[發明專利]一種機床主軸溫度測量裝置及其測量方法

無效

• 申請號: 201010565451.1
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102095511A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 孟慶豐;刁瑞朋;王培功
• 申請（專利權）人: 西安瑞特快速制造工程研究有限公司
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00;G08C17/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明主要涉及到機床主軸溫度監測領域，特指一種在線機床主軸溫度測量方法及裝置。

背景技術

現代機械工業的發展對機床的加工精度提出了越來越高的要求。影響高速機床加工精度的主要因素是熱誤差，約占機床總誤差的40％～70％。而主軸部件的熱變形誤差又是引起機床熱變形誤差的重要因素。主軸變形將嚴重降低機床的加工精度，造成較高的次品率，因此對主軸軸溫的測量顯得十分重要。

目前廣泛采用的一些主軸溫度測量方法很難直接測得機床主軸在運行狀態下的主軸軸心溫度。部分采用紅外非接觸測量，很難實現沿主軸軸向溫度分布的測量。針對目前主軸溫度監測系統的不足，本發明采用無線通信、數字溫度傳感器、單片機和串口通訊技術，開發了一種基于無線通信技術的機床主軸溫度測量方法及裝置。本方法和裝置可以直接測量機床在運行狀態下的主軸軸心溫度，以及溫度沿軸向的分布，為機床主軸溫度相關分析提供依據。

發明內容

針對現有技術的缺陷和不足，本發明提出了一種安裝方便、抗干擾能力強、測量精度高、響應速度快、適用范圍廣的機床主軸在線溫度測量方法及裝置。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：一種機床主軸溫度測量裝置，由溫度測量裝置、接收裝置和上位機組成；溫度測量裝置通過安裝裝置固定于被測主軸內部，通過數字傳感器采集主軸溫度信號并通過無線通信的方式將監測數據發送到接收裝置，接收裝置接收到監測數據后將數據通過串口傳輸到上位機。

所述溫度測量裝置由傳感器模塊、信號處理模塊、無線通信模塊、電源模塊和存儲模塊組成；傳感器模塊由多個數字溫度傳感器組成，溫度傳感器布置于安裝裝置的側壁之上，通過安裝裝置使溫度傳感器與主軸充分接觸，溫度傳感器采用單總線數據傳輸方式，多個溫度傳感器通過一根數據線與信號處理模塊進行連接；溫度傳感器在信號處理模塊的控制下采集溫度信號，動態設定傳感器的采集精度和速度。

所述信號處理模塊采用低功耗單片機做為處理器，負責配置溫度傳感器參數、信號處理、配置無線通信模塊的運行參數并控制發送和接收數據、控制溫度測量裝置的運行；信號處理模塊可配置溫度傳感器分辨率、采集間隔和報警值等參數；對采集的信號進行濾波和壓縮處理；配置無線通訊模塊發送速率、發送頻率和發送功率等參數，控制無線通訊模塊發送的內容，根據無線通訊模塊接收的配置命令配置系統運行參數；信號處理模塊空閑時處于低功耗狀態，當有處理請求時可迅速恢復到正常工作狀態，狀態轉換時間只需要幾個微秒，及時響應處理請求，延長系統工作時間。

所述無線通信模塊采用低功耗的無線通信模塊，該射頻模塊采用雙工工作模式，可同時進行數據發射和接收，發射速率、發射模式和發射功率可動態調整，以適應不同監測環境的要求；通過SPI并行接口或I²C總線接口與信號處理模塊連接，保證通訊質量和速度；無線通訊模塊在空曠環境下通訊距離大于100米，可滿足一般的通訊要求；當無數據發送和接收時，無線射頻模塊自動進入休眠狀態以節省能量，同時該射頻模塊支持低功耗模式下電磁波激活功能，并具有硬件CRC檢錯和點對多點通訊地址控制功能。

所述電源模塊由超低功耗升壓穩壓芯片和電池組成，升壓穩壓芯片具有微安級的工作電流和較寬的輸入電壓范圍。

所述存儲模塊采用低功耗的E²PRAM動態存儲芯片；存儲模塊中保存溫度測量裝置的運行參數，并暫存一部分測量數據，系統初始化或復位時從存儲模塊讀取運行參數，當無線通信模塊發生故障或無線通信受到干擾時，將監測數據暫時存儲在存儲模塊中，待無線通信正常時再重新發送監測數據，保證監測數據的連續性。

所述接收裝置由信號處理模塊、無線通訊模塊、電源模塊和串口通信模塊組成，功能是接收溫度測量裝置發送的數據并通過串口發送到上位機中，接收裝置還將上位機發出的控制指令發送到溫度測量裝置；接收裝置的信號處理模塊、無線通訊模塊同溫度測量裝置中對應模塊采用相同的硬件，接收裝置需要與上位機進行通信，增加了串口通訊模塊；串口通信模塊采用RS232或RS485接口，通過一根串口線實現與上位機穩定可靠的數據傳輸。

所述安裝裝置由測桿、兩個機械鎖緊裝置和薄壁管組成，溫度測量裝置固定于安裝裝置上，其中溫度傳感器可布置于測桿和薄壁管間，無線發射和信號處理模塊固定于測桿的一端；安裝裝置放入主軸內后，通過向某個方向旋轉測桿使兩個機械鎖緊裝置自動脹緊并將安裝裝置固定于主軸內，當逆向旋轉測桿時，兩個鎖緊裝置會自動縮緊，方便溫度測量裝置自由取出。

一種機床主軸溫度測量方法，按照如下步驟：