專利名稱：數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)是一種集光機(jī)電于一體的，廣泛應(yīng)用于軍用和民事工業(yè)設(shè)備中的功能性單元。數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)在其使用的過(guò)程中，由于普遍存在的機(jī)械摩擦及電熱能的轉(zhuǎn)化，不可避免的出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，引起轉(zhuǎn)臺(tái)溫度的上升。這種溫度的上升勢(shì)必會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度產(chǎn)生影響。為了能夠測(cè)試數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度隨溫度的變化情況，以便數(shù)控系統(tǒng)分析數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的熱穩(wěn)定性，需要對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的溫度以及定位精度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。目前，在工廠實(shí)踐中所采用的測(cè)量方式，一般是利用專門的測(cè)溫儀器和機(jī)床自帶的角位移測(cè)量裝置分別得到轉(zhuǎn)臺(tái)的溫度變化數(shù)據(jù)和角位移的數(shù)據(jù)。這樣由于溫度和角位移信號(hào)測(cè)取的不同步，對(duì)實(shí)時(shí)分析數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的溫升特性帶來(lái)困難。另外，現(xiàn)有的溫度測(cè)量?jī)x器往往只測(cè)量機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)表面溫度，沒(méi)有考慮環(huán)境溫度的影響，也沒(méi)有實(shí)時(shí)的對(duì)溫度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行誤差校正，這樣造成溫度測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確和儀器適應(yīng)環(huán)境能力差等。從實(shí)時(shí)精確分析轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性的角度出發(fā)，我們需要一種能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、同步測(cè)量數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度隨溫度變化情況的方法及其裝置，來(lái)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的溫升特性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試方法及其裝置由于溫度和角位移信號(hào)測(cè)取的不同步以及溫度測(cè)取的不準(zhǔn)確所帶來(lái)的對(duì)精確分析數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的溫升特性的困難，提出了數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試方法及其裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所述的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置，包括角位移測(cè)量單元、溫度測(cè)量單元、信息處理單元和輔助功能單元，其特征在于，所述角位移測(cè)量單元和溫度測(cè)量單元分別和信息處理單元通過(guò)總線連接，所述輔助功能單元和信息處理單元電氣連接；所述溫度測(cè)量單元包括紅外透鏡、光隔離器、主要光電探測(cè)器、參考光電探測(cè)器和環(huán)境溫度傳感器；所述信息處理單元包括顯示功能模塊、放大濾波模塊和PLC ；所述輔助功能單元包括接口電路模塊和電源模塊；上述溫度測(cè)量單元的紅外透鏡和光隔離器連接，主要光電探測(cè)器、參考光電探測(cè)器和環(huán)境溫度傳感器分別與信息處理單元的放大濾波模塊連接，放大濾波模塊和顯示功能模塊分別與PLC連接；所述接口電路模塊、電源模塊分別和信息處理單元連接；所述接口電路模塊和電源模塊連接。為了進(jìn)一步提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，在所述溫度測(cè)量單元和信息處理單元之間還連接有溫度誤差校正單元；所述溫度誤差校正單元分別與角位移測(cè)量單元、信息處理單元連接構(gòu)成一個(gè)反饋校正系統(tǒng)。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型將利用信息處理單元中的PLC對(duì)同步獲取的角位移信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算分析，同時(shí)溫度誤差校正單元將PLC對(duì)參考信號(hào)和環(huán)境溫度信號(hào)的比較結(jié)果作為對(duì)溫度測(cè)量單元校正的依據(jù)而實(shí)施校正，提高了數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。此外，還可以根據(jù)不同的使用環(huán)境而重新設(shè)置參數(shù)值，增強(qiáng)了數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置適應(yīng)環(huán)境的能力。

圖1數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)圖。圖3數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試主流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，一種帶有溫度誤差校正的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置，包括角位移測(cè)量單元1、溫度測(cè)量單元 2、信息處理單元4、輔助功能單元5，如圖2所示，角位移測(cè)量單元1和溫度測(cè)量單元2分別和信息處理單元4通過(guò)總線連接；所述溫度測(cè)量單元2包括紅外透鏡21、光隔離器22、 主要光電探測(cè)器23、參考光電探測(cè)器M和環(huán)境溫度傳感器25 ；所述信息處理單元4包括顯示功能模塊41、放大濾波模塊42和PLC43(可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller)；所述紅外透鏡21和光隔離器22連接，主要光電探測(cè)器23、參考光電探測(cè)器 24和環(huán)境溫度傳感器25分別與信息處理單元4的放大濾波模塊42連接，放大濾波模塊42 和顯示功能模塊41分別與信息處理單元4的PLC43連接；所述輔助功能單元5和信息處理單元2連接；所述輔助功能單元5包括接口電路模塊51和電源模塊52 ；所述接口電路模塊 51、電源模塊52分別和信息處理單元2連接；所述接口電路模塊51和電源模塊52連接。為了進(jìn)一步提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，在所述溫度測(cè)量單元2和信息處理單元4之間還連接有溫度誤差校正單元3 ；所述溫度誤差校正單元3分別與角位移測(cè)量單元1、信息處理單元4連接構(gòu)成一個(gè)反饋校正系統(tǒng)。上述各單元功能描述如下角位移測(cè)量單元1，用于檢測(cè)數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)在數(shù)控系統(tǒng)指令的驅(qū)使下轉(zhuǎn)過(guò)的實(shí)際角位移并將角位移信號(hào)送入信息處理單元4 ；溫度測(cè)量單元2，用于將轉(zhuǎn)臺(tái)表面的紅外信號(hào)獲取并分隔為主要信號(hào)和參考信號(hào)， 同時(shí)將獲取的信號(hào)送入信息處理單元4 ；溫度誤差校正單元3，用于在接收到信息處理單元4的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)后對(duì)溫度測(cè)量單元2中由于光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部輻射和測(cè)試電路的漂移所帶來(lái)的誤差實(shí)施校正；信息處理單元4，主要用于對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波并進(jìn)行溫度、定位精度、 溫度測(cè)量誤差計(jì)算，分析數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的溫升特性，驅(qū)動(dòng)顯示功能模塊顯示溫升特性，驅(qū)動(dòng)控制溫度誤差校正單元3 ；輔助功能單元5，主要用于數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置與數(shù)控系統(tǒng)通信并給該裝置提供電源。上述數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試方法包括如下步驟，如圖3所示步驟1.參數(shù)調(diào)整在使用數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置前和過(guò)程中，可以根據(jù)不同的使用環(huán)境，溫度測(cè)量單元的安裝位置重新調(diào)整參數(shù)d、τ αλ、ε αλ以及Er的值。[0021]步驟2.紅外信號(hào)獲取溫度測(cè)量單元2中的紅外透鏡21將轉(zhuǎn)臺(tái)表面的紅外光線聚焦并送入光隔離器22。步驟3.紅外信號(hào)分離與感測(cè)光隔離器22將紅外信號(hào)分隔為主要信號(hào)和參考信號(hào)，分別用主要光電探測(cè)器23和參考光電探測(cè)器M感測(cè)并送入信息處理單元4的放大濾波模塊42。步驟4.環(huán)境溫度信號(hào)獲取環(huán)境溫度傳感器將數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)周圍所處的環(huán)境溫度感測(cè)并送入信息處理單元4的放大濾波模塊42。步驟5.角位移信號(hào)獲取采用編碼器將數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的角位移感測(cè)送入信息處理單元4的放大濾波模塊42。在上述過(guò)程中，步驟2，4，5同步進(jìn)行。步驟6.信號(hào)處理放大濾波模塊0 分別對(duì)獲得的主要信號(hào)、參考信號(hào)、環(huán)境溫度信號(hào)、角位移信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理后送入信息處理單元4的PLC43。步驟7.溫度計(jì)算PLC中的CPU(中央處理單元)將得到的主要電信號(hào)數(shù)據(jù)和環(huán)境溫度信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)下述公式(1)計(jì)算得出數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的表面溫度；V=A；{r. AT) + i — β； ι — [UJJ:. jj Yd/.公式(I)其中，Ay為紅外透鏡的面積；A。為紅外測(cè)溫器最小空間張角所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)可視面積；d為目標(biāo)到紅外透鏡的距離 ’ τ “為環(huán)境的光透射率；ε λ為轉(zhuǎn)臺(tái)表面輻射率；T為轉(zhuǎn)臺(tái)表面溫度；TU為環(huán)境溫度；α λ為光電探頭吸收率 ’ ε “為環(huán)境發(fā)射率；Y為光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)度；λ為波長(zhǎng)；V為光電探測(cè)器感測(cè)到的電壓信號(hào)。以及不同特性波的波長(zhǎng)計(jì)算出數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的表面溫度T和參考溫度Τ。。步驟8.定位精度計(jì)算PLC中的CPU將得到角位移信號(hào)數(shù)據(jù)和數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)給定的角位移指令信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算得出數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度。步驟9.溫升特性分析PLC中的CPU將記錄在不同指令要求和一定的時(shí)間間隔內(nèi)，定位精度隨溫度變化的數(shù)據(jù)，并建立關(guān)系函數(shù)進(jìn)行比較分析，得出數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度隨溫度的變化情況并送入PLC43中的存儲(chǔ)器。步驟10.溫升特性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)PLC43中的存儲(chǔ)器將分析所得的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便提供給數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的熱穩(wěn)定性分析。步驟11.溫升特性顯示PLC43中的驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給顯示功能模塊，使其顯示數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度隨溫度的變化情況。為了使轉(zhuǎn)臺(tái)表面的溫度測(cè)量更準(zhǔn)確，在上述方案的技術(shù)上，在進(jìn)行步驟7的同時(shí)， 還進(jìn)行包括步驟12.溫度誤差計(jì)算PLC中的CPU將得到的環(huán)境溫度信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行比較，計(jì)算出溫度測(cè)量誤差Erl。步驟13.溫度誤差校正如果溫度測(cè)量誤差Erl大于溫度測(cè)量誤差限Er，PLC43中的CPU將發(fā)出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)給溫度誤差校正單元3，溫度誤差校正器及時(shí)校正由于光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部輻射和測(cè)試電路的漂移所帶來(lái)的誤差。為了使數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的熱穩(wěn)定性，在進(jìn)行步驟11的同時(shí)，還進(jìn)行步驟14.溫升特性數(shù)據(jù)反饋數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的溫升特性測(cè)試裝置還可將測(cè)量、分析得到的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的溫升特性數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，以便分析數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的熱穩(wěn)定性。本步驟為可選步驟。該步驟圖3中未示出。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置，包括角位移測(cè)量單元(1)、溫度測(cè)量單元O)、信息處理單元(4)和輔助功能單元(5)，其特征在于，所述角位移測(cè)量單元(1)和溫度測(cè)量單元⑵分別和信息處理單元⑷通過(guò)總線連接，所述輔助功能單元(5)和信息處理單元 ⑵電氣連接；所述溫度測(cè)量單元⑵包括紅外透鏡(21)、光隔離器(22)、主要光電探測(cè)器 (23)、參考光電探測(cè)器04)和環(huán)境溫度傳感器0 ；所述信息處理單元(4)包括顯示功能模塊(41)、放大濾波模塊02)和PLC(43)；所述輔助功能單元(5)包括接口電路模塊(51) 和電源模塊(52)；上述溫度測(cè)量單元的紅外透鏡和光隔離器02)連接，主要光電探測(cè)器(23)、參考光電探測(cè)器04)和環(huán)境溫度傳感器0 分別與信息處理單元(4)的放大濾波模塊0 連接，放大濾波模塊0 和顯示功能模塊Gl)分別與PLC(4;3)連接； 所述接口電路模塊(51)、電源模塊(5 分別和信息處理單元( 連接；所述接口電路模塊 (51)和電源模塊(52)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置，其特征在于，在所述溫度測(cè)量單元( 和信息處理單元(4)之間還連接有溫度誤差校正單元(3)；所述溫度誤差校正單元(3)分別與角位移測(cè)量單元(1)、信息處理單元(4)連接構(gòu)成一個(gè)反饋校正系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試裝置，包括角位移測(cè)量單元、溫度測(cè)量單元、信息處理單元和輔助功能單元，所述角位移測(cè)量單元和溫度測(cè)量單元分別和信息處理單元通過(guò)總線連接，所述輔助功能單元和信息處理單元電氣連接；所述溫度測(cè)量單元包括紅外透鏡、光隔離器、主要光電探測(cè)器、參考光電探測(cè)器和環(huán)境溫度傳感器；所述信息處理單元包括顯示功能模塊、放大濾波模塊和PLC；所述輔助功能單元包括接口電路模塊和電源模塊；上述溫度測(cè)量單元的紅外透鏡和光隔離器連接，主要光電探測(cè)器、參考光電探測(cè)器和環(huán)境溫度傳感器分別與信息處理單元的放大濾波模塊連接。本實(shí)用新型的有益效果提高了數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)溫升特性測(cè)試的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
文檔編號(hào)B23Q17/00GK201997995SQ20112007843
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者唐傳勝, 廖敏, 戴躍洪, 甄文喜, 郝康琦, 黎亞元 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)