(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210796657.8 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 北京机科国创轻量 化科学研究院有 限公司 地址 100083 北京市海淀区学清路18号1号 楼三层 申请人 北京机科国创轻量 化科学研究院有 限公司烟台分公司 (72)发明人 孙福臻　蔡克乾　冯广超　贾广斌　 (51)Int.Cl. G06F 30/12(2020.01) G06T 17/00(2006.01) B23Q 17/00(2006.01) B23Q 17/09(2006.01) (54)发明名称 一种机床的智能视窗系统和构建方法 (57)摘要 本发明提供一种机床的智能视窗系统和构 建方法， 所述的智能视窗系统包括位于物理层的 智能视窗物理系统， 位于中间层的网络通信、 数 据处理和分析系统， 以及位于服务层的智能视窗 三维虚拟场景、 直播视频、 增强现实和运行状态 看板展示系统。 所述的智能视窗系统服务层的构 建方法包括如下步骤： (1)收集数据； (2)几何造 型； (3)人机界面； (4)场景构建； ( 5)场景模型； (6)场景优化。 通过本发明提供的智能视窗系统， 机床的使用者可以实时监控机床内部的生产运 行状况， 查看实时生产信息和生产统计数据， 提 高机床设置调整、 工艺优化、 故障诊断和新工件 试生产的工作效率， 尤其适用于经常面临产品频 繁更换和小批量 生产的机床上运行。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 115168928 A 2022.10.11 CN 115168928 A 1.一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特 征在于， 包括： 物理层模块， 是智能视窗系统 的物理空间中的实体对象， 用于构建灵活的， 适应不同机 床观察窗配置要求的自动化信息显示和控制系统， 可以在更换相应的显示器等硬件和控制 软件模块后用于不同类型的机床； 中间层模块， 用于构建物理层模块与服务层模块通信的网络系统， 实现智能视窗系统 的数据采集、 处理、 存储和分析过程， 快速 建立机床生产加工运行时的实时数据库和专家知 识库； 服务层模块， 是智能视窗系统的虚拟空间中的仿真对象， 通过三维建模后的模型和数 据信息展示工具与 物理空间中的实体对象相对应， 负责向机床使用者提供特定于应用程序 的服务。 2.根据权利要求1所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特 征在于： 所述的机床的智能视窗系统物理层模块的实体对象包括跟踪系统、 背光照明、 机床主 体、 摄像机和显示器； 所述的机床主体 内部包括主轴， 刀具， 夹紧装置， 工件以及机床使用者所关注的其它机 床部件。 3.根据权利要求2所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特征在于： 所述的跟 踪系统通过使用跟踪机床使用者头 部或眼睛等的传感器来检测机床使用者的位置 。 4.根据权利要求2所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特 征在于： 所述的背光照明适配于传统的液晶显示器(LCD)拆解以后转换而成的透明显示器； 所述的背光照明安 放在所述的机床门内部、 观察窗口对面的墙壁上。 5.根据权利要求2所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特征在于： 所述的机 床主体是带有不同尺寸观察窗的机器、 设备， 或者是没有观 察窗， 而是外壳完全封闭 以保护 机床使用者的机器、 设备。 6.根据权利要求2所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特征在于： 所述的摄 像机安装在机床主体内部， 负责采集机床主体内部的实物对象状态图像， 并对图像预 处理， 实现机床主体内部场景的完全覆盖 。 7.根据权利要求2所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特征在于： 所述的显 示器可采用不同数量、 尺寸的屏幕， 安装在机床主体的外壳上、 便于机床使用者查看的任意 位置， 即使机床主体的机器部件 会限制机床使用者的视野。 8.根据权利要求1所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特征在于： 所述的中 间层模块包括网络通信链路， 网络通信系统， 数据处 理系统和数据分析系统。 9.根据权利要求1所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特征在于： 所述的机 床的智能视窗系统基于机床调整状态和生产加工的实际业务流程， 其构建流程包括收集数 据， 几何造型， 场景优化， 人机界面， 场景构建和场景模型共6个功能模块以及这些模块之间 的6个步骤过程。 10.根据权利要求9所述的一种机床的智能视窗系统和构建方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： 步骤1， 所述的收集数据模块将机床运行时的实体对象和虚拟对象的所有数据信息汇 总后分为非模型驱动数据和模型驱动数据。 非模型驱动数据是静态类型数据， 以表格形式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115168928 A 2在物联网平台工具中存储和展示。 模 型驱动数据是动态数据， 使用WebSocket协 议将数据发 送到物联网平台工具进 行存储， 并以JSON字 符串格式传递给三 维可视化引擎进 行数据链接 和绑定。 收集数据模块汇总后的数据经过步骤2和步骤3 分别提供给几何造型和人机界面模 块； 步骤2， 所述的几何造型模块根据实体对象的几何尺寸采用三维建模软件构建出数字 模型， 添加必要的灯光、 材质、 纹理渲染模型和特效， 使三维模型具有真实质感、 更加逼真。 为了降低硬件的运行压力， 要对模型进 行适当地简化处理， 并导出为轻量化格式文件， 在步 骤4中将该文件导入到场景构建模块中； 步骤3， 所述的人机界面模块包括人机交互设计、 外部输入事件响应等功能， 旨在实现 在三维虚拟环境中的场景漫游， 使用户有身临其境的直观体验。 在三维建模软件环境中将 实现人机界面模块功 能的文件导出为轻量化格式文件， 在步骤4中将该文件导入到场景构 建模块中； 步骤4， 所述的场景构建模块是在三维可视化引擎开发工具中对几何造型模块及人机 界面模块功能文件的进一步完善， 即将人机界面模块的设计效果与几何造型模块的模型文 件合并到一个场景中， 进行场景管理、 场景漫游、 用户接口界面设计、 性能优化等， 在步骤5 中将该文件导入到场景模型模块中； 步骤5， 所述的场景模型模块是在三维可视化引擎开发工具中将物联网平台开发工具 以JSON字 符串格式提供的信息进 行数据绑定， 实现基于所述的物理层 模块中实体对象 的实 时数据驱动的虚拟场景、 状态看板、 直播视频和增强现实模块状态信息的实时更新， 对这些 模块进行运行测试并将测试 结果在步骤6中反馈 到场景优化模块中； 步骤6， 所述的场景优化模块将步骤5 中的场景模型模块测试运行的结果反馈到几何造 型和人机界面模块， 在这两个模块中分别进行设计优化， 经过迭代以后在三维可视化引擎 开发工具中将虚拟场景模块的模型文件发布为 WebGL格式， 并集成到物联网平台工具中。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115168928 A 3