[发明专利]一种数控机床主轴热误差智能感知系统和感知方法

说明书

本发明公开了一种数控机床主轴热误差智能感知系统和感知方法。该感知系统包括若干个温度传感器节点、若干个位移传感器节点、后台数据处理中心和热误差补偿执行模块；所述后台数据处理中心分别与温度传感器节点和位移传感器节点连接；所述后台数据处理中心与热误差补偿执行模块连接；所述温度传感器节点分布在机床主轴温度敏感点上；所述位移传感器节点夹持在机床三轴位移测量点上；所述后台数据处理中心包括ZigBee协调器、嵌入式ARM处理器和FPGA芯片。该方法能实时可靠地感知机床主轴热误差信息，并对其进行补偿，可以实现热误差检测与补偿一体化，不需人工干预。

技术领域

本发明涉及数控机床热误差测量及感知领域，具体是一种数控机床主轴热误差智能感知系统和感知方法。

背景技术

数控机床智能化的技术特征及发展趋势主要体现为加工智能化、管理智能化和维护智能化。其中维护智能化指的是数控机床对自身生产过程中的状态进行智能化监控，并根据这些状态进行自我控制以保证机床正常工作，主要包括智能化监控技术、智能化故障诊断技术、智能化误差补偿技术和智能化维护技术。机床智能化误差补偿的一个重要部分是主轴热误差补偿智能化，实现主轴热误差智能感知与补偿对提高数控机床的加工精度具有重要意义。

热误差智能感知技术包括热误差信号的采集、处理、决策、补偿控制和执行。现有技术是由热敏感点的温度测量值和热变形值建立热误差模型，计算热误差补偿值，将其导入数控系统，通过相应的补偿策略合理分配给各个轴，从而完成热误差补偿。现有机床的热误差感知大多采取误差检测和补偿分立式结构，即热误差检测系统负责机床主轴各轴温度、变形的测量并与外设PC相连完成热误差模型的建立，热误差补偿主要由人工通过PC主机对热误差模型进行处理并对机床发出误差补偿指令，机动性差，实时性不高，不能实现对热误差的智能感知和智能决策。

申请号为201110033561.8的文献公开了一种由温度测量单元、热位移测量单元、工控机和显示单元共同构成的数控机床热误差测量集成系统。该系统对主轴热误差变形量与温度检测信号同时进行采样，利用热误差函数进行实时阶段性建模并进行各温度检测数据及热位移变形量检测数据的精度评定，判断模型的稳定性和精度。该系统可以实现高精度的热误差测量及建模，但没有涉及热误差补偿的研究，需要人工手动调整机床进行误差补偿，不适用于智能机床。申请号为201110379618.X的文献公开了一种综合传统多元回归模型和自回归分布滞后模型优点的更高精度数控机床热误差补偿模型，该模型是在测量得到的热敏感点温度与热误差关联模型的基础上建立的，相比之前的误差补偿方法精度更高，但是滞后严重，实时性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种数控机床主轴热误差智能感知系统和感知方法。

本发明解决所述感知系统技术问题的技术方案是，提供一种数控机床主轴热误差智能感知系统，其特征在于该感知系统包括若干个温度传感器节点、若干个位移传感器节点、后台数据处理中心和热误差补偿执行模块；所述后台数据处理中心分别与温度传感器节点和位移传感器节点连接；所述后台数据处理中心与热误差补偿执行模块连接；

所述温度传感器节点分布在机床主轴温度敏感点上；所述温度传感器节点包括温度传感器、第一处理器模块、第一ZigBee发送模块和第一电源模块；所述第一电源模块分别与温度传感器、第一处理器模块和第一ZigBee发送模块连接；所述第一处理器模块分别与温度传感器和第一ZigBee发送模块连接；

所述位移传感器节点夹持在机床三轴位移测量点上；所述位移传感器节点包括位移传感器、第二处理器模块、第二ZigBee发送模块和第二电源模块；所述第二电源模块分别与位移传感器、第二处理器模块和第二ZigBee发送模块连接；所述第二处理器模块分别与位移传感器和第二ZigBee发送模块连接；