一种基于PLC的ICP等离子体加工机床状态实时监测方法技术

一种基于PLC的ICP等离子体加工机床状态实时监测方法，属于机床状态监测领域。本发明专利技术通过在机床内部加入相应的传感器，并使用PLC进行采集信号，在工控机中进行显示和存储信号，达到机床状态信息实时监测的目的。本发明专利技术所述的方法可以对机床的加工时的气体流量、工件温度、气腔压力等进行实时监测并且显示在工控机屏幕中，方便人员进行操作和观察；通过光电二极管可以有效的判断机床加工中等离子反应炬是否发生故障以及故障发生时加工位置的坐标，提高了安全性，并且方便机床故障重启后加工起始点的确定；可以将所有采集的数据利用工控机进行存储，方便于加工后的数据处理和对比分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机床状态监测领域，涉及一种基于PLC的ICP等离子体加工机床状态实时监测方法。
技术介绍
玻璃镜面在经过机械加工后，在表面会产生一层亚表面损伤层，在亚表面损伤层内部会有许多微小的裂纹和残留应力，如果不设法去除这些微裂纹，玻璃镜面工作在强激光聚焦的条件下，微裂纹会吸收能量，当能量不断累积，超过玻璃碎裂的临界值，导致镜面破裂甚至炸裂。ICP等离子体加工机床是利用等离子体反应气体对玻璃镜面进行刻蚀，可以保证在不改变工件面型精度的条件下去除变质层和微裂纹，甚至可以改善表面粗糙度。等离子体加工需要将等离子体反应气体通入等离子体反应炬中，利用射频电源在矩管中产生的电感耦合形成等离子体火焰对工件进行加工；在等离子体机床加工过程中，由于加工条件的变化，比如反应气体流量、机床密封腔内压力以及工件加工时的温度，都会对机床的加工效果产生很大的影响。为了探宄这些因素对加工质量的影响，需要对机床加工的状态和条件进行监测，并且需要将这些信息进行显示并且存储，根据所存储的机床加工状态和条件的详细数据，通过理论和实验相互结合的方式，对比及分析加工条件变化而导致的加工效果的不一致性，得出加工环境对加工效果的影响程度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于PLC的ICP等离子体加工机床状态实时监测方法，通过在机床内部加入相应的传感器，并使用PLC进行采集信号，在工控机中进行显示和存储信号，达到机床状态信息实时监测的目的，这是一种简单方便，并且利于后续处理分析的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的: 一种基于PLC的ICP等离子体加工机床状态实时监测方法，包括如下步骤: 步骤一:加工前，将工件放置在移动平台上，关闭机床密封门； 步骤二:确保各处接线正常后进行上电，此时气体流量计测得流出反应气体的流量(此时流量显示为0)，压力传感器测量密封腔体内的气体压力，温度传感器测量工件附近的温度，并且都以模拟电压的形式传递给模拟量输入输出模块，而后送入PLC内部，在PLC内部经过计算，将电压信号转化为实际对应的流量值、温度值以及压力值，利用协议与工控机通讯，在工控机屏幕上进行实时数值显示； 步骤三:打开反应气体气瓶的开关旋钮，向等离子体反应炬通入反应气体，观察工控机中显示气体流量值，将气体流量调节至所需值； 步骤四:给等离子体反应炬通电及点火尝试，直到在等离子体反应炬下端出口处产生稳定的等离子体加工火焰，此后进入加工状态，工控机开始对等离子体机床的各传感器信号进行存储； 步骤五:等离子体加工机床的移动平台开始运动，等离子体反应炬出口处的等离子体火焰开始对工件进行加工，与此同时，光电二极管开始工作，监控等离子体火焰是否正常，若熄灭，则将信号经由PLC传递给工控机，由工控机命令机床停止运动，记录故障坐标作为下次重启后加工的初始位置； 步骤六:加工完毕后，对机床各部件按顺序断电，如此改变机床加工条件，重复多次实验，并且对加工完后的工件进行对比分析，得到机床加工条件对加工效果的影响程度。本专利技术是以PLC为控制中心，通过多种传感器将机床各个工作环境进行采集后汇总，并且利用工控机进行读取和存储，然后经过后续研宄分析得出结论。本专利技术具有以下优势: (1)本专利技术所述的方法可以对机床的加工时的气体流量、工件温度、气腔压力等进行实时监测并且显示在工控机屏幕中，方便人员进行操作和观察； (2)本专利技术中通过光电二极管可以有效的判断机床加工中等离子反应炬是否发生故障以及故障发生时加工位置的坐标，提高了安全性，并且方便机床故障重启后加工起始点的确定； (3)本专利技术中可以将所有采集的数据利用工控机进行存储，方便于加工后的数据处理和对比分析。【附图说明】图1为本专利技术的等离子体加工机床状态实时监测原理图，图中:1_气瓶、2-气体流量计、3-机床外壳、4-机床密封腔体、5-压力传感器、6-等离子体反应炬、7-模拟量输入输出模块、8-PLC、9-工控机、10-光电二极管、11-移动平台、12-温度传感器、13-工件。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。如图1所示，本专利技术提供了一种基于PLC的ICP等离子体加工机床状态实时监测方法，机床的反应气体需要三种，分别是氩气、氧气和四氟化碳，为了避免加工过程中气体中途耗尽，对于每种反应气体分别准备了两瓶，其中一瓶为备用，为了避免加工过程中更换的麻烦，总共使用了六个气体流量计2 ;另外，由于加工温度达到上千摄氏度，因此温度传感器12只能放在加工工件13附近，而工件13的温度则可以利用传热学中的知识进行估算，为了较为全面的测量工件13温度，在工件13附近四周一共放置了六个温度传感器12，因此，加上机床腔内用于测量腔内压力的压力传感器5，一共有十三个模拟量输出形式的传感器，而每个模拟量输入输出模块只有四路输入接口，因此使用四个模拟量输入输出模块来满足要求；光电二极管的输出方式是以24V电压这种开关量的形式，因此只要直接接入PLC输入端口即可。具体实施步骤如下: 步骤一:加工前，将工件13放置在移动平台11上，关闭机床密封门； 步骤二:确保各处接线正常后进行上电，此时各传感器开始读取流量、压力以及温度信号，即:气体流量计2测得流出反应气体的流量，压力传感器5测量密封腔体4内的气体压力，温度传感器12测量工件13附近的温度，并且都以模拟电压的形式传递给模拟量输入输出模块7，PLC 8与模拟量输入输出模块7之间用固定信号线连接，并且读取模拟量输入输出模块7接收到的传感器信号，在PLC 8内部经过计算，将电压信号转化为实际对应的流量值、温度值以及压力值；PLC 8与工控机9利用协议进行通讯，使得工控机9可以将传感器所采集的信号在屏幕上进行显示并且存储； 步骤三:打开反应气体气瓶的开关旋钮，通过机床外壳3和机床密封腔体4向等离子体反应炬6中通入反应气体，气体流量计2将测得的流量信号以模拟电压的形式传递给模拟量输入输出模块7，观察工控机9中显示气体流量值，将气体流量调节至所需值； 步骤四:给等离子体反应炬6通电及点火尝试，直到在等离子体反应炬6下端出口处产生稳定的等离子体加工火焰，此后进入加工状态，工控机9开始对等离子体机床的各传感器信号进行存储； 步骤五:等离子体加工机床的移动平台11开始运动，等离子体反应炬6出口处的等离子体火焰开始对工件13进行加工，与此同时，光电二极管10开始工作，监控等离子体火焰是否正常，若熄灭，则将信号经由PLC 8传递给工控机9，由工控机9命令机床停止运动，记录故障坐标作为下次重启后加工的初始位置； 步骤六:加工完毕后，对机床各部件按顺序断电，如此改变机床加工条件，重复多次实验，并且对加工完后的工件进行对比分析，得到机床加工条件对加工效果的影响程度。本方法中，使用光电二极管10对等离子体反应炬6是否进行正常工作进行判断；在等离子体反应炬6正常工作时，矩管口会产生明亮的火焰，反之，则没有火焰；当因故障导致加工火焰熄灭时，光电二极管10可以检测光线熄灭信号并且将故障信号传递给PLC8，然后通过工控机9命令机床紧急急停，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PLC的ICP等离子体加工机床状态实时监测方法，其特征在于所述方法步骤如下：步骤一：加工前，将工件放置在移动平台上，关闭机床密封门；步骤二：确保各处接线正常后进行上电，此时气体流量计测得流出反应气体的流量，压力传感器测量密封腔体内的气体压力，温度传感器测量工件附近的温度，并且都以模拟电压的形式传递给模拟量输入输出模块，而后送入PLC内部，在PLC内部经过计算，将电压信号转化为实际对应的流量值、温度值以及压力值，利用协议与工控机通讯，在工控机屏幕上进行实时数值显示；步骤三：打开反应气体气瓶的开关旋钮，向等离子体反应炬通入反应气体，观察工控机中显示气体流量值，将气体流量调节至所需值；步骤四：给等离子体反应炬通电及点火尝试，直到在等离子体反应炬下端出口处产生稳定的等离子体加工火焰，此后进入加工状态，工控机开始对等离子体机床的各传感器信号进行存储；步骤五：等离子体加工机床的移动平台开始运动，等离子体反应炬出口处的等离子体火焰开始对工件进行加工，与此同时，光电二极管开始工作，监控等离子体火焰是否正常，若熄灭，则将信号经由PLC传递给工控机，由工控机命令机床停止运动，记录故障坐标作为下次重启后加工的初始位置；步骤六：加工完毕后，对机床各部件按顺序断电，如此改变机床加工条件，重复多次实验，并且对加工完后的工件进行对比分析，得到机床加工条件对加工效果的影响程度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，赖志锋，李文鹏，王石磊，王骏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23