一種數控加工過程中G代碼執行狀態數據的實時采集方法與流程

本發明屬于數控機床數據采集技術領域，更具體地，涉及一種數控加工過程中G代碼執行狀態數據的實時采集方法，其能夠在采集數控機床的內部、外部傳感器信息的同時，同時采集機床的加工過程G代碼信息。

背景技術：

目前，數控機床加工狀態可以通過內部的電機電流傳感器、外部的振動傳感器等進行監測；但是許多數控機床不能對加工時的G代碼信息進行采集和記錄，導致機床故障診斷分析時對電流、振動等傳感器信號變化所對應的機床加工狀態信息缺失。

由于存在上述缺陷和不足，本領域亟需做出進一步的完善和改進，設計一種數控系統加工過程數據采集方法，使其在采集數控機床的內部、外部傳感器信息的同時，能夠將機床的加工過程G代碼也作為一路傳感器信息來進行同步采集，從而能夠將該信息與其他傳感器信息一起進行綜合分析，在機床發生故障時進行診斷和分析。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種數控加工過程中G代碼執行狀態數據的實時采集方法，該方法采用藍牙模塊通過接口插到數控機床操作面板上，數據采集終端與數控系統間通過藍牙建立連接，數據采集終端通過數據交換協議與數控系統進行數據的交互，數控系統通過與數控系統藍牙數據服務模塊程序對數據采集終端提供服務。該方法能夠在采集數控機床的內部、外部傳感器信息的同時，同時采集機床的加工過程G代碼信息，這些數據能夠用于監測機床的運行狀態，而且彌補了采用傳感器采集機床物理信號時對機床加工狀態信息的缺失，能夠和傳感器數據配合起來進行機床故障診斷與分析。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種數控加工過程中G代碼執行狀態數據的實時采集方法，其特征在于，其采用藍牙通信方式通過運行于數控系統上的數控系統藍牙數據服務模塊實現數據采集終端與數控系統間的數據交互，其中所述數控系統與數據采集終端間通過數據交換協議來進行數據的交互，該數據交換協議包括請求包、應答包、信息包、狀態保持包、配置包和基礎包，該實時采集方法具體包括以下步驟：

S1.啟動數控系統，數據采集終端建立與數控系統間的藍牙連接；

S2.建立藍牙連接后，數據采集終端通過藍牙向數控系統發送建立數據采集連接的請求包，并等待數控系統的應答，數控系統藍牙數據服務模塊收到該請求包后，發送對應的應答包，表明同意或者不同意建立數據采集連接；

S3.數控系統藍牙數據服務模塊發送應答包同意建立數據采集連接后，數控系統和數據采集終端建立數據采集連接，并持續周期性的互相發送狀態保持包，表明自己在線；

S4.數據采集開始前，數據采集終端按需要先發送配置包，數控系統藍牙數據服務模塊收到該包后，按配置包數據內容對采集方案進行配置，操作完成后，數控系統藍牙數據服務模塊向數據采集終端發送對應的應答包，表明配置成功或者失敗；

S5.配置成功后，數據采集終端發送開始采集對應的請求包，數控系統藍牙數據服務模塊收到該包后，發送同意采集或拒絕采集應答包，表明采集請求成功或者失敗，采集請求成功后，數控系統藍牙數據服務模塊開始按采樣方案，進行數據采集工作，并通過基礎包持續地發送至數據采集終端；

S6.數據采集完成后，數據采集終端發送采集停止請求，并停止采集數據的接收，數控系統藍牙數據服務模塊接收到采集停止請求后，立即停止數據采集工作，從而實現基于藍牙的數控加工過程G代碼執行狀態數據的實時采集。

進一步優選地，所述數控系統上設置有接口，藍牙模塊通過該接口與數控系統進行連接。

優選地，所述數控系統的數控系統藍牙數據服務模塊以升級數控系統的方式，被添加進數控機床的數控系統中。

優選地，所述數控系統藍牙數據服務模塊的初始化在數控系統啟動的系統運行環境初始化階段完成后立即進行，以保證其初始化過程中使用到的資源都已經過初始化。

優選地，在所述數控系統運行過程中，所述數控系統藍牙數據服務模塊的主任務程序代碼被數控系統在低優先級非核心線程中間歇性的重復調用，以保證其代碼的運行不對數控加工中數控系統對機床的實時控制產生任何影響。

優選地，所述數控系統藍牙數據服務模塊的退出在數控系統退出時的所有資源釋放和所有服務停止前進行，以保證已釋放的數控系統資源或已停止的數控系統服務不再被其使用。

優選地，所述數控系統與數據采集終端間的數據交換協議定義了數控系統與數據采集終端間通過藍牙模塊進行數據交換的數據包格式要求，其中，

請求包的包數據為請求碼；

應答包的包數據為所應答的請求碼和狀態碼，狀態碼用于表明請求操作成功或者失敗；

信息包的包數據為信息類型碼、信息值字節數、信息值類型碼和信息值，信息包的包數據有多個“信息類型碼-信息值字節數-信息值類型碼-信息值”單元，用于數控系統(2)與數據采集終端(3)間的信息交換；

狀態保持包無包數據，用于數控系統(2)與數據采集終端(3)間相互通知在線狀態，若一方一段時間內未收到另一方的狀態保持包，則停止所有與其的數據傳輸；

配置包的包數據依次為配置類型碼和配置值,有多個“配置類型碼-配置值”單元，用于對數據采集方案進行配置；

基礎包的包數據為所采集的數據。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下優點和有益效果：

(1)本發明的藍牙模塊硬件通過接口插到數控機床操作面板上，數據采集終端與數控系統間通過藍牙建立連接，數據采集終端通過數據交換協議與數控系統進行數據的交互，數控系統通過與數控系統藍牙數據服務模塊程序對數據采集終端提供服務。通過數控系統與數據采集終端間的數據交換協議可以對采集方案進行靈活配置，以滿足實際需要。本方法的數控系統僅需要設置一個藍牙模塊接口，藍牙模塊通過升級數控系統的方式添加進現有數控系統中，不需要額外的硬件升級。

(2)在本發明的數據采集方法中，機床外部設備能夠通過藍牙實時地獲取機床內部數據，這些數據能夠用于監測機床的運行狀態，而且彌補了采用傳感器采集機床物理信號時對機床加工狀態信息的缺失，能夠和傳感器數據配合起來進行機床故障診斷與分析。

(3)本發明的藍牙接口的數控加工過程G代碼執行狀態數據實時采集方法，能夠簡單便捷地從機床外部采集數控加工過程中的G代碼執行實時狀態數據，且該方法不需要做額外的硬件升級，大大節約了設備改造的成本，適合大規模推廣使用。

附圖說明

圖1為本發明的硬件設施示意圖；

圖2為本發明的通信示意圖；

圖3為實施例中數控系統藍牙數據服務模塊在數控系統中的總運行流程圖；

圖4為實施例中數控系統藍牙數據服務模塊任務流程圖；

圖5為數控系統與藍牙模塊間的數據交換協議數據報的格式。其中A為所有類型數據包的都具有的數據包基本結構；B表示請求包的數據包結構；C為應答包的包數據結構；D為信息包的包數據格式；E表示狀態保持包的包數據結構；F為配置包的包數據結構；G為基礎包的包數據結構。

圖6為一種實施方案中數控系統與數據采集終端之間采集數據過程的交互流程。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：

其中1-藍牙模塊，2-數控系統，21-數控系統藍牙數據服務模塊，22-接口，3-數據終端采集系統。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

一種數控加工過程中G代碼執行狀態數據的實時采集方法，其特征在于，其采用藍牙通信方式通過運行于數控系統2上的數控系統藍牙數據服務模塊21實現數據采集終端3與數控系統2間的數據交互，其中所述數控系統2與數據采集終端3間通過數據交換協議來進行數據的交互，該數據交換協議包括請求包、應答包、信息包、狀態保持包、配置包和基礎包，該實時采集方法具體包括以下步驟：

S1.啟動數控系統2，數據采集終端3建立與數控系統2間的藍牙連接；

S2.建立藍牙連接后，數據采集終端3通過藍牙向數控系統2發送建立數據采集連接的請求包，并等待數控系統2的應答，數控系統藍牙數據服務模塊21收到該請求包后，發送對應的應答包，表明同意或者不同意建立數據采集連接；

S3.數控系統藍牙數據服務模塊21發送應答包同意建立數據采集連接后，數控系統2和數據采集終端3建立數據采集連接，并持續周期性的互相發送狀態保持包，表明自己在線；

S4.數據采集開始前，數據采集終端3按需要先發送配置包，數控系統藍牙數據服務模塊21收到該包后，按配置包數據內容對采集方案進行配置，操作完成后，數控系統藍牙數據服務模塊21向數據采集終端3發送對應的應答包，表明配置成功或者失敗；

S5.配置成功后，數據采集終端3發送開始采集對應的請求包，數控系統藍牙數據服務模塊21收到該包后，發送同意采集或拒絕采集應答包，表明采集請求成功或者失敗，采集請求成功后，數控系統藍牙數據服務模塊21開始按采樣方案，進行數據采集工作，并通過基礎包持續地發送至數據采集終端3；

S6.數據采集完成后，數據采集終端3發送采集停止請求，并停止采集數據的接收，數控系統藍牙數據服務模塊21接收到采集停止請求后，立即停止數據采集工作，從而實現基于藍牙的數控加工過程G代碼執行狀態數據的實時采集。

在本發明的一個優選實施例中，所述數控系統2上設置有接口22，藍牙模塊1通過該接口22與數控系統2進行連接。

在本發明的一個優選實施例中，所述數控系統的數控系統藍牙數據服務模塊21以升級數控系統2的方式，被添加進數控機床的數控系統2中。

在本發明的一個優選實施例中，所述數控系統藍牙數據服務模塊21的初始化在數控系統2啟動的系統運行環境初始化階段完成后立即進行，以保證其初始化過程中使用到的資源都已經過初始化。

在本發明的一個優選實施例中，在所述數控系統2運行過程中，所述數控系統藍牙數據服務模塊21的主任務程序代碼被數控系統2在低優先級非核心線程中間歇性的重復調用，以保證其代碼的運行不對數控加工中數控系統2對機床的實時控制產生任何影響。

在本發明的一個優選實施例中，所述數控系統藍牙數據服務模塊21的退出在數控系統2退出時的所有資源釋放和所有服務停止前進行，以保證已釋放的數控系統資源或已停止的數控系統服務不再被其使用。

在本發明的一個優選實施例中，所述數控系統2與數據采集終端3間的數據交換協議定義了數控系統2與數據采集終端3間通過藍牙模塊1進行數據交換的數據包格式要求，其中，

請求包的包數據為請求碼；

應答包的包數據為所應答的請求碼和狀態碼，狀態碼用于表明請求操作成功或者失敗；

信息包的包數據為信息類型碼、信息值字節數、信息值類型碼和信息值，信息包的包數據有多個“信息類型碼-信息值字節數-信息值類型碼-信息值”單元，用于數控系統2與數據采集終端3間的信息交換；

狀態保持包無包數據，用于數控系統2與數據采集終端3間相互通知在線狀態，若一方一段時間內未收到另一方的狀態保持包，則停止所有與其的數據傳輸；

配置包的包數據依次為配置類型碼和配置值,有多個“配置類型碼-配置值”單元，用于對數據采集方案進行配置；

基礎包的包數據為所采集的數據。

為更好地解釋本發明，以下給出一個具體實施例：

實施例

在圖1所示實施方案的硬件設施中，USB藍牙模塊1插入到數控面板上的USB插口2上。在圖2所示實施方案的數控系統藍牙數據服務模塊21運行流程中，數控系統初始化完成后立即進行數控系統藍牙數據服務模塊21的初始化，隨后啟動數控系統空閑運行線程,并等待CPU執行數控系統其他任務。當CPU執行完數控系統其他任務后，會處理空閑運行線程中的數控系統藍牙數據服務模塊21的主任務。這個過程循環往復進行。

在數控系統藍牙數據服務模塊21的主任務執行過程中，首先判斷藍牙硬件的接入狀態，若未接入則不進行任何操作，若已接入，則首先嘗試讀取終端的輸入數據包。若未讀到數據包，則先判斷終端當前接入狀態，若終端未接入則不做任何操作。若已接入，則判斷接入超時狀態，若已超時，則重置藍牙軟件模塊到初始狀態，等待設備的接入。若未超時則超時計數自增。在讀取數據包時，若讀到了數據采集終端的發送的數據包，則判斷數據包類型并作出相應的處理，隨后將超時計數清零。若設備已接入，連接未超時且數據采集已開始，則發送新采集的數據到數據終端。

主任務最后一步檢查是否需要關閉數控系統藍牙數據服務模塊21功能，若要關閉，則數控系統藍牙數據服務模塊21不再繼續重復執行。數控系統即將關閉前，首先停止數控系統藍牙數據服務模塊21的運行，隨后，釋放數控系統藍牙數據服務模塊21資源，再隨后釋放數控系統其他資源，并停止運行。在圖3所示實施方案的數控系統與數據采集終端采集數據過程的交互流程中，首先由數據采集終端向數控系統發送接入請求，收到同意接入響應后，數據采集終端根據需要發送獲取機床信息數據的請求，如數控系統版本信息、機床狀態信息、機床參數信息、G代碼數據等。數控系統收到該請求后，向數據采集終端發送相關的信息數據。隨后，數據采集終端根據采集需要，發送相應的采集方案配置請求。數控系統收到該請求后，根據采集方案配置參數，配置采集方案，并在配置生效后，向數據采集終端發送配置成功消息。

數據采集終端收到配置成功消息后，即可以通過發送開始采集請求，請求數控系統藍牙數據服務模塊21開始數據采集工作。數控系統藍牙數據服務模塊21收到開始采樣請求后，若當前能夠進行數據采集，則會發送開始采集請求成功消息給數據采集終端，并開始采集數據，被采集的數據會一包一包的發送到數據采集終端。當數據采集終端要停止采集工作時，首先向數控系統發送停止采集請求，數控系統收到該請求后，立即停止當前的數據采集工作，并向數據采集終端發送采集已停止消息。

本發明提出在采集內部、外部傳感器信息的同時，將機床的加工過程G代碼也作為一路傳感器信息來進行同步采集，并利用數控機床面板上的USB接口+藍牙模塊的形式將該信息傳遞出來與其他傳感器信息一起進行綜合分析。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。