CN105204442A - 一种数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法 - Google Patents

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陈吉红
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Abstract

本发明公开了一种数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法，包括以下步骤：数控系统接收来自用户的指令，并根据该指令确定用户希望调制、发送的内部指令以及发送方式；数控系统的蓝牙模块通过寻呼扫描，与外部数据采集系统对应的蓝牙设备建立连接；数控系统对内部指令进行同步实时标记和实时编码,并将生成的二进制码传送给数控系统的蓝牙模块；数控系统的蓝牙模块对二进制码进行实时调制并发送。本发明能够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。

Description

一种数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法
技术领域
本发明属于数控系统领域，更具体地，涉及一种数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法。
背景技术
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。
独立于数控系统的嵌入式数据采集系统通过在机床上安装传感器采集加工过程数据。如数控机床数据采集系统应用研究(参见“四川兵工学报”，2011年第32卷第12期)，通过安装在机床上的光栅尺反馈机床的实际位置，由数据采集卡进行处理，再由CAN总线进行数据传输的数据采集系统；以及公开号为CN101587497B的专利中，基于单片机开发的嵌入式服务功能数据采集器。该方法能采集加工过程中的电流、振动、温度等信号，这些时序信号无法与实际零件的加工任务对应起来。例如检测到的振动信号无法对应到加工工件G代码的具体行号，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标记就无法对加工状态进行准确的判断。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法，其目的在于，通过将数控系统内部指令标记进行实时调制，并通过蓝牙实时发送出去，使外部数据采集系统采集的数据能与G代码行号对应起来，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。
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内部指令标记、实时调制及发送方法，包括以下步骤：
(a)数控系统接收来自用户的指令，并根据该指令确定用户希望调制、发送的内部指令以及发送方式；
(b)数控系统的蓝牙模块通过寻呼扫描，与外部数据采集系统对应的蓝牙设备建立连接；
(c)数控系统对内部指令进行同步实时标记和实时编码,并将生成的二进制码传送给数控系统的蓝牙模块；
(d)数控系统的蓝牙模块对二进制码进行实时调制并发送。
优选地，调制、发送的内部指令为控制时钟信号和G代码行号，发送方式为蓝牙无线连接发送。
优选地，步骤(b)具体为，数控系统的蓝牙模块通过查询指令来搜索邻近的蓝牙设备，如果查询到，则获取对方的设备地址建立连接请求。
优选地，步骤(c)具体为，在每一个数控系统控制周期内，对控制时钟信号和G代码行号这两路信号进行同步标记，将两路字符型的信号数据编码成一个6个字节的二进制码，用前3个字节表示控制时钟信号，用后3个字节表示G代码行号。
优选地，步骤(d)具体为，蓝牙模块先将6个字节二进制码放入有效载荷区，编码成标准的蓝牙数据包，其包括72比特接入码、54比特分组头和48比特的有效载荷，然后以高频正弦信号为载波，以高斯频移键控的数字频率对二进制码进行调制，其中载波上移157kHz代表“1”，下移157kHz代表“0”，并采用跳频技术将调制后的信号发送到外部数据采集系统对应的蓝牙设备。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：在数控系统实时加工过程中，数控系统能够将内部指令标记，包括G代码行号及控制时钟信号，进行实时调制，并通过硬件实时发送出去，为数控系统内部数据与外部采集系统的数据之间的同步配准提供条件，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，从而能够对加工状态进行准确的判断。
附图说明
图1是本发明一种数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法流程图；
图2是本发明中数控系统内部指令标记、实时调制及发送功能实现过程示意图；
图3是外部采样系统与使用本发明的采样系统采集的数据类型对比图。
具体实施方式
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。
图1为本发明中数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法流程图，图2是本发明中数控系统内部指令标记、实时调制及发送功能实现过程示意图，其具体步骤及说明如下：
(a)数控系统接收来自用户的指令，并根据该指令确定其希望调制、发送的内部指令数据以及发送方式。具体而言，调制、发送的内部指令为控制时钟信号和G代码行号，发送方式为蓝牙无线连接发送。用户的指令保存在数控系统的参数文件中；
(b)数控系统的蓝牙模块通过寻呼扫描，与外部数据采集系统对应的蓝牙设备建立连接。具体而言，数控系统的蓝牙模块为主设备，外部数据采集系统对应的蓝牙设备为从设备，主设备通过查询指令来搜索邻近的蓝牙设备，如果查询到从设备，就获取对方的设备地址建立连接请求。
(c)数控系统对控制时钟信号和G代码行号这两路内部指令信号进行同步实时标记和实时编码。具体而言，在每一个数控系统控制周期内，对控制时钟信号和G代码行号这两路信号进行同步标记，将两路字符型的信号数据编码成一个6个字节的二进制码，用前3个字节表示控制时钟信号，用后3个字节表示G代码行号。并将组合的二进制码传送给数控系统的蓝牙模块。
(d)数控系统的蓝牙模块对二进制码进行实时调制并发送。具体而言，蓝牙模块先将6个字节二进制码放入有效载荷区，编码成标准的蓝牙数据包，其包括72比特接入码、54比特分组头和48比特的有效载荷，然后以高频正弦信号为载波，以高斯频移键控(GaussFrequencyShiftKeying，GFSK)的数字频率对二进制码进行调制，其中载波上移157kHz代表“1”，下移157kHz代表“0”，并采用跳频技术将调制后的信号发送到外部数据采集系统对应的蓝牙设备。
为实现上述步骤中的蓝牙无线发送功能，在数控系统的Linux环境下建立与蓝牙模块的通讯。所述蓝牙模块已经包含RADIO层(无线发射层)、BB层(基带、Baseband)、LC层(链路控制，LinkControl)、LM层(链路管理，LinkManager)以及HCI层(主控制器接口、HostControllerInterface)，因此只需关注数控装置CPU和蓝牙模块之间的接口，以及在这个接口上传递的数据格式。其中数控装置CPU和蓝牙模块之间的接口为UART串口连接，驱动步骤为：串口驱动先就绪；然后进行初始化，包括模块上电，PSKEY的设置；最后通过Hciattach建立串口和蓝牙协议层之间的数据连接通道。而接口上传递的数据格式，在Linux驱动层里面是已经有完整实现的，只需要在配置的时候选上就可以了。
内部指令信号在每一个数控系统控制周期内进行同步标记，具有强实时性。由于两次指令标记时间间隔严格控制为一个数控系统控制周期，具有强周期性。而完成一次内部指令标记、编码、调制、发送时间是固定的，且小于一个数控系统控制周期，保证了数控系统内部指令标记数据是按数控系统的控制周期进行发送的。
为进一步说明本发明中数控系统内部指令标记发送的目的和意义，以图(3)为例进行说明，图3为外部采样系统与使用本发明的采样系统采集的数据序列对比图。
其中图(a)为外部数据采集系统采集的数据序列，数据A-K代表加工过程中通过传感器采集到的电流、振动、温度等信号类型，时间序列1-n表示间隔为一个采样周期的时间序列。由于这种外部数据采集系统只能按照时间序列采集数据，无法与实际零件的加工任务对应起来，无法精确分析加工任务的特征规律。例如在时间序列段500-700中出现主轴电流超过额定电流的情况，由于无法对应到加工工件G代码的具体行号，也就无法对应到刀具路径中，无法对加工状态进行准确的判断。
图(b)为包含数控系统内部指令标记的数据序列，数据A-K代表外部数据采集系统采集的电流、振动、温度等信号类型，控制周期的的循环计数P和G代码行号N是本发明发送给外部采样系统的数控系统内部指令标记。控制周期是数控系统固有的时间周期，一般为1ms。若不采用循环计数，加工一小时控制周期节拍就可以达到三千六百万，由于控制周期节拍数据量太大会自动导致溢出循环。因此通过采用控制周期节拍的主动循环计数，可以使控制周期序列变得可控制。例如控制周期节拍采用10000进行循环计数，采样周期1ms，若P1代表1ms时刻序列，P2则代表2ms时刻序列，P10000之后重新开始从P1计数。一个G代码行号可以对应多个控制周期节拍序列和数据，所有的采集数据都和G代码行号对应，因此加工过程中电流、振动、温度等信号都可以和加工程序进行对应分析，为加工状态进行准确的判断，为误差、精度分析提供最有力的依据。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种数控系统内部指令标记、实时调制及发送方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)数控系统接收来自用户的指令，并根据该指令确定用户希望调制、发送的内部指令以及发送方式；
(b)数控系统的蓝牙模块通过寻呼扫描，与外部数据采集系统对应的蓝牙设备建立连接；
(c)数控系统对内部指令进行同步实时标记和实时编码,并将生成的二进制码传送给数控系统的蓝牙模块；
(d)数控系统的蓝牙模块对二进制码进行实时调制并发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调制、发送的内部指令为控制时钟信号和G代码行号，发送方式为蓝牙无线连接发送。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)具体为，数控系统的蓝牙模块通过查询指令来搜索邻近的蓝牙设备，如果查询到，则获取对方的设备地址建立连接请求。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)具体为，在每一个数控系统控制周期内，对控制时钟信号和G代码行号这两路信号进行同步标记，将两路字符型的信号数据编码成一个6个字节的二进制码，用前3个字节表示控制时钟信号，用后3个字节表示G代码行号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(d)具体为，蓝牙模块先将6个字节二进制码放入有效载荷区，编码成标准的蓝牙数据包，其包括72比特接入码、54比特分组头和48比特的有效载荷，然后以高频正弦信号为载波，以高斯频移键控的数字频率对二进制码进行调制，其中载波上移157kHz代表“1”，下移157kHz代表“0”，并采用跳频技术将调制后的信号发送到外部数据采集系统对应的蓝牙设备。
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