CN112536643B - 机台健康监测方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种机台健康监测方法,适用于一机台健康监测装置,所述监测装置与至少一个机台通信连接,所述机台上装设有一用于固定产品的治具,所述治具上设有至少一个固定孔,所述机台健康监测方法包括:获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值;依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数;判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值;当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台发出稳定性异常的预警信息。本发明还提供一种机台健康监测装置及计算机可读存储介质。本发明能够实时监测机台的健康状态,提升了机台加工的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及自动化生产领域,具体涉及一种机台健康监测方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
数控机床的稳定性对产品的加工至关重要,目前测试数控车床稳定性的方式通产是在后制程通过实测加工产品的尺寸和质量,在发现批量不良后再追溯至前工站,针对不良内容进行优化或修理。当前测试稳定性的方法实时性较差,往往是在发生批量不良后才去追溯。
发明内容
鉴于以上内容,有必要提出一种机台健康监测方法、装置及计算机可读存储介质,以解决上述问题。
本发明的第一方面提供一种机台健康监测方法,适用于一机台健康监测装置,所述监测装置与至少一个机台通信连接,所述机台上装设有一用于固定产品的治具,所述治具上设有至少一个固定孔,所述机台健康监测方法包括:
获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值;
依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数,其中所述轴向包括X轴向和Y轴向,所述X轴向包括X正向和X负向,所述Y轴向包括Y正向和Y负向,所述标准偏差值包括正向的第一数值和负向的第二数值;
判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值;
当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台发出稳定性异常的预警信息。
进一步地,X轴向的危险值指数=[X-,X+]*[GX-,GX+]T,Y轴向的危险值指数=[Y-,Y+]*[GY-,GY+]T,其中,X-、X+、Y-、Y+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的标准偏差值,GX-、GX+、GY-、GY+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的公差。
进一步地,所述固定孔的实际坐标值包括所述固定孔分别在X正向、X负向、Y正向和Y负向到相应基准边的距离,X正向、X负向、Y正向和Y负向上的基准边的数量为一个或多个。
进一步地,当判断所述危险值指数未超过相应的预设阈值时,所述方法还包括步骤:
依据多个实际坐标值计算X负向、X正向、Y负向、Y正向中至少一个的平均值偏差;
判断所述平均值偏差相对于预设的实际值偏差是否超出允许误差;
当判断所述平均值偏差相对于预设的实际值偏差超出允许误差时,将所述平均值偏差写入所述机台进行补正。
进一步地,在“获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值”的步骤之后,所述方法还包括:
依据多个所述实际坐标值生成折线分布图,以分析所述机台的稳定性。
本发明的第二方面提供一种机台健康监测装置,与至少一个机台通信连接,所述机台上装设有一用于固定产品的治具,所述治具上设有至少一个固定孔,所述机台健康监测装置包括处理器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如下步骤:
获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值;
依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数,所述轴向包括X轴向和Y轴向,所述X轴向包括X正向和X负向,所述Y轴向包括Y正向和Y负向,所述标准偏差值包括正向的第一数值和负向的第二数值;
判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值;
当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台发出稳定性异常的预警信息。
进一步地,X轴向的危险值指数=[X-,X+]*[GX-,GX+]T,Y轴向的危险值指数=[Y-,Y+]*[GY-,GY+]T,其中,X-、X+、Y-、Y+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的标准偏差值,GX-、GX+、GY-、GY+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的公差。
进一步地,当判断所述危险值指数未超过相应的预设阈值时,所述处理器还用于执行如下步骤:
依据多个实际坐标值计算X负向、X正向、Y负向、Y正向中至少一个的平均值偏差;
判断所述平均值偏差相对于预设的实际值偏差是否超出允许误差;
当判断所述平均值偏差相对于预设的实际值偏差超出允许误差时,将所述平均值偏差写入所述机台进行补正。
进一步地,在“获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值”的步骤之后,所述处理器还用于执行如下步骤:
依据多个所述实际坐标值生成折线分布图,以分析所述机台的稳定性。
本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述机台健康监测方法。
上述机台健康监测装置、方法及计算机可读存储介质,能够获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值;依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数;判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值;当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台发出稳定性异常的预警信息。进一步地,本发明还能够动态补偿机台的偏差,因此,本发明能够实时监测机台的健康状态,提升了机台加工的稳定性,且提升了机台改良的效率,进而避免批量不良品的产生,降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明一个实施例的机台健康监测装置的架构示意图。
图2是本发明一个实施例的机台健康监测***的功能模块示意图。
图3是本发明一个实施例的机台健康监测方法的流程图。
图4是本发明一个实施例的X轴和Y轴危险值指数的分析表。
图5是本发明一个实施例的机台治具固定孔在X负向平均值偏差的分析表。
主要元件符号说明
具体实施方式
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
进一步需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
请参阅图1,为本发明机台健康监测装置较佳实施例的示意图。
机台健康监测装置100包括处理器10、存储器20和通信单元30。所述存储器20和所述通信单元30分别与所述处理器10电连接。所述存储器20中存储有可在所述处理器10上运行的机台健康监测***1,所述机台健康监测***1优选为计算机程序。所述处理器10执行所述计算机程序时可以实现机台健康监测方法实施例中的步骤,例如图3所示的步骤。或者,所述处理器10执行所述计算机程序时实现机台健康监测***1(图2所示)实施例中各模块的功能,例如图2中的模块101~107。
所述机台健康监测***1可以被分割成一个或多个模块/单元,所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器20中,并由所述处理器10执行,以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,所述指令段用于描述所述机台健康监测***1在所述机台健康监测装置100中的执行过程。例如,所述机台健康监测***1可以被分割成图2中的获取模块101、分析模块102、计算模块103、判断模块104、预警模块105、补偿模块106及通信模块107。各模块具体功能参见机台健康监测***实施例中各模块的功能。
所述机台健康监测装置100可以通过有线或者无线方式与至少一个机台200进行通信,从而可以实现实时监测机台200的健康状态。本领域技术人员可以理解,所述示意图仅是机台健康监测装置100的示例,并不构成对机台健康监测装置100的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如所述机台健康监测装置100还可以包括网络接入设备(图未示)、通信总线(图未示)等。
由于每台机的稳定性不仅和机台有关,同样和治具有关,所以本申请中将装设好治具的机台作为一个整体,统称机台,下文中所叙述的机台200均为架好治具的机台。
所称处理器10可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器10也可以是任何常规的处理器等,所述处理器10可以利用各种接口和线路连接机台健康监测装置100的其他各个部分。
所述存储器20可用于存储所述机台健康监测***1和/或模块/单元,所述处理器10通过运行或执行存储在所述存储器20内的机台健康监测***1和/或模块/单元,以及调用存储在存储器20内的数据,实现所述机台健康监测装置100的各种功能。所述存储器20可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如硬盘、内存、插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
所述通信单元30可为有线通信单元或无线通信单元,用于与机台200建立通信连接。所述机台200可为数控加工机台,例如FANUC、BROTHER、ML系列的机台。
所述机台健康监测装置100还可包括与所述处理器10电连接的显示单元40。所述显示单元40可为显示屏。
可以理解,所述机台健康监测装置100是基于工业互联网平台的装置,可为机台10本地的工控机,也可为云端服务器。
图2为本发明机台健康监测***1较佳实施例的功能模块图。
参阅图2所示,所述机台健康监测***1可以包括获取模块101、分析模块102、计算模块103、判断模块104、预警模块105、补偿模块106及通信模块107。可以理解的是,在其他实施方式中,上述模块也可为固化于所述处理器10中的程序指令或固件(firmware)。上述模块的具体功能将在后续的方法中详述。
图3为本发明一实施方式中机台健康监测方法的流程图。根据不同的需求,所述流程图中步骤的顺序可以改变,某些步骤可以省略。
步骤S301,获取多次加工过程中至少一个固定孔的实际坐标值。
具体地,获取模块101获取多次加工过程中至少一个固定孔的实际坐标值。
在本实施方式中,所述机台200上装设有一用于固定产品的治具,所述治具上设有至少一个固定孔。在架设治具前,先用高精度测量仪器,例如三次元测量仪器,来测量固定孔的标准坐标值,所述标准坐标值存储于存储器20中。所述坐标值是孔位到边缘的距离。
固定孔的实际坐标值包括固定孔沿各轴向的坐标值。所述轴向包括X轴向和Y轴向,所述X轴向包括两个单轴向,即X正向和X负向,所述Y轴向包括两个单轴向,即Y正向和Y负向。
具体地,所述固定孔的实际坐标值包括所述固定孔分别在X正向、X负向、Y正向和Y负向到相应基准边的距离。X正向、X负向、Y正向和Y负向上的基准边的数量可为一个或多个。例如,X正向、X负向各有一条基准边,而Y正向、Y负向各有两条基准边,此时,固定孔在X正向、X负向的坐标值分别为一个,而固定孔在Y正向和Y负向的坐标值分别为两个。
所述实际坐标值是机台200在每次加工过程中由探针所采集的坐标值,且由所述机台发送至所述机台健康监测装置100。
可以理解,采集的实际坐标值越多,对机台健康状态的判断越准确。较佳地,获取模块101可获取80~120次加工过程中的固定孔的实际坐标值。
步骤S302,依据多个所述实际坐标值生成折线分布图,以分析所述机台的稳定性。
具体地,分析模块102依据多个所述实际坐标值生成折线分布图。
较佳地,折现分布图为机台在单轴向上的分布图。
在折线分布图上,以每个机台200的加工次数为横坐标,以每个机台200的固定孔在单轴向的坐标值为纵坐标。较佳地,多个机台的实际坐标值可在同一个折现分布图上呈现。因此,由折线分布图可以直观看出不稳定的机台200和有偏移、需补正的机台200。
可以理解,在其他实施方式中,步骤S302可以省略。
可以理解,在其他实施方式中,在步骤S302之后,所述折线分布图可通过通信单元30发送至机台200或其他与机台健康监测装置1通信连接的电子装置,以供工程师进行分析。
步骤S303,依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数。
具体地,计算模块103计算至少一个轴向的标准偏差值和危险值指数。该标准偏差值包括正向的第一数值和负向的第二数值。该危险值指数为X轴的X正向和X负向的综合危险值指数,或Y轴的Y正向和Y负向的综合危险指数。X轴的危险值指数是X轴坐标矩阵与公差矩阵的乘积,Y轴的危险值指数是Y轴坐标矩阵与公差矩阵的乘积。
由于对于同一机台和治具,加工不同产品的精度要求是不同的,因此,本申请的危险值指数将机台健康程度与产品相结合。所述公差可依据产品的需求进行预设。每个单轴向的公差可相等,也可不等。
在一实施方式中,危险值指数的公式如下:
X轴向的危险值指数=[X-,X+]*[GX-,GX+]T;
Y轴向的危险值指数=[Y-,Y+]*[GY-,GY+]T。
其中,X-、X+、Y-、Y+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的标准偏差值,GX-、GX+、GY-、GY+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的公差。
危险值指数体现了机台200的健康分数,危险值指数越大,表示机台200的稳定性越差。
图4为一实施例中机台200的危险值分数表。在本实施例中,设置公差为0.02mm。
以机台C01721为例,固定孔在Y正向的标准偏差值为0.147215,在Y负向的标准偏差值为0.14965,在X正向的标准偏差值为0.040069,在X负向的标准偏差值为0.06488。依据上述标准偏差值和公差和上述计算公式,计算固定孔在Y轴的危险值指数为0.00593,在X轴的危险值指数为0.000801。
由图4可看出,机台C01721和C03195的Y轴危险值指数比较大,机台C03186的X轴危险值指数比较大。
步骤S304,判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值。
具体地,判断模块104判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值。
例如,在图4所示的实施例中,预设X轴危险值指数的阈值为0.001,Y轴危险值指数的阈值为0.003,那么判断模块104可判断,C03186的X轴危险值指数超出预设阈值,机台C01721和C03195的Y轴危险值指数超出预设阈值,其余的机台稳定性正常。
若任意一个轴向的危险值指出超出预设阈值,则进入步骤S305;若均未超出预设阈值,则判断机台200的稳定性较好,进入步骤S306。
步骤S305,当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台200发出稳定性异常的预警信息。
具体地,预警模块105向所述机台200发出稳定性异常的预警信息,反映机台的X轴或Y轴有异常。所述预警信息可通过TCP/IP协议进行发送。
步骤S306,依据多个实际坐标值计算X负向、X正向、Y负向、Y正向中至少一个的平均值偏差。
除了对不稳定的机台200预警外,还要针对稳定的机台200进行补偿。具体地,计算模块103计算X负向、X正向、Y负向、Y正向中至少一个的平均值偏差。所述平均值偏差为多次加工过程中机台治具上固定孔坐标的平均值与标准值的偏差值。
步骤S307,判断所述平均值偏差是否超出允许误差。
具体地,判断模块104判断平均值偏差是否超出允许误差。若为是,则进入步骤S308,若为否,则结束。
图5为一个实施例中机台治具固定孔在X负向的分析表。预设的允许误差为0.02。以机台C01719为例,固定孔在X负向的标准值为-162.3,实际的平均值为-162.322,由此计算出固定孔在X负向的平均值偏差为-0.021987。
由图5可看出,机台C01719、C01723、C02755、C03186、C03191、C03195在X负向的平均值偏差已超出允许误差。
步骤S308,将所述平均值偏差远程写入所述机台进行补正。
具体地,补偿模块106将平均值偏差远程写入相应的机台200,以对机台200进行补正。
例如,在图5所示的实施例中,补偿模块106将平均值偏差-0.021987写入机台C01719中。
在一实施方式中,可通过过程能力指数(Complex Process Capability index,CPK)来验证机台的补正效果。
在图5所示的实施例中,补正之前,机台C01719、C01723、C02755、C03186、C03191、C03195在X负向的CPK数值均小于零;补正之后,各机台CPK均大于零,表示远程补偿的效果较佳。
可以理解,在其他实施例中,所述方法还包括步骤:通信模块107将机台日志和预警信息发送至相应工程师的电脑及手机APP。
可以理解,在其他实施例中,所述方法可仅包括步骤S1、S3-S4。
所述机台健康监测装置100集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例的方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步地,上述机台健康监测装置100、方法及计算机可读存储介质,能够获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值;依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数;判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值;当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台发出稳定性异常的预警信息。进一步地,本发明还能够动态补偿机台的偏差,因此,本发明能够实时监测机台的健康状态,提升了机台加工的稳定性,且提升了机台改良的效率,进而避免批量不良品的产生,降低了生产成本。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在相同处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在相同单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对本领域的技术人员来说,可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整,而这些改变和调整都应属于本发明所公开的范围。
Claims (8)
1.一种机台健康监测方法,适用于一机台健康监测装置,所述监测装置与至少一个机台通信连接,所述机台上装设有一用于固定产品的治具,所述治具上设有至少一个固定孔,其特征在于,所述机台健康监测方法包括:
获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值;
依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数,其中所述轴向包括X轴向和Y轴向,所述X轴向包括X正向和X负向,所述Y轴向包括Y正向和Y负向,所述标准偏差值包括正向的第一数值和负向的第二数值,X轴向的危险值指数=[X-,X+]*[GX-,GX+]T,Y轴向的危险值指数=[Y-,Y+]*[GY-,GY+]T,其中,X-、X+、Y-、Y+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的标准偏差值,GX-、GX+、GY-、GY+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的公差;
判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值;
当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台发出稳定性异常的预警信息。
2.如权利要求1所述的机台健康监测方法,其特征在于,所述固定孔的实际坐标值包括所述固定孔分别在X正向、X负向、Y正向和Y负向到相应基准边的距离,X正向、X负向、Y正向和Y负向上的基准边的数量为一个或多个。
3.如权利要求1所述的机台健康监测方法,其特征在于,当判断所述危险值指数未超过相应的预设阈值时,所述方法还包括步骤:
依据多个实际坐标值计算X负向、X正向、Y负向、Y正向中至少一个的平均值偏差;
判断所述平均值偏差是否超出允许误差;
当判断所述平均值偏差超出允许误差时,将所述平均值偏差远程写入所述机台进行补正。
4.如权利要求1所述的机台健康监测方法,其特征在于,在“获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值”的步骤之后,所述方法还包括:
依据多个所述实际坐标值生成折线分布图,以分析所述机台的稳定性。
5.一种机台健康监测装置,与至少一个机台通信连接,所述机台上装设有一用于固定产品的治具,所述治具上设有至少一个固定孔,其特征在于,所述机台健康监测装置包括处理器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如下步骤:
获取多次加工过程中至少一个所述固定孔的实际坐标值;
依据多个所述实际坐标值和预设的标准值计算所述固定孔的坐标在至少一个轴向的标准偏差值,并依据所述标准偏差值和预设的公差计算至少一个轴向的危险值指数,其中所述轴向包括X轴向和Y轴向,所述X轴向包括X正向和X负向,所述Y轴向包括Y正向和Y负向,所述标准偏差值包括正向的第一数值和负向的第二数值,所述X轴向的危险值指数=[X-,X+]*[GX-,GX+]T,Y轴向的危险值指数=[Y-,Y+]*[GY-,GY+]T,其中,X-、X+、Y-、Y+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的标准偏差值,GX-、GX+、GY-、GY+分别为X负向、X正向、Y负向、Y正向的公差;
判断所述危险值指数是否超过相应的预设阈值;
当判断所述危险值指数超过相应的预设阈值时,向所述机台发出稳定性异常的预警信息。
6.如权利要求5所述的机台健康监测装置,其特征在于,所述固定孔的实际坐标值包括所述固定孔分别在X正向、X负向、Y正向和Y负向到相应基准边的距离,X正向、X负向、Y正向和Y负向上的基准边的数量为一个或多个。
7.如权利要求5所述的机台健康监测装置,其特征在于,当判断所述危险值指数未超过相应的预设阈值时,所述处理器还用于执行如下步骤:
依据多个实际坐标值计算X负向、X正向、Y负向、Y正向中至少一个的平均值偏差;
判断所述平均值偏差相对于预设的实际值偏差是否超出允许误差;
当判断所述平均值偏差相对于预设的实际值偏差超出允许误差时,将所述平均值偏差写入所述机台进行补正。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的机台健康监测方法。
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