专利名称：数控机床转台温升特性测试装置和方法
技术领域：
本发明属于测试技术领域，具体涉及数控机床转台温升特性测试技术。
背景技术：
数控机床转台是一种集光机电于一体的，广泛应用于军用和民事工业设备中的功能性单元。数控机床转台在其使用的过程中，由于普遍存在的机械摩擦及电热能的转化，不可避免的出现发热现象，引起转台温度的上升。这种温度的上升势必会对转台定位精度产生影响。为了能够测试数控机床转台的定位精度随温度的变化情况，以便数控系统分析数控机床转台的热稳定性，需要对转台的温度以及定位精度进行准确的测量。目前，在工厂实践中所采用的测量方式，一般是利用专门的测温仪器和机床自带的角位移测量装置分别得到转台的温度变化数据和角位移的数据。这样由于温度和角位移信号测取的不同步，对实时分析数控机床转台的温升特性带来困难。另外，现有的温度测量仪器往往只测量机床转台表面温度，没有考虑环境温度的影响，也没有实时的对温度测量仪器进行误差校正，这样造成温度测量结果不准确和仪器适应环境能力差等。从实时精确分析转台温升特性的角度出发，我们需要一种能够准确、实时、同步测量数控机床转台定位精度随温度变化情况的方法及其装置，来测试转台的温升特性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的数控机床转台温升特性测试方法及其装置由于温度和角位移信号测取的不同步以及温度测取的不准确所带来的对精确分析数控机床转台的温升特性的困难，提出了数控机床转台温升特性测试方法及其装置。为了实现上述目的，本发明所述的数控机床转台温升特性测试装置，包括角位移测量单元、温度测量单元、信息处理单元和辅助功能单元，其特征在于，所述角位移测量单元和温度测量单元分别和信息处理单元通过总线连接，所述辅助功能单元和信息处理单元电气连接；所述温度测量单元包括红外透镜、光隔离器、主要光电探测器、参考光电探测器和环境温度传感器；所述信息处理单元包括显示功能模块、放大滤波模块和PLC ；所述辅助功能单元包括接口电路模块和电源模块；上述温度测量单元的红外透镜和光隔离器连接， 主要光电探测器、参考光电探测器和环境温度传感器分别与信息处理单元的放大滤波模块连接，放大滤波模块和显示功能模块分别与PLC连接；所述接口电路模块、电源模块分别和信息处理单元连接；所述接口电路模块和电源模块连接。为了进一步提高温度测量的准确性，在所述温度测量单元和信息处理单元之间还连接有温度误差校正单元；所述温度误差校正单元分别与角位移测量单元、信息处理单元连接构成一个反馈校正系统。为了实现上述目的，本发明所述的带有温度误差校正的数控机床转台温升特性测试方法，其特征在于，包括步骤步骤1.参数调整在使用数控机床转台温升特性测试装置前和过程中，可以根据不同的使用环境，温度测量单元的安装位置重新调整参数；步骤2.红外信号获取温度测量单元中的红外透镜将转台表面的红外光线聚焦并送入光隔离器；步骤3.红外信号分离与感测光隔离器将红外信号分隔为主要信号和参考信号， 分别用主要光电探测器和参考光电探测器感测并送入信息处理单元的放大滤波模块；步骤4.环境温度信号获取环境温度传感器将数控机床转台周围所处的环境温度感测并送入信息处理单元的放大滤波模块；步骤5.角位移信号获取采用编码器将数控机床转台的角位移感测送入信息处理单元的放大滤波模块；步骤6.信号处理放大滤波模块分别对获得的主要信号、参考信号、环境温度信号、角位移信号进行放大、滤波处理后送入信息处理单元的PLC ；步骤7.温度计算PLC中的CPU将得到的主要信号数据和环境温度信号数据通过计算得出数控机床转台的表面温度；步骤8.定位精度计算PLC中的CPU将得到角位移信号数据和数控机床转台控制系统给定的角位移指令信号数据通过计算得出数控机床转台的定位精度；步骤9.温升特性分析PLC中的CPU将得到的定位精度和温度数据建立关系函数并进行比较分析，得出数控机床转台的定位精度随温度的变化情况并送入PLC中的存储器；步骤10.温升特性数据存储PLC中的存储器将分析所得的数控机床转台温升特性数据存储，以便提供给数控系统进行数控机床转台的热稳定性分析；步骤11.温升特性显示PLC中的驱动控制器发出驱动信号给显示功能模块，使其显示数控机床转台的定位精度随温度的变化情况；为了使转台表面的温度测量更准确，在上述方案的技术上，在进行步骤7的同时， 还进行包括步骤12.温度误差计算PLC中的CPU将得到的环境温度信号和参考信号进行比较，计算出温度测量误差Erl。步骤13.温度误差校正如果温度测量误差Erl大于温度测量误差限Er，PLC中的CPU将发出驱动控制信号给温度误差校正单元，温度误差校正器及时校正由于光学系统内部辐射和测试电路的漂移所带来的误差。为了使数控系统实时分析数控机床转台的热稳定性，在上述方案的技术上，在进行步骤11的同时，还进行步骤14.温升特性数据反馈数控机床转台的温升特性测试装置还可将测量、分析得到的数控机床转台的温升特性数据及时反馈给数控机床转台控制系统，以便分析数控机床转台的热稳定性。本发明的有益效果本发明将利用信息处理单元中的PLC对同步获取的角位移信号和温度信号进行运算分析，同时温度误差校正单元将PLC对参考信号和环境温度信号的比较结果作为对温度测量单元校正的依据而实施校正，提高了数控机床转台温升特性测试的准确性和实时性。此外，还可以根据不同的使用环境而重新设置参数值，增强了数控机床转台温升特性测试装置适应环境的能力。
图1数控机床转台温升特性测试装置结构简图。图2数控机床转台温升特性测试装置结构图。图3数控机床转台温升特性测试主流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，一种带有温度误差校正的数控机床转台温升特性测试装置，包括角位移测量单元1、温度测量单元2、信息处理单元4、辅助功能单元5，如图2所示，角位移测量单元1和温度测量单元2分别和信息处理单元4通过总线连接；所述温度测量单元2包括红外透镜21、光隔离器22、主要光电探测器23、参考光电探测器M和环境温度传感器25 ；所述信息处理单元4包括显示功能模块41、放大滤波模块42和PLC43(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)； 所述红外透镜21和光隔离器22连接，主要光电探测器23、参考光电探测器M和环境温度传感器25分别与信息处理单元4的放大滤波模块42连接，放大滤波模块42和显示功能模块41分别与信息处理单元4的PLC43连接；所述辅助功能单元5和信息处理单元2连接； 所述辅助功能单元5包括接口电路模块51和电源模块52 ；所述接口电路模块51、电源模块 52分别和信息处理单元2连接；所述接口电路模块51和电源模块52连接。为了进一步提高温度测量的准确性，在所述温度测量单元2和信息处理单元4之间还连接有温度误差校正单元3 ；所述温度误差校正单元3分别与角位移测量单元1、信息处理单元4连接构成一个反馈校正系统。上述各单元功能描述如下角位移测量单元1，用于检测数控机床转台在数控系统指令的驱使下转过的实际角位移并将角位移信号送入信息处理单元4 ；温度测量单元2，用于将转台表面的红外信号获取并分隔为主要信号和参考信号， 同时将获取的信号送入信息处理单元4 ；温度误差校正单元3，用于在接收到信息处理单元4的驱动控制信号后对温度测量单元2中由于光学系统内部辐射和测试电路的漂移所带来的误差实施校正；信息处理单元4，主要用于对接收到的信号进行放大、滤波并进行温度、定位精度、 温度测量误差计算，分析数控机床转台的温升特性，驱动显示功能模块显示温升特性，驱动控制温度误差校正单元3 ；辅助功能单元5，主要用于数控机床转台温升特性测试装置与数控系统通信并给该装置提供电源。上述数控机床转台温升特性测试装置的数控机床转台温升特性测试方法包括如下步骤，如图3所示步骤1.参数调整在使用数控机床转台温升特性测试装置前和过程中，可以根据不同的使用环境，温度测量单元的安装位置重新调整参数d、τ αλ、ε αλ以及Er的值。步骤2.红外信号获取温度测量单元2中的红外透镜21将转台表面的红外光线聚焦并送入光隔离器22。
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步骤3.红外信号分离与感测光隔离器22将红外信号分隔为主要信号和参考信号，分别用主要光电探测器23和参考光电探测器M感测并送入信息处理单元4的放大滤波模块42。步骤4.环境温度信号获取环境温度传感器将数控机床转台周围所处的环境温度感测并送入信息处理单元4的放大滤波模块42。步骤5.角位移信号获取采用编码器将数控机床转台的角位移感测送入信息处理单元4的放大滤波模块42。在上述过程中，步骤2，4，5同步进行。步骤6.信号处理放大滤波模块0 分别对获得的主要信号、参考信号、环境温度信号、角位移信号进行放大、滤波处理后送入信息处理单元4的PLC43。步骤7.温度计算PLC中的CPU(中央处理单元)将得到的主要电信号数据和环境温度信号数据通过下述公式(1)计算得出数控机床转台的表面温度；ν=Λ;…:.:、/ .,.(Γ) + :Γ".:ι —)宁.f“/:/.:,“T)h'd>.公式(1)其中，Ar为红外透镜的面积；A。为红外测温器最小空间张角所对应的目标可视面积；d为目标到红外透镜的距离 ’ τ “为环境的光透射率；ε λ为转台表面辐射率；T为转台表面温度；TU为环境温度；α λ为光电探头吸收率 ’ ε “为环境发射率；Y为光电探测器的光谱响应度；λ为波长；V为光电探测器感测到的电压信号。以及不同特性波的波长计算出数控机床转台的表面温度T和参考温度Τ。。步骤8.定位精度计算PLC中的CPU将得到角位移信号数据和数控机床转台控制系统给定的角位移指令信号数据通过计算得出数控机床转台的定位精度。步骤9.温升特性分析PLC中的CPU将记录在不同指令要求和一定的时间间隔内，定位精度随温度变化的数据，并建立关系函数进行比较分析，得出数控机床转台的定位精度随温度的变化情况并送入PLC43中的存储器。步骤10.温升特性数据存储PLC43中的存储器将分析所得的数控机床转台温升特性数据存储，以便提供给数控系统进行数控机床转台的热稳定性分析。步骤11.温升特性显示PLC43中的驱动控制器发出驱动信号给显示功能模块，使其显示数控机床转台的定位精度随温度的变化情况。为了使转台表面的温度测量更准确，在上述方案的技术上，在进行步骤7的同时， 还进行包括步骤12.温度误差计算PLC中的CPU将得到的环境温度信号和参考信号进行比较，计算出温度测量误差Erl。步骤13.温度误差校正如果温度测量误差Erl大于温度测量误差限Er，PLC43中的CPU将发出驱动控制信号给温度误差校正单元3，温度误差校正器及时校正由于光学系统内部辐射和测试电路的漂移所带来的误差。为了使数控系统实时分析数控机床转台的热稳定性，在进行步骤11的同时，还进行步骤14.温升特性数据反馈数控机床转台的温升特性测试装置还可将测量、分析得到的数控机床转台的温升特性数据及时反馈给数控机床转台控制系统，以便分析数控机床转台的热稳定性。本步骤为可选步骤。该步骤图3中未示出。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
权利要求
1.数控机床转台温升特性测试装置，包括角位移测量单元(1)、温度测量单元(2)、信息处理单元(4)和辅助功能单元(5)，其特征在于，所述角位移测量单元(1)和温度测量单元⑵分别和信息处理单元⑷通过总线连接，所述辅助功能单元(5)和信息处理单元 ⑵电气连接；所述温度测量单元⑵包括红外透镜(21)、光隔离器(22)、主要光电探测器 (23)、参考光电探测器(24)和环境温度传感器(25)；所述信息处理单元(4)包括显示功能模块(41)、放大滤波模块(42)和PLC(43)；所述辅助功能单元(5)包括接口电路模块(51) 和电源模块(52)；上述温度测量单元(2)的红外透镜(21)和光隔离器(22)连接，主要光电探测器(23)、参考光电探测器(24)和环境温度传感器(25)分别与信息处理单元(4)的放大滤波模块(42)连接，放大滤波模块(42)和显示功能模块(41)分别与PLC(43)连接； 所述接口电路模块(51)、电源模块(52)分别和信息处理单元(2)连接；所述接口电路模块 (51)和电源模块(52)连接。
2.根据权利要求1所述的数控机床转台温升特性测试装置，其特征在于，在所述温度测量单元(2)和信息处理单元(4)之间还连接有温度误差校正单元(3)；所述温度误差校正单元(3)分别与角位移测量单元(1)、信息处理单元(4)连接构成一个反馈校正系统。
3.数控机床转台温升特性测试方法，其特征在于，包括步骤步骤1.参数调整在使用数控机床转台温升特性测试装置前和过程中，可以根据不同的使用环境，温度测量单元的安装位置重新调整参数；步骤2.红外信号获取温度测量单元(2)中的红外透镜(21)将转台表面的红外光线聚焦并送入光隔离器(22)；步骤3.红外信号分离与感测光隔离器(22)将红外信号分隔为主要信号和参考信号， 分别用主要光电探测器(23)和参考光电探测器(24)感测并送入信息处理单元(4)的放大滤波模块(42)；步骤4.环境温度信号获取环境温度传感器将数控机床转台周围所处的环境温度感测并送入信息处理单元(4)的放大滤波模块(42)；步骤5.角位移信号获取采用编码器将数控机床转台的角位移感测送入信息处理单元(4)的放大滤波模块(42)；步骤6.信号处理放大滤波模块(42)分别对获得的主要信号、参考信号、环境温度信号、角位移信号进行放大、滤波处理后送入信息处理单元(4)的PLC(43)；步骤7.温度计算PLC中的CPU将得到的主要信号数据和环境温度信号数据通过计算得出数控机床转台的表面温度；步骤8.定位精度计算PLC中的CPU将得到角位移信号数据和数控机床转台控制系统给定的角位移指令信号数据通过计算得出数控机床转台的定位精度；步骤9.温升特性分析PLC中的CPU将得到的定位精度和温度数据建立关系函数并进行比较分析，得出数控机床转台的定位精度随温度的变化情况并送入PLC(43)中的存储器；步骤10.温升特性数据存储PLC(43)中的存储器将分析所得的数控机床转台温升特性数据存储，以便提供给数控系统进行数控机床转台的热稳定性分析；步骤11.温升特性显示PLC(43)中的驱动控制器发出驱动信号给显示功能模块，使其显示数控机床转台的定位精度随温度的变化情况。
4.根据权利要求3所述的数控机床转台温升特性测试方法，在进行步骤7的同时，还进行包括步骤12.温度误差计算PLC中的CPU将得到的环境温度信号和参考信号进行比较，计算出温度测量误差Erl。步骤13.温度误差校正如果温度测量误差Erl大于温度测量误差限Er，PLC(43)中的CPU将发出驱动控制信号给温度误差校正单元(3)，温度误差校正器及时校正由于光学系统内部辐射和测试电路的漂移所带来的误差。
5.根据权利要求3所述的数控机床转台温升特性测试方法，在进行步骤11的同时，还进行步骤14.温升特性数据反馈数控机床转台的温升特性测试装置还可将测量、分析得到的数控机床转台的温升特性数据及时反馈给数控机床转台控制系统，以便分析数控机床转台的热稳定性。
全文摘要
本发明涉及数控机床转台温升特性测试装置和方法，包括角位移测量单元、温度测量单元、信息处理单元和辅助功能单元，所述角位移测量单元和温度测量单元分别和信息处理单元通过总线连接，所述辅助功能单元和信息处理单元电气连接；所述温度测量单元包括红外透镜、光隔离器、主要光电探测器、参考光电探测器和环境温度传感器；所述信息处理单元包括显示功能模块、放大滤波模块和PLC；所述辅助功能单元包括接口电路模块和电源模块；上述温度测量单元的红外透镜和光隔离器连接，主要光电探测器、参考光电探测器和环境温度传感器分别与信息处理单元的放大滤波模块连接。本发明的有益效果提高了数控机床转台温升特性测试的准确性和实时性。
文档编号B23Q17/00GK102152170SQ20111007050
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者唐传胜, 廖敏, 戴跃洪, 甄文喜, 郝康琦, 黎亚元 申请人:电子科技大学