數控工具機熱誤差測量集成系統的製作方法
2023-05-03 18:06:16
專利名稱：數控工具機熱誤差測量集成系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及數控工具機熱誤差補償技術，更具體地說是一種能實時多通道數據採集及處理的數控工具機熱誤差測量集成系統。
背景技術：
數控工具機是工業現代化的基石，高速、精密和超精密加工技術已成為現代機械製造中最重要的組成部分和發展方向。在我國，現階段數控工具機熱誤差測量的所有系統中都是對工具機中溫度值和熱位移變形量分別進行測量，如申請號為ZL2009100502897、名稱為「位移測量系統及其測量方法」 的中國專利說明書中公開了一種位移測量系統，包括微處理器及與微處理器相連接的顯示裝置和鍵盤，通過這一系統實現對位移測量方向進行選擇和對多個區間測量值的位移測量誤差補償值的補償；申請號ZL200410006419、名稱為「一種溫度測量系統及方法」的中國專利申請說明書中公開的系統包括處理器、一個以上的測溫單元、顯示單元、輸入單元和通信接口單元，用於實現數位化測量溫度。這兩個專利文獻中記載的技術方案都是可以實現單獨對數控工具機的溫度和位移測量，但無法滿足數控工具機熱誤差測量所需的同時獲得熱位移量和溫度值功能，且不具備實時誤差建模功能。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種簡單實用、低成本、高精度的數控工具機熱誤差測量集成系統，為數控工具機熱誤差補償研究及應用給予試驗裝置的支持。本發明為技術問題採用如下技術方案本發明數控工具機熱誤差測量集成系統的結構特點是由溫度測量單元、熱位移測量單元、工控機和顯示單元共同構成；所述溫度測量單元是在數控工具機各溫度敏感點上設置溫度傳感器，所述溫度傳感器輸出的溫度檢測信號經溫度變送器信號放大後由數據採集卡獲得溫度檢測數據；在所述熱位移測量單元中，設置電感式位移傳感器用於測量數控工具機的主軸熱位移變形量，所述主軸熱位移變形量經位移變送器信號放大後由數據採集卡獲得熱位移變形量檢測數據；設置所述主軸熱位移變形量與溫度檢測信號為同時採樣，實時保存在同一臺工控機中，並通過顯示單元對於溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據進行實時顯示；所述工控機針對實時保存的各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據，利用熱誤差函數進行實時階段性建模並進行各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據的精度評定， 判斷模型的穩定性及精度。本發明數控工具機熱誤差測量集成系統的結構特點也在於所述溫度傳感器設置為磁吸附式結構，由前端可用於吸附的永磁頭和緊貼永磁頭設置的溫度敏感器件構成。
設置用於固定各電感傳感器的一體化夾具，在所述一體化夾具上，各電感傳感器與作為被測對象的主軸之間的距離通過夾具上的調節螺杆可以調節。與已有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明提供了一種專用的數控工具機熱誤差補償設備，為數控工具機熱誤差補償研究及應用給予了試驗裝置的支持。2、本發明設置實時顯示功能模塊，系統在進行溫度及熱位移採樣的同時，操作界面上的各溫度數值及位移值顯示框實時顯示測量數值，點擊需要查詢的顯示框，則該框所採樣數據以坐標曲線圖形方式實時顯示該點溫度或熱位移變化規律，便於試驗人員及時發現試驗進展及可能出現的故障問題，保證試驗的順利進行。3、本發明利用系統內的數學建模參數評價單元可對階段性建模參數進行精度評定，判斷模型的穩定性及精度，解決採樣數據量不同造成的建模精度的損失及穩定性問題。 這種建模和自我評價功能實時性強、精度高、穩定性，對使用者科研水平要求低，便於推廣使用；可根據需要進行實時階段性最佳溫度點選取及建模並給予顯示。4、本發明中採用磁吸附式溫度傳感器，便於數控工具機上任意位置上的安置，簡單方便、性能可靠。5、本發明中採用電感傳感器價格低、精度高；其一體化夾具、結構簡單、工作可靠， 實際應用中可簡單快捷地調節電感傳感器與測量對象的距離，達到最佳測量區域，極大的節約了測量調試時間。
圖1為本發明系統構成方框圖；圖2為本發明溫度傳感器結構示意圖；圖3為本發明電感式位移傳感器安裝示意圖；圖4為本發明一體化夾具在數控工具機上的安裝示意圖。圖中標號1永磁頭；2溫度敏感器件；3支撐板；4導向塊；5限位塊；6電感傳感器；7調節螺杆；8主軸；9工作檯；10 —體化夾具；11壓板。
具體實施例方式參見圖1，本實施例中的數控工具機熱誤差測量集成系統是由溫度測量單元、熱位移測量單元、工控機和顯示單元共同構成；溫度測量單元是在數控工具機各溫度敏感點上設置溫度傳感器，溫度傳感器輸出的溫度檢測信號經溫度變送器信號放大後由數據採集卡獲得溫度檢測數據；在熱位移測量單元中，設置電感式位移傳感器用於測量數控工具機的主軸熱位移變形量，主軸熱位移變形量經位移變送器信號放大後由數據採集卡獲得熱位移變形量檢測數據；設置主軸熱位移變形量與溫度檢測信號為同時採樣，實時保存在同一臺工控機中，並通過顯示單元對於溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據進行實時顯示；工控機針對實時保存的各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據，利用熱誤差函數進行實時階段性建模並進行各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據的精度評定，判斷模型的穩定性及精度。
系統中的實時顯示功能可以實現在進行溫度及熱位移採樣的同時，實時顯示測量數值，以便於試驗人員及時發現試驗進展及可能出現的故障問題，保證試驗的順利進行。參見圖2，溫度傳感器設置為磁吸附式結構，由前端可用於吸附的永磁頭1和緊貼永磁頭1設置的溫度敏感器件2構成，要求溫度傳感器2緊貼磁吸頭1，以免熱傳導損失嚴重。這一結構形式較之傳統的膠貼式溫度傳感器比較，安裝準確快速、操作簡單。傳統的膠貼式傳感器往往由於工具機表面油汙重，容易脫落，且不易被發現。參見圖3、圖4，設置用於固定各電感式位移傳感器6的一體化夾具10，一體化夾具 10是在支撐板3上，電感式位移傳感器6由導向塊4和限位塊5共同夾持，設置在支撐板3 上的調節螺杆7通過限位塊5可以調節電感式位移傳感器6與被測對象的距離。測量中， 一體體夾具10是由壓板11固定設置在工作檯9。具體操作1、將磁吸附式溫度傳感器吸附在數控工具機的溫度敏感點位置上，通常是在熱源附近，並通過溫度變送器進行信號處理，輸出至數據採集卡(圖1所示)；2、將固定設置有電感式位移傳感器的一體化夾具10放置在數控工具機的工作檯9 中心位置上，以數控加工中心為例，調節各電感式位移傳感器6與主軸8處於合適的距離， 即電感式位移傳感器6被主軸8壓縮到量程範圍的中間位置，確定主軸8的空間坐標，並以此作為熱位移測量坐標點，同時將電感式位移傳感器值回零。利用壓板11將一體化夾具10 夾緊固定在工作檯9上，保證電感式位移傳感器與主軸的空間位置相對固定。3、數控工具機主軸8以設定轉速旋轉，比如設置轉速為1800轉/分；每隔3分鐘的時間，主軸停轉，並將主軸移動至熱位移測量坐標點處，工控機同時採樣各點溫度值及熱位移誤差值，並進行存儲。採樣期間可隨時在數控工具機工作狀態下通過顯示單元查驗各溫度點及熱位移變動曲線，確定採樣數據的可靠性。4、利用熱誤差函數，在實驗進行一段時間後，實時進行最佳溫度點選取及建立數學模型，顯示模型參數，同時進行參數評定，確定參數變動量是否超出標準，如果超出標準， 說明所採樣數據的穩定性比較差，可考慮停止實驗，所建立的數學模型可以通過後續數控工具機嵌入技術，實現對數控工具機熱誤差補償功能。
權利要求
1.一種數控工具機熱誤差測量集成系統，其特徵是由溫度測量單元、熱位移測量單元、工控機和顯示單元共同構成；所述溫度測量單元是在數控工具機各溫度敏感點上設置溫度傳感器，所述溫度傳感器輸出的溫度檢測信號經溫度變送器信號放大後由數據採集卡獲得溫度檢測數據；在所述熱位移測量單元中，設置電感式位移傳感器用於測量數控工具機的主軸熱位移變形量，所述主軸熱位移變形量經位移變送器信號放大後由數據採集卡獲得熱位移變形量檢測數據；設置所述主軸熱位移變形量與溫度檢測信號為同時採樣，實時保存在同一臺工控機中，並通過顯示單元對於溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據進行實時顯示；所述工控機針對實時保存的各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據，利用熱誤差函數進行實時階段性建模並進行各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據的精度評定，判斷模型的穩定性及精度。
2.根據權利要求1所述的數控工具機熱誤差測量集成系統，其特徵是所述溫度傳感器設置為磁吸附式結構，由前端可用於吸附的永磁頭(1)和緊貼永磁頭(1)設置的溫度敏感器件⑵構成。
3.根據權利要求1所述的數控工具機熱誤差測量集成系統，其特徵是設置用於固定各電感傳感器(6)的一體化夾具，在所述一體化夾具上，各電感傳感器(6)與作為被測對象的主軸之間的距離通過夾具上的調節螺杆(7)可以調節。
全文摘要
本發明公開了一種數控工具機熱誤差測量集成系統，其特徵是由溫度測量單元、熱位移測量單元、工控機和顯示單元共同構成；工控機針對實時保存的各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據，利用熱誤差函數進行實時階段性建模並進行各溫度檢測數據及熱位移變形量檢測數據的精度評定，判斷模型的穩定性及精度。本發明系統簡單實用、低成本、高精度，為數控工具機熱誤差補償研究及應用給予試驗裝置的支持。
文檔編號G05B19/404GK102176135SQ20111003356
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月30日 優先權日2011年1月30日
發明者卞小強, 洪佔勇, 苗恩銘, 趙德友, 郭裕聰, 顏焱 申請人:合肥工業大學