專利名稱：數(shù)控加工動態(tài)特征建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控加工方法,尤其是一種基于Function Block的數(shù)控加工建模方法，具體地說是一種數(shù)控加工動態(tài)特征建模方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，工件切削過程中的冷卻液、高速切屑、振動、顫振和切削熱等為實時檢測、在線檢測帶來困難。切削過程中機床性能、刀具狀態(tài)、工件切削狀態(tài)、切削參數(shù)、切削力等因素都在動態(tài)變化。尤其是加工過程中的工件變形，變形影響因素既包括裝夾、切削力等系統(tǒng)因素，也包括材料不均勻、內(nèi)應(yīng)力等隨機因素，事前難以準確預(yù)測。變形不僅發(fā)生在當(dāng)前切削區(qū)域，臨近剛性不足區(qū)域也時有發(fā)生。薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形問題通常表現(xiàn)為精加工過程的讓刀引起欠切，但大跨度雙面槽薄腹板等結(jié)構(gòu)在精加工前也會變形鼓起導(dǎo)致過切，甚至直接報廢。上述問題亟需通過實時監(jiān)測定位變形區(qū)，以監(jiān)測信號動態(tài)觸發(fā)在線檢測確定變形量，進而動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整刀軌，實現(xiàn)加工-檢測-監(jiān)測一體化。由于零件幾何與加工過程動態(tài)信息不能有效融合，造成檢測、監(jiān)測之間以及與加工間的反饋一直不盡如人意。以特征為載體可以有效地集成工藝知識和經(jīng)驗，提高工藝決策的自動化水平，但傳統(tǒng)靜態(tài)特征多是基于零件的最終加工狀態(tài)定義的，只適用于簡單零件。對于形狀、工藝、工況復(fù)雜的零件，不僅要考慮特征幾何的中間狀態(tài)，還要綜合考慮加工過程中的工藝、工況參數(shù)，參數(shù)的動態(tài)安全域值以及超出域值的調(diào)整策略，稱為動態(tài)特征。本發(fā)明以高價值、高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工-檢測-監(jiān)測一體化為目標，建立動態(tài)特征模型，為數(shù)控加工由基于人工經(jīng)驗的粗略方案求解模式向基于實時數(shù)據(jù)的優(yōu)化方案求解模式轉(zhuǎn)變，為數(shù)字化智能制造提供理論和技術(shù)支撐。Function Block是控制領(lǐng)域的IEC61499國際標準，具有相對成熟的數(shù)據(jù)、事件驅(qū)動觸發(fā)機制，引入Function Block可以有效的實現(xiàn)數(shù)控加工信息的表達、力口工過程實時信息的獲取以及加工-檢測-監(jiān)測的關(guān)聯(lián)觸發(fā)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的數(shù)控加工過程方法中存在零件幾何與加工過程動態(tài)信息不能有效融合，造成檢測、監(jiān)測之間以及與加工間的反饋一直不盡如人意而影響加工質(zhì)量和效率的問題，發(fā)明一種對提高加工質(zhì)量和效率的基于Function Block建模技術(shù)的數(shù)控加工動態(tài)特征建模方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種數(shù)控加工動態(tài)特征建模方法，其特征是它包括以下步驟:
首先，在開放式數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺或外部計算機上創(chuàng)建特征Function Block和服務(wù) Function Block ；
其次，定義內(nèi)部算法、內(nèi)部變量、事件輸入、事件輸出、數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出；
第三，將特征Function Block和服務(wù)Function Block定義在同一個軟件系統(tǒng)中，通過調(diào)用算法實現(xiàn)所述兩個模塊之間的信息輸入與輸出； 第四，使Function Block與數(shù)控系統(tǒng)通過共享內(nèi)存的方式實現(xiàn)通訊；使服務(wù)FunctionBlock通過通用串行總線(USB)與外部傳感器實現(xiàn)通訊，實時獲取檢測信息,通過內(nèi)部算法從數(shù)控系統(tǒng)獲取當(dāng)前的加工特征的標識，從特征Function Block獲取幾何信息與工藝信息，從典型特征安全域值庫獲取典型特征的監(jiān)測、檢測的參數(shù)安全域值，作為監(jiān)測信號與檢測信息分析的依據(jù)，進而實現(xiàn)監(jiān)測信號與檢測信息的分析，然后通過加工-檢測反饋算法、加工-監(jiān)測反饋算法以及監(jiān)測-檢測反饋算法將分析結(jié)果輸出到特征Function Block,實現(xiàn)基于動態(tài)特征的加工-檢測-監(jiān)測的閉環(huán)控制。所述的特征Function Block中包含內(nèi)部算法和內(nèi)部變量,其中內(nèi)部算法包含特征標識獲取算法、幾何息獲取算法、工藝息獲取算法、檢測息獲取算法、監(jiān)測息獲取算法、幾何信息輸出算法、工藝信息輸出算法、數(shù)控程序輸出算法、檢測自適應(yīng)規(guī)劃算法、刀軌調(diào)整算法以及切削參數(shù)調(diào)整算法，內(nèi)部變量包含特征標識、幾何信息、工藝信息、檢測信息以及監(jiān)測信息，內(nèi)部變量的信息通過外部加工-檢測-監(jiān)測工藝信息文件獲取,每一個加工特征對應(yīng)一個特征Function Block。所述Function Block在開放式數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺創(chuàng)建或在外部計算機上創(chuàng)建，若在數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺上，則通過共享內(nèi)存的方式實現(xiàn)Function Block與數(shù)控系統(tǒng)的通訊；若在外部計算機上創(chuàng)建，通過局域網(wǎng)與數(shù)控系統(tǒng)的計算機實現(xiàn)通訊；當(dāng)特征Function Block和服務(wù)Function Block在同一臺計算機上，則將它們建立在一個軟件環(huán)境內(nèi)，通過調(diào)用算法實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)特征Function Block和服務(wù)Function Block不在同一計算機上，則通過局域網(wǎng)通訊實現(xiàn)兩者的信息傳輸。所述的內(nèi)部變量中，特征標識按照特征類型和特征序號進行唯一標識，數(shù)控程序按照特征進行組織，通過特征標識可以找到加工該特征的數(shù)控程序段；幾何信息包括:特征中間幾何狀態(tài)以及驅(qū)動幾何，特征中間幾何狀態(tài)利用形成中間特征的加工操作的刀軌包絡(luò)面表達，驅(qū)動幾何通過CAD系統(tǒng)中拓撲元素的永久唯一標識尋址；工藝信息包括:機床信息、刀具信息、加工特征的走刀策略、切深、切寬、主軸轉(zhuǎn)速和進給；檢測信息包括:所需檢測設(shè)備、特征的檢測點及其軌跡；監(jiān)測信息包括:所需監(jiān)測設(shè)備。所述的加工-檢測-監(jiān)測工藝信息文件，以基于特征的XML文件格式表達，以特征為單元組織數(shù)據(jù)，包含特征Function Block所需的幾何、工藝、檢測以及監(jiān)測信息。所述的典型特征安全域值庫包括典型特的檢測安全域值以及監(jiān)測安全域值，檢測安全域值包含典型特征的加工中間狀態(tài)及最終狀態(tài)的厚度公差及位置公差，監(jiān)測安全域值包含典型特征加工過程中振動信號與切削力監(jiān)測信號參數(shù)的時域峰值、方差、微分以及頻域功率譜的允許范圍以及位移傳感器傳輸?shù)淖冃挝灰圃试S范圍。所述的服務(wù)Function Block,通過數(shù)控系統(tǒng)實時獲取當(dāng)前加工的特征標識,通過特征標識可以與特征Function Block通訊，得到當(dāng)前特征的幾何信息與工藝信息，作為信號分析的依據(jù)；實時獲取監(jiān)測信號的方式是通過振動傳感器、切削力傳感器和位移傳感器，通過USB數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至服務(wù)Function Block所在的計算機,服務(wù)Function Block的內(nèi)部算法提取出信號參數(shù)；其在線檢測信息獲取的方式是通過在線接觸式位置測頭以及厚度測頭獲取加工特征中間狀態(tài)的檢測點位置以及厚度，通過USB數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至服務(wù)Function Block所在的計算機，經(jīng)過觸發(fā)在線檢測數(shù)據(jù)獲取及分析算法，進行數(shù)據(jù)擬合后形成中間特征實際狀態(tài)，供中間加工結(jié)果分析使用。
所述的服務(wù)Function Block中，加工-檢測反饋算法通過服務(wù)Function Block對檢測信息進行獲取及分析，將檢測結(jié)果信息傳遞至相應(yīng)特征Function Block中，檢測結(jié)果信息指中間特征或者最終特征的檢測誤差，特征Function Block調(diào)用刀軌調(diào)整算法，對刀軌進行調(diào)整修正誤差；加工-監(jiān)測反饋通過服務(wù)Function Block中監(jiān)測信號的獲取及分析，若出現(xiàn)顫振或者切削力過載，服務(wù)Function Block將振動的信號參數(shù)與切削力的振動參數(shù)傳至相應(yīng)的特征Function Block，調(diào)用切削參數(shù)調(diào)整算法，調(diào)整切削參數(shù)；監(jiān)測-檢測反饋通過服務(wù)Function Block中監(jiān)測信號的獲取與分析，若出現(xiàn)刀具磨損、破損，則服務(wù)Function Block向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出停機指令,然后對刀具進行檢測；若服務(wù)Function Block中監(jiān)測到位移傳感器的信息中變形位移超出安全域值，則服務(wù)Function Block記錄當(dāng)前特征的標識，待當(dāng)前加工工步結(jié)束后啟動檢測自適應(yīng)規(guī)劃算法，對該特征進行檢測。所述的服務(wù)Function Block包含事件輸入、數(shù)據(jù)輸入、事件輸出以及數(shù)據(jù)輸出；根據(jù)Function Block的規(guī)定,事件輸入與輸出以有限狀態(tài)機來表示，事件輸入改變有限狀態(tài)機的狀態(tài)，觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi)部算法，進而輸出結(jié)果；事件輸入狀態(tài)包括特征標識輸入狀態(tài)1、幾何信息輸入狀態(tài)2、工藝信息輸入狀態(tài)3、檢測信息輸入狀態(tài)4、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)
5、特征安全域值輸入狀態(tài)6，其中特征標識從數(shù)控系統(tǒng)輸入，幾何信息、工藝信息從特征Function Block輸入,特征安全域值從典型特征安全域值庫輸入；輸入的數(shù)據(jù)包括:特征標識7、幾何信息8、工藝信息9、檢測信息10、監(jiān)測信息11、特征安全域值12 ;事件輸出狀態(tài)包括:數(shù)控指令輸出狀態(tài)13、加工-檢測反饋指令輸出狀態(tài)14、加工-監(jiān)測反饋指令輸出狀態(tài)15、監(jiān)測-檢測反饋指令輸出狀態(tài)16 ;輸出的數(shù)據(jù)包括:數(shù)控指令17、檢測結(jié)果信息18、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果信息19、位移監(jiān)測結(jié)果20。所述的事件輸入包括:特征標識輸入狀態(tài)21、幾何信息輸入狀態(tài)22、工藝信息輸入狀態(tài)23、檢測信息輸入狀態(tài)24、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)25、檢測結(jié)果輸入狀態(tài)26、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)27、位移監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)28，其中，檢測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)刀軌調(diào)整算法，振動與切削力監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)切削參數(shù)調(diào)整算法，位移監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)檢測自適應(yīng)算法；所述的數(shù)據(jù)輸入包括:特征標識29、幾何信息30、工藝信息31、檢測信息32、監(jiān)測信息33、檢測結(jié)果34、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果35、位移監(jiān)測結(jié)果36，其中檢測結(jié)果34、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果35、位移監(jiān)測結(jié)果36從服務(wù)Function Block獲?。凰龅氖录敵霭?幾何信息輸出狀態(tài)37、工藝信息輸出狀態(tài)38和數(shù)控程序輸出狀態(tài)39，其中幾何信息輸出狀態(tài)37觸發(fā)幾何信息輸出算法，輸出給服務(wù)Function Block,工藝信息輸出狀態(tài)38觸發(fā)工藝信息輸出狀態(tài)，輸出給服務(wù)Function Block,刀軌調(diào)整算法、切削參數(shù)調(diào)整算法以及檢測自適應(yīng)算法會改變數(shù)控程序輸出狀態(tài)，進而觸發(fā)數(shù)控程序輸出狀態(tài)，數(shù)控程序輸出給數(shù)控系統(tǒng)；所述的輸出數(shù)據(jù)包括:幾何信息40、工藝信息41和數(shù)控程序42。本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的動態(tài)特征建模不僅考慮特征幾何的中間狀態(tài)，還綜合考慮加工過程中的工藝、工況參數(shù)，參數(shù)的動態(tài)安全域值以及超出域值的調(diào)整策略。本發(fā)明以高價值、高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工-檢測-監(jiān)測一體化為目標，建立動態(tài)特征模型，為數(shù)控加工由基于人工經(jīng)驗的粗略方案求解模式向基于實時數(shù)據(jù)的優(yōu)化方案求解模式轉(zhuǎn)變，為數(shù)字化智能制造提供理論和技術(shù)支撐。本方法可將動態(tài)特征的信息表達和關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換為Function Block的功能設(shè)計和Function Block間的接口設(shè)計,大大提高了對已有軟、硬件的適應(yīng)能力。數(shù)控加工動態(tài)包含了加工特征幾何的中間狀態(tài)、加工過程中的工藝、工況參數(shù)，參數(shù)的動態(tài)安全域值以及超出域值的調(diào)整策略，能夠滿足復(fù)雜工況數(shù)控加工過程自適應(yīng)加工的信息模型。本發(fā)明基于Function Block進行動態(tài)特征的建模,構(gòu)建了特征的FunctionBlock、以及服務(wù)Function Block,實現(xiàn)加工特征中間狀態(tài)、加工過程中的工藝、工況參數(shù)、參數(shù)的動態(tài)安全域值以及超出域值的調(diào)整策略的表達，同時也實現(xiàn)了加工過程中實時信息的獲取與分析?；贔unction Block的建模方法能夠為數(shù)控加工-檢測-監(jiān)測一體化提供技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的動態(tài)特征模型。圖2為腹板特征的數(shù)控程序及特征標識。圖3為飛機結(jié)構(gòu)件典型加工特征數(shù)控加工-檢測-監(jiān)測信息文件。圖中數(shù)字標號:1、特征標識輸入狀態(tài)，2、幾何信息輸入狀態(tài)，3、工藝信息輸入狀態(tài)，4、檢測信息輸入狀態(tài)，5、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)，6、特征安全域值輸入狀態(tài)，7特征標識，8、幾何信息，9、工藝信息，10、檢測信息，11、監(jiān)測信息，12、特征安全域值，13、數(shù)控指令輸出狀態(tài)，14、加工-檢測反饋指令輸出狀態(tài)，15、加工-監(jiān)測反饋指令輸出狀態(tài)，16、監(jiān)測-檢測反饋指令輸出狀態(tài)，17、數(shù)控指令，18、檢測結(jié)果信息，19、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果信息，20、位移監(jiān)測結(jié)果，21、特征標識輸入狀態(tài)，22、幾何信息輸入狀態(tài)，23、工藝信息輸入狀態(tài)，24、檢測信息輸入狀態(tài)，25、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)，26、檢測結(jié)果輸入狀態(tài)，27、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)，28、位移監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)，29、特征標識，30、幾何信息31、工藝信息，32、檢測信息，33、監(jiān)測信息，34、檢測結(jié)果，35、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果，36、位移監(jiān)測結(jié)果，37、幾何信息輸出狀態(tài)，38、工藝信息輸出狀態(tài)，39、數(shù)控程序輸出狀態(tài)，40、幾何信息，41、工藝信息,42、數(shù)控程序，43、槽腹板加工刀軌，44、槽腹板特征標識。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖1-3所示。一種數(shù)控加工動態(tài)特征建模方法，它包括以下步驟:
首先，在開放式數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺或外部計算機上創(chuàng)建特征Function Block和服務(wù) Function Block ；
其次，定義內(nèi)部算法、內(nèi)部變量、事件輸入、事件輸出、數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出；
第三，將特征Function Block和服務(wù)Function Block定義在同一個軟件系統(tǒng)中，通過調(diào)用算法實現(xiàn)所述兩個模塊之間的信息輸入與輸出；
第四，使Function Block與數(shù)控系統(tǒng)通過共享內(nèi)存的方式實現(xiàn)通訊；使服務(wù)FunctionBlock通過通用串行總線(USB)與外部傳感器實現(xiàn)通訊，實時獲取檢測信息,通過內(nèi)部算法從數(shù)控系統(tǒng)獲取當(dāng)前的加工特征的標識，從特征Function Block獲取幾何信息與工藝信息，從典型特征安全域值庫獲取典型特征的監(jiān)測、檢測的參數(shù)安全域值，作為監(jiān)測信號與檢測信息分析的依據(jù)，進而實現(xiàn)監(jiān)測信號與檢測信息的分析，然后通過加工-檢測反饋算法、加工-監(jiān)測反饋算法以及監(jiān)測-檢測反饋算法將分析結(jié)果輸出到特征Function Block,實現(xiàn)基于動態(tài)特征的加工-檢測-監(jiān)測的閉環(huán)控制。如圖1所示。本實施例在開放式數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺上創(chuàng)建特征FunctionBlock和服務(wù)Function Block，定義內(nèi)部算法、內(nèi)部變量、事件輸入、事件輸出、數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出。特征Function Block和服務(wù)Function Block定義在同一個軟件系統(tǒng)中，通過調(diào)用算法實現(xiàn)彼此之間的信息輸入與輸出；Function Block與數(shù)控系統(tǒng)通過共享內(nèi)存的方式實現(xiàn)通訊；服務(wù)Function Block通過通用串行總線(USB)與外部傳感器實現(xiàn)通訊。特征Function Block的建模過程如下:
特征Function Block中包含內(nèi)部算法和內(nèi)部變量，其中內(nèi)部算法包含特征標識獲取算法、幾何信息獲取算法、工藝信息獲取算法、檢測信息獲取算法、監(jiān)測信息獲取算法、幾何信息輸出算法、工藝信息輸出算法、數(shù)控程序輸出算法、檢測自適應(yīng)規(guī)劃算法、刀軌調(diào)整算法以及切削參數(shù)調(diào)整算法，內(nèi)部變量包含特征標識、幾何信息、工藝信息、檢測信息以及監(jiān)測信息；
事件輸入狀態(tài)包括:特征標識輸入狀態(tài)21觸發(fā)特征標識獲取算法、幾何信息輸入狀態(tài)22觸發(fā)幾何信息獲取算法、工藝信息輸入狀態(tài)23觸發(fā)工藝信息獲取算法、檢測信息輸入狀態(tài)24觸發(fā)檢測信息獲取算法、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)25觸發(fā)監(jiān)測信息獲取算法、檢測結(jié)果輸入狀態(tài)26、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)27、位移監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)28，其中，檢測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)刀軌調(diào)整算法，振動與切削力監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)切削參數(shù)調(diào)整算法，位移監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)檢測自適應(yīng)算法；數(shù)據(jù)輸入包括:特征標識29、幾何信息30、工藝信息31、檢測信息32、監(jiān)測信息33、檢測結(jié)果34、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果35、位移監(jiān)測結(jié)果36，其中檢測結(jié)果34、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果35、位移監(jiān)測結(jié)果36從服務(wù)FunctionBlock獲?。皇录敵鰻顟B(tài)包括:幾何信息輸出狀態(tài)37、工藝信息輸出狀態(tài)38、數(shù)控程序輸出狀態(tài)39，其中幾何信息輸出狀態(tài)37觸發(fā)幾何信息輸出算法，工藝信息輸出狀態(tài)38觸發(fā)工藝信息輸出狀態(tài)；刀軌調(diào)整算法、切削參數(shù)調(diào)整算法以及檢測自適應(yīng)算法會改變數(shù)控程序輸出狀態(tài)，進而觸發(fā)數(shù)控程序輸出狀態(tài)，數(shù)控程序輸出給數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行；輸出的數(shù)據(jù)包括:幾何信息40、工藝信息41、數(shù)控程序42。事件輸入與輸出為有限狀態(tài)機，定義為布爾變量，有事件輸入或者輸出，則相應(yīng)的輸入或者輸出狀態(tài)置為1，否則為0 ;數(shù)據(jù)輸入則通過相應(yīng)的內(nèi)部算法賦值給相應(yīng)的內(nèi)部變量，例如，幾何信息數(shù)據(jù)輸入通過幾何信息輸入狀態(tài)機觸發(fā)幾何信息獲取算法，將輸入的幾何信息數(shù)據(jù)賦值給內(nèi)部變量的幾何信息。內(nèi)部算法可以調(diào)用內(nèi)部變量。特征標識按照特征類型和特征序號進行唯一標識，數(shù)控程序按照特征進行組織，如圖2所示；通過特征標識可以找到加工該特征的數(shù)控程序段，為字符型數(shù)據(jù)，在加工過程中，可通過數(shù)控系統(tǒng)獲知當(dāng)前加工特征的特征標識；幾何信息包括:特征中間幾何狀態(tài)以及驅(qū)動幾何，特征中間幾何狀態(tài)利用形成中間特征的加工操作的刀軌包絡(luò)面表達，在本實施例中通過NURBS(非均勻有理B樣條曲線或者曲面表示，內(nèi)部變量只需表達NURBS曲線或者曲面的參數(shù)即可，通過數(shù)組表示；驅(qū)動幾何通過CAD (Computer Aided Design)系統(tǒng)中拓撲元素的永久唯一標識尋址，通過Double型數(shù)據(jù)表示；工藝信息包括:機床信息、刀具信息、加工特征的走刀策略、切深、切寬、主軸轉(zhuǎn)速和進給，其中機床信息、刀具信息和特征的走刀策略通過字符型數(shù)據(jù)表示，切深、切寬、主軸轉(zhuǎn)速和進給通過Double型數(shù)據(jù)表示；檢測信息包括:所需檢測設(shè)備、特征的檢測點及其軌跡，其中檢測設(shè)備通過字符型數(shù)據(jù)表示，檢測點及其軌跡通過鏈式列表表示；監(jiān)測信息包括:所需監(jiān)測設(shè)備，通過字符型數(shù)據(jù)表示。在特征Function Block中根據(jù)數(shù)據(jù)類型為以上變量分別進行定義即可。內(nèi)部變量的信息通過外部加工-檢測-監(jiān)測工藝信息文件獲取，每一個加工特征對應(yīng)一個特征Function Block。加工-檢測-監(jiān)測工藝信息文件基于特征的XML (extensible Markup Language)文件格式表達，以特征為單元組織數(shù)據(jù)，包含特征Function Block所需的幾何、工藝、檢測以及監(jiān)測信息。如圖3所示，為飛機結(jié)構(gòu)件典型特征(包括槽、筋、孔、輪廓等典型特征)的加工-檢測-監(jiān)測信息XML文件。服務(wù)Function Block的建模過程如下:
服務(wù)Function Block通過內(nèi)部算法實現(xiàn)監(jiān)測信號的實時獲取、檢測信息的在線獲取，通過內(nèi)部算法從數(shù)控系統(tǒng)獲取當(dāng)前的加工特征的標識，從特征Function Block獲取幾何信息與工藝信息，從典型特征安全域值庫獲取典型特征的監(jiān)測、檢測的參數(shù)安全域值，作為監(jiān)測信號與檢測信息分析的依據(jù)，進而實現(xiàn)監(jiān)測信號與檢測信息的分析，然后通過加工-檢測反饋算法、加工-監(jiān)測反饋算法以及監(jiān)測-檢測反饋算法將分析結(jié)果輸出到特征Function Block,實現(xiàn)基于動態(tài)特征的加工-檢測-監(jiān)測的閉環(huán)控制。典型特征安全域值庫包括典型特的檢測安全域值以及監(jiān)測安全域值，可以通過Exel表格或者關(guān)系數(shù)據(jù)庫存放。檢測安全域值包含典型特征的加工中間狀態(tài)及最終狀態(tài)的厚度公差及位置公差，監(jiān)測安全域值包含典型特征加工過程中振動信號與切削力監(jiān)測信號參數(shù)的時域峰值、方差、微分以及頻域功率譜的允許范圍以及位移傳感器傳輸?shù)淖冃挝灰圃试S范圍。典型特征的安全域值是監(jiān)測信號與檢測信息分析的依據(jù)，對于監(jiān)測安全域值，在線監(jiān)測信號分析算法基于典型特征的監(jiān)測信號安全域值，可通過人工智能算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法計算出當(dāng)前特征的安全域值，進而判斷當(dāng)前的信號是否處于正常狀態(tài)；對于檢測的安全域值，當(dāng)前特征可直接參考典型特征的安全域值。典型特征安全域值庫主要是通過基于特征的切削試驗及分析獲得，即分析特征加工時切削的正常狀態(tài)、異常狀態(tài)時監(jiān)測信號的參數(shù)。服務(wù)Function Block包含事件輸入、數(shù)據(jù)輸入、事件輸出以及數(shù)據(jù)輸出；根據(jù)Function Block的規(guī)定，事件輸入與輸出以有限狀態(tài)機來表示，事件輸入改變有限狀態(tài)機的狀態(tài)，觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi)部算法，進而輸出結(jié)果；事件輸入狀態(tài)包括特征標識輸入狀態(tài)I觸發(fā)特征標識獲取算法、幾何信息輸入狀態(tài)2觸發(fā)幾何信息獲取算法、工藝信息輸入狀態(tài)3觸發(fā)工藝信息獲取算法、檢測信息輸入狀態(tài)4觸發(fā)檢測信息獲取及分析算法、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)5觸發(fā)監(jiān)測信息獲取及分析算法、特征安全域值輸入狀態(tài)6觸發(fā)特征安全域值獲取算法，其中特征標識從數(shù)控系統(tǒng)輸入，幾何信息、工藝信息從特征Function Block輸入，數(shù)據(jù)類型也與Function Block相應(yīng)的變量一致,特征安全域值從典型特征安全域值庫輸入；輸入的數(shù)據(jù)包括:特征標識7、幾何信息8、工藝信息9、檢測信息10、監(jiān)測信息11、特征安全域值12 ;事件輸出狀態(tài)包括:數(shù)控指令輸出狀態(tài)13觸發(fā)數(shù)控指令輸出算法、加工-檢測反饋指令輸出狀態(tài)14觸發(fā)加工檢測反饋算法、加工-監(jiān)測反饋指令輸出狀態(tài)15觸發(fā)加工-監(jiān)測反饋算法、監(jiān)測-檢測反饋指令輸出狀態(tài)16觸發(fā)監(jiān)測-檢測反饋算法；輸出的數(shù)據(jù)包括:數(shù)控指令17、檢測結(jié)果信息18、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果信息19、位移監(jiān)測結(jié)果20。其中數(shù)控指令主要為停機指令，輸出給數(shù)控系統(tǒng)，振動與切削力監(jiān)測結(jié)果信息包括刀具狀態(tài)、信號的關(guān)鍵參數(shù)等，刀具狀態(tài)用字符型數(shù)據(jù)表示，信號的關(guān)鍵參數(shù)利用Double型數(shù)據(jù)表示。與特征Function Block類似,事件的輸入與輸出均通過有線狀態(tài)機來表示，同理，事件輸入相應(yīng)的狀態(tài)，觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi)部算法，進而觸發(fā)相應(yīng)的輸出。服務(wù)Function Block中，通過數(shù)控系統(tǒng)實時獲取當(dāng)前加工的特征標識,通過特征標識可以與特征Function Block通訊，得到當(dāng)前特征的幾何信息與工藝信息，作為信號分析的依據(jù)；實時獲取監(jiān)測信號的方式是通過振動傳感器、切削力傳感器和位移傳感器，通過USB數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至服務(wù)Function Block所在的計算機,服務(wù)Function Block的內(nèi)部算法提取出信號參數(shù)；其在線檢測信息獲取的方式是通過在線接觸式位置測頭以及厚度測頭獲取加工特征中間狀態(tài)的檢測點位置以及厚度，通過USB數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至服務(wù)FunctionBlock所在的計算機，經(jīng)過觸發(fā)在線檢測數(shù)據(jù)獲取及分析算法，進行數(shù)據(jù)擬合后形成中間特征實際狀態(tài)，供中間加工結(jié)果分析使用。服務(wù)Function Block中，加工-檢測反饋算法通過服務(wù)Function Block對檢測信息的獲取及分析，將檢測結(jié)果信息傳遞至相應(yīng)特征Function Block中，檢測結(jié)果信息指中間特征或者最終特征的檢測誤差，特征Function Block調(diào)用刀軌調(diào)整算法，對刀軌進行調(diào)整；加工-監(jiān)測反饋通過服務(wù)Function Block中監(jiān)測信號的獲取及分析，若出現(xiàn)顫振或者切削力過載，服務(wù)Function Block將振動的信號參數(shù)與切削力的振動參數(shù)傳至相應(yīng)的特征Function Block,調(diào)用切削參數(shù)調(diào)整算法，調(diào)整切削參數(shù)；監(jiān)測_檢測反饋通過服務(wù)Function Block中監(jiān)測信號的獲取與分析,若出現(xiàn)刀具磨損、破損，則服務(wù)Function Block向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出停機指令，然后對刀具進行檢測；若服務(wù)Function Block中監(jiān)測到位移傳感器的信息中變形位移超出安全域值，則服務(wù)Function Block記錄當(dāng)前特征的標識,待當(dāng)前加工工步結(jié)束后啟動檢測自適應(yīng)規(guī)劃算法，對該特征進行檢測。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控加工動態(tài)特征建模方法，其特征是它包括以下步驟:首先，在開放式數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺或外部計算機上創(chuàng)建特征Function Block和服務(wù) Function Block ； 其次，定義Function Block內(nèi)部算法、內(nèi)部變量、事件輸入、事件輸出、數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出； 第三，將特征Function Block和服務(wù)Function Block定義在同一個軟件系統(tǒng)中，通過調(diào)用算法實現(xiàn)所述兩者之間的信息輸入與輸出； 第四，使Function Block與數(shù)控系統(tǒng)通過共享內(nèi)存的方式實現(xiàn)通訊；使服務(wù)FunctionBlock與外部傳感器實現(xiàn)通訊，實時獲取監(jiān)測信息，通過內(nèi)部算法從數(shù)控系統(tǒng)獲取當(dāng)前的加工特征的標識，從特征Function Block獲取幾何信息與工藝信息，從典型特征安全域值庫獲取典型特征的監(jiān)測、檢測的參數(shù)安全域值，作為監(jiān)測信號與檢測信息分析的依據(jù)，進而實現(xiàn)監(jiān)測信號與檢測信息的分析，然后通過加工-檢測反饋算法、加工-監(jiān)測反饋算法以及監(jiān)測-檢測反饋算法將分析結(jié)果輸出到特征Function Block,實現(xiàn)基于動態(tài)特征的加工-檢測-監(jiān)測的閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的特征FunctionBlock中包含內(nèi)部算法和內(nèi)部變量，其中內(nèi)部算法包含特征標識獲取算法、幾何信息獲取算法、工藝信息獲取算法、檢測信息獲取算法、監(jiān)測信息獲取算法、幾何信息輸出算法、工藝信息輸出算法、數(shù)控程序輸出算法、檢測自適應(yīng)規(guī)劃算法、刀軌調(diào)整算法以及切削參數(shù)調(diào)整算法，內(nèi)部變量包含特征標識、幾何信息、工藝信息、檢測信息以及監(jiān)測信息，內(nèi)部變量的信息通過外部加工-檢測-監(jiān)測工藝信息文件獲取，每一個加工特征對應(yīng)一個特征Function Block。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述FunctionBlock在開放式數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺創(chuàng)建或在外部計算機上創(chuàng)建，若在數(shù)控系統(tǒng)的計算機平臺上，則通過共享內(nèi)存的方式實現(xiàn)Function Block與數(shù)控系統(tǒng)的通訊；若在外部計算機上創(chuàng)建,通過局域網(wǎng)與數(shù)控系統(tǒng)的計算機實現(xiàn)通訊；當(dāng)特征Function Block和服務(wù)Function Block在同一臺計算機上，則將它們建立在一個軟件環(huán)境內(nèi)，通過調(diào)用算法實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)特征Function Block和服務(wù)Function Block不在同一計算機上，則通過局域網(wǎng)通訊實現(xiàn)兩者的信息傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所示的方法，其特征是所述的內(nèi)部變量中，特征標識按照特征類型和特征序號進行唯一標識，數(shù)控程序按照特征進行組織，通過特征標識可以找到加工該特征的數(shù)控程序段；幾何信息包括:特征中間幾何狀態(tài)以及驅(qū)動幾何，特征中間幾何狀態(tài)利用形成中間特征的加工操作的刀軌包絡(luò)面表達，驅(qū)動幾何通過CAD系統(tǒng)中拓撲元素的永久唯一標識尋址；工藝信息包括:機床信息、刀具信息、加工特征的走刀策略、切深、切寬、主軸轉(zhuǎn)速和進給；檢測信息包括:所需檢測設(shè)備、特征的檢測點及其軌跡；監(jiān)測信息包括:所需監(jiān)測設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的加工-檢測-監(jiān)測工藝信息文件，以基于特征的XML文件格式表達，以特征為單元組織數(shù)據(jù)，包含特征Function Block所需的幾何、工藝、檢測以及監(jiān)測信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的方法，其特征是所述的典型特征安全域值庫包括典型特的檢測安全域值以及監(jiān)測安全域值，檢測安全域值包含典型特征的加工中間狀態(tài)及最終狀態(tài)的厚度公差及位置公差，監(jiān)測安全域值包含典型特征加工過程中振動信號與切削力監(jiān)測信號參數(shù)的時域峰值、方差、微分以及頻域功率譜的允許范圍以及位移傳感器傳輸?shù)淖冃挝灰圃试S范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的服務(wù)FunctionBlock，通過數(shù)控系統(tǒng)實時獲取當(dāng)前加工的特征標識，通過特征標識可以與特征Function Block通訊,得到當(dāng)前特征的幾何信息與工藝信息，作為信號分析的依據(jù)；實時獲取監(jiān)測信號的方式是通過振動傳感器、切削力傳感器和位移傳感器，通過USB數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至服務(wù)Function Block所在的計算機，服務(wù)Function Block的內(nèi)部算法提取出信號參數(shù)；其在線檢測信息獲取的方式是通過在線接觸式位置測頭以及厚度測頭獲取加工特征中間狀態(tài)的檢測點位置以及厚度，通過USB數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至服務(wù)Function Block所在的計算機，經(jīng)過觸發(fā)在線檢測數(shù)據(jù)獲取及分析算法，進行數(shù)據(jù)擬合后形成中間特征實際狀態(tài)，供中間加工結(jié)果分析使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的服務(wù)FunctionBlock中，加工-檢測反饋算法通過服務(wù)Function Block對檢測信息進行獲取及分析，將檢測結(jié)果信息傳遞至相應(yīng)特征Function Block中，檢測結(jié)果信息指中間特征或者最終特征的檢測誤差，特征Function Block調(diào)用刀軌調(diào)整算法，對刀軌進行調(diào)整修正誤差；加工-監(jiān)測反饋通過服務(wù)Function Block中監(jiān)測信號的獲取及分析,若出現(xiàn)顫振或者切削力過載,服務(wù)FunctionBlock將振動的信號參數(shù)與切削力的振動參數(shù)傳至相應(yīng)的特征Function Block,調(diào)用切削參數(shù)調(diào)整算法，調(diào)整切削參數(shù)；監(jiān)測-檢測反饋通過服務(wù)Function Block中監(jiān)測信號的獲取與分析，若出現(xiàn)刀具磨損、破損，則服務(wù)Function Block向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出停機指令,然后對刀具進行檢測；若服務(wù)Function Block中監(jiān)測到位移傳感器的信息中變形位移超出安全域值，則服務(wù)Function Block記錄當(dāng)前特征的標識,待當(dāng)前加工工步結(jié)束后啟動檢測自適應(yīng)規(guī)劃算法，對該特征進行檢測。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的服務(wù)FunctionBlock包含事件輸入、數(shù)據(jù)輸入、事件輸出以及數(shù)據(jù)輸出；根據(jù)Function Block的規(guī)定，事件輸入與輸出以有限狀態(tài)機來表示，事件輸入改變有限狀態(tài)機的狀態(tài)，觸發(fā)相應(yīng)的內(nèi)部算法，進而輸出結(jié)果；事件輸入狀態(tài)包括特征標 識輸入狀態(tài)(I)、幾何信息輸入狀態(tài)(2 )、工藝信息輸入狀態(tài)(3 )、檢測信息輸入狀態(tài)(4)、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)(5)、特征安全域值輸入狀態(tài)(6)，其中特征標識從數(shù)控系統(tǒng)輸入，幾何信息、工藝信息從特征Function Block輸入，特征安全域值從典型特征安全域值庫輸入；輸入的數(shù)據(jù)包括:特征標識(7)、幾何信息(8)、工藝信息(9)、檢測信息(10)、監(jiān)測信息(11)、特征安全域值(12);事件輸出狀態(tài)包括:數(shù)控指令輸出狀態(tài)(13)、力口工-檢測反饋指令輸出狀態(tài)(14)、加工-監(jiān)測反饋指令輸出狀態(tài)(15)、監(jiān)測-檢測反饋指令輸出狀態(tài)(16);輸出的數(shù)據(jù)包括:數(shù)控指令(17)、檢測結(jié)果信息(18)、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果信息(19 )、位移監(jiān)測結(jié)果(20 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是所述的事件輸入包括:特征標識輸入狀態(tài)(21)、幾何信息輸入狀態(tài)(22)、工藝信息輸入狀態(tài)(23)、檢測信息輸入狀態(tài)(24)、監(jiān)測信息輸入狀態(tài)(25)、檢測結(jié)果輸入狀態(tài)(26)、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)(27)、位移監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)(28)，其中，檢測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)刀軌調(diào)整算法，振動與切削力監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)切削參數(shù)調(diào)整算法，位移監(jiān)測結(jié)果輸入狀態(tài)會觸發(fā)檢測自適應(yīng)算法；所述的數(shù)據(jù)輸入包括:特征標識(29)、幾何信息(30)、工藝信息(31)、檢測信息(32)、監(jiān)測信息(33)、檢測結(jié)果(34)、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果(35)、位移監(jiān)測結(jié)果(36)，其中檢測結(jié)果(34)、振動與切削力監(jiān)測結(jié)果(35)、位移監(jiān)測結(jié)果(36)從服務(wù)Function Block獲?。凰龅氖录敵霭?幾何信息輸出狀態(tài)(37)、工藝信息輸出狀態(tài)(38)和數(shù)控程序輸出狀態(tài)(39)，其中幾何信息輸出狀態(tài)(37)觸發(fā)幾何信息輸出算法，輸出給服務(wù)Function Block，工藝信息輸出狀態(tài)(38)觸發(fā)工藝信息輸出狀態(tài)，輸出給服務(wù)Function Block，刀軌調(diào)整算法、切削參數(shù)調(diào)整算法以及檢測自適應(yīng)算法會改變數(shù)控程序輸出狀態(tài)，進而觸發(fā)數(shù)控程序輸出狀態(tài)，數(shù)控程序輸出給數(shù)控系統(tǒng)；所述的輸出數(shù)據(jù)包括:幾何信息(40)、工藝信息(41)和數(shù)控程序(42) 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控加工動態(tài)特征建模方法。動態(tài)特征是包含了加工特征幾何的中間狀態(tài)、加工過程中的工藝、工況參數(shù)，參數(shù)的動態(tài)安全域值以及超出域值的調(diào)整策略，能夠滿足復(fù)雜工況數(shù)控加工過程自適應(yīng)加工的信息模型。本發(fā)明基于FunctionBlock進行動態(tài)特征的建模，構(gòu)建了特征的FunctionBlock、以及服務(wù)FunctionBlock，實現(xiàn)加工特征中間狀態(tài)、加工過程中的工藝、工況參數(shù)、參數(shù)的動態(tài)安全域值以及超出域值的調(diào)整策略的表達，同時也實現(xiàn)了加工過程中實時信息的獲取與分析?；贔unctionBlock的建模方法能夠為數(shù)控加工-檢測-監(jiān)測一體化提供技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號G05B19/4097GK103197609SQ20131013362
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者李迎光, 劉長青 申請人:南京航空航天大學(xué)