[發明專利]在五軸機床上利用傳感標簽實現直線度誤差的監測系統

有效

• 申請號: 201510041541.3
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN104669066B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 袁江;邱自學;邵建新;陳志新;呂晶
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: B23Q17/24
• 分類號: B23Q17/24
• 代理公司: 南通市永通專利事務所32100
• 代理人: 葛雷

本申請是申請號201310358474.9、申請日2013.8.16、名稱“在五軸機床上利用傳感標簽實現直線度誤差的監測方法”的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種在五軸機床上利用傳感標簽實現直線度誤差的監測方法。

背景技術

五軸機床具有高效率、高精度的特點，工件一次安裝后能完成除安裝面以外的其余五個面的加工。如配置五軸聯動的高檔數控系統，還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工。五軸機床大多是3+2的結構，即X，Y，Z三個直線運動軸加上分別圍繞X，Y，Z軸旋轉的a，b，c三個旋轉軸中的兩個旋轉軸組成。通常在機床的安裝過程中或者由于導軌的磨損及導軌的熱變形等因素的影響都會產生直線度誤差，從而導致導軌運動發生相應變化。而當機床加工零件時，由上述原因所引起的直線度誤差將直接帶入其所加工的零件中。所以在五軸機床上測量X，Y，Z三個直線運動導軌的直線度誤差具有十分重要的意義。

目前生產實踐中五軸機床導軌直線度誤差的檢測主要是采用雙頻激光干涉儀，采用專用直線度測量附件，測量精度高，但測量調整比較復雜，主要用于數控機床的出廠驗收和定期檢驗。為滿足在線監測的需要，20世紀60年代以來，出現了基于干涉技術、多光束基準法、衍射技術以及二元光學技術等多種多自由度測量方法。如發明專利（02115589.5）將無衍射光理論和技術應用于直線度誤差測量技術，以解決現有中、長距離直線度基準誤差大的難題；發明專利（88106504.8）以激光做光源，以光柵、晶體片及對稱的兩面反射鏡經反射后再次衍射然后干涉的原理構成測量系統；發明專利（201010218507.6）公開一種激光直線度/同軸度測量裝置，采用渥拉斯頓棱鏡和平移反射鏡，在相互垂直的兩個方向上具有光路漂移自適應功能；但這些系統一般是在光路中加多個分光元件，將單一激光束分為多束，利用每一束光所帶來的位移信息，用光電位置探測器檢測光斑位置變化，從而實現對數控機床多自由度誤差的同時測量，但是這些系統都是采用有線方式實現信號的傳輸與處理，給現場的布線、測量帶來極大不便。

無線傳感器網絡（Wireless?Sensor?Network,?WSN）具有規模大、隨機布設、自組織、動態性強、傳輸距離遠、環境適應性強等特點，可解決傳統有線方法存在的問題，近年來在很多無線監測領域得到應用。丁喜波論文“大型機床導軌直線度測量儀無線光靶的設計”（長江大學學報2009年第6卷第1期），以半導體激光器發出的光線作基準直線，設計了由二象限光電池、放大電路、單片機及WSN技術中廣為應用的無線通信模塊CC2500組成的無線光靶，采用SimpliciTI網絡通信協議通過硬件邏輯層直接實現一維直線度誤差數據的無線傳輸。胡志遠在其碩士研究論文《無線USB通信式長距離雙導軌激光準直儀》（天津大學，2005年）中，也是基于WSN技術，采用光電位置傳感器PSD獲取導軌直線度誤差測量數據，通過無線通信方式將直線度誤差數據傳輸給無線通信基站，再通過USB接口把數據傳輸給計算機，由軟件處理得到直線度誤差。但是這種采用WSN技術的無線監測方法一般只關心直線度誤差的測量數據，不關心節點的位置，不采用全局標識，需要通過多跳自組網絡實現定位識別，通信協議復雜，而且傳感器節點通常是一個微型的嵌入式系統，其通信能力、處理能力和存儲能力相對較弱。對于五軸機床X/Y/Z三個方向導軌的直線度誤差測量，采用這些方法不能直接分辨是哪個方向上的直線度誤差測量數據。

無線射頻識別（Radio?Frequency?Identification,?RFID）是20世紀90年代開始興起的一種利用射頻信號進行空間耦合實現無接觸信息傳遞的自動識別技術。而集成傳感元件與RFID電子標簽的傳感標簽技術，不僅可發揮RIFD的標識功能，使標簽的定位識別更為簡便，而且內帶的傳感元件使傳感標簽具備了感知能力，其組成的無線監測系統與無線傳感器網絡WSN（技術）也有本質的不同。（1）基于WSN的網絡，傳輸的主要是節點的物理參數信息，而基于RFID傳感標簽的無線監測方法，通過射頻通信可將感知的直線度誤差測量信號及標簽對應的X/Y/Z地址編碼信息無線傳輸給讀寫器和監控中心，這樣使三個方向直線度誤差的辨識更為便捷；（2）與WSN中的傳感器節點相比較，RFID中的讀寫器是一個靜態的運算處理能力強大的設備，與RFID傳感標簽采用廣播方式通信，通信協議比較簡單，數據處理能力更強大。

?綜上所述，針對五軸機床導軌直線度有線測量的問題及WSN技術存在的不足，提出一種基于RFID傳感標簽技術，實現直線度誤差的無線監測方法。

發明內容