[發明專利]一種機床健康狀態實時評價方法及系統

有效

• 申請號: 202110603384.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113238528B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 周浩;楊建中;周會成;向華;周謀
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;尚威

本發明屬于機床故障預警與健康保障領域，并具體公開了一種機床健康狀態實時評價方法及系統，其包括如下步驟：S1、在機床運行過程中，采集非切削過程的電控數據作為穩態樣本；S2、在穩態樣本中提取特征指標，根據特征指標和健康狀態下的理想指標，得到機床健康指數，根據機床健康指數對機床健康狀態進行評價。本發明為了消除由于動態特性對機床健康狀態的影響，以非切削過程數據作為分析機床健康狀態的樣本，非切削過程數據具有較強的一致性，可以用來反映機床部件加工動作的優劣，進而評價機床健康狀態，提高了機床健康狀態評價的準確度和可靠性。

技術領域

本發明屬于機床故障預警與健康保障領域，更具體地，涉及一種機床健康狀態實時評價方法及系統。

背景技術

在設備故障預警與健康保障領域，機床的健康保障是機床高效生產的一項重要措施。數控機床因故障停止生產或因性能退化而造成加工質量下降，都會帶來一定的經濟損失，甚至可能會因機床故障而引起安全生產事故。因此，工廠中的機床設備需要進行健康保障的相關工作，降低機床發生故障的概率，保障高效生產。目前機床的健康保障方法主要有以下幾種：

第一種是故障后維修：突發性高，易打亂生產排期，引起不必要的停機，且在故障發生后往往會造成更大的經濟損失，出現“維修不足”現象。

第二種是人工定期維護：維修人員借助相關維護工具對機床做定期維護檢修，對于機床發生的周期性故障有較好的效果。但是人工定期維護需要專業維護人員的參與，要求較高。依照定期時間進行，大多缺乏可靠性指標等方式進行指導，容易出現“維修過剩”的現象，造成經濟浪費。

第三種就是設計專用G代碼進行定期體檢：通過對機床配置體檢G代碼后，控制機床各運動部件實現基本直線、旋轉、加減速、換刀等動作。在機床運行體檢G代碼過程中，同時采集數控系統內部相關物理量(包括主軸轉速、進給速度、跟隨誤差、電流等)，通過分析其不同特征的變化趨勢來判別機床的健康狀態。該方法每次體檢需要保證輸入G代碼不變，系統參數及伺服參數也不變，在保證輸入不變的情況采集機床輸出信號，在相同的輸入下，分析輸出的變化過程。這種通過配置專用體檢G代碼的健康體檢方式與人工定期維護相比，其減少了專業維護工人的參與程度，不需要過多的人工參與，只需要把體檢當成一個加工任務來完成，與人工定期維護相比較為靈活。但是，專用G代碼體檢模式很容易受到機床參數、伺服參數的影響，當機床動態特性發生改變，機床體檢結果會變差，抗干擾能力差。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種機床健康狀態實時評價方法及系統，其目的在于，消除動態特性對機床健康狀態的影響，實現不占用機床正常加工時間的機床健康狀態實時評價。

為實現上述目的，按照本發明的一方面，提出了一種機床健康狀態實時評價方法，包括如下步驟：

S1、在機床運行過程中，采集非切削過程的電控數據作為穩態樣本；

S2、在穩態樣本中提取特征指標，根據特征指標和健康狀態下的理想指標，得到機床健康指數，根據機床健康指數對機床健康狀態進行評價。

作為進一步優選的，在穩態樣本中提取反應機床各部件運動特性的指標作為特征指標，然后對特征指標進行去參數配置處理，根據去參數配置后的特征指標計算機床健康指數。

作為進一步優選的，對特征指標進行去參數配置具體為：根據機床部件運動的理論參數和特征指標計算得到實際參數，然后以實際參數相比于理論參數的偏離率作為去參數配置后的特征指標。

作為進一步優選的，對去參數配置后的特征指標和健康狀態下的理想指標進行歸一化，得到歸一化指標，根據該歸一化指標計算得到機床健康指數；歸一化指標X_t計算式如下：

其中，X_i為去參數配置后的特征指標，X_g為健康狀態下的理想指標，X_d為相對誤差邊界。