一種基于plc的icp等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種基于PLC的ICP等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃鏡面在經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后，在表面會(huì)產(chǎn)生一層亞表面損傷層，在亞表面損傷層內(nèi)部會(huì)有許多微小的裂紋和殘留應(yīng)力，如果不設(shè)法去除這些微裂紋，玻璃鏡面工作在強(qiáng)激光聚焦的條件下，微裂紋會(huì)吸收能量，當(dāng)能量不斷累積，超過(guò)玻璃碎裂的臨界值，導(dǎo)致鏡面破裂甚至炸裂。
[0003]ICP等離子體加工機(jī)床是利用等離子體反應(yīng)氣體對(duì)玻璃鏡面進(jìn)行刻蝕，可以保證在不改變工件面型精度的條件下去除變質(zhì)層和微裂紋，甚至可以改善表面粗糙度。等離子體加工需要將等離子體反應(yīng)氣體通入等離子體反應(yīng)炬中，利用射頻電源在矩管中產(chǎn)生的電感耦合形成等離子體火焰對(duì)工件進(jìn)行加工；在等離子體機(jī)床加工過(guò)程中，由于加工條件的變化，比如反應(yīng)氣體流量、機(jī)床密封腔內(nèi)壓力以及工件加工時(shí)的溫度，都會(huì)對(duì)機(jī)床的加工效果產(chǎn)生很大的影響。
[0004]為了探宄這些因素對(duì)加工質(zhì)量的影響，需要對(duì)機(jī)床加工的狀態(tài)和條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且需要將這些信息進(jìn)行顯示并且存儲(chǔ)，根據(jù)所存儲(chǔ)的機(jī)床加工狀態(tài)和條件的詳細(xì)數(shù)據(jù)，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合的方式，對(duì)比及分析加工條件變化而導(dǎo)致的加工效果的不一致性，得出加工環(huán)境對(duì)加工效果的影響程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于PLC的ICP等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)在機(jī)床內(nèi)部加入相應(yīng)的傳感器，并使用PLC進(jìn)行采集信號(hào)，在工控機(jī)中進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)信號(hào)，達(dá)到機(jī)床狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，這是一種簡(jiǎn)單方便，并且利于后續(xù)處理分析的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種基于PLC的ICP等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟:
步驟一:加工前，將工件放置在移動(dòng)平臺(tái)上，關(guān)閉機(jī)床密封門；
步驟二:確保各處接線正常后進(jìn)行上電，此時(shí)氣體流量計(jì)測(cè)得流出反應(yīng)氣體的流量(此時(shí)流量顯示為0)，壓力傳感器測(cè)量密封腔體內(nèi)的氣體壓力，溫度傳感器測(cè)量工件附近的溫度，并且都以模擬電壓的形式傳遞給模擬量輸入輸出模塊，而后送入PLC內(nèi)部，在PLC內(nèi)部經(jīng)過(guò)計(jì)算，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際對(duì)應(yīng)的流量值、溫度值以及壓力值，利用協(xié)議與工控機(jī)通訊，在工控機(jī)屏幕上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)值顯示；
步驟三:打開(kāi)反應(yīng)氣體氣瓶的開(kāi)關(guān)旋鈕，向等離子體反應(yīng)炬通入反應(yīng)氣體，觀察工控機(jī)中顯示氣體流量值，將氣體流量調(diào)節(jié)至所需值；
步驟四:給等離子體反應(yīng)炬通電及點(diǎn)火嘗試，直到在等離子體反應(yīng)炬下端出口處產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體加工火焰，此后進(jìn)入加工狀態(tài)，工控機(jī)開(kāi)始對(duì)等離子體機(jī)床的各傳感器信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；
步驟五:等離子體加工機(jī)床的移動(dòng)平臺(tái)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，等離子體反應(yīng)炬出口處的等離子體火焰開(kāi)始對(duì)工件進(jìn)行加工，與此同時(shí)，光電二極管開(kāi)始工作，監(jiān)控等離子體火焰是否正常，若熄滅，則將信號(hào)經(jīng)由PLC傳遞給工控機(jī)，由工控機(jī)命令機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，記錄故障坐標(biāo)作為下次重啟后加工的初始位置；
步驟六:加工完畢后，對(duì)機(jī)床各部件按順序斷電，如此改變機(jī)床加工條件，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)加工完后的工件進(jìn)行對(duì)比分析，得到機(jī)床加工條件對(duì)加工效果的影響程度。
[0007]本發(fā)明是以PLC為控制中心，通過(guò)多種傳感器將機(jī)床各個(gè)工作環(huán)境進(jìn)行采集后匯總，并且利用工控機(jī)進(jìn)行讀取和存儲(chǔ)，然后經(jīng)過(guò)后續(xù)研宄分析得出結(jié)論。本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):
(1)本發(fā)明所述的方法可以對(duì)機(jī)床的加工時(shí)的氣體流量、工件溫度、氣腔壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且顯示在工控機(jī)屏幕中，方便人員進(jìn)行操作和觀察；
(2)本發(fā)明中通過(guò)光電二極管可以有效的判斷機(jī)床加工中等離子反應(yīng)炬是否發(fā)生故障以及故障發(fā)生時(shí)加工位置的坐標(biāo)，提高了安全性，并且方便機(jī)床故障重啟后加工起始點(diǎn)的確定；
(3)本發(fā)明中可以將所有采集的數(shù)據(jù)利用工控機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便于加工后的數(shù)據(jù)處理和對(duì)比分析。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明的等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原理圖，圖中:1_氣瓶、2-氣體流量計(jì)、3-機(jī)床外殼、4-機(jī)床密封腔體、5-壓力傳感器、6-等離子體反應(yīng)炬、7-模擬量輸入輸出模塊、8-PLC、9-工控機(jī)、10-光電二極管、11-移動(dòng)平臺(tái)、12-溫度傳感器、13-工件。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0010]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于PLC的ICP等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，機(jī)床的反應(yīng)氣體需要三種，分別是氬氣、氧氣和四氟化碳，為了避免加工過(guò)程中氣體中途耗盡，對(duì)于每種反應(yīng)氣體分別準(zhǔn)備了兩瓶，其中一瓶為備用，為了避免加工過(guò)程中更換的麻煩，總共使用了六個(gè)氣體流量計(jì)2 ;另外，由于加工溫度達(dá)到上千攝氏度，因此溫度傳感器12只能放在加工工件13附近，而工件13的溫度則可以利用傳熱學(xué)中的知識(shí)進(jìn)行估算，為了較為全面的測(cè)量工件13溫度，在工件13附近四周一共放置了六個(gè)溫度傳感器12，因此，加上機(jī)床腔內(nèi)用于測(cè)量腔內(nèi)壓力的壓力傳感器5，一共有十三個(gè)模擬量輸出形式的傳感器，而每個(gè)模擬量輸入輸出模塊只有四路輸入接口，因此使用四個(gè)模擬量輸入輸出模塊來(lái)滿足要求；光電二極管的輸出方式是以24V電壓這種開(kāi)關(guān)量的形式，因此只要直接接入PLC輸入端口即可。具體實(shí)施步驟如下:
步驟一:加工前，將工件13放置在移動(dòng)平臺(tái)11上，關(guān)閉機(jī)床密封門； 步驟二:確保各處接線正常后進(jìn)行上電，此時(shí)各傳感器開(kāi)始讀取流量、壓力以及溫度信號(hào)，即:氣體流量計(jì)2測(cè)得流出反應(yīng)氣體的流量，壓力傳感器5測(cè)量密封腔體4內(nèi)的氣體壓力，溫度傳感器12測(cè)量工件13附近的溫度，并且都以模擬電壓的形式傳遞給模擬量輸入輸出模塊7，PLC 8與模擬量輸入輸出模塊7之間用固定信號(hào)線連接，并且讀取模擬量輸入輸出模塊7接收到的傳感器信號(hào)，在PLC 8內(nèi)部經(jīng)過(guò)計(jì)算，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際對(duì)應(yīng)的流量值、溫度值以及壓力值；PLC 8與工控機(jī)9利用協(xié)議進(jìn)行通訊，使得工控機(jī)9可以將傳感器所采集的信號(hào)在屏幕上進(jìn)行顯示并且存儲(chǔ)；
步驟三:打開(kāi)反應(yīng)氣體氣瓶的開(kāi)關(guān)旋鈕，通過(guò)機(jī)床外殼3和機(jī)床密封腔體4向等離子體反應(yīng)炬6中通入反應(yīng)氣體，氣體流量計(jì)2將測(cè)得的流量信號(hào)以模擬電壓的形式傳遞給模擬量輸入輸出模塊7，觀察工控機(jī)9中顯示氣體流量值，將氣體流量調(diào)節(jié)至所需值；
步驟四:給等離子體反應(yīng)炬6通電及點(diǎn)火嘗試，直到在等離子體反應(yīng)炬6下端出口處產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體加工火焰，此后進(jìn)入加工狀態(tài)，工控機(jī)9開(kāi)始對(duì)等離子體機(jī)床的各傳感器信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；
步驟五:等離子體加工機(jī)床的移動(dòng)平臺(tái)11開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，等離子體反應(yīng)炬6出口處的等離子體火焰開(kāi)始對(duì)工件13進(jìn)行加工，與此同時(shí)，光電二極管10開(kāi)始工作，監(jiān)控等離子體火焰是否正常，若熄滅，則將信號(hào)經(jīng)由PLC 8傳遞給工控機(jī)9，由工控機(jī)9命令機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，記錄故障坐標(biāo)作為下次重啟后加工的初始位置；
步驟六:加工完畢后，對(duì)機(jī)床各部件按順序斷電，如此改變機(jī)床加工條件，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)加工完后的工件進(jìn)行對(duì)比分析，得到機(jī)床加工條件對(duì)加工效果的影響程度。
[0011]本方法中，使用光電二極管10對(duì)等離子體反應(yīng)炬6是否進(jìn)行正常工作進(jìn)行判斷；在等離子體反應(yīng)炬6正常工作時(shí)，矩管口會(huì)產(chǎn)生明亮的火焰，反之，則沒(méi)有火焰；當(dāng)因故障導(dǎo)致加工火焰熄滅時(shí)，光電二極管10可以檢測(cè)光線熄滅信號(hào)并且將故障信號(hào)傳遞給PLC8，然后通過(guò)工控機(jī)9命令機(jī)床緊急急停，記下工件此時(shí)的加工坐標(biāo)，用于重啟機(jī)床后加工的起始點(diǎn)，繼續(xù)加工。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于PLC的ICP等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述方法步驟如下: 步驟一:加工前，將工件放置在移動(dòng)平臺(tái)上，關(guān)閉機(jī)床密封門； 步驟二:確保各處接線正常后進(jìn)行上電，此時(shí)氣體流量計(jì)測(cè)得流出反應(yīng)氣體的流量，壓力傳感器測(cè)量密封腔體內(nèi)的氣體壓力，溫度傳感器測(cè)量工件附近的溫度，并且都以模擬電壓的形式傳遞給模擬量輸入輸出模塊，而后送入PLC內(nèi)部，在PLC內(nèi)部經(jīng)過(guò)計(jì)算，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際對(duì)應(yīng)的流量值、溫度值以及壓力值，利用協(xié)議與工控機(jī)通訊，在工控機(jī)屏幕上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)值顯示； 步驟三:打開(kāi)反應(yīng)氣體氣瓶的開(kāi)關(guān)旋鈕，向等離子體反應(yīng)炬通入反應(yīng)氣體，觀察工控機(jī)中顯示氣體流量值，將氣體流量調(diào)節(jié)至所需值； 步驟四:給等離子體反應(yīng)炬通電及點(diǎn)火嘗試，直到在等離子體反應(yīng)炬下端出口處產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體加工火焰，此后進(jìn)入加工狀態(tài)，工控機(jī)開(kāi)始對(duì)等離子體機(jī)床的各傳感器信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)； 步驟五:等離子體加工機(jī)床的移動(dòng)平臺(tái)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，等離子體反應(yīng)炬出口處的等離子體火焰開(kāi)始對(duì)工件進(jìn)行加工，與此同時(shí)，光電二極管開(kāi)始工作，監(jiān)控等離子體火焰是否正常，若熄滅，則將信號(hào)經(jīng)由PLC傳遞給工控機(jī)，由工控機(jī)命令機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，記錄故障坐標(biāo)作為下次重啟后加工的初始位置； 步驟六:加工完畢后，對(duì)機(jī)床各部件按順序斷電，如此改變機(jī)床加工條件，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)加工完后的工件進(jìn)行對(duì)比分析，得到機(jī)床加工條件對(duì)加工效果的影響程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的ICP等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述等離子體反應(yīng)炬正常工作時(shí)，矩管口會(huì)產(chǎn)生明亮的火焰，反之，則沒(méi)有火焰；當(dāng)因故障導(dǎo)致加工火焰熄滅時(shí)，光電二極管可以檢測(cè)光線熄滅信號(hào)并且將故障信號(hào)傳遞給PLC，然后通過(guò)工控機(jī)命令機(jī)床緊急急停，記下工件此時(shí)的加工坐標(biāo)，用于重啟機(jī)床后加工的起始點(diǎn)，繼續(xù)加工。
【專利摘要】一種基于PLC的ICP等離子體加工機(jī)床狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，屬于機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)在機(jī)床內(nèi)部加入相應(yīng)的傳感器，并使用PLC進(jìn)行采集信號(hào)，在工控機(jī)中進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)信號(hào)，達(dá)到機(jī)床狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。本發(fā)明所述的方法可以對(duì)機(jī)床的加工時(shí)的氣體流量、工件溫度、氣腔壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且顯示在工控機(jī)屏幕中，方便人員進(jìn)行操作和觀察；通過(guò)光電二極管可以有效的判斷機(jī)床加工中等離子反應(yīng)炬是否發(fā)生故障以及故障發(fā)生時(shí)加工位置的坐標(biāo)，提高了安全性，并且方便機(jī)床故障重啟后加工起始點(diǎn)的確定；可以將所有采集的數(shù)據(jù)利用工控機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便于加工后的數(shù)據(jù)處理和對(duì)比分析。
【IPC分類】C03C15-00, G05B19-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104750024
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510159426
【發(fā)明人】王波, 賴志鋒, 李文鵬, 王石磊, 王駿
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日