一種基于wsn的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，包括依次相連的無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、控制中心、補(bǔ)償信號(hào)接收裝置和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。所述基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)安裝在機(jī)床上的溫度傳感器對(duì)機(jī)床溫度進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊和微控制單元模塊得到實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)；再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)至匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)收集多個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯總后傳遞至控制中心；控制中心利用熱誤差補(bǔ)償模型計(jì)算出熱誤差補(bǔ)償值，再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將熱誤差補(bǔ)償值發(fā)送到機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)；機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)熱誤差補(bǔ)償值，利用坐標(biāo)原點(diǎn)偏移原理調(diào)整機(jī)床相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的位置，從而實(shí)現(xiàn)誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
【專利說(shuō)明】
一種基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控機(jī)床是機(jī)械加工現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)，機(jī)床加工精度是機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，機(jī)床各部件不均衡溫升引起的熱誤差使得刀具和工件之間的相對(duì)正確位置發(fā)生了變化，從而造成零件的加工誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)控機(jī)床熱誤差約占總誤差的50%?70 %。對(duì)加工系統(tǒng)有效地進(jìn)行實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]熱誤差補(bǔ)償技術(shù)是通過(guò)研究數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)熱特性，建立熱誤差補(bǔ)償策略，減少熱誤差影響，提高數(shù)控機(jī)床精度。在工程實(shí)驗(yàn)中，從有限的溫度測(cè)點(diǎn)中辨識(shí)出幾個(gè)溫度關(guān)鍵點(diǎn)即熱敏感點(diǎn)，建立熱誤差補(bǔ)償模型。將熱誤差模型導(dǎo)入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)熱敏感點(diǎn)的溫度值檢測(cè)后得出的熱誤差補(bǔ)償量分配到各個(gè)軸，從而完成熱誤差補(bǔ)償。
[0004]工業(yè)無(wú)線技術(shù)已成為當(dāng)今流行趨勢(shì)的主導(dǎo)，是繼現(xiàn)場(chǎng)總線之后工業(yè)控制領(lǐng)域的又一個(gè)新興熱點(diǎn)技術(shù)，同時(shí)也是未來(lái)幾年工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)或數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)，在某些工業(yè)環(huán)境禁止使用電纜或很難使用電纜的情況下，有線局域網(wǎng)的使用就會(huì)受到限制，此時(shí)無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)得到了充分的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。由無(wú)線局域網(wǎng)組建的網(wǎng)絡(luò)，具備有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì):無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更適合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用;不需布線，從而省去了施工的麻煩和降低了成本;覆蓋范圍廣，無(wú)線局域網(wǎng)在空間開(kāi)放的地方覆蓋半徑為550米左右，室內(nèi)覆蓋半徑一般為300?400米。
[0005]WSN(無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))是無(wú)線Ad-Hoc(自組織對(duì)等式多跳移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要研究分支，是隨著MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))、傳感技術(shù)、無(wú)線通訊和數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的信息獲取和處理模式。它是由隨機(jī)分布的傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，WSN具有造價(jià)低、規(guī)模大、分布式模式、無(wú)需布線、節(jié)約成本、面向具體應(yīng)用、配置靈活、工作頻段無(wú)需申請(qǐng)和付費(fèi)、支持硬件加密等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)在很多領(lǐng)域進(jìn)行了成功的應(yīng)用，比如軍事應(yīng)用、工業(yè)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集等。
[0006]目前對(duì)機(jī)床熱誤差補(bǔ)償?shù)难芯砍晒泻芏?，但存在以下不?1.傳統(tǒng)的有線形式溫度監(jiān)測(cè)實(shí)施困難，數(shù)據(jù)傳輸不方便，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床整機(jī)溫度場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè);2.目前尚沒(méi)有通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)床整機(jī)溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)的傳輸和實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償信號(hào)收發(fā)的技術(shù)的研究應(yīng)用。因此亟需設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種專門用于數(shù)控機(jī)床的溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，既能滿足實(shí)際需要，又能降低成本，適用于機(jī)床企業(yè)針對(duì)批量生產(chǎn)的機(jī)床進(jìn)行溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提出一種基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)床整機(jī)溫度場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)實(shí)施困難，數(shù)據(jù)傳輸不方便的問(wèn)題。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0009]一種基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，包括機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，還包括WSN應(yīng)用平臺(tái)，所述WSN應(yīng)用平包括依次相連的無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、控制中心、補(bǔ)償信號(hào)接收裝置;所述無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)采集機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)溫度信息并將信息傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn);所述匯聚節(jié)點(diǎn)收集多個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯總后傳遞至控制中心;所述控制中心利用從匯聚節(jié)點(diǎn)接收到的溫度信號(hào)，對(duì)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警報(bào);通過(guò)熱誤差補(bǔ)償模型計(jì)算出熱誤差補(bǔ)償值，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給補(bǔ)償信號(hào)接收裝置;所述補(bǔ)償信號(hào)接收裝置從控制中心接收熱誤差補(bǔ)償信號(hào)，并將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給機(jī)床數(shù)控系統(tǒng);所述機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)熱誤差補(bǔ)償值調(diào)整機(jī)床相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的位置，從而實(shí)現(xiàn)熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
[0010]優(yōu)選地，所述無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)包含有電源模塊、溫度傳感模塊、MCU模塊及無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊;所述電源模塊分別與溫度傳感模塊、MCU模塊及無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接;MCU模塊分別與溫度傳感模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接;所述電源模塊負(fù)責(zé)為節(jié)點(diǎn)內(nèi)各個(gè)模塊提供電能；所述溫度傳感模塊負(fù)責(zé)采集機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)溫度信息并將信息傳輸給MCU模塊;所述MCU模塊負(fù)責(zé)處理溫度傳感模塊收集的信息，包括數(shù)據(jù)處理、關(guān)鍵數(shù)據(jù)暫存及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊;所述無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊負(fù)責(zé)將溫度信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述電源模塊采用紐扣電池供電，包括紐扣電池座和電壓轉(zhuǎn)換模塊。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述溫度傳感模塊采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述MCU模塊及無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊采用CC2530核心模塊替代，并增加一個(gè)JTAG接口。
[0015]優(yōu)選地，所述匯聚節(jié)點(diǎn)包含電源模塊、MCU模塊及無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊；用于收集多個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸與處理，對(duì)當(dāng)前機(jī)床狀態(tài)進(jìn)行初步估計(jì)，同時(shí)將數(shù)據(jù)匯總后傳遞至控制中心;所述電源模塊分別與MCU模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接;所述MCU模塊與無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接。
[0016]優(yōu)選地，所述控制中心包括無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊、M⑶模塊和計(jì)算機(jī)，利用從匯聚節(jié)點(diǎn)接收到的溫度信號(hào)，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法分析節(jié)點(diǎn)間的參數(shù)特點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警報(bào);通過(guò)熱誤差補(bǔ)償模型計(jì)算出熱誤差補(bǔ)償值，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給補(bǔ)償信號(hào)接收裝置。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述熱誤差補(bǔ)償模型是根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論對(duì)誤差數(shù)據(jù)作相關(guān)分析，用最小二乘法及回歸原理進(jìn)行擬合建模得到的。
[0018]優(yōu)選地，所述補(bǔ)償信號(hào)接收裝置包括依次相連的無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊與MCU模塊，與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)相連并由兩者間的接口供電，從控制中心接收熱誤差補(bǔ)償信號(hào)，并將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)寫(xiě)入暫存器中，然后利用坐標(biāo)原點(diǎn)偏移原理根據(jù)熱誤差補(bǔ)償值調(diào)整機(jī)床相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的位置，從而實(shí)現(xiàn)熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0020]本發(fā)明的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合方式，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將置于機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)的溫度傳感器獲得的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)傳送到控制中心，控制中心再利用機(jī)床熱誤差模型計(jì)算出熱誤差補(bǔ)償值，再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將補(bǔ)償信號(hào)反饋給機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償，克服了傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)采集方式布線不方便、惡劣環(huán)境下難以采集數(shù)據(jù)的困難，顯著提高機(jī)床加工精度。
[0021]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案具有如下優(yōu)點(diǎn):采用無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)溫度信息進(jìn)行采集，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)小巧，布置靈活方便。
[0022]本發(fā)明的另一優(yōu)選方案還進(jìn)一步具有如下優(yōu)點(diǎn):控制中心利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法分析節(jié)點(diǎn)間的參數(shù)特點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行診斷，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警報(bào)，以保證所采數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)模型示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例溫度傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例溫度傳感器節(jié)點(diǎn)在機(jī)床主軸上的安裝示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明機(jī)床溫度場(chǎng)與熱變形關(guān)系圖；
[0028]圖6為本發(fā)明的工作流程圖。
[0029]其中，1-第一溫度傳感器節(jié)點(diǎn)布置點(diǎn)；2-第二溫度傳感器節(jié)點(diǎn)布置點(diǎn)；3-第三溫度傳感器節(jié)點(diǎn)布置點(diǎn);4-第四溫度傳感器節(jié)點(diǎn)布置點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0031]本發(fā)明提出的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，是基于所開(kāi)發(fā)的WSN應(yīng)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
[0032]本發(fā)明提出一種基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，包括機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，還包括WSN應(yīng)用平臺(tái)，所述WSN應(yīng)用平包括依次相連的無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、控制中心、補(bǔ)償信號(hào)接收裝置。
[0033]同時(shí)基于所搭建的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)，開(kāi)發(fā)配套的應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。應(yīng)用系統(tǒng)主要包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)層、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層。其中，應(yīng)用層具有系統(tǒng)管理、模型定義、智能辨識(shí)、策略優(yōu)化等模塊；網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)層是聯(lián)系應(yīng)用層以及數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層的橋梁，主要實(shí)現(xiàn)位置確定、分布式信息處理、時(shí)間同步等功能。數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層是應(yīng)用平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的場(chǎng)所，用于平臺(tái)從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點(diǎn)獲取實(shí)時(shí)參數(shù)，同時(shí)構(gòu)建機(jī)床切削過(guò)程的預(yù)測(cè)模型庫(kù)和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0034]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，首先按照?qǐng)D3設(shè)計(jì)并制出了無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)。圖3為本發(fā)明實(shí)施例溫度傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)示意圖。
[0035]該節(jié)點(diǎn)包括CC2530核心模塊、DS18B20溫度傳感模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、JTAG接口、紐扣電池座。JTAG接口的主要功能是下載調(diào)試程序。所述節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)小巧，采用紐扣電池供電，無(wú)需外接電纜，采用基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，因此能夠方便地在機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)處布置。
[0036]當(dāng)對(duì)機(jī)床主軸系統(tǒng)進(jìn)行溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)與熱誤差補(bǔ)償時(shí)，溫度傳感器節(jié)點(diǎn)布置方式如圖4所示。具體為:第三溫度傳感器節(jié)點(diǎn)3放置在主軸端蓋圓柱面的最下端、X軸正向最大坐標(biāo)位置;第四溫度傳感器節(jié)點(diǎn)4放置在主軸箱最下端的水平平面、y軸負(fù)向最大坐標(biāo)位置;第二溫度傳感器節(jié)點(diǎn)2放置在第四溫度傳感器節(jié)點(diǎn)4的z軸正向上、與上軸承在同一水平直線的位置。另外，還要在床身上遠(yuǎn)離機(jī)床內(nèi)部熱源的任意位置布置第一溫度傳感器節(jié)點(diǎn)I測(cè)量環(huán)境溫度變化?？刂浦行膶?duì)所布置的溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警報(bào)，以保證所采數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，被監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)之間存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，它們反映出的狀態(tài)間也存在著一定的相似性，因此可以利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法分析節(jié)點(diǎn)間的參數(shù)特點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行診斷。
[0037]在進(jìn)行機(jī)床熱誤差補(bǔ)償之前，需要構(gòu)建機(jī)床溫度場(chǎng)與熱變形之間耦合關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。溫度場(chǎng)與熱變形之間的關(guān)系如圖5所示。采用試驗(yàn)建模法，即根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論對(duì)誤差數(shù)據(jù)作相關(guān)分析，用最小二乘法及回歸原理進(jìn)行擬合建模，從而得到數(shù)學(xué)模型也即熱誤差補(bǔ)償模型，再根據(jù)所采集的機(jī)床整機(jī)溫度數(shù)據(jù)計(jì)算熱誤差補(bǔ)償值。
[0038]溫度傳感器節(jié)點(diǎn)采集的溫度數(shù)據(jù)將按照?qǐng)D6所示流程最終被用于完成熱誤差補(bǔ)償。圖6為本發(fā)明的工作流程圖。
[0039]基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)工作流程是:
[0040]溫度數(shù)據(jù)在溫度傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)初步處理和關(guān)鍵數(shù)據(jù)暫存后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn);匯聚節(jié)點(diǎn)收集多個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與處理，對(duì)當(dāng)前機(jī)床狀態(tài)進(jìn)行初步估計(jì)，同時(shí)將數(shù)據(jù)匯總后傳遞至控制中心;控制中心利用從匯聚節(jié)點(diǎn)接收到的溫度信號(hào)，通過(guò)熱誤差模型計(jì)算出熱誤差補(bǔ)償值，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給補(bǔ)償信號(hào)接收裝置；同時(shí)控制中心還利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法分析節(jié)點(diǎn)間的參數(shù)特點(diǎn)，對(duì)所布置的溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警報(bào)，以保證所采數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性;補(bǔ)償信號(hào)接收裝置與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)相連，從控制中心接收熱誤差補(bǔ)償信號(hào)，并將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)寫(xiě)入暫存器中，再發(fā)送給機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)利用坐標(biāo)原點(diǎn)偏移原理根據(jù)熱誤差補(bǔ)償值調(diào)整機(jī)床相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的位置，最終實(shí)現(xiàn)熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
[0041 ]本發(fā)明已經(jīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證，所述功能都全部實(shí)現(xiàn)，具有性能可靠，準(zhǔn)確度高、成本低的特點(diǎn)。
[0042]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的/優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對(duì)這些已描述的實(shí)施例做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，包括機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:還包括WSN應(yīng)用平臺(tái)，所述WSN應(yīng)用平包括依次相連的無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、控制中心、補(bǔ)償信號(hào)接收裝置;所述無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)采集機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)溫度信息并將信息傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)；所述匯聚節(jié)點(diǎn)收集多個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯總后傳遞至控制中心;所述控制中心利用從匯聚節(jié)點(diǎn)接收到的溫度信號(hào)，對(duì)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警報(bào);通過(guò)熱誤差補(bǔ)償模型計(jì)算出熱誤差補(bǔ)償值，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給補(bǔ)償信號(hào)接收裝置;所述補(bǔ)償信號(hào)接收裝置從控制中心接收熱誤差補(bǔ)償信號(hào)，并將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給機(jī)床數(shù)控系統(tǒng);所述機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)熱誤差補(bǔ)償值調(diào)整機(jī)床相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的位置，從而實(shí)現(xiàn)熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)包含有電源模塊、溫度傳感模塊、MCU模塊及無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊;所述電源模塊分別與溫度傳感模塊、MCU模塊及無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接;MCU模塊分別與溫度傳感模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接;所述電源模塊負(fù)責(zé)為節(jié)點(diǎn)內(nèi)各個(gè)模塊提供電能;所述溫度傳感模塊負(fù)責(zé)采集機(jī)床熱關(guān)鍵點(diǎn)溫度信息并將信息傳輸給MCU模塊;所述MCU模塊負(fù)責(zé)處理溫度傳感模塊收集的信息，包括數(shù)據(jù)處理、關(guān)鍵數(shù)據(jù)暫存及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊;所述無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊負(fù)責(zé)將溫度信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊采用紐扣電池供電，包括紐扣電池座和電壓轉(zhuǎn)換模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度傳感模塊采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述MCU模塊及無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊用CC2530核心模塊替代，并增加一個(gè)JTAG接口。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述匯聚節(jié)點(diǎn)包含電源模塊、M⑶模塊及無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊;用于收集多個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸與處理，對(duì)當(dāng)前機(jī)床狀態(tài)進(jìn)行初步估計(jì)，同時(shí)將數(shù)據(jù)匯總后傳遞至控制中心;所述電源模塊分別與M⑶模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接;所述MCU模塊與無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊相連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述控制中心包括依次相連的無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊、MCU模塊和計(jì)算機(jī)，利用從匯聚節(jié)點(diǎn)接收到的溫度信號(hào)，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法分析節(jié)點(diǎn)間的參數(shù)特點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)并發(fā)出警報(bào);通過(guò)熱誤差補(bǔ)償模型計(jì)算出熱誤差補(bǔ)償值，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)發(fā)送給補(bǔ)償信號(hào)接收裝置。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述熱誤差補(bǔ)償模型是根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論對(duì)誤差數(shù)據(jù)作相關(guān)分析，用最小二乘法及回歸原理進(jìn)行擬合建模得到的。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的機(jī)床溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于:所述補(bǔ)償信號(hào)接收裝置包括依次相連的無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊與MCU模塊，與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)相連并由兩者間的接口供電，從控制中心接收熱誤差補(bǔ)償信號(hào)，并將熱誤差補(bǔ)償信號(hào)寫(xiě)入暫存器中，然后利用坐標(biāo)原點(diǎn)偏移原理根據(jù)熱誤差補(bǔ)償值調(diào)整機(jī)床相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的位置，從而實(shí)現(xiàn)熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK106094723SQ201610361501
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】許超, 馮平法, 黃雙剛, 葉健
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)深圳研究生院