CN111026032B - 一种基于工业数控机床的实时监控系统及其工作方法 - Google Patents

一种基于工业数控机床的实时监控系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于数控机床领域，提供一种基于工业数控机床的实时监控系统及其工作方法，适用于要求实时监控机床加工状态以及对加工现场进行监控的机床，包括数控机床加工单元模块、工业路由器上网模块、远程监控单元模块和无线终端显示控制模块。本发明实时监控系统，采用的是无线连接的方式，进行远程监控，通过将摄像头拍摄的数据进行处理获得相应的视频流，再将其传输至云服务器，最后则可由其他的电脑终端访问，可远程监控摄像头所拍摄的空间。通过将本发明系统安装至机床，可实现远程监控，不必走至加工区域进行观察，避免了不必要的危险，也提高了工作效率。

Description

一种基于工业数控机床的实时监控系统及其工作方法
技术领域
本发明属于数控机床领域，涉及一种基于工业数控机床的实时监控系统及其工作方法，适用于要求实时监控机床加工状态以及对加工现场进行监控的机床。
背景技术
高端数控机床在各工业行业中广泛应用，为其配置监控系统已经不是单独的特例，这将成为高端数控机场在通信、交通、安全、航天、船舶、冶金等行业应用的必备系统。这样的高端数控机床会逐步向其他工业行业快速发展。
在高端数控机床行业快速发展的今天，为了实现对车间机床加工工件流程进行跟踪监控，特别是对一些需要记录加工时间以及实时观测加工进程的工件。在操作工可以远程控制机床加工的同时，也避免了机床现场加工带来的潜在危险。通过对监控视频分析，将分析后的数据信号反馈至机床控制端，有利于机床的运行更加准确，并且视频监控系统的研究是为了后续能够智能化管理机床做好的第一步基础。通过对监控视频的数据分析，到达远程控制加工现场的目的，实现无人化车间加工的目标。使用视频监控系统能够获取加工工件时的某些信息，例如加工时长，加工效率，加工报废率等有效信息，并且可以解决机床运行的潜在人员安全问题，为此研究视频监控系统显得非常的迫切。
通常的视频监控方案，大部分使用的为有线连接至终端(电脑)，这样的数据通讯方式不利于数控机床的加工现场，以及视频监控的方便性。
发明内容
本发明的目的是针对现有高端数控机床技术中的不足，提供一种基于工业数控机床的实时监控系统，在机床正常加工工作时，可以进行远程监控，并且具有自动跟踪拍摄功能；在现场静止时，监控设备可以保持休眠状态，并且在有物体移动时，自动唤醒工作；在远端监控可以单方向的控制红外网络摄像头的云台驱动使摄像头可以调整角度，可以实现对机床加工现场的无人化管理。
本发明的目的是通过以下技术措施实现的。
本发明提出了一种基于工业数控机床的实时监控系统，适用于要求实时监控机床加工状态以及对加工现场进行监控的机床，包括数控机床加工单元模块、工业路由器上网模块、远程监控单元模块和无线终端显示控制模块；
所述数控机床加工单元模块通过控制台编写加工程序对工件进行加工；
所述工业路由器上网模块建立通讯网络，使各模块可以进行数据传输；工业路由器上网模块支持Wi-Fi网络，提供VPN功能，支持4G网络功能，带有Wi-Fi与4G信号增强天线；
所述远程监控单元模块激活摄像头进行工作，对数控机床加工单元现场进行监控拍摄，并且将拍摄的数据进行压缩传输至网络；远程监控单元模块通过Wi-Fi远程连接，具有夜视功能、H.264视频压缩标准，能够具有本地局域网观看及通过外网观看功能，摄像头的云台摆角支持的角度范围为：水平 0~340o、垂直向上105o ~向下15o；
所述无线终端显示控制模块接收由网络传输至此的视频数据，进行解压分析，在远端显示监控画面，并且可以通过远程控制远程监控单元模块，改变摄像头的拍摄角度，获取加床加工的不同视角画面，监测机床加工过程、刀具使用情况、工件加工耗时、周边环境变换，实现对数控机床加工单元模块加工时多角度拍摄；无线终端显示控制模块为电脑端或为手机端。
在上述技术方案中，所述数控机床加工单元模块的数控机床为具有车功能的立车机床，对工件进行车工序加工，并且可以通过控制台设置调节加工范围。
在上述技术方案中，所述工业路由器上网模块的上网功能由电信物联网卡提供，再由路由器提供的Wi-Fi网络对各模块无线连接，使其在同一网络下进行数据的传输。
在上述技术方案中，所述远程监控单元模块的夜视功能采用ICR红外滤片式，且可以将拍摄的视频传送至云端，进行数据分析。
数控机床加工单元为实时监控对象，主要对其加工过程、刀具使用情况、工件加工耗时、周边环境变换进行监控；工业路由器上网模块用于所述远程监控单元模块进行无线Wi-Fi连接，由自身提供4G网络信号；远程监控单元模块为系统的前端设置，实时拍摄数控机床加工单元，将监控数据进行转码（H.264），由工业路由器上网模块进行传输，减少带宽使用，提高效率；无线终端显示控制模块可以解码监控数据，能通过局域网或互联网进行远程监控、并且可控制远程监控单元模块的拍摄角度，可实现远程监控单元模块的自动跟踪拍摄功能。
正常的车间加工流程，需保证工人在现场随时待命，进行工件的配置以及机床操作。若操作工可以远程观看工件的加工情况，在合适的时间段去现场进行工件更换，解放操作工的时间，这样也避免了机床加工时，出现意外造成的人员伤害。远程的实时监控加工状态监控，也可快速反应出现的意外。
由获取的数据资料可以通过网络传输到云端，为后续的大数据分析提供基础数据，可以通过分析加工耗时，加工异常现况，加工工件种类，获得各种数据。这些数据在云端分析后，可以获得机床的加工效率，以及各工件加工的平均耗时，为后续机床加工设定相应的工作计划，能较好的提高机床的使用效率。
本发明还提供了一种上述的基于工业数控机床的实时监控系统的工作方法，包括以下步骤：
1启动机床工作按钮后，机床上电，激活各模块的供电系统，使各模块开始工作；
2数控机床加工单元模块上电后，等待油压等信号到位后，则可通过控制台编写加工程序对工件进行加工；工业路由器上网模块上电后，将建立通讯网络，使各模块可以进行数据传输；远程监控单元模块上电后，激活红外网络摄像头进行工作，将对现场进行监控拍摄，并且将拍摄的数据进行压缩传输至网络；无线终端显示控制模块上电后，接受由网络传输至此的视频数据，进行解压分析，可以在远端显示监控画面，并且可以通远程控制远程监控单元模块，改变摄像头的拍摄角度，获取加床加工的不同视角画面，实现对数控机床加工单元模块加工时多角度拍摄；
3无线终端显示控制模块显示以及控制：
(a)无线终端显示控制模块可以实时观测机床现场的加工情况，在远端可以通过调节云台驱动对摄像拍摄机床方位进行控制；
(b)数控机床加工单元模块现场加工过程中，当工件物体移动时，远程监控单元模块可以实现自动跟踪拍摄功能，而工件物体保持静止时，远程监控单元模块保持睡眠状态，反之，远程监控单元模块才会激活进行监测并存储数据，此项功能可最大限度的节约远程监控单元模块其本地的存储空间，并且减少工业路由器上网模块的流量传输压力；
4自动跟踪拍摄功能判断信号标准：
(a)无线终端显示控制模块获取的监控视频，其本质是连续的帧图像，判断数控机床加工单元模块加工现场是否存在工件物体移动，需分析连续图像中是否场景发生了变化；
(b)分析出连续图像中工件物体移动时，计算出工件物体的潜在移动方向，再计算出工件物体的移动速度，将数据信号传入无线终端显示控制模块中的云台控制系统，云台控制系统输出信号控制云台转动，使之与工件物体的移动矢量相近，以保证摄像头能够跟随物体移动，进行拍摄。
本发明实时监控系统，采用的是无线连接的方式，进行远程监控，通过将摄像头拍摄的数据进行处理获得相应的视频流，再将其传输至云服务器，最后则可由其他的电脑终端访问，可远程监控摄像头所拍摄的空间。本发明通过控制终端主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行角度变换的操作，并可通过控制终端主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。通过将此套系统安装至机床，可实现远程监控，不必走至加工区域进行观察，避免了不必要的危险，也提高了工作效率，对现场加工有所增益。
附图说明
图1为本发明的逻辑控制图一。
图2为本发明的逻辑控制图二。
图3为本发明工作状态连接配置框图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征和目的易于了解，下面对本发明作进一步的阐述。
如图1、图2所示，第一步，激活各模块电源，激活工业路由器上网模块、远程监控单元模块和无线终端显示控制模块供电系统；第二步，各模块准备工作就绪，数控机床加工单元模块等待加工指令，工业路由器上网模块提供通讯网络，远程监控单元模块拍摄功能就绪，无线终端显示控制模块显示及控制信号就绪；第三步，各模块无线连接统一网络下通讯；第四步，当数控机床加工单元模块接受到加工指令，则远程监控单元模块实时监控其加工工件情况，并将数据传输至无线终端显示控制模块。在监控中，摄像头会自动跟随移动物体进行拍摄，其原理为：视频的本质是连续的帧图像，判断现场是否有移动的物体，需分析连续图像中是否场景发生了变化，当没有移动的物体存在时，设备会保持静默，以节约储存空间以及流量，当有物体移动时，通过算法分析出移动物体的速度矢量，将数据信号传输至云台分析，通过计算输出信号控制云台转动，使之与移动物体的移动矢量相近，以保证摄像头能够跟随物体移动。
本实例机床实时监控系统工作状态连接配置框图，如图3所示，电源模块将市电转换为各模块所需直流电，分配到各个模块。实时监控系统装载有所有的控制方法程序，通电后启动运行。3G/4G工业路由器，实现与云服务器、实时监控系统、摄像头、机床交换数据。现场摄像头，实现视频采集摄制。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
最后，应当指出，以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种基于工业数控机床的实时监控系统的工作方法，其特征在于该基于工业数控机床的实时监控系统包括数控机床加工单元模块、工业路由器上网模块、远程监控单元模块和无线终端显示控制模块；
所述数控机床加工单元模块通过控制台编写加工程序对工件进行加工；
所述工业路由器上网模块建立通讯网络，使各模块可以进行数据传输；工业路由器上网模块支持Wi-Fi网络，提供VPN功能，支持4G网络功能，带有Wi-Fi与4G信号增强天线；
所述远程监控单元模块激活摄像头进行工作，对数控机床加工单元现场进行监控拍摄，并且将拍摄的数据进行压缩传输至网络；远程监控单元模块通过Wi-Fi远程连接，具有夜视功能、H.264视频压缩标准，能够具有本地局域网观看及通过外网观看功能，摄像头的云台摆角支持的角度范围为：水平 0~340o、垂直向上105o ~向下15o；所述远程监控单元模块的夜视功能采用ICR红外滤片式，且可以将拍摄的视频传送至云端，进行数据分析；
所述无线终端显示控制模块接收由网络传输至此的视频数据，进行解压分析，在远端显示监控画面，并且可以通过远程控制远程监控单元模块，改变摄像头的拍摄角度，获取加床加工的不同视角画面，监测机床加工过程、刀具使用情况、工件加工耗时、周边环境变换，实现对数控机床加工单元模块加工时多角度拍摄；无线终端显示控制模块为电脑端或为手机端；
该实时监控系统的工作方法包括以下步骤：
（1）启动机床工作按钮后，机床上电，激活各模块的供电系统，使各模块开始工作；
（2）数控机床加工单元模块上电后，通过控制台编写加工程序对工件进行加工；工业路由器上网模块上电后，建立通讯网络，使各模块可以进行数据传输；远程监控单元模块上电后，激活摄像头进行工作，将对现场进行监控拍摄，并且将拍摄的数据进行压缩传输至网络；无线终端显示控制模块上电后，接受由网络传输至此的视频数据，进行解压分析，在远端显示监控画面，并且可以通远程控制远程监控单元模块，改变摄像头的拍摄角度，获取加床加工的不同视角画面，实现对数控机床加工单元模块加工时多角度拍摄；
（3）无线终端显示控制模块显示以及控制：
（3-1）无线终端显示控制模块实时观测机床现场的加工情况，在远端通过调节云台驱动对摄像头拍摄机床方位进行控制；
（3-2）数控机床加工单元模块现场加工过程中，当工件物体移动时，远程监控单元模块可以实现自动跟踪拍摄功能，而工件物体保持静止时，远程监控单元模块保持睡眠状态，反之，远程监控单元模块才会激活进行监测并存储数据；
（4）自动跟踪拍摄功能实现：
无线终端显示控制模块获取的监控视频，其本质是连续的帧图像，判断数控机床加工单元模块加工现场是否存在工件物体移动，需分析连续图像中是否场景发生了变化；分析出连续图像中工件物体移动时，计算出工件物体的潜在移动方向，再计算出工件物体的移动速度，将数据信号传入无线终端显示控制模块中的云台控制系统，云台控制系统输出信号控制云台转动，使之与工件物体的移动矢量相近，以保证摄像头能够跟随物体移动，进行拍摄。
2.按照权利要求1所述的基于工业数控机床的实时监控系统的工作方法，其特征在于：所述基于工业数控机床的实时监控系统中所述数控机床加工单元模块的数控机床为具有车功能的立车机床，对工件进行车工序加工，并且可以通过控制台设置调节加工范围。
3.按照权利要求1所述的基于工业数控机床的实时监控系统的工作方法，其特征在于：所述基于工业数控机床的实时监控系统中所述工业路由器上网模块的上网功能由电信物联网卡提供，再由路由器提供的Wi-Fi网络对各模块无线连接，使其在同一网络下进行数据的传输。
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