出的电流信号分别发送到单片机控制器10信号处理装置 的四个端口，单片机控制器10分别对上下电流信号和左右电流信号进行处理。
[0044] 激光发射器6和二维PSD位置传感器8监测床身水平和竖直方向的变形量为：
[0045] 位于同一条水平直线上的两个激光发射器6发出的激光，两个二维PSD传感器8分 别接受一侧的激光发射器6发出的激光，使激光发射器6发出的激光垂直对准光敏面的零点 位置0，此时PSD位置传感器8输出的四路电流信号一致；
[0046] PSD位置传感器8在X，Y两个方向上的感光层是独立的，其中一层感应X方向上光点 的位置变化，另一层感应Y方向上光点的位置变化;当机床床身有沿X方向上的变形分量时， 上下电流信号1^12满足关系
[0047] ^'1 *'1 -Λ：
[0048]当机床床身有沿Y方向上的变形分量时，左右电流信号13、14满足关系
[0049]
[0050] 其中，Lx，Ly是与PSD位置传感器感光面在X，y方向的长度;ΛΧ、ΛΥ是激光光点的在 X方向和Y方向的偏移量；
[0051] 单片机控制器10的输出为：单片机控制器10对电流信号进行处理得到位置偏移 量，将偏移量与预先设定的安全值进行比较，然后将偏移量输送到显示器11，并判断是否向 报警装置12发送报警指令。
[0052] 所述的数据处理与分析子系统3包括单片机模块2-1和操控键盘模块2-2,键盘操 控模块2-2的输出端与单片机模块2-1的输入端相连。
[0053]所述的床身变形监测与报警子系统3包括显示模块3-1和报警模块3-2,显示模块 3-1和报警模块3-2的输入端分别和单片机模块的输出端相连。
[0054]下面给出本发明的操作步骤：
[0055] 1)首先在机床床身一侧4靠近上表面无障碍的位置安装两个激光头位姿调整装置 5,用螺钉固定，使两个激光头位姿调整装置5在同一条水平直线上。
[0056] 2)然后将激光发射器6安装在夹持套16中，并用紧固螺钉15固定，通过转动微调各 自的调整螺杆13和调整螺母14使激光发射器发出的激光保持水平。
[0057] 3)分别将两个二维PSD传感器8安装在传感器固定架9的两面，并用螺钉将固定架 安装在两个激光发射器6之间的床身上。
[0058] 4)二维PSD位置传感器8能够输出四路电流信号，分别为1^12和13、14,分别发送到 单片机11信号处理装置的四个端口，单片机控制器10分别对电流信号Ii、I2和电流信号13、 14进行处理。
[0059] 5)分别打开两端的激光发射器6,使两个PSD位置传感器8能感应两个激光发射器6 发射出的激光，通过微调螺杆13和螺母14使激光发射器(6)发出的激光垂直对准光敏面的 零点位置0,此时PSD位置传感器8输出的四路电流信号一致。
[0060] 6)双面分离型的PSD在X，Y两个方向上的感光层是独立的，其中一层感应X方向上 光点的位置变化，另一层感应Υ方向上光点的位置变化。当机床床身有沿X方向上的变形分 量时，电流信号1^12满足关系
[0061]
[0062 ]同理当机床床身有沿Υ方向上的变形分量时，电流信号13、14满足关系
[0063]
[0064] 其中，Lx，Ly是与PSD位置传感器感光面在X，y方向的长度;ΛΧ、Λ Υ是激光光点的在 X方向和Υ方向的偏移量；
[0065] 7)单片机控制器10对电流信号进行处理得到位置偏移量，将偏移量与预先设定的 安全值进行比较，安全值的因机床类型、工况和测点位置而异，通常根据经验值设定，然后 将偏移量输送到显示器11，并判断是否向报警装置12发送报警指令。
[0066] 本发明采用二维PSD位置传感器和激光发射器非接触测量机床床身变形量，能实 时监测床身变形，在床身变形量达到预设的安全值时自动发出报警信息，精度高、实用性 强、智能化程度高。本发明可用与精度要求高，具有大型床身的重型机床。
[0067] 以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域 的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本 发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，包括数据采集子系统 (1)、数据处理与分析子系统（2)和床身变形监测与报警子系统(3);数据采集子系统（1)包 括位于同一直线的激光发射模块(1-1)和PSD位置传感器模块(1-2)，激光发射模块(1-1)向 PSD位置传感器模块(1-2)发射信号，监测重型机床床身水平和竖直方向的变形量； PSD位置传感器模块（1-2)的输出端与数据处理与分析子系统（2)中的单片机模块(2- 1)的输入端相连接，操控键盘模块(2-2)与单片机模块(2-1)的输入端相连;单片机模块(2- 1)的输出端分别与床身变形监测与报警子系统(3)中的显示模块(3-1)和报警模块(3-2)相 连。2. 如权利要求1所述的重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，所述的激 光发射模块（1-1)包括分别设置在重型机床床身（4)同侧的两端的激光头位姿调整装置 (5)，激光头位姿调整装置(5)上设有激光发射器(6); 所述的PSD位置传感器模块（1-2)包括设置在两个激光位姿之间调整装置(5)之间的传 感器固定架(9)，传感器固定架(9)的两侧分别设有PSD传感器(8); 调整激光头位姿调整装置（5)、传感器固定架(9)使两个激光发射器、两个PSD传感器 (8)在同一条水平直线上。3. 如权利要求2所述的重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，在激光发 射器(6)和PSD位置传感器(8)之间还设有中空的光路保护管(7)，光路保护管(7)固定在重 型机床床身(4)上。4. 如权利要求2所述的重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，所述的激 光头位姿调整装置巧)与重型机床床身(4)之间还设有调整螺母(14);激光头位姿调整装置 (5)上设有夹持套（16)，激光发射器(6)安装在夹持套（16)中并用紧固螺钉（15)固定，夹持 套（16)通过调整螺母（14)与激光头位姿调整装置(5)相连接;转动调整螺杆（13)和调整螺 母(14)微调使两端的激光发射器(6)发出的激光保持同一直线。5. 如权利要求1或2所述的重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，所述 的二维PSD位置传感器(8)能够输出四路电流信号，分别为上下电流信号Ii、I沸左右电流信 号I3、l4,输出的电流信号分别发送到单片机控制器（10)信号处理装置的四个端口，单片机 控制器(10)分别对上下电流信号和左右电流信号进行处理。6. 如权利要求2所述的重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，激光发射 器(6)和二维PSD位置传感器(8)监测床身水平和竖直方向的变形量为： 位于同一条水平直线上的两个激光发射器(6)发出的激光，两个二维PSD传感器(8)分 别接受一侧的激光发射器(6)发出的激光，使激光发射器(6)发出的激光垂直对准光敏面的 零点位置0,此时PSD位置传感器(8)输出的四路电流信号一致； PSD位置传感器(8)在X，Y两个方向上的感光层是独立的，其中一层感应X方向上光点的 位置变化，另一层感应Y方向上光点的位置变化;当机床床身有沿X方向上的变形分量时，上 下电流信号Ii、l2满足关系当机床床身有沿Y方向上的变形分量时，左右电流信号13 J4满足关系其中，Lx，Ly是与PSD位置传感器感光面在X，y方向的长度；AX、AY是激光光点的在X方 向和Y方向的偏移量； 单片机控制器（10)的输出为：单片机控制器（10)对电流信号进行处理得到位置偏移 量，将偏移量与预先设定的安全值进行比较，然后将偏移量输送到显示器(11)，并判断是否 向报警装置(12)发送报警指令。7. 如权利要求1所述的重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，所述的数 据处理与分析子系统(3)包括单片机模块(2-1)和操控键盘模块(2-2)，键盘操控模块(2-2) 的输出端与单片机模块(2-1)的输入端相连。8. 如权利要求1所述的重型机床床身变形自动监测与报警装置，其特征在于，所述的床 身变形监测与报警子系统(3)包括显示模块(3-1)和报警模块(3-2)，显示模块(3-1)和报警 模块(3-2)的输入端分别和单片机模块的输出端相连。
【专利摘要】本发明公开了一种重型机床床身变形自动监测与报警装置，包括数据采集子系统、数据处理与分析子系统和床身变形监测与报警子系统；数据采集子系统包括位于同一直线的激光发射模块和PSD位置传感器模块，激光发射模块向PSD位置传感器模块发射信号，监测重型机床床身水平和竖直方向的变形量；PSD位置传感器模块的输出端与数据处理与分析子系统中的单片机模块的输入端相连接，操控键盘模块与单片机模块的输入端相连；单片机模块的输出端分别与床身变形监测与报警子系统中的显示模块和报警模块相连。本发明能实时监测床身变形，能自动发出报警信息，精度高、实用性强、智能化程度高，判断变形量能否对机床精度产生影响，提高机床精度的预测能力。
【IPC分类】G05B19/4063
【公开号】CN105511402
【申请号】CN201510863324
【发明人】张俊, 赵万华, 曹洪勇, 吕盾, 胡敏
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月1日