數(shù)，而后進入步 驟（e);若是，則由異常辨識模塊W所檢查到的相近的加工信息產(chǎn)生多組優(yōu)化加工參數(shù)，而 后進入步驟（e);
[0012] (e)由加工信息管理模塊檢查數(shù)據(jù)庫中的回避異常失敗的加工信息，并與步驟 (d)所產(chǎn)生的多組優(yōu)化加工參數(shù)進行比對，并將無效的優(yōu)化加工參數(shù)移除；W及
[0013] (f)由異常辨識模塊從步驟（e)所產(chǎn)生的優(yōu)化加工參數(shù)中選擇一組進行異常回 避，而后返回步驟（a)。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的加工監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明的加工監(jiān)控方法的一實施例流程圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明的加工監(jiān)控方法另一實施例流程圖；
[0017] 圖4為現(xiàn)有技術(shù)的顫振回避過程示意圖；
[001引圖5為本發(fā)明測試實施例的顫振回避過程示意圖。
[0019] 【符號說明】
[0020] 1-加工監(jiān)控系統(tǒng)
[0021] 2-控制器
[0022] 10-控制器數(shù)據(jù)存取接口
[0023] 20-異常辨識模塊
[0024] 21-傳感器
[00巧]30-虛擬切削模塊
[0026] 40-加工信息管理模塊
[0027] 41-數(shù)據(jù)庫
【具體實施方式】
[0028] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
[0029] 請參閱圖1所示實施例，本發(fā)明的加工監(jiān)控系統(tǒng)1，包括一控制器數(shù)據(jù)存取接口 10、一異常辨識模塊20、一虛擬切削模塊30及一加工信息管理模塊40。
[0030] 控制器數(shù)據(jù)存取接口 10與一控制器2及虛擬切削模塊30、加工信息管理模塊40 禪接，控制器2禪接一工具機（圖中未示出）?？刂破鲾?shù)據(jù)存取接口 10是一種軟件通信接 口，可通過W太網(wǎng)絡(luò)、RS232通信或可編程邏輯控制器（Programm油le Logic Controller, 化C)通信取得控制器2的加工參數(shù)或?qū)⒓庸?shù)寫入控制器2。舉例而言，某商用控制器 廠商提供函式庫給用戶，用戶即可通過W太網(wǎng)絡(luò)與控制器2連線，W訪問控制器2的加工參 數(shù)，例如坐標(biāo)、進給、運動軸負(fù)載、主軸轉(zhuǎn)速、主軸負(fù)載及警報等相關(guān)信息。此外，因為PLC也 會記錄加工參數(shù)，所W也可W通過讀取或?qū)懭隤LC而訪問控制器2的加工信息。此外，控制 器數(shù)據(jù)存取接口 10更具有預(yù)先讀取部分加工參數(shù)的功能，可W提前取得正在排序中的加 工參數(shù)。
[0031] 異常辨識模塊20與控制器數(shù)據(jù)存取接口 10及加工信息管理模塊40禪接。異常 辨識模塊20是一種信號處理單元，可通過控制器數(shù)據(jù)存取接口 10獲得控制器2的加工參 數(shù)并且存儲加工參數(shù)變化的過程，例如主軸負(fù)載過程，并且分析過程是否有異常，若有異常 則傳出異常數(shù)據(jù)。在本實施例中，此異常辨識模塊20搭配一傳感器21使用，由異常辨識模 塊20分析傳感器21所測量的感測信號，該感測信號是由控制器2驅(qū)動后產(chǎn)生，若感測信號 發(fā)生異常，則會傳出異常信息。需說明的是，由控制器2驅(qū)動后產(chǎn)生的感測信號可通過控制 器2內(nèi)預(yù)設(shè)或擴充的傳感器取得，例如加工主軸與運動軸的負(fù)載；或可通過控制器2外的傳 感器取得，例如加工振動、加工聲音、感應(yīng)電流、溫度或其他可量測的物理反應(yīng)。
[0032] W顫振辨識為例，異常辨識模塊20通過控制器數(shù)據(jù)存取接口 10取得控制器2上 的主軸轉(zhuǎn)速信息，并且根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速及刀具刃數(shù)對傳感器21的感測信號（振動信號）進行 顫振辨識。若有顫振發(fā)生，則根據(jù)顫振頻率，W-默認(rèn)方法（例如，可為轉(zhuǎn)速選擇法）產(chǎn)生 一組優(yōu)化轉(zhuǎn)速，再通過控制器數(shù)據(jù)存取接口 10修改主軸轉(zhuǎn)速的負(fù)載率，W達到改變主軸轉(zhuǎn) 速回避顫振的目的。因此，當(dāng)發(fā)生顫振時，異常辨識模塊20會產(chǎn)生包括顫振頻率及優(yōu)化轉(zhuǎn) 速的異常加工信息。
[0033] 更進一步說明產(chǎn)生顫振回避轉(zhuǎn)速選擇法的方法。必須從頻譜上檢測到顫振頻率f， W及輸入目前使用的刀具刃數(shù)N，則優(yōu)化轉(zhuǎn)速可W根據(jù)下式計算：
[0034]
.
[0035] 其中k是工件或刀具振動頻率對刀刃通過頻率的比值。
[0036] 舉例來說，W 3刃圓柱刀、刀徑20mm、切寬10mm、切深5mm對鉛合金加工時，可W檢 測到顫振頻率為1306化，則可計算前20個回避轉(zhuǎn)速Sk分別是：
[0037] 陽03引

[0039] 需說明的是，根據(jù)上式計算的每個轉(zhuǎn)速都可能達成回避效果，但必須實際執(zhí)行才 能得知哪一個轉(zhuǎn)速有效。例如選擇2902rpm后，也許會激起另一個顫振特征（2097Hz)。送 是因為轉(zhuǎn)速選擇法只能回避特定的顫振頻段，但有可能落入另一顫振頻段。
[0040] 此外，前述實施例是W顫振檢測為例而進行詳細(xì)說明，但不限于顫振檢測。
[0041] 虛擬切削模塊30與控制器數(shù)據(jù)存取接口 10及加工信息管理模塊40禪接。虛擬 切削模塊30是一種仿真工具機加工過程的技術(shù)，通過建立刀具、工件的幾何模型，加上機 臺的運動信息及仿真刀具移除工件材料的算法，即可仿真工具機的加工過程。其中機臺的 運動信息可W可通過控制器數(shù)據(jù)存取接口 10實時（real time)獲得控制器2的加工參數(shù)， 例如機臺運動進給及坐標(biāo)，則此虛擬切削模塊30就能實時仿真控制器2的實際加工狀態(tài)。 本發(fā)明的虛擬切削模塊30實施例更進一步包括計算實際加工條件的方法，可W計算切寬、 切深、每刃切屑（chip load)及幾何信息。更一步說明，當(dāng)控制器數(shù)據(jù)存取接口 10具有預(yù) 先讀取加工參數(shù)的功能，例如下一砂的機臺坐標(biāo)，則此虛擬切削模塊就可W預(yù)先仿真